Radioaktivitas — Alfa, Beta, Gamma & Waktu Paruh

Radioaktivitas adalah keadaan ketika inti atom yang tidak stabil berubah dengan sendirinya dan memancarkan radiasi. Untuk memahaminya dengan cepat, fokuslah pada dua gagasan: jenis pancaran yang keluar, dan bagaimana waktu paruh menggambarkan peluruhan rata-rata dari sampel besar seiring waktu.

Ringkasan paling singkat yang berguna adalah ini: alfa dan beta adalah partikel yang dipancarkan, gamma adalah radiasi elektromagnetik berenergi tinggi, dan waktu paruh tidak memprediksi saat tepat satu atom akan meluruh.

Apa arti radioaktivitas dalam fisika

Radioaktivitas adalah proses inti. Ini penting karena perubahan inti mengubah inti atom itu sendiri, berbeda dari reaksi kimia yang terutama hanya menyusun ulang elektron.

Inti yang tidak stabil tidak memerlukan pemicu kimia untuk meluruh. Inti dapat berubah dengan sendirinya menjadi inti yang lebih stabil atau keadaan inti yang lebih stabil. Radiasi yang dipancarkan membawa energi, partikel, atau keduanya.

Penjelasan radiasi alfa, beta, dan gamma

Radiasi alfa

Partikel alfa adalah inti helium: 2 proton dan 2 neutron. Ketika suatu inti memancarkan partikel alfa, nomor massanya berkurang sebesar $4$ dan nomor atomnya berkurang sebesar $2$.

Radiasi alfa sangat mengionisasi dan biasanya paling mudah dihentikan dari luar dibandingkan ketiganya. Selembar kertas atau lapisan kulit mati terluar sering kali dapat menghentikannya, meskipun bahan pemancar alfa di dalam tubuh merupakan masalah keselamatan yang berbeda.

Radiasi beta

Radiasi beta berasal dari perubahan dalam inti yang menggeser keseimbangan proton-neutron. Pada peluruhan beta-minus, sebuah neutron dalam inti berubah menjadi proton dan peluruhan memancarkan elektron. Pada peluruhan beta-plus, sebuah proton berubah menjadi neutron dan peluruhan memancarkan positron.

Dibandingkan dengan radiasi alfa, radiasi beta biasanya menembus lebih jauh, tetapi tetap jauh kurang menembus daripada sinar gamma. Pelindung yang tepat bergantung pada energi beta dan bahan yang digunakan.

Radiasi gamma

Radiasi gamma bukan partikel yang memiliki massa dan muatan seperti alfa atau beta. Gamma adalah radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang dilepaskan ketika inti kehilangan energi berlebih, sering kali setelah proses inti lain sudah terjadi.

Sinar gamma biasanya lebih menembus daripada radiasi alfa atau beta, itulah sebabnya bahan pelindung yang rapat sering digunakan. Kata "biasanya" penting di sini karena daya tembus tetap bergantung pada energi sinar gamma dan bahan pelindungnya.

Alfa vs beta vs gamma: perbandingan singkat

Jenis	Apa itu	Efek inti yang khas	Daya tembus umum
Alfa	Inti helium	Nomor massa berkurang $4$ dan nomor atom berkurang $2$	Paling rendah dari ketiganya
Beta	Elektron atau positron dari perubahan inti	Nomor atom berubah sebesar $+1$ pada beta-minus atau $-1$ pada beta-plus	Sedang
Gamma	Foton berenergi tinggi	Biasanya melepaskan energi inti berlebih tanpa mengubah nomor massa atau nomor atom	Paling tinggi dari ketiganya

Cara kerja waktu paruh

Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan agar jumlah inti yang belum meluruh dalam suatu sampel turun menjadi setengah dari nilainya saat itu. Untuk isotop tertentu dalam model peluruhan biasa, jumlah sampel terus menjadi setengah pada selang waktu yang sama:

$$N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/T_{1/2}}$$

Di sini $N_0$ adalah jumlah awal, $N(t)$ adalah jumlah yang tersisa setelah waktu $t$, dan $T_{1/2}$ adalah waktu paruh.

Ini tidak berarti setiap atom menunggu tepat satu waktu paruh lalu meluruh. Waktu paruh menggambarkan perilaku rata-rata dari kumpulan besar atom-atom isotop yang sama.

Contoh dikerjakan: perhitungan waktu paruh yang benar-benar mudah dipahami

Misalkan suatu sampel radioaktif dimulai dengan $160$ inti yang belum meluruh dalam model sederhana, dan waktu paruh isotopnya adalah $6$ jam. Berapa banyak yang tersisa setelah $18$ jam?

Karena $18$ jam adalah

$$\frac{18}{6} = 3$$

waktu paruh, maka sampel dibagi dua sebanyak tiga kali:

$$160 \to 80 \to 40 \to 20$$

Menggunakan rumus memberikan hasil yang sama:

$$N(18) = 160 \left(\frac{1}{2}\right)^{18/6} = 160 \left(\frac{1}{2}\right)^3 = 20$$

Jadi setelah $18$ jam, tersisa $20$ inti yang belum meluruh dalam model tersebut.

Langkah kuncinya adalah menghitung jumlah waktu paruh terlebih dahulu. Setelah Anda tahu bahwa $18$ jam adalah $3$ waktu paruh, sisanya hanyalah pembagian dua berulang.

Kesalahan umum tentang radioaktivitas dan waktu paruh

Menganggap alfa, beta, dan gamma sebagai hal yang sama

Ketiganya memang bentuk radiasi, tetapi tidak identik. Alfa dan beta adalah partikel. Gamma adalah radiasi elektromagnetik.

Mengira gamma selalu mengubah unsur

Emisi gamma sering terjadi ketika inti turun dari keadaan energi lebih tinggi ke keadaan energi lebih rendah. Dalam kasus itu, inti dapat kehilangan energi tanpa mengubah nomor atom atau nomor massanya.

Menganggap waktu paruh memprediksi satu atom secara tepat

Tidak. Waktu paruh adalah aturan statistik untuk banyak atom dari isotop yang sama.

Menyebut satu jenis "berbahaya" tanpa konteks

Risiko bergantung pada isotop, aktivitas, jarak, lama paparan, pelindung, dan apakah sumber berada di luar atau di dalam tubuh. Peringkat sederhana tanpa konteks bisa menyesatkan.

Di mana radioaktivitas digunakan

Radioaktivitas penting dalam kedokteran nuklir, pengobatan kanker, detektor asap, penanggalan radiometrik, inspeksi industri, dan eksperimen fisika nuklir. Dalam setiap kasus, pertanyaan yang berguna bukan hanya "apakah ada radiasi?" tetapi juga jenisnya, jumlahnya, dan bagaimana radiasi itu berinteraksi dengan materi.

Coba soal waktu paruh yang serupa

Ubah contoh menjadi jumlah awal $320$ dengan waktu paruh $6$ jam yang sama, atau tetap gunakan $160$ dan ubah waktunya menjadi $24$ jam. Jika Anda ingin mengerjakan susunan peluruhan lain langkah demi langkah, coba soal serupa di GPAI Solver.