MAKALAH FISIKA MODERN “RADIOAKTIVITAS DAN REAKSI INTI” Dosen Pengampu : Fathiah Alatas, S. Pd., M. Si.
Disusun Oleh :
Yuli Rahmah
: 1113016300041
Ai Ummul Apiah
: 1113016300054
Fisika 7 B
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2016
i
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Warahmatullah Wabarakatuh Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah swt. yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada kami, sehingga dapat menyusun makalah ini dengan baik. Tidak lupa pula shalawat dan salam kami curahkan kepada Nabi Muhammad saw. karena berkat bimbingan beliau kami tetap di jalanNya. Penyusun berharap, makalah yang kami susun dapat memberi manfaat dan dapat mengambil pelajaran dan bisa mengambil hikmah dari hal-hal yang telah kami susun ini. Tidak lupa pula dalam kesempatan kali ini kami menyampaikan ucapan terima kasih kami kepada Ibu Fathiah Alatas, M. Pd. selaku dosen mata kuliah Fisika Modern kami, yang telah memberikan kami kesempatan untuk membahas materi tersebut. Tak lupa kami ucapkan terima kasih kepada teman-teman atas dukungan dan masukannya dalam penyusunan makalah ini. Kami tahu makalah ini jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat kami harapkan, agar ke depan kami bisa menyusun makalah dengan lebih baik. Harapan kami, semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kami dan para pembaca. Wassalamu’alaikum Warahmatullah Wabarakatuh
Tangerang, 11 September 2016
Penyusun
ii
DAFTAR ISI Kata Pengantar ........................................................................................................ ii Daftar Isi................................................................................................................. iii BAB I Pendahuluan ................................................................................................ 1 1.1.
Latar Belakang..................................................................................................... 1
1.2.
Rumusan Masalah ............................................................................................... 1
1.3.
Tujuan ................................................................................................................. 2
1.4.
Metode Penulisan ............................................................................................... 2
BAB II Pembahasan ................................................................................................ 3 2.1.
Penemuan Radioaktif .......................................................................................... 3
2.2.
Peluruhan Radioaktif........................................................................................... 4
a.
Aktivitas Bahan Radioaktif dan Hukum Peluruhan ............................................. 4
b.
Waktu Paro ......................................................................................................... 7
c.
Latihan Soal ......................................................................................................... 9
2.3.
Peluruhan Inti...................................................................................................... 9
a.
Peluruhan Alpha (𝛼) .......................................................................................... 12
b.
Peluruhan Beta (𝛽) ........................................................................................... 14
c.
Peluruhan Gamma (𝛾) ....................................................................................... 18
d.
Sifat Radiasi 𝛼, 𝛽, 𝑑𝑎𝑛 𝛾 .................................................................................... 19
e.
Deret Radioaktif ................................................................................................ 19
2.4.
Reaksi Inti .......................................................................................................... 21
a.
Reaksi Fisi .......................................................................................................... 21
b.
Reaksi Fusi ......................................................................................................... 24
BAB III Penutup ................................................................................................... 26 3.1.
Kesimpulan ........................................................................................................ 26
3.2.
Kritik dan Saran ................................................................................................. 27
Daftar Pustaka ........................................................................................................ iv
iii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada saat ini dunia teknologi sudah berkembang dengan pesat, mulai dari bidang kedokteran, pertanian, perairan, dan pangan. Perkembangan tersebut juga diiringi dengan penggunaan bahan radioaktif yang sudah diteliti sehingga aman untuk dikonsumsi sesuai dengan takaran yang ada. Maka dari itu, kami mencoba untuk membahas mengenai radioaktivitas. Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil. Materi yang mengandung inti tak-stabil yang memancarkan radiasi, disebut zat radioaktif. Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga berubah menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat besar. Ada banyak kesamaan antara struktur atom dan struktur inti atom yang memudahkan kita dalam mengkaji berbagai sifat inti atom. Perilaku inti atom tunduk pada hukum-hukum fisika kuantum. Mereka memiliki keadaan dasar dan eksitasi serta memancarkan foton (yang dikenal sebagai sinr gama) sewaktu melakukan transisi antara berbagai keadaan eksitasinya. Seperti halnya dengan keadaan atom, keadaan inti atom juga di lebel oleh momentum sudut totalnya. 1.2. Rumusan Masalah Dalam penulisan makalah ini terdapat pembatasan masalah yang terseusun dalam rumusan masalah, sebagai berikut; 1) Bagaimana sejarah ditemukannya radioaktif? 2) Apa pengertian radioaktif dan radioaktivitas? 3) Apa yang dimaksud peluruhan inti? 4) Bagaimana penurunan persamaan aktivitas, hokum peluruhan radioaktif dan waktu paro? 5) Bagaimana sejarah ditemukannya radioaktif ⍺, 𝛽, dan 𝛾?
1
6) Bagaimana sifat dari bahan-bahan radioaktif radioaktif ⍺, 𝛽, dan 𝛾? 7) Apa yang dimaksud deret radioaktif? 8) Apa yang dimaksud reaksi fisi dan reaksi fusi inti? 1.3. Tujuan Berdasarkan rumusan masalah yang ada, maka tujuan penulisan makalah ini adalah: 1. Mengetahui sejarah ditemukannya bahan radioaktif 2. Mengetahui pengertian radioaktif dan radioaktivitas 3. Mengetahui apa yang dimaksud dengan peluruhan inti 4. Mengetahui bagaimana penurunan persamaan aktivitas, hukum peluruhan radioaktif dan waktu paro 5. Mengetahui sejarah ditemukannya radioaktif ⍺, 𝛽, dan 𝛾 6. Mengetahui sifat dari bahan-bahan radioaktif radioaktif ⍺, 𝛽, dan 𝛾 7. Mengetahui apa yang dimaksud deret radioaktif 8. Mengetahui apa yang dimaksud reaksi fisi dan reaksi fusi inti 1.4. Metode Penulisan Metode yang kami lakukan dalam penyusunan makalah ini yakni dengan metode studi pustaka, seperti mencari data dari beberapa buku referensi, jurnal penelitian dan data dari internet, yang berkaitan dengan materi yang akan dibahas.
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Penemuan Radioaktif Penemuan sinar-x oleh rontgen pada tahun 1895 merangsang Henri Becquerel untuk menyelidiki asal-usul sinar-x. dalam percobaan yang dilakukan, sebenarnya Becquerel sedang mempelajari gejala flueresens dan fosforesens. Gejala flouresens adalah gejala di mana suatu benda dapat memancarkan cahaya yang berbeda ketika menerima cahaya dari luar atau menerima tembakan dari aliran partikel.1 Misalnya, dinding kaca dalam tabung sinar katoda yang memancarkan dari aliran cahaya hijau ketika dinding kaca dalam tabung sinar katode. Gejala fosforesens adalah gejala di mana suatu benda dapat memancarkan cahaya beberapa selang waktu kemudian setelah benda itu menerima cahaya dari luar2, misalnya pada jarum penunjuk arloji yang bersinar pada malam hari setelah menerima cahaya matahari pada siang hari. Dalam penyelidikannya itu, secara kebetulan Becquerel menemukan bahwa senyawa uranium menunjukkan keaktifan radiasi tertentu dengan daya tembus yang sangat kuat, seperti sinar-X, meskipun senyawa uranium itu tidak disinari terlebih dahulu. Mula-mula Becquerel menduga bahan ini menyimpan energy matahari yang di peroleh sebelumnya. Kemudian Becquerel menguji dugaannya dengan menempatkan bijih uranium dalam kotak hitam yang tertutup rapat dan menyimpannya beberapa bulan. Ternyata, walau sudah tertutup rapat dan tidak ada sumber energy, bahan uranium tersebut tetap menunjukan keaktifan radiasi, yakni dapat menghitamkan pelat film. Ini bearti, tanpa terkena sinar matahari pun, bahan uranium tetap menghasilkan sinar tembus seperti halnya sinar-x. pemancaran sinar tembur (sinar radioaktif) secara spontan oleh inti-inti stabil (misalnya inti uranium) dinamakan
1 2
Kanginan, Marthen. Fisika untuk SMA Kelas XII. (Jakarta: Erlangga, 2006) hlm. 362 Ibid.
3
radioaktifitas3. Nama ini diberikan oleh Marie Carie. Jadi, radioaktifitas alami pertama kali ditemukan oleh Henri Becquerel. Becquerel tidak menyedari bahwa sinar ini berbahaya sehingga beruntunglah Becquerel karena terhindar dari bahaya sinar radioaktif ini. Sekarang, telah diketahui bahwa radiasi ini dapat menyebabkan ionisasi molekul dalam sel-sel hidup, yang selanjutnya dapat merusak sel. Beberapa waktu kemudian, pasangan suami-istri Marie Curie dan pierre Curie berhasil menemukan dua unsur radioaktif baru: polonium dan radium. 2.2. Peluruhan Radioaktif Peluruhan radioaktif adalah proses statistik yang memenuhi teori kemungkinan. Tidak ada hubungan sebab akibat yang terkait dalam peluruhan inti, yang terdapat hanalah kemungkinan per satuan waktu4. a. Aktivitas Bahan Radioaktif dan Hukum Peluruhan Misalkan kita ambil suatu contoh bahan radioaktif yang mengandung sejumlah tertentu inti atom radioaktif. Inti-inti radioaktif ini tidak meluruh sekaligus pada suatu waktu. Sebagai gantinya inti-inti radioaktif ini meluruh satu per satu selama suatu selang waktu tertentu. Laju perubahan radioaktif dalam suatu bahan radioaktif disebut aktivitas5 (lambang A). aktivitas hanya ditetukan oleh banyaknya inti yang meluruh per sekon. Jika peluang tiap inti untuk meluruh disebut tetapan peluruhan (lambang 𝜆)6, maka aktivitas bahan bergantung pada banyak inti radioaktif dalam bahan (N) dan 𝜆. Secara matematis ditulis dengan persamaan (2.1) 𝐴= 𝜆𝑁 Tetapan peluruhan 𝜆 memiliki harga berbeda untuk inti yang berbeda tetapi konstan tehadap waktu. Karena peluruhan, maka banyaknya inti radioaktif 3
Ibid. Wiyatmo, Yusman. FIsika Nuklir : dalam Telaah Semiklasik dan Kuantum. (Yogyakarta: Pustaka Palajar, 2009), h. 60 5 Krane, Kenneth. Fisika Modern. (Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press),1992), hlm. 359 6 Ibid. hlm. 360 4
4
N berkurang terhadap waktu. Karena N berkurang terhadap waktu dan 𝜆 tetap, maka aktivitas A haruslah berkurang terhdap waktu. Kita dapat definisikan aktivitas A sebagai laju peluruhan sejumalh inti radioaktif terhadap waktu. Makin banyak inti yang yang meluruh persatuan waktu, makin besar A. secara matematis, pernyataan ini dinyatakan oleh persamaan (2.2) 𝐴=−
𝑑𝑁 𝑑𝑡
Tanda negatif kita berikan karena N berkurang terhadap waktu. Sedang kita menginginkan A berhaga positif . Dari (2.1) dan (2.2) kita peroleh 𝑑𝑁 =𝜆𝑁 𝑑𝑡 𝑑𝑁 =− 𝜆𝑁 𝑑𝑡 −
Atau 𝑑𝑁 = − 𝜆 𝑑𝑡 𝑑𝑡 Persamaan diatas dapat kita integralkan secara langsung untuk menghasilkan 𝑡
𝑁
𝑑𝑁 ∫ = −𝜆 ∫ 𝑑𝑡 𝑑𝑡
𝑁0
0
𝑡 [ln 𝑁]𝑁 𝑁0 = −𝜆 [𝑡]0
ln 𝑁 − ln 𝑁0 = −𝜆 𝑡 ln
𝑁 = −𝜆 𝑡 𝑁0
𝑁 = 𝑒 −𝜆 𝑡 𝑁0 Hukum Peluruhan Radioaktif (2.3) 𝑁 = 𝑁0 𝑒 −𝜆 𝑡 Dengan,
5
𝑁0
= Banyaknya inti radioaktif pada saat t = 0,
𝑁
= banyak inti radioaktif setelah selang waktu t
𝑒
= bilangan natural = 2,718 …,
𝜆
= tetapan peluruhan (satuan s-1) Persamaan (2.3) menyatakan bahawa banyaknya inti induk dalam
suatu contoh berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Persamaan (2.3) disebut hukum peluruhan radioaktif7. Kits secara nyata tidak dapat mengukur banyaknya inti radioaktif N, tetapi kita dapat menyatakan persamaan (2.3) kedalam bentuk persamaan aktivitas, yaitu dengan mengalikan kedua ruasnya dengan 𝜆 sehingga memberikan 𝜆 𝑁 = 𝜆 𝑁0 𝑒 −𝜆 𝑡 Aktivitas radioaktif (2.4) 𝐴 = 𝐴0 𝑒 −𝜆 𝑡 Dengan, 𝐴0
= Aktivitas awal pada t = 0 (satuan Becquerel atau Bq)
𝐴
= Aktivitas setelah selang waktu t (dalam Bq)
Satuan Aktivitas Radiasi Dalam SI, satuan aktivitas radiasi dinyatakan dalam Becquerel (Bq), sesuai dengan anma penemu radioaktivitas, dengan 1 Bq = 1 peluruhan/sekon Satuan yang paling sering digunakan oleh alat pengukur aktivitas radiasi adalah curie (Ci). Satu curie didefiniskan sebagai banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon 8.
7 8
Ibid., hlm. 361 Ibid., hlm. 360
6
Ternyata diperoleh 3,7 × 1010 peluruhan dalam satu sekon, sehingga didapat hubungan : 1 curie = 3,7 × 1010
peluruhan = 3,7 × 1010 Bq s
b. Waktu Paro Jika masa hidup suatu isotop radioaktif diambil sebagai waktu yang diperlukan agar seluruh inti yang ada meluruh atau waktu yang diperlukan agar aktivitas sama dengan nol, maka jelaslah dari persaman (2.4) bahwa masa hidup isotop radioaktif apa saja adalah tak berhingga. Grafik Peluruhan Radioaktif dan aktu Paro
Karena masa hidup suatu isotop radioaktif adalah tak terhingga, maka tidaklah terlalu berguna untuk membicarakan tentang masa hidup (waktu hidup) suatu isotop radioaktif. Sebagai gantinya kita mendefinisikan waktu paro (𝑇1⁄ ). Waktu paro dari suatu isotop radioaktif adalah selang 2
waktu yang dibutuhkan agar aktivitas radiasi berkurang setengah dari aktivitas semula9. Waktu paro juga dapat didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif yang ada meluruh. Jadi, jika jumlah inti mula-mula N0 , maka setelah selang wantu 𝑡 = 𝑇1⁄ , jumlah 2
1
inti tinggal 𝑁 = 2 𝑁0 . Dengan mensubstitusikan ke persamaan (2.4) diperoleh
9
Ibid., hlm. 361
7
𝐴0 −𝜆𝑇1⁄ 2 = 𝐴0 𝑒 2 1 −𝜆𝑇1⁄ 2 =𝑒 2 2−1 = 𝑒
−𝜆𝑇1⁄
2
ln 2−1 = ln 𝑒
−𝜆𝑇1⁄
2
− ln 2 = −𝜆 𝑇1⁄
2
ln 2 = 𝜆 𝑇1⁄
2
𝑇1⁄ = 2
ln 2 𝜆
Waktu Paro (2.5) 𝑇1⁄ = 2
0,693 𝜆
Kita bisa memperoleh hubungan N dan N0 dengan fakta bahawa setiap 𝑇1⁄ , 2
banyak inti yang tinggal adalah ½ dari banyak inti sebelumnya 1
1 1
2
2
1
1 2
Setelah 𝑡 = 1 × 𝑇1⁄ , banyak inti atom 𝑁 = 𝑁0 = ( ) 𝑁0 2
Setelah 𝑡 = 2 × 𝑇1⁄ , banyak inti atom 𝑁 = 4 𝑁0 = (2) 𝑁0 2
Secara umum, banyak (inti) atom yang tinggal (belum meluruh) setelah selang waktu 𝑡 = 𝜂 × 𝑇1⁄
2
Jumlah atom sebelum meluruh persamaan (2.6) 1 𝜂 𝑁 = ( ) 𝑁0 2 Dengan 𝜂=
𝑡 𝑇1⁄
2
dengan, t
= Lama penyimpanan atau umur radioaktif,
𝑁0
= Banyaknya atom radioaktivitas mula-mula,
𝑁(𝑡) = Banyaknya atom radioaktif yang tersisa pada saat t.
8
c. Latihan Soal 1. Usia-paruh
198
Au adalah 2,70 hari. (a) berapakah tetapan luruh
198
Au?
(b) berapakah probabilitas sebarang inti 198Au untuk meluruh dalam satu detik? (c) andaikan kita mempunyai cuplikan
Au sebanyak 1,00μg.
198
Berapakah aktivitasnya? (d) berapa jumlah peluruhan per detik yang terjadi apabila usia cuplikan ini satu minggu? Pemecahan : (a) 𝜆 =
0,693 𝑡1⁄2
=
0,693 2,70 ℎ𝑎𝑟𝑖
∙
1 ℎ𝑎𝑟𝑖
∙
1 ℎ𝑎𝑟𝑖
24 𝑗𝑎𝑚 3600 𝑠
𝜆 = 2,97 × 10−6 𝑠 −1 (b) Probabilitas peluruhan per detik adalah tetapan luruh. Jadi, probabilitas peluruhan sebarang
198
Au dalam satu detik adalah
2,97 × 10−6 𝑠 −1 (c) Jumlah atom dalam cuplikan adalah 𝑁 = 1,00 × 10−6 𝑔 ∙
1 𝑚𝑜𝑙 198 𝑔
∙
6,02×1023 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝑚𝑜𝑙
𝑁 = 3,04 × 1015 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐴 = 𝜆 𝑁 = (2,97 × 10−6 𝑠 −1 )(3,04 × 1015 𝑎𝑡𝑜𝑚 ) 𝐴 = 9,03 × 109 𝑝𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝐴 = 1,50 × 0,244 𝐶𝑖 (d) Aktivitas meluruh menurut persamaan (2.4): 𝐴 = 𝐴0 𝑒 −𝜆 𝑡 𝐴 = (9,03 × 109
𝑝𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑠
)𝑒
0,693 )(7 ℎ𝑎𝑟𝑖) 2,70 ℎ𝑎𝑟𝑖
−(
9
𝐴 = 1,50 × 10 𝑝𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ𝑎𝑛/𝑠 2.3. Peluruhan Inti Radioaktivitas atau peluruhan radioaktif adalah peristiwa pemancaran energi dalam bentuk sinar-sinar radioaktif dari inti tidak stabil untuk membentuk inti stabil10. Peristiwa ini sering berlangsung secara spontan dan 10
Supiyanto. Fisika 3 untuk SMA Kelas XII. (Jakarta: Phibeta, 2007)., hlm. 293
9
biasanya disertai dengan pemancaran partikel 𝛼, partikel 𝛽, dan sinar 𝛾. Pada umumnya, inti yang mengalami peluruhan adalah inti dengan nomor atom besar karena memiliki energi ikat per nucleon yang relatif kecil. Penemuan Jenis-Jenis Radioaktif Pada tahun 1899, Ernest Rutherford melakukan percobaan dalam rangka studinya mengenai radioaktif. Rutherford dan rekan sekerjanya berhasil membedakan tiga jenis radiasi yang dipancarkan oleh radionuklida, yakni zarah alfa, beta dan gamma yang akhirnya dikenal sebagai inti, electron dan foton11. Energy gamma lebih besar daripada energy zarah beta dan alfa. Radiasi yang energinya terkecil adalah zarah alfa. Sebagai ilustrasi pada gambar 1 berikut disajikan gerakan zarah alfa, beta dan gamma dalam pengaruh medan magnet homogen.
Gambar 1.Jenis-jenis Radiasi yang dipancarkan Radionuklida
Pada gambar 1 tersebut tampak bahwa sinar alfa dan beta dibelokkan dalam pengaruh medan magnet. Hal ini disebabkan sinar alfa dan beta adalah zarah bermuatan positif dan negative. Sedangkan sinar gamma tidak dibelokkan dalam medan magnet, karena sinar gamma merupakan radiasi elektromegnetik yang tidak bermuatan. Selanjutnya pada gambar 2 berikut
11
Yusman. Op. Cit., hlm. 62
10
ini disajikan ilustrai tentang kemampuan daya tembus sinar alfa, beta dan gamma. Bagaimana dengan daya tembus sinar-sinar radioaktif? Percobaan Becquerel telah memperlihatkan bahwa radiasi dapat menembus film, tetapi tidak dapat menembus kunci. Kita sekarang akan melihat bagaimana radiasi dapat dihentikan oleh bahan-bahan tertentu. Sewaktu radiasi menembus bahan, radiasi ini kehilangan energy karena bertumbukan dengan atom-atom penyusun bahan. Pada kejadian ini ditkatakan bahwa radiasi diserap oleh bahan. Untuk mempelajari sifat penyerapan oleh bahan ini, biasanya dilakukan percobaan seperti gambar 10.9 bahan yang menyerap sinar radioaktif disisipkan di antara tabung GM (Geiger-Muller) dan sumber radioaktif. Oleh karena bahaya radiasi, orang yang melakukan oercobaan ini perlu memakai sarung tangan untuk menghindari kontak langsung dengan sumber radiasi. Sewaktu selembar kertas tipis disisipkan di antara sumber dan tabung, pembacaan angka pada alat hitung berkurang bila dibandingkan sebelumnya. Fakta ini menunjukkkan bahwa sebagian radiasi telah diserap oleh kertas. Radiasi yang diserap oleh kertas tipis adalah radiasi sinar α. Sewaktu selembar aluminium setebal 3mm disiipkan di antara sumber dan tabung pembacaan angka pada alat hitung berkurang makin banyak. Fakta ini menunjukka bahwa sebagaian radiasi telah diserap oleh aluminium. Tambahan radiasi yang diserap oleh lembaran aluminium adalah sinar β. Sewaktu selembar timbal setebal 3cm disisipkan di antara sumber dan tabung, pembacaan angka pada alat hitung berkurang makin banyak. Fakta ini menunjukkan bahwa jenis radiasi ketiga telah banyak diserap. Radiasi yang diserap oleh selembar timbal adalah radiasi γ.
11
Hasil percobaan ini dilukiskan pada gambar 2 dari hasil ini didapat bahwa: urutan daya tembus sinar radioaktif yang terkecil ke yang terbesar adalah α, β, lalu γ. Secara singkat, urutan daya tembusan adalah:
Gambar 2 : Ilustrasi kemampuan daya tembus sinar alfa, beta dan gamma
Jenis radiasi yang dipancarkan radioaktif adalah: a. Peluruhan Alpha (𝛼) Suatu inti radioaktif tertentu (dengan Z > 82) secara spontan meluruh menjadi inti turunan dengan memancarkan inti helium 42𝐻𝑒 atau partikel 𝛼12. Berdasarkan kekekalan muatan dan nucleon, peluruhan 𝛼 memenuhi reaksi yang dinyatakan oleh: 𝐴 𝑍
𝐼→
𝐴−4 𝑍−2 𝑇
+ 24𝛼
Dengan T adalah inti turunan dan I adalah inti induk. Contohnya adalah 212 83𝐵𝑖
→
208 81
𝑇1 + 24𝛼
Persamaan reaksi peluruhan tersebut adalah untuk inti yang dapat dinyatakan dalam atom dengan menambah sejumlah electron yang sesuai: 𝐴 𝑍
𝐼 (inti) + 𝑍𝑒 → 𝐴 𝑍
12
𝐴−4 (inti) + 𝑍−2 𝑇
𝐼 (Atom) →
𝐴−4 𝑍−2
(𝑍 − 2)𝑒 + 24𝛼 + 2 𝑒
𝑇(Atom) + 24𝛼 (Atom)
Kusminarto. Esensi Fisika Modern. (Yogyakarta: ANDI, 2011), hlm.179
12
Jika inti induk mula-mula dalam keadaan rehat (tak bergerak), hukum kekekalan energi memberikan: (𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)𝑠𝑒𝑏𝑒𝑙𝑢𝑚 = (𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)𝑠𝑒𝑠𝑢𝑑𝑎ℎ (𝐸𝑟𝑒ℎ𝑎𝑡 + 𝐸𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘 )𝑠𝑒𝑏𝑒𝑙𝑢𝑚 = (𝐸𝑟𝑒ℎ𝑎𝑡 + 𝐸𝑘𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑘 )𝑠𝑒𝑠𝑢𝑑𝑎ℎ 𝑚𝐼 𝑐 2 + 0 = 𝑚 𝑇 𝑐 2 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 + 𝑚𝐻𝑒 𝑐 2 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 (𝑚𝐼 − 𝑚 𝑇 − 𝑚𝐻𝑒 )𝑐 2 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼
Dengan, 𝑚𝐼
= Massa atomic induk
𝑚𝑇
= Massa atomic turunan
𝑚𝐻𝑒 = Massa atom 24𝐻𝑒 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 = Energi kinetic turunan 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 = energy kinetic 𝛼 Energy kinetic tidak pernah negatif, maka (𝑚𝐼 − 𝑚 𝑇 − 𝑚𝐻𝑒 ) > 0 sehingga menjadi persamaan (3.1): 𝑚𝐼 > (𝑚 𝑇 + 𝑚𝐻𝑒 ) Keadaan dalam persamaan (3.1) merupakan syarat agar terjadi peluruhan 𝛼. Energy yang dilepaskan pada peluruhan, yaitu energy kinetic inti turunan dan energy kinetic hasil peluruhan (𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 ) disebut eneri disintegrasi dengan symbol Q dalam persaman (3.2). 𝑄 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 = (𝑚𝐼 − 𝑚 𝑇 − 𝑚𝐻𝑒 )𝑐 2 Hukum kekekalan momentum dalam peluruhan ini memberikan : 𝑚 𝑇 𝑉𝑇 = 𝑚𝛼 𝑉𝛼 Jika persamaan diatas dikuadratkan dan dikalikan dengan faktor 1/2 maka akan kita peroleh: 1 1 (𝑚 𝑇 𝑉𝑇 )2 = (𝑚𝛼 𝑉𝛼 )2 2 2 1 1 𝑚 𝑇 ( 𝑚 𝑇 𝑉𝑇 2 ) = 𝑚𝛼 ( 𝑚𝛼 𝑉𝛼 2 ) 2 2 𝑚 𝑇 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 = 𝑚𝛼 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼
13
𝑚 𝑇 ≈ 𝐴 − 4 dan 𝑚𝛼 = 4 dalam satuan massa atom u, maka (𝐴 − 4)𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 = 4 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 =
𝐴 𝐸 𝐴 − 4 𝑘𝑖𝑛 𝛼
Masukkan ke persamaan (3.2) maka kita peroleh: 𝐴 𝐸 𝐴 − 4 𝑘𝑖𝑛 𝛼 𝐴 𝑄 =1+ 𝐸 𝐴 − 4 𝑘𝑖𝑛 𝛼 𝐴 𝑄= 𝐸 𝐴 − 4 𝑘𝑖𝑛 𝛼
𝑄 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 +
Atau persamaan (3.3) 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 =
𝐴−4 𝑄 𝐴
Inti atom yang meluruh dengan memancarkan 𝛼 adalah inti-inti dengan nomor atom Z yang besar dan demikian pula, nomor massa A sehingga: 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝛼 ≈ 𝑄
(untuk A >> 4)
Dengan demikian, energy peluruhan hamper seluruhnya diberikan kepada partikel 𝛼 sebagai energy kinetic, sedangkan energy kinetic turunan (energy pentalan) dapat dianggap sama dengan nol. b. Peluruhan Beta (𝛽) Peluruhan beta dapat didefinisikan sebagai proses peluruhan radioaktif dengan muatan inti berubah tanpa terjadi perubahan cacah nucleon13. Contoh sederhana digambarkan pada peluruhan 125𝐵 menjadi 126𝐶 dan 127𝑁 menjadi
12 6𝐶
.
Ketiga inti memiliki cacah nucleon yang sama, tetapi cacah proton dan neutronnya berbeda. 126𝐶 adalah inti stabil dengan cacah proton dan neutron
13
Ibid., hlm. 182
14
yang sama, masing-masing 6. Boron terlalubanyak neutronnya, sedangkan nitrogen terlalu banyak protonnya. Inti boron yang tak stabil meluruh dengan mengubah satu neutronnya menjadi proton untuk menjadi inti karbon. Agar muatan listriknya kekal, suatu muatan negative dibentuk (electron). Jika electron harus berada di dalam inti dengan ukuran diameter berorde besar 10-14 m maka menurut asas ketidakpastian Heisenberg, ℎ
electron harus memiliki momentum dengan lebar jangkauan ∆= ~ ∆𝑥 = 20 𝑀𝑒𝑉/𝑐. Eksperimen membuktikan bahwa energy partikel 𝛽 dalam peluruhan umumnya kurang dari 1 MeV sehingga electron dengan energi 20 MeV tidak dapat berada di dalam inti dan diemisikan sebagai radiasi yang disebut sinar beta14. 12 5
12 6
𝐵→
𝐶 + 𝛽 − + υ̅
υ̅ disebut anti neutrino, yaitu partikel netral yang tak bermassa seperti foton. Artinya, kelajuannya sama dengan c dan seluruh energinya bersifat kinetis. Analogi dengan
12 5
𝐵,
12 7𝑁
terlalu banyak cacah proton
dibandingkan dengan cacah neutronnya untuk stabil. Oleh karena itu,
12 7𝑁
meluruh degan mengubah sebuah proton menjadi neutron serta melepaskan sebuah muatan positif yang disebut positron15. 12 7𝑁
→
12 6
𝐶 + 𝛽+ + 𝜐
𝜐 disebut neutrino, yaitu partikel sejenis antineutrino dengan spin berlawanan tehadap spin neutrino. Selain peluruhan beta negative dan beta positif, ada satu lagi tipe peluruhan yang termasuk dalam peluruhan beta, yaitu tangkapan electron. Dalam tangkapan electron, sebuah electron orbit ditangkap oleh proton dalam inti untuk berubah menjadi neutron. Di sini cacah nukleonnya tetap, tetapi sebuah protonnya berubah menjadi neutron seperti pada peluruhan
14 15
Ibid. Ibid.
15
beta positif. Electron dari kulit K memiliki kemungkinan terbesar untuk ditangkap oleh proton. Contoh tangkapan electron adalah pada 74𝐵: 7 4𝐵
+ −1𝑒 → 73𝐿𝑖 + 𝜐
Kita tidak dapat mengamati langsung proses tangkapan electron, tetapi dapat melihatnya dari radiasi sinar-X karakteristik yang dipancarkan karena electron kulit K yang telah ditangkap meninggalkan tempat kosong di kulit. Electron-elektron di kulit yang lebih luar akan mengisinya dengan melepas energy berupa sinar-X karakteristik inti turunan. Berikut adalah penjelasan ketiga tipe peluruhan beta secara rinci. a) Peluruhan Beta Negative (𝛽 − ) Peluruhan inti induk I menjadi turunan T dapat dituliskan sebagai berikut: 𝐴 𝑍
𝐼→
𝐴 𝑍+1 𝑇
+ −10𝑒 + υ̅
(inti)
Kekekalan energi menghasilkan persamaan : (mI − Zme )c 2 = [mT − (Z + 1)me ]c 2 + me c 2 + Ekin T + Ekin e + Ekin υ̅ 𝑚𝐼 − 𝑍𝑚𝑒 = 𝑚 𝑇 − 𝑍𝑚𝑒 − 𝑚𝑒 + 𝑚𝑒 + 𝑄/𝑐 2
Dengan, 𝑄 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑇 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑒 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 ̅𝜐 Kita peroleh persamaan (3.4) : 𝑚𝐼 = 𝑚 𝑇 + 𝑄/𝑐 2 Persamaan tersebut menunjukkan bahwa peluruhan 𝛽 − hanya mungkin jika 𝑚𝐼 > 𝑚 𝑇 . Dari persamaan ini pula, nilai Q suatu peluruhan dapat dihitung langsung, yaitu persamaan (3.5) : 𝑄 = (𝑚𝐼 − 𝑚 𝑇 )𝑐 2 Misalnya pada peluruhan
12 5𝐵
menjadi
12 6𝐶 ,
energy peluruhannya
adalah: 𝑄 = (𝑚𝐵 − 𝑚𝐶 )𝑐 2 𝑚𝐵
= Massa atom
12 5𝐵
= 12,014354 u
16
𝑚𝐶
12 6𝐶
= Massa atom
= 12,000000 u
𝑚𝐵 − 𝑚𝐶 = 0,014354 𝑢 𝑄 = 0,014354 𝑢 × 𝑐 2 𝑄 = 0,014354 ×
931,5 𝑐2
𝑀𝑒𝑉 × 𝑐 2
𝑄 = 13,37 𝑀𝑒𝑉 b) Peluruhan Beta Positif (𝛽 + ) Persamaan reaksi peluruhan : 𝐴 𝑍
𝐼→
𝐴 𝑍+1
𝑇 + +1 𝛽 + 𝜐
Seperti pada proses peluruhan beta negative, kekekalan energy memberikan: 𝑚𝐼 − 𝑍𝑚𝑒 = [𝑚 𝑇 − (𝑍 − 1)𝑚𝑒 ] + 𝑚𝑒 + 𝑄/𝑐 2 Atau 𝑚𝐼 = 𝑚 𝑇 + 2𝑚𝑒 + 𝑄/𝑐 2 Peluruhan beta positif hanya mungkin jika massa induk lebih besar paling tidak 2 𝑚𝑒 terhadap massa turunan. c) Tangkapan Elektron Persamaan reaksi peluruhannya secara umum adalah 𝑚𝑒 + (𝑚𝐼 − 𝑍𝑚𝑒 ) = [𝑚 𝑇 − (𝑍 − 1)𝑚𝑒 ] + 𝑄/𝑐 2 Atau 𝑚𝐼 = 𝑚 𝑇 + 𝑄/𝑐 2 Seperti peluruhan 𝛼, peluruhan 𝛽 dapat pula diikuti oleh radiasi gamma (𝛾). Neutrino dan antineutrino pada mulanya merupakan partikel yang didalilkan oleh pauli (1931) sebelum akhirnya terbukti dari pengamatan bahwa keduanya bertanggungjawab atas terjadinya kekekalan energy dan spin. Misalnya, pada proses peluruhan 𝛽 dari
17
neutron menjadi proton dan electron, kalau tak ada antineutrino maka hokum kekekalan momentum sudut akan melanggar. Namun, dengan kehadiran antineutrino hal ini terhindar. Akibatnya, distribusi energy sinar beta mempunyai spectrum yang kontinu. Hal ini dapat dipahami karena energy peluruhan Q tidak hanya diberikan pada beta, tetapi juga kepada neutrino/antineutrino. Persamaannya (3.6) : 𝑄 = 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝑒 + 𝐸𝑘𝑖𝑛 𝜐 Energy maksimum sinar beta sama dengan energy disintegrasinya. 𝐸𝛽 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑄 c. Peluruhan Gamma (𝛾) Suatu inti dapat berda pada tingkat tereksitasinya misalnya sebagai akibat pelulruhan 𝛼, peluruhan 𝛽 atau tumbukan dengan neutron, dan sebagainya. saat menuju tingkat dasarnya, inti tersebut melepas energy dalam bentuk radiasi gamma16. Energi sinar gamma (γ) akan berkurang atau terserap oleh suatu material yang dilewatinya. Karena ada penyerapan energi oleh bahan maka intensitas dari sinar gamma akan berkurang setelah melewati material tersebut. 𝐼 = 𝐼0 . 𝑒 − 𝜇𝑥 Dengan : I
= Intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material
Io = Intensitas mula-mula X = Tebal material Μ = Koefisien atenuasi linier atau koefisien pembanding yang besarnya tergantung sifat material penyerap dan energi sinar gamma. Jika tebal material penyerap L, maka: 𝐿=
16
𝑙𝑛(𝐼0 /𝐼) 𝜇
Ibid., hlm. 186
18
Jika intensitas I yaitu intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material tinggal separoh dari intensitas awal, maka tebal material tersebut dinamakan Lapisan Harga Paroh (Half Value Layer = hvl). 𝐿=
0,693 𝜇
d. Sifat Radiasi 𝛼, 𝛽, 𝑑𝑎𝑛 𝛾17 Radiasi
Hakikat
Kelajuan
7
Daya Ionisasi
Inti Helium
10 m/s
Kuat
𝛽
Elektron
Mendekati 3 × 104 m/s
Sedang
𝛾
Gelombang Elektromag netik
3 × 108 m/s
Lemah
𝛼
Daya Tembus
Oleh Medan Magnet
Dihentikan Sedikit oleh selembar dibelokkan kertas Dihentikan Dibelokkan oleh lempeng dengan aluminium kuat Dihentikan Tidak oleh selembar dibelokkan timbal
e. Deret Radioaktif Sering kali suatu peluruhan isotope radioaktif menghasilkan isotope lain yang juga radioaktif. Inti anak yang radioaktif ini selanjutnya meluruh menghasilkan isotope ketiga yang juga radioaktif. Proses peluruhan radioaktif ini terus berlangsung sampai diperoleh isotope yang stabil. Proses peluruhan berturut-turut seperti ini dikataan peluruhan radioaktif berantai, yang umumnya mengikuti tahapan-tahapan tertentu yang mengikuti suatu deret radioaktif18. Dalam proses peluruhan radioaktif, nomor massa A inti induk akan berubah dengan 4 satuan (peluruhan α) atau A tidak berubah (peluruhan β). Karena itu harga nomor massa A dari isotope-isotop anggota suatu peluruhan berantai berbeda dengan kelipatan 4. Dengan demikian kita 17 18
Supiyanto. Op. Cit., hlm. 295 Kanginan. Op. Cit., hlm. 375
19
harapkan ada empat deret radioaktif yang mungkin dengan nomor massa A dapat kita nyatakan dengan rumus 4n, 4n+1, 4n+2, dan 4n+3, dengan n adalah bilangan bulat. Masing-masing deret radioaktif diberi nama sesuai dengan inti induksinya. Deret radioaktif 4n+2 diberi nama deret uranium karena inti induknya adalah 238 92𝑈 , yang mengalami peluruhan berantai sampai tercapai inti akhir stabil
206 82𝑃𝑏.
Deret radioaktif 4n+3 diberinama deret actinium
karena inti induk stabilnya 238 92𝑈 , yang mengalami peluruhan berantai sampai tercapai inti akhir stabil 207 82𝑃𝑏. Deret radioaktif 4n di berinama deret thorium karena inti induknya adalah
232𝑇ℎ 90
sampai tercapai inti akhir stabil
, yang mengalami peluruhan berantai
208𝑃𝑏 82
. Deret radioaktif 4n+1 diberi nama
deret neptunium karena inti induknya adalah
237𝑁𝑝 93
, yang mengalami
peluruhan berantau sampai tercapai inti induknya stabil 209 83𝐵𝑖 . Keempat deret radioaktif ini dirangkum dalam tabel. Para ahli percaya bahwa hampir semua nuklida yang terdapat di bumi dibentuk bersamaan dengan terbentuknya Bumi, kira-kira 5 miliar tahun yang lalu (5,0 x 109 tahun). Deret neptunium yang diawali dengan inti induk memiliki waktu paro 2,14 x 106 tahun (jauh lebih kecil dari umur
237𝑁𝑝 93
Bumi), sehingga saat ini unsur 237Np sudah tidak terdapat di Bumi. Karena itu ketiga deret ini masih hadir saat ini di Bumi. Demikian pula banyak nuklida-nuklida yang memiliki waktu paro singkat dengan cepat meluruh sampai habis sehingga pada hari ini tidak lagi kita jumpai di alam. Karena deret radioaktif di alam memungkinkan lingkungan hidup kita secara konstan dilengkapi dengan unsur-unsur radioaktif yang seharusnya sudah musnah sejak lama. Sebagai contoh, suplai radium
226𝑅𝑎 88
dengan
waktu paro hanya 1600 tahun (jauh lebih kecil dari umur Bumi 5,0 x 109 tahun) seharusnya sudah musnah karena peluruhan radioaktif pada saat yang lalu. Tetapi karena adaya deret radioaktif uranium yang diawali dengan inti induk
238𝑈 92
(waktu paro 4,47 x 109 tahun atau mendekati umur bumi) yang
20
dalam beberapa langkah meluruh menghasilkan
226
Ra, maka pada saat ini
kita masih menjumpai unsur 226Ra di alam. Tabel Deret Radioaktif19 Inti Induk
Waktu paro
Rumus
Inti
(tahun)
deret
akhir
Stabil
Uranium
238 92𝑈
4,47 × 109
4n+2
206 82𝑃𝑏
Aktinium
235 92𝑈
7,04 × 108
4n+3
207 82𝑃𝑏
Thorium
232 90𝑇ℎ
1,41 × 1010
4n
208 82𝑃𝑏
Neptunium
237 93𝑁𝑝
2,14 × 106
4n+1
209 83𝐵𝑖
Deret
2.4. Reaksi Inti a. Reaksi Fisi Inti berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel dapat membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan. Dalam reaksi inti ini, massa total produk lebih kecil daripada massa total reaktan. Reaksi ini disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi20. Ini disebabkan energ ikat per nucleon untuk inti berat lebih kecil dari energy ikat per nucleon inti ringan hasil belahannya. Sebagai contoh, inti dengan A = 230 mempunyai energy ikat per nucleon sekitar 7,6 MeV, sedangkan inti engan A = 15 energi ikat per nukleonnya adalah 8,5 MeV Pembelahan inti dapat diimbas dengan menembakkan neutron pada inti tersebut. Sebagai contoh adalah reaksi tangkapan neutron lambat oleh inti
235
U untuk membentuk inti gabungan
236
U yang
tereksitasi dan segera meluruh melalui pembelahan. Pembelahan demikian umumnya menghasilkan inti-inti dengan nomor atom massa sekitar 95 dan 140. Karena inti-inti memiliki kelebihan neutron maka proses pembelahan disertai pula pelepasan beberapa neutron yang disebut neutron spontan (prompt neutron). Kadang-kadang inti hasil
19 20
Ibid. Ibid., hlm. 385
21
belah menghasilkan pula neutron dalam proses peluruhannya. Neutron dalam hal ini dinamakan neutron kasep (delayed neutron)21. Contoh reaksi pembelahan tersebut sebagai berikut:
Suatu hal yang sangat penting dalam reaksi pembelahan terimbas neutron adalah pembelahan sendiri menghasilkan neutron yang dapat mengimbas reaksi pembelahan berikutnya. Dengan demikian, proses pembelahan dapat mempertahankan terjadinya pembelahan sendiri dan terjadilah reaksi berantai yang dapat tumbuh semakin banyak. Inilah dasar kerja reactor nuklir fisi. Pada reaksi dengan penembakan neutron termal pada inti uranium (inti fisi) akan menghasilkan inti baru dan disertai lepasnya dua neutron. Neutron yang dihasilkan dalam pembelahan merupakan neutron cepat sehingga perlu diperlambat agar dapat bereaksi dengan inti
235
U yang dijumpainya. Untuk keperluan itu dipasang bahan
pemerlambat neutron dalam reactor yang disebut moderator22. Agar proses perlambatan neutron efektif, kita pilih bahan moderator yang mengandung inti bermassa seimbang dengan massa neutron. Bahanbahan moderator yang sering digunakan adalah air (H2O), air berat (D2O), grafit (C), dan berilium (Be). seperti gambar dibawah ini.
21 22
Kusminarto. Op. Cit., hlm194 Ibid.
22
Gambar 3. Reaksi berantai Uranium 235 Pada gambar 3 menjelaskan bahwa sebuah neutron yang bergerak lambat memicu fisi atau pembelahan sebuah inti uranium-235 dan beberapa neutron dipancarkan. Dalam uranium yang telah diperkaya agar mengandung uranium-235 dengan perbandingan yang tinggi, neutron-neutron ini segera menghantam inti-inti uranium-235 lainnya dan mengulangi proses tersebut. Terjadilah proses fisi secara terus menerus, dengan melepaskan energi dalam jumlah yang besar. Cacah neutron hasil pembelahan yang tersedia untuk menjaga berlangsungnya reaksi berantai, harus lebih besar atau sama dengan cacah neutron yang menyebabkan pembelahan sebelumnya. Cacah neutron dapat dikendalikan dengan menyisipkan penyerap neutron seperti cadmium (Cd) yang memiliki tampang serapan neutron lambat sangat besar. Bahan penyerap neutron umumnya berbentuk batang, sehingga dinamakan batang pengendali23. Penyisipan batang pengendali menurunkan reaktivitas reactor. Tiga keadaan reactor dapat dicapai dengan pengaturan batang pengendali, yaitu pertama, keadaam subkritis jika rata-rata suatu reaksi pembelahan menghasilkan cacah reaksi pembelahan berikutnya 23
Ibid., hlm. 195
23
yang lebih sedikit, dalam hal ini reaksi berantai akhirnya akan berhenti. Kedua, keadaan superkritis jika reaksi pembelahan berikutnya lebih banyak dari sebelumnya , sedangkan keadaan ketiga adalah keadaan kritis jika cacahan reaksi pembelahan berikutnya tepat sama dengan cacahan reaksi pembelahan sebelumnya. Pada setiap reaksi pembelahan sebelumnya dilepaskan pula sejumlah energi berupa energy kinetik inti dan neutron hasil reaksi. Karena interaksinya dengan bahan moderator dan lainnya diubah menjadi energy termal maka reactor manjadi panas. Oleh karena itu, reactor harus dilengkapi sistem pendingin. Pada reactor daya, energy panasnya dimanfaatkan untuk menguapkan air dan selanjutnya akan menggerakkan turbin yang digandeng dengan dinamo pembangkit listrik. b. Reaksi Fusi Dua inti ringan dapat bergabung membentuk sebuah inti yang lebih berat. Energi inti berat lebih besar daripada jumlah energi ikat kedua inti
ringan pembentuknya.
Karena
itu dalam reaksi
penggabungan dua inti ini, massa inti baru lebih kecil daripada jumlah massa kedua inti ringan pembentuknya sehingga menyisakan defek massa. Defek massa ini muncul sebagai energy fusi. Reaksi seperti disebut reaksi penggabungan inti atau reaksi fusi24. a. Syarat Terjadinya Reaksi Fusi Contoh : 2 1𝐻
+ 21𝐻 → 31𝐻 + 11𝐻
Jika dua inti 2H (deuterium) didekatkan, maka gaya tolak coulomb antara
proton-proton
dalam
inti
deuterium
menghalangi
penggabungan inti. Untuk dapat mengatasi gaya tolak coulomb, maka inti deuterium harus digerakkan dengan kelajuan sangat tinggi. Kelajuan sangat tinggi memerlukan energy kinetic yang 24
Kanginan. Op. Cit., hlm. 395
24
sangat tinggi, dan energi sangat tinggi berarti suhu yang sangat tinggi (sesuai dengan persamaan energy kinetic partikel (𝐸𝐾 = 3 2
𝑘𝑇).
Untuk menggabungkan dua inti 2H (deuterium) diperlukan suhu dalam orde 109K (miliaran kelvin). Tentu saja sangat sukar untuk membayangkan keadaan dengan suhu setinggi ini dapat diciptakan. Akan tetapi, keadaan suhu tinggi ini sungguh-sungguh terjadi pada bagian dalam matahari dan bintang-bintang yang menghasilkan energinya melalui reaksi-reaksi fusi. Dengan demikian reaksi fusi telah mendukung seluruh kehidupan di Bumi. Karena reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi supaya dapat berlangsung, reaksi fusi sering disebut reaksi termonuklir25.
25
Ibid.
25
BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan Berdasarkan penjelasan pada bab sebelumnya maka dapat disimpulkan: 1. Penemuan sinar-x oleh rontgen pada tahun 1895 merangsang Henri Becquerel untuk menyelidiki asal-usul sinar-x. Dalam penyelidikannya itu, secara kebetulan Becquerel menemukan bahwa senyawa uranium menunjukkan keaktifan radiasi tertentu dengan daya tembus yang sangat kuat, seperti sinar-X, meskipun senyawa uranium itu tidak disinari terlebih dahulu. 2. Peluruhan radioaktif atau radioaktivitas adalah pemancaran sinar tembur (sinar radioaktif) secara spontan oleh inti-inti stabil (misalnya inti uranium). 3. Persamaan aktivitas, hukum peluruhan radioaktif dan waktu paro:
Aktivitas radioaktif (2.4) 𝐴 = 𝐴0 𝑒 −𝜆 𝑡
Hukum Peluruhan Radioaktif (2.3) 𝑁 = 𝑁0 𝑒 −𝜆 𝑡
Waktu Paro (2.5) 𝑇1⁄ = 2
0,693 𝜆
4. Pada tahun 1899, Ernest Rutherford melakukan percobaan dalam rangka studinya mengenai radioaktif. Rutherford dan rekan sekerjanya berhasil membedakan tiga jenis radiasi yang dipancarkan oleh radionuklida, yakni zarah alfa, beta dan gamma yang akhirnya dikenal sebagai inti, electron dan foton 5. Sifat dari bahan-bahan radioaktif radioaktif ⍺, 𝛽, dan 𝛾 Radiasi
Hakikat
Kelajuan
Daya Ionisasi
Daya Tembus
Oleh Medan Magnet
26
Inti Helium
107 m/s
𝛽
Elektron
Mendekati 3 × 104 m/s
Sedang
𝛾
Gelombang Elektromag netik
3 × 108 m/s
Lemah
𝛼
Kuat
Dihentikan oleh selembar kertas Dihentikan oleh lempeng aluminium Dihentikan oleh selembar timbal
Sedikit dibelokkan Dibelokkan dengan kuat Tidak dibelokkan
6. Deret Radioaktif merupakan proses peluruhan radioaktif berantai, yang umumnya mengikuti tahapan-tahapan tertentu yang mengikuti suatu deret radioaktif 7. Reaksi fisi dan reaksi fusi Reaksi fisi (reaksi pembelahan) yaitu reaksi yang terjadi pada inti berat dan akan meluruh atau pecah menjadi inti-inti ringan secara berantai. Reaksi fusi (penggabungan atau peleburan) yaitu reaksi antara intiinti
ringan
disertai
dengan
pelepasan
energi,
misalnya
penggabungan proton menjadi deutron. 3.2. Kritik dan Saran Dalam penyusunan makalah ini penyusun menyadari terdapat beberapa kekurangan sehingga mengurangi kesempurnaannya. Oleh karena
itu, kami
menyempurnakan
mengharapkan kekurangan
kritik
tersebut
dan saran untuk
yang dapat
penyusun
makalah
berikutnya. Harapan kami semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua khusunya bagi para pembaca
27
DAFTAR PUSTAKA Beiser, Arthur. 2000. Fisika Modern. Jakarta: Erlangga Geutreau, Ronald & Savin W.1995. Teori dan Soal-Soal Fisika Modern. Jakarta: Erlangga Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia (UIPress) Kusminarto. 2011. Esensi Fisika Modern. Yogyakarta: ANDI Supiyanto. 2007. Fisika 3 untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Phibeta Wiyatmo, Yusman. 2009. Fisika Nuklir : dalam Telaah Semiklasik dan Kuantum. Yogyakarta: Pustaka Palajar Ahmad,hiakia.2001.Kimia Unsur dan Radiokimia.Bandung. PT. Citra Aditya Bakti Ratna Dewi Syarifah. Nucler Physics diakses pada jumat 9 September 2016 di. http://fisikanuklir.unnes.ac.id/index.php?tj=menu/output_menu&id_radio_ materi=13
iv
