Laporan Eksperimen Fisika Aktivitas Zat Radioaktif

Aktivitas Zat Radioaktif

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Awalnya, hasil eksperimen ini negatif. Tetapi ketika Becquerel menggunakan potasium uranil disulfat K₂UO₂(SO₄)₂2H₂O, akhirnya dia mengamati gejala tersebut yang dilaporkannya ke Akademi pada tanggal 24 Februari. Beberapa Minggu kemudian, pada tanggal 2 Maret 1896, Becquerel kembali membuat laporan ke Akademi. Dalam laporan inilah tercantum penemuan tentang radioaktivitas yang akan membuat namanya terkenal. Dalam laporan tersebut Becquerel menuliskan, “Sebuah pelat fotografi, gelatin dengan perak bromida, dibungkus dalam sebuah tempat yang kedap cahaya dalam sebuah kain hitam, pada salah satu sisinya ditutupi dengan aluminium; jika kita menyinarinya dengan cahaya matahari penuh, bahkan selama seharian penuh, pelat fotografi itu tak akan menghitam. Tetapi jika kita menempatkan pada lembar aluminium tersebut, di bagian luarnya, lapisan garam uranium […] kemudian kita sinari selama beberapa jam di bawah sinar matahari, kita akan segera melihat, setelah pelat fotografi dicuci seperti biasa, bayangan lapisan kristal akan tampak hitam di atas pelat peka tersebut.”

Bahwa penemuan Becquerel itu tidak diduga olehnya, tersirat dalam dua paragraf berikutnya pada laporan itu.  “Saya sangat yakin bahwa fakta berikut ini terutama bagi saya sangatlah penting dan berada di luar fenomena yang diharapkan akan teramati: lapisan kristal yang sama, ditempatkan pada pelat fotografi dengan cara yang sama […] tetapi tetap dijaga dalam keadaan gelap, juga akan menghasilkan cetakan fotografi yang sama. Saya sampai pada hasil pengamatan ini setelah melalui kegiatan ini: Berdasarkan hasil eksperimen saya sebelumnya yang telah saya persiapkan pada hari Rabu tanggal 26 dan Kamis tanggal 27 Februari, dan karena pada hari-hari itu, matahari hanya muncul sebentar-sebentar saja, saya menyimpan kembali bahan-bahan eksperimen yang telah saya siapkan itu ke dalam laci yang gelap, dengan tetap membiarkan lapisan garam uranium di dekatnya. Karena matahari tidak juga bersinar setelah beberapa hari kemudian, saya kemudian mencuci plat fotografi itu dengan dugaan akan terdapat gambar yang samar-samar. Gambar itu memang tampak, tetapi berbeda dengan harapan saya, gambar itu memiliki intensitas yang tinggi.”

Becquerel lalu meneruskan eksperimennya dalam tempat yang betul-betul gelap dan masih diperoleh hasil yang sama. Ini berarti, di samping sinar X, pastilah terdapat jenis sinar jenis baru lainnya yang tampaknya terpancar tanpa disebabkan oleh sebuah bahan fosforesens. Dalam tahun 1896 Becquerel terus mempelajari sinar baru itu. Masih pada bulan Maret, Becquerel menemukan bahwa sinar-sinar ini dapat mengosongkan muatan elektroskop. Artinya, sinar tersebut menyebabkan udara bersifat konduktif. Becquerel kemudian menemukan bahwa semua campuran uranium, bersifat fosforesens atau tidak, yang telah ditelitinya selama ini, memancarkan sinar itu. Dia menyimpulkan bahwa logam murni uranium haruslah memancarkan radiasi yang paling kuat yang kemudian dibuktikannya melalui eksperimen. Di penghujung tahun 1896, Becquerel melaporkan tentang kemampuan serap berbagai material terhadap sinar ini.

Meskipun fenomena radioaktivitas ini ditemukan oleh Becquerel, nama radioaktivitas itu sendiri diberikan oleh Marie Curie, penemu unsur radioaktif lainnya selain uranium, yaitu polonium dan radium.

Atas temuan radioaktivitas ini, Antoine Henri Becquerel, bersama-sama dengan pasangan suami istri  Pierre Curie dan Marie Curie dianugerahi hadiah nobel fisika pada tahun 1903, lima tahun sebelum Becquerel meninggal dunia.

