Radioaktivitas - Partikel Beta

Partikel Beta merupakan suatu partikel subatomik yang terlempar dari inti atom yang tidak stabil - beta. Partikel tersebut ekuivalen dengan elektron dan memiliki muatan listrik negatif tunggal -e ( -1,6 x 10-19 C ) dan memiliki massa yang sangat kecil ( 0.00055 atomic mass unit ) atau hanya berkisar 1/2000 dari massa neutron atau proton. Perbedaannya adalah partikel beta berasal dari inti sedangkan elektron berasal dari luar inti. Kecepatan dari partikel beta adalah beragam bergantung pada energi yang dimiliki oleh tiap - tiap partikel. Karena pertimbangan - pertimbangan teoritis tidak memperkenankan eksistensi independen dan dari elektron intra nuklir, maka dipostulatkan bahwa partikel terbentuk pada saat pemancaran oleh transformasi suatu neutron menjadi sebuah proton dan sebuah elektron sesuai dengan persamaan

₀¹n -------->₁¹H + _-1⁰e

Transformasi tersebut memperlihatkan bahwa penurunan beta terjadi diantara isotop - isotop yang memiliki kelebihan jumlah neutron. Sehingga neutron yang berlebih tersebut bertransformasi menjadi proton dan elektron seperti yang telah dijelaskan diatas, proton yang dihasilkan dari transformasi tersebut akan tetap berada pada inti, sedangkan elektron yang dihasilkan akan terlempar dengan energi yang tinggi. Proses ini akan mengakibatkan jumlah neutron dari suatu atom tersebut berkurang satu sedangkan jumlah protonnya bertambah satu. Karena jumlah proton dari suatu atom menentukan unsur, maka transformasi neutron menjadi proton tersebut akan merubah radionuklida tersebut menjadi unsur yang lain. Seperti contoh transformasi fosfor radioaktif yang menjadi sulfur stabil yang sesuai dengan persamaan :

₁₅ ³²P -------->₁₆ ³²S + _-1 ⁰e + 1,71 MeV

Dapat diperhatikan bahwa - seperti yang telah dijelaskan, selama transformasi beta terdapat satu muatan negatif yang hilang, dan karena massa partikel beta jauh lebih kecil daripada 1 amu (atomic mass unit ), maka inti anakan akan memiliki nomer atom yang lebih besar 1 amu daripada nomer atom induk, sedangkan nomer massa akan tetap 32 amu. Energi transformasi dalam contoh ini sebesar 1,71 MeV merupakan energi yang setara dengan selisih massa antara inti ³²P dan jumlah inti ³²S ditambah dengan partikel Beta. Energi ini muncul sebagai energi kinetik dari partikel beta tersebut.

Eksperimen terhadap peluruhan beta mengungkapkan bahwa partikel beta dipancarkan dengan suatu distribusi yang kontinu yang berkisar dari nol hingga nilai yang diharapkan secara teoritis yang didasarkan pada pertimbangan - pertimbangan energi - massa untuk transisi beta khusus , bukan mono-energitik seperti halnya partikel alfa. Anomali lain adalah fakta bahwa nuclear recoil tidak berada pada arah yang berlawanan dengan momentum elektron. Terjadinya pancaran partikel lain adalah penjelasan yang paling mungkin untuk menjelaskan tingkah laku ini, tetapi eksperimen tidak menemukan sebuah bukti berupa massa dan muatan lain dari peristiwa ini. Fakta ini nampaknya menyimpang dari hukum - hukum kekekalan energi dan massa. Untuk menghindari penyimpangan ini, pada tahun 1930, Pauli mengusulkan suatu hipotesa tentang keberadaan suatu partikel yang disebut dengan neutrino yang menyertai partikel beta yang energinya sama dengan selisih antara energi kinetik yang menyertai partikel beta dan energi maksimum dari distribusi spektrum, neutrino - seperti yang didalilkan haruslah tidak bermuatan dan memiliki massa yang tak berhingga kecilnya, sehingga dengan karakteristik ini maka partikel ini akan sangat sulit dideteksi. Namun demikian pembuktian akan keberadaan partikel ini secara eksperimental barulah tercapai pada tahun 1950. Sehingga persamaan transformasi beta harus dimodifikasi menjadi

₀¹n -------->₁¹H + _-1⁰e + ν

dengan ν adalah neutrino

Fosfor-32, seperti halnya pemancar beta yang lain yang meliputi H-3, C-14, Y-90, tidak memancarkan sinar gamma (disebut sebagai pemancar beta murni). Lawan dari pemancar beta murni adalah pemancar beta - gamma (partikel beta (dengan seketika) diikuti oleh pemancaran sinar gamma) dalam hal ini Inti anakan setelah terjadi pemancaran sinar beta akan tertinggal dalam keadaan teraktivasi, dan keumdian energi aktivasi tersebut dilepaskan melalui pemacaran sinar gamma. Salah satu contoh isotop pemancar beta-gamma adalah Hg-203

Daya tembus partikel beta untuk menembus jaringan bergantung pada energi yang dimiliki partikel tersebut, sehingga radiasi partikel beta juga merupakan bahaya radiasi eksternal jika memiliki energi diatas 200 keV sehingga tingkat bahaya haruslah dievaluasi untuk setiap kasus. Sinar - sinar beta yang energinya kurang dari 200 keV tidak dianggap sebagai bahaya radiasi eksternal karena memiliki daya tembus yang sangat terbatas seperti halnya S-35 dan C-14. Namun yang perlu diperhatikan adalah bahwa sinar - sinar beta akan memicu sinar-X Bremsstrahlung yang berdaya tembus tinggi jika dihentikan melalu shielding yang tidak dirancang sebagaimana mestinya dan langkah - langkah pencegahan yang sesuai tidak dilakukan.

Penyinaran langsung dari partikel beta adalah berbahaya karane emisi dari pemancar beta yang kuat bisa memanaskan atau bahkan membakar kulit. Namun masuknya pemancar beta melalui penghirupan dari udara menjadi perhatian yang serius karena partikel beta langsung dipancarkan ke dalam jaringan hidup sehingga bisa menyebabkan bahaya di tingkat molekuler yang dapat mengganggu fungsi sel. Karena partikel beta begitu kecil dan memiliki muatan yang lebih kecil daripada partikel alfa maka partikel beta secara umum akan menembus masuk ke dalam jaringan, sehingga terjadi kerusakan sel yang lebih parah.

Radionuklida pemancar beta terdapat di alam dan juga merupakan buatan manusia. Seperti halnya Potassium - 40 dan Carbon-14 yang merupakan pemancar beta lemah yang ditemukan secara alami dalam tubuh kita. Pemancar beta digunakan untuk medical imaging, diagnosa, dan prosedur perawatan (seperti mata dan kanker tulang), yakni technetium-99m, phosphorus-32, and iodine-131. Stronsium-90 adalah bahan yang paling sering digunakan untuk menghasilkan partikel beta. Partikel beta juga digunakan dalam quality control untuk menguji ketebalan suatu item seperti kertas yang datang melalui sebuah system of rollers. Beberapa radiasi beta diserap ketika melewati produk. Jika produk yang dibuat terlalu tebal atau terlalu tipis maka radiasi dengan jumlah berbeda akan diserap. Sebuah program computer akan memantau kualitas dari kertas yang diproduksi tersebut berdasarkan jumlah radiasi yang diteruskan melalui kertas tersebut, sehingga program komputer tersebut memindahkan rollers untuk mengubah ketebalan sesuai dengan kualitas yang telah ditentukan sebelumnya.

Namun bagaimanapun, pada akhirnya Penggunaan pemancar beta haruslah memerlukan sebuah perhatian khusus dari hal manfaat dan juga potensi dampak yang merugikan.

Tedy Tri Saputro Mahasiswa Program Diploma-4 Jurusan Teknofisika Nuklir
Elektronika Instrumentasi Nuklir Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN, Yogyakarta

Sumber dan gambar :

1. Beta Radioactivity
2. Wikipedia, The Free Encyclopedia
3. Gross Beta Radiation
4. Camber, Herman. Health Physics Introduction. Pegamon Press