Radiasi alam
Radiasi alam adalah radiasi yang sudah ada sejak terbentuknya alam semesta dan akan lenyap bersamaan dengan lenyapnya alam semesta. Radiasi merupakan pancaran energi melalui suatu materi atau ruang dalam bentuk panas, partikel atau gelombang (foton) dari sumber radiasi. Radiasi yang dipancarkan alam dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu radiasi kosmogenis atau radiasi sinar kosmis, radiasi primordial atau radiasi terestrial, dan radiasi internal.
Radiasi kosmogenis atau sinar kosmis (cosmis rays) adalah radiasi alam yang berasal dari angkasa luar dan sampai ke bumi. Sebelum sampai ke bumi, radiasi kosmogenis ini berinteraksi dengan partikel-partikel sub-atomik yang ada di ruang angkasa membentuk senyawa atau atom baru yang memperkaya atom ataupun senyawa yang sudah ada di bumi. Radiasi kosmogenis berasal dari ledakan supernova dan Matahari.
Ledakan bintang atau supernova adalah salah satu kejadian spektakuler yang terjadi di alam semesta, menghasilkan jumlah energi yang sama dengan triliunan bom nuklir yang diledakkan pada saat bersamaan. Ledakan yang dahsyat ini selalu diikuti oleh pancaran radiasi Gamma (γ) dan pancaran radiasi partikel sub-atomik yang sangat kuat intensitas radiasinya. Menurut David Schramm, seorang ahli astronomi dari Amerika, ledakan supernova yang memancarkan radiasi Gamma (γ) dan radiasi partikel sub-atomik yang sangat kuat tersebut dapat sampai ke atmosfer bumi dan merusak lapisan ozon. Hal ini dapat menyebabkan kematian, bahkan kepunahan makhluk hidup di bumi. Dari penelitian para ahli astronomi, sekitar 65 juta tahun yang lalu terjadi ledakan supernova yang sangat dahsyat. Ledakan ini diperkirakan menjadi salah satu peyebab kepunahan dinosaurus dan sejenisnya, serta hewan terbang atau burung yang bergigi. Ledakan supernova dalam skala kecil dapat terjadi pada Matahari yang energi radiasinya dipancarkan di bumi. Ledakan supernova yang terjadi pada Matahari memiliki skala lebih kecil dibandingkan dengan ledakan supernova yang terjadi pada bintang - bintang di alam, karena ukuran Matahari jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ukuran bintang - bintang di alam. Ukuran bintang ada yang ratusan atau ribuan kali ukuran Matahari..
Matahari merupakan salah satu bintang di antara seratus miliar bintang yang ada pada satu kelompok bintang yang di sebut galaksi Bima Sakti ("Milky Way"). Struktur Matahari terdiri dari beberapa bagian, yaitu :
Atmosfer Matahari terdiri dari 2 bagian utama, yaitu lapisan yang tipis (chromosphore), berwarna merah, terletak dekat permukaan Matahari dan mempunyai ketebalan 12.000 kilometer. Selain itu, ada juga lapisan yang tebal (corona), berwarna putih, memiliki ketebalan ratusan ribu kilometer. Pada lapisan permukaan "chromospore", sering terjadi ledakan yang menimbulkan lidah api. Ledakan ini di sebut dengan prominence. Lidah api dapat mencapai ketinggian ratusan ribu kilometer dari lapisan chromospere. " Prominence" ini dapat terlihat dengan jelas ketika terjadi gerhana Matahari total. Selain itu, ada juga peristiwa supergranulation. Peristiwa ini merupakan peristiwa timbulnya filament gas akibat gerakan gas chromospore yang panas. Peristiwa ini menyebabkan terjadinya "plage" dan "flare". Plage adalah keadaan Matahari pada saat panas dan bercahaya terang, sedangkan flare adalah semburan energi tinggi dari permukaan Matahari, berupa radiasi partikel sub-atomik, yang akan menghasilkan sinar-X berenergi tinggi. Radiasi partikel sub-atomik dapat sampai ke atmosfer bumi dan dapat memicu terjadinya reaksi inti yang merupakan sumber radiasi kosmogenis. Matahari mempunyai diameter sebesar 1.400.000 km. Banyak bintang lain yang mempunyai ukuran lebih besar daripada Matahari. Bintang yang paling dekat dengan tata surya adalah proxima centauri, terletak pada jarak 1.240 kilometer dari Matahari. Pada radius 3.200 kilometer dari Matahari, hanya ada 9 buah bintang yang dekat dengan tata surya. Adapun 9 buah bintang tersebut adalah :
Para ahli astronom dan astrofisika memperkirakan bahwa segala unsur yang ada di bumi juga banyak terdapat di Matahari. Sebagian unsur kimia tersebut adalah gas hidrogen 80%, gas helium 19%, dan bahan sisa seperti oksigen, magnesium, nitrogen, silikon, karbon, natrium, sulfur, besi, kalium, nikel 1%. Unsur kimia itu akan bercampur menjadi satu dalam bentuk gas sub-atomik yang terdiri dari inti atom, elektron, proton, neutron, dan positron. Gas sub-atomik akan memancarkan energi panas yang di sebut plasma. Energi Matahari dipancarkan ke bumi dalam berbagai macam gelombang elektromagnetis, mulai dari gelombang radio, gelombang sinar infra merah, gelombang tampak, gelombang sinar ultraungu, dan gelombang sinar-X. Secara visual, yang dapat ditangkap oleh indra mata adalah sinar tampak, sedangkan sinar infar merah terasa sebagai panas. Pada saat Matahari mengalami "plage" dan "flare", maka pada sistem Matahari diperkirakan terjadi suatu rekasi termonuklir yang dahsyat. Menurut seorang ahli fisika Jerman, Hans Bethe, energi Matahari yang sangat panas disebabkan karena terjadi beberapa reaksi fusi. Reaksi fusi itu adalah sebagai berikut :
(H + H --> H + ß + v+ 0,42 MeV) x 2
(H + H --> H + γ + 5,5 MeV) x 2
He + H --> H + 2H + 12,8 MeV
Ketiga reaksi tersebut dijumlahkan dan menghasilkan persamaan reaksi : 4H1 --> He + 2β + 2γ + 2V + 24,64 MeV.
He + H --> H + β + v
He + H --> H + γ elektron volts. Pada saat sinar kosmis primer memasuki atmosfer bumi, sinar itu akan berinteraksi dengan inti dan elektron yang ada di atmosfer sehingga menghasilkan sinar kosmis sekunder. Sinar kosmis sekunder terdiri dari meson, proton, elektron, dan foton yang energinya lebih rendah dari energi sinar kosmis primer. Sinar kosmis sekunder akan menghasilkan radionuklida, yaitu zarah radioaktif yang kemudian jatuh ke bumi bersama tiupan angin, hujan, ataupun salju. Selain memicu terjadinya reaksi inti pada atmosfer bumi, sinar kosmis juga mengionisasikan gas-gas yang ada di lapisan atmosfer tinggi, menghasilkan suatu lapisan yang bermuatan listrik. Lapisan tersebut dikenal dengan ionosfir. Lapisan ionosfir berfungsi sebagai lapisan pelindung bumi terhadap radiasi sinar kosmis yang membahayakan manusia dan sebagai pemantul gelombang radio yang dipancarkan dari bumi, sehingga membantu komunikasi lewat radio.
Radiasi primordial adalah radiasi alam yang berasal dari dalam bumi. Radiasi primordial terdiri dari tiga jenis radionuklida yaitu kalium-40, Th-232 yang merupakan inti awal deret thorium, dan U-238 yang merupakan inti awal deret uranium. Radionuklida dalam deret uranium maupun thorium mengalami peluruhan a, b maupun g. K-40 mengalami peluruhan b berubah menjadi Ca-40 dan Ar-40 dengan memancarkan radiasi b dan g. Di dalam deret uranium dan thorium terdapat gas mulia Rn-222 dan Rn-220 (radon). Sebagian dari gas yang muncul dalam deret peluruhan ini akan keluar dari lapisan tanah atau bahan bangunan. Partikel inti hasil peluruhan dapat menempel pada aerosol di udara dan mengubah aerosol itu menjadi aerosol radioaktif alam. Paparan radiasi (dosis efektif) akibat menghirup aerosol radioaktif merupakan komponen terbesar di antara radiasi alam. Di dalam bangunan yang terbuat dari batuan yang memiliki kerapatan materi radioaktif dan kerapatan aerosol yang tinggi dan menyebabkan dosis radiasi pada sistem pernapasan akan meningkat, sehingga kerapatan, dinamika Rn dan hasil peluruhannya di udara menimbulkan suatu masalah. Radionuklida ini terdapat dalam materi seperti kerak bumi, bebatuan, lapisan tanah, air laut, bahan bangunan dan tubuh manusia dengan kadar yang berbeda-beda. Secara umum batuan dari gunung berapi memiliki kadar radionuklida yang lebih tinggi daripada batuan endapan. Jadi, kerapatan radionuklida berbeda-beda bergantung kepada jenis tanah dan unsur pembentuknya. Keberadaan radionuklida primordial di suatu tempat dengan tempat lainnya, tidak selalu sama. Hal tersebut tergantung pada letak geografis suatu tempat serta keadaan geologi tempat tersebut. Ada beberapa tempat di dunia yang memiliki tingkat radiasi dari kerak bumi sangat tinggi, tetapi tingkat insiden orang terkena kanker rendah.
Radiasi internal adalah radiasi yang diterima dari dalam tubuh manusia sendiri. Unsur radioaktif ini kebanyakan berasal dari sumber kerak bumi yang masuk melalui udara yang dihirup, air yang diminum ataupun makanan. Unsur yang meradiasi manusia dari dalam ini kebanyakan berupa tritium, karbon-14, kalium-40, timah Hitam (Pb-210) dan polonium-210. Radiasi internal ini umumnya merupakan 11% total radiasi yang diterima seseorang. Setelah masuk ke dalam tubuh manusia, radionuklida akan menetap dalam tubuh manusia, sehingga di dalam tubuh manusia juga terdapat radiasi alam. Penduduk paling utara di bumi menerima radiasi internal dari Polonium-210 kira-kira 35 kali nilai rata-rata dengan sumber daging kijang yang mereka makan. Penduduk di daerah Australia Barat yang kaya dengan uranium menerima radiasi internal kira-kira 75 kali nilai rata-rata dari daging domba, kangguru dan offal yang mereka konsumsi. Seseorang yang ada di dalam gedung atau rumah dapat menerima radiasi dari sumber yang ada dalam bahan bangunan. Sumber radiasi yang terutama adalah radon. Radon merupakan gas turunan peluruhan Uranium-238 dan Thorium-232.
Kontribusi dosis radiasi alam yang terbesar dari kerak bumi berasal dari Radon. Besarnya 1300 uSv (53 %) dari total dosis yang diterima dari alam per tahun. Radon adalah unsur berupa gas yang tak dapat dirasa (nir-rasa), tak berbau (nir-bau) dan tak terlihat (nir-warna). Radon merupakan gas mulia yang memiliki berat sekitar 7,5 kali berat udara. Menurut perkiraan UNSCEAR, radon dan hasil luruhannya memberi kontribusi sekitar tiga per empat dari dosis ekivalen efektif tahunan yang diterima manusia dari radiasi alam. Gas radon memiliki dua radionuklida, yaitu radon-222 (Ra-222) dan radon–220 (Ra-220). Ra-222 berasal dari perubahan atom Uranium–238 di alam dan Ra-220 berasal dari perubahan atom Thorium-232. Radon biasanya terhirup melalui saluran pernapasan manusia, sebagian kecil radon akan tertinggal dalam paru-paru. Jika sudah mengendap, radon akan menimbulkan kanker paru-paru.
Material yang sering dipakai membuat bangunan (rumah/gedung) ternyata turut menyumbang konsentrasi gas radon yang cukup tinggi, seperti kayu, semen, tawas, fosfor gip, pasir, batubara, granit batu alam hingga bahan campuran pembuat beton lainnya. Selain itu, phospogypsum dan bahan silikat bisa menghasilkan konsentrasi radon hingga mencapai ribuan Bequerel (Bq) per kg. Radon harus ditangani dengan sebaiknya seperti bahan material radioaktif lainnya. Ventilasi yang baik harus dipersiapkan di mana radium, torium atau actinium disimpan untuk mencegah bertambahnya radon. Bertambahnya radon (radon build-up) merupakan salah satu pertimbangan dalam pertambangan uranium.