Bab II. Kajian Pustaka

Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak stabil untuk memancarkan radiasi dan berubah menjadi inti yang stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan, dan inti atom yang tak stabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif. Radioaktivitas melibatkan transmutasi unsur-unsur. Peristiwa pemancaran sinar-sinar radioaktif dari sebuah inti atom yang tidak mantap secara spontan disebut radioaktivitas. Gejala radiokativitas sangat berperan dalam pengembangan Fisika nuklir. Ada tiga jenis radiasi yang mungkin dipancarkan dalam sebuah peristiwa peluruhan, yaitu radiasi sinar a, b, dan g.^[2]

Dalam peluruhan alfa, sebuah inti tidak stabil meluruh menjadi dua inti ringan dan sebuah partikel alfa ( sebuah inti ⁴He), menurut reaksi :

X dan X^’ menyatakan jenis inti yang berbeda, yang digambarkan sebagai berikut:

GAMBAR 1. Peluruhan alfa sebuah inti X menghasilkan sebuah inti X’ dan sebuah partikel alfa.^[3]

Untuk peluruhan beta, sebuah neutron berubah menjadi sebuah proton atau sebuah proton menjadi sebuah neutron. Jadi, Z dan N masing-masing berubah sebanyak satu satuan, tetapi A tidak berubah. Pada peluruhan beta paling utama, sebuah neutron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron: . Menyusul peluruhan alfa dan beta, inti akhir dapat berada pada suatu keadaan eksitasi. Seperti halnya atom, inti akhir itu akan mencapai keadaan dasar setelah memancarkan satu atau lebih foton yang dikenal sebagai sinar gamma inti.^[4]

Detektor Geiger Muller adalah alat pencacah radiasi yang berfungsi untuk mendeteksi dan mencacah radiasi. Detektor Geiger terdiri dari tabung silinder yang pada pusatnya memanjang dipasang kawat anoda dan pada selubung silinder bagian dalam dipasang kulit sebagai katoda. Detektor Geiger Muller berfungsi untuk menentukan atau mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif. Cara kerja dari detektor Geiger Muller adalah mendeteksi radiasi dari suatu sumber atau bahan radioaktif. ^[5]

Laju peluruhan radioaktif disebut aktivitas (activity lambang A). Semakin besar  aktivitasnya , semaikin banyak inti atom yang meluruh per detik. Aktivitas tidak bersangkutpaut dengan jenis peluruhan atau radiasi yang dipancarkan cuplikan, atau dengan energy radiasi yang dipancarkan . Aktivitas hnya ditentukan oleh jumlah peluruhan per detik. ^[6]

Satuan dasar untuk mengukur aktivitas adalah curie.

1 curie ( Ci) = 3,7 x 10¹⁰ peluruhan /detik

Satu curie didefinisikan sebagai banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon. Satu curie adalah bilangan yang besar sehingga kita lebih sering bekerja dengan satuan millicurie (mCi) dan mikrocurie (µCi). Dalam SI, satuan aktivitas radiasi dinyatakan dalam Bequerel (Bq) .

1 curie = 3,7 x 10¹⁰ peluruhan/sekon = 3,7 x10 ¹⁰ Bq 

1 mCi = 10^-3 Ci

1 µCi = 10^-6 Ci ^[7]

Jika peluang untuk meluruh disebut tetapan paluruhan (lambang λ ), maka aktivitas bahan bergantung pada banyak inti radioaktif dalam bahan ( N ) dan λ. Secara matematis ditulis

A = λ N  ….(1)

Tetapan peluruhan λ memiliki harga berbeda untuk inti yang berbeda tetapi konstan terhadap waktu. Makin banyak inti yang meluruh per satuan waktu, makin besar A. Secara matematis dinyatakan oleh

A = – dNdt ….(2)

Tanda negative kita berikan karena Neutron berkurang terhadap waktu , sedang kita menginginkan atom berharga positif.

