PENGGUNAAN RADIOISOTOP

A.  Radioisotop

Radionuklida atau radioisotop adalah isotop dari zat radioaktif. Radionuklida mampu memancarkan radiasi. Radioisotop atau radionuklida dapat terjadi secara alamiah atau sengaja dibuat oleh manusia dalam reaktor penelitian. Produksi radionuklida dengan proses aktivasi dilakukan dengan cara menembaki isotop stabil dengan neutron di dalam teras reaktor. Proses ini lazim disebut irradiasi neutron, sedangkan bahan yang disinari disebut target atau sasaran. Neutron yang ditembakkan akan masuk ke dalam inti atom target sehingga jumlah neutron dalam inti target tersebut bertambah. Peristiwa ini dapat mengakibatkan ketidakstabilan inti atom sehingga berubah sifat menjadi radioaktif. Banyak isotop buatan yang dapat dimanfaatkan antara lain ₂₄Na, ₃₂P, ₅₁Cr, ₉₉Tc, dan ₁₃₁I.

B.  Jenis-jenis Radioisotop

Jenis-jenis radioisotop yang sering digunakan, yaitu :

1.    Sinar Gamma  (γ)

Sinar γ merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sangat pendek. Ciri-cirinya adalah :

•  Daya tembus sangat besar

•  Daya ionisasi sangat lembah

•  Tidak dibelokkan oleh medan magnet

•  Mempunyai energi antara 0,2 – 3,0 MeV

•  Tidak terjadi perubahan nomor massa

2.    Sinar Beta  (β)

Partikel α masih dapat dibedakan menjadi Sinar β^-1 yang bermuatan negatif (elektron) dan β⁺² yang bermuatan positif (positron). Ciri-cirinya :

•  Daya tembus cukup besar tetapi kurang dari daya tembus γ

•  Daya ionisasi tidak begitu kuat tetapi lebih lebih besar daya ionisasi γ

•  Dapat dibelokkan dengan medan magnet dan medan listrik dengan penyimpangan kecil

•  Mempunyai energi 3 – 4 MeV

•  Pemancaran β biasanya diikuti oleh partikel lain, yaitu neutrino

3.    Sinar alpha (α)

Partikel α adalah merupakan inti atom helium. Ciri-cirinya :

•  Daya tembus kecil

•  Daya ionisasi sangat kuat

•  Dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik dengan penyimpangan besar

•  Mempunyai energi 5,3 – 10,5 MeV

C.  Sifat-sifat Radioisotop

Peran radioisotop sebagai pencari jejak tidak terlepas dari sifat-sifat khas yang dimilikinya.

1.    Radioisotop memancarkan radiasi dimanapun dia berada dan mudah dideteksi. Radioisotop ibarat lampu yang tidak pernah padam senantiasa memancarkan cahayanya. Radioisotop dalam jumlah sedikit sekalipun dapat dengan mudah diketahui keberadaannya. Dengan teknologi pendeteksian radiasi saat ini, radioisotop dalam kisaran pikogram (satu per satu trilyun gram) dapat dikenali dengan mudah. Sebagai ilustrasi, jika radioisotop dalam bentuk carrier free (murni tidak mengandung isotop lain) sebanyak 0,1 gram saja dibagi rata ke seluruh penduduk bumi yang jumlahnya lebih dari 5 milyar, jumlah yang diterima oleh masing-masing orang dapat diukur secara tepat.

2.    Laju peluruhan tiap satuan waktu (radioaktivitas) hanya merupakan fungsi jumlah atom radioisotop yang ada, tidak dipengaruhi oleh kondisi lingkungan baik temperatur, tekanan, pH dan sebagainya. Penurunan radioaktivitas ditentukan oleh waktu paro, waktu yang diperlukan agar intensitas radiasi menjadi setengahnya. Waktu paro ini merupakan bilangan khas untuk tiap-tiap radioisotop. Misalnya ₁₄karbon memiliki waktu paro 5.730 tahun, sehingga radioaktivitasnya berkurang menjadi separonya setelah 5.730 tahun berlalu. Seluruh radioisotop yang telah berhasil ditemukan telah diketahui pula waktu paronya. Waktu paro radioisotop bervariasi dari kisaran milidetik sampai ribuan tahun. Waktu paro ini merupakan faktor penting dalam pemilihan jenis radioisotop yang tepat untuk keperluan tertentu.

3.    Intensitas radiasi ini tidak bergantung pada bentuk kimia atau senyawa yang disusunnya. Hal ini dikarenakan pada reaksi kimia atau ikatan kimia yang berperan adalah elektron, utamanya elektron pada kulit atom terluar, sedangkan peluruhan radioisotop merupakan hasil dari perubahan pada inti atom.

