Emisi Beta
    Partikel beta merupakan suatu partikel bermuatan yang dapat dibedakan dari sebuah elektron biasa; partikel ini dikeluarkan dari inti atom radioaktif tidak stabil yang memiliki rasio neutron terhadap proton yang terlalu tinggi. Partikel tersebut memiliki suatu muatan listrik tunggal negatif dan maka dari itu disebut juga sebagai negatron, dan memiliki massa yang sangat kecil . (Cember dan Johnson, 2009)
    Radioaktivitas terjadi ketika sebuah inti mengemisikan suatu elektron negatif dari inti radioaktif yang tidak stabil. Hal ini terjadi ketika inti tersebut memiliki kelebihan neutron. Pertimbangan teoretis (dalam kenyataan bahwa terdapat beberapa radionuklida yang meluruh baik dengan emisi negatron maupun positron dan panjang gelombang de Broglie pada beberapa elektron MeV adalah jauh lebih besar daripada dimensi inti), bagaimanapun juga, tidak membolehkan keberadaan sebuah elektron negatif di dalam inti tersebut. Untuk alasan ini, sebuah partikel beta dipostulatkan agar muncul dari transformasi inti sebuah neutron menjadi sebuah proton melalui reaksi

di mana merupakan sebuah antineutrino. Elektron berenergi tinggi yang dikeluarkan dari inti dan ditunjukkan dengan adalah untuk membedakannya dengan elektron lain yang ditunjukkan dengan .
    Emisi beta berbeda dari emisi alfa dalam arti bahwa partikel beta memiliki spektrum energi yang kontinu antara nol dan beberapa nilai maksimum, energi titik ujung (endpoint), merupakan karakteristik dari nuklida tersebut. Kenyataan bahwa partikel beta bukan merupakan monoenergi tetapi memiliki distribusi energi yang kontinu hingga suatu energi maksimum tertentu, menyatakan secara tidak langsung bahwa terdapat partikel lain yang mengambil bagian yakni sebuah neutrino .
    Energi titik ujung ini bersesuaian dengan perbedaan massa antara inti induk dan anaknya sebagaimana diperlukan dalam kekekalan energi. Neutrino memiliki muatan nol dan massa hampir nol. Energi maksimum partikel beta berada pada rentang dari 10 keV hingga 4 MeV. Meskipun partikel beta minus ini memiliki rentang yang lebih besar daripada partikel alfa; lapisan tipis air, gelas logam, dll. dapat menghentikannya.
    Proses peluruhan beta dapat dijelaskan dengan :

peluruhan

Segera setelah peluruhan beta, atom anak memiliki jumlah elektron orbital yang sama dengan atom induknya dan dengan demikian menjadi bermuatan positif. Sangat cepat, bagaimanapun juga, atom anak memperoleh sebuah elektron dari medium di sekelilingnya agar menjadi netral secara listrik.
    Radiasi beta dapat menjadi radiasi eksternal yang berbahaya. Partikel beta dengan energi kurang dari 200 keV memiliki jangkauan penembusan yang terbatas dalam jaringan. Namun, partikel beta dapat memunculkan radiasi Bremsstrahlung yang mempunyai daya tembus sangat besar. (Magill dan Galy, 2005)

Emisi Positron
    Dalam kasus di mana rasio neutron terhadap proton adalah terlalu rendah dan emisi alfa tidaklah mungkin secara energetik, sebuah inti di bawah kondisi tertentu dapat mencapai kestabilan dengan mengemisikan sebuah positron. Positron merupakan partikel beta yang muatannya adalah positif (berlawanan dengan partikel beta yang bermuatan negatif, yang disebut dengan negatron jika terdapat suatu keperluan untuk membedakannya dari sebuah positron). Dalam segala hal lainnya, partikel ini sama dengan partikel beta negatif atau elektron biasa. Massanya adalah dan muatannya adalah . Karena kenyataan bahwa inti kehilangan sebuah muatan positif ketika sebuah positron diemisikan, hasil anak adalah satu nomor atom kurang daripada induknya. Nomor massa pada anak tetap tidak berubah, sebagaimana pada semua transisi inti yang melibatkan elektron. (Cember dan Johnson, 2009)
    Di dalam suatu inti, sebuah proton diubah menjadi sebuah neutron, positron dan neutrino

