Presentasi Fisika Modern Radioaktivitas

(1)

RADIOAKTIVITAS

Disusun oleh : KELOMPOK 1

Nama

Nama : : SaifulSaifulBadriBadri

NIM

NIM : : 1522401015224010

Nama

Nama : : HardiansyahHardiansyah

NIM

NIM : : 1522401515224015

Nama

Nama : : ClaudiClaudio o AdityAdityaaSS

NIM

(2)

(3)

A

g

e

nd

a

•

Overview

•

Pel

Peluruh

uruhan

an

Radio

Radioaktif

aktif

•

Umur-Paro

•

Pe

Penen

nen

tua

tuan

n

Umu

Umur

r

Rad

Radiom

iom

etr

etrik

ik

•

Der

Deret

et

Rad

Radioa

ioakti

kti

f

•

Pe

Pelur

luruha

uha

n

Alf

a

•

T

eor

eori

i

Pe

Pelur

luruh

uh

an

Alf

Alfa

a

•

Pe

Pelur

luruha

uha

n

Bet

a

•

Pe

Pelur

luruha

uha

n

Gam

Gama

a

•

Bah

Bahay

ay

a

Rad

Radias

iasi

i

•

KESIMPULAN

•

(4)

Overview

• •

Radioaktif

:

be

rh

ub

un

g

an

de

ng

an

pe

ma

nc

ar

an

pa

rt

ik

el

da

ri

se

bu

ah

in

ti

at

om

.

•

In

ti

Rad

ioa

kti

f

:

Un

su

r

in

ti

at

om

yg

me

mp

un

y

ai

si

f

at

me

ma

nc

ar

k

an

sa

la

h

sa

tu

pa

rt

ik

el

al

f

a, b

et

a at

au

g

am

ma

.

•

Radioaktivitas

di

se

bu

t

ju

g

a

pe

lu

ru

ha

n

radioaktif,

y

ai

tu

pe

ri

s

ti

w

a

t

er

u

r

ai

n

y

a

b

eb

e

r

ap

a

in

ti

a

t

om

t

er

t

en

tu

se

c

ar

a

sp

on

t

an

y

an

g

d

ii

k

u

ti

de

n

g

a

n

p

an

c

ar

an

par

tik

el

alf

a

(

inintiti heheliliumum

),

par

tik

el

be

ta

(

elektronelektron

), atau

radiasi

gamma

(gel

omba

ng

elek

trom

agne

tik

gel

omban

g

pend

ek).

•

Sin

ar-

sin

ar

ya

ng

dip

anc

ark

an

te

rs

ebu

t

dis

ebu

t

sinar

rad

ioak

tif

,

se

da

ng

k

an

z

at

y

an

g

me

ma

nc

ar

k

an

sin

ar

ra

dio

akt

if

d

is

eb

u

t

d

e

ng

an

za

(5)

*

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.

(6)

•

cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film

yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di

laboratoriumnya

•

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 kain

pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film

(7)

•

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

(8)

PELURUHAN RADIOKATIF

•

Tabel penuluran radioaktif dan perubahan inti

Jenis Radiasi Simbol No. Massa Muatan Perub No massa

Perub No. Atom

Alfa 4 2 Berkurang 4 Berkurang 2

Beta 0 1- Tetap Tambah 1

Gamma 0 0 Tetap Tetap

Contoh :

Plutonium meluruh dgn memancarkan partikel alfa. Unsur apakah yg tbtk?

Jawab :

Massa unsur baru = 239-4 = dan muatannya = 94-2 = 92 Muatan inti (nomor atom) 92 adalah uranium (U)

U He Pu 235 92 4 2 239 94  

(9)

Hukum peluruhan radioaktif, dengan N = N0 e -t

N0 = banyak inti radioaktif pada saat t=0,

N = banyak inti radioaktif setelah selang waktu t, e = bilangan natural = 2,718…,

 = tetapan peluruhan (satuan s-1 _).

PELURUHAN RADIOKATIF

Banyaknya inti induk dalam suatu contoh berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Persamaan diatas disebut Hukum peluruhan radioaktif. Kita secara nyata tidak dapat mengukur banyaknya inti radioaktif Neutron, tetapi kita dapat menyatakan dalam persamaan aktivitas,yaitu dengsn

mengalikan kedua ruasnya dengan sehingga memberikan:

 N =  N₀ e -t

(10)

PELURUHAN RADIOKATIF

Kotak timbal Radium Percobaan Ernest Rutherford

Dengan memperhatikan arah sinar yang dibelokkan, dia menyimpulkan bahwa

komponen sinar yang tidak dibelokkan adalah tidak bermuatan (sinar ), komponen sinar yang dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (sinar α), dan sinar yang dibelokkan kekiri adalah bermuatan negative (sinar β).

