Aplikasi Radioisotop & Proteksi Radiasi — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menjelaskan tiga pemanfaatan radioisotop (medis, industri, pertanian) dan menerapkan tiga prinsip proteksi radiasi (jarak, waktu, perisai).

Seorang pasien kanker thyroid menelan satu kapsul cairan. Seminggu kemudian, dokter memeriksa gambar tiroidnya — jaringan sakit terlihat jelas di monitor. Kapsul itu berisi iodin-131, radioisotop yang memancarkan sinar beta. Di sisi lain kota, sebuah pabrik memeriksa cacat las pipa tanpa membongkarnya, hanya dengan menyinari radiografi gamma. Di sawah, petani membudidayakan padi tahan hama lewat mutasi radiasi. Inilah pertanyaannya: bila radiasi sedemikian bermanfaat, bagaimana petugas dan pasien tetap aman? Coba lihat sendiri di bawah.

Geser slider waktu paruh di bawah, lalu amati kurva peluruhan radioisotop yang dipakai di berbagai aplikasi.

Apa itu radioisotop

Radioisotop adalah isotop inti yang tidak stabil sehingga memancarkan radiasi (alfa, beta, atau gamma) sambil meluruh menjadi inti yang lebih stabil. Tiap radioisotop punya waktu paruh khas — waktu yang dibutuhkan agar separuh inti meluruh. Waktu paruh inilah yang menentukan kegunaannya: radioisotop bersuhu paruh pendek cocok untuk diagnostik cepat (agar tidak lama bersarang di tubuh), sedangkan yang waktu paruh panjang cocok untuk sterilisasi atau sumber radiografi industri.

Radioisotop adalah isotop radioaktif suatu unsur, yaitu atom berjumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda dan tidak stabil, sehingga memancarkan radiasi saat meluruh.

Pemilihan radioisotop untuk aplikasi tertentu menimbang tiga hal: jenis radiasi yang dipancarkan (alfa untuk terapi jaringan, beta untuk terapi/sterilisasi, gamma untuk diagnostik/radiografi), waktu paruh yang sesuai keperluan, dan sifat kimianya (misalnya iodin terkonsentrasi di tiroid, sehingga I-131 cocok menyerang kanker tiroid).

Aplikasi medis, industri, dan pertanian

Di kedokteran, radioisotop dipakai untuk diagnostik dan terapi. Teknesium-99m (T½ 6 jam) dipakai untuk scan organ karena cepat meluruh dan radiasinya minim merusak. Iodin-131 (T½ 8 hari) dipakai untuk terapi hipertiroid dan kanker tiroid karena sinar betanya membakar jaringan sakit.

Di industri, kobalt-60 dan iridium-192 memancarkan sinar gamma tembus logam untuk radiografi — mendeteksi cacat las tanpa membongkar konstruksi. Di pertanian, mutasi yang dipicu radiasi menghasilkan varietas padi tahan penyakit. Sterilisasi serangga jantan dengan radiasi juga dipakai mengendalikan hama lalat buah.

Pada alat di bawah, dua radioisotop medis dengan aktivitas awal sama meluruh dengan kecepatan berbeda. Geser slider waktu amati I-131 (lambat, bertahan untuk terapi) dan Tc-99m (cepat, hilang dari tubuh).

Pemilihan radioisotop seperti memilih obat tidur: yang kerja cepat (Tc-99m) untuk sekali scan, yang kerja lama (I-131) untuk terapi berhari-hari. Bila waktu paruh terlalu pendek untuk terapi, obat habis sebelum selesai membunuh sel sakit; bila terlalu panjang untuk diagnostik, pasien terpapar radiasi sia-sia setelah gambar diambil.

Proteksi radiasi: jarak, waktu, perisai

Radiasi pengion berbahaya karena dapat memutus rantai DNA dan memicu mutasi. Tiga prinsip proteksi radiasi yang wajib kamu kuasai: jarak, waktu, dan perisai. Ketiganya mengurangi dosis yang diterima.

Jarak memanfaatkan hukum kuadrat terbalik — intensitas radiasi dari sumber titik berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya:

$I = \frac{k}{r^2}$

Arti tiap simbol: $I$ intensitas radiasi, $k$ konstanta sumber, $r$ jarak dari sumber (m). Jarak 2× mengurangi intensitas menjadi seperempat.

Pada grafik di bawah, intensitas anjlok tajam saat jarak bertambah. Geser slider aktivitas sumber dan amati kurva bergeser — tetapi bentuk kuadrat terbaliknya tetap, yang berarti menjauh sedikit saja sudah sangat membantu.

Waktu memanfaatkan fakta bahwa dosis = laju dosis × waktu paparan. Makin singkat kamu berada di dekat sumber, makin sedikit dosis yang kamu terima. Pada grafik di bawah, dosis tumbuh linier terhadap waktu — kurva garis lurus. Petugas radiologi membatasi waktu kerja dekat sumber agar dosis tahunan tetap di bawah ambang aman.

Perisai memblokir radiasi dengan material penyerap. Sinar alfa dihentikan secarik kertas, beta oleh lembar aluminium tipis, dan gamma hanya dilemahkan oleh lapisan timbal tebal. Pemilihan bahan dan ketebalan perisai menentukan seberapa banyak radiasi yang lolos.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Seorang teknisi radiografi bekerja 6 meter dari sumber kobalt-60 dan menerima laju dosis 50 µSv/jam. Ia ingin membatasi dosis hariannya di bawah 100 µSv. (a) Berapa dosis yang ia terima bila bekerja 3 jam pada jarak itu? (b) Bila ia menjauh menjadi 12 meter (2× jarak awal), berapa laju dosis barunya menurut hukum kuadrat terbalik?

Dosis = laju dosis × waktu = 50 µSv/jam × 3 jam = 150 µSv. Ini melampaui ambang harian 100 µSv — perlu tindakan proteksi.

Jarak menjadi 2× (dari 6 m ke 12 m). Karena $I = k/r^2$ , intensitas baru = $\dfrac{k}{(2r)^2} = \dfrac{1}{4} \cdot \dfrac{k}{r^2} = \dfrac{1}{4} \times 50 = 12{,}5$ µSv/jam. Jarak 2× memangkas laju dosis menjadi seperempat.

Dengan laju baru 12,5 µSv/jam selama 3 jam: dosis = 12,5 × 3 = 37,5 µSv. Sekarang jauh di bawah ambang 100 µSv. Inilah kekuatan prinsip jarak — menjauh sedikit saja memberi perlindungan besar.

Jebakan: menganggap semua radioisotop sama berbahayanya. Yang benar: bahaya bergantung pada jenis radiasi (alfa, beta, gamma), waktu paruh, dan jumlah aktivitas. Radioisotop waktu-paruh pendek cepat hilang; yang panjang bersarang lama di lingkungan. Penilaian risiko harus spesifik per isotop, bukan generik.

Jebakan: mengira jarak hanya mengurangi intensitas secara linear. Yang benar: intensitas radiasi dari sumber titik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ( $I = k/r^2$ ). Jarak 2× memotong intensitas menjadi seperempat, bukan setengah. Inilah sebab menjauh dari sumber sangat efektif.

Jebakan: memakai perisai yang salah untuk jenis radiasi. Yang benar: alfa dihentikan kertas, beta oleh aluminium, gamma hanya dilemahkan oleh timbal tebal. Memakai timbal untuk alfa boros; memakai aluminium untuk gamma sia-sia. Cocokkan bahan perisai dengan jenis radiasi sumber.

Radioisotop = isotop tak stabil yang memancarkan radiasi saat meluruh.
Aplikasi: medis (I-131 terapi, Tc-99m diagnostik), industri (radiografi Co-60), pertanian (mutasi padi).
Pemilihan radioisotop timbang: jenis radiasi, waktu paruh, sifat kimia.
Proteksi radiasi tiga prinsip: jarak ( $I = k/r^2$ ), waktu (dosis = laju × t), perisai (kertas/aluminium/timbal sesuai jenis).
Jarak 2× memotong dosis menjadi seperempat — paling efektif.