Reaksi Inti

REAKSI INTI

REAKSI INTI

Pendahuluan Pendahuluan

Reaksi inti adalah transformasi inti, sebagai akibat ditembaki oleh suatu projektil, Reaksi inti adalah transformasi inti, sebagai akibat ditembaki oleh suatu projektil, yang dapat berupa inti-inti ringan, nukleon bebas, atau foton dengan energi yang yang dapat berupa inti-inti ringan, nukleon bebas, atau foton dengan energi yang sesuai. Reaksi inti berlangsung sangat cepat, dalam waktu 10

sesuai. Reaksi inti berlangsung sangat cepat, dalam waktu 10-12-12 _{detik atau kurang, detik atau kurang,} menghasilkan satu atau lebih inti baru dan mungkin juga partikel lain.

menghasilkan satu atau lebih inti baru dan mungkin juga partikel lain.

Reaksi inti dinyatakan dengan suatu persamaan, yang menyeimbangkan antara Reaksi inti dinyatakan dengan suatu persamaan, yang menyeimbangkan antara  pereaksi

 pereaksi dengan dengan hasil hasil reaksi. reaksi. Bertindak Bertindak sebagai sebagai pereaksi pereaksi adalah adalah inti inti sasaransasaran targe

target! t! dan projektildan projektil, , sedangsedangkan hasil kan hasil reaksi adalah inti reaksi adalah inti baru yang terbentuk danbaru yang terbentuk dan  partikel

 partikel yang yang dibebaskan. dibebaskan. "ntuk "ntuk menyederhanakan menyederhanakan persamaan, persamaan, nomor nomor atomatom ZZ dapat tidak dituliskan

dapat tidak dituliskan, , karenakarena ZZ bersifat khas bagi masing-masing unsur maupun bersifat khas bagi masing-masing unsur maupun  partikel. #engan demikian secara umum bentuk persamaan reaksi inti adalah $  partikel. #engan demikian secara umum bentuk persamaan reaksi inti adalah $

%1

%1_{& & ''} %2%2_aa %(%( _{b  b ''} %)%)_** +arget

+arget projektil projektil partikel partikel hasil hasil inti inti baru baru hasil!hasil!

enur

enurut ut Bethe, suatu persamaan reaksi Bethe, suatu persamaan reaksi inti secara inti secara sederhsederhana dinyatakaana dinyatakan n dengadengann notasi $

notasi $

A1

A1_{X (a,b)X (a,b)}A4A4_YY #i

#imamanana XX menymenyatakan inti sasaraatakan inti sasaran,n, a adalah partikel penembak projektil ataua adalah partikel penembak projektil atau misil!,

misil!, bb adalah partikel yang dibebaskan dalam reaksi dan adalah partikel yang dibebaskan dalam reaksi dan YY adalah inti hasil atau adalah inti hasil atau recoil. #isini, inti sasaran dituliskan pertama dan inti hasil terakhir, sedangkan recoil. #isini, inti sasaran dituliskan pertama dan inti hasil terakhir, sedangkan  projektil

 projektil dan dan partikel partikel yang yang dibebaskan dibebaskan diletakkan diletakkan di di dalam dalam tanda tanda kurung kurung dandan dipisahkan dengan koma.

dipisahkan dengan koma. ontoh $

ontoh $ ((_{l n,p!l n,p!} ((_// 2(

2( _{a n, ! a n, !} 2)2) _a a 2)

2)_{g d,g d,αα!!} 22 22 _a a (

(_{u p,p(nu p,p(nαα!!} 2)2) _a. a. /eb

/ebagaagai i concontohtoh, , reakreaksi si intinti i yanyang g perpertamtama a kalkali i diadiamatmati i ololeh eh RutRutherherford ford padpadaa tahun11! adalah tahun11! adalah 3 3 4 4 4e 4e     151566 1 1 1 1 ) ) 2 2 1) 1) 5 5

+

+

→

→

+

+

   atauatau    1) 1) 5 5 αα,p!,p! 33 15 15 6 6

10.1 Jenis-jenis Reaksi Inti 10.1 Jenis-jenis Reaksi Inti /ua

/uatu tu cara cara untuntuk uk menmenyeryerdahdahanaanakan kan penpenamaamaan an reakreaksi si intinti i hanhanyalyalah ah dendengangan men

menyebyebutkutkan an a,a,b! b! padpada a intinti i sasasasaranran. . 7ad7adi, i, ununtuk reaksituk reaksi ((_{l nl n,p,p!!} ((_{/, disebut/, disebut} reaksi n,p! pada

reaksi n,p! pada ((_l.l.

Berdasarkan sifat-sifat dari a dan b maka reaksi-reaksi inti dibedakan ke dalam Berdasarkan sifat-sifat dari a dan b maka reaksi-reaksi inti dibedakan ke dalam  beberapa jenis seperti diuraikan berikut ini.

10.1.1 Hamburan Elastis

 pada penembakan inti, dimana hasilnya a 8 b dan & 8 *, disebut peristiwa hamburan elasti. 9artikel penembak menumbuk inti sasaran, ia kehilangan sebagian energi kinetiknya, yang dialihkan paad inti sasaran. +idak terjadi  perubahan energi potensial total, dan energi kinetiknya kekal.

7umlah energi yang ditransfer ke inti sasaran dapat dihitung dengan rumus $

:m

,!

m

2

sin

,

m

)

:

₂ 2 , + = θ 

dimana E adalah energi kinetik awal dari partikel penembak dengan massa ,

dan E! adalah energi kinetik yang diterima oleh inti sasaran dengan massa !.

+eta 

setelah menumbuk inti sasaran.

4amburan elastik digunakan dalam perlambatan neutron cepat oleh moderator di dalam reaktor nuklir.

10.1.2 Hamburan Inelastik 

/uatu proses penghamburan dianggap inelastik jika sebagian energi kinetik  partikel misil digunakan untuk menaikkan energi potensial inti asasaran,antara lain berupa eksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi. #alam kasus ini energi kinetik sistem tidak kekal.

ontoh $

105_{%g n,n!}105m_{%g     →} ;+ 105_%g

)),( detik 

10.1.3 Reaksi Photonuklir 

Reaksi-reaksi inti yang diinduksi oleh sinar-& atau photon γ  berenergi tinggi <1 e=! dipandang sebagai reaksi-reaksi photonuklir. #alam reaksi ini a 8 γ  dan b lebih sering adalah n atau p dan bila menggunakan photon dengan energi sangat tinggi maka b kemungkinan besar adalah d, t atau α  atau bahkan campuran  partikel-partikel.

10.1.4 Tangkapan Radiaktif 

Bila partikel misil diserap oleh inti sasaran, inti sasaran tereksitasi yang kemudian memancarkan radiasi satu atau lebih photon gamma γ !. Reaksi yang paling umum adalah n, γ !, dimana hasilnya adalah isotop dari inti sasaran yang massanya satu satuan massa lebih besar.

ontoh $ 2( _{a n, γ !}2) _a, (1_{9 n, γ !}(2_9,15_{%u n, γ !}160_%u

/elain reaksi n,γ ! ada pula reaksi p,γ !, tetapi disini inti hasilnya bukan isotop dari inti sasaran.

ontoh $ 1_{> p, γ !}20 _e,25_{%l p,γ !} 26_/i

Reaksi inti jenis lain meliputi reaksi n,p!, p,n!, n, α!, α,n!, d,p!, d,n!, α,t!.

10.1. Reaksi inti spesial 

#alam reaksi-reaksi yang telah disebutkan terdahulu, perbedaan massa inti sasaran dengan inti hasil hanya satu atau beberapa unit massa. %da sejumlah

reaksi inti yang mengakibatkan inti sasaran tersobek-sobek atau terpecah menjadi dua bagian yang massanya lebih kurang sama. asuk dalam kelompok reaksi demikian adalah $

a. Pen"ua#an e?aporation!, yaitu bila berbagai nukleon dan atau gabungan

nukleon seperti partikel alpha meninggalkan inti sasaran. ontoh 25_%l

d,pα!2) _a.

 b. $#alasi, yaitu reaksi yang sedikit lebih hebat dari e?aporasi. /ejumlah

 besar nukleon dilemparkan keluar dan hasilnya jauh lebih ringan dari inti sasaran. ontoh(_{u p,p(nα!}2) _a.

c. %isi, yaitu suatu proses dimana inti yang tereksitasi oleh neutron atau cara lain, membelah menjadi dua bagian yang massanya seimbang. ontoh $

2(_{" ' n} 2(_"@ 1(5_{+e '} 5_{Ar ' 2n}

9robabilitas reaksi reaksi dapat pula dinyatakan sebagai probabilitas untuk menemukan partikel b pada partikel datang a atau

o ; ; . 9ersamaan rumusnya adalah %   B o ; ;

=

dimanaσ 8 luas efektif dan  8 jumlah inti atom.

10.& Inti 'abun"

 eutron tidak bermuatan dan memiliki momen magnetik yang sangat kecil, sehingga dalam perjalanannya neutron tidak berinteraksi dengan elektron atomik, tetapi hanya berinteraksi dengan intinya. eutron dapat berinteraksi dengan inti secara elastis energi kinetiknya kekal! atau secara tak elastis. 7ika tumbukannya tak elastis, inti ditinggalkan dalam keadaan tereksitasi, kemudian energi eksitasinya dikeluarkan dalam peluruhan gamma.

+idak setiap gabungan neutron dan proton menjadi sebuah inti mantap. 9ada umumnya, inti ringan %C20! mengandung jumlah neutron dan proton yang hampir sama, sedangkan pada inti , berat proporsi neutron bertambah besar.

Darena partikel alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron, peluruhan alfa mereduksi A dan  inti induk, masing-masing dengan dua. #alam peluruhan beta negatif, neutron bertransformasi menjadi proton dan elektron $

no  _p' _{' e}

-elektronnya meninggalkan inti dan teramati sebagai Epartikel betaF. #alam  peluruhan beta positif, sebuah proton menjadi sebuah neutron dan se buah positron

dipancarkan $

 p' _no _{' e}

-7adi, peluruhan beta negatif mengurangi proporsi neutron, dan peluruhan beta  positif menambahnya. :lektron diabsorpsi oleh proton nuklir yang  bertransformasi menjadi neutron $

9'_{' e}- _no

/alah satu contoh dari reaksi inti gabung adalah sebagai berikut $

n & 4e & _ )_{2 2} G % A + → +

akin banyak energi yang diberikan pada inti, semakin banyak neutron yang kita dapati melingkari inti.

 p ' (_u (_{An ' n}

An 2_{u ' n ' p}

α ' 0 _i 2_{An ' 2n}

10. Pebentukan Radiist# dala Reaksi Inti

%kti?itas sebuah sampel nuklide radioaktif ialah laju perubahan inti atom  pembentuknya jika  menyatakan banyaknya inti dalam sampel pada suatu saat,

akti?itasnya R ialah sebagai berikut $ dt

d R 

=

−

+anda minus dipakai supaya R menjadi kuantitas positif karena dHdt secara intrinsik berharga negatif. /etiap radioisotop memiliki umur-paro karakteristik,  beberapa memiliki umur-paro sepersejuta detik. 4ukum akti?itas $

R 8 R o e-λt

#engan λ  disebut sebagai konstan peluruhan, mempunyai harga yang berbeda untuk setiap radioisotop. 4ubungan antara λ  dengan +1H2  adalah mudah untuk menentukannya. Demudian umur-paro akan berlalu, yaitu apabila t 8 +1H2, akti?itas R telah menurun menjadi IRo.

