Produksi radioisotop
Radioisotop dapat terjadi secara alamiah atau sengaja (sintesis) dibuat oleh manusia dalam reaktor penelitian. Radioisotop yang sering digunakan dalam berbagai bidang kebutuhan manusia seperti bidang kesehatan, pertanian, hidrologi dan industri, pada umumnya tidak terdapat di alam, karena kebanyakan umur paronya relatif pendek. Oleh karena dibuat radioisotop sintesis. Produksi radioisotop dengan proses aktivasi (sintesis) 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. Proses tersebut dibuat di dalam suatu reaktor nuklir yang mempunyai kerapatan (fluks) neutron tinggi dengan mereaksikan antara inti atom tertentu dengan neutron. 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. Selain itu, radioisotop dapat juga diproduksi menggunakan akselerator melalui proses reaksi antara inti atom tertentu dengan suatu partikel, misalnya alpha, neutron, proton atau partikel lainnya.
Penggunaan radioisotop
Dewasa ini, penggunaan radioisotop untuk maksud-maksud damai (untuk kesejahteraan umat manusia) berkembang dengan pesat. Pusat listrik tenaga nuklir (PLTN) adalah salah satu contoh yang sangat populer. PLTN ini memanfaatkan efek panas yang dihasilkan reaksi inti suatu radioisotop , misalnya U-235. Selain untuk PLTN, radioisotop juga telah digunakan dalam berbagai bidang misalnya industri, teknik, pertanian, kedokteran, ilmu pengetahuan, hidrologi, dan lain-lain.
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.
Banyak isotop buatan yang dapat dimanfaatkan antara lain Na-24, P-32, Cr-51, Tc-99, dan I-131. Pengunaan radioisotop sebagai perunut didasarkan pada ikatan 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 biologi. Oleh karena itu, sebelum membahas pengunaan radioisotop kita akan mengupas terlebih dahulu tentang satuan radiasi dan pengaruh radiasi terhadap materi dan mahluk hidup.
Satuan radiasi
Berbagai macam satuan digunakan untuk menyatakan intensitas atau jumlah radiasi bergantung pada jenis yang diukur.
Curie(Ci) dan Becquerrel (Bq)
Curie dan Bequerrel adalah satuan yang dinyatakan untuk menyatakan keaktifan yakni jumlah disintegrasi (peluruhan) dalam satuan waktu. Dalam sistem satuan SI, keaktifan dinyatakan dalam Bq. Satu Bq sama dengan satu disintegrasi per sekon.
1Bq = 1 dps
dps = disintegrasi per sekonSatuan lain yang juga biasa digunakan ialah Curie. Satu Ci ialah keaktifan yang setara dari 1 gram garam radium, yaitu 3,7.1010 dps. 1Ci = 3,7.1010 dps = 3,7.1010 Bq
Gray (gy) dan Rad (Rd)
Gray dan Rad adalah satuan yang digunakan untuk menyatakan keaktifan yakni jumlah (dosis) radiasi yang diserap oleh suatu materi. Rad adalah singkatan dari 11 radiation absorbed dose. Dalam sistem satuan SI, dosis dinyatakan dengan Gray (Gy). Satu Gray adalah absorbsi 1 joule per kilogram materi. 1 Gy = 1 J/kg Satu rad adalah absorbsi 10-3 joule energi/gram jaringan.
1 Rd = 10-3 J/g.
Hubungan gray dengan fad 1 Gy = 100 rd
Rem
Daya perusak dari sinar-sinar radioaktif tidak saja bergantung pada dosis tetapi juga pada jenis radiasi itu sendiri. Neutron, sebagai contoh, lebih berbahaya daripada sinar beta dengan dosis dan intensitas yang sama. Rem adalah satuan dosis setelah memperhitungkan pengaruh radiasi pada mahluk hidup (rem adalah singkatan dari radiation equivalen for man).
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.
1. 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 ? . Selanjutnya sampel dicacah dengan spektrometer gamma (? ) untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan.
