Interaksi Partikel Bermuatan Berat (Partikel Alfa/Radiasi Alfa)
Partikel bermuatan berat seperti partikel alfa, berinteraksi dengan materi terutama melalui gaya coulomb, antara muatan positif dan muatan negatif elektron orbital dalam atom penyerap. Meskipun interaksi dengan inti seperti yang terjadi pada hamburan rutherford atau reaksi yang diinduksi partikel alfa juga mungkin terjadi. Peristiwa seperti itu memang jarang terjadi dan biasanya tidak signifikan dalam respons detektor radiasi. Detektor partikel bermuatan harus bergantung pada hasil interaksi dengan elektron untuk responnya.
Saat memasuki media penyerap apa pun, partikel bermuatan segera berinteraksi secara simultan dengan banyak elektron. Pada peristiwa seperti itu, elektron dipengaruhi oleh impuls dari gaya coulomb yang menaikkan elektron ke kulit yang lebih luar di dalam atom penyerap (eksitasi) atau untuk menghilangkan sepenuhnya elektron dari atom (ionisasi). Energi yang ditransfer ke elektron harus datang dengan mengorbankan partikel bermuatan, dan karena itu kecepatannya berkurang sebagai akibat pertemuan tersebut. Energi maksimum yang dapat ditransfer dari partikel bermuatan massa (m) dengan energi kinetik (E) untuk elektron bermassa m0 dalam tumbukan tunggal adalah 4 Em0/m, atau sekitar 1/500 energi partikel per nukleon. Karena ini merupakan sebagian kecil dari energi total, partikel primer harus hilang energinya dalam banyak interaksi seperti itu selama perjalanannya melalui penyerap. Pada waktu tertentu, partikel berinteraksi dengan banyak elektron, sehingga efek akhirnya adalah menurunkan kecepatannya terus menerus sampai partikel berhenti.
Jalur representatif yang diambil oleh partikel bermuatan berat dalam proses perlambatannya digambarkan secara skematis dalam sketsa berikut ini. https://assets.kompasiana.com/items/album/2023/01/17/123-63c6b6b0110fce781930a192.jpg?t=o&v=740&x=416
Kecuali dibagian akhir, jalur cendrung demikian cukup lurus karena partikel tidak banyak dibelokkan oleh satu interaksi, dan interaksi terjadi ke segala arah secara bersamaan. Oleh karena itu, partikel bermuatan dicirikan oleh rentang tertentu dalam bahan penyerap tertentu. Kisaran jarak yang akan didefinisikan pada gambar berikut ini, mewakili jarak terluar yang tidak akan ditembus partikel.
Hasil dari interaksi ini dalam penyerap adalah atom tereksitasi atau pasangan ion. Setiap pasangan ion terdiri dari elektron bebas dan ion positif yang sesuai dari atom penyerap dimana elektron telah benar benar dihilangkan. Pasangan ion memiliki kecendrungan alami untuk bergabung kembali untuk membentuk atom netral, tetapi dalam beberapa jenis detektor, rekombinasi ini sangat dibutuhkan sehingga pasangan ion dapat digunakan sebagai dasar dari respon detektor.
Pada interaksi yang sangat dekat, sebuah elektron dapat mengalami impuls yang sangat besar sehingga setelah meninggalkan atom induknya (reaksi inti), ia masih memiiki energi kinetik yang cukup untuk membuat ion lebih lanjut. Elektron energik ini kadang-kadang disebut sebagai "sinar delta" dan mewakili sarana tidak langsung saat dimana energi partikel ditransfer ke media penyerap. Pada kondisi tertentu, sebagian besar kehilangan energi partikel bermuatan terjadi melalui sinar delta tersebut.
Dari penjelasan diatas, dapat dikatakan bahwa interaksi partikel bermuatan berat (radiasi alfa) selama melintas di dalam bahan penyerap, radiasi alfa ini sangat mempengaruhi elektron-elektron yang berada di orbit dari atom-atom bahan penyerap karena adanya gaya coulomb. Oleh karena itu, radiasi alfa sangat mudah diserap didalam materi, sehingga daya tembusnya sangat rendah. Radiasi alfa yang mempunyai energi 3,5 MeV hanya dapat menembus 20 mm udara atau hanya dapat menembus 0,03 mm jaringan tubuh.
Jadi, interaksi radiasi alfa dengan materi adalah:
- Ionisasi. Ionisasi adalah terlepasnya elektron dari orbitnya yang menjadi elektron bebas dan dihasilkan atom bermuatan positif.
- Eksitasi. Eksitasi adalah berpindahnya elektron ke kulit yang lebih luar karena adanya energi eksternal. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan eksitasi tidak sebesar energi yang dibutuhkan untuk mengionisasi. Setelah mengalami berkali-kali proses eksitasi, maka energi radiasinya akan habis. Proses eksitasi ini selalu diikuti oleh proses de-eksitasi, yaitu proses transisi elektron dari kulit yang terluar ke kulit yang lebih dalam dengan memancarkan radiasi sinar-X karakteristik (sinar-X diskrit)
- Reaksi Inti. Peristiwa Reaksi Inti pada radiasi alfa memiliki probabilitas yang jauh lebih kecil, perubahan inti atom materi penyerap menjadi inti atom yang lain, biasanya berubah menjadi inti atom yang tidak stabil. Hasil dari reaksi inti ini adalah inti lain yang berbeda dengan inti atom aslinya. Fenomena reaksi inti oleh radiasi alfa, digunakan untuk membuat sumber radiasi buatan seperti sumber radiasi neutron.
