1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan energi bertambah semakin cepat dari tahun ke tahun, sementara

sumber yang dapat langsung untuk digunakan untuk kebutuhan tertentu semakin terbatas.

Meskipun energi yang bersumber pada radiasi matahari (energi surya) sangat berlimpah

tetapi sejauh ini belum dapat pemanfaatannya masih belum dapat optimal. Secara ekonomis

peralatan yang diperlukan untuk mengkonversi energi surya masih relatif mahal

dibandingkan sumber-sumber energi yang bersumber pada minyak dan gas bumi serta batu

bara. Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yang

menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari polusi, tidak

akan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif yang

merisaukan seperti pada reaktor fisi nuklir.

Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial. Prototip

reaktor-reaktor fusi saat ini masih dalam tahap eksperimentasi pada beberapa laboratorium di

USA dan di beberapa negara maju lainnya. Suatu konsorsium dari USA, rusia, Eropa dan

Jepang telah mengajukan pembangunan suatu reaktor fusi yang disebut International

Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) di Cadarache (Perancis) untuk menguji

kelayakan dan keberlanjutan penggunaan reaksi fusi untuk menghasilkan energi listrik.

Reaktor-reaktor nuklir yang saat ini dioperasikan untuk menghasilkan energi (listrik)

merupakan reaktor fisi nuklir. Dalam reaktor fisi nuklir energi diperoleh dari pemecahan satu

atom menjadi dua atom. Dalam reaktor-reaktor fisi nuklir konvensional, neutron lambat yang

menumbuk inti atom bahan bakar (umumnya Uranium) menghasilkan inti atom baru yang

sangat tidak stabil dan hampir seketika pecah menjadi dua bagian (inti) dan sejumlah neutron

dan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan sampah radioaktif dengan

waktu paruh yang sangat panjang sehingga menimbulkan masalah baru pada lingkungan.

Dalam reaksi fusi nuklir dua inti atom ringan bergabung menjadi satu inti baru. Dalam

suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan tritium) bergabung

menjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenis

dengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih, lebih aman,

2

lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah dibandingkan dengan

reaksi fisi nuklir.

1.2 Rumusan Masalah

Bertolak dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan

sebagai berikut.

1.2.1 Bagaimana konsep inti atom?

1.2.2 Apakah yang dimaksud dengan radioaktivitas?

1.2.3 Bagaimana proses terjadinya reaksi inti?

1.2.4 Apa saja komponen dari reaktor nuklir?

1.3 Tujuan

Berdasarkan rumusan masalah di atas, tujuan dari penyusunan makalah ini adalah

sebagai berikut.

1.3.1 Mengetahui dan memahami konsep inti atom.

1.3.2 Mengetahui dan memahami tentang radioaktivitas.

1.3.3 Memahami proses terjadinya reaksi inti.

1.3.4 Mengetahui komponen dari reaktor nuklir.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari penyusunan makalah fisika inti dan radioaktivitas ini adalah

sebagai berikut.

1.4.1 Bagi penulis:

Dapat memahami mengenai konsep inti atom, radioaktivitas dan reaksi inti untuk

menambah pengetahuan dan sebagai calon guru sehingga nantinya mampu

menjelaskan kepada anak didik.

1.4.2 Bagi pembaca:

Dapat mengetahui manfaat dari radioaktif dan dapat dapat pula mengaplikasikannya

dalam kehidupan sehari-hari. Serta dapat pula mengetahui dampak dari radiasi dan

bisa menghindarinya sejak dini.

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Inti Atom

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani

(ἄτομος/átomos), yang berarti tidak dapat dipotong

ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

Konsep ini pertama kali diajukan oleh para filsuf

India dan Yunani. Selama akhir abad ke-19 dan

awal abad ke-20, para fisikawan berhasil

menemukan struktur dan komponen-komponen

subatom di dalam atom, hal ini membuktikan bahwa

‘atom’ tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi.

Atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron

bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang

bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak

memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya

elektromagnetik.

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dan netron ( 0n

1). Kedua

partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon. Sedangkan nuklida adalah suatu inti

atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n) tertentu, dituliskan:

XA

Z , dengan : X = lambang unsur

Z = nomor atom = jumlah proton (= p)

A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron (= p + n)

Berikut ini adalah nomor atom beberapa unsur.

4

Tabel berikut menunjukkan massa dan muatan dari ketiga partikel tersebut (elektron, proton

dan neutron).

Tabel 1. Massa dan muatan partikel subatom

2.1.1 Massa Atom

Massa suatu atom berhubungan erat dengan jumlah elektron, proton, dan neutron

yang dimiliki atom tersebut. Berdasarkan perjanjian internasional, satu atom dari isotop

karbon (disebut karbon-12) yang mempunyai enam proton dan enam neutron memiliki massa

tepat 12 satuan massa atom (u). Atom karbon-12 ini dipakai sebagai standar, sehingga satu

satuan massa atom didefinisikan sebagai suatu massa yang besarnya tepat sama dengan

seperduabelas massa dari satu atom karbon-12. Massa satu atom karbon-12 = 1u.

5

Nama Lambang Nomor

atom

Nomor

massa

Massa (u)

Proton P atau H 1 1 1,007276

Neutron N 0 1 1,008665

Elektron e -1 0 0,000549

Satuan massa atom juga dapat dinyatakan berdasarkan prinsip kesetaraan massa dan energi

yang dikemukakan oleh Einstein. Sehingga diperoleh:

Contoh : Atom netral helium He4

2 mengandung 2 proton, 2 neutron, dan 2 elektron. Dengan

demikian kita harapkan massa atom He4

2 sama dengan jumlah 2 proton, 2 neutron,dan 2

elektron. Dengan demikian

Massa 2 proton = 2 x 1,007276 u = 2,014552 u

Massa 2 neutron = 2 x 1,008665 u = 2,017330 u

Massa 2 elektron = 2 x 0,000549 u = 0,001098 u +

Massa He4

2 = 4,032980 u

2.1.2 Sifat Atom

Isotop adalah nuklida-nuklida dengan jumlah proton(Z) sama tetapi jumlah neutron (N)

berbeda . ( Z = ; A ;N). Contoh : 1

1H ;2

1H ;3

1H

Isobar adalah nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon (A) sama tetapi jumlah proton (Z)

berbeda. ( A = ; Z ;N). Contoh : 3

1H dan 3

2He ; 14

6C dan 14

7N

6

Isoton adalah nuklida-nuklida dengan jumlah neutron (N) sama tetapi jumlah proton (Z)

berbeda. ( N = ; Z ;A). Contoh : 13

6C dan 17

7N ; 26

12Mg ; 27

13Al ; 28

14Si

2.1.3 Defek Massa

Defek massa menunjukkan selisih antara massa diam sebuah inti atom dan jumlah

seluruh massa diam masingmasing nukleonnya dalam keadaan tak terikat. Jadi, defek massa

adalah kesetaraan massa energi ikat berdasarkan persamaan massa-energi. Isotop dengan

jumlah proton Z dan jumlah neutron (A – Z ) memiliki massa inti sebesar:

Dengan mp adalah massa proton dan mn adalah massa neutron. Berdasarkan

pengukuran diperoleh hasil bahwa massa inti atom lebih kecil daripada massa nukleon.

Menurut hukum kesetaraan massa dan energi, besarnya defek massa dinyatakan:

Defek massa atau susut massa timbul karena untuk menyusun inti diperlukan energi

yang mengikat semua nukleon, yang disebut energi ikat (binding energy), yang diperoleh

dari massa inti. Berdasarkan teori relativitas Einstein mengenai kesetaraan antara massa dan

energi diberikan oleh:

dengan c adalah kecepatan cahaya.

2.1.4 Ukuran dan Bentuk Atom

Eksperimen hamburan Rutherford membuktikan bahwa inti mempunyai ukuran dan

bentuk. Volume inti berbagai atom mempunyai nilai yang berbanding lurus dengan

banyaknya nukleon yang dikandungnya. Hal ini berarti kerapatan nukleonnya hampir sama

dalam bagian dalam inti. Inti atom tidak mempunyai permukaan yang jelas. Meskipun

demikian, sebuah inti atom tetap mempunyai jari-jari rata-rata. Jari-jari inti bergantung pada

massa, jumlah proton, dan neutron. Jari-jari inti dirumuskan secara empiris sebagai suatu

pendekatan, yaitu:

Jari-jari inti : R = R0 . A1/3

Dengan:

A = nomor massa atom

7

R = jari-jari inti (fm)

R0 = 1,2 × 10-15

m

Inti suatu atom telah kita anggap sebagai bola. Tetapi, pada kenyataannya beberapa

inti atom mempunyai distribusi muatan tidak simetri bola. Oleh karena volume bola

berbanding lurus dengan R3, maka persamaan di atas menunjukkan bahwa volume inti

berbanding lurus dengan nomor massanya. Karena itu, untuk semua inti kecepatannya

berbanding lurus dengan AR3, sehingga dengan pendekatan tertentu, semua inti mempunyai

kerapatan yang sama, yaitu:

⁄

Kerapatan inti mempunyai nilai konstan di bagian dalam inti dan nilai tersebut akan

berkurang menuju nol di seluruh daerah permukaan yang kabur.

Pada tahun 1661, Robert Boyle mempublikasikan

buku The Sceptical Chymist yang berargumen bahwa

materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi

"corpuscules" ataupun atom-atom yang berbeda. Hal ini

berbeda dengan pandangan klasik bahwa materi terdiri

dari unsur udara, tanah, api, dan air.Pada tahun 1789,

istilah element (unsur) didefinisikan oleh seorang

bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier,

sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih

jauh lagi dengan menggunakan metode-metode kimia.

Pada tahun 1803, John Dalton menggunakan

konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur

selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap

dan mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia

mengajukan bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik yang dapat kemudian

lebih jauh bergabung menjadi senyawa-senyawa kimia.

8

Sedangkan bentuk inti atom ada yang berbentuk bulat dan cakram. Didalam inti atom

berkerja gaya Coulomb dan momen kuodrupol. Jika momen kuodrupol = 0 maka bentuknya

bulat jika > 0 maka bentuknya akan lonjong atau cakram.

2.1.5 Stabilitas Inti

Tidak semua nuklida yang ada di alam stabil, tetapi sebagian besar nuklida

meradiasikan partikelnya agar menjadi nuklida yang stabil. Suatu nuklida dikatakan stabil

jika nuