HAMBURAN RUTHERFORD( Laporan Praktikum Pendahuluan Fisika Inti)

Oleh:

Kelompok X

LABORATORIUM FISIKA INTIJURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS LAMPUNG

2013

Judul Percobaan : Hamburan Rutherford

Tanggal Percobaan : 24 April 2013

Tempat Percobaan : Laboratorium Fisika Inti

Nama : Aventius Pande (1017041022)

Luh Ari Anjarsari (1017041032)

Pandapotan Tambunan (1017041007)

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Jurusan : Fisika

Kelompok : X ( Sepuluh )

Bandar Lampung, 24 April 2013

Menyetujui,

Posman Manurung, M.Si., Ph.D

NIP.195903081991031001

HAMBURAN RUTHERFORD

Oleh

Kelompok X

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan hamburan Rutherford pada tanggal 24 April 2013 di laboratorium fisika inti. Percobaan ini bertujuan untuk pengukuran laju hamburan sebagai fungsi sudut hambur dan untuk pengukuran nomor atom (Z). Percobaan dilakukan dengan menggunakan sumber Am-241 yang akan meradiasikan partikel alfa untuk menumbuk suatu lembaran tipis emas dengan sudut yang divariasikan antara 0° sampai 30°. Percobaan ini dilakukan sebanyak dua kali, yang pertama melakukan percobaan pembelokan partikel alpha untuk emas dengan sudut (+) dan yang kedua adalah pembelokan partikel alpha untuk emas dengan sudut (-). Partikel α yang bermuatan positif diarahkan ke suatu lembaran tipis  emas  dimana  partikel-α tersebut akan diteruskan, ada sedikit yang dihamburkan dalam sudut hamburan yang besar, dan ada sebagian kecil yang dihamburbalikkan ke arah datangnya partikel tersebut.Partikel-α tersebut juga akan mengalami hamburan akibat bertabrakan dengan struktur pembentuk suatu atom pada lapisan tipis aluminium dengan beberapa macam variasi sudut hamburan. Dari hasil percobaan yang dilakukan, didapat jumlah cacahan terbanyak terdapat dalam sudut hamburan 00. Sehingga dapat disimpulkan, semakin besar sudut hamburan yang diberikan maka semakin sedikit partikel-a yang tercacah.

DAFTAR ISI

halamanLEMBAR PENGESAHAN................................................................................. i

ABSTRAK............................................................................................................ ii

DAFTAR ISI........................................................................................................ iii

DAFTAR GAMBAR........................................................................................... iv

DAFTAR TABEL................................................................................................ v

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang........................................................................................... 1B. Tujuan Percobaan...................................................................................... 1

II. TINJAUAN PUSTAKA

III. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan.......................................................................................... 7B. Prosedur Percobaan................................................................................... 8C. Sketsa Alat................................................................................................. 9

IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A. Data Pengamatan....................................................................................... 10B. Pembahasan............................................................................................... 11

V. KESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman3.1.Bahan Radioaktif Am-241...................................................................................... 83.2. Kotak Penghamburan Rutherford.......................................................................... 8

3.3. Foil Alumunium dan Emas dalam holder.............................................................. 83.4. Pre-Amplifier diskriminator.................................................................................. 83.5. sumber DC 9,2-12 V/colokannya.......................................................................... 9 3.6.Penghitung Digital.................................................................................................. 93.7.Pompa vacuum....................................................................................................... 93.8.Nozzle untuk pompa............................................................................................... 93.9.Tabung vacuum...................................................................................................... 103.10.Kabel dan kabel BNC........................................................................................... 103.11.Adaptor................................................................................................................. 103.12.Set Up percobaan dengan counter........................................................................ 13IV.1.Grafik hubungan antara laju hamburan dengan sudut pada sudut(+)................... 17IV.1.Grafik hubungan antara laju hamburan dengan sudut pada sudut(+)................... 18

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

1. Pembelokan partikel alpha untuk sudut(+).............................................................. 14

2. Pembelokan partikel alpha untuk sudut(-)............................................................... 14

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Fakta bahwa suatu atom merupakan ruang hampir kosong dapat dikonfirmasi oleh

Rutherford, Geiger dan Marsden dalam sebuah percobaan terpercaya pada sejarah

fisika. Mereka melakukan percobaan dengan menembakkan sebuah berkas paralel

partikel alpha pada lembaran emas yang sangat tipis. Mereka menemukan bahwa

kebanyakan partikel alpha melewati lembaran emas tanpa pemantulan dan hanya

beberapa saja terpantul pada sudut yang lebih besar. Dari kenyataan ini, mereka

menyimpulkan bahwa atom-atom terdiri dari suatu kulit tak bermassa dari suatu inti

padat berbentuk titik.