2. Bidang Kedokteran
Berikut unsur radioisotop yang sering digunakan dalam dunia kedokteran.
info: Zat yang mengandung radiokatif akan disuntikkan ke dalam pembuluh darah akan diserap terutama oleh jaringan yang rusak pada organ tertentu, seperti jantung, hati dan paru-paru.
a. Radioisotop natrium-24 dapat digunakan untuk mengikuti peredaran darah dalam tubuh manusia. 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.
b. Untuk mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid digunakan radioisotop 131I.
c. Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk menentukan tempat tumor di otak. Selain itu, fosfor-32 juga merupakan radioisotop andalan dalam terapi polisitemia vera dan leukemia.
d. Radioisotop 59 Fe dapat digunakan untuk mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh dan untuk menentukan apakah zat besi dalam makanan dapat digunakan dengan baik oleh tubuh.
e. 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.
Berikut sekilas info mengenai Kanker.
Berbagai upaya telah dilakukan untuk mengatasi penyakit karena pertumbuhan sel tidak terkendali ini. Di negara negara maju, dana dalam jumlah besar telah digelontorkan untuk membiayai riset yang berkaitan dengan pendeteksian, pengobatan, serta mekanis. Kemunculan dan pertumbuhan kanker. Di Jepang, misalnya, beberapa pusat penanganan kanker (gan senta) telah didirikan. Institusi ini mendedikasikan dirinya dalam riset dan pengembangan yang berkaitan dengan momok umat manusia ini.
Di dunia penanganan kanker, radioisotop telah memainkan peran yang besar. Kiprah radioisotop tersebut terlihat semakin besar dari hari ke hari karena potensi yang disimpannya. Radioisotop memendam kemampuan untuk memburu dan bahkan membunuh kanker secara efektif pada tahap yang paling dini ketika kanker masih berupa benih, yaitu saat metabolisme sel kanker mulai terjadi.
Beberapa hasil pengembangan teknologi di bidang ini mulai dipasarkan dan memberikan kontribusi secara nyata. Beberapa saat yang lalu sebuah rumah sakit di Singapura menawarkan berbagai jasa kesehatan, di antaranya jasa deteksi dini kanker menggunakan PET (positron emission tomography) yang dikombinasikan dengan CT (computed tomography).
PET merupakan salah satu hasil di garis depan pengembangan radioisotop untuk dunia kedokteran. PET adalah metode visualisasi fungsi tubuh menggunakan radioisotop pemancar positron.Oleh karena itu, citra (image) yang diperoleh adalah citra yang menggambarkan fungsi organ tubuh. Kelainan dan ketidaknormalan fungsi atau metabolisme di dalam tubuh dapat diketahui dengan metode pencitraan (imaging) ini. Hal ini berbeda dengan metode visualisasi tubuh yang lain, seperti MRI (magnetic resonance imaging) dan CT (computed tomography). MRI dan CT scans adalah visualisasi anatomi tubuh yang menggambarkan bentuk organ tubuh. Dengan kedua metode ini, yang terdeteksi adalah kelainan dan ketidaknormalan bentuk organ
Berbagai kelainan metabolisme di dalam tubuh, termasuk di dalamnya adalah adanya metabolisme sel kanker, dapat diketahui dengan cepat melalui PET. Salah satu bentuk perbedaan sel kanker dengan sel normal di sekelingnya adalah pada bentuk metabolisme glukosa. Sel kanker mengonsumsi glukosa dalam jumlah yang lebih besar dari sel di sekelilingnya.Secara umum, kecepatan pertumbuhan sel kanker yang mencerminkan tingkat keganasannya sebanding dengan tingkat konsumsi glukosa. Bentuk metabolisme glukosa di dalam tubuh ini dapat dideteksi menggunakan bahan radiofarmaka 18FDG (18 F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose). Keberadaan radioisotop fluor-18 yang ada di dalam senyawa tersebut dapat dideteksi dengan mudah dari luar tubuh melalui radiasi yang dipancarkannya.
Dengan meletakkan detektor radiasi di luar tubuh, image reconstruction terhadap sebaran fluor-18 di dalam tubuh dapat dilakukan dengan mengolah sinyal-sinyal yang ditangkap oleh detektor detektor tersebut. Sebaran fluor-18 di dalam tubuh ini menunjukkan pola metabolisme glukosa di berbagai bagian tubuh.Konsumsi glukosa yang berlebihan di suatu tempat mengindikasikan adanya metabolisme sel kanker di tempat tersebut. Inilah yang dinamakan menemukan kanker dalam bentuk benih. Meskipun secara bentuk fisik belum ditemukan atau belum terdeteksi, keberadaan kanker telah diketahui ketika metabolisme sel kanker telah terjadi. Kemampuan radioisotop memburu kanker pada stadium ini belum dapat ditandingi oleh metode lain. Penemuan adanya sel kanker pada stadium sangat dini ini akan memudahkan penanganan selanjutnya.
