SPEKTROKOSKOPI GAMMA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Tenaga atom itu pada dasarnya merupakan suatu bentuk energi yang terjadinya tidak begitu berbeda dengan enegi yang timbul pada reaksi kimia. Perbedaannya terletak dalam pengaturan kembali di dalam inti atom, tidak seperti pada reaksi kimia, pengaturan kembali terjadi antara atom – atom. Molekul tersusun atas satu atom yang terikat pada satu atom atau beberapa atom lain. Penyusunan kembali seperti di atas membebaskan tenaga. Atom sendiri tersusun oleh inti, yang terdiri terutama dari proton dan neutron dan mengikat elektron. Pengaturan kembali dari susunan inti atom ini dinamakan reaksi inti. Radiasi sinar X atau sinar gamma dari inti yang tereksitasi. Sebuah inti dapat berada dalam keadaan ikat yang energinya lebih tinggi daripada keadaan dasar, seperti juga atom bisa berada berada dalam keadaan seperti itu. Inti tereksitasi kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan foton yang energinya bersesuaian dengan perbedaan energi antara berbagai keadaan awal dan keadaan akhir dalam transisi yang bersangkutan.

Kita dapat membayangkan proses yang dikenal sebagai konversi internal ini sebagai sejenis efek fotolistrik dimana sebuah foton nuklir diserap oleh elektron atomik; lebih cocok dengan eksperimen jika kita menganggap konversi internal menyatakan transfer langsung energi eksitasi diri sebuah inti ke elektron. Elektron yang terpancar memiliki energi kinetik sama energi eksitasi nuklir yang hilang dikurangi energi ikat elektron itu dalam sebuah atom. Kebanyakan inti tereksitasi memiliki umur-paro yang pendek terhadap peluruhan gamma, tetapi beberapa tetap tereksitasi selama beberapa jam.

Di dalam percobaan spektroskopi sinar beta dan gamma ini, kita akan mendeteksi radioaktif menggunakan detector NaI(TI) yang peka terhadap sinar gamma. Sumber radiasi yang digunakan adalah Co-60 dan Cs-137. Dari hasil percobaan tersebut nantinya kita akan mengetahui besar energi bahan x dengan membandingkan hasil energy pada buku Kaplan dan nilai unsurnya .

1.2  Tujuan

      1.      Untuk mendeteksi radioaktif menggunakan detektor yang peka terhadap sinar gamma

      2.      Untuk mengetahui sifat – sifat sinar gamma

      3.      Untuk mengetahui aplikasi dari spektroskopi gamma

      4.      Untuk mengetahui macam-macam deret peluruhan unsure radioaktif.

BAB II

DASAR TEORI

Pada tahun 1896 Becquerel menemukan bahwa suatu senyawa uranium mempengaruhi suatu pelat fotografi terbungkus dalam kertas pembuktian cahaya, dan dia menyebutnya radioaktivitas phenomenon. Radiasi dari uranium dipisahkan ke dalam tiga komponen ketika suatu medan magnetik B diberikan tegak lurus ke hulu radiasi, dan mereka disebut sinar alpa, beta, dan gamma. Sinar alpa dan sinar beta dibelokkan oleh medan dan dengan demikian secara tepat mengisi partikel, tetapi sinar gamma tidak dipengaruhi.

Sinar beta dan sinar gamma oleh pembelokan partikel beta tegak lurus dengan medan magnetik dan medan listrik, perbandingan massa dan muatan mereka dapat ditentukan. Ini serupa dengan eksperimen Thomson. Eksperimen ini menunjukkan bahwa partikel beta merupakan elektron yang bergerak pada kecepatan tinggi.

Secara umum, partikel beta mempunyai suatu daya penetrasi material lebih besar daripada partikel alpa. Ini berkaitan dengan ionisasi udara lebih lemah oleh partikel beta dibandingkan dengan partikel alpa, jadi energi mereka hilang sedikit secara cepat daripada partikel alpa dan jika mereka lewat terlalu jauh.

Sinar gamma alami ditunjukkan oleh eksperimen dengan kristal. Fenomena pembiasan dijelaskan dalam kasus ini, yang mana menyarankan sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik. Pengukuran panjang gelombang mereka, oleh teknik spesial dengan kristal, menunjuk mereka lebih pendek daripada panjang gelombang sinar X. Sinar gamma dapat menetrasi logam yang ketebalannya lebih besar, tetapi mereka mempunyai daya mengionisasi kurang jauh dalam gas daripada partikel beta.

Pada tahun 1930 Bothe dan Becker menemukan bahwa suatu radiasi sangat penetrasi dihasilkan ketika partikel alpa berada pada peristiwa berilium. Radiasi tidak mempunyai muatan karena itu jadi bisa melewati radiasi gamma yang sangat hebat energinya. Pada tahun 1932 Curie-Juliot menempatkan suatu blok paraffin di depan radiasi penetrasi, dan menunjukkan bahwa pertimbangan jarak proton ditolak dari paraffin. Energi radiasi dapat dihitung dari jarak penolakan proton, dan itu kemudian ditemukan dengan kemungkinan yang tinggi.

Pada tahun 1932 Chadwick mengukur kecepatan proton ketia mereka ditolak oleh penetrasi radiasi dari material seperti paraffin yang mengandung hidrogen. Dia menggunakan polonium A sebagai suatu sumber partikel alpa dan tidak diketahui radiasi X dibangun oleh dampak berilium B yang kemudian terjadi pada paraffin C. Kecepatan proton tertolak dari C yang dapat ditemukan dari jarak mereka dalam udara, yang mana ditentukan oleh banyaknya penempatan ketebalan penyerapan lempengan aluminium D di depan suatu tempat pengionisasian E sampai tidak ada efek yang dihasilkan di sana. Dengan kalibrasi ketebalan lempengan aluminium sebelumnya diistilahkan dalam ketebalan udara, jarak dalam udara ditemukan.

Suatu partikel beta, suatu elektron, dan suatu sinar gamma, suatu gelombang elektromagnetik, hanya mempunyai dampak yang kecil dalam massa suatu inti ketika mereka dipancarkan. Suatu partikel beta mempunyai muatan –e. Sekarang thorium mempunyai suatu muatan inti +90e dan nomor massa 234, dan memancarkan sinar beta dan sinar gamma. Dengan akibatnya nomor massa tidak ada, tetapi muatan inti meningkat ke +91e, dan jika suatu elemen baru dibentuk nomor atom 91. Ini merupakan isotop protatinium secara tepat. Simbol elemen baru terbentuk ditunjukkan dalam kurung pada kolom elemen dalam tabel. Satuannya mengandung isotope Pb yang paling banyak, thorium Th dan bismuth Bi, elemen yang mana mempunyai nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda.

Peluruhan radioaktivitas, yang menghasilkan pemancaran dari partikel alpa, beta, dan sinar gamma merupakansuatu proses yang acak. Kita tidak meramalkan atom akan meluruh pada suatu fakta yang praktis. Semuanya kita tahu bahwa laju rata-rata pemancaran dari suatu contoh radioaktif yang ideal pada bilangan tidak mengubah atom yang menghadirkannya secara praktis. Pada perhitungan acak yang pemancarannya alami, perhitungan nomor pemancaran dalam pemberian waktu seperti satu menit yang akan ditemukan fluktuasinya, walaupun sumber aktivitasnya konstan. Ini baik diilustrasikan oleh radiasi layar yang berkaitan dengan sinar kosmik ketika mereka dibelokkan oleh suatu tabung G-M dan skalar. Radiasi dapat dipertimbangkan berkaitan dengan sumber aktivitas konstan yang lebih merupakan keaslian dari sinar kosmik yang memasuki atmosfer bumi. Dalam kasus ini, perhitungan membuat fluktuasi dalam konsekutif menit setelah dipertimbangkan. Dalam cara yang sama, pencacah per menit dalam eksperimen dengan sumber radiasi laboratorium akan memfluktuasikan, meskipun tidak sebanyak kasus sinar kosmik yang mana merupakan suatu sumber relativitas yang lemah. (M. Nelkon, 2000)

Seperti atom yang tereksitasi begitu juga inti yang tereksitasi dapat memancarkan foton. Sinar gamma dari inti yang tereksitasi. Sebuah inti dapat berada dalam keadaan ikat yang energinya lebih tinggi daripada keadaan dasar, seperti juga atom bisa berada berada dalam keadaan seperti itu. Inti tereksitasi diberi tanda bintang setelah lambang yang biasa dipakai, misalnya Sr*. Inti tereksitasi kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan foton yang energinya bersesuaian dengan perbedaan energi antara berbagai keadaan awal dan keadaan akhir dalam transisi yang bersangkutan. Foton yang dipancarkan oleh inti daerah energinya berbeda-beda hingga mencapai beberapa MeV dan secara tradisional disebut sinar gamma.

Hubungan sederhana antara tingkat energi dan skema peluruhan ditunjukkan dengan perubahan peluruhan beta Mg menjadi Al. Umur paro peluruhan itu ialah 9,5 menit, dan dapat terjadi ke salah satu dari kedua tingkat eksitasi Al. Inti Al* yang dihasilkan mengalami dua peluruhan gamma untuk mencapai keadaan dasar.

Konversi internal. Sebagai alternatif dari peluruhan gamma untuk beberapa kasus inti tereksitasi dapat kembali dalam keadaan dasar dengan memberikan energi eksitasinya ke salah satu elektron orbital di sekelilingnya. Kita dapat membayangkan proses yang dikenal sebagai konversi internal ini sebagai sejenis efek fotolistrik di mana sebuah foton nuklir diserap oleh elektron atomik; lebih cocok dengan eksperimen jika kita menganggap konversi internal menyatakan transfer langsung energi eksitasi dari sebuah inti ke sebuah elektron. Elektron yang terpancar memiliki energi kinetik sama dengan energi eksitasi nuklir yang hilang dikurangi energi ikat elektron itu dalam sebuah atom.

Isomer mempunyai umur panjang. Kebanyakan inti tereksitasi memiliki umur paro yang pendek terhadap peluruhan gamma, tetapi beberapa tetap tereksitasi selama beberapa jam. Inti tereksitasi yang berumur panjang disebut isomer dari inti yang sama dalam keadaan dasar. Inti tereksitasi Sr* memiliki umur paro 2,8 jam sehingga bisa disebut isomer Sr.

Pada tahun 1895 Roentgen mendeteksi sinar X dengan fluorosensi yang ditimbulkannya dalam bahan tertentu. Ketika Henri Becquerel mempelajari hal itu pada awal tahun 1896, ia mempersoalkan apakah proses baliknya dapat terjadi yaitu dengan intensitas tinggi, cahayanya menstimulasi bahan fluoresen untuk menghasilkan sinar X. Ia meletakkan garam uranium pada pelat fotografik yang ditutupi kertas hitam, kemudian sistem ini disinari oleh cahaya matahari. Ia mendapatkan bahwa pelat fotografi itu seperti berkabut sesudah dicuci. Selanjutnya Becquerel mencoba mengulangi eksperimen itu tetapi awan menutupi matahari untuk beberapa hari. Namun, ketika ia mencuci pelat fotografi tersebut dengan harapan bahwa pelat itu bening, ternyata pelat itu tetap seperti berkabut seperti semula. Dalam waktu singkat dia menemukan sumber radiasi yang mempunyai daya tembus itu ialah uranium yang terdapat dalam garam fluoresen. Ia juga dapat memperlihatkan bahwa radiasi itu dapat mengionisasi gas dan sebagian radiasi itu terdiri dari partikel bermuatan yang bergerak cepat.

Selang beberapa waktu setelah itu, Pierre dan Marie Curie ketika sedang melakukan ekstraksi uranium bahan tambang pitchblende dalam laboratorium yang sama, telah menemukan dua unsur lain yang juga radioaktif. Unsur yang pertama dinamakan polonium sesuai dengan negara asal Marie Curie yaitu Polandia. Unsur yang kedua ternyata seribu kali lebih radiaoaktif daripada uranium, disebut radium. Karena inti memancarkan partikel, itu merupakan keadaan alami untuk mengasumsikan yang intinya berada di dalam partikel.

Tidak tampak tetapi berbahaya. Radiasi ionisasi berbahaya bagi makhluk hidup. Seperti sinar X berbagai  radiasi dari radionuklide dapat mengionisasi materi yang dilaluinya. Semula radiasi ionisasi berbahaya bagi jaringan hidup, walaupun jika kerusakannya sedikit, jaringan tersebut masih dapat memperbaiki dirinya sendiri sehingga tidak ada pengaruh yang permanen. Mudah sekali kita melalaikan bahaya radiasi karena biasanya ada penundaan, kadang-kadang sampai bertahun-tahun, antara pendedahan dan akibat yang mungkin, termasuk kanker, leukimia, perubahan genetik yang dapat mengakibatkan berbagai cacat pada anak-anak.

Radioaktivitas suatu unsur timbul dari radioaktivitas satu atau lebih isotopnya. Banyak sekali unsur  dalam alam tidak mempunyai isotop radioaktif, walaupun demikian, isotop itu tersebut dapat disiapkan supaya menjadi radioaktif secara  artifisial (buatan) dan dapat berguna dalam penelitian biologi dan kedokteran sebagai “perunut”. Prosedurnya ialah dengan menggabungkan radionuklide dalam senyawa kimiawi dan mengikuti apa yang terjadi pada senyawa itu dalam organisme hidup dengan memantau radiasi dari nuklide itu. Unsur lain seperti kalium memiliki isotop mantap dan beberapa isotop radioaktif; beberapa unsur lain seperti uranium, hanya memliki isotop radioaktif. (Arthur Beiser, 2004)

Elemen radioaktif dipancarkan dua jenis radiasi. Salah satu tidak dapat menetrasi suatu potongan kertas; ini disebut radiasi alpa (α), setelah huruf pertama dalam abjad Yunani. Yang lain dapat melewati semester udara atau lempengan logam tipis; ini dinamakan radiasi beta (β), setelah huruf kedua dalam abjad Yunani.

Pada tahun 1900 banyak eksperimentalis menunjukkan bahwa radiasi beta dapat dibelokkan oleh medan magnetik, memperlihatkan bahwa itu merupakan suatu muatan partikel phenomenon. Partikel ini mempunyai muatan negative dan muatan yang sama dibanding massa sebagai penemuan elektron secara terbaru . Kemudian ini disimpulkan bahwa partikel beta ini, dalam faktanya, elektron dipancarkan oleh inti. 

Pada tahun 1903, Rutherford menunjukkan bahwa radiasi alpa dapat juga dibelokkan oleh medan magnetik dan bahwa partikel ini mempunyai suatu muatan sebesar +2. Karena mereka mempunyai suatu muatan lebih besar daripada elektron dan sebelumnya sangat sulit untuk dibelokkan, itu disimpulkan bahwa mereka lebih banyak secara besar-besaran daripada elektron. Enam tahun kemudian Rutherford dapat menunjukkan bahwa partikel alpa merupakan inti dari atom helium.

Jenis radiasi yang ketiga ditemukan pada tahun 1900. Secara alami, ini dinamakan setelah huruf ketiga dalam abjad Yunani dan dikenal sebagai radiasi gamma (γ). Radiasi ini mempunyai daya penetrasi yang sangat tinggi; itu dapat melewati banyak meter udara atau melewati dinding yang tebal. Tidak seperti dua jenis radiasi yang lainnya, radiasi gamma tidak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetik. Sinar gamma, seperti sinar-X, sekarang dikenal menjadi energi foton yang tinggi. Meskipun jarak energi mereka saling melengkapi, foton sinar gamma biasanya mempunyai banyak energi daripada foton sinar-X, yang mana, banyak energi daripada foton cahaya tampak.

Maxwell dapat menunjukkan bahwa ini merupakan konsekuensi dari persamaan yang dia dan lainnya mengembangkan untuk menggambarkan banyak koneksi antara listrik dan magnetik. Persamaan ini disebut persamaan Maxwell dalam kontribusinya. Sinar beta dan sinar gamma oleh pembelokan partikel beta tegak lurus dengan medan magnetik dan medan listrik, perbandingan massa dan muatan mereka dapat ditentukan. Ini serupa dengan eksperimen Thomson. Eksperimen ini menunjukkan bahwa partikel beta merupakan elektron yang bergerak pada kecepatan tinggi. Secara umum, partikel beta mempunyai suatu daya penetrasi material lebih besar daripada partikel alpa. Ini berkaitan dengan ionisasi udara lebih lemah oleh partikel beta dibandingkan dengan partikel alpa, jadi energi mereka hilang sedikit secara cepat daripada partikel alpa dan jika mereka lewat terlalu jauh.

Radioaktivitas merupakan suatu inti phenomenon menunjukkan bahwa inti mempunyai suatu struktur internal. Karena inti memancarkan partikel, itu merupakan keadaan alami untuk mengasumsikan yang intinya berada di dalam partikel. Radioaktivitas, yang menghasilkan pemancaran dari partikel alpa, beta, dan sinar gamma merupakansuatu proses yang acak. Kita tidak meramalkan atom akan meluruh pada suatu fakta yang praktis. Semuanya kita tahu bahwa laju rata-rata pemancaran dari suatu contoh radioaktif yang ideal pada bilangan tidak mengubah atom yang menghadirkannya secara praktis.

Inti memancarkan sinar gamma tanpa mengubah identitas mereka, karena sinar gamma merupakan energi foton yang tinggi dan tanpa membawa muatan. Inti mempunyai tingkat energi yang berlainan analog ke dalam atom itu. Jika inti tidak dalam keadaan dibumikan, itu mungkin mengubah keadaan energi terendah dengan pemancaran sinar gamma. Ini sering terjadi setelah suatu inti mengalami satu dari jenis peluruhan lainnya menjadi suatu keadaan eksitasi anak inti. Anak inti merupakan satu elemen lebih tinggi dalam grafik periodic dan mempunyai nomor inti yang sama. Akan tetapi, anak inti merupakan milik elemen yang lebih rendah dalam tabel periodik dan mempunyai nomor inti yang sama sebagai induknya. Proses ini dideteksi oleh pengamatan atomik sinar X yang diberikan ketika elektron terluar terlempar mengisi keadaan energi yang dikosongkan oleh penangkapan elektron.

Kita semua pasti sudah kenal dengan sinar X, dari mengunjungi dokter umum atau dokter gigi. Sinar X mempunyai frekuensi tinggi dan mudah meluruh. Mereka dihasilkan oleh percepatan muatan partikel dalam mesin sinar X dan secara alami oleh atom. Sinar gamma merupakan radiasi berfrekuensi tinggi yang berasal dari inti. (Gerald F. Wheeler, 1997)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1. Peralatan dan Bahan

3.1.1. Peralatan

1.  High Voltage

Berfungsi sebagai sumber tegangan.

2.  Detektor NaI(TI)

Berfungsi untuk mendeteksi radioaktif radiasi sinar gamma.

3.  Absorber Pb dan Fe

Berfungsi untuk menyerap radiasi sinar beta dan gamma.

4.  Cassey Lab

Berfungsi sebagai alat cacah yang menghasilkan nilai cacah pada tegangan tertentu.

3.1.2. Bahan

1.  Co-60

Berfungsi sebagai sumber radioaktif sinar radiasi.

2.  Cs-137

Berfungsi sebagai sumber radioaktif sinar radiasi.

3.2. Prosedur Percobaan

A. Kalibrasi MCA

1. Dipersiapkan semua peralatan yang akan digunakan.

2. Dihubungkan detektor ke alat cacah.

3. Dihubungkan alat cacah dan diatur tegangan hingga 1000 V.

4. Diukur laju cacah isotope Cs-137 dan bahan X.

5. Ditentukan besar energy bahan X dengan membandingkan hasil energy pada buku

    Kaplan.

6. Ditentukan unsur X.

B. Menentukan interaksi dengan Cs-137, cacah latar belakang (background), cacah 

     interaksi dengan absorber Fe dan absorber Pb

1. Dipersiapkan semua peralatan pada percobaan.

2. Dihitung cacah latar belakang (background).

3. Dihitung cacah interaksi dengan absorber Fe dan absorber Pb.

4. Dicatat cacah yang dihasilkan.

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 2004. Konsep Fisika Modern. Edisi keempat. Jakarta : Erlangga.

          Hal : 441-442, 472-473

Nelkon, M. 2000. Principles Of Atomic Physics And Electronics. Fifth Edition. London :

            Heinemann Educational Books.

Pages : 34-47

Wheeler, Gerald. F. 1997. Physics Building A World View. USA : Prentice-Hall, Inc.

            Pages : 398-399, 468-473