STUKTUR INTI
A
Kata Kunci
Bab terdahulu Akita telah mempelajari bahwa sebuah atom A terdiri dari bagian sangat kecil bermuatan positif dimana A sebagian besar Amassa atom terpusat, disebut inti atom, yang dikelilingi olehAawan elektron Berikut ini A akan dibahas tentang struktur inti seperti penyusun inti, ukuran inti, massa inti dan energy ikat antar
Elektron Proton Nukleon Neutron Isotop Isobar Isoton
inti.
1. Partikel Penyusun Inti Pada 1932, James Chadwick (1891-1974) melakukan eksperimen penembakan berilium adanya radiasi yang berdaya tembus tinggi dan dapat menetralkan proton berenergi yang berasal dari zat yang mengandung hydrogen, seperti paraffin.. Partikel tersebut diketahui sebagai partikel bermuatan netral. Partikel tersebut kemudian dinamai neutron dan memiliki massa yang mendekati massa proton. Pengukuran lebih lanjut menunjukkan bahwa massa atom neutron adalah 0,08% lebih besar daripada massa atom hydrogen. Target berilium atau boron
Target (gas)
radiasi
α Sumber radioaktif
Partikel baru
radiasi
Gambar (1.1). skema perangkat eksperimen chadwick (Keterangan gambar : gas dapat berupa hidrogen, helium nitrogen, oksigen atau argon)
Neutron merupakan partikel yang membangun inti. Dengan demikian, inti atom terdiri atas proton dan neutron. Kedua partikel penyusun inti ini disebut neukleon. Proton bermuatan postif,
sedangkan
neutron
keseluruhan,
inti
tidak
atom
bermuatan
bermuatan
listrik.
Secara
listrik
positif.
Partikel penyusun inti : - Proton - Neutron
Jumlah proton yang terkandung dalam inti atom suatu unsur dinyatakan sebagai nomor atom dan ditulis menggunakan lambang Z. adapun jumlah neuklon dinyatakan sebagai nomor massa atom dan ditulis menggunakan lambang A. jika X menyatakan lambang suatu unsur, penulisan lambang unsur lengkap dengan nomor atom dan nomor massanya, yaitu:
[ 𝐴𝑍𝑋] dengan :
(1.1)
X = lambang unsur
Penemu inti atom
Z = nomor atom A = nomor massa atom
Nomor massa dengan notasi A suatu unsur adalah bilangan yang menyatakan banyaknya proton dan neutron di dalam inti atom tersebut. Adapun nomor atom, dengan notasi
Partikel penyusun inti disebut juga Nukleon (proton dan neutron)
Z dari suatu unsur adalah bilagan yang menyatakan banyaknya proton dalam inti atom. Berdasarkan definisi nomor massa dan nomor atom tersebut, jumlah neutron (N) didalam inti dapat ditentukan, yakni N=A-Z.
Pada atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Berarti, pada atom netral, nomor atom Z juga menyatakan banyaknya elektron dalam atom. netral, nomor atom Z jugan menyatakan banyaknya elektron dalam atom.
Contoh Soal 1.1 Tentukan jumlah neutron yang terkandung dalam inti atom hydrogen 15 7𝑁 .
Jawab : Diketahui:
15 7𝑁
→ 𝐴 =15= jumlah neuklon (nomor massa)
Z = 7=jumlah proton (nomor atom) Jumlah neuklon = jumlah proton +jumlah neutron 15 = 7 +jumlah neutron Jumlah neutron = 15 -7 = 8 Jadi, jumlah neutron dalam inti atom adalah 8 Teori atom Dalton yang mengatakan bahwa atom-atom suatu unsur identik memiliki bentuk, ukuran, dan massa yang sama ternyata tidak benar. Atom dalam suatu unsur dapat memiliki massa berbeda. Karena jumlah
neutron yang terkandung
dalam inti atom berbeda.Unsur-unsur sejenis yang memiliki jumlah neutron berbeda. Tetapi jumlah proton sama disebut isotop. Dengan demikian, definisi
Catatan Fisika Massa proton : 1,6726x10−27 kg Massa neutron : 1,6749x10−27 kg
nomor atom dan nomor massa ini merupakan cara sederhana untuk membedakan isotop-isotop dari suatu unsur yang sama. Isotop-isotop suatu jenis unsur memiliki nomor atom atom (Z) yang sama, akan tetapi nomor massanya (A) berbeda. Beberapa contoh isotop, yaitu sebagai berikut.
Isotop Hidrogen : 11𝐻
Isotop karbon
2 1𝐻
3 1𝐻
: 126𝐶
13 6𝐶
14 6𝐶
Isotop oksigen
: 168𝑂
17 8𝑂
18 8𝑂
Isotop khlor
: 35 17𝐶𝑙
37 17𝐶𝑙
Jumlah neutron berbeda. Tetapi jumlah proton sama disebut isotop unsur-unsur dengan nomor massa sama, tetapi nomornomor atom berbeda dinamakan
Nomor atom dan nomor massa dapat digunakan untuk membedakan dua unsur yang berlainan, tetapi memiliki nomor massa sama. Sebagai contoh, 40 19𝐾 ,
dan
40 20𝐶𝑎
40 18𝐴,
. unsur-unsur dengan nomor massa
sama, tetapi nomor-nomor atom berbeda dinamakan isobar.
Contoh Isobar : 40 40 18𝐴, 19𝐾 ,
dan 40 20𝐶𝑎
2. Bentuk, Ukuran, dan Gaya Inti Inti dapat berbentuk bola pejal, seperti pada atom-atom hidrogen(H), oksigen(O), kalsium (Ca), nikel (Ni), stannum (Sn), dan pumbum atau timbal (Pb). Akan tetapi, pada umumnya bentuk inti bulat lonjong, seperti bola rugby. Dengan anggapan inti berbentuk bola, secara matematis ukuran jari inti dirumuskan sebagai berikut. 1
𝑅 = 𝑅𝑜 𝐴3 dengan : R= jari-jari inti atom suatu unsur 𝑅𝑜 = suatu konstanta yang nilainya 1,2 x 10−13 cm A = nomor massa Bersatunya proton dalam inti disebabkan adanya suatu gaya yang disebut gaya inti yang mengikat proton-proton yang sama-sama bermuatan positif.
gaya inti adalah gaya yg terjadi antara proton dg proton atau proton dg neutron atau neutron dg neotron. Gaya inti merupakan gaya yang mempertahankan kestabilan suatu inti
Sifat-sifat gaya inti adalah sebagai berikut. a. Dapat dinyatakan dengan suatu interaksi antara dua benda yang dinyatakan dengan suatu potensial. b. Bekerja pada jangkauan pendek (sekitar 10−13 cm atau 1 fermi) c. Merupakan gaya yang mempertahankan kestabilan suatu inti d. Merupakan jenis gaya terkuat di antara gaya-gaya yang ada, seperti gaya Coulomb dan gaya gravitasi. Pada inti atom bekerja tiga jenis gaya, yakni gaya inti, gaya Coulomb, dan gaya gravitasi. Akan tetapi, yang terkuat adalah gaya inti. Gaya inti dapat digambarkan sebagai dua buah bola yang satu sama lain dapat dihubungkan dengan pegas, seperti pada gambar 1.2. Jika terlalu dekat, akan saling menolak dan jika jauh, akan saling menarik. Itulah sifat
Gambar 1.2. prinsip gaya inti
gaya inti.
3. Massa Atom dan Energi Ikat Pada awal bab ini, telah dijelaskan bahwa satua massa atom tidak menggunakan kilogram atau gram, melainkan menggunakan satuan massa atom (sma). Satuan massa atom didefinisikan sebagai
1
kali massa satu atom karbon
12
12 6𝐶 ,
1
yakni 1 sma = xmassa satu 12
atom 126𝐶 = 1,6605 x10−27 kg. Telah diperoleh pula bahwa massa proton, neutron, dan elektron adalah sebagai berikut. Massa proton= 1,6726 x10−27 kg
=1,00728 sma
Massa neutron= 1,6749 x10−27 kg
=1,00866 sma
Massa elektron=0,000911 x10−27 kg=0,000549 sma
Dua atom yang berasal dari suatu unsur dapat berbeda massanya, meskipun sifat-sifat kimianya sama karena memiliki jumlah elektron yang sama. oleh karena jumlah elektron kedua atom itu sama, jumlah proton kedua intinya sama. jadi, perbedaan massa disebabkan oleh adanya perbedaan jumlah neutron di dalam inti.
sebuah atom yang stabil atau netral selalu memiliki massa lebih kecil daripada jumlah massa partikel pembentuk atom tersebut. Atom deuterium ( 21𝐻 ) merupakan salah satu isotop atom hidrogen. Atom deuterium memiliki massa 2,01410 sma. Adapun massa deuterium dibentuk dari massa atom hidrogen ( 11𝐻 ) ditambah massa neutron, yaitu. mhidrogen +mneutron = 1,00728 sma + 1,00866 sma = 2,01594 sma
Dari perhitungan tersebut, dapat diketahui bahwa terdapat perbedaan massa sebesar 2,01594 sma – 2,01410 sma = 0,00184 sma. Inti deuterium disebut deuteron terdiri atas hidrogen ( 11𝐻 ) dan neutron ( 10𝑛). Jadi, perbedaa massa sebesar 0,00184 sma berhubungan dengan terbentukya ikatan proton dan neutron menjadi deuteron dimana massa neutron yang terbentuk lebih kecil dari massa-massa inti pembentuknya. Perubahan massa ini disebut defek massa, yaitu perubahan massa menjadi energi ikat. Contoh lain perhitungan defek massa Atom helium 42𝐻 𝑒 mengandung dua proton, dua neutron, dan dua elektron. Menghasilkan defek massa sebesar 4,032978 smaBerdasarkan massa partikel-partikel pembentuknya, massa atum He-4 haruslah 4,032978 sma. Akan tetapi, hasil pengukuran menggunakan spektrometer massa menunjukkan bahwa massa atom He adalah 4,002602 sma. Selisih massa antara jumlah massa nukleon dan massa He -4 adalah: Δm = 4,032978 – 4,00260 = 0,030376 sma Jadi, massa 𝐴𝑍𝑋 < (Z x massa p + (A-Z) massa n + Z x massa e) Defek massa pada pembentukan nuklida 𝐴𝑍𝑋 adalah sebagai berikut. Δm = (Zmp + (A-Z) mn + Zme - m 𝐴𝑍𝑋)
.
(1.6)
Table 1.1. Massa beberapa isotop Nama
Simbol
Massa
Neutron
1 0𝑛
1,00866
Proton
1 1𝑝
Deuterium Tritium
Nama
Simbol
Massa
Berilium-8
8 4𝐵𝑒
8,0050
1,00783
Berilium-9
8 9𝐵𝑒
9,0121
2 1𝐻
2,01410
Boron-10
10 5𝐵
10,0129
3 1𝐻
3,01604
Boron-11
11 5𝐵
11,0093
Helium-3
3 2𝐻𝑒
3,01602
Carbon-12
12 6𝐶
12,0000
Helium-4
4 2𝐻𝑒
4,00260
Carbon-13
13 6𝐶
13,0033
Alfa
4 2𝛼
4,0026
Carbon-14
14 6𝐶
14,0030
Lithium-6
6 3𝐿𝑖
6,0151
Lithium-7
7 3𝐿𝑖
7,0160
14 6𝑒
0,000549
Catatan
Elektron
Dengan demikian, persamaan (1.6) dapat dituliskan menjadi. Δm = (Zmp + (A-Z) mn ) - m𝐴𝑍𝑋
(1.7)
dengan : mp = 1,00783 sma mn = 1,00866 sma A
= nomor massa
Z
= nomor atom
m 𝐴𝑍𝑋= massa atom Jadi, pada perhitungan defek massa dari sebuah atom digunakan persamaan (1.7). Defek massa (Δm) sebuah atom bukan hilang begitu saja, melainkan massa inilah yang akan menjadi energi ikat inti yang berfungsi mengikat nukleon-nukleon didalam inti. Energi ikat inti merupakan karakteristik penting suatu inti yang menentukan kestabilan inti tersebut. Energi ini merupakan pengikat nukleon-nukleon termampatkan dalam bentuk inti atom.
Konversi sebagian massa inti menjadi energi ikat merupakan ilustrasi teori Einstein tentang konversi materi menjadi energi yang dikemukakan pada tahun 1905 dalam bentuk persamaan berikut. ΔE =Δmc2
(1.8)
dengan: ΔE =energi ikat inti (J) c = kecepatan cahaya di ruang hampa (ms-1) Δm = defek massa (kg) Jika perubahan massa pada proses pembentukan inti sebesar 1 sma, nilai energi dari perubahan massa tersebut sebanding dengan E = (1 sma) (1,6605 x 10-27 kgsma-1) (2,998 x 108 ms-1)2 = 1,4925 x 10-10 kgm-2s-2 = 1,4925 x 10-10 joule =
1,4925 x 10−10 1,6022 𝑥 10−19
= eV = 931,5 MeV
Dengan demikian, massa 1 sma ekuivalen dengan energi 931,5 MeV. Dengan demikian, akan diperoleh: ΔE = Δm x 931,5 MeV
dengan dalam satuan sma. Untuk inti
𝐴 𝑍𝑋,
(1.9)
energi ikat pada saat pembentukan adalah
sebagai berikut
ΔE = [Zmp + (A-Z) mn - m𝐴𝑍𝑋] 931,5 MeV Dengan : ΔE = energi ikat inti (dalam MeV) mp = massa proton (dalam sma) mn = massa neutron (dalam sma) Z, A = nomor atom dan nomor massa atom X m𝐴𝑍𝑋= massa inti atom (Tabel 1.1)
(1.10)
Contoh Soal 1.2 Atom besi 56 26𝐹𝑒 memiliki massa 55,93949 sma. Tentukan energi ikat intinya. Jawab : 56 26𝐹𝑒
memiliki 26 proton dan 30 neutron
Δm = [26 x mp + 30 x mn ] – massa 56 26𝐹𝑒 = [26 x 1,00783 + 30 x 1,00866]sma – 55,93949 sma = 0,52390 sma ΔE = Δm x 931,5 MeV = 0,52390 x 931,5 MeV = 488,02 MeV
Energi ikat inti belum menggambarkan kestabilan suatu nuklida. Perkiraan tentang kestabilan inti dapat dilakukan dengan memperhatikan harga energi ikat rata-rata per nukleon. Energi ikat rata-rata (𝐸) per nukleon adalah:
Untuk contoh soal 1.2, energi rata-rata per nukleon adalah sebagai berikut. Untuk atom 56 26𝐹𝑒 : 𝐸 =
∆𝐸 𝐴
=
488,02 𝑀𝑒𝑉 56
=8,71 MeV
Nukleon dengan energi rata-rata per nukleon besar memiliki kestabilan yang lebih tinggi karena diperlukan energi yang lebih besar untuk membongkarnya.
Energi rata-rata per nukleon hamper selalu konstan untuk setiap inti atom, kecuali pada inti-inti ringan. Untuk A>11,
∆𝐸 𝐴
maksimum 8,8 MeV terjadi pada A sekitar 60.
berkisar antara 7,4 dan 8,8 MeV. Nilai
B
RADIOAKTIVITAS
Tahukah anda bahwa setiap saat tubuh anda terpapar oleh radiasi baik dari Bumi maupun dari Angkasa? Telah diketahui bahwa radiasi merupakan perambatan energi yang tidak membutuhkan zat perantara. Umumnya, radiasi dapat diperoleh oleh zat radioaktif. Radioaktif itu sendiri merupakan sifat suatu zat yang dapat memancarkan radiasi karena kondisi zat yang
Kata Kunci
radioaktif partikel α sinar α sinar β sinar γ waktu paruh
tidak stabil. Apakah sebenarnya zat radioaktif itu ? untuk mengetahui
jawabannya,
pelajari
pembahasan
mengenai
radioaktif berikut.
1. Penemuan Sinar Radioaktif Pada
1896,
Henry
Bacquerel
(1852-1908)
seorang ahli Fisika Prancis mengamati suatu gejala pelat potret yang ia simpan bersama-sama dengan unsur uranium ternyata pelat potret tersebut menjadi berbintik-bintik hitam,
-Unsur yang memancarkan radiasi dari dirinya sendiri disebut
unsur radioaktif
seperti terkena cahaya, walaupun pelat potret telah dibungkus rapat Dari pengamatannya, Becquerel berkesimpulan
-Sinar atau partikel yang dipancarkan
bahwa senyawa-senyawa uranium dapat menghasilkan sinar
oleh unsur radioaktif
yang memiliki sifat hampir sama dengan sifat sinar-X, yakni
disebut sinar
memiliki daya tembus besar dan dapat menghitamkan pelat
radioaktif.
potret atau film. Oleh karena gejala ini merupakan peristiwa baru, sinar yag dipancarkan senyawa uranium ini disebur sinar Becquerel.
Dua tahun kemudian, yakni tahun 1898, suami istri Piere Curie (1859-1906) dari Perancis dan Marie Curie (1867-1934) dari Polandia berhasil membuktikan bahwa sinar Becquerel berasal dari atom uranium, bukan senyawanya. Dalam penelitiannya, mereka juga menemukan bahwa polonium dan radium juga menghasilkan sinar Bequerel dengan intensitas yang lebih kuat. Kemudian, para ahli memutuskan bahwa unsur yang memancarkan radiasi dari dirinya sendiri disebut unsur radioaktif. Adapun sinar atau partikel yang dipancarkan oleh unsur radioaktif disebut sinar radioaktif.
Unsur radioaktif sudah ada di alam, seperti uranium, polonium, dan radium yang disebut sebagai radioaktif alam. Dewasa ini, banyak lembaga-lembaga penelitian dalam bidang radioaktif yang sudah dapat membuat unsur radioaktif baik dari unsur berat maupun unsur ringan yang disebut unsur radioaktif buatan.
2. Sinar-Sinar Radioaktif Sinar sinar radioaktif: Pada penelitian berikutnya pada 1899, Henry Becquerel mengamati bahwa salah satu sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif dapat dibelokkan oleh medan magnetik yang arahnya sama dengan arah
1.Sinar Alfa 2.Sinar Beta 3.SinarGamma
pembelokan sinar katode. Salah satu sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif mengandung partikelpartikel bermuatan negatif yang kemudian disebut sinar beta (β).
Kemudian,
pada
1900,
Rutherford
menemukan fakta bahwa selain dapat memancarkan
Sinar beta adalah sinar yang dipancarkan oleh unsur Radioaktif yang bermuatan negatif
Sinar alfa adalah sinar yang dipancarkan oleh
partikel yang bermuatan negatif, yakni sinar β, unsur radioaktif juga dapat memancarkan partikel yang bermuatan positif. Partikel ini dibelokkan berlawanan arah dengan arah pembelokan sinar β di dalam medan magnetik. Partikel ini memiliki daya tembus yang lebih kecil daripada daya tembus sinar β. Partikel ini mampu menembus
lempengan
aluminium
yang
memiliki
ketebalan kurang dari 0,1 mm. dari hasil penelitian yang lebih mendalam, diperoleh bahwa partikel radioaktif ini sama dengan inti atom helium ( 42𝐻 ) sehingga dapat dipastikan bahwa partikel tersebut bernomor atom dua dan nomor massa 4. Yang pada akhirnya diberi nama partikel alfa (α). Diketahui bahwa selain menghasilkan partikel beta (sinar β) dan partikel alfa (sinar α), unsur radioaktif alam juga memancarkan sinar yang tidak dibelokkan oleh medan magnetik. Sinar ini tidak bermuatan listrik, memiliki frekuensi lebih besar dari frekuensi sinar-X, dan memiliki daya tembus yang sangat kuat. Rutherford menyebutnya dengan nama sinar gamma (γ). Ternyata sinar γ ini merupakan gelombang elektromagnetik. Dimana jika ketiga jenis sinar radioaktif tersebut dilewatkan sehingga memotong medan magnet yang arahnya tegak lurus bidang kertas (x). Berdasarkan aturan gaya Lorentz dapat diketahui bahwa sinar α merupakan partikel bermuatan positif, sinar β merupakan partikel yang bermuatan negatif, dan sinar γ merupakan partikel tidak bermuatan. Daya tembus ketiga sinar radioaktif tersebut ditunjukkan pada gambar 1.3.
Gambar 1.3.. daya tembus sinar-sinar radioaktif
Table 1.2. sifat-sifat partikel α,β, dan γ partikel sifat
Alfa ( 12𝛼 )
Beta ( −10𝛽 )
gamma( 00𝛾 )
Elektron
Radiasi gelombang
berkecepatan
elektromagnetik
tinggi
frekuensi tinggi
+2
-1
0
4,0026
1 1840
0
1
100
1000
Kayu/aluminium
Timbel setebal 3
setebal 5 mm
cm
dibelokkan
Tidak dibelokkan
Identik dengan Inti helium
Muatan Massa (sma) Perbandingan
daya
tembus Bahan
yang
dapat
Selembar kertas
ditembus Dalam medan magnetik
dibelokkan
dan medan listrik
3. Stabilitas Inti Radiasi yang dipancarkansinar radioaktif berasal dari inti atom yang secara spontan memancarkan partikelpartikel atau sinar radioaktif. Inti atom yang dapat memancarka partikel-partikel atau sinar radioaktif adalah inti yag tidak stabil. Jadi, partikel atom sinar radioaktif terjadi karena ketidakstabilan inti. Ketidakstabilan
inti
tidak
dapat
diramalkan
dengan suatu aturan, akan tetapi dengan menggunakan
beberapa data empiris dari hasil pengamatan dapat digunakan utuk mengetahui suatu inti radioaktif. Data empiris ketidakstabilan inti diantaranya, sebagai berikut. Pada umumnya, inti yang memiliki nomor atom lebih besar daripada 83 atau jumlah proton lebih besar daripada 83 cenderung merupakan inti yang tidak stabil. Pada umumnya, inti yang jumlah nukleonnya genap lebih stabil daripada inti yang jumlah nukleonnya ganjil. Kestabilan inti juga ditentukan oleh perbandingan jumlah neutron (N) dan jumlah proton (Z) di dalam inti. Pada unsur-unsur ringan, perbandingan jumlah neutron (N) dengan jumlah proton,
𝑁 𝑍
=1 merupakan inti stabil. Setiap inti atom akan cenderung berada dalam keadaan stabil. Fakta bahwa unsur yang terbanyak di permukaan Bumi adalah 28 14𝑆𝑖
16 8𝑂
dan
mendorong para ilmuwan untuk menduga
bahwa inti atom yang stabil adalah inti atom yang memiliki jumlah proton yang sama dengan jumlah
neutronnya.
kestabilan
inti
atom
Dengan dapat
demikian, diukur
dari
perbandingan jumlah neutron terhadap jumlah proton. Gambar 1.4. diagram kestabilan inti
Inti yang tidak stabil memiliki nilai 𝑁
perbandingan neutron dan proton ( ) diluar nilai yang ditunjukkan oleh pita kestabilan 𝑍
inti, yakni diatas pita kestabilan, dibawah pita kestabilan , dan yag memiliki nomor atom lebih besar daripada 83 (Z>83).
a. Inti di Atas Pita Kestabilan
𝑁 𝑍
Unsur-unsur yang terletak diatas pita kestabilan memiliki harga ( ) besar sehingga unsur tersebut berusaha untuk mengurangi jumlah neutronnya. Hal ini dapat dilakukan dengan cara pemancaran sinar β. 𝐴 𝑍𝑋
→
𝐴 𝑍+1𝑌
+ −10𝛽
Sinar beta ( −10𝛽 ) sama dengan elektron ( −10𝑒 ) . pemancaran elektron ini dapat menyebabkan perubahan nomor atom dari Z menjadi Z+1. Proses ini banyak ditemukan pada unsur alam dan unsur buatan, misalnya: 14 6𝐶
→
14 7𝑁
+ −10𝛽
Secara sederhana, dapat diasumsikan bahwa pada proses perubahan neutron menjadi proton terjadi dengan memancarkan sinar beta.
1 0𝑛
→ 11𝑝 + −10𝛽
b. Inti di Bawah Pita Kestabilan
Unsur-unsur yang terletak dibawah pita kestabilan 𝑁 𝑍
memiliki harga ( ) kecil sehingga unsur ini berusaha mengurangi
Positron
jumlah protonnya. Pengurangan jumlah proton dilakukan dengan
1 0𝑛
pemancaran positron ( 01𝛽 ) 𝐴 𝑍𝑋
→
𝐴 𝑍−1𝑌
+ 01𝛽
Proses ini menyebabkan perubahan nomor atom dari Z menjadi Z-1, misalnya: 11 6𝐶
→
11 5𝐵
+ 01𝛽
Dengan mudah dapat dipahami bahwa pada proses pemancaran positron terjadi perubahan proton menjadi neutron.
1 1𝑝
→ 10𝑛 + 01𝛽
Peluruhan Unsur Radioaktif Pada 1903, Ernest Rutherford dan Frederick Saddy mempostulatkan bahwa keradioaktifan tidak hanya disebabkan oleh perubahan yang bersifat atomis yang sebelumya berlangsung, namun pemancaran radioaktif berlangsung bersamaan dengan perubahan atomis tersebut., mereka mendapatkan adanya tiga jenis radiasi pada saat inti meluruh menuju keadaan stabil, yakni pemancaran alfa (α), beta (β) dan gamma (γ). Adapun karakteristik ketiga pemancaran tersebut adalah sebagai berikut.
a. Pemancaran Sinar α Pada proses pemancaran sinar α inti induk memancarkan sebuah partikel α ( 42𝐻𝑒 ) sehingga menghasilkan inti anak dengan nomor massa yang berkurang 4 dan nomor
Sinar alfa merupakan partikel bermuatan positif
atom yang berkurang 2, yaitu [ 𝐴−4 𝑍−2𝑌 ]. Dengan demikian, inti anak akan menduduki tempat dua nomor disebelah kiri inti
4 2𝛼
= 42𝐻𝑒
induk dalam sistem periodik unsur.
Sebagai contoh.
226 88𝑅𝑎 239 94𝑃𝑢
→
235 92𝑈
+ 42𝛼
→
222 86𝑅𝑛
+ 42𝛼
[2400 𝑡ℎ 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑝𝑎𝑟𝑢ℎ]
Bi merupakan inti berat stabil yag ada di alam. Unsur dengan A ≥ 210 dan Z
209
> 83 cenderung meluruh dengan memancarkan sinar α. Unsur berat dengan A ≤ 92 selain
memiliki kecenderungan memancarkan sinar α, juga memiliki kecenderungan untuk mengalami reaksi fisi. Unsur-unsur yang stabil di bagian tengah sistem periodik merupakan unsur α aktif yang lemah dengan waktu paruh yang sangat panjang, yakni 10 11-1015 tahun. Unsurusur ini, misalnya.
144 150 157 195 60𝑁𝑑, 62𝑆𝑚 , 64𝐺𝑑 , 𝑑𝑎𝑛 78𝑃𝑡
b. Pemancaran Sinar β atau −10𝛽 Sebelum membahas reaksi pemancaran sinar beta, perlu
diketahui
terlebih
adahulu
mengenai
sebuah
Sinar beta merupakan electron
fundamental yang belum pernah diketahui sebelumnya atau disebut sebagai neutrino (dilambangkan dengan v). partikel
0 −1𝛽
=
0 −1𝑒
ini sangat sulit dideteksi, tidak bermassa, tidak bermuatan listrik. Peluruhan yang menghasilkan positron ( 01𝛽 ) akan diikuti oleh neutrino (v), tetapi pada peluruhan sinar beta ( 01𝛽) akan diikuti oleh anti neutrino (𝑣), yakni anti partikel neutrino. Pada peristiwa pemancaran sinar beta, salah satu neutron dalam inti induk mengalami transformasi menjadi proton melalui pemancaran elektron (β -1) dan anti neutrino (𝑣). Denagn kata lain, jika suatu inti memiliki kelebihan neutron dibandingkan dengan inti yang lebih stabil, keestabilan akan dicapai melalui perubahan neutron menjadi proton. Proses ini disebut pemancaran negatif atau pemancaran beta. 1 0𝑛
→ 11𝑝 + −10𝛽 + 𝑣
Oleh karena itu, pada pemancaran sinar beta, inti induk mengalami kenaikan nomor atom. Dengan demikian, inti anak yang terbentuk akan berada satu tempat di sebelah kanan inti induk pada sistem periodik unsur.
𝐴 𝑍𝑋
→
𝐴 𝑍+1𝑌
+ −10𝛽 + 𝑣
Sebagai contoh, 24 11𝑁𝑎
→
32 15𝑃
24 12𝑀𝑔(𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙 )
→
32 16𝑆(𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙)
+ −10𝛽 + 𝑣 + −10𝛽
Peluruhan beta terjadi pada kebanyakan inti radioaktif alami, inti radioaktif buatan, maupun inti hasil reaksi fisi.
c. Pemancaran Sinar γ
Sinar gamma (γ) merupakan foton yang memiliki energi sangat
tinggi.
Sinar
gamma tidak memiliki massa maupun muatan oleh karena itu, unsur yang memancarkan sinar gamma tidak mengalami perubahan nomor atom maupun nomor massa.
𝐴 𝑍𝑋
→ 𝐴𝑍𝑋 + 00𝛾
Karakteristik dari sinar radioaktif : A. Sinar Alfa (Sinar Α) 1. Terdiri atas inti Helium (4He2), 2 proton 2 neutron, massa 4 dan muatan +2 2. Bermuatan listrik positif (+) 3. Dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik 4. Daya tembus relatif kecil tetapi daya ionisasi sangat besar (tidak mampu menembus selembar kertas) 5. BIla suatu atom meancarkan sinar α, maka nomor atom tersebut berkuang 2 dan nomor masa berkurang 4 B. Sinar Beta (Sinar Β) 1. Terdiri atas elektron (0e-1) yang berasal dari inti atom, massa 1/1850 2. Bermuatan listrik negatif (-1) 3. Bisa dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik.
4. Daya tembusnya lebih besar jika dibandingkan dengan sinar alfat (α) tetapi ionisasinya lebih kecil dibandingkan daya ionisasi sinar alfa (α) 5. Sinar beta tidak mampu menembus pelat tipis yang terbuat dari alumunium 6. Bila suatu atom memancarkan sinar beta (β) maka nomor atom tersebut bertambah satu dan nomor massanya tetap. C. Sinar Gamma (Γ) 1. Sinar ini berupa gelombang elektromagnetik yang disebut dengan foton. 2. Tidak memiliki muatan listrik. 3. Tidak memiliki massa 4. Tidak bisa dibelokkan oleh medan magnet maupun menda listrik. 5. Daya tembus sangat besar dan sebaliknya, daya ionisasi sangat kecil 6. Bila suatu atom memancarkan sinar γ maka nomor atom dan nomor massa tetap
4. Deret Radioaktif Kebanyakan unsur radioaktif yang berada di alam merupakan anggota empat radioaktif. Setiap deret terdiri atas urutan produk inti anak yang semuanya dapat diturunkan dari inti induk tunggal. Pada kenyataannya, hanya terdapat empat deret radioaktif yang dapat dijelaskan dari peluruhan beta (β) dan peluruhan alfa (α) yang mereduksi nomor massa sebuah inti sebesar 4. Adapun keempat deret radioaktif, yaitu sebagai berikut. a. Deret Thorium:
[A = 4n]
Konstanta n adalah bilangan bulat, dapat meluruh menjadi inti yang lain dengan nomor massa yang berkurang 4. Unsur radioaktif yang nomor massanya memenuhi persamaan (1.12) dikatakan sebagai anggota dari deret 4n. b. Deret Neptunium:
[A = 4n+1]
Inti-inti yang memiliki nomor massa yang memenuhi persamaan diatas dikatakan sebagai anggota deret 4n+1. c. Deret Uranium:
[A = 4n+2]
Anggota deret ini merupakan unsur-unsur dengan nomor massa memenuhi 4n+2. d. Deret Aktinum:
[A = 4n+3]
Unsur-unsur pada deret ini memiliki nomor massa 4n+3 Tabel 1.4.Empat deret radioaktif Nomor massa
Deret
Induk
Umur Paruh
Produk
4 4n+1 4n+2 4n+3
Thorium Neptunium Uranium Aktinium
232 90𝑇ℎ 237 93𝑁𝑝 238 92𝑈 235 92𝑈
(Tahun) 1,39 x 1010 2,25 x 106 4,51 x 109 7,07 x 108
Separuh Akhir 208 82𝑃𝑏 206 83𝐵𝑖 206 82𝑃𝑏 207 82𝑃𝑏
Anggota setiap deret ini juga dapat meluruh menjadi nuklida lain yang memiliki nomor massa lebih kecil.
C
Waktu Paruh dan Aktivitas Unsur Radioaktif
WAKTU PARUH
Setiap isotop radioaktif akan mengalami proses peluruhan menjadi unsur lain yang lebih stabil. Proses peluruhan ini berjalan dengan kecepatan yang berbeda-beda dan hanya bergantung pada jenis isotopnya. Jika N adalah jumlah zat radioaktif pada saat t, jumlah zat yang meluruh per satuan waktu dapat dinyatakan oleh persamaan diferensial berikut.
Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan oleh zat radioaktif sehingga kereaktifannya berkurang menjadi separuh (setengah) dari kereaktifan semula
𝑑𝑁 − = 𝜆𝑁 (1.16) 𝑑𝑡 Dengan λ= konstanta peluruhan per satuan waktu. Perhitungan integral persamaan (1.16) akan menghasilkan 𝑁 = 𝑁0 𝑒 −𝜆𝑡
(1.17)
dengan : N0 = jumlah zat radioaktif pada saat t=0 e = bilangan natural = 2,71828 dari gambar 1.5 dapat dilihat bahwa interval waktu antara jumlah unsur aktif partikel semola (No) dan setengah jumlah unsur aktif partikel 1
semula ( 𝑁0 ) adalah 𝑇1, yang 2
2
disebut pula dengan waktu paruh. Dengan kata lain, waktu paruh (𝑇1 ) 2
adalah waktu yang dibutuhkan oleh Gambar 1.5.Peluruhan inti radioaktif
zat
radioaktif
sehingga
kereaktifannya berkurang menjadi separuh (setengah) dari kereaktifan semula. Persamaan waktu paruh adalah sebagai berikut.
𝑇1 = 2
0,693 𝜆
Jadi, untuk menghitung jumlah unsur yang masih tersisa (N t) setelah unsur meluruh selama waktu t, dapat digunakan persamaan berikut. 𝑡
1 𝑇1 𝑁𝑡 = 𝑁0 ( ) 2 2
AKTIVIAS UNSUR RADIOAKTIF
berkurangnya massa unsur radioaktif menjadi unsur lain yang stabil selama proses peluruhan sebanding dengan turunnya aktivitas dan jumlah atom unsur tersebut. Penurunan aktivitas unsur tersebut dirumuskan sebagai berikut: A=A0 e-λt setelah meluruh selama t = 𝑇1 , aktivitas suatu unsur radioaktif akan menjadi 2
sebagai berikut. 𝑡
1 𝑇1 𝐴𝑡 = 𝐴0 ( ) 2 2 Satuan aktivitas adalah curie (Ci), sebagai penghargaa kepada keluarga Curie atas jasanya dalam bidang radioaktivitas. Aktivitas 1 Curie didefinisikan sebagai 1 gram radium () yang diperoleh Piere dan Marie Curie pada 1898 yang besarnya: 1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 pancaran partikel per sekon Dalam satuan SI, aktivitas diberi satuan Becquerel (Bq), diambil dari nama Henry Bequerel, seorang penemu radioaktivitas pada 1896.
1 Bequerel (Bq) = 1 pancaran partikel per sekon
Dengan demikian, 1 Curie (Ci) = 3,7 x 10 10 Bequerel (Bq).
Serapan Sinar Radioaktif Untuk menjaga pekerja radiasi dari pancaran radiasi yang dihasilkan oleh unsur-unsur radioaktif, diperlukan bahan penahan radiasi atau perisai radiasi. Bahan ini berfungsi untuk menyerap atau melemahkan radiasi. Jika seberkas sinar radioaktif dilewatkan pada sebuah keeping dengan ketebalan x, intensitas sinar radioaktif tersebut akan mengalami pelemahan yang memenuhi persamaan. dengan: Io = intensitas mula-mula (Wm-2) I = intensitas setelah melewati keeping (Wm -2) x = tebal keeping (m) µ = koefisien pelemahan bahan (m-1) 1 2
dengan memasukkan I = I0, persamaan (1.22) dapat disederhanakan menjadi:
𝑥 = 𝐻𝑉𝐿 =
0,693 𝜇
harga x yang menyebabkan disebut Half Value Layer (HVL) atau lapisan harga paruh. Jika nilai HVL suatu bahan diketahui, persamaan intensitas sinar radioaktif yang dilewatkan oleh suatu bahan dengan ketebalan x akan memenuhi persamaan. 𝑥
1 𝐻𝑉𝐿 𝐼 = 𝐼𝑜 ( ) 2
Dosis Serap Disadari atau tidak, makhluk dipermukaan bumi ini selalu mendapat atau terkena radiasi yang berasal dari lingkungannya, baik dari radiasi alam maupun buata manusia.
Lebih dari
2 3
radiasi yag diterima berasal dari alam. Sumber radiasi alam tersebut antara
lain sebagai berikut.
1. Sinar kosmik yang berasal dari luar angkasa 2. Unsur-unsur radioaktif alam yang terkandung didalam kerak bumi seperti kalium, thorium dan uranium 3. Tulang-tulang binatang atau tulang manusia yang mengandung unsur kalium. Sumber radiasi buatan manusia, di antaranya: 1. Alat-alat kedokteran (seperti sinar-X) 2. Radioterapi; dan 3. Reactor nuklir. Besarnya energi radiasi pengion yang diserap oleh suatu materi dalam elemen volume dengan massa tertentu disebut dosis serap, yang dituliskan sebagai. 𝐷=
∆𝐸 ∆𝑚
dengan : D = dosis serap (rad) ΔE = energi yang diserap (joule) Δm = massa penyerap (kg) Secara internasional telah ditetapkan satuan dari dosis serap adalah rad, singkatan dari radiation absorbed dose.perlu diketahui bahwa satu rad=100 erg g-1 =10-2 Jkg-1 dan 1 Jkg-1 disebut 1 gray =100 rad. Akibat radiasi sangat bergantung pada besarnya dosis dan lamanya penyinaran. Untuk mengukur besar akibat suatu radiasi, digunakan satuan radiasi yang lain, yakni Sievert (Sv), yang didefinisikan sebagai jumlah radiasi pengion yang menghasilkan efek biologi yang sama dengan yang ditimbulkan oleh 1 joule sinar radiasi pada 1 kg tubuh.
a. Alat deteksi radiasi 1. Pencacah Geiger Mueler Pada 1928, Geiger Mueler seorang peneliti dari jerman barat, membuat alat pencacah dari sebuah tabung kaca yang tertutup pada kedua ujungnya untuk mendeteksi radiasi α,β dan γ. Bagian dindingnya dilapisi logam tipis yang berfungsi sebagai katode. Di sepanjang sumbu tabung dipasang seutas kawat yang berfungsi sebagai anode.
Mula-mula hampa
udara,
lalu
tabung
dibuat
dimasukkan
gas
dengan tekanan rendah. Tegangan antara anode dan katode diatur sesuai dengan jenis gas dan aktivitas unsur yang diukur Saat dilakukan pengukuran, tabung didekatkan pada unsur yang memancarkan partikel radioaktif sehingga partikelpartikel itu akan menembus jendela tipis pada salah satu ujung tabung dan masuk kedalamnya. Partikel radioaktif ini, menumbuk atom-atom gas sehingga atom-atom itu terionisasi. Pada saat terjadi ionisasi, atom-atom gas akan mengeluarkan elektronelektron. Elektron yang terlepas pada saat tumbukan, ditarik ke anode. Peristiwa ini berlangsung sangat cepat. Karena melepaskan elektron, atom-atom gas berubah menjadi ion-ion positif. Kemudian, ion-ion ini tertarik ke katode. Perpindahan ini akan menimbulkan pulsa listrik dalam rangkaian pencacah Geiger Mueler. Kemudian, pulsa listrik tersebut diperkuat melalui amplifier dan dapat diubah ke bentuk sinyal bunyi sehingga dapat didengar melalui loudspeaker sebagai bunyi yang berdetak.
2. Kamar Kabut Wilson Pada 1907, C.T.R.Wilson menemukan alat pendeteksi sinar radioaktif berupa kamar kabut . kamar kabut ini terdiri atas sebuah tabung yang dilengkapi dengan keeping gelas pada salah satu ujungnya dan penghisap pada ujung lain. Jika penghisap diturunkan dengan cepat, uap akan
mengembang dan mendingin sehingga menjadi uap super jenuh. Sinar radioaktif yang masuk ke dalam kamar kabut Wilson akan berinteraksi dengan materi (partikel) yang ada dalam kamar sehingga terjadi ionisasi. Ion-ion yang terbentuk berfungsi sebagai inti pengembun sehingga pada lintasan partikel sinar radioaktif tersebut terbentuk tetesan cairan dari uap super jenuh. Jejak partikel sinar radioaktif dapat diamati dan dipotret dengan cara menerangi kamar kabut tersebut dari samping. Identitas dan energi awal partikel yang terhenti dalam kamar kabut dapat ditentukan dari panjang dan tebal jejak partikel yang melalui kamar kabut. Jika kamar kabut dapat ditempatkan dalam medan magnetik, lintasan partikel bermuatan akan berupa lengkungan sehingga momentum dan jenis partikel dapat ditentukan.
3. Emulsi Film Emulsi film merupakan alat pendeteksi yang dapat digunakan untuk mengamati jejak-jejak partikel bermuatan secara langsung. Emulsi film merupakan sebuah film yang diberi emulsi khusus dengan kandungan perak (Ag) tinggi dan dilapiskan pada sekeping gelas. Partikel pengion yang melaluinya akan meninggalkan jejak dan memperlihatkan lintasan pada Kristal perak bromide yang telah berubah. Adapun partikelnya sendiri tidak dapat ditangkap. Setelah film diproses, akan muncul barisan butir hitam dari perak koloidal (keadaan seperti semula) sepanjang lintasan partikel.dari karakteristik jejak ini dapat ditentukan energi awalnya.
D
REAKSI INTI DAN PENGGUNAAN RADIOISOTOP
1. REAKSI INTI Pada dasarnya, reaksi inti adalah interaksi antara partikel penembakan (proyektil) yang terdiri atas partikel elementer, seperti foton, neutrino, dan inti multinukleon
Penembakan inti atom menyebabkan terjadinya perubahan susunan inti
dengan suatu inti target. Reaksi tersebut dapat berupa penghamburan proyektil atau eksitasi inti target yang diikuti oleh transformasi inti menjadi inti lain dengan cara menangkap atau melepaskan partikel. Pada setiap reaksi inti selalu berlaku hukum berikut ini. a. Hukum
kekekalan
momentum,
yakni
jumlah
momentum sebelum dan sesudah tumbukan sama. b. Hukum kekekalan nomor atom, yakni jumlah nomor atom sebelum dan sesudah reaksi sama. c. Hukum kekekalan nomor massa, yakni jumlah nomor massa sebelum dan sesudah reaksi sama.
Perubahan susunan inti atom terdiri dari:
d. Hukum kekekalan energi total, yakni energi total 1. Transmutasi inti yaitu berubahnya Orang yang kali pertama melihat reaksi inti adalah suatu inti atom Ernest Rutherford. Pada 1919, ia membombardir inti atom menjadi inti baru 14 yang stabil nitrogen 7𝑁 dengan sinar α. Reaksi tersebut meghasilkan 2. Radioaktivitas isotop oksigen 178𝑂 . buatan adalah peristiwa 14 4 17 1 berubahnya suatu 7𝑁 + 2𝐻𝑒 → 8𝑂 + 1𝐻 inti atom menjadi inti baru yang tidak stabil Dengan 42𝐻𝑒 adalah partikel α, dan 11𝐻 adalah proton. Perhatikan bahwa jumlah sebelum dan sesudah reaksi sama.
nomor atom dan jumlah nomor massa ruas kiri sama dengan jumlah nomor atom dan
nomor massa ruas kanan. Sseperti telah dijelaskan, pada reaksi inti berlaku hukum kekekalan nomor massa dan hukum kekekalan nomor atom. Pada 1937, James Chadwick melakukan suatu percobaan dan mendapatkan partikel yang baru kali pertama diketahui dan disebut neutron. Dalam percobaannya, Chadwick menembakkan partikel alfa pada keeping berilium sehingga menghasilkan neutron dan inti karbon 12. 4 2𝛼
+ 49𝐵𝑒 →
12 6𝐶
+ 10𝑛
Reaksi-reaksi tersebut umumnya hanya terjadi jika partikel memiliki energi yang cukup besar. Jika energinya terlalu rendah, partikel alfa hanya dapat mendekati inti pada jarak yang agak jauh karena adanya gaya tolak-menolak antara partikel inti. Hal tersebut mengakibatkan tidak terjadinya interaksi antara partikel alfa dan inti. Agar terjadi interaksi, energi partikel alfa harus diperbesar sehingga jarak antara partikel alfa dan inti dapat diperkecil. Alat yang digunakan untuk mempercepat partikel alfa dengan energi tinggi adalah akselerator (pemercepat). Partikel yang lebih kecil daripada partikel alfa, misalnya proton dan deuteron ( 21𝐷 ), dapat pula digunakan untuk mengganggu kestabilan inti dengan harapan agar akhirnya inti tersebut terurai menjadi inti-inti lain. Pada 1932, Cockroft dan Walton menyatakan bahwa proton yang dipercepat melalui medan listrik dengan beda potensial 150 kV dapat membelah inti litium sehingga dihasilkan dua inti helium. Peristiwa tersebut dapat ditulis dengan persamaan reaksi sebagai berikut. 1 1𝑝
+ 73𝐿𝑖 → 42𝐻𝑒 + 42𝐻𝑒
(1.27)
Contoh soal 1.3 Hitung besarnya energi yag dihasilkan pada reaksi : 2 1𝐻
+ 31𝐻 → 42𝐻𝑒 + 10𝑛 + 𝐸
Jawab : Diketahui : massa 21𝐻 = 2,0141 sma ; massa 31𝐻 = 3,0160 sma massa 42𝐻𝑒 = 4,0026 sma ; massa 10𝑛 = 1,0086 sma m = msebelum reaksi – msetelah reaksi = [(2,0141 +3,0160) – (4,0026+1,0086)] sma
= 0,0189 sma E = 0,0189 x 932,5 MeV = 17,6 MeV
Pada reaksi inti berlaku prinsip kesetaraan massa-energi berdasarkan persamaan seperti yang dinyatakan Einstein, yakni E=mc2. Reaksi inti dapat berupa pembelahan inti atom menjadi dua inti atom yang lebih ringan atau dapat juga berupa penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat. Pembelahan inti atom disebut reaksi fisi dan penggabungan inti atom disebut reaksi fusi.
a. Reaksi Fisi Pada 1934, Enrico Fermi melakukan percobaan dengan menembaki inti uranium dengan neutron sehingga dihasilkan inti majemuk uranium ( 238 92𝑈 ) yang dapat meluruh
dengan
memancarkan sinar β
sehingga
membentuk
unsur
baru dengan nomor atom 93. Kemudian unsur
tersebut
meluruh sambil memancarkan sinar β dan membentuk inti baru lagi. Selanjutnya proses penembakan inti uranium oleh neutron itu diselidiki oleh Frisch dan Meitner pada 1938 secara teoretik, dan mereka menamakan proses tersebut sebagai proses fisi, yang artinya pembelahan. Persamaan reaksi pembelahan inti uranium tersebut dapat dituliskan sebagai berikut. 1 0𝑛
+ 235 92𝑈 →
92 36𝐾𝑟
1 + 141 56𝐵𝑎 + 3 0𝑛 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖
Contoh lain dari reaksi fisi adalah sebagai berikut. 1 0𝑛
+ 235 92𝑈 →
140 54𝑋𝑒
94 + 38 𝑆𝑟 + 10𝑛 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖
Uranium dapat mengadakan reaksi fisi jika ditembaki oleh neutron berenergi rendah, sekitar 0,025 eV yang disebut neutron termal. Reaksi tersebut dinamakan reaksi fisi termal (thermal fision). Adapun uranium dapat membelah jika ditembaki neutron cepat yang berenergi sekitar 1,4 MeV. Reaksi fisi semacam ini disebut fisi cepat (fast fision). Energi yang dihasilkan pada reaksi fisi sangat besar. Misalnya, pada reaksi fisi dari 1 gram uranium, dihasilkan energi sekitar 8,2 x 1010 joule yag dapat digunakan untuk mendidihkan 200.000 liter air. Selain menghasilkan kalor, reaksi fisi juga menghasilkan dua atau tiga neutron baru dan setiap neutron baru itu akan menembaki uranium yang masih ada untuk melakukan pembelahan (fisi) sambil menghasilkan energi. Pembelahan inti tersebut akan berlangsung terus-menerus sampai uraniumnya habis. Peristiwa ini disebut reaksi fisi berantai. Pembelahan inti yang terus menerus itu berllangsung dalam waktu yang sangat singkat sehingga jika tidak terkontrol akan menyebabkan ledakan yang sangat dahsyat, misalnya pada bom atom.
Reaksi Fusi Inti ringan dengan nomor atom yang masih kurang dari 8 dapat bergabung membentuk inti yang lebih berat jika memiliki energi yang cukup besar untuk menembus potensial gaya Coulomb. Ternyata, proses ini dapat terjadi pada temperatur yang sangat tinggi dan disebut reaksi termonuklir. Reaksi
penggabungan
inti
tersebut
dinamakan reaksi fusi. Contoh reaksi fusi adalah reaksi inti yang terjadi di matahari dan bintang-bintang. Reaksi termonuklir yang terjadi di matahari, diantaranya penggabungan hidrogen 11𝐻 menjadi inti helium 42𝐻𝑒 . reaksi yang terjadi di matahari dapat dituliskan sebagai berikut. 1. Pada tahap awal reaksi, proton bergabung dengan proton membentuk deuterium 2 1𝐻 . 1 1𝐻
+ 11𝐻 → 21𝐻 + 01𝛽 + 0,4 𝑀𝑒𝑉
2. Deuterium bergabung dengan proton membentuk inti tritium 32𝐻𝑒 . 1 1𝐻
+ 21𝐻 → 32𝐻𝑒 + 𝛾 + 5,5 𝑀𝑒𝑉
3. Inti 32𝐻𝑒 bereaksi menghasilkan inti 42𝐻𝑒 3 2𝐻𝑒
+ 32𝐻𝑒 → 42𝐻𝑒 + 11𝐻 + 11𝐻 + 𝛾 + 5,5 𝑀𝑒𝑉
Reaksi fusi yang berlangsug spontan hanya dapat terjadi pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, supaya inti yang ikut dalam proses itu memiliki energi yang cukup untuk bereaksi. Contoh lain dari reaksi fusi adalah pada bom hidrogen yang menggunakan reaksi termonuklir. Temperature tingginya dicapai dengan menggunakan bom fisi plutonium yang bertindak sebagai detonator atau penyulut.
1. Reaktor Nuklir reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi pembelahan inti (nuklir) atau dikenal degan reaksi fisi berantai yang terkendali. Bagian utama dari reaktor nuklir, yakni elemen bakar, moderator, pendingin, daan perisai. Reaksi fisi berantai terjadi jika inti dari suatu unsur dapat membelah (uranium-235 dan uranium-233) bereaksi dengan neutron termal yang akan menghasilkan unsur-unsur lain dengan cepat serta menimbulkan energi kalor dan neutron-neutron baru.
Berdasarkan fungsiya, reaktor nuklir dapat dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut. a. Reaktor penelitian (Riset) b. Reaktor daya Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)
2. Bom Nuklir Bom Fisi a. Sebenarnya istilah bom atom lebih tepat dikatakan dengan bom nuklir Karena energi yang diambil berasal dari tenaga nuklir. Ledakan nuklir terjadi karena pembebasan energi yang sangat besar dan sesaat oleh pembelahan inti atom. Bahan-bahan yang dapat membelah yang merupakan bahan bom atom adalah uranium U-235 dan plutonium Pu-239. Bahan bakar plutonium, sebagaimana uranium, dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar reaktor fisi nuklir atau dapat digunakan sebagai materi utama pembuatan bom fisi nuklir. ton TNT (tri nitro toluene), yakni bahan bakar bom konvensional atau cukup dengan istilah 20 kiloton.
a. Bom Fusi
Pengembangan lebih lanjut alat ledak fusi dengan bahan bakar isotop hidrogen diilhami oleh berhasilnya ledakan bom atom fisi. Bom fusi dapat mencapai suhu jutaan derajat celcius, dan suhu ini dicapai sesaat setelah ledakan nuklir. Dengan demikian, bom atom thermo nuklir fusi lebih dahsyat dari bom atom fisi karena ledakan fusi ini dicapai secara bertahap, yakni diawali
dengan
ledakan
kemudian
fisi
lebih
dahulu,
bahan bakar hidrogen terbakar
oleh
suhu
fisi dan terjadi ledakan tingkat
kedua
termo fusi dan diakhiri dengan
ledakan
fisi. Bom nuklir terhebat yang bahan bakarnya mudah
adalah bom didapat,
yakni uranium U-238. Bahan bakar ini sangat murah dan melimpah secara alami.bahan bakar ini hanya dapat diledakkan dengan neutron cepat yang dapat dihasilkan oleh bom termo fusi. Dengan demikian, setelah ledakan tahap kedua, dapat diperbesar lagi dengan ledakan tahap ketiga dengan bahan bakar uranium alam (uranium U-238 > 99%).
3. Radioisotop a. Pembuatan Radioisotop Untuk memproduksi radioisotop dalam jumlah banyak, cara yang umum digunakan, antara lain menggunakan reaksi inti dengan neutron. Bahan-bahan yang tidak aktif, seperti natrium, kromium, ataupun iodium dimasukkan kedalam reaktor produksi radioisotope. Ketika reaktor dioperasikan maka neutron dari fisi digunakan untuk meradiasi bahan isotop. Unsur-unsur bahan baku isotop yang bereaksi dengan neutron akan menjadi aktif. Unsur-unsur yang aktif inilah yang disebut dengan nama radioisotop. Contoh-contoh radioisotop buatan BATAN, yakni 24Na, 32Pa,51Cr, 99Tc, dan 131I
b. Penggunaan Radioisotop Akhirr-akhir ini, radioisotop sudah banyak digunakan dibidang kedokteran, industry, pertanian, dan dalam berbagai bidang kehidupan lainnya.
1.) Bidang Kedokteran Dalam bidang kedokteran, radioisotop dapat digunakan sebagai diagnosis maupun sebagai terapi, misalnya untuk diagnosis kanker ataupun diagnosis fungsi kerja jantung. Kobal Co-60 dapat digunakan sebagai penyinaran kanker. Co-60 ini sebagai pengganti radiasi sinar-X jika didalam pengobatan tersebut membutuhkan intensitas sinar yang lebih kuat. Demikian juga produksi yang berlebihan dari hormone godok dapat dikendalikan dengan cara pasien meminum suatu larutan yang mengandung iodium I-131. Iodium akan sampai pada kelejar gondok dan dapat memberikan radioterapi internal.
2.) Bidang Industri
Penerapan
teknik
nuklir
dalam
menunjang industry dan kontruksi sudah sangat luas, misalnya dalam pemeriksaan material menggunaka teknik radiografi dengan sinar atau sinar-X yang dipancarkan dari radioisotop, Co-60 atau Ir-92 dilewatkan melalui
material
yang
akan
diperiksa,
sebagian dari sinar tersebut akan diteruskan dan sisanya akan diserap tanpa merusak material. 3.) Bidang Hidrologi a.) Pengukuran laju air Radioisotop dapat digunakan untuk mengukur laju alir atau debit aliran fluida dalam pipa, saluran terbuka, sungai, serta air dalam tanah. Dasar pengukuran ini adalah menggunakan perunut radioaktif. Akibat adanya aliran, konsentrasi perunut radioaktif dalam jangka waktu tertentu akan berubah. Debit aliran fluida didapat dari pengukuran perubahan intensitas radiasi dalam aliran tersebut dalam jangka waktu tertentu
b.) Pengukuran kandungan air tanah
Suatu alat yang mempunyai sumber neutron cepat dimasukkan kedalam sumur sehingga terjadi tumbukan antara neutron cepat dan hidrogen dari air (H 2O). tumbukan ini akan menghasilkan neutron lambat yang dapat dideteksi dengan detector. Jumlah kandugan air dalam tanah dapat ditentukan dari cacahan yang terdeteksi pada detektor.
c.) Pendeteksi kebocoran pipa Radioisotop dapat pula digunakan untuk mendeteksi kebocoran pipa penyalur yang terbenam di dalam tanah. Mula-mula perunut radioaktif dimasukkan ke dalam aliran, kemudian diikuti dari atas melalui suatu detektor, jika di suatu tempat terdapat cacahan radioaktif yang tinggi, berarti di tempat tersebut terdapat kebocoran. Penggunaan
radioisotop
dalam
bidang
hidrologi lainnya, misalnya dalam pegukuran tinggi permukaan cairan dalam wadah tertutup, pengukuran sedimen transport (endapan lumpur di pelabuhan yang menyebabkan terjadinya pendangkalan), serta menentukan letak kebocoran suatu bendungan.
