Kelompok 4

(1)

FISIKA INTI

“

P

e

l

u

r

u

h

a

n

B

e

t

a

”

Jurusan Fisika Jurusan Fisika

Program Studi Pendidikan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Padang

Ke

Kelolompmpokok 4 4 ::

1

1.. EEkkaa FFiittrrii 2

2.. FFiittrraahh AAyyuu 3

3.. SSaarraah h MMaarreetthhaa AAllaannii 4

4.. SSiillvviia a IIrraannii 5

5.. YYoossaa AAuullyyaa PPuuttrrii

Dos

(2)

A.PE

(3)

A.PE

(4)

 Pemancaran Pemancaran radiasi radiasi oleh oleh unsur unsur radioaktif radioaktif disebut disebut peluruhanpeluruhan ((disintegrasidisintegrasi ). ).

 Proses Proses peluruhan peluruhan dipaparkan dipaparkan dengan dengan suatu suatu persamaan persamaan yangyang disebut persamaan inti.

disebut persamaan inti.

 Peluruhan Peluruhan beta adalah pbeta adalah peluruhan radeluruhan radioaktif yanioaktif yang memg memancarkanancarkan partikel beta (elektron at

partikel beta (elektron atau positron).au positron).

 DalDalam am pelpeluruhuruhan an betbeta a , , sebsebuah uah protproton on berberubaubah h memenjanjadi di intintii atau sebaliknya.

atau sebaliknya.

 Pada pPada peluruhan eluruhan beta, beta, yang yang paling paling utama utama adalah adalah sebuah sebuah netronnetron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron.

meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron.  Sebuah proton Sebuah proton berubah menjadi berubah menjadi inti atinti atau sebaliknya.au sebaliknya.

 Jadi Jadi Z Z dan dan N N masing- masing- masing masing berubah berubah satu satu satuan, satuan, tetapi tetapi A A tidaktidak berubah.

(5)

Kertas

(6)

Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif yang identik dengan elektron dan memiliki muatan listrik negatif -e

( -1,6 x 10-19 _{C ). Bermuatan listrik negatif sehingga dalam medan listrik}

dibelokkan ke arah kutub positif.

Sinar beta bermassa sangat kecil, yaitu 5,5 x 104 _{satuan massa atom.}

Memiliki daya tembus yang jauh lebih besar dari pada sinar alfa, tetapi lebih kecil dari sinar gamma.

Dapat mengionisasi atom- atom yang dilewatinya tapi tidak sekuat daya ionisasi alfa.

(7)

B.ENERGETIKA

PELURUHAN

(8)

Energetika Peluruhan Beta

1. Inti meluruh dengan emisi elekton / emisi negatron

2. Inti meluruh dengan emisi positron

3. Penangkapan sebuah elektron yang terdapat pada lintasan terluar atom oleh inti atom

Terdapat 3 proses yang disebut sebagai peluruhan beta :

(9)

Emisi elektron adalah suatu peristiwa terlepasnya satu atau lebih elektron dari ikatanya dalam suatu atom atau molekul.

Energi minimal yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari orbitnya pada atom atau molekul tersebut didefenisikan sebagai energi ambang.

Hal ini disebabkan karena logam mempunyai banyak elektron bebas. Daya tarik inti atom terhadap electron terluar kurang kuat, sehingga elektron mudah terlepas jika diberi tenaga dari luar.

(10)

 Dalam realita yang ada proses emisi elektron cenderung terjadi pada logam dibandingkan pada bahan lainnya, hal ini disebabkan karena logam banyak

memiliki elektron bebas yang selalu bergerak setiap saat.

 Banyaknya elektron bebas pada logam disebabkan karena daya tarik inti atom logam terhadap elektron, terutama pada elektron yang terletak pada kulit terluar dari atom logam (elektron valensi) tidak terlalu kuat dibandingkan yang terjadi pada bahan lainnya.

 Akan tetapi walaupun daya tarik tersebut tidak terlalu kuat, masih cukup untuk

menahan elektron agar tidak sampai lepas dari atom logam.

(11)

Agar elektron pada logam bisa melompat keluar melalui permukaan logam, sehingga terjadi proses emisi elektron, maka diperlukan sejumlah energi untuk mengatasi daya tarik inti atom terhadap elektron.

Besarnya energi yang diperlukan oleh sebuah elektron untuk mengatasi daya tarik inti atom sehingga bisa melompat keluar dari permukaan logam, didefinisikan sebagai Fungsi Kerja (Work Function).

