Download - Peluruhan Betta
Peluruhan Beta
Dalam peluruhan beta, sebuah proton berubah menjadi inti atau sebaliknya. Jadi Z dan N
masing-masinng berubah satu satuan, tetapi A tidak berubah. Pada peluruhan beta, yang paling
utama adalah sebuah netron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron
n → p + e
Ketika proses peluruhan ini pertama kali dipelajari, partikel yang dipancarkan disebut
partikel beta, kemudian baru diketahui bahwa partikel itu adalah elektron.Elektron yang
dipancarkan pada peluruhan beta bukanlah elektron kulit atom dan juga bukan elektron yang
semula berada dalam inti. Tetapi elektron ini diciptakan oleh inti dari energy yang ada. Jika ada
beda energy diam sekurang-kurangnya penciptaan elektron sangat mungkin terjadi.
Hipotesis Neutrino
Dari eksperimen yang telah dilakukan berkaitan dengan peluruhan beta ini, yaitu:
1. Spin intrinsik proto, netron dan elektron masing-masing bernilai ½. Jika terjadi
peluruhan netron (spin ½), gabungan spin proton dan elektron hasil peluruhan bisa
sejajar (spin total = 1) atau berlawanan (spin total 0), dan tidak ada kemungkinan spin
totalnya ½. Oleh karena itu, proses peluruhan ini tampaknya melanggar hukum
kekekalan momentum sudut
2. Persoalan energi beta. Dari pengukuran elektron yang dipancarkan
didapatkan bahwa spektrum energinya kontinyu dari 0 hingga nilai maksimum
Ke(max). Menurut perhitungan dalam peluruhan netron, nilai Q = (mn - mp - mc)c2 =
0,782 MeV. Persoalan distribusi energi yang kontinyu ini (karena adanya beberapa
energi yang hilang), dicoba dipecahkan oleh para fisikawan eksperimen sebelum tahun
1930, tapi semuanya tidak berhasil.
Gambar 6.3. Grafik Distribusi Energi Partikel Beta
Pemecahan terhadap fenomena yang tampak melanggar hukum kekekalan
momentum sudut dan energi ini ditemukan oleh Wolfgang Pauli. Ia mengusulkan bahwa ada
partikel ketiga yang dipancarkan pada peluruhan beta ini. Partikel ketiga ini bermuatan elektrik
nol dan memiliki spin ½. Hilangnya energi ini tidak lain adalah energi yang diambil partikel ini.
Partikel ini disebut neutrino (yang dalam bahasa Italia berarti netral kecil) dan diberi
lambang ν . Neutrino ini memiliki massa diam nol. Neutrino ini juga memiliki anti partikel yang
dinamakan antineutrino ν . Pada kenyataannya yang dipancarkan dalam peluruhan beta adalah
antineutrino. Dengan demikian proses peluruhan beta secara lengkap adalah:
n → p + e − + ν
Energi reaksi ini muncul sebagai energi kinetik elektron, energi antineutrino dan energi pental
proton. Proses peluruhan beta lainnya adalah peluruhan proton, yang reaksinya
p → n + e + + ν
e+ adalah elektron positif atau positron yang merupakan antipartikel dari elektron.
Positron memiliki massa sama dengan elektron, tetapi memiliki muatan elektrik yang
berlawanan. Apabila positron bertemu dengan elektron, keduanya akan bergabung dan musnah.
Proses ini dinamakan annihilasi. Energi keduanya berubah menjadi gelombang elektromagnetik.
Gambar 6.4. Grafik Distribusi Energi Positron
Tangkapan Elektron
Salah satu proses peluruhan inti adalah tangkapan elektron (Electron capture, EC). Proses
reaksinya adalah
p + e− → n + ν
Di sini sebuah proton menagkap elektron dariorbitnya beralih menjadi sebuah netron
ditambah sebuah neutrino. Elektron yang ditangkap ini adalah elektron terdalam sebuah atom,
dan proses ini dicirikan dengan kulit asal elektronnya: tangkapan kulit K, kulit L, dan seterusnya.
Tangkapan elektron ini tidak terjadi pada proton bebas, tetapi hanya proton yang ada di dalam
inti.
Energi Peluruhan.
Peluruhan beta terjadi pada sebuah inti atom. Pada saat pemancaran e−, sebuah inti atom dengan
Z proton dan N netron meluruh ke inti atom lain dengan Z + 1 proton dan N – 1 netron.
Nilai Q dari peluruhan ini, dihitung dengan mengurangi massa-massa elektron (Zme)
Massa elektron saling menghapuskan dalam perhitungan Q. Energi yang dilepas
dalam peluruhan ini sebagai energi kinetik antineutrino, energi kinetik elektron dan sejumlah
kecil energi kinetik inti. Elektron memiliki energi kinetik maksimum jika energi antineutrino
hampir nol.
Sedangkan dalam pemancaran dapat digambarkan e+ , proton inti berubah menjadi netron.
Reaksinya
Nilai Q pada proses ini
Sedang untuk tangkapan elektron, reaksinya
Dan nilai Q-nya
Contoh
Berapakah energi maksimum elektron yang teremisi dari peluruhan e − di dalam H?
Jawab
Reaksi peluruhan
Energi kinetik inti He bisa diabaikan karena terlalu kecil sehingga Ke terjadi pada saat Kv = 0,
maka Ke = 0,0186 MeV
KARAKTERISTIK PARTIKEL BETA
Daya Jangkau Sinar Beta
Sinar beta, baik elektron atau positron, keduanya termasuk kelompok partikel ringan
bermuatan. Besar massa diam dan muatan elektriknya juga sama, hanya tandanya saja yang
berlawanan. Kecepatan gerak di udara antara 0,32 c sampai 0,7 c. Jejak partikel beta ini
berbelok-belok karena elektron ini mengalami hamburan di dalam bahan.
Energi rata-rata elektron ini (1/3) Kmax, sedangkan untuk positron 0,4 Kmax. Panjang
jangkaun partikel ini di medium dinyatakan dalam cm, namun kadang- kadang juga dinyatakan
dalam bentuk ketebalan densitas (density thickness, dt) dengan satuan massa per satuan luas
(mg/cm2) untuk menggantikan jarak atau ketebalan (d).
dt (mg / cm2 ) = d (cm) x ρ(mg / cm3)
ρ adalah massa jenis medium.
Dengan sistem satuan ini, jangkauan partikel di dalam medium tidak lagi
memperhatikan jenis bahan medium. Perumusan matematis yang menunjukkan hubungan antara
jangkauan dt dan energi maksimum Km (MeV) adalah sebagai berikut:
Contoh
Berapakah jangkauan linier partikel beta (dalam cm) dengan energi maksimum 2,86 MeV yang
dipancarkan dari inti 5625Mn yang melewati aluminum.
jawab
Daya Ionisasi Partikel Beta
Mekanisme hilangnya partikel beta sama dengan mekanisme pada partikel alfa, yaitu
diserap bahan yang dilewati untuk proses ionisasi dan eksistasi.
Partikel beta akan kehilangan energi 3,4 eV setiap pembentukan satu pasang ion. Namun
karena partikel beta lebih kecil (sekitar 1/7300 dari massa partikel alfa) dan muatan yang lebih
rendah (1/2 dari partikel alfa), maka konsekuensinya partikel beta dalam sepanjang sejaknya
tidak memproduksi pasangan ion per cm sebanyak yang dibentuk partikel alfa. Partikel beta
dengan energi 3 MeV mempunyai jangkaun di udara lebih dari 1.000 cm namun hanya mampu
menghasilkan beberapa pasangan ion per mm sepanjang jejaknya.
Ionisasi spesifik (Is) partikel beta di udara bervariasi dari 60 sampai 7.000 pasangan ion per
cm. Ionisasi spesifik bernilai besar untuk partikel beta berenergi rendah, selanjutnya
berkurang secara cepat untuk energi yang makin besar, hingga mencapai minimum pada energi
sekitar 1 MeV. Ionisasi spesifik ini berlahan-lahan naik untuk energi lebih besar dari 1 MeV.
Persamaan ionisasi spesifik ditulis:
dK/dx adalah laju kehilangan energi akibat ionisasi dan eksitasi oleh partkel
beta (MeV/cm) dan W adalah energi rata-rata untuk membentuk satu pasangan ion.
Satu hal yang menarik, karena partikel beta bermuatan listrik dan bergerak dengan
kecepatan tinggi, apabila melintas dekat inti atom, maka gaya elektrostatik inti menyebabkan
partikel beta membelok dengan tajam. Peristiwa ini menyebabkan partikel beta kehilangan
energinya dengan memancarkan gelombang elektromagnetik yang dikenal sinar-X
Bremsstrahlung.