MAKALAH ANTARAKSI CAHAYA DENGAN ATOM DAN MOLEKUL

ANTARAKSI CAHAYA DENGAN ATOM DAN MOLEKUL

A.  Latar Belakang

Dengan semakin kompleksisitas berbagai keperluan saat ini, analisis kimia dengan mempergunakan metoda fisik dalam hal identifikasi dari berbagai selektifitas fungsi polimer campuran, pemodifikasi dan aditif digunakan untuk plastik dan elastomer. Spektroskopi infra merah, metoda pengukuran fotometer UV, gas dan liquid kromatografi dan spektroskopi masa bersama sama dengan dari metoda pengukuran termoanalisis (DSC-TGA) merupakan alat yang teliti sebagai pilihan  untuk analisis kwalitatif dan kwantitatif bahan. Analisis Spektroskopi didasarkan pada interaksi radiasi dengan spesies kimia. Berprinsip pada penggunaan cahaya/tenaga magnek atau listrik untuk mempengaruhi senyawa kimia sehingga menimbulkan tanggapan.Tanggapan tersebut dapat diukur untuk menetukan jumlah atau jenis senyawa. Cara interaksi dengan suatu sampel dapat dengan absorpsi, pemendaran (luminenscence) emisi, dan penghamburan (scattering) tergantung pada sifat materi.Teknik spektroskopi meliputi spektroskopi UV-Vis, spektroskopi serapan atom, spektroskopi infra merah, spektroskopi fluorensi, spektroskopi NMR, spektroskopi massa.

Sektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetikdan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.

Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Kebanyakan teleskop-teleskop besar mempunyai spektrograf  yang digunakan untuk mengukur komposisi kimia dan atribut fisik lainnya dari suatu objek astronomi atau untuk mengukur kecepatan objek astronomi berdasarkan pergeseran Doppler garis-garis spektral. salah satu jenis spektroskopi adalah spektroskopi infra merah (IR). spektroskopi ini didasarkan pada vibrasi suatu molekul.

Penggunaan spektroskopi sebagai sarana penentuan struktur senyawa memiliki sejarah yang panjang. Reaksi nyala yang populer berdasarkan prinsip yang sama dengan spektroskopi. Di pertengahan abad ke-19, kimiawan Jerman Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) dan fisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) berkerjasama mengembangkan spektrometer (Gambar 13.2). Dengan bantuan alat baru ini, mereka berhasil menemukan dua unsur baru, rubidium dan cesium. Kemudian alat ini digunakan banyak kimiawan untuk menemukan unsur baru semacam galium, indium dan unsur-unsur tanah jarang. Spektroskopi ntelah memainkan peran penting dalam penemuan gas-gas mulia.

Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Dengan sumber cahaya apapun, spektrometer terdiri atas sumber sinar, prisma, sel sampel, detektor dan pencatat. Fungsi prisma adalah untuk memisahkan sinar polimkromatis di sumber cahaya menjadi sinar monokromatis, dan dengan demikian memainkan peran kunci dalam spektrometer. Dalam spektrometer modern, sinar yang datang pada sampel diubah panjang gelombangnya secara kontinyu. Hasil percobaan diungkapkan dalam spektrum dengan absisnya menyatakan panjang gelombang (atau bilangan gelombang atau frekuensi) sinar datang dan ordinatnya menyatakan energi yang diserap sampel.

Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube.   dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan oleh suatu perkamuntuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.

Cahaya selain memiliki sifat sebagai gelombang juga memiliki sifat sebagai partikel/materi sehingga sifat-sifat dari cahaya dapat diterangkan sebagai materi maupun sebagi gelombang. Foton adalah partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik. Biasanya foton dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X. Foton berbeda dengan partikel elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya, c. Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel ("dualisme gelombang-partikel").

Foton yang dipancarkan dalam berkas koheren laser

Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang seperti pembiasan oleh lensa dan interferensi destruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

,

di mana :  adalah konstanta Planck,

    adalah laju cahaya, dan

adalah panjang gelombangnya.

Selain energi partikel foton juga membawa momentum dan memiliki polarisasi. Foton mematuhi hukum mekanika kuantum, yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu. Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satu molekul tertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalam fisika teoretis sebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, seperti medan magnet dan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis. Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 oleh Albert Einsteinuntuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuan materi dan radiasi elektromagnetik untuk berada dalam kesetimbangan termal. Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini dengan model semiklasik, yang masih menggunakan persamaan Maxwell untuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembangan mekanika kuantum, percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikan hipotesis Einstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalah foton.

Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, seperti laser, kondensasi Bose-Einstein, teori medan kuantum dan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semua medan listrik dan medan magnet dan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik pada ruang-waktu. Sifat-sifat intrinsik foton seperti muatan listrik, massa dan spin ditentukan dari kesetangkupan gauge ini.

Konsep foton diterapkan dalam banyak area seperti fotokimia, mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsur komputer kuantum dan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik seperti kriptografi kuantum 

 UNTUK MENDOWNLOAD FULL LAPORAN INI (file doc.) KLIK DISINI via Mediafire

1. Nomenklatur

Foton awalnya dinamakan sebagai kuantum cahaya (das Lichtquant) oleh Albert Einstein. Nama modern "photon" berasal dari kata Bahasa Yunani untuk cahaya φῶς, ditransliterasi sebagai phôs, dan ditelurkan oleh kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, yang menerbitkan teori spekulatif yang menyebutkan foton sebagai "tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan". Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini, photon, segera diadopsi oleh kebanyakan fisikawan. Isaac Asimov menyebut Arthur Compton sebagai orang yang pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927.

Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunani gamma. Simbol ini kemungkinan berasal dari sinar gamma, yang ditemukan dan dinamakan oleh Villard, dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada 1914 oleh Ernest Rutherford dan Edward Andrade^[10]

Dalam kimia dan rekayasa optik, foton biasanya dilambangkan oleh , energi foton, adalah konstanta Planck dan abjad Yunani adalah frekuensi foton. Agak jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagai hf, f di sini melambangkan frekuensi.

2. sifat-sifat fisik

Diagram Feynman pertukaran foton virtual (dilambangkan oleh garis gelombang dan gamma, )

antara sebutir positron dan elektron.

Foton tidak bermassa, tidak memiliki muatan listrik, dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengan tiga parameter kontinu: komponen-komponen vektor gelombang, yang menentukan panjang gelombangnya () dan arah perambatannya. Foton adalah boson gauge untuk elektromagnetisme, dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya seperti bilangan lepton, bilangan baryon atau strangeness bernilai persis nol. Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel dan antipartikel bertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi. Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju (laju cahaya). Energinya dan momentumdihubungkan dalam persamaan , di mana merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa adalah ,                                           esuai dengan teori relativitas khusus.

B.    Radiasi Elektromagnetik

Metoda spektroskopi merupakan alat utama pada kimia modern untuk identifikasi struktur molekul. Pada kimia organik, metoda spektroskopi digunakan untuk menentukan dan mengkonfirmasi struktur molekul, untuk memantau reaksi dan untuk mengetahui kemurnian suatu senyawa. Metoda yang paling penting untuk kimia organik adalah spektroskopi resonansi magetik inti: spektroskopi ¹H dan ¹³C NMR, spektrometri massa, inframerah dan spektroskopi UV/Vis. Pada buku teks dalam bahasa German dan Inggris berikut ini, diberikan pengantar teori dan aplikasi dari metoda tersebut pada tingkat dasar.

Spektroskopi adalah studi mengenai antaraksi cahaya dengan atom dan molekul. Radiasi cahaya atau elektromagnetik dapat dianggap menyerupai gelombang. Diagram suatu gelombang yang ditandai dengan ciri yang penting dapat dilihat di bawah ini.

l = panjang gelombang: jarak yang ditempuh gelombang selama satu siklus  (m)

A= amplitudo gelombang: perpindahan maksimum dari poros horisontal (m).

¡= perioda: waktu untuk satu siklus sempurna.(s)

n= frekwensi osilasi : jumlah siklus dalam tiap detik(Hz)

Jika kita berbicara mengenai l, ¡, n, yang dimaksud adalah siklusnya, tetapi biasanya tidak digunakan. Hubungan antara panjang gelombang  (l) dan frekwensi (n) gelombang cahaya adalah

nl = c

dimana c adalah kecepatan cahaya (3,0 x 10⁸ m/s atau 3,0 x 10¹⁰ cm/s)

 Setelah peluruhan alfa dan beta, inti biasanya dalam keadaan tereksitasi. Seperti halnya atom, inti akan mencapai keadaan dasar (stabil) dengan memancarkan foton (gelombang elektromagnetik) yang dikenal dengan sinar gamma (γ). Dalam proses pemancaran ini, baik nomor atom atau nomor massa inti tidak berubah.

(^AX)* → ^AX +γ

Energi gelombang ini ditentukan oleh panjang gelombang )(λatau oleh frekuensinya (f) sesuai persamaan :

E = hn = hc/l

dengan h adalah tetapan plank yang besarnya 6,63 10^-34 Js.

Energi tiap foton adalah beda energi antara keadaan awal dan keadaan akhir inti, dikurangi dengan sejumlah koreksi kecil untuk energi pental inti. Energi ini berada pada kisaran 100 KeV hingga beberapa MeV. Inti dapat pula dieksitasi dari keadaan dasar ke keadaan eksitasi dengan menyerap foton dengan energi yang tepat. Gambar memperlihatkan suatu diagram tingkat energi yang khas dari keadaan eksitasi inti dan beberapa transisi sinar gamma yang dipancarkan. Wakto paro khas bagi tingkat eksitasi inti adalah 10^-9 hinga 10^-12 s.

Ada beberapa yang memiliki waktu paro lama (beberapa jam bahkan beberapa hari). Intiinti yang tereksitasi seperti ini dinamakan isomer dan keadaan tereksitasinya dikenal sebagai keadaan isomerik.

Dalam menghitung energi partikel alfa dan beta yang dipancarkan dalam peluruhan radioaktif di depan dianggap tidak ada sinar gamma yang dipancarkan. Jika ada sinar gamma yang dipancarkan, maka energi yang ada (Q) harus dibagi bersama antara partikel dengan sinar gamma.

RADIASI

Radiasi yang berasal dari alam dan bukan dari hasil aktivitas manusia disebut radiasi.Berdasarkan sumbernya, radiasi alam dikelompokkan ke dalam dua jenis, yaitu radiasi kosmik danradiasi yang berasal dari bahan radioaktif yang berada dalam kerak bumi. Radiasi kosmik terdiridari radiasi kosmik primer yang berasal dari luar angkasa dan masuk ke atmosfir bumi, dan radiasikosmik sekunder yang terjadi akibat interaksi antara radiasi kosmik primer dengan unsur-unsur diangkasa.Radiasi alam adalah radiasi yang ada di alam berupa radiasi kosmik dan radiasi yang berasal daribahan radioaktif yang ada dalam kerak bumi (radionuklida terestrial). Radiasi yang terpancar darinti atom akibat interaksi antara radiasi kosmik dengan inti atom yang ada di atmosfir bumi(radionuklida kosmogenik) adalah radiasi yang paling umum. Di sini akan dibahas radiasi yangberasal dari radiasi kosmik dan dari radionuklida terestriall.(Gambar  di baawah).

