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
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.
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 ionisasidan 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- -----> H2O23. 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 pewarisanadalah 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