PET dapat pula digunakan pula untuk menganalisis hasil penanganan kanker yang telah dilakukan. Setelah operasi pengangkatan kanker melalui operasi, misalnya, perlu dilakukan pemeriksaan apakah masih ada benih benih kanker yang tersisa. Untuk keperluan ini, PET merupakan metode yang paling tepat karena pada kondisi ini keberadaan kanker sulit dilihat secara fisik.
Yang diperlukan adalah melihat keberadaan metabolisme sel kanker. Selain itu, PET dapat pula digunakan untuk melihat kemajuan pengobatan kanker baik dengan chemotherapy maupun radiotherapy. Kemajuan hasil pengobatan kanker dapat diketahui dari perubahan metabolisme di samping perubahan secara fisik. Untuk keperluan ini, kombinasi PET dan CT memberikan informasi yang sangat berharga untuk menentukan tingkat efektivitas pengobatan yang telah dilakukan.
Perangkat PET secara garis besar dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian produksi fluor-18, bagian sintesa 18FDG, dan bagian kamera PET. Penggunaan PET diawali dengan proses produksi radioisotop fluor-18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 menggunakan siklotron.
Partikel bermuatan berupa proton ditembakkan dari siklotron ke dalam inti oksigen-18 dan terbentuklah fluor-18 sambil melepaskan sebuah neutron. Oksigen di alam memiliki kandungan isotop oksigen-18 sebanyak 0,20 persen. Sisanya berupa isotop oksigen-16 dan oksigen-17 dengan kandungan masing-masing sebesar 99,76 persen dan 0,04 persen.
Karena kandungan oksigen-18 di alam sangat kecil, maka untuk keperluan ini diperlukan oksigen yang telah ditingkatkan kandungan isotop oksigen-18 di dalamnya. Peningkatan kandungan isotop oksigen-18 ini dapat dilakukan sampai lebih dari 90 persen. Pada proses produksi fluor-18 ini, oksigen-18 digunakan dalam bentuk air(H2O).
Radioisotop fluor-18 yang telah didapatkan digunakan untuk mensintesa 18FDG. Reaksi "menempelkan" fluor-18 ini dikenal dengan reaksi penandaan (labelling). Di beberapa negara yang telah menggunakan PET secara rutin seperti Jepang, Amerika Serikat, dan Korea, reaksi penandaan ini dilakukan menggunakan alat otomatis.
Pertimbangan utama penggunaan alat otomatis ini adalah mempercepat waktu proses. Hal ini dikarenakan fluor-18 memiliki waktu paruh, waktu yang diperlukan untuk meluruh sehingga radioaktivitas tinggal separuhnya, yang pendek kurang dari 2 jam (110 menit). Jadi, reaksi penandaan ini berpacu dengan waktu. Jika proses ini terlalu lama, sebagian besar fluor-18 telah meluruh sehingga radioaktivitasnya akan berkurang jauh dari radioaktivitas awal.
Setelah 18FDG selesai disiapkan, radiofarmaka tersebut segera disuntikkan ke pasien. Jumlah yang disuntikkan antara 10 dan 20 milicurie, tergantung keperluan, kondisi kamera, dan sebagainya. Di University of Iowa, misalnya, secara rutin digunakan 18FDG sebanyak 10 milicurie untuk tiap pasien guna mendeteksi metabolisme sel kanker.
Sebaran fluor-18 di dalam tubuh dideteksi dengan memasukkan tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar. Dari hasil pendeteksian ini dilakukan image reconstruction untuk mendapatkan gambaran sebaran fluor-18 di dalam tubuh. Perangkat kamera PET biasanya telah dilengkapi dengan program untuk keperluan ini sehingga hasil image reconstruction dapat diperoleh dengan mudah.
