Limbah Radioakktif

Pemanfaatan bahan radioaktif tidak hanya terbatas pada penggunaannya untuk pembangkitan listrik pada PLTN, bahan radioaktif juga banyak digunakan pada aktivitas industri maupun universitas atau lembaga penelitian. Sebagai contoh, teknik nuklir untuk industri digunakan sebagai perangkat kontrol (level, thickness, density control, dll.) pada industri kertas, pelat baja dan lain-lain atau pada bidang kedokteran dimana bahan radioaktif dipergunakan untuk mendiagnosis maupun terapi penyakit. Segala aktivitas tersebut tidak hanya memberikan manfaat bagi manusia, tetapi juga dapat menghasilkan limbah radioaktif.

Pengertian limbah radioaktif

Pengertian limbah menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 27 Tahun 2002 tentang Pengelolaan Limbah Radioaktif, adalah adalah zat radioaktif dan atau bahan serta peralatan yang telah terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasi nuklir atau instalasi yang memanfaatkan radiasi pengion yang tidak dapat digunakan lagi. Limbah radioaktif mempunyai potensi bahaya radiasi baik bagi manusia maupun lingkungan hidup. Karena itu limbah radioaktif harus dikelola dengan baik sehingga tidak menimbulkan dampak radiologis bagi pekerja, masyarakat maupun lingkungan.

Sumber limbah radioaktif

Limbah radioaktif dihasilkan dari segala aktivitas yang memanfaatkan bahan radioaktif, baik dari seluruh tahapan dalam pengoperasian reaktor nuklir, produksi dan penggunaan radioisotop (bahan radioaktif) dalam bidang kesehatan, industri dan penelitian.

Rumah Sakit

Di bidang kedokteran sumber radioaktif terutama digunakan untuk keperluan diagnosa dan terapi penyakit. Beberapa radioisotop yang sering digunakan untuk keperluan diagnosa antara lain ⁹⁹Tc, ¹²⁵I, ¹⁵³Gd, dan ²⁴¹Am, sedangkan radioisotop yang digunakan untuk terapi antara lain ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs dan ¹⁹²Ir. Radioisotop yang digunakan dalam bidang kedokteran dapat berupa sumber terbuka (unsealed source) dan sumber tertup (sealed source). Ketika radioisotop tersebut tidak dapat dipergunakan lagi, maka sumber radioaktif bekas tersebut sudah menjadi limbah radioaktif.

Industri

Pemanfaatan bahan radioaktif dalam bidang industri sangat beragam tergantung dari tujuan penggunaannya, misalnya untuk pembangkitan energi (PLTN), pengujian kualitas pengelasan, pengujian ketebalan bahan, sebagai alat kontrol, pengujian homogenitas suatu campuran (perunut), penentuan kandungan mineral atau minyak bumi dalam industri pertambangan dan lain-lain.

Sesuai dengan tujuan penggunaan tersebut maka jenis radionuklida yang digunakan bervariasi sebagai pemancar alpha (α), beta (β), gamma (γ) dan netron dengan aktivitas yang beragam. Beberapa radionuklida yang sering digunakan dalam bidang industri adalah  ⁶⁰Co, ⁸⁵Kr, ¹³⁷Cs, ¹⁹²Ir, ²⁴¹Am, ⁹⁰Sr dan ²⁴¹Am-Be. Limbah radioaktif dari penggunaan sumber radiasi di industri merupakan sumber bekas (spent source) yang sudah tidak dapat digunakan lagi. Limbah yang dihasilkan dari PLTN adalah limbah aktivitas rendah, sedang dan bahan bakar nuklir bekas.

Sumber bekas dari industri

 

Lembaga Penelitian dan Pengembangan.

Selain dari penggunaan radioisotop di rumah sakit dan industri, kegiatan litbang nuklir oleh lembaga penelitian dan pengembangan juga menghasilkan limbah radioaktif. Limbah tersebut dihasilkan dari pengoperasian (aktivitas) beberapa fasilitas nuklir yang umumnya dimiliki lembaga litbang nuklir. Fasilitas tersebut dapat berupa reaktor riset, instalasi produksi radioisotop, instalasi pengelolaan limbah radioaktif serta laboratorium penunjang lainnya,

Selain penggunaan sumber radioaktif dilembaga litbang nuklir, lembaga penelitian lainnya, seperti universitas juga menghasilkan limbah radioaktif.  Aktivitas yang mungkin di lakukan adalah misalnya penggunaan radioisotop untuk keperluan pemantauan untuk mengetahui sistem metabolisme atau mekanisme perpindahan (pathways) suatu unsur/mineral di lingkungan, atau penelitian untuk mengetahui optimalisasi penyerapan pupuk oleh tanaman, efisiensi penggunaan pestisida dan lain-lain.

Limbah radioaktif padat dari kegiatan litbang

 

Klasifikasi Limbah Radioaktif

Undang-Undang Nomor 10/1997 tentang Ketenaganukliran mengklasifikasikan limbah radiokaktif menjadi 3 (tiga) jenis, yaitu:

1. Limbah Tingkat Rendah (Low Level Waste-LLW)
2. Limbah Tingkat Sedang (Intermediate Level Waste - ILW); dan
3. Limbah Tingkat Tinggi (High Level Waste - HLW)

Sedangkan menurut PP No. 27 tahun 2002 tentang pengelolaan limbah radioaktif limbah aktivitas rendah, sedang dan tinggi di jelaskan sebagai berikut:

1.   Limbah Aktivitas Rendah  

Yaitu limbah radioaktif dengan aktivitas di atas tingkat aman (clearance level) tetapi di bawah tingkat sedang, yang tidak memerlukan penahan radiasi selama penanganan dalam keadaan normal dan pengangkutan

2.   Limbah  Aktivitas Sedang

Limbah radioaktif dengan aktivitas di atas tingkat rendah tetapi di bawah tingkat tinggi yang tidak memerlukan pendingin, dan memerlukan penahan radiasi selama penanganan dalam keadaan normal dan pengangkutan

3.   Limbah  Aktivitas Tinggi

Limbah radioaktif dengan tingkat aktivitas di atas tingkat sedang, yang memerlukan pendingin dan penahan radiasi dalam penanganan pada keadaan normal dan pengangkutan, termasuk bahan bakar nuklir..

sumber : http://www.infonuklir.com

Sejarah Perkembangan Nuklir Di Dunia

1896 

Ahli fisika Perancis Henri Becquerel menemukan gejala radioaktivitas ketika plat-plat fotonya diburamkan oleh sinar dari uranium

1898

Pierre dan Marie Curie memulai proyek yang berujung pada penemuan unsur baru – radium

1902

Ahli fisika Inggris Ernest Rutherford dan ahli kimia Frederick Soddy menerangkan peluruhan radioaktif yang mengubah unsur seperti radium menjadi unsur lain sambil menghasilkan energi

1905

Albert Einstein, pegawai paten di Bern, menunjukkan kesetaraan massa dan energi dalam persamaan E=mc, sebagai bagian dari Teori Kenisbian relativitas) Khusus. Persamaan ini meramalkan bahwa energi yang amat besar terkunci di dalam materi

1910

Soddy mengusulkan adanya isotop - bentuk unsur yang memiliki sifat-sifat kimia sama tetapi berat atomnya berbeda

1911

Rutherford, dengan menggunakan partikel alfa, menyelidiki bagian dalam atom dan menemukan intinya yang berat

1913

Francis Aston, ahli kimia Inggris, secara menyakinkan menunjukkan adanya isotop. Ahli fisika Denmark Niels Bohr mengajukan teorinya berdasarkan apa yang telah ditemukan oleh Rutherford dan teori kuantum ahli fisika Jerman Max Planck

1919

Rutherford menunjukkan perubahan nitrogen menjadi oksigen dan hidrogen setelah dibentur oleh partikel alfa. Ini adalah reaks inuklir pertama yang diamati oleh manusia

1928

Dalam langkah-langkah pertama ke arah pemahaman dasar mengenai kakas nuklir, orang Amerika Edward Condon dan Ronald Gurney dan George Gamow yang lahir di Rusia, dalam penyelidikan tersendiri, menerangkan bagaimana partikel alfa di pancarkan dari inti

1931

Deuterium, isotop berat hidrogen yang kemudian dipakai dalam bom hidrogen (bom-H) yang pertama, ditemukan ahli kimia Amerika, Harold Urey

1932

Ahli fisika Inggris John Cockroft dan ahli fisika Irlandia Ernest Walton bekerja sama dalam mengubah litium menjadi inti helium, memakai proton yang dipercepat dengan alat “pemecah atom” sederhana. Ini merupakan pembuktian ekperimental yang pertama terhadap rumus Einstein E=mc .

Neutron, partikel penyusun atom yang ternyata merupakan kunci ke arah pembelahan inti, ditemukan oleh ahli fisika Inggris James Chadwick

1933

Irene dan Frederic Joliot-Curie, ahli fisika Perancis, menunjukkan bahwa beberapa atom yang stabil, mengalami reaksi nuklir bila dibentur oleh partikel alfa dan berubah menjadi isotop tak stabil berumur pendek. Inilah keradioaktifan berumur buatan pertama

1938

Hans Bethe di Amerika Serikat berteori bahwa energi matahari berasal dari reaksi fusi, suatu proses yang memadukan dua inti ringan dan melepaskan energi yang jumlahnya besar. Istilah reaksi yang kini menghasilkan ledakan bom-H

1939

Otto Hahn dan Fritz Strassmann di Berlin menembaki uranium dengan neutron dan menemukan unsur barium yang lebih ringan sebagai hasil dari reaksi itu, tetapi tidak dapat menjelaskan percobaan munculnya barium tersebut.

Pelarian Jerman Otto Frisch dan Lise Metner menjelaskan percobaan Hahn dan Strassmann sebagai fisi - pembelahan suatu inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, misalnya inti barium, dengan melepaskan banyak energi.

Frederic Jolit-Curie menunjukkan bahwa fisi satu atom uranium oleh satu neutron menghasilkan dua atau tiga neutron bebas. Ini menyarankan kemungkinan reaksi berantai; dalam reaksi ini neutron baru melanjutkan dan memperluas reaksi yang dimulai oleh pembenturan neutron awal.

Bohr meramalkan bahwa uranium-235 akan membelah bila ditembak neutron, tetapi U-235 sangat langka.

Albert Einstein di Amerika Serikat pada Lembaga Penelaahan Lanjut memperingatkan Presiden Roosevelt akan bahaya militer dari energi atom

1940

Para ahli kimia di Universitas California yang dipimpin oleh Glenn Seaborg dan Edwin McMillan menemukan plutonium, hasil penembakan U-238 yang radioaktif, dan pengganti yang baik dari U-235 yang langka

Metode difusi gas untuk memisahkan isotop-isotop uranium dikembangkan di Universitas Kolombia

1942

Dibawah pengarahan Enrico Fermi reaktor atom pertama dibangun, dan pada tanggal 2 Desember 1942, jam 15.52, berlangsung reaksi berantai pertama dalam proyek yang diprakarsai dan dikoordinasi oleh Arthur H. Compton

Suatu program atom militer A.S dengan nama sandi Proyek Manhattan, dibentuk dibawah pimpnan Mayor Jenderal Leslie R.

Groves. Di Oak Ridge, Tennessee, spektrometer massa dipergunakan untuk memproduksi U-235 murni, di bawah pengarahan Ernest O.Lawrence

Pembangunan laboratorium bom atom dimulai di Los Alamos, New Mexico, di bawah pengarahan J. Robert Oppenheimer

1943

Reaktor-reaktor dibangun di Hanford, Washington, untuk memproduksi plutonium

1945

Bom atom pertama diletuskan di Alamogordo, New Mexico, Senin 16 Juli

Bom atom pertama menghancurkan Hiroshima, Jumat 6 Agustus.

