fisin peluruhan beta

Download Fisin Peluruhan Beta

Post on 22-Feb-2018

274 views

Category:

Documents

12 download

Embed Size (px)

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 sin