4.    Radioisotop memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan isotop lain sehingga sifat kimia yang dimiliki radioisotop sama dengan isotop-isotop lain dari unsur yang sama. Radioisotop ₁₄karbon, misalnya, memiliki karakteristik kimia yang sama dengan ₁₂karbon.

5.    Radiasi yang dipancarkan, utamanya radiasi gamma, memiliki daya tembus yang besar. Lempengan logam setebal beberapa sentimeter pun dapat ditembus oleh radiasi gamma, utamanya gamma dengan energi tinggi. Sifat ini mempermudah dalam pendeteksian.

D.  Peluruhan Unsur-unsur Radioaktif

Peluruhan adalah peristiwa pisahnya inti atom secara spontan. Unsur-unsur radioaktif selalu meluruh untuk menuju ke keadaan stabilnya. Proses peluruhan inti-inti radiaktif dapat dituliskan dalam bentuk :

Dimana :     N₀        = jumlah inti mula-mula

N_t        = jumlah inti yang belum meluruh

λ          = Konstanta peluruhan

t           = waktu meluruh (s)

Apabila banyaknya inti yang belum meluruh tinggal setengah dari jumlah inti mula-mula (N_t = ½ N₀ ), maka waktu yang diperlukan disebut waktu paruh (T½) dan dirumuskan sebagai :

Rumus peluruhan dapat juga dituliskan sebagai :

Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa sinar alfa, beta, dan gamma termasuk sinar radioaktif. Demikian halnya dengan partikel-partikel radioaktif lain, sinar-sinar tersebut juga mengalami peluruhan. Mekanisme peluruhan sinar-sinar radioaktif dapat dijelaskan sebagai berikut :

1.    Peluruhan alfa

Adalah salah satu bentuk peluruhan radioaktif dimana sebuah inti atom berat tidak stabil melepaskan sebuah partikel alfa dan meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan nomor massa empat lebih kecil dan nomor atom dua lebih kecil dari semula. Dimana X dan X' menyatakan jenis inti yang berbeda. Bentuk kedua juga digunakan karena bagi pengamat awam bentuk pertama tampak tidak stabil secara listrik.

Pada dasarnya, inti yang baru terbentuk akan segera melucuti dua elektronnya untuk menetralisir kation helium yang lapar. Partikel alfa sebenarnya adalah sebuah inti helium. Inti helium merupakan inti stabil dengan nomor massa dan nomor atom yang kekal. Peluruhan alfa dapat dianggap sebagai sebuah reaksi fisi nuklir sebab inti induk terpecah menjadi dua inti "anak" (daughter). Peluruhan alfa adalah salah satu contoh dari efek terowongan dalam mekanika kuantum. Tidak seperti peluruhan beta, peluruhan alfa diatur oleh gaya nuklir kuat.

2.    Peluruhan beta

Adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan ini disebut sebagai peluruhan beta minus (β⁻), sementara pada pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (β⁺). Pada tingkatan partikel dasar, peluruhan beta terjadi karena konversi sebuah quark bawah menjadi sebuah quark atas oleh pemancaran sebuah boson W.

Pada peluruhan β⁻, interaksi lemah mengubah sebuah netron menjadi sebuah proton ketika sebuah elektron dan sebuah anti-neutrino dipancarkan. Elektron yang dipancarkan bukanlah elektron orbital. Juga bukan elektron yang semula berada di dalam inti atom, karena asas ketidakpastian melarang elektron hadir di dalam inti atom. Elektron tersebut “diciptakan” oleh inti atom dari energi yang ada. Jika beda energi diam antara kedua inti atom sekurang-kurangnya E=mc², maka hal tersebut memang mungkin terjadi.

Dalam peluruhan β⁺, sebuah proton dikonversi menjadi sebuah netron, sebuah positron dan sebuah neutrino. Jadi, tidak seperti peluruhan beta minus, peluruhan beta plus tidak dapat terjadi dalam isolasi, sebab harus ada suplai energi dalam proses “penciptaan” massa, karena massa netron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa proton (sebagai inti induk). Jika proton dan netron merupakan bagian dari inti atom, proses peluruhan men-transmutasikan satu elemen kimia ke dalam bentuk lainnya.

3.    Peluruhan Gamma

Merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat kuat. Sinar gamma dihasilkan oleh transisi energi inti atom dari suatu keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Saat transisi berlangsung terjadi radiasi energi tinggi (sekitar 4,4 MeV) dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar γ^- tidak dihasilkan inti atom baru.

