LAPORAN PRATIKUM ABSORBSI GAMMA (ABSORBTION OF γ RADIATION) RADIATION) I.
TUJUAN PERCOBAAN
1. Untuk mengetahui mengetahui proses absorbsi absorbsi gamma pada pada bahan. bahan. 2. Untuk mengetahui sifat-sifat sifat-sifat sinar sinar gamma. 3. Untuk Untuk mengetahui mengetahui intraks intraksii sinar gamma. gamma. 4. Untuk Untuk mengetahu mengetahuii absorpsi absorpsi foton. foton. II.
LANDASAN TE TEORI
Menurut Menurut interpr interpresta estasi si kuan kuantum, tum, radiasi radiasi elektro elektromagn magneti etikk terdiri terdiri dari bund bundel el energy energy diskret mirip partikel yang disebut foton atau kuantum. Setiap foton memiliki energi E yang bergantung hanya pada frekuensi radiasi dan dinyatakan dengan E ! h h ! h """ """""" """""" """ #2.1 #2.1$$ dengan h ! %,%2% & 1'-34 (.s adalah konstanta )lan*k. +etika foton-foton merambat dalam ke*epatan *ahaya, menurut teori relatiitas, fotonfoton tersebut harus memiliki massa diam yang sama dengan nol, dan oleh karena itu segenap energinya adalah kinetik. (ika mun*ul sebuah foton, maka dapat dinyatakan baha foton tersebut bergerak bergerak dengan ke*epatan ke*epatan *ahaya *, dan ika foton tersebut berhenti bergerak bergerak dengan ke*epatan *, maka foton tersebut akan hilang. Untuk
! ',
relasi relasi momentum momentum-ener -energi gi relati relatiisti istikk adalah adalah E ! p*. engan engan demikian demikian,, setiap setiap foto fotonn memiliki momentum sebesar p !
! """""" """""""".#2.2$ "".#2.2$
ari sudut pandang kuantum, seberkas energi elektromagnetik tersusun dari foton-foton yang merambat dengan ke*epatan *. /ntensitas berkas tersebut akan berbanding lurus dengan umlah foton yang melintasi suatu satuan luas per satuan aktu. engan begitu, ika berkas tersebut berbentuk berbentuk monokromatik monokromatik #terdiri dari satu frekuensi$, frekuensi$, maka intensitas / akan dinyatakan dengan I ! #energi sebuah foton$ &
"""""""#2.3$
Untuk memudahkan perhitungan, pernyataan-pernyataan dalam satuan nonstandard di baah ini dapat dapat digunakan digunakan 0 h ! 4,13% & 1' -1 e.s h* ! 12,4 ke.Ȧ
dengan 1 e ! 1' -3 ke ! 1,%'2 & 1' -1 ( dan 1 Ȧ ! 1'-1' m. alam eksperimen fotolistrik, *ahaya menyinari permukaan sebuah logam di dalam tabung eakuasi dan ele*tron-elektron akan meman*ar dari permukaannya. rekuensi danintensitas *ahaya I, tegangan perlambatan maupun material emitor dapat berariasi. Elektron-elektron yang memiliki *ukup energi akan mampu mengatasi tegangan perlambatan dan akan men*apai kolektor, kemudian akan terdeteksi sebagai arus i dalam amperemeter 5. alam upayanya men*apai kolektor, ele*tron-elektron harus memiliki energi kinetik yang setara atau lebih besar daripada energi potensial listrik yang dihasilkan di antara emitor dan kolektor, yaitu 6 e""""""""..#2.4$ /nterpretasi kuantum baha *ahaya tersiri dari foton member penelasan untuk eksperimen tersebut. alam bentuk kuntum, energi yang dibaa foton diserap oleh ele*tron tunggal. (ika elekrton tersebut 7diusir8 dari material, maka perbedaan antara energi yang diserap oleh elektron tersebut dengan energi ketika elektron tersebut terikat di permukaan akan mun*ul sebagai energi kinetik elektron. Elektron-elektron terikat di permukaan dengan energy yang berbeda-beda, namun energy ikat elektron-elektron yang terikat paling tidak kuat bergantung pada enis material emitor. Energi yang dibutuhkan untuk melepaskan ikatan itu dinamakan fungsi kera # ɸ$ material. 9leh karenanya, elektron-elektron akan terusir dalam berbagai rentang energy kinetik mulai dari nol hingga nilai maksimum yang dinyatakan dengan 0 Energi kinetik maksimum emisi elektron ! #energi yang dibaa oleh foton$ : #energi ikat dari elektron yang terikat paling tidak kuat$. +etika dengan ɸ ! e
hubungan energy maksimumnya menadi . engan kemun*ulan frekuensi ambang dinyatakan
dengan """"""".#2.$ i baah nilai frekuensi ambang ini, foton-foton datang tidak akan memiliki energy yang *ukup untuk melepaskan ikatan yang paling tidak kuat sekalipun, berapapun besarnya intensitas *ahaya tersebut. ;aktu tunda yang pendek di hasil eksperimen uga akan menadi elas karena absorpsi foton teradi hampir se*ara spontan. 5khirnya, semakin tinggi intensitas *ahaya, semakin besar uga kerapatan foton, dan dengan begitu semakin banyak pula elektron yang akan terlepas, sehingga hasil pun menadi elas.
Efek Compto
/nterpretasi gelombang memprediksi baha ketika teradi radiasi elektromagnetik dari sebuah partikel bermuatan, maka radiasi yang dipan*arkan tersebut akan memiliki frekuensi yang sama dengan radiasi yang datang dari segala penuru. )ada tahun 122, 5rthur <. =ompton menunukkan baha ika interpretasi kuantum darai radiasi elektromagnetik diterima, kama radiasi yang dihamburkan akan memiliki frekuensi lebih ke*il daripada radiasi datang dan uga bergantung pada sudut hamburannya. 5nalisis =ompton, sebagai akibatnya, menyertakan tampilan hamburan radiasi elektromagnetik dari partikel bermuatan sebagai sebuah peristia tumbukan sempurna antara foton dan partikel bermuatan bebas. Pe!"#$!" D" Pem%&"'" P"&"!"
alam )roses pengabungan pasangan, energy yang dibaa oleh foton dokonersikan seluruhnya menadi materi, yang dihasilkan dari pengabungan sebuah elektron-positron #ke*uali untuk muatannya, positron benar-benar identik dengan elektron$. +etika muatan suatu system bernilai nol, maka dua partikel yang berlaanan muatannya harus di*iptakan guna mengkonersi muatan. Untuk menggabungkan sebuah pasangan, foton datang harus memiliki energi yang setidaknya setara dengan energy diam pasangan tersebut, dan setiap kelebihan energy foton akan mun*ul sebagai energi partikel. #>onald ?autreau, 2''% 0 1-4$ Untuk menunukkan sifat-sifat kuanta radiasi elektromagnetik, yaitu gaha gelombanggelombang berkelakuan sebagai partikel, maka akan dibahas tiga geala fisika yang dapat menunang peryataan tersebut. -
Efek foto listrik
-
Efek =ompton
Efek Foto%&t%k
@ila sinar atau radiasi elektromagnetik dengan suatu frekuensi tertentu mengenai suatu permukaan metalAlogam, maka elektron akan dikeluarkan dari permukaan logam itu yang disebut fotoelektron dan geala fisikanya disebut efek fotolistriksinar & yang di. Efek Compto
alam efek fotolistrik sinar & yang atuh pada permukaan logam yang sensitie menyerahkan seluruh tenaganya dalam usaha mengeluarkan elektron dari permukaan logam. Untuk efek fotolistrik tersebut maka sinar & yang digunakan tenaganya tidak terlalu besar #hanya beberapa e saa$. @ila sinar & dengan tenaga tinggi katakanlah beberapa k e atau lebih diatuhkan pada permukaan logam sasaran yang mengandung elektron bebas misalkan =arbon #=$, dalam hal ini tenaga yang diperlukan untuk
mengeluarkan elektron dari permukaan logam ke*il dan dapat dibandingkan dengan tenaga sinar & itu. /nteraksi antara sinar & yang diatuhkan itu dan elektron-elektron menyebabkan hamburan-hamburan dari sinar &, fenomena ini disebut hamburan =ompton atau efek =ompton. @erdasarkan teori elektromagnetik klasik maka panang gelombang B atau frekuensi f CB ! D dari sinar & yang dipantulkan harus sama dengan frekuensi dari sinar & yang datang, tapi menurut hasil eksperimen teramati baha sinar & yang dipantulkan mengandung dua panang gelombang yakni yang satu sama dengan panang gelombang B dari sinar & yang datang. #Mulono, 2''3 0 -F dan 1%-1$ INTERAKSI SINAR*γ DENGAN MATERI
Spektrum sinar-G terbentuk sebagai hasil interaksi antara sinar:G dengan detektor. Untuk dapat memba*a spe*trum:G, diperlukan pengetahuan yang *ukum mendalam mengenai geala dan mekanisme yang teradi dalam proses interaksi sinar:G dengan materi. )ada bab ini akan diuraikan beberapa hal dasar yang sangat penting. Helah disebutkan dalam bab sebelumnya baha sinar:G adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat pula ditinau sebagai paket-paket *atu tenaga yang dinamakan foton:G. 5pabila sinar:G berinteraksi dengan materi maka tenaganya akan diserahkan pada atom-atom materi yang dilalui. Satuan yang biasa dipakai untuk menyatakan sinar:G adalah elektron olt, disingkat e. Satu elektron olt adalah tenaga yang diterima oleh sebuah elektron #muatan elektron ! e ! 1,%' & 1'-1 *oulomb$ yang diper*epat melalui suatu medan listrik dengan beda potensial sebesar satu olt. +elipatan satuan ini, yang biasa dipakai dalam spektrometri: G, adalah0 1 ke ! 1.''' e dan 1 Me ! 1.'''.''' e. )ada umumnya, dalam spektrometri:G orang bekera dengan tenaga:G dari ' ke sampai Me. (ika diketahui panang gelombangnya, tenaga sinar:G dapat dihitung melalui rumus )lan*k0 E ! h*AB. 5pabila tetapan )lan*k #h$ dan lau *ahaya dalam hampa #*$ diberi harga yang bersesuaian maka bisa dihitung tenaga:G langsung dalam satuan ke dengan perumusan sebagai berikut0 !
""""""""""..#2.%$
! tenaga sinar:G dalam ke I ! panang gelombang sinar:G dalam 5
/nteraksi sinar:G dengan materi bisa teradi melalui berma*am-ma*am proses. ari berbagai proses tersebut hanya ada tiga proses yang penting untuk diperhatikan dalam spektrometri:G, yaitu0 -
-
Efek fotolistrik
-
)embentukan pasangan
+etiga proses tersebut menghasilkan pembebasan elektron dari atom-atom materi yang berinteraksi dengan sinar:G. Efek fotolistrik penting pada daerah tenaga sinar:G di baah 1 Me J hamburan =ompton penting untuk daerah angkauan tenaga yang lebarJ sedang pembentukan pasangan hanya penting untuk tenaga sinar:G K 1,'22 Me. Efek Foto%&t%k
Efek fotolistrik adalah intraksi antara foton:G degan sebuah elektron yang terikat kuat dalam atom yaitu elektron pada kulit bagian dalam satuan atom, biasanya kulit + atau L. oton:G akan menumbuk elektron tersebut dank arena elektron itu terikat kuat-kuat maka elektron akan menyerap seluruh tenaga foton:G. +"m#$" Compto
5pabila suatu foton:G yang bertenaga *ukup tinggi melalui medan listrik yang sangat kuat di sekitar inti atom #medan *oulomb inti$ maka foton:G tersebut akan lenyap dan sebagai gantinya mun*ul pasangan elektron dan positron #e - dan eN$. )eristia ini disebut efek pembentukan pasangan. )embentukan antimateri positron dapat dipandang sebagai peman*aran sebuah elektron dari suatu tingkat tenaga negatie menuu kepada suatu tingkat tenaga positif dengan meninggalkan suatu loongan dalam daerah yang biasanya diisi oleh tingkat tenaga negatif. Loongan ini adalah positron. )eristia pembentukan pasangan ini harus memenuhi ketiga hokum kekekalan, yaitu0 -
-
-
Massa elektron dan positron masing-masing setara dengan tenaga sebesar ',11 Me.
PERALATAN DAN BA+AN ,.- PERALATAN
1. Habung ?eiger-Muller #Habung ?.M$ ungsi 0 untuk mendeteksi radiasi 2. S*alar meter atau >atemeter ungsi 0 untuk mengukur *a*ah 3.
Stopat*h ungsi 0 menghitung aktu
4.
+abel *oa&ial ungsi 0sebagai penghubung antara tabung ?.M dengan s*alar meter
.
>ak Habung ?.M ungsi 0 sebagai tempat untuk meletakkan tabung ?.M
%.
(epitan ungsi 0 untuk mengambil unsur radioaktif yang dipakai
.
Serbet ungsi 0 untuk menutup unsur agar tidak terkena radiasi
F. 5bsorber 5luminium murni ungsi 0 sebagai absorber .
5bsorber timbal ungsi 0 sebagai absorber
1'. 5bsorber timah ungsi 0 sebagai absorber 11. 5bsorber )b ungsi 0 sebagai absorber ,. BA+AN
1.
=obalt -%' ungsi 0 sebagai unsur radioaktif yang digunakan dalam per*obaan
I/.
PROSEDUR PERCOBAAN
1. isiapkan peralatan dan bahan yang digunakan. 2. ihubungkan Habung ?.M dengan menggunakan kabel *oa&ial pada s*alar meter. 3. ihubungkan s*alar meter pada arus )LO. 4. Setelah dihubungkan, diukur *a*ah latar belakang #ba*k ground$, tanpa absorber sebanyak tiga kali setiap satu menit. . iletakkan sumber unsur radioaktif =obalt-%' dengan menggunakan penepit ke rak tabung ?.M. %. iukur *a*ah tanpa absorber sebanyak tiga kali setiap satu menit sekali. . ipasang absorber 5luminium murni lalu diukur *a*ahnya selama satu menit sebanyak tiga kali. F. +emudian dipasang absorber kedua yaitu penyerap timbal, diukur *a*ahnya selama satu menit. . ipasang absorber ketiga yaitu absorber )b kemudian diukur selama satu menit. 1'. ipasang absorber keempat yaitu penyerap timah kemudian diukur selama satu menit. 11. +emudian di*atat hasilnya pada tabel data.
/III. KESIMPULAN DAN SARAN
F.1 +esimpulan
1.
5da tiga proses utama yang teradi apabila radiasi sinar-G meleati suatu bahan penyerap yaitu 7 - Efek fotolistrik adalah intraksi antara foton:G degan sebuah elektron yang terikat kuat dalam atom yaitu elektron pada kulit bagian dalam satuan atom, biasanya kulit + atau L. oton:G akan menumbuk elektron tersebut dank arena elektron itu terikat kuat-kuat maka elektron akan menyerap seluruh tenaga foton:G. -
2. Sifat-sifatnya yaitu 0 1. Merupakan gelombang elektromagnetik 2. Hidak bermuatan listrik 3. Hidak memiliki massa 4. Hidak dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magneti* . +e*epatan gamma bernilai sama dengan ke*epatan *ahaya . Memiliki daya tembus paling besar tetapi daya ionisasi paling lemah 3. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang membaa energi dalam bentuk paket-paket yang disebut foton. (ika sinar gamma masuk ke dalam suatu bahan, uga menghasilkan ionisasi, hanya saa ionisasi yang dihasilkan sebagian besar melalui proses ionisasi sekunder. (adi, sinar gamma berinteraksi dengan materi hanya beberapa pasang ion primer saa yang berbentuk ion-ion primer itu selanutnya melakukan proses ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak dibandingkan yang berbentuk pada proses ionisasi primer. )eluang teradinya interaksi
antara radiasi gamma dengan bahan ditentukan oleh koefisien absorsi linear #P$. 4. /ntensitas berkas radiasi akan teruksi ketika meleati material karena fotonfoton akan dibuang atau dihamburkan dari arah mau oleh beberapa kombinasi efek fotolistrik, efek =ompton, dan penggabungan pasangan. >eduksi intensitas ini mematuhi hukum redaman eksponensial I ! I 'e-P&
F.2. Saran 1. iharapkan kepada praktikan agar dapat mengetahui peralatan yang akan digunakan pada saat praktikum. 2. iharapkan kepada praktikan agar dapat mengetahui prosedur per*obaan. 3. iharapkan kepada praktikan agar tidak meminam alat tulis kepada praktikan lainnya,agar tidak mengganggu praktikan yang lain. 4. iharapkan kepada praktikan agar berhati-hati saat menggunakan peralatan pada saat per*obaan
DAFTAR PUSTAKA
?autreau,>onald. 2''%. Fisika Modern.Edisi //.(akarta 0 Erlangga
Mulono. 2''3. Fisika Modern.Uniersitas )elita
Me0"1 23 No4em#e 2-2
A&%&te
(N"t"%" +"&%#$")
P"kt%k"
(De5% F"&%&k" B T"%!")
