Kamis, 07 November 2013

Radioaktif, di dalam Fisika Kesehatan/ Radioactive, in the Health Physics


Radioaktif, di dalam Fisika Kesehatan

(Sumber/ source: Hani, Ahmadi Ruslan.2007. Fisika Kesehatan.  Yogyakarta: Mitra Cendika Press.)

Becquerel, pada tahun 1896 menemukan senyawa Uranium yang memancarkan sinar tak tampak yang dapat menembus bahan tidak tembus cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi. Pada tahun 1896 Marie Curie menunjukkan bahwa inti uranium dan banyak unsur lain bersifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma. Unsur inti atom yang mempunyai sifat memancarkan sinar alfa, beta atau gamma disebut inti  radioaktif.
1)      Sinar Alfa. Merupakan partikel yang dipancarkan oleh sebuah inti yang terjadi dari 4 buah nucleon, yaitu 2 proton dan 2 neutron. Sinar alfa mempunyai daya tembus sangat kecil sehingga pemakaiannya sangat terbatas dalam radioterapi. Daya tembus sinar alfa dalam udara sejauh 4 cm, terhadap materi yang lebih padat daya tembusnya semakin kecil. Energi sinar alfa sebesar 5,3 MeV, apabila terjadi tumbukan dengan elektron, partikel alfa akan kehilangan energi sebesar 100 MeV. Pada waktu energi tinggal 1 MeV, partikel alfa menangkan 2 buah elektron sehingga menjadi atom Helium yang netral. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan, hal ini disebabkan massa partikel alfa lebih besar dibandingkan dengan massa elektron. Elektron akan terpental pada waktu terjadi tumbukan dengan partikel alfa. Hubungan antara energi dan jarak tembus partikel alfa dapat dinyatakan dengan rumus: R=0,543 E-0,160 (E=energi dalam MeV/ Mega electron volt; R= Jarak tembus dalam cm).
2)      Sinar Beta. Sinar beta atau partikel beta merupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada nukleon inti. Partikel bata ini dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron), elektron bermuatan positif (positron) atau eletron cuptur (penangkapan elektron). Besar energi partikel beta berkisar antara 0,01 MeV sampai 3 MeV. Jarak tembus partikel alfa kurang lebih seratus kali lebih jauh dari pada partikel beta. Partikel beta 1 MeV dapat menembus air 0,4 cm. Sinar beta juga menyebabkan atom yang dilaluinya mengalami kenaikan tingkat energi (pengion). Partikel beta mudah dibedakan pada pertumbukan dengan elektron atom oleh karena massa partikel beta sangat kecil. Jarak tembus partikel beta positron (positif) hampir sama dengan jarak tembus partikel beta negatron (negatif). Positron dapat mendekati elektron atom sampai dekat sekali, bahkan bersatu dengan elektron itu dan berubah menjadi sinar gamma. Proses ini disebut Anihilasi. Hubungan antara energi maksimum partikel beta dan jarak tembusnya (secara empiris) dapat dinyatakan dengan rumus: R=0,543E-0,160 (E= energi maksimum dalam MeV; R=jarak tembus dalam satuan cm). Sinar beta/ partikel beta yang bermuatan negatif (negatron) berasal dari kulit atom. Apabila akselerasi di dalam di dalam pesawat seperti linear akselerator, maka partikel tersebut disebut elektron.
3)      Neutron. Merupakan partikel tidak bermuatan negatif yang dihasilkan dalam reaktor nuklir. Neutron tidak menimbulkan ionisasi, namun mempunyai energi. Pengurangan energi neutron, terjadi melalui interaksi dengan inti atom. Proses pengurangan energi melalui:
a)      Peristiwa hamburan (scattering).
b)      Reaksi inti (masuknya neutron ke dalam inti sehingga terbentuk inti yang berisotop).
c)      Reaksi fisi (neutron diserap inti, akibatnya terbentuk 2 inti menengah dan beberapa neutron serta tenaga).
d)      Peluruhan (inti yang telah terbentuk dengan masuknya neutron akan melepaskan salah satu partikel alfa, proton, deuteron atau triton).
Kebanyakan kehilangan energi neutron melalui hamburan. Neutron dipakai untuk pengobatan tumor otak. Apabila cairan Boron disuntikan pada penderita tumor, akan terjadi konsentrasi boron yang tinggi dalam jaringan otak. Kemudian bila tumor dibombardir dengan neutron dari hasil reaktor atom, maka boron akan mengalami disintegrasi inti dan memancarkan sinar alfa yang dapat menghancurkan jaringan tumor.

4)      Proton. Proton ialah inti zat cair yang bermuatan positif. Dalam radioterapi proton dipakai untuk menghancurkan kelenjar hipofisis.
5)      Sinar Gamma. Terbentuknya sinar gamma merupakan hasil disintegrasi inti atom. Inti atom yang mengalami disintegrasi dengan memancarkan sinar alfa akan terbentuk inti baru dengan memiliki tingkat energi yang agak tinggi. Kemudian terjadi proses transisi ke tingkat energi yang lebih rendah atau tingkat dasar sambil memancarkan sinar gamma. Sinar gamma sama halnya dengan sinar X, termasuk gelombang elektromagnetis, jika sinar gamma menembus lapisan materi setebal x maka intensitas akan berkurang menurut persamaan: I=Ioe-µx (I= intensitas sinar gamma setelah menembus materi setebal x; Io=intensitas mula dari sinar X; U= koefisien penyerap materi yang dilalui). Tebal materi yang dapat menyerap sinar gamma sehingga intensitasnya tinggal setengah intensitas semula, dapat dinyatakan dengan rumus: t1/2=In2/µ. Dan disebut Nilai lapisan Menengah “Half Value Layer” (HVL), dahulu digunakan istilah Half Value Thickness.
6)      Sinar X. Sinar X merupakan sinar katoda dan termsuk gelombang elektromagnetis. Timbulnya sinar X oleh karena ada perbedaan potensi arus searah yang besar di antara kedua elektroda (katoda dan anoda) dalam sebuah tabung hampa. Berkas elektron akan dipancarkan dari katoda menuju anoda, pancaran elektron ini disebut sinar katoda atau sinar X. Arus listrik yang digunakan untuk memanaskan filament sehingga filament dapat memanaskan elektron dapat memberi elektron; elektron ini akan dipercepat dari katoda ke anoda. Perbedaan tenaga antara katoda dan anoda dalam orde 20 keV sampai 100 keV. Dalam praktek klinik biasanya digunakan 80-90 KeV. Sinar X dan sinar Gamma mempunyai sifat yang sama oleh karena keduanya merupakan gelombang elektromagnetis.  Sejak ditemukan sinar X oleh W. C. Roentgen (sarjana Fisika dari Universitas Wurzburg Jerman) banyak sarjana melakukan penelitian terhadap karakteristik sinar X. Dari hasil penelitian tersebut dapat diketahui bahwa karakteristik sinar X adalah: menghitamkan plat potret (film), mengionisasi gas, menembus berbagai zat, menimbulkan fluorosensi, merusak jaringan.