Radiasi nuklir
Radioaktivitas
Antoine Henri Becquerel (1852–1908) tidak tertarik dengan sinar-x Roentgen atau bahkan melihat gambar tulangnya. Tapi dia terpesona dengan fluoresensi.
Becquerel secara khusus tertarik untuk menentukan dengan tepat bagaimana bahan kimia dapat menyimpan cahaya tampak dan melepaskannya kemudian. Faktanya, keluarganya telah menangani masalah ini selama beberapa dekade.
Becquerel memegang kursi Departemen Fisika di Musée d'Histoire Naturelle di Paris, seperti kakek dan ayahnya sebelumnya. Semuanya telah mempelajari fluoresensi. Selama bertahun-tahun mengejar hasrat ilmiah multigenerasi ini, keluarga Becquerel telah mengumpulkan banyak koleksi mineral yang memiliki kemampuan untuk berpendar.
Koleksi inilah yang memungkinkan Antoine Henri Becquerel membuat penemuan terpentingnya, dan memenangkan Hadiah Nobel. Namun, yang membuat Becquerel kecewa, penemuannya yang penting tidak ada hubungannya dengan fluoresensi.
Becquerel memiliki layar fluoresen dan film fotografi, tetapi tidak ada tabung Crookes; dia juga tidak menginginkannya. Namun demikian, laporan Roentgen tentang sinar-x tak-terlihat yang menyertai cahaya samar yang terlihat dari tabung Crookes-nya membuat Becquerel bertanya-tanya apakah sinar-x juga bercampur dengan cahaya yang terlihat dari fluoresensi.
Yaitu, apakah bahan fluoresen memancarkan sinar-x yang menembus bersama dengan cahaya tampak yang tidak tembus? Dia merancang serangkaian eksperimen sederhana untuk menguji idenya.
Dia mengambil selembar film fotografi dan menyegelnya rapat-rapat di dalam kertas hitam tebal sehingga tidak ada cahaya yang bisa masuk untuk mengekspos film itu. Kemudian dia menaburkan butiran kertas hitam dari bahan fluoresen yang ingin dia uji.
Dia kemudian menempatkan seluruh set-up di bawah sinar matahari yang cerah, untuk merangsang emisi fluoresen. Di penghujung hari, ia mengembangkan film dengan harapan menemukan gambar bahan fluoresen di atasnya pada film yang dikembangkan.
Dia beralasan bahwa jika sinar-x yang menembus dipancarkan bersama dengan sinar fluoresen maka hanya sinar-x saja yang menembus kertas gelap (bukan cahaya fluoresen yang terlihat) dan mengembangkan film, seperti yang mereka lakukan untuk Roentgen.
Akibatnya, jika gambar butiran muncul pada film yang dikembangkan, ia akan memiliki bukti emisi sinar-x dari bahan kimia fluoresen. Secara metodis ia menguji seluruh koleksi bahan kimia fluoresen untuk bukti sinar-x ini.
Yang membuat Becquerel kecewa, tidak ada gambar yang muncul dari bahan kimia fluoresennya hingga dia menguji uranium sulfat. Senyawa ini memberinya gambaran gelap dari butiran kertas hitam.
Dengan gembira bahwa hipotesisnya terbukti benar dalam setidaknya satu kasus, ia melanjutkan untuk melakukan lebih banyak eksperimen dengan uranium sulfat. Suatu hari dia menyiapkannya dan paket filmnya seperti biasa.
Tetapi ketika dia pergi untuk menempatkan mereka di bawah sinar matahari, langit menjadi mendung, jadi dia memutuskan untuk menunda percobaan sampai hari berikutnya. Sayangnya, cuaca buruk terus berlanjut. Karena tidak sabar untuk mendapatkan jawaban, ia memutuskan untuk mengembangkan film dengan harapan bahwa pencahayaan ruangan yang lemah pun dapat menghasilkan gambar yang samar.
Sebaliknya, dia menemukan gambar yang sangat intens—jauh lebih intens daripada yang bisa dijelaskan oleh cahaya ruangan. Pada titik ini dia menyadari bahwa dia telah mengabaikan eksperimen penting.
