REAKSI INTI
Reaksi inti pada dasarnya adalah interaksi antara proyektil yang terdiri dari partikel dasar, foton, neutron, atau inti multinukleon dengan suatu inti target. Akibat interaksi tersebut dapat berupa penghamburan projektil atau eksitasi inti target yang diikuti oleh transformasi nuklir menjadi inti lain dengan cara menangkap atau melepaskan partikel sub atomik. Tabel 1. 1. Perbedaan antara antara reaksi kimia dan reaksi inti. Reaksi Kimia 1. Atom
diubah
Reaksi Inti
susunannya
melalui
1. Unsur (atau isotop dari unsur yang
pemutusan dan pembentukkan ikatan
sama) dikonversi dari unsur yang satu
kimia.
ke unsur lainnya.
2. Hanya elektron dalam orbital atom atau molekul yang terlibat dalam pemutusan
2. Proton, neutron, elektron, dan partikel dasar lain dapat saja terlibat.
dan pembentukkan ikatan. 3. Reaksi diiringi dengan penyerapan atau
3. Reaksi diiringi dengan penyerapan atau
pelepasan energi yang relatif kecil.
pelepasan energi yang sangat besar.
4. Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu,
4. Laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi
tekanan, konsentrasi, dan katalis.
A.
oleh suhu, tekanan, dan katalis.
Notasi Bethe (Notasi Reaksi Inti)
Reaksi inti yang merupakan proses transformasi inti atom target, yang umumnya terjadi melalui penembakan inti atom target dengan proyektil yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan seperti berikut:
→
Dengan : X = inti atom target a = partikel penembak (proyektil) b = partikel yang terpancar (ejektil) Y = inti produk (rekoil)
1
Secara singkat untuk menyatakan reaksi inti dapat dituliskan dalam bentuk notasi Bethe, bentuk umum dari notasi Bethe yang menggambarkan reaksi di atas adalah: A1
X(a,b)A4Y
Dalam notasi Bethe ini, inti target digambarkan di depan kurung, proyekil dan ejek til ditulis di dalam kurung dan terpisah dengan tanda “,” sebagai pemisah, di belakang kurung ditulis inti produk. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada contoh-contoh berikut:
B.
a.
24
Mg(d,α)22 Na
b.
23
c.
35
Cl(n,p) 35S
d.
63
Cu(p,p3n9α)24 Na
Na(n,)24 Na
Tipe Reaksi Inti
Suatu cara untuk mensederhanakan penamaan reaksi inti hanyalah dengan menyebutkan (a,b) pada inti sasaran. Jadi, untuk reaksi reaksi (n,p) pada
35
35
Cl (n,p)
35
S disebut
Cl. Berdasarkan sifat-sifat dari a dan b maka reaksi-reaksi inti
dibedakan ke dalam beberapa jenis seperti diuraikan berikut ini. 1. Hamburan Elastik Pada penembakan inti, dimana hasilnya a = b dan X = Y, disebut peristiwa hamburan elastik. Partikel penembak menumbuk inti sasaran, ia kehilangan sebagian energi kinetiknya, yang dialihkan pada inti sasaran. Tidak terjadi perubahan energi potensial total, dan energi kinetiknya kekal. Jumlah energi yang ditransfer ke inti sasaran dapat dihitung dengan rumus:
EM
4 m M sin 2
(m
2
M)
2 Em
dengan Em adalah energi kinetik awal dari partikel penembak dengan massa m, dan EM adalah energi kinetik yang diterima oleh inti sasaran dengan massa M. Teta ( ) adalah besar sudut penyimpangan dari arah datang semula dengan arah setelah menumbuk inti sasaran.