Dengan cara yang sama seperti pada , positron secara kontinu didistribusikan pada energi hingga suatu energi maksimum karakteristik. Positron tersebut, setelah diemisikan dari inti, mengalami gaya tarik elektrostatik yang kuat dengan elektron-elektron atom. Positron dan elektron negatif saling memusnahkan satu sama lain dan menghasilkan dua foton (sinar gamma) masing-masing dengan energi sebesar 0.511 MeV bergerak dengan arah yang berlawanan. Bahaya radiasi dari positron sama dengan yang berasal dari partikel . Sebagai tambahan, radiasi gamma yang dihasilkan dari pemusnahan positron-elektron memberikan suatu bahaya radiasi eksternal.
    Proses peluruhan dapat dijelaskan sebagai berikut:

peluruhan

Segera setelah peluruhan emisi positron, atom anak memiliki jumlah elektron orbital yang sama dengan atom induknya dan dengan demikian menjadi bermuatan negatif. Sangat cepat, bagaimanapun juga, atom anak kehilangan sebuah elektron dari medium di sekelilingnya agar menjadi netral secara listrik. (Magill dan Galy, 2005)

Penangkapan Elektron Orbital
    Nuklida-nuklida yang kekurangan neutron dapat pula mencapai kestabilan dengan menangkap sebuah elektron dari kulit K atau L yang lebih dalam pada orbit atom. Sebagai hasilnya, sebuah proton di dalam inti bertransformasi menjadi sebuah neutron yakni

Prosesnya sama seperti pada peluruhan dalam arti bahwa muatan inti tersebut berkurang 1. Proses peluruhan penangkapan elektron dapat dijelaskan dengan

peluruhan penangkapan elektron:

dan anak tersebut biasanya dihasilkan dalam keadaan tereksitasi. Inti yang dihasilkan tidaklah mantap dan meluruh dengan menghasilkan sebuah neutrino tak teramati dan emisi sinar-X karakteristik ketika kekosongan elektron dalam kulit K atau L diisi oleh elektron-elektron orbit yang lebih luar. (Magill dan Galy, 2005)

Baca selanjutnya...

Pada peluruhan alfa, sebuah atom induk mengemisikan suatu partikel dan menghasilkan sebuah nuklida anak . Segera setelah emisi partikel alfa, atom anak masih memiliki elektron-elektron Z dari induknya - karenanya atom anak memiliki dua elektron terlalu banyak dan harus ditunjukkan dengan . Elektron tambahan tersebut akan segera hilang setelah emisi partikel alfa yang meninggalkan atom anak secara listrik netral. Tambahan pula, partikel alfa akan melambat dan kehilangan energi kinetiknya. Pada energi rendah partikel alfa akan mendapatkan dua elektron agar menjadi sebuah atom helium netral. Proses peluruhan alfa dijelaskan dengan :

peluruhan .

Proses peluruhan alfa ditemukan sebagian besar pada nuklida yang kaya neutron, nuklida dengan nomor atom tinggi oleh karena kenyataan bahwa gaya tolak elektrostatik pada nuklida-nuklida berat meningkat dengan lebih cepat daripada gaya kohesi inti. Selain itu, partikel yang diemisikan harus mempunyai energi yang cukup untuk mengatasi penghalang potensial pada inti. (Magill dan Galy, 2005)

Sebuah partikel alfa merupakan suatu inti helium yang sangat berenergi yang diemisikan dari inti sebuah atom tidak stabil apabila rasio proton terhadap neutron terlalu rendah. Partikel ini bermuatan positif, partikel besar yang terdiri dari kumpulan dua proton dan dua neutron. Karena nomor atom dan nomor massa dikekalkan dalam alihan alfa, berarti bahwa hasil dari emisi alfa adalah suatu anak yang memiliki nomor atom kurang dua dari yang ada pada induk dan yang memiliki nomor massa atom kurang empat dari yang ada pada induk. Pada kasus , sebagai contoh, reaksinya adalah

.

