FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS

Assalamualaikum, Hai semuanya, kami dari Kelompok 6 kelas 12 Ipa 2 2019/2020 SMAN 11 Kabupaten Tangerang ingin membahas materi Fisika Inti.
...
Anggota Kelompok :
1. Agung Wijanarko
2. Eriyani Setyawati
3. Fita Kurniawati
4. Putri Wili Yustanti
5. Rivqi Firdaus

FISIKA INTI

mindmap fisika inti

1. INTI ATOM

A. Struktur Inti Atom

Semua inti atom pada dasarnya tersusun atas proton dan neutron.

> proton yaitu partikel bermuatan positif dengan massa satu satuan massa atom

> neutron yaitu partikel tak bermuatan (netral dengan massa satu satuan massa atom. Berarti massa suatu atom berkpnsentrasi

Massa proton dan massa neutron masing-masing besarnya :

m_p = 1,007825 sma

m_n = 1, 008665 sma

di mana :

1 sma = 1,6604 x 10²⁷ kg

Suatu atom umumnya dilambangkan :

_ZX^A

Dimana :

X = nama atau simbol unsur atom

Z = nomor atom, menunjukkan banyaknya proton atau neutron

A = nomor massa, menunjukkan jumlah proton dan neutron

A – Z = banyaknya neutron dalam inti

Partikel-partikel penyusun inti ini disebut juga nukelon. Inti atom dapat digolongkan menjadi 3 kategori yaitu :

® isotop yaitu inti-inti yang mempunyai nomor atom sama, misalnya ₈O¹⁶ dan ₈O¹⁷

® isoton yaitu inti-inti yang mempunyai jumlah neutron sama, misalnya ₆C¹³ dan ₇C¹⁴

® isobar yaitu inti-inti yang mempunyai nomor massa sama , misalnya ₆C¹⁴ dan ₇C¹⁴

Inti-inti yang mempunyai jumlah neutron sama atau hamper sama dengan jumlah proton sering disebut inti ringan. Dengan naiknya jumlah nucleon sudah tentu jumlah neutron menjadi lebih besar (N>Z). Inti ini biasanya terdapat pada inti-inti stabil.

B. Defek Massa (Δm) dan Energi Ikat Inti (E)

Defek Massa (Δm)

Oleh karena inti atom tersusun oleh proton dan neutron, massa inti harusnya tepat sama dengan jumlah massa proton dan massa neutron (massa nukelon). Akan tetapi, kenyataannya tidaklah demikian. Massa inti selalu lebih kecil daripada massa nukelon. Selisih antara massa nukleon dan massa inti disebut defek massa (Δm). Defek massa (Δm) pada pembentukan nuklida X adalah sebagai berikut:

Δm = Zm_p + (A – Z) m_n - m_X

Dengan, m_p : massa proton

m_n : massa neutron

m_X: massa inti atom

Defek massa sebuah atom tidak hilang begitu saja, melainkan digunakan sebagai energi untuk mengikat nukleon-nukleon dalam inti yang disebut energi ikat inti.

Energi Ikat Inti (E)

Konversi sebagian massa inti menjadi energi ikat E merupakan ilustrasi dari teori Einstein (1905) dalam bentuk persamaan sebagai berikut:

E = Δmc²

Dengan Δm dalam kg, c = 3 x 10⁸ m/s, dan E dalam joule (J). Jika Δm dinyatakan dalam satuan sma, energi ikat inti memenuhi persamaan berikut.


	E = Δm 931,5 MeV

Energi ikat inti (binding energy) berkaitan dengan energi yang harus diberikan untuk memisahkan inti menjadi nukleon pembentuknya.

Energi ikat inti belum menggambarkan kestabilan suatu nuklida. Perkiraan tentang kestabilan inti dapat dilakukan dengan memperhatikan energi ikat rata-rata per nukleon E_aveyang besarnya dapat dihitung melalui persamaan di samping.

Grafik Energi Ikat Rerata per Nukleon terhadap nomor massa A

Dari grafik energi ikat rerata per nukleon terhadap nomor massa A di atas, dapat diketahui bahwa:

Untuk A kecil, energi ikat rerata per nukleon rendah dan mengalami kenaikan dengan cepat.
Untuk A disekitar 50, terdapat harga maksimum energi ikat rerata per nukleon yang datar dan turun ketika A – 140.
Untuk A diatas 140, energi ikat rerata per nukleon mengalami penurunan.

