Apa itu radiasi?

Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Salah satu contoh sumber radiasi yang sudah kita kenal adalah matahari. Matahari yang kita kenal memberikan cahaya dan panas. Tanpa sinar matahari tidak akan ada kehidupan di bumi ini, akan tetapi harus diakui terlalu banyak sinar matahari yang mengenai tubuh bisa jadi sangat berbahaya. Karena itu jumlah paparan sinar matahari harus kita batasi. Efek dari panas matahari biasanya dicegah dengan menggunakan kacamata hitam, topi, pakaian dan pemakaian tabir surya.

Setiap hari makhluk hidup berinteraksi di lingkungan dengan level radiasi pengion yang cukup signifikan. Kebanyakan dari kita bisa hidup dan sehat karena bantuan radiasi buatan. Radiasi dapat digunakan untuk mendiagnosa penyakit dan juga menyembuhkan penyakit. Kita diuntungkan dengan berbagai produk dan layanan yang memanfaatkan radiasi secara hati-hati.

Radiasi latar belakang merupakan hal yang sangat alami dan selalu ada di sekitar  kita, meskipun dalam skala yang berbeda-beda. Seseorang yang tinggal di tempat yang memiliki kandungan granit atau mineral cukup banyak, akan menerima radiasi terestrial jauh lebih banyak daripada orang kebanyakan, sementara mereka yang hidup atau bekerja di dataran tinggi akan menerima lebih banyak radiasi kosmik dibandingkan dengan mereka yang hidup didataran yang lebih rendah. Sebagian besar paparan radiasi alami berasal dari radon, yaitu gas yang merembes keluar dari dalam kerak bumi dan bercampur dengan udara yang kita hirup.

Jenis radiasi

Radiasi terdiri dari beberapa jenis dan setiap jenis dari radiasi tersebut memiliki panjang gelombang masing-masing

Jenis radiasi dan panjang gelombang

Ditinjau dari massanya radiasi dapat dibagi menjadi radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel. Radiasi elektromagnetik adalah radiasi yang tidak memiliki massa. Radiasi ini terdiri dari gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, sinar-X, sinar gamma dan sinar kosmik.

Radiasi partikel adalah radiasi yang memiliki massa terukur, misalnya partikel beta, alfa dan neutron. Partikel beta dengan simbol _-1β⁰menunjukkan bahwa jumlah massa dari radiasi tersebut adalah 0 dan jumlah muatannya adalah 1 negatif. Partikel alfa dengan simbol ₂α⁴ menunjukkan bahwa partikel ini memiliki massa sebesar 4 satuan massa atom (sma) dengan jumlah muatan sebesar positif 2. Sedangkan partikel neutron dengan simbol ₀n¹ menunjukkan jumlah massa dari neutron adalah 1 sma dan jumlah muatannya adalah 0.

jumlah massa dan muatan dari beta, alfa dan neutron

Ditinjau dari muatan listriknya, radiasi terbagi menjadi radiasi non pengion dan pengion. Radiasi non-pengion adalah radiasi yang tidak dapat menimbulkan ionisasi. Termasuk ke dalam radiasi non-pengion adalah gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak dan ultraviolet.

Radiasi pengion adalah radiasi yang apabila menumbuk atau menabrak suatu materi, akan muncul partikel bermuatan listrik yang disebut ion. Peristiwa terjadinya ion ini disebut ionisasi. Ion-ion hasil ionisasi ini dapat menimbulkan efek atau pengaruh pada bahan/materi, termasuk benda hidup, yang berinteraksi oleh radiasi. Radiasi pengion terkadang disebut juga sebagai radiasi atom atau radiasi nuklir. Yang termasuk ke dalam radiasi pengion adalah sinar-X, sinar gamma, sinar kosmik, serta partikel beta, alfa dan neutron. Partikel beta, alfa dan neutron dapat menimbulkan ionisasi secara langsung. Sedangkan sinar-x, sinar gamma dan sinar kosmik, meskipun tidak memiliki massa dan muatan listrik, juga termasuk golongan radiasi pengion karena dapat menimbulkan ionisasi secara tidak langsung.
 

Atom yang tidak stabil

Radiasi berasal dari atom suatu partikel dasar yang menyusun materi.

Beberapa atom umumnya bersifat stabil, misalnya saja atom dari karbon-12 yang selamanya akan tetap menjadi atom karbon-12 dan atom oksigen-16 yang selamanya akan tetap berupa atom oksigen-16. Akan tetapi atom-atom tertentu dapat terdisintegrasi (meluruh) dan menjadi atom yang sama sekali baru. Atom-atom seperti ini dikatakan sebagai atom yang tidak stabil atau radioaktif. Atom-atom yang tidak stabil memiliki kelebihan energi, sehingga inti atom (nukleus) secara spontan akan mengeluarkan energi berlebih ini dan mengalami perubahan dan menjadi bentuk yang  lebih stabil. Proses ini disebut sebagai peluruhan radioaktif.

Setiap unsur yang ada dialam dapat memiliki bermacam-macam atom dengan ukuran inti yang berbeda-beda, yang disebut isotop. Isotop yang tidak stabil (dengan demikian bersifat radioaktif) disebut radioisotop. Beberapa elemen, misalnya uranium tidak memiliki isotop yang stabil.

Ketika atom dari suatu radioisotop meluruh, inti atom tersebut akan mengeluarkan energi berupa radiasi sinar gamma atau partikel sub atomik berkecepatan tinggi. Jika atom meluruh dengan memancarkan partikel alfa maupun beta, inti akan berubah menjadi unsur baru. Peluruhan akan terus berlangsung hingga atom menjadi stabil dan tidak lagi bersifat radioaktif.

Bentuk lain dari radioaktivitas nuklir adalah ketika suatu radioisotop berubah menjadi bentuk lain, yang disebut isomer, dengan memancarkan sinar gamma selama proses peluruhan. Keadaan eksitasi biasanya dinotasikan dengan huruf “m” (meta) di samping nomor atom, contohnya adalah technetium-99m (Tc-99m) yang meluruh menjadi Tc-99 dengan memancarkan sinar gamma. Pada umumnya peluruhan gamma menyertai peluruhan alfa atau beta, ketika inti meluruh ke keadaan eksitasi yang lebih rendah.

Jumlah bahan radioaktif yang meluruh diukur dalam satuan becquerel (Bq), satuan ini memungkinkan kita untuk membandingkan radioaktifitas yang ada di alam dengan material lainnya. Satu becquerel dinyatakan sebagai satu peluruhan atomik per detik. Satuan yang digunakan untuk menyatakan radioaktifitas unsur sebelum becquerel adalah Curie, dimana 1 Bq = 27 x 10^-12 curie

Radioaktifitas beberapa materi

Peluruhan radioaktif

 Atom-atom dalam zat radioaktif meluruh dengan acak tetapi dalam laju yang khas.

Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh atom unsur radioaktif untuk meluruh setengahnya. Waktu paruh dapat berkisar kurang dari satu milyar per detik hingga jutaan tahun, tergantung dari unsurnya. Setelah mengalami satu kali waktu paruh aktifitas radioaktifitas menjadi setengah dari aktifitas mula-mula, setelah dua kali waktu paruh aktifitas akan berkurang hingga seperempatnya, setelah tiga kali waktu paruh aktifitas akan berkurang hingga seperdelapannya, dan seterusnya.

Semua atom uranium hanya sedikit radioaktif. Gambar berikut memperlihatkan rangkaian peluruhan radioaktif uranium, jenis radiasi yang dipancarkan, serta unsur radioaktif hasil luruhan hingga menjadi timbal-206 yang tidak radioaktif. Semakin pendek waktu  paruh radiosotop, maka semakin besar radiasi yang dipancarkan per satuan unit massa. Sebagian besar radioaktivitas alami pada batuan dan tanah di bumi berasal dari rantai peluruhan uranium.

Radiasi pengion

Pada bagian ini, pembahasan akan dibatasi pada radiasi pengion dari sebuah inti atom. Radiasi pengion muncul dalam dua bentuk, sinar/gelombang dan partikel, yang berfrekuensi tinggi pada rentang spektrum energi.

Radiasi pengion yang menumbuk bahan/materi akan menghasilkan partikel bermuatan listrik yang disebut ion. Proses ini dikenal sebagai ionisasi. ion-ion yang dihasilkan dari proses ini dapat menyebabkan perubahan biologis pada materi/bahan tempat berlangsungnya proses ionisasi.

Macam-macam radiasi pengion :

Sinar-x dan sinar gamma, seperti halnya cahaya menghantarkan energi dalam bentuk gelombang tanpa medium perantara, seperti panas dan cahaya dari api maupun matahari yang merambat dalam ruang. Sinar-x dan sinar gamma hampir identik, kecuali bahwa sinar-x umumnya dihasilkan secara artifisial (buatan) dan bukan berasal dari inti atom,  yaitu ketika sebuah elektron berenergi tinggi menumbuk suatu logam target. Tidak seperti cahaya, sinar-x dan sinar gamma memiliki daya tembus yang besar dan dapat dengan mudah menembus tubuh manusia. Penghalang tipis berupa beton, timbal atau air biasanya digunakan sebagai alat pelindung atau proteksi dari radiasi ini.

Partikel alfa terdiri atas 2 proton dan 2 neutron dalam bentuk inti atom (alfa merupakan inti atom helium). Partikel ini memiliki muatan positif dan dipancarkan oleh unsur berat yang ada dialam, seperti uranium dan radium, serta dari beberapa unsur buatan manusia. Alfa berukuran relatif besar, sehingga mudah menumbuk materi dan dengan cepat kehilangan energinya. Karenanya partikel ini memiliki daya penetrasi yang rendah dan dapat segera dihentikan oleh lapisan terluar kulit dan selembar kertas. Akan tetapi, apabila sumber alfa masuk kedalam tubuh melalui saluran pernafasan maupun saluran pencernaan, partikel alfa dapat mempengaruhi sel-sel tubuh. Didalam tubuh, partikel alfa melepaskan energi pada jarak yang relatif pendek dan menyebabkan kerusakan biologis yang lebih parah dibandingkan radiasi jenis lain.

Partikel beta merupakan elektron cepat yang terlempar keluar dari inti atom. Partikel ini lebih kecil dari partikel alfa dan dapat menembus air maupun daging manusia hingga 1-2 cm. Partikel beta dipancarkan oleh banyak unsur radioaktif. Partikel ini dapat dihentikan dengan selembar aluminium dengan ketebalan beberapa milimeter. 

Radiasi kosmikterdiri dari partikel-partikel termasuk proton yang membordir bumi dari luar angkasa. Semakin tinggi posisi suatu daerah dari permukaan laut maka akan semakin besar jumlah radiasi kosmik yang diterima, ini dikarenakan pada ketinggian permukaan laut, atmosfer bumi jauh lebih padat dan memberikan perlindungan maksimal, sehingga daerah diatas permukaan laut menerima lebih banyak radiasi kosmik

Neutron  merupakan partikel yang tidak bermuatan dan berukuran sangat kecil sehingga memiliki daya tembus yang sangat tinggi. Di bumi, partikel ini umumnya berasal dari pembelahan atau fisi atom didalam reaktor nuklir. Didalam rektor biasanya digunakan perisai radiasi berupa air dan beton untuk menahan radiasi neutron agar tidak lepas dari dalam reaktor.

Penting untuk dipahami bahwa radiasi alfa, beta, gamma dan sinar-x tidak menyebabkan tubuh menjadi radioaktif. Akan tetapi, sebagian besar bahan/materi yang ada dialam (termasuk jaringan tubuh manusia) mengandung sejumlah zat radioaktif.
 

Pengukuran radiasi pengion

Gray dan Sievert

Radiasi tidak dapat dilihat, didengar ataupun dicium. Indra manusia tidak dapat mendeteksi  radiasi maupun membedakan apakah suatu bahan bersifat radioaktif atau tidak. Namun, ada instrumen khusus yang dapat mendeteksi  dan mengukur radiasi secara akurat dan tepat.

Jumlah radiasi pengion atau “dosis”, yang diterima seseorang diukur berdasarkan jumlah energi yang diserap oleh jaringan tubuh, dan dinyatakan dalam satuan gray. Satu gray (Gy) dapat diartikan sebagai satu joule energi terserap per kilogram materi yang diiradiasi. Satuannya adalah J/kg.

Namun, jumlah  paparan yang sama dari  berbagai jenis radiasi berbeda yang dinyatakan dalam gray, tidak selalui menghasilkan efek biologis yang persis sama. Contohnya, satu gray radiasi alfa akan memberikan efek yang lebih besar bila dibandingkan dengan efek yang dihasilkan oleh 1 gray radiasi beta. Ketika kita berbicara mengenai efek radiasi, maka radiasi dinyatakan dalam dosis efektif (terkadang dinyatakan sebagai dosis ekuivalen), dalam satuan yang disebut sievert (Sv).

Terlepas dari jenis radiasi, satu sievert (Sv) dari radiasi akan menghasilkan efek biologis yang sama. Untuk nilai yang lebih kecil dinyatakan dalam “minisievert”, mSv,  yang sama dengan satu perseribu sievert atau “mikrosievert”, yang sama dengan satu persejuta sievert.

Apa resiko radiasi pengion bagi kesehatan?

Telah diketahui sejak dulu, semakin besar dosis radiasi pengion, jauh lebih besar dari radiasi latar, dapat menyebabkan peningkatan terjadinya kanker dan leukemia setelah beberapa waktu pemaparan. Dari berbagai eksperimen yang dilakukan pada tumbuhan dan hewan, diasumsikan bahwa radiasi pengion dapat menyebabkan mutasi genetik yang mempengaruhi generasi berikutnya, walaupun belum ada bukyi nyata bahwa radiasi dapat menyebabkan mutasi pada manusia. Pada paparan yang sangat tinggi, radiasi dapat menyebabkan penyakit dan kematian dalam hitungan minggu setelah pemaparan (lihat tabel).

Tingkat kerusakan yang disebabkan radiasi sangat bergantung pada banyak faktor, antara lain dosis, laju dosis, jenis radiasi, bagian tubuh yang terpapar radiasi, umur dan usia. Embrio dan juga janin sangat sensitif terhadap radiasi.

Tetapi adakah probabilitas terjadinya kanker karena paparan radiasi dosis rendah? asumsi yang berlaku umum adalah bahwa setiap dosis radiasi, sekecil apapun itu, memberikan peluang terjadinya resiko bagi kesehatan manusia. Akan tetapi, tidak ada bukti ilmiah mengenai resiko radiasi pada dosis paparan yang lebih rendah dari 50 mSv dalam waktu yang singkat atau sekitar 100 mSv per tahun. Pada dosis rendah dan laju dosis, sekurang-kurangnya 10 mSv per tahun, beberapa bukti menunjukkan efek yang menguntungkan lebih dimungkinkan dibandingkan efek yang merugikan.

Dosis radiasi yang terakumulasi dapat menyebabkan kanker yang dapat dideteksi beberapa  – hingga 20 – tahun setelah paparan radiasi. Jeda waktu dari awal paparan hingga efek yang terjadi membuat tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti penyebab utama terjadinya kanker. Di negara-negara barat, sekitar satu perempat dari populasi meninggal dunia karena kanker,  dimana rokok, faktor diet, faktor genetik (keturunan) dan sinar matahari yang kuat, menjadi penyebab utama. Radiasi tergolong dalam karsinogen yang lemah, akan tetapi paparan yang berlebih tentu saja dapat meningkatkan resiko kesehatan.

Tubuh memiliki mekanisme pertahanan terhadap kerusakan yang ditimbulkan oleh radiasi maupun bahan kimia dan karsinogen lainnya. Ini dapat dirangsang dengan paparan rendah atau overwhelmed pada level yang sangat tinggi.

Di sisi lain, radiasi pada dosis yang tinggi digunakan dalam terapi untuk membunuh sel-sel kanker, dan telah banyak menyelamatkan nyawa manusia (biasanya dihubungkan dengan kemoterapi atau operasi). Dosis yang lebih besar lagi digunakan untuk membunuh bakteri berbahaya pada makanan dan untuk mensterilkan perban dan peralatan medis lainnya.

Puluhan ribu orang di semua negara maju bekerja di lingkungan medis dan industri yang memungkinkan mereka untuk terpapar radiasi diatas radiasi latar. Para pekerja radiasi ini umumnya dilengkapi dengan “badge” sehingga jumlah paparan radiasi yang diterima selalu terkontrol. Rekaman dosis dari para pekerja ini seringkali memperlihatkan mereka memiliki angka kematian yang lebih rendah karena kanker dibandingkan masyarakay umum, dan untuk beberapa kasus, secara signifikan lebih rendah dari pekerja lain yang melakukan pekerjaan yang sama tanpa terkena radiasi.
 

Seberapa banyak radiasi pengion dapat berbahaya?

Level  radiasi dan efeknya

Tabel berikut memperlihatkan indikasi dampak yang mungkin terjadi pada berbagai dosis radiasi

Radiasi latar belakang

Radiasi alami merupakan sumber radiasi yang memberikan paparan paling besar bagi manusia. Nilai paparan ini berkisar antara 1,5 hingga 3,5  milisievert per tahun, akan tetapi bisa juga melebihi angka 50 mSv/tahun. Paparan radiasi background yang tertinggi berada di daerah Kerala dan Madras di India, dimana 140.000 orang menerima dosis sebesar 15 milisievert pertahun dari radiasi gamma selain dari radon dalam jumlah yang sama. Hal yang sama juga terjadi di Brazil dan Sudan, dimana rata-rata paparan mencapai 40 mSv/tahun bagi kebanyakan orang.

Beberapa tempat di Iran, India dan Eropa dimana radiasi background alami memberikan dosis tahunan lebih dari 50 mSv dan mencapai 260 mSv (di Ramsar, Iran). Diperkirakan, selama hidup, mereka menerima dosis paparan hingga beberapa ribu milisievert dari radiasi alam. Akan tetapi, tidak ada bukti terjadi peningkatan terjadinya kanker atau penyakit lainnya yang timbul dari level radiasi alam yang tinggi ini.

Radiasi buatan manusia

Radiasi pengion juga dihasilkan dari berbagai kegiatan medis, komersial dan industri. Paparan radiasi yang paling besar diperoleh dari kegiatan medis, yaitu dari penggunaan sinar-x.

Proteksi radiasi

Karena paparan radiasi pada level yang tinggi dapat menyebabkan resiko bagi kesehatan, maka sudah seharusnya kita berhati-hati bila hendak berhubungan dengan sumber radiasi. Salah satunya adalah dengan berusaha meminimalkan paparan radiasi buatan yang tidak perlu ke level yang signifikan.

Ada empat cara untuk memproteksi diri dari radiasi, yaitu :

Membatasi waktu : bagi orang-orang yang bekerja dengan radiasi, dosis radiasi dapat dikurangi dengan melakukan pembatasan waktu pemaparan, sehingga resiko penyakit dapat diminimalkan

Menjaga jarak : dengan cara yang sama dalam mengurangi panas dari api dengan menjauhi sumber panas, maka intensitas radiasi juga semakin berkurang jika kita bergerak semakin jauh dari sumber radiasi.

Penghalang : penghalang dari timbal, beton atau air memberikan proteksi yang sempurna dari radiasi dengan daya tembus besar seperti sinar gamma. Oleh karena itu, umumnya substansi radioaktif biasanya disimpan atau ditangani didalam air, atau dengan menggunakan remote control dari luar, sementara  sumber berada didalam sebuah ruang yang terbuat dari beton tebal yang dilapisi dengan timbal.