7adi $ R 8 Ro e-λt IRo 8 Ro e-λ+1H2 eλ+1H2 _{8 2} λ+1H2  8 ln 2 +1H2 8 J  0,( J  ln2

=

4ukum akti?itas empiris didapatkan langsung dari anggapan peluang masing-masing inti isotop tertentu untuk meluruh per satuan waktu ialah konstan λ. Darenaλ adalah peluang per satuan waktu. λdt adalah peluang setiap inti untuk meluruh dalam selang waktu dt. 7ika sampel itu mengandung  inti yang belum meluruh, banyaknya inti d yang meluruh dalam selang waktu dt ialah perkalian antara banyaknya inti  dan peluang λdt untuk masing-masing inti meluruh dalam selang waktu dt. ;ni berarti,

d 8 - λdt

tanda minus diperlukan, karena  berkurang ketika t bertambah. 9ersamaan diatas dapat ditulis Jdt   d

−

=

masing-masing ruas dapat diintegrasi $

∫

  =−

∫ 

 o t 0 dt J    d ln  K ln o 8 -λt   8 oe-λt

Rumus-rumus diatas dapat juga dituliskan $ d 8 Rdt - λ dt J R  dt d

−

=

dimana R 8 laju tetap

λ 8 tetapan peluruhan 8 1H2 t 0,(  t! 8 1 e ! J  R 

₋

−Jt /ehingga akti?itasnya at! 8 λ  8 R 1 K e-λt_!

untuk t yang harganya kecil maka at! ≅ R λt atau

R 8 φσ  % 

m

  dengan φ 8 fluks neutron

10.4 *ineatika Reaksi Ene+"i Rendah

#alam reaksi inti, energi seringkali dilepaskan atau diserap. /uatu reaksi melepas energi berarti energi kinetik partikel-partikel setelah reaski lebih besar dari energi kinetik partikel-partikel sebelum reaski. 9enambahan energi ini datang dari  pengubahan energi diam menjadi energi kinetik. 7umlah energi yang dilepas diukur oleh nilai L reaksi inti, yang didefinisikan sebagi selisih antara energi kinetik akhir dan awal.

#alam sistem laboratorium, energi kinetik total timbul dari partikel datang saja $ D lab 8 2 %= m 2 1

energi kinetik dalam sistem lempengan! #alam sistem pusat massa, kedua partikel bergerak dan memberikan kontribusi  pada energi kinetik total.

D cm 8 I m% ?-=!2 ' I mB =2 8 I m%?2  - I m% K mB! =2 8 D - I m% - mB! =2 8 D  m m m B % B

  

 

 



 

 

+

lab energi kinetik dalam sistem pusat massa!

:nergi kinetik total partikel relatif terhadap pusat massanya ialah energi kinetik total dalam sistem laboratorium dikurangi energi kinetik I m% ' mB!=2dari pusat

massa yang bergerak. 7adi dapat dianggap bahwa D cm sebagai energi kinetik gerak

relatif partikel itu. 7ika partikel bertumbukan, energi kinetik maksimum yang dapat berubah menjadi energi eksitasi dari inti majemuk yang terjadi dengan tetap mempertahankan kekekalan momentum ialah D cm yanng lebih kecil dari D lab.

4arga L suatu reaksi nuklir $

L 8 Mm% ' mB! - m ' m#!N c2

8 Mm% ' mB K m K m#!Nc2

7ika L merupakan kuantitas positif, energi dilepaskan oleh reaksi itu. 7ika L kuantitas negatif energi kinetik dalam sistem pusat massa cukup besar harus diberikan oleh partikel-partikel yang bereaksi sehingga

D cm ' L ≥ 0

10. Ene+"i Aban" Reaksi Inti

"ntuk reaksi-reaksi eksoergik, nampaknya tidak diperlukan nilai ambang, tetapi sering di dalam praktek menghadapi energi penghalang tertentu terdapat energi ambang minimum.

#alam hal reaksi endoergik, energi ambang sekurang-kurangnya sama dengan KL. ;ni harus dalam bentuk energi kinetik projektil. >raksi :a

 m m









+

, energi kinetik

 projektil diperlukan untuk translasi inti senyawa.