M_inti= massa atom – Z . m_e

_{CONTOH SOAL :}

2. RADIOAKTIVITAS

Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi dan

berubah menjadi inti stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan dan inti atom yang tak stabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif.

p Peluruhan radioaktif sendiri adalah proses dimana sebuah inti atom yang tidak stabil kehilangan energi (berupa massa dalam diam) dengan memancarkan radiasi, seperti partikel alfa, partikel beta dengan neutrino,sinar gamma, atau elektron dalam kasus konversi internal. Material yang mengandung inti tak stabil ini dianggap radioaktif.

Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif adalah becquerel (Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai aktivitas 1 Bq.

Jenis-jenis peluruhan unsur radioaktif :

1. Peluruhan Gamma (g)

Sinar g merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sangat pendek.

Ciri-cirinya adalah :

- Daya tembus sangat besar

- Daya ionisasinya sangat lemah

- Tidak dibelokkan oleh medan magnet

- Mempunyai energy antara 0.2 – 3 MeV

Reaksi pemancaran a ditulis sebagai:

^A_ZX → ^A-4_Z-2Y + ⁴₂ α

Contoh:

²³⁸₉₂ U → ²³⁴₉₀^Th + ⁴₂ α

Jika massa inti induk m_x, intianak m_y dan sinar alfa adalah m_α (semuanya dalam sma) maka sesuai dengan hukum kekekalan energi, energi yang dibebaskan, Q adalah:

Q = (m_x – (m_y + m_α) 931 MeV/sma.

2. Peluruhan Beta (b)

Partikel b masih dapat dibedakan menjadi b^- yang bermuatan negatif dan b⁺ yang bermuatan positif. b^- ternyata adalah elektron, sedangkan b⁺ positron.

Ciri-cirinya adalah :

- Daya tembus cukup besar tetapi < daya tembus g

- Daya ionisasi tidak begitu kuat tetapi > daya ionisasi g

- Dapat dibelokkan dalam medan magnet dengan penyimpangan kecil

- Mempunyai energi 3-4 MeV

reaksi inti pemancaran β ditulis sebagai berikut:

^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰_-1β + v

Contoh: ¹⁴_ZC → ¹⁴₇N + ⁰_-1β +v

3. Peluruhan Alpha (a)

Partikel a ternyata merupakan inti atom helium (₂He⁴)

Ciri-cirinya adalah :

- Daya tembus kecil

- Daya ionisasi sangat kuat

- Dapat dibelokkan dalam medan magnet dengan penyimpangan besar

- Mempunyai energi 5-3 MeV

Reaksi inti pemancaran sinar Ƴ ini biasanya dituliskan sebagai:

^A_ZX → ^A_Z+1Y + ⁰_-1β + ⁰₀ Ƴ

Contoh: ¹²₅B → ¹²₆C + ⁰_-1β + ⁰₀ Ƴ

PERSAMAAN RUMUS PELURUHAN INTI

$N_{t}=N_{0}\left ( \frac{1}{2} \right )^{n}$

$N_{t}=N_{0}\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{T_{\frac{1}{2}}}}$ $N_{t}=N_{0}.e^{-\lambda .t}$

dengan
$N_{t}$ =jumlah zat akhir
$N_{0}$ =jumlah zat awal
e = bilangan natural=2,71828
t = waktu
$T_{\frac{1}{2}}$ =waktu paruh
$\lambda$ =konstanta laju peluruhan
Waktu Paruh
$T_{\frac{1}{2}}=\frac{0,693}{\lambda }$ $\lambda$ =konstanta laju peluruhan

3. REAKSI INTI

reaksi inti

Reaksi inti akan terjadi jika atom sauatu unsur “ditembak” dengan partikel-partikel tertentu (biasa disebut proyektil).

Contoh reaksi inti antara lain adalah ₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₈O¹⁷ + ₁H¹ yaitu inti atom Nitrogen ditembak dengan partikel (₂He⁴) menjadi inti atom Oksigen dengan disertai timbulnya proton (₁H¹), inti atom oksigen yang terbentuk bersifat radioaktif.

Pada dasarnya isotop dan inti atom dengan Z £ 18 dapat digunakan sebagai proyektil, namun kita akan membatasi pada partikel-partikel berikut.