Partikel alfa pada dasarnya adalah monoenergi. Namun, spektogram partikel-alfa menunjukkan adanya pengelompokan energi diskrit, dengan perbedaan-perbedaan energi yang kecil di antara kelompok berbeda tersebut. Perbedaan-perbedaan yang kecil ini berkaitan dengan perbedaan level energi pada inti anak. Yakni, sebuah inti yang mengemisikan salah satu dari partikel alfa dengan energi yang lebih rendah ditinggalkan dalam keadaan tereksitasi, sementara inti yang mengemisikan partikel alfa dengan energi yang paling tinggi untuk setiap nuklida tertentu biasanya ditinggalkan dalam keadaan "dasar". Inti yang ditinggalkan dalam keadaan tereksitasi biasanya mengemisikan energi eksitasinya dalam bentuk sinar gamma. Harus digaris-bawahi bahwa sinar gamma ini diemisikan dengan seketika, hampir selalu dalam < detik, setelah emisi partikel bermuatan terjadi dan, karenanya, tampak seperti telah datang dari inti radioaktif induk, padahal sebenarnya sinar gamma ini diemisikan oleh inti anak. Karena sinar gamma tampak seperti telah muncul secara bersamaan dengan partikel bermuatan, maka induk tersebut dikatakan sebagai pemancar gamma. Perlu digaris-bawahi juga bahwa sebagian besar partikel alfa biasanya diemisikan dengan energi yang maksimum. Sangat sedikit inti, sebagai konsekuensi, ditinggalkan dalam keadaan tereksitasi dan radiasi gamma, maka dari itu, hanya menyertai sebagian kecil dari partikel alfa.

Partikel alfa sangatlah terbatas dalam kemampuannya untuk menembus bahan. Lapisan kulit mati bagian luar sudah cukup tebal untuk menyerap seluruh radiasi alfa dari bahan radioaktif. Sebagai konsekuensi, radiasi alfa dari sumber-sumber di luar tubuh tidaklah merupakan bahaya radiasi. Namun, dalam kasus radionuklida yang mengemisikan-alfa saat mengendap secara internal, pengaruh shielding dari lapisan terluar kulit mati tersebut menjadi tidak ada dan energi radiasi alfa dapat terhambur dalam jaringan hidup. (Cember dan Johnson, 2009)

Baca selanjutnya...

Pengertian Radioaktivitas 

Suatu zat radioaktif (radioactive substance) dapat didefinisikan sebagai sesuatu yang memiliki sifat untuk mengemisikan radiasi secara spontan yang mampu berjalan melewati lembaran-lembaran logam dan zat-zat lain yang tak tembus terhadap cahaya. Radiasi tersebut berlaku dengan cara yang sama seperti pada cahaya terhadap suatu pelat fotografi, menyebabkan fluoresensi bertanda dalam zat-zat tertentu dan memberikan konduktivitas listrik pada udara. (Chadwick, 1921) 
Radioaktivitas merupakan karakteristik dari suatu inti atom. Inti tersebut, dan dengannya sebuah atom sebagai suatu keseluruhan, mengalami perubahan spontan yang dikenal sebagai radioaktif atau transformasi inti dan disebut juga dengan peluruhan (decay) atau disintegrasi. Energi yang dilepaskan per transformasi inti dan ditangani sebagai radiasi inti, sebagai suatu kaidah, kira-kira 10³ hingga 10⁶ kali lebih tinggi daripada energi yang dilepaskan per atom yang terlibat dalam reaksi kimia. (Lowenthal dan Airey, 2004) 
Radioaktivitas adalah suatu proses peluruhan spontan dan transformasi pada inti atom tidak stabil yang disertai dengan emisi partikel-partikel inti dan/atau radiasi elektromagnet (disebut juga radiasi inti). (L’ Annunziata, 2007) 
Radioaktivitas dapat didefinisikan sebagai transformasi spontan inti dalam atom tidak stabil yang menghasilkan formasi unsur-unsur baru. Transformasi tersebut digolongkan ke dalam salah satu dari beberapa mekanisme, di antaranya emisi partikel alfa, partikel beta dan emisi positron serta penangkapan elektron orbital. Masing-masing dari reaksi tersebut mungkin saja atau mungkin juga tidak disertai dengan radiasi gamma. (Cember dan Johnson, 2009) 

