MANFAAT RADIO
KIMIA DALAM BIDANG INDUSTRI
SEJARAH RADIOAKTIF
A.
Penemuan keradioaktifan
Pada tahun 1895, W.C.
Rontgen menemukan bahwa tabung sinar katode mengahasilkan suatu radiasi berdaya
tembus tinggi y. ang dapat menghitamkan film potret, walupun film
tersebut terbungkus kertas hitam. Karena belum mengenal hakekatnya, sinar ini
dinamai sinar X. Ternyata sinar X adalah suatu radiasi elektromagnetik yang
timbul karena benturan berkecepatan tinggi (yaitu sinar katode dengan suatu
materi (anode). Sekarang sinar X disebut juga sinar rontgen dan digunakan untuk
rontgen yaitu untuk mengetahui keadaan organ tubuh bagian dalam.
Penemuan sinar X
membuat Henry Becguerel tertarik untuk meneliti zat yang bersifat
fluorensensi, yaitu zat yang dapat bercahaya setelah terlebih dahulu mendapat
radiasi (disinari), Becquerel menduga bahwa sinar yang dipancarkan oleh zat
seperti itu seperti sinar X. Secara kebetulan, Becquerel meneliti batuan
uranium. Ternyata dugaan itu benar bahwa sinar yang dipancarkan uranium dapat
menghitamkan film potret yang masih terbungkus kertas hitam. Akan tetapi,
Becqueret menemukan bahwa batuan uranium memancarkan sinar berdaya tembus
tinggi dengan sendirinya tanpa harus disinari terlebih dahulu. Penemuan ini
terjadi pada awal bulan Maret 1986. Gejala semacam itu, yaitu pemancaran
radiasi secara spontan, disebut keradioaktifan, dan zat yang bersifat
radioaktif disebut zat radioaktif.
Zat radioaktif yang
pertama ditemukan adalah uranium. Pada tahun 1898, Marie Curie bersama-sama
dengan suaminya Pierre Curie menemukan dua unsur lain dari batuan uranium yang
jauh lebih aktif dari uranium. Kedua unsur itu mereka namakan masing-masing
polonium (berdasarkan nama Polonia, negara asal dari Marie Curie), dan radium
(berasal dari kata Latin radiare yang berarti bersinar).
Ternyata, banyak unsur
yang secara alami bersifat radioaktif. Semua isotop yang bernomor atom diatas
83 bersifat radioaktif. Unsur yang bernomor atom 83 atau kurang mempunyai
isotop yang stabil kecuali teknesium dan promesium. Isotop yang bersifat
radioaktif disebut isotop radioaktif atau radioi isotop, sedangkan isotop yang tidak
radiaktif disebut isotop stabil. Dewasa ini, radioisotop dapat juga dibuat dari
isotop stabil. Jadi disamping radioisotop alami juga ada radioisotop buatan.
B.
Sinar-sinar Radioaktif
Pada tahun 1903, Ernest
Rutherford mengemukakan bahwa radiasi yang dipancarkan zat radioaktif dapat
dibedakan atas dua jenis berdasarkan muatannya. Radiasi yang berrnuatan positif
dinamai sinar alfa, dan yang bermuatan negatif diberi nama sinar beta.
Selanjutnya Paul U. Viillard menemukan jenis sinar yang ketiga yang tidak
bermuatan dan diberi nama sinar gamma.
1.
Sinar alfa ( α )
Sinar alfa merupakan radiasi partikel
yang bermuatan positif. Partikel sinar alfa sama dengan inti helium -4,
bermuatan +2e dan bermassa 4 sma. Partikel alfa adalah partikel terberat yang
dihasilkan oleh zat radioaktif. Sinar alfa dipancarkan dari inti dengan
kecepatan sekitar 1/10 kecepatan cahaya. Karena memiliki massa yang besar, daya
tembus sinar alfa paling lemah diantara diantara sinar-sinar radioaktif.
Diudara hanya dapat menembus beberapa cm saja dan tidak dapat menembus kulit.
Sinar alfa dapat dihentikan oleh selembar kertas biasa. Sinar alfa segera
kehilangan energinya ketika bertabrakan dengan molekul media yang dilaluinya.
