FI-4004 Fisika Inti dan Partikel. Penjelasan Kuliah. Pendahuluan : OVERVIEW

(1)

Sidik Permana

Nuclear Physics and Biophysics Research Division Physics Department, Nuclear Science and Engineering Department, Faculty of Matematis and Natural Sciences, Institut Teknologi Bandung

Semester 1 TA 2021/2022 Program Studi Fisika FMIPA ITB

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel

Pendahuluan : OVERVIEW

Penjelasan Kuliah

2

SILABUS Kuliah

FI4004 Fisika Inti dan Partikel (3 SKS)

Kode Kuliah : FI4004

Nama Kuliah (IND) : Fisika Inti dan Partikel Nama Kuliah (ENG) : Nuclear and Particle Physics

SKS : 3

Silabus (IND) :

Konsep-konsep dasar fisika nuklir, konsep-konsep dasar fisika partikel;

fenomena nuklir, fenomena partikel; metode eksperimen; interaksi dalam model standar (kuat dan elektrolemah); model dan teori fisika nuklir; aplikasi fisika nuklir; prospek ke depan (fisika partikel dan fisika nuklir di masa depan).

Evaluasi

1. UTS dan UAS 2. RBL

3. Kuiz, PR, (dll)

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel Semester 1, TA 2021/2022, Program Studi Fisika, FMIPA ITB

1

2

(2)

2 Fisika : Skala Ukuran/Jarak dan Energi

3

Sumber : Colorado School of Mines

Fisika : Skala Ukuran/Jarak dan Energi

4

Spektrum Elektromagnetik

Radiasi elektromagnet tidak hanya berasal dari sinar X, namun juga bisa berasal dari telepon selular kita, atau microwave

3

4

(3)

5

Manfaat dan Resiko Pemanfaatan Teknologi

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

5

6

(4)

4 Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel Semester 1, TA 2021/2022, Program Studi Fisika, FMIPA ITB 7

Nuclear Energy Accelerator Driven Systems (ADS) for operating sub-critical reactors From nuclear power plants p p

1GeV accelerator development (~10 p (

¹⁵

n/s) )

ADS for nuclear waste management to nuclear pace makers p

Beam optics &

irradiation system development

Incineration strategies

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

7

8

(5)

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

Material Sciences

Ion implantation into silicon chips for generating

Radiation hardening for outer space Applications from electronics to sails

Ion implantation into silicon chips for generating micro electronics elements.

Atom : Bentuk dan Nucleus

10

Benjamin Franklin (Pada abad ke 18) telah berasumsi bahwa muatan listrik adalah merupakan tipe fluida continyu yang tidak bermasa.

Kajian terkait struktur atom dilakukan Ernest Rutherford (awal abad ke-20) menjelaskan bagaimana materi disusun dan

mengidentifikasi isi dan bagian muatan.

Atom-atom terdiri dari Elektron-elektron dan Inti Atom.

Atom mempunyai ukuran :  510

^-10

m Inti Atom berukuran :  510

^-15

m

Inti atom terdiri dari dua partikel : proton dan neutron. Elektron bermuatan negatif, Proton bermuatan positif dan neutron neutral/tidak bermuatan

Dengan demikian, muatan listrik merupakan sebuah sifat dasar dari partikel elementer seperti elektron, proton dan neutron dimana atom terbentuk dari semuanya itu.

9

10

(6)

6 Struktur Atom dan Inti Atom

11 11

• Atom terdiri dari inti atom yang dikelilingi oleh elektron.

• Ukuran atom kira-kira 10 ^-8 cm, dan ukuran inti atom kurang lebih 10 ^-12 cm

• Biasanya nomor atom Z (jumlah proton) dan nomor massa A (proton + neutron) dari suatu atom X dituliskan sebagai berikut:

• Inti atom biasa disebut sebagai nuklida (atau singkatnya disebut inti).

Struktur Atom dan Inti Atom

12 12

Sebagai contoh unsur yang paling dominan dalam kajian Fisika Inti adalah uranium, yang secara alamiah terdiri dari tiga (3) nomor massa, yaitu 234, 235, dan 238.

