Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang dihasilkan oleh radioaktivitas atau proses nuklir. Sinar gamma dapat menyebabkan ionisasi pada materi melalui efek fotolistrik, Compton, atau produksi pasangan. Bahan yang dapat digunakan sebagai perisai sinar gamma harus memiliki nomor atom besar dan kerapatan tinggi.
1. 1. Apakah yang dimaksud dengan sinar gamma?
sebuah bentuk berenergi berupa radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh
radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran
elektron-positron.
2. Darimanakah asal sinar gamma?
a. Sinar gamma muncul dari inti atom yang tidak stabil dikarenakan atom
tersebut memiliki energi yang tidak sesuai dengan kondisi dasarnya
(groundstate).
b. Berasal dari aktivasi neutron cepat : inti atom ditembak dengan neutron
berenergi tinggi.
c. Anihilasi : lenyapnya positron dan electron sehingga menghasilkan sinar
gamma yang memiliki energi 1,102 MeV
3. Bagaimana suatu inti atom dapat memancarkan sinar gamma?
Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel
atau gelombang. Jika inti tidak stabil, maka inti mempunyai kelebihan energi. Inti
itu tidak dapat bertahan pada keadaannya, suatu inti akan melepaskan kelebihan
energi tersebut dan mungkin melepaskan satu atau dua atau lebih partikel atau
gelombang sekaligus. Setiap inti yang tidak stabil akan mengeluarkan energi
elektromagnetik yang disebut radiasi sinar gamma. Radiasi sinar gamma
dipancarkan oleh inti atom yang dalam keadaan terekstitasi. Keadaan tereksitasi
adalah keadaan yang tidak stabil dan hanya berlangsung dalam waktu singkat.
Setelah memancarkan radiasi gamma, inti atom tidak mengalami perubahan baik
jumlah proton maupun netron.
4. Bagaimanakah sifat-sifat sinar gamma?
a. Mempunyai daya tembus paling besar dibanding sinar radio aktif lainnya
(α atau β)
b. Tidak dipengaruhi medan magnet dan medan listrik, karena tidak
bermuatan
c. panjang gelombang antara 1Å (10-10 m) sampai 10-4Å (10-14 m)
d. Daya ionisasi rendah
2. 5. Bagaimanakah spektrum sinar gamma?
gelombang pendek, berenergi tinggi
6. Mengapa peluruhan gamma tidak menyebabkan perbedaan sifat kimia
antara inti induk dengan inti anak?
Karena sinar gamma adalah partikel yang tidak bermuatan sehingga tidak
mengubah nomor atom suatu inti induk. Karena nomor atom menunjukkan sifat
kimia suatu inti induk, maka jika nomor atom tidak berubah, sifat kimianya pun
tidak berubah.
7. Mungkinkah sebuah inti pemancar gamma memancarkan sinar gamma
dengan energi yang berbeda?
Mungkin, karena ditemukan beberapa kasus yang pada saat keadaan tereksitasi,
inti induk akan memancarkan sinar gamma tidak hanya 1 kali untuk mencapai
keseimbangan, tapi beberapa kali dengan energi yang berbeda-beda pula.
Contohnya pada inti induk Cs137
8. Jika sinar gamma mengenai materi apa yang terjadi?
Jika sinar gamma mengenai materi maka akan menghasilkan ionisasi, hanya saja
ionisasi yang dihasilkan sebagian besar melalui proses ionisasi sekunder. Dimana
dalam interkasi antara sinar gamma dengan materi hanya beberapa pasang ion
primer saja yang terbentuk. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses
ionisasi sekunder sehingga diperpleh pasangan ion yang lebih banyak
dibandingkan yang terbentuk pada proses ionisasi primer.
Ada tiga proses utama yang dapat terjadi apabila radiasi gamma melewati materi,
yaitu efek fotolistrik, efek compton, dan produksi pasangan. Ketiga proses
tersebut melepaskan elektron yang selanjutnya dapat mengionisasi atom-atom lain
dalam bahan. Melalui tiga interaksi tersebut, sinar gamma dapat kehilangan energi
ketika melewati suatu materi.
9. Bagaimana berkas sinar gamma yang mengenai materi dapat menyebabkan
terjadinya
a) Efek fotolistrik
b) Efek Compton
c) Produksi pasangan
3. a. Efek fotolistrik : peristiwa dimana foton sinar gamma dengan energy
rendah (di bawah 1 MeV), mentransfer seluruh energy yang dibawanya
kepada electron di orbit terdalam. Energi foton tersebut diserap seluruhnya
oleh electron, dan electron terlempar dari atom. Elektron yang terlempar
akibat efek fotolistrik dinamakan fotoelektron.
