Radiasi gamma merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang banyak digunakan dalam berbagai bidang, seperti industri, medis, dan lingkungan. Pemantauan tingkat radiasi sangat penting untuk memastikan keamanan dan mengendalikan paparan radiasi yang berlebihan. Namun, mendeteksi radiasi gamma bukanlah tugas yang mudah karena sifatnya yang tidak terlihat dan tidak berinteraksi langsung dengan materi seperti cahaya tampak. Oleh karena itu, diperlukan detektor khusus yang dapat mengubah radiasi gamma menjadi sinyal yang dapat diukur secara optik atau elektrik.

Dalam penelitian terbaru, para ilmuwan mengembangkan detektor radiasi gamma berbasis kristal fotonik satu dimensi (1DPhC) yang memiliki lapisan defek dengan material silikon berpori dan nanokomposit polimer etilen oksida. Dengan pendekatan ini, detektor dapat secara akurat membedakan berbagai tingkat radiasi gamma berdasarkan perubahan dalam indeks bias lapisan aktifnya. Keunggulan utama detektor ini adalah sensitivitas tinggi, portabilitas, dan ramah lingkungan dibandingkan dengan detektor konvensional.

Kristal fotonik satu dimensi (1DPhC) merupakan struktur periodik yang memiliki sifat optik unik, seperti celah pita fotonik (Photonic Bandgap/PBG) dan lokalisasi foton. 1DPhC bekerja dengan prinsip hamburan Bragg multipel yang mencegah cahaya dengan frekuensi tertentu melewati struktur tersebut. Fenomena ini serupa dengan bagaimana kristal dalam fisika keadaan padat memiliki struktur pita energi tertentu yang menentukan bagaimana elektron bergerak dalam suatu material.

Dalam konteks deteksi radiasi, kristal fotonik dimanfaatkan untuk mengontrol dan memanipulasi cahaya sehingga dapat digunakan sebagai sensor optik yang sensitif. Saat lapisan aktif dalam detektor mengalami perubahan indeks bias akibat paparan radiasi gamma, terjadi pergeseran panjang gelombang yang dapat diukur. Dengan cara ini, detektor dapat mendeteksi berbagai tingkat radiasi dengan akurasi tinggi.

Radiasi gamma memiliki energi lebih tinggi dibandingkan dengan jenis radiasi lainnya, seperti sinar-X dan cahaya tampak. Karena sifatnya yang sangat penetratif, radiasi gamma sering digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk dalam diagnosis dan terapi medis, industri nuklir, serta pemantauan lingkungan. Namun, paparan radiasi gamma dalam jumlah berlebihan dapat berdampak buruk terhadap kesehatan manusia dan lingkungan. Oleh karena itu, penting untuk memiliki detektor radiasi yang andal untuk mengontrol dan mengukur tingkat paparan secara akurat.

Dalam industri medis, misalnya, radiasi gamma digunakan dalam radioterapi untuk membunuh sel kanker. Namun, dosis radiasi harus dikontrol dengan sangat ketat agar tidak merusak jaringan sehat di sekitar area yang diterapi. Di sisi lain, dalam industri nuklir, pemantauan radiasi diperlukan untuk mencegah kebocoran radiasi yang dapat membahayakan pekerja dan lingkungan sekitar. Dengan berkembangnya teknologi, detektor radiasi berbasis kristal fotonik menjadi solusi yang lebih efisien dan mudah digunakan dibandingkan detektor konvensional.

Nanokomposit polimer (Polymer Nanocomposite/PNC) merupakan material canggih yang mengombinasikan matriks polimer dengan nanopartikel atau pengisi dalam skala nanometer. Material ini memiliki berbagai keunggulan, seperti stabilitas elektro-kimia tinggi, fleksibilitas, biaya produksi yang rendah, serta konduktivitas ionik yang sangat baik. Dalam konteks deteksi radiasi, PNC digunakan sebagai lapisan aktif dalam detektor untuk meningkatkan sensitivitas dan responsivitas terhadap perubahan radiasi gamma.

Keunggulan utama dari nanokomposit polimer adalah kemampuannya untuk berinteraksi dengan radiasi secara efektif dan menghasilkan sinyal yang lebih jelas dibandingkan material konvensional. Selain itu, PNC dapat dengan mudah diproses menjadi lapisan tipis, yang membuat detektor menjadi lebih fleksibel dan portabel. Dengan memanfaatkan PNC dalam detektor berbasis kristal fotonik, ilmuwan berhasil meningkatkan sensitivitas deteksi, sehingga memungkinkan pengukuran dosis radiasi dengan resolusi lebih tinggi.

Dalam penelitian ini, detektor yang dikembangkan menunjukkan sensitivitas tinggi dalam mendeteksi radiasi gamma. Pergeseran panjang gelombang yang dihasilkan oleh perubahan indeks bias dalam lapisan aktif mencapai 0.804 nm/Gy untuk dosis 0-100 Gy dan 0.225 nm/Gy untuk dosis 100-200 Gy. Dengan kata lain, detektor ini mampu membedakan perubahan dosis radiasi dengan sangat akurat, menjadikannya lebih unggul dibandingkan dosimeter konvensional yang sering digunakan.

Selain sensitivitas yang tinggi, detektor ini juga menawarkan berbagai keunggulan lain, seperti kemudahan dalam produksi, biaya yang lebih rendah, serta ramah lingkungan karena tidak memerlukan bahan berbahaya dalam proses pembuatannya. Faktor-faktor ini menjadikan detektor berbasis kristal fotonik sebagai pilihan ideal untuk berbagai aplikasi pemantauan radiasi, baik di rumah sakit, industri, maupun fasilitas penelitian.

Pengembangan detektor radiasi gamma berbasis kristal fotonik dengan lapisan defek silikon berpori dan nanokomposit polimer merupakan terobosan penting dalam bidang sensor radiasi. Dengan sensitivitas tinggi, portabilitas, serta kemudahan produksi, detektor ini memiliki potensi besar untuk digunakan dalam berbagai bidang, mulai dari medis hingga industri nuklir.

Keunggulan utama detektor ini terletak pada kemampuannya dalam mengubah perubahan indeks bias akibat paparan radiasi gamma menjadi sinyal optik yang dapat diukur secara akurat. Dibandingkan dengan dosimeter konvensional, teknologi berbasis kristal fotonik menawarkan solusi yang lebih efisien, murah, dan ramah lingkungan.

Dengan semakin berkembangnya penelitian dalam bidang nanoteknologi dan fotonika, detektor ini berpotensi menjadi standar baru dalam pemantauan radiasi di masa depan. Implementasi luas dari teknologi ini dapat membantu meningkatkan keamanan dan efisiensi dalam berbagai aplikasi yang melibatkan radiasi gamma, memastikan lingkungan yang lebih aman bagi manusia dan ekosistem.

 

Original Article: https://doi.org/10.1038/s41598-025-91050-8

Ayo publikasikan artikel ilmiahmu di website generasipeneliti.id secara gratis!
Hubungi kami di WhatsApp +62 822-5828-1664 (Afifah)

Editor:     Chief Editor