#engan demikian suatu reaksi hanya akan berlangsung apabila $

L :a  m m

≥









+

%tau energi ambang :o ≥ 1 'mH!L

7adi, bila detron dipercepat dengan energi 6 e=, menumbuk inti g, maka energi yang tersedia untuk mempengaruhi reaksi inti 2)_{g d,α!}22 _{a, hanya ada}

sebesar e= 5,(6 6 2) 2 2)

=









+

 yang sama dengan energi kinetik pada /.

10.. %isi Inti

/alah satu reaksi inti yang paling praktis adalah pembentukan inti majemuk apabila sebuah inti dengan % < 2(0 menyerap sebuah neutron. Debanyakan inti majemuk ini kemudian akan membelah diri ke dalam dua fragmen fragment! inti  bermassa sedang medium-mass! dan neutron tambahan. 7enis reaksi inti ini

disebut fisi inti nuclear fission!.

#alam sebuah reaktor atom, jumlah fisi per satuan waktu dikendalikan oleh  penyeraan kelebihan neutron, sehingga secara rata-rata, satu neutron dari tiap-tiap

fisi

enghasilkan suatu fisi baru. 9anas yang dibebaskan oleh reaksi inti ini kemudian digunakan untuk menghasilkan uap air guna membangkitkan turbin pembangkit tenaga listrik. 7ika reaksinya tak terkendali, sehingga tiap fisi menghasilkan lebih dari satu neutron yang kemudian masing-masing memungkinkan terjadinya fisi-fisi berikutnya, maka jumlah fisi-fisi yang terjadi akan meningkat sesuai dengan deret ukur. %kibatnya, semua energi sumber akan terbebaskan dalam selang waktu yang sangat singkat, sehinggga menimbulkan ledakan bom nuklir.

/alah satu reaksi fisi yang khas adalah $

n

O

*

&

@

"

n

"

1₀ 2(_2 %_A %_{A 0}1 2(. 2 2 2 1 1 + + → → +

#engan A1 ' A2 8 2, %1 ' %2 ' ∈ 8 2(, dan ∈  sebuah bilangan bulat.

kurang lebih (H2. Bilangan ε yang menyatakan jumlah neutron yang dibebaskan dalam fisi sebuah unsur atau inti tertentu bergantung pada fragmen-fragmen akhir yang dihasilkan.



;nti majemuk semula

 8 A >ragmen-fragmen fisi inti-inti stabil A 10./ %usi Inti

Reaksi fusi fusion! adalah suatu reaksi iti ketika dua inti atau inti-inti yang relatif ringan % C 20! bergabung membentuk suatu inti yang lebih berat, dengan hasil  pembebasan energi. /alah satu contoh reaksi fusi adalah pembentukan sebuah

detron dari sebuah proton dan sebuah neutron $

4 4 4 21 1 0 1 1 + → L 8 2,2( e=

Reaksi fusi yang lainnya adalah pembentukan sebuah partikel α  oleh fusi dua  buah detron. 4e 4 4 2₁ )₂ 2 1

+

→

s L 8 2,2( e=

eskipun energi-energi ini lebih kecil dari yang dibebaskan dalam suatu reaksi fisi khas ≈ 200 e=!, tetapi energi per satuan massanya lebih besar sebab massa  partikel-partikel yang terlibat lebih kecil.

9embebasan energi dalam fusi menunjukkan bahwa untuk inti-inti ringan, energi ikat per nukleon partikel inti! pada umumnya meningkat dengan bertambahnya nomor massa %. /ebagai akibatnya, inti yang lebih berat yang dibentuk dari dua inti yang lebih ringan memiliki energi ikat per nukleon yang lebih besar dari yang dimiliki masing-masing inti semula. +etapi energi ikat per nukleon yang lebih  besar dari yang dimiliki masing-masing inti semula. +etapi energi ikat yang lebih

tinggi berarti massa diam yang bersangkutan lebih rendah.