Partikel Tanda

Neutron ¹₀n

Proton ₁H¹

Deuteron ₁H²

Triton ₁H³

Helium-3 h, ₂H³

Helium-4(a) a, ₂He⁴

Secara normal, reaksi inti akan menghasilkan inti baru dengan disertai partikel lain.

Inti + proyeksi → inti baru + partikel

Dalam persamaan di atas, jumlah muatan total serta jumlah nukleon sebelum dan sesudah reaksi harus sama.

A. REAKSI FISI

reaksi fisi dari Uranium

Reaksi fisi adalah reaksi inti antara inti berat (A > 230) dengan neutron sedemikian sehingga dihasilkan 2 inti baru serta 2-3 neutron. Ketika terjadi pembelahan akan dibebaskan energi yang sangat besar.

Apabila inti atom ₉₂C²³⁵ bereaksi dengan sebutir neutron, maka inti ini menjadi tidak stabil dan akhirnya pecah menjadi 2 bagian yang hampir sama abesar disertai 2-3 neutron baru.

₉₂C²³⁵ + n → [₉₂U²³⁶]* → _zX^A + _ZX^A + 2-3n + energi

Setiap kali terjadi pembelahan akan dibebaskan energi 200 MeV yang sebagian besar berupa energi kinetik.

2-3 neutron baru yang terbentuk akan segera bereaksi dengan inti U²³⁵ lain. Peristiwa ini akan terjadi berulang kali, sehingga reaksi semacam ini disebut juga reaksi berantai. Sudah tentu energi yang dibebaskan akan berlipat ganda. Prinsip ini digunakan pada bom atom.

B. REAKSI FUSI

reaksi fusi dari Uranium

Reaksi fusi adalah reaksi inti antara 2 inti ringan (A > 20) sedemikian sehingga membentuk 1 inti gabungan yang lebih berat sambil membebaskan sejumlah energi.

Contoh-contoh reaksi fusi :

₁H³ + ₁H² → ₂He⁴ + n + E = 17,59 MeV

₁H¹ + n → ₁H² + E = 2,23 MeV

₁H² + ₁H² → ₂H⁴ + E = 23,8 MeV

Meskipun energi yang dihasilkan lebih kecil dari energi fisi tetapi karena massa inti yang bereaksi kecil, maka tiap satuan massa akan lebih besar.

C. ENERGI REAKSI INTI

Energi reaksi inti yang timbul diperoleh dari penyusutan massa inti, yaitu perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi. Menurut Albert Einstein dalam kesetaraan antara massa dan energi dinyatakan bahwa energi total yang dimiliki oleh suatu massa sebesar m adalah E = mc². Apabila semua massa inti atom dinyatakan dalam sma (satuan massa atom), maka energi total yang dimiliki massa sebesar 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV (1 sma = 1,66 × 10^-27 kg, c = 3 × 10⁸ m/s dan 1 eV = 1.6 × 10^-19 Joule) Misalnya suatu reaksi inti dinyatakan menurut persamaan :

A + a → B + b + Q

Besarnya energi yang timbul dapat dicari dengan persamaan :

Q = {(m_A + m_a) – (m_B + m_b)} × 931 MeV

dengan :

(m_A + m_a) = jumlah massa inti atom sebelum reaksi (m_B + m_b) = jumlah massa inti atom sesudah reaksi Q = energi yang timbul selama reaksi terjadi

D. REAKTOR INTI

Reaksi inti adalah tempat berlangsungnya reaksi berantai dengan terkendali, sehingga energi yang dibebaskan dapat dimanfaatkan.

Pada Pusat Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) panas yang dibebaskan dipakai untuk menghasilkan uap. Kemudian uap tersebut digunakan untuk menggerakkan generator AC, sehingga diperoleh tenaga listrik.

Bagian terpenting dari suatu reaktor inti adalah :

a. Teras Reaktor

Teras reaktor merupakan wadah untuk terjadinya reaksi inti. Di teras reaktor terdapat tabung bahan bakar (berisi U²³⁵ serta sumber neutron awal.

b. Moderator

Moderator berfungsi untuk memperlemah tenaga neutron, mengingatkan reaksi antara U²³⁵ dengan neutron tidak dapat berlangsung dengan sembarang tenaga. Neutron akan bereaksi jika tenaganya sekitar 0,025 eV. Neutron yang tenaganya terlalu besar harus diperlemah dengan menabrakkannya pada atom-atom bahan moderator antara lain (H₂O), grafit dan air berat (D₂O).

c. Batang Kendali

Agar reaksi berantai dapat terkendali, maka jumlah neutron yang berada di dalam teras harus diatur. Caranya dengan menyisihkan atau menarik sebuah alat yang terbuat dari bahan penyerap neutron. Alat ini disebut batang kendali (Control Rod).

Jadi batang terkendali dapat berfungsi untuk mengubah daya reaktor. Bahan yang dapat digunakan sebagai batang kendali antara lain Cadmium, boron, dan hafnium.

d. Perisai (Shielding)

Perisai berfungsi untuk menahan neutron dan radiasi lainnya sehingga tidak membahayakan operator. Oleh karena itu perisai harus terbuat dari bahan yang kuat dan mampu menahan radiai. Bahan yang dapat digunakan untuk itu antara lain timah hitam, baja, dan beton barit.

4. MANFAAT DAN DAMPAK RADIOAKTIF

Manfaat :

1. Dapat memberantas hama dengan teknik jantan mandul
Radiasi dapat mengakibatkan efek biologis seperti telah dikembangbiakan hama kubis dalam bentuk serta jumlah yang banyak kemudian diradiasi sehingga hama jantan mandul lalu dilepas diarea yang diserang hama.

Dengan begitu maka hama yang ada di areal pertanian akan kawin dengan hama yang disebar dan saat bertelur maka telurnya tidak akan menetas sehingga populasinya akan berkurang.

2. Dapat Membentuk Bibit Unggul
Pembentukan bibit unggul atau pemuliaan tanaman dapat dilakukan dengan memanfaatkan radiasi, seperti pada bibit padi maka bibit padi akan diradiasi dari dosis yang terkecil hingga mematikan, kemudian biji yang sudah diradiasi disemai dan ditanam bekelompok sesuai ukuran dosis yang diberi.

3. Menyimpan Makanan
Kentang merupakan salah satu bahan makanan yang jika disimpan maka akan bertunas maka sebelum disimpan kentang diradiasi dengan dosis tertentu sehingga tidak akan bertunas saat disimpan dalam waktu lama.

Dampak :

Ada 2 efek atau dampak yang bisa terjadi pada kesehatan manusia karena radiasi yaitu dalam jangka pendek dan panjang dan dalam jarak pendek dan lebih besar. Radiasi ini bisa menyebabkan masalah kesehatan dengan membunuh sel dalam tubuh serta jumlah dan jenis kerusakan yang diakibatkan tergantung pada dosis radiasi yang diberikan serta kapan dosis itu disebar. Bahan radioaktif yang tersebar pada bagian tubuh yang lebih luas dapat meimbulkan efek kesehatan jangka panjang dengan eksposur yang lama, terlebih apabila bahan tersebut masuk melalui makanan, tertelan atau terhirup secara langsung. Isotop radioaktif yodium mengalami peluruhan beta bisa menumpuk pada kelenjar toroid dan bisa mengakibatkan kanker tiroid.

5. KESIMPULAN

Penggunaan radioisotop sangat membantu manusia dalam berbagai bidang kehidupan seperti yang telah disebutkan dalam bab pembahasan, seperti dalam bidang kedokteran untuk mendeteksi kelainan-kelainan dalam jaringan tubuh, dalam hidrologi untuk menyelidiki kebocoran-kebocoran, atau dalam bidang pertanian untuk membentuk bibit unggul, dan dalam penyimpanan makanan pun radioisotop diperlukan. Serta dalam bidang kimia, sains, pengukuran usia bahan organik, serta dalam bidang industri.

Limbah radioaktif berasal dari setiap pemanfaatan tenaga nuklir, baik pemanfaatan untuk pembangkitan daya listrik menggunakan reaktor nuklir, maupun pemanfaatan tenaga nuklir untuk keperluan industri dan rumah sakit. Limbah radioaktif dikelola sedemikian rupa sehingga tidak membahayakan masyarakat, pekerja dan lingkungan, baik untuk generasi sekarang maupun generasi yang akan datang. Cara pengelolaannya dengan mengisolasi limbah tersebut dalam suatu wadah yang dirancang tahan lama yang ditempatkan dalam suatu gedung penyimpanan sementara sebelum ditetapkan suatu lokasi penyimpanan permanennya.

Cari Blog Ini

Eriyani's Blog