(11)

(12)

PELURUHAN RADIOKATIF

Aktivitas Radioaktif

Dengan, A0 = aktivitas awal pada t=0 (satuan Becquerel atau Bq) A = aktivitas setelah selang waktu t (dalam Bq)

• Dalam SI,satuan aktivitas radiasi dinyatakan dalam Becquerel

(disingkat Bq) sesuai dengan nama penemu radioaktivitas, dimana : 1 Bq = 1 peluruhan/sekon

• Satuan yang paling sering digunakan oleh alat pengukur aktivitas radiasi adalah curie (disingkat Ci). Satu Curie didefinisikan sebagai banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon. Ternyata diperoleh 3,7 x 1010 _{peluruhan dalam} waktu satu sekon, sehingga didapat hubungan:

(13)

•

Waktu Paro

dari suatu isotop radioaktif adalah selang waktu

yang dibutuhkan agar aktivitas radiasi berkurang setengah dari

aktivitas semula. Waktu paro juga dapat didefinisikan sebagai

selang waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif

yang ada meluruh. Ketika t = T

_1/2

maka A = A

₀

/2 sehingga kita

peroleh Waktu Paro T

_1/2

= ln 2/



•

Karena ln 2 = 0,693 maka,

T

_1/2

=

(14)

UMUR - PARO

2 / 1 9 5 B t = 8 x 10-19 detik 2 / 1 238 92 U t = lama sekali

Yaitu perioda waktu dimana 50% dari jml atom semula yang

ada tlh meluruh

Contoh :

1. Berapa fraksi atom radioaktif tersisa setelah 5 waktu paruh?

Jawab_:

Setelah 1 waktu paruh, tersisa 1/2 bagian

Setelah 2 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/2 = 1/4 bagian Setelah 3 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/4 = 1/8 bagian

Setelah 4 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2)3 _{= (1/2)}4 _{= 1/16 bagian}

(15)

2. Bila dimulai dgn 16 juta atom radioaktif, berapa yg tertinggal

setelah 4 waktu paruh?

Jawab

_:

Tersisa = (1/2)4 = 1/16 x 16 juta = 1 juta atom

Setelah n kali waktu paruh, tersisa 1/2n _bagian

(16)

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK

• Penanggalan radioaktif adalah teknik yang digunakan untuk penentuan

umur bahan material seperti batuan (fosil), pasir, dan lapisan sedimen, yang biasanya didasarkan pada perbandingan antara suatu isotop radioaktif alami yang diamati dengan produk-produk peluruhannya (decay), dengan

menggunakan tingkat peluruhan yang sudah dikenal.

Secara prinsipnya, peluruhan unsur radioaktif induk menjadi elemen turunan yang stabil.

• Contoh isotop-isotop radioaktif induk dan produk turunan stabil mereka:

Radioaktif induk Turunan stabil Potassium 40 Argon 40 Rubidium 87 Strontium 87 Thorium 232 Lead 208 Uranium 235 Lead 207 Uranium 238 Lead 206 Carbon 14 Nitrogen 14

Dalam daftar di atas, perhatikan bahwa nomor nomor massa (jumlah proton ditambah neutron) dapat bervariasi untuk sebuah elemen karena jumlah

neutron yang berbeda. Elemen dengan berbagai jumlah neutron disebut isotop unsur tersebut.

(17)

• Tiap-tiap isotop radioaktif mempunyai half-life yang unik. Half-life adalah waktu yang dibutuhkan untuk setengah dari induk unsur radioaktif meluruh untuk menjadi produk turunan. Seperti yang anda bisa lihat pada daftar di bawah ini:

Contoh Half Live untuk unsur-unsur radioaktif di atas: Radioaktif induk Turunan stabil Half life

Potassium 40 Argon 40 1.25 milyar tahun Rubidium 87 Strontium 87 48.8 milyar th. Thorium 232 Lead 208 14 milyar th. Uranium 235 Lead 207 704 juta th. Uranium 238 Lead 206 4.47 milyar th. Carbon 14 Nitrogen 14 5730 tahun

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK

Dua atau lebih metode penanggalan radiometrik dapat digunakan dalam satu material untuk mencapai hasil penentuan yang lebih tepat. Kebanyakan

radiometrik metode cocok untuk menentukan waktu geologi, tetapi beberapa seperti metode radiokarbon dan metode 40Ar/39Ar (Argondating) dapat

diperluas ke penentuan untuk waktu awal kehidupan manusia dan sejarah yang sudah tercatat.

(18)

Beberapa teknik-teknik radiometrik yang umum digunakan adalah:

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK

• Penanggalan radiokarbon (Carbon dating). Teknik ini mengukur peluruhan

karbon-14 dalam bahan organik dan dapat diterapkan terbaik untuk sampel yang lebih muda dari 60.000 tahun.

• Penanggalan uranium-lead (Uranium-lead dating). Teknik ini mengukur rasio dua

isotop lead (lead-206 dan lead-207) dengan jumlah uranium pada mineral atau batuan. Metode ini sering diterapkan untuk menemukan jejak mineral zircon pada batuan, adalah salah satu dari dua metode yang paling sering digunakan (bersama dengan penanggalan argon-argon/argon dating) untuk penanggalan geologi. Penanggalan uranium-lead (uranium-lead dating) diterapkan untuk sampel yang lebih tua dari 1 juta tahun.

(19)

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK

• Penanggalan uranium-torium (Uranium-thorium dating). Teknik ini digunakan

untuk penanggalan speleothems, karang, bahan yang menandung unsur

karbonat, dan fosil tulang. Jangkauannya adalah dari beberapa tahun sampai sekitar 700.000 tahun.

• Penanggalan potassium-argon (Potassium-argon dating) dan penanggalan

argon-argon (Argon-argon-argon dating). Teknik digunakan untuk penanggalan batuan

metamorpik (yang sudah melalui proses pemanasan), batuan beku, dan batuan hasil dari proses gunung berapi. Teknik ini juga digunakan dalam penanggalan lapisan abu vulkanik dalam atau di atas situs paleoanthropologic. Batas yang termuda untuk metode argon-argon adalah beberapa ribu tahun.

(20)

DERET RADIOAKTIF

•

Proses peluruhan radioaktif terus menerus dilakukan

sampai diperoleh isotop yang stabil. Proses peluruhan

berturut-turut seperti ini dikatakan sebagai peluruhan

radioaktif berantai, yang umumnya yang umumnya

mengikuti tahap-tahap tertentu yang mengikuti suatu

deret radioaktif .

•

Masing-masing deret radioaktif diberi nama sesuai

dengan inti induknya. Deret 4n + 2 diberi nama deret

uranium karena inti induknya adalah

, yang

(21)

DERET RADIOAKTIF

•

Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada

deret ini setiap anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan

nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan nuklida

stabil. Ada empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium,

neptunium, uranium, dan aktinium, yaitu sebagai berikut :

1. Deret Torium

Deret torium dimulai dari inti induk dan berakhir pada

inti Deret ini juga disebut dengan deret 4n, sebab nomor

massanya selalu kelipatan 4.

2. Deret Neptunium

Deret neptunium dimulai dari induk dan berakhir pada

inti Deret ini juga disebut deret (4n + 1), karena nomor

massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.

(22)

3. Deret Uranium

•

Deret uranium dimulai dari inti induk dan berakhir pada Deret

ini disebut juga deret (4n +2), karena nomor massanya selalu

dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2.

4. Deret Aktinium

•

Deret aktinium dimulai dari inti induk U dan berakhir pada Pb.

Deret ini juga disebut deret (4n +3), sebab nomor massanya

selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 3.

(23)

CONTOH SOAL :

Suatu unsur radioaktif meluruh dan tinggal 25% dari jumlah semula setelah 20 menit. Bila mula-mula massa unsur tersebut 120 gr, maka setelah setengah jam meluruh tentukan massa sisa unsur !

Penyelesaian m0 = 120 gram

t1 = 20 menit, m1 = 25% m0 = m t2 = 0,5 jam = 30 menit

Dari nilai m1 dan t1 dapat ditentukan waktu paro unsur tersebut. m1 = m0( )t1/T

¼ m0 = m0( ½)20/T berarti :

= 2 dan T = 10 menit

Dari nilai T dapat diperoleh massa sisa setelah t2 sebesar: m2 = m0( ½)30/10

= 120/8 . = 15 gr

(24)

PELURUHAN ALFA

Telah diketahui bahwa sinar tidak lain adalah inti atom ( ), yang

mengandung 4 nukleon, yaitu 2 proton dan dua neutron. Ketika sebuah inti memancarkan sinar α inti tersebut kehilangan empat nukleon, 2 diantaranya adalah proton. Sesuai denganhokum kekekalan nomor massa dan hukum kekekalan nomor atom, maka :

i. Nomor massa (A) berkurang 4 ,dan ii. Nomor atom (Z) berkurang 2.

Jadi, jika sebuah inti induk X berubah menjadi inti anak Yang sambil memancarkan sinar α, maka peluruhannya dapat ditulis sebagai ;

(25)

• Hukum kekekalan energi juga berlaku pada reaksi inti pemancaran

sinar α. Jika massa inti induk adalah massa_x , massa inti anak adalah m_y, dan massa sinar α adalah m_α, semuanya dinyatakan dalam u, maka kita dapat menyatakan energi disintegrasi, Q, (dalam satuan MeV) sebagai:

Q = (m_x – m_y – m_α) x 931 MeV/u

• Hampir semua energi kinetic dimiliki oleh sinar α seab massa

partikel α jauh lebih kecil dari massa inti anak,Rn-222.Karena

momentum juga harus kekal, maka sinar α akan memiliki kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada inti anak.Dapat ditunjukkan bahwa 98% dari energi disintegrasi Q dibawa sebagai energi kinetic sinar α. Sisanya 2% adalah energi kinetic inti anak.

(26)

TEORI PELURUHAN ALFA

• Peluruhan alfa merupakan salah satu peristiwa efek trobosan (tunneling effect), seperti dibahas dalam mekanika kuantum. • Diasumsikan dua netron dan dua proton yang berada dalam inti

membentuk partikel alfa. Dua proton dan dua netron ini bergerak terus di dalam inti, yang kadang-kadang bergabung dan terkadang berpisah. Di dalam inti partikel alfa terikat oleh gaya inti yang sangat kuat. Tetapi jika partikel alfa inti bergerak lebih jauh dari jari-jari inti ia akan segera

merasakan tolakan gaya Coulomb.

• Probabilitas persatuan waktuλ.bagi partikel alfa untuk muncul adalah probabilitas menerobos potensial halang dikalikan banyaknya partikel alfa menumbuk penghalang per detik dalam usahanya untuk keluar. Jika partkel alfa bergerak dengan lajuν di dalam sebuah inti berjari-jari R, maka selang waktu yang dibutuhkan untuk menumbuk penghalang bolak-balik dalam inti sebesar ν/2R. Inti berat nilai R sekitar 6 fm, maka partikel alfa menumbuk dinding inti berat sebesar 1022_{kali per detik.}

(27)

•

Taksiran kasar probabiltas peluruhan alfa, berdasarkan

mekanika kuantum adalah

Energi x

R Eα

Partikel

α

•

Berdasarkan data eksperimen, usia paro peluruhan alfa ada

ketergantungan dengan energi artikel alfa. Semakin besar

energi partikel alfa, waktu paro nya semakin cepat dan

sebaliknya.

(28)

•

Sebuah inti yang meluruh dengan memancarkan sinar beta

tidak akan berkurang nomor massanya tetapi nomor atomnya

akan bertambah satu. Jadi, jika sebuah inti induk X berubah

menjadi inti anak Y sambil memancarkan sinar beta reaksi

intinya diberikan oleh:



+

+ v

(29)

• Sinar gamma adalah foton-foton (kuanta atau paket energi) yang memiliki energi sangat tinggi. Seperti halnya sebuah atom, inti atom itu sendiri dapat berada dalam keadaan tereksitasi. Ketika inti ini

melompat ke keadaan yang lebih rendah atau keadaan dasarnya, Inti ini memancarkan sebuah foton.

• Karena sinar  tidak memiliki nomor massa dan nomor atom nol, maka pemancaran sinar  tidak menyebabkan perubahan nomor massa dan nomor atom pada inti induk. Dengan kata lain, inti anak sama dengan inti induk, atau tidak terjadi inti baru pada

pemancaran sinar . Dalam beberapa kasus, inti dapat tinggal dalam keadaan tereksitasi selama beberapa saat sebelum inti ini

memancarkan sinar . Inti ini disebut dalam keadaan metastabil,dan inti ini disebut suatu isomer.

(30)

BAHAYA RADIASI

Semua radiasi pengion merusak sel-sel hidup. Energi yang dibebaskan oleh radiasi dapat memutuskan zat kimia di dalam sel. Sel-sel selalu mati dan digantikan oleh sel-sel yang baru tepat pada waktunya. Akan tetapi,

terkadang gejala ini dapat lebih serius, seperti pada kasus-kasus berikut : 1. Jika seseorang terkena radiasi sangat kuat,maka kerusakan sel tidak

dapat diperbaiki tepat pada waktunya. Radiasi ini dapat menyebabkan kematian.

2. Kadang zat kimia DNA yang membawa kode perintah di dalam tiap sel dapat sedikit rusak karena radiasi pengion. Akibat kerusakan ini akan terjadi perubahan yang tidak wajar bagi perkembangan sel.

3. Jika sel-sel kelamin pria atau wanita sedikit rusak, maka dimungkinkan anak dari sel kelamin tersebut akan mengalami abnormal.

(31)