2
Hamburan elastik digunakan dalam perlambatan neutron cepat oleh moderator di dalam reaktor nuklir. Contoh reaksi hamburan elastik adalah sebagai berikut: 235
U+ n
236
U*
235
U+n
2. Hamburan Inelastik Suatu proses penghamburan dianggap inelastik jika sebagian energi kinetik partikel misil digunakan untuk menaikkan energi potensial inti sasaran, antara lain berupa eksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Dalam kasus ini energi kinetik sistem tidak kekal. Contoh : 16 27 107
O + n → 16O* + n
Al + n → 28Al*→ 27Al* + n 1 107 Ag 44,35
Ag (n,n) 107mAg
Pada contoh di atas netron berenergi tinggi mengakibatkan inti target
107
Ag
berada dalam keadaan tereksitasi dengan waktu hidup 44,35 detik, proses ini memancarkan netron dengan energi kinetik lebih rendah. 3. Reaksi Fotonuklir Reaksi-reaksi inti yang diinduksi oleh sinar-X atau photon berenergi tinggi (>10 MeV) dipandang sebagai reaksi-reaksi fotonuklir. Dalam reaksi ini a = dan b lebih sering adalah n atau p dan bila menggunakan photon dengan energi sangat tinggi maka b kemungkinan besar adalah d, t atau atau bahkan campuran partikel-partikel. a.
9
Be (ᵞ, n) Be 2α
8
b.
2
H (ᵞ, n) 1H
4. Tangkapan Radioaktif Bila partikel misil diserap oleh inti sasaran, inti sasaran tereksitasi yang kemudian memancarkan radiasi satu atau lebih photon gamma ( ). Reaksi yang paling umum adalah (n, ), dimana hasilnya adalah isotop dari inti sasaran yang massanya satu satuan massa lebih besar. Contoh : 23 Na (n, ) 24 Na, 32
P,
179
Au (n, )
180
31
P (n, )
Au.
3
Selain reaksi (n, ) ada pula reaksi (p, ), tetapi disini inti hasilnya bukan isotop dari inti sasaran. Contoh :
19
20
F (p, ) Ne,
27
Al (p, )
28
Si. Reaksi inti
jenis lain meliputi reaksi (n,p), (p,n), (n, ), (,n), d,p), (d,n), ( ,t). 5. Reaksi Nuklir Khusus Dalam reaksi-reaksi yang telah disebutkan terdahulu, perbedaan massa inti sasaran dengan inti hasil hanya satu atau beberapa unit massa. Ada sejumlah reaksi inti yang mengakibatkan inti sasaran tersobek-sobek atau terpecah menjadi dua bagian yang massanya lebih kurang sama. Yang termasuk dalam kelompok reaksi demikian adalah: a)
Penguapan (evaporasi) yaitu bila berbagai nukleon dan atau gabungan
nukleon seperti partikel alpha meninggalkan inti sasaran. Contoh
27
Al
(d,p) 24 Na. b)
Spalasi yaitu reaksi yang sedikit lebih hebat dari evaporasi. Sejumlah
besar nukleon dilemparkan keluar dan hasilnya jauh lebih ringan dari inti sasaran. Contoh c)
63
24
Cu (p,p3n9 ) Na.
Fisi yaitu suatu proses dimana inti yang tereksitasi oleh neutron atau cara
lain, membelah menjadi dua bagian yang massanya seimbang. Contoh: 235
U + n
236
U*
137
Te + 97Zr +2n
Probabilitas reaksi dapat pula dinyatakan sebagai probabilitas untuk menemukan partikel b pada partikel datang a atau
I
Io
. Persamaan
rumusnya adalah: I Io
N
σ
A
dengan = luas efektif dan N = jumlah inti atom. d)
Fragmentasi jika inti tereksitasi hebat, sekitar 0,5 GeV pecah menjadi dua
fragmen, yaitu satu fragmen ringan dan satu fragmen berat dengan rasio N/Z sama dengan induknya. Energi eksitasinya tidak terdistribusi secara merata diantara fragmen ringan dan fragmen berat. e)
Pelucutan/Stripping Reaction proyektil pada reaksi stripping sebelum
mencapai target pecah menjadi beberapa bagian karena pengaruh gaya
4
Coulomb. Satu atau beberapa bagian dari proyektil tersebut dapat mencapai inti, sedangkan bagian lainnya terlepas. Deutron yang dipercepat dapat dianggap terdiri satu proton dan satu neutron, pada proses ini neutron lebih mudah ditangkap oleh inti, seperti pada contoh reaksi: 63
Cu + d (=n+p)
64
Cu + p
Pada reaksi pelucutan, diperoleh inti produk yang lebih berat daripada inti target. C.
