1. Penemuan Sinar-X dan Radioaktivitas
Ringkasan
Pada saat hendak meneliti sifat sinar katoda, Roentgen yang telah meneliti sinar katoda
menemukan sinar-X. Becquerel menemukan radioaktivitas ketika melakukan penelitian
untuk memastikan munculnya sinar-X bersama dengan adanya perpendaran
(fotoluminesensi). Pasangan suami-istri Pierre dan Marie Curie menemukan unsur baru
Polonium dan Radium yang memiliki radioaktivitas tinggi dari dalam tambang uranium.
Rangkaian penemuan besar ini terjadi di akhir abad 19. Dengan demikian pengetahuan
kita mengenai materi mengalami kemajuan yang besar.
Uraian
1. Penemuan Sinar-X.
Di akhir tahun 1895, Roentgen (Wilhelm Conrad Roentgen, Jerman, 1845 - 1923),
seorang profesor fisika dan rektor Universitas Wuerzburg di Jerman dengan sungguh-
sungguh melakukan penelitian tabung sinar katoda. Ia membungkus tabung dengan suatu
kertas hitam agar tidak terjadi kebocoran fotoluminesensi dari dalam tabung ke luar. Lalu
ia membuat ruang penelitian menjadi gelap. Pada saat membangkitkan sinar katoda, ia
mengamati sesuatu yang di luar dugaan. Pelat fotoluminesensi yang ada di atas meja
mulai berpendar di dalam kegelapan. Walaupun dijauhkan dari tabung, pelat tersebut
tetap berpendar. Dijauhkan sampai lebih 1 m dari tabung, pelat masih tetap berpendar.
Roentgen berpikir pasti ada jenis radiasi baru yang belum diketahui terjadi di dalam
tabung sinar katoda dan membuat pelat fotoluminesensi berpendar. Radiasi ini disebut
sinar-X yang maksudnya adalah radiasi yang belum diketahui.
Di tahun 1895 itu Roentgen sendirian melakukan penelitian sinar-X dan meneliti sifat-
sifatnya. Pada tahun itu juga Roentgen mempublikasikan laporan penelitiannya. Berikut
ini adalah sifat-sifat sinar-X:
1. Sinar-X dipancarkan dari tempat yang paling kuat tersinari oleh sinar katoda.
2. Intensitas cahaya yang dihasilkan pelat fotoluminesensi, berbanding terbalik
dengan kuadrat jarak antara titik terjadinya sinar-X dengan pelat
fotoluminesensi. Meskipun pelat dijauhkan sekitar 2 m, cahaya masih dapat
terdeteksi.
3. Sinar-X dapat menembus buku 1000 halaman tetapi hampir seluruhnya
terserap oleh timbal setebal 1,5 mm.
4. Pelat fotografi sensitif terhadap sinar-X.
5. Ketika tangan terpapari sinar-X di atas pelat fotografi, maka akan tergambar
foto tulang tersebut pada pelat fotografi. Skema peralatan ditampilkan pada
Gambar 1. Foto tulang tangan yang diambil pada saat itu ditampilkan pada
Gambar 2.

2. 6. Lintasan sinar-X tidak dibelokkan oleh medan magnet (daya tembus dan
lintasan yang tidak terbelokkan oleh medan magnet merupakan sifat yang
membuat sinar-X berbeda dengan sinar katoda).
Laporan pertama Roentgen mengenai sinar-X dimuat pada halaman 132 - 141 laporan
Asosiasi Fisika Medik Wuerzburg tahun 1895. Di awal tahun 1896 reprint laporan
Roentgen dikirimkan kepada ilmuwan-ilmuwan terkenal.
Karena tidak dibelokkan oleh medan magnet, maka orang tahu bahwa sinar-X berbeda
dengan sinar katoda. Pada saat itu belum ditemukan fenomena interferensi dan difraksi.
Karena itu muncullah persaingan antara teori partikel dengan teori gelombang untuk
menjelaskan esensi/substansi sinar-X. Teori partikel dikemukakan antara lain oleh W.H.
Bragg, teori gelombang dikemukakan antara lain oleh Stokes dan C.G. Barkla. Sejak saat
itu teori gelombang didukung oleh lebih banyak orang. Pada tahun 1912, fenomena
difraksi sinar-X oleh kristal ditemukan oleh Max von Laue dan kemudian dapat
dipastikan bahwa sinar-X adalah gelombang elektromagnetik. Tahun 1922 Compton
menemukan efek Compton berdasarkan penelitian hamburan Compton. Berdasarkan
penelitian sinar-X ia dapat memastikan bahwa gelombang elektromagnetik memiliki sifat
dualisme gelombang dan materi (partikel).
2. Penemuan Radioaktivitas Uranium
Laporan Roentgen diperkenalkan kepada Akademi Paris pada Januari 1896 oleh Poankale
yang merupakan ilmuwan Perancis terkemuka saat itu. Di dalam artikel Akademi waktu
itu terdapat prediksi Poankale yang menyatakan bahwa materi yang berpendar dengan
kuat memiliki kemungkinan untuk memancarkan sinar-X juga bersama sinar fluoresensi.
Banyak dikenal materi yang berpendar karena stimulasi dari sinar matahari atau sinar
lain. Becquerel (Antoine Henri Becquerel, Perancis, 1852 - 1908) yang merupakan
profesor fisika di Museum Sains Paris berpikir untuk memastikan hal ini. Keluarga
Becquerel sejak dari generasi kakek bekerja sebagai profesor fisika di Museum Sains,
ayah Becquerel adalah peneliti materi pendar. Becquerel segera dapat melakukan
penelitian menggunakan materi pendar yang dikumpulkan oleh ayahnya.
Becquerel memasukkan pelat fotografi dan kain hitam ke dalam kotak aluminium. Dia
berupaya agar pelat fotografi tidak mengalami perubahan walaupun kotak aluminium
terkena sinar matahari. Dia meletakkan (mengoleskan) garam uraniumi di atas kotak
aluminium, membiarkannya terkena sinar matahari selama beberapa jam, lalu memroses
pelat fotografi itu. Jika oleh stimulasi sinar matahari sinar-X dipancarkan dari uranium,
maka sinar-X yang menembus kain hitam dan aluminium pasti akan menghitamkan pelat
fotografi. Ternyata memang pelat fotografi menjadi hitam seperti yang diperkirakan.
Tetapi kembali terjadi hal yang tidak diperkirakan. Karena hari berawan berlangsung
terus, Becquerel tidak dapat menggunakan sinar matahari seperti di atas. Becquerel
memroses pelat fotografi dengan suatu pikiran untuk memastikan bahwa pelat tidak akan
menjadi hitam karena tidak terkena sinar matahari. Tetapi pelat tetap menjadi hitam

3. walaupun kotak tidak terkena sinar matahari. Becquerel menemukan fakta ini pada Maret
1896.
Setelah melakukan percobaan dengan meletakkan berbagai materi di atas pelat fotografi,
ia mengetahui bahwa sifat materi pendar dan bentuk kimia tidak mempunyai pengaruh
dalam hal ini. Semua materi yang mengandung uranium pasti dapat menghitamkan pelat
fotografi. Khususnya dalam hal logam uranium, tingkat kehitamannya besar. Becquerel
berpikir bahwa dari uranium terpancar radiasi yang mirip dengan sinar-X. Untuk
sementara sinar ini disebut sinar Becquerel.
Kesamaan sifat antara sinar Becquerel dengan sinar-X, selain sama-sama dapat
menghitamkan pelat fotografi, adalah keduanya dapat mengionkan udara.
3. Penemuan Polonium dan Radium.
Marie Sklodowska Curie (Polandia-Perancis, 1867 - 1934) menikah dengan Pierre Curie
(Perancis, 1859 - 1906) dan siap memulai kehidupan seorang peneliti dengan meneliti
sinar Becquerel sebagai tema penelitian untuk mendapatkan gelar akademik. Pierre yang
saat itu sudah menjadi salah satu peneliti terkemuka bermaksud membantu istrinya
dengan menyarankan pemakaian alat ukur arus yang sangat sensitif (Galvanometer
Feebles) seperti terlihat pada Gambar 3.