$al-sal

1. p ' _{>e n '} _o

/asaran tebal lempeng! 1µm. σ 8 1,0 cm, ; 8 ( µ%. 7ika berkasnya tersebar merata pada seluruh permukaan bahan sasaran, dengan laju berapakah berkas neutron dihasilkanP #iketahui ρ besi 8 5, gramHcm(

 ? sasaran 8 1 cm Q 1,0 cm Q 1 µm 8 1 Q 10-) _cm(

7awab $

? m



 =

 sehingga m 8 ρ Q ?.

m 8 5, Q 10-) _{gram massa sasaran!} mol 1,)Q10 . 5,Q10 r  gram n . ) − −

=

=

=

 8 n Q % 8 1,) Q 10-_{Q ,02 Q 10}2( 8 6,)26 Q 1016 _partikel  partikelHs 10 Q 1, cHpartikel 10 Q 1, cHs 10 Q ( ;o _1 1( 

=

=

₋ −  partikelHs 10 Q ,5 % ;o  B ;

=

=

5

2. Berapakah akti?itas 1gram 22₆Ra , yang waktu paruhnya adalah 122 tahunP 7awab $

7umlah atom dalam 1 gram radium adalah

21 2( 10 Q 2, gHmol atom 10 Q ,02. gram 22 gHmol 1 gram 1  

_ 

=

 

 



 

 

 

 

 

 



 

 

=

µm +etapan peluruhan berhubungan dengan waktu hidup melalui

1 11 ) 1H2 s 10 Q 1,(.. detik  10 Q 6,) hari 1 hari (.  tahun 1  tahun 122 0,( + 0,( J 

_ 

 

=

− −

 

 



 

 

 

 

 



 

 

 

 

 



 

 

=

=

maka akti?itasnya diperoleh dari akti?itas 8λ 

8 1,( Q 10-11 _s-1_{!  2, Q 10}21_!

8 (,12 Q 1010 _{disintegrasiHs}

(. +unjukkan bahwa inti 2(_) Pu _{adalah tak stabil dan akan mengalami peluruhan}

α.

%gar inti 2(_) Pu

→

2(2_2U 

+

₂) He

+

Q

aka nilai L-nya harus positif. 9emecahan untuk L memberikan L 8 9u - " K 4e ! c2

8 2(,0)051 u - 2(2,0(516 u - ),0020( u! (1, e=Hu! 8 ,65 e=

3leh karena itu, inti 2(_) Pt  _{dapat, dan memang pada kenyataannya, mengalami}

 peluruhan α secara spontan.

). #alam proses fisi sebuah inti 2(.U 

2   lewat penyerapan neutron membebaskan

energi

yang dapat dimanfaatkan sekitar 16 e=. 7ika 2(._2U   _{dalam sebuah reaktor}

secara

terus-menerus membangkitkan daya sebesar 100 S, berapakah waktu yang diperlukan untuk menghabiskan 1 Dg uraniumP

Taju fisi yang berkaitan dengan keluaran daya yang diberikan ini adalah $

det 10 (6 , ( 16. 1 10  , 1 10 det 10 _1 16  6   fisi  x  MeV   Fisi  x  J   J   MeV 

=

 

 

 



 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 



 

 

− −

/atu Dg 2(_{" mengandung} 2) 2 10 . , 2 int 10 02( ,  H 2(. 1  x kmol  i  x  Kmol   Kg   Kg 

=

 

 

 



 

 

 

 

 

 



 

 

inti #engan demikian ia akan terpakai habis dalam waktu

t 8 5,.6 10 det 6,56 det 10 (6 , ( 10 . , 2 _. 1 16 2)

=

=

− x  x  x

. Berapakah energi maksimum elektron yang dipancarkan dalam peluruhan β dari ₁( H P Reaksinya adalah $ − −

₊

+

→

 He e v  H  ( 2 ( 1 L 8 4 K 4e!c2 8 (,0100 u K (,010(0 u! (1, e=Hu! 8 0,016 e= 8 D 4e ' D e ' D ?

Darena massa netrino nol dan 4e << e, maka energi kinetik inti 4e dapat

diabaikan, sehingga energi sebesar 0,016 e= dibagi antara elektron dan netrino.

%pabila energi netrino adalah nol, maka energi kinetik elektron dan memiliki nilai