I. PENDAHULUAN
Benarkah
bahwa di sekitar kita ternyata banyak sekali terdapat radiasi ?
Disadari ataupun tanpa disadari ternyata disekitar kita baik dirumah, di
kantor, dipasar, dilapangan, maupun ditempat-tempat umum lainnya
ternyata banyak sekali radiasi. Yang perlu diketahui selanjutnya adalah
sejauh mana radiasi tersebut dapat berpengaruh buruk terhadap kesehatan
kita.
Radiasi
dalam istilah fisika, pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi
dari sumber energi ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Beberapa
contohnya adalah perambatan panas, perambatan cahaya, dan perambatan
gelombang radio. Selain radiasi, energi dapat juga dipindahkan dengan
cara konduksi, kohesi, dan konveksi. Dalam istilah sehari-hari radiasi
selalu diaso-siasikan sebagai radioaktif sebagai sumber radiasi pengion.
II. PENGERTIAN RADIASI
Radiasi
adalah pancaran energi melalui suatu materi atau ruang dalam bentuk
panas, partikel atau gelombang elektromagnetik/cahaya (foton) dari
sumber radiasi. Ada beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar
kehidupan kita, contohnya adalah televisi, lampu penerangan, alat
pemanas makanan (microwave oven), komputer, dan lain-lain. Selain
benda-benda tersebut ada sumber-sumber radiasi yang bersifat unsur
alamiah dan berada di udara, di dalam air atau berada di dalam lapisan
bumi. Beberapa di antaranya adalah Uranium dan Thorium di dalam lapisan
bumi; Karbon dan Radon di udara serta Tritium dan Deuterium yang ada di
dalam air.
Radiasi dalam bentuk partikel adalah jenis radiasi yang mempunyai massa terukur.
Sebagai contoh adalah radiasi alpha dengan simbol:
2α4
angka
4 pada simbol radiasi menunjukkan jumlah massa dari radiasi tersebut
adalah 4 satuan massa atom (sma) dan angka 2 menunjukkan jumlah muatan
radiasi tersebut adalah positif 2, serta radiasi beta dengan simbol:
-1β0
menunjukkan
bahwa jumlah massa dari jenis radiasi tersebut adalah 0 dan jumlah
muatannya adalah 1 negatif, sedangkan radiasi neutron dengan simbol:
1η0
menunjukkan bahwa jumlah massa dari neutron adalah 1 sma dan jumlah
muatannya adalah 0. Radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau
disebut juga dengan foton adalah jenis radiasi yang tidak mempunyai
massa dan muatan listrik. Misalnya adalah gamma dan sinar-X, dan juga
termasuk radiasi tampak seperti sinar lampu, sinar matahari, gelombang
microwave, radar dan handphone.
III. SIFAT RADIASI
Ada
dua macam sifat radiasi yang dapat digunakan untuk mengetahui
keberadaan sumber radiasi pada suatu tempat atau bahan, yaitu sebagai
berikut :
· Radiasi
tidak dapat dideteksi oleh indra manusia, sehingga untuk mengenalinya
diperlukan suatu alat bantu pendeteksi yang disebut dengan detektor
radiasi. Ada beberapa jenis detektor yang secara spesifik mempunyai
kemampuan untuk melacak keberadaan jenis radiasi tertentu yaitu detektor
alpha, detektor gamma, detektor neutron, dll.
· Radiasi dapat berinteraksi dengan materi yang dilaluinya melalui proses ionisasi, eksitasi dan lain-lain. Dengan menggunakan sifat-sifat tersebut kemudian digunakan sebagai dasar untuk membuat detektor radiasi.
