6.makalah Syafri Kelompok 6.docx

Fisika Inti 2018

BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Fisika inti merupakan ilmu yang mempelajari struktur inti dan bagaimana struktur inti mempengaruhi kestabilan inti serta peristiwa inti seperti keradioaktifan alam dan transmutasi inti. Bidang ilmu fisika yang mempelajari efek radiasi dan radioisotop pada materi disebut radioaktifitas. Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses dimana sebuah inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi). Peluruhan terjadi pada inti induk dan menghasilkan sebuah inti anak. Ini adalah sebuah peristiwa acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan sebuah inti. Suatu inti yang tidak stabil dapat distabilkan dengan cara radioaktifitas. Atom dengan inti yang tidak stabil merupakan radioaktif. Untuk menjadi lebih stabil, inti menjalani peluruhan radioaktif. Dalam peluruhan radioaktif, inti memancarkan energi dan biasanya partikel materi juga. Ada beberapa jenis peluruhan radioaktif, termasuk perluruhan alpha, beta, dan gamma. Energi akan dipancarkan dalam ketiga jenis peluruhan, tetapi hanya peluruhan alpha dan beta yang juga memancarkan partikel. Peluruhan beta terjadi ketika inti tidak stabil memancarkan partikel beta dan energi. Partikel beta adalah elektron atau positron. Elektron adalah partikel bermuatan negatif, dan positron adalah elektron bermuatan positif (atau anti-elektron). Ketika partikel beta adalah sebuah elektron, peluruhan ini disebut pluruhan beta-minus. Ketika partikel beta adalah positron, peluruhan disebut peluruhan beta-plus. Peluruhan Beta-minus terjadi ketika inti memiliki terlalu banyak neutron relatif terhadap proton, dan peluruhan beta-plus terjadi ketika inti memiliki terlalu sedikit neutron relatif terhadap proton.

B. RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana proses peluruhan betha? 2. Bagaimana energetika peluruhan betha? 3. Bagaimana teknik pengukuran energi partikel betha? 4. Bagaimana teori peluruhan alfa secara kuantum? 5. Bagaimana skema peluruhan betha? 6. Bagaimana proses spontan dan tidak spontan pada peluruhan betha? KELOMPOK 6

Page 1

Fisika Inti 2018

7. Bagaimana peluruhan betha negatif, positif, dan tangkapan elektron? 8. Bagaimana peluruhan nuklida?

C. TUJUAN PENULISAN 1. Menjelaskan proses peluruhan betha. 2. Menjelaskan energetika peluruhan betha. 3. Menjelaskan teknik pengukuran energi partikel betha. 4. Menjelaskan teori peluruhan alfa secara kuantum. 5. Menjelaskan skema peluruhan betha. 6. Menjelaskan proses spontan dan tidak spontan pada peluruhan betha. 7. Menjelaskan peluruhan betha negatif, positif, dan tangkapan elektron. 8. Menjelaskan peluruhan nuklida.

KELOMPOK 6

Page 2

Fisika Inti 2018

BAB II PEMBAHASAN A. PROSES PELURUHAN BETHA Terdapat 3 proses yang disebut sebagai peluruhan beta. a. Jelaskan bagaimana proses terjadinya masing-masing peluruhan Beta b. Tinjau prosesnya apakah telah memenuhi hukum kekekalan muatan listrik dan hukum kekekalan momentum Jawab: a. Proses terjadinya masing-masing peluruhan Betha Peluruhan Beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß-), dan pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+). Ada 3 proses yang disebut sebagai peluruhan beta, yaitu : 1) Peluruhan Beta Minus (ß-) atau inti meluruh dengan emisi elektron atau emisi negatron

Peluruhan beta minus (ß-) adalah proses perubahan dari neutron menjadi proton (sebagai inti anak) dan pemancaran elektron disertai dengan pembebasan sebuah antineutrino dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan: KELOMPOK 6

Page 3

Fisika Inti 2018

Contoh reaksi kimia pada proses peluruhan beta minus:

Bila suatu inti mempunyai kelebihan netron, relatif terhadap isobar yang lebih stabil, kestabilan yang lebih besar akan dicapai dengan perubahan satu netron menjadi proton. Proses ini disebut pemancaran negatron atau peluruhan negatron. 1

n → 1p + -1e + v

Energi yang dilepaskan dalam peluruhan ini (nilai Q) muncul sebagai energi antineutrino, energi kinetik elektron, dan sejumlah kecil energi kinetik pental inti X’ (biasanya dapat diabaikan). Elektron memiliki energi kinetik maksimumnya apabila energi antineutrino hampir nol.

2) Peluruhan Beta Plus (ß+) atau Pemancaran positron atau inti meluruh dengan emisi positron

Bila suatu inti mempunyai kelebihan proton relatif terhadap isobar yang lebih stabil, kestabilan yang lebih besar dicapai dengan pengubahan suatu proton menjadi netron, pengubahan ini dapat dilakukan dengan pemancaran positron (peluruhan positron) atau dengan penangkapan elektron. Pemancaran positron : KELOMPOK 6

Page 4

Fisika Inti 2018

1

p

→

1

n

+

+1e

+ v

Pada peluruhan beta plustidak dapat terjadi dalam isolasi, sebab harus ada suplai energi dalam proses “penciptaan” massa, karena massa neutron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa proton (sebagai inti induk).

3) Proses Penangkapan Elektron (Electron Capture) Proses penangkapan elektron merupakan proses proton dalam inti menyerap elektron orbital (elektron di kulit). Disini sebuah proton menangkap sebuah elektron dari orbitnya dan beralih menjadi sebuah neutron ditambah sebuah neutrino. Elektron yang diperlukan bagi proses ini adalah elektron pada orbit terdalam sebuah atom, dan proses penangkapan ini kita cirikan dengan kulit asal elektronnya: tangkapan kulit-K, tangkapan kulit-L, dan seterusnya. (Tentu saja, orbit elektron yang dekat, atau bahkan menembus, inti atom memiliki probabilitas yang lebih tinggi untuk ditangkap). Tangkapan elektron tidak terjadi bagi proton bebas, tetapi dalam inti atom.

Elektron yang tertangkap adalah salah satu dari elektron yang dimiliki oleh atom itu sendiri, dan bukan elektron yang baru masuk, seperti yang tersurat dalam reaksi di atas. Isotop radioaktif yang meluruh hanya melalui penangkapan elektron saja dapat dihambat dari peluruhan radioaktif jika mereka terionisasi penuh ("telanjang" kadang digunakan untuk menjelaskan ion semacam ini).

b. Tinjau prosesnya apakah telah memenuhi hukum kekekalan muatan listrik dan hukum kekekalan momentum  Peluruhan Betha Minus → 11𝑝 + −10𝑒̅ + 𝑣̅ Hukum Kekekalan Muatan Listrik 1 0𝑛



Zsebelum = Zsesudah 0 = 1-1 1 = 0 (memenuhi hukum kekekalan muatan listrik) KELOMPOK 6

Page 5

Fisika Inti 2018



Hukum kekekalan momentum sudut dilihat dari momentum spin Spin sebelum = Spin sesudah 1 2

1 1

= +12 +2- 2 1

1

1 1𝑝

→ 10𝑛 + 01𝑒 + 𝑣

= (Terbukti) 2 2  Peluruhan Betha Positif 

Hukum Kekekalan Muatan Listrik



Zsebelum = Zsesudah 1= 0 + 1 1 = 1 (Terbukti) Hukum Kekekalan Momentum Spin Spin sebelum = Spin sesudah +

1 2

=+ 1

1 2

1

+ (−12 ) + (+ 2)

(+ 2) = +

1 2

(terbukti)

 Penangkapan Elektron 1 1𝑝



+ Hukum Kekekalan Muatan Listrik

0 −1𝑒

→ 10𝑛 + 𝑣̅

Zsebelum = Zsesudah 1-1 = 0 

0 = 0 (Terbukti) Hukum Kekekalan Momentum Spin Spin sebelum = Spin sesudah 1

(+12) + (−12)= +2 + (−12) 0 = 0 (Terbukti)

B. ENERGETIKA PELURUHAN BETHA Jelaskan energetika peluruhan beta Jawab: 1) Emisi Elektron Proses emisi elektron dapat ditulis sebagai KELOMPOK 6

Page 6

Fisika Inti 2018

A Z

X  Z A1Y  10 e  v

(6.1)

Dalam peluruhan beta negatif ini berlaku Hukum Kekekalan Energi.Energi sistem sebelum dan sesudah peluruhan adalah sama Ei = Ef

(6.2) 𝐸𝑥 = 𝐸𝑦 + 𝐸𝛽− + 𝐸𝑣̅

𝑀𝑥 𝑐 2 + 𝐾𝑥 = 𝑀𝑦 𝑐 2 + 𝐾𝑦 + 𝑀𝛽− 𝑐 2 + 𝐾𝛽− + 𝑀𝑣̅ 𝑐 2 + 𝐾𝑣̅

𝑀𝑥 𝑐 2 + 0 = 𝑀𝑦 𝑐 2 + 𝐾𝑦 + 𝑀𝛽− 𝑐 2 + 𝐾𝛽− + 𝑀𝑣̅ 𝑐 2 + 𝐾𝑣̅

(6.3)

Energi disintegrasi, Q dalam peluruhan beta ini adalah Q = Ky + 𝐾𝛽− + 𝐾𝑣̅ = (Mx – My – 𝑚𝛽− )c2

(6.4)

Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) – M(Z + 1]c2

(6.5)

Q = [(𝑀𝑥 − 𝑍𝑚𝑒 ) − ( My – (Z+1)𝑚𝑒 - 𝑚𝑒 ] 𝑐 2 = [𝑀𝑥 − My - 𝑍𝑚𝑒 + 𝑍𝑚𝑒 + 𝑚𝑒 − 𝑚𝑒 ] 𝑐 2 = [Mx – My] 𝑐 2 Peluruhan beta negatif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak.

2) Emisi positron Proses emisi positron dapat ditulis sebagai A Z

X  Z A1Y  10 e  v

(6.6)

Dalam peluruhan beta positif ini berlaku Hukum Kekekalan Energi.Energi sistem sebelum dan sesudah peluruhan adalah Ei = Ef KELOMPOK 6

(6.7) Page 7

Fisika Inti 2018

Mxc 2  Myc 2  Ky  me c 2  K e

(6.8)

Energi disintegrasi, Q dalam peluruhan beta ini adalah Q = Kx + Ke = (Mx – My – me)c2

(6.9)

Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) – M(Z – 1)-2me]c2

Dimana M(Z) = Mx + meZ M(Z-1) = My + me(Z- !)

Peluruhan beta positif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak.di tambah dengan 2 kali massa diam elektron.

3) Electron capture Pada proses electron capture berlaku persamaan A Z

X  10 e Z A1Y

(6.10)

Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) – M(Z – 1)]c2

(6.11)

Peluruhan tangkapan elektron akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak. C. TEKNIK PENGUKURAN ENERGI PARTIKEL BETHA Beberapa teknik yang digunakan untuk mengukur energi partikel beta, antara lain : a. Spektrometer Magnetik, KELOMPOK 6

Page 8

Fisika Inti 2018

b. Spektrometer Elektrostatik, Jawab: a. Spektrometer Magnetik

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. Gerak partikel ini memenuhi persamaan Bev 

mv 2

(6.12)



dimana m adalah massa relativistik

m0 1 v2 / c2

Momentum relativistik p dapat dihitung p = eB KELOMPOK 6

(6.13) Page 9

Fisika Inti 2018

Dengan mengetahui momentum maka energi kinetik dapat ditentukan Ke = mc2 – m0c2 = E-E0 dimana

E

p 2 c 2  m0 c 4  m0 c 2 2

Spektroskopi massa merupakan suatu instrumentasi kimia yang bertujuan untuk mengetahui massa relatif (Mr) suatu senyawa organik. Spektroskopi massa sangat penting untuk mengelusidasi struktur senyawa organik. Selain Mr, fragmentasi senyawa juga dapat diketahui.

b. Spektrometer Elektrostatik Spektrometer elektrostatik dibuat untuk elektron energi rendah. 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. D. PARTIKEL NUTRINO 1. Jelaskan tentang partikel neutrino! Jawab: Menurut Pauli, bahwa terdapat partikel lain yang dipancarkan yang disebut neutrino pada peluruhan beta dan pada jarak tertentu kehilangan energi. Penentuan neutrino didalam peluruhan beta adalah berikut : 1. Neutrino harus memilikin muatan nol, karena muatan tersebut kekal tanpa neutrino. 2. Karena energi maksimum yang dibawa oleh sama dengan energi maksimum yang digunakan pada titik energi akhir, neutrino harus massa diamnya nol. 3. Hukum kekekalan momentum anguler menghendaki neutrino memiliki spin ½, sehingga muatan total momentum anguler yang diharapkan partikel beta dan neutrino menjadi nol atau 1  seperti yang diinginkan. 4. Neutrino tidak menyebabkan proses ionisasi sehingga neutrino sulit dideteksi. Neutrino terjadi melalui interaksi lemah dan memiliki momen magnetik yang sangat kecil atau mendekati nol. Pada dasarnya neutrino tidak memiliki sifat KELOMPOK 6

Page 10

Fisika Inti 2018

elektromagnetik. Berdasarkan penemuan neutrino tersebut maka dapat disimpulkan bahwa pada peluruhan beta dihasilkan 3 bentuk , yaitu : inti anak, elektron dan neutrino. Berikut adalah proses terbentuknya neutrino :

1. Dalam inti radioaktif, neutron diam (momentum nol) meluruh, melepaskan proton dan elektron.

2. Karena hukum kekekalan momentum, produk yang dihasilkan dari peluruhan harus memiliki momentum total nol, namun proton dan elektron hasil hasil peluruhan pada gambar jelas tidak nol. (selain itu jika hanya ada dua produk peluruhan, mereka harusnya bertolak belakang).

