Materi Fisika Lingkungan

RADIASI NONIONIZING

Karakteristik dan Jenis Radiasi Non-Ionizing

Radiasi non-pengion adalah radiasi yang tidak dapat menimbulkan ionisasi. Termasuk ke dalam radiasi non-pengion adalah gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak dan ultraviolet. Radiasi non ionisasi adalah radiasi dengan energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron atau molekul tetapi energi tersebut tidak cukup untuk membentuk /membuat formasi ion baru.

Radiasi non pengion dapat didefinisikan sebagai penyebaran atau emisi energi yang bila melalui suatu media dan terjadi proses penyerapan, berkas energi radiasi tersebut tidak akan mampu menginduksi terjadinya proses ionisasi dalam media tersebut. Istilah radiasi non pengion secara fisika mengacu pada radiasi elektromagnetik dengan energi lebih kecil dari 10 eV.

Seperti namanya, radiasi non pengion tidak mengionisasi (memecah ion-ion) atom, sehingga dampaknya pun tidak terlalu luas. Radiasi non pengion biasanya memiliki memiliki energi yang hanya bisa mengubah struktur atom, tanpa mengionisasinya.

Jenis- jenis radiasi yang termasuk dari radiasi non-ionizing yaitu: 

Gelombang Radio

Gelombang radio digunakan sebagai alat komunikasi yang memiliki daerah frekuensi antara 10⁴ sampai 10⁷ Hertz. Gelombang tersebut digunakan sebagai pembawa informasi dari suatu tempat ke tempat lain yang berjauhan, karena memiliki sifat mudah dipantulkan oleh lapisan ionosfer bumi. Gelombang radio dapat dihasilkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antenna pula. Luas daerah yang hendak dicakup dan panjang gelombang yang akan dihasilkan dapat ditentukan dengan tinggi rendahnya antenna. Kita tidak dapat mendengar gelombang radio secara langsung, tetapi radio penerima akan mengubah terlebih dahulu energy gelombang ini menjadi energi bunyi. 

Gelombang Mikro

Rentang frekuensi gelombang mikro membentang dari 3 GHz hingga 300 GHz. Frekuensi sebesar ini dihasilkan dari rangkaian osilator pada alat-alat elektronik. Gelombang mikro dapat diserap oleh suatu benda dan menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Sebuah sistem pemanas berbasis microwave dapat memanfaatkan gejala ini untuk memasak benda. Sistem semacam ini digunakan dalam oven microwave yang dapat mematangkan makanan di dalamnya secara merata dan dalam waktu singkat (cepat).

Dalam suatu sistem radar, gelombang mikro dipancarkan terus menerus ke segala arah oleh pemancar. Jika ada objek yang terkena gelombang ini, sinyal akan dipantulkan oleh objek dan diterima kembali oleh penerima. Sinyal pantulan ini akan memberikan informasi bahwa ada objek yang dekat yang akan ditampilkan oleh layar radar. 

Sinar Inframerah

Sinar inframerah termasuk dalam gelombang elektromagnetik dan berada dalam rentang frekuensi 300 GHz sampai 40.000 GHz (10 pangkat 13). Sinar inframerah dihasilkan oleh proses di dalam molekul dan benda panas. Telah lama diketahui bahwa benda panas akibat aktivitas (getaran) atomik dan molekuler di dalamnya dianggap memancarkan gelombang panas dalam bentuk sinar inframerah. Oleh karena itu, sinar inframerah sering disebut radiasi panas.

 Cahaya Tampak 

Radiasi sinar infra merah ini tidak bisa dilihat langsung oleh mata manusia, sinar ini juga tidak tembus pandang jika menembus materi yang tidak tembus. Panjang gelombang sinar infra merah ini berbanding terbalik dengan suhu. Ketika panjang gelombang mengalami penurunan maka suhu akan mengalami kenaikan.

Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar tampak hanya menempati pita sempit di atas sinar inframerah. Spektrum frekuensi sinar tampak berisi frekuensi dimana mata manusia peka terhadapnya. Frekuensi sinar tampak membentang antara 40.000 dan 80.000 GHz (10 pangkat 13) atau bersesuaian dengan panjang gelombang antara 380 dan 780 nm (10 pangkat -9). Cahaya yang kita rasakan sehari-hari berada dalam rentang frekuensi ini. Cahaya juga dihasilkan melalui proses dalam skala atom dan molekul berupa pengaturan internal dalam konfigurasi elektron. 

Sinar UV

Sinar Ultra Violet merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi antara 10¹⁵ Hz sampai dengan 10¹⁶ Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai 100 nm. Sinar ultraviolet dihasilkan dari atom dan molekul dalam nyala listrik. Sinar ini juga dapat dihasilkan dari reaksi sinar matahari.

Pada intinya radiasi tidak bisa dilihat oleh indra manusia sehingga untuk mendeteksinya memperlukan alat pendeteksi yang disebut dengan detektor radiasi untuk membantu pendeteksian. Terdapat banyak jenis alat buat pendeteksi yang spesifik dan kemampuan untuk menemukan keberadaan jenis radiasi tertentu yaitu detektor alpha, detektor beta, detektor gamma. Radiasi bisa berinteraksi dengan berbagai materi yang dilaluinya melalui proses ionisas dan eksitasi.  

Sumber Radiasi Non-Ionizing

Pada umumnya, sumber radiasi ionizing dan non-ionizing dikategorikan menjadi dua yaitu yang pertama adalah radiasi dari alam dan radiasi buatan. 

Radiasi dari Alam

·           Sinar kosmik adalah radiasi dari partikel bermuatan berenergi tinggi yang berasal dari luar atmosfer Bumi.Sinar kosmos/kosmik banyak ditemukan berasal dari luar angkasa, sebagian berasal dari ruang matahari dan antar bintang. Sinar kosmik dapat berupa elektron, proton dan bahkan inti atom seperti besi atau yang lebih berat lagi. Kebanyakan partikel-partikel tersebut berasal dari proses-proses energi tinggi di dalam galaksi, misalnya seperti supernova. Dalam perjalanannya, sinar kosmik berinteraksi dengan medium antarbintang dan kemudian atmosfer bumi sebelum mencapai detektor. Hampir 90% sinar kosmik yang tiba di permukaan Bumi adalah proton, sekitar 9% partikel alfa dan 1% elektron.

·           Thorium dan radon berbentuk gas dan merembes dari dalam bumi yang secara natural dipancarkan oleh radionuklida di dalam kerak bumi dengan waktu jarak waktu antara milyaran tahun dan kemudian bercampur dengan udara bebas. Radiasi letaknya berbeda-beda tergantung pada konsentrasi sumber radiasi yang ada di dalam kerak bumi.

Radiasi buatan 

Radiasi buatan adalah radiasi yang diciptakan dari kegiatan manusia seperti penyinaran di bidang medis, radiasi yang didapat di fasilitas nuklir, radiasi yang berasal dari kegiatan di industri.

Contohnya reaktor nuklir yang mekanisme kerjanya sebagai pembelahan inti. Dari mekanisme proses tersebut terlihat bahwa setiap reaksi pembelahan akan menghasilkan lebih dari satu neutron baru atau akan terjadi multiplikasi neutron yang bisa melakukan pembelahan selanjutnya jika di sekitarnya ada inti yang dapat membelah yang lain. Mekanisme ini akan berlangsung terus menerus yang disebut proses reaksi berantai. Di dalam reaktor nuklir proses pembelahan ini tidak akan dibiarkan berlangsung secara bebas tetapi harus tetap dikendalikan karena berbahaya.

Dampak Kesehatan dan Lingkungan oleh Radiasi Non-Ionizing

a)      Dampak Kesehatan

Efek biologik radiasi non pengion akan dibedakan atas efek akibat radiasi optik yang meliputi radiasi ultraviolet (100 – 400 nm), radiasi tampak/cahaya (400 – 770 nm) dan radiasi infra merah ( 770 nm - 1 mm) dan efek medan radiofrekuensi elektromagnetik yang meliputi gelombang mikro (1 mm – 30 cm), gelombang frekuensi tinggi (30 cm – 100 km) dan gelombang frekuensi rendah ( > 100 km).

Radiasi UV pendek (< 220 nm) diserap oleh oksigen pada lapisan terluar atmosfer yang kemudian membentuk lapisan ozon yang berfungsi sebagai filter atau pelindung terhadap radiasi UV dengan panjang gelombang < 310 nm. Dengan demikian radiasi lainnya yang dapat menembus lapisan ozon yang akan menimbulkan efek bagi manusia. Tetapi semakin berkurangnya lapisan ozon sebagai akibat dari pelepasan chlorofluorocarbon ke atmosfer menyebabkan tingkat kerusakan akibat pajanan radiasi UV semakin besar

1.    Radiasi optik

Berdasarkan panjang gelombang, radiasi UV dibagi atas UV-C (100 - 280 nm), UV-B (280 - 315 nm) dan UV-A (315 - 400 nm), sedangkan radiasi infra merah dibagi atas IR-A (770 nm -1,4µm), IR-B (1,4 – 3 µm) dan IR-C (3 µm – 1 mm). Efek yang ditimbulkan akibat pajanan radiasi optik pada tubuh sangat bergantung pada panjang gelombang yang berhubungan dengan daya tembus atau penetrasi radiasi optik pada jaringan tubuh. Sasaran utama dari pajanan pada tubuh adalah kulit dan mata.

a.    Efek radiasi optik pada kulit

Mekanisme yang dominan dari efek pajanan radiasi pada kulit adalah reaksi fotokimia. Efek dari pajanan kronik radiasi UV lebih serius dari pada pajanan akut. Pajanan kronik pada kulit menyebabkan perubahan yangsangat bervariasi dalam struktur dan komposisi kulit, yang mengarah pada hilangnya sifat elastisitas (elastosis), dilasi pembuluh darah, dan penebalan kulit (keratosis). Efek kronik yang paling penting adalah risiko kanker kulit khusus.

b.    Efek radiasi optik pada mata

1)   Photokeratoconjunctivitis/welder’s flash/ snow blindness yaitu reaksi peradangan akut pada kornea dan conjunctiva mata sebagai akibat pajanan radiasi pada panjang gelombang 200 – 400 nm (UV-C, UV-B dan UV-A). Ini merupakan kerusakan akibat reaksi fotokimia pada kornea (fotokeratitis) dan konjunctiva (fotokonjunctiva) yang timbul beberapa jam setelah pajanan akut dan umumnya berlangsung hanya 24 – 48 jam.

2)   Pterygium dan droplet keratopathy adalah patologis pada kornea yang berhubungan dengan mata yang umum dijumpai pada lingkungan pulau yang kaya akan pajanan radiasi UV kronik (pajanan sepanjang hidup). Pterygium atau penebalan conjuctiva sebagai hasil dari pertumbuhan jaringan lemak diatas kornea, sedangkan droplet keratopathy adalahdegenerasi lapisan ikat/fibrous pada kornea dengan droplet-shaped deposit.

3)   Kataraktogenesis atau proses pembentukan katarak. Telah diduga radiasi UV pada panjang gelombang 290 – 320 nm menyebabkan katarak

2.    Radiasi Radiofrekuensi

a.    Gelombang mikro

Efek kesehatan pada umumnya sebagai akibat dari panas yang timbul pada saat terjadi interaksi antara energi gelombang mikro dengan materi biologik. Efek biologik yang terjadi karena pemanasan disebut efek termal dan yang terjadi bukan karena proses pemanasan disebut efek non termal. Efek yang berbahaya akibat pajanan microwave adalah efek termal atau hipertermia yang terutama merusak mata dan testis. Kedua jaringan relatif sangat sensitf terhadap kenaikan suhu jaringan.

b.    Gelombang radiofrekuensi

Radiasi RF tidak bisa mengionisasi molekul pada jaringan secara biologi karena kuantum energinya hanya 4 meV pada 1 THz, sementara itu energi minimal untuk mengionisasi molekul tersebut sekitar 12 eV. Berdasarkan informasi dan pemahaman sekarang, radiasi RF tidak bisa menyebabkan mutasi contohnya kanker. Meskipun begitu radiasi RF dapat memiliki resiko yang disebut dengan resiko termal.

