Kelompok 4

FISIKA INTI “Peluruhan Beta” Dosen Dosen Pembim Pembimbin bing g : Dra. Dra. Hida Hidayat yati, i, M.Si M.Si Kelo Kelomp mpok ok 4 :

1. 2. 3. 4. 5.

Eka Fitri Fitrah Ayu Sarah Maretha Alani Silvia Irani Yosa Aulya Putri Jurusan Fisika Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Padang

A.PELURUH A.PE LURUHAN AN BET BETA A

A.PELURUH A.PE LURUHAN AN BET BETA A

      

Pemancaran radiasi oleh unsur radioaktif disebut peluruhan (disintegrasi ). disintegrasi ). Proses peluruhan dipaparkan dengan suatu persamaan yang disebut persamaan inti. Peluruhan beta adalah peluruhan peluruhan radioaktif radioaktif yang yang memancarkan memancarkan  partikel beta (elektron atau atau positron). Dalam Dalam peluruh peluruhan an beta beta , sebuah sebuah proton proton beruba berubah h menja menjadi di inti inti atau sebaliknya. Pada peluruhan peluruhan beta, yang paling utama adalah sebuah netron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron. Sebuah proton berubah menjadi inti atau atau sebaliknya. Jadi Z dan N masing- masing berubah satu satuan, tetapi A tidak  berubah.

Kertas

 

Alumunium

 

Timah

Sinar beta merupakan radiasi partikel bermuatan negatif yang identik dengan elektron dan memiliki muatan listrik negatif -e ( -1,6 x 10-19 C ). Bermuatan listrik negatif sehingga dalam medan listrik  dibelokkan ke arah kutub positif. Sinar beta bermassa sangat kecil, yaitu 5,5 x 10 4 satuan massa atom. Memiliki daya tembus yang jauh lebih besar dari pada sinar alfa, tetapi lebih kecil dari sinar gamma. Dapat mengionisasi atom- atom yang dilewatinya tapi tidak sekuat daya ionisasi alfa.

Kecepatannya antara 0,32 sampai 0,7 kali kecepatan cahaya, sedangkan energinya

B.ENERGETIKA PELURUHAN

Energetika Peluruhan Beta Terdapat 3 proses yang disebut sebagai peluruhan beta :

1. Inti meluruh dengan emisi elekton / emisi negatron 2. Inti meluruh dengan emisi positron

3. Penangkapan sebuah elektron yang terdapat pada lintasan terluar atom oleh inti atom

Emisi elektron

 Emisi

elektron adalah suatu peristiwa terlepasnya satu atau lebih elektron dari ikatanya dalam suatu atom atau molekul. minimal yang dibutuhkan untuk   Energi melepaskan elektron dari orbitnya pada atom atau molekul tersebut didefenisikan sebagai energi ambang.  Hal ini disebabkan karena logam mempunyai  banyak elektron bebas. Daya tarik inti atom terhadap electron terluar kurang kuat, sehingga elektron mudah terlepas jika diberi tenaga dari luar.



Dalam realita yang ada proses emisi elektron cenderung terjadi pada logam dibandingkan pada bahan lainnya, hal ini disebabkan karena logam banyak memiliki elektron bebas yang selalu bergerak setiap saat.  Banyaknya elektron bebas pada logam disebabkan karena daya tarik inti atom logam terhadap elektron, terutama pada elektron yang terletak pada kulit terluar dari atom logam (elektron valensi) tidak terlalu kuat dibandingkan yang terjadi pada bahan lainnya.  Akan tetapi walaupun daya tarik tersebut tidak terlalu kuat, masih cukup untuk menahan elektron agar tidak sampai lepas dari atom logam.

 Agar

elektron pada logam bisa melompat keluar melalui permukaan logam, sehingga terjadi proses emisi elektron, maka diperlukan sejumlah energi untuk mengatasi daya tarik inti atom terhadap elektron.

 Besarnya

energi yang diperlukan oleh sebuah elektron untuk mengatasi daya tarik inti atom sehingga bisa melompat keluar dari permukaan logam, didefinisikan sebagai Fungsi Kerja (Work Function).

 Fungsi

kerja biasanya dinyatakan dalam satuan eV (electron volt), besarnya fungsi kerja berbeda untuk setiap logam.

Dalam perubahan beta negatif berlaku hukum kekekalan energi

dimana

M(Z)=MP+meZ M(Z+1)=Md+me(Z+!)

Peluruhan beta negatif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak

.

Emisi positron Dalam perubahan beta positif berlaku hukum kekekalan energi

dimana

M(Z)=MP+meZ M(Z-1)=Md+me(Z-!)

Peluruhan beta positif akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak, ditambah dengan 2 kali massa diam elektron

.

Emisi capture Pada proses elektron capture

dimana Q=[M(Z)-Q=[M(Z)-M(Z-1)]c2

Peluruhan tangkapan elektron akan terjadi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak

C. PENGUKURAN ENERGI

Pengukuran Energi Pengukuran energi melibatkan dua jenis elektron Pertama, elektron yang dipancarkan dari peluruhan beta selalu memiliki distribusi energi yang kontinyu yang memiliki energi maksimum. Kedua, elektron konversi yang dipancarkan dari proses berikut :

monoenergetik

yang

pada proses peluruhan gamma, yang biasanya mengikuti peluruhan beta, inti yang berada dalam keadaan eksitasi memberikan energinya ke elektron orbital dari pada memancarkan sinar gamma. Elektron ini disebut elektron konversi. Pengukuran dari energi dan spektrum sinar beta menggunakan spektrometer magnetik 

Spektrometer Magnetik •

•

•

•

Analisis pertama terhadap spektrum sinar beta dilakukan oleh L. Baeyer dan O. Hahn pada tahun 1910. Elektron disimpangkan oleh suatu medan magnetik  dan direkam dengan metoda fotografik. Sumber dari partikel beta ditempatkan pada sebuah kawat yang panjangnya beberapa millimeter dan diameternya kurang dari satu millimeter. Seberkas sinar beta diseleksi dengan celah dan masuk tegak lurus pada medan magnetik.

 Gerak

partikel ini memenuhi persamaan

dimana m adalah massa relativistik   Momentum

relativistik p dapat dihitung p = eB

 Dengan

mengetahui momentum maka energi kinetik  dapat ditentukan Ke = mc2  m0c2 = E-E0 –

dimana

Spektrometer Elektrostatik Spektrometer elektrostatik dibuat untuk elektron energi rendah Hasil yang diperoleh untuk elektron energi rendah cukup  bagus, tetapi untuk energi yang lebih tinggi (>1,5 Mev) menghasilkan pemusatan yang tidak bagus. Karena itu penggunaan instrument ini bersifat terbatas dan tidak banyak perbaikan yang dilakukan untuk meningkatkan penggunaannya.

Metode Lain

Metoda lain yang digunakan untuk mengukur energi sinar  beta adalah pencacah sintilasi, detector zat padat, metoda absorpsi, dan kamar kabut.

Metoda ini tidak dapat dibandingkan ketepatannya dengan spektrometer magnetik. tapi sedikit pengorbanan dalam akurasi pengukuran, pengukuran menjadi lebih sederhana.

D. INTERAKSI ZARAH BETA DENGAN MATERI

Proses dimana elektron kehilangan energinya dalam bahan lebih kompleks dibandingkan kehilangan energi partikel berat bermuatan. Hal ini disebabkan : (1) Karena massa yang kecil dan kecepatan yang besar dari elektron menyebabkan timbulnya efek relativistik dari elektron. (2) Berbeda dengan partikel berat bermuatan, elektron akan kehilangan sebagian besar energinya pada suatu tumbukan tunggal. (3) Tumbukan antara elektron dan atom,dimana elektron disimpangkan tanpa kehilangan energi (tumbukan elastik) sering terjadi. (4) Pada kecepatan yang sangat tinggi kehilangan energi adalah radiasi. (5) Elektron yang dipancarkan pada proses peluruhan beta tidak memiliki suatu energi yang homogen, tetapi memiliki distribusi energi yang kontinyu antara nol dan suatu maksimum.

E. SPEKTRUM ZARAH

SPEKTRUM ZARAH BETA

Spektrum energi zarah ß (elektron dan positron)  bersifat kontinu, seperti ditampilkan pada gambar yang berarti bahwa besarnya energi mempunyai rentang dari harga terkecil tertentu sampai harga terbesar tertentu.