Percobaan ini memproduksi pengamatan-pengamatan tersebut dengan menggunakan

bahan Am-241 (bahan radioaktif pemancar partikel alpha) dalam ruang vacuum.

Pemakaian ruang vacuum bertujuan untuk mengurangi hamburan alpha dengan udara.

Laju penghamburan N(θ) diukur sebagai fungsi sudut hamburan θ dengan memakai

penghitung tabung Geiger Muller.

B. Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini sebagai berikut :

1. Mengukur laju hamburan sebagai fungsi sudut hambur.

2. Mengukur nomor atom (Z).

III. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini sebagai berikut :

Gambar 3.1. Bahan Radioaktif Am-241

Gambar 3.2. Kotak Penghamburan Rutherford

Gambar 3.3. Foil Alumunium dan Emas dalam Holder

Gambar 3.4. Pre-amplifier diskriminator

Gambar 3.5. Sumber DC 9,2 – 12 V/colokannya

Gambar 3.6. Penghitung Digital

Gambar 3.7. Pompa Vacuum

Gambar 3.8. Nozzle untuk Pompa

Gambar 3.9. Tabung Vacuum

Gambar 3.10. Kabel dan Kabel BNC

Gambar 3.11. Adaptor

B. Prosedur Percobaan

Adapun prosedur dari percobaan ini sebagai berikut :

1. Pembelokkan Partikel Alpha oleh Lembaran Emas (Kualitatif)

1. Membuka penutup kotak hamburan

2. Menyisipkan Am-241 ke soket (7.2) hingga kandas

3. Membuat lengan swivel (7) ke posisi +150 dengan memakai knop rotari (4)

dan menyisipkan penjepit (7.2).

4. Menyisipkan slit 5 mm (9). Pertama alurkan dan masukkan dengan

mengumcikan agak pelan. Mengarahkan penjepit sedemikian rupa sehingga

pancaran alpha jatuh vertikal pada bidang celah.

5. Memindahkan swivel holder (6) kearah penjepit (11) sehingga tidak

menganggu percobaan.

6. Menyisipkan lembaran emas (10) ke dalam swivel holder (6) sehingga slit 5

mm dan foil emas terposisi secara paralel yang berhadapan satu dengan yang

lain.

7. Melakukan pengarahan vertikal dari slit masukkan detektor (12.1).

8. Menutup kotak hamburan secara benar dengan memperhatikan posisi

borehole (13.1) dan selanjutnya tekanlah bila perlu. Kemudian vacuumkan

dengan pompa.

II. Backscattering Partikel Alpha (Kualitatif)

1. Menyisipkan Americium-241 ke soket (7.1) hingga kandas. Menggerakkan

lengan swivel (7) ke posisi 1500

2. Memindahkan swivel holder (6) ke pusat kotak hamburan

3. Menguatkan foil emas (10) dalam swivel holder sehingga lapisan emas diluar

dan stelah penutupan kotak hamburan, lapisan emas harus berada di depan

Americium-241 dan detector

4. Menutup dan vacuumkan kotak hamburan

5. Melakukan pencacahan

III. Pengukuran Ketergantungan Sudut N(θ) pada Penghamburan Rutherford

1. Membuka penutup kotak hamburan

2. Menyisipkan Am-241 ke soket (7.2) hingga kandas

3. Menyisipkan lembaran emas (10) dan bersama slit 1 mm (9). Pertama

mengalurkan bersama ke penjepit (11). Membuat dalam posisi di tengah

sehingga foil emas tepat dengan pinggir pandu (11.2) dan sumbu rotasi

bergerak tepat melalui foil emas.

4. Mengarahkan penjepit (11) sehingga alpha jatuh vertikal pada bidang celah.

5. Memindahkan/menggerakkan swivel holder (6) ke pinggir kotak hamburan

sehingga pengukuran tidak terganggu.

6. Mengarahkan diaphragma slit (12) detektor secara vertical

7. Menutup kotak hamburan secara benar dengan memperhatikan posisi borehole

(1.3) dan selanjutnya tekanlah bila perlu. Kemudian vacuumkan dengan

pompa.

8. Melakukan pencacahan pada sudut-sudut 0, ± 10, ± 200 dan ± 300 dan catat

berapa cacahan pada setiap sudut itu.

9. Pengukuran paling sedikit 10 partikel atau n(θ) > 10 pada tiap-tiap sudut 0, ±

10, ± 200 dan ± 300. Juga catat berapa waktu untuk mencacah = Δt. Laju

pencacahan, N = n(θ)/ Δt

10. Memplot log N dengan θ

11. Pengukuran untuk sudut ± 300 ke atas perlu waktu yang lama oleh karena laju

cacahan rendah. Untuk itu gantilah slit 1 mm tadi menjadi slit 5 mm.

IV. Penentuan Nomor Atom Alumunium

1. Mencatat berapa cacahan foil emas pada θ = 100 dengan slit 1 mm.

2. Mengganti foil emas tadi dengan foil alumunium untuk sudut penghamburan θ

= 100 dengan slit 1 mm juga dan catat berapa cacahannya.

3. Menggunakan rumus :

N Au

N Al

=Z

2Au d Au

Z2

Ald Al untuk menghitung ZAl. Disini N = laju

cacahan, Z = nomor atom dan d = ketebalan foil. Ketebalan foil emas

diketahui 2 μm dan alumunium = 7 μm. Juga diketahui nomor atom emas =

79. Dengan demikian nomor atom alumunium dapat dicari. Mestinya nomor

atom alumunium adalah 13. Jika jauh dari angka ini ulangilah percobaannya.

Keterangan :

1. Kotak terdiri dari bagian bawah (1.1), tutup (1.2), cincin karet (1.4).

2. Soket BNC ganda (2.1) untuk pre-amplifier diskriminator (di luar chamber)

dan (2.2) untuk detektor alpha (didalam chamber).

3. Lobang ke pompa vacuum

4. Tombol rotari untuk lengan swivel/pengayun (7).

5. Tombol rotari untuk pemegang swivel (8)

6. Pemegang swivel untuk lembaran (foil) dalam percobaan kualitatif dengan

kepala baut knurled (6.1) untuk mengetatkan foil.

7. Lengan swivel dengan soket berdiameter 4 mm (7.1) untuk memasangkan

sumber radioaktif dan dengan soket (7.2) untuk memasukkan/menyisipkan

peralatan yang berclamp (11) dengan slit (7.3) untuk membaca sudut pada

sekala (8).

8. Sekala sudut, meningkat setiap 5 derajat untuk menyesuaikan/mengatur sudut

hamburan.

9. Slit kolimator dengan bukaan 1 mm dan lebar 5 mm dalam plat plastik 5 x 5

cm dengan alur (9.1) untuk posisi benar dalam peralatan penjepitan (11).

10. Foil emas di atas plat pkastik (5 x 5 cm) dengan bukaan 1 mm. Tebal foil

emas (559 54) adlah 2 μm. Kemudian diganti dengan foil Alumunium (559

52) dengan tebal 7 μm pada plat plastik (5 x 5) cm dengan bukaan 12 mm.

11. Clamping fixture untuk mencocokan ke dalam (7.2)

C. Sketsa Alat

Berikut ini adalah sketsa alat dari percobaan yang dilakukan:

Gambar 3.12. Sketsa Alat dari Percobaan Hamburan Rutherford

IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A. Data Pengamatan

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, maka diperoleh data pengamatan

seperti pada tabel 1 dan 2:

Tabel 1. Pembelokan partikel alpha untuk emas sudut (+)No Sudut(θ) N(θ)/s N

1 0 3076/60 51,26

2 5 1783/60 29,71

3 10 269/60 4,48

4 15 29/60 0,48

5 20 11/60 0,18

6 25 4/60 0,06

7 30 2/60 0,03

Tabel 2. Pembelokan partikel alpha untuk emas sudut (-)No Sudut(θ) N(θ)/s N

1 0 3021/60 50,35

2 -5 2989/60 49,81

3 -10 2468/60 41,13

4 -15 845/60 14,08

5 -20 83/60 1,38

6 -25 13/60 0,21

7 -30 7/60 0,11

B. Pembahasan

.Eksperimen Rutherford pada tahun 1910 dikenal dengan percobaan hamburan partikel

alfa. Melalui percobaan hamburan partikel alfa, Rutherford melangkah maju dalam

usaha untuk memahami struktur atom. Partikel alfa yang berasal dari ion He

bermuatan positif dari sumber radioaktif ditembakkan melalui lempeng/lembaran emas

(Au foil) yang sangat tipis. Layar fluresen ditempatkan di belakang Au foil yang

sangat tipis. Layar ini ditempatkan di belakang Au foil untuk mendeteksi hamburan

(scattering) partikel alfa. Partikel alfa adalah partikel bermuatan positif . Oleh karena

itu, pantulan partikel alfa dengan sudut pantul lebih besar dari 90 hanya mungkin

disebabkan adanya tumbukan antara partikel alfa dengan suatu partikel yang memiliki

kerapatan sangat tinggi dan bermuatan sejenis (positif). Akibatnya, partikel alfa yang

menuju kepada partikel itu akan dibelokkan arahnya karena adanya penolakan muatan

yang sama. Gejala ini menurut Rutherford, akibat adanya suatu partikel yang

merupakan inti dari lempeng tipis logam yang dijadikan target.  Gejala lain yang

diamati adalah hanya sebagian kecil dari partikel alfa yang dipantulkan, umumnya

partikel alfa diteruskan. Gejala ini menurutnya, menunjukkan bahwa bagian terbesar

dari atom-atom logam dijadikan tabir merupakan ruang kosong. Partikel alfa yang

lewat dekat dari inti emas akan dibelokkan dengan kuat, sementara yang lewat jauh

dari inti emas dibelokkan sedikit. Berdasarkan hasil percobaan hamburan partikel alfa,

Rutherford mengemukakan gagasannya tentang struktur atom. Model atom Rutherford

menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom dengan elektron yang berputar

mengelilinginya dalam lintasan atau orbit. Ini dapat dibayangkan seperti tatasurya

dimana inti atom sebagai matahari dengan elektron-elektron sebagai planet yang

berputar mengelilinginya. Ada juga partikel alfa yang dipantulkan kembali ke arah

semula. Hasil eksperimen dimana ada sebagian partikel alfa yang dipantulkan kembali

ditafsirkan oleh Rutherford dengan menyatakan bahwa terdapat bagian yang sangat

masif di dalam atom yang mengandung sebagian besar massa atom tersebut.

Percobaan hamburan Rutherford ini bertujuan untuk mengukur laju hamburan sebagai

fungsi sudut hambur. Pada percobaan ini kita menggunakan ruang hamburan

Rutherford yang di dalamnya terdapat foil emas atau lempengan emas, bahan

radioaktif Am-241 yang dapat memancarkan partikel alpha. Bahan radioaktif ini

berada dalam tabung vakum, pemakaian ruang vakum ini bertujuan untuk mengurangi

hamburan alpha dengan udara. kemudian terdapat pula pre-Amplifier yang berfungsi

untuk memberi tegangan ke detektor semikonduktor. Pre-amplifier pula berfungsi

menyiapkan pulsa output analog dan digital. Selanjutnya, menggunakan scaler counter

atau penghitung tabung Geiger Muller untuk menghitung laju hamburan partikel

alpha.

Ada dua percobaan yang dilakukan pada praktikum ini, yang pertama adalah

melakukan percobaan pembelokan partikel alpha untuk emas dengan sudut (+) dan

yang kedua adalah melakukan percobaan pembelokan partikel alpha untuk emas

dengan sudut (-). Percobaan pertama ini bertujuan untuk mengetahui laju hamburan

partikel alpha untuk emas saat dibelokkan pada sudut (+). Perlakuan yang dikenakan

pada percobaan ini adalah memvariasikan sudut hambur. Untuk percobaan pertama

ini, sudut yang digunakan adalah 0o, 5o, 10o, 15o, 20o, 25o, dan 30o. Cara pengambilan

data dari percobaan ini adalah mencatat jumlah cacahan setiap sudut dengan durasi

waktu selama 60 detik. Dan untuk percobaan yang kedua, perlakuannya sama seperti

percobaan pertama, hanya sudutnya saja yang berbeda. Untuk percobaan kedua, sudut

yang digunakan adalah -0o, -10o, -15o, -20o, -25o, dan -30o.

Dari percobaan yang dilakukan, diperoleh data dari pengukuran laju hamburan (N)

untuk sudut (+) saat sudutnya 0o adalah sebesar 51,26 lmp, untuk sudut 5o sebesar

29,71 lmp, saat sudut 10o laju cacahan hamburannya ( N) sebesar 4,48 lmp, saat

sudutnya naik menjadi 15o laju cacahan hamburannya (N) sebesar 0,48 lmp, saat

sudutnya 20o laju cacahan hamburannya sebesar 0,18 lmp, dan saat sudutnya 25 o laju

cacahan hamburannya sebesar 0,06 lmp, dan untuk sudut 30o laju cacahan

hamburannya 0,03 lmp.

