bab vii aplikasi fisika nuklir

7/26/2019 BAB VII Aplikasi Fisika Nuklir

1/32

F i s i k a M o d e r n | 167

KERANGKA BAB

45.1 Interaksi Melibatkan Neutron

45.2 Fisi Nuklir

45.3 Reaktor Nuklir

45.4 Fusi Nuklir

45.6 Detektor Nuklir

45. Berba!ai Ke!unaan Nuklir

45.1 Interaksi Melibatkan Neutron

Fisi nuklir adalah proses saat ini yang

terjadi pada reaktor nuklir dan menghasilkan l

energi yang dipasok ke masyarakat dengan transmisi listrik. Fusi nuklir adalah bidang penelitian aktif,

tetapi belum dikembangkan secara komersial untuk penyediaan energi. Kita akan membahas fisi pertama

dan kemudian mempelajari fusi lebih lanjut pada bagian 45.4.

Untuk memahami fisi nuklir dan fisika pada reaktor nuklir, kita harus terlebih dahulu memahami

bagaimana neutron berinteraksi dengan inti. Karena sifat netralitasnya, neutron bukan merupakan bagian

dari Coulomb dan sebagai hasilnya neutron tidak berinteraksi langsung dengan elektron atau inti. Oleh

karena itu, neutron dapat dengan mudah menembus jauh ke dalam sebuah atom dan bertabrakan dengan

inti.


2/32


ebuah neutron!idr "energi yang lebih besar dari sekitar # $e%& berjalan cepat dan mengalami

banyak tabrakan dengan inti, dan memberikan beberapa energi kinetiknya di setiap tabrakan. Untuk

neutron yang cepat dalam beberapa kejadian, tabrakan elastis mendominasi. kejadian ini disebut

"o#erator karena sangat efektif untuk memperlambat energi a'al neutron. (nti $oderator harusmemiliki massa rendah sehingga sejumlah besar energi kinetik dipindahkan untuk melakukan tabrakan

elastis. )alam hal ini hydrogen adalah bahan alam yang melimpah di alam yang merupakan moderator

yang baik untuk neutron. *ada akhirnya, sebagian besar neutron membombardir moderator menjadi

neutron ter"al$yang berarti neuton telah memberikan begitu banyak energy, sehingga neutron berada di

termal kesetimbangan dengan bahan moderator. +atarata energi kinetik neutron pada suhu kamar yaitu

,dari *ersamaan -#,4,

yang sesuai dengan kecepatan neutron akarrata persegi sekitar -. // m 0 s. 1eutron termal

memiliki distribusi kecepatan, seperti molekul dalam sebuah 'adah gas "lihat 2ab -#&. energy tinngi

neutron, orangorang dengan energi beberapa $e%, thermalize"yaitu, energi ratarata mereka mencapaiK

a3g& dalam 'aktu kurang dari # ms ketika neutron bertumbukan dengan moderator.

etelah neutron dalam keadaan termal dan energi neutron cukup rendah, kemungkinan besar

neutron akan ditangkap oleh inti, yang disertai dengan emisi sinar gamma. +eaksi tertangkapnya neutron

oleh inti dapat ditulis

"45.#&

etelah neutron ditangkap, inti dalam keadaan seperti ini hanya memerlukan 'aktu sangat

singkat sebelum gamma mengalami peluruhan. *roduk inti biasanya radioaktif dan meluruh

dengan emisi beta. ingkat penangkapan neutron untuk mele'ati setiap sampel tergantung pada jenis

atom dalam sampel dan energi neutron (nteraksi neutron dengan meningkatannya materi maka energy

neutron akan menurun karena neutron terlalu lama menghabiskan inter3al 'aktu yang lebih besar di

sekitar sasaran inti.


3/32


45.2 FI%I N&K'IR

eperti yang dikatakan pada bagian 44.-, (isinuklir terjadi ketika massa inti, seperti

, terbagi menjadi dua inti yang lebih kecil. Fisi dimulai ketika massa inti menangkap neutron

termal seperti yang dijelaskan pada langkah pertama dengan *ersamaan 45,#. *enyerapan

neutron menciptakan inti yang tidak stabil dan dapat berubah ke konfigurasi energi yang lebih

rendah dengan memisahkan menjadi dua inti yang lebih kecil. )alam reaksi tersebut, massa

gabungan dari anak inti kurang dari massa inti induk, dan perbedaan massa ini disebut )a)at

"assa. $engalikan cacat massa dengan memberikan numeric nilai energi yang dilepaskan.

nergi ini adalah energi yang terbentuk akibat energi kinetik dengan gerakan neutron dan anak

inti setelah fisi. nergi dilepaskan karena energi ikat per nukleon dari anak inti berkisar antara #

$e% lebih besar dari inti induk "lihat 6ambar. 44,5&.

Fisi nuklir pertama kali diamati pada tahun #78 oleh Otto !ahn "#97#7:& dan Frit;

trassmann "#7/-#7/& yang mengikutti studi dasar Fermi. etelah membombardir uranium

dengan neutron, !ahn dan trassmann menemukan reaksi produk dua elemen mediamassa,

barium dan lantanum. ingkatnya setelah itu,


4/32


)alam setiap reaksi fisi, ada banyak kombinasi > dan ? yang memenuhi persyaratan konser3asi

energi dan biaya. )alam kasus uranium misalnya, sekitar 7/ anak inti dapay dibentuk. Fisi juga

menghasilkan produksi beberapa neutron, biasanya dua atau tiga. +atarata, sekitar -,5 neutron

yang dilepaskan per peristi'a. ebuah fisi khas reaksi untuk uranium

= *45$3+

6ambar 45.# Fisi anak inti 6ambar 45.- )istribusi produk fisi yang

2erbanding dengan massa fisi

6ambar 45.# menunjukkan representasi bergambar pada peristi'a fisi dalam *ersamaan 45.8.

6ambar 45.- adalah grafik distribusi produk fisi berbanding jumlah massa

A. paling mungkin produk memiliki nomor massaA 75 danA #4/. $engira produk ini adalah

"dengan 5: neutron& dan " dengan 9 neutron &. @ika inti ini terletak pada

grafik 6ambar 44.4, terlihat bah'a keduanya jauh di atas garis stabilitas. Karena fragmen ini sangat tidak

stabil karena jumlah neutron sangat tinggi, neutron hampir seketika merilis dua atau tiga neutron.

*erkirakan energi A disintegrasi, dirilis dalam proses fisi yang khas. )ari 6ambar 44.5, kita

melihat bah'a energi ikat per nukleon adalah sekitar 9,- $e% untuk inti berat (A -4/& dan sekitar ,-

$e% untuk inti massal. @umlah energi yang dilepaskan adalah .- $e% 9.- $e% B # $e% per nukleon.

Karena ada total -85 nukleon di , energi yang dilepaskan per peristi'a fisi adalah sekitar -85 $e%,


5/32


sejumlah besar energi relatif terhadap jumlah dirilis dalam proses kimia. $isalnya, energi yang

dilepaskan di pembakaran satu molekul oktan yang digunakan dalam mesin bensin adalah sekitar satu juta

dari energi yang dilepaskan dalam acara fisi tunggal.