Tabel. Massa dan kelimpahan (abundance) dari Uranium alam Nuklida Nomor

Massa (A)

Nomor Atom

(Z)

Jumlah Neutron

(N)

Abundanc e (%)

Massa (u)

234 92 142 0.0055 234.0410

235 92 143 0.720 235.0439

238 92 146 99.274 238.0508

5

Chapter 1 Nuclear reactors and nuclear reactions

1.1. Principle of a nuclear reactor

In a nuclear reactor certain very heavy nuclei (e.g.²³⁵92U) can be split into two fragments by neutrons, whereby a relatively large amount of energy is released and, moreover, a few new neutrons, which in their turn can cause new fissions. If on average one of the neutrons released in a fission causes a new fission, a steady state chain reaction is initiated, whereby energy is continuously being released. A fission releases circa 200 MeV (1 eV = 1.6⋅10^-19 J). Compared with a chemical reaction, in which a few eV are released (for example, compare the combustion of 1 m³ of natural gas with an energy content of 30 MJ), this is an enormous amount of energy.

Although it is possible to sustain a chain reaction with a ball of ²³⁵₉₂U a little bit larger than a tennis-ball, such a structure is unsuitable for generating a large amount of energy. To that end, one applies a coolant that can effectively remove the heat and a much larger amount of uranium is placed in the reactor core. Moreover, pure ²³⁵92U does not occur in nature. The composition of natural uranium, which is found in various ore layers in the earth’s crust, consists of the isotopes

234U, ²³⁵U and ²³⁸U with weight percentages as stated in Table 1.1.

Table 1.1. Composition of natural uranium

Isotope weight percentage mass number radioactive half-life 234

92U

235 92U

238 92U

0.006 0.712 99.282

234.0409 235.0439 238.0508

2.4 10⁵ a 7.0 10⁸ a 4.5 10⁹ a

Hereafter, it will become evident why e.g. ²³⁸U is much less suited for fission by neutrons, because of which the percentage ²³⁵U, the degree of enrichment, is very important. For economic reasons, one chooses a degree of enrichment for the nuclear fuel in a reactor of about 3 %. A reactor core is formed by placing together a large number of fuel elements in a large reactor vessel. A fuel element consists of a number of slender, long rods with uranium (usually in the form of UO2) in a rectangular fuel lattice, between which the coolant (mostly water)

Nuclear Reactor Physics, lecture notes AP3341, Delft University of Technology

11

12

(7)

Notasi Atom dan Penyusunnya

13 13

Masa dan muatan pada penyusun atom

Neutron (n) : Masa m = 1.67510

^-27

kg ; Muatan q = 0

Proton (p) : Masa m = 1.67310

^-27

kg ; Muatan q = +1.60210

^-19

C Electron (e) : Masa m = 9.1110

^-31

kg ; Muatan q = -1.60210

^-19

C

Kita menggunakan simbol “-e” and “+e” untuk muatan elektron dan proton berurutan. Yang kita kenal sebagai muatan dasar atau elementer.

Atom-atom merupakan partikel neutral secara muatan listrik. Jumlah dari elektron sebanding dengan jumlah proton. Angka ini dikenal sebagai nomor atom (symbol: Z) Sifat-sifat kimia atom ditentukan secara khusus oleh nilai Z ini

Jumlah nomor proton dan neutron dikenal sebagai nomor masa (symbol: A) Notasi: Z = 92 = Nomor proton/elektron

A = 235 = Nomor proton + neutron

Nomor atom Z = 92 diketahui sebagai inti atom dari

sebuah atom Uranium

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel Semester 1, TA 2021/2022, Program Studi Fisika, FMIPA ITB Particle Symbol Mass (kg) Energy (MeV) Charge

Proton p 1.672E-27 938.2 +1

Neutron n 1.675E-27 939.2 0

Electron e 0.911E-30 0.511 -1

Ukuran Atom (Inti Atom)

