PENERAPAN RADIOAKTIF

A.REAKTOR NUKLIR

Reaksi fisi berantai menghasilkan energi yang sangat besar. Reaksi ini sangat berbahaya jika terjadi di alam bebas karena dapat menimbulkan ledakan dan kerusakan yang sangat besar. Reaksi fisi dapat bermanfaat bagi penyediaan energi jika dapat dilakukan secara terkendali. Tempat berlangsungnya reaksi fisi terkendali ini disebut sebagai reaktor nuklir atau reaktor atom. Berikut ini adalah komponen utama sebuah reaktor nuklir.

                                                                             

1. Perisai Radiasi

Perisai radiasi merupakan bagian reaktor yang berfungsi untuk mencegah kebocoran sinar-sinar radioaktif yang berbahaya bagi kehidupan.

2.  Moderator

Moderator adalah bagian reaktor yang berfungsi untuk mengurangi energi kinetik neutron, sehingga dihasilkan neutron lambat untuk melakukan fisi berantai. Berdasarkan jenis reaktor yang digunakan, moderator ada beberapa jenis, yaitu:

a.       Air Ringan (H₂O) untuk reaktor air didih (BWR = Boilling Water Reactor) dan reaktor air tekan (PWR = Pressurized Water Reactor)

b.      Air Berat (D₂O) untuk reaktor air berat

c.       Grafit untuk reaktor pendingin gas (HTGR = HighTemperature Gas-cooled Reactor).

3. Bahan Bakar

Bahan bakar merupakan sumber energi reaktor. Bahan bakar pada reaktor air ringan menggunakan uranium oksida (UO₂). Bahan bakar ini ditempatkan dalam tabung panjang dari kuarsa zirkonium yang dirakit bersama batang kendali yang dapat digerakkan ke dalam teras reaktor.      

4. Batang Kendali

Batang kendali berfungsi sebagai penyerap neutron untuk mengendalikan reaksi fisi yang terjadi (tingkat kekritisan reaktor). Batang kendali terbuat dari bahan yang mudah menyerap neutron, misalnya kadmium. Reaktor dikatakan dalam keadaan kritis jika neutron rata-rata yang melakukan reaksi sama dengan satu. Jika neutron rata-rata kurang dari satu dikatakan reaktor dalam keadaan subkritis. Jika neutron rata-rata lebih dari satu, reaktor dikatakan dalam keadaan superkritis. Keadaan ini sangat membahayakan reaktor karena dapat menyebabkan reactor meledak. Hal ini pernah terjadi pada reaktor Chernobyl pada tahun 1986.

Reaktor Daya

Reaktor daya adalah reaktor yang berfungsi sebagai pembangkit listrik (PLTN). Pada reaktor daya, energi panas yang dihasilkan dari reaktor nuklir digunakan untuk membangkitkan uap yang kemudian digunakan sebagai penggerak turbin pada pembangkit tenaga listrik.

B. DAMPAK POSITIF RADIOISOTOP

(PEMANFAATAN RADIOISOTOP)

Pengenalan radioisotop bagi kehidupan umat manusia dimaksudkan untuk kesejahteraan manusia, dan bukan untuk mengancam kehidupan manusia. Penggunaan radioisotop sebagai perunut didasarkan pada kenyataan bahwa isotop radioaktif mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotop stabil. Jadi, suatu isotop radioaktif melangsungkan reaksi kimia yang sama seperti isotop stabilnya. Sedangkan penggunaan radioisotop sebagai sumber radiasi didasarkan pada kenyataan bahwa radiasi yang dihasilkan zat radioaktif dapat mempengaruhi materi maupun mahluk. Radiasi dapat digunakan untuk memberi efek fisis, efek kimia, maupun efek biologis.

Di negara-negara maju penggunaan dan penerapan radioisotop telah dilakukan dalam berbagai bidang. Radioisotop adalah isotop suatu unsur radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik stabil maupun yang radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Penggunaan radioisotop dapat dibagi ke dalam penggunaan sebagai perunut dan penggunaan sebagai sumber radiasi. Radioisotop sebagai perunut digunakan untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa. Radioisotop dapat digunakan sebagai sumber sinar sebagai pengganti sumber lain misal sumber sinar X.

Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut sebab energi sinar yang dipancarkan serta waktu paruhnya merupakan sifat khas radioisotop tersebut. Pada contoh di bawah ini akan diberikan beberapa contoh penggunaan radioisotop baik sebagai perunut maupun sebagai sumber radiasi.

Penggunaan radioisotop digunakan dalam berbagai bidang, misalnya pada industri, teknik, pertanian, kedokteran, ilmu pengetahuan, hidrologi dan lain-lain. Tujuan penggunaan radioisotop bagi kehidupan manusia adalah untuk kesejahteraan manusia dan memudahkan keberlangsungan hidup manusia.

Manfaat Radioisotop dalam Berbagai Bidang Kehidupan baik sebagai perunut maupun sebagai sumber radiasi adalah sebagai berikut :

1. Bidang Teknologi Pertanian

Radioisotop dalam bidang pertanian dapat diguanakan sebagai pelacak (tracer) untuk menganalisis proses fotosintesis. Misalnya isotop yang dilarutkan dalam air disuntikkan pada akar. Proses metabolisme pada tumbuhan tersebut dapat dilacak dengan menggunakan detektor radioaktif.

Contoh lain pemanfaatan  radioisotop adalah untuk menghasilkan bibit unggul dengan iradiasi. Misalnya, varietas padi unggul hasil mutasi biji padi dengan radiasi gamma memiliki sifat tahan terhadap beberapa jenis hama dan penyakit. Begitu juga halnya dengan kacang-kacangan hasil mutasi radiasi gamma yang memiliki sifat tahan terhadap lalat putih, karat daun, bercak coklat, penyakit kudis, dan produksi per hektar lebih banyak.Teknik iradiasi dalam bidang pertanian juga dimanfaatkan untuk mengendalikan hama serangga.

Dalam bidang pemuliaan tanaman pembentukan bibit unggul dapat dilakukan dengan menggunakan radiasi. Misalnya, pemuliaan padi, bibit padi diberi radiasi dengan dosis yang bervariasi, dari dosis terkecil yang tidak membawa pengaruh hingga dosis terbesar yang mematikan, (Biji tumbuh). Biji yang sudah diradiasi itu kemudian disemaikan dan ditanam berkelompok menurut ukuran dosis radiasinya. Selanjutnya akan dipilh varietas yang dikehendaki, misalnya yang tahan hama, berbulir banyak dan berumur pendek. Dalam bidang pertanian, radiasi yang dihasilkan juga digunakan untuk pemberantasan hama dan pemulihan tanaman.

a.    Pembentukan Bibit Unggul

Dalam bidang pertanian, radiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul. Sinar gamma menyebabkan perubahan dalam struktur dan sifat kromosom sehingga memungkinkan menghasilkan generasi yang lebih baik, misalnya gandum dengan yang umur lebih pendek.

Selain sinar gamma, fosfor-32 (P-32) juga berguna untuk membuat benih tumbuhan yang bersifat lebih unggul dibandingkan induknya. Radiasi radioaktif ini ke tanaman induk akan menyebabkan ionisasi pada berbagai sel tumbuhan. Ionisasi inilah yang menyebabkan turunan akan mempunyai sifat yang berbeda dari induknya. Kekuatan radiasi yang digunakan diatur sedemikian rupa hingga diperoleh sifat yang lebih unggul dari induknya.

b.   Pemupukan dan Pemberantasan Hama dengan Serangga Mandul

Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman. Ada jenis tanaman yang mengambil fosfor sebagian dari tanah dan sebagian dari pupuk. Berdasarkan hal inilah digunakan fosfor radioaktif untuk mengetahui pola penyebaran pupuk dan efesiensi pengambilan fosfor dari pupuk oleh tanaman. Teknik radiasi juga dapat digunakan untuk memberantas hama dengan menjadikan serangga mandul.

Dengan radiasi dapat mengakibatkan efek biologis, sehingga timbul kemandulan pada serangga jantan. Kemandulan ini dibuat di laboratorium dengan cara hama serangga diradiasi sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah disinari hama tersebut dilepas di daerah yang terserang hama, sehingga diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul yang dilepas, sehingga telur itu tidak akan menetas.

c.     Pengawetan Makanan

Pada musim panen, hasil produksi pertanian melimpah. Beberapa dari hasil pertanian itu mudah busuk atau bahkan dapat tumbuh tunas, contohnya kentang. Oleh karena itu diperlukan teknologi untuk mengawetkan bahan pangan tersebut. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan irradiasi sinar radioaktif. Radiasi ini juga dapat mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur.

2. Bidang Teknologi Peternakan

Pemanfaatan teknik nuklir  radiasi yang dilakukan di bidang peternakan terutama di bidang kesehatan ternak, yaitu untuk melemahkan patogenisitas penyakit yang disebabkan oleh bakteri, virus, dan cacing. Lembaga penelitian dan pengembangan pemanfaatan radiasi, telah menghasilkan radiovaksin, reagen diagnostik, dan pengawetan.

Radiovaksin adalah teknik pembuatan vaksin dengan cara iradiasi. Pembuatan radiovaksin memiliki keunggulan dibandingkan dengan cara konvensional, yaitu mempercepat proses pembuatan vaksin dengan memperpendek waktu pasasel. Selain itu, radiovaksin yang diproduksi memiliki kualitas yang sama dengan vaksin buatan secara konvensional. Sumber radiasi yang digunakan untuk pembuatan radiovaksin adalah sinar gamma. Sinar gamma digunakan untuk menurunkan infektivitas, virulensi, dan patogenitas agen penyakit yang diharapkan mampu merangsang timbulnya kekebalan tubuh terhadap infeks penyakit.

3. Bidang Kedokteran

Pemanfaatan radioaktif dalam bidang kedokteran dikenal sebagai kedokteran nuklir (nuclear medicine). Misalnya seperti diuraikan berikut ini.

a.  Teknik Pengaktifan Neutron

Teknik ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan mineral tubuh terutama untuk unsur-unsur yang terdapat dalam tubuh dengan jumlah yang sangat kecil (Co, Cr, F, Mn, Se, Si, V, Zn, dan lain-lain).

b.  Penentuan Kerapatan Tulang dengan Bone Densitometer Pengukuran kerapatan tulang dilakukan dengan cara menyinari tulang dengan radiasi gamma atau sinar-X.

c.  Three Dimensional Conformal Radiotherapy (3D-CRT)

d.  Positron Emission Tomography (PET) atau Magnetic Resonance Imaging (MRI).

Berbagai jenis radioisotope juga digunakan untuk mendeteksi (diagnosa) berbagai penyakit antara lain Teknesium-99 (Tc-99),Talium-201 (TI-201), Iodin-131 (I-131),Natrium-24 (Na-24),Xenon-133 (Xe-133), Fosforus-32 (P-32), dan besi-59 (Fe-59).

a.    Teknetum-99 (Tc-99) yang disuntikkan kedalam pembuluh darah akan akan diserap terutama oleh jaringan yang rusak pada organ tertentu, seperti jantung, hati dan paru-paru. Sebaliknya, TI-201 terutama akan diserap oleh jaringan sehat pada organ jantung. Oleh karena itu, kedua radioisotop itu digunakan bersama-sama untuk mendeteksi kerusakan jantung.

b.   Iodin-131 (I-131) diserap terutama oleh kelenjar gondok, hati dan bagian-bagian tertentu dari otak. Oleh karena itu, I-131 dapat digunakan untuk mendeteksi kerusakan pada kelenjar gondok, hati, dan untuk mendeteksi tumor otak.

c.    Iodin-123 (I-123) adalah radioisotop lain dari Iodin. I-123 yang memancarkan sinar gamma yang digunakan untuk mendeteksi penyakit otak.

d.   Natrium-24 (Na-24) digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan peredaran darah. Larutan NaCl yang tersusun atas Na-24 dan Cl yang stabil disuntikkan ke dalam darah dan aliran darah dapat diikuti dengan mendeteksi sinar yang dipancarkan, sehingga dapat diketahui jika terjadi penyumbatan aliran darah.

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

f.     Phospor-32 (P-32) digunakan untuk mendeteksi penyakit mata, tumor, dan lain-lain. Serta dapat pula mengobati penyakit polycythemia rubavera, yaitu pembentukan sel darah merah yang berlebihan. Dalam penggunaanya isotop P-32 disuntikkan ke dalam tubuh sehingga radiasinya yang memancarkan sinar beta dapat menghambat pembentujan sel darah merah pada sum-sum tulang belakang.

g.    Sr-85 untuk mendeteksi penyakit pada tulang.

h.   Se-75 untuk mendeteksi penyakit pankreas.

i.      Kobalt-60 (Co-60) sumber radiasi gamma untuk terapi tumor dan kanker. Karena sel kanker lebih sensitif (lebih mudah rusak) terhadap radiasi radioisotop daripada sel normal, maka penggunakan radioisotop untuk membunuh sel kanker dengan mengatur arah dan dosis radiasi.

j.      Kobalt-60 (Co-60) dan Skandium-137 (Cs-137), radiasinya digunakan untuk sterilisasi alat-alat medis.

k.    Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk menentukan tempat tumor di otak:

·      Ferum-59 (Fe-59) dapat digunakan untuk mempelajari dan mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh dan untuk menentukan apakah zat besi dalam makanan dapat digunakan dengan baik oleh tubuh.

·      Sejak lama diketahui bahwa radiasi dari radium dapat dipakai untuk pengobatan kanker. Oleh karena radium-60 dapat mematikan sel kanker dan sel yang sehat maka diperlukan teknik tertentu sehingga tempat di sekeliling kanker mendapat radiasi seminimal mungkin.

·      Radiasi gamma dapat membunuh organisme hidup termasuk bakteri. Oleh karena itu, radiasi gamma digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran.   

4. Bidang Kepurbakalaan

Radioisotop dalam bidang kepurbakalaan digunakanuntuk menentukan umur suatu fosil. Dengan menganalisil kandungan isotop karbon–14 pada fosil, para ahli dapat memperkirakan umur fosil (tumbuhan atau hewan yang telah mati dan membatu) atau peninggalan zaman purba.

Radioisotop karbon-14, terbentuk di bagian atas atmosfer dari penembakan atom nitrogen dengan neutron yang terbentuk oleh radiasi kosmik.

Karbon radioaktif tersebut di permukaan bumi sebagai karbon dioksida dalam udara dan sebagai ion hidrogen karbonat di laut. Oleh karena itu karbon radioaktif itu menyertai pertumbuhan melalui fotosintesis. Lama kelamaan terdapat kesetimbangan antara karbon-14 yang diterima dan yang meluruh dalam tumbuh-tumbuhan maupun hewan, sehingga mencapai 15,3 dis/menit gram karbon. Keaktifan ini tetap dalam beberapa ribu tahun. Apabila organisme hidup mati, pengambilan 14C terhenti dan keaktifan ini berkurang. Oleh karena itu umur bahan yang mengandung karbon dapat diperkirakan dari pengukuran keaktifan jenisnya dan waktu paruh 14C. ( 12 T = 5.730 tahun).

5. Bidang Sains/Hidrologi

·      Iodin-131 (I-131) untuk mempelajari kesetimbangan dinamis.

·      Oksigen-18 (O-18) untuk mempelajari reaksi esterifikasi.

·      Karbon-14 (C-14) untuk mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis.

·      Na-24 untuk mempelajari kecepatan aliran sungai.

·      Na-24 dalam bentuk karbonat untuk menylidiki kebocoran pipa air dibawah.

6. Bidang Kimia

a.     Teknik Perunut

Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia. Misal pada reaksi esterifikasi. Dengan oksigen-18 dapat diikuti reaksi antara asam karboksilat dan alkohol. Dari analisis spektroskopi massa, reaksi esterifikasi yang terjadi dapat ditulis seperti berikut. (isotop oksigen-18 diberi warna). Hasil analisis ini menunjukkan bahwa molekul air tidak mengandung oksigen-18. Adapun jika O-18 berada dalam alkohol maka reaksi yang terjadi seperti berikut.

b.     Penggunaan Isotop dalam Bidang Kimia Analisis

Penggunaan isotop dalam analisis digunakan untuk menentukan unsur-unsur kelumit dalam cuplikan. Analisis dengan radioisotop atau disebut radiometrik dapat dilakukan dengan dua cara yaitu, sebagai berikut.

1)      Analisis Pengeceran Isotop

Larutan yang akan dianalisis dan larutan standar ditambahkan sejumlah larutan yang mengandung suatu spesi radioaktif. Kemudian zat tersebut dipisahkan dan ditentukan aktivitasnya. Konsentrasi larutan yang dianalisis ditentukan dengan membandingkannya dengan larutan standar.

2)      Analisis Aktivasi Neutron (AAN)

Analisis aktivasi neutron dapat digunakan untuk menentukan unsur kelumit dalam cuplikan yang berupa padatan. Misal untuk menentukan logam berat (Cd) dalam sampel ikat laut. Sampel diiradiasi dengan neutron dalam reaktor sehingga menjadi radioaktif. Salah satu radiasi yang dipancarkan adalah sinar gamma . Selanjutnya sampel dicacah dengan spektrometer gamma untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan.

7. Radiologi dalam Hal Penyimpanan Makanan

Bahan makanan seperti kentang dan bawang jika disimpan lama akan bertunas. Radiasi dapat menghambat pertumbuhan bahan-bahan seperti itu. Jadi, sebelum bahan tersebut disimpan diberi radiasi dengan dosis tertentu sehingga tidak akan bertunas, dengan demikian dapat disimpan lebih lama. Radiasi juga digunakan untuk pengawetan bahan makanan untuk mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur.

8. Bidang Industri

Kaos lampu petromaks menggunakan larutan radioisotop horium dalam batas yang dipernankan agar nyalanya lebih terang. Radiasi gamma yang dihasilkan dapat digunakan untuk memeriksa cacat pada logam dan juga untuk pengawetan kayu, barang-barang seni,dll.

Penggunaan radioisotop dalam bidang industri antara lain untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam di dalam tanah atau dalam beton. Dengan menggunakan radioisotop yang dimasukkan ke dalam aliran pipa kebocoran pipa dapat dideteksi tanpa penggalian tanah atau pembongkaran beton. Penyinaran radiasi dapat digunakan untuk menentukan keausan atau kekeroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antarlogam. Jika bahan ini disinari dengan sinar gamma dan dibalik bahan itu diletakkan film foto maka pada bagian yang aus atau keropos akan memberikan gambar yang tidak merata. Radiasi sinar gamma juga digunakan dalam vulkanisasi lateks alam. Penggunaan zat radioaktif dalam bidang industri yang lainnya adalah untuk mengatur ketebalan besi baja, kertas, dan plastik; dan untuk menentukan sumber minyak bumi.

C. DAMPAK NEGATIF RADIOISOTOP

(AKIBAT RADIOISOTOP)

Radiasi yang dipancarkan oleh sinar radioaktif dapat merusak sel, menyebabkan kelainan pada sel, dan bahkan mematikan sel mahluk hidup. Beberapa efek negatif radiasi unsur radioaktif terhadap manusia sebagai berikut :

1. Radiasi unsur radioaktif dapat merusak jaringan sel

2. Radiasi unsur radioaktif dapat menurunkan kekebalan tubuh terhadap penyakit

3. Radiasi unsur radioaktif dapat menyebabkan kerusakan kulit dan sistem saraf.

Radiasi yang dipancarkan oleh unsur radioaktif juga dapat menyebabkan beberapa kerusakan pada organ tubuh manusia, misalnya :

1.     Kerusakan karena Efek Somatic

Efek somatik akibatnya akan tampak dalam kurun waktu yang relatif dekat. Yang termasuk di dalamnya antara lain kerusakan pada sistem saraf, sistem pencernaan, sumsum tulang/sel-sel darah, organ reproduksi, kelenjar thyroid, mata, paru-paru, dan ginjal.

2.     Kerusakan karena Efek Tertunda

Efek tertunda, atau sering disebut dengan efek stokastik, memerlukan waktu yang lama untuk dapat diketahui akibatnya. Karena tenggang waktu yang lama, maka tidak mudah untuk menentukan apakah kelainan yang terjadi pada organ tubuh tersebut merupakan akibat dari radiasi atau karena sebab lainnya.

Beberapa bentuk efek tertunda akibat radiasi antara lain neoplasma (perubahan bentuk atau perubahan pertumbuhan sel karena radiasi), katarak yang dipengaruhi pula oleh faktor usia dan dosis radiasi, kemandulan, baik kemandulan permanen maupun kemandulan parsial, berkurangnya usia harapan hidup, dan hambatan pada pertumbuhan (besarnya hambatan dipengaruhi oleh faktor umur janin dan dosis radiasi yang diterima).

3.     Kerusakan karena Efek Genetic

Efek genetik disebut juga dengan heredity effects. Efek radiasi, khususnya radiasi nuklir, menyebabkan terjadinya mutasi gen. Hal ini sesuai teori yang mengatakan bahwa kromosom dalam sel memang dapat berubah atau mengalami mutasi.