Kuis Cepat45$1Ketika inti mengalami fisi, dua anak inti umumnya radioaktif. )engan proses sebesar

apa kemungkinan besar neutron akan membusuk

*A+peluruhan alpha *b+peluruhan beta "e -& *)+peluruhan beta "e #&

KuisCepat45$2$anakah dari berikut ini yang mungkin merupakan reaksi fisi

a.

b.

c.

,onto- 45.1 Ener!i an! terle/as /a#a (isi

!itung energi yang terlepas ketika #.// kg fisi $ integrasikan energy per peristi'a menjadi AB -/

$e%.

*enyelesaian D

Konsep, bayangkan sebuah anak inti dari menyerap neutron dan kemudian menjadi dua anak inti

dan neutron biasa seprti pada gambar 45.#.

45$1cont.

Men!kate!orikan*ernyataan, masalah, memberitahu kita untuk mengkategorikan contoh ini sebagai

salah satu cara yang melibatkan analisis energy fisi nuklir .

Men!analisisKarenaAB -85 uranium, satu mol isotop ini memiliki massa mB -85 g.

Cari jumlah inti dalam sampel kami di 1B n

hal jumlah mol ndan E3ogadro

nomor, dan kemudian dalam hal massa sampel

mdanMmassa molar D

Cari total energi dilepaskan ketika semua inti menjalani fisiD


6/32


E = NQ=

= 5.33 MeV

FinalisasiKon3ersi energi ini ke khD

E= (5.33 MeV) ( ) ( = 2.37

yang, jika dirilis perlahan, cukup energi untuk tetap beroperasi selama 8/./// tahun. @ika fisi tersedia

energi dalam # kg dari tibatiba dilepaskan, itu akan menjadi setara dengan meledakkan sekitar

-/./// ton 1.

45.3 Reaktor nuklir

)alam 2agian 45.-, kita belajar bah'a ketika fisi , satu neutron menghasilkan ratarata -,5

neutron yang dipancarkan per peristi'a. 1eutron ini dapat memicu fisi lainnya. Karena lebih banyak

neutron yang diproduksi daripada diserap, ada kemungkinan rantai reaksi akan terbentuk " 6ambar 45,8&.

*erhitungan menunjukkan bah'a jika reaksi berantai yang tidak terkontrol "yaitu, jika tidak melanjutkan

perlahan&, dapat mengakibatkan ledakan keras, dengan tibatiba muncul


7/32


Ga"bar 45.4

dari sejumlah besar energi. Ketika reaksi dikendalikan, namun, energi yang dilepaskan dapat

dimanfaatkan untuk konstruktif. )i Emerika erikat, misalnya, hampir -/G dari listrik yang dihasilkan

setiap tahun berasal dari pembangkit listrik tenaga nuklir, dan tenaga nuklir digunakan secara luas di

banyak negara lain, termasuk *erancis, @epang, dan @erman.

ebuah reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang dirancang untuk mempertahankan apa yang

#isebut reaksi berantai berkelan0utan.proses penting ini pertama kali dicapai pada tahun #74- oleh

nrico Fermi dan timnya di Uni3ersity of Chicago, menggunakan uranium alami sebagai bahan bakar.

)alam reaktor nuklir pertama "6br. 45,4&, Fermi ditempatkan batu bata dari grafit "karbon& antara unsur

unsur bahan bakar. (nti karbon sekitar #- kali lebih besar dari neutron, tapi setelah beberapa tumbukan

dengan inti karbon, neutron diperlambat untuk meningkatkan kemungkinan nya dari fisi dengan .

)alam desain ini, karbon sebagaimoderatorH kebanyakan reaktor modern menggunakan air sebagai

moderator.

ebagian besar reaktor beroperasi saat ini juga menggunakan uranium sebagai bahan bakar.

uranium alami mengandung hanya /,9G dari isotope , dengan 77,8G sisanya menjadi . Fakta

ini penting untuk pengoperasian karena hampir pernah fisi. ebaliknya, ia cenderung untuk

menyerap neutron tanpa fisi berikutnya memproduksi neptunium dan plutonium. Untuk alasan ini, bahan

bakar reaktor harus artifisial mengandung setidaknya beberapa persen -85 U.


8/32


Untuk mencapai reaksi berantai diri berkelanjutan, ratarata satu neutron yang dipancarkan di

masingmasing fisi harus ditangkap oleh lain inti dan menyebabkan inti yang menjalani fisi.

*arameter ini berguna untuk menggambarkan tingkat operasi reaktor adalah konstantaK reproduksi,

didefinisikan sebagai 0u"la- ratarata neutron #ari setia/ /eristia (isi an! "enebabkan

/eristia (isi lain. eperti yang telah kita lihat, K memiliki ratarata nilai -,5 dalam fisi terkendali

uranium.

+eaksi diri berkelanjutan dan rantai dikendalikan dicapai ketika K B #. Ketika di kondisi ini,

reaktor dikatakan /entin!.KetikaKI#, reaktor adalah subkritis dan reaksi padam. KetikaK>#, reaktor

adalah superkritis dan pelarian +eaksi terjadi. )alam reaktor nuklir digunakan untuk memberikan

kekuatan untuk sebuah perusahaan utilitas, perlu untuk mempertahankan nilaiKdekat dengan #. @ikaK

naik di atas nilai ini, energi internal yang dihasilkan dalam reaksi dapat membuat reactor mencair.

2eberapa jenis sistem reaktor memungkinkan energi kinetik fragmen fisi untuk diubah ke

jenisenergi lainnya dan akhirnya dipindahkan keluar dari tanaman reaktor dengan transmisi listrik.

+eaktor yang paling umum digunakan $eskipun hanya satu reaktor Fermi adalah reaktor nuklir

pertamadiproduksi, terdapat bukti bah'a reaksi fisi alami mungkin dipertahankan untuk mungkin ratusan

ribu tahun di deposit uranium di 6abon, Efrika timur.


9/32


Emerika erikat adalah reaktor bertekanan air "6br. 45,5&. Kita akan mempelajari bagian

ini karena bagian utama yang umum untuk semua desain reaktor. *eristi'a fisi di ele"en ba-an

bakar uranium di teras reaktor menaikkan suhu air yang terkandung dalam lingkaran utama,

yang dipertahankan pada tekanan tinggi untuk menjaga air dari mendidih. "Eir ini juga berfungsi

sebagai moderator untuk memperlambat neutron dirilis pada peristi'a fisi dengan energi sekitar

- $e%.& Eir panas dipompa melalui penukar panas, di mana energi internal dari air ditransfer

oleh konduksi ke air yang terkandung dalam loop sekunder. Eir panas di loop sekunder diubah

menjadi uap, yang tidak bekerja untuk mendorong turbine sebuah sistem generator untuk

membuat listrik. Eir di loop sekunder terisolasi dari air di lingkaran utama untuk menghindari

kontaminasi sekunder air dan uap dengan inti radioaktif dari inti reaktor.

)alam reaktor apapun, sebagian kecil dari neutron yang dihasilkan di fisi bocor keluardari elemen bahan bakar uranium sebelum menginduksi peristi'a fisi lainnya. @ika bocor fraksi

?ang keluar terlalu besar, reaktor tidak akan beroperasi. *ersentase kehilangan akan besar jika

bahan bakar elemen sangat kecil karena kebocoran merupakan fungsi dari rasio luas permukaan

untuk 3olume. Oleh karena itu, sebuah fitur penting dari desain reaktor adalah permukaan yang

optimal dengan rasio elemen bakar untuk 3olume.

en!en#alian in!kat Daa

Keselamatan sangat penting dalam pengoperasian reaktor nuklir. +eproduksi konstan Kharus

tidak boleh naik di atas #, supaya reaksi pelarian terjadi. Ekibatnya, desain reaktor harus mencakup

sarana mengendalikan nilaiK.


10/32


Ga"bar 45$6*alang bagian dari reaktor inti menunjukkan batang kendali,

elemen bakar mengandung diperkaya bahan bakar, dan bahan moderat, semua

dikelilingi oleh perisai radiasi

)esain dasar dari inti reaktor nuklir ditunjukkan pada 6ambar 45,:. Unsurunsur bahan

bakar

terdiri dari uranium yang telah diperkaya dalam isotop . Untuk mengontrol tingkat daya,

batan! ken#ali dimasukkan ke dalam teras reaktor. 2atang ini terbuat dari bahan seperti

cadmium yang sangat efisien dalam menyerap neutron. )engan menyesuaikan jumlah dan posisibatang kendali dalam inti reaktor, nilaiKakan ber3ariasi dan memiliki le3el kekuatan yang lebih

besar untuk desain reactor yang dapat digunakan.

Kesela"atan #an e"buan!an 'i"ba-

*ada tahun #797 bencanaterjadi di pembangkit listrik tenaga nuklir di hree $ile (sland

di *ennsyl3ania dan tahun #7: kecelakaan di reaktor Chernobyl di Ukraina, setelah kejadian ini

memang

seharusnya difokuskan perhatian pada keselamatan reaktor. *ada hree $ile (sland kecelakaan

terjadi akibat dari instrumentasi kendali ruangan yang kurang memadai dan pelatihan respon

darurat yang buruk. 1amun tidak ada korban yang mengalami lukaluka atau efek kesehatan yang

terjadi akibat kecelakaan tersebut, meskipun lebih dari sepertiga dari bahan bakar meleleh.


11/32


ayangnya, di Chernobyl material terus beraktifitas setelah kecelakaan mencapai sekitar

2 dan berhasil menge3akuasi #85 /// orang. iga puluh orang te'as dalam

kecelakaan tersebut dan data dari (nstitusi radiologi ukraina menunjukkan bah'a lebih dari-.5// kematian diakibatkan oleh kecelakaan Chernobyl. *ada periode #7: #779, terjadi

peningkatan kanker tiroid pada anak sepuluh kali lipat akibat konsumsi yodium radioaktif dalam

susu sapi yang terkontaminasi pada rumput. alah satu kesimpulan dari konferensi internasional

di Ukraina adalah bah'a penyebab utama dari kecelakaan Chernobyl yaitu rusak parah dalam

desain fisik reactor dan kesalahan prosedur keselamatan. ebagian besar kekurangan ini telah

ditangani di pabrik serupa di +usia dan negaranegara tetangga dari bekas Uni o3iet. +eaktor

komersial akan terhindar dari kecelakaan melalui desain yang cermat dan operasi kaku protokol,

dan hanya jika 3ariabel ini dikompromikan, reaktor akan menimbulkan bahaya. *aparan radiasi

dan risiko kesehatan potensial yang terkait dengan eksposur dikendalikan oleh tiga lapisan

penahanan.

2ahan bakar dan fisi radioaktif produk terkandung di dalam bejana reaktor. !aruskah

reactor ini pecah bangunan reaktor berfungsi sebagai struktur penahanan kedua untuk mencegah

bahan radioaktif mengkontaminasi lingkungan. Ekhirnya, fasilitas reaktor harus berada di lokasi

terpencil untuk melindungi masyarakat umum dari paparan radiasi agar tidak perlu melarikan

diri dari bangunan reaktor. Keprihatinan terus terjadi pada reaktor fisi nuklir yaitu pembuangan

materi radioaktif ketika inti reaktor diganti. 2ahan limbah ini berumur panjang, isotop radioaktif

dan harus disimpan selama inter3al 'aktu yang lama sehingga tidak terjadi pencemaran

lingkungan. aat ini, penyegelan limbah radioaktif dalam 'adah tahan air dan menguburnya di

dalam geologi repositori nampaknya menjadi solusi yang paling menjanjikan.

ransportasi limbah bahan bakar reaktor dan reaktor menimbulkan risiko keamanan

tambahan. Kecelakaan selama pengangkutan bahan bakar nuklir dapat membahayakan publik

terkena radiasi. )epartemen nergi Emerika erikat melakukan penyeleksian yang ketat dari

semua container yang digunakan untuk mengangkut bahan nuklir. *rodusen kontainer harus

menunjukkan bah'a container yang mereka produksi tidak akan pecah bahkan jika rector bekerja

dengan kecepatan tinggi.


12/32


$eskipun beresiko, namun keuntungan untuk penggunaan tenaga nuklir lebih besar

dibandingkan dengan risiko yang dihasilkan. $isalnya, pembangkit listrik tenaga nuklir tidak

menghasilkan udara polusi dan gas rumah kaca seperti halnya bahan bakar fosil, dan pasokan

uranium di bumi diprediksi berlangsung lebih lama dari pasokan bahan bakar fosil. Untuk

masingmasing sumber energi apakah nuklir, tenaga air, bahan bakar fosil, angin, surya, atau lain

risiko harus diperhatikan terhadap manfaat dan ketersediaan sumber energi.

45.4Fusi Nuklir

)alam 2ab 44, kita mengetahui bah'a energi ikat untuk inti ringan "E,

-/& jauh lebih kecil dari pada energi yang mengikat untuk inti yang

lebih berat, hal ini menunjukkan proses kebalikan dari fisi. eperti

disebutkan dalam 2agian 87,7, ketika dua inti cahaya menggabungkanuntuk membentuk inti yang lebih berat, proses ini disebut (usi nuklir.

Karena massa inti akhir kurang dari massa gabungan dari inti asli, ada

hilangnya massa disertai dengan pelepasan energy.

)ua contoh reaksi fusi pelepasan energy tersebut adalah sebagai

berikut

# = = = =

# = =

+eaksi ini terjadi dalam inti bintang dan bertanggung ja'ab untukpencurahan energi dari bintang. +eaksi kedua diikuti oleh salah satu

dari fusi hidrogenhelium atau fusi heliumhelium D

# = = = =

# = = =

+eaksi fusi ini adalah reaksi dasar dalam siklus /roton/roton,

diyakini sebagai salah satu siklus dasar dimana energi dihasilkan di

$atahari dan bintangbintang lainnya yang mengandung banyak

hidrogen. ebagian besar produksi energi berlangsung di un interior, dimana suhu sekitar #,5 L #/9 K. Karena suhu tinggi tersebut diperlukan

untuk mendorong reaksireaksi ini, reaksi ini disebut reaksi (usi

ter"onuklir. emua reaksi dalam siklus protonproton adalah

eksotermis. ebuah gambaran dari siklus ini adalah bah'a empat proton

bergabung untuk menghasilkan partikel alpha, positron, sinar gamma,

dan neutrinos.

*erangkap *encegahan 45,-

Fisi #an Fusi

Katakata fisi dan fusiterdengar serupa, tapi

mereka sesuai denganproses yang berbeda.*erhatikan grafik energi

pada 6ambar 44.5. Eda dua

arah di mana Enda dapatmendekati puncak grafik

sehingga energi dilepaskanDmenggabungkan dua inti

ringan, atau fusi, dan

memisahkan inti beratmenjadi dua inti yang lebih

ringan, atau fisi.


13/32


Kui ce!at45.4 )alam inti bintang, inti hidrogen bergabung dalam

reaksi fusi. etelah hidrogen telah habis, fusi inti helium . @ika bintang

cukup besar, fusi lebih berat dan inti dapat semakin berat setelah helium

habis. *erhatikan reaksi fusi yang melibatkan dua inti dengan nilai yang

sama dari E. Untuk reaksi ini menjadi eksotermik, dari nilai berikut

mana yang tidak mungkin nilai E

"a& #- "b& -/ "c& - "d& :4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c"nt"h 45.- Ener!i Dirilis #ala" Fusi

Fusi Reaksi #aratan

@umlah besar energi yang dilepaskan dalam reaksi fusi menunjukkan kemungkinan memanfaatkan

energi ini untuk tujuan yang bermanfaat. 2anyak usaha saat ini sedang dalam cara untuk

mengembangkan reaktor termonuklir berkelanjutan dan dikendalikan, reaktor tenaga fusi. )ikendalikan

fusi sering disebut sumber energi utama karena ketersediaan sumber bahan bakarD air. $isalnya, jika

deuterium digunakan sebagai bahan bakar, /,#- g itu bisa diambil dari # gal air dengan biaya sekitarempat sen. @umlah ini deuterium akan melepaskan sekitar #/ @ jika semua inti mengalami fusi. ebagai

perbandingan, # gal rilis bensin sekitar #/ @ pada pembakaran dan biaya jauh lebih dari empat sen.

Keuntungan tambahan dari reaktor fusi adalah relatif sedikit radioaktif olehproduk yang terbentuk.

Untuk siklus protonproton, misalnya, produk akhir adalah aman, helium non radioaktif. ayangnya,

reaktor termonuklir yang dapat memberikan output daya bersih tersebar di inter3al 'aktu yang belum

suatu kenyataan , dan banyak kesulitan harus diselesaikan sebelum perangkat yang sukses dibangun.

Cari total energi yang dikeluarkan dalam reaksi fusi dalam siklus protonproton.

SOLUSI

Konse/ !asil nuklir dari siklus protonproton ini adalah untuk memadukan empat proton

membentuk partikel alpha. *elajarilah reaksi siklus protonproton untuk memastikan Enda

memahami bagaimana empat proton menjadi Kategorikan partikel alpha Kita gunakan konsep yangdibahas dalam bagian ini, jadi kita kategorikan contoh ini sebagai masalah substitusi.

Kate!ori Kita gunakan konsep yang dibahas dalam bagian ini, jadi kita mengkategorikan contoh

ini sebagai masalah substitusi.

Cari massa a'al dari sistem menggunakan massa atom hidrogen dari abel 44.-D 4 "#,//9 -5 u& B

4,/8# 8// u

$enemukan perubahan massa sistem sebagai nilai ini dikurangi massa dari !e atomD 4,/8# 8// u B

4,//- :/8 u B /,/- :79 u

Kon3ersi perubahan massa ini menjadi satuan energiD B /,/- :79 u L 78#,474 $e% 0 u B -:,9

$e%

energi ini dibagi di antara partikel alfa dan partikel lainnya seperti positron, sinar gamma, dan

neutrino.

Cari total energi yang dikeluarkan dalam reaksi fusi dalam siklus protonproton.


14/32


nergi matahari ini adalah sebagian didasarkan pada serangkaian reaksi di mana hidrogen diubah

menjadi helium. (nteraksi protonproton tidak cocok untuk digunakan dalam reaktor fusi, namun,

karena hal ini membutuhkan suhu yang sangat tinggi dan kepadatan. *roses ini bekerja di $atahari

hanya karena kepadatan yang sangat tinggi dari proton dalam interior $atahari.

+eaksi yang muncul paling menjanjikan untuk reaktor tenaga fusi

melibatkan deuterium " & dan tritium " &D

# = =

# = = 45.5

# = =

eperti disebutkan sebelumnya, deuterium tersedia dalam jumlah hampir

tak terbatas dari danau dan lautan kita dan sangat murah untuk

mengekstrak. ritium, bagaimanapun, adalah radioaktif

"#0- B #-,8 tahun& dan mengalami peluruhan beta untuk nya. Untuk

alasan ini, tritium tidakte rjadi secara alami ke sebagian besar dan harus

diproduksi.

alah satu masalah utama dalam memperoleh energi dari fusi nuklir

adalah bah'a gaya tolak Coulomb antara dua inti, yang memba'a

muatan positif, harus diatasi sebelum mereka dapat mematikan. 6ambar

45.9 adalah grafik energi potensial sebagai fungsi dari jarak pemisahan

antara dua deuteron "inti deuterium, masingmasing memiliki biaya =e&.

nergi potensial positif di ka'asan r M+, di mana Coulomb mendominasi

menjijikkan kekuatan "+ # fm&, dan negatif dalam 'ilayah rI +, di

mana mendominasi gaya nuklir. $asalah mendasar kemudian adalah

untuk memberikan dua inti energi kinetik yang cukup untuk mengatasi

gaya tolak ini. *ersyaratan ini dapat dicapai dengan menaikkan bahan

bakar untuk suhu yang sangat tinggi "sekitar #/ K, jauh lebih besar

daripada suhu interior $atahari&. *ada emperatur yang tinggi, atom

terionisasi dan sistem terdiri dari kumpulan elektron dan inti, sering

disebut sebagai!lama.

Coulomb gaya tolak dominan

untuk jarak pemisahan yang

besar antara deuteron

Gambar 45.7

Kekuatan nuklir menarik

dominan ketika deuteron

yang berdekatan

Ga"bar 45. *otensi energi sebagai

fungsi dari jarak di antara dua

deuteron. + adalah di urutan # fm. @ika

kita mengabaikan tunneling, dua

deuteron memerlukan energi lebih

besar dari ketinggian penghalang

untuk menjalani fusi.


15/32


c"nt"h 45.8Fusi Dua #euteron

"C& Cari energi yang dilepaskan dalam reaksi deuteriumdeuterium

= =

SOLUSI

$assa atom deuterium tunggal adalah sama dengan -,/#4 #/- u. Oleh karena itu, massa total sistem sebel um

reaksi adalah 4./- -/4 u.

entukan jumlah dari massa setelah reaksiD 8./#:/47 u = #.//9 -5 u B 4./-8 94 u

$enemukan perubahan massa dan dikon3ersi 4./- -/4 u N 4./-8 94 u B /.//488 u

Ke satuan energiD B /.//488 u L78#.474 $e%0U B 4./8 $e%

penyelesaian

uhu dihitung dalam bagian "2& terlalu tinggi karena partikel dalam plasma memiliki distribusi $aL'ell

kecepatan "2agian -#,5& dan karena beberapa reaksi fusi disebabkan oleh partikel di bagian ekor energi tinggi

distribusi ini. elain itu, bahkan partikel mereka yang tidak memiliki energi yang cukup untuk mengatasi

penghalang memiliki beberapa

kemungkinan melalui penero'ongan . Ketika efek ini diperhitungkan, suhu JhanyaJ 4 L#/ K

cukup untuk melebur dua deuteron dalam plasma. *ada bagian "C&, melihat bah'a nilai energy konsisten

dengan yang sudah diberikan *ersamaan di 45,4.

2E6E($E1E @(KE $isalkan tritium yang dihasilkan dari reaksi sebagian "C& bereaksi dengan deuterium

lain dalam reaksi

# = =

2erapa banyak energi yang dilepaskan dalam urutan dua reaksi

aabanfek keseluruhan dari urutan dua reaksi adalah bah'a tiga inti deuterium telah bergabung untuk

membentuk helium inti, inti hidrogen, dan neutron. $assa a'al adalah 8 "-,/#4 #/- u& B :,/4- 8/: u. etelah

reaksi, jumlah dari massa adalah 4,//- :/8 u = #,//9 -5 u = #,// ::5 B :,/#7 /78 u. Kelebihan massa sama

dengan /,/-8 -#8 u,setara dengan energi -#,: $e%. *erhatikan bah'a nilai ini adalah jumlah nilai A untuk

reaksi kedua dan ketiga *ersamaan di 45,4.

(B) Perkirakan s! "an# di$er%kan n&k de&eron n&k men#a&asi !amba&an

$o&ensia%' den#an asmsi ener#" dari kB $er de&eron (di mana kB ada%a! kons&an

Untuk gaya nuklir yang mengatasi tolak gaya Coulomb, jarak pemisahan antara dua deuteron harus

sekitar #,/ L #/#4 m.

"E& !itung ketinggian penghalang potensial karena gaya tolak.

O


16/32


uhu di mana tingkat pembangkit listrik di setiap reaksi fusi melebihitingkat kerugian disebut kritis te"/eratur /en!a/ian. uhu ini untuk

deuteriumdeuterium "))& reaksi adalah 4 L #/K. )ari hubungan

k2 , suhu pengapian setara dengan sekitar 5- ke%. uhu pengapian

penting untuk deuteriumtritium ")& reaksi adalah sekitar 4,5 L #/9 K,

atau hanya : ke%. ebuah plot * daya yang dihasilkan oleh fusi 3ersus

gam

bar 45.

Ga"bar 45. enaga yang

dihasilkan3ersus suhu untuk deuterium

deuterium "))& dan deuterium

tritium ")& fusion. ketikatingkat generasi melebihi tingkat

kerugian, pengapian terjadi.

garis hijau merupakan daya

hilang oleh bremsstrahlungsebagai fungsi temperatur.


17/32


suhu untuk dua reaksi ditunjukkan pada 6ambar 45.. @alur hijau lurus

merupakan kekuatan * kehilangan gen hilang melalui mekanisme radiasi

dikenal sebagai bremsstrahlung "2agian 4-,&. )alam mekanisme pokok

ini kehilangan energi, radiasi "terutama Lray& yang dipancarkan sebagai

hasil dari tabrakan elektronion dalam plasma. *ersimpangan *

kehilangan sejalan dengan kur3a * memberikan suhu pengapian kritis.

elain persyaratan suhu tinggi, dua parameter penting lainnya

menentukan apakah atau tidak reaktor termonuklir berhasilD n kepadatan

ion dan 'aktu kurungan t, yang merupakan inter3al 'aktu selama energi

disuntikkan ke plasma tetap dalam plasma. Fisika'an (nggris @)


18/32


mana ion berinteraksi bertabrakan " -& dan 'aktu kurungan . nergi bersih

yang dihasilkan ketika gen M ingen 5 C. Ketika konstanta C#dan C-dihitung

untuk reaksi yang berbeda, kondisi gen inyang mengarah ke kriteria


19/32


alah satu terobosan besar dalam kurungan magnetik pada #7/an adalah di

bidang masukan energi tambahan untuk mencapai suhu pengapian. *ercobaan

telah menunjukkan bah'a suntikan sinar partikel netral energik dalam plasma

adalah metode yang sangat efisien untuk meningkatkan suhu pengapian.

$asukan energi frekuensi radio mungkin akan diperlukan untuk reaktorukuran

plasma.

Ketika itu beroperasi #7-#779, tokamak Fusi Uji +eaktor "F+, 6ambar.

45.#/b& di *rinceton Uni3ersity melaporkan iontemperatures pusat dari 5#/ juta

derajat Celcius, lebih dari 8/ kali lebih besar dari suhu di pusat $atahari 1ilai

nilai nt di F+ untuk reaksi ) yang baik di atas #/ #8s0cm 8 dan dekat

dengan nilai yang dibutuhkan oleh kriteria menghasilkan plasma bola yang memiliki lubang melalui

pusat. Keuntungan utama dari konfigurasi bola adalah kemampuannya untuk

membatasi plasma pada tekanan yang lebih tinggi dalam medan magnet yang

diberikan. *endekatan ini dapat menyebabkan pengembangan yang lebih kecil,

reaktor fusi lebih ekonomis.

Upaya internationalcollaborati3e melibatkan Emerika erikat, Uni ropa,

@epang, Cina, Korea elatan, (ndia, dan +usia saat ini sedang cara untuk

membangun reaktor fusi disebut (+. Ekronim ini singkatan dari (nternationalhermonuclear Lperimental +eaktor, meskipun barubaru penekanan telah

bergeser ke menafsirkan JiterJ dalam hal yang berarti


20/32


kurungan (nertial

eknik kedua untuk membatasi plasma, yang disebut kurungan inersia,

memanfaatkan target ) yang memiliki kepadatan partikel yang sangat tinggi.

)alam skema ini, 'aktu kurungan sangat singkat "biasanya #/ -###/ -7 s&,

dan, karena inersia mereka sendiri, partikel tidak memiliki kesempatan untuk

bergerak lumayan dari posisi a'al mereka. Oleh karena itu, kriteria


21/32


alah satu laboratorium fusi laser terkemuka di Emerika erikat adalah fasilitas

Omega di Uni3ersity of +ochester di 1e' ?ork. Fasilitas ini berfokus -4 sinar

laser pada target. aat ini sedang dibangun di


22/32


@ika daya fusi yang bisa dimanfaatkan, akan mena'arkan beberapa keunggulan

dibandingkan fisi


23/32

generatespo'erD "#& biaya rendah dan kelimpahan bahan bakar "deuterium&, "-& ketidakmungkinan

gambar 45.#8 diagram dari reaksi fusi

kecelakaan pelarian, dan "8& menurun bahaya radiasi. 2eberapa masalah diantisipasi dan kerugian

termasuk "#& kelangkaan lithium, "-& terbatasnya pasokan helium, yang dibutuhkan untuk mendinginkan

magnet superkonduktor yang digunakan untuk menghasilkan medan pembatas yang kuat, dan "8&

kerusakan struktural dan radioakti3itas yang ditimbulkan disebabkan oleh neutron pemboman. @ika

masalah tersebut dan faktorfaktor desain teknik dapat diselesaikan, fusi nuklir bisa menjadi sumber

yang layak energi pada pertengahan abad kedua puluh satu.

45.5 2ahaya +adiasi)alam 2ab 84, kita belajar bah'a radiasi elektromagnetik ada di sekitar kita dalam

bentuk gelombang radio, gelombang mikro, gelombang cahaya, dan sebagainya. *ada bagian ini,

kita menggambarkan bentuk radiasi yang dapat menyebabkan kerusakan parah karena mereka

mele'ati materi, seperti radiasi yang dihasilkan dari proses radioaktif dan radiasi dalam bentuk

partikel energik seperti neutron dan proton.

ingkat dan jenis kerusakan tergantung pada beberapa faktor, termasuk jenis dan energi

radiasi dan sifat materi tersebut.


24/32

secara langsung dengan menghapus elektron dari struktur mereka. )osis besar radiasi sangat

berbahaya karena kerusakan besar jumlah molekul dalam sel dapat menyebabkan sel mati.

$eskipun kematian sel tunggal biasanya tidak masalah, kematian banyak sel dapat

mengakibatkan ire3ersibel kerusakan organisme. elsel yang membelah dengan cepat, seperti

yang dari pencernaan saluran, organ reproduksi, dan folikel rambut, sangat rentan. ebagai

tambahan, sel yang bertahan radiasi dapat menjadi rusak. elsel yang rusak dapat menghasilkanlebih banyak sel yang rusak dan dapat menyebabkan kanker.

)alam sistem biologis, itu adalah umum untuk memisahkan kerusakan radiasi menjadi

dua kategoriD kerusakan somatik dan kerusakan genetik. Kerusakan somatik adalah bah'a terkait

dengan sel tubuh kecuali selsel reproduksi. Kerusakan somatik dapat menyebabkan kanker atau

serius dapat mengubah karakteristik organisme tertentu. Kerusakan genetik hanya mempengaruhi

selsel reproduksi. Kerusakan gen dalam sel reproduksi dapat menyebabkan cacat keturunan. !al

ini penting untuk menyadari efek dari pera'atan diagnostik, seperti Lray dan bentuk lain dari

paparan radiasi, dan untuk menyeimbangkan manfaat yang signifikan dari pengobatan dengan

efek merusak.

Kerusakan yang disebabkan oleh radiasi juga tergantung pada radiasi daya

tembus.*artikel alpha menyebabkan kerusakan yang luas, tetapi hanya untuk menembus

kedalaman dangkal di bahan karena interaksi yang kuat dengan partikel bermuatan lainnya.

neutron lakukan tidak berinteraksi melalui gaya listrik dan karenanya menembus lebih dalam,

menyebabkan signifikan kerusakan. inar gamma adalah foton energi tinggi yang dapat

menyebabkan kerusakan parah, tapi sering mele'ati materi tanpa interaksi.

2eberapa hal telah digunakan untuk mengukur jumlah, dosis, dari setiap radiasi yang

berinteraksi dengan ;at.

kui3alen, rontgen adalah bah'a jumlah radiasi yang meningkatkan energi # kg udara

oleh .9: L #/-8 @. Untuk sebagian besar aplikasi, rontgen telah digantikan oleh rad "singkatan

dari radiasi dosis diserap&D

$eskipun rad adalah unit fisik yang sangat baik, tidak unit terbaik untuk mengukur

tingkat kerusakan biologis yang dihasilkan oleh radiasi karena kerusakan tidak hanya tergantung

pada dosis tetapi juga pada jenis radiasi. ebagai contoh, dosis yang diberikan partikel alpha

menyebabkan kerusakan biologis sekitar sepuluh kali lebih dari dosis yang sama dari sinarL.

he +2 "efekti3itas biologis relatif& faktor untuk jenis tertentu radiasi adalah jumlah rad L

radiasi atau radiasi gamma yang menghasilkan kerusakan biologis yang sama dengan # rad

radiasi yang digunakan. Faktor +2 untuk berbagai jenis radiasi diberikan dalam abel 45.#.

!e ronen (A) ada%a! ba!a m%a! radiasi "an# men#!asi%kan ma&an%is&rik dari 3'33 - 10*10? di 1 m3dara da%am kondisi s&andar $en#ion.

a& rad ada%a! ba!a m%a! radiasi "an# menin#ka&kan ener#i 1 k# ba!an

men"era$ o%e! 1 - 10*2 .


25/32

1ilainilai hanya perkiraan karena mereka berbeda dengan energi partikel dan dengan bentuk

kerusakan. Faktor +2 harus dipertimbangkan hanya panduan pertamapendekatan terhadap

efek sebenarnya dari radiasi.

Ekhirnya, rem "setara radiasi pada manusia& adalah produk dari dosis di rad dan faktor

+2D)osis dalam remB )osis di rad L +2

$enurut definisi ini, # rem dari dua jenis radiasi menghasilkan jumlah yang sama dari

kerusakan biologis. abel 45.# menunjukkan bah'a dosis # rad neutron cepat merupakan dosis

efektif #/ rem, tapi # rad radiasi gamma setara dengan dosis hanya # rem.

+adiasi tingkat rendah dari sumber alami seperti sinar kosmik dan batuan radioaktif dan

tanah yang kita terima dari masingmasing dosis sekitar /,#8 rem 0 tahun. +adiasi ini, yang

disebut radiasi dasar (#ac$%r"un& ra&iati"n), ber3ariasi dengan geografi, faktor utama yang

menjadi ketinggian "paparan sinar kosmik& dan geologi "radon gas dilepas oleh beberapa formasi

batuan, mineral alami radioaktif yang tersimpan&.

2atas atas laju dosis radiasi yang direkomendasikan oleh pemerintah E "terlepas dari

radiasi latar belakang& adalah sekitar /,5 rem 0 tahun. 2anyak pekerjaan melibatkan paparan

radiasi yang lebih tinggi, sehingga batas atas 5 rem 0 tahun telah ditetapkan untuk gabungan

paparan seluruh tubuh. 2atas atas yang lebih tinggi diperbolehkan untuk bagianbagian tertentu

dari tubuh, seperti tangan dan lengan. )osis 4// sampai 5// hasil rem dalam tingkat kematian

sekitar 5/G dari "yang berarti bah'a setengah orang terkena tingkat radiasi ini akan mengalami


26/32

kematian&. 2entuk yang paling berbahaya dari paparan bagi kebanyakan orang adalah baik

menelan atau menghirup isotop radioaktif, terutama isotop dari elemenelemen tubuh

mempertahankan dan konsentrat, seperti 7/r.

)iskusi ini telah difokuskan pada pengukuran dosis radiasi dalam satuan seperti rad dan

+ems karena unit ini masih banyak digunakan. $ereka telah, bagaimanapun, secara resmi

diganti dengan unit ( baru. +ad telah diganti dengan abuabu "6y&, sama dengan #// rad, dan

rem yang telah diganti dengan sie3ert "3&, sama dengan #// rem. abel 45.- merangkum lebih

tua dan unit ( saat dosis radiasi.

45.: +adiasi )etektor

*artikel mele'ati masalah berinteraksi dengan materi dalam beberapa cara. *artikel dapat

mengionisasi atom, pencar dari atom, atau diserap oleh atom. )etektor radiasi mengeksploitasi

interaksi ini untuk memungkinkan pengukuran partikel energi, momentum, atau biaya dan

kadangkadang keberadaan partikel jika dinyatakan sulit untuk dideteksi. 2erbagai perangkat

telah dikembangkan untuk mendeteksi radiasi. Elat ini digunakan untuk berbagai keperluan,termasuk diagnosa medis, pengukuran kencan radioaktif, mengukur radiasi latar belakang, dan

mengukur massa, energi, dan momentum partikel dibuat dalam reaksi nuklir energi tinggi. *ada

bagian a'al abad ke-/, detektor yang jauh lebih sederhana daripada yang digunakan saat ini.

Kami membahas tiga detektor pertama. mulsi hotographic adalah contoh paling sederhana dari

detektor. ebuah partikel bermuatan mengionisasi atom di lapisan emulsi. @alan partikel sesuai

dengan poin di mana

*erubahan kimia terjadi dalam emulsi. Ketika emulsi dikembangkan, trek partikel menjadi

terlihat. ebuah ruang a'an mengandung gas yang telah superdingin ke sedikit di ba'ah titikkondensasi biasa. *artikel energik mele'ati mengionisasi gas di sepanjang jalan partikel. (on

berfungsi sebagai pusat kondensasi gas super dingin. @alur partikel bisa dilihat dengan mata

telanjang dan bisa difoto. ebuah medan magnet dapat diterapkan untuk menentukan biaya dari

partikel serta momentum dan energi mereka. ebuah alat yang disebut bilik gelembung

menggunakan cairan "biasanya hidrogen cair& dipelihara di dekat titik didihnya. (on yang

dihasilkan oleh partikel bermuatan yang masuk meninggalkan jejak gelembung, yang bisa difoto


27/32

"6ambar. 45,#4&. Karena kepadatan medium mendeteksi dalam ruang gelembung jauh lebih

tinggi dari densitas gas dalam ruang a'an, bilik gelembung memiliki sensiti3itas yang lebih

tinggi.

)etektor yang lebih kontemporer melibatkan proses yang lebih canggih. )alam sebuah

ruang ion "6ambar. 45.#5&, pasangan elektronion yang dihasilkan sebagai radiasi mele'ati gas

dan menghasilkan sinyal listrik. )ua piring di ruang yang terhubung ke suplai tegangan dan

dengan demikian dipertahankan pada potensi listrik yang berbeda. *lat positif menarik elektron,

dan plat negatif menarik ion positif, menyebabkan pulsa arus yang sebanding dengan jumlah

pasangan elektronion yang dihasilkan ketika sebuah partikel mele'ati ruangan. Ketika sebuah

ruang ion digunakan baik untuk mendeteksi keberadaan partikel dan untuk mengukur energi, hal

itu disebut counter proporsional.

he 6eiger counter "6ambar. 45,#: pada halaman #87-& adalah bentuk paling umum dari

ruang ion yang digunakan untuk mendeteksi radioakti3itas. !al ini dapat dianggap sebagai

prototipe dari semua counter yang menggunakan ionisasi media sebagai proses deteksi dasar.

ebuah counter 6eiger terdiri dari ka'at tipis sejajar sepanjang sumbu pusat dari tabung logamsilinder diisi dengan gas pada tekanan rendah. Ka'at sentral dipertahankan pada

potensi listrik positif yang tinggi "sekitar #/8 %& relatif terhadap tabung. Ketika partikel

berenergi tinggi yang dihasilkan, misalnya, dari peluruhan radioaktif memasuki tabung melalui

jendela tipis di salah satu ujung, beberapa atom gas terionisasi. lektron dihapus dari atomatom

ini tertarik ke arah ka'at pusat, dan, dalam proses, mereka mengionisasi atom lain di jalan

mereka. (ni berurutan hasil ionisasi di longsoran elektron yang menghasilkan pulsa saat ini.

etelah pulsa telah diperkuat, itu baik dapat digunakan untuk memicu counter elektronik atau

dikirim ke loudspeaker yang mengklik setiap kali sebuah partikel terdeteksi. $eskipun 6eiger

counter dengan mudah mendeteksi adanya partikel, energi hilang oleh partikel di counter tidak

sebanding dengan getaran saat diproduksi. Oleh karena itu, 6eiger counter tidak dapat digunakanuntuk mengukur energi partikel.

ebuah detektor semikonduktordioda pada dasarnya adalah re3ersebias pn junction.

(ngat dari 2agian 48,9 yang apn junction mele'ati saat siap ketika bias maju dan melarang arus

ketika re3ersebias. ebagai partikel energik mele'ati persimpangan, elektron sangat antusias ke

pita konduksi dan lubang terbentuk di pita 3alensi. $edan listrik internal yang menyapu elektron

ke arah positif "n& sisi persimpangan dan lubang menuju negatif "p& sisi. 6erakan elektron dan


28/32

lubang menciptakan sebuah pulsa arus yang diukur dengan counter elektronik. )alam perangkat

khas, durasi pulsa adalah #/s

ebuah kilau kontra biasanya menggunakan bahan padat atau cair yang atom mudah

bereaksi terhadap radiasi. Etom kemudian memancarkan foton ketika mereka kembali ke

keadaan dasar mereka. 2ahan yang umum digunakan sebagai scintillators adalah kristal

transparan natrium iodida dan plastik. @ika bahan sintilator melekat ke tabung photomultiplier

"2agian 4/.-&, foton yang dipancarkan oleh sintilator dapat dideteksi dan sinyal listrik yang

dihasilkan.

2aik sintilator dan detektor semikonduktordioda jauh lebih sensitif dibandingkan counter

6eiger terutama karena kepadatan yang lebih tinggi dari media pendeteksi. Keduanya mengukur

total energi yang disimpan dalam detektor, yang sangat berguna dalam identifikasi partikel.

elain itu, jika partikel berhenti di detektor, kedua instrumen dapat digunakan untuk mengukur

total energi partikel. )etektor track adalah alat yang digunakan untuk melihat trek partikel

bermuatan langsung. *artikel berenergi tinggi yang dihasilkan di akselerator partikel mungkin

memiliki energi mulai #/7#/#- e%. Oleh karena itu, mereka sering tidak bisa berhenti danenerginya tidak bisa diukur dengan detektor yang telah disebutkan. ebaliknya, energi dan

momentum dari partikelpartikel energik ditemukan dari kelengkungan jalan mereka di medan

magnet yang memiliki besar dan arah.

ebuah ruang spark adalah perangkat menghitung yang terdiri dari array yang memiliki

pelat paralel dan mampu merekam track record tiga dimensi. pelat 2ernomor genap ditanahkan,

dan pelat ganjil dipertahankan pada potensial listrik yang tinggi "sekitar #/ k%&. +uang antara

pelat mengandung gas inert pada tekanan atmosfer. Ketika sebuah partikel bermuatan mele'ati

ruangan itu, atom gas terionisasi, menghasilkan gelombang arus dan percikan api terlihat di

sepanjang jalan partikel. *ercikan api ini dapat difoto atau elektronik terdeteksi dan data yang

dikirim ke komputer untuk rekonstruksi dan penentuan massa partikel, momentum, dan energi.

%ersi baru dari ruang spark telah dikembangkan. ebuah ruang hanyut memiliki ribuan

kabel tegangan tinggi tersusun melalui ruang detektor, yang diisi dengan gas. !asilnya adalah

sebuah array dari ribuan counter proporsional. Ketika sebuah partikel bermuatan mele'ati

detektor, itu mengionisasi molekul gas dan elektron dikeluarkan melayang ke arah tegangan

tinggi kabel, menciptakan sinyal listrik saat tiba. ebuah komputer mendeteksi sinyal dan

merekonstruksi jalur melalui detektor. *ergeseran ruang canggih yang telah memberikan hasil

yang signifikan dalam mempelajari partikel dibentuk dalam tabrakan atom adalah solenoidal

racker di +!(C "E+&. "ingkatan +!(C singkatan +elati3istic !ea3y (on Collider, fasilitas

di 2rookha3en 1ational


29/32

Fi!ure 45.1 he E+ detector at

the +elati3istic !ea3y (on Collider at

2rookha3en 1ational


30/32

pembersih mencemari peralatan pengolahan makanan untuk mempelajari kerusakan di dalam

mesi.n )alam kasus terakhir ini, bahan radioaktif digunakan dalam pembuatan piston cincin

mobil dan minyak diperiksa radioakti3itas untuk menentukan jumlah keausan pada cincin.

Enalisis bahan elama berabadabad menggunakan metode standar untuk

mengidentifikasi unsurunsur dalam sampel bahan yang dilakukan dengan analisis kimia,

melibatkan penentuan bagaimana materi bereaksi dengan berbagai bahan kimia. $etode kedua

adalah analisa spektral, yang bekerja karena setiap elemen, ketika bergerak , memancarkan

karakteristik elektromagnetik

panjang gelombang. $etode ini sekarang dilengkapi dengan teknik ketiga, analisis

akti3asi neutron. Kelemahan dari kedua metode kimia dan spektral adalah bah'a sampel yang

cukup besar untuk materi harus dihancurkan untuk analisis. elain itu, jumlah yang sangat kecil

untuk elemen mungkin tidak terdeteksi dengan metode tersebut. Enalisis akti3asi neutron

memiliki keuntungan lebih dari analisis kimia dan analisis spektral di kedua hal. Ketika suatumaterial diiradiasi dengan neutron, inti dalam materi menyerap neutron dan berubah menjadi

isotop yang berbeda, yang sebagian besar adalah radioaktif. $isalnya, :5Cu menyerap neutron

untuk menjadi ::Cu, yang mengalami peluruhan betaD

Kehadiran tembaga dapat disimpulkan karena diketahui bah'a ::Cu memiliki paruh 5,#

menit dan meluruh dengan emisi partikel beta memiliki energi maksimum -,:8 $e%. @uga

dipancarkan dalam peluruhan ::Cu adalah sinar gamma #,/4 $e%. )engan memeriksa radiasi

yang dipancarkan oleh ;at setelah terkena radiasi neutron, satu dapat mendeteksi jumlah yang

sangat kecil untuk suatu unsur dalam ;at tersebut.Enalisis akti3asi neutron digunakan secara rutin di sejumlah industri. )alam

penerbangan, misalnya, digunakan untuk memeriksa bagasi maskapai untuk bahan peledak

tersembunyi. alah satu penggunaan tidak rutin adalah kepentingan sejarah. 1apoleon meninggal

di pulau t. !elena pada tahun #-#, diduga karena sebab alamiah. elama bertahuntahun, telah

ada kecurigaan bah'a kematiannya tidak semua yang alami. etelah kematiannya, kepalanya

dicukur dan kunci untuk rambutnya yang dijual sebagai sou3enir. *ada tahun #7:#, jumlah


31/32

arsenik dalam sampel rambut ini diukur dengan analisis akti3asi neutron, dan kuantitas yang luar

biasa besar untuk arsenik ditemukan. "Enalisis akti3asi sangat sensitif bah'a potonganpotongan

yang sangat kecil dari sehelai rambut bisa dianalisis.& !asil penelitian menunjukkan bah'a

arsenik yang diumpankan kepadanya tidak teratur. 2ahkan, pola konsentrasi arsenik

berhubungan dengan fluktuasi dalam keparahan penyakit 1apoleon sebagai ditentukan dari

catatan sejarah.

ejara'an seni menggunakan analisis akti3asi neutron untuk mendeteksi pemalsuan.

*igmen yang digunakan dalam cat telah berubah sepanjang sejarah, dan pigmen lama dan baru

bereaksi berbeda terhadap akti3asi neutron. $etode ini bahkan dapat mengungkapkan karya seni

yang tersembunyi di balik lukisan yang ada karena yang lebih tua, lapisan tersembunyi cat

bereaksi berbeda dari lapisan permukaan untuk akti3asi neutron.

erapi +adiasi

+adiasi menyebabkan banyak sel membelah dengan cepat. Oleh karena itu, hal ini

berguna dalam pengobatan kanker karena selsel tumor membagi sangat cepat. 2eberapa

mekanisme dapat digunakan untuk memberikan radiasi untuk tumor. )alam 2agian 4-,, kita

membahas penggunaan sinarL energi tinggi dalam pengobatan jaringan kanker. *rotokol

pengobatan lain termasuk penggunaan balok sempit radiasi dari sumber radioaktif. ebagai

contoh, 6ambar 45,#7 menunjukkan mesin yang menggunakan :/Co sebagai sumber. he :/Co

isotop memancarkan sinar gamma dengan foton energi tinggi dari # $e%. )alam situasi lain,

teknik yang disebut brachytherapy digunakan. )alam rencana pera'atan ini, jarum radioaktif

tipis yang disebut benih yang tertanam dalam jaringan kanker. nergi yang dipancarkan dari biji

disampaikan langsung ke tumor, mengurangi paparan untuk jaringan sekitarnya kerusakan

radiasi. )alam kasus kanker prostat, isotop aktif yang digunakan dalam brachytherapy termasuk#-5( dan #/8*d.

*enga'etan makanan

+adiasi adalah menemukan peningkatan penggunaan sebagai sarana menga'etkan

makanan karena paparan radiasi tingkat tinggi dapat menghancurkan atau melumpuhkan bakteri

dan spora jamur "6ambar. 45,-/&. eknik termasuk makanan mengekspos ke sinar gamma,

energi tinggi elektron balok, dan Lray. $akanan dia'etkan oleh paparan tersebut dapat

ditempatkan dalam 'adah tertutup "untuk mencegah agen perusak & dan disimpan untuk jangka

'aktu yang lama. erdapat sedikit atau tidak ada efek buruk pada rasa atau nilai gi;i makanan

dari iradiasi. Keamanan makanan iradiasi telah disahkan oleh orld !ealth


32/32

Organisasi, *usat *engendalian dan *encegahan *enyakit, )epartemen *ertanian E, dan

Food and )rug Edministration. (radiasi makanan saat ini dii;inkan di lebih dari 4/ negara.

2eberapa perkiraan menempatkan jumlah makanan iradiasi di dunia setinggi 5// /// metrik ton

setiap tahun.

bab vii aplikasi fisika nuklir

Documents