Kekekalan Pada Reaksi Nuklir
Pada reaksi inti berlaku beberapa hukum-hukum kekekalan diantaranya jumlah proton (Z), jumlah neutron (N), kekekalan massa, kekekalan momentum angular dan linear, dan kekekalan energi. 1. Kekekalan proton dan neutron
Kecuali pada reaksi peluruhan β, pada semua reak si nuklir lambat, jumlah proton dan jumlah neutron, selalu konstan sehingga nomor massa (A) awal dan akhir reaksi konstan. Dengan kata lain muatan dan massa reaktan sama dengan muatan massa produk, seperti pada reaksi
24
Mg(d,α)22 Na harus dipenuhi:
Zreaktan= Z produk = 13 Nreaktan= Z produk = 13
Seperti halnya reaksi peluruhan β, pada reaksi yang berlangsung proyektil berenergi sangat tinggi (E ≥ 0,3 GeV) dihasilkan π meson dan anti partikel, jumlah Z dan jumlah N juga tidak konstan, tetapi jumlah keduanya (A) (konstan). 63
Cu(p + pπ+) 63 Ni
Z reaktan (=30) tidak sama dengan jumlah Z produk (=29). N reaktan
(=34) tidak sama dengan jumlah N produk (=35). Tetapi A reaktan (=64) sama dengan jumlah A produk (=64). 2. Kekekalan Momentum Momentum suatu proyektil, a (yang bermassa m dan berkecepatan v) pada suatu reaksi nuklir sama dengan momentum inti majemuk (X +a) sehingga: mv = (m+ M)V dengan, M : massa inti target
5
V : kecepatan inti majemuk
Inti majemuk adalah “persenyawaan” inti target dan projektil yang berada pada keadaan tereksitasi. Dari hukum kekekalan momentum linear tersebut diperoleh:
V
m
v
mM
Energi kinetik yang berasal dari proyektil sebagian ditransfer menjadi energi kinetik inti majemuk (energi translasi) dan sebagian ditransfer menjadi energi eksitasi inti majemuk. Besarnya energi kinetik proyektil yang ditranfer menjadi energi translasi (Tr) adalah: 1
Tr = (m+M)V2
Tr =
+
Ta
Ta adalah energi kinetik proyektil Sedangkan besarnya energi proyektil yang ditransfer menjadi energi eksitasi inti majemuk adalah: (Ta - Tr ) =
+
Ta
Selain kekekalan momentum sudut linear, pada reaksi inti juga harus dipenuhi hukum kekekalan momentum sudut. 3. Kekekalan Energi Pada reaksi inti, total energi reaktan harus sama dengan total energi produk. Untuk reaksi :
X+e→b+y Berlaku: (mx + ma)931 + Ea = (mb +my)931 + Eb + Ey E
: energi kinetik
931 : pengubah satuan massa menjadi satuan energi (MeV), dengan asumsi bahwa inti target tidak mempunyai energi kinetik. Jika persamaan diatas disusun ulang maka diperoleh: (mx + ma – mb - my)931= Eb + Ey= Q, atau
Q= 931 ∆m
6
∆m
: massa yang hilang
Q
: energi reaksi Jika Q berharga positif berarti terjadi pengurangan massa dan reaksi ini
disebut reaksi eksoergik, jika Q berharga negatif berarti terjadi perolehan massa dan reaksinya disebut reaksi endoergik. Pada umumnya harga Ey sulit
diukur, sehingga untuk harga Q diperoleh dari ∆m. 4. Ambang Energi Reaksi Inti Ambang energi reaksi inti adalah energi minimum yang diperlukan agar reaksi inti dapat berlangsung. Dari pengertian ini, maka ambang energi tidak penting dalam reaksi eksoergik, tetapi sangat penting untuk kelangsungan reaksi endoegrik. Harga ambang energi pada reaksi endoergik sama dengan – Q seperti yang telah dibahas sebelumnya, bahwa fraksi [
+
] dari energi kinetik proyektil
(Ea) digunakan untuk energi eksitasi inti majemuk, sehingga reaksi hanya mungkin berlangsung jika: [
+
]Ea ≥ Q
atau,
Ea ≥ [1+ ]Q Dengan demikian, jika deutron berenergi 8 MeV ditembakkan pada inti target magnesium, energi yang digunakan untuk reaksi 4 +4
D.
24
Mg(d,α)23 Na hanya
x 8 = 7,38 MeV.
Penampang Lintang Reaksi
Penampang
Lintang
Reaksi
merupakan
suatu
ukuran
kebolehjadian
berlangsungnya reaksi, dinyatakan dalam satuan barn ( 1 barn = 10
-24
2
cm ). Pada
reaksi inti, dimana seberkas partikel (flux) proyektil mengenai inti target, maka penampang lintang reaksinya dinyatakan dalam persamaan :
Ri = αil.n.x Dengan, R : jumlah total dari proses tertentu yang terjadi dalam suatu target satuan waktu l : jumlah partikel penembak persatuan waktu
7
n : jumlah inti target per sentimeter kubik target x : tebal target dalam sentimeter
αi : penampang lintang reaksi dinyatakan dalam sentimeter kuadrat 1. Penampang Lintang Geometri dan Penampang Lintang Reaksi Penampang lintang geometri dari inti sperik dinyatakan dalam persamaan
πR 2, dimana R adalah jari-jari inti. Jari-jari inti dapat dihitung berdasarkan persamaan 1,4xA1/3 F, dengan A adalah massa atom. Penampang lintang reaksi berbeda dengan penampang lintang geometri, dan tidak terdapat hubungan nyata antar keduanya. Penampang lintang geometri mempunyai rentangan harga sempit, sedang penampang lintang -3
-5
reaksi mempunyai rentang harga lebar (10 – 10 b). Sebagai contoh : isotop 216
Po dan 27Al berturut-turut jari-jarinya adalah 8,4 F dan 4,2 F , berarti jari-jari
216
Po dua kali lebih besar dari pada jari-jari
27
Al (merupakan rentangan
sempit), sedangkan penampang lintang reaksinya berturut-turut 0,554 dan 2,217 b (rentangan lebar). Selanjutnya dalam reaksi penembakan terhadap target yang sama dengan proyektil dan energi yang juga sama, dapat dinyatakan dengan lebih dari satu penampang lintang reaksi; tergantung dari tipe reaksi yang terjadi. Jika inti senyawa
236
235
U ditembaki dengan neutron lambat membentuk
U*, dari tujuh kejadian yang mungkin, terdapat 6 kejadian yang
merupakan reaksi fissi, sedang satu kejadian lainnya merupakan reaksi peluruhan gamma. Dengan demikian penampang lintang reaksinya dapat dinyatakan dalam 3 macam, yaitu penampang lintang reaksi fissi (=580 barn), penampang lintang reaksi peluruhan gamma (=107 barn), dan penampang lintang reaksi total (687 barn). 2. Penampang lintang reaksi Penangkapan Neutron-Hukum 1/v Pada
umumnya
penampang
lintang
reaksi
penangkapan
neutron
berbanding terbalik dengan kecepatan neutron. Kenyataan ini dinamakan hukum 1/v.
8
Lebih jelas dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 1. Variasi Penampang Lintang Reaksi dengan Energi E.
Teori Inti Majemuk
Berdasarkan model inti, yaitu model tetes cairan. Bohe (1936) mengusulkan teori pembentukkan inti majemuk yaitu interaksi antara proyektil dengan inti target. Beberapa konsep dasar dari teori ini diutarakan sebagai berikut. 1. Konsep inti majemuk 1) Inti majemuk (C*) tersusun atas proyektil dan inti target, maka:
→
1 → 1
∗
Contoh : 24
Mg + d → 26Al*
63
Cu + p → 64Zn*
60
Ni + α → 64Zn*
2) Inti majemuk berada dalam keadaan tereksitasi, energi eksitasi inti majemuk adalah jumlah energi kinetik proyektil ditambah dengan energi ikat mejemuk.
9
3) Energi eksitasi dari proyektil terdistribusikan pada nukleon-nukleon inti majemuk secara acak. Waktu (t) yang diperlukan untuk mendistribusikan energi oleh partikel (dengan kecepatan V) pada inti target dengan diameter 2R, dinyatakan dalam persamaan:
=
2
Jika neutron cepat berenergi 1 MeV, dengan kecepatan ~10
7
-1
ms dan
menumbuk inti target berdiameter ~10-14 m, maka diperlukan waktu randomisasi energi ~10-21s. Jika neutronnya berkecepatan ~10-2s, maka waktu randomisasinya 10
-17
s, ini disebut waktu alamiah inti.
4) Reaksi X(a,b)Y dapat dibagi dalam dua tahap, yaitu tahap pembentukkan inti majemuk dan tahap peluruhan inti majemuk menjadi produk berlangsung lebih lambat (kira-kira 10-15-10-14a) dibandingkan dengan waktu alamiah inti (kira-kira 10-17-10-21s). Dengan demikian waktu hidup inti majemuk relatif lebih lama. Implikasi dari konsep inti majemuk itu antara lain: a. Inti majemuk yang sama dapat dibentuk melalui lebih dari satu cara, yaitu dari pasangan proyektil dan target yang berbeda. b. Produk
peluruhan
yang
terbentuk
tidak
tergantung
pada
modus
pembentukkannya (melupakan sejarah pembentukkannya). c. Produk peluruhan inti majemuk tidak tergantung pada modus pembentukkan inti majemuk tersebut, tetap relatif tergantung pada energi eksitasi. d. Karena bebas dari energi pembentukkan, maka proses peluruhan inti majemuk menjadi produk, terpancar secara isotropik (hampir seragam pada segala arah), tanpa ada hubungannya dengan arah proyektil. 2. Tingkat eksitasi inti majemuk Total energi eksitasi dari inti majemuk diperoleh dari dua faktor yaitu: a. Transfer energi kinetik proyektil b. Energi ikat inti majemuk
10
Contoh soal: Jika
24
Mg ditembaki dengan deutron berenergi 8 MeV, maka energi eksitasi
pembentukan inti majemuk
26
Al* dapat dihitung sebagai berikut:
(i) Energi eksitasi inti majemuk yang berasal dari energi deutron: 4 6
x 8 MeV = 7,38 MeV
(ii) Energi ikat inti majemuk :
∆m = (m (24Mg) + m ( 2d) – m (26Al*)) 931 ∆m = (23,985045 + 2,014102 – 25,986900) 931 ∆m = 0,012247 x 931 ∆m = 11,40 MeV Dengan demikian, energi eksitasi Al* = 7,28 MeV + 11,40 MeV = 18,78 MeV. Berdasarkan konsep inti majemuk, total energi eksitasi terdistribusi secara acak pada nukleon-nukleon inti majemuk. Kebolehjadian distribusi energi eksitasi secara merata (seragam) pada setiap nukleon sangat kecil. Untuk lebih jelasnya, pada reaksi (Mg + d), jika energi eksitasinya terdistribusi secara merata, maka setiap nukleon memperoleh energi sebesar
18,78 6
= 0,72 MeV. Hal
ini tidak mungkin terjadi, sebab energi nukleon tersebut terlalu kecil untuk mengatasi fermi gap (~8) MeV, sehingga tidak mungkin terjadi pemecahan nukleon. Dari uraian tersebut, jelaslah bahwa energi eksitasi terdistribusi secara acak, sehingga memungkinkan terjadinya konsentrasi energi pada kelompok nukleon tertentu lebih besar dibandingkan pada nukleon lainnya. Setiap pendistribusian berhubungan dengan tingkat energi dan bervariasi dari suatu kejadian ke kejadian lainnya. 3. Waktu hidup dan lebar setengah puncak Waktu hidup inti majemuk (inti tereksitasi) dapat ditentukan berdasarkan
nilai lebar setengah puncak (┌) yang diperoleh dari spektrum energi inti tereksitasi. Nilai ┌ diperoleh melalui pengukuran setengah tinggi puncak 4
puncak resonansi yang bervariasi antara 0,1 sampai 10 eV, dan tergantung
11
pada besarnya energi eksitasi dan massa inti. Setiap tingkat eksitasi juga mempunyai waktu hidup rata-rata ( ̅ = 1/ tetapan peluruhan). Berdasarkan prinsip ketidakpastian, maka untuk tingkat eksitasi berlaku:
∆̅ i ∆̅ = ђ = 1,0544 x 10 -34 Js Waktu hidup rata-rata diberikan oleh persamaan: ђ
6,6 10 −
┌
┌
̅ = =
s , ┌ dalam eV
Jika ┌ yang bervariasi antara 0,1 – 10 -4, maka eV, ̅ bervariasi antara 10-15 -12
sampai 10 s.
Gambar 1. Tangkapan resonansi neutron pada 0,65 eV o leh Iridium. Setiap modus peluruhan mempunyai harga lebar setengah puncak yang berbeda, oleh karena itu:
┌ total = ┌ ɤ+ ┌ n + ┌ 2n + ┌ r + ┌ α + .... Dengan ┌ ɤ, ┌ n ...... adalah lebar setengah puncak untuk masing-masing modus peluruhan. F.
Reaksi Interaksi Langsung
Reaksi Inti Langsung (berenergi tinggi dengan E 750 MeV sampai rentang GeV) mempunyai sifat khusus, yaitu menunjukkan variasi penampang lintang yang sangat sedikit akibat tingginya energi proyektil, sehingga puncak resonansinya hampir tidak ada. Pada reaksi inti dengan proyektil berenergi ultra tinggi, sebagian besar fraksi energi partikel proyektil ditransfer ke suatu atau sebagian kecil nukleon pada inti target. Pemancaran neutron segera terjadi karena energi proyektil mampu mengatasi semua penghalang. Proyektil mampu menumbuk beberapa nukleon dan segera setelah penumbukan tersebut terjadi pemancaran. Proses pemancaran 12
nukleon tertentu memiliki arah tertentu pula, dan terpencar secara non-isotropik (tergantung arah datangnya proyektil). Menurut teori interaksi langsung reaksi inti terjadi dalam dua tahap: a. Emisi nukleon-nukleon gasip, sesuai dengan arah proyektil. b. Evaporasi partikel-partikel dari inti residu. G.
Reaksi Inti Spesifik
Blatt dan Weisskopf mengklasifikasikan reaksi inti berdasarkan: a. Proyektil alamiah: Neutron, proton, deutron, triton, alfa, ion-ion berat atau foton. b. Energi partikel proyektil: Rendah (< keV), sedang ( 1-500keV), tinggi (0,5-10 MeV), sangat tinggi (<10 MeV). c. Massa inti target: Ringan (<25), sedang (25-80) dan berat (>80). Berikut dibahas beberapa reaksi inti yang didasarkan pada klasifikasi tersebut. 1. Reaksi dengan Neutron Karena netron tidak mendapatkan halangan Coulomb, maka reaksi inti yang diinduksi netron pada berbagai macam energi tidak hanya berjumlah banyak, tetapi juga penting jika ditinjau dari aspek teori dan penggunaan. a. Neutron energi E < 1 keV Reaksi neutron berenergi rendah dengan inti target ringan maupun inti target berat adalah: (n, n), (n, ɤ), dan (n, r). b. Neutron berenergi sedang 1< E< 10 MeV Tipe reaksi yang terjadi sama dengan tipe reaksi yang terjadi pada neutron berenergi rendah, berdasarkan urutan menurunnya penampang lintang terjadi reaksi: (n, n), (n, ɤ) , (n, r). reaksi ini terjadi pada semua inti target sedang (A>25). c. Neutron berenergi tinggi Reaksi neutron berenergi tinggi dengan inti target sedang menghasilkan (n, n), (n, α), (n, p). Jika inti targetnya berat, maka tipe reaksi yang terjadi adalah (n, n), (n, p), (n, γ).
13
Contoh : 35
Cl (n, α) 32P
203 35
Tl (n, α) 200Au
Cl (n, p)
35
S
d. Neutron berenergi sangat tinggi Reaksi neutron berenergi sangat tinggi dengan inti target sedang menghasilkan tipe reaksi: (n, 2n), (n, n), (n, p), (n, np), (n, 2p), (n, α), (n, m) adalah reaksi evaporasi. Contoh : 79
Br (n, 2n)
78
65
Cu (n, nα) 61Co
63
Cu (n, α2n) 58Cu
Br
2. Reaksi dengan partikel bermuatan Reaksi neutron lambat disertai oleh pemancaran partikel
bermuatan
seperti alpha dan proton. Pada reaksi ini agar dapat keluar dari inti, partikel bermuatan harus mempunyai energi yang cukup untuk mengatasi rintangan potensial.
Sebagian energi
diperoleh dari neutron yang ditangkap. Proses
pemancaran partikel bermuatan (n,α) tampak pada persamaan sebagai berikut :
Contoh reaksi
Sedang reaksi (n,p) dapat ditulis menjadi :
Contoh reaksi :
Reaksi partikel bermuatan dengan inti target mungkin dapat berlangsung jika energi proyektil mampu mengatasi halangan Coulomb reaksi yang terjadi berdasarkan penurunan penampang lintang reaksinya diuraikan di bawah ini.
14
Energi tinggi
Energi sedang (< E, 500 keV)
• Inti sedang (p, n), (p, γ), (p, α), (p, r) • Inti berat Energi partikel belum cukup untuk melangsungkan reaksi. contoh : 27Al (p, γ) 28Si
(0,5 MeV < E < 10 MeV) • Inti sedang (p, n), (p, p), (p, α), (p, r) • Inti berat (p, n), (p, p), (p, J)
Energi sangat tinggi (E> 10 MeV)
• Inti sedang (p, 2n), (p, n), (p, p), (p, np), (p, 2p), (p, α) • Inti berat sama dengan tipe reaksi yang terjadi pada inti sedang. Contoh : 63 • Cu (p, 2p6nα) 52Fe 209 • Bi (p, 8n) 202Po
3. Reaksi dengan deuteron Reaksi dengan deutron yang dipercepat memberikan hasil yang spesifik, dengan karekteristik: a. Sederhana dan umumnya terjadi penurunan energi ikat inti dengan penurunan energi ikat rata-rata 1,115 MeV. b. Distribusi muatan tidak simetris. c. Pada keadaan dasar merupakan suatu triplet, dengan spin paralel untuk proton dan neutron. Reaksi inti target dengan deutron sulit dipastikan terjadinya inti majemuk, khususnya pada reaksi striping. Pada reaksi ini deutron pecah menjadi dua partikel. Salah satu partikel ditangkap target, sebagaimana dalam reaksi (d,p) dan (d,n). Hal ini hanya mungkin terjadi pada deutron berenergi tinggi.
Contoh :
Contoh :
18
→
+1
→
+1 +1
82
Br (d,p) Br
57
Fe(d,n) 58Co
Rekasi (d,p) kemungkinan terjadi pada energi rendah dan disebut reaksi Oppenheimer-Philips. Deutron pecah menjadi n + p, sehingga inti t arget mudah menangkap neutron (tanpa halangan Coulomb), sedang protonnya dilepaskan.