Gb. 1 Macam-macam alat pengukur radiasi (dositometer)
IV. JENIS RADIASI
Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi non-pengion.
o Radiasi Pengion
Radiasi
pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi
(terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan
materi. Yang termasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha,
partikel beta, sinar gamma, sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi
memiliki karakteristik khusus. Yang termasuk radiasi pengion adalah
partikel alfa (α), partikel beta (β), sinar gamma (γ), sinar-X, partikel
neutron.
o Radiasi Non Pengion
Radiasi
non-pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek
ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non-pengion
tersebut berada di sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis
radiasi non-pengion antara lain adalah gelombang radio (yang membawa
informasi dan hiburan melalui radio dan televisi); gelombang mikro (yang
digunakan dalam microwave oven dan transmisi seluler handphone); sinar
inframerah (yang memberikan energi dalam bentuk panas); cahaya tampak
(yang bisa kita lihat); sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).
V. SUMBER RADIASI
Ada macam-macam sumber radiasi yang dapat dibedakan pada garis besarnya menjaadi :
a. Sumber Radiasi Alam
Radiasi
alam dapat berasal dari sinar kosmos, sinar gamma dari kulit bumi,
hasil peluruhan radon dan thorium di udara, serta berbagai radionuklida
yang terdapat dalam bahan makanan. Di
beberapa negara seperti India, Brazil dan Perancis terdapat daerah yang
memiliki radioaktivitas alam yang lebih tinggi dibandingkan dengan di
negara lain.
b. Sumber Radiasi Buatan
Radiasi
buatan adalah radiasi yang timbul karena atau berhubungan dengan
kegiatan manusia; seperti penyinaran di bidang medic, jatuhan
radioaktif, radiasi yang diperoleh pekerja radiasi di fasilitas nuklir,
radiasi yang berasal dari kegiatan di bidang industri : radiografi,
logging, pabrik lampu, dsb.
VI. INTERAKSI RADIASI DENGAN SUATU MATERI
Radiasi
apabila menumbuk suatu materi maka akan terjadi interaksi yang akan
menimbulkan berbagai efek. Efek-efek radiasi ini bergantung pada jenis
radiasi, energi dan juga bergantung pada jenis materi yang ditumbuk. Pada umumnya radiasi dapat menyebabkan proses ionisasi dan atau proses eksitasi ketika melewati materi yang ditumbuknya.
IONISASI
Ionisasi
bisa terjadi pada saat radiasi berinteraksi dengan atom materi yang
dilewatinya. Radiasi yang dapat menyebabkan terjadinya ionisasi disebut
radiasi pengion. Termasuk dalam katagori radiasi pengion ini adalah
partikel alpha, partikel beta, sinar gamma, sinar-X dan neutron. Pada
saat menembus materi, radiasi pengion dapat menumbuk elektron orbit
sehingga elektron terlepas dari atom. Akibatnya timbul pasangan ion
positif dan ion negatif.
Menurut
sifat kejadiannya, ionisasi dikelompokkan ke dalam ionisasi-langsung
dan ionisasi- tak-langsung. Ionisasi-langsung terjadi jika radiasi
menyebabkan ionisasi pada saat itu juga ketika berinteraksi dengan atom
materi, dan proses ini bisa disebabkan oleh partikel bermuatan listrik
seperti alpha dan beta. Berbeda dengan yang terjadi pada interaksi
partikel bermuatan, interaksi radiasi yang berupa gelombang
elektromagnetik (sinar gamma atau sinar-X) ataupun partikel yang tidak
bermuatan listrik (neutron) tidak secara langsung menimbulkan ionisasi.
Partikel yang dihasilkan dalam interaksi yang pertama ini kemudian
menyebabkan terjadinya ionisasi. Proses seperti ini dikenal sebagai
ionisasi-tak-langsung.
EKSITASI
Apabila
radiasi yang berinteraksi dengan atom tidak cukup energinya untuk
menghasilkan ionisasi langsung, maka dapat mengakibatkan suatu elektron
orbit tertentu berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi, atau ke
keadaan tereksitasi. Energi eksitasi tersebut akan dilepaskan kembali
dalam bentuk radiasi elektromagnetis, pada saat elektron tersebut
kembali ke orbit dengan tingkat energi yang lebih rendah.
Gb. 2 Ionisasi & Eksitasi
VI. 1. INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI BIOLOGIK
Tubuh terdiri dari berbagai macam organ seperti hati, ginjal, paru dan lainnya. Setiap
organ tubuh tersusun atas jaringan yang merupakan kumpulan sel yang
mempunyai fungsi dan struktur yang sama. Sel sebagai unit fungsional
terkecil dari tubuh dapat menjalankan fungsi hidup secara lengkap dan
sempurna seperti pembelahan, pernafasan, pertumbuhan dan lainnya. Sel
terdiri dari dua komponen utama, yaitu sitoplasma dan inti sel
(nucleus). Sitoplasma mengandung sejumlah organel sel yang berfungsi
mengatur berbagai fungsi metabolisme penting sel. Inti sel mengandung
struktur biologic yang sangat kompleks yang disebut kromosom yang
mempunyai peranan penting sebagai tempat penyimpanan semua informasi
genetika yang berhubungan dengan keturunan atau karakteristik dasar
manusia. Kromosom manusia yang berjumlah 23 pasang mengandung ribuan gen
yang merupakan suatu rantai pendek dari DNA (Deooxyribonucleic acid)
yang membawa suatu kode informasi tertentu dan spesifik.
Interaksi
antara radiasi dengan sel hidup merupakan proses yang berlangsung
secara bertahap. Proses ini diawali dengan tahap fisik dan diakhiri
dengan tahap biologik. Ada empat tahapan interaksi, yaitu :
1. Tahap Fisik
Tahap
Fisik berupa absorbsi energi radiasi pengion yang menyebabkan
terjadinya eksitasi dan ionisasi pada molekul atau atom penyusun bahan
biologi. Proses ini berlangsung sangat singkat dalam orde 10-16 detik.
Karena sel sebagian besar (70%) tersusun atas air, maka ionisasi awal
yang terjadi di dalam sel adalah terurainya molekul air menjadi ion
positif H2O+ dan e- sebagai ion negatif. Proses ionisasi ini dapat ditulis dengan :
H2O + radiasi pengion ----> H2O+ + e-
2. Tahap Fisikokimia
Tahap
fisikokimia dimana atom atau molekul yang tereksitasi atau terionisasi
mengalami reaksi-reaksi sehingga terbentuk radikal bebas yang tidak
stabil. Tahap ini berlangsung dalam orde 10-6 detik. Karena sebagian
besar tubuh manusia tersusun atas air, maka peranan air sangat besar
dalam menentukan hasil akhir dalam tahap fisikokimia ini. Efek langsung
radiasi pada molekul atau atom penyusun tubuh selain air hanya
memberikan sumbangan yang kecil bagi akibat biologi akhir dibandingkan
dengan efek tak langsungnya melalui media air tersebut. Ion-ion yang
terbentuk pada tahap pertama interaksi akan beraksi dengan molekul air
lainnya sehingga menghasilkan beberapa macam produk , diantaranya
radikal bebas yang sangat reaktif dan toksik melalui radiolisis air,
yaitu OH- dan H+. Reaksi kimia yang terjadi dalam tahap kedua interaksi ini adalah:
H2O+ ----> H+ + OH-
H2O + e ------> H2O-
H2O- ------> OH- + H+
Radikal bebas OH- dapat membentuk peroksida (H2O2 ) yang bersifat
oksidator kuat melalui reaksi berikut :
OH- + OH- -----> H2O2
3. Tahap Kimia Dan Biologi
Tahap
kimia dan biologi yang berlangsung dalam beberapa detik dan ditandai
dengan terjadinya reaksi antara radikal bebas dan peroksida dengan
molekul organik sel serta inti sel yang terdiri atas kromosom. Reaksi
ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan-kerusakan terhadap
molekul-molekul dalam sel. Jenis kerusakannya bergantung pada jenis
molekul yang bereaksi. Jika reaksi itu terjadi dengan molekul protein,
ikatan rantai panjang molekul akan putus sehingga protein rusak. Molekul
yang putus ini menjadi terbuka dan dapat melakukan reaksi lainnya.
Radikal bebas dan peroksida juga dapat merusak struktur biokimia molekul
enzim sehingga fungsi enzim terganggu. Kromosom dan molekul DNA di
dalamnya juga dapat dipengaruhi oleh radikal bebas dan peroksida
sehingga terjadi mutasi genetik.
4. Tahap Biologis
Tahap
biologis yang ditandai dengan terjadinya tanggapan biologis yang
bervariasi bergantung pada molekul penting mana yang bereaksi dengan
radikal bebas dan peroksida yang terjadi pada tahap ketiga. Proses ini
berlangsung dalam orde beberapa puluh menit hingga beberapa puluh tahun,
bergantung pada tingkat kerusakan sel yang terjadi. Beberapa akibat
dapat muncul karena kerusakan sel, seperti kematian sel secara langsung,
pembelahan sel terhambat atau tertunda serta terjadinya perubahan
permanen pada sel anak setelah sel induknya membelah. Kerusakan yang
terjadi dapat meluas dari skala seluler ke jaringan, organ dan dapat
pula menyebabkan kematian.
VI. 1. 1. Efek Radiasi Terhadap Manusia
Dilihat dari interaksi biologi tadi di atas, maka secara biologis efek radiasi dapat dibedakan atas :
1. Berdasarkan jenis sel yang terkena paparan radiasi
Sel
dalam tubuh manusia terdiri dari sel genetic dan sel somatic. Sel
genetic adalah sel telur pada perempuan dan sel sperma pada laki-laki,
sedangkan sel somatic adalah sel-sel lainnya yang ada dalam tubuh.
Berdasarkan jenis sel, maka efek radiasi dapat dibedakan atas :
- Efek Genetik (non-somatik) atau efek pewarisan adalah efek yang dirasakan oleh keturunan dari individu yang terkena paparan radiasi.
- Efek Somatik
adalah efek radiasi yang dirasakan oleh individu yang terpapar radiasi.
Waktu yang dibutuhkan sampai terlihatnya gejala efek somatik sangat
bervariasi sehingga dapat dibedakan atas :
o Efek segera
adalah kerusakan yang secara klinik sudah dapat teramati pada individu
dalam waktu singkat setelah individu tersebut terpapar radiasi, seperti
epilasi (rontoknya rambut), eritema (memerahnya kulit), luka bakar dan
penurunan jumlah sel darah. Kerusakan tersebut terlihat dalam waktu hari
sampai mingguan pasca iradiasi.
o Efek tertunda
merupakan efek radiasi yang baru timbul setelah waktu yang lama
(bulanan/tahunan) setelah terpapar radiasi, seperti katarak dan kanker.
2. Berdasarkan dosis radiasi
Bila ditinjau dari dosis radiasi (untuk kepentingan proteksi radiasi), efek radiasi dibedakan atas efek stokastik dan efek deterministic (non-stokastik).
i. Efek Stokastik
adalah efek yang penyebab timbulnya merupakan fungsi dosis radiasi dan
diperkirakan tidak mengenal dosis ambang. Efek ini terjadi sebagai
akibat paparan radiasi dengan dosis yang menyebabkan terjadinya
perubahan pada sel. Radiasi serendah apapun selalu terdapat kemungkinan
untuk menimbulkan perubahan pada sistem biologik, baik pada tingkat
molekul maupun sel. Dengan demikian radiasi dapat pula tidak membunuh
sel tetapi mengubah sel, sel yang mengalami modifikasi atau sel yang
berubah ini mempunyai peluang untuk lolos dari sistem pertahanan tubuh
yang berusaha untuk menghilangkan sel seperti ini. Semua akibat proses
modifikasi atau transformasi sel ini disebut efek stokastik yang terjadi
secara acak. Efek stokastik terjadi tanpa ada dosis ambang dan baru
akan muncul setelah masa laten yang lama. Semakin besar dosis paparan,
semakin besar peluang terjadinya efek stokastik, sedangkan tingkat
keparahannya tidak ditentukan oleh jumlah dosis yang diterima. Bila sel
yang mengalami perubahan adalah sel genetik, maka sifat-sifat sel yang
baru tersebut akan diwariskan kepada turunannya sehingga timbul efek
genetik atau pewarisan. Apabila sel ini adalah sel somatik maka sel-sel
tersebut dalam jangka waktu yang relatif lama, ditambah dengan pengaruh
dari bahan-bahan yang bersifat toksik lainnya, akan tumbuh dan
berkembang menjadi jaringan ganas atau kanker.
Maka dari itu dapat disimpulkan ciri-ciri efek stokastik a.l :
- Tidak mengenal dosis ambang
- Timbul setelah melalui masa tenang yang lama
- Keparahannya tidak bergantung pada dosis radiasi
- Tidak ada penyembuhan spontan
- Efek ini meliputi : kanker, leukemia (efek somatik), dan penyakit keturunan (efek genetik).
ii. Efek Deterministik
(non-stokastik) adalah efek yang kualitas keparahannya bervariasi
menurut dosis dan hanya timbul bila dosis ambang dilampaui. Efek ini
terjadi karena adanya proses kematian sel akibat paparan radiasi yang
mengubah fungsi jaringan yang terkena radiasi. Efek
ini dapat terjadi sebagai akibat dari paparan radiasi pada seluruh
tubuh maupun lokal. Efek deterministik timbul bila dosis yang diterima
di atas dosis ambang (threshold dose) dan umumnya timbul beberapa
saat setelah terpapar radiasi. Tingkat keparahan efek deterministik
akan meningkat bila dosis yang diterima lebih besar dari dosis ambang
yang bervariasi bergantung pada jenis efek. Pada dosis lebih rendah dan
mendekati dosis ambang, kemungkinan terjadinya efek deterministik dengan
demikian adalah nol. Sedangkan di atas dosis ambang, peluang terjadinya
efek ini menjadi 100%.
Adapun ciri-ciri efek non-stokastik a.l :
- Mempunyai dosis ambang
- Umumnya timbul beberapa saat setelah radiasi
- Adanya penyembuhan spontan (tergantung keparahan)
- Tingkat keparahan tergantung terhadap dosis radiasi
- Efek ini meliputi : luka bakar, sterilitas / kemandulan, katarak (efek somatik)
Darai penjelasan di atas dapat disimpulkan :
- Efek Genetik merupakan efek stokastik, sedangkan
- Efek Somatik dapat berupa stokastik maupun deterministik (non-stokastik)
Efek radiasi secara biologis terhadap manusia dapat dilihat dari bagan berikut :
Gb. 3 Bagan Efek Radiasi terhadap manusia
VI. 2. INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI FISIK
Berkurangnya energi dari sinar- X pada saat melewati suatu materi fsik terjadi karena tiga proses utama, yaitu :
1. Efek Fotolistrik
2. Efek Compton
3. Efek produksi pasangan
Efek
fotolistrik dan efek Compton timbul karena interaksi antara sinar gamma
atau sinar-X dengan elektron-elektron dalam atom materi, sedangkan efek
produksi pasangan timbul karena interaksi dengan medan listrik inti
atom.
a. Efek Fotolistrik
Pada
efek fotolistrik, energi foton diserap oleh elektron orbit, sehingga
electron tersebut terlepas dari atom. Elektron yang dilepaskan akibat
efek fotolistrik disebut fotoelektron. Efek
fotolistrik terutama terjadi pada foton berenergi rendah yaitu antara
energi + 0,01 MeV hingga + 0,5 MeV. Disamping itu efek fotolistrik
banyak terjadi pada material dengan Z yang besar. Sebagai contoh efek
fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z=82) daripada
tembaga (Z=29).
b. Hamburan Compton
Pada
efek Compton, foton dengan energi hv berinteraksi dengan elektron
terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hv dihamburkan dan
elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom dan bergerak
dengan energi kinetik tertentu.
c. Efek Produksi Pasangan
Proses
produksi pasangan hanya terjadi bila foton datang / 1,02 MeV. Apabila
foton semacam ini mengenai inti atom berat, foton tersebut akan lenyap
dan sebagai gantinya timbul sepasang elektron-positron. Positron adalah
partikel yang massanya sama dengan elektron dan bermuatan listrik
positif yang besarnya juga sama dengan muatan elektron. Proses ini
memenuhi hokum kekekalan energy. Oleh karena itu proses ini hanya bisa
berlangsung bilamana energi foton yang datang minimal adalah massa diam
elektron dan c adalah kecepatan cahaya. Berkaitan dengan uraian ini maka
nilai atau besaran absorpsi linier akan bergantung pada energy foton
yang datang disamping bergantung pada jenis media/materi/zat yang
dilaluinya atau bergantung pada nomor atom (Z) media/materi yang
dilaluinya.
d. Emisi Sekunder
Emisi sekunder dapat juga terjadi pada efek fotolistrik karena disebabkan oleh dua hal sebagai berikut :
Pertama :
Karena
energinya besar elektron yang dilepaskan adalah elektron dari orbit
yang lebih dalam pada unsur bernomor atom besar, maka lowongan elektron
ini akan diisi oleh elektron dari orbit yang lebih luar. Apabila
pelepasan elektron terjadi pada orbit K, maka transisi ini akan disertai
dengan emisi foton dengan berbagai karakteristik berupa radiasi sinar-X
karakteristik yang dikenal dengan ”radiasi fluoresensi”.
Kedua:
Kadang-kadang
foton ini menumbuk elektron dari orbit yang lebih luar dari atom dan
melepaskan elektron ini. Elektron tersebut memiliki energi kinetik yang
sama dengan energi sinar-X karakteristik dikurangi dengan energi ikat
elektron tersebut dalam orbitnya dalam orbitnya dan disebut electron Auger. Rangkuman interaksi foton dengan materi (yang utama, dari antara serangkaian interaksi yang rumit)
Gb. 4 Tabel interaksi radiasi dengan molekul fisik
VI. 3. INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI KIMIA
Sejumlah
bahan kimia alam dan buatan manusia yang berpotensi menginisiasi dan
promosi kanker ada di lingkungan hidup manusia dan mungkin berinteraksi
dengan radiasi. Kelompok senyawa kimia dibedakan atas :
1. Senyawa yang terutama beraksi sebagai perusak DNA (genotoksik)
Senyawa
genotoksik termasuk spesies yang aktif secara kimiawi, atau senyawa
yang dapat diaktivasi, berikatan atau memodifikasi DNA. Bahan kimia
kelompok ini dapat dibedakan atas senyawa yang bereaksi secara langsung
dengan ikatan kovalen pada DNA dan secara tidak langsung menghasilkan
radikal bebas.
2. Senyawa yang beraksi dengan cara lain (non genotoksik).
Senyawa
non genotoksik berkisar dari iritan tidak spesifik dan sitotoksin
sampai hormon alamiah, faktor pertumbuhan, dan analognya. Senyawa ini berinteraksi dengan sistem pengatur sel dan organ dan tidak dapat selalu dianggap toksik
Bahan kimia
|
Interaksi
|
Senyawa Nitroso (MNU, DEN, 4NQO)
|
Supraaditif
|
Promotor tumor (TPA)
|
Supraaditif
|
Rokok/tembakau
|
Supraaditif
|
Vitamin
|
Subaditif
|
Makanan/lemak
|
Subaditif dan Supraaditif
|
Arsenik
|
Supraaditif
|
Tabel 1. Sejumlah agen penting yang berinteraksi dengan
radiasi pengion dalam radiasi
VII. PENUTUP
Sesuai
penjelasan-penjelasan sebelumnya di atas telah diketahui bahwa radiasi,
khususnya radiasi pengion dapat berinteraksi baik dengan materi
biologik, fisik, maupun kimia. Serta memiliki efek biologik terhadap
manusia melalui tahapan fisik, tahap fisikokimia, tahap kimia & biologi serta yang terakhir tahap biologi. Dan memiliki akibat seperti timbulnya berbagai penyakit, mutasi gen dan yang terfatalmenibulkan kematian.