b. Efek Compton : hamburan Compton terjadi ketika sebagian dari energy
yang dimiliki foton sinar gamma ditransfer ke electron. Foton akan
dihamburkan/ dibelokkan dan mengalami kehilangan energy, sedangkan
electron akan terlempar keluar atom. Elektron itu dilepaskan dari ikatan
inti dan bergerka dengan energi kinetik tertentu disertai foton lain dengan
energi lebih rendah dibanding foton datang. Foton lain ini dinamakan
foton hamburan. Dalam efek compton ini, energi foton yang datang
diserap oleh atom dan diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton
hamburan.
c. Produksi pasangan : saat sinar gamma dengan energy tinggi (> 1,02 MeV)
mendekati inti atom, maka sinar gamma tersebut dapat berubah menjadi
sepasang positron dan electron. Kemudian positron akan berinteraksi
dengan electron dan menghasilkan dua sinar gamma dengan energy
identik sebesar 0,511 MeV. Radiasi ini dikenal juga dengan radiasi
anihilasi.
10. Apakah sembarang energi gamma dapat menyebabkan terjadinya efek
fotolistrik? Mengapa? Tidak, karena hanya sinar gamma yang memiliki energy
sama atau lebih dari energi ikat elektron terhadap inti saja yang bisa menyebabkan
efek fotolistrik.
11. Jelaskan bagaimana menentukan energi gamma terhambur pada efek
compton jika energi gamma datang diketahui?
Jika energi gamma datang diketahui, maka akan diperoleh besarnya panjang
gelombang foton mula-mula dengan rumus
4. Sudut hamburan juga diketahui, maka akan diperoleh Δλ melalui rumus
, kemudian akan didapatkan panjang gelombang foton
hamburan
Seteleh diketahui (panjang gelombang foton hamburan), maka untuk
mengetahui besarnya energi hamburan digunakan rumus
12. Apa perbedaan efek fotolistrik dan efek compton?
Pembeda Efek fotolistrik Efek Compton
Energi foton Tidak ada energi foton Sebagian energi foton
yang terhambur, semua diserap elektron, sabagian
diserap oleh elektron lagi dihamburkanatau
hingga akhirnya elektron dibelokkan sehingga
terlempar keluar dari elektron terlempar keluar
orbitnya. orbitnya.
Elektron yang ditembak Elektron yang ditembak Elektron yang ditembak
adalah elektron yang adalah elektron yang
paling dekat dengan inti berada pada kulit terluar.
atom
13. Produksi pasangan tidak bisa terjadi pada sembarang energi gamma.
Mengapa?
Karena dalam peristiwa produksi pasangan berlaku hukum kekekalan energi,
yaitu
Dengan :
K (+) adalah energi kinetik positron
K (-) adalah energi kinetik elektron
5. Oleh karena itu, peristiwa ini akan terjadi jika energi datangnya minimal
atau sebesar 1,102 MeV
14. Mengapa sinar radioaktif pada batas ambang tertentu berbahaya bagi
kehidupan?
Jika sinar radioaktif pada kehidupan sehari-hari digunakan secara berlebihan atau
melebihi batas ambang, maka akan memberikan dampak negative, antara lain :
1. Kerusakan somatis berbentuk local
• Kerusakan kulit berupa penyakit kulit
• Kerusakan sel pembuat sel darah merah
• Kerusakan sistem saraf
2. Kerusakan genetis
Kerusakan genetis dapat mengakibatkan makluk menjadi steril atau mandul
atau terjadi pada keturunannya
3. Kerusakan sel-sel yang lain
• Lensa mata menjadi pudar (mata katarak)
• Leukemia (kanker darah)
15. Berapakah batas ambang aman paparan sinar radioaktif bagi manusia?
1 Sievert (Sv) menunjukkan berapa besar dosis paparan radiasi dari sumber
radioaktif yang diserap oleh tubuh per satuan massa (berat), yang mengakibatkan
kerusakan secara biologis pada sel/jaringan.
Menurut rekomendasi ICRP, pekerja radiasi yang di tempat kerjanya terkena
radiasi tidak boleh menerima dosis radiasi lebih dari 50 mSv per tahun dan rata-
rata pertahun selama 5 tahun tidak boleh lebih dari 20 mSv. Nilai maksimum ini
disebut Nilai Batas Dosis (NBD).
Jika wanita hamil yang di tempat kerjanya terkena radiasi, diterapkan batas
radiasi yang lebih ketat. Dosis radiasi paling tinggi yang diizinkan selama
kehamilan adalah 2 mSv.
Masyarakat umum dilindungi terhadap radiasi dengan menetapkan tidak ada
satu kegiatanpun yang boleh mengenai masyarakat dengan dosis melebihi rata-
rata 1 mSv per tahun dan tidak boleh ada satupun kejadian yang boleh
mengakibatkan masyarakat menerima lebih dari 5 mSv.
6. Khusus untuk daerah di sekitar Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN),
ditetapkan batas-batas yang bahkan lebih ketat. Dosis tertinggi yang diizinkan
diterima oleh masyarakat yang tinggal di sekitar PLTN adalah 0,1 mSv pertahun.