Menambah misteri, Becquerel segera menemukan bahwa bahkan senyawa uranium nonfluoresen ternyata juga mengekspos film. Satu-satunya ‘titik-temu’ dalam eksperimen ini tampaknya adalah keberadaan atom uranium. Baik paparan sinar matahari sebelumnya maupun sifat fluoresen senyawa ternyata tidak diperlukan. Eksklusif kehadiran atom uranium saja diperlukan dan cukup untuk mengekspos film.
Pada saat ini Becquerel tahu hipotesisnya tentang sinar-x dan fluoresensi salah. Tapi sebenarnya bagaimana itu salah? Dia bingung. Akhirnya, Becquerel tidak punya pilihan lain selain menyimpulkan bahwa atom uranium secara spontan memancarkan beberapa jenis radiasi tak-terlihat dengan sifat yang mirip dengan sinar-x. Eksperimen lebih lanjut mengkonfirmasi anggapan ini dan mendukung gagasan bahwa radiasi penetrasi tak-terlihat dan fluoresensi nonpenetrasi terlihat adalah fenomena yang sama sekali tidak terkait; radiasi penetrasi tak-terlihat dihasilkan dari proses nuklir, dan radiasi nonpenetrasi terlihat berasal dari proses kimia.
Terjadinya kedua sifat ini dalam uranium sulfat adalah suatu kebetulan yang terjadi bersamaan. Kebetulan itu memungkinkan Becquerel untuk menemukan radioaktivitas.
Keberuntungan sekali lagi memihak pikiran yang siap, dan posisi Becquerel dalam sejarah ilmiah aman. Pada tahun 1903, ia dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk penemuannya, hanya dua tahun setelah Roentgen menerimanya untuk penemuan sinar-x. Untuk lebih menghormatinya, unit standar internasional untuk mengukur radioaktivitas akhirnya diberi nama becquerel.
Tetap saja, Becquerel tidak pernah menjadi selebritas seperti Roentgen. Ini mungkin karena tiga alasan. Pertama, ia berbagi Hadiah Nobel 1903 dengan Marie dan Pierre Curie, yang merupakan tim ilmiah suami-istri yang penuh warna yang menemukan radium—unsur radioaktif tinggi yang mereka temukan dalam bijih uranium—dan akan segera menarik imajinasi publik.
Kedua, tidak seperti tabung Crookes yang mudah didapat, uranium sangat langka, sehingga hanya sedikit ilmuwan yang dapat dengan mudah melakukan eksperimen yang sama seperti yang dilakukan Becquerel.
Faktanya, uranium dianggap langka bahkan hingga saat ditemukannya bom atom. Kita sekarang mengetahuinya sebagai salah satu unsur yang lebih umum dan tersebar luas di Bumi; lebih umum daripada perak atau emas.
Ketiga, gambar fotografi yang dihasilkan oleh radioaktivitas uranium sangat menyebar, dan kegunaan medis dari radioaktivitas tidak segera terlihat. Tidak sampai radium dimurnikan dan dipisahkan dari bijih uranium, penggunaan zat radioaktif dalam pengobatan mulai berkembang (1901).
Meskipun Becquerel menyadari kesejajaran antara penemuan radioaktivitasnya dan penemuan sinar-x Roentgen, dia entah tidak menyadari bahaya sinar-x atau dia tidak menyadari bahwa dia memiliki cukup radioaktivitas untuk menghasilkan efek kesehatan yang serupa.
Dia terus bekerja dengan radioaktivitas tanpa perlindungan apapun. Suatu hari, dia memasukkan sebotol bahan radioaktif ke dalam saku rompinya di mana ia tinggal selama beberapa jam. Kemudian, dia menemukan kulit di perutnya telah terbakar. Dia tiba-tiba memiliki rasa segan baru untuk barang-barang itu.
Keberuntungan pribadi terbesar Becquerel mungkin adalah dia berhenti bekerja dengan radioaktivitas segera setelah dia menemukannya.
Radioaktivitas hanyalah minat sampingannya, dan dia pikir penemuan besar dengan radiasi semuanya telah dibuat. Setelah menemukan radioaktivitas pada tahun 1896, ia sedikit terlibat dari bisnis radioaktivitas dalam beberapa tahun. Dia menerbitkan makalah terakhirnya tentang masalah ini pada tahun 1897 dan beralih ke hal-hal baru.