 Radiasi Kosmik

Radiasi kosmik terdiri dari radiasi berenergi tinggi yang berasal dari luar angkasa yang masuk keatmosfir bumi (radiasi kosmik primer), partikel sekunder dan gelombang elektromagnetik yangterjadi akibat interaksi radiasi kosmik primer dengan inti atom yang ada di atmosfir.

     Radiasi Kosmik Primer

Bagian terbesar dari radiasi kosmik primer adalah radiasi yang berasal dari sistem tata surya,terutama partikel yang berasal dari flare matahari seperti partikel proton (90 %) dan partikelalfa (10%). Selain itu, dalam jumlah yang kecil terdapat inti atom berat, elektron, foton, danneutrino.Besarnya fluks radiasi kosmik yang masuk ke bumi dipengaruhi oleh medan magnet bumidan aktivitas matahari. Di daerah pada garis lintang rendah, partikel berenergi rendahdibelokkan kembali ke angkasa, sehingga fluks radiasi kosmik pada daerah tersebut lebihrendah dari pada fluks di daerah pada garis lintang tinggi (efek posisi lintang). Partikel protonberenergi rendah dari radiasi primer menunjukkan fluktuasi dengan periode 11 tahun sesuaidengan aktivitas matahari (modulasi). Fluks partikel tersebut akan menjadi sangat kecil padasaat aktivitas matahari sangat tinggi, sebaliknya pada saat aktivitas matahari paling kecilfluksnya menjadi paling besar.

     Radiasi Kosmik Sekunder

Setelah memasuki atmosfir, radiasi kosmik primer akan mengalami berbagai reaksidengan inti atom yang ada di atmosfir dan menghasilkan partikel dan inti atom yang baru.Partikel radiasi kosmik berenergi tinggi mengalami reaksi inti yang disebut reaksi tumbukandengan inti atom udara dan menghasilkan materi hasil reaksi partikel sekunder seperti1/3neutron, proton, p meson, K meson dan lain-lain, serta inti He-3 (helium), Be-7 (berilium), Na-22 (natrium). Selanjutnya partikel proton, neutron, p meson berenergi tinggi bereaksi denganinti atom yang ada di udara, dan menghasilkan partikel sekunder lebih banyak (cascade).Kemudian p meson meluruh dan berubah menjadi muon atau foton dan menghasilkanpenggandaan jenis yang lain. Partikel yang terjadi disebut radiasi kosmik sekunder. Selain itu,H-3, Be-7, Na-22 adalah materi yang memancarkan radiasi. Materi ini disebut radionuklidakosmogenik dan dianggap berbeda dengan radiasi kosmik sekunder.Radiasi kosmik dapat sampai ke permukaan bumi dan mengionisasi udara. Besarnya ionisasiudara di sekitar permukaan laut sekitar 75% disebabkan oleh elektron yang lepas karenatumbukan muon, dan 15% disebabkan oleh elektron yang terjadi akibat peluruhan muon.Selain itu, neutron yang merupakan bagian dari radiasi kosmik memberikan dosis efektiftahunan sekitar 8% dari partikel yang dihasilkan karena ionisasi.Intensitas radiasi kosmik juga bervariasi bergantung pada ketinggian. Pada ketinggian 2.000m jumlah ionisai yang terjadi sekitar 2 kali jumlah ionisasi di permukaan laut, pada ketinggian5.000 m sekitar 10 kali, dan pada ketinggian 10.000 m sekitar 100 kali.

Radiasi dari Radionuklida alam

Dari seluruh radionuklida yang ada di bumi, sebagian besar merupakan inti atom yang ada di kerakbumi sejak bumi terbentuk (radiasi primordial). Selain itu terdapat inti yang terjadi dari interaksiantara radiasi kosmik dengan inti atom yang ada di udara, bahan radioaktif akibat peluruhanspontan atau akibat interaksi dengan neutron dari radiasi kosmik, dan radionuklida yang pernahada tetapi saat ini sudah musnah karena umur paronya pendek. Jumlah inti yang musnah ini tidakbegitu banyak. Di bawah ini akan dijelaskan radiasi yang dipancarkan oleh radionuklida terrestrial yang ada sejak terbentuknya bumi.

     Radiasi dari radionuklida primordial

Terdapat tiga jenis radionuklida primordial utama yaitu kalium-40 (K-40 umur paro 1,25 milyartahun), Th-232 (umur paro 14 milyar tahun) yang merupakan inti awal deret thorium, dan U-238 (umur paro 4,5 milyar tahun) yang merupakan inti awal deret uranium. Radionuklidadalam deret uranium maupun thorium mengalami peluruhan a, b maupun g. K-40 mengalamipeluruhan b berubah menjadi Ca-40 dan Ar-40 dengan memancarkan radiasi b dan g.Radionuklida ini ada dalam hampir semua materi seperti kerak bumi, bebatuan, lapisan tanah,air laut, bahan bangunan dan tubuh manusia dengan kadar yang berbeda-beda. Secaraumum batuan dari gunung berapi memiliki kadar radionuklida yang lebih tinggi dari padabatuan endapan. Jadi, kerapatan radionuklida berbeda-beda bergantung kepada jenis tanahdan unsur pembentuknya, dan ini adalah penyebab utama adanya perbedaan dosis radiasidari suatu tempat dengan lainnya.Di dalam deret uranium dan thorium terdapat gas mulia Rn-222 dan Rn-220 (radon).

Sebagian dari gas yang muncul/terjadi dalam deret peluruhan ini akan keluar dari lapisantanah atau bahan bangunan. Partikel inti hasil peluruhan dapat menempel pada aerosol diudara dan mengubah aerosol itu menjadi aerosol radioaktif alam. Paparan radiasi (dosisefektif) akibat menghirup aerosol radioaktif merupakan komponen terbesar di antara radiasialam. Di dalam bangunan yang terbuat dari batuan yang kerapatan materi radioaktifnya tinggi,kerapatan aerosol radioaktif di udara juga tinggi; dan karenanya dosis radiasi pada system 2/3pernafasan juga meningkat maka kerapatan dan dinamika Rn dan hasil peluruhannya diudara dalam ruangan menjadi suatu masalah.

Paparan radiasi dari radionuklida di luar ruangan ditentukan oleh kerapatan radionuklida didalam lapisan tanah di tempat itu, sedangkan di dalam ruangan, faktor penentunya adalahkerapatan radionuklida di dalam bahan bangunan dan efek kungkungan. Di luar ruangan, lajudosis rata-rata akibat menghirup udara (1 m di atas tanah) di Jepang adalah 49 nGy/jam(terkecil 5, terbesar 100), hampir sama dengan nilai rata-rata dunia (55 nGy/jam). Datapengukuran di 23 negara termasuk Austria dan Denmark menunjukkan nilai rata-rata 24 ~ 85nGy/jam, dan nilai rata-rata di satu negara sangat berbeda dengan di negara lain. Daridaerah-daerah tersebut ada sebagian wilayah yang laju dosisnya sangat tinggi, misalnya diwilayah Kerala (India) yang banyak mengandung monasit (150 ~ 1000 nGy/jam), dan wilayah

Karabari di Brazil (130 ~ 1200 nGy/jam).

GAMBAR:

Gambar 1. Radiasi alam dan sumbernya

C.      Tenaga dan Spektrum Elektromagnetik

Cahaya yang dapat dilukiskan sebagai gelombang osilasi dapat juga dianggap sebagai aliran paket energi atau partikel yang bergerak dengan kecepatan tinggi (3 x 10¹⁰ cm/s). Paket energi ini disebut foton (E) teori partikel melalui persamaan Planck.

E=hn

dimana h adalah tetapan Planck, suatu faktor kesebandingan yang nilainya 6,63 x 10^-34 joule sekon (Js). Bilangan gelombang, n adalah ciri gelombang yang berbanding lurus dengan energi dan didefinisikan sebagai jumlah gelombang persentimeter.

n = 1/l

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang membawa energi dalam bentuk paket-paket yang disebut foton. Jika sinar gamma masuk ke dalam suatu bahan, juga mengahsilkan ionisasi, hanya saja ionisasi yang dihasilkan sebagian besar melalui proses ionisasi sekunder. Jadi, jinar gamma berinteraksi dengan materi hanya beberapa pasang ion primer saja yang terbentuk. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak dibandingkan yang terbentuk pada proses ionisasi primer.

Apabila sinar gamma (gelombang elektromagnetik) memasuki perisai, maka intensitas radiasi saja yang akan berkurang, sedangkan energi tetap tidak berubah.

I = I₀e^-µd

Dengan Io adalah intensitas mula-mula, I Intensitas yang diteruskan, d adalah ketebalan bahan perisasi dan μ adalah koefisien serapan linier bahan perisai. Karena μd tidak memiliki satuan, maka satuan μ dan d menyesuaikan. Jika d dalam cm, maka μ dalam 1/cm. Nilai μ untuk setiap bahan sangat bergantung pada nomor atom bahan dan juga pada radiasi gamma. Untuk beberapa tujuan tertentu, seringkali tabel bahan perisai tidak dinyatakan dalam tebal linier dengan satuan panjang, tetapi dinyatakan dalam tebal kerapatan (gr/cm²). Jika besaran itu yang dipakai maka koefisien serapan bahan dinyatakan dalam koefisiem serapan massa μ_m dengan satuan cm²/gr. Hubungan keduanya dinyatakan dalam:

µ (cm^-1) = µ_m (cm²/gr) x ρ (gr/cm³)

Selain kedua koefisien serapan tersebut, juga digunakan koefisien serapan atomik (μ_a), yaitu fraksi berkas radiasi gamma yang diserap oleh atom . Koefisien serapan atomik dirumuskan

µa (cm2/atom) =

Dengan N adalah jumlah atom penyerap per cm³. Koefisien serapan atomik ini selalu menunjukkan tampang lintang (cross section) dengan satuan barn. Koefisien serapan atomik seringkali disebut microscopic cross section (σ), sedangkan koefisien serapan linier sering dikenal dengan istilah macroscopic cross section (). Σ=σNSedangkan nilai tebal paro atau half value thickness (HVT) adalah tebal bahan perisai yang diperlukan radiasi gelombang elektromagnetik untuk mengurangi intensitas radiasinya, sehingga tinggal setengah dari semula. Dilihat dari daya tembusnya, radiasi gamma memiliki daya tembus paling kuat dibandingkan dengan radiasi partikel yang dipancarkan inti radioaktif lainnya. Sebaliknya, daya ionisasinya paling lemah. Karena sinar gamma termasuk gelombang elektromagnetik, maka kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya.

D.      Interaksi Radiasi Elektromagnetik dengan Materi

Suatu molekul mempunyai energi dalam yang dapat dibagi menjadi tiga kelompok. Pertama, molekul dapat ada dalam rotasi pada bermacam-macam sumbu, dan mempunyai sejumlah tertentu energi rotasi. Ke dua, atom atau sekolompok  atom dalam molekul, dapat ada dalam vibrasi, yaitu gerakan berkala terhadap satu sama lain pada kedudukan keseimbangannya, memberikan energi vibrasi kepada molekul. Akhirnya suatu molekul mempunyai energi elektronik, yang kita maksudkan energi potensial sehubungan dengan distribusi muatan-muatan listrik negatif (elektron) mengelilingi inti, bermuatan positif dari atom.

