Radioaktivitas adalah proses di mana inti atom yang tidak stabil melepaskan partikel subatomik energik atau radiasi elektromagnetik (EMR). Fenomena ini dapat menyebabkan satu elemen berubah menjadi elemen lain dan ikut bertanggung jawab atas panasnya inti bumi. Radioaktivitas memiliki berbagai kegunaan, termasuk tenaga nuklir, dalam kedokteran, dan dalam penentuan sampel organik dan geologis. Ini juga berpotensi berbahaya, karena partikel dan radiasi berenergi tinggi dapat merusak dan membunuh sel, dan mengubah DNA, menyebabkan kanker.
Peluruhan Radioaktif
Inti atom yang tidak stabil dikatakan meluruh, artinya mereka kehilangan sebagian massa atau energinya untuk mencapai keadaan energi yang lebih stabil dan lebih rendah. Proses ini paling sering terlihat pada unsur-unsur yang lebih berat, seperti uranium. Tak satu pun dari unsur-unsur yang lebih berat dari timbal memiliki isotop stabil, tetapi unsur-unsur yang lebih ringan juga dapat eksis dalam bentuk radioaktif yang tidak stabil, seperti karbon-14. Diperkirakan bahwa panas dari peluruhan unsur-unsur radioaktif mempertahankan suhu yang sangat tinggi dari inti bumi, menjaganya dalam keadaan cair, yang penting untuk pemeliharaan medan magnet yang melindungi planet dari radiasi yang merusak.
Peluruhan radioaktif adalah proses acak, artinya secara fisik tidak mungkin untuk memprediksi apakah inti atom tertentu akan meluruh dan memancarkan radiasi pada saat tertentu atau tidak. Sebaliknya, itu diukur dengan waktu paruh, yang merupakan periode waktu yang diperlukan untuk setengah dari sampel inti yang diberikan untuk meluruh. Waktu paruh berlaku untuk sampel dengan ukuran berapa pun, dari kuantitas mikroskopis hingga semua atom jenis itu di alam semesta. Isotop radioaktif yang berbeda sangat bervariasi dalam waktu paruhnya, yang berkisar dari beberapa detik, dalam kasus astatin-218, hingga miliaran tahun untuk uranium-238.
Jenis Peluruhan
Agar stabil, inti tidak boleh terlalu berat, dan perlu memiliki keseimbangan proton dan neutron yang tepat. Inti berat — yang memiliki banyak proton dan neutron — cepat atau lambat akan kehilangan berat, atau massa, dengan memancarkan partikel alfa, yang terdiri dari dua proton dan dua neutron yang terikat bersama. Partikel-partikel ini memiliki muatan listrik positif, dan, dibandingkan dengan partikel lain yang dapat dipancarkan, sangat berat dan bergerak lambat. Peluruhan alfa dalam suatu unsur menyebabkannya berubah menjadi unsur yang lebih ringan.
Peluruhan beta terjadi ketika inti memiliki terlalu banyak neutron untuk jumlah protonnya. Dalam proses ini, neutron, yang netral secara listrik, secara spontan berubah menjadi proton bermuatan positif dengan memancarkan elektron bermuatan negatif. Elektron berenergi tinggi ini dikenal sebagai sinar beta, atau partikel beta. Karena ini meningkatkan jumlah proton dalam nukleus, itu berarti bahwa atom berubah menjadi unsur yang berbeda dengan lebih banyak proton.
Proses sebaliknya dapat terjadi di mana ada terlalu banyak proton, dibandingkan dengan neutron. Dengan kata lain, proton berubah menjadi neutron dengan memancarkan positron, yang merupakan antipartikel elektron yang bermuatan positif. Ini kadang-kadang disebut peluruhan beta positif, dan mengakibatkan atom berubah menjadi unsur dengan proton lebih sedikit. Kedua jenis peluruhan beta ini menghasilkan partikel bermuatan listrik yang sangat ringan dan cepat.
Meskipun transformasi ini melepaskan energi dalam bentuk massa, mereka juga dapat meninggalkan inti yang tersisa dalam keadaan “bersemangat”, di mana ia memiliki lebih dari jumlah energi minimumnya. Karena itu, ia akan kehilangan energi ekstra ini dengan memancarkan sinar gamma — bentuk radiasi elektromagnetik frekuensi sangat tinggi. Sinar gamma tidak memiliki berat, dan bergerak dengan kecepatan cahaya.
Beberapa inti berat dapat, alih-alih memancarkan partikel alfa, benar-benar terbelah, melepaskan banyak energi, sebuah proses yang dikenal sebagai fisi nuklir. Ini dapat terjadi secara spontan di beberapa isotop unsur berat, seperti uranium-235. Proses ini juga melepaskan neutron. Selain terjadi secara spontan, fisi dapat dipicu oleh inti berat yang menyerap neutron. Jika bahan yang dapat fisi cukup banyak disatukan, reaksi berantai dapat terjadi di mana neutron yang dihasilkan oleh fisi menyebabkan inti lain terbelah, melepaskan lebih banyak neutron, dan seterusnya.
penggunaan
Penggunaan paling terkenal dari radioaktivitas mungkin di pembangkit listrik tenaga nuklir dan senjata nuklir. Senjata atom pertama memanfaatkan reaksi berantai untuk melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk panas yang hebat, cahaya, dan radiasi pengion. Meskipun senjata nuklir modern terutama menggunakan fusi untuk melepaskan energi, ini masih diprakarsai oleh reaksi fisi. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan fisi yang dikontrol dengan hati-hati untuk menghasilkan panas untuk menggerakkan turbin uap yang menghasilkan listrik.
Dalam pengobatan, radioaktivitas dapat digunakan dengan cara yang ditargetkan untuk menghancurkan pertumbuhan kanker. Karena mudah dideteksi, ini juga digunakan untuk melacak kemajuan dan penyerapan obat oleh organ, atau untuk memeriksa apakah mereka berfungsi dengan benar. Isotop radioaktif sering digunakan untuk menentukan tanggal sampel material. Zat organik dapat ditentukan dengan mengukur jumlah karbon-14 yang dikandungnya, sedangkan usia sampel batuan dapat ditentukan dengan membandingkan jumlah berbagai isotop radioaktif yang ada. Teknik ini telah memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur usia Bumi.
Efek kesehatan
Dalam konteks kesehatan, semua emisi dari peluruhan inti atom, baik partikel atau EMR, cenderung digambarkan sebagai radiasi, dan semuanya berpotensi berbahaya. Emisi ini baik pengion dalam diri mereka sendiri atau berinteraksi dengan materi dalam tubuh dengan cara yang menghasilkan radiasi pengion. Ini berarti bahwa mereka dapat menghilangkan elektron dari atom, mengubahnya menjadi ion bermuatan positif. Ini kemudian dapat bereaksi dengan atom lain dalam molekul, atau molekul tetangga, menyebabkan perubahan kimia yang dapat membunuh sel atau menyebabkan kanker, terutama jika radiasi telah berinteraksi dengan DNA.
Jenis radiasi yang paling berbahaya bagi manusia tergantung pada keadaan di mana radiasi itu ditemui. Partikel alfa hanya dapat menempuh jarak pendek di udara dan tidak dapat menembus lapisan luar kulit. Namun, jika mereka bersentuhan dengan jaringan hidup, mereka adalah bentuk radiasi yang paling berbahaya. Ini bisa terjadi jika sesuatu yang memancarkan radiasi alfa tertelan atau terhirup.
Radiasi beta dapat menembus kulit, tetapi dihentikan oleh lapisan tipis logam, seperti aluminium foil. Neutron dan radiasi gamma jauh lebih menembus dan pelindung tebal diperlukan untuk melindungi kesehatan. Karena sebagian besar radiasi gamma menembus tubuh, biasanya kecil kemungkinannya menyebabkan penyakit pada tingkat rendah, tetapi masih merupakan bahaya yang sangat serius. Jika bahan, termasuk jaringan hidup, menyerap neutron, mereka dapat menjadi radioaktif sendiri.
Paparan radiasi berbahaya umumnya diukur dalam hal jumlah energi yang diserap oleh bahan yang terpapar, ukuran yang dapat diterapkan pada semua bentuk radiasi dan semua bahan, meskipun paling umum digunakan dalam konteks kesehatan manusia. Satuan SI untuk paparan adalah abu-abu, dengan satu abu-abu setara dengan satu joule energi yang diserap per kilogram materi. Namun, di AS, satuan lain — rad, yang setara dengan 0.01 abu-abu — sering digunakan.
Karena berbagai jenis radioaktivitas berperilaku dengan cara yang berbeda, pengukuran lain, sievert, digunakan untuk memberikan gambaran yang lebih baik tentang kemungkinan efek kesehatan dari dosis yang diberikan. Ini dihitung dengan mengalikan dosis dalam warna abu-abu dengan faktor kualitas yang spesifik untuk jenis radiasi tertentu. Misalnya, faktor kualitas untuk radiasi gamma adalah 1, tetapi nilai untuk partikel alfa adalah 20. Oleh karena itu, paparan jaringan hidup terhadap 0.1 abu-abu partikel alfa akan menghasilkan dosis 2.0 sievert, dan diharapkan memiliki dua puluh kali lipat. efek biologis sebagai satu abu-abu radiasi gamma. Dosis empat hingga lima sievert, yang diterima dalam waktu singkat, membawa risiko kematian 50% dalam waktu 30 hari.