Pengungkung : bahan radioaktif dijaga agar tetap berada di dalam dan tidak keluar ke lingkungan. Misalnya saja radioisotop untuk keperluan medis yang ditangani dalam suatu wadah tertutup, sementara reaktor nuklir beroperasi dalam sistem tertutup dengan beberapa penghalang agar zat radioaktif tetap berada didalam ruangan. Selain itu, ruangan juga didesain agar bertekanan rendah, sehingga jika terjadi kebocoran tidak ada zat yang keluar dari dalam ruangan.
 

Standar dan Peraturan

Standar proteksi radiasi didasarkan pada asumsi bahwa resiko berbanding lurus dengan dosis radiasi, bahkan pada dosis yang rendah sekalipun, walaupun sebenarnya tidak ada bukti yang menunjukkan adanya resiko pada dosis rendah. Asumsi ini, yang disebut sebagai “hipotesis linier no-threshold (LNT)”, direkomendasikan hanya untuk keperluan proteksi radiasi, seperti pengaturan nilai paparan dosis individu yang diperkenankan. Hipotesis ini tidak dapat meramalkan konsekuensi dari paparan nyata dari radiasi dengan dosis rendah. Sebagai contoh, jika dosis yang diberikan adalah setengah dari dosis tinggi yang telah diketahui efeknya, maka efek yang terjadi adalah setengah dari efek tersebut , dan seterusnya. Prediksi ini bisa sangat menyesatkan jika diterapkan pada sekelompok orang yang terpapar radiasi yang sangat rendah, besar kemungkinan mereka akan terdorong untuk mengabaikan dosis radiasi.

Standar radiasi yang diterapkan pada masa kini didasarkan pada korban bom atom pada tahun 1945, dimana mereka terpapar dosis radiasi yang sangat tinggi dalam waktu yang sangat singkat. Sebagian besar negara memiliki standar proteksi sendiri yang didasarkan pada rekomendasi dari International Commission on Radiological Protection (ICRP) dengan menerapkan prinsip “as low as reasonable achieveable” atau “serendah-rendahnya yang mungkin dicapai” – dengan mempertimbangkan faktor sosial dan ekonomi.

Ada 3 poin utama rekomendasi ICRP

Justifikasi (pembenaran) : Suatu kegiatan tidak akan dilakukan kecuali mempunyai keuntungan yang positif dibandingkan dengan risikonya

Optimasi : Paparan radiasi harus serendah-rendahnya yang dapat dicapai (as low as reasonably achievable, ALARA), dengan tetap mempertimbangkan faktor ekonomi dan sosial

Limitasi (pembatasan) : dosis perorangan tidak boleh melampaui batas yang direkomendasikan oleh ICRP untuk suatu lingkungan tertentu.

Standar nasional untuk proteksi radiasi ditujukan bagi pekerja radiasi dan masyarakat umum.

ICRP merekomendasikan bahwa paparan maksimum yang diperkenankan untuk para pekerja radiasi adalah sebesar 20 milisievert per tahun selama lima tahun (dengan kata lain 100 milisievert dalam waktu 5 tahun) dengan paparan maksimum adalah sebesar 50 milisievert selama 1 tahun. Untuk masyarakat umum, paparan radiasi yang diperkenankan adalah 1 milisievert per tahun selama 5 tahun.

Di Indonesia, standar proteksi radiasi dibuat oleh Badan Pengawas Tenaga Nuklir Nasional (Bapeten). Menurut Bapeten, nilai batas dosis dalam satu tahun untuk pekerja radiasi adalah 50 mSv, sedang untuk masyarakat umum adalah 5 mSv. Menurut laporan penelitian UNSCEAR, secara rata-rata setiap orang menerima dosis 2,8 mSv per tahun, berarti seseorang hanya akan menerima sekitar setengah dari nilai batas dosis untuk masyarakat umum.