Hal ini pertama kali ditemukan oleh Chadwick pada tahun 1914.Pada tahun 1927, C.D. Ellis dan W.A. Wooster memasukkan RaE (Bi-210) ke dalam pengukur panas, dan mengukur energi semua radiasi yang mengandung partikel ß yang dipancarkan. Hasilnya menunjukkan bahwa besarnya energi 1 inti atom RaE yang dipancarkan rata-rata sebesar 350 ± 40 keV. Besarnya energi ini lebih kecil dari nilai maksimum spektrum energi partikel ß yang dipancarkan oleh RaE, yaitu sebesar 1050keV, tetapi hampir sama dengan nilai rata-rata spectrum yaitu 390 ± 40 keV.

Dengan kenyataan ini, dapat disimpulkan bahwa  partikel ß yang dipancarkan mempunyai spektrum energi yang kontinu.

F. NEUTRINO

NEUTRINO

 Neutrino( yang dalam

bahasa Italia berarti netral kecil) dan diberi lambang

Neutrino ini

memiliki massa diam nol. Neutrino ini juga memiliki arti partikel yang dinamakan antineutrino Yang dipancarkan dalam peluruhan beta adalah antineutrino . Proses peluruhan beta secara lengkap :

Proses peluruhan beta lainnyaa adlah peluruhan proton, yang reaksinya:

Hipotesis Neutrino, dari eksperimen yang telah dilakukan berkaitan dengan  peeluruhan beta ini, yaitu:

1. Spin instrinsik proton, netron dan

2. Persoalan energi beta.

elektron masing- masing bernilai ½.

Dari

Jika terjadi peluruhaan netron( spin

didapatkan bahwa spektrum energinya kontinyu dari

½),

gabungan

spin

proton

dan

pengukuran

elektron

yang

0 hingga nilai maksimum

dipancarkan

.

Menurut

 perhitungan dalam peluruhan netron, nilai

elektron hasil peluruhan bisa sejajar 

. Persoalan

( spin total = 1 ) atau berlawanan (

distribusi energi yang kontinyu ini ( karena adanya

spin

 beberapa energi yang hilang), dicoba dipecahkan

total 0 ), dan

tidak ada

kemungkinan spin totalnya ½ . Oleh karena itu, proses peluruhan ini tampaknya

melanggar

kekekalan momentum sudut.

hukum

oleh para fisikawan eksperimen sebelum tahun 1930, tapi semuanya tidak berhasil.

 Neutrino tercipta sebagai hasil dari beberapa jenis peluruhan radioakif tertentu karena reaksi nuklir atau ketika sinar kosmik membentur sekelompok atom.

Terdapat tiga jenis dari neutrino :  Neutrino elektron

•

 Neutrino Muon

•

 Neutrino Tauon( tau Neutrino)

•

Dan setiap jenisnnya antineutrino.

memiliki antipartikel yang sesuai yang disebut

G.TEORI PELURUHAN β

Hipotesis Neutrino Pauli, Transformasi dasar yang terjadi dalam peluruhan beta adalah :

Hipotes is peluruhan beta kemudian harus meng ikuti teori Fermi tentang peluruhan beta : •

1 •

2

Karena elektron dan neutrino tidak dapat berada dalam inti pada waktu yang sama, maka kedua dihasilkan pada waktu peluruhan

Interaksinya sangat lemah dan memiliki  jangkauan sangat pendek

Pada tahun 1913, Fajans dan Soddy megemukakan :

a. Unsur yang memancarkan partikel alfa diperoleh nuklida yang baru yang muatannya berkurang 2 dan massanya berkurang 4 sehingga terbentuk unsur baru yang terletak dua tempat sebelah kiri. b. Unsur yang memancarkan partikel beta, akan diperoleh nuklida baru yang massanya tak berubah dan muatannya bertambah satu.

Pemancaran pada Peluruhan Beta A. Peluruhan Beta Minus/ Peluruhan Negatron (β-)

Merupakan perubahan neutron menjadi proton dengan pemancaran elektron negatif/negatron

B. Peluruhan Beta Plus/ Peluruhan Positron (β-)

Disebabkan karena inti terlalu banyak mengandung proton sehingga mencapai kestabilan proton di transformasikan menjadi neutron disertai pemancaran beta positif 

CONTOH SOAL

Berapa besar massa atom nuklida induk harus melebihi nuklida anak bila a. elektron dipancarkan b. positron dipancarkan c. elektron ditangkap

JAWAB : a. elektron dipancarkan positron dipancarkan (emisi positron) Mp > Md Mp  –  Md > 0 b. positron di pancarkan positron di pancarkan (emisi positron) Mp > md +2me Mp  –  (md+ 2me) > 0 c. Elektron yang ditangkap Mp > md Mp – Md > 0