Radioaktivitas

Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif atau peluruhan nuklir adalah proses pemecahan inti atom yang tidak stabil sehingga terjadi kehilangan energi (berupa massa dalam diam) dengan memancarkan radiasi, seperti partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron atau positron) dengan neutrino dan sinar gamma. Material yang mengandung inti tak stabil ini dianggap radioaktif. 

Inti atom yang memiliki nomor massa besar memiliki energi ikat inti yang relatif lebih kecil dibandingkan dengan nomor massa menengah. Kecenderungan inti atom yang memiliki nomor massa besar misalnya uranium 235 kecenderungan tidak stabil akan memancarkan energi dalam bentuk sinar radioaktif. 

Pengamatan tentang aktivitas inti dimulai dari Henry Becquerel yang menyelidiki tentang gejala fosforesensi dan fluoresensi. Fosforesensi yaitu peristiwa berpendarnya zat setelah cahaya yang menyinari zat tersebut dihentikan, sedangkan fluoresensi yaitu peristiwa berpendarnya zat pada saat zat tersebut mendapatkan sinar. Dalam penyelidikan Becquerel, unsur uranium selalu memancarkan sinar radiasi meskipun unsur tersebut disimpan di tempat yang tidak terkena cahaya dalam waktu yang lama. Sinar radiasi berasal dari dalam inti atom. 

Selanjutnya Piere Curie dan Marie Curie menyelidiki sinar radiasi yang berasal dari inti atom, yang kemudian menemukan dua unsur yang selalu memancarkan sinar radiasi yang kemudian dinamakan Poloniun dan Radium. Unsur yang selalu memancarkan sinar radiasi tersebut dinamakan unsur radioaktif (isotop radioaktif).

Inti atom yang tidak stabil selalu memancarkan secara spontan sinar radioaktif, sehingga akhirnya akan diperoleh inti atom yang stabil. Peristiwa pemancaran sinar radioaktif secara spontan disebut radioaktivitas atau peluruhan radioaktif.

1. Sinar Radioaktif

Isotop radioaktif yang mampu memancarkan sinarradioaktif kebanyakan adalah unsur-unsur yang mempunyai nomor massa besar, yaitu lebih dari 200. Pemancaran sinar radioaktif dibedakan menjadi tiga, yaitu sinar α (alfa), β (beta), dan γ (gamma) .

Pemancaran sinar radioaktif tersebut akan menyebabkan terjadinya perubahan nukleon pada inti atom sehingga inti atom akan berubah menjadi inti atom yang lain. Inti atom sebelum terjadi peluruhan disebut inti induk dan inti atom yang terjadi setelah peluruhan disebut inti anak. Jika inti anak yang terbentuk masih bersifat radioaktif, akan secara langsungmeluruh sehingga akhirnya akan diperoleh inti yang stabil.

a. Pemancaran Sinar α 

Suatu inti atom radioaktif yang memancarkan sinar α akan menyebabkan nomor atom inti induk berkurang dua dan nomor massa induk berkurang empat sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar α sebenarnya merupakan pemancaran partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron yang merupakan partikel yang bermuatan positif yang memiliki massa 4 kali massa proton yang diberi lambang $_{2}α ^4$ atau $_{2}He ^4$. Secara umum, proses pemcaran sinar α dituliskan sbb:

Contoh peluruhan sinar α yaitu :

1) $_{92}U^{235} →_{90}Th^{231} + _{2}He ^4$.

2) $_{88} Ra^{224} → _{84}Rn^{220} + _{2}He ^4$.

b. Pemancaran Sinar β

Isotop radioaktif jika memancarkan sinar β, maka akan menyebabkan nomor atom inti induk nomor massa tetap sedangkan nomor atomnya bertambah satu sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar β sebenarnya merupakan pancaran elektron dari inti atom karena perubahan neutron menjadi proton dan diberi lambang $_{-1}β^0$. Secara umum, proses pemcaran sinar β dituliskan sbb:

Contoh peluruhan sinar β yaitu :

 

c. Pemancaran Sinar γ

Sebuah inti atom dapat memiliki energi ikat nukleon yang lebih tinggi dari energi ikat dasarnya (ground state). Dalam keadaan ini dikatakan inti atom dalam keadaan tereksitasi dan dapat kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma atau foton yang besarnya energi tergantung pada keadaaan energi tereksitasi dengan energi dasarnya. Pemancaran sinar tidak menyebabkan perubahan massa dan muatan pada inti atom. Inti atom yang dalam keadaan tereksitasi diberi tanda bintang setelah lambang yang biasanya dipakai, misal $_{38}Sr^{* 87}$. Secara umum, proses pemcaran sinar γ dituliskan sbb:

Contoh peluruhan sinar γ yaitu:

 

Dari hasil penelitian lebih lanjut dari sifat-sifat sinar radioaktif menunjukkan bahwa jika dilihat dari sifat daya ionisasinya (sifat kimianya) menunjukkan bahwa sinar α memiliki daya ionisasi paling kuat, baru kemudian sinar β, dan sinar γ. Sedangkan sifat fisikanya : yaitu sinar γ memiliki daya tembus yang paling kuat, baru kemudian sinar β dan sinar α. Apabila sinar radioaktif tersebut dilewatkan dalam medan magnet atau medan listrik, ternyata sinar α dan β terpengaruh oleh medan tersebut, sedangkan sinar γ tidak terpengaruh oleh medan listrik dan medan magnet. Sinar β dibelokkan lebih tajam dibandingkan dengan sinar α. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini.

 

2. Aktivitas Inti Radioaktif

Inti atom radioaktif adalah inti yang tidak stabil, yaitu secara spontan memancarkan sinar radioaktif (𝞪, 𝞫, dan 𝞬). Akibat pemancaran sinar ini menyebabkan jumlah inti makin lama makin berkurang (meluruh). Laju perubahan inti atom radioaktif yang meluruh tiap satu satuan waktu disebut aktivitas inti yang besarnya tidak dipengaruhi oleh faktor luar, misalnya tekanan dan suhu melainkan hanya dipengaruhi oleh banyaknya inti atom radioaktif. Makin banyak inti atomnya, semakin tinggi aktivitas inti, makin sedikit inti atomnya, makin kecil aktivitas intinya. Peluruhan menyebabkan inti atom berkurang, sehingga aktivitas intinya pun berkurang sesuai dengan perubahan waktu.

Aktivitas inti dapat dinyatakan dalam persamaan :

 

Dari persamaan tersebut dapat dituliskan :

 

Jika persamaan diintegralkan akan diperoleh :