ARTIKEL FISIKA MODEREN

“Transformasi Nuklir ( Peluruhan Beta) “

Disusun oleh :

Choirul Fatmawati (123184047)

Lia Fitrah Iswana (1231842

Hellmy Nur Pratama Annuari Putri (12030184218)

Dyah Maya Anggraeni (1231842

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Surabaya

2014

PELURUHAN BETA

Seperti peluruhan alfa, peluruhan alfa merupakan suatu cara untuk inti dapat merubah

komposisinya supaya mencapai kemantapan yang lebih besar.

Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam peluruhan ini

akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan negatif (b-) atau bermuatan positif

(b+). Partikel b- identik dengan elektron sedangkan partikel b+ identik dengan elektron yang

bermuatan positif (positron). Pada diagram N-Z, peluruhan b- terjadi bila nuklida tidak stabil

berada di atas kurva kestabilan sedangkan peluruhan b+ terjadi bila nuklidanya berada di

bawah kurva kestabilan. Dalam proses peluruhan b- terjadi perubahan neutron menjadi proton

di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti

berikut.

zXA →Z+1YA + â- + í

conthnya adalah :

15P32 →16Y32 + â- + í

Sedangkan dalam proses peluruhan b+ terjadi perubahan proton menjadi neutron di dalam inti

atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut.

zXA →Z-1YA + â- + í

contohnya:

8O15 →7Y15 + â- + í

Ada tiga jenis peluruhan , yaitu :

1. Pemancaran negatron (-)

2. Pemancaran positron (+) dan

3. Tangkapan elektron (EC)

Bila suatu inti mempunyai kelebihan netron, relatif terhadap isobar yang lebih stabil,

kestabilan yang lebih besar akan dicapai dengan perubahan satu netron menjadi proton. Proses

ini disebut pemancaran negatron atau peluruhan negatron.

1n → 1p + -1e + v

Bila suatu inti mempunyai kelebihan proton relatif terhadap isobar yang lebih stabil,

kestabilan yang lebih besar dicapai dengan pengubahan suatu proton menjadi netron,

pengubahan ini dapat dilakukan dengan pemancaran positron (peluruhan positron) atau

dengan penangkapan elektron.

Pemancaran positron 1p → 1n + +1e + v

Bila dua inti saling berdekatan, penyusunan kembali nukleon dapat terjadi sehingga

terbentuk satu atau lebih inti baru. Proses seperti ini disebut reaksi nuklir. Inti bermuatan

positif dan gaya tolak antara keduanya cukup besar untuk mencegah keduanya untuk

berdekatan sehingga bereaksi, kecuali jika keduanya saling mendekati dengan kecepatan

tinggi. Dalam laboratorium, orang mudah menimbulkan reaksi nuklir dalam skala kecil yaitu

dengan memakai partikel alpa yang dipancarkan oleh radionuklida atau proton atau inti lebih

berat yang dipercepat dengan berbagai cara. Akan tetapi hanya satu reaksi nuklir yang

terbukti merupakan sumber energi yang praktis dibumi, yaitu fisi inti tertentu bila ditumbuk

oleh neutron.

Dalam reaksi nuklir sebenarnya berkaitan dengan dua langkah terpisah. Pertama

partikel datang menumbuk inti target dan keduanya bergabung untuk membentuk inti baru

yang disebut inti majemuk yang nomor atomik dan nomor massanya merupakan penjumlahan

dari nomor atomik partikel-partikel semula dan penjumlahan nomor-nomor massanya.

Inti majemuk tidak memiliki “ingatan” bagaimana terbentuknya, karena nukleonnya

tercampur tidak tergantung pada asalnya dan energi yang membawanya menjadi keadaan

tersebut oleh partikel datang dibagi-bagi diantara nukleon-nukleon tersebut.

Dibawah ini beberapa reaksi yang menghasilkan inti majemuk 714

N* (tanda bintang

menyatakan keadaan eksitasi; inti mjemuk biasanya tereksitasi dengan jumlah energi

sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat partikel-partikel yang datang).

713

N + 01

n 714

N* (10,5 MeV)

613

C + 11

H 714

N* (7,5 MeV)

612

C + 12

H 714

N* (10,3 MeV)

611

C + 13

H 714

N* (22,7 MeV)

Pembentukan dan peluruhan inti majemuk mempunyai tafsiran yang sangat menarik

berdasarkan model nuklir tetes-cairan. Menurut model ini, inti tereksitasi memiliki

keserupaan dengan tetes cairan panas dengan energi ikat partikel yang dipancarkan

bersesuaian dengan kalor penguapan molekul cairan. Tetes cairan seperti itu pada akhirnya

akan menguapkan sebuah atau lebih molekulnya, sehingga mendinginkannya. Proses

penguapan terjadi jika fluktusi acak dalam distribusi energi dalam tetesan menyebabkan

molekul tertentu memiliki energi cukup untuk melepaskan diri. Demikian juga, inti majemuk

mempertahankan eksitasinya, sampai suatu nukleon tertentu atau sekelompok nukleon

tertentu dalam sesaat ternyata bisa memiliki fraksi yang cukup besar dari energi eksitasi untuk

melepaskan diri dari inti tersebut.

Peluruhan beta pada hakekatnya merupakan konversi spontandari netron nukril

menjadi proton dan elektron, kesukaran tersebut dapat diatasi dengan mengnggap bahwa

elektron meninggalkan inti setelah elekron itu tercipta. Energi elektron yang teramamati

secara malar dari 0 hingga harga maksimum Kmaks =yang merupakan karakteristik

nekluidenya. Dalam setiap kasus , energi maksimumnya ialah

Emaks = m0 c2 + Kmaks

Yang dibawa oleh elektron peluruhan sama dengan energi setara dari beda massa

antara inti induk dan inti anak. Hanya saja, sangat jarang elektron didapatkan terpancar

dengan energi Kmaks . pada suatu ketika, diduga bahwa energi yang hilang terjadi ketika

tumbukan antara elektron yang dipancarkan dan dan elektron atomik yang mengelilingi inti.

Momentum linier dan momentum sudut didapatkan tidak kekal dalam peluruhan beta. Dalam

peluruhan beta nuklide tertentu arah elektron yang terpancar dan inti rekoil dapat diamati,

ternyata arah tersebut tidak selalu tepat berlawanan seperti yang diramalkan oleh hukum

kekekalan momentum linier. Ketakkekekalan momentum sudut diturunkan dari spin ½ dari

elektron, proton dan netron. Peluruhan beta menyangkut konversi netron nuklir menjadi

proton :

n → p + e-

karena spin masing – masing partikel yang tersangkut ialah ½ , reaksi tersebut tidak

dapat terjadi jika spin ( jadi momentum sudutnya ) harus kekal. Dalam tahun 1930,

paulimengusulkan jika sebuah partikel bermuatan dengan massa kecil atau nol dan spin ½

dipancarkan bersama – sama dengan elektron ketika terjadi peluruhan beta, penyimpanan

momentum linier dan momentum sudut, sehingga diduga sebagai neutrino , membawa energi

yang sama dengan selisih antara Kmaks dan energi kinetik elektron yang sebenarnya. Kemudian

ditemukan terdapat dua neutrino yang tersangkut dalam peluruhan beta, neutrino itu sendiri ʋ

dan anti neutrino anti ʋ. Dalam peluruhan beta yang biasa neutrinolah yang dipancarkan

n → p + e- + ʋ ( peluruhan beta )

hipotesis neutrino ternyata berhasil. Massa neutrino diduga tidak lebih dari fraksi kecil

dari massa elektron, karena Tmaks teramati sama, sekarang massa neutrino diperkirakan sama

dengan nol atau paling besar setara dengan beberapa volt. Penyebab tak terdeteksinya

neutrino secara eksperimental ialah interaksinya denagn materi yang sangat lemah. Neutrino

yang tak bermuatan dan tak bermassa, dan tidak memiliki sifat elektromagnetik seperti foton,

dapat melalui materi yang jumlahnya besar tak terhalang. Sebuah neutrino bisa melintasi rata

– rata lebih dari 100 tahun cahaya dalam besi sebelum berinteraksi.

Elektron positif baiasanya disebut positron. Sifat positron identik dengan elektron,

kecuali muatan yang dibawanya adalah +e sebagai pengganti –e. Pemancaran positron sebagai

bersesuaian dengan konversi proton proton nuklir menjadi neutron, positron dan neutrino.

p → n + e+ + ʋ ( pemancaran positron.)

Neutron di luar inti mengalami peluruhan beta negatif menjadi proton karena

massanya lebih besar daripada proton yang lebih ringan tidak dapat bertransformasi menjadi

neutron, kecuali didalam inti. Pemancaran positron menghasilkan inti – anak yang nomor

atomiknya lebih rendah dari Z, sedangkan nomor massaya tak berubah. Dekat hubungannya

dengan pemancaran positron yaitu penangkapan elektron. Dalam elektron sebuah inti

menyerap sebuah orbital elektron orbitalnya, sehingga hasilnya ialah sebuah proton nuklir

menjadi sebuah neutron dan sebuah neutrino terpancar. Jadi reaksi pokok dari penangkapan

elektron ialah

P + e- → n + ʋ

Biasanya elektron diserap oleh kulit K, dan foton sinar – x terpancar, ketika elektron

atomik yang lebih luar jatuh mengisi keadaan yang kosong. Panjang gelombang foton

merupakan karakteristik dari unsur inti – anak, bukan inti asalnya, dan proses itu dapat

dikenal atas dasar itu.

Penangkapan elektron bersaing dengan pemancaran positron, karena kedua proses itu

menghasilkan transformasi nuklir yang sama. Penangkapan elektron terjadi lebih sering

daripada pemancaran positron dalam unsur berat karena orbit elektron unsur seperti itu

memiliki jari – jari yang lebih kecil; elektron yang lebih dekat ini memungkinkan interaksi

yang lebih kuat dari intinya. Karena hampir semua inti tak mantab dalam alam Z – nya tinggi.

Peluruhan beta proton dalam inti mengikuti skema sebagai berikut:

p → n + e+ + ʋ

karena penyerapan elektron oleh inti setara dengan pemancaran positron, reaksi

penangkapan elektron adalah :

P + e- → n + ʋ

Pada intinya antineutrino setara dengan pemancaran neutrino, sehingga reaksi

P + ʋ → n + e+

Menyangkut proses fisis yang sama dengan peluruhan beta. Reaksi yang kedua ini,

disebut peluruhan beta balik.

Dua reaksi peluruhan beta balik

P + ύ → n + e+

n + ʋ → p + e-

mempunyai peluang yang sangat rendah, sehingga neutrino mampu menembus

sejumlah materi besar. Jumlah fluks neutrino yang sangat besar diahsilkan dalam matahari

dan bintang lain ketikaka terjadi badai nuklir didalamnya, dan fluks ini kelihatannya dapat

bergerak bebas kesegala penjuru semesta. Beberapa persen dari energi yang dilepaskan dalam

reaksi seperti itu dibawa neitrino.

Interaksi nuklir yang kuat yang mengikat nukleon bersama untuk membentuk inti

tidak bisa menerangkan peluruhan beta. Interaksi berjangkauan pendek yang lain ternyata

bertanggung jawab untuk gejala itu : interaksi lemah. Sejumlah struktur materi yang

dipersoalkan, peranan interaksi lemah kelihatannya terbatas pada penyebab peluruhan beta

didalam inti yang rasio neutron/proton tidak memadai untuk menjaga kemantapan. Interaksi

ini juga mempengaruhi partikel elementer yang bukan merupakan bagian dari inti dan dapat

menyebabkan transformasi menjadi partikel lain. Nama “ interaksi lemah “ timbul karena

gaya berjangkauan pendek lain yang mempengaruhi nukleon sangat kuat seperti yang

ditunjukan oleh energi ikat yang sangat tinggi dari inti. Interaksi gravitasional lebuh lemah

dari pada interaksi lemah pada jarak di mana yang kedua merupakan faktor penting.

Jadi ada empat interaksi pokok yang dipandang cukup untuk mengatur struktur dan

perilaku seluruh alam semesta fisis, dari atom sampai galaksi bintang : gravitasional,

elektromagnetik, nuklir kuat, nuklir lemah.

Pemancar Beta

Sebagian besar pemancar beta ini dihasilkan melalui penembakan partikel neutron

pada nuklida stabil. Oleh karena itu di dalam reaktor nuklir didapatkan berbagai macam

pemancar beta. Energi radiasi beta bersifat kontinu. Pemancar beta sering digunakan dalam

kedokteran dan juga dalam industri untuk mengukur ketebalan materi. Pemancar beta yang

sering digunakan dalam kedokteran misalnya Sr-90, Y-90, P-32, Re-188, sedangkan untuk

industri sering digunakan Sr-90, P-32, Tl-208. Contoh reaksi inti untuk menghasilkan

pemancar beta adalah :

13Si31 + 0n1 → à + 15P32 + b-

Sifat Radiasi Beta

a. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel a.

b. Jarak jangkauannya lebih jauh daripada partikel a, di udara dapat beberapa cm.

c. Kecepatan partikel b berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.

d. Karena sangat ringan, maka partikel b mudah sekali dihamburkan jika melewati

medium.

e. Partikel b akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau

medan listrik.

Daftar pustaka

Beiser, Artur.1986.Konsep Fisika Modern Edisi Empat Alih Bahasa The Hou Liong.

Jakarta : Erlangga

Haditjahyono,Hendriyanto. - . Dasar Fisika Modern. - : -