Marie Curie menggunakan alat ukur arus yang sangat sensitif dan melakukan pengukuran
secara kuantitatif radioaktivitas (kemampuan melepaskan radiasi) dari materi yang dapat
ia peroleh. Hanya materi yang mengandung uranium atau thorium yang menunjukkan
radioaktivitas. Berdasarkan pengukuran secara kuantitatif diketahui bahwa radioaktivitas
berbanding lurus dengan jumlah uranium atau thorium, sedangkan suhu serta bentuk
kimia dari materi tidak berpengaruh.
Tetapi disinipun teramati sesuatu yang di luar dugaan. Dua bahan tambang uranium yaitu
pitch blend (uranium oksida) dan shell corit (tembaga dan uranil) menunjukkan
radioaktivitas yang besar yang tidak dapat dijelaskan dengan jumlah uranium yang ada di
dalamnya. Marie Curie mencampur shell corit dengan bahan lain dan kemudian
melakukan pengukuran. Ternyata hanya bagian yang mengandung uranium yang
menunjukkan adanya radioaktivitas. Fakta ini dilaporkan di Akademi Sains Paris bulan
April 1898. Marie Curie berpikir bahwa di dalam batuan uranium alam terdapat unsur
yang belum diketahui dalam jumlah yang sangat sedikit, dan setelah itu ia lebih serius
lagi menemukan unsur radioaktif yang belum diketahui. Pierre kemudian berhenti
melakukan penelitiannya sendiri untuk bekerja sama dengan Marie menemukan unsur
baru. (Pierre terus melakukan penelitian radioaktivitas sebelum meninggal pada tahun
1906 karena kecelakaan). Batuan dalam jumlah besar dilarutkan dan dilakukan
pemisahan dengan prosedur analisis kimia. Radioaktivitas dari bagian yang terpisah
diukur dengan alat ukur listrik yang dikonsentrasikan pada bagian yang memiliki
radioaktivitas tinggi. Unsur radioaktif yang belum diketahui itu menunjukkan sifat yang
mirip dengan bismuth. Bagian yang terambil ini ternyata merupakan campuran antara
bismuth sulfat dan bahan radioaktif dalam bentuk sulfat. Pemisahan antara bismuth dan

4. unsur yang belum diketahui itu dapat dilakukan berdasarkan perbedaan sifat
sublimasinya. Bahan campuran itu dipanaskan dalam vakum pada suhu 700° C dan
dibiarkan menyublim, dalam suhu 250° - 300° C bahan radioaktif dalam bentuk sulfat itu
menempel pada dinding seperti cat berwarna hitam. Beginilah cara penemuan salah satu
unsur radioaktif yang belum diketahui. Pada Juni 1898 laporan atas nama suami-istri
Curie disampaikan kepada Akademi. Dalam laporan ini diusulkan nama Polonium untuk
unsur baru sesuai dengan nama negara kelahiran Marie Curie.
Dari analisis juga ditemukan adanya radioaktifitas yang kuat di dalam kelompok barium,
secara kimiawi sifatnya sama dengan barium. Pemisahan bagian yang memiliki
radioaktivitas dengan cara pemisahan kristal berdasarkan perbedaan kelarutan dalam air,
campuran air dan alkohol, kelarutan garam dalam larutan asam klorida. Dengan cara
seperti inilah unsur radioaktif radium ditemukan. Penemuan ini dipresentasikan pada
bulan September 1898 sebagai hasil penelitian bersama suami-istri Curie dan rekan
sekerja Pemon.
Gambar
Gambar 1 Skema peralatan Roentgen.
Gambar 2 Foto yang dibuat Roentgen dengan sinar-X.
Gambar 3 Alat ukur arus listrik sensitif yang disarankan oleh Pierre Curie dan yang
berguna pada penemuan Radium.