fisin peluruhan beta

Upload: azzahra-riya

Post on 22-Feb-2018

298 views

Category:

Documents


12 download

TRANSCRIPT

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    1/36

    1. PELURUHAN

    A. Pendahuluan

    Peluruhan merupakan jenis peluruhan yang paling umum dikenal, sebab hampir

    semua nuklida tidak berada pada daerah kestabilan. Proses peluruhan meliputi pancaran

    elektron secara langsung dari inti. Baik elektron yang bermuatan negatif maupun positron

    yang bermuatan positif dapat dipancarkan oleh inti yang sama dalam beberapa kasus

    khusus. Ada tiga jenis proses terjadinya peluruhan :

    1.

    pemancaran elektron(-) : + 2. pemancaran positron ( +) : + 3. penangkapan elektron :

    Dalam peluruhan tidak melibatkan perubahan nomor massa A, yaitu A = 0, tapi

    selalu ada perubahan dalam muatan inti karena inti hanya terdiri dari neutron dan proton

    membutuhkan konversi muatan listrik. Dalam pemancaran -, neutron harus dikonversi

    menjadi proton, Z = 1. Demikian pula dengan peluruhan + dan penangkapan elektron

    melibatkan muatan proton menjadi neutron, yaitu Z = -1.

    B. Proses Terjadinya Peluruhan Beta

    Proses terjadinya peluruhan dapat dijelaskan dari skema tingkat dasar proton dan

    neutron seperti pada gambar dibawah ini.

    Ketiga nuklida memiliki jumlah nukleon yang sama sebesar 12, tetapi jumlah neutron

    dan protonnya berbeda. 6 merupakan inti stabil dengan jumlah neutron dan proton yangsama (N=Z=6). Pada dengan N=7 dan Z=5 sehingga memiliki (N>Z) dan pada nuklida 7 dengan N=5 dan Z=7 sehingga memiliki (N

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    2/36

    Inti atom yang tak stabil meluruh dengan mengubah satu neutronnya menjadi proton agarstabil menjadi 6 . Karena muatannya harus kekal maka harus dibentuk satu muatan negatif(elektron). Namun demikian karena elektron tak dapat berada dalam inti atom maka ia harus

    dikeluarkan dan dipancarkan sebagai radiasi sinar - dan anti neutrinosebagai berikut:

    6 Untuk 7 jumlahproton lebih besar dibandingkan dengan cacah neutronnya, sehingga inti

    tersebut meluruh dengan mengubah satu protonnya menjadi neutron disertai dengan pemancaran

    zarah positif dalam bentuk + dan neutrinosebagai berikut:

    +67

    Energi yang ditunjukkan pada gambar menjelaskan bahwa energi tak mantap

    lebih besar daripada energi yang mantap. Dikarenakan nuklida 6 sudah stabil sehingganuklida tersebut tidak dapat melepas maupun menerima elektron. Dan sebaliknya untuk energi

    yang tak mantap dan 7 belum stabil. Untuk hubungan pemancaran elektron - danpemancaran positron + dapat dilihat pada gambar berikut,

    Gbr 2: Perubahan posisi radioisotop pada diagram N-Z dalam proses (a) pemancaran elektron - dan (b)

    pemancaran positron +.

    Dari gambar (a) untuk proses pemancaran elektron - nomor atom dari nomor atom

    anak bertambah sedangkan jumlah neutronnya berkurang, sebaliknya untuk gambar (b)

    pada proses pemancaran positron + nomor atom dari nomor atom anak berkurang

    sedangkan jumlah neutronnya bertambah.

    Sumber :Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    3/36

    Jenis peluruhan beta yang ke-3 adalah penangkapan elektron. Pada proses peluruhan

    ini, satu elektron orbit ditangkap proton dalam inti atom sehingga berubah menjadi

    neutron. Dalam hal ini cacah nukleonnya tetap, tetapi satu protonnya berubah menjadi

    neutron seperti pada proses peluruhan +, seperti ditunjukkan gambar dibawah berikut,

    Elektron dari orbit K berpeluang besar untuk ditangkap sehingga terjadi lubang

    (kekurangan satu elektron) pada orbit tersebut. Untuk mengisi lubang tersebut satu

    elektron dari orbit L menjalani de-exitasi sambil memancarkan radiasi sinar-x. Sinar-x

    ini, kadang berinteraksi dengan elektron orbit L atau lainnya sehingga elektron tersebut

    terpental keluar dari gugus atom dan disebut elektron Auger. Peristiwa tangkapan elektron

    ini tidak dapat dideteksi secara langsung melainkan biasanya dilakukan dengan jalan

    mendeteksi elektron auger-nya. Contohnya pada inti atom: 78 dan 9

    2. KONDISI UNTUK PELURUHAN SPONTAN

    Peluruhan beta akan terjadi hanya jika energi yang tersedia dalam transisi cukup

    untuk membuat elektron atau positron. apakah atau tidak nuklida radioaktif buatan akan

    mengalami peluruhan oleh pemancaran elektron, pemancaran positron, atau penangkapan

    elektron orbital dapat dibahas dari segi energi yang tersedia untuk disintegrasi.

    A.PEMANCARAN ELEKTRON

    Adapun prosesnya dapat dijabarkan sebagai berikut.

    0

    11 eYX AZ

    A

    Z

    Dengan menganggap inti induk XA

    Z bermassa Mp meluruh menjadi inti anak YA

    Z 1

    bermassa Mddan partikel beta positif atau negatif dengan massa m.Karena inti induk

    L

    K

    inti

    elektron

    Sinar x

    Elektron Auger

    Gbr 3:Tangkapan elektron dan pancaran auger

    Sumber:Niyatmo.2009

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    4/36

    dalam keadaan diam sebelum peluruhan, inti anak dan partikel beta harus berada dalam

    arah berlawanan setelah meluruh sehingga memiliki kekekalan momentum linier. Eidan

    Ef adalah energi total sistem sebelum dan setelah peluruhan. Berdasarkan prinsip

    konservasi energi:

    fi EE (1)Atau dapat ditulis:

    KcmKcMcM eddp

    222

    DimanaKd dan K- adalah energi kinetik dari inti anak dan partikel beta negatif.

    Selanjutnya, energi disintegrasi Qdari proses ini dirumuskan dengan:

    2cmMMKKQ edpd

    (2)

    Adapun syarat terjadinya peluruhan spontan adalah Qharus bernilai positif. Apabila

    M(Z) danM(Z+1)adalah massa atom induk dan massa atom anak, setelah mengabaikan

    energi ikat yang sangat kecil dari elektron maka,

    () = = () ( 1) = ( 1) = ( 1) ( 1)Substitusikan persamaan diatas kedalam persamaan (2), sehingga diperoleh:

    2cmMMQ edp

    211,, cmmZZAMZmZAMQ eee

    211,, cmmZZAMZmZAMQ eee

    21,, cmmZmZAMZmZAMQ eeee

    21,, cZAMZAMQ (3)

    Persamaan ini menyatakan bahwa peluruhan akan terjadi kapan saja massa atom

    induk lebih besar dari massa atom anak, dan energi disintegrasi, Q, yang dilepaskan

    sebagai energi kinetik sama dengan perbedaan massa mereka.

    B.PEMANCARAN POSITRON

    Proses ini djabarkan oleh persamaan sebagai berikut:

    0

    11 eYX

    A

    Z

    A

    Z .

    Energi disintegrasi untuk proses ini diberikan oleh:

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    5/36

    2cmMMKKQ edPed (4)

    Pernyataan persamaan ini dalam terminologi massa atomik, di mana:

    ZmMZM ep

    11 ZmMZMed

    (5)

    dan didapatkan:

    221 cmZMZMQ e (6)

    Karena Q harus positif, peluruhan positron dari suatu atom akan terjadi hanya jika

    massa diamnya lebih besar dari jumlah massa diam dua elektron dan suatu atom dengan

    Asama dan denganZberkurang satu.

    C.

    PENANGKAPAN ELEKTRON

    Proses ini dijelaskan oleh persamaan sebagai berikut:

    A

    Z

    A

    Z YeX

    1

    0

    1 .

    Energi disintegrasi pada kasus ini diberikan oleh:

    21 cZMZMQ (7)

    Supaya penangkapan elektron terjadi, massa atom induk harus lebih besar dari massa

    sebuah atom dengan Asama dan dengan Zberkurang satu. Proses ini memenuhi energi

    gap yang ditunda oleh dua proses peluruhan beta lainnya.Jika elektron-elektron inti

    berat, dalam proses dari elektron-elektron itu bergerak melingkar yang dekat dengan inti

    (gambar:tangkapan pancaran dan elektron auger), maka elektron-elektron tersebut akan

    ditangkap:

    1.

    Jika elektron yang di kulit K yang ditangkap, proses penangkapan elektron-elektron

    tersebut disebut K capture atau penangkapan K

    2.

    Ruang kosong pada kulit K atau kulit L diisi oleh muatan dari kulit yang berada di

    luarnya

    3. Karena terdapat partikel tidak bermuatan dipancarkan dalam proses penangkapan

    elektron, maka proses yang diamati hanya pada pemancaran karakteristik sinar X.

    4. Terdapat beberapa kemungkinan pemancaran sinar X, kulit K yang bereksitasi akan

    melakukan eksitasi lagi dengan memberikan energinya pada elektron kulit L yang

    akan dipancarkan dengan energi kinetik Ke

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    6/36

    3. PENGUKURAN ENERGI PARTIKEL BETA ()

    Pengukuran energi partikel beta melibatkan dua jenis elektron. Pertama, elektron

    yang dipancarkan dalam proses peluruhan beta selalu memiliki distribusi energi yang terus

    menerus yang memerlukan pengukuran energi maksimum. Kedua, elektron konversi yang

    dipancarkan oleh proses berikut: dalam proses peluruhan gamma, yang biasanya mengikuti

    peluruhan beta, inti memberikan energi ke elektron orbital bukan memancarkan gamma a

    ray. elektron ini disebut elektron konversi.

    Poin penting sehubungan dengan peluruhan beta adalah teori relativitas, karena

    partikel beta yang dipancarkan dari inti radioaktif memiliki kecepatan yang mendekati

    kecepatan cahaya. Pengukuran yang tepat untuk mengukur besar energi dan spektrum

    partikel beta adalahdenganmenggunakan spektrometer magnetik. Berikut ini, kita akan

    membahas pengukuran menggunakan spektrometer magnetik.

    Spektrometer Magnetik.

    Spektrum sinar beta dari unsur-unsur radioaktif alami pertama kali dianalisis oleh

    L.Baeyer dan O Hahn. Elektron dibelokkan oleh medan magnet dan dicatat dengan metodephotograpich. Bentuk peningkatan spektrum sinar beta yang fokus pada spektrometer

    magnetik berbentuk setengah lingkaran. Teori dan desain dari beberapa spektrometer

    dijelaskan oleh K Siegbahn. Berikut merupakan gambaran singkat desain dan teori

    spektrometer sinar beta:

    Kinerja berbagai jenis spektrometer dibandingkan dengan angka merit, yang

    didefinisikan oleh rasio T / R. T adalah koefisien transmisi, yang didefinisikan sebagai

    fraksi dari jumlah partikel energi yang diberikan atau momentum yang dipancarkan oleh

    sumber yang diterima oleh detektor.Radalah resolusi, yang didefinisikan sebagaiE / Edi

    manaEadalah lebar maksimum pada energi E. plot biasanya terbuat dari jumlah elektron

    dibandingkan momentum partikel beta (Hr). Sinar beta spektrometer magnetik terbagi

    menjadi tiga bagian seperti berikut:

    1. spektrometer fokus setengah lingkaran

    2.

    spektrometer lensa magnetik

    3. spektrometer fokus ganda

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    7/36

    1. Spektrometer Fokus Setengah Lingkaran

    Metode ini sama dengan partikel yang menggunakan prinsip 1800, atau focus

    setengah lingkaran menggunakan desain berbeda. Partikel jauh lebih ringan dari

    partikel . Medan magnet yang biasa digunakan untuk partikel adalah 1000 gauss

    danpartikel menggunakan medan magnet sebesar 10000 gauss .

    Sumber partikel beta diendapkan pada kawat dengan panjang dan diameter dalam

    satuan milimeter yang ditempatkan dalam ruang yang terevakuasi. Sebuah sinar

    elektron dikeluarkan pada celah AB (Gambar 8.3) untuk fokus, dengan penerapan

    medan magnet tegak lurus terhadap bidang gerak partikel. Gerak diatur oleh

    persamaan:

    = (8.12)Dimana m adalah massa relativistik yang diberikan oleh

    dan adalah

    jari-jari kelengkungan. Dengan menulis ulang persamaan (8.12) kita dapatkan:

    = (8.13)Dimana p adalah momentum relativistik. Setelah momentum diketahui, energi

    kinetik dapat dihitung:

    = =

    =

    = (8.14)

    Pelat fotografi berguna untuk merekam seluruh spektrum dalam satu

    pencahayaan, tetapi memiliki kelemahan yaitu sensitivitas lebih rendah dan tidak

    lurus. Secara kuantitatif menggunakan penghitung Geiger. Penghitung ditempatkan

    dalam posisi ketika medan magnet divariasikan. Jumlah partikel beta mencapai

    penghitung, per satuan waktu, diperoleh untuk nilai yang berbeda dari H. Karena

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    8/36

    bernilai tetap, masing-masing nilai sesuai dengan nilai yang berbeda dari p. Plotjumlah dibandingkan memberikan kurva distribusi momentum.

    Gbr.8.3 Fokus Spektrometer Setengah Lingkaran

    Sebuah cahaya melewati lintasan melalui pusat celah PQ (celah mendefinisikan

    penerimaan sudut 2) memiliki diameter SA (gambar 8.4). Setiap lintasan lain

    membuat sudut dengan lintasan sentral memotong diameter di B. Lebar gambar

    pada fokusnya adalah = dihitung dari pertimbangan geometris sederhanadengan melihat lintasan elektron yang berbentuk setengah lingkaran dibawah ini,

    =

    = c o s

    = 2 = 2 c o s

    = 2 2 cos

    = = 2 ( 1 c o s )

    Sumber: Allyn.1966

    x y2

    B

    A

    z

    z y

    o

    bc

    a

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    9/36

    Apabila zy = w10maka,

    = 2 ( 1 c o s ) (8.15)Menurut Persamaan (8.15) posisi B adalah bentuk gambar asimetris. Persamaan

    (8.15) juga berlaku untuk elektron yang membuat sudut kecil dengan cahaya tegak

    lurus terhadap medan magnet.

    Jika sumber bukan sumber titik melainkan memiliki lebar sebesar s, maka:

    = = (8.16)

    Menggabungkan persamaan (8.16) dan (8.13) untuk nilai tetap dari medan

    magnet, resolusi momentum diberikan oleh:

    = = (8.17)

    Dan resolusi energinya adalah:

    = 12 = 12 = ( ) (8.18)

    Apabila memiliki lebar maka resolusi energinya menjadi:

    =

    (+

    ) (8.19)

    Koefisien transmisi untuk celah melingkar, PQ adalah:

    Gbr.8.4 . Lintasan elektron dalam spektrometer fokus

    berbentuk setengah lingkaran

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    10/36

    = = 2 ( 1 cos ) / 4 /4 (8.20)2. Spektr ometer Lensa Magnetic

    Banyak spektrometer sinar beta telah dikembangkan menggunakan fokus

    seragam, medan magnet longitudinal. Metode ini menunjukkan bahwa fokus terbaik

    bagi elektron yang dipancarkan dari sumber titik terletak pada sumbu yaitu cincin

    tegak lurus terhadap sumbu.

    Pertimbangkan sumber titik, S, ditempatkan di titik pada sumbu medan magnet

    homogen yang dihasilkan oleh solenoid panjang (gambar 8.5a). Elektron dari

    momentum p dipancarkan pada sudut dengan sumbu akan mengikuti jalur heliks

    sebelum di F.

    Gbr 8.5a spektrometer lensa magnetik

    Permukaan yang dihasilkan oleh semua elektron ini ditunjukkan pada (gambar

    8.5b) jarak SF dapat dihitung dengan prosedur berikut: Kecepatan partikel dapatdiselesaikan menjadi dua komponen;

    sin tegak lurus, dan

    cos. Jalur heliks

    adalah resultan dari gerak melingkar beraturan dengan kecepatan sin tegak lurusterhadap magnet, dan cossepanjang arah medan magnet. Persamaan yangmewakili gerakan ini adalah:

    sin= (8.21) = (cos) (8.22)

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    11/36

    Gbr 8.5b permukaan yang dihasilkan oleh elektron dari yang ditentukan

    Kemudian untuk komponen arah vector kecepatan dapat digambarkan sebagai

    berikut, dengan searah dengan sumbu x dan searah dengan sumbu y.

    Untuk t = T, jangka waktu untuk satu revolusi lengkap, Z = SF, T dapat dihitung

    dari Persamaan (8.21)

    = = ()/ = / = (8.23)

    = ( c o s ) = ( )(cos) 1

    (8.24)

    3. Spektr ometer Fokus Ganda

    Dua elektron dipancarkan dalam satu arah danmembentuk sudut untuk fokus

    dalam spektrometer. Ruang fokus dicapai dengan menggunakan medan magnet

    Sumber: All n.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    12/36

    r0

    r

    H

    H0

    homogen, oleh karena itu disebut spektrometer homogen. Spektrometer fokus ganda

    memiliki resolusi tinggi dari setengah lingkaran fokus spektrometer dan koeffisien

    transmisi tinggi dari spektrometer lensa.

    Gbr 8.7 skematik spektrometer fokus ganda

    Spektrometer ini didasarkan pada perilaku osilasi bebas dari partikel bermuatan

    dalam medan magnet aksial simetris bervariasi dengan radius tersebut.

    = ( ) 0 < n < 1 (8.27)Dimana adalah nilaiHpada sumber berada pada jarak dari sumbu simetri.

    Elektron yang dipancarkan dari sumber dalam bidang tegak lurus sumbu akan

    menjelaskan gerakan orbital dengan frekuensi

    = = / (8.28)

    Sumber: Allyn.1966

    Gambar diatas merupakan lukisan arah medan magnet untuk kecepatan linear

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    13/36

    Dimana m adalah massa relativistik. Jika elektron yang diberikan pada sudut

    kecil akan berosilasi dengan frekuensi radial dan frekuensi aksial = ( 1 ) (8.29)

    = (8.30)Pembuktian atau penurunan rumus untuk persamaan (8.29) dan (8.30) terdapat dilampiran

    Masing-masing jika n=1/2 radial dan frekuensi aksial adalah sama untuk n=1/2

    / (8.31) = = /2 (8.32)

    Ini berarti bahwa kedua osilasi berada dalam fase, dan mereka akan menjadi

    fokus setelah setengah osilasi.

    4.ENERGi YANG HILANG KARENA ELEKTRON

    Proses dimana elektron menghilangkan energi dalam perpindahan medium

    sangatlah rumit dibandingkan energi yang hilang karena oleh partikel bermuatan berat.

    Komplikasi ini timbul untuk bidang-bidang berikut :

    1. Karena massa yang kecil dan kecepatan yang tinggi dari partikel beta, maka hal ini

    menjadi perlu untuk mempertimbangkan efekrelativitas

    2. Sebaliknya untuk massa yang berat,elecktron mungkin kehilangan sebagian besar dari

    energi kinetic dalam tabrakan tunggal. Hal ni terjadi tidak karena massa elektron yang

    besar berpindah-pindah, tetapi sangat sulit untuk membedakan antara electron insiden

    dan target elektron. Salah satu yang memiliki energi yang lebih tinggi setelah

    tumbukan disebut insiden (atau primer) elektron.

    3. Tumbukan antara elektron dan atom, dimana elektron hanya dibelokan tanpa ada

    energi yang hilang (tumbukan sempurna), hal ini sering terjadi. Beberapa hamburanini membuat bingung dalam pengukuran kehilangan energi kedepannya.

    4. Efek yang paling dominan terjadi pada saat kecepatan tinggi adalah energi yang

    hilang oleh radiasi begitu banyak, sehingga saat partikel beta bergerak dalam

    kecepatan tinggi yang ekstrim, energi yang hilang akibat ionisasi dan ekstansi menjadi

    diabaikandibandingkan dengan kehilangan energi oleh radiasi.

    5. Elektron yang dipancarkan dalam proses peluruhan beta tidak memiliki kesamaan

    energi. Hanya memiliki energy distriusi yang terus-menerus antara nol dan

    maksimum.

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    14/36

    Semua factorini sulit diprediksi secara teoritik dari energi yang hilang oleh elektron.

    Untuk energi elektron yang relative kecil, kehilangan energi terutama disebabkan oleh

    eksitasi dan ionisasi elektron dalam atom dari bahan yang digunakan untuk menghentikan.

    Pada kenyataannya, kehilangan energi per sentimeter dengan proton tidak berbeda jauh

    dari elektron yang berkecepatan sama. Untuk elektron denganenergi tinggi, kita akan

    mempertimbangkan hilangnya energi dengan proses berikut:

    A. Energi yang hilang akibat tumbukan tak sempurna.

    Persamaan dari stopping power untuk partikel bermuatan berat berasal dari Bab

    VII, i.e.,

    4 2 2

    2

    4 2ln( )

    dE e z mvNZ

    dx mv l

    (7.37)

    Harus diubah untuk dua alasan yang berbeda. (a) karena mereduksi massa dari

    dua sistem elektron. Untuk kondisi log 2mv2 harus disubtitusi ke log mv2. (b)

    identifikasi dari elektron berenergi tinggi seperti kemunculan elektron primer dari

    batas energi tumbukan yang hilang pada berbagai tumbukan adalah mv2 bukan

    mv2. Koreksi ini terjadi karena persamaan untuk elektron adalah E

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    15/36

    4 2

    2

    2

    3

    dE e a

    dt c

    Dimana partikel bermuatan seperti elektron dan proton berpindah di dalam inti

    itu dipercepat dan memancarkan gelombang elektromaknetik. Radiasi ini disebutBremsstrahlung. Pada persamaan (8.36) energi radiasi berbanding lurus dengan

    kuadrat dari percepatan. Meskipun energi radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat

    massa karena a=F/m, dimana F adalah gaya dan m adalah massa dari partikel

    bermuatan. Hal ini menjelaskan mengapa efek radiasi harus dipertimbangkan dalam

    kasus elektron yang bergerak cepat dan dapat diabaikan untuk partikel bermuatan

    berat, seperti proton, partikel alpha, meson, dan sejenisnya.karena gaya adalah

    sebanding dengan Z2, di mana Z adalah nomor atom dari bahan yang diserap.

    Perhatikan bahwa kehilangan energi oleh radiasi sebanding dengan Z2 dan

    meningkatkan logaritmis. Olehkarena itu pada energi tinggi, kerugian radiasi besar.

    Jika energi yang hilang oleh radiasi adalahyang paling dominan, panjang radiasi

    didefinisikan sebagai panjang lintasan absorber dimana elektron muncul dengan 1/e

    energi awal. Energi kritis, Ee, didefinisikan sebagai energi elektron dimana kehilangan

    energi oleh ionisasi sama dengan kerugian radiasi. Ini telah ditunjukkan oleh H. Bethe

    W. Heitler pada

    21600

    c

    mcE

    Z

    Dan kerugian radiasi untuk kehilangan energi ionisasi ditunjukan oleh:

    21600

    rad

    cell

    dE

    EZdx

    dE mc

    dx

    dimana mc2= 0.51 Mev.

    Sebagai contoh gambar 8.9 menunjukan total kerugian energi untuk elektron,

    dimana

    total cell rad

    dE dE dE

    dx dx dx

    Hal lain yang kita tidak dibahas adalah bahwa kehilangan energioleh radiasi

    terjadi tidak hanya di bidang inti, tetapi juga di bidang elektron yang harus disertakan

    dalam total kerugian radiasi.

    (8.37)

    (8.38)

    (8.39)

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    16/36

    Gambar 8.9 tingkat kehilangan energi oleh electron yang teradiasi

    Total kerugian radiasi dan tabrakan nanti akan ditampilkan. Energi elektron

    dinyatakan dalam satuan mc2.

    5. ADSORBSI DAN HUBUNGAN ENERGI DENGAN JARAK

    Seperti yang telah dijelaskan pada chapter 2, partikel beta dipancarkan di

    udara lebih jauh dari pada partikel alpha pada tingkat energi yang sama. Oleh karena

    itu, logam tipis, yang umumnya berupa alumunium, digunakan untuk adsorbsi partikel

    beta. Persamaan eksponensial dari adsorbsi sekitar partikel beta untuk reaksi nuklirsinar beta. Dalam area yang terbatas intensitas sinar beta diberikan persamaan.

    I=Ioe-x/

    Dimana / adalah koefisien adsorbsi massa dalam satuan cm2/mg. Dan x

    adalah ketebalan penyerap dalam satuan mg/cm2 , Io adalah itensitas, dan I adalah

    itensitas setelah melewati penyerap dengan ketebalan x dari penyerap.

    Sumber: Allyn.1966.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    17/36

    Intensitas dari sinar betaditransmisikan melewati penyerap dapat dihitung

    dengan metode sederhana pada gambar 8.10. alumunium tipis diletakkan diantara

    sumber dan detektor. Sinyal dari detektor disalurkan menuju penguat dan menghitung

    lintasan. Tingkat perhitungan diteliti untuk perbedaan ketebalan dari alumunium foil

    dengan menambahkan alumunium foil secara berkala. Gambar 8.11 menunjukkan

    grafik prosentase transmisi dari partikel beta plus dibandingkan dengan ketebalan dari

    alumunium foil dalam satuan mg/cm2. (Partikel beta plus didapatkan dari Cu62 ,

    dimana peluruhannya memiliki waktu paro 9.9 menit

    Gambar 8.11. Prosentase transmisi partikel beta plus (2.7Mev) dibandingkan dengan

    ketebalan alumunium dalam satuan mg/cm2 dengan energi akhir 2.91 MeV). Titik dimana kurva

    adsorbsi kembali bertemu dan menuju ground, karena sinar gama menyertai peluruhan nukleus dan

    sinar kosmik, ini disebut jarak Rdari sinar beta.

    Sumber: Allyn.1966

    Ketebalan alumunium

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    18/36

    Hal ini bergantung pada perbedaan bentuk kurva adsorbsi untuk kasus partikel

    beta ( elektron yang dihasilkan dari peluruhan nuklir dan mempunyai spektrum energi

    yang kontinu) dan elektron yang homogen dihasilkan secara buatan). Partikel beta

    tidak memiliki kurva adsorbsi yang linier. Ketika kurva adsorbsi elektron yang

    homogen mempunyai bagian lurus, panjang dan ekor dengan intensitas kecil menuju

    dasar. Sebagai perbandingan, ditunjukkan pada gambar 8.12. pada gambar 8.12(a),

    R adalah jarak dari partikel beta yang didefinisikan dibawah ini. Dari gampar 8.12(b)

    jarak dari partikel beta yang homogen didefinisikan sebagai titik dimana perpanjangan

    dari bagian yang lurus bertemu dasar, ini disebut jarak praktik, Rp, ketika titik dari

    kurva bertemu dengan dasar ini disebut jarak maksimum, Ro. Dilain titik yang diberi

    tanda merupakan akhir dari bagian dari kurva perbedaan kelompok energi dari

    electron yang homogeny yang semua sama yang ditunjukkan pada gambar 8.12(c).

    alasan untuk keadaan ini adalah dimana setelah melewati penyerap yang tipis dan

    kecil, pancaran secara sempurna disebarkan, maka diberikan bentuk yang sama pada

    akhir kurva.

    Gambar 8.12 Prosentase transmisi dibandingkan dengan ketebalan alumunium (mg/cm2) dari (a)

    sinar beta (b) electron yang homogen. Gambar (c) menunjukkan akhir dari bagian dari rentang

    kehomogenan electron dari tingkat energi yang berbeda.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    19/36

    Metode adsorbsi mungkin digunakan untuk menentukan energi dari partikel

    beta seperti energi tunggal suatu electron. Selama metode adsorbsi tidak se-akurat

    metode yang menggunakan spektometer sinar beta dan tidak menunjukkan detail dari

    spectrum, ini merupakan keuntungan karena sederhana dan cepat. Juga seperti

    berlawanan dengan spectrometer sinar beta, metode adsorbsi tidak membutuhkan

    intensitas sumber yang sangat besar. Ketelitian dari energi sinar betadapat dihitung

    dengan metode adsorbsi yang mana memiliki 2 faktor: (i) penentuan jarak secara

    akurat, dan (ii) hubungan jarak dan energi yang diketahui. Penentuan jarak secara

    akurat termasuk lokasi yang teliti dari titik dimana kurva adsorbs bertemu dengan

    dasar. Metode tinjauan secara visual adalah yang paling sederhana tetapi paling tidak

    masih bias diandalkan. Beberapa metode telah diciptakan untuk penentuan secara

    akurat dari titik akhir.

    Selama jarak telah ditentukan, langkah selanjutnya adalah mengubahnya

    dalam bentuk energi dengan menggunakan hubungan energi yang tepat. Karena

    kerumitan yang telah disebutkan sebelumnya pada bab 4, tidak mungkin

    menggunakan persamaan teoritikal untuk energi yang hilang akibat ionisasi. Jarak

    empiris dari hubungan energi telah didapatkan dengan langkah berikut. penentuan

    secara akurat energi sinar beta digunakan spectrometer untuk grup yang berbeda.Jarak penentuan dibuat dan ditafsirkan dengan membandingkan beberapa material

    standar (biasanya dengan partikel beta RaE dengan energi akhir sebesar 1.17 MeV

    yang mana berfungsi pada rentang 508 mg/cm2pada logam alumunium). Grafik itu

    cocok dengan percobaan yang mewakili hubungan rentang energi yang ditunjukkan

    pada gambar 8.13. kurva berikut ini diwakili

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    20/36

    Dengan persamaan berikut ini yang memberikan hubungan empiris Antara

    jarak dan energi

    R=412E01.265-0.094 ln Eo untuk E0< 2.5 MeV

    R=530 E0-106 untuk E0 > 2.5 MeV

    Hubungan tersebut terbukti berguna dan dengan ketelitian sebesar 2-10 persen.

    Gambar 8.13 menjelaskan bahwa tidak ada perbedaan diantara (i) rentang energi

    tunggal electron dan partikel beta dan (ii) positron dan electron, memiliki besar energi

    yang sama. Nilai titik lainnya yang tecatat untuk rentang energi diantara 0.01 dan 20

    Mev grafik percobaan untuk (dE/dx) mendekati dengan kurva secara teori, tetapi

    memiliki ketelitian yang lebih besar daripada 20%. Alasan untuk perbedaan untuk itu

    sampai saat ini masih belum diketahui.

    6.SECARA HIPOTESA NEUTRINO SPEKTRUM BETA TERUS MENERUS

    Kita akan membahas secara rinci karakteristik spektrum beta-ray dan

    menunjukkan bahwa peluruhan beta bukan masalah dua keseluruhan; itu adalah

    masalah tiga-keseluruhan. Ini akan memerlukan pengenalan partikel baru, neutrino,

    yang menyertai proses beta-pembusukan.

    A. KARAKTERISTIK PANCARAN SINAR BETA.

    Gambar 8.14, 8.15, 8.16 dan 8.17 menunjukkan beberapa spektrum beta-ray

    khas yang telah diamati oleh peneliti yang berbeda menggunakan instrumen yang

    berbeda seperti yang dibahas dalam detik. 3 dari bab ini.

    Gambar 8.13. kurva rentang energi untuk electron. Pada titik ini diperoleh pengukuran yang actual

    dengan penelitian yang berbeda.

    Sumber: Allyn.1966

    Gambar 8.14 Pancaran sinar beta RaE, Energy kinetic partikel betaK(Mev). Sumber: Allyn.1966.

    Fundamental Of Nuclear Physics.

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    21/36

    Gambar 8.15 Spektrum beta dari Au198.Spectrum Garisdilapiskanpada spectrum kontinu Dalam.

    Sumber: All n.1966

    Gambar 8.16 Spektrumsinar beta dari Cs137

    Sumber: Allyn.1966

    Gambar 8.17 Spektrum sinar beta Cl38. Terjadi peluruhan oleh emisi dari 3 kelompok energy maksimum yang

    berbeda dari partikel beta.3 kelompok yang tampilanya telah dipisahkan.

    Sumber: Allyn.1966

    Gambar 8.18 Cu Peluruhan dari ,+danE.C. proses: (a) menunjukan pancaran sinar, dan menunjukan

    pancaran beta+. dalam perbedaan ini untuk distribusi 2 kasus begitu jelas.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    22/36

    Semua gambar ini menunjukan bahwa electron tersebut memancarkan

    peluruhan beta yang mempunyai suatu distribusi kontinu dan energi sekitar antara nol

    sampai suatu titik maksimum tertentu. Karena peluruhan RaE dengan pancaran tanpa mengemisikan sinar gama ,tidak ada konversi electron yang dilapiskan pada

    bentuk spectrum kontinu.Di sisi lain, peluruhan Au198dan Cs137tidak berlangsung dan

    keadaan dasar ke keadaan dasar dan nuekleon dibiarkan dalam keadaan

    tereksitasi.Nukleon yang sudah dalam keadaan terektasi dengan pancaran gamma atau

    dengan memancarkan konversi electron muncul seperti garis spectra yang yang

    dilapiskan pada spectra Au198dan Cs137 berturut-turut seperti yang ditunjukan pada

    gambar. Dalam banyak kasus spectrum ini lebih rumit seperti gambar Cl38

    ,

    komplekstitas spectrum berkaitan dengan fakta peluruhan Cl38dengan tiga kelompok

    yang berbeda dari partikel beta mempunyai energi titik terakhir 1,11 Mev dan 4, 81

    Mev dengan intensitas 388,15,8,dan 53,4 persen ketika tiga kelompok ini

    dipisahkan,mereka menunjukan spectra sederhana yang serupa Au198dan Cs137.Titik

    lain menunjukan bahwa didaerah energi yang rendah dari spectrum hamburan sinar

    beta,bentuk distribusinya adalah berbeda untuk proton dan positron ini ditunjukan

    pada gambar untuk peluruhn Cu

    64

    dimana meluruh dengan , + dan prosesmenangkap electron . dengan mengabaikan meluruh oleh pancaran atau pancaran+. Spectrum kontinu mempunyai karakteritistik sebAgai berikut :

    Terdapat suatu batasan maksimum dalam distribusi, dan energi yang

    bersesuaian Ad tergantung jenis inti yang mengalami peluruhan beta.

    Terdapat suatu batasan energy maksimum yang hamper sesuai dengan

    peluruhan yang tersedia .Dimana energy maksimum adalah suatu fungsi

    peluruhan initi. Sekali lagi, energi titik-akhir maximum adalah fungsi dari

    inti membusuk.

    Spektrum kontinyu diamati dan +baik untuk alam serta penghasil beta

    buatan.

    Karena jumlah partikel beta dipancarkan berbeda pada energi yang berbeda, Energi

    rata-rata didefinisikan sebagai :

    = () () (8.43)

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    23/36

    Dimana N (E) dE adalah jumlah elektron yang memiliki energi antara E dan (E + dE),

    dan Eo adalah energi maksimum. Dalam kebanyakan kasus energi rata-rata adalah

    sekitar sepertiga dari jumlah maksimum yang tersedia, yaitu, dari titik-akhir energi

    Rae, misalnya, yang memiliki energi titik akhir dari 1.17 Mev, akan memiliki energi

    rata-rata sebesar 0,34 Mev.

    B. HIPOTESA NEUTRINO.

    Spektrum beta adalah spectrum kontinu .Partikel beta mempunyai energy

    antara nol dan harga maksimum tertentu. Tiga hokum kekekalan diaplikasikan pada

    partikel yakni:

    1. Hukum Kekekalan energi

    2. Kekekalan momentum linier

    3. Konservasi momentum sudut

    Dari hasil eksperimen diperoleh bagan sebagai berikut

    Inti induk disini memiliki energy maksimum. Energi maksimum merupakan

    selisih antara dua tingkat energy inti anak yang dihasilkan memiliki energi yang kecil

    dan dapat diabaikan dan energi electron yang dihasilakan adalah sepertiga dari

    energy maksimum, sesuai dengan perumusan energy sebelum tumbukan adalah sama

    dengan total energi sesudah tumbukan. Namun disini, energy anak adalah sepetiga

    dari energy maksimum .ini berarti bahwa terdapat 2/3 energi yang hilang. Energi

    inilah yang menjadi permasalahan pada proses peluruhan beta , sehingga dibuatlah

    sebuah asumsi bahwa energi yang 2/3 tersebut dimiliki oleh inti anak dengan suatu

    tingkat energi yang kontinu. Oleh karena itu, kondisi inti anak adalah stabil .Untuk

    mencapai kestabilan (lebih stabil), maka dipancarkan energi dalam bentuk gamma

    sesuai dengan bagan berikut :

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    24/36

    Dimana spektrum yang dihasilkan sinar gamma adalah spectrum kontinu.

    Namun timbul permasalahan yang tidak dibenarkan untuk tingkat energi yang terakhir

    memiliki tingkat energi yang kontinu. Sehingga gugurlah asumsi yang menyatakan

    bahwa inti anak memiliki tingkat energy kontinu.

    Selanjutnya asumsi bahwa elektron memiliki energy maksimum, dengan

    perumusan (dari persamaan reaksi) sebagai berikut :

    E maksimum = 0 + E maksimum

    Pada akhirnya asumsi bahwa elektron memiliki energi yang maksimum juga gagal.

    Kekekalan momentum linear mensyaratkan bahwa jika ada jumlah dari energi

    yang tersedia untuk didistribusikan antara dua benda (inti mundur dan elektron),

    mereka harus memiliki energi yang pasti dan bukan distribusi energi contiuous.

    Dalam kasus ini ,tidak ada hokum kekekalan momentum liniear

    Untuk momentum sudut, momentum angular dirumuskan sebagai berikut :

    Dimana I merupakan spin nuklir, spin nuklir ini ditentukan oleh jumlah nukleon. Inti

    induk dan inti anak memiliki jumlah nukleon sama yakni A sehingga:

    Jika A genap, maka I merupakan bilangan bulat

    Jika A ganjil, maka T merupakan bilangan bulat yang ganjil

    Sedangkan momentum angular , sehingga apabila tidak ada akan terpenuhibahwa I pada kondisi awal yang sama dengan I pada kondisi akhir yang genap

    Genap Genap (tepenuhi)

    Sedangkan kenyataanya adalah

    Gambar8.19 .Bagan pemancaran energy dalam bentuk sinar gamma

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    25/36

    Genap Genap +

    Diruas kiri berbeda dengan hasilnya pada ruas kanan (melangar hukum

    statistic).dengan demikian hukum kekekalan angular juga tidak berlaku.kemudian

    oleh pauli diindikasikan bahwa ada partikel lainyang muncul saat peluruhan beta ,

    partikel tesebut diindikasikan sebaga neutrino

    Semua kesulitan itu diatasi ketika, pada tahun 1934, pauli mengajukan hipotesis

    neutrino. Dia menyarankan bahwa partikel tambahan, yang disebut neutrino

    (dilambangkan dengan . juga dipancarkan dalam proses peluruhan beta pada jarak

    tertentu kehilangan energi Sifat tersebut untuk neutrino dalam memenuhi persyaratan

    peluruhan beta.

    .Neutrino harus bernilai nol, karena muatan tesebut kekal tanpa

    Karena energi maksimum yang dibawa oleh elektron sama dengan energi

    maksimum yang digunakan, pada titik energi akhir, neutrino harus nol,

    dan massa diamnya nol

    Hukum kekekalan momentum angular menghendaki neutrino memiliki

    spin ,sehingga muatan total momentum angular yang diharpkan

    partikel beta dan neutrino menjadi nol atau 1 seperti yang diinginkan

    Sebuah neutrino tidak menyebabkan jumlah yang cukup ionisasi, dan

    sehingga dapat terdeteksi. Ini berarti bahwa neutrino memiliki interaksi

    yang sangat lemah dengan materi dan memiliki momen magnetik yang

    sangat kecil, atau hampir nol,. Sebenarnya, itu tidak memiliki sifat

    elektromagnetik.

    Berdasarkan penemuan neutrino tersebut maka dapat disimpulkan pada

    peluruhan beta dihasilkan 3 bentuk yaitu inti anak, electron,dan neutrino,kecuali pada

    electron konvensi, yang dapat digunakan untuk menjelaskan distrbusi momentum

    kontinu. Hipotesis neutrino dengan sukses diterapkan oleh Enrich Fermi dalam

    mengembangkan teori peluruhan beta yang menjelaskan bentuk spectrum

    beta.Berdasarkan teori ini,dalam peluruhan beta terdapat sebuah interaksi antara

    nucleon, electron,dan neutrino yang mengubah sebuah neutron menjadi proton dan

    sebaliknya, dan menyebabkan penyerapan oleh electron dari neutrin, jadi, ketiga

    prosespeluruhan beta dapat dituliskan sebagai berikut :

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    26/36

    n p + -+ p n + ++ p + e- n +

    (8.44)

    Di mana disebut anti neutrino dan merupakan dari neutrino v, sebagaipositron ( +) adalah pasangan dari sebuah elektron ( -). Studi rinci tentang neutrino

    dan antineutrino akan diambil dalam bagian berikutnya.

    Akan lebih bermanfaat untuk dicatat bahwa neutron bebas telah diamati dengan

    waktu paruh 1/2= 12,8 2,5 menit, sedangkan peluruhan bebas dari proton adalahenergi tidak penuh.

    7. NEUTRINO - ANTINEUTRINO

    Bukti tidak langsung tentang adanya keberadaan neutrino itu dibuktikan oleh

    keberhasilan teori Fermi peluruhan beta, yang akan di bahas dalam sub bab selanjutnya.

    Tujuan dari sub bab ini yaitu untuk membahas percobaan tersebut yang langsung menetapkan

    tentang keberadaan neutrino dan antineutrino yang dipancarkan dalam disintegrasi tunggal.

    Sebelumnya kita melakukan penilaian sementara untuk mendefinisikan secara jelas

    perbedaan antara neutrino dan antineutrino.

    Seperti yang telah disebutkan, positron adalah bagian dari elektron (negatron), atau

    kita dapat menyebut positron sebagai anti partikel dari sebuah negatron. Sebuah hukum baru

    yang disebut konservasi lepton (lepton adalah partikel cahaya seperti elektron, positron,

    neutrino, dan sejenisnya) menurut perbedaan yang telah di bahas, jumlah lepton dan anti

    lepton alam sistem tertentu adalah tetap atau konstan. Jika kita mengambil hipotesis bahwa

    keberadaan partikel harus bersamaan dengan sebuah anti partikel, neutrino akan dipancarkan

    secara bersamaan dengan emisi positron dan anti neutrino.

    Gambar. 8.19Representasi(a) neutrinodan(b) antineutrinotersebut.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    27/36

    Perbedaan yang nyata antara neutrino dan antineutrino dinyatakan dengan cara: sebuah

    nutrino, kecepatan, partikel yg berseberangan, didefinisikan sebagai sebuah partikel dengan

    vektor spin antipararel ke vektor momentum (atau vektor kecepatan) dalam sebagai

    pengertian dari keadaan yang berlawanan. Antineutrino, kecepatan partikel yang searah,

    didefinisikan sebagai sebuah partikel dengan vektor spn vektor sejajar dengan vektor

    momentum (atau vektor kecepatan) sebagai dalam pengertian partikel yang searah. Helisitas

    atau spiralitas di definisikan sebagai cosinus sudut antara sudut spin-momentum vektor dan

    vektor linear-momentum. Dengan demikian, neutrino memiliki helisitas sebesar -1 sementara

    antineutrino mempunyai nilai sebesar +1.

    Pemilihan nama untuk neutrino dan antineutrino adalah dipilih secara acak.

    Diperhatikan bahwa massa partikel ini sangat kecil (atau nol), dan mereka melakukan

    perpindahan hampir seperti dengan kecepatan cahaya. Halini menunjukkan bahwa mereka

    melakukan perpindahan kearah yang sama di semua hal, dan sangat tidak mungkin untuk

    mengubah secara cepat ke hal yg lebih dari neutrino (tidak bisa mendahului neutrino) untuk

    memberikan arah yang terlihat di belakang. Dengan demikian perubahan relativistiksederhana tidak dapat mengubah definisi neutrino di atas menjadi antineutrino, dan

    sebaliknya.

    Bagaimanapun kita bisa mengubah neutrino menjadi anineutrino dan sebaliknya

    dengan refleksi atau pemantulan cermin. Ketika neutrino melihat ke sebuah cermin yang

    dianggapnya itu merupakan sebuah antineutrino, dan sebaliknya. Hal ini disebabkan karena

    cermin itu akan meembalikkan arah momentum, tetapi tidak arah spin.

    Gambar. 8.20Refleksi Cermin neutrino adalah sebuah anti neutrino.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    28/36

    Neutrino dan anti neutrino memiliki definisi, kini kita akan membahas percobaan

    yang termasuk dalam kategori sebagai berikut: (a) penguran massa neutrino, (b) percobaan

    neutrino yang terdahulu, dan percobaan yang saat ini (c) pengambilan neutrino (bukti secara

    langsung).

    A. Pengukuran Massa Neutrino

    Terdapat dua jenis neutrino dalam percobaan yang telah dipergunakan untuk

    memperkirakan tetapnya massa neutrino. Metode pertama yang melibatkan perbandingan

    antara energi maksimum spektrum beta-ray dengan energi peluruhan yang telah diketahui.

    Kedua metode yang telah dikemukakan oleh Fermi adalah untuk mengetahui bentuk

    spektrum beta di dekat titik akhir.

    Menurut metode pertama energi kinetik maksimum, Emaxbahwa dalam partikel beta

    dapat memiliki emisi negatron adalah

    Emax= (M- mv0) c2 (8.45)

    Dimana Madalah perbedaan massa induk dan anak inti, dan mv0adalah massa sisa

    massa diamnya neutrino. Untuk emisi positron, energi maksimum ditentukan oleh persamaan

    sebagai berikut

    Emax= (M2m0- mv0) c2 (8.46)

    Dimana m0adalah massa diam elektron. Perhatikan bahwa energi pengikat atom

    sangat kecil dan telah diabaikan. Nilai Emaxditentukan berupa energi titik-akhir yang diamati

    pada peluruhan beta, sedangkan Mdapat ditentukan baik dengan pengekuran akurat dari

    nilai Q reaksi nuklir atau dari massa atom yang ditentukan dengan spektroskop massa seperti

    yang dibahas di bab sebelumnya. Hasil yang terbaik diperoleh dengan hanya

    mempertimbangkan reaksi-reaksi kebalikan dari pe;uruhan beta, yaitu satu menghubungkan

    hasil (p, n) reaksi positron dengan emisi dan (n, p) reaksi dengan emisi negatron. Cntoh

    reaksi tersebut adalah (1) (1) C13(p,n) N13dengan Q = -3.003 0.003 Mev; (2) H3(p,n) He3

    dengan Q = 0.764 0.001 Mev dan energi akhir titik maksimum dalam emisi negatron dari

    H3adalah Emax= 0.0181 0.002 Mev. Massa diamnya neutrino mv0diperhitungkan menjadi

    dua contoh ini masing- masing adalah (-0.002 0.01)m0and (0.0 0.03) m0. Untuk

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    29/36

    perhitungan tersebut yang telah dibuat sekitar belasan kasus dan mereka semua menunjukkan

    bahwa mv0< 0.01 m0yaitu kurang dari 5.1 kev.

    Metode lainnya secara teoritis meliputi perbandingan bentuk spektrum pada teori

    peluruhan Fermi dengan percobaan titi akhir spektrum. Kita akan membahas metode ini

    secara rinci setelah kami mengembangkan teori Fermi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa

    mv0 510-4 m0. Pada kesimpulan yang didapatkan bahwa semua bukti percobaan

    menunjukkan neutrino seluruh massanya kurang dari 10-3m0.

    B.

    Percobaan Sebelumnya Tentang Neutrino

    Selain neutrino dinyatakan secara tidak lansung tentang keberadaannya, percobaan

    sebelumnya dilakukan untuk menegaskan tujuan utama neutrino dalam peluruhan beta

    (dengan membuktikan konservasi energi dan momentum secara simultan) serta untuk

    mengetahui jenis interaksi dengan melakukan percobaan yang berkelanjutan tentang

    hubungan antara elektron dan neutrino. Guna membentuk kseimbangan momentum, kita

    harus mengukur kecepatan inti sebelumnya. Karena massa dari inti itu yang sangat besar

    dibandingkan dengan massa elekton dan neutrino, kecepatan inti sebelumnya adalah sangat

    kecil, yang membuatnya sulit untuk diukur. Pengukuran masih lebih rumit jika inti berada

    dalam keadaan padat maupun dalam keadaan kerusakan atau jika inti merupakan bagian dari

    molekul. Sekali lagi karena itu merpakan tiga masalah keseluruhan, inti akan memperlihatkan

    spektrum kecepatan kontinu, karena kecepatan akhir tergantung pada arah akhir dan arah ini

    bervariasi berupa peluruhan terhadap kerusakan.

    Ini semua sulit diatasi masalahnya jika disederhanakan kita mempertimbangkan gas

    monoatomik yang meluruh oleh elektron dengan hanya menangkap elektron. Karena, dalam

    proses K-capture, hasil peluruhan hanya anak inti dan neutrino, proses peluruhan beta akan

    berkurang hingga menjadi dua bagian. Untuk melindungi momentum linear, anak inti selalu

    dipancarkan dalam arah yang berlawanan satu sama lain dengan kecepatan konstan sebanding

    dengan massa mereka. Dengan demikian, jika hanya satu neutrino yang dipancarkan,

    Kondisi di atas sangat cocok untuk percobaan A37

    .

    A37 + -1e0

    k Cl37+ (8.47)

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    30/36

    Hasil percobaan yang diperoleh akan dibahas di bawah ini.

    Ruang dipenuhi oleh A37, dan tekanan konstan dipertahankan sebesar ~ 10-5mm.

    Sebagai sumber efektif volume didefinisikan dengan menggunakan sekat, dan di daerah

    secara bersamman terlihat oleh kedua detektor. Semua pelindung sekat dan kisi kecuali 3 kisi

    dipertahankan pada potensial nol. Ke 3 kisi tersebut adalah 4500. Hasil penangkapan K-

    elektron oleh A37 dalam pembentukan Cl37 dan Auger emisi elektron yang terdeteksi oleh

    jenis photomultiplier. Peristiwa tersebut ditunjukkan secara cepat antara Auger Elektron dan

    ion sebelumnya. Kemudian membuat semua perbaikan waktu maksimum dari ion bahwa

    untuk melakukan jarak tempuh sejauh 6cm yaitu (8.9 0.9) sec. Sebuah puncak dalam laju

    spektrum dari ion sebelumnya sesuai dengan energi (9.7 0.8) ev. Hal ini memastikan bahwa

    emisi tunggal nutrino dengan energi yaitu (0.8 0.1) Mev, dalam aturan yang baik dengannilai Q (0.816 0.004) Mev untuk reaksi Cl37. Nilai dari energi sebelumnya pada percobaanyang berbeda lainnya adalah (9.6 0.2) ev39 dan (9.650.05)ev40. Banyak percobaanlainnya yang menggunakan A37, Be7, and Cd107 yang telah dilakukan,

    Gambar. 8.21 digunakanolehRodebackdanAllenuntuk mempelajarineutrinosebelumnya dalam peluruhan penangkapan elektrondari

    A37.

    Sumber: Allyn.1966

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    31/36

    Hipotesa yang dinyatakan dari emisi tunggal neutrino dalam peluruhan beta. Penyempurnaantelah dilakukan untuk mengetahui hubungan elektron-neutrino dan telah dibahas.

    C. Neutrino yang Diambil Dalam Percobaan

    Meskipun tidak terdapat keraguan atas adanya neutrino, rasa keingintahuan secara

    lanjutan hingga bukti langsung yang disampaikan. Pencarian tersebutdiawali

    olehF.ReinesdanCowanC., Jr pada tahun 1952 dan berhasil diselesaikan pada tahun 1960.

    Reaksi yang mereka selidiki adalah kebalikan dari peluruhan neutron, yaitu

    p++ 0n1+ + (8.48)Untuk melakukan hal tersebut reaksi nuklir membutuhkan fluks antineutrino yang sangat

    besar, sebab mereka tidak berinteraksi secara kuat dan dikarenakan mereka semua memiliki

    penampang. Dengan konstruksi kuat pada reaktor nuklir itu memungkinkan untuk

    mendapatkan fluks tinggi seperti antineutrino. Fisi yang dihasilkan dalam reaktor nuklir

    mengalami peluruhan oleh emisi - dan antineutrino. Fluks yang diperoleh antineutrino

    diperoleh dari reaktor nuklir.

    Secara garis besar peralatan yang digunakan oleh RainesdanCowan. Ini terdiri atas lima

    tangki besar. Dua yang lain serta pusat memiliki dimensi 1.9 m 1.3 m 0.61 m, diisidengan antillators cair yang terdiri atas terphenyl dan PoPoP (shifter anjang gelombang)

    trietil benzena yang berfungsi sebagai detector. Dua tangki lainnya, memiliki dimensi 1.9 m

    1.3 m x 0.075 m, yang diisi dengan air di dalamnya mengandung sejumlah kadmiumklorida yang di larutkan di dalamnya dan yang mempunyai fungsi utama. Setiap tangkiantillation tersebut dianggap dengan 110 tangki tabung fotomultiplier selaras dari awal

    Gambar 8.22 Kurvaputus-putusadalahdistribusiyang diharapkan untukmundurmonoenergi dari A37.

    Sumber: Allyn.1966. Fundamental Of Nuclear Physics.

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    32/36

    hingga akhir. Antineutrino dari reaktor nuklir berinteraksi denagn molekul air dan

    mengakibatkan pembentukan suatu neutron dan positron. Sekaligus akan munculnya

    positron, memberikan dua sinar gamma 0.,1 Mev masing-masing dalam arah yang

    berlawanan satu sama lain. (Tesis ini disebut peluruhan) emisi sinar gamma yang cepat

    ditandai oleh sebuah pulse tunggal. Neutron bertumbukan, tersebar, dan berada dalam 1-26

    sec. Sebuah neutron yang tertangkap secara lambat oleh kadnium, yang selanjutnya dengan

    emisi sinar gamma sebesar 9,1 Mev. Scintillations yang dihasilkan oleh sinar gamma tersebut

    juga terdeteksi. Pulse yang dihasilkan tertuda oleh sinar gamma dan sinar gamma bersatu

    dalam sebuah osiloskop. Untuk memastikan sinar gamma yang tertuda berasal dari reaksi

    nuklir yang sama, laju hitungan yang bersangkutan. Untuk tingkat daya reaktor dengan

    berjalannya waktu dari 1371 jam (dengan reaktor lepas an masuk) hasil akhir tingkat sinyal

    maksimum ((2.88 0.22) counts/jam. Ini menegaskan bahwa reaktor tetap dari antineutrino

    tersebut.

    + Cl37 A37+ - (8.49)Diletakkan 1000 karbon tetraklorida di hadapan antineutrino tersebut. Jika neutrino dan

    antineutrino sangat berbeda satu sama lain antineutrino tidak harus mendorong dalam reaksi

    ini. Membuktikan bagian kecil penampang (batasnya adalah 0.21045cm2) .

    Gambar 8.24 Skema representasi darireaksiantineutrinodenganprotonyang digunakanuntuk mendeteksideteksiantineutrinoolehCowandanReines.

    Sumber: Allyn.1966. Fundamental Of Nuclear Physics.

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    33/36

    DAFTAR PUSTAKA

    David, Halliday.1955.Introduction Nuclear Physics. New York: John Willey Sons, Inc.

    Niyatmo, Yusman. 2009. Fisika Nuklir Dalam Telaah Semi-Klasik & Kuantum. Yogyakarta:

    Pustaka Belajar

    Allyn, Bacon. 1966. Fundamental Of Nuclear Physics. Bostron

    Liong, The Houw.Konsep Fisika Modern (terjemahan). Jakarta: Erlangga

    Krane, Kenneth S. 1988.Introductory Nuclear Physics. Singapore: John Willey & Sons

    Meyerhof, Walter E. 1967.Element of Nuclear Physics. San Fransisco: McGraw-Hill

    Susetyo, Wisnu. 1988. Spektrometri Gamma dan Penerapannya dalam Analisis Pengaktifan

    Neutron. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press

    Prastowo, Tjipto. 2008.Introductory Nuclear Physics (Lecture Notes on Physics).

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    34/36

    Pembuktian Persamaan 8.29 (Spektr ometer Fokus Ganda)

    Dengan menganggap sebuah medan () simetri pada sebuah sumbu . Selain itu,diumpamakan terdapat sebuah cermin yang digunakan untuk menentukan simetri tersebut,

    cermin diletakkan pada posisi = 0. Karena medan magnet () sebagai medan vektor,maka gradien vektornya dinyatakan oleh yang dapat dimisalkan sebagai , dandiasumsikan konstan. Berdasarkan persamaan Maxwell x B = 0, memberikan arti bahwadari semua komponen arah vektor harus bernilai nol. Pada komponen dari x B , dapatdituliskan sebagai berikut.

    = 0 (8.29a)

    Dengan menggunakan ekspansi Taylor pada arah , diperoleh hasil.

    (, ) = (, 0) (8.29b)

    (, ) (8.29c)Dimana hasil tersebut merupakan alternatif yang paling sesuai pada arah dan bernilai nol

    pada posisi mediannya.

    Dengan menganggap sebuah muatan partikel bergerak pada posisi mediannya, yaitu

    pada = dengan kelajuan dan kelajuan angular =/, maka dengan terpenuhinyaHukum I Newton yang melibatkan gaya magnetik dan gaya sentripetal pada spectrometer

    fokus ganda, maka dapat dituliskan

    (, 0) = (8.29d) = (,) (8.29e)

    Bagaimanapun juga akan bernilai nol, jika partikel berpindah pada arah terhadap posisimediannya, maka gaya magnetiknya yang awalnya bernilai (, )dapat ditulis sebagai(). Pada posisi median tersebut, partikel mengalami Gerak Harmonik Sederhana(GHS). Dengan konstanta gaya menyatakan nilai dari atau . Dengan frekuensidari GHS dinyatakan oleh

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    35/36

    = =

    (8.29f)

    Dengan mensubstitusikan persamaan 8.29e pada persamaan 8.29f, maka diperoleh

    = () (8.29g)

    Dimana kuantitas yang berada didalam akar pangkat dua dapat dinyatakan sebagai ,sehingga sesuai dengan persamaan 8.30.

    Jika partikel terdorong keluar dengan perpindahan dari keadaan orbit setimbangnya,maka gaya magnetik yang menuju kedalam dinyatakan oleh ( ).

    = ( )=[() ] (8.29h)Dengan percepatan sentripetal pada orbit yang luas dinyatakan oleh

    = + ( )(1

    ) (8.29i)

    Sedangkan percepatan radial dapat ditentukan dari persamaan berikut.

    = (8.29j)

    Dengan memadukan persamaan 8.29h, 8.29i, dan 8.29d, diperoleh

    =( 1) (8.29k)

    Kita kembali pada kasus GHS sebelumnya dengan sebuah konstanta gaya dari ,dengan frekuensi angular dinyatakan oleh

    = (8.29l)

    = () 1

    Apabila () dinyatakan sebagai , maka persamaan 8.29l memiliki hasil yang samadengan persamaan 8.29. dimana persamaan 8.29 tersebut merupaka frekuensi angular pada

    arah radial.

  • 7/24/2019 Fisin Peluruhan Beta

    36/36

    = [1 ] (8.29m)