Mekanisme Radioaktivitas 
Peluruhan radioaktif merupakan transformasi spontan inti yang menghasilkan bentuk unsur-unsur baru. Dalam proses ini, suatu nuklida “induk” yang tidak stabil P bertransformasi menjadi suatu nuklida “anak” D yang lebih stabil melalui berbagai proses. Secara simbol proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: 

P → D + d₁ + d₂ + ...

di mana hasil-hasil yang lebih ringan d₁ + d₂ + ... merupakan partikel-partikel yang diemisikan. Proses tersebut biasanya disertai dengan emisi radiasi gamma. Jika nuklida anak juga ternyata tidak stabil, proses peluruhan radioaktif berlanjut lebih jauh dalam suatu rantai peluruhan hingga sebuah nuklida stabil dapat tercapai. Peluruhan radioaktif merupakan suatu proses nuklir dan sebagian besar tidak bergantung pada keadaan fisis dan kimiawi nuklida tersebut. Proses yang sebenarnya pada peluruhan radioaktif bergantung pada rasio neutron terhadap proton dan pada hubungan massa-energi dari induk, anak dan partikel yang diemisikan. Sebagaimana dengan setiap reaksi nuklir, berbagai hukum kekekalan harus dipegang. 

Terdapat 8 moda peluruhan murni yang diketahui (α, β^-, β⁺, ec, SF, n, p, CE). Sebagai tambahan terhadap moda peluruhan murni tersebut, masih terdapat moda-moda campuran, berkisar antara proses peluruhan beta khusus seperti neutron tertunda beta, alpha, atau emisi proton hingga moda peluruhan yang lebih eksotik seperti emisi dua-proton (2p) dan emisi “cluster”. Emisi cluster merupakan suatu istilah umum yang mencakup berbagai proses peluruhan langka. (Magill dan Galy, 2005) 
Secara umum yang paling sering ditemui pada seluruh transformasi radioaktif terbagi ke dalam beberapa kategori berikut:
1. Emisi alfa
2. Transisi isobarik (Misalkan nomor atom inti induk adalah Z, sehingga darinya inti anak adalah Z+1, jika sebuah partikel beta yang diemisikan, atau Z-1, jika sebuah positron yang diemisikan. Nomor massa atom anak sama dengan yang ada pada induk.)

• Emisi beta (negatron)
• Emisi positron
• Penangkapan elektron orbital

3. Transisi isomerik (Nomor atom dan nomor massa atom pada anak sama dengan yang ada pada induk.)

• Emisi gamma
• Konversi internal. (Cember dan Johnson, 2009) 

Baca selanjutnya...

Becquerel telah menemukan sebuah fenomena yang kemudian dikenal dengan kata ‘radioaktivitas’. Hari ini kata tersebut menimbulkan sesuatu dalam pikiran mengenai banyak gambaran; mulai dari ketakutan akan jatuhan bom atom dan bahaya yang berhubungan dengan stasiun pembangkit nuklir di satu sisi, hingga pengobatan terhadap kanker di sisi lain. Kata ini menjadi terkenal dengan nama yang buruk pada abad ke duapuluh, dan salah satu kata yang terus menimbulkan prasangka pada banyak orang. Hingga kini radioaktivitas merupakan suatu proses alami, yang terjadi secara konstan di sekitar kita dan bahkan di dalam tubuh kita; dan bukan hanya terjadi karena sifat alamiahnya saja, tetapi juga karena memang sangat diperlukan. Tanpa radioaktivitas, bintang tidak akan bersinar dan unsur-unsur yang darinya kita dibangun tidak akan pernah terbentuk. Lebih jauh, radioaktivitas telah memperlengkapi kita dengan sebuah jendela menuju sifat dasar dari semua materi - suatu jendela yang saintis mulai membukanya segera setelah penemuan Becquerel. (Close, Marten dan Sutton, 2002) 

