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

 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 meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X

 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

 Image of Becquerel's photographic plate which has been fogged by

exposure to radiation from a uranium salt. The shadow of a metal Maltese Cross placed between the plate and the uranium salt is

clearly visible.

I N T I

Bagian Atom :

Elektron Proton Netron

Jumlah proton (Z) sama dgn jumlah elektron Jumlah netron (N)

Jumlah Nukleon A = Z + N

MUATAN DAN MASSA BAGIAN ATOM

►

Muatan Elektron : 4,8 x 10

-8

eV

►

Massa 1 elektron : 9,1 x 10

-28

gram

►

Muatan 1 proton : muatan 1 elektron

►

Massa 1 proton : 1,67 x 10

-24

gram

►

Muatan 1 netron : 0

Penggolongan Nuklida



Isotop

 kelompok nuklida dengan Z sama

 _{Contoh: 82Pb}204_,

82Pb206, 82Pb207,82Pb208



Isobar  kelompok nuklida dengan A sama

 _{Contoh: 6C}14_,

7N14, 8O14



Isoton

 kelompok nuklida dengan N sama

 _{Contoh: 1H}3_,

2He4



Isomer inti

 nuklida dengan A dan Z sama tetapi

berbeda dalam tingkat energinya

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 : E = 2,12 x R2/3

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 :

1. Daya tembus 100 X partikel alfa.

2. Menyebabkan atom yg dilewati terionisasi.

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

Inti mula2 _{1,48 MeV (}

27Co60) Inti baru 1,31 MeV

Inti 1,17 MeV





Jika menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang

X

e

I

I



₀ 

Waktu paruh :

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 2. Mengionisasi gas

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 b. Sinar Beta c. Sinar Gama d. Sinar X

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- nai area tertentu, 1 rap = 100 R cm2_.

- 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

= 107 _erg/Kg = 100 rad

Hubungan antara rad dan Roentgen

RBE

( Rad biological Effectiveness)

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.

REM

( Rad Equivalent man )

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

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. Berkaitan dgn besar radiasi yg diabsorpsi dan respon jaringan thdp absorpsi.

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.

Terhadap tulang

Menghambat pertumbuhan tulang dan osteoporosis.

Terhadap syaraf

REAKSI INTI

REAKSI INTI

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.

Q

b

Y

X

Q

b

Y

X

a









Y

Q

b

Y

X

a











 





m

m

m

m



MeV

sma

Q



_a



_X



_Y



_b

931

/

Ketika a dengan energi kinetik k

_a

ditembakan pada

inti sasaran X yang diam (K

_X

=0). Kemudian terbentuk

inti baru Y bergerak dengan energi kinetik K

_Y

dan

partikel b bergerak dengan energi kinetik K

_b

, maka

selisih antara energi kinetik sesudah dan sebelum

reaksi sama dengan energi reaksi Q

a b

Y

K

K

K

PADA REAKSI INTI BERLAKU:

•

Hukum kekekalan momentum

•

Hukum kekekalan energi

•

Hukum kekekalan nomor atom

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 lebih besar dibandingkan dengan nomor massa masing-masing inti reaktan (pereaksi).

Aplikasi Reaksi Fusi

1.

Reaksi fusi nuklir pada bintang (matahari)

MeV

e

He

H

2

2

2

26

,

7

4

₁2



₂4















MeV

e

H

H

H

0

,

42

.

1

₁1



1₁



₁2



₀1 







Persamaan reaksi ada 3 tahap yaitu:

MeV

H

He

He

He

12

,

86

.

3

₂3



₂3



₂4



₁1



MeV

He

H

H

5

,

49

.

2

₁2



₁1



₂3







Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi

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 hidrogen dapat ditulis:

MeV

n

He

H

H

₁3 ₂4 ₀1

17

,

6

2

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.

Reaksi Inti Berdasarkan Model

Tetes Cairan

n

Kr

Ba

U

n

U

1 236 * 142 92 1

235

2











n

Kr

Ba

U

142 92 1

235







D

C

B

A







)

(

_{B C D}

A

m

m

m

m

m













m

m

m

m



MeV

Q



_A



(

_B



_C



_D

931

MeV

produk

massa

reak

massa

Reaksi Berantai

Reaksi berantai ada 2 yaitu reaksi berantai tak

terkendali (contoh:bom atom) dan reaksi

Reaksi Berantai Tak Terkendali

Reaksi Berantai Terkendali

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

Contoh soal

1. Hitunglah energi yang dibebaskan

dalam reaksi

U

n

Rb

Cs

n

2

141

93

235











 





m

U

m

Rb

m

Cs

m

n



MeV

Q



235



93



141



1



931

,

5



 







MeV

Q



235

,

04394



92

,

92172



140

,

91949



1

,

0087



931

,

5





MeV

Q



0

,

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

BAHAYA YANG DITIMBULKAN DARI REAKSI NUKLIR