Tabrakan itu mengakibatkan media yang dilaluinya mengalami ionisasi. Akhirnya
partikel alfa akan menangkap 2 elektron dan berubah menjadi atom helium
(partikel alpha tidak mengalami pembelokan karena massa partikel alpha lebih
besar dari massa elektron).
2.
Sinar beta (β)
Sinar beta merupakan radiasi partikel
bermuatan negatif. Sinar beta merupakan berkas elektron yang berasal dari inti
atom. Partikel beta yang bemuatan-l e dan bermassa 1/836 sma. Karena sangat
kecil, partikel beta dianggap tidak bermassa sehingga dinyatakan dengan notasi 0-1e.
Energi sinar beta sangat bervariasi, mempunyai daya tembus lebih besar dari
sinar alfa (100x partikel alpha) tetapi daya pengionnya lebih lemah
(menyebabkan atom yang dilewati terionisasi). Dapat dibelokkan oleh medan
magnet dan medan istrik. Sinar beta paling energetik dapat menempuh sampai 300
cm dalam udara kering dan dapat menembus kulit.
3.
Sinar gamma ( γ
)
Sinar gamma adalah radiasi
elektromagnetik berenergi tinggi, tidak bermuatan dan tidak bermassa. Sinar
gamma dinyatakan dengan notasi 00y. Sinar gamma mempunyai
daya tembus. Selain sinar alfa, beta, gamma, zat radioaktif buatan juga ada
yang memancarkan sinar X dan sinar Positron. Sinar X adalah radiasi sinar
elektromagnetik.
Sinar gamma dari fallout nuklir
kemungkinan akan menyebabkan jumlah kematian terbesar dalam penggunaan senjata
nuklir dalam sebuah perang nuklir. Sebuah perlindungan fallout yang efektif
akan mengurangi terkenanya manusia 1000 kali.
Sinar gamma memang kurang mengionisasi
dari sinar alfa atau beta. Namun, mengurangi bahaya terhadap manusia
membutuhkan perlindungan yang lebih tebal. Mereka menghasilkan kerusakan yang
mirip dengan yang disebabkan oleh sinar-X, seperti terbakar, kanker dan mutasi
genetika.
C.
Penggunaan Radioisotop
Isotop adalah bentuk
dari unsur yang nukleusnya memiliki nomor atom yang sama (jumlah proton di
nukleus), tetapi dengan massa atom yang berbeda karena mereka memiliki jumlah
neutron yang berbeda. Kata isotop berarti ditempat yang sama, berasal dari
fakta bahwa seluruh isotop dari sebuah unsur terletak di tempat yang sama dalam
tabel periodik.
Radio isotop adalah
isotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan
netron. Dewasa ini, penggunaan radioisotop untuk maksud-maksud damai (untuk
kesejahteraan umat manusia) berkembang dengan pesat. Pusat listrik tenaga
nuklir (PLTN) adalah salah satu contoh yang sangat populer. PLTN ini
memanfaatkan efek panas yang dihasilkan reaksi inti suatu radioisotop, misalnya
U-235. Selain untuk PLTN, radioisotop juga telah digunakan dalam berbagai
bidang misalnya industri, teknik, pertanian, kedokteran, ilmu pengetahuan,
hidrologi, dan lain-lain.
Penggunaan radioisotop
sebagai perunut didasarkan pada ikataan bahwa isotop radioaktif mempunyai sifat
kimia yang sama dengan isotop stabil. Jadi suatu isotop radioaktif
melangsungkan reaksi kimia, yang sama seperti isotop stabilnya. Sedangkan
penggunaan radioisotop sebagai sumber radiasi didasarkan pada kenyataan bahwa
radiasi yang dihasilkan zat radioaktif dapat mempengaruhi materi maupun
makhluk. Radiasi dapat digunakan untuk memberi efek fisis: efek kimia, maupun
efek biologi. Oleh karena itu, sebelum membahas pengunaan radioisotop kita akan
mengupas terlebih dahulu tentang satuan radiasi dan pengaruh radiasi terhadap
materi dan mahluk hidup.
1.
Pengaruh Radiasi pada Materi
Radiasi menyebabkan penumpukan energi
pada materi yang dilalui. Dampak yang ditimbulkan radiasi dapat berupa
ionisasi, eksitasi, atau pemutusan ikatan kimia. Ionisasi: dalam hal ini
partikel radiasi menabrak elektron orbital dari atom atau molekul zat yang
dilalui sehinga terbentuk ion positip dan elektron terion.
Eksitasi: dalam hal ini radiasi tidak
menyebabkan elektron terlepas dari atom atau molekul zat tetapi hanya berpindah
ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pemutusan Ikatan Kimia: radiasi yang
dihasilkan oleh zat radioaktif rnempunyai energi yang dapat mernutuskan
ikatan-ikatan kimia.
2.
Pengaruh Radiasi pada mahluk hidup
Walaupun energi yang ditumpuk sinar
radioaktif pada mahluk hidup relatif kecil tetapi dapat menimbulkan pengaruh
yang serius. Hal ini karena sinar radioaktif dapat mengakibatkan ionisasi,
pemutusan ikatan kimia penting atau membentuk radikal bebas yang reaktif.
Ikatan kimia penting misalnya ikatan pada struktur DNA dalam kromosom.
Perubahan yang terjadi pada struktur DNA akan diteruskan pada sel berikutnya
yang dapat mengakibatkan kelainan genetik, kanker dan lain-lain.
Pengaruh radiasi pada manusia atau
mahluk hidup juga bergantung pada waktu paparan. Suatu dosis yang diterima pada
sekali paparan akan lebih berbahaya daripada bila dosis yang sama diterima pada
waktu yang lebih lama.
Secara alami kita mendapat radiasi dari
lingkungan, misalnya radiasi sinar kosmis atau radiasi dari radioakif alam.
Disamping itu, dari berbagai kegiatan seperti diagnosa atau terapi dengan sinar
X atau radioisotop. Orang yang tinggal disekitar instalasi nuklir juga mendapat
radiasi lebih banyak, tetapi masih dalam batas aman.
D.
Radioaktif Sebagai Perunut.
Sebagai perunut,
radoisotop ditambahkan ke dalam suatu sistem untuk mempelajari sistem itu, baik
sistem fisika, kimia maupun sistem biologi. Oleh karena radioisotop mempunyai
sifat kimia yang sama seperti isotop stabilnya, maka radioisotop dapat
digunakan untuk menandai suatu senyawa sehingga perpindahan perubahan senyawa
itu dapat dipantau.
a.
Bidang Kedokteran
1)
Sterilisasi radiasi.
Sterilisasi dengan cara radiasi
mempunyai beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan sterilisasi konvensional
(menggunakan bahan kimia), yaitu:
·
Sterilisasi radiasi lebih sempurna dalam mematikan mikroorganisme.
·
Sterilisasi radiasi tidak meninggalkan residu bahan kimia.
· Karena dikemas dulu baru disetrilkan maka
alat tersebut tidak mungkin tercemar bakteri lagi sampai kemasan terbuka.
Berbeda dengan cara konvensional, yaitu disterilkan dulu baru dikemas, maka
dalam proses pengemasan masih ada kemungkinan terkena bibit penyakit.
· Terapi tumor atau kanker.
b.
Bidang lndustri
·
Pemeriksaan tanpa merusak.
· Mengontrol ketebalan bahan
· Pengawetan bahan
c.
Bidang Hidrologi.
·
Mempelajari kecepatan aliran sungai.
·
Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah.
d.
Bidang Biologis
·
Mempelajari kesetimbangan dinamis.
· Mempelajari reaksi pengesteran.
·
Mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis.
e.
Bidang pertanian
·
Pemberantasan homo dengan teknik jantan mandul
·
Pemuliaan tanaman
· Penyimpanan makanan
Pada makalah ini akan
dibahas tentang manfaat radioisotop dalam bidang biologis. Hal-hal yang akan
dibahas diantaranya:
·
Mempelajari kesetimbangan dinamis.
· Mempelajari reaksi pengesteran.
·
Mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis.
