Upload
dinhthien
View
251
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Struktur Inti Atom
Massa Atom 99,9 % terdapat dalam inti yang
terdiri dari proton (muatan = e +) massa
energi 938,28 Mev dan netron (muatan =0)
massa energi 929,57 Mev sedangkan
elektron berada di kulit atom.
Nomor massa ( A )
Proton ( Z )
Netron A - Z Sifat kimia dari atom lebih banyak ditentukan oleh Z
bukan A. Sifat kimiawinya identik jika Z nya sama.
Struktur Inti Atom
Atom yang memiliki Z sama tetapi A berbeda
disebut Isotop (isotope)
Contoh .
Hidrogen
Deuteriumon
Tritium
Soal.
Tuliskan minimal 4 isotop yang lainnya
Struktur Inti Atom
Kerapatan inti atom tergantung netron dan proton
dapat dituiskan
Maka jari-jari atom akan sebanding dengan akar
pangkat sepertiga nomor massa
Ro = 1,2 10 -15 meter = 1,2 fm
Struktur Inti Atom
Jawab1. Carbon R= 1,2 fm. (A)1/3 = 1,2 .(12)1/3 = 2,7 fm
Germanium R= 1,2 fm.(A)1/3 = 1,2 .(70)1/3 = 4,9 fm
Bismuth R= 1,2 fm. (A)1/3 = 1,2 .(209)1/3 = 7,1 fm
2. kerapatan inti atom karbon dan massa total inti atom
karbon (A=12).
Struktur Inti Atom
Energi total inti atom hidrogen
Secara umum dituliskan
m(atom) = m(inti atom) + Z m (elektron) +energi ikat elektron total
Binding energy (energi ikat)
Strukrur Inti Aatom
Contoh
Deuterium memiliki massa atom = 2,014102 u,
massa atom hidrogen (mp)= 1,007825 u,
massa netron(mn )1,008665 u. Berapakah
energi total ikat inti atom deuterium?
Jawab.
B = (1,008665 u + 1,007825 u - 2,014102 u )
= 0,002388 u = 0,002388 u . 931,5 Mev/u.
B = 2,224 Mev
Struktur Inti Atom
Soal..
Hitunglah energi ikat total ( B ) dari
a.
b.
Struktur Inti Atom
Jawab.
P = 26
N = 56 – 26 = 30
mFe= 55,8447 uB = (30 .1,008665 u + 26 . 1,007825 u - 55,8447 u)
= 30,25995 + 26,20345- 55,8447
= 56,4634- 55,8447
= 0,6187u
= 0,6187 u . 931,5 Mev/u.
= 576,31905 Mev
Struktur Inti Atom
Jawab.
P = 92
N = 238 – 92 = 146
mU= 238,02891uB =(146. 1,008665 u + 92 . 1,007825 u - 238,02891 u)
= (147,26509 + 92,7199 - 238,02891) u
= 1,95608 . 931,5 Mev/u.
= 1822,08852 Mev
= 1822,08852 .1,6 10-13 Joule
= 2,915 10-10 Joule
= 0,2915 nJ = 291,5 pJ
Gaya Inti Atom
1. Lebih besar dibanding gaya elektromagnet, grafitasi,
dan gaya lain disebut juga strong force
2. Jangkauan sangat pendek 10-15 m = 1 fm
penambahan nukleon kerapatan inti tidak berubah
energi ikat per nukleon tetap
3. Tidak tergantung jenis nukleon gaya inti n-p = n-n =
p – p
4. Selang waktu hadirnya energi
5. Jarak tempuh yang dicapai partikel x = c ∆t
6. Energi diam yang diperlukan partikel mc2 = 200 Mev
(jangkauan 1 fm)
Radioaktif
Suatu zat radioaktif (radioactive substance) didefinisikan sebagai sesuatu
zat yang memiliki sifat untukmengemisikan radiasi secara spontan.
Radioaktif
Semua inti atom stabil N = Z berat N > Z dan
tidak ada inti stabil dengan A=5 atau 8 .
Contoh Helium stabil
Radioaktif
Peluruhan radioaktif
Peluruhan alfa
Peluruhan beta
Peluruhan gamma
Peluruhan Radioaktif
Satuan peluruhan 1curie = 3,7 1010 peluruhan
per detik
Biasanya dinyatakan dalam mCi, atau μCi
Orde peluruhan 1023 untuk cuplikan 1 Ci
memiliki probabilitas 10-13
Aktifitas peluruhan α = λ N
N = jumlah inti radioaktif
λ = probabilitas peluruhan
Tanda minus menunjukan N menurun terhadap
bertambahnya waktu. –dN/dt
Peluruhan Radioaktif
Aktifitas peluruhanpeluruhan per satuan waktu
Maka
ln N = - λt + c
Peluruhan Radioaktif
Aktifitas peluruhan
Meluruhkan separoh
maka λt ½ = ln 2
Waktu paruh
Radioaktif
Latihan soal hal 363
λ. = 0,693/T = 2,97 10-6 s-1
Probabilitas tiap detik 2,97 10-6
N = m/M 6,02 1023 = 3,04 1015
Ao = λ.N =9,03 109 peluruhan/detik = 0,244 Ci
A = Ao e-λt =1,5 109 peluruhan/detik
Hukum kekekalan Peluruhan
1. Kekekalan Energi = X akan meluruh menjadi X’ yang lebih
ringan mNX C2 = mNX’ C2 + mN x C2 + Q (Q=kelebihan
energi) (X’ +x = massa diam mN massa inti)
2. Kekekalan momentum linear Px’ + Px = 0
3. Kekekalan momentum sudut (momentum sudut spin s dan
momentum sudut orbital L ) L= r. P ( sX = sx’ + sx +Lz )
4. Kekekalan muatan elektrik = muatan elektrik sebelum dan
sesudah peluruhan tetap dilihat nomer atom.
5. Kekekalan nomor massa jumlah nomor massa A tidak berubah
dalam peluruhan dilihat nomer massa
Peluruhan Alfa
Energi yang terbebaskan energi kinetik α dan partikel
anak X’ Q = m (X) - m (X’) - mα c2
Q= KX’ + K α
Momentum liniernya PX’ = P α
Maka hasil energi kinetik α
K α = (A-4) Q/A
Soal
Hitunglah …
Peluruhan Alfa
Soal
1. Hitunglah Energi kinetik peluruhan alfa yang
dipancarkan oleh atom Ra meluruh menjadi Rn
Ra =226,025406
Rn = 222,017574
α. = 4,002603
Peluruhan Alfa
Soal1. Hitunglah Energi kinetik peluruhan alfa yang
dipancarkan oleh atom Ra
Jawab.
Ra Rn + α
Ra =226,025406
Rn = 222,017574
α. = 4,002603
Q = 226,025406 - 222,017574 - 4,002603 = 4,871 Mev
K α. = (A-4).Q/A = 4,785 Mev
Latihan Soal
Latihan soal
Hitunglah energi kinetik partikel alfa yang
dipancarkan dalam peluruhan alfa dari 226Ra!
Jawab
Q = m Ra – m Rn – m α
Q = (226,025406 – 222,017574 – 4,002604) u
= 0,005226 X 931,5 Mev
= 4,87 Mev
Kα = (A-4)Q/A (226-4) 4,87/226 = 4,783 Mev
Batas perkuliahan
• S1 Pemrminyakan of A jumat 23 nov 2012
TM . Tidak ada.
• S1 Pemrminyakan of A jumat 23 nov 2012
Peluruhan Beta
Untuk peluruhan betta moner massa tetap Energi
yang terbebaskan n p +e + v
Peluruhan dapat terjadi dalam inti atom Z dan N
meluruh ke inti atom lain Z + 1 dan N-1
Sehingga Q = ( m AX) - m AX’) c2
Latihan Soal
Latihan soal
Inti 23Ne meluruh ke inti 23Na dengan
memancarkan beta negatif. Hitunglah energi
kinetik maksimum elektron yang dipancarkan?
Jawab
Q = m Ne – m Na
Q = (22,994466 – 22,989770) 931,5 Mev
= 4, 374 Mev
Peluruhan Gamma
E = E awal- Eakhir 100 keV – MeV
Usia paruh eksitasi inti 10-9 sampai 10-12 sekon.
Latihan Soal
Latihan soalInti 12N meluruh beta ke suatu keadaan eksitasi dari 12C
yang sudah itu meluruh ke keadaan dasarnya dengan
memancarkan sinar gamma 4,43 Mev . Hitunglah energi
kinetik maksimum partikel beta yang dipancarkan?
Jawab
Massa C dalam keadaan tereksitasi
m C = (12,00000 + 4,43/931,5 ) = 12,004756 u
Q = (m N - m C – 2me ) 931,5 Mev
Q = (12,08613 – 12,004756 – 2 X 0,000549 ) 931,5 Mev
= 74,77 Mev
Rarioaktifitas Alam
Sebagian besar unsur radioaktif alam memiliki waktu paruh
dalam orde hari atau tahun << umur bumi +- 4,5 109 th
sedikit unsur yang teramati meluruh dengan orde waktu
paruh = umur bumi. Sbg latar belakang natural radioactivity.
Proses radioaktif mengubah A jadi A-4 (peluruhan alfa) A
tetap peluruhan beta dan gamma.
Sinar X
Panjang gelombang sinar X +- 0,01 s/d 10 nm.
Energinnya +- 100 eV s/d 100 keV dan reaksi
terhadap materi dan inti atom
Tugas mandiri Sinar X
Off A Reguler tanggal 7 Desember 2012
Off B Reguler tanggal 30 November2012
Tugas mandiri berpasangan dalam copi file
1. Sifat sinar X
2. Proses pembentukan sinar X
3. Manfaat sinar X
4. Bahaya sinar X
Sinar X
Pembuatan sinar X
Tabung hampa udara ( vakum ) ada filamen panas, katode, dan
anode ( logam target ). Elektron dari filamen panas secara emisi
termionik, dipercepat ke anode ( target ) V oltase tinggi (kV.)
Elektron berenergi tinggi menumbuk target logam, sinar x akan
dipancarkan oleh target.
Sinar X
1. Jika potensial antara anode dengan katode
dinaikkan daya tembus sinar x lebih besar dan
panjang gelombang lebih kecil. energi kinetik
elektron meningkat.
2. Jika filamen panas diperbesar maka katode
dibuat lebih panas elektron yang dikeluarkan
lebih banyak sinar x mempunyai intensitas
lebih tinggi..
Sinar X
Sifat-sifat sinar x1. Sinar x merambat menurut garis lurus
2. Sinar x dapat menghitamkan pelat pemotret
3. Daya tembus sinar x bergantung jenis bahan kayu
beberapa cm, pelat aluminium setebal 1 cm, besi,
tembaga, dan khususnya timah hitam setebal beberapa
mm bahkan tidak ditembus sama sekali
4. Sinar x tidak dapat terlihat oleh mata manusia .
5. Sinar x dapat dipancarkan ketika sinar katode
menumbuk zat padat.
Sinar X
kegunaan sinar x
a. Dalam bidang kedokteran, sinar x digunakan untuk
membantu dokter diagnosis suatu penyakit atau
kelainan dari bagian dalam tubuh
b. Dalam bidang industri, sinar x digunakan untuk
menemukan cacat pada las atau keretakan logam
c. Dalam bidang pengetahuan, misalnya fisika seperti
mempelajari pola-pola difraksi pada kristal zat padat
Sinar X
Bahaya sinar x
Energi yang dimiliki sangat tinggi, sehingga sinar x
memiliki efek yang besar pada jaringan hidup sinar x
dosis tinggi dapat menyebabkan kanker dan cacat lahir
Reaksi Fisi Nuklir
Reaksi pembelahan
Pembelahan uranium sekali pembelahan menghasilkan
energi 200 Mev
Baik U238 maupun U235 dapat dibelah dengan netron
cepat hanya U235 yang dapat dibelah dengan netron
lambat membelah menjadi > 100 macam isotop selain
kripton dan barium. Jumlah Atom berkisar 34 sampai 58
Selain melepas netron juga beta dengan penambahan
energi 15 Mev.
Reaksi fisi
uranium adalah salah satu atom berat.
Reaksi fisi
Reaksi Fisi Nuklir
Reaksi pembelahan fisi uranium berlangsung berantai jika
lambat dan dapat dikendalikan dalam reaktor. Jika
berlangsung cepat tak terkendali menjadi Bom nuklir.
Contoh
Pada suatu reaktor pembangkit listrik 3000 Mwatt. Berapa
kali terjadi reaksi fisi?
Jawab
3000 Mwatt setiap detik energinya 3000 Mjoule.
Sekali fisi 200 MeV.
Reaksi Fisi Nuklir
200 Mev 2 108 x 1,6 10-19 = 3,2 10-11 J
Jika 3 109 Joule = 0,94 1020 reaksi pembelahan
Setiap atom uranium U235 massa 235 x 1,6 10-27 kg =
3,9 10-25 kg
Banyaknya 0,94 1020 x 3,9 10-25 kg = 37 mg
Batas perkuliahan ….
• Off A reguler TP 30 nov 2012
• Tugas mandiri sinar X.
Berikutjumlah energi nuklir yang bisa dihasilkan per kg materi:
Fisi nuklir:
Uranium-233: 17,8 Kt/kg = 17800 Ton TNT/kg
Uranium-235: 17,6 Kt/kg = 17600 Ton TNT/kg
Plutonium-239: 17,3 Kt/kg = 17300 Ton TNT/kg
Fusi nuklir:
Deuterium + Deuterium: 82,2 Kt/kg = 82200 Ton TNT/kg
Tritium + Deuterium: 80,4 Kt/kg = 80400 Ton TNT/kg
Lithium-6 + Deuterium: 64,0 Kt/kg = 64000 Ton TNT/kg
Dahsyatnya Bom Nuklir
foto diambil tertanggal 3 Juli 1970 oleh seorang tentara Perancis Fangataufa. Code bom ini Canopus, kekuatan 914 kt. Bom ini dihasilkan oleh Perancis (CMIIW)
Oleh
Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
operasi Upshot-Knothole, di Nevada Proving Ground antara Maret 17 and Juni 4, 1953, mengetes bom jenis beru yang menggunakan teori
fission dan fusion. Rumah dalam gambar terletak 3500 kaki dari pusatledakan, kameranya sendiri dilindungi lapisan setebal 2 inchi, hanya
butuh 2,6 detik saja dari awal bom tersebut meldak sampai ledakannyamenghancurkan rumah tersebut Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
1 Juli 1946, di Pulau Marshall, ledakan berbentuk jamur/cendawan diSamudra Pasifik Utara, ledakan pertama dari 2 ledakan dalam operasi
Crossroads. Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
uji coba bom Bravo yang terburuk dalam sejarah US karena bencanayang disebabkan oleh radiasinya. Kesalahan tersebut terjadi karena US
salah menganalisa keadaan cuaca sehingga terjadi bencana radiasitersebut.
Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
bom Trinity adalah ujicoba bom atom 1 oleh US, 16 Juli 1945, dilakukan35 miles tenggara Socorro, New Mexico, sekarang White Sands Missile
Range. Saudaranya, The Fat Man yang menggunakan konsep dan design serupa, adalah bom yang dijatuhkan di Nagasaki. Kekuatan bom ini
“hanya” 20 kiloton dan merupakan bom pertama yang memulai ZamanAtom atau Atomic Age. Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
bom BADGER adalah bom berkekuatan 23 kiloton, ditembakkan padaApril 18, 1953 di Nevada Test Site, bom ini merupakan bagian dari
Operation Upshot-Knothole. Oleh
Dahsyatnya Bom Nuklir
bom atom Hiroshima dan Nagasaki oleh US bom pertamaLittle Boy 6 Agustus 1945, bom kedua “The Fat Man”
Nagasaki 9 Agustus 1945. kematian 200.000 jiwa.
Oleh
Hasil ledakan bom nuklir di Hiroshima
Dahsyatnya Bom Nuklir
The Fat Man 5 ton dan tinggi 10,6 kaki. ( Nagasaki )
Oleh
Little Boy 4-5 ton dan tinggi 9 kaki (Hirosima )
Oleh
diambil 1 milisekon setelah ledakan bom, duri runcing dibawah ledakan , suhunya 20.000 Kelvin, 3,5 kali panas
permukaan matahariOleh
Tanggal/Waktu Miniatur Dimensi Pengguna Komentar
terkini 14:37, 8 November 2009 781×804 (121 KB) Fastfission (fix fonts, metadata)
23:59, 25 Juli 2006 781×804 (127 KB) Fastfission (convert text to outlines..)
20:20, 25 Juli 2006 781×804 (120 KB) Fastfission
(A simple graphic showing
comparative nuclear fireball
diameters for a number of different
tests and warheads. From largest to
smallest, the sizes are: *w:Tsar
Bomba — 50 Mt — 2.3 km
*w:Castle Bravo — 15 Mt — 1.42
km *w:W59 warhea)
Reaksi Fusi
Reaksi penggabungan dua inti ringan menjadi inti berat.
Reaksi Fusi
Contohnya adalah penggabung 2 deutron energi yang
dibebaskan 3,2 MeV atau 0,8 Mev per nukleon.
Reaksi Fusi
Gaya elektrostatik antara 2 deutron yag jari-jari +- 1,3 fm
jarak antara keduanya = 3 fm maka energinya +- 0,5 Mev.
memerlukan energi kinetik (K = 0,5 Mev ) untuk
memicu reaksi fusi. Dapat dilakukan dengan
mempercepat deutron(K) atau membuat panas (Q). • orde arus deutron dari akselerator mikro ampere daya total 4 watt per nuleon. •Memanaskan dengan energi 5 1012 joule memerlukan suhu 109 K .
Reaksi Fusi
Reaksi fusi pada Matahari
Energi yang terbebaskan
Q = (mi - mf) c2
= ( 4 mp – mHe) 931,5 Mev
= (4 1,007825 – 4,002603) 931,5 Mev
= 26,7 Mev
Reaksi Fusi
Daya matahari sampai bumi 1,4 103 W/m2 jarak rata-rata
bumi dan matahari 1,5 1011 m. Maka energi matahari akan
tersebar keseluruh permukaan berupa selimut bola ( 28
1022 m2 maka energinya akan 4 1026 Watt
Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4
6Li + D -> 4He + 4He 6Li + D -> 2 4He
isotop helium-4 ( partikel alfa ) ditulis dg simbol α
Jadi, bisa juga ditulis:6Li + D -> α + α
atau:6Li(D,α)α (bentuk yang dipadatkan)
Contoh Reaksi Fusi
massa isotop Lithium-6 : 6,015122795
massa isotop Deuterium : 2,0141017778
massa isotop Helium-4 : 4,00260325415
Lithium-6 + Deuterium Helium-4 + Helium-4
6,015122795 + 2,0141017778 4,00260325415 + 4,00260325415
8,0292245728 8,0052065083
Massa yang hilang: 8,0292245728 - 8,0052065083 = 0,0240180645 u
(0,3%) (dibulatkan)
E = mc2
E = mc2
= 1u x c2
= 1,660538782×10−27 kg x (299.792.458 m/s)2
= 149241782981582746,248171448×10−27 Kg m2/s2
= 149241782981582746,248171448×10−27 J
= 931494003,23310656815183435498209 ev
= 931,49 Mev
(dibulatkan) Jadi, massa 1u = 931,49 Mev
Reaksi Fusi
Energi kinetik yang dibutuhkan ini setara dengan temperatur sekitar 20-30 juta derajat
Fisika Dasar III
Oleh
Tenes Widoyo MPd
Daftar Pustaka
1. Fisika Holliday & Resnick Jilid I
2. Baequni , Fisika Modern/ struktur muatan
3. Fisika Modern Kenneth Krane4. Phisics international edition James S Walker5. Sears Zemansky Fisika untuk Universitas 3
Disampaikan pada mata kuliah fisika dasar III STT Migas Balikpapan
Tahun pembelajaran 2012/2013 semester gasal.