Untuk percobaan kedua untuk emas dengan sudut (-) saat sudutnya 0o adalah sebesar

50,35 lmp, untuk sudut 5o sebesar 49,81 lmp, saat sudut 10o laju cacahan hamburannya

( N) sebesar 41,13 lmp, saat sudutnya naik menjadi 15o laju cacahan hamburannya (N)

sebesar 14,08 lmp, saat sudutnya 20o laju cacahan hamburannya sebesar 1,38 lmp, dan

saat sudutnya 25 o laju cacahan hamburannya sebesar 0,21 lmp, dan untuk sudut 30o

laju cacahan hamburannya 0,11 lmp.

Dari data yang diperoleh, dapat dibuat sebuah grafik hubungan antara sudut (θ) dan

laju cacahan hamburan (N). Dimana sumbu x merupakan variabel sudut dan sumbu y

merupakan variabel laju cacahan hamburannya (N). Untuk grafik hubungan pertama,

yaitu grafik hubungan antara sudut dan N untuk pembelokan partikel alpha saat

sudutnya (+) akan ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Grafik hubungan antara N dan θ, pada pembelokan partikel alpha untuk emas dengan

sudut (+) akan ditunjukkan pada Gambar 4.1.

0 10 20 30 400

10

20

30

40

50

60

f(x) = − 1.55207142857143 x + 35.5953571428572R² = 0.682935373313008 Series2

Linear (Series2)

Sudut (θ)

Cac

ahan

(lm

p)

Gambar 4.1. Grafik hubungan laju hamburan dengan sudut pada sudut(+).

Dari grafik tersebut terlihat bahwa besar laju hamburan berbanding terbalik dengan

sudutnya. Semakin besar sudut yang digunakan, maka semakin kecil nilai laju

hamburan/cacahannya. Dan sebaliknya, semakin kecil sudut yang digunakan, maka

nilai cacahannya semakin besar. Dan nilai cacahan terbesar pada sudut 0o.

Dan untuk grafik hubungan antara sudut dan laju hamburan untuk emas dengan sudut

(-) akan ditunjukkan pada Gambar 4.2.

0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

f(x) = − 1.97528571428571 x + 50.4121428571429R² = 0.868317621335131

Laju hamburan (N)Linear (Laju hamburan (N))

sudut (θ)

Laj

u h

amb

ura

n (

N)

Gambar 4.2. Grafik hubungan laju hamburan dengan sudut pada sudut(-).

Dari grafik tersebut terlihat bahwa besar laju hamburan berbanding terbalik dengan

sudutnya. Semakin besar sudut yang digunakan, maka semakin kecil nilai laju

hamburan/cacahannya. Dan sebaliknya, semakin kecil sudut yang digunakan, maka nilai

cacahannya semakin besar. Dan nilai cacahan terbesar pada sudut 5o.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan yang telah diperoleh, maka dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Pada pembelokan partikel alpha sudut (+) diperoleh laju pencacahan pada sudut N(θ)

sebesar 3076 pada sudut 0o,pada sudut 5o, diperoleh N(θ) sebesar 1783 Imp, pada

sudut 10o diperoleh N(θ) sebesar 269 Imp, pada sudut 15o, diperoleh N(θ) sebesar 29

Imp, pada sudut 20o diperoleh N(θ) sebesar 11 Imp, pada sudut 25o diperoleh N(θ)

sebesar 4 Imp, dan pada sudut 30o diperoleh N(θ) sebesar 2 Imp.

2. Pada sudut (+), semakin besar sudut yang digunakan, maka semakin kecil nilai laju

hamburan/cacahan (N) nya. Dan sebaliknya, semakin kecil sudut yang digunakan,

maka nilai cacahannya semakin besar. Dan nilai cacahan (N) terbesar pada sudut 0o

yakni sebesar 51,26 Imp.

3. Pada pembelokan partikel alpha sudut (-) diperoleh laju pencacahan pada sudut N(θ)

sebesar 3021 Imp pada sudut 0o,pada sudut 5o, diperoleh N(θ) sebesar 2989 Imp, pada

sudut 10o diperoleh N(θ) sebesar 2468 Imp, pada sudut 15o, diperoleh N(θ) sebesar

845 Imp, pada sudut 20o diperoleh N(θ) sebesar 83 Imp, pada sudut 25o diperoleh N(θ)

sebesar 13 Imp, dan pada sudut 30o diperoleh N(θ) sebesar 7 Imp.

4. Pada sudut (-), semakin besar sudut yang digunakan, maka semakin kecil nilai laju

hamburan/cacahannya. Dan sebaliknya, semakin kecil sudut yang digunakan, maka

nilai cacahannya semakin besar. Dan nilai cacahan terbesar pada sudut 0o yakni 50,35

Imp.

5. Nilai laju hamburan/pencacahan pada sudut (-) lebih besar dibandingkan nilai

pencacahan pada sudut (+).