Efek biologis radiasi RF sudah dipelajari melalui percobaan dengan hewan dan model, serta melalui penelitian epidemologi. Efek radiasinya dapat dibagi kedalam dua golongan yaitu efek thermal dan non thermal. Efek biologis yang dihasilkan oleh pemanasan jaringan oleh energi RF selalu menunjuk pada efek thermal. Hal ini sudah diketahui selama beberapa tahun bahwa pembukaan tingkatan-tingkatan tinggi dari radiasi RF bisa berbahaya karena berkaitan dengan energi RF untuk memanaskan jaringan biologi secara cepat. Efek thermal yang diamati dengan teliti adalah skatarak, kenaikan suhu jaringan dan luka bakar.

b)     Dampak Lingkungan

Bumi memiliki medan magnet bumi yang disebut sebagai medan statis sebesar lebih kurang 40 µT yang permanen dan sedikit perubahannya terhadap waktu. Sedangkan pada permukaan bumi terdapat pula medan listrik statis sebesar 0,5 kV/m sewaktu cuaca cerah dan dapat mencapai 30 kV/m pada kondisi badai petir.

Berperannya teknik elektro dalam kehidupan manusia dan lingkungan kerja selain medan elektromagnetik natural, medan elektromagnetik artificial dengan berbagai frekuensi dan amplitudonya memberikan pembebanan terhadap lingkungan hidup manusia.

Dampak SUTET pada lingkungan. Radiasi medan listrik dan medan magnet yang dihasilkan oleh SUTET bisa digolongkan sebagai radiasi non pengion. Istilah fisika radiasi non-pengion mengacu pada radiasi elektromagnetik dengan energi lebih dari 10 elektron volt (eV) yang antara lain meliputi: sinar ultra violet, cahaya tampak, infra merah, gelombang micro, ultra sound dan radio frekwensi elektromagnetik.

Ini artinya, bukan hanya tegangan ekstra tinggi saja yang dapat menghasilkan radiasi elektromagnetik. Barang-barang yang biasa kita pakai sehari-hari juga mengandung potensi serupa. Sebut saja alat-alat elektronik untuk rumah tangga seperti: setrika, mixer, microvave oven, radio, televisi/video compacte disk (VCD) player. Alat komunikasi seperti: telepon genggam (hand phone), single side band (SSB). Alat untuk perkantoran seperti: komputer, printer dan mesin-mesin hitung. Alat untuk bidang penelitian seperti: spektrofotometer, spektrometer, serapan atom dan pompa vakum. Alat yang digunakan untuk industri seperti: kompresor, injection moulding dan lain sebagainya.

Medan listrik yang berada dibawah jaringan SUTET dapat menimbulkan beberapa gejala seperti menimbulkan bunyi mendesis akibat ionisasi pada permukaan penghantar (konduktor) yang kadang disertai dengan cahaya keunguan, bulu/rambut badan akan berdiri pada bagian yang terpajan akibat gaya tarik medan listrik yang kecil, lampu neon dan tes pen dapat menyala dengan kondisi redup akibat mudahnya gas neon pada lampu neon dan tes pen terionisasi, kejutan lemah pada sentuhan pertama benda-benda yang mudah menghantar listrik (seperti pada atap seng, kawat jemuran, pagar besi dan badan mobil).