Penggunaan
radioaktif dalam bidang industri antara lain :
1. Untuk mendeteksi kebocoran pipa.
1. Untuk mendeteksi kebocoran pipa.
Radioisotop digunakan untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam di dalam
tanah atau dalam beton. Isotop dimasukannya ke dalam aliran pipa, maka
kebocoran pipa dapat dideteksi tanpa penggalian tanah atau pembongkaran beton.
Radioisotop yang digunakan sebagai
perunut untuk menguji kebocoran cairan/gas dalam pipa misalnya sedikit garam 24NaCl
di masukkan kedalam aliran pipa, selanjutnya detektor geiger-Muller digerakkan
mengikuti aliran pipa. Selanjutnya Detektor akan menangkap radiasi pada pipa
yang mengalami kebocoran.
2. Untuk menentukan kehausan atau keroposan yang terjadi pada bagian
pengelasan atau logam.
Jika bagian
pengelasan atau logam ini disinari dengan sinar gamma dan dibalik bahan itu
diletakkan film foto maka pada bagian yang terdapat kehausan atau kekeroposan akan
memberikan gambar yang tidak merata.
3. Untuk mengetahui adanya cacad pada material
Pada bidang industri aplikasi baja perlu dianggap bahwa semua bahan selalu
mengandung cacad. Cacad dapat berupa cacad bawaan dan cacad yang terjadi akibat
penanganan yang tidak benar. Cacad pada material
merupakan sumber kegagalan dalam industri baja.Penyebab timbulnya cacad pada
material, meliputi desain yang tidak tepat, proses fabrikasi dan pengaruh
lingkungan. Desain yang tidak tepat meliputi pemilihan bahan, metode pengerjaan
panas yang tidak tepat dan tidak dilakukannya uji mekanik. Proses fabrikasi
meliputi keretakan karena penggrindaan, cacad proses fabrikasi dan cacad
pengelasan. Kondisi operasi lingkungan meliputi korosi. Untuk mengetahui adanya
cacad pada material makadigunakan suatu pengujian material tak merusak yang
salah satunya adalah dengan metode radiografi sinar gamma.
Teknik
radiografi merupakan salah satu metode pengujian material tak-merusak yang
selama ini sering digunakan oleh industri baja untuk menentukan jaminan
kualitas dari produk yang dihasilkan. Teknik ini adalah pemeriksaan dengan
menggunakan sumber radiasi (sinar-x atausinar gamma) sebagai media pemeriksa
dan film sebagai perekam gambar yang dihasilkan. Radiasi melewati benda uji dan
terjadi atenuasi dalam benda uji. Sinar yang akan diatenuasi tersebut akan
direkam oleh film yang diletakkan pada bagian belakang dari benda uji. Setelah
film tersebut diproses dalam kamar gelap maka film tersebut dapat dievaluasi.
Bila terdapat cacad pada benda uji maka akan diamati pada film radiografi
dengan melihat perbedaan kehitaman atau densitas.
Pemilihan
sumber radiasi berdasarkan pada ketebalan benda yang diperlukan karena daya
tembus sinar gamma terhadap material berbeda. Pada sumber pemancar sinar gamma
tergantung besar aktivitas sumber. Sedangkan pemilihan tipe film sangat
mempengaruhi pemeriksaan kualitas material. Film digunakan untuk merekam gambar
material yang diperiksa. Pemilihan tipe film yang benarakan menghasilkan
kualitas hasil radiografi yang sangat baik. Pada umumnya kita mengenal dua
macam jenis film, yaitu film cepat dan film lambat. Pada film cepat
butir-butirannya besar, kekontrasan dan definisinya kurang baik. Sedangkan pada
film lambat butir-butirannya kecil, kekontrasan dan definisinya lebih baik.
Penentuan jarak sumber ke film (SFD) juga mempengaruhi hasil kualitas film
radiografi. Penghitungan SFD yang tidak benar mempengaruhi tingkat kehitaman
atau density hasil film radiografi sehingga akan mempengaruhi tingkat
sensitivitas atau tingkat ketelitian.