E_dalam= E_elekt    + E_vib       + E_rot

Radiasi adalah pancaran energi yang berasal dari proses transformasi atom atau inti atom yang tidak stabil. Ketidak-stabilan atom dan inti atom mungkin memang sudah alamiah atau buatan manusia, oleh karena itu ada sumber radiasi alam dan sumber radiasi buatan. Sumber radiasi itu sendiri dapat dibedakan menjadi sumber yang berupa zat radioaktif dan sumber yang berupa mesin, seperti pesawat sinar-X, akselerator, maupun reaktor nuklir. Ketika radiasi nuklir mengenai materi, ada tiga kemungkinan yang dapat terjadi, yaitu radiasi akan dibelokkan, diserap (berinteraksi) atau diteruskan.

Secara umum, interaksi radiasi dapat dibedakan menjadi tiga jenis interaksi, yaitu interaksi radiasi partikel bermuatan (yaitu alpha dan beta), radiasi partikel yang tidak bermuatan (neutron) dan yang terakhir adalah radaisi gelombang elektromagnetik/foton (yaitu radiasi gamma dan sinar-x). Karena ketiga jenis radiasi ini memiliki karakteristik yang berbeda, maka interaksi yang terjadi pun akan berbeda.

Radiasi ini merupakan pancaran energi dalam bentuk partikel yangbermuatan listrik. Beberapa jenisnya adalah radiasi alpha dan beta yangdipancarkan oleh zat radioaktif (inti atom yang tidak stabil), serta radiasielektron dan proton yang dihasilkan oleh mesin berkas elektron ataupun akselerator.

·       Alpha

Partikel alpha terdiri dari dua buah proton dan dua buah neutron, identic dengan inti atom Helium, serta mempunyai muatan listrik positif sebesar 2muatan elementer. Radiasi alpha dipancarkan oleh zat radioaktif, atau dariinti ataom yang tidak stabil. Jumlah proton dan jumlah neutron di dalaminti atom yang memancarkan radiasi alpha akan berkurang dua.

Proteksi Radiasi.

Gambar 1: proses peluruhan alpha

·       Beta

Terdapat dua jenis radiasi beta yaitu beta positif dan beta negatif. Betanegatif identik dengan elektron, baik massa maupun muatan listriknyasedangkan beta positif identik dengan positron (elektron yang bermuatanpositif). Elektron mempunyai massa yang sangat ringan bila dibandingkandengan partikel nukleonik lainnya, sedangkan muatannya sebesar satu muatan elementer.

Gambar 2: proses peluruhan beta

Radiasi beta dipancarkan oleh zat radioaktif atau inti atom yang tidakstabil. Ketika memancarkan radiasi beta negatif, di dalam inti atomnyaterjadi transformasi neutron menjadi proton, sebaliknya pada saatmemancarkan beta positif terjadi transformasi proton menjadi neutron.Proteksi Radiasi

·       Electron

Radiasi elektron mempunyai sifat yang sama dengan radiasi beta negatif,yang membedakan adalah asalnya. Partikel beta berasal dari inti atomsedangkan elektron berasal dari atom. Radiasi elektron dapat berasal darizat radioaktif yang meluruh dengan cara “internal conversion” atau darimesin berkas elektron (akselerator).

·       Proton

Radiasi proton merupakan pancaran proton yang mempunyai massa 1sma (satuan massa atom) dan mempunyai muatan positif sebesar satumuatan elementer. Radiasi proton ihasilkan dari akselerator proton.

Interaksi radiasi partikel bermuatan

Ada tiga kemungkinan interaksi radiasi yang dapat terjadi ketika suatu partikel bermuatan mengenai materi, yaitu ionisasi, eksitasi dan brehmstrahlung. Ketika menumbuk suatu materi, radiasi alpha yang memiliki massa dan muatan yang relatif besar, cenderung melakukan proses ionisasi, sedangkan radiasi partikel yang lebih kecil seperti beta, elektron, atau proton dapat melakukan ketiganya.Selain ketiga reaksi tersebut diatas, ada interaksi lain yang dapat terjadi, yaitu reaksi inti yang probabilitas kejadiannya jauh lebih kecil dibandingkan interaksi lainnya. Contoh reaksi inti yang dapat terjadi adalah proses aktivasi inti, yaitu proses pembuatan inti atom baru dengan menggunakan alat pemercepat proton yang disebut akselerator.

v Proses ionisasi

Ketika partikel bermuatan melalui suatu materi, partikel tersebut akan berinteraksi dengan atom-atom penyusun materi dan menyebabkan beberapa elektron terlepas dari lintasannya karena adanya gaya tarik Coulomb. Proses terlepasnya elektron dari suatu atom disebut sebagai proses ionisasi. Setelah proses ionisasi, atom yang mula-mula netral menjadi  bermuatan (ion) positif.

