99066391 peluruhan beta

Click here to load reader

Post on 06-Aug-2015

55 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Page 1 PELURUHAN BETA OLEH :Komang Suardika (0913021034) JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MIPA UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA 2011 Page 2 PELURUHAN BETA Dalampeluruhanbeta,sebuahprotonberubahmenjadiintiatausebaliknya.JadiZdanN masing-masinng berubah satu satuan, tetapi A tidak berubah.Padapeluruhanbeta,yangpalingutamaadalahsebuahnetronmeluruhmenjadisebuahproton dan sebuah elektronn p + eElektronyangdipancarkanpadapeluruhanbetabukanlahelektronkulitatomdanjuga bukan elektron yang semula berada dalam inti. Tetapi elektron ini diciptakan oleh inti dari energi yang ada. Jika ada beda energi diam sekurang-kurangnya mec2 , maka penciptaan elektron sangat mungkin terjadi. 1.Kondisi Untuk Emisi Spontan A.Emisi elektron Adapun prosesnya dapat dijabarkan sebagai berikut. 01 1e Y XAZAZ ++ Dengan menganggap inti indukXAZ bermassa Mp meluruh menjadi inti anakYAZ 1 bermassa Md dan partikel beta positif atau negatif dengan massa m. Karena inti induk dalam keadaan diam sebelumpeluruhan,intianakdanpartikelbetaharusberadadalamarahberlawanansetelah meluruhsehinggamemilikikekekalanmomentumlinier.EidanEfadalahenergitotalsistem sebelum dan setelah peluruhan. Berdasarkan prinsip konservasi energi: =f iE E ...................................................................................1) Atau dapat ditulis: + + + =|K c m K c M c Me d d p2 2 2 dimanaKddanK-adalahenergikinetikdariintianakdanpartikelbetanegatif.Selanjutnya, energi disintegrasi Q dari proses ini dirumuskan dengan: Page 3 ( )2c m M M K K Qe d p d = + =|................2) Adapun syarat terjadinya peluruhan spontan adalah Q harus bernilai positif.( )e pZm M Z A M + = , ( ) ( )e dm Z M Z A M 1 1 , + + = +( )2c m M M Qe d p =( ) ( ) ( ) ( ) | |21 1 , , c m m Z Z A M Zm Z A M Qe e e + + =( ) ( ) ( ) ( ) | |21 1 , , c m m Z Z A M Zm Z A M Qe e e + + + =( ) ( ) ( ) | |21 , , c m m Zm Z A M Zm Z A M Qe e e e + + + =( ) ( ) | |21 , , c Z A M Z A M Q + =...................................................3) Persamaan ini menyatakan bahwa peluruhan | akan terjadi kapan saja massa atom induk lebihbesardarimassaatomanak,danenergidisintegrasi,Q,yangdilepaskansebagaienergi kinetik sama dengan perbedaan massa mereka.B.Emisi Positron Proses ini djabarkan oleh persamaan sebagai berikut:01 1e Y XAZAZ+ .Energi disintegrasi untuk proses ini diberikan oleh: ( )2c m M M K K Qe d P e d = + = .............................................................4) Pernyataan persamaan ini dalam terminologi massa atomik, di mana: () Z m M Z Me p + =Page 4 ( ) ( ) 1 1 + = Z m M Z Me d..................................................................5) dan didapatkan: () ( ) | |22 1 c m Z M Z M Qe = ...........................................................6) KarenaQharuspositif,peluruhanpositrondarisuatuatomakanterjadihanyajikamassa diamnyalebihbesardarijumlahmassadiamduaelektrondansuatuatomdenganAsamadan dengan Z berkurang satu. C.Penangkapan Elektron (Elektron Capture / EC) Proses ini dijelaskan oleh persamaan sebagai berikut:AZAZY e X101 + .Energi disintegrasi pada kasus ini diberikan oleh: () ( ) | |21c Z M Z M Q + = .....................................................................7) Supayapenangkapanelektronterjadi,massaatomindukharuslebihbesardarimassasebuah atom dengan A sama dan dengan Z berkurang satu. Proses ini memenuhi energi gap yang ditunda olehduaprosespeluruhanbetalainnya.Jikaelektron-elektronintiberat,dalamprosesdari elektron-elektron itu bergerak melingkar yang dekat dengan inti, maka elektron-elektron tersebut akan ditangkap: 1)JikaelektronyangdikulitKyangditangkap,prosespenangkapanelektron-elektron tersebut disebut K capture atau penangkapan K2)Ruang kosong pada kulit K atau kulit L diisi oleh muatan dari kulit yang berada di luarnya 3)Karenaterdapatpartikeltidakbermuatandipancarkandalamprosespenangkapan elektron, maka proses yang diamati hanya pada pemancaran karakteristik sinar X.4)TerdapatbeberapakemungkinanpemancaransinarX,kulitKyangbereksitasiakan melakukaneksitasilagidenganmemberikanenerginyapadaelektronkulitLyangakan dipancarkan dengan energi kinetik KePage 5 2.Pengukuran Energi Partikel Beta Salah satu metodeyangdigunakan dalam pengukuran energi partikel beta adalahDefleksi Magnetik . Terdapat tiga jenis spektrometer magnetik sinar sebagai berikut. a.Spektrometer fokus setengah lingkaran b.Spektrometer lensa magnetik c.Spektrometer fokus ganda/rangkap Spektrometer fokus setengah lingkaran MetodepadaSpektrometerfokussetengahlingkaran(sudut180o)padahampirsama dengan Spektrometer pada partikel , hanya saja spektrometer lingkaran partikel desainnnya lebih detail karena medan magnetik yang diberikan jauh lebih besar. Mengingat partikel lebih ringandaripartikel,sehinggatidakperlumedanmagnetyangbesar.Medanmagnetyang diberikanpadapartikellebihringandaripartikel,sehinggatidakperlumedanmagnetyang besar.Medanmagnetyangdiberikanpadapartikelsebesar1000gaussjikadibandingkan dengan medan magnet yang diberikan pada partikel yaitu 10000 gauss.2mvHev = ...............................................................................8) dimanamadalahmassarelativistikdengan 2 2/ 1 c vmodanadalahjari-jarilengkungan sehingga: He p =P adalah momentum relativistik. Jika momentum diketahui, maka energi kinetik dapat dihitung: o o eE E c m mc K = =2 2.......................................................9) o E c p E2 2 2+ = ....................................................................10) Maka: 2 4 2 2 2c m c m c p Ko o e + = ...................................................11) Adapun bagan dari Spektrometer fokus setengah lingkaran adalah sebagai berikut Page 6

3.Hilangnya Energi Elektron Proses hilangnya energi yang dimiliki elektron ialah ketika partikel tersebut melalui suatu medium.Hilangnyaenergiinidisebabkankarenaeksitasidanionisasi.Kehilanganenergi elektron partikel beta tidak sesimpel kehilangan energi partikel alpha, ini disebabkan karena: a.Massapartikelbetasangatkecildanmemilikikecepatanyangsangatbesar,sehingga memperhitungkan efek relativitas b.Kehilanganenergiyangterjadiyaknidimanahilangnyaenergikebanyakanterjadikarena adanya tumbukan tunggal antara elektron dengan electron c.Hilangnya energi terjadi melalui dua proses yakni: -Karena adanya radiasi, ini terjadipada elektron dengan energi yang sangat besar -Adanya eksitasi dan ionisasi, ini terjadi untuk elektron dengan energi yang sangat kecil d.Elektronyangdipancarkanmemilikidistribusienergiyangkontinu(bukanenergiyang homogen) dari nol sampai maksimum. Untuk elektron berenergi tinggi, hilangnya energi terjadi ketika mengalami suatu proses yakni:a.Hilangnya Energi karena Tumbukan tidak Elastis Padapembahasaninidikenaladanyaistilahdayahenti,S(E).Dayahentimenggambarkan hilangnya energi persatuan panjang, yang dirumuskan sebagai berikut. Ke pompa E P S O B Gambar 2.Spektrometer fokus setengah lingkaran Page 7 dxdEE S = ) ( .12) Untuk perumusan pada partikel alpha adalah sebagai berikut, IdxdEE S e = = ) ( .13) Di mana: -I = rerata ionisasi spesifik dinyatakan dalam besaran jumlah pasangan ion yang terbentuk persatuan panjang -e = energi yang diperlukan untuk membentuk pasangan ion -Tanda minus menunjukan berkurangnya energi terjadi akibat berkurangnya jangkauan. jangkauanrata-rata,yaknikemampuandaripartikelalphadapatmelaluisuatumedium,yang dirumuskan sebagai berikut: } } }|.|