4. Pemeriksaan tanpa merusak.
Radiasi
sinar gamma dapat digunakan untuk memeriksa cacat pada logam atau
sambungan las, yaitu dengan meronsen bahan tersebut. Tehnik ini berdasarkan sifat bahwa semakin tebal bahan yang dilalui radiasi, maka intensitas radiasi yang diteruskan makin berkurang, jadi dari gambar yang dibuat dapat terlihat apakah logam merata atau ada bagian-bagian yang berongga didalamnya. Pada bagian yang berongga itu film akan lebih hitam.
sambungan las, yaitu dengan meronsen bahan tersebut. Tehnik ini berdasarkan sifat bahwa semakin tebal bahan yang dilalui radiasi, maka intensitas radiasi yang diteruskan makin berkurang, jadi dari gambar yang dibuat dapat terlihat apakah logam merata atau ada bagian-bagian yang berongga didalamnya. Pada bagian yang berongga itu film akan lebih hitam.
5. Mengontrol ketebalan bahan
Ketebalan
produk yang berupa lembaran, seperti kertas film atau lempeng logam
dapat dikontrol dengan radiasi. Prinsipnya sama seperti diatas, bahwa intensitas radiasi yang diteruskan bergantung pada ketebalan bahan yang dilalui. Detektor radiasi dihubungkan dengan alat penekan. Jika lembaran menjadi lebih tebal, maka intensitas radiasi yang diterima detektor akan berkurang dan mekanisme ala akan mengatur penekanan lebih kuat sehingga ketebalan dapat dipertahankan.
dapat dikontrol dengan radiasi. Prinsipnya sama seperti diatas, bahwa intensitas radiasi yang diteruskan bergantung pada ketebalan bahan yang dilalui. Detektor radiasi dihubungkan dengan alat penekan. Jika lembaran menjadi lebih tebal, maka intensitas radiasi yang diterima detektor akan berkurang dan mekanisme ala akan mengatur penekanan lebih kuat sehingga ketebalan dapat dipertahankan.
6. Digunakan
dalam pengujian kualitas las pada waktu pemasangan pipa minyak/gas serta
instalasi kilang minyak.
Teknik radiografi merupakan teknik yang
sering dipakai terutama pada tahap-tahap konstruksi. Pada sektor industri
minyak bumi, teknik ini digunakan dalam pengujian kualitas las pada waktu
pemasangan pipa minyak/gas serta instalasi kilang minyak. Selain bagianbagian
konstruksi besi yang dianggap kritis, teknik ini digunakan juga pada uji
kualitas las dari ketel uap tekanan tinggi serta uji terhadap kekerasan dan
keretakan pada konstruksi beton. Radioisotop yang sering digunakan adalah
kobal-60 (60Co). Dalam bidang industri, radioisotop digunakan juga sebagai
perunut misalnya untuk menguji kebocoran cairan/gas dalam pipa serta
membersihkan pipa, yang dapat dilakukan dengan menggunakan radioisotop
iodoum-131 dalam bentuk senyawa CH3131l. Radioisotop seng-65 (65Zn) dan
fosfor-32 merupakan perunut yang sering digunakan dalam penentuan efisiensi
proses industri, yang meliputi pengujian homogenitas pencampuran serta
residence time distribution (RTD). Sedangkan untuk kalibrasi alat misalnya flow
meter, menentukan volume bejana tak beraturan serta pengukuran tebal material,
rapat jenis dan penangkal petir dapat digunakan radioisotop kobal-60,
amerisium-241 (241Am) dan cesium-137(137Cs).
7.
Pengawetan bahan.
Radiasi juga
telah banyak digunakan untuk mengawetkan bahan seperti kayu, barang-barang seni
dan lainlain. Radiasi juga dapat menningkatkan mutu tekstil karena inengubah
struktur serat sehingga lebih kuat atau lebih baik mutu penyerapan warnanya.
Berbagai jenis makanan juga dapat diawetkan dengan dosis yang aman sehingga
dapat disimpan lebih lama.
DAFTAR PUSTAKA
·
Ahmad,h.
Kimia UnsurdanRadiokimia(ed). Pt.CiptaAdtyaBakti. Bandung (2005), hal. 215