Pada kenyataannya kebanyakan PLTN hanya melepaskan sangat sedikit zat
radioaktif ke lingkungan, yaitu antara 0,001 sampai 0,01 pertahun.
16. Bagaimana kita dapat melindungi diri dari paparan sinar radioaktif yang
melebihi dosis aman?
Pengamanan tehadap pekerja radiasi, masyarakat dan lingkungan sekitar terhadap
radiasi harus diupayakan secermat mungkin untuk mencegah terjadinya paparan
yang berlebihan. Cara-cara yang dapat dilakukan adalah sebagai berikut :
a. Menggunakan pelindung
Laju dosis dapat dikurangi dengan memasang penahan radiasi diantara
sumber radiasi dan orang yang bekerja. Dengan teknik ini maka seseorang
dimungkinkan bekerja pada jarak yang tidak terlalu jauh dari sumber radiasi,
sehingga pekerjaan dapat dikerjakan dengan baik dan pekerja tidak menerima
paparand osis yang berlebihan. Jenis penahan radiasi yang digunakan
bergantung pada jenis dan energi radiasi.
- Radiasi Alpha
Partikel alfa memiliki jangkauan yang pendek di udara dan dapat
dihentikan dengan selembar kertas.
- Radiasi Beta
Dalam interaksi partikel beta berenergi tinggi dengan bahan dapat
menimbulkan pancaran sinar-x yang dikenal sebagai radiasi
brehmstrahlung. Oleh karena itu, untuk partikel beta dibutuhkan penahan
radiasi bernomor atom rendah (untuk memindahkan produksi
bremstrahlung) dan dilapisi bahan bernomor atom tinggi (untuk
mengatenuasi intensitas bremstrahlunbg yang terjadi). Bahan yang
direkomendasikan untuk menahan radiasi beta energi tinggi adalah
perspeks yang dikelilingi timbal.
7. - Radiasi Gamma
Apabila sinar gamma berinteraksi dengan bahan, radiasi tersebut tidak
diserap seluruhnya oleh bahan. Sebaliknya radiasi tersebut akan
mengalami atenuasi atau pengurangan intensitas. Bahan yang paling baik
untuk digunakan sebagai penahan radiasi gamma adalah bahan yang
bernomor atom tinggi, seperti timbal, beton dan uranium susut kadar.
Neutron.
b. Menjaga jarak
Radiasi dipancarkan dari sumber radiasi ke segala arah. Semakin dekat tubuh
kita dengan sumer radiasi maka paparan radiasi yang kita terima akan
semakin besar. Untuk mencegah paparan radiasi tersebut kita dapat menjaga
jarak pada tingkat yang aman dari sumber radiasi.
c. Membatasi waktu
Sedapat mungkin diupayakan untuk tidak terlalu lama berada di dekat sumber
radiasi untuk mencegah terjadinya paparan radiasi yang besar. Untuk itu
kepada pekerja radiasi diberlakukan pengaturan waktu bekerja di daerah
radiasi.
Untuk masyarakat umum pencegahan terhadap paparan radiasi yang berasal
dari instalasi nuklir dilakukan dengan mengatur jarak antara instalasi nuklir
dengan lokasi tempat tinggal masyarakat di sekitarnya pada jarak tertentu.
Selain itu juga dibuat pagar pembatas area untuk mencegah masyarakat tidak
melakukan aktivitas di dekat instalasi tersebut, kecuali dengan izin khusus
dari penguasa instalasi. Untuk penanganan terhadap jenis-jenis radiasi yang
berasal dari sumber alam tidak diatur secara khusus karena paparan
radiasinya sangat rendah dan tidak menyebabkan gangguan kesehatan.
17. Apakah syarat suatu materi/bahan dapat dijadikan perisai terhadap radiasi
sinar gamma?
Perisai berfungi untuk menahan radiasi alfa, gamma, beta dan neutrino yang
dihasilkan oleh reaksi fisi agar pekerja dapat bertugas dengan aman disekitar
reaktron. Bahan perisai ini biasanya dibuat dari beton berat dan timah hitam.
8. Syarat bahan yang dapat dijadikan sebagai perisai terhadap sinar gamma adalah
Memiliki nomor atom besar dan kerapatan yang tinggi
18. Apakah yang dimaksud dengan koefisien serap bahan terhadap gamma?
Koefisien serapan sinar gamma merupakan suatu konstanta pembanding yang
menghubungkan antara besarnya intensitas sumber radioaktif yang terserap
dengan ketebalan suatu bahan penyerap.
19. Apakah half value thickness (HVT) itu? Bagaimana menentukannya?
suatu konstanta pembanding yang menghubungkan antara besarnya intensitas
sumber radioaktif yang terserap dengan ketebalan suatu bahan penyerap.
I = I 0 e − µ ( HVT )
1
I 0 = I 0 e − µ ( HVT )
2
1
= e − µ ( HVT )
2
ln 1 = − µ ( HVT )
2
ln 1
HVT = 2 = 0,693
µ µ
