BAGIAN I - Fisika Modern_radioaktivitas_reaksi inti

  RADIOAKTIVITAS

  

  Radioaktif : berhubungan dengan pemancaran partikel dari sebuah inti atom.

  

  Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma.

  

  Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang

  Taken from; _google.com 

  Henri Becquerel (1852-1908)

   Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C.

  Röntgen sekitar tahun 1985

  

  Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh sinar matahari

  

  Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam

  

  Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis

  

  Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan

  

  cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriummnya

  

  Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus

  

  Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan sinar

• –X) yang dapat menembus

  I N T I Bagian Atom :

  Netron Proton Elektron Jumlah proton (Z) sama dgn jumlah elektron Jumlah netron (N) Jumlah Nukleon A = Z + N

MUATAN DAN MASSA BAGIAN ATOM

• 8

  ► Muatan Elektron : 4,8 x 10

  eV ►

• 28

  Massa 1 elektron : 9,1 x 10

  gram ►

  Muatan 1 proton : muatan 1 elektron ►

• 24

  Massa 1 proton : 1,67 x 10

  gram ►

  Muatan 1 netron : 0 ►

  Massa 1 netron : massa 1 proton

  Penggolongan Nuklida  Isotop

   kelompok nuklida dengan Z sama 204 206 207 208

  

  Contoh: Pb , Pb , Pb , Pb

  82

  82

  82

  82  Isobar  kelompok nuklida dengan A sama

  14

  14

  14 

  Contoh: C , N , O

  6

  7

  8 

  Isoton  kelompok nuklida dengan N sama

  3

  4 

  Contoh: H , He

  1

  2 

  Isomer inti  nuklida dengan A dan Z sama tetapi

SINAR ALFA

• Partikel yg terdiri dr 4 buah nukleon i.e 2 proton dan 2 netron

   Inti Helium

  Sifat : 1. Daya tembus di udara 4 cm,tdk tembus kertas.

2. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan karena massa partikel alfa lebih besar dr massa elektron.

  3. Hubungan antara energi dan jarak tembus : _2/3 E = 2,12 x R

SINAR BETA

• Mrpkn partikel yg dilepas atau terbentuk pd suatu nekleon inti,dpt

  

berupa elektron bermuatan negatif (negatron),elektron bermuatan

positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron). Sifat :

  NETRON Mrpkn partikel tdk bermuatan listrik yg dihslkan dlm reaktor nuklir, tidak menimbulkan ionisasi,namun menghasilkan energi. Pengurangan energi netron melalui interaksi dgn inti atom : Peristiwa hamburan (scattering).

   Reaksi inti (masuknya netron kedlm inti sehingga terbentuk sebuah inti yg berisotop.

 Reaksi fisi ( netron diserap inti,sehingga terbentuk 2 inti

menengah dan beberapa netron serta energi )

   peluruhan Inti (inti yg terbentuk akan melepaskan salah satu partikel alfa, proton, deutron atau triton).

  Untuk pengobatan tumor dngan cairan Boron yg ditembak dgn netron.

  PROTON

SINAR GAMMA

  Merupakan hasil disintegrasi inti atom yg memancarkan sinar alfa dan terbentuk inti baru dgn tingkat energi agak tinggi,kemudian transisi ke tingkat energi yg lbh rendah dgn memancar sinar gamma _{2 60} 

  Inti mula 1,48 MeV ( Co ) Inti baru 1,31 MeV ₂₇ 

  Inti 1,17 MeV Jika menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang 

   ^X I I e 

  _

SINAR X

  Timbul karena ada perbedaan potensial arus searah yg besar diantara kedua elektroda dlm sebuah tabung hampa,berkas elektron akan dipancarkan dari katoda ke anoda

  A K Perbedaaan tegangan katoda dan anoda 20 KeV

• – 100 KeV

  Sifat sinar X :

1. Menghitamkan pelat film

  IONISASI

• Peristiwa pembentukan ion positif dan ion negatif karena energi radiasi

  Jenis Radiasi

1.Tidak menimbulkan ionisasi

  a. Sinar Ultra Ungu

  b. Sinar infra merah

  c. Gelombang Ultrasonic

2. Menimbulkan ionisasi

a. Sinar Alfa

  Radiasi Pengion

  Radiasi sinar-X atau sinar Gamma Satuan dosis dlm radiasi pengion

• 1 Roentgen : Banyaknya radiasi sinar-X atau Gamma yg menimbulkan ionisasi diudara pd 0,001293 grm udara sebanyak 1 satuan elektrostatis
• Satuan rap (Roentgen area product) : radiasi sinar-X/gamma yg menge-
₂ nai area tertentu, 1 rap = 100 R

• - 1 rad : dosis penyerapan energi radiasi sebanyak 100 erg bagi setiap gram

  jaringan, 1 rad = 100 erg/g = 0,01 Joule/Kg jaringan.
• 1 Gy (Gray) : dosis radiasi apa saja yg menyebabkan penyerapan energi

1 Joule pada 1 Kg penyerap. 1 Gy = 1 J/Kg

  ₇ = 10 erg/Kg = 100 rad

  ( Rad biological Effectiveness) RBE Perbandingan dosis sinar-X 250 KV dgn dosis radiasi lain yg memberikan efek biologis sama

Misal : efek biologis dr 100 rad suatu radiasi sama dengan 300 rad 250 KV

sinar X,maka RBE suatu radiasi ialah 3.

  ( Rad Equivalent man ) REM Merupakan suatu unit untuk menyatakan banyaknya ekivalen dosis yg didefinisikan sebagai rad dikalikan faktor kualitas dr radiasi. Dosis dalam rem = dosis dlm rad x RBE Satuan rem diipakai dlm proteksi radiasi sedang RBE dlm radioteraphi

EFEK BIOLOGIS YG DITIMBULKAN OLEH RADIASI PENGION

   Dibagi menjadi 2 macam berdasar kerusakan sel:

  1. Efek somatis Terdapat 2 efek yg merusak :

a. Efek ionisasi

  Pd sel yg terionisasi akan memancarkan elektron pd struktur ikatan kimia sehingga molekul2 akan terpeceh dan terjadi kerusakan sel.

  b. Efek Biokimia’ Jaringan sebagian besar air,radiasi pengion menyebabkan air terpecah menjadi ion H+ dan OH- serta atom netal H dan OH yg reaktif,jaringan terpecah ini menyebabkan kerusakan jaringan.

EFEK SOMATIS

  Terhadap kulit 1. Timbul peradangan kulit akut.

  2. Late effect dari dermatitis akut.

  Terdapat mata 1. Menimbulkan keratitis.

  2. Menimbulkan katarak pd penyinaran 400-500 rad.

  Terhadap alat kelamin.

  1. Dosis 600 rad menimbulkan sterilisasi.

  2. Dosis rendah menimbulkan kelainan pd keturunan.

  

3. Pada wanita hamil menimbulkan kematian janin atau kelainan .

  Terhadap paru-paru Batuk, sesak nafas dan nyeri dada.

REAKSI INTI

REAKSI INTI

  

Reaksi Inti adalah proses

perubahan yang terjadi dalam inti

atom akibat tumbukan dengan

partikel lain atau berlangsung

dengan sendirinya.

  Misalkan pada percobaan reaksi inti dalam sebuah laboratorium ditembakan seberkas partikel a berenergi tinggi pada inti sasaran X. Setelah reaksi inti terjadi,

terbentuk inti baru Y dan sebuah partikel b.

a

  X Y b Q

  Y a + X

  Q b Y X a    

       

  MeV sma m m m m Q Y b X a

  / 931    

Energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi

Energi reaktan= energi produk + energi reaksi

  Energi reaksi = energi reaktan – energi produk

  Ketika a dengan energi kinetik k ditembakan pada a

inti sasaran X yang diam (K =0). Kemudian terbentuk

  X inti baru Y bergerak dengan energi kinetik K dan Y partikel b bergerak dengan energi kinetik K , maka b selisih antara energi kinetik sesudah dan sebelum reaksi sama dengan energi reaksi Q Q  K  K  K

PADA REAKSI INTI BERLAKU:

• Hukum kekekalan momentum
• Hukum kekekalan energi
• Hukum kekekalan nomor atom
• Hukum kekekalan nomor massa

REAKSI FUSI

  

Reaksi Fusi adalah reaksi penggabungan dua inti atom yang

ringan menjadi inti atom yang lebih berat dan partikel elementer,

disertai pelepasan energi yang sangat besar.

  

Inti yang lebih berat di sini bukan berarti sesudah reaksi massa

inti menjadi lebih besar dibandingkan dengan massa sebelum

reaksi. Justru sebaliknya, massa sesudah reaksi lebih ringan

dibandingkan dengan massa sebelum reaksi sehingga dilepaskan

energi.

  

Pengertian lebih berat maksudnya adalah nomor massa inti hasil

   Reaksi fusi disebut juga raksi termonuklir karena

untuk menggabungkan inti-inti ringan dibutuhkan

  8

suhu yang sangat tingi yaitu sekitar 1. 10 derajat

celcius. Suhu yang tinggi menyebabkan inti

bergerak dengan kelajuan yang tinggi, sehingga

gaya tolak Coulumb antara dua muatan listrik

antara proton-proton dalam inti atom dapat diatasi. Aplikasi Reaksi Fusi Reaksi fusi nuklir pada bintang (matahari) 1. ₁ Persamaan reaksi ada 3 tahap yaitu: _{1 2 1 }

  1 . H  H  H  e   ,

  42 MeV _{1 2 1 1 1 3}  2 . H  H  He   5 ,

  49 MeV _{1 3 1}

₃

_{2 4}  ₁ He  He  He  H  MeV 3 . ₂

₂

_{2 1} 12 ,

  86 Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi elektromagnet , reaksi di atas dapat ditulis:

2. Reaksi fusi nuklir pada bom hidrogen

  

Bahan baku bom hidrogen adalah inti deuterium dan

tritium yang akan bergabung membentuk inti helium sambil membebaskan energi yang sangat besar. Untuk menggabungkan inti-inti tersebut diperlukan suhu yang sangat tinggi yang diperoleh dari ledakan atom biasa yang dihasilkan dari reaksi fisi sebagai pemicu berlanggsungnya reaksi fusi bom hidrogen yang akan menghasilkan ledakan bom yang lebih dahsyat. Persamaan reaksi fusi untuk bom

REAKSI FISI

  

Reaksi fisi adalah reaksi yang terjadi pada inti

berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel (umumnya neutron) kemudian membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan.

  

Neutron lebih mudah diserap oleh inti karena

neutron tidak bermuatan, sehingga neutron tersebut tidak mengalami gaya Coulomb yang bersifat menolak ketika neutron mendekati permukaan inti.

  Reaksi Inti Berdasarkan Model Tetes Cairan

  Netron lambat diserap oleh inti U-235 memberikan energi tambahan dalam inti. Energi tambahan dalam inti menyebabkan inti berubah bentuk menjadi memanjang.

• 92 142 236 1 235

  Kr n Ba U n U

  1

   2     Kr n Ba U

  1 235 92 142   

  D C B A    ) ( m m m m m

       Reaksi Berantai

Reaksi berantai ada 2 yaitu reaksi berantai tak

terkendali (contoh:bom atom) dan reaksi berantai terkendali (contoh:reaktor atom)

  

Reaksi Berantai Tak Terkendali

  Reaksi berantai tak terkendali dapat menghasilkan energi yang sangat besar. Untuk satu pembelahan inti rata-rata energi yang dibebaskan 208 MeV. Reaksi berantai tak terkendali terjadi ketika neutron yang dihasilkan (rata-rata 2,5 neutron)

  

Reaksi Berantai Terkendali

Reaksi berantai terkendali dilakukan dengan cara

membatasi jumlah neutron yang membelah inti dalam lingkungan inti atau mengkondisikan tiap

  

Kelemahan fusi sebagai sumber energi

dibandingkan dengan fisi adalah dibutuhkan

suhu yang sangat tinggi, dana yang besar dan

pengetahuan yang sangat tinggi untuk

mengolah sumber energi dari reaksi fusi,

sedangkan kelebihannya energi yang

dihasilkan lebih besar dan bahan bakar untuk

reaktor fusi yaitu deuterium sangat

berlimpah tersedia dalam air laut.

  Contoh soal

  1. Hitunglah energi yang dibebaskan dalam reaksi Cs n Rb n U

  2 141 93 235

        

    

  MeV n m Cs m Rb m U m Q 931 5 ,

  1 141 93 235     

     

   

  MeV Q , 0087 931 5 , , 1 91949 140 92172 ,

  , 92 04394 235     

    MeV Q

  , 19403 931 5 ,  

  Jangan terperosok dalam lubang Lubang yang dalam siapa nak naikan Dengan ilmu yang berkembang Manfaat dirasakan bahaya ditekan Kaisar ming mencari selir Tak memilih hamba sahaya Bicara soal reaksi nuklir Ada manfaat dan bahaya