14 14

Radius Atom : 1-10 x 10 ^-8 cm Radius Inti Atom : 1-10 x 10 ^-13 cm

Aturan radius untuk inti atom : R=1.2A ^1/3 x 10 ^-13 cm

Persamaan umum radius untuk inti atom : R=R ₀ A ^1/3 x 10 ^-13 cm atau R=R ₀ A ^1/3 F

Dimana 1 F = 10 ^-13 cm , R ₀ adalah radius konstan, A : Nomor massa

13

14

(8)

8 Rapat Massa Inti Atom

15 15

Rapat Massa : Massa/Volume Rapat massa (nucleus) =

Massa(nucleus)/Volume(nucleus)

Massa = A amu = A x 1.66 x 10 ^-24 gram Volume

Rapat massa ~ 200.000 ton/mm ³ Kita bisa lihat bagaimana

senjata nuklir dan kekuatan dari energi nuklir

Nuclear Physics ≠ Nuclear Bomb !!

16

Sejarah IPTEK Nuklir Dunia

15

16

(9)

17

Sejarah IPTEK Nuklir Dunia

Cabang ilmu fisika diantaranya fisika Inti/nuklir terkait dengan keilmuan fisika modern diantaranya fisika atom, teori relativitas, dan teori kuantum. Dari keilmuan tersebut diproduksilah beberapa penemuan:

- Penemuan radioaktivitas (1898),

- Inti atom dengan hamburan partikel alfa (1911), - identifikasi isotop dan isobar (1911),

- pemantapan hukum-hukum pergeseran yang mengendalikan perubahan- perubahan dalam nomor atom yang menyertai peluruhan radioaktivitas (1913),

- produksi transmutasi nuklir karena penembakan dengan partikel alfa (1919) dan oleh partikel-partikel yang dipercepat secara artifisial (1932), formulasi teori peluruhan beta (1933), produksi inti-inti radioaktif oleh partikel- partikel yang dipercepat (1934), dan penemuan fissi nuklir (1938).

- Fisika nuklir ialah unik pada tingkat dimana ia menghadirkan banyak topik terapan dan paling fundamental

18

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

• Penemuan radioaktivitas oleh Becquerel(1896)

• Penemuan elektron oleh JJ Thomson(1897) ➔ Model atom Thomson atom terdiri atas muatan positif dan negatif

• Karena massa elektron sangat kecil maka

diasumsikan dalam inti ada proton dan elektron yang membentuk pasangan yang netral.

• Percobaan H. Geiger dan E. Marsden : Partikel alfa ditembakkan ke foil tipis inti target.

Ternyata sebagian besar alfa praktis tak terdefleksi tetapi ada 1/10000 bagian yang terdefleksi hampir 180 ^o

17

18

(10)

10

19

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

• Ini tak dapat dijelaskan dengan model atom Thomson karena seharusnya ada defleksi walaupun kecil, dan tak mungkin ada yang dipantulkan balik mendekati 180 derajat

• Rutherford mengemukakan teorinya tahun 1911 bahwa atom terdiri dari inti yang bermuatan + dan elektron yang bermuatan negatif yang mengitari inti. Inti dianggap terdiri atas A buah proton dan A- Z buah elektron.==> Model inti proton elektron

• Model inti proton-elektron dapat menjelaskan banyak hal termasuk massa inti, pemancaran radiasi alfa dan beta, dsb.(secara garis besar)

• Namun ada beberapa eksperimen lain yang menunjukkan kelemahan model inti proton elektron:

20

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan Inti Nuklir (Nucleus)

The structure of the atom was first probed by the Rutherford experiment in 1909.

A beam of  particles generated by the radioactive decay of radium was directed onto a sheet of a very thin gold foil.

 particles Target source Au

screen

The unexpected results demonstrated the existence of the atomic nuclei.

S.PÉRU, Introduction to Nuclear Physics, CERN Summer Student Program, 211, CEA

Before this exp. people thought that  particles should all be deflected by at most a few degrees.

But some  ‘s were deflected through angles much larger than 90 degrees !!

→The results suggest that the greater part of the mass of the atom was concentrated into a very small region.

19

20

(11)

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Some tracks about the Rutherford experiment

• Why a thin target ?

To be sure that the projectile do interact with only one nucleus

• What about electrons ?

Electrons do not affect the trajectory of the projectile which is much heavier

• Why in the vacuum ?

In the air, the slowing down of the beam and of the scattered  make the analysis more complicated and can even stop the particles before detection.

• How can we determine the size of the atomic nucleus from this experiment ?

At the distance « a

₀

» from the center of the nucleus, when the  particle go back : Coulomb repulsion = kinetic energy of the  particle

The size of the gold nucleus is 2.8 10

^-14

m

22

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

The nucleus contains A nucleons : A = Z protons + N neutrons

Nucleons are hadron particles (particles governed by the strong interaction) Nucleons are baryons (made of 3 quarks)

protons (uud) are positive charged particles 2000 times heavier than electrons. M

p

c

²

= 938.272 MeV M

e

c

²

= 0.511 MeV

neutrons (udd) are electric neutral particles with mass comparable to the proton one. M

n

c

²

= 939.565 MeV

neutron proton

neutron

Nucleons are fermions, as well as electrons.

proton

A nucleus is characterized by its mass number A and its atomic number Z.

It is written

^A_Z

X.

21

22

(12)

12 Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

The nucleus is a bound system : its mass is lower than the mass of its components.

There is a « missing mass » connected to the binding energy by the famous Einstein formula :

Nuclear interaction

?

? Nuclear interaction

What is the nucleus of the atom ?

The nucleus contains A nucleons : A = Z protons + N neutrons

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

ATOM NUCLEUS NUCLEON

(10

^-9

m) (10

^-14

m) (10

^-15

m)

A nucleus is almost 100000 times smaller than an atom

Do all the nuclei have the same radius ?

features of the nucleus : the scale of a nucleus

23

24

(13)

Atom : Bentuk dan Nucleus

25

P H G N4 2 2 :N U C L E A R P H Y S I C S

The Atomic Nucleus

+ +

+ Proton (⇡ )+

Neutron (⌫)

⇠ 10^{− 15}m = fm

Nuclear excitations:

⇠ 10⁵-10⁸eV Caused by transitions between nuclear states

Interactions can be thought of as either microscopic or collective

Slide 11— Prof. Kyle Leach — PHGN 422: Nuclear Physics

The Atomic Nucleus

+ +

+ Proton (⇡ )+

Neutron (⌫)

⇠ 10^{− 15}m = fm

Nuclear excitations:

⇠ 10⁵-10⁸eV Caused by transitions between nuclear states

Atom is a neutral system

Electrons

Atomic excitations: ∼ 1-105 eV Caused by transitions between electronic states

Nuclear excitations: ∼ 105-108 eV Caused by transitions between nuclear states

Inside the Atomic Nucleus

Proton Mass= 938.27 MeV/c

²

Neutron

Mass= 939.56 MeV/c

²

Protons and Neutrons

In fact, protons and neutrons are so similar, they can be classified as the same object; The Nucleon

Nucleons are (of course) quantum mechanical objects:

• They are spin 1/2 Fermions

• Radius:r∼1×10−15 m,or1fm(fermi)

• Charge: • p → +e

• n→0

• Mass: • p → 938.27 MeV/c2

• n → 939.56 MeV/c2

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

R = 1.25 x A

^1/3

(fm)

The radius increases with A

^1/3

→

The volume increases with the number of particles

Radii are extracted from elastic scattering of  particles on different targets.

R(fm )

1fm = 10

^-15

m

features of the nucleus : radius

Rapat Massa : Massa/Volume Rapat massa (nucleus) = Massa(nucleus)/Volume(nucleus) Massa = A amu = A x 1.66 x 10

^-24

gram Volume

Rapat massa ~> 200.000 ton/mm

³

25

26

(14)

14 Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

features of the nucleus : shape, density

208 Pb

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Kelemahan model inti proton-elektron

• Ketakkonsistenan momentum angular inti

Momentum angular ₇ N ¹⁴ berdasarkan model proton elektron maka diaggap memiliki 14 proton dan 7 elektron dalam inti.