E.  Penggunaan Radioisotop

Beberapa kegunaan radioisotop adalah sebagai berikut :

Ø Reaksi fisi dan reaksi fusi dapat dipakai sebagai sumber energi pengganti minyak tanah dan batu bara

Ø Dalam bidang industri

1.    sinar gamma yang dipancarkan dari radioisotop ₆₀Co atau ₉₂Ir digunakan untuk memeriksa material tanpa merusak dengan radiografi.

2.    Mengatur ketebalan kertas atau aluminium foil menggunakan sinar β^-

3.    Mengatur ketebalan baja dengan sinar γ^-

4.    Pabrik Ban menggunakan ₉₀Sr

5.    pengujian homogenitas pencampuran serta residence time distribution (RTD).

6.    Radiasi bisa digunakan untuk mengawetkan bahan seperti kayu, barang-barang seni, dll. Radiasi juga dapat digunakan untuk meningkatkan mutu tekstil karena mengubah struktur serat sehingga lebih kuat atau lebih baik mutu penyerapan warnanya.

7.    Berbagai jenis makanan juga dapat diawetkan dengan dosis yang aman sehingga dapat disimpan lebih lama

Ø Dalam Bidang Kedokteran

1.    Perunut gangguan ginjal menggunakan ₂₃I

2.    Perunut trombosit (penyempitan pembuluh darah) menggunakan ₂₄Na

3.    Perunut kelenjar gondok atau tiroid kelenjar gondok atau tiroid menggunakan yodium

4.    Pengobatan dengan membunug sel kanker dengan ₆₀Co

5.    Sterilisasi, membunuh bakteri, jamur, dan serangga dalam makanan, sinar γ^-

6.    Sterilisasi peralatan kedokteran dengan sinar γ^‑

7.    ₉₉Tc dan ₂₀₁TI, kedua radioisotop itu digunakan bersama-sama untuk mendeteksi kerusakan jantung.

8.    Xenon (₁₃₃Xe) digunakan untuk mendeteksi penyakit paru-paru.

9.    ₃₂P digunakan untuk mendeteksi penyakit mata, tumor, dan lain-lain. Serta dapat pula mengobati penyakit polycythemia rubavera, yaitu pembentukan sel darah merah yang berlebihan.

Ø Dalam Bidang Kepurbakalaan (Arkeologi)

1.    Penentuan umur fosil dengan menghitung peluruhan ₁₄C dalam tumbuhan, tubuh binatang atau manusia yang sudah mati

2.    Untuk menentukan umur mineral, dan umur benda-benda bersejarah dengan menentukan kadar Pb dalam mineral Uranium

Ø Dalam Bidang Biologi

Radioisotop bisa digunakan untuk mempelajari mekanisme reaksi pada proses fotosintesis dan proses-proses di dalam sel hidup

Ø Dalam Bidang Kimia

Radioisotope bisa digunakan untuk mempelajari kesetimbangan dinamis, dan reaksi pengesteran

Ø Dalam Bidang hidrologi

1.    Untuk mengukur kecepatan aliran atau debit aliran

2.    Untuk menentukan jumlah kandungan air dalam tanah

3.    Untuk mendeteksi kebocoran pipa penyalur yang terbenam dalam tanah

4.    Untuk mengukur tinggi permukaan cairan dalam suatu wadah tertutup

Ø Dalam Bidang pertanian

Radioisotop yang digunakan sebagai perunut dalam penelitian efisiensi pemupukan tanaman adalah fosfor (₃₂P). Teknik perunut dengan radioisotop akan memberikan cara pemupukan yang tepat dan hemat.

F.   Dampak Negatif Penggunaan Radioisotop

Radiasi yang terlalu tinggi dapat menimbulkan gejala akut yang dapat dirasakan oleh pasien, namun walaupun tidak tedapat gejala bukan berarti tidak menimbulkan bahaya, karena radiasi dapat menimbulkan dampak jangka panjang yang lebih berbahaya. Gejala akut yang dapat ditimbulkan oleh radiasi yang tinggi adalah sebagai berikut :

1.        Mual muntah

2.        Diare

3.        Sakit kepala

4.        Demam

5.        Pusing, mata berkunang-kunang

6.        Disorientasi atau bingung menentukan arah

7.        Lemah, letih dan tampak lesu

8.        Kerontokan rambut dan kebotakan

9.        Muntah darah atau berak darah

10.    Tekanan darah rendah

11.    Luka susah sembuh

Adapun dampak jangka panjang dari radiasi nuklir adalah :

1.    Kanker

2.    Penuaan dini

3.    Gangguan sistem saraf dan reproduksi

4.  Mutasi genetik