Dia menyerahkannya kepada orang lain untuk menuntaskan detail ilmiahnya. Selain luka bakar radiasi satu kali di perutnya, Becquerel tidak diketahui menderita penyakit apa pun karena pekerjaannya yang singkat dengan radioaktivitas.
Masa jabatannya yang singkat di bidang penelitian itu, ditambah dengan fakta bahwa sampel uraniumnya memiliki tingkat radioaktivitas yang relatif lemah, kemungkinan berarti bahwa dosis radiasi seumur hidup tubuhnya dari paparan radioaktivitasnya cukup sederhana, dan mungkin sebagian besar terbatas pada tangannya.
Radiasi Partikulat dan Sinar-γ
Proses nuklir yang mengakibatkan emisi radiasi penetrasi tak-terlihat sering mengacu ke peluruhan radioaktif. Peluruhan radioaktif terjadi akibat inti atom yang tidak stabil menuju kestabilan dengan memancarkan energi dalam bentuk radiasi. Radiasi ini termasuk dalam rejim radiasi nuklir yang merupakan bagian dari radiasi pengion.
Beda dengan radiasi atom yang berupa gelombang elektromagnetik dengan energi lebih tinggi dari energi gelombang cahaya, radiasi nuklir selain berupa gelombang elektromagnetik energi tinggi juga berupa radiasi partikulat yang terdiri atas radiasi partikel‑α dan partikel‑β. Radiasi elektromagnet dari proses atomik disebut sinar-x sedangkan yang dari proses nuklir disebut sinar gama atau sinar-γ.
Jadi ada dua subkelas radiasi pengion—radiasi gelombang pendek elektromagnetik, yakni sinar-x dan sinar-γ, dan radiasi partikulat, seperti sebagai partikel beta.
Kedua sub klas radiasi pengion memiliki energi yang cukup untuk menghasilkan ion dengan melepaskan elektron orbital atom tetangganya, dan dengan demikian menghasilkan efek biologis yang sebanding. Akibatnya, mereka hanya dikelompokkan bersama sebagai radiasi pengion untuk tujuan memahami biologi radiasi.
Model atomik Antoine Henri Becquerel (Sumber: clipart-library.com)
Aplikasi Teknologi nuklir
Tak bisa dipungkiri penemuan radioaktivitas oleh Becquerel menguak banyak penemuan susulan yang mengantar pada peledakan bom atom di perang dunia II. Citra awal radiasi yang dekat dengan kemanfaatan berikut sedikit mudharatnya berbalik sebagai monster yang harus dimusuhi. Berikut diberikan berbagai penggunaan teknologi nuklir.
Pembangkit listrik pertama yang menghasilkan listrik dengan menggunakan panas dari pembelahan (fission) atom uranium mulai beroperasi pada 1950-an. Saat ini kebanyakan orang menyadari kontribusi penting energi nuklir dalam menyediakan proporsi yang signifikan dari listrik rendah karbon dunia. Penerapan teknologi nuklir di luar produksi listrik sipil di pembangkit listrik kurang dikenal.
Radioisotop (varian unsur kimia yang tidak stabil dan memancarkan radiasi nuklir), proses panas tenaga nuklir dan reaktor daya non-stasioner memiliki kegunaan penting di berbagai sektor, termasuk produk konsumen, makanan dan pertanian, industri, obat-obatan dan penelitian ilmiah, transportasi, dan sumber daya air dan lingkungan.
Aplikasi praktis pertama dari radioisotop dibuat oleh seorang pria Hungaria bernama George de Hevesy pada tahun 1911. Pada saat itu de Hevesy adalah seorang mahasiswa muda yang bekerja di Manchester, mempelajari bahan radioaktif alami.
Tidak memiliki banyak uang, dia tinggal di akomodasi sederhana dan makan bersama induk semangnya. Dia mulai curiga bahwa beberapa makanan yang muncul secara teratur mungkin terbuat dari sisa makanan dari hari-hari atau bahkan minggu-minggu sebelumnya, tetapi dia tidak pernah bisa memastikan. Untuk mencoba dan mengkonfirmasi kecurigaannya, de Hevesy memasukkan sejumlah kecil bahan radioaktif ke dalam sisa makanannya.
Beberapa hari kemudian, ketika hidangan yang sama disajikan lagi, dia menggunakan alat pendeteksi radiasi sederhana – elektroskop daun emas – untuk memeriksa apakah makanan itu radioaktif. Benar, dan kecurigaan de Hevesy terbukti. Sejarah telah melupakan sang induk semang, tetapi George de Hevesy kemudian memenangkan hadiah Nobel pada tahun 1943 dan penghargaan Atom untuk Perdamaian pada tahun 1959. Ini adalah penggunaan pertama perunut (tracer) radioaktif – sekarang aplikasi lumrah dalam ilmu lingkungan.
Sebagian besar radioisotop medis yang dibuat dalam reaktor nuklir bersumber dari reaktor riset yang relatif sedikit. Saat ini Indonesia memiliki reaktor riset (Reaktor Serba Guna G.A. Siwabessy) yang memproduksi radioisotop.
Produk peluruhan 99Mo, technetium-99m (99mTc), digunakan di lebih dari 40.000 prosedur medis di Amerika Serikat setiap hari untuk mendiagnosis penyakit jantung dan kanker, untuk mempelajari struktur dan fungsi organ, dan untuk melakukan aplikasi medis penting lainnya. Radiosotop kedua yang banyak digunakan untuk diagnosis dan mengobati kanker kelenjar gondok adalah 131I.
Sekitar 795 juta orang (satu dari sembilan) menderita kekurangan gizi kronis pada 2014-16. Radioisotop dan radiasi yang digunakan dalam pangan dan pertanian membantu mengurangi angka-angka ini. Selain secara langsung meningkatkan produksi pangan, pertanian perlu berkelanjutan dalam jangka panjang. Nuklir dan bioteknologi digunakan untuk meningkatkan produksi pangan dan pertanian ini. Teknik yang digunakan seperti:
- pemuliaan mutasi tanaman (proses mengekspos benih atau stek tanaman tertentu dengan radiasi, seperti sinar gama, menyebabkan mutasi).
- 'Pelabelan' pupuk dengan isotop tertentu (misalnya nitrogen-15) merupakan cara untuk memastikan berapa banyak pupuk yang telah diambil oleh tanaman, memungkinkan pengelolaan penggunaan pupuk yang lebih baik.
- Radiasi digunakan untuk mengendalikan populasi serangga melalui Teknik Serangga Steril (SIT). SIT melibatkan pemeliharaan populasi besar serangga yang disterilkan melalui iradiasi (gama atau sinar-x), dan memasukkannya ke dalam populasi alami. Serangga steril tetap kompetitif secara seksual, tetapi tidak dapat menghasilkan keturunan. Teknik SIT ramah lingkungan, dan telah terbukti sebagai cara yang efektif untuk pengendalian hama meskipun aplikasi pestisida secara massal telah gagal.
Proses panas tenaga nuklir digunakan untuk desalinasi maupun produksi hidrogen. Contorh Reaktor daya non-stasioner adalah kapal selam nuklir. Sedang produk konsumen berupa penangkal petir, jam/arloji dan lainnya. Penanggalan karbon atau carbon dating untuk menentukan usia batuan dan bahan lain yang menarik bagi ahli geologi, antropolog, hidrologi, dan arkeolog. Dan masih banyak lagi aplikasi teknolgi nuklir yang terlalu banyak untuk disebutkan satu per satu.
EPILOG
Penggunaan istilah radiasi atomik atau nuklir yang tepat akan memudahkan penyatuan pemahaman sehingga menjadi awal yang baik untuk dibahas. Terlepas pro dan kontra menyikapi radiasi pengion, keputusan kita didasarkan pada persepsi atas dasar pemahaman yang baik. Diseminasi nuklir untuk awam akan sangat membantu persepsi dalam upaya individu mengambil keputusan yang tepat. Penyampaiannya lewat tokoh-tokoh besar yang terlibat langsung tanpa rumus, grafik atau tabel yang rumit merupakan tantangan yang kadang harus dilalui.
Selesai
Tautan BAGIAN 1
PUSTAKA
- TIMOTHY J. JORGENSEN, “STRANGE GLOW, The Story of Radiation”, PRINCETON UNIVERSITY PRESS, 2016
- Syahrir, “Mengenal Radiasi”, Kompasiana, 2021
- World Nuclear Association, The Many Uses of Nuclear Technology, 2021