Hukum peluruhan radioaktif

N =  N₀e^-λt ….(3)

Dengan N₀ = banyak inti radioaktif saat t= 0

  N = banyak inti pada selang waktu t

   e = bilangan natural = 2,718…

  λ = tetapan peluruhan (satuan s^-1)

banyaknya inti induk dalam suatu contoh berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Kita tidak dapat mengukur banyaknya inti radioaktif Neutron, tetapi kita dapat menyatakan dalam persamaan aktivitas, yaitu dengan menggalikan kedua ruasnya dengan λ sehingga memberikan

λ N = λ N₀e^-λt ….(4)

aktivitas radioaktif

A = A₀e^-λt  ….(5)

Dengan A₀= aktivitas awal pada t= 0

 A = aktivitas setelah selang waktu t^[7]

Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan dengan terjadinya bumi, yang tersebar secara luas dan disebut radionuklida alam. Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan, dan bahan bangunan. Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh manusia. Radiasi dari sinar radioaktif memang dapat memberikan dampak yang buruk bagi tubuh, antara lain dapat terjadi mutasi gen karena akan terjadi perubahan struktur zat serta pola reaksi kimia yang merusak sel-sel tubuh makhluk hidup sehingga makhluk hidup dapat mengalami kecacatan fisik. ^[8]

Selain itu, seseorang yang terkena radiasi akan merasa pusing, nafsu makan berkurang, diare, demam, berat badan menurun, kanker darah atau leukemia, denyut nadi meningkat, serta daya tahan tubuh berkurang yang dapat menyebabkan seseorang mudah terserang penyakit. Radiasi akan membunuh sel-sel saraf dan pembuluh darah dan dapat menyebabkan kejang dan kematian mendadak. Radiasi dengan kekuatan yang tinggi dapat membuat rambut menghilang dengan cepat. Dan radiasi dapat membuat seseorang mengalami kemandulan karena sistem reproduksi yang terganggu.

Proses penyebaran partikel radioaktif dapat terjadi melalui udara, air dan tanah. Secara umum jenis radiasi yang terpancar dari bahan radioaktif baik pada fasilitas PLTN atau yang berhubungan dengan fasilitas nuklir lainnya dan keluar ke lingkungan terdiri dua tipe, yaitu paparan eksternal dan paparan internal. Tipe radiasi paparan luar (eksternal) atau paparan langsung yang terjadi melalui kontak dengan tubuh kita dari luar tubuh. Tipe radiasi paparan dalam (internal) yaitu paparan yang terjadi di dalam tubuh akibat zat atau partikel radioaktif terserap atau masuk kedalam tubuh baik lewat aktifitas pernafasan, makan atau minum keluar dari reaktor. ^[9]

METODOLOGI EKSPERIMEN

Praktikum ini bertujuan untuk menyelidiki karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat radioaktif, menyelidiki dan membandingkan daya tembus sinar α, β, dan γ, menyelidiki kemampuan berbagai material (bahan) dalam menyerap radiasi, serta menyeldiki hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber.

Untuk melakukan kegiatan tersebut yang sesuai dengan tujuan, alat-alat yang dibutuhkan diantaranya tabung Geiger-Muller, Ratemeter, Komputer, sumber radioaktif, sampe holder, sejumlah bahan penyerap ( Pb dan Al) dengan ketebalan berbeda, serta mikrometer sekrup. Karena pada praktikum ini alat yang akan digunakan telah dirangkai, maka langkah yang paling awal untuk dilakukan adalah menyalakan komputer, menyalakan ratemeter dengan memutar tombol ratemeter dari posisi off ke posisi HV dan mengaktifkan program radiation detection pada komputer.

Pada ratemeter, tombol pengatur tegangan diputar sampai diperoleh penunjukan tegangan 500 volt dan pada program radiation detection pilih com 1. Setelah melakukan pemilihan com, pilihlah count kemudian tekan enter. Untuk mengatur computer agar kembali pada posisi scaler, tekan esc pada keyboard. Tombol F1 dan F2 masing-masing berfungsi untuk mengisi waktu pencacahan ( 1 sekon atau 2 sekon) dan mengisi jumlah data yang diinginkan.

Setelah semua yang dibutuhkan siap, langkah selanjutnya adalah melakukan kegiatan 1(mengenal aktivitas zat radioaktif) dengan cara meletakkan salah satu sumber radioaktif ( latar belakang, beta, dan gamma) pada rak sampel. Kemudian memutar tobol HV ke posisi count lalu tekan enter maka komputer akan merekam cacahan yang ada pada komputer. Tidak jauh berbeda dengan kegiatan 1, pada kegiatan 2 selain menggunakan sumber radioaktif ( alfa, beta dan gamma), juga digunakan bahan penghalang Pb dan Al. Bahan penghalang tersebut bertujuan untuk mengetahui daya tembus dari sumber radioaktif yang digunakan. Jika pada kegiatan 2 yang dimanipulasi adalah jenis penghalangnya, untuk kegiatan 3 yang dimanipulasi adalah  jarak penempatan sumber radioaktif pada rak sampel.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Hasil Pengamatan :

Kegiatan 1 : Mengenal aktivitas zat radioaktif

Gambar 2. Grafik histogram hubungan antara sumber radiasi dengan cps rata-rata

Kegiatan 2 : Mengukur daya tembus sinar α,β, dan γ

Jenis Penghalang Timah (Pb)

Sumber radiasi       : Alfa

Waktu paruh           : 138 d

Aktivitas mula-mula : 0,1 µci

Io= (0,1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 3700 c

Gambar 3. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = 0,0399

µ = m

µ = 0,0399

R² = 0,608

R² = DK

KR = 1 – DK

Sumber radiasi       : Beta

Waktu paruh           : 28,6 yrs

Aktivitas mula-mula : 0,1 µci

Io= (0,1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 3700 cps

Gambar 4. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = 0,0396

µ = m

µ = 0,0396

R² = 0,5058

R² = DK

KR = 1 – DK

Sumber radiasi       : Gamma

Waktu paruh           : 5,27 yrs

Aktivitas mula-mula : 1 µci

Io= (1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 37000 cps

Gambar 5. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = 1,5844

µ = m

µ = 1,5844

R² = 0,8405

R² = DK

KR = 1 – DK

Jenis Penghalang Aluminium

Sumber radiasi       : Alfa

Waktu paruh           : 138 d

Aktivitas mula-mula : 0,1 µci

Io= (0,1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 3700 cps

Gambar 6. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = 0,0631

µ = m

µ = 0,0631

R² = 0,0864

R² = DK

KR = 1 – DK

Sumber radiasi       : Beta

Waktu paruh           : 28,6 yrs

Aktivitas mula-mula : 0,1 µci

Io= (0,1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 3700 cps

Gambar 7. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = -1,3632

µ = m

µ = -1,3632

R² = 0,9913

R² = DK

KR = 1 – DK

Sumber radiasi       : Gamma

Waktu paruh                       : 5,27 yrs

Aktivitas mula-mula : 1 µci

Io= (1 x 10^-6) x (3,7 x 10¹⁰ cps)

Io= 37000 cps

Gambar 8. Grafik hubungan antara ketebalan timah dengan cps rata-rata

Analisis Grafik

y = mx + C

m = -0,0787

µ = m

µ = 0,0787

R² = 0,8733

R² = DK

KR = 1 – DK

Kegiatan 3 : Hukum Kebalikan Kuadrat

Tabel 1

Hubungan Antara Jarak Sumber dan Aktivitas Sumber

Grafik hubungan antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung GM

Sumber radiasi alfa

Gambar 9. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Sumber radiasi beta

Gambar 10. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Sumber radiasi gamma

Gambar 11. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Plot hubungan antara cps rata-rata dengan kebalikan jarak kuadrat (1/D²)

Sumber radiasi alfa

Gambar 12. Grafik hubungan antara kebalikan jarak kuadrat dengan cps rata-rata

Sumber radiasi beta

Gambar 13. Grafik hubungan antara kebalikan jarak kuadrat dengan cps rata-rata

Sumber radiasi gamma

Gambar 14. Grafik hubungan antara kebalikan jarak kuadrat dengan cps rata-rata

Plot hubungan antara cps rata-rata dengan  jarak sumber ke tabung GM menggunakan grafik logaritma

Sumber radiasi alfa

Gambar 15. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Sumber radiasi beta

Gambar 16. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Sumber radiasi gamma

Gambar 17. Grafik hubungan antara jarak sumber dengan cps rata-rata

Pembahasan

Percobaan kali ini yaitu Percobaan Aktivitas Zat Radioaktif dimana bertujuan untuk Menyelidiki karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat radioaktif, menyelidiki dan membandingkan gaya tembus α, β, dan γ, menyelidiki kemampuan berbagai material (bahan) dalam menyerap radiasi, serta untuk menyelidiki hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber. Percobaan ini dibagi atas tiga kegiatan yakni kegiatan pertama Mengenal Aktivitas Zat Radioaktif, kegiatan kedua Mengukur daya tembus sinar alfa, beta dan gam α, β, dan γ, dan kegiatan ketiga Hukum kebalikan kuadrat.

Kegiatan pertama yaitu Mengenal Aktivitas Zat Radioaktif, dimana kita buatkan grafik histogram antara ketiga α, β, dan γ. Dari hasil plot histogram yang diperoleh dapat kita lihat bahwa aktivitas zat (bahan) yang paling aktif berturut-turut adalah β, γ dan α. Hal tersebut sesuai dengan teori yang ada.

Kegiatan kedua yaitu Mengukur daya tembus sinar α, β, dan γ. Dimana pada kegiatan ini kita menggunakan dua jenis penghalang yaitu Pb dan Al dengan masing-masing ketebalan yang berbeda-beda serta 3 jenis sumber radiasi. Dari hasil analisis grafik hubungan antara ketebalan bahan dengan cps rata-rata yang diperoleh nilai koefisien daya tembus untuk setiap sumber radiasi, dimana untuk sumber radiasi α dengan jenis penghalang Pb sebesar sedangkan untuk jenis penghalang Al sebesar ; untuk sumber radiasi β dengan jenis penghalang Pb sebesar  sedangkan untuk jenis penghalang Al sebesar ; untuk sumber radiasi γ dengan jenis penghalang Pb sebesar  sedangkan untuk jenis penghalang Al sebesar . Adanya perbedaan antara hasil yang diperoleh dengan teori yang ada dimana secara teori daya tembus yang paling besar itu berturut-turut gamma, beta, dan alfa. Sedangkan hasil analisis grafik yang didapatkan berbeda dimana untuk jenis penghalang Pb daya tembus paling besar berturut-turut adalah beta, alfa, gamma; sedangkan untuk jenis penghalang Al daya tembus paling besar berturut-turut adalah gamma, alfa, beta. Hal demikian terjadi mungkin karena pada saat pengambilan data terjadi kesalahan-kesalahan yang dapat mempengaruhi hasil yang diperoleh.

Pada kegiatan ketiga yaitu hokum kebalikan kuadrat dimana kita telah memplot grafik hubungan antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M, hubungan antara cps rata-rata dengan kebalikan jarak kuadrat. Dari hasil plot tersebut didapatkan bahwa yang bersesuaian dengan hukum kebalikan kuadrat adalah beta dan gamma sedangkan alfa tidak. Dimana semakin besar jarak sumber radiasi, maka semakin kecil cps rata-ratanya. Hal tersebut berlaku untuk sinar beta dan gamma.

SIMPULAN

Dari hasil praktikum yang telah dilakukan, maka dapat dismpulkan bahwa: karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat itu berbeda-beda. Daya tembus yang diperoleh tidak sesuai teori yang ada yakni daya tembus yang paling besar berturut-turut, gamma, beta, dan alfa. Dimana kemampuan berbagai material dalam menyerap energy bergantung ketebalan bahan. Hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber adalah berbanding terbalik disebut hokum kebalikan kuadrat dimana hanya berlaku pada sinar beta dan gamma saja sedangkan untuk sinar alfa tidak.

REFERENSI

[1]Subaer, dkk. 2014. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika I Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.

[2]http://bertiemargaretha.blogspot.com/2012/12/laporan-praktikum-radioaktivitas.html. Diakses pada tanggal 18 November 2014 di Makassar.

[3] Kenneth S. Krane. 1992.Fisika Modern. Jakarta: UI-Press

[4] Kenneth S. Krane. 1992.Fisika Modern. Jakarta: UI-Press

[5]http://bertiemargaretha.blogspot.com/2012/12/laporan-praktikum-radioaktivitas.html. Diakses pada tanggal 18 November 2014 di Makassar.

[6] Kenneth S. Krane. 1992.Fisika Modern. Jakarta: UI-Press

[7] (http://atophysics.wordpress.com). Diakses pada tanggal 18 November 2014 di Makassar.

[8] (http://atophysics.wordpress.com). Diakses pada tanggal 18 November 2014 di Makassar.

[9]http://bertiemargaretha.blogspot.com/2012/12/laporan-praktikum-radioaktivitas.html. Diakses pada tanggal 18 November 2014 di Makassar.