Kamera PET memiliki kejernihan citra yang lebih baik dibandingkan dengan kamera gamma yang secara umum digunakan pada kedokteran nuklir. Hal ini dikarenakan pendeteksiannya didasarkan pada coincidence detection. Ketika positron dilepaskan dari fluor-18, partikel ini akan segera bergabung dengan elektron dan terjadilah anihilasi.Dari anihilasi ini dihasilkan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sebesar 511 ke V dengan arah berlawanan (180 derajat). Adanya dua buah photon yang dilepaskan secara bersamaan ini memungkinkannya dilakukan coincidence detection. Pada coincidence detection ini, sinyal yang ditangkap oleh detektor akan diolah jika dua buah sinyal diperoleh secara bersamaan. Jika hanya satu buah sinyal yang ditangkap, sinyal tersebut dianggap sebagai pengotor. Oleh karena itu, hampir seluruh sinyal pengotor dapat dieliminasi dengan cara ini.
PET hanyalah salah satu dari beberapa hasil terdepan pemanfaatan radioisotop pada penanganan kanker. Berbagai aplikasi lain sedang dikembangkan di laboratorium-laboratorium terkemuka di bidang ini. Salah satu contohnya adalah pengembangan cancer seeking agent dengan memanfaatkan metabolisme spesifik yang terjadi pada sel kanker.
Radioisotop-radioisotop pemancar partikel seperti partikel alpha dan beta memiliki kemampuan membunuh sel secara efektif dalam jarak dekat. Oleh karena itu, pembunuhan sel-sel kanker secara efektif dapat dilakukan dengan "memuatkan" radioisotop-radioisotop itu ke dalam cancer seeking agent. Jadi, cancer seeking agent seperti layaknya peluru kendali yang secara otomatis mencari sasaran yang telah ditetapkan dan radioisotop adalah hulu ledak yang akan menghancurkan sasaran yang dituju.f. isotop Tc-99 (teknesium) digunakan untuk mendiagnosis fungsi dan anatomis organ tubuh sehingga juga dapat mendeteksi adanya tumor di tubuh. Digunakannya Tc-99 ini mempunyai alasan tersendiri. Alasan pertama, waktu paruh yang dimiliki tidak terlalu kecil dan besar. Jika waktu paruh terlalu kecil radioisotop terlalu sulit untuk dideteksi(setelah disuntikkan, tak lama kemudian akan hilang kereaktifannya). Dan jika radioisotop yang disuntikkan memiliki waktu paruh yang besar akan berbahaya bagi tubuh. Tc-99 merupakan paruh waktu yang sangat cocok bila digunakan untuk mendeteksi adanya penyakit dalam tubuh manusia Tc-99 Memiliki waktu paruh yang sangat ideal bagi penyelidikan penyakit dalam tubuh manusia
g. Radiasi gamma dapat membunuh organisme hidup termasuk bakteri. Oleh karena itu, radiasi gamma digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran.
Sterilisasi digunakan juga di industri makanan. Sterilisasi dengan cara radiasi, menjadikan makanan dapat tahan empat atau lima kali lebih lama dari cara sterilisasi biasa.
3. Bidang Pertanian
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.
b. Pemupukan dan Pemberantasan Hama dengan Serangga Mandul
Radioisotop fosfor-32 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 efesiensi pengambilan fosfor dari pupuk oleh tanaman. Dengan demikian, akan memberikan cara pemupukan yang tepat dan hemat. Teknik iradiasi 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 dapt tumbuh tunas, contohnya kentang. Oleh karen aitu diperlukan teknologi untuk mengawetkan bahan pangan tersebut. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan irradiasi sinar radioaktif. Irradiasi ini juga dapat mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur.
4. Bidang Industri
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.
5. Pengukuran Usia Bahan Organik
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).
6. Bidang Hidrologi
-->Mempelajari kecepatan aliran sungai dan menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah. Natrium-24 (24P) merupakan radioisotop yang sering digunakan untuk mengukur kecepatan
laju dan debit air sungai, air dalam tanah dan rembesan. Kebocoran dam serta pipa penyalur yang terbenam dalam tanah dapat dideteksi menggunakan radioisotop iodium-131 dalam bentuk senyawa CH3131l, sedangkan lokasi dumping, asal/pola aliran sedimen dan laju pengendapan dapat diukur menggunakan krom-51 dan brom-82 masing-masing dalam bentuk senyawa K251Cr2P7 dan K82Br.
lihat pula: Mencari jejak dengan Menggunakan Radioisotop
Sources: chem-is-try.org, gurumuda.com, wikipedia, rieztye.blogspot.com
[]
No comments:
Post a Comment