\| =|.|

\|= =EERdEdxdEdEdxdEdx R01001 } } = =E EdE I dE E S R0101) ( ) ( e .14) }=RdR E S E0) ( .15) Sehinggadenganmendesainsuatumediumyangmemilikiketebalantertentukitadapat menentukan jngjauan yang diamksud di atas. Sedangkan perumusan daya henti , S(E), untuk partikel beta adalah sebagai berikut. ((

+||.|

\|= 15 , 02ln4224lmvNZmvedxdE t.16) Untuk kasus relativitas elektron, dapat dirumuskan sebagai berikut: ( ) ( ) ((

+ + + ||.|

\|= 22 2 2 22 22241 111 2 ln 1 1 2) 1 ( 2ln2| | | ||ts lE mvNZmvedxdE dimanaEadalahenergikineticdarielektrondanc v2= | untukkasuselektronyanglambat,di mana1 >mc2 b.Hilangnya energi untuk elektron cepat karena radiasi (Bremsstrahlung) Bremsstrahlungadalahsuatuprosespartikelyangdipercepatdidalammedanintiyang memancarkanenergiradiasi.Dimanahilangnyaenergiakibatradiasibergantungpadamomen atomdarimediumbahanpenyusunnya.Untukpartikeldenganenergiyangsangatbesar,laju kehilangan energinya dominan akibat radiasi. Jika energi meningkat linear, maka laju kehilangan energinya sebanding dengan dxdE -EdxdElog ~ untuk partikel alpha -EdxdE~untuk partikel beta Panjangradiasiadalahpanjanglintasanpartikeldidalammediumdimanaelektronmuncul dengan energi 1/E dari energi mula-mula. Disinijuga dikenal adanya istilahenergi kritis,yakni energi elektron di mana hilangnya energi akibat tumbukan adalah sama dengan hilangnya energi akibat radiasi. Adapun persamaan untuk energi kritis adalah sebagai berikut ZmcEC21600 ~Sedangkan rasio nergi akibat radiasi dengan akibat tumbukan adalah: ( )( )21600 mcEZEdxdEdxdECcollrad~ di mana 2mc= 0,51 Mev. Dapatditarikkesimpulanbahwahilangnyaenergielektronyangmelaluisuatumedium akibat tumbukan dan radiasi tergantung pada energi yang dimiliki. Page 9 4. Spektrum Sinar Beta Kontinu dan Hipotesis NeutrinoKarakteristik spektrum peluruhan beta Gambar4,5,6,dan7berikutinimenunjukanbeberapakarakteristikspektrumsinarbeta yangtelahdiamatiolehparapenelitidenganmenggunakaninstrumentyangberbeda.Gambar grafiknya adalah sebagai berikut: Gambar 3. Rata-rata hilangnya energi dari elektron E/mc2

0.01 0,11 10 1001000

350 300 250 200 150 100 50 0 -(dE/dx)(i/mc2) radiasitumbukantotal 0 0 .1.2.3.4.5.6.7.8.91.01.11.2 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Titik akhir Gambar 4. Energi kinetik partikel beta, K (Mev) Jumlah relatif partikel beta Page 10 Gambar 6. Spektrum beta dari Cs137 0,51,01,52,02,5 1500 1000 500 0 I (Ampere) Gambar 7. Spektrum beta Cl38, peluruhan Cl38 dengan pancaran tiga energi maksimumyangberb