Nagasaki menjadi sasaran kedua pada tanggal 9 Agustus

1949

Uni Soviet meledakkan bom atom

1950

Presiden Harry S. Truman pada tanggal 31 Januari mengumumkan bahwa ia telah merestui Komisi Tenaga Atom untuk melanjutkan pengembangan bom-H

1952

Bom atom Inggris pertama diledakkan pada tanggal 3 Oktober di Pulau Monte Bello di lepas pantai Australia

Ledakan uji coba bom-H A.S. Yang pertama terjadi dekat Atol Eniwetok di Pasifik, pada tanggal 1 November

1953

Dalam bulan Agustus Uni Soviet meledakkan bom-H 1954

1954

USS Nautilus, kapal selam atom pertama diluncurkan

1956

Reaktor pertama menghasilkan tenaga listrik mulai bekerja di Calder Hall, Inggris

1957

Reaktor Shippingport, pembangkit listrik tenaga atom pertama di A.S mulai beroperasi

1959

Uji coba reaktor atom kecil yang pertama - KiwiA-untuk enggunaan dalam roket terjadi di lokasi pengujian Nevada

1960

Perancis meledakkan bom atom dalam uji coba di Sahara

1961

Uni Soviet melakukan uji coba bom-H terbesar (55 sampai 60 megaton) di pulau daerah kutub Novaya Zemlya

A.S. Memulai Proyek Mata Bajak, serentetan percobaan ledakan nuklir skala besar untuk maksud-maksud damai seperti misalnya pembuatan terusan

1962

A.S. Meledakkan bom-H dari roket Thor dan menciptakan suatu zona radiasi buatan manusia

Perjalanan perdana kapal nuklir Savannah A.S., Kapal dagang bertenaga atom yang pertama

Interaksi radiasi dengan materi


       Ketika radiasi nuklir mengenai materi, ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi, yaitu radiasi akan dibelokkan, diserap (berinteraksi) atau diteruskan.

 

 

Secara umum, interaksi radiasi dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu interaksi radiasi partikel bermuatan (alpha dan beta), radiasi partikel yang tidak bermuatan (neutron) dan yang terakhir adalah radaisi gelombang elektromagnetik/foton (radiasi gamma dan sinar-x). Karena ketiga jenis radiasi ini memiliki karakteristik yang berbeda, maka interaksi yang terjadi pun akan berbeda.

Interaksi radiasi partikel bermuatan

Ada tiga kemungkinan interaksi radiasi yang dapat terjadi ketika suatu partikel bermuatan mengenai materi, yaitu ionisasi, eksitasi dan brehmstrahlung. Ketika menumbuk suatu materi, radiasi alpha yang memiliki massa dan muatan yang relatif besar cenderung melakukan proses ionisasi, sedangkan radiasi partikel yang lebih kecil seperti beta, elektron, atau proton dapat melakukan ketiganya.

Selain ketiga reaksi tersebut diatas, ada interaksi lain yang dapat terjadi, yaitu reaksi inti yang probabilitas kejadiannya jauh lebih kecil dibandingkan interaksi lainnya. Contoh reaksi inti yang dapat terjadi adalah proses aktivasi inti, yaitu proses pembuatan inti atom baru dengan menggunakan alat pemercepat proton yang disebut akselerator.

 

Proses ionisasi

       Ketika partikel bermuatan melalui suatu materi, partikel tersebut akan berinteraksi dengan atom-atom penyusun materi dan menyebabkan beberapa elektron terlepas dari lintasannya karena adanya gaya tarik Coulomb. Proses terlepasnya elektron dari suatu atom disebut sebagai proses ionisasi. Setelah proses ionisasi, atom yang mula-mula netral menjadi  bermuatan (ion) positif.



Setelah melakukan proses ionisasi energi radiasi yang datang akan mengalami pengurangan (terdapat selisih energi). Ini dikarenakan adanya transfer energi dari radiasi kepada elektron , sehingga elektron memiliki energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari atom. Jika energi radiasi akhir masih cukup banyak, proses ioniasasi dapat terjadi lagi, terus-menerus hingga energi radiasinya habis.

Elektron yang terlepas dari atom (disebut ion negatif) akan menjadi elektron bebas yang tidak  memiliki energi kinetik dan bebas bergerak secara random (acak) di dalam medium.

 

Proses eksitasi

Sepintas proses eksitasi mirip dengan proses ionisasi. Akan tetapi, pada proses eksitasi elektron tidak sampai terlepas dari atom. Elektron hanya berpindah ke lintasan yang lebih luar (energi lintasannya lebih besar). Setelah terjadi proses eksitasi, atom tersebut berubah menjadi atom yang tereksitasi.


Sebagaimana pada proses ionisasi, energi radiasi yang datang akan berkurang setelah melakukan proses eksitasi. Ini terjadi karena radiasi mentransfer sebagian (atau seluruh) energinya kepada elektron, sehingga elektron memiliki energi yang cukup untuk berpindah lintasan. Proses eksitasi juga dapat berlangsung berulang kali hingga energi radiasinya habis.

Atom yang berada dalam keadaan tereksitasi ini akan kembali ke keadaan dasarnya (ground state) dengan melakukan transisi elektron. Salah satu elektron yang berada di lintasan luar akan berpindah mengisi kekosongan di lintasan yang lebih dalam sambil memancarkan radiasi sinar-x karakteristik. Energi sinar-x karakteristik yang dipancarkan dalam peristiwa ini setara dengan selisih energi antara lintasan sebelum dan sesudah transisi.

 

Proses Brehmstrahlung

Proses ini lebih dominan terjadi pada interaksi radiasi beta dan elektron karena massa dan muatan partikel beta relatif lebih kecil sehingga kurang diserap oleh materi dan daya tembusnya lebih tinggi dibandingkan partikel alpha.

Karena adanya gaya elektrostatik, radiasi beta atau elektron yang bergerak melewati inti akan dibelokkan. Perubahan arah gerak ini menyebabkan adanya perubahan momentum yang kemudian akan menghasilkan pancaran energi gelombang elektromagnetik (foton). Foton yang muncul pada proses ini disebut sebagai sinar-x brehmsstrahlung (bedakan dengan sinar-x karakteristik yang dihasilkan oleh transisi elektron).

Berbeda dengan energi radiasi sinar-x karakteristik yang hanya dipengaruhi oleh selisih tingkat energi lintasan, tingkat energi radiasi sinar-x brehmsstrahlung ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu energi radiasi yang mengenai atom, nomor atom (jumlah proton) inti dan sudut pembelokannya.
 

Interaksi radiasi neutron

Neutron mempunyai massa yang hampir sama dengan proton dan tidak bermuatan. Neutron ratusan kali lebih besar dari elektron, tetapi ukurannya 1/4 kali ukuran alpha. Karena itulah mengapa neutron sangat sulit dihentikan dan memiliki daya jangkau yang besar.

Ada 5 reaksi yang terjadi ketika sebuah neutron berinteraksi dengan inti. 2 reaksi yang pertama dikenal sebagai hamburan neutron, dimana neutron tetap muncul diakhir proses. Sedangkan interaksi yang terakhir dikenal dengan sebutan penyerapan neutron. Pada interaksi ini, inti menyerap neutron dan menghasilkan sesuatu yang lain. Berbeda.

 

Tumbukan

Neutron merupakan partikel yang memiliki massa namun tidak bermuatan listrik, sehingga interaksi neutron dengan materi lebih banyak bersifat mekanik, yakni tumbukan antara neutron dengan atom (inti atom) materi, baik secara elakstik maupun tak elastik. Setiap tumbukan dengan materi akan menyerap energi neutron, sehingga setelah beberapa kali tumbukan energi neutron akan habis dan proses tumbukan pun berhenti. Jika energi neutron sudah sangat rendah, ada kemungkinan untuk terjadinya reaksi penangkapan neutron oleh inti atom bahan penyerap.

 

Tumbukan elastik

Pada tumbukan elastik, tidak ada energi yang ditransfer dari neutron kepada inti target yang dapat menyebabkan suatu keadaan eksitasi. Pada tumbukan elastik berlaku hukum kekekalan momentum dan energi kinetik (momentum atau energi kinetik sistem sebelum dan sesudah interaksi adalah sama), meskipun biasanya akan ada energi kinetik yang diberikan neutron kepada inti target. Sebagian energi neutron yang diberikan kepada inti atom target menyebabkan inti atom target terpental sedangkan neutronnya akan dibelokkan atau dihamburkan.

Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai massa yang sama, atau setidaknya hampir sama dengan massa neutron (misalnya atom hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom tersebut cukup besar.

Tumbukan tak elastik

 

Pada tumbukan tak elastik, neutron akan diserap oleh inti atom target yang kemudian membentuk inti atom majemuk. Inti majemuk ini kemudian akan memancarkan neutron dengan energi  kinetik rendah dan meninggalkan inti atom dalam keadaan eksitasi. Agar dapat kembali ke keadaan groundstate, inti akan mengeluarkan kelebihan energi yang dimilikinya dalam bentuk radiasi gamma. Jumlah energi kinetik neutron yang dihamburkan, inti atom target dan gamma yang diemisikan akan sama dengan jumlah energi kinetik neutron sebelum tumbukan.

 

Penyerapan/penangkapan neutron

Pada penyerapan neutron oleh suatu inti atom tidak ada neutron yang dihasilkan pada akhir proses, sebagai gantinya akan dihasilkan partikel bermuatan atau gamma. Jika inti atom yang dihasilkan adalah radioaktif, maka radiasi tambahan akan dihasilkan beberapa saat kemudian.

 

Transmutasi

Bila energi neutron sudah sangat rendah (atau biasa disebut sebagai neutron termal, En < 0,025 eV), maka ada kemungkinan neutron tersebut akan ’ditangkap’ oleh inti atom bahan penyerap sehingga akan terbentuk inti atom baru karena penambahan neutron. Inti atom yang terbentuk ini umumnya tidak stabil (radioaktif) yang memancarkan radiasi (alpha, beta atau gamma). Peristiwa ini disebut sebagai aktivasi neutron, yaitu suatu proses yang dilakukan untuk mengubah bahan/materi yang tadinya bersifat stabil menajdi bahan/materi yang radioaktif.

Isotop B10 dari unsur Boron merupakan inti atom yang stabil. Ketika sebuah neutron termal mengenai isotop ini, maka akan terjadi proses aktivasi yang akan mengubah B10 menjadi radioisotop (B11)*  yang tidak stabil. Inti ini kemudian dengan cepat berubah menjadi Li7 yang stabil sambil memancarkan radiasi alpha.

Selain oleh neutron, proses reaksi inti seperti ini juga dapat disebabkan oleh partikel bermuatan seperti proton, tetapi dengan energi yang sangat tinggi. Proses aktivasi ini biasanya dimanfaatkan untuk memproduksi radioisotop.

 

Penangkapan radiasi

Interaksi ini merupakan reaksi nuklir yang  paling umum terjadi. Pada interaksi ini, sebuah neutron akan diserap oleh inti atom target yang kemudian membentuk inti atom majemuk dalam keadaan eksitasi. Inti majemuk ini kemudian akan memancarkan radiasi gamma dan kembali ke keadaan dasarnya (ground state). Pada reaksi ini inti atom yang dihasilkan merupakan isotop dari inti atom target, dan ada kenaikan nomor massa sebesar satu.

 

Fisi

 

Salah satu interaksi neutron yang paling penting adalah reaksi fisi yang berlangsung di dalam reaktor. Pada reaksi ini, inti atom yang menyerap neutron akan menjadi sangat tidak stabil sehingga membelah menjadi dua inti baru sambil melepaskan sejumlah besar energi. Contoh reaksi ini adalah reaksi pembelahan inti atom uranium-235 yang berlangsung di dalam PLTN.

 

Interaksi radiasi gelombang elektromagnetik

Gamma dan sinar-x termasuk ke dalam kelompok radiasi elektromagnetik. Tidak seperti gelombang radio dan cahaya tampak, gamma dan sinar-x memiliki panjang gelombang yang lebih pendek (atau frekuensi yang lebih tinggi) sehingga memiliki energi yang jauh lebih tinggi. Sementara radiasi alpha dan beta memiliki daya jangkau maksimum yang terbatas, foton berinteraksi secara probabilistik sehingga daya jangkau maksimum sebuah foton bisa sangat bervariasi (tidak pasti). Meskipun demikian, fraksi total foton yang diserap oleh bahan berkurang secara eksponensial dengan ketebalan bahan. Ada tiga mekanisme bagaimana gamma dan sinar-x berinteraksi dengan materi, yaitu efek fotolistrik, hambran Compton dan produksi pasangan. Radiasi gamma memiliki bahaya eksternal karena radiasi ini memberikan energinya jauh lebih banyak dan lebih jauh bila dibandingkan dengan radiasi alpha dan beta.

 

Efek fotolistrik

Pada proses efek fotolistik, radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yang datang mengenai atom, seolah-olah ’menumbuk” salah satu elektron orbital dan memberikan seluruh energinya. Jika energi foton yang diberikan lebih besar dari energi ikat elektron, maka elektron tersebut dapat terlepas dari atom dan menghasilkan ion. Elektron yang terlepas (atau biasa disebut fotoelektron) dapat menyebabkan peristiwa ionisasi sekunder pada atom sekitarnya dengan cara yang mirip dengan yang dilakukan beta. Efek fotolistrik sangat mungkin terjadi jika foton memiliki energi yang rendah (kurang dari 0,5 MeV) dan materi memiliki massa besar (nomor atom besar). Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z = 82) daripada tembaga (Z = 29).

 

Hamburan Compton

Peristiwa hamburan Compton sebenarnya tidak berbeda jauh dengan efek fotolistrik. Akan tetapi, pada hamburan Compton tidak semua energi foton diberikan kepada elektron, melainkan hanya sebagian saja, sisa energi foton masih berupa gelombang elektromagnetik (foton) yang dihamburkan.  Foton yang dihamburkan ini akan terus berinteraksi dengan elektron lain sampai energinya habis dan elektron yang dihasilkan (fotoelektron) akan menyebabkan proses ionisasi sekunder.



Pada hamburan Compton, foton dengan energi hλiberinteraksi dengan elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hλodihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi kinetik elektron (Ee) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar.

Ee = hλi– hλo

Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi sedang (di atas 0,5 MeV) dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa (Z) yang rendah.

 

Produksi pasangan

Ketika berada di daerah medan inti sebuah atom, foton dapat mengalami konversi (lenyap) menjadi postron yang bermuatan positif dan elektorn yang bermuatan negatif. Dengan menggunakan persamaan konversi energi menjadi massa (E=mc2), elektron dan positron yang dihasilkan akan memiliki energi yang setara dengan 0,511 MeV. Oleh karena itu hanya foton berenergi besar saja (>1,02 MeV) yang dapat menghasilkan pasangan elektron-psoitron. Setiap kelebihan energi diatas 1,02 MeV akan diberikan pada partikel dalam bentuk energi kinetik. (Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV).

Elektron yang dihasilkan akan berinteraksi dengan atom sekitar dan menyebabkan terjadinya ionisasi, sedangkan positron akan menemukan sebuah elektron bebas dan kedua partikel ini akan saling menghilangkan (interaksi positron), dan menghasilkan energi.

 

Interaksi tidak langsung

Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik (foton) yang telah disebutkan di atas, terlihat bahwa semua interaksi akan menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau positron) yang berenergi tinggi. Elektron atau positron yang berenergi tersebut dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung.