Fisika Umum MA 301 Topik hari ini Topik
Fisika Atom & Inti
6/13/2010
Fisika Atom
Model Awal Atom
Model atom J.J. Thomson
Bola bermuatan positif
Muatan--muatan negatif
Muatan
(elektron) yang sama
banyak--nya menempel
banyak
pada bola tersebut
Model “watermelon”
Uji Eksperimental
Harapan:
1. Sebagian besar
terhambur
dengan sudut
kecil
2. Tidak terjadi
hamburan yang
terpantul
Hasil:
1. Terhambur
dengan sudut
kecil dan besar
2. Terjadi hamburan
yang terpantul!!!
Uji Eksperimental
Lapisan
tipis emas
●
Berkas
partikel
alfa
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Model Atom
Model Rutherford
Model Planet
Berdasarkan hasil
eksperimen lapisan emas
tipis yang ditumbuk berkas
alfa
Muatan positif
terkonsentrasi di pusat
atom, dinamakan nukleus
Electron mengorbit nukleus
seperti planet mengorbit
matahari
Kelemahan Model Rutherford
Atom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan
frekuensi karakteristik tertentu
Model Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena ini
Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal
sehingga meradiasikan gelombang elektromagnetik
dengan frekuensi yang sama
Ini berarti elektron akan kehilangan energi
Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil
Elektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiral
Tidak terjadi!!!
Spektrum Emisi
Gas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi)
Gas akan mengemisikan cahaya karakteristiknya
Ketika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis
cahaya tampak teramati
Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda
Deretan garis ini dinamakan spektrum emisi
Spektrum Emisi Hidrogen
J. J. Balmer memformulaskan spektrum garis Hidrogen
1
1
1
= RH 2 − 2
λ
2 n
RH adalah konstanta Rydberg
RH = 1.0973732 x 107 m-1
n integer, n = 1, 2, 3, …
Garis spektral berkaitan
dengan nilai n tertentu
Dikenal dengan Deret Balmer
Contoh garis spektral
n = 3, λ = 656.3 nm
n = 4, λ = 486.1 nm
Teori Bohr Tentang Atom
Pada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang
spektrum atom
Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom
stabil
Asumsi Bohr tentang Atom
Elektron bergerak melingkar
mengelilingi inti karena pengaruh gaya
Coulomb
Gaya Coulomb menghasilkan
percepatan senntripetal
Hanya orbit elektron tertentu yang
stabil
Pada orbitorbit-orbit ini atom tidak
mengemisikan energi dalam bentuk
radiasi elektromagneti
Sehingga energi atom tetap dan
mekanika klasik dapat digunakan untuk
menjelaskan gerak elektron
Radiasi diemisikan oleh atom apabila
“loncat” dari keadaan yang energinya
lebih tinggi ke keadaan yang energinya
lebih rendah
Proses “loncat” tidak dapat dijelaskan
secara klasik
Ei − E f = hf
Asumsi Bohr Lanjutan
Tentang elektron yang “loncat”:
Frekuensi yang diemisikan dalam proses “loncat” berkaitan
dengan perubahan energi atom
Secara umum, frekuensi yang diemisikan tidak sama dengan
frekuensi elektron mengorbit
Ei − E f = hf
Ukuran Relatif Atom
Diameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh
muatan listrik yang terdapat pada inti atom
Tinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua
kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya,
sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi
setengah kali orbit semula. Tapi, ini tidak terjadi.
Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya
penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama.
Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral.
Atom yang sekarang bukan lagi Hidrogen
Hidrogen,, melainkan Helium
Penambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron
kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan
ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit
diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi
Helium,, melainkan Lithium
netral. Atom yang sekarang bukan lagi Helium
Ukuran Relatif Atom
Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka
akan dihasilkan berbagai jenis unsur
Ketika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus
ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami
penyusutan karena semakin kuatnya gaya tarik oleh inti
Ini berarti, unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang
lebih besar dari pada unsur yang ringan
Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom
hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa
hidrogen
Tiap unsur memiliki orbit elektron yang berbedaberbeda-beda, artinya jari
jari-jari orbit atom sodium akan sama untuk atomatom-atom sodium yang lain
dan tentu saja berbeda untuk unsur yang lain
Gelombang de Broglie
Salahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut
elektron adalah terkuantisasi, tapi tidak ada penjelasan
mengapa pembatasan tersebut terjadi
de Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan
stabil hanya jika kelilingnya sama dengan bilangan
integer kali panjang gelombang
Gelombang de Broglie dalam Atom
Hidrogen
Dalam contoh ini, tiga panjang
gelombang bersesuaian dengan
keliling orbit
Secara umum, keliling harus
sama dengan bilangan integer
kali panjang gelombang
2π r = nλ , λ = 1, 2,3,...
h
tapi λ =
, sehingga
me v
me vr = n , n = 1, 2,3,...
Mekanika Kuantum
Dualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai
gelombang
Erwin Schrodinger memformulasikan persamaan
matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar
mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)
Probabilistik
Prinsip Korespondensi Bohr
Prinsip Korrespondensi Bohr menyatakan bahwa
mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika
perbedaan energi antara tingkattingkat-tingkat terkuantisasi
sangat kecil
Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus
khusus dari Mekanika Relativistik ketika v mp
Spin ½
Bermuatan netral
so,… inti atom terdiri dari proton dan neutron
Sifat Inti
Semua inti tersusun atas proton dan neutron
Pengecualian inti atom hidrogen
Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti
Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti
Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti
A=Z+N
Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti
Nomor massa tidak sama dengan massa
Notation
Contoh:
A
Z
X
27
13
Dimana X adalah simbol kimia dari unsur
Al
Nomor massa 27
Nomor atom 13
Terdiri dari 13 proton dan
14 (27 – 13) neutron
Muatan dan massa
Muatan:
Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C)
Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e
Sehingga, muatan dari inti adalah Ze
Neutron tidak bermuatan
Membuatnya sulit dideteksi
Massa:
Menggunakan atomic mass units, u, untuk menyatakan massa
1 u = 1.660559 x 10-27 kg
Berdasarkan definisi bahwa massa satu CC-12 adalah tepat 12 u
Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2
Dari ER = m c2
1 u = 931.494 MeV/c2
Ringkasan Massa
Massa
Partikel
kg
u
MeV/c2
Proton
1.6726 x 10-27
1.007276
938.28
Neutron
1.6750 x 10-27
1.008665
939.57
Electron
9.101 x 10-31
5.486x10-4
0.511
Ukuran Inti
Diselidiki pertama kali oleh
Rutherford pada percobaan
hamburan
Diperoleh pernyataan seberapa
dekat partikel alfa bergerak
mendekati inti sebelum berbalik
arah karena gaya tolak Coulomb
EK partikel diubah menjadi EP
2e )( Ze )
(
q1q2
1 2
= ke
mv = ke
2
r
d
atau
4ke Ze 2
d=
mv 2
Untuk emas: d = 3.2 x 10-14 m, dan untuk perak: d = 2 x 10-14 m
Biasa dinyatakan dalam femtometers dimana 1 fm = 10-15 m
(juga dinamakan satu fermi)
Ukuran Inti
Sejak eksperimen yang
dilakukan oleh
Rutherford, banyak
eksperimen lain yang
menyimpulkan sebagai
berikut
Kebanyakan inti hampir
bulat
Jejari reratanya
r = ro A
1
3
ro = 1.2 x 10-15 m
Kerapatan Inti
Volume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan
jumlah total nukleon
Ini memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang
sama ρ
ρ = Ro A1/3 dimana Ro = 1.2 fm
ρatom ~ 103 kg/m3
ρnucleus ~ 1017 kg/m3
Energi Ikat
Energi total dari sistem
terikat (inti) adalah lebih
kecil dari energi kombinasi
penyusun nukleon
Perbedaan energi ini
dinamakan energi ikat inti
Dapat juga dinyatakan
sebagai sejumlah energi
yang diperlukan untuk
memecah inti menjadi proton
dan neutron
Energi ikat per nukleon
Kesetabilan Inti
Terdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama
proton dalam inti
Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur
Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangkauan
pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat)
Gaya ini merupakan gaya tarik yang bekerja pada semua partikel inti
Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat
dalam inti
Grafik Kesetabilan Inti
Inti ringan stabil jika N = Z
Inti berat sangat stabil ketika N > Z
Semakin besar jumlah proton, gaya
tolak Coulomb semakin besar
akibatnya diperlukan lebih banyak
nukleon agar inti tetap stabil
Tidak ada inti stabil ketika Z > 83
Isotop
Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang
sama
Meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasi
Isotope adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan
A berbeda
Contoh:
11
6
C
12
6
C
13
6
14
6
C C
Radioaktivtas
Radioaktivtas; Sejarah
1896: Becquerel secara tak sengaja menemukan kristal uranil mengemisikan
1896:
radiasi pada plat fotoe.
1898: Marie and Pierre Curie menemukan polonium (Z=84) dan radium (Z = 88),
1898:
Dua unsur baru radioaktif
1903: Becquerel and the Curie’s menerima Nobel prize fisika dalam hal
1903:
mempelajari radioaktivitas.
1911: Marie Curie menerima Nobel prize (kedua) kimia untuk penemuan
1911:
polonium dan radium.
1938: Hahn (1944 Nobel prize) and Strassmann menemukan fissi inti - Lisa
1938:
Meitner memerankan peranan penting
1938: Enrico Fermi menerima Nobel prize fisika dalam hal memproduksi unsur
1938:
radioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi inti
Radioaktivtas
Radioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan
Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas
merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang
tidak stabil
Tiga jenis radiasi yang dapat diemisikan
Partikel Alpha
Merupakan inti 4He
Partikel Beta
Partikel dapat berupa elektron atau positron
Sebuah positron adalah antipartikel dari elektron
Sama seperti elektron kecuai muatannya +e
Sinar Gamma
Merupakan fotonn energi tinggi
Perbedaan Jenis Radiasi
Jenis Radiasi
alfa α = Inti He (2p + 2n)
beta β = elektron atau positron
gama γ = foton berenergi tinggi
Muatan/Massa
+2q/4mp
–q/me atau +q/me
tidak bermuatan
Kemampuan Daya Tembus
α
β
γ
α
β
γ
Bahaya Radioaktif – Diluar Tubuh
Alpha
Beta
Gamma
Gamma
β
γ
Bahaya Radioaktif – Didalam Tubuh
Alpha
α
Beta
Gamma
β dan γ kurang berbahaya
dibanding α karena memiliki
energi yang cukup untuk keluar
dari tubuh
Proses Radiasi:
Radiasi: Peluruhan Alpha
Sebelum
Sesudah
226
88
Ra
α
222
86
induk
Rn
anak
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus sebuah partikel alpha
Terjadi karena inti terlalu besar, peluruhan alfa dapat mereduksi ukuran inti
Energi disintegrasi Q muncul sebagai energi kinetik
(= energi ikat negatif)
Partikel α paling ringan membawa energi kinetik paling besar
Mengapa? Kekekalan momentum!
A
Z
X →
A− 4
Z −2
D +
4
2
He
Q = M ( ZA X ) − M ( ZA−−42 D ) − M ( 24 He ) c 2
dimana mHe = 4.002603 u
Proses Radiasi:
Radiasi:
Peluruhan β– (Emissi e– )
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus elektron dan anti
anti--neutrino
Anti--neutrino adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik
Anti
elektron
Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom
tetangganya (Z+1), maka peluruhan β– mungkin terjadi
Neutron bebas dapat meluruh menjadi sebuah proton.
proton.
t1/2 = 10.8 menit, Q = 939.57 – (938.28 + 0.511) = 0.78 MeV
A
Z
X →
A
Z +1
D + e− + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A+1 D ) c 2
*electron mass included in daughter nucleus
Proses Radiasi :
Peluruhan β– untuk Carbon
Dating
Peluruhan β dari 14C digunakan untuk
menentukan umur suatu bahan organik
14C
→ 14N + e– + νe
Ketika organisme hidup,
hidup, sinar cosmic
14
menghasilkan C di atmosfir yang memberikan
nilai perbandingan 14C/12C konstan dalam gas
CO2
14C
/ 12C = 1.2×
1.2×10–12 dalam orgenisme hidup
Ketika organisme tsb meninggal,
meninggal, 14C tidak lagi
diabsorpsi, akibatnya nilai perbandinagn 14C/12C
menurun
menu
run terhadap waktu
Waktu paruh t1/2 dari
14C
= 5760 tahun
Pengukuran umur dari bahan dengan mencari
aktivitas per satuan massa dari 14C
Sangat efektif untuk 1,000 sampai 25,000 tahun
lalu
Proses Radiasi:
Radiasi:
Peluruhan β+ (Emisi Positron)
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus positron dan neutrino
neutrino..
Proton bebas tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron
melalui emisi positron
Neutron bebas meluruh menjad sebuah proton
Proton terikat dalam inti kadangkadang-kadang dapat mengemisikan
sebuah positron karena efek energi ikat inti
A
Z
X →
A
Z −1
D + e+ + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) − 2me c 2
*explicitly add electron/positron masses
Proses Radiasi:
Radiasi:
Penangkapan Elektron
Inti induk menangkap elektron dari orbitalnya sendiri dan
mengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutron
Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari
tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan
terjadi
Catatan: Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (Z–
(Z–1)
lebih besar dari 2me, maka peluruhan positron juga mungkin terjadi
A
Z
X + e− →
A
Z −1
D+v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) c 2
*added electrons on both sides cancel
Proses Radiasi:
Radiasi: Peluruhan Gama
Dalam peluruhan gama, sebuah
keadaan tereksitasi inti meluruh ke
sebuah keadaa yang energinya lebih
rendah melalui emisi foton
Transisi inti seperti ini analog dengan
transisi atom,
atom, tetapi dengan energi foton
yang lebih tinggi
λ = 1240 eV nm / Mev = 10–3 nm
nm..
Emisi sinar γ biasanya mengikuti
peluruhan beta atau alfa (lihat gambar)
Waktu hidup ratarata-ratanya sangat singkat
τ = hbar / ∆E = 10–10 s
Proses Radiasi:
Radiasi: Radioaktif Alam
Tiga deret inti radioaktif terjadi secara alami
Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop Pb
Pb..
Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam
(237Np).
Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami 14C, 40K
Deret Peluruhan
232Th
Deret dimulai dari
232Th
Prosesnya melalui
peluruhan alfa dan
beta
Berakhir pada
isotop stabil 208Pb
Kurva Peluruhan
Kurva Peluruhan memenuhi
persamaan
N = N 0 e − λt
Waktu paruh juga merupakan
parameter yang penting
Waktu paruh definisikan
sebagai waktu yang
dibutuhkan inti sehingga
jumlahnya menjadi
separuhnya
T1 2 =
ln 2 0.693
=
λ
λ
QUICK QUIZ
What fraction of a radioactive sample has decayed after two halflives have elapsed?
(a) 1/4 (b) 1/2 (c) 3/4
(d) not enough information to say
(c). At the end of the first half-life interval, half of the original sample
has decayed and half remains. During the second half-life interval, half
of the remaining portion of the sample decays. The total fraction of the
sample that has decayed during the two half-lives is: 1 1 1
3
+ =
2 22 4
Karakteristik SinarSinar-X
Ketika sebuah logam
ditembaki oleh elektron –
elektron berenergi tinggi,
sinar--x diemisikan
sinar
Spektrum sinarsinar-x terdiri dari
spektrum kontinu yang lebar
dan deretan garis tajam
Garis--garis yang muncul
Garis
bergantung pada logam
Garis--garis tersebut
Garis
dinamakan karakteristik
sinar--x
sinar
Penjelasan Karakteristik SinarSinar-X
Tinjauan struktur atom lebih detil dapat digunakan untuk
menjelaskan karakteristik sinarsinar-x
Elektron penembak menumbuk elektron dalam logam target
yang berada di kulit dalam
Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom
target
Kekosongan yang tercipta akibat elektron yang hilang diisi oleh
elektron yang berasal dari tingkat energi lebih tinggi
Proses transisi yang terjadi disertai emisi foton yang energinya
sama dengan perbedaan dua tingkat enrgi tersebut
Reaksi Inti
Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan
partikel yang energetik
Perubahannya dinamakan reaksi inti
Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor
massa harus sama dikedua ruas persamaan
Problem
Which of the following are possible reactions?
(a) and (b). Reactions (a) and (b) both conserve total charge and total
mass number as required. Reaction (c) violates conservation of mass
number with the sum of the mass numbers being 240 before reaction
and being only 223 after reaction.
Nilai Q
Energi juga harus kekal dalam reaksi inti
Energi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah
reaksi inti dinamakan nilai Q dari reaksi
Reaksi exothermic
Terjadi pengurangan massa dalam reaksi
Terjadi pelepasan energi
Q is positive
Reaksi endothermic
Terjadi peningkatan massa dalam reaksi
Energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk
Q is negative
Energi Ambang
Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki
energi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambang
KEmin
m
= 1 + Q
M
m : massa partikel penumbuk
M : Massa partikel target
Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat
terjadi
Energi Inti
Fisi::
Fisi
Neutron menumbuk inti 235U untuk membentuk keadaan tereksitasi
yang meluruh menjadi dua inti yang lebih ringan (plus neutrons) plus
ENERGY!
Contoh: 235U + n → 92Kr + 142Ba + 2n + 180 MeV
(238U tidak berfisi!)
235U
tidak akan
berfisi tanpa
ditumbuk oleh
neutron.
Fisi:: Reaksi Berantai
Fisi
Menggunakan neutron dari proses fisi untuk menginisiasi proses fisi
yang lain!
1942:: Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol
1942
Untuk bom nuklir,
nuklir,
memerlukan lebih dari
satu neutron dari peristiwa
fisi pertama yang
menyebabkan peristiwa
kedua (1 g U dapat
melepaskan energi sama
dengan sekitar 20000 ton
TNT)
Untuk Pembangkit daya
nuklir,, memerlukan kurang
nuklir
dari satu neutron yang
menyebabkan peristiwa
kedua
QUICK QUIZ
In the first atomic bomb, the energy released was equivalent to
about 30 kilotons of TNT, where a ton of TNT releases an energy of
4.0 × 109 J. The amount of mass converted into energy in this event
is nearest to: (a) 1 µg, (b) 1 mg, (c) 1 g, (d) 1 kg, (e) 20
kilotons
(c). The total energy released was E = (30 ×103 ton)(4.0 × 109
J/ton) = 1.2 × 1014 J. The mass equivalent of this quantity of
energy is:
E
1.2 × 10 J
−3
m= 2 =
=
1
.
3
×
10
kg ~ 1g
8
2
c
(3.0 × 10 m/s)
14
Reaktor Nuklir
Sebuah reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang didisain untuk
terjadinya reaksi berantai yang terkendali
Konstanta Reproduksi K, didefinisikan sebagai jumlah ratarata-rata
neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi
lain
Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5
Dalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai ini
Reaksi yang terkendali memiliki nilai K = 1
Desain Dasar Reaktor
Elemen bahan bakar terdiri atas
uranium
Material moderator (air dan grafit)
digunakan untuk memperlambat
neutron
Batang kendali digunakan untuk
mengabsorpsi neutron
Ketika K = 1, reaktor dikatakan
kritis
Reaksi berantai terkendali
Ketika K < 1, reaktor dikatakan
subkritis
Reaksi berhenti
Ketika K > 1, reaktor dikatakan
superkritis
Terjadi rekasi yang berjalan sendiri
Energi Termonuklir (Fusi Inti)
Reaksi eksotermik dasar dalam bintang (merupakan sumber dari hampir
semua energi dalam semesta) adalah fusi inti hidrogen menjadi inti
helium
Terjadi dua deretan proses:
Siklus proton
proton--proton,
merupakan tumbukan langsung protonproton-proton menghasilkan inti lebih berat yang
diikuit dengan tumbukan antara intiinti-inti itu sehingga menghasilkan inti helium
Siklus karbon,
merupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturutberturut-turut
sampai akhirnya inti itu memancarkan partikel alfa dan kembali menjadi inti karbon
lagi
Siklus Proton - proton
1
1
H +11 H→ 21 H + e + + υ
1
1
H + 21 H→ 23 H + γ
3
2
H + 23 H→ 42 H +11 H +11 H
Siklus Karbon
H +126C →137N
1
1
N →136C + e + + ν
13
7
H +136C →147N + γ
1
1
H +147N →158O + γ
1
1
O→157N + e + + ν
15
8
H +157N →126C + 24He
1
1
Energi Termonuklir (Fusi Inti) lanjutan
Reaksi fusi yang dapat berlangsung sendiri hanya dapat terjadi pada
kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, agar inti yang ikut dalam
proses tsb mempunyai energi cukup untuk berreaksi walaupun dicegah oleh
gaya tolak listrik, dan reaksinya terjadi cukup kerap untuk mengimbangi
pelepasan energi ke sekelilingnya.
Energi yang dilepas ketika terjadi fusi inti ringan menjadi inti berat disebut
energi termonuklir
6/13/2010
Fisika Atom
Model Awal Atom
Model atom J.J. Thomson
Bola bermuatan positif
Muatan--muatan negatif
Muatan
(elektron) yang sama
banyak--nya menempel
banyak
pada bola tersebut
Model “watermelon”
Uji Eksperimental
Harapan:
1. Sebagian besar
terhambur
dengan sudut
kecil
2. Tidak terjadi
hamburan yang
terpantul
Hasil:
1. Terhambur
dengan sudut
kecil dan besar
2. Terjadi hamburan
yang terpantul!!!
Uji Eksperimental
Lapisan
tipis emas
●
Berkas
partikel
alfa
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Model Atom
Model Rutherford
Model Planet
Berdasarkan hasil
eksperimen lapisan emas
tipis yang ditumbuk berkas
alfa
Muatan positif
terkonsentrasi di pusat
atom, dinamakan nukleus
Electron mengorbit nukleus
seperti planet mengorbit
matahari
Kelemahan Model Rutherford
Atom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan
frekuensi karakteristik tertentu
Model Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena ini
Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal
sehingga meradiasikan gelombang elektromagnetik
dengan frekuensi yang sama
Ini berarti elektron akan kehilangan energi
Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil
Elektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiral
Tidak terjadi!!!
Spektrum Emisi
Gas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi)
Gas akan mengemisikan cahaya karakteristiknya
Ketika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis
cahaya tampak teramati
Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda
Deretan garis ini dinamakan spektrum emisi
Spektrum Emisi Hidrogen
J. J. Balmer memformulaskan spektrum garis Hidrogen
1
1
1
= RH 2 − 2
λ
2 n
RH adalah konstanta Rydberg
RH = 1.0973732 x 107 m-1
n integer, n = 1, 2, 3, …
Garis spektral berkaitan
dengan nilai n tertentu
Dikenal dengan Deret Balmer
Contoh garis spektral
n = 3, λ = 656.3 nm
n = 4, λ = 486.1 nm
Teori Bohr Tentang Atom
Pada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang
spektrum atom
Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom
stabil
Asumsi Bohr tentang Atom
Elektron bergerak melingkar
mengelilingi inti karena pengaruh gaya
Coulomb
Gaya Coulomb menghasilkan
percepatan senntripetal
Hanya orbit elektron tertentu yang
stabil
Pada orbitorbit-orbit ini atom tidak
mengemisikan energi dalam bentuk
radiasi elektromagneti
Sehingga energi atom tetap dan
mekanika klasik dapat digunakan untuk
menjelaskan gerak elektron
Radiasi diemisikan oleh atom apabila
“loncat” dari keadaan yang energinya
lebih tinggi ke keadaan yang energinya
lebih rendah
Proses “loncat” tidak dapat dijelaskan
secara klasik
Ei − E f = hf
Asumsi Bohr Lanjutan
Tentang elektron yang “loncat”:
Frekuensi yang diemisikan dalam proses “loncat” berkaitan
dengan perubahan energi atom
Secara umum, frekuensi yang diemisikan tidak sama dengan
frekuensi elektron mengorbit
Ei − E f = hf
Ukuran Relatif Atom
Diameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh
muatan listrik yang terdapat pada inti atom
Tinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua
kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya,
sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi
setengah kali orbit semula. Tapi, ini tidak terjadi.
Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya
penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama.
Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral.
Atom yang sekarang bukan lagi Hidrogen
Hidrogen,, melainkan Helium
Penambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron
kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan
ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit
diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi
Helium,, melainkan Lithium
netral. Atom yang sekarang bukan lagi Helium
Ukuran Relatif Atom
Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka
akan dihasilkan berbagai jenis unsur
Ketika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus
ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami
penyusutan karena semakin kuatnya gaya tarik oleh inti
Ini berarti, unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang
lebih besar dari pada unsur yang ringan
Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom
hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa
hidrogen
Tiap unsur memiliki orbit elektron yang berbedaberbeda-beda, artinya jari
jari-jari orbit atom sodium akan sama untuk atomatom-atom sodium yang lain
dan tentu saja berbeda untuk unsur yang lain
Gelombang de Broglie
Salahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut
elektron adalah terkuantisasi, tapi tidak ada penjelasan
mengapa pembatasan tersebut terjadi
de Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan
stabil hanya jika kelilingnya sama dengan bilangan
integer kali panjang gelombang
Gelombang de Broglie dalam Atom
Hidrogen
Dalam contoh ini, tiga panjang
gelombang bersesuaian dengan
keliling orbit
Secara umum, keliling harus
sama dengan bilangan integer
kali panjang gelombang
2π r = nλ , λ = 1, 2,3,...
h
tapi λ =
, sehingga
me v
me vr = n , n = 1, 2,3,...
Mekanika Kuantum
Dualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai
gelombang
Erwin Schrodinger memformulasikan persamaan
matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar
mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)
Probabilistik
Prinsip Korespondensi Bohr
Prinsip Korrespondensi Bohr menyatakan bahwa
mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika
perbedaan energi antara tingkattingkat-tingkat terkuantisasi
sangat kecil
Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus
khusus dari Mekanika Relativistik ketika v mp
Spin ½
Bermuatan netral
so,… inti atom terdiri dari proton dan neutron
Sifat Inti
Semua inti tersusun atas proton dan neutron
Pengecualian inti atom hidrogen
Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti
Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti
Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti
A=Z+N
Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti
Nomor massa tidak sama dengan massa
Notation
Contoh:
A
Z
X
27
13
Dimana X adalah simbol kimia dari unsur
Al
Nomor massa 27
Nomor atom 13
Terdiri dari 13 proton dan
14 (27 – 13) neutron
Muatan dan massa
Muatan:
Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C)
Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e
Sehingga, muatan dari inti adalah Ze
Neutron tidak bermuatan
Membuatnya sulit dideteksi
Massa:
Menggunakan atomic mass units, u, untuk menyatakan massa
1 u = 1.660559 x 10-27 kg
Berdasarkan definisi bahwa massa satu CC-12 adalah tepat 12 u
Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2
Dari ER = m c2
1 u = 931.494 MeV/c2
Ringkasan Massa
Massa
Partikel
kg
u
MeV/c2
Proton
1.6726 x 10-27
1.007276
938.28
Neutron
1.6750 x 10-27
1.008665
939.57
Electron
9.101 x 10-31
5.486x10-4
0.511
Ukuran Inti
Diselidiki pertama kali oleh
Rutherford pada percobaan
hamburan
Diperoleh pernyataan seberapa
dekat partikel alfa bergerak
mendekati inti sebelum berbalik
arah karena gaya tolak Coulomb
EK partikel diubah menjadi EP
2e )( Ze )
(
q1q2
1 2
= ke
mv = ke
2
r
d
atau
4ke Ze 2
d=
mv 2
Untuk emas: d = 3.2 x 10-14 m, dan untuk perak: d = 2 x 10-14 m
Biasa dinyatakan dalam femtometers dimana 1 fm = 10-15 m
(juga dinamakan satu fermi)
Ukuran Inti
Sejak eksperimen yang
dilakukan oleh
Rutherford, banyak
eksperimen lain yang
menyimpulkan sebagai
berikut
Kebanyakan inti hampir
bulat
Jejari reratanya
r = ro A
1
3
ro = 1.2 x 10-15 m
Kerapatan Inti
Volume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan
jumlah total nukleon
Ini memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang
sama ρ
ρ = Ro A1/3 dimana Ro = 1.2 fm
ρatom ~ 103 kg/m3
ρnucleus ~ 1017 kg/m3
Energi Ikat
Energi total dari sistem
terikat (inti) adalah lebih
kecil dari energi kombinasi
penyusun nukleon
Perbedaan energi ini
dinamakan energi ikat inti
Dapat juga dinyatakan
sebagai sejumlah energi
yang diperlukan untuk
memecah inti menjadi proton
dan neutron
Energi ikat per nukleon
Kesetabilan Inti
Terdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama
proton dalam inti
Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur
Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangkauan
pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat)
Gaya ini merupakan gaya tarik yang bekerja pada semua partikel inti
Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat
dalam inti
Grafik Kesetabilan Inti
Inti ringan stabil jika N = Z
Inti berat sangat stabil ketika N > Z
Semakin besar jumlah proton, gaya
tolak Coulomb semakin besar
akibatnya diperlukan lebih banyak
nukleon agar inti tetap stabil
Tidak ada inti stabil ketika Z > 83
Isotop
Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang
sama
Meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasi
Isotope adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan
A berbeda
Contoh:
11
6
C
12
6
C
13
6
14
6
C C
Radioaktivtas
Radioaktivtas; Sejarah
1896: Becquerel secara tak sengaja menemukan kristal uranil mengemisikan
1896:
radiasi pada plat fotoe.
1898: Marie and Pierre Curie menemukan polonium (Z=84) dan radium (Z = 88),
1898:
Dua unsur baru radioaktif
1903: Becquerel and the Curie’s menerima Nobel prize fisika dalam hal
1903:
mempelajari radioaktivitas.
1911: Marie Curie menerima Nobel prize (kedua) kimia untuk penemuan
1911:
polonium dan radium.
1938: Hahn (1944 Nobel prize) and Strassmann menemukan fissi inti - Lisa
1938:
Meitner memerankan peranan penting
1938: Enrico Fermi menerima Nobel prize fisika dalam hal memproduksi unsur
1938:
radioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi inti
Radioaktivtas
Radioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan
Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas
merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang
tidak stabil
Tiga jenis radiasi yang dapat diemisikan
Partikel Alpha
Merupakan inti 4He
Partikel Beta
Partikel dapat berupa elektron atau positron
Sebuah positron adalah antipartikel dari elektron
Sama seperti elektron kecuai muatannya +e
Sinar Gamma
Merupakan fotonn energi tinggi
Perbedaan Jenis Radiasi
Jenis Radiasi
alfa α = Inti He (2p + 2n)
beta β = elektron atau positron
gama γ = foton berenergi tinggi
Muatan/Massa
+2q/4mp
–q/me atau +q/me
tidak bermuatan
Kemampuan Daya Tembus
α
β
γ
α
β
γ
Bahaya Radioaktif – Diluar Tubuh
Alpha
Beta
Gamma
Gamma
β
γ
Bahaya Radioaktif – Didalam Tubuh
Alpha
α
Beta
Gamma
β dan γ kurang berbahaya
dibanding α karena memiliki
energi yang cukup untuk keluar
dari tubuh
Proses Radiasi:
Radiasi: Peluruhan Alpha
Sebelum
Sesudah
226
88
Ra
α
222
86
induk
Rn
anak
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus sebuah partikel alpha
Terjadi karena inti terlalu besar, peluruhan alfa dapat mereduksi ukuran inti
Energi disintegrasi Q muncul sebagai energi kinetik
(= energi ikat negatif)
Partikel α paling ringan membawa energi kinetik paling besar
Mengapa? Kekekalan momentum!
A
Z
X →
A− 4
Z −2
D +
4
2
He
Q = M ( ZA X ) − M ( ZA−−42 D ) − M ( 24 He ) c 2
dimana mHe = 4.002603 u
Proses Radiasi:
Radiasi:
Peluruhan β– (Emissi e– )
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus elektron dan anti
anti--neutrino
Anti--neutrino adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik
Anti
elektron
Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom
tetangganya (Z+1), maka peluruhan β– mungkin terjadi
Neutron bebas dapat meluruh menjadi sebuah proton.
proton.
t1/2 = 10.8 menit, Q = 939.57 – (938.28 + 0.511) = 0.78 MeV
A
Z
X →
A
Z +1
D + e− + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A+1 D ) c 2
*electron mass included in daughter nucleus
Proses Radiasi :
Peluruhan β– untuk Carbon
Dating
Peluruhan β dari 14C digunakan untuk
menentukan umur suatu bahan organik
14C
→ 14N + e– + νe
Ketika organisme hidup,
hidup, sinar cosmic
14
menghasilkan C di atmosfir yang memberikan
nilai perbandingan 14C/12C konstan dalam gas
CO2
14C
/ 12C = 1.2×
1.2×10–12 dalam orgenisme hidup
Ketika organisme tsb meninggal,
meninggal, 14C tidak lagi
diabsorpsi, akibatnya nilai perbandinagn 14C/12C
menurun
menu
run terhadap waktu
Waktu paruh t1/2 dari
14C
= 5760 tahun
Pengukuran umur dari bahan dengan mencari
aktivitas per satuan massa dari 14C
Sangat efektif untuk 1,000 sampai 25,000 tahun
lalu
Proses Radiasi:
Radiasi:
Peluruhan β+ (Emisi Positron)
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus positron dan neutrino
neutrino..
Proton bebas tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron
melalui emisi positron
Neutron bebas meluruh menjad sebuah proton
Proton terikat dalam inti kadangkadang-kadang dapat mengemisikan
sebuah positron karena efek energi ikat inti
A
Z
X →
A
Z −1
D + e+ + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) − 2me c 2
*explicitly add electron/positron masses
Proses Radiasi:
Radiasi:
Penangkapan Elektron
Inti induk menangkap elektron dari orbitalnya sendiri dan
mengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutron
Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari
tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan
terjadi
Catatan: Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (Z–
(Z–1)
lebih besar dari 2me, maka peluruhan positron juga mungkin terjadi
A
Z
X + e− →
A
Z −1
D+v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) c 2
*added electrons on both sides cancel
Proses Radiasi:
Radiasi: Peluruhan Gama
Dalam peluruhan gama, sebuah
keadaan tereksitasi inti meluruh ke
sebuah keadaa yang energinya lebih
rendah melalui emisi foton
Transisi inti seperti ini analog dengan
transisi atom,
atom, tetapi dengan energi foton
yang lebih tinggi
λ = 1240 eV nm / Mev = 10–3 nm
nm..
Emisi sinar γ biasanya mengikuti
peluruhan beta atau alfa (lihat gambar)
Waktu hidup ratarata-ratanya sangat singkat
τ = hbar / ∆E = 10–10 s
Proses Radiasi:
Radiasi: Radioaktif Alam
Tiga deret inti radioaktif terjadi secara alami
Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop Pb
Pb..
Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam
(237Np).
Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami 14C, 40K
Deret Peluruhan
232Th
Deret dimulai dari
232Th
Prosesnya melalui
peluruhan alfa dan
beta
Berakhir pada
isotop stabil 208Pb
Kurva Peluruhan
Kurva Peluruhan memenuhi
persamaan
N = N 0 e − λt
Waktu paruh juga merupakan
parameter yang penting
Waktu paruh definisikan
sebagai waktu yang
dibutuhkan inti sehingga
jumlahnya menjadi
separuhnya
T1 2 =
ln 2 0.693
=
λ
λ
QUICK QUIZ
What fraction of a radioactive sample has decayed after two halflives have elapsed?
(a) 1/4 (b) 1/2 (c) 3/4
(d) not enough information to say
(c). At the end of the first half-life interval, half of the original sample
has decayed and half remains. During the second half-life interval, half
of the remaining portion of the sample decays. The total fraction of the
sample that has decayed during the two half-lives is: 1 1 1
3
+ =
2 22 4
Karakteristik SinarSinar-X
Ketika sebuah logam
ditembaki oleh elektron –
elektron berenergi tinggi,
sinar--x diemisikan
sinar
Spektrum sinarsinar-x terdiri dari
spektrum kontinu yang lebar
dan deretan garis tajam
Garis--garis yang muncul
Garis
bergantung pada logam
Garis--garis tersebut
Garis
dinamakan karakteristik
sinar--x
sinar
Penjelasan Karakteristik SinarSinar-X
Tinjauan struktur atom lebih detil dapat digunakan untuk
menjelaskan karakteristik sinarsinar-x
Elektron penembak menumbuk elektron dalam logam target
yang berada di kulit dalam
Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom
target
Kekosongan yang tercipta akibat elektron yang hilang diisi oleh
elektron yang berasal dari tingkat energi lebih tinggi
Proses transisi yang terjadi disertai emisi foton yang energinya
sama dengan perbedaan dua tingkat enrgi tersebut
Reaksi Inti
Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan
partikel yang energetik
Perubahannya dinamakan reaksi inti
Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor
massa harus sama dikedua ruas persamaan
Problem
Which of the following are possible reactions?
(a) and (b). Reactions (a) and (b) both conserve total charge and total
mass number as required. Reaction (c) violates conservation of mass
number with the sum of the mass numbers being 240 before reaction
and being only 223 after reaction.
Nilai Q
Energi juga harus kekal dalam reaksi inti
Energi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah
reaksi inti dinamakan nilai Q dari reaksi
Reaksi exothermic
Terjadi pengurangan massa dalam reaksi
Terjadi pelepasan energi
Q is positive
Reaksi endothermic
Terjadi peningkatan massa dalam reaksi
Energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk
Q is negative
Energi Ambang
Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki
energi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambang
KEmin
m
= 1 + Q
M
m : massa partikel penumbuk
M : Massa partikel target
Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat
terjadi
Energi Inti
Fisi::
Fisi
Neutron menumbuk inti 235U untuk membentuk keadaan tereksitasi
yang meluruh menjadi dua inti yang lebih ringan (plus neutrons) plus
ENERGY!
Contoh: 235U + n → 92Kr + 142Ba + 2n + 180 MeV
(238U tidak berfisi!)
235U
tidak akan
berfisi tanpa
ditumbuk oleh
neutron.
Fisi:: Reaksi Berantai
Fisi
Menggunakan neutron dari proses fisi untuk menginisiasi proses fisi
yang lain!
1942:: Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol
1942
Untuk bom nuklir,
nuklir,
memerlukan lebih dari
satu neutron dari peristiwa
fisi pertama yang
menyebabkan peristiwa
kedua (1 g U dapat
melepaskan energi sama
dengan sekitar 20000 ton
TNT)
Untuk Pembangkit daya
nuklir,, memerlukan kurang
nuklir
dari satu neutron yang
menyebabkan peristiwa
kedua
QUICK QUIZ
In the first atomic bomb, the energy released was equivalent to
about 30 kilotons of TNT, where a ton of TNT releases an energy of
4.0 × 109 J. The amount of mass converted into energy in this event
is nearest to: (a) 1 µg, (b) 1 mg, (c) 1 g, (d) 1 kg, (e) 20
kilotons
(c). The total energy released was E = (30 ×103 ton)(4.0 × 109
J/ton) = 1.2 × 1014 J. The mass equivalent of this quantity of
energy is:
E
1.2 × 10 J
−3
m= 2 =
=
1
.
3
×
10
kg ~ 1g
8
2
c
(3.0 × 10 m/s)
14
Reaktor Nuklir
Sebuah reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang didisain untuk
terjadinya reaksi berantai yang terkendali
Konstanta Reproduksi K, didefinisikan sebagai jumlah ratarata-rata
neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi
lain
Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5
Dalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai ini
Reaksi yang terkendali memiliki nilai K = 1
Desain Dasar Reaktor
Elemen bahan bakar terdiri atas
uranium
Material moderator (air dan grafit)
digunakan untuk memperlambat
neutron
Batang kendali digunakan untuk
mengabsorpsi neutron
Ketika K = 1, reaktor dikatakan
kritis
Reaksi berantai terkendali
Ketika K < 1, reaktor dikatakan
subkritis
Reaksi berhenti
Ketika K > 1, reaktor dikatakan
superkritis
Terjadi rekasi yang berjalan sendiri
Energi Termonuklir (Fusi Inti)
Reaksi eksotermik dasar dalam bintang (merupakan sumber dari hampir
semua energi dalam semesta) adalah fusi inti hidrogen menjadi inti
helium
Terjadi dua deretan proses:
Siklus proton
proton--proton,
merupakan tumbukan langsung protonproton-proton menghasilkan inti lebih berat yang
diikuit dengan tumbukan antara intiinti-inti itu sehingga menghasilkan inti helium
Siklus karbon,
merupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturutberturut-turut
sampai akhirnya inti itu memancarkan partikel alfa dan kembali menjadi inti karbon
lagi
Siklus Proton - proton
1
1
H +11 H→ 21 H + e + + υ
1
1
H + 21 H→ 23 H + γ
3
2
H + 23 H→ 42 H +11 H +11 H
Siklus Karbon
H +126C →137N
1
1
N →136C + e + + ν
13
7
H +136C →147N + γ
1
1
H +147N →158O + γ
1
1
O→157N + e + + ν
15
8
H +157N →126C + 24He
1
1
Energi Termonuklir (Fusi Inti) lanjutan
Reaksi fusi yang dapat berlangsung sendiri hanya dapat terjadi pada
kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, agar inti yang ikut dalam
proses tsb mempunyai energi cukup untuk berreaksi walaupun dicegah oleh
gaya tolak listrik, dan reaksinya terjadi cukup kerap untuk mengimbangi
pelepasan energi ke sekelilingnya.
Energi yang dilepas ketika terjadi fusi inti ringan menjadi inti berat disebut
energi termonuklir