Tabel periodik

Kalium-40 (K-40)

Kalium 40 adalah isotop radioaktif yang membuat seluruh kalium alam — dan karenanya setiap makhluk hidup — sedikit bersifat radioaktif. Ia merupakan 0,0117 % kalium alam, berwaktu paruh 1,25 miliar tahun, dan menjadi sumber radiasi terbesar di dalam tubuh manusia.

Setiap orang adalah sumber

Kalium 40 tak dapat dihindari. Ia merupakan 0,0117 % dari seluruh kalium alam, ketiga isotopnya identik secara kimia, dan kalium mutlak diperlukan setiap sel Anda.

Orang dewasa seberat tujuh puluh kilogram membawa sekitar 140 gram kalium, sebagian besar di dalam sel. Dari jumlah itu, kira-kira 16 miligram adalah kalium 40 — sekitar 4.400 peluruhan tiap detik.

Itu sumber radiasi terbesar di dalam tubuh manusia, melampaui karbon 14. Dosis tahunannya sekitar 0,17 milisievert, terhadap latar alami 2 sampai 3.

⚠️ Cukup untuk menimbulkan persoalan praktis. Detektor radiasi yang peka harus dilindungi dari kalium pada beton di sekitarnya, dan operator yang berdiri di dekatnya muncul pada alat.

Persoalan pisang

Dosis setara pisang adalah cara populer menjelaskan radiasi: satu pisang sekitar 0,1 mikrosievert, foto toraks 700 pisang, dan seterusnya.

Ia perumpamaan yang baik dan fakta yang buruk.

Tubuh mempertahankan kadar kaliumnya dalam batas sempit. Makan lebih banyak dan ginjal membuang kelebihannya dalam beberapa jam. Kalium 40 Anda ditentukan oleh massa tubuh, bukan oleh makanan.

⚠️ Makan seratus pisang karena itu tidak memberi seratus dosis pisang. Ia memberi dosis yang sudah Anda punya, ditambah buah.

Perbandingannya tetap berguna untuk besaran — ia membuat mikrosievert yang abstrak menjadi nyata. Ia hanya tak boleh dibaca sebagai mekanisme.

Argon di udara

Kalium 40 meluruh dengan dua cara. Pada sekitar 89 % kasus ia memancarkan partikel beta dan menjadi kalsium 40. Sisanya, 11 %, menangkap elektron dan menjadi argon 40.

Cabang minoritas itulah yang mengisi atmosfer.

Argon merupakan 0,93 % udara, yang menjadikannya gas mulia paling melimpah di Bumi dengan selisih besar — seribu kali lebih umum daripada neon, padahal neon jauh lebih melimpah di alam semesta. Hampir seluruhnya argon 40, dihasilkan peluruhan kalium dalam batuan kerak selama 4,5 miliar tahun.

⚠️ Tanda isotopnya membongkarnya. Di Matahari, argon 36 mendominasi. Di Bumi, argon 40 mencapai 99,6 % dari totalnya. Selisih itu adalah catatan empat setengah miliar tahun kalium yang meluruh di bawah kaki kita.

Menghitung seseorang

Karena kalium 40 memancarkan sinar gamma pada 11 % peluruhannya, dan sinar itu berenergi khas 1,46 megaelektronvolt, seseorang dapat diukur dari luar.

Pencacah seluruh tubuh adalah ruang berperisai dengan detektor, biasanya dibangun dari baja sebelum perang — baja yang dilebur setelah 1945 membawa jejak jatuhan yang akan menenggelamkan sinyalnya. Subjek duduk di dalamnya beberapa menit dan alat menghitung sinar gamma yang keluar dari tubuhnya.

Garis kalium 40 menjadi acuan. Karena tubuh mengandung kalium sebanding dengan massa tanpa lemaknya, cacahan itu memberi ukuran massa otot, dan teknik ini dipakai dalam fisiologi sebelum ada alat komposisi tubuh.

⚠️ Alat yang sama mendeteksi apa pun yang dibawa seseorang di dalam tubuhnya. Begitulah pekerja Chernobyl dan Fukushima diperiksa untuk sesium internal — dibandingkan terhadap puncak kalium yang dimiliki semua orang. Cara yang sama dipakai memeriksa warga sekitar Batan Indah pada 2020.

Menanggali lapisan Olduvai

Peluruhan yang sama menjadi salah satu jam terpenting dalam geologi.

Ketika mineral mengkristal dari magma, argon lolos: ia gas dan tak muat dalam kisi kristal. Sejak saat itu, argon 40 hasil peluruhan kalium terperangkap. Mengukur keduanya memberi waktu sejak pendinginan.

Rentang gunanya membentang dari sekitar seratus ribu tahun sampai umur tata surya, yang mencakup hampir seluruh sejarah geologi.

Inilah metode yang menanggali lapisan abu vulkanik di Ngarai Olduvai, dan dengan itu menetapkan umur sisa hominin yang ditemukan di antaranya. Sebelumnya, paleoantropologi punya tanggal relatif — lapisan ini lebih tua daripada yang itu — tetapi tanpa angka.

⚠️ Metode ini gagal bila batuannya dipanaskan ulang, karena argon yang terperangkap lolos dan jamnya sebagian teratur ulang. Kelemahan itu berubah menjadi kekuatan: ia memungkinkan penanggalan peristiwa termal setelah pembentukan.

Identitas

Proton
19
Neutron
21
Nomor massa
40
Massa
39.964 ± 0.060 u
Kelebihan massa
-33.535 MeV
Spin
4-*

Kestabilan

Waktu paruh: 1.25 × 10⁹ tahun

Keberadaan di alam

0.0117 % kalium

Meluruh menjadi

FAQ

Seberapa radioaktif seseorang?
Orang dewasa seberat tujuh puluh kilogram membawa sekitar 140 gram kalium, di antaranya kira-kira 16 miligram kalium 40. Itu setara sekitar 4.400 peluruhan per detik, atau 4.400 becquerel, sumber radiasi internal terbesar dalam tubuh. Dosis tahunannya sekitar 0,17 milisievert, sebagian kecil dari 2 sampai 3 milisievert yang diterima setiap orang dari latar alami.
Apakah makan pisang menambah dosis radiasi?
Tidak. Tubuh mengatur kaliumnya dalam batas sempit dan membuang kelebihannya dalam beberapa jam: jumlah kalium 40 yang Anda bawa tidak bergantung pada apa yang Anda makan. Dosis setara pisang berguna untuk memberi gambaran besaran, tetapi bila dibaca harfiah ia keliru — dosis internal tidak bertambah dengan makan lebih banyak.
Mengapa kalium 40 masih ada setelah 4,5 miliar tahun?
Karena waktu paruhnya, 1,25 miliar tahun, sebanding dengan umur Bumi. Ia terbentuk dalam supernova sebelum tata surya dan telah melewati sekitar tiga setengah waktu paruh, menyisakan kira-kira sepersepuluh. Isotop seasal yang berwaktu paruh lebih pendek sudah lama lenyap.
Bagaimana penanggalan kalium-argon bekerja?
Kalium 40 berubah menjadi argon 40 pada sekitar 11 % kasus. Ketika mineral mengkristal dari magma, argon yang ada lolos dan mengatur ulang jam ke nol; argon yang dihasilkan setelahnya terperangkap dalam kristal. Mengukur nisbah kalium 40 tersisa terhadap argon 40 yang tertimbun memberi waktu sejak pengkristalan, dari seratus ribu tahun sampai umur tata surya.

Semua isotop kalium