PENDAHULUAN RADIOAKTIVITAS TUJUAN Maksud dan tujuan kuliah ini adalah memberikan dasar-dasar dari fenomena radiaktivitas serta sumber radioaktif Diharapkan agar dengan pengetahuan dasar ini kita akan mempunyai bekal yang cukup dalam bekerja dengan zat-zat radioaktif. *mengetahui proses-proses antara radiasi dengan materi. *meyakini sampai dimana bahayanya bila bekerja dengan bahan radioaktif. STRUKTUR ATOM Untuk mengenal watak satu inti, perlu dijelaskan secara ringkas mengenai struktur atom Atom terdiri dari proton dan neutron dan keduanya dikelilingi oleh elektron yang mempunyai lintasan tertutup. PENELITIAN RUTHVORD Hamburan zarah α menunjukan bahwa : Diameter inti = 10-15 m Diameter atom = 10-10 m Beberapa postulat yang dintroduksikan oleh bohr mengatakan :
1. Elektro bergerak pada lintasan tertutup yang tidak memancarkan energi. Energi pada lintasan ke n ditulis sebagai en
2. Elektron bisa melompat dari satu keadaan stasioner kekeadaan stasioner yang lain. *
Apabila hal ini terjadi maka akan ada penyerapan atau pemancaran energi.
*
Elektron ini umumnya berada pada energi terendah atau ground state.
*
Penyerapan energi oleh atom akan membawa eletron pada keadaan "eksitasi"
Perbedaan energi biasanya dinyatakan dalam elektron Volt yaitu energi yang diperoleh bila satu elektron melewati beda potensial sebesar 1 Volt. 1 eV = 1,6 x 10-19 joule Harga energi pada setiap lintasan stasionor tergantung pada keadaan elektron.
Universitas Gadjah Mada
Menurut teori kuantum radiasi Planck : hv = Ej — Ek .................................................................... (1) Dimana : Ej
= Energi lintasan ke j
Ek = Energi lintasan ke k H
= Konstanta planck
v
= Frekwensi radiasi
Suatu penyederhanaan mengenai interpretasi lintasan dapat digambarkan sebagai berikut :
a)
Lintasan dengan jari-jari yang berbeda. Lintasan dimana elektron berada,dapat ditunjukkan dengan pemberian nomor yang disebut : Bilangan kuantun n Misalnya : Untuk lintasan paling dalam n = 1; kemudian n = 2;................
b)
Untuk masing-masing nomor jari-jari (n) maka lintasannya bisa berupa lingkaran dan juga bisa berupa ellips. Disini kita kenal "bilangan kuantum orbital" yaitu 1. Harga 1 adalah : 1 = 0,1,2,
c)
(n-1)
Lintasan tersebut dalam (b) dapat mempunyai orientasi yang berbeda-beda, oleh karena itu dapat memberikan reaksi yang bermacam-macam terhadap medan magnet. Orientasi ini dapat dinyatakan dengan "bilangan kuantum magnetik" m m = -1, -(-1-1)1 (-1-2) ... (1 1),1
d)
Spin elektron terhadap sumbunya Vektor spin dapat mengarah "keatas" dan "kebawah". Hal ini dinyatakan dengan "bilangan kuantum spin" = s Harga s : s = ± 1/2 s = + 1/2 (keatas) s = - 1/2 (kebawah) Jadi tingkat-tingkat energi didalam atom dapat ditentukan oleh keempat bilangan kuantum. n, 1, m, dan s Selain itu hams diingat adanya larangan pauli bahwa tidak boleh ada dua elektron dalam sebuah atom yang mempunyai pasangan bilangan kuantum yang sama.
Universitas Gadjah Mada
Didalam persoalan interaksi radiasi dengan materi maka yang memegang peranan adalah atom-atomnya. Proses interaksi yang normal adalah ionisasi, dimana elektron terluar dikeluarkan dari atom. Energi ionisasi kira-kira mempunyai orde 10 ev Eksitasi, adalah absorpsi energi oleh atom , sebagai akibatnya adalah adanya elektron yang pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Deeksitasi adalah kebalikan dari eksitasi. Hal-hal ini dapat dianalogkan apabila kita membicarakan soal inti atom. RADIOAKTIVITAS DAN RADIASI Untuk membicarakan hal ini kita perlu mengenal lebih dalam akan apa yang disebut inti atom UKURAN INTI ATOM Inti atom dibentuk oleh bagian-bagian inti yang begitu terikat dan padat serta "incompressible" (tak bisa dimampatkan). Mempunyai rapat massa tetap sebesar 1017kg/m3. Dari eksperimen hamburan dan yang lain diperoleh bahwa jari-jari inti r adalah : R = RO1/3 Dimana : A
= nomor massa atom
Ro = (1,03 ± 0,1) x 10-15 m SUSUNAN INTI Terdiri dari proton dan neutron, yang diikat oleh gaya internukleon. Nomor atom z = jumlah proton Nomor neutron n = jumlah neutron. Sehingga nomor massa atom a adalah jumlah nukleon. A=N+Z Syarat stabilitas N ≥ Z Perjanjian untuk menulis suatu inti adalah :
Sedangkan jumlah elektron didalam seluruh lintasan massa adalah = jumlah proton (z) didalam inti.
Universitas Gadjah Mada
MUATAN INTI Proton mempunyai muatan + yang besarnya = muatan elektron yaitu : 1,6 x 10-19 Coulomb Pada atom yang netral, muatan positif pada inti, besarnya sama dengan muatan negatif pada elektron-elektron. ISOTOP, ISOTONE, ISOBAR Isotop adalah elemen-elemen dengan Z sama, tetapi N berbeda (jadi A berbeda). Secara kimia mereka punya sifat sama. Contoh :
Isotone adalah inti dengan Z yang berbeda tetapi N sama. Contoh :
Isobar adalah inti dengan Z berbeda, N berbeda tetapi A sama. Contoh :
GAYA-GAYA INTI Gaya-gaya inti merupakan gaya tarik antara proton dan neutron, maupun proton-proton dan neutron-neutron. Pada unsur-unsur ringan dimana jumlah proton dan neutron sama kesamaan ini memberi arti bahwa gaya neutron-proton adalah gaya tank yang kuat. S1FAT-SIFAT GAYA INTI
1) Berlaku hanya untuk jarak pendek (shorth range) 10-15 n 2) Pada range tersebut gaya inti sangat kuat dan lebih kuat dari gaya tolak elektrostatik antara protron-proton dan juga lebih kuat dari gaya gravitasi.
Universitas Gadjah Mada
MASSA INTI Dengan menggunakan spetro-grap massa dengan dasar bahwa carbon (12) mempunyai massa 12 (bulat) maka diperoleh hasil bahwa semua isotop mempunyai massa yang hampir bulat. Unit dari massa atom adalah, satu a. m. u., didefinisikan sebagai : 12
Massa
C = 12,000
a. m. u.
1 a. m. u. = 1,6603 x 10-27kg Massa atom adalah massa dari seluruh atom (termasuk elektron). Diukur dalam amu (Atomic Massa Unit). Nomor atom a adalah bilangan bulat yang dekat kepada massa atom tersebut. Contoh : 32
P,
A = 32 M = 31,984016 amu
Neutron
A=1
M = 1,00898 amu
Hydrogen
A=1
M = 1,00814 amu
Menurut einstein, maka ada eqivalensi antara massa dan energi sesuai dengan : E = m c2 Dimana : c = kecepatan cahaya Sehingga 1 kg = 5,61 x 1029 Mev atau 1 amu = 9,31 Mev ENERGI IKAT INTI Untuk inti yang mengadung Z proton dan N neutron massa inti Mn < jumlah massa dari nukleon-nukleonnya Mn < Z mp + Nmn Karena massa atom Ma adalah massa atom netral maka : Ma < Z mp + Nm. + ZNe atau : Ma < ZmH + Nm. Tampaklah bahwa bila proton dan neutron bersatu membentuk inti maka akan ada reduksi dari massa, yaitu terbentuk suatu energi. Sehingga jika kita ingin mengembalikan inti pada unsur-unsur pembentuknya maka kita perlu memberikan energi. Energi ini disebut energi ikat inti. Ma+B.E.=Zmp+NmN.
Universitas Gadjah Mada
Energi ikat inti merupakan ukuran kestabilan inti. Makin besar energi ikat makin stabil inti itu. Contoh 4
He dibentuk dari dua neutron dan dua proton.
Perbedaan massa : M = 2 Mn + 2MH = MHe = (2 x 1,00898) + (2 x 1,00841) — (1,00390) = 0,03034 amu = 28,2 Mev Ini berarti untuk memecah inti 4He menjadi komponen dasarnya diperlukan energi sebesar 28,2 Mev (cukup besar), jadi 4He dapat dikatakan sebagai inti, stabil. KESTABILAN INTI Kemungkinan kombinasi dari proton dan neutron sangat besar, tetapi jumlah inti stabil dialam sangat terbatas (~ 270). Pada grafik antara jumlah proton dan jumlah neutron, dapat kita tandai mana unsur yang stabil dan mana yang tidak stabil. Pada unsur ringan yang stabil terlihat Z = N dan pada unsur berat N > Z. Bila terjadi unsur tidak terjadi, maka is akan memancarkan partikel lebih atau gelombang elektromagnetik untuk mencapai kestabilan. Fenomena ini disebut radioaktivitas, dan isotop yang menunjukan gejala tersebut dinamakan radio isotop, sedangkan pengeluaran partikel maupun gelombang elektromagnetik itu disebut radiasi. Cara yang paling mungkin untuk menncapai suatu kestabilan adalah dengan pemancaran sinar α, β, atau atau juga dengan penangkapan elektron.
Universitas Gadjah Mada