Setelah melakukan proses ionisasi energi radiasi yang datang akan mengalami pengurangan (terdapat selisih energi). Ini dikarenakan adanya transfer energi dari radiasi kepada elektron , sehingga elektron memiliki energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari atom. Jika energi radiasi akhir masih cukup banyak, proses ioniasasi dapat terjadi lagi, terus-menerus hingga energi radiasinya habis.Elektron yang terlepas dari atom (disebut ion negatif) akan menjadi elektron bebas yang tidak  memiliki energi kinetik dan bebas bergerak secara random (acak) di dalam medium.

v Proses eksitasi

Sepintas proses eksitasi mirip dengan proses ionisasi. Akan tetapi, pada proses eksitasi elektron tidak sampai terlepas dari atom.Proses eksitasi adalah peristiwa “loncatnya” (tidak sampai lepas) electron dari orbit yang dalam ke orbit yang lebih luar karena gaya tarik atau gayatolak radiasi partikel bermuatan. Atom yang mengalami eksitasi ini disebutdalam keadaan tereksitasi (excited state) dan akan kembali kekeadaandasar (ground state) dengan memancarkan radiasi sinar-X. Elektron hanya berpindah ke lintasan yang lebih luar (energi lintasannya lebih besar). Setelah terjadi proses eksitasi, atom tersebut berubah menjadi atom yang tereksitasi.

Sebagaimana pada proses ionisasi, energi radiasi yang datang akan berkurang setelah melakukan proses eksitasi. Ini terjadi karena radiasi mentransfer sebagian (atau seluruh) energinya kepada elektron, sehingga elektron memiliki energi yang cukup untuk berpindah lintasan. Proses eksitasi juga dapat berlangsung berulang kali hingga energi radiasinya habis.Atom yang berada dalam keadaan tereksitasi ini akan kembali ke keadaan dasarnya (ground state) dengan melakukan transisi elektron. Salah satu elektron yang berada di lintasan luar akan berpindah mengisi kekosongan di lintasan yang lebih dalam sambil memancarkan radiasi sinar-x karakteristik. Energi sinar-x karakteristik yang dipancarkan dalam peristiwa ini setara dengan selisih energi antara lintasan sebelum dan sesudah transisi.

v Proses Brehmstrahlung

Proses ini lebih dominan terjadi pada interaksi radiasi beta dan elektron karena massa dan muatan partikel beta relatif lebih kecil sehingga kurang diserap oleh materi dan daya tembusnya lebih tinggi dibandingkan partikel alpha.Proses Brehmsstrahlung adalah peristiwa dibelokkannya atau bahkandipantulkannya radiasi partikel bermuatan oleh inti atom dari bahan. Ketikaradiasi tersebut dibelokkan atau dipantulkan maka akan timbul perubahanmomentum sehingga terjadi pemancaran energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang disebut sebagai Brehmsstrahlung.

Karena adanya gaya elektrostatik, radiasi beta atau elektron yang bergerak melewati inti akan dibelokkan. Perubahan arah gerak ini menyebabkan adanya perubahan momentum yang kemudian akan menghasilkan pancaran energi gelombang elektromagnetik (foton). Foton yang muncul pada proses ini disebut sebagai sinar-x brehmsstrahlung (bedakan dengan sinar-x karakteristik yang dihasilkan oleh transisi elektron).

Berbeda dengan energi radiasi sinar-x karakteristik yang hanya dipengaruhi oleh selisih tingkat energi lintasan, tingkat energi radiasi sinar-x brehmsstrahlung ini dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu energi radiasi yang mengenai atom, nomor atom (jumlah proton) inti dan sudut pembelokannya.

v Reaksi Inti

Dalam peristiwa ini, radiasi partikel bermuatan berhasil “masuk” dan ditangkap oleh inti atom bahan, sehingga inti atom bahan akan berubah,mungkin menjadi inti atom yang tidak stabil. Fenomena ini disebut sebagaiproses aktivasi. Akan tetapi ada juga yang hanya sekedar bereaksi tanpamenghasilkan inti yang tidak stabil seperti reaksi partikel alpha bilamengenai bahan Berilium akan menghasilkan unsur Lithium dan radiasineutron.

α + Be        Li + n

Berbeda dengan tiga peristiwa di atas, peristiwa reaksi inti ini tidak terjadipada semua jenis materi.

v Interaksi radiasi yang tidakbermuatan(neutron)

 Radiasi ini merupakan pancaran energi dalam bentuk partikel neutron yangtidak bermuatan listrik dan mempunyai massa 1 sma (satuan massa atom).Radiasi ini lebih banyak dihasilkan bukan oleh inti atom yang tidak stabil(radioisotop) melainkan oleh proses reaksi inti seperti contoh sumber diatas ataupun reaksi fisi di reaktor nuklir. Neutron mempunyai massa yang hampir sama dengan proton dan tidak bermuatan. Neutron ratusan kali lebih besar dari elektron, tetapi ukurannya 1/4 kali ukuran alpha. Karena itulah mengapa neutron sangat sulit dihentikan dan memiliki daya jangkau yang besar.Ada 5 reaksi yang terjadi ketika sebuah neutron berinteraksi dengan inti. 2 reaksi yang pertama dikenal sebagai hamburan neutron, dimana neutron tetap muncul diakhir proses. Sedangkan interaksi yang terakhir dikenal dengan sebutan penyerapan neutron. Pada interaksi ini, inti menyerap neutron dan menghasilkan sesuatu yang lain. Berbeda.

v Tumbukan

Neutron merupakan partikel yang memiliki massa namun tidak bermuatan listrik, sehingga interaksi neutron dengan materi lebih banyak bersifat mekanik, yakni tumbukan antara neutron dengan atom (inti atom) materi, baik secara elakstik maupun tak elastik. Setiap tumbukan dengan materi akan menyerap energi neutron, sehingga setelah beberapa kali tumbukan energi neutron akan habis dan proses tumbukan pun berhenti. Jika energi neutron sudah sangat rendah, ada kemungkinan untuk terjadinya reaksi penangkapan neutron oleh inti atom bahan penyerap.

v Tumbukan elastic

Tumbukan elastik adalah tumbukan di mana total energi kinetik partikelpartikelsebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah.Pada tumbukan elastik, tidak ada energi yang ditransfer dari neutron kepada inti target yang dapat menyebabkan suatu keadaan eksitasi. Pada tumbukan elastik berlaku hukum kekekalan momentum dan energi kinetik (momentum atau energi kinetik sistem sebelum dan sesudah interaksi adalah sama), meskipun biasanya akan ada energi kinetik yang diberikan neutron kepada inti target. Sebagian energi neutron yang diberikan kepada inti atom target menyebabkan inti atom target terpental sedangkan neutronnya akan dibelokkan atau dihamburkan.

Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai massa yang sama, atau setidaknya hampir sama dengan massa neutron (misalnya atom hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom tersebut cukup besar.

v Tumbukan tak elastik

Pada tumbukan tak elastik, neutron akan diserap oleh inti atom target yang kemudian membentuk inti atom majemuk. Inti majemuk ini kemudian akan memancarkan neutron dengan energi  kinetik rendah dan meninggalkan inti atom dalam keadaan eksitasi. Agar dapat kembali ke keadaan groundstate, inti akan mengeluarkan kelebihan energi yang dimilikinya dalam bentuk radiasi gamma. Jumlah energi kinetik neutron yang dihamburkan, inti atom target dan gamma yang diemisikan akan sama dengan jumlah energi kinetik neutron sebelum tumbukan.

 Dalam peristiwa ini, energi neutron yang diberikan ke atom yangditumbuknya tidak terlalu besar sehingga setelah tumbukan, energy neutron tidak banyak berkurang. Oleh karena itu, bahan yangmengandung atom-atom dengan nomor atom besar tidak efektif sebagai penahan radiasi neutron.

v Penyerapan/penangkapan neutron

Pada penyerapan neutron oleh suatu inti atom tidak ada neutron yang dihasilkan pada akhir proses, sebagai gantinya akan dihasilkan partikel bermuatan atau gamma. Jika inti atom yang dihasilkan adalah radioaktif, maka radiasi tambahan akan dihasilkan beberapa saat kemudian.

v Transmutasi

Bila energi neutron sudah sangat rendah (atau biasa disebut sebagai neutron termal, En < 0,025 eV), maka ada kemungkinan neutron tersebut akan ’ditangkap’ oleh inti atom bahan penyerap sehingga akan terbentuk inti atom baru karena penambahan neutron. Inti atom yang terbentuk ini umumnya tidak stabil (radioaktif) yang memancarkan radiasi (alpha, beta atau gamma). Peristiwa ini disebut sebagai aktivasi neutron, yaitu suatu proses yang dilakukan untuk mengubah bahan/materi yang tadinya bersifat stabil menajdi bahan/materi yang radioaktif.

Isotop B¹⁰ dari unsur Boron merupakan inti atom yang stabil. Ketika sebuah neutron termal mengenai isotop ini, maka akan terjadi proses aktivasi yang akan mengubah B¹⁰ menjadi radioisotop (B¹¹)^*  yang tidak stabil. Inti ini kemudian dengan cepat berubah menjadi Li⁷ yang stabil sambil memancarkan radiasi alpha. Selain oleh neutron, proses reaksi inti seperti ini juga dapat disebabkan oleh partikel bermuatan seperti proton, tetapi dengan energi yang sangat tinggi. Proses aktivasi ini biasanya dimanfaatkan untuk memproduksi radioisotop.

v Penangkapan Radiasi

Interaksi ini merupakan reaksi nuklir yang  paling umum terjadi. Pada interaksi ini, sebuah neutron akan diserap oleh inti atom target yang kemudian membentuk inti atom majemuk dalam keadaan eksitasi. Inti majemuk ini kemudian akan memancarkan radiasi gamma dan kembali ke keadaan dasarnya (ground state). Pada reaksi ini inti atom yang dihasilkan merupakan isotop dari inti atom target, dan ada kenaikan nomor massa sebesar satu.

v Fisi

Salah satu interaksi neutron yang paling penting adalah reaksi fisi yang berlangsung di dalam reaktor. Pada reaksi ini, inti atom yang menyerap neutron akan menjadi sangat tidak stabil sehingga membelah menjadi dua inti baru sambil melepaskan sejumlah besar energi. Contoh reaksi ini adalah reaksi pembelahan inti atom uranium-235 yang berlangsung di dalam PLTN.

Interaksi radiasi gelombang elektromagnetik

Gamma dan sinar-x termasuk ke dalam kelompok radiasi elektromagnetik. Tidak seperti gelombang radio dan cahaya tampak, gamma dan sinar-x memiliki panjang gelombang yang lebih pendek (atau frekuensi yang lebih tinggi) sehingga memiliki energi yang jauh lebih tinggi.Radiasi gamma dipancarkan oleh inti atom yang dalam keadaantereksitasi (bedakan dengan atom yang tereksitasi). Setelahmemancarkan radiasi gamma, inti atom tidak mengalami perubahan baikjumlah proton maupun jumlah neutron.

Gambar : proses peluruhan gamma

Sedangkan sinar X, dikenal dua jenis sinar-X yaitu yang dihasilkan oleh atom dalam keadaan tereksitasi (sinar-X karakteristik) dan yang dihasilkan olehproses interaksi radiasi partikel bermuatan (brehmsstrahlung).

produksi sinar-X karakteristik

Perbedaan kedua jenis sinar-X di atas, selain asal terjadinya, adalahbentuk spektrum energinya. Sinar-X karakteristik bersifat “discreet” padaenergi tertentu sesuai dengan jenis unsurnya, sedangkanbrehmsstrahlung bersifat kontinyu.