Segera setelah laporan asli Wilhelm Conrad Röntgen diterjemahkan dan dipublikasikan oleh majalah Nature pada tanggal 23 Januari 1986 dengan judul “On a New Kind of Rays” di Paris, Antoine Henri Becquerel menggagas untuk melakukan penelitian guna melihat apakah bahan fosforesen alami akan mengemisikan sinar yang sama ataukah berbeda. Henri Becquerel meletakkan sampel uranium sulfat di atas pelat fotografi yang dibungkus dengan kertas hitam atau lembaran aluminium untuk melindungi pelat dari paparan terhadap cahaya. Setelah mencuci pelat fotografi tersebut ia menemukan bahwa garam uranium mengemisikan sinar yang dapat tembus melewati kertas hitam dan bahkan lembaran logam atau gelas tipis yang diposisikan di antara garam uranium dan pelat fotografi. 

Pada awalnya Becquerel mengira bahwa sinar tersebut merupakan hasil fosforesensi, yakni, eksitasi kristal oleh sinar matahari yang memaksa kristal untuk mengemisikan sinarnya sendiri. Namun, Henri Becquerel melakukan pengujian lebih lanjut dengan menunjukkan bahwa sinar yang berasal dari garam uranium tersebut tidak bergantung pada sumber eksitasi eksternal apapun termasuk cahaya, listrik atau panas dan intensitas cahaya tidak berkurang secara nilai terhadap waktu. “Maka dari itu kami berhadapan dengan sebuah fenomena spontan dari suatu golongan baru,” merupakan kata-kata saat Kuliah Nobel (Nobel Lecture) yang diberikan oleh dirinya pada tanggal 11 Desember 1903. 

Becquerel menyajikan keterangan dengan ketentuan bahwa semua garam uranium mengemisikan radiasi yang sama, dan bahwa hal ini merupakan suatu sifat atom uranium khususnya karena logam uranium mengemisikan radiasi yang jauh lebih kuat daripada garamnya pada unsur yang sama. Ia juga mampu menunjukkan bahwa radiasi tersebut berbeda dengan sinar x yang ditemukan oleh Röntgen. Radiasi baru tersebut menghasilkan ionisasi dan intensitas radioaktivitasnya dapat diukur dengan ionisasi tersebut, sebagaimana dalam kalimatnya, “uranium melucuti bahan-bahan bermuatan listrik yang ditempatkan pada beberapa jarak tertentu.” 

Tidak hanya telah berhasil membuat sinar tersebut menghasilkan ionisasi, Becquerel juga mampu untuk menunjukkan bahwa suatu porsi yang besar dari sinar ini dapat dibelokkan oleh suatu medan magnet dan merupakan partikel bermuatan dengan sifat seperti pada sinar katoda. Dalam penghargaan atas penemuannya untuk radioaktivitas, Henri Becquerel berbagi Hadiah Nobel Bidang Fisika pada tahun 1903 dengan Pierre dan Marie Curie yang dianugerahi Hadiah untuk penelitian yang meluas hingga radioaktivitas yang baru saja ditemukan. (L’ Annunziata, 2007) 

Dalam pergantian abad (1899-1902), penyelidikan oleh Ernest Rutherford secara jelas menunjukkan bahwa terdapat perbedaan pada jenis-jenis radiasi pengion. Karena pada awalnya tidak mungkin untuk mengidentifikasi ketiga jenis radiasi berbeda tersebut, mereka kemudian menamainya dengan ketiga huruf awal dalam alfabet Yunani; sinar α, β dan γ. Dapat ditunjukkan bahwa sinar α dan β dapat dibelokkan oleh medan magnet, berlawanan dengan sinar γ. (Grupen, 2010)

Baca selanjutnya...