Fungsi kerja biasanya dinyatakan dalam satuan eV (electron volt), besarnya fungsi kerja

(12)

.

Dalam perubahan beta negatif berlaku hukum kekekalan energi

dimana

Peluruhan beta negatif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak

M(Z)=M_P+m_eZ

(13)

.

Emisi positron

Dalam perubahan beta positif berlaku hukum kekekalan energi

dimana

Peluruhan beta positif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak, ditambah dengan 2 kali massa diam elektron

M(Z)=M_P+m_eZ

(14)

Emisi capture

Pada proses elektron capture

dimana

Peluruhan tangkapan elektron akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak

(15)

C. PENGUKURAN

ENERGI

(16)

Pengukuran energi melibatkan dua jenis elektron

Pertama, elektron yang dipancarkan dari peluruhan beta selalu memiliki distribusi energi yang kontinyu yang memiliki energi maksimum.

Kedua, elektron konversi yang monoenergetik yang dipancarkan dari proses berikut :

pada proses peluruhan gamma, yang biasanya mengikuti peluruhan beta, inti yang berada dalam keadaan eksitasi memberikan energinya ke elektron orbital dari pada memancarkan sinar gamma. Elektron ini disebut elektron konversi. Pengukuran dari energi dan spektrum sinar beta menggunakan spektrometer magnetik

(17)

•

Analisis pertama terhadap spektrum sinar beta

dilakukan oleh L. Baeyer dan O. Hahn pada tahun

1910.

•

Elektron disimpangkan oleh suatu medan magnetik

dan direkam dengan metoda fotografik.

•

Sumber dari partikel beta ditempatkan pada sebuah

kawat yang panjangnya beberapa millimeter dan

diameternya kurang dari satu millimeter.

•

Seberkas sinar beta diseleksi dengan celah dan

masuk tegak lurus pada medan magnetik.

(18)

(19)

 Gerak partikel ini memenuhi persamaan

dimana m adalah massa relativistik

 Momentum relativistik p dapat dihitung

 Dengan mengetahui momentum maka energi kinetik dapat ditentukan

dimana

p = eB

Ke = mc2

(20)

Hasil yang diperoleh untuk elektron energi rendah cukup bagus, tetapi untuk energi yang lebih tinggi (>1,5 Mev)

menghasilkan pemusatan yang tidak bagus.

Karena itu penggunaan instrument ini bersifat terbatas dan tidak banyak perbaikan yang dilakukan untuk meningkatkan penggunaannya.

Spektrometer Elektrostatik

Spektrometer elektrostatik dibuat untuk elektron energi rendah

(21)

Metoda ini tidak dapat dibandingkan ketepatannya dengan spektrometer magnetik. tapi sedikit pengorbanan dalam akurasi pengukuran, pengukuran menjadi lebih sederhana.

Metode Lain

Metoda lain yang digunakan untuk mengukur energi sinar beta adalah pencacah sintilasi, detector zat padat, metoda

(22)

D. INTERAKSI ZARAH

BETA DENGAN MATERI

(23)

Proses dimana elektron kehilangan energinya dalam bahan lebih kompleks dibandingkan kehilangan energi partikel berat bermuatan. Hal ini disebabkan :

(1) Karena massa yang kecil dan kecepatan yang besar dari elektron menyebabkan timbulnya efek relativistik dari elektron.

(2) Berbeda dengan partikel berat bermuatan, elektron akan

kehilangan sebagian besar energinya pada suatu tumbukan tunggal. (3) Tumbukan antara elektron dan atom,dimana elektron

disimpangkan tanpa kehilangan energi (tumbukan elastik) sering terjadi.

(4) Pada kecepatan yang sangat tinggi kehilangan energi adalah radiasi.

(5) Elektron yang dipancarkan pada proses peluruhan beta tidak

memiliki suatu energi yang homogen, tetapi memiliki distribusi energi yang kontinyu antara nol dan suatu maksimum.

(24)

(25)

Spektrum energi zarah ß (elektron dan positron)

bersifat kontinu, seperti ditampilkan pada

gambar yang berarti bahwa besarnya energi

mempunyai rentang dari harga terkecil tertentu

sampai harga terbesar tertentu.

(26)

Hal ini pertama kali ditemukan oleh Chadwick pada tahun 1914.Pada tahun 1927, C.D. Ellis dan W.A. Wooster memasukkan RaE (Bi-210) ke

dalam pengukur panas, dan mengukur energi semua radiasi yang mengandung partikel ß yang dipancarkan.

Hasilnya menunjukkan bahwa besarnya energi 1 inti atom RaE yang dipancarkan rata-rata sebesar 350 ± 40 keV.

Besarnya energi ini lebih kecil dari nilai maksimum

spektrum energi partikel ß yang dipancarkan oleh RaE, yaitu sebesar 1050keV, tetapi hampir sama dengan nilai rata-rata spectrum yaitu 390 ± 40 keV.

Dengan kenyataan ini, dapat disimpulkan bahwa

partikel ß yang dipancarkan mempunyai spektrum

(27)

(28)

N E U T R I N O

Neutrino( yang dalam bahasa Italia berarti netral kecil) dan diberi lambang Neutrino ini memiliki massa diam nol. Neutrino ini juga memiliki arti partikel yang dinamakan antineutrino

Yang dipancarkan dalam peluruhan beta adalah antineutrino . Proses peluruhan beta secara lengkap :

(29)

(30)

Hipotesis Neutrino, dari eksperimen yang telah dilakukan berkaitan dengan peeluruhan beta ini, yaitu:

1. Spin instrinsik proton, netron dan elektron masing- masing bernilai ½. Jika terjadi peluruhaan netron( spin ½), gabungan spin proton dan elektron hasil peluruhan bisa sejajar ( spin total = 1 ) atau berlawanan ( spin total 0 ), dan tidak ada kemungkinan spin totalnya ½ . Oleh karena itu, proses peluruhan ini tampaknya melanggar hukum kekekalan momentum sudut.

2. Persoalan energi beta.

Dari pengukuran elektron yang dipancarkan didapatkan bahwa spektrum energinya kontinyu dari 0 hingga nilai maksimum . Menurut perhitungan dalam peluruhan netron, nilai

. Persoalan distribusi energi yang kontinyu ini ( karena adanya beberapa energi yang hilang), dicoba dipecahkan oleh para fisikawan eksperimen sebelum tahun 1930, tapi semuanya tidak berhasil.

(31)

(32)

Neutrino tercipta sebagai hasil dari beberapa jenis peluruhan radioakif tertentu karena reaksi nuklir atau ketika sinar kosmik membentur sekelompok atom.

Terdapat tiga jenis dari neutrino :

• Neutrino elektron • Neutrino Muon

• Neutrino Tauon( tau Neutrino)

Dan setiap jenisnnya memiliki antipartikel yang sesuai yang disebut antineutrino.

(33)

(34)

Hipotesis Neutrino Pauli, Transformasi dasar yang terjadi dalam peluruhan beta adalah :

(35)

Hipotes is peluruhan beta kemudian harus

meng ikuti teori Fermi tentang peluruhan beta :

1

• Karena elektron dan neutrino tidak

dapat berada dalam inti pada waktu yang sama, maka kedua dihasilkan pada waktu peluruhan

2

• Interaksinya sangat lemah dan memiliki

(36)

Pada tahun 1913, Fajans dan Soddy megemukakan :

a. Unsur yang memancarkan partikel alfa diperoleh

nuklida yang baru yang muatannya berkurang 2 dan massanya berkurang 4 sehingga terbentuk unsur baru yang terletak dua tempat sebelah kiri.

b. Unsur yang memancarkan partikel beta, akan diperoleh nuklida baru yang massanya tak berubah dan

(37)

Pemancaran pada Peluruhan Beta

A. Peluruhan Beta Minus/ Peluruhan Negatron (β-)

Merupakan perubahan neutron menjadi proton dengan pemancaran elektron negatif/negatron

(38)

B. Peluruhan Beta Plus/ Peluruhan Positron (β-)

Disebabkan karena inti terlalu banyak mengandung proton sehingga mencapai kestabilan proton di

transformasikan menjadi neutron disertai pemancaran beta positif

(39)

CONTOH SOAL

Berapa besar massa atom nuklida induk harus melebihi nuklida anak bila

a. elektron dipancarkan b. positron dipancarkan c. elektron ditangkap

(40)

JAWAB :

a. elektron dipancarkan

positron dipancarkan (emisi positron) Mp > Md

Mp – Md > 0

b. positron di pancarkan

positron di pancarkan (emisi positron) Mp > md +2me

Mp – (md+ 2me) > 0 c. Elektron yang ditangkap

Mp > md