 Sementara radiasi alpha dan beta memiliki daya jangkau maksimum yang terbatas, foton berinteraksi secara probabilistik sehingga daya jangkau maksimum sebuah foton bisa sangat bervariasi (tidak pasti). Meskipun demikian, fraksi total foton yang diserap oleh bahan berkurang secara eksponensial dengan ketebalan bahan. Ada tiga mekanisme bagaimana gamma dan sinar-x berinteraksi dengan materi, yaitu efek fotolistrik, hambran Compton dan produksi pasangan. Radiasi gamma memiliki bahaya eksternal karena radiasi ini memberikan energinya jauh lebih banyak dan lebih jauh bila dibandingkan dengan radiasi alpha dan beta.

Efek fotolistrik

 Efek foto listrik adalah peristiwa diserapnya energi foton seluruhnya oleh elektron yang terikat kuat oleh suatu atom sehingga elektron tersebut terlepas dari ikatan atom. Elektron yang terlepas dinamakan fotoelektron. Pada proses efek fotolistik, radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yang datang mengenai atom, seolah-olah ’menumbuk” salah satu elektron orbital dan memberikan seluruh energinya. Jika energi foton yang diberikan lebih besar dari energi ikat elektron, maka elektron tersebut dapat terlepas dari atom dan menghasilkan ion. Elektron yang terlepas (atau biasa disebut fotoelektron) dapat menyebabkan peristiwa ionisasi sekunder pada atom sekitarnya dengan cara yang mirip dengan yang dilakukan beta. Efek fotolistrik sangat mungkin terjadi jika foton memiliki energi yang rendah (antara 0,01 MeV hingga 0,5 MeV) dan materi memiliki massa besar (nomor atom besar). Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z = 82) daripada tembaga (Z = 29).Energi foton yang datang sebagian besar berpindah ke elektron fotolistrik dalam bentuk energi kinetik elektron dan sebagian lagi digunakan untuk melawan energi ikat elektron (W₀).

Hamburan Compton

Peristiwa hamburan Compton sebenarnya tidak berbeda jauh dengan efek fotolistrik. Akan tetapi, pada hamburan Compton tidak semua energi foton diberikan kepada elektron, melainkan hanya sebagian saja, sisa energi foton masih berupa gelombang elektromagnetik (foton) yang dihamburkan.  Foton yang dihamburkan ini akan terus berinteraksi dengan elektron lain sampai energinya habis dan elektron yang dihasilkan (fotoelektron) akan menyebabkan proses ionisasi sekunder.

Hamburan Compton terjadi apabila foton dengan energi hf berinteraksi dengan elektron bebas atau elektron yang tidak terikat dengan kuat oleh inti, yaitu elektron terluar dari atom. Elektron itu dilepaskan dari ikatan inti dan bergerak dengan energi kinetik tertentu disertai foton lain dengan energi lebih rendah dibandingkan foton datang. Foton lain ini dinamakan foton hamburan. Kemungkinan terjadinya hamburan Compton berkurang bila energi foton yang datang bertambah dan bila Z bertambah. Dalam hamburan Compton ini, energi foton yang datang yang diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton hamburan.

Pada hamburan Compton, foton dengan energi hλ_I berinteraksi dengan elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hλ_odihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi kinetik elektron (E_e) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar.

E_e = hλ_i– hλ_o

Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi sedang (Hamburan foton penting untuk radiasi elektromagnetik dengan energi 200 keV hingga 5 MeV dalam sebagian besar unsur-unsur ringan. ) dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa (Z) yang rendah.

Produksi pasangan

Ketika berada di daerah medan inti sebuah atom, foton dapat mengalami konversi (lenyap) menjadi postron yang bermuatan positif dan elektorn yang bermuatan negatif. Dengan menggunakan persamaan konversi energi menjadi massa (E=mc²), elektron dan positron yang dihasilkan akan memiliki energi yang setara dengan 0,511 MeV. Oleh karena itu hanya foton berenergi besar saja (>1,02 MeV) yang dapat menghasilkan pasangan elektron-psoitron. Setiap kelebihan energi diatas 1,02 MeV akan diberikan pada partikel dalam bentuk energi kinetik. (Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV).Elektron yang dihasilkan akan berinteraksi dengan atom sekitar dan menyebabkan terjadinya ionisasi, sedangkan positron akan menemukan sebuah elektron bebas dan kedua partikel ini akan saling menghilangkan (interaksi positron), dan menghasilkan energi.

Peristiwa ini menunjukkan kesetaraan antara massa dengan energy sebagaimana diperkenalkan pertama kali oleh Einstein. Bila sebuah fotonyang mengenai materi berhasil “masuk” sampai ke daerah medan inti(nuclear field) dan mempunyai energi lebih besar dari 1,022 MeV makafoton tersebut akan diserap habis dan akan dipancarkan pasanganelektron – positron.Positron adalah anti partikel dari elektron, yangmempunyai karakteristik sama dengan elektron tetapi bermuatan positif.

Produksi pasangan terjadi karena interaksi antara foton dengan medan listrik dalam inti atom berat. Jika interaksi itu terjadi, maka foton akan lenyap dan sebagai gantinya akan timbul sepasang elektron-positron. Karena massa diam elektron ekivalen dengan energi 0,51 MeV, maka produksi pasangan hanya dapat terjadi pada energi foton ≥ 1,02 MeV (2m_ec²). Kedua partikel ini akan kehilangan energinya melalui proses ionisasi atom bahan. Positron yang terbentuk juga bisa bergabung dengan elektron melalui suatu proses yang dinamakn annihiliasi.

Interaksi tidak langsung

Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik (foton) yang telah disebutkan di atas, terlihat bahwa semua interaksi akan menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau positron) yang berenergi tinggi. Elektron atau positron yang berenergi tersebut dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung.