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.