KELOMPOK 6

Page 11

Fisika Inti 2018

3. Oleh karena itu, kita perlu menyimpulkan kehadiran partikel lain dengan momentum yang tepat untuk menyeimbangkan proses.

4. Kemudian hipotesis diajukan bahwa (dalam hal ini) antineutrino juga dihasilkan. Percobaan telah mengkonfirmasi bahwa ini memang apa yang terjadi.

E. SKEMA PELURUHAN BETHA Jelaskan lah skema peluruhan beta pada gambar 5.5 yg dilampirkan!

KELOMPOK 6

Page 12

Fisika Inti 2018

Jawab : 

Gambar A 32P

32S + -1β

Q= 1,71 Mev

∆E = E1 – E2 ∆E = Q = 1,71 Mev Pembuktian : Q = [M(Z) – M(Z + 1]c2 M phospor = 31.9739072 u ,M sulfur = 31,972072 u Q = (31,9739072 – 31,972072) u x 931.5 Mev/u = 1,71 Mev (terbukti) 

Gambar B

 1,3 % Au 198Hg + β-1 + 𝛾

198

Q = ( 0,290 + 1,0877 ) = 1,3777 Mev

Hg* + 𝛾 + 𝛾 Q = ( 0,290 + 0,6759 + 0,4118 ) = 1,3777 Mev

t= 2,3 . 10-11 S Pembuktian : Q = [M(Z) – M(Z + 1]c2 M aurumn (Gold)= 197.9682252 u , M Hg = 197,966760 u Q = (197.9682252 –197,966760) u x 931.5 Mev/u = 1,365 Mev

 98,6 % 198

Au 198Hg + β- 1+ 𝛾

Q = ( 0,961 + 0,4118 ) = 1,3728 Mev

Pembuktian : Q = [M(Z) – M(Z + 1]c2 M aurumn (Gold)= 197.9682252 u , M Hg = 197,966760 u Q = (197.9682252 –197,966760) u x 931.5 Mev/u = 1,365 Mev (terbukti)  0,025 % 198

Au 198Hg + β

KELOMPOK 6

Q = ( 1,371 ) Mev Page 13

Fisika Inti 2018

Pembuktian : Q = [M(Z) – M(Z + 1]c2 M aurumn (Gold)= 197.9682252 u , M Hg = 197,966760 u Q = (197.9682252 –197,966760) u x 931.5 Mev/u = 1,365 Mev (terbukti)

2. Selidikilah apakah proses berikut bisa berlangsung secara spontan? (1)

N  p + e- + Ve

(2)

P  n + e+ + Ve

(3) P+e- n + Ve Jawab: 1) Peluruhan Beta Negatif 1 0𝑛

→ 11𝑝 +

0 −1𝑒

+ 𝑉̅𝑒

M 10𝑛 = 1,008605 𝑢 M 11𝑝 = 1,007825 u M inti induk >M inti anak Q = (1,008605 – 1,007825) u x 931.5 Mev/u = 0,72657 Mev Syarat Peluruhan Betha Negatif : M induk >M anak, peluruhan, Q >0 (SPONTAN) 2) Peluruhan Beta Positif 1 1𝑝

→ 10𝑛 + 10𝑒 + 𝑉𝑒

M 11𝑝 = 1,007825 𝑢 M 10𝑛 = 1,008605 𝑢 M inti induk <M inti anak Syarat Peluruhan Betha Positif: ∆𝑀 > 2 𝑚0 ∆𝑀 = (1,007825 – 1,008605) u = - 0,00078 u ∆𝑀 = ⋯ … … … … 𝑢 ∆𝑀 < 2 𝑚0 (Tidak mengalami peluruhan) Q = (1,007825 – 1,008605) u x 931.5 Mev/u = - 0,72657 Mev KELOMPOK 6

Page 14

Fisika Inti 2018

Q = - (TIDAK SPONTAN) 3) Penangkapan Elektron 1 1𝑝

+ −10𝑒 → 10𝑛 + 𝑉̅𝑒

M 11𝑝 = 1,007825 u M 10𝑛 = 1,008605 u Syarat Peluruhan Penangkapan Elektron: M inti induk >M inti anak Maka, reaksi (3) tidak mengalami peluruhan, Q = (1,007825 – 1,008605) u x 931.5 Mev/u = -0,72657 Mev Q = - (SPONTAN) 3. Inti

80 35

Br dapat mengalami peluruhan beta negatif, beta positif dan tangkapan elektron.

Apakah nuklida anak

pada masing-masing kasus dan berapa energi yang

dipancarkannya. Jawab : (a) 35 Br 80  36 Kr 80  1 e 0 Q = [79.918528 u-79.916375 u] x 931,5 Mev/u = 2,000862 Mev Kesimpulannya : Untuk nuklida anak pada Inti

80 35

Br

yang mengalami peluruhan beta negatif adalah 36 Kr dengan pemancaran energi sebesar 2,000862 Mev 80

(b) 35 Br 80  34 Se 80  1 e 0 Q = [79.918528 u-79.91652 u] x 931,5 Mev/u = 1.870452 Mev Kesimpulannya : Untuk nuklida anak pada Inti

80 35

Br

yang mengalami peluruhan beta positif adalah 34 Se dengan pemancaran energi sebesar 1,870452 Mev 80

(c)

35

Br 80  1 e 34 Se 80

Q = [79.918528 u-79.91652 u] x 931,5 Mev/u = 1.870452 Mev Kesimpulannya : Untuk nuklida anak pada Inti

80 35

Br

yang mengalami peluruhan pada penangkapan elektron adalah 34 Se dengan pemancaran energi sebesar 1,870452 Mev 80

KELOMPOK 6

Page 15

Fisika Inti 2018

4. Nuklida

7 4

Be tak mantap dan meluruh menjadi

7 3

Li melalui penangkapan elektron.

Mengapa nuklida ini tidak meluruh melalui pemancaran positron. Jawab :

Penangkapan elektron

4

Be 7  1 e 3 Li 7

Massa 4Be7 = 7.016930 Massa 3Li7 = 7.016004 Penangkapan elektron : ∆𝑚 = 𝑚𝑖𝑛𝑑𝑢𝑘 − 𝑚𝑎𝑛𝑎𝑘 = 7,016930u-7.016009u = 0,000926 u Syarat peluruhan pada penangkapan elektron : 1.𝑚𝑖𝑛𝑑𝑢𝑘 > 𝑚𝑎𝑛𝑎𝑘 2.∆𝑚 > 0 Q= ∆𝑚 𝑥 931,5 𝑀𝑒𝑣 = 0,000926 u x 931,5 Mev/u = 0,862569 Mev Q = (+) Spontan Pemancaran positron : ∆𝑚 < 2𝑚0 Syarat peluruhan pemancaran positron ∆𝑚 > 2𝑚0 2 × 9,1 × 10−31 𝑘𝑔 2𝑚0 (𝑢) = = 0,0010898204 𝑢 𝑘𝑔 1,67 × 10−27 ⁄𝑢 0,000926 < 0,0010898204 ∆𝑚 < 2𝑚0 Maka disimpulkan tidak dapat mengalami peluruhan pada pemancaran positron

KELOMPOK 6

Page 16

Fisika Inti 2018

BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN 1. Peluruhan betha adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel. 2. Terdapat 3 proses peluruhan betha, yaitu peluruhan betha minus, betha plus, dan penangkapan elektron. 3. Energetika peluruhan betha ada 3, yaitu emisi elektron, emisi positron, dan electron capture. 4. Pengukuran energi partikel betha menggunakan Spektrometer Magnetik dan spektrometer Elektrostatik,. 5. Proses peluruhan betha negatif berlangsung secara spontan, peluruhan betha positif secara tidak spontan, dan capture electron secara spontan.

B. SARAN Saran-saran dari kami adalah : 1. Semoga makalah mengenai peluruhan Betha ini dapat dipahami oleh pembaca. 2. Semoga dapat dimanfaatkan materi peluruhan Betha ini dengan baik. 3. Bagi mahasiswa haruslah memahami peluruhan Betha dengan baik.

KELOMPOK 6

Page 17

Fisika Inti 2018

DAFTAR PUSTAKA Beiser. 1987. Konsep Fisika Modern. Jakarta . Erlangga Hidayati . 2018. Pendahuluan Fisika Inti. Padang . UNP Press. http : //pdfcoke.com

KELOMPOK 6

Page 18