Karena spin elektron dan proton ½, maka inti N-14 ini memiliki 21 partikel dengan spin ½ dalam inti. Artinya seharusnya N-14 ini memiliki spin setengah bulat, namun kenyataannya spinya adalah bulat.

• Ketakkonsistenan Momen magnetik inti

Bila ada elektron dalam inti maka seharusnya orde medan magnetnya adalah sebesar Bohr magneton, tetapi

kenyataannya yang teramati momen magnet inti ini dalam orde nuclear magneton

• Dari tinjauan mekanika gelombang maka bila ada elektron di dalam inti maka ketidakpastiannya

27

28

(15)

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Jumlah proton dan netron berbagai isotop

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan Netron

• Tahun 1920 : Indikasi pertama tentang adanya netron oleh Rutherford. Menurut Rutherford netron terdiri atas proton dan elektron yang menyatu.

• Tahun 1930 : W. Bothee & H. Becker menunjukkan adanya radiasi dengan daya penetrasi tinggi ketika Boron dan Berelium dimombardir dengan partikel alfa dari sumber radioaktif seperti polonium.

• Dapat menembus lempengan tebal bahan

• Tak menimbulkan banyak ionisasi

• Tak dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnet

29

30

(16)

16 Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

J.J. Thompson (1856 - 1940 M)

Mengemukakan keberadaan elektron di dalam atom (1897)

Ernest Rutherford (1871 – 1937 M) Menjelaskan inti atom mengandung proton (1909)

E. Rutherford, Radio-Activity, 1904

Ada partikel lain dalam inti?

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

• Semula diduga radiasi ini adalah gelombang

elektromagnetik (EM) berenergi tinggi dan reaksi yang terjadi adalah:

• 4Be9 +( 2He4 + Kα ) ➔ ( 6 C13 )* ➔ 6 C13 + hν

• Δ M = M ( 4Be9 )+ M( 2He4 ) - M( 6 C13 )

= ( 9.01505 +4.00387 – 13.00748) amu

=0.01144 amu = 0.01144 x 941.4 Mev = 10.7 Mev

• Total energi kinetik : 10.7 Mev + 5.3 Mev (dari Kα ) = 16 Mev

• Maka recoil energi C13 : 2 Mev

Foton : 14 Mev ➔ ini tak diamati dalam eksperimen

31

32

(17)

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

• Tahun 1930-1933 : banyak dilakukan pengukuran koefisien absorbsi dari berbagai bahan terhadap radiasi ini

• I. Curie & F. Juliot melakukan percobaan berikut dan mendapatkan adanya proton yang terlepas dan menimbulkan ionisasi tinggi dalam ionization chamber.

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

1930, W. Bothe and H. Becker => ? = gamma

1932, Irène and Frédéric Joliot-Curie => ? = bukan gamma 1932, James Chadwick => ? = neutron & mengukur massa

J. Chadwick, Proc. R. Soc. London A 136, 692 (1932)

James Chadwick (1891 -1974) 33

34

(18)

18 Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

Sumber α (polonium)

Be

Parafin

Ionization Chamber

• Dari hasil pengukuran didapat :

• recoil energi dari proton : 5.7 Mev

• Recoil energi dari nitrogen (ketika target diganti bahan bernitrogen) : 1.4 Mev.

• Bila radiasi ini berupa foton maka interaksi efek Compton-lah yang terjadi sehingga recoil energinya:

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Penemuan netron (lanjutan)

Nilai maksimum terjadi untuk sudut 180 ^o

sehingga

 





 





− +

−

=

−

) cos 1 ( 1 1 1 '

2



 



mc h h

h h



 h

h h mc

h h

 





 



 +

=

− 2

2 ' 2

- Untuk menghasilkan Eproton = 5.7 Mev ➔ E foton datang > 55 Mev

• - Untuk menghasilkan Enitrogen = 1.4 Mev ➔ E foton datang > 90 Mev

• - Untuk bahan lebih berat, E foton datang harus lebih tinggi lagi

35

36

(19)

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Karakteristik penyusun Inti Atom

Sumber : http://pdg.lbl.gov

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

Hipotesa netron oleh Chadwick

* Dari percobaan di atas bila radiasi tetap foton maka konsekuensinya konservasi energi dan momentum terlanggar.

* Alternatif asumsi : radiasi bukan foton

* Menggunakan dugaan Rutherford bahwa radiasi berupa partikel netral dengan massa mendekati massa proton ternyata kesulitan diatas dapat teratasi

37

38

(20)

20

39

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

https://conceptdraw.com/a1503c3/p1/preview/640/pict--elementary-particles-design-elements-nuclear-physics

"Nuclear physics" contains 39 symbol icons of elementary particles for drawing diagrams of nuclear reactions and experiments in nuclear physics

40

Partikel Elementer : Standard Model

P H G N

4 2 2 :

N U C L E A R P H Y S I C S

Elementary Particles of the Standard Model

P H G N

4 2 2 :

Elementary Particles of the Standard Model

Slide 16— Prof. Kyle Leach — PHGN 422: Nuclear Physics P H G N

4 2 2 :

Elementary Particles of the Standard Model

39

40

(21)

41

Sejarah IPTEK Nuklir Dan Partikel

History on Research and Development on Nuclear Science and Technology in Indonesia

4242 4242 1948 : 1^stDepartment of Physics in Indonesia at Bandung Institute of Technology (ITB) . Two research groups in Bachelor program (Theoretical High Energy Physics and Experimental Physics) 1970s : Opening of Nuclear Physics, Earth Physics, and Electronics and Instrumentation research groups

1976 : Formal establishment of Master Degree and Doctor Degree Program in ITB 1981/82 : Establishment of Department of Nuclear Engineering (Bachelor Program) at Gadjah Mada University (UGM)

1989 (1990?) : Establishment of Master Program Project of Nuclear Science and Technology at ITB for continuing education of HR of BATAN

2005 : Master Program Project of Nuclear Science and Technology at ITB for continuing education of HR of BAPETEN 2001 : Establishment of Nuclear Engineering Polytechnics STTN BATAN in Yogyakarta FI-4004 Fisika Inti dan Partikel Semester 1, TA 2021/2022, Program Studi Fisika, FMIPA ITB

41

42

(22)

22 232 Thank YoU ²³⁸ TeriMA Kasih Merci

Sidik Permana

Nuclear Physics and Biophysics Research Division Physics Department, Nuclear Science and Engineering Department, Faculty of Matematis and Natural Sciences, Institut Teknologi Bandung

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel. Penjelasan Kuliah. Pendahuluan : OVERVIEW

Sidik Permana

Nuclear Physics and Biophysics Research Division Physics Department, Nuclear Science and Engineering Department, Faculty of Matematis and Natural Sciences, Institut Teknologi Bandung

Semester 1 TA 2021/2022 Program Studi Fisika FMIPA ITB

FI-4004 Fisika Inti dan Partikel

Pendahuluan : OVERVIEW

Penjelasan Kuliah

SILABUS Kuliah

FI4004 Fisika Inti dan Partikel (3 SKS)

Kode Kuliah : FI4004

Nama Kuliah (IND) : Fisika Inti dan Partikel Nama Kuliah (ENG) : Nuclear and Particle Physics

SKS : 3

Silabus (IND) :

Konsep-konsep dasar fisika nuklir, konsep-konsep dasar fisika partikel;

fenomena nuklir, fenomena partikel; metode eksperimen; interaksi dalam model standar (kuat dan elektrolemah); model dan teori fisika nuklir; aplikasi fisika nuklir; prospek ke depan (fisika partikel dan fisika nuklir di masa depan).

