MUTROFIN ROZAQ,S.Pd
TSP Standar Isi 2006
UNTUK SMA KELAS XII SEMESTER 2
PENERBIT DRIMBAJOE DRIMBAJOE
TSP 2006 2006 Standar Isi
untuk
SMA Kelas XII SEMESTER 2 Oleh
Mutrofin Rozaq
PENERBIT DRIMBAJOE Jl. Kuburan Raya Mandar Sapeken HP. 085649702765 - 085234400737 e-mail:
[email protected]
STANDAR ISI 2006 STANDAR KOMPETENSI DAN KOMPETENSI DASAR MATA PELAJARAN FISIKA SMA KELAS XII Semester 1 Standar Kompetensi 1.
Menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah
Kompetensi Dasar Mendeskripsikan gejala dan cirri-ciri gelombang secara umum Mendeskripsikan gejala dan cirri-ciri gelombang bunyi dan cahaya Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi
2.
Menerapkan konsep kelistrikan
Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik,
dan kemagnetan dalam berbagai
fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta
penyelesaian masalah dan
penerapannya pada keeping sejajar
produk teknologi
Menerapkan induksi magnaetik dan gaya magnetic pada beberapa produk teknologi Memformulasikan konsep induksi Faraday dan arus bolak-balik serta penerapannya
Semester 2 Standar Kompetensi 3.
Menganalisis berbagai besaran
Kompetensi Dasar Menganalisis secara kualitatif gejala kuantum
fisis pada gejala kuantum dan
yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda
batas-batas berlakunya
hitam serta penerapannya
relativitas Einstein dalam
Mendeskripsikan perkembangan teori atom
pradigma fisika modern
Memformulasikan teori relativitas khusus untuk waktu, panjang, dan massa, serta kesetaraan massa dengan energi yang diterapkan dalam teknologi
4.
Menunjukkan penerapan konsep fisika inti dan radioaktivitas dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari
Mengidentifikasi karakteristik inti atom dan radioaktivitas Mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari
Kata Pengantar ………………………………………………………………………….
ii
Standar Isi ……………………………………………………………………………….
iv
Daftar Isi ………………………………………………………………………………...
v
BAB 10 FISIKA INTI ………………………………………………………………..
1
A. Inti Atom ………………………………………………………………….
2
B. Radioaktivitas …………………………………………………………….
8
C. Reaksi Inti dan Teknologi Nuklir …………………………………………
19
Uji Kompetensi Bab 10 ………………………………………………………
28
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………………..
33
APENDIKS ……………………………………………………………………………..
34
GLOSARIUM ………………………………………………………………………….
35
INDEKS ………………………………………………………………………………...
36
Kata-kata Kunci Aktivitas radiasi
Moderator
Reaksi fisi
Defek massa
Nomor atom
Reaksi Nuklir
Detektor radiasi
Nomor massa
Reaktor daya
Energi ikat inti
Nukleon
Reaktor fusi
Isobar
Peluruhan
Reaktor penelitian
Isoton
Radiasi alamiah
Reaktor termonuklir
Isotop
Radioaktivitas
Sinar radioaktif
Lambang nuklida
Radioisotop
Waktu paro
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah s.w.t. yang telah memberikan Rahmat dan RidhoNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan bahan ajar fisika dalam bentuk buku teks ini. Buku ini disusun untuk memenuhi kebutuhan siswa SMA Kelas XII, khususnya pada materi tentang Fisika Inti. Penulisan materi di dalam buku ini dikupas sesuai dengan standar isi KTSP 2006.
Adapun ciri utama penulisan buku ini adalah sebagai berikut: Pembuka Bab
Dalam bagian ini dituliskan kompetensi dasar tiap bab dan judul tiap subbab. Selanjutnya dinyatakan hal-hal umum yang akan dipelajari. Foto pembuka bab yang menampilkan salah satu konsep yang akan dipelajari kemudian dijelaskan. Kegiatan
Buku ini menyajikan banyak kegiatan dengan tujuan agar siswa aktif mengkonstruksi mengkonstruk si pengetahuan fisiknya. Dengan demikian pengetahuan fisika jadi bermakna bagi siswa. Jika dalam kegiatan diperlukan alat, diusahakan digunakan bahan yang murah dan mudah diperoleh dari lingkungan sekitar. Strategi Pemecahan Masalah
Untuk memudahkan memecahkan masalah-masalah rumit tertentu kadang-kadang diberikan strategi pemecahan masalah, berupa langkah demi langkah yang perlu ditempuh siswa. Contoh-contoh
Dalam buku ini disajikan banyak contoh soal, setiap contoh dibahas secara rinci, diselesaikan langkah demi langkah, dan diberi komentar. Tiap contoh diberi judul untuk menolong Anda memfokuskan perhatian pada konsep yang sedang dibahas, dan juga membantu membantu ketika Anda Anda mempelajari mempelajari kembali konsep yang telah dibahas. dibahas. Ayo Kerjakan Soal Seleksi
Menyajikan pembahasan soal-soal seleksi secara terinci. Soal-soal yang dibahas mungkin soal SPMB, UM-UGM, atau ujian masuk perguruan tinggi di luar negeri. Mungkin juga soal-soal Olimpiade Fisika Tingkat Kabupaten atau Propinsi.
iii
Aplikasi Fisika
Dalam buku ini disajikan beberapa aplikasi fisika dalam kehidupan sehari-hari, yang disajikan dalam kotak Tahukah Anda. Aplikasi fisika dalam bidang teknologi dan ilmu pengetahuan serta temuan terkini, yang disajikan dalam kotak Kilasan Iptek.
Kuis
Cukup banyak kuis diberikan dalam buku ini, yang ditujukan untuk mengukur kemampuan dasar Anda terhadap konsep-konsep yang baru saja dipelajari. Kemampuan
dasar
tersebut
meliputi:
kemampuan
mengamati,
kemampuan
menerapkan konsep, kemampuan menafsirkan grafik dan komunikasi, kemampuan menginterpretasi data, dan kemampuan mengajukan hipotesis. Pertanyaan Diskusi
Dipertengahan atau akhir setiap subbab diajukan beberapa pertanyaan tentang pemahaman konsep secara kualitatif. Pertanyaan ini dengan mudah dapat dijawab dari bacaan teks. Uji Kompetensi
Pada akhir tiap bab disajikan uji kompetensi, yang dibagi atas dua tipe: Pilihan Ganda (PG) dan Esai. Cukup banyak soal PG yang diberikan, dimana mengacu pada soal-soal SPMB dan UM-GM, serta soal-soal seleksi universitas di luar negeri. Begitu juga soal-soal esai, cukup banyak soal esai yang disajikan dalam buku ini. Ucapan Terima Kasih
Saya mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dra. Endang Purwaningsih yang telah memberikan masukan dan saran dalam penulisan materi dari buku ini. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada rekan dan teman-teman yang telah membantu dalam pengoreksian dan memberikan masukan untuk perbaikan buku ini, sehingga dapat disajikan dengan perwajahan yang bagus dan lengkap. Saya sangat berharap buku ini dapat meningkatkan kualitas pembelajaran Fisika di tanah air. Kritik dan saran selalu terbuka untuk perbaikan buku ini dalam edisi mendatang. Akhirnya bagi siswa-siswi yang saya cintai, selamat belajar dan menikmati Fisika. Selalulah gembira dan antusias dalam belajar, dan tanamkan dalam pikiran Anda bahwa “saya pikir bisa, saya pasti bisa”.
Malang, Mei 2008 Mutrofin Rozaq
s a t i v i t k a o i d a R
a m n a m h a u r G u l e & , a P t i e r B o , e a T f l A
m o t A l e d o M
P E S N O K A T E P
s u s u h K s a t i v i t a l e R i r o e T
m u t n a u K a k i n a k e M
i s a d n a l e m
I T N I A K I S I F
i t u p i l e m
i t n I i s k a e R
i t u p i l e m
n a k s a l e j n e m
a y n s i n e j
n a k i s a a d k a i l p p a i d
o r a P u t k a W
t u b e s i d
r i l i s k k u a n o e m R r e T
i s i F i s k a e R
a w i t s i r e p i d a j r e t
i i a s t k n a r a e e R B
r o t k a e R
a y n s i n e j
i s u F i s k a e R
i t n I a y a G
n a k s a l e j n e m
a d k i i l r k a u T N a r y a a t G n A
i t n I l e d o M
n a k s a l e j n e m
l o b m o m t i S A
n a k s a l e j n e m
i t n l e I n k i s u t r u a y P n e P
k i t s i r i e t t n k I a r a K
i s a i d a R a y a h a B
i s f t a t i k a v i o i t k d a A R
n a l i i b t a I n t s e K
r o a t k y a a e D R
a y n n a n g a n t e i a d k
r n a o t i t i k l a e e n e R P
i s s a k e t i t v e i d t k n e a o P i t d a a l A R
p o t o r s o i t i k s a k e u R d o r P
i i t g n I r e n t a E k I
a k s e s f e a D M
a m i d a l c a k m u n
p o t o s I
r a b o s I
n o t o s I
BAB
FISIKA INTI Gambar 10.1 menunjukkan uji coba bom
hidrogen yang energi penghancurnya berasal dari reaksi fusi tak terkendali, dan memiliki kekuatan pemusnah kira-kira 700 kali bom atom pertama yang jatuh di Hiroshima. Seandainya reaksi fusi bisa terkendali dalam reaktor atom seperti halnya reaksi fisi, maka masalah penyediaan energi yang tak terbatas,
aman
dan
ramah
lingkungan
telah
terpecahkan. Mengapa reaksi fusi nuklir tak terkendali mudah diwujudkan sebagai senjata pemusnah dalam bom hidrogen, tetapi reaksi fusi nuklir terkendali dalam reaktor atom sukar diwujudkan?
Sumber: www.image.google.com
Gambar 10.1 Ledakan atom
Dalam Bab 9 Anda telah mempelajari bahwa sebuah
A. Inti Atom
atom terdiri dari bagian sangat kecil bermuatan positif di
B. Radioaktivitas
mana sebagian besar massa atom terpusat, disebut inti atom,
C. Reaksi Inti dan
yang dikelilingi oleh awan elektron. Dalam Bab ini Anda akan
Teknologi Nuklir
mempelajari fisika inti untuk dapat menjawab pertanyaanpertanyaan, antara lain: Gaya apa yang mengikat partikelpartikel dalam inti atom? Mengapa timbul energi sangat besar ketika inti atom terpisah atau bergabung? Mengapa inti atom meluruh? Hal lain yang juga menarik untuk dikaji berkaitan dengan inti atom adalah tentang Radioaktivitas. Adanya Radioaktivitas ini telah memberikan banyak kontribusi pada
Kemampuan dasar yang akan Anda miliki setelah mempelajari bab ini:
kehidupan manusia. Antara lain dalam bidang kedokteran, untuk
diagnosa
maupun
pengobatan.
Apa
sebenarnya
Radioaktivitas itu? Bagaimana peristiwa ini bisa terjadi?
Bagaimana proses terjadinya? Untuk mengetahuinya, ayo pelajari bab ini dengan gembira dan antusias.
Dapat mengidentifikasi karakteristik atom dan radioaktivitas Dapat mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari
Bab 10 Fisika Inti
2
Neutron dan proton yang menyusun inti, juga partikel lain yang mungkin mendekatinya, diatur oleh beberapa interaksi. Gaya inti kuat yang tidak teramati pada skala makroskopis, merupakan gaya yang paling kuat pada rentang subatomik. Gaya elektrostatik juga cukup signifikan, sedangkan gaya inti lemah kurang signifikan. Sistem kerja gaya-gaya ini sangat kompleks. Beberapa konfigurasi partikel dalam suatu inti memiliki sifat bahwa apabila terjadi suatu pergeseran yang relatif kecil, partikel dapat jatuh dalam susunan energi yang lebih rendah. Sejumlah peluruhan memerlukan energi aktivasi khusus. Dalam kasus inti atom, gangguan kecil datang dari fluktuasi vakum kuantum. Suatu inti (atau setiap item yang tereksitasi dalam mekanika kuantum) dapat meluruh secara spontan. Transformasi yang dihasilkan dapat mengubah struktur. Kebanyakan reaksi alamiah jatuh di bawah peluruhan radioaktif, di mana suatu inti yang tidak stabil dan meluruh setelah interval yang acak. Proses yang paling umum melalui pemancaran alfa, beta, dan gamma.
A
INTI ATOM Suatu atom terdiri atas inti atom dan elektron yang bergerak mengelilingi inti atom.
Percoban Rutherford menunjukkan sebagian besar massa atom adalah berupa inti atom yang tersusun atas proton dan neutron. Proton adalah partikel elementer bermuatan positif, sedangkan neutron adalah partikel yang bermuatan netral, dengan massa sedikit lebih besar dari proton. Tabel 10.1 Massa dan Muatan (Proton, Elektron, dan Neutron)
Partikel Proton Elektron Neutron
Massa (kg) 1,6726 x 10 9,1090 x 10 1,6750 x 10
Muatan (C) +1,6 x 10 - 1,6 x 10 0
Partikel-partikel penyusun inti ini disebut nukleon atau nuklida. Nuklida-nuklida di dalam inti mengalami tiga buah gaya, yaitu gaya elektrostatis, gaya gravitasi, dan gaya inti. Gaya inti merupakan gaya tarik-menarik antar nuklida dan merupakan gaya terkuat dibandingkan dengan dua gaya yang lain. Hal inilah yang menyebabkan nuklida-nuklida tetap terikat dalam inti atom.
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
3
a. Simbol Atom Untuk membedakan berbagai isotop, maka digunakan lambang nuklida sebagai berikut.
A Z
X
X menyatakan nama atom, Z adalah adalah nomor atom yang yang menyatakan menyatakan jumlah proton dalam inti. Sedangkan A adalah nomor massa yang menyatakan jumlah nuklida (proton dan neutron) dalam inti. Jika atom dalam keadaan normal (tidak terionisasi), maka banyaknya elektron sama dengan banyaknya proton. Misalnya nuklida
56 26
Fe , ini berarti memiliki :
Jumlah proton
= Z = 26
Jumlah neutron
= A – Z = 56 – 26 = 30
Jumlah elektron
= Z = 26 (untuk atom netral)
Menulis
Kegiatan 10.1
Dari buku referensi tentang fisika inti, i nti, tulislah beberapa nuklida yang merupakan: (1) isotop (3) isoton (2) isobar, dan
b. Apa yang Dimaksud dengan Isotop, Isotop, Isobar, Isobar, dan Isoton? Ketika ion-ion dari suatu unsur murni dilewatkan dalam suatu spektrometer massa, fisikawan menemukan dua atau lebih tanda yang berdekatan, yang muncul pada film. (Spektrometer adalah alat untuk mengukur massa sebuah atom dengan teliti. Alat ini telah dibahas dalam Bab 8). Sebagai contoh, bahan neon murni menghasilkan dua tanda yang jari jari lintasannya li ntasannya berhubungan berhubungan dengan atom-atom bermassa 20 u dan 22 u. Karena bahan neon tersebut murni (tidak mengandung unsur lain), maka kita simpulkan pasti ada dua jenis neon isotop. Pada yang memiliki massa yang berbeda. Kedua atom neon yang berbeda ini disebut isotop. kenyataannya, ditemukan bahwa kebanyakan unsur-unsur disusun oleh campuran berbagai isotop. Dua isotop dalam spektrometer di atas adalah neon bermassa 20 dan 22, masingmasing dilambangkan sebagai
20 10
Ne dan
22 10
Ne . Nuklida
neutron (dari 20 – 10 = 10) sedangkan nuklida
20 10
Ne memiliki 10 proton dan 10
22 10
Ne memiliki 10 proton dan 12 neutron (dari
22 – 10 = 12). Dengan demikian, isotop didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah proton sama, tetapi tetapi jumlah neutron berbeda. berbeda. Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
4
Nuklida-nuklida dengan nomor atom sama berasal dari unsur yang sama. Tentu saja nuklida-nuklida dengan nomor atom berbeda pasti berasal dari unsur yang berbeda. Bagaimana dengan nuklida-nuklida
3 1
H dan 23 He ? Nuklida 13 H memiliki 1 proton dan 3
nukleon, sedangkan nuklida 23 He memiliki 2 proton dan 3 nukleon. Nuklida 13 H dan 23 He adalah isobar. Jadi, isobar didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon sama tetapi jumlah proton berbeda.
Bagaimana dengan nuklida 13 H dan 24 He ? Nuklida 13 H memiliki jumlah neutron 2 (dari 3 – 1 = 2) sedangkan nuklida 24 He juga memiliki jumlah neutron 2 (dari 4 – 2 = 2). Nuklida 13 H dan 24 He adalah isoton. Jadi, isoton didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah neutron sama. sama.
1
1 atomic mass unit (u) (u) tepat sama dengan
Jadi, massa isotop
12 6
12
massa isotop karbon-12 ( 126 C )
C tepat sama dengan 12 u, dengan 1 u = 1,660559 x 10
-27
kg. Satu proton
atau satu neutron memiliki massa kira-kira 1 u. Elektron memiliki massa hanya sebagian sebagian kecil dari u. Ahli nuklir lebih sering menyatakan satuan massa dalam satuan energi ekuivalennya, yaitu 2
MeV/c , dimana 1 u = 1,660559 x 10
-27
kg = 931,5 MeV/c
2
………. (10-1)
8
dengan c = 3 x 10 m/s adalah cepat rambat cahaya dalam vakum.
c. Apa yang yang Dimaksud dengan Defek Defek Massa Massa dan Energi Energi Ikat Inti? Inti? Apabila kita memiliki isotop dengan jumlah proton sebanyak Z dan jumlah neutron sebanyak (A – Z), maka menurut perhitungan, massa inti seharusnya sebesar: [Zm p + (A – Z) mn] dengan m p dan mn masing-masing adalah massa satu proton dan massa satu neutron. Akan tetapi berdasarkan hasil pengukuran dengan spektrometer massa, diperoleh bahwa: Massa sebuah inti stabil selalu lebih kecil kecil daripada gabungan gabungan massa nukleonnukleon nukleon pembentuknya pembentuknya Berdasarkan hukum kesetaraan massa dan energi Einstein, berkurangnya massa inti atom disebut Defek Massa, yang dapat dihitung menggunakan persamaan: ∆m = [Zm p + (A – Z)mn – mi] dengan m i adalah massa inti atom. Fisika SMA Jilid 3B
………. (10-2)
Bab 10 Fisika Inti
5
Gaya gaya inti kuat mengikat nukleon-nukleon bersatu dalam sebuah inti stabil. Karena itulah diperlukan energi untuk memisahkan sebuah inti stabil menjadi proton-proton dan neutron-neutron pembentuknya. pembentuknya. Ini diilustrasikan dengan baik
He
pada Gambar 10.1. Makin stabil
menjadi
H
+ +
energi yang diperlukan untuk tali
1 1
_
sebuah inti maka makin besar
memutuskan
_
4 2
+
_
Energi ikat
tersebut
proton-proton
+
_ 1 1
H
+
1 0
n
1 0
n
+
dan
neutron-neutron pembentuknya. Nah, energi yang diperlukan
Massa = 4,0026 u
untuk memutuskan inti menjadi
Gambar 10.2 Energi yang disebut energi ikat harus diberikan untuk memisahkan sebuah inti stabil menjadi komponen-komponen pembentuknya: proton-proton dan neutron-neutron. Tiap nukleon yang terpisah ada dalam keadaan diam dan sudah di luar jangkauan gaya-gaya dari nukleon lain (gaya inti).
proton-proton
dan
neutron-
neutron pembentuknya disebut
energi ikat inti (binding energy).
Massa = 4,0330 u
Energi ikat inti dapat dapat dihitung dengan menggunakan menggunakan hukum hukum kesetaraan massa massa dan energi energi Einstein, yaitu: 2
∆E = ∆mc
………. (10-3)
8
dengan c = 3 x 10 m/s adalah kelajuan cahaya dalam vakum. Telah Anda ketahui bahwa massa inti biasa dinyatakan dalam satuan u, dan energinya dinyatakan dalam jutaan elektron volt (MeV). Hubungan satuan-satuan ini telah dinyatakan dalam Persamaan (10-1), yaitu: 1 u = 931 MeV/c
2
sehingga jika ∆E dan ∆m dinyatakan dalam MeV dan u, maka Persaman (10-3) menjadi: ∆E = ∆m x (931 MeV/u)
………. (10-4)
Besarnya energi ikat ternyata tidak selalu menggambarkan tingkat stabilitas inti, karena pada umumnya inti yang memiliki nukleon lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang lebih rendah. Oleh karena itu, kita perlu menyatakan besaran energi yang terkait langsung dengan stabilitas inti, yaitu energi ikat per nukleon , yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan: ∆E A
Fisika SMA Jilid 3B
………. (10-5)
Bab 10 Fisika Inti
6
Misalnya, defek massa inti 24 He adalah 0,030378 u, sehingga energi ikat inti 24 He adalah ∆E = ∆m x 931 MeV/u = 0,030378 u x 931 MeV u
= 28,2819 MeV
Inti helium memiliki jumlah nukleon = 4 (karena nomor massa A = 4), sehingga energi ikat per nukleon adalah ∆E = 28,28 MeV = 7,07 MeV / nucleon A 4 nukleon
Catatan: (1) Jika di dalam soal yang Anda hadapi data mengenai massa elektron tidak diketahui (hanya massa proton dan neutron yang diketahui) maka massa elektron dapat didekati dengan nol. (2) Atom netral hidrogen 11 H terdiri dari sebuah proton dan sebuah elektron. Karena itu massa H = m p + me. Jadi, jika di dalam soal diketahui massa atom hidrogen, maka itu berarti jumlah massa proton dan elektron diketahui. Pelajari Contoh 10.1
Contoh 10.1 Menghitung defek massa, energi ikat, ikat, dan energi ikat per per nukleon
Massa isotop 37 Li adalah 7,018 u. Hitung energi ikat per nukelon. (massa H = 1,008 u, massa neutron = 1,009 u, dan 1 u = 931 MeV). Jawab: 7 3
Li artinya nomor atom Z = 3 dan nomor massa A = 7. Ini berarti jumlah proton = Z =
3, jumlah elektron = Z = 3, dan jumlah neutron = A – Z = 7 – 3 = 4, massa H = 1,008 u berarti m p + me = 1,008 u. Sekarang mari kita hitung massa dari partikel-partikel pembentuk isotop 37 Li Massa 3 proton + massa 3 elektron = 3 m p + 3me = 3(m p + me) = 3(1,008 u)
= 3,024 u
Massa 4 neutron = 4(1,009 u)
= 4,036 u +
Massa partikel pembentuk
= 7,060 u
Diketahui massa isotop = 7,018 u sehingga defek massa, ∆m, adalah ∆m = 7,060 u – 7,018 u = 0,042 u Energi ikat inti, ∆E, menurut Persamaan (10-4) adalah
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
7
∆E = ∆m x 931 MeV/u = 0,042 u x 931 MeV/u = 39,102 MeV Inti 37 Li memiliki jumlah nukleon = 7 (karena A = 7), sehingga energi ikat per nukleon adalah ∆E = 39,102 MeV = 5,586 MeV / nucleon A 7 nukleon
10 ) 9 V 8 e 7 M ( t 6 a k 5 i i 4 g r 3 e 2 n E 1 0
56 26
Fe
Grafik yang menyatakan hubungan antara energi ikat per nukleon ditunjukkan pada Gambar 10.2 di samping. Tampak inti 56 26 Fe relatif lebih diikat kuat daripada inti
238 92
U
238 92
U . Ini karena energi inti per nucleon
2 1
H
0
50
untuk 100
150
200
250
Nomor atom
Gambar 10.3 Grafik hubungan hubungan antara energi ikat per nukleon dengan nomor atom
56 26
Fe lebih besar daripada
238 92
U .
Dengan kata lain grafik ini menunjukkan bahwa ketika proton-proton dan neutron56 Fe neutron bersatu membentuk inti 26 dibebaskan lebih banyak energi daripada untuk membentuk inti 238 92 U
d. Apa yang Dimaksud dengan Gaya Gaya Inti? Di dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik antara nuklida-nuklida (proton dan neutron). Namun, besar gaya gravitasi ini bisa diabaikan dibandingkan dengan besarnya gaya tolak-menolak secara listrik (gaya Coulomb) antar proton. Mengapa adanya gaya tolak-menolak ini tidak menyebabkan inti atom tercerai berai? Bahkan inti atom suatu struktur yang stabil? Dengan demikian, pasti ada gaya lain yang bekerja pada inti atom. Gaya ini disebut gaya inti kuat atau disebut saja gaya inti. Nah, adanya gaya inti inilah yang menjaga inti atom tetap menyatu.
Kegiatan 10.2
Kuis
Diberikan pernyataan berikut ini: 1) Gaya inti merupakan gaya tarik-menarik, yang lebih besar dari gaya Coulomb dalam inti atom 2) Gaya inti bekerja pada kisaran jarak yang sangat pendek 3) Gaya inti bekerja di antara dua proton 4) Gaya inti bekerja di antara dua neutron 5) Gaya inti bekerja antara proton dan neutron Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
8
Dari pernyataan di atas, yang merupakan karakteristik gaya inti adalah: A. 1 dan 2
D. 1, 2, dan 5
B. 1, 2 dan 3
E. Semua benar
C. 2, 4 dan 5
B
RADIOAKTIVITAS
a. Kestabilan Kestabilan Inti dan dan Peluruhan Ukuran dan bentuk inti
Proton-proton
dan
neutron-neutron
dalam
r
inti
bergerombol bersama dengan bentuk mendekati +
bola, seperti diilustrasikan pada Gambar 10.3. Percobaan menunjukkan bahwa jari-jari inti atom r
+
+ +
bergantung pada nomor massa A dan secara
+
pendekatan pendekatan diberikan oleh
+
+
+ +
+
Jari-jari inti atom:
= (1,2 x 10 r =
-15
1/3
………. (10-6)
m)A
Misalnya, jari-jari inti aluminium (A = 27) adalah R = (1,2 x 10
-15
= (1,2 x 10
m) (27)
1/3
Gambar 10.4 Inti atom mendekati bentuk bola (jari-jari = r) dan mengandung sejumlah proton yang bergerombol rapat dengan sejumlah neutron.
-15
m) (3)
-15
= 3,6 x 10 m Isotop-isotop yang memiliki jumlah proton antara 1 sampai 83 secara umum merupakan isotop-isotop yang stabil. Untuk inti-inti yang stabil dengan nomor massa A<40, rasio antara proton dan neutron mendekati 1. Ini artinya jumlah proton sama atau hampir sama dengan jumlah neutron. Untuk inti-inti stabil dengan nomor nomor A>40, jumlah neutronnya neutronnya lebih banyak banyak dibandingkan dengan jumlah proton. Semakin besar
140
massa
Z 120 A = 100 N n 80 o r t u e 60 N h a 40 l m u J 20
inti
atom,
semakin
banyak
kelebihan
neutronnya. Grafik antara jumlah proton dan neutron inti-inti stabil dapat dilihat pada Gambar 10.4. Terlihat bahwa ada kecenderungan dari atom berat
0 0
20
40
60
80
berada di atas garis kestabilan inti (garis putus-putus
Jumlah proton Z
Gambar 10.5 Dengan beberapa pengecualian, inti stabil memiliki jumlah neutron N yang sama atau melebihi jumlah proton Z Fisika SMA Jilid 3B
pada gambar). Dari sinilah akhirnya bias dijelaskan peristiwa radioaktivitas yang ditemukan oleh Henry Becquerel (1852-1908) pada tahun 1896.
Bab 10 Fisika Inti
9
b. Apa yang Dimaksud dengan Radioaktiv Radioaktivitas? itas? Penemuan sinar-X oleh Rontgen pada tahun 1895 merangsang Henry Becquirel untuk menyelidiki asal-usul sinar-X. Dalam percobaan yang dilakukan, sebenarnya Becquirel sedang mempelajari gejala fluoresensi dan fosforesensi (yang disebabkan oleh sinar-X) dari berbagai bahan. Gejala fluoresensi adalah gejala dimana suatu benda dapat memancarkan cahaya yang berbeda ketika menerima cahaya dari luar atau menerima tembakan dari aliran partikel. Misalnya dinding kaca dari sinar katoda yang memancarkan cahaya hijau ketika dinding kaca itu menerima sinar katoda. Gejala fosforesensi adalah gejala dimana suatu benda dapat memancarkan cahaya beberapa selang waktu kemudian setelah benda itu menerima cahaya dari luar, misalnya pada jarum penunjuk yang bersinar pada malam hari setelah menerima cahaya Matahari pada siang hari. Pemancaran sinar tembus (sinar radioaktif) secara spontan oleh inti-inti tidak stabil (misalnya inti uranium) dinamakan Radioaktivitas.
Radioaktivitas alami pertama kali ditemukan oleh Henry Becquirel. Beberapa kemudian, pasangan suami-istri Marie Curie dan Pierre Curie berhasil menemukan dua unsur radioaktif baru: polonium dan radium. Pada tahun 1899, Ernest Rutherford melakukan percobaan dalam rangka studinya
γ
mengenai radioaktif. Ia menempatkan sedikit
β
radium di dasar sebuah kotak kecil dari timah
α
hitam (timbel). Ia memperhatikan sinar-sinar yang dipancarkan dari kotak karena adanya pengaruh sebuah medan magnetik kuat yang berarah tegak lurus terhadap arah rambat
B (keluar Bidang kertas
radiasi ketiga sinar yang dipancarkan oleh radium. Dia mendapatkan bahwa berkas sinar terpisah
menjadi
tiga
komponen,
ditunjukkan pada gambar di samping.
seperti
Radium Kotak timbel Gambar 10.6 Radiasi dari radium dipisahkan menjadi tiga komponen oleh suatu medan magnetik.
Dengan memperhatikan arah sinar yang dibelokkan, dia menyimpulkan bahwa komponen sinar yang tidak dibelokkan adalah tidak bermuatan (sinar γ), komponen sinar yang dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (sinar α), dan sinar yang dibelokkan ke kiri adalah bermuatan negatif (sinar β).
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
10
Berpikir
Kegiatan 10.3
Tiga berkas sinar radioaktif α, β, dan γ dilewatkan di antara dua keping sejajar bermuatan (keping yang atas bermuatan positif) seperti ditunjukkan dit unjukkan pada gambar di bawah ini.
+ α β γ
-
Jawablah pertanyan pertanyan di bawah ini: 1. Kemanakah arah sinar α setelah memasuki dua keping sejajar? 2. Kemanakah arah sinar β setelah memasuki dua keping sejajar? 3. Kemanakah arah sinar γ setelah memasuki dua keping sejajar? 4. Gambarlah sketsa perkiraan lintasan yang akan ditempuh oleh sinar-sinar tersebut di dalam ruang antara kedua keping sejajar! 5. Jelaskan mengapa lintasannya seperti itu?
Tabel 10.2 Sifat-sifat Sinar α, β, dan γ
Jenis
Sinar α
Identik
Massa
dengan
(u)
inti helium
4
Kelajuan Muatan
sampai
elektron kecepatan tinggi
1
oleh
dengan
+2e
1 10
Sinar β
Diserap
-1e
1840
9 10
c
selembar
Dalam medan magnetik dan listrik
dibelokkan
kertas c
selembar
dibelokkan
alumunium
dengan kuat
setebal 3 mm Sinar γ
radiasi
0
c
selembar
tidak
elektromagnetik
timbel setebal
dibelokkan
frekuensi tinggi
3 cm
Fisika SMA Jilid 3B
0
Bab 10 Fisika Inti
11
c. Aktivitas Aktivitas Radioaktif Radioaktif Aktivitas radioaktif A didefinisikan sebagai laju perubahan p erubahan inti radioaktif, dan secara matematis dapat ditulis sebagai A=
−
dN
..…………...(10-7)
dt
dengan N = jumlah inti radioaktif, dan t = waktu peluruhan. Setiap inti radioaktif memiliki peluang untuk meluruh sebesar λ , yang disebut konstanta peluruhan sehingga aktivitas radioaktif dapat juga dinyatakan din yatakan sebagai
.……………(10-8)
A = - λ N
dengan: A = aktivitas peluruhan (partikel/sekon = becquerel) -1
λ = = konstanta peluruhan (s ) N = jumlah partikel pada saat tertentu Apabila persamaan (10-7) dan (10-8) digabungkan dan kemudian dilakukan operasi integral akan diperoleh N = No e
−
λ t
…………….(10-9)
dengan: N = jumlah radioaktif setelah peluruhan No = jumlah radioaktif mula-mula E = bilangan natural (e = 2,718…) λ = = konstanta peluruhan t = waktu peluruhan radioaktivitas. Persaman (10-9) selanjutnya disebut hukum disebut hukum peluruhan radioaktivitas. Mengingat bahwa aktivitas radioaktif berbanding lurus dengan jumlah inti radioaktif (A = λ N) N) maka persamaan (10-9) dapat ditulis menjadi A = Ao e
−
..………….(10-10)
λ t
Satuan Radioaktivitas
Kekuatan suatu sampel radioaktivitas memancarkan radiasi atau aktivitas radiasi, dinyatakan 10
dalam satuan curie (Ci). Dimana 1 Ci = 3,70 x 10 peluruhan/sekon. Namun demikian, satuan SI untuk aktivitas radiasi yang biasa adalah Becquerel (Bq), yang didefinisikan sebagai 1 Bq = 1 peluruhan/ sekon Dengan demikian 10
1 Ci = 3,70 x 10 Bq
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
12
d. Waktu Paro Paro Waktu paro (T1/2) adalah waktu yang dibutuhkan untuk peluruhan sehingga jumlah inti setelah peluruhan tinggal setengah dari jumlah inti mula-mula, atau waktu yang diperlukan untuk peluruhan sehingga aktivitas peluruhan tinggal setengah dari aktivitas mula-mula. Pada t = 0 jumlah inti sisa = No Pada t = T 1/2 jumlah inti sisa = ½ N o Pada t = 2 T1/2 jumlah inti sisa = ½ ( ½ No ) = ¼ No Pada t = 3 T1/2 jumlah inti sisa = ½ ( ¼ No ) = 1/8 No Semakin besar waktu paro suatu isotop, semakin lambat l ambat peluruhannya dan semakin konstan peluruhannya. peluruhannya. Pada saat t = T 1/2 berlaku: N
=
No
e
−
λ T 1 / 2
=
1 2
Karena e = 2,718 yaitu bilangan alam, maka bisa ditemukan bahwa e
−
0 , 693
≈
1 .…………..(10-11)
2
Sehingga T1/2 =
0,693 ...…………(10-12)
λ
Apabila waktu paro T 1/2 diketahui, maka kita dapat menghitung jumlah inti radioaktif setelah peluruhan maupun aktivitas radioaktif setelah peluruhan dengan persamaan sebagai berikut. 1
N = No ( ) 2
t T 1 / 2
atau
1
A = Ao ( ) 2
t T 1 / 2
.…………..(10-13)
Ayo Kerjakan Soal Seleksi 1
Waktu paro
24
Na adalah 15 hari.Waktu yang diperlukan supaya 75 % yang
mengandung nuklida ini meluruh adalah … A. 15 hari
D. 60 hari
B. 30 hari
E. 75 hari
C. 45 hari (UM-UGM 2006) Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
13
Jawab: Diketahui waktu paro T 1/2 = 15 hari. Setelah selang waktu t, 75 % sampel meluruh. Ini berarti jumlah sampel yang tersisa adalah N = (100% - 75%) No N = 25% No atau N = ¼ N o Rumus jumlah sampel yang tersisa adalah
1
t
Dengan demikian, ( ) 2 1
( ) 2
T 1 / 2
=
1
t
N = No ( ) T 1 / 2 2
1 4
t T 1 / 2
= ½
2
t/T1/2 = 2 (Jawaban B)
t = 2 T1/2 = 2 (15 hari) = 30 hari
2
Seorang pasien diberikan radioisotop iodium-131 untuk diperiksa jantungnya menggunakan CT-scan. Waktu paro iodium-131 sama dengan 8 hari. Pada awalnya, 14
terdapat sekitar 4,0 x 10 inti atom iodium-131, berapa aktivitasnya? 8
8
A. 4, 0 x 10 inti/sekon
D. 2, 0 x 10 inti/sekon
8
8
B. ¼ x 10 inti/sekon
E. ½ x 10 inti/sekon
8
C.16 x 10 inti/sekon Jawab: 5
14
Diketahui T1/2 = 8 hari = ,9 x 10 s, No = 4,0 x 10 inti, 4
t 1 hari = 24 jam = 8,6 x 10 s Pertama kita menghitung konstanta peluruhan λ : :
T1/2 =
0,693
λ = = 0,693 / T 1/2
atau
λ 5
-6
-1
λ = = 0,693 / 6,9 x 10 = 1,0 x 10 s
Sekarang gunakan persamaan (10-8) A = -λ -λ N No Perhatikan, tanda minus hanya untuk menunjukkan adanya pengurangan inti, sehingga aktivitas radiasi bisa diambil nilai positifnya. A = λ N No -6
-1
14
A = (1,0 x 10 s )(4,0 x 10 inti) 8
= 4,0 x 10 inti/sekon Fisika SMA Jilid 3B
(Jawaban A)
Bab 10 Fisika Inti
Kegiatan 10.4
14
Mengamati
Tujuan
Membuat suatu model untuk menyelidiki hubungan antara aktivitas radioaktif t erhadap waktu. Alat dan Bahan
500 kartu domino, sebuah kotak besar yang cukup untuk menaruh 500 kartu dan selembar kertas grafik. Pemodelan
Dalam model ini kita kit a membuat beberapa analogi: 1. 500 kartu domino dianalogikan sebagai sampel radioaktif. 2. Setiap kartu dianalogikan sebagai atom yang mempunyai peluang untuk meluruh yang sama. 3. Setiap lemparan dianalogikan sebagai satu satuan waktu. 4. Kartu yang muka bertitiknya menghadap ke atas setelah suatu l emparan dianalogikan sebagai atom yang telah meluruh. 5. Banyak kartu yang dikeluarkan dalam suatu lemparan dianalogikan sebagai aktivitas sampel radioaktif. 6. Kartu yang tertinggal dan dimasukkan kembali ke dalam kotak dianalogikan sebagai atom radioaktif yang belum meluruh. Langkah Kerja
Lakukan kegiatan ini secara berkelompok (4 atau 5 orang) 1. Seluruh 500 kartu domino dimasukkan ke dalam sebuah kotak. 2. Kotak diguncang-guncang agar semua kartu bercampur dengan sempurna. 3. Kemudian semua kartu dilemparkan ke atas meja. 4. Kartu-kartu dengan muka bertitiknya menghadap ke atas dipisahkan dan dikeluarkan. 5. Kartu-kartu lain yang tertinggal dikumpul dan banyaknya dicacah dan dicatat dalam tabel. 6. Kartu-kartu pada langkah (5) kemudian dimasukkan kembali ke dalam kotak dan langkah (2) sampai dengan (5) diulang sebanyak 10 kali. 7. Semua data dicatat dalam tabel. Dari tabel ini kemudian Anda ditugaskan menggambar grafik banyak kartu yang tertinggal, N , terhadap nomor lemparan pada kertas grafik (sumbu-sumbu grafik ditunjukkan pada Gambar 10.8)
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
15
Kartu-kartu lain dimasukkan kembali ke Kartu-kartu dengan muka
dalam kotak
bertitik menghadap ke atas dikeluarkan
Kotak
Gambar 10.7 10.7 Kotak dan kartu domino
Tabel 10.3 Data Percobaan Nomor lemparan 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Banyak kartu dikeluarkan 0
Banyak kartu tertinggal, N 500
Gambar 10.8 Grafik , l 500 500 a g g n i t r 375 375 e t g n a N250 250 y u t r a k 125 125 k a y n a 0 B
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Banyak lemparan, t
Pertanyaan, Diskusi, dan Kesimpulan
1. Bagaimanakah Bagaimanakah bentuk grafik yang Anda peroleh pada Gambar di atas? Jelaskan J elaskan secara singkat. 2. Tentukan waktu paro model ini. 3. Apakah bentuk grafik yang Anda peroleh sesuai dengan kurva peluruhan?
# SELAMAT BEKERJA #
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
16
d. Bahaya Radiasi Radiasi dan Alat-alat Pendeteksi Pendeteksi Radioaktivitas Radioaktivitas Anda telah mengetahui dahsyatnya bencana yang ditimbulkan oleh radiasi dan energi bom atom pertama yang jatuh di Hiroshima dan Nagasaki pada perang dunia kedua. Bahkan pengaruh akibat bencana ini masih dirasakan oleh rakyat Jepang sampai sekarang. Radiasi pengion juga membahayakan kehidupan tumbuhan, manusia, dan hewan. Radiasi di Sekitar Kita
Becquirel menemukan radioaktivitas
sinar kosmik
pada tahun 1896, tetapi radiasi pengion
dari makanan
dari dahulu sampai kapanpun adalah
37%
bagian dari lingkungan hidup kita. Ini
14% 13% 13 %19%
17%
sinar gamma gamma dari Bumi buatan
alamiah. Kiradikenal sebagai radiasi alamiah. kira 87% radiasi di lingkungan kita
bahan bangunan
dihasilkan secara alamiah, dan hanya sekitar 13% merupakan radiasi buatan,
Gambar 10.9 Diagram lingkaran lingkaran sumber radiasi pengion di sekitar kita
seperti ditunjukkan pada Gambar 10.8.
Makanan kita mengandung sejumlah kecil bahan-bahan radioaktif yang terjadi secara alamiah, karena itu badan kita mengandung sedikit bahan radioaktif. Secara alamiah bahanbahan radioaktif juga terdapat dalam tanah, batuan, air, tumbuh-tumbuhan, dan hewan. Sejumlah radiasi yang tiba di Bumi berasal dari angkasa luar dan Matahari. Ini disebut radiasi disebut radiasi kosmis. Kebanyakan radiasi kosmis diserap oleh atmosfer, tetapi beberapa menembus ke tanah. Dosis Serapan Radiasi dan Efek Biologis
Risiko kanker berhubungan dengan dosis radiasi
yang
diserap
oleh
tubuh
Tabel 10.4 Efek biologis beberapa dosis serapan ekuivalen radiasi pada tubuh manusia
kita.
Sebelumnya telah Anda ketahui bahwa
Dosis ekuivalen (Sv)
besaran dosis serapan yang berkaitan dengan
< 0,1
efek
biologis
adalah
dosis
satuan Sv. Tabel 10.4 menunjukkan efek dari
beberapa
dosis
serapan
ekuivalen radiasi dalam tubuh manusia.
Fisika SMA Jilid 3B
tidak ada efek
serapan
ekuivalen, yang diberi lambang H dengan
biologis
Efek biologis
0,1 – 2,0 2 – 10 > 10
bisa mengarah ke kanker sakit radiasi akut kematian
Bab 10 Fisika Inti
17
Alat-alat Pendeteksi Radioaktivitas
Salah satu detektor radiasi yang paling umum adalah Geiger Counter (Tabung (Tabung Geiger), yang dikembangkan oleh Hans Geiger. Prinsip Geiger Counter digambarkan pada Gambar 10.9
ke rangkaian pencacah kawat jendela
anode
lintasan radiasi tunggal
katode
Gambar 10.10 Prinsip Kerja Geiger Counter
Suatu tegangan listrik 800-1000 V diberikan pada elektrode kawat dan elektrode luar (tabung). Tabung berisi suatu gas (misalnya argon) pada tekanan rendah. Ketika suatu partikel ion memasuki tabung, partikel tersebut akan mengionisasikan beberapa atom gas tersebut. Elektron yang dibebaskan tertarik dan dipercepat ke arah kutub positif (anode). Di perjalanannya, elektron ini mengionisasikan atom gas lain sehingga terjadi proses pelipatgandaan elektron yang dibebaskan. Elektron-elektron ini menghasilkan pulsa listrik
yang bisa dideteksi secara elektronika. Bahkan pulsa ini juga bisa dikonversikan menjadi suara sehingga terdengar seperti bunyi jarum jam. Bahan-bahan semikonduktor juga bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi radioaktif. Detektor semacam ini disebut detektor zat padat atau detektor semikonduktor . Ketika suatu radiasi mengenai bahan semikonduktor, akan dihasilkan pasangan elektron-lubang (boleh disebut sebagai ionisasi zat padat). Dengan memberikan suatu beda potensial pada bahan zat padat ini akan dihasilkan sinyal listrik yang kemudian bisa diperbesar untuk diukur. Detektor zat padat memiliki kemampuan deteksi deteksi yang tinggi dengan sangat cepat.
Pertanyaan Diskusi:
1. Sebuah isotop memiliki waktu paro satu bulan. Setelah dua bulan, akankah contoh isotop yang diberikan itu meluruh habis? Jika tidak, berapa banyakkah yang tersisa? 2. Sumber terbesar radiasi di AS adalah gas radon, jelaskan asal gas ini dan bahaya yang ditimbulkan oleh gas ini!
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
18
APLIKASI FISIKA Detektor Asap (Smoke Detector)
Suatu
penerapan
peluruhan
α
yang
digunakan secara luas adalah detektor asap ( smoke
Arus
detector ). ). Cara kerja detektor ini ditunjukkan pada
Gambar 10.10. Dua buah keping logam kecil dan sejajar dipisahkan pada jarak kira-kira 1 cm. Sejumlah kecil bahan radioaktif yang diletakkan di
Partikel α
pusat salah satu keping memancarkan partikel α Bahan radioaktif
yang kemudian bertabrakan dengan molekulmolekul
udara
di
antara
keping.
Selama Baterai
bertumbukan, molekul-molekul udara diionisasi sehingga membentuk ion-ion positif dan negatif.
Gambar 10.11 Sebuah detektor asap
Keping yang atas (polaritas negatif) menarik ionion positif, dan keping yang bawah (polaritas positif) menarik ion-ion negatif. Akibatnya arus listrik mengalir melalui rangkaian yang dihubungkan ke kedua keping. Adanya partikel asap di antara kedua keping mengurangi arus listrik, karena ion-ion yang bertumbukan dengan sebuah partikel asap biasanya dinetralkan. Berkurangnya arus listrik yang
disebabkan
oleh
kehadiran
partikel-partikel
asap
digunakan
alarm
untuk
memberitahukan adanya indikasi bahaya kebakaran.
TEKA TEKI KITA KITA
?
Anggaplah Anda diberi tiga buah
Secara ideal Anda harus pergi sejauh
kue radioaktif, masing-masing kue berturut-
mungkin. Namun jika Anda harus makan satu,
turut sebagai pemancar alfa, pemancar beta,
memegang satu, dan menaruh satu di kantong
dan pemancar gamma. Apabila Anda harus
baju. Maka makanlah kue pemancar gamma
makan, memegang, dan menaruh di kantong
karena akan menembus tubuh Anda. Peganglah
baju masing-masing sebuah kue radioaktif
kue pemancar alfa karena kulit tangan akan
tersebut, apa yang dapat Anda lakukan untuk
melindungi Anda. Dan taruhlah kue pemancar
mengurangi bahaya radiasi?
beta di kantong baju karena pakaian akan
α Fisika SMA Jilid 3B
melindungi Anda.
Bab 10 Fisika Inti
19
REAKSI INTI DAN TEKNOLOGI NUKLIR
C
a. Reaksi Inti Zat radioaktif alam mempunyai inti yang berubah dengan sendirinya setelah memancarkan sinar radioaktif., tetapi inti atom yang tidak bersifat radioaktif dapat diubah sehingga menjadi zat radioaktif (radioaktif buatan), yaitu dengan jalan menembaki inti itu dengan partikel-partikel (ingat peristiwa transmutasi)yang mempunyai kecepatan tinggi. Penembakan inti dengan kecepatan tinggi ini disebut reaksi inti. 4 2
He+147 N →178 O + 11 H
Contoh :
Alfa + Nitrogen
.…………..(10-14)
Oksigen + Proton
Secara umum reaksi inti dinotasikan dengan: a + X
Y + b + Q
…….……..(10-15)
dengan Q adalah energi radiasi
b. Perhitungan Energi pada pada Reaksi Reaksi Inti Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Sebelum reaksi (ruas kiri), energi dihasilkan oleh inti sasaran X dan partikel a. Jika X dan a kita sebut reaktan (pereaksi), maka energi sebelum reaksi sama dengan energi reaktan. Sesudah reaksi (ruas kanan), energi dimiliki oleh inti baru Y, partikel b, dan energi reaksi Q. Jika Y dan b kita sebut produk (hasil reaksi) maka energi sesudah reaksi sama dengan energi produk ditambah energi Q. Sesuai hukum kekekalan enegi, energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi energi reaktan = energi produk + energi reaksi energi rekasi = energi reaktan – energi produk
Q = [(ma + mX) – (mY + mb)] x 931 MeV/u
……….…..(10-16)
dengan m a, mX, mY, dan mb adalah massa-massa yang harus dinyatakan din yatakan dalam u. Catatan: eksotermik). Jika Q > 0 maka terdapat energi yang dibebaskan ( reaksi ( reaksi eksotermik ). Jika Q < 0 maka terdapat energi yang diserap ( reaksi ( reaksi endodermik).
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
20
c. Reaksi Fisi Reaksi fisi f isi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi dua buah inti lain yang lebih
ringan dan disertai dengan pelepasan energi yang besar. Reaksi fisi terjadi apabila suatu inti berat ditembak dengan neutron, deuteron, partikel α, partikel β, atau sinar γ. Sebagai contoh inti uranium
235 92
U ditembak dengan neutron lambat akan menghasilkan kemungkinan reaksi
sebagai berikut: 1 0
n+
235 92
U →
236 92
133
99
1
U → 51 Sb+ 41 Nb + 4 0 n + E
Proses pembelahan inti
235 92
U setelah menyerap neutron lambat dapat divisualisasikan
dengan membayangkan inti stabil U-235 menyerupai suatu butir cairan. Ini disebut model butir cairan, cairan, yaitu model untuk menjelaskan reaksi fisi, yang pertama kali diusulkan oleh Frankel dan dikembangkan oleh Bohr dan Von Weizaker . Berdasarkan model butir cairan,
neutron lambat yang diserap oleh inti U-235 memberikan tambahan energi dalam pada inti (seperti memanaskan butir air). Keadaan antara atau inti gabungan ini adalah
235 92
U karena
menyerap neutron. Energi yang dibebaskan pada reaksi fisi dirumuskan dengan:
Q = ∆m x 931 MeV/u
.…………..(10-17)
Contoh reaksi fisi lainnya adalah sebagai berikut: 1 0
236 140 94 1 n+ 235 92 U → 92 U → 54 Xe+ 38 Sr + 2 0 n
…………...(10-18)
Menghitung
Kegiatan 10.5
Salah satu reaksi fisi U-235 adalah: 235 92
1
141
92
1
U + 0 n→ 56 Ba + 36 Kr +30 n + Q
235,125 u 1,009 u 140,958 u 91,925 u
Bilangan yang tertera di bawah lambing inti atau partikel menyatakan massa inti atau partikel dalam amu (disingkat u). Jika 1 u = 931 MeV, hitunglah energi Q (dalam MeV) yang dibebaskan oleh tiap fisi dari U-235. Kemudian hitunglah energi yang dibebaskan jika 1 kg U-235 habis membelah. (nyatakan dalam kWh). Jika energi digunakan untuk menyalakan lampu pijar 100 W terus menerus, berapa tahun lampu itu akan berpijar? Berikan komentar Anda.
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
21
d. Reaksi Berantai Berantai Tiap
pembelahan
satu
inti
U-235
menghasilkan rata-rata 2,5 neutron. Neutron-neutron
1 0
ini dapat saja diserap oleh inti U-235 yang belum
235 92
membelah
untuk
menyebabkan
n U
sederetan
pembelahan inti. Untuk memudahkan ilustrasi, kita anggap saja setiap pembelahan inti menghasilkan dua neutron (lihat Gambar 10.11). Tiap neutron yang dibebaskan dapat diserap oleh inti U-235 yang belum membelah untuk menghasilkan fisi U-235 lainnya. Dengan demikian akan dihasilkan neutron yang lebih banyak (mengikuti deret geometri: 1 – 2 – 4 – 8
dan seterusnya), seterusnya) , yang akan mengahasilkan mengahasi lkan
sederetan pembelahan inti sehingga semua inti U235 yang tersedia habis membelah dengan cepat.
Gambar 10.12 Suatu reaksi berantai. berantai. Supaya jelas, pembelahan dianggap menghasilkan dua neutron
Reaksi berantai (chain reactions) reactions) adalah sederetan pembelahan inti di mana neutronneuron yang dihasilkan dalam tiap pembelahan inti menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya.
Kegiatan 10.6
Menulis Biografi Tokoh
Fermi, di Fisikawan pertama yang berhasil menjinakkan reaksi berantai fisi adalah Enrico adalah Enrico Fermi, mana dari hasil temuannya orang kemudian berhasil membuat PLTN, sebagai salah satu sumber energi listrik di berbagai Negara. Nah, tugas Anda adalah mengumpulkan informasi tentang Enrico Fermi, dari berbagai media: Koran, buku referensi, buku biografi tokoh, ensiklopedia, dan lain-lain. Setelah informasi cukup terkumpul, tulislah biografi singkat (2 atau 3 halaman folio diketik 1 ½ spasi) tentang fisikawan ini. Biografi singkat sedikitya harus memuat: •
Riwayat hidup dan riwayat ri wayat pekerjaannya
•
Penghargaan-penghargaan Penghargaan-penghargaan penting yang diperolehnya (termasuk hadiah Nobel Fisika tahun 1938)
•
Usahanya dari awal sampai berhasil menjinakkan reaksi fisi berantai
•
Sifat atau karakternya atau kata-katanya yang dapat dijadikan teladan atau semangat untuk sukses
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
22
e. Reaksi Fusi Reaksi fusi f usi adalah reaksi penggabungan dua buah inti ringan menjadi inti yang lebih
berat dan disertai dengan pelepasan energi. Pada reaksi fusi diperlukan energi yang sangat 8
besar dan pada suhu yang sangat tinggi (dalam orde 10 K) sehingga reaksi fusi disebut juga reaksi termonuklir reaksi termonuklir.. Contoh reaksi fusi adalah reaksi yang terjadi pada Matahari dan bintang serta pada bom hidrogen. Proses fusi yang terjadi di bagian dalam Matahari melalui beberapa tahapan dengan hasil akhir empat buah proton ( 11 H ) bergabung membentuk sebuah inti helium ( 24 He ). Karena Matahari disusun oleh hidrogen biasa ( 11 H ), maka pertama kali hidrogen perlu diubah menjadi deuterium ( 12 H ), ini terjadi menurut reaksi: 1 1
H + 11 H →12 H + e
+
+
v
(0,42 MeV)
…..……...(10-19a)
2
Begitu kita memiliki H, reaksi berikut dapat terjadi:
2 1
H + 11 H → 23 He + γ
(5,49 MeV)
..…..…….(10-19b) ..…..…….(10-19b)
(12,86 MeV)
.…………(10-19c) .…………(10-19c)
diikuti oleh
3 2
He+ 23 He→ 24 He + 211 H
Perhatikan bahwa kedua reaksi pertama harus terjadi dua kali agar dapat menghasilkan 3
dua inti He yang kita perlukan dalam reaksi ketiga. Hasil akhir tahapan proses ini, yang disebut rantai proton-proton, adalah empat buah proton yang bergabung membentuk sebuah inti 24 He ditambah dengan dua positron, dua neutrino, dan dua sinar gamma. Kita dapat menulis hasil akhir sebagai:
411 H → 24 H + 2e
+
Kegiatan 10.7
+
2v + 2γ
………..….(10-20)
Membuat Ulasan
Carilah informasi yang lengkap tentang bom hidrogen melalui: Koran, majalah, buku referensi, ensiklopedia sains, atau melalui internet. Selanjutnya buatlah ulasan mengenai prinsip kerja bom hidrogen yang memanfaatkan energi ikat inti dalam inti. Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
23
e. Reaktor Nuklir Reaktor nuklir adalah alat tempat terjadinya reaksi inti berantai baik fisi atau fusi yang terkendali. Hingga saat ini hanya reaktor fisi yang telah beroperasi.
Reaktor Fisi
Prinsip kerja reaktor nuklir adalah reaksi fisi berantai di mana sebuah neutron lambat yang ditembakkan ke bahan bakar reaktor yang mengandung Uranium-235. Inti U-235 akan menyerap energi neutron tersebut sehingga terjadi reaksi fisi yang menghasilkan rata-rata 2.5 neutron cepat. Umumnya reaktor fisi didesain untuk tetap dalam keadaan kritis sehingga terjadi superkritis, maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras untuk menyerap neutron, agar neutron yang dihasilkan tidak berlebih. Jika terlalu banyak maka terjadi subkritis, dan batang kendali harus ditarik dari dalam teras agar reaktor tidak mengalami suhu down (mati).
Komponen-komponen utama yang umumnya dimilki oleh setiap jenis reaktor antara lain: 1. Bahan bakar
Terletak dalam teras reaktor yang berada di dalam moderator, dan menghasilkan uap panas yang dapat memutar turbin. Umumnya bahan bakar berupa Uranium-235 yang telah diperkaya. 2. Moderator
Berfungsi untuk menurunkan energi neutron, dari energi tinggi ke energi termik dengan cara memperlambat neutron. Oleh karena itu, moderator juga berguna sebagai pendingin. 3. Batang kendali / control control
Terbuat dari bahan yang memiliki daya serap neutron yang sangat besar yang berfungsi mengendalikan jumlah populasi neutron di dalam reaktor. 4. Pendingin
Cairan atau gas yang memilki sifat penghantar panas yang baik dan disirkulasikan melalui sistem pompa sehingga panas dapat dialirkan keluar sistem reaktor. 5. Perisai / wadah
Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reaktor dapat bekerja dengan aman dari radiasi.
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
24
Reaktor Fusi
Reaktor fisi nuklir dapat dikendalikan dalam reaktor nuklir. Apakah reaksi fusi nuklir dapat dikendalikan dalam suatu reaktor nuklir? Ada dua syarat untuk mengendalikan fusi: ((11)) Suhu harus sangat tinggi (dalam orde 10
8 0
C). Pada suatu suhu tertentu disebut suhu
pembakaran (ignition temperature), proses fusi akan berlangsung sendiri. ((22)) Pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma +
-
(sejenis gas yang disusun oleh partikel-partikel bermuatan seperti H dan e ). Plasma panas ini harus ditahan dalam selang waktu yang cukup lama agar tumbukantumbukan antar ion dapat menyebabkan fusi. Masalahnya tidak ada wadah fisik yang dapat menampung plasma panas ini. Saat ini dalam rangka mewujudkan reaktor fusi nuklir, beberapa Negara sedang berusaha mengembangkan prinsip TOKAMAK yang yang awalnya dikembangkan oleh Uni Soviet. Tokamak merupakan akronim dalam bahasa Rusia yang berarti “kamar magnetik toroida” (toroidal magnetic chamber ). ). Fungsi dasar tokamak adalah sebagai alat pemicu untuk berlangsungnya berlangsungnya reaksi fusi yang memerlukan suhu sangat tinggi.
f. Macam Macam Reaktor Nuklir Nuklir 1) Reaktor Daya Pada reaktor daya, panas hasil reaksi fisi dimanfaatkan untuk menghasilkan uap yang bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin dalam sistem PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Teknologi yang memanfaatkan energi nuklir disebut teknologi nuklir . Jadi reaktor daya berguna sebagai penyedia sumber tenaga listrik. 2) Reaktor Penelitian Penelitian Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan neutron hasil pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang ditimbulkan telah dirancang sekecil mungkin sehingga panas tersebut dapat dibuang ke lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin, yang terdiri atas sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder. Reaktor penelitian berguna untuk penelitian dibidang sains (fisika, kimia, biologi) serta teknologi terapan. 3) Reaktor Produksi Produksi Isotop Reaktor produksi isiotop, yaitu reaktor yang dipergunakan untuk memproduksi isotopisotop radioaktif, yang akan dipergunakan dalam bidang kedokteran, pertanian, industri dan sebagainya.
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
25
Contoh 10.2 Massa deuterium yang yang diperlukan pada PLTN
Fusi dari 12 H + 12 H → 24 He + Q diusulkan digunakan untuk memproduksi tenaga listrik pada industri. Anggap efisiensi proses adalah 30%, tentukan berapa kilogram deuterium akan dikonsumsi dalam sehari untuk keluaran 50 MW. Massa 12 H = 2,01478 u
Diketahui: Diketahui:
Massa 24 He = 4,0038 u 1 u = 931,5 MeV Jawab: Energi dibebaskan tiap reaksi fusi (dua atom H-2) adalah
931,5 MeV 1u
Q = [ 2(2,01478) – 4,0038 ]u x = 24 MeV Keluaran = 30%, Q = 0,3 x 24 MeV = 7,2 MeV Keluaran per atom H-2 =
7,2 MeV 2
= 3,6 MeV 6
Untuk keluaran 50 MW atau 50 MJ/s atau 50 x 10 J/s diperlukan jumlah atom deuterium (H-2) sebanyak: =
50 × 10 6 J / s
×
1
19
1,6 × 10 J MeV 1 13
3,6 MeV
−
= 8,68 x 10 atom/s
Jadi, massa deuterium (dalam kg) yang diperlukan dalam sehari adalah
24 jam 3600 s × 1hari 1 jam
19 = 8,68 x 10 atom/s x
2,01478 g
24
= 7,49952 x 10 atom/hari x
×
1mol
6,02 × 10 23 atom 1mol
1kg = 0,025 kg g 1 . 000
= 2,51 x 10 g/hari x Catatan
Faktor-faktor konversi yang digunakan dalam Contoh 10.2 ini adalah sebagai berikut: 1 MeV = 1,6 x 10 NA = 6,02 x 10
Fisika SMA Jilid 3B
23
-13
J
atom/mol
1 hari = 24 jam; 1jam = 3600 s 1 mol = 2,01478 g untuk deuterium
Bab 10 Fisika Inti
26
g. Manfaat Radioisot Radioisotop op Bidang Kesehatan dan Kedokteran
Dengan menggunakan menggunakan detektor, radioisotop di dalam tubuh manusia dapat di deteksi. Adapun fungsi radioisotop dalam bidang kesehatan dan kedokteran adalah untuk: 1. Mengetahui keefektifan kerja jantung dengan menggunakan Sodium – 24. 2. Menentukan lokasi tumor otak, mendekati tumor kelenjar gondok, dipergunakan Yodium – 131. 3. Penanganan Penanganan penderita Leukimia, dengan Phosporus – 32. 4. Penyembuhan kanker dan tumor dengan cara penyinaran, seperti sinar X dan untuk steril alat-alat kedokteran.
Bidang Pertanian
Dengan radiasi sinar gamma dari Co-60 akan didapatkan mutasi sel tumbuhan t umbuhan sehingga dapat menimbulkan generasi yang lebih baik dan mendapatkan bibit yang lebih unggul daripada induknya.
Bidang Industri
Dengan menggunakan sinar gamma, dapat diketahui suatu pipa logam dalam keadaan bocor atau tidak. Sinar gamma dapat dipancarkan dari radioisotop Cobalt–60 dan Iridium–192 yang dilewatkan pada bagian logam yang diperiksa. Sinar gamma dapat dideteksi dengan menggunakan menggunakan detektor. Dengan detektor ini dapat diketahui keadaan logam bocor atau tidak.
Bidang Hidrologi
Salah satu kegunaan radioisotop dibidang hidrologi adalah untuk mengukur kecepatan aliran atau debit aliran. Dalam hal ini sebagai perunut, diukur dari perubahan intensitas pancaran di dalam aliran untuk jangka waktu yang sama. Contoh, kaos lampu petromaks menggunakan larutan radioisotop thorium dalam batas yang diperkenankan, diperkenankan, agar nyalanya lebih terang.
Kegiatan 10.8
Membuat Kliping
Carilah artikel dalam Koran atau majalah yang berkaitan dengan pemanfaatan radioisotop dalam bidang medis atau industri, kemudian buatlah klipingnya. Coba pahami artikel tersebut, kemudian berikan komentar Anda tentang topik yang dibahas dalam artikel. Diskusikan kliping tersebut di kelas bersama teman-teman Anda. Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
27
Pertanyaan Diskusi:
1. Mengapa untuk menghasilkan radioisotop, nuklida-nuklida stabil umumnya ditembaki dengan partikel neutron? 2. Fakta tunggal apakah yang menyebabkan pembelahan inti Uranium-235 membuat reaksi berantai mungkin terjadi? 3. Dalam sebuah reaktor atom yang digunakan PLTN, a. Bagaimana panas dipindahkan dipindahkan dari teras reaktor? r eaktor? Dipakai untuk apa panas ini? b. Bahan apa yang digunakan sebagai moderator? Apa fungsi utama moderator, dan mengapa moderator diperlukan? c. Bagaimana batang pengendali mengendalikan reaksi fisi berantai dalam reaktor atom? 4. Apakah beda fungsi reaktor atom pada PLTN dan pada produksi isotop? 5. Mengapa reaksi fusi tak terkendali dapat diproduksi tetapi reaksi fusi terkendali dalam reaktor atom sukar diproduksi?
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
28
Uji Kompetensi Bab 10 I. Pilihan Ganda
1.
202 80
X mewakili suatu atom unsur X. Setiap atom netral unsur ini mengandung ...
A. 202 elektron dan 80 neutron
D. 80 elektron dan 122 neutron
B. 122 elektron dan 202 neutron
E. 80 elektron dan 202 neutron
C. 122 elektron dan 80 neutron 2.
Sebuah litium memiliki nomor massa 7 dan nomor atom 3. (1) Lambang adalah 37 Li (2) Ia mengandung 3 proton, 4 neutron dan 3 elektron (3) Satu dari isotopnya memiliki 3 proton, 3 neutron dan 3 elektron Pernyataan yang benar adalah ... A. (1), (2), (3)
D. (1) saja
B. (1) dan (2)
E. (3) saja
C. (2) dan (3)
3.
Suatu atom X mempunyai 42 proton, 42 elektron, dan 65 neutron. Simbol untuk atom ini adalah ... A.
147 42
X
D.
107 42
B.
65 42
X
E.
107 84
C.
147 84
X
X
X (Soal SPMB 2003)
4.
Energi ikat inti adalah ... A. enegi yang diperlukan untuk menyatukan proton-proton dan neutron-neutrion dalam inti atom B. energi yang diperlukan untuk memutuskan inti atom menjadi proton-proton dan neutron-neutron C. energi yang diperlukan untuk menyatukan proton-proton, neutron-neutron, dan elektron-elektron dalam sebuah atom D. energi yang dibebaskan ketika proton-proton dan neutron-neutron bersatu dalam inti atom E. energi yang dibebaskan ketika inti atom pecah menjadi proton-proton dan neutronneutron
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
29
Untuk soal nomor 6 dan 7, gunakan massa dari partikel-partikel berikut: proton = 1,0076 u; neutron = 1,0090 u; 1 u = 931 MeV.
5.
Energi ikat inti deuterium 12 H (massa = 2,0140 u) adalah ... -6
D. 1,6 MeV
-3
E. 1,6 x 10 MeV
A. 2,8 x 10 MeV
3
B. 2,4 x 10 MeV C. 2,4 MeV 6.
Defek massa inti 24 He (massa = 4,0024) adalah ... A. 0,0104 u
D. 0,0208 u
B. 0,0106 u
E. 0,0310 u
C. 0,0202 u 7.
Ketika energi ikat per nukleon bertambah, kestabilan inti ... A. berkurang
D. berkurang kemudian bertambah
B. bertambah
E. bertambah kemudian berkurang
C. tetap sama 8.
Hasil peluruhan radioaktif yang dapat disimpangkan oleh medan magnetik adalah ... A. partikel alfa saja
D. partikel alfa dan partikel beta
B. partikel gamma saja
E. sinar gamma dan partikel alfa
C. sinar gamma dan partikel beta 9.
Radiasi X, Y, dan Z dari gambar di bawah ini adalah ... X Y Z Kertas X
Aluminium Y
Timbel
Z
A. alfa
beta
gamma
B. beta
alfa
gamma
C. gamma
alfa
beta
D. gamma
beta
alfa
E. beta
gamma
alfa
10. Pada proses peluruhan 215 81 Bi menjadi
215 84
Po terjadi pelepasan ...
A. Positron
D. proton
B. partikel α
E. elektron
C. neutron (Soal UM-UGM 2004)
Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
30
11. N N0 ½ N0 10
30
t (detik)
Berdasarkan grafik peluruhan di atas, maka jumlah zat radioaktif setelah meluruh selama 1 jam adalah ... A. 1/4 N0
D. 1/32 N0
B. 1/8 N0
E. 1/64 N0
C. 1/16 N0 12. Suatu bahan radioaktif Sesium-137 pada awalnya memiliki laju radiasi foton gamma 14
sebesar 1,5 x 10 partikel tiap detik. Apabila waktu paro bahan tersebut 30 tahun, laju radiasinya pada 10 tahun berikutnya mendekati ... A. 1,67 x 10 B. 1,5 x 10
14
14
partikel/detik
partikel/detik
14
D. 0,75 x 10 partikel/detik 14
E. 0,5 x 10 partikel/detik
14
C. 1,2 x 10 partikel/detik (Soal UM-UGM 2003)
13. Setelah 72 hari, Iodin-131 yang memiliki waktu paro 8 hari tinggal memiliki massa 10 gram. Massa awal unsur tersebut adalah ... A. 80 gram
D. 5120 gram
B. 720 gram
E. 8260 gram
C. 2160 gram (SPMB 2006)
14. Waktu paro sebuah unsur radioaktif adalah 2,0 hari. Berapa lama diperlukan oleh suatu contoh dari 64 g unsur untuk meluruh menjadi tinggal 2 g? A. 2 hari
D. 10 hari
B. 4 hari
E. 12 hari
C. 5 hari 15. Reaksi berantai adalah ... A. penggabungan penggabungan proton dan neutron untuk membentuk inti atom B. bergabungnya bergabungnya inti ringan untuk membentuk inti berat C. pembelahan inti berat terus-menerus yang dipengaruhi oleh neutron-neutron yang dipancarkan oleh pembelahan inti berat lainnya Fisika SMA Jilid 3B
Bab 10 Fisika Inti
31
D. pembelahan inti berat menjadi dua atom lebih ringan E. pembakaran uranium dalam suatu tungku khusus yang disebut reaktor atom 16. Bahan bakar yang digunakan dalam sebuah reaktor fisi adalah ... A. uranium alamiah
D. U-235 diperkaya
B. uranium oksida
E. U-238
C. U-235 murni 17. Berikut ini adalah komponen dasar dari sebuah reaktor atom, kecuali ... A. bahan bakar
D. kondensor
B. batang pengendali
E. moderator
C. perisai / wadah 18. Yang berfungsi untuk memperlambat kelajuan neutron sehingga neutron-neutron dapat dengan mudah membelah inti atom adalah ... A. batang pengendali
D. pendingin
B. kondensor
E. perisai beton
C. moderator 19. Bahan bakar PLTN fusi adalah ... A. helium
D. tritium
B. hidrogen
E. air
C. deuterium 20. Berikut ini adalah manfaat radioisotop, kecuali ... A. mendeteksi adanya penyempitan pembuluh darah B. mendeteksi adanya kebocoran pipa penyalur minyak C. membelah sel-sel kanker D. menentukan umur manusia purba E. memotong lembaran baja dengan akurat
II. Esai Kerjakan soal-soal berikut di buku latihan Anda Data: 1 u = 1,6 x 10 27 kg;
e = 1,6 x 10
1 0
n = 1,0086 u;
-19
8
C; c = 3 x 10 10 m/s;
1 u = 931 MeV; 11 H = 1,0078 u; 23
NA = 6,02 x 10 atom/mol; 1 tahun = 365 hari; 1 eV = 1,6 x 10
Fisika SMA Jilid 3B
-19
J.
Bab 10 Fisika Inti
32
Tingkat I Mengaplikasikan Skill
1.
2.
Tentukan banyaknya banyaknya proton, neutron, dan elektron dalam isotop-isotop berikut ini. (a).
16 8
(b).
60 27
O Co
(c).
138 56
(d).
210 84
Ba Po
Jika massa atom deuterium ( 12 H ) adalah 2,0141 u, tentukan defek massa, energi ikat, dan energi ikat per nukleon dari deuterium.
3.
Energi ikat dari
42 20
Ca adalah 361,7 MeV. Tentukan massa atom Ca-42 (dalam u).
Diberikan massa proton = 1,0078 u dan neutron = 1,0087 u. 4.
Waktu paro suatu bahan radioaktif adalah 10 jam. Radiasi awal cuplikan diukur dan didapat aktivitas 1200 hitungan per menit. Berapakah aktivitasnya setelah: setelah:
5.
(a). 10 jam,
(c). 40 jam,
(b). 20 jam,
(d). 50 jam?
Aktivitas sebuah sumber radioaktif berkurang 7/8 bagian dari aktivitas awalnya dalam selang waktu 30 jam. Tentukan waktu paro dan tetapan peluruhan.
6.
Hitung aktivitas 1 gram
7.
Suatu isotop
210 82
238
Pb yang memiliki waktu paro 22 tahun dibeli 44 tahun yang lalu. Isotop
ini akan berubah menjadi 210
Pb dan
8.
9
U yang memiliki waktu paro 4,5 x 10 tahun.
210 83
Bi . Jika mula-mula terdapat 100 g
210
Pb, tentukanlah massa
210
Bi saat ini.
Tentukan nilai Q dari reaksi:
6 6, 0151
Li + n→ 3,01613 H + 4,00264 He
Tingkat II Soal Tantangan
9.
Dua buah radioaktif A dan B mula-mula memiliki jumlah atom yang sama. Tiga hari kemudian, jumlah atom B delapan kali jumlah atom A. Jika waktu paro B adalah 1,50 hari, tentukanlah waktu paro A. ( Jawab: Jawab: 0,6 hari)
10. Pohon hidup mengambil karbon-14 radioaktif dari atmosfer selama proses fotosintesis, 12
dan proporsi atom-atom C-14 adalah 1,25 dalam 10 . Ketika pohon mati C-14 meluruh, waktu paronya 5600 tahun. 4 g karbon yang diambil dari pohon mati memberikan laju peluruhan 20,0 peluruhan per menit. Taksirlah usia pohon itu. (Tetapan Avogrado = 6,0 23
-1
7
x 10 mol , 1 tahun = 3,16 x 10 s, ln 2 = 0,693). ( Jawab: Jawab: 7460 tahun)
Fisika SMA Jilid 3B
Kanginan, Marthen. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII Semester 2. Jakarta: Erlangga. Supiyanto. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII . Jakarta: Phibeta. www.image.google.com
Data Numerik Data Terestrial Percepatan gravitasi g Nilai standar Pada permukaan laut, di khatulistiwa* Pada permukaan laut, di kutub Massa bumi MB Jari-jari Bumi, RB, rata-rata Kelajuan lepas
2 R B g
Konstanta Matahari** Suhu dan tekanan standar (STP) : Temperatur Tekanan
2
9,80665 m/s 2 32,1740 kaki/s 2 9,7804 m/s 2 9,8322 m/s 24 5,98 x 10 kg 6,37 x 106 m 3960 mil 4
1,12 x 10 m/s 2
1,35 KW/m
Massa molar udara Massa jenis udara (STP), ρ udara
273,15 K 101,325 kPa 1,00 atm 28,97 g/mol 3 1,293 kg/m
Kelajuan suara (STP) o Kalor didih air (0 C, 1 atm) o Kalor penguapan air (100 C, 1 atm)
331 m/s 333,5 kJ/kg 2,257 MJ/kg
* Diukur relatif terhadap permukaan Bumi 2 ** Daya rata-rata yang terjadi pada 1 m di luar atmosfer Bumi pada jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari.
Data Astronomi Bumi Jarak ke Bulan* Jarak ke Matahari, rata-rata*
Kelajuan orbit, rata-rata Bulan Massa Jari-jari Periode Percepatan gravitasi pada permukaan Matahari Massa Jari-jari * Pusat ke pusat
8
3,844 x 10 m 5 2,389 x 10 mil 11 1,496 x 10 m 7 9,30 x 10 mil 1,00 AU 2,98 x 104 m/s 22 7,35 x 10 kg 1,738 x 106 m 27,32 hari 2 1,62 m/s 30 1,99 x 10 kg 8 6,96 x 10 m
Aktivitas Laju peluruhan radioaktif dalam
suatu bahan radioaktif.
Defek massa Selisih antara antara gabungan gabungan massa massa
nukleon-nukleon nukleon-nukleon pembentuk inti
Isoton Nuklida-nuklida dengan jumlah
neutron sama.
Peluruhan Peristiwa pemancaran pemancaran sinar
radioaktif oleh zat radioaktif.
dengan massa stabilnya. Proton Partikel bermuatan bermuatan positif positif yang Energi ikat inti Energi yang diperlukan
menyusun inti atom.
untuk memutuskan inti menjadi proton-proton dan neutron-neutron
Siklotron Pemercepat Pemercepat partikel.
pembentuknya. Tetapan Peluruhan Peluang tiap inti Ionisasi Proses untuk menghasilkan menghasilkan ion
Isobar Nuklida-nuklida dengan jumlah
atom untuk meluruh.
Waktu paro Selang waktu yang yang
nukleon sama tetapi jumlah proton
dibutuhkan agar aktivitas radiasi
berbeda.
berkurang setengah dari aktivitas semula. Dengan kata lain, selang
Isotop Nuklida-nuklida dengan jumlah
waktu yang dibutuhkan agar
nukleon sama tetapi jumlah neutron
setengah dari inti radioaktif yang
berbeda.
ada meluruh.
AB
PQ
Aktivitas Radioaktif, 11
Peluruhan, 12
Atom, 2
Pemancar Alfa, 18
CD
beta, 18
Defek massa, 4
gamma, 18
Detektor radiasi, 17 R Radiasi
E Energi ikat inti, 5-7
alamiah, 16 kosmis, 16
FG
Radioisotop, 24
Fluoresensi, 9
Radioaktivitas, 9
Fosforesensi, 9
Reaksi, berantai, 21
HI
eksotermik, 19
Inti atom, 2, 7
endotermik, 19
Isobar, 4
fisi, 20
Isotop,4, 8
fusi, 22
Isoton, 4
inti, 19 termonuklir, 22 Reaktor,
JK Jari-jari inti atom, 8
daya, 24
Konstanta peluruhan, 11
penelitian, 24 produksi isotop, 24
LM Lambang nuklida, 3
ST Semikonduktor, 17
NO
Subkritis, 23
Neutron, 3-8 Nomor
Superkritis, 23 Tokamak, 24
atom, 3 massa, 3 Nukleon, 2 Nuklida, 2-4
UVWXYZ Waktu paro, 12
“Kamu tidak berada dalam suatu keadaan dan tidak membaca suatu ayat dari Al – Qur’an dan kamu tidak mengerjakan suatu pekerjaan, melainkan Kami menjadi saksi atasmu di waktu kamu melakukannya. Tidak luput dari pengetahuan Tuhanmu biarpun sebesar zarrah (atom) di bumi ataupun di langit. Tidak ada yang lebih kecil dan tidak (pula) yang lebih besar dari itu, melainkan (semua tercatat) dalam kitab yang nyata (Lauh Mahfuzh).” (Q.S. Yunus: 61)
Buku ini didesain bagi yang ingin terus menyenangkan diri dengan senantiasa berlatih mempertajam keterampilan berpikir dan menganalisis.
Contoh diberikan untuk mempertajam pemahaman.. Untuk menguji pemahaman pemahaman diberikan latihan dan pertanyaan. Uji kompetensi dengan bentuk soal pilihan ganda dan esai diberikan agar Anda lebih memahami konsep-konsep fisika yang telah dipelajari. Aplikasi fisika yang disajikan akan menambah wawasan Anda dalam Ilmu Pengetahuan Pengetahua n dan Teknologi.
“Jadikan buku ini sebagai partner Anda dalam belajar fisika, penuhi kebutuhan berpikir Anda.”
Mutrofin Rozaq, lahir di Lumajang tahun 1987. Tahun 2005 lulus dari SMA PGRI 1 Lumajang. Tahun 2005 sampai sekarang ia menjadi mahasiswa jurusan fisika dan mengambil program studi pendidikan fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Malang.
PENERBIT DRIMBAJOE DRIMBAJOE
Jl. Kuburan Raya Mandar Sapeken HP. 0856497026765 - 085234400737 www.drimbajoe.wordpress.com
