Peranan Fisika Inti dalam kajian sumber daya alam dan lingkungan

Bagian dari ilmu Fisika yang mempelajari tentang inti atomStudi tentang ukuran, massa, dan unsur pembentuk inti atomFormulasi hukum2 yang mengatur tipe radiasi yang dipancarkan oleh inti-inti yang berbeda pada keadaan yang berbeda dan interaksi-interaksi ini dengan materi.Studi tentang susunan unsur-unsur pembentuk di dalam inti atomStudi tentang gaya-gaya inti yang menyangga komponen2 inti bersama.

Apa itu Fisika Inti?

Perkembangan teori inti

1. Dalton (1808-1897) : Atom adalah satuan terkecil yang tidak dapat dbagi lagi.

2. J.J. Thomson (1897-) : Atom terdiri dari muatan positif dan negatif dan membentuk pasangan netral yang memenuhi seluruh atom.

3. H. Geiger dan E. Marsden (1909) : Eksperimen hamburan partikel alpha (2He4) oleh foil logam tipis. Sebagian besar partikel alpha menembus foil dan mengalami defleksi yang sangat kecil. Hanya 1 partikel alpha dari 10.000 event yang terhambur dalam arah kebalikan.

4. R. Rutherford (1911) : Konsep inti atom. Massa dan muatan positif atom terkonsentrasi dalam volume yang sangat kecil yang disebut inti, sisanya ruang kosong. (jari2 atom : 10-8 cm, jari2 inti : 10-13-10-14 cm)

Teori Inti Atom

Teori Inti Atom

Model Proton-Neutron dari IntiModel proton-elektron gagal dengan ditemukannya neutron. Penemuan neutron mengubah seluruh gambaran kita tentang inti. Neutron merupakan unsur pembentuk yang fundamental daripada seluruh materi (Heisenberg, 1932). Seluruh inti terdiri dari proton & neutron dan tdk ada elektron di dalam inti. Model ini sesuai dgn eksperimen.Massa neutron hampir sama dg massa proton dan tidak bermuatan. Akibatnya massa inti akan sama dengan jumlah massa proton dan massa neutron di dlam inti dan muatannya sama dengan muatan proton total

Satu elektron mengelilingi sebuah inti1 proton = Z = jumlah atom0 neutrons = NTotal mass = A = Z+N =1Hidrogen terionisasi dengan kehilangan satu elektron = 1H+Dengan menambahkan sebuah neutron akan diperoleh Deuterium = 2H = D Atom Hidrogen

dua elektron mengelilingi sebuah inti2 proton = Z = jumlah atom2 neutrons = NTotal mass = A = Z+N =4Satu Helium terionisasi dengan kehilangan satu elektron = 4He+dua Helium terionisasi dengan kehilangan dua elektron = 4He++ Atom Helium

Tabel periodik unsur-unsur

RADIOAKTIVITASFenomena radiasi yang dipancarkan oleh unsur-unsur radioaktif.Penemuan radioaktivitas adalah awal pengetahuan Fisika atom dan intinya di mulai oleh :H. Becquerel (1896) : mengamati adanya sejenis radiasi yang dikeluarkan oleh garam uranium yang menempel pada lempengan2 fotografik. Garam uranium adalah unsur radioaktif yang pertamakali ditemukan Marie Currie & suaminya (1898) menemukan dua unsur radioaktif lainnya yaitu polonium dan radium. Beberapa tahun berikutnya Thorium, actium, radiothorium, dan mesothorium.Saat ini ratusan isotop radioaktif dari unsur-unsur yang berbeda telah diketahui

PELURUHAN RADIOAKTIFPeluruhan radioaktif adalahApabila inti suatu atom memancarkan partikel alpha, beta, gamma atau partikel lainnyaApabila inti tersebut menangkap sebuah elektron dari kulit inti terluar