Evaluasi

1. UTS dan UAS 2. RBL

3. Kuiz, PR, (dll)

1

2

2

Fisika : Skala Ukuran/Jarak dan Energi

Fisika : Skala Ukuran/Jarak dan Energi

Spektrum Elektromagnetik

Radiasi elektromagnet tidak hanya berasal dari sinar X, namun juga bisa berasal dari telepon selular kita, atau microwave

3

4

Manfaat dan Resiko Pemanfaatan Teknologi

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

5

6

4 Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

Nuclear Energy Accelerator Driven Systems (ADS) for operating sub-critical reactors From nuclear power plants p p

1GeV accelerator development (~10 p (

n/s) )

ADS for nuclear waste management to nuclear pace makers p

Beam optics &

irradiation system development

Incineration strategies

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

7

8

Aplikasi Fisika (Fisika Inti/Nuklir) di Industri

Material Sciences

Ion implantation into silicon chips for generating

Radiation hardening for outer space Applications from electronics to sails

Ion implantation into silicon chips for generating micro electronics elements.

Atom : Bentuk dan Nucleus

Benjamin Franklin (Pada abad ke 18) telah berasumsi bahwa muatan listrik adalah merupakan tipe fluida continyu yang tidak bermasa.

Kajian terkait struktur atom dilakukan Ernest Rutherford (awal abad ke-20) menjelaskan bagaimana materi disusun dan

mengidentifikasi isi dan bagian muatan.

Atom-atom terdiri dari Elektron-elektron dan Inti Atom.

Atom mempunyai ukuran :  510

m Inti Atom berukuran :  510

m

Inti atom terdiri dari dua partikel : proton dan neutron. Elektron bermuatan negatif, Proton bermuatan positif dan neutron neutral/tidak bermuatan

Dengan demikian, muatan listrik merupakan sebuah sifat dasar dari partikel elementer seperti elektron, proton dan neutron dimana atom terbentuk dari semuanya itu.

9

10

6

Struktur Atom dan Inti Atom

• Atom terdiri dari inti atom yang dikelilingi oleh elektron.

• Ukuran atom kira-kira 10 -8 cm, dan ukuran inti atom kurang lebih 10 -12 cm

• Biasanya nomor atom Z (jumlah proton) dan nomor massa A (proton + neutron) dari suatu atom X dituliskan sebagai berikut:

• Inti atom biasa disebut sebagai nuklida (atau singkatnya disebut inti).

Struktur Atom dan Inti Atom

Sebagai contoh unsur yang paling dominan dalam kajian Fisika Inti adalah uranium, yang secara alamiah terdiri dari tiga (3) nomor massa, yaitu 234, 235, dan 238.

Tabel. Massa dan kelimpahan (abundance) dari Uranium alam Nuklida Nomor

Massa (A)

Nomor Atom

(Z)

Jumlah Neutron

(N)

Abundanc e (%)

Massa (u)

234 92 142 0.0055 234.0410

235 92 143 0.720 235.0439

238 92 146 99.274 238.0508

Chapter 1

Nuclear reactors and nuclear reactions

• Ukuran atom kira-kira 10 ^-8 cm, dan ukuran inti atom kurang lebih 10 ^-12 cm

Radius Atom : 1-10 x 10 ^-8 cm Radius Inti Atom : 1-10 x 10 ^-13 cm

Aturan radius untuk inti atom : R=1.2A ^1/3 x 10 ^-13 cm

Persamaan umum radius untuk inti atom : R=R ₀ A ^1/3 x 10 ^-13 cm atau R=R ₀ A ^1/3 F

Dimana 1 F = 10 ^-13 cm , R ₀ adalah radius konstan, A : Nomor massa

Massa = A amu = A x 1.66 x 10 ^-24 gram Volume

Rapat massa ~ 200.000 ton/mm ³ Kita bisa lihat bagaimana

Ternyata sebagian besar alfa praktis tak terdefleksi tetapi ada 1/10000 bagian yang terdefleksi hampir 180 ^o