15
Beberapa tipe reaksi dengan deutron berenergi tinggi dan sangat tinggi diuraikan sebagai berikut: Energi tinggi
Energi sangat tinggi
(d, p), (d, n), (d, pn)
(d, p), (d, 2n), (d, pn)
(d, 2n), (d, α)
(d, 3n), (d, d), (d,t), (d,m)
Contoh :
Contoh :
24
75
As (d, 2n)
75
As (d, p6n) 70As
7
6
Mg (d, α) 22 Na
75
Se
Li (d, t) Li
4. Reaksi dengan Triton Tipe reaksi yang terjadi sama seperti pada tipe reaksi dengan deutron, reaksi Oppenhiemer-Philips dalam hal ini (t,p) dan (t, d), misalnya: 12
C (t,p) 14C; 59Co(t,p)61Co; 63Cu(t,d)64Cu
5. Reaksi dengan alpha Reaksi dengan partikel pertama kali digunakan dalam eksperimen Ruttherford (1919), yaitu: 14
N + α → p + 17O Partikel alpha diperoleh dari peluruhan radioaktif alam yang berenergi
lemah dan fluxnya terbatas. Partikel alpha dengan inti target menghasilkan hamburan (α, α). Hal inilah yang menjadi dasar postulat inti atom oleh Rutherford. Reaksi inti dengan partikel alpha dapat berlangsung pada kondisi energi tinggi atau sangat tinggi. Tipe reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Energi tinggi (α, n):
Energi sangat tinggi
Ag (α,n)
In
(α, n):
Ag (α,2n)
Energi Tinggi
Energi sangat tinggi
(α,p), ( α, α), (α, J)
(α,n), (α, p), ( α, np),
Contoh :
(α,2p), (α, 2p), ( α, np)
200
203
Au (α,n)
Tl
In
(α, 2p), ( α, d) (α,m): 239 Pu (α, 5n) 238 Cm
16
Pu (α p2n)
H.
Am
Interaksi Fotonuklir
Proses eksitasi inti yang menghasilkan peluruhan tidak hanya disebabkan oleh partikel berenergi tinggi, tetapi dapat pula disebabkan oleh foton berenergi tinggi. Reaksi ini di sebut reaksi fotonuklir. 1. Sumber Foton Berenergi Tinggi a. Foton berenergi tinggi dapat diperoleh melalui perlambatan elektron berenergi tinggi. b. Foton berenergi tinggi dapat pula dihasilkan dari reaksi penangkapan radiatif, misalnya:
c.
7
Li(p,)24He
(E = 17,6 MeV)
3
H(p,)4He
(E = 14,8 MeV)
Anihilasi gamma hasil penembakan elektron berenergi tinggi terhadap inti target tebal. Pada anihilasi terbentuk 2 foton sinar gamma, yang masingmasing berenergi 0,51 MeV.
2. Tipe Interaksi Fotonuklir a. Interaksi (,) yaitu eksitasi inti yang dilanjutkan dengan deeksitasi berupa pemancaran radiasi. Contoh :115In(,)115In b. Interaksi (,p), (,n), dan ( ,2n) Reaksi ini dapat berlangsung jika energi foton mencapai 7-8 MeV. Penghalang Coulomb diduga akan mempersulit reaksi ( ,p), tetapi kenyataannya penampang lintang reaksi ( ,p) lebih besar dari pada penampang lintang reaksi ( ,n). Hal ini diperkirakan terjadi karena adanya interaksi langsung antara energi foton dengan proton sebelum energi foton itu ditransfer pada setiap nukleon.
Contoh reaksi: (γ, n) : 9Be + γ 8Be + n (γ, p) : 28S + γ 27Al + p (γ, 2n) : 26Al + γ 24Mg + 2n
17
c. Interaksi (,α) misalnya :
51
V(,α)47Sc; 16O(,α)12C.
d. Interaksi (,m) yaitu reaksi penangkapan foton yang diikuti dengan evaporasi nukleon. Contoh: 12C(,3α); 16O(,4α); 19F(,2n) 17F; 24Mg(,αpn) 18F; 15As(,αp2n) 68
Zn; 107 Ag(,8Li)99Ru.
18
Daftar Pustaka
Chang, R. (2005). Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Setiabudi, A dan Agus, A. (2000). Radio Kimia. Bandung: Jurdik Kimia FPMIPA UPI. Sutardi. (2002). Radiokimia II . Malang: Jurdik Kimia FPMIPA Universitas Negeri Malang.
19