Proses ini mengikuti hukum eksponensial dan bersifat statistik artinya tidak mungkin diprediksi atom mana yang akan meluruh dalam detik berikutnya Jika ada N atom yg tdk meluruh pada waktu tertentu, maka jumlah yg akan meluruh dN pada waktu dt adalah dN = -ldtN (1)dN/N = -ldt diintegralkan dan pada t=0 maka jumlah atom radioaktif = NoN(t) = Noe-lt , N(t) = jumlah atom radioaktif pada saat t, dan l = konstanta radioaktif/peluruhan. Maka radioaktivitas didifinisikan sbg jumlah disintgrasi per detik yang berasal dr sampel tertentu adalahdN/dt = lNoe-lt = lN (2)

Perhitungan laju lepas Radon-222Laju lepas Radon adalah kuantitas gas Radon yang lepas dari material yang mengandung radon dalam interval waktu tertentu= aktifitas Radon yang keluar dari material dlm interval waktu tertentu= aktifitas Radon di dalam material dlm interval waktu tertentu = konstanta peluruhan Radon

Tipe-tipe Radiasi

Radiasi menyimpan sejumlah energi kecil, atau " panas" di dalam bahan Mengubah atomMengubah molekulCacat sel-sel & DNAefek serupa bisa terjadi dari bahan-kimiaSebagian besar kerusakan menghasilkan produksi pasangan ion

Interaksi Radiasi dengan bahan

Ekspose adalah radiasi yang terionisasi di udara and terukur dlm satuan Roentgen (R) or coulomb/kg (C/kg)1 R = 2.58 10-4 C/kgDosis adalah energi yang terserap oleh material and terukur dalam satuan rad or gray (Gy)1 rad = 100 erg/g1 gray = 1 joule/kg1 gray = 100 rad1 rad (dalam udara) = 0.87 R

Ekspose dan Dosis

Dosis ekuivalen ( H) adalah suatu ukuran menyangkut kerusakan secara biologi yang disebabkan oleh radiasiH = D Q N

D = dosis yang terserap (dalam jaringan atau organ)Q = faktor kualitas (Q untuk dan = 1, Q untuk = 20)N = faktor pembentuk lain (N = 1)Dosis ekuivalen (H) terukur dalam satuan rem atau sievert (Sv)

Sistem Dosimetri

Dosis ekuivalen efektif (He)

He = wT HT HT = dosis ekivalent dalam jaringan atau organ TwT = faktor berat untuk jaringan/organ TwT digunakan untuk menyatakan perbedaan sensitifitas jaringan and organ terhadap radiasiSatuannya dalam rem or sievert (Sv)

Sistem Dosimetri

Sistem Dosimetri

JaringanwTGonads0.25dada0.15Sumsum tulang merah0.12Paru-paru0.12Gondok0.03Permukaan tulang0.03sisanya0.30

Dosis yang terserap (Rads)efek10,0001,20060045010050255Kematian dalam beberapa jamLD 50/30Kemungkinan sembuhEfek tak teramatiPerubahan darahPerubahan darahKematian dalam beberapa hariKematian dalam beberapa minggu

Dosis Tahunan dari Radiasi di US

Contoh aplikasi Fisika Inti dalam masalah lingkunganLatar belakangUnsur2 radioaktif alam dapat terbentuk dengan dua cara yaitu: Alamiah seperti U-235, Th-232 Proses industri : industri pupuk posfat, batubara, minyak & gas bumi, dan industri penambangan logam.

Pada proses pengambilan & pengolahan minyak dari dlm kerak bumi, unsur radioaktif yang terkandung di dlm kerak bumi akan ikut termobilisasi and terkonsentrasi. Jika jarak konsentrasinya dekat dengan manusia maka akan menimbulkan resiko terkena paparan radiasi gas Radon hasil peluruhan radioaktif Radium.

Metode penelitian: Komputasi & eksperimen Pengambilan sampel Penentuan konsentrasi Radium dalam sampelPenentuan massa sampel minimumPengukuran sampel dengan variasi ukuran butir, suhu, and kadar airPengolahan data

Rujukan : Assaidah, Tugas Akhir, Departemen Fisika, FMIPA IPB, Bogor, 2004 Perhitungan laju lepas Radon-222

Laju lepas Radon sebagai fungsi ukuran butir kerak air & suhu