Pemanfaatan Radiasi Non-Ionizing dalam Perkembangan Teknologi

a)      Gelombang Radio

·           Gelombang radio (MF dan HF)

Gelombang radio (MF dan HF) digunakan untuk komunikasi radio (memanfaatkan sifat  gelombang MF dan HF yang dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer, hingga dapat mencapai tempat yang jauh).

·           Gelombang radio (UHF dan VHF)

Gelombang radio (UHF dan VHF) untuk komunikasi satelit (memanfaatkan sifat gelombang  UHF dan VHF yang dapat menembus lapisan atmosfer (ionosfer), hingga dapat mencapai satelit).

b)      Gelombang Mikro

·      Untuk pemanas microwave

Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

·      Untuk komunikasi RADAR (Radio Detection and Ranging) yaitu diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca kabut, serta untuk menentukan arah dan posisi yang tepat.

·      Untuk menganalisa struktur atomik dan molekul

·      Dapat digunakan untuk mengukur kedalaman laut

·      Digunakan pada rangkaian Televisi

c)      Sinar Inframerah

Adapun kegunaannya dari Infra Merah:

·           Dalam bidang kesehatan:

a.    Meningkatkan metabolisme tubuh, yang mana dengan begitu dapat mengurangi beban liver dan ginjal.

b.    Mengaktifkan molekul air yang terdapat dalam tubuh, sehingga apabila molekul yang ada dalam tubuh pecah maka akan ada molekul tunggal yang akan meningkatkan cairan tubuh.

c.    Mengembangkan Ph dalam tubuh, yang mana dapat membersihkan darah. Juga dapat mencegah terjadinya rematik yang dikarenakan oleh tingkat asam urat yang tinggi.

d.   Meningkatkan sirkulasi mikro, serta dapat memperbaiki sirkulasi darah serta mengurangi tekanan jantung yang berlebih.

e.    Infra Merah jarak jauh dapat digunakan untuk alat kesehatan, yang mana dapat memberikan informasi tentang kondisi tubuh yang sebenarnya.

f.     Dapat digunakan untuk mengetahui suhu tubuh

g.    Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok

h.    Untuk fotografi diagnosa penyakit

·           Dalam bidang komunikasi

a.    Terdapat system sensor Iinfra Merah yang dapat digunakan untuk menghubungkan dua perangkat. Yang mana sinar Infra Merah merespon Infra Merah yang dikirimkan melalui pemancar.

b.    Terdapat kamera yang tembus pandang dengan menggunakan Infra Merah. Yang mana sinar Infra Merah memang tidak dapat ditangkap dengan mata telanjang, namun dengan menggunakan kamera digital atau hendycam sinar Infra Merah dapat tertangkap. Dengan begitu kamera digital dan hendycam akan meningkat.

c.    Untuk pencitraan pandangan seperti nightscoop.

d.   Dapat digunakan sebagai alat komunikasi, yang mana jarak maximum adalah 10 meter dan tidak ada penghalangnya.

e.    Sebagai salah satu standardisasi komunikasi tanpa kabel.

·           Dalam bidang Industri

a.    Lampu Infra Merah, Merupakan lampu pijar yang kawat pijarnya bersuhu di atas ±2500°K.

b.    Pemanasan Infra Merah, Merupakan suatu kondisi ketika energi infra merah menyerang sebuah objek dengan kekuatan energi elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C (0°K dalam suhu mutlak).

·           Dalam bidang Keruangan

Infra merah yang dipancarakan dalam bentuk sinar infra merah terhadap suatu objek, dapat menghasilkan foto infra merah. Foto infra merah yang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari suatu gedung dapat digunakan untuk mengetahui dari zona bagian mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihan sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

·           Dalam bidang Militer

Dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut. Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan.

Manfaat lain:

-       Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail

-       Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif

d)     Cahaya tampak

·       Membantu penglihatan mata manusia

·       Salah satu aplikasi dari sinar tampak adalah penggunaan sinar laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi.

e)      Sinar Ultraviolet

·       Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan

·       Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia

·       Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan

·       Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank.