FISIKA INTI FISIKA INTI
Radioaktivitas Radioaktivitas
Ikwan Wahyudi
KOMPETENSI DASAR
3.10 Menganalisis karakteristik inti atom, radioaktivitas, pemanfaatan, dampak,
dan proteksinya dalam kehidupan sehari-hari
4.10 Menyajikan laporan tentang sumber radioaktif, radioaktivitas, pemanfaatan,
dampak, dan proteksinya bagi kehidupan
POKOK BAHASAN
Inti Atom
Struktur dan penyusun inti atom
Massa atom
Gaya ikat inti
Energi ikat inti dan stabilitas inti
Ukuran dan bentuk inti
Radioaktivitas
Jenis-jenis sinar radioaktif
Peluruhan radioaktif
Deret dan aktivitas radioaktif
Waktu paruh
Reaksi Inti
Energi reaksi
Reaksi fisi dan fusi
Pemanfaatan radioisotop
INTI ATOM INTI ATOM
Struktur dan Penyusun Inti Atom
Inti atom merupakan partikel yang memiliki massa dan bermuatan positif
Konsep awal adanya inti atom dimulai dari:
1911 Rutherford – eksperimen lempeng emas (hamburan Rutherford)
menembak partikel alfa pada lempeng emas yang diamati, hasilnya ada partikel alfa
yang dihamburkan pendapatnya: muatan positif atom dikonsentrasikan di pusat
atom sebagai inti atom.
Niels Bohr mengembangkan struktur atom “atom tersusun atas inti atom dan
elektron yang mengelilingi inti atom pada kulit-kulit atom.”
Pada tahun 1920, muatan listrik positif pada inti atom hidrogen, oleh Goldstain
partikel bermuatan listrik positif ini selanjunya disebut proton.
Pada tahun 1932, James Chadwick menemukan neutron dari hasil percobaannya,
yaitu menemukan partikel alfa pada keping berilium. Neutron ini berupa partikel
yang ada di inti atom tetapi tidak bermuatan
INTI ATOM terdiri atas: proton dan neutron
Proton dan neutron selanjutnya disebut nukleon
atau nuklida
Setiap atom dapat diidentifikasi berdasarkan jumlah proton dan neutron yang
dikandungnya. Secara umum sebuah inti atom dinotasikan:
X : Nama unsur atom
A : Nomor massa
Z : Nomor atom
Nomor atom (Z) : Jumlah proton dalam inti setiap atom suatu unsur (pada
atom netral, jumlah proton = jumlah elektron, sehingga nomor atom juga
menandakan jumlah elektron yang ada dalam atom)
Nomor massa (A) : Jumlah total proton dan neutron yang ada dalam inti atom
suatu unsur
Gambar struktur inti atom:
Contoh:
Maka: Nomor atom : 17
Nomor massa : 35
Jumlah proton : 17
Jumlah elektron : 17
Jumlah neutron : A – Z = 35 – 17 = 18
Sebuah atom memiliki tiga komponen dasar yang sangat penting, yaitu elektron,
proton, dan neutron. Tabel massa dan muatan sub-atom
MASSA ATOM
Massa atom berhubungan erat dengan jumlah proton, elektron, dan neutron.
Berdasarkan perjanjian internasional, atom karbon-12 dipakai sebagai standar,
sehingga:
“satu satuan massa atom (1 sma) didefinisikan sebagai suatu massa yang
besarnya tepat sama dengan seperduabelas (𝟏
𝟏𝟐) massa dari satu atom
karbon-12”
Massa atom karbon-12 = 1 sma, maka
Satuan massa atom juga dapat dinyatakan berdasarkan prinsip kesetaraan massa
dan energi yang dikemukakan oleh Einstein.
GAYA IKAT INTI
Inti atom dipengaruhi oleh adanya 3 gaya.
Gaya pertama: Gaya elektrostatis (gaya tolak menolak antar proton dengan proton)
Gaya kedua: Gaya gravitasi (gaya tarik menarik antarmassa nukleon)
Gaya ketiga: Gaya ikat inti (gaya yang mengikat antarnukleon)
Besarnya gaya ikat inti lebih besar dibandingkan gaya elektrostatis dan gaya gravitasi.
Interaksi antara gaya elektrostatis dan gaya gravitasi saling mengabaikan (meniadakan)
Sifat gaya ikat inti: sangat kuat, jangkauannya sangat pendek, tidak bergantung jenis
nukleon, tidak bergantung pada muatan listrik nukleon.
Gaya ikat inti bersifat jenuh, yakni setiap nukleon hanya tarik menarik dengan
nukleon di sekitarnya
Gaya ikat inti bekerja pada jarak yang sangat dekat sampai dengan jarak pada diameter
inti atom (10-15 m).
ENERGI IKAT INTI
Hubungan antara massa inti atom dengan energi ikat inti dapat dijelaskan dengan
teori yang dikemukakan oleh Albert Einstein yang menyatakan hubungan antara
massa dan energi.
Persamaan matematis hubungan antara massa dan energi adalah
E = mc2
Dimana, E adalah energi yang timbul apabila sejumlah m (massa) benda berubah
menjadi energi dan c adalah cepat rambat gelombang cahaya.
Energi ikat inti menyebabkan nukleon dapat bersatu dalam inti atom. Energi ini
berasal dari penyusutan massa inti yang berubah menjadi energi.
Energi ikat inti dapat diketahui jika besarnya defek massa diketahui.
ENERGI IKAT INTI
Inti atom tersusun dari proton dan neutron, sehingga massa inti seharusnya sama
dengan jumlah total massa nukleon-nukleonnya.
Kenyataannya, massa inti selalu lebih kecil daripada total massa nukleon-
nukelonnya.
Ada massa yang hilang atau menyusut, disebut dengan DEFEK MASSA
Defek massa menunjukkan selisih antara massa diam sebuah inti atom dan jumlah
seluruh massa diam masing-masing nukleonnya dalam keadaan tak terikat.
Defek massa adalah kesetaraan massa energi ikat
berdasarkan persamaan massa-energi
Menurut hukum kesetaraan massa dan energi, defek massa dinyatakan:
∆𝑚 = 𝑍. 𝑚𝑝 + 𝐴 − 𝑍 . 𝑚𝑛 − 𝑚𝑖
Dengan:
Δm : defek massa mp : massa proton
Z : nomor atom mn : massa neutron
A : nomor massa mi : massa inti
Defek massa atau susut massa timbul karena untuk menyusun inti diperlukan energi yang
mengikat semua nukleon, yang disebut energi ikat (binding energy), yang
diperoleh dari massa inti. Berdasarkan teori relativitas Einstein maka:
𝐸 = ∆𝑚𝑐2
Menurut hasil pengukuran yang teliti jika massa 1 sma berubah menjadi energi setara
dengan energi sebesar 931 MeV (Mega elektron volt) atau 1 sma = 931 MeV, sehingga
besarnya energi ikat inti dapat dinyatakan :
• Kestabilan (stabilitas) inti atom tidak dapat selalu digambarkan dengan energi ikat
inti.
• Inti atom yang memiliki jumlah nukleon banyak, energi ikatnya juga akan besar,
namun belum tentu inti itu stabil.
• Umumnya, inti atom yang memiliki jumlah neutron lebih banyak mempunyai
tingkat kestabilan inti yang lebih rendah.
• Karena itu, besarnya energi yang berhubungan langsung dengan stabilitas inti
adalah energi ikat per nukleon yang besarnya dapat dihitung melalui persamaan:
ENERGI IKAT INTI
• Grafik tersebut memperlihatkan grafik energi ikat per nukleon
terhadap banyaknya nukleon dalam berbagai inti atomik. Pada
grafik itu energi ikat terbesar adalah 8,8 MeV yaitu pada inti
atom besi (26Fe56). Lebih besar energi ikat penukleonnya, maka
lebih mantap inti itu.
ENERGI IKAT INTI
• Eksperimen hamburan Rutherford membuktikan bahwa inti mempunyai ukuran
dan bentuk.
• Volume inti berbagai atom mempunyai nilai yang berbanding lurus dengan
banyaknya nukleon yang dikandungnya
• Inti atom tidak memiliki bentuk permukaan yang jelas.
• Inti atom tetap punya jari-jari rata-rata.
• Jari-jari inti dirumuskan secara empiris sebagai suatu pendekatan, yaitu:
• Kerapatan inti mempunyai nilai konstan di bagian dalam inti (dengan asumsi
berbentuk bola)
UKURAN DAN BENTUK INTI
RADIOAKTIVITAS RADIOAKTIVITAS
PENDAHULUAN
Inti atom dengan nomor massa besar memiliki energi ikat inti yang relatif lebih
kecil dibandingkan dengan inti atom dengan nomor massa menengah.
Inti atom bernomor massa besar seperti U-235, cenderung tidak stabil sehingga
memancarkan energi dalam bentuk sinar radiaoaktif.
Pengamatan aktivitas inti dimulai dari Henry Becquerel menyelidiki tentang
gejala fosforensi dan fluorensi. Fosforensi = peristiwa berpendarnya zat setelah
cahaya yang menyinari zat tersebut dihentikan. Fluorensi = peristiwa berpendarnya
zat pada saat zat tersebut mendapatkan cahaya.
Hasil penelitian: Unsur U selalu memancarkan sinar radiasi walaupun disimpan di
tempat gelap
Piere Curie dan Marie Curie menyelidiki sinar radiasi yang
berasal dari inti atom, yang kemudian menemukan dua unsur
yang selalu memancarkan sinar radiasi yang kemudian
dinamakan Polonium dan Radium.
RADIOAKTIVITAS
Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya
beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran sinar
radioaktif seperti partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), atau radiasi
gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek).
Inti atom yang tidak stabil selalu memancarkan secara spontan sinar radioaktif,
sehingga akhirnya akan diperoleh inti atom yang stabil.
Sinar-sinar yang dipancarkan dalam radioaktivitas disebut dengan sinar radioaktif
Unsur yang selalu memancarkan sinar radioaktif disebut dengan unsur (isotop)
radioaktif).
SINAR RADIOAKTIF
Isotop radioaktif yang mampu memancarkan sinar radioaktif yakni unsur dengan
nomor massa besar (lebih dari 200).
Pemancaran sinar radioaktif dibedakan menjadi 3, yaitu sinar α, β, dan γ
Sinar α dan β ditemukan oleh Ernest Rutherford, sedangkan sinar γ ditemukan
oleh Paul Ulrich Villard
SINAR ALFA (α)
Sinar alfa terdiri atas dua proton dan dua neutron.
Sinar alfa merupakan inti He.
Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti memiliki daya ionisasi). Daya
ionisasi sinar alfa paling kuat daripada sinar beta dan gamma.
Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif
Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
Mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 102 mm di
dalam logam.
SINAR BETA (β)
• Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom.
• Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.
• Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.
• Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
SINAR GAMMA (γ)
• Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti
atom dengan energi yang sangat tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan.
• Peluruhan sinar gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa
atom.
• Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari
sumber intensitasnya makin kecil.
• Mempunyai daya ionisasi paling lemah.
• Mempunyai daya tembus yang terbesar.
• Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.
PELURUHAN RADIOAKTIF
Pemancaran sinar radioaktif akan menyebabkan terjadinya perubahan nukleon pada
inti atom sehingga inti atom akan berubah menjadi inti atom yang lain.
Inti atom sebelum terjadi peluruhan disebut inti induk dan inti atom yang terjadi
setelah peluruhan disebut inti anak.
Jika inti anak yang terbentuk masih bersifat radioaktif, akan secara spontan
meluruh sehingga akhirnya akan diperoleh inti yang stabil.
PELURUHAN SINAR ALFA
Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi. Energi ini akan menjadi energi
kinetik partikel alfa dan inti anak.
Inti anak yang dihasilkan memiliki energi ikat per nukleon (En) lebih tinggi
daripada inti induk
Suatu inti atom radioaktif yang memancarkan sinar alfa akan menyebabkan nomor
atom inti induk berkurang 2 dan nomor massa induk berkurang 4.
Contoh peluruhan alfa:
PELURUHAN SINAR BETA
• Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta, maka nomor massa inti tetap, tetapi
nomor atom berubah.
• Peluruhan beta akan menambah atau mengurangi nomor atom sebesar 1 dan nomor
massa tetap
• Bentuk peluruhan beta adalah peluruhan neutron (menjadi: proton, elektron, dan
antineutrino) dan peluruhan proton (menjadi: neutron, positron, neutrino)
• Tujuan peluruhan sinar beta: agar perbandingan proton-neutron dalam inti atom
menjadi seimbang, sehingga tetap stabil
PELURUHAN SINAR GAMMA
Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan
dasar (ground state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma
Atom tereksitasi terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa atau sinar beta.
Pemancaran sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa atau sinar beta.
Peluruhan sinar gamma hanya mengurangi energi saja tanpa mengubah susunan
inti.
Persamaan peluruhan sinar gamma
DERET RADIOAKTIF
Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif.
Suatu unsur radioaktif (isotop radioaktif) selalu meluruh sehingga terbentuk unsur
yang baru. Unsur yang terbentuk masih juga besifat radioaktif sehingga akan
meluruh, demikian terus akan terjadi sehingga akhirnya akan diperoleh hasil akhir
terbentuk inti atom yang stabil/mantap.
Dari hasil inti-inti yang terbentuk yang bersifat radioaktif sampai diperoleh inti
atom yang stabil/mantap, ternyata serangkaian inti-inti atom yang terjadi
memiliki nomor massa yang membentuk suatu deret.
Karena dalam peluruhan radioaktif hanya pemancaran sinar alfa yang menyebabkan
terjadinya perubahan nomor massa inti, maka unsur radioaktif dalam peluruhannya
dapat digolongkan dalam 4 macam deret yaitu deret Thorium (4n), deret Neptonium
(4n + 1), deret Uranium (4n + 2) dan deret Aktinium (4n + 3).
AKTIVITAS INTI RADIOAKTIF
Inti radioaktif adalah inti atom yang tidak stabil dan secara spontan memancarkan
sinar radioaktif, akibatnya jumlah inti makin lama akan semakin berkurang
(meluruh)
Aktivitas radioaktif dapat didefinisikan sebagai laju perubahan inti atom (jumlah
inti atom) radioaktif yang meluruh per satuan waktu.
Aktivitas inti dipengaruhi oleh banyaknya inti atom radioaktif (hubungannya
sebanding), tidak dipengaruhi oleh faktor luar seperti tekanan dan suhu.
Aktivitas inti dapat dinyatakan dengan:
Dari persamaan di atas dapat dituliskan lagi menjadi:
SATUAN RADIOAKTIVITAS
• Satuan radiasi ini merupakan satuan pengukuran yang digunakan untuk
menyatakan aktivitas suatu radionuklida dan dosis radiasi ionisasi.
• Satuan SI untuk radioaktivitas adalah becquerel (Bq), merupakan aktivitas
sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir
spontan per sekon.
• Jadi, 1 Bq = 1 peluruhan/sekon
• Satuan yang lama adalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 1010
Bq, atau 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq atau 1 Ci = 3,7 × 1010 peluruhan/sekon
WAKTU PARUH
• Waktu paruh adalah waktu yag diperlukan oleh zat radioaktif untuk berkurang
menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula.
• Dengan mengetahui waktu paruh suatu unsur radioaktif, dapat ditentukan jumlah
unsur yang masih tersisa setelah selang waktu tertentu.
• Hubungan antara waktu paruh dengan tetapan peluruhan dapat ditentukan dari
persamaan
• untuk t = T½ (waktu paruh) maka N = ½ No sehingga:
• Hubungan antara inti atom yang tinggal dibandingkan dengan jumlah inti atom
radioaktif mula-mula dapat dituliskan
» Hubungan antara banyaknya inti
» yang masih radioaktif dengan waktu
» peluruhan dapat dinyatakan pada
gambar disamping. Pada gambar
terlihat bahwa kurva yang dihasilkan
sebagai fungsi eksponensial.
REAKSI INTI REAKSI INTI
REAKSI INTI
• Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga berubah
menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat besar.
• Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pada dasarnya reaksi inti
ini terjadi karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu
proyektil (peluru).
• Peluru dapat berupa partikel proton atau neutron yang berenergi ditembakkan
pada inti target sehingga setelah reaksi terjadi akan terbentuk inti atom yang baru
disertai terbentuknya partikel yang baru.
• Target dapat merupakan inti atom yang stabil, sehingga setelah terjadi reaksi
menyebabkan inti atom menjadi inti yang tidak stabil yang kemudian disebut
isotop radioaktif.
• Pada reaksi inti berlaku hukum:
a. kekekalan momentum linier dan momentum sudut,
b. kekekalan energi,
c. kekekalan jumlah muatan (nomor atom),
d. kekekalan jumlah nukleon (nomor massa).
• momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti sebelum reaksi harus
sama dengan momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti setelah
reaksi.
ENERGI REAKSI INTI
• Energi ini timbul akibat perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan
jumlah massa inti atom sesudah reaksi.
• Misalnya suatu reaksi inti dinyatakan dengan persamaan berikut:
• Maka besarnya energi yang timbul dapat dicari dengan persamaan:
• jika diperoleh Q > 0, maka reaksinya dinamakan reaksi eksoterm yaitu selama
reaksi berlangsung dilepaskan energi sedangkan jika Q < 0, maka reaksinya
dinamakan reaksi indoterm yaitu selama reaksi berlangsung diperlukan energi.
REAKSI FISI
• Reaksi fisi yaitu reaksi pembelahan inti atom berat menjadi dua
inti atom lain yang lebih ringan dengan disertai timbulnya energi
yang sangat besar.
• Dalam reaksi fisi sebuah neutron dipergunakan untuk membelah
sebuah inti yang besar.
• Pada suatu pusat reaktor nuklir, reaksi fisi dapat dimanfaatkan
sebagai pusat pembangkit tenaga listrik, karena reaksinya bisa
dikendalikan. Sebaliknya, reaksi fisi yang tidak terkendali akan
menghasilkan ledakan energi, seperti pada bom atom.
REAKSI FUSI
• Reaksi fusi yaitu reaksi penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom lain
yang lebih berat dengan melepaskan energi. Misalnya penggabungan deutron
dengan deutron menghasilkan triton dan proton serta dibebaskannya energi.
• Dalam reaksi fusi nuklir, dua inti yang bereaksi harus saling bertumbukan. Karena
kedua inti bermuatan positif, maka timbul gaya tolak yang kuat antarinti, yang
hanya dapat dilawan bila inti yang bereaksi memiliki energi kinetik yang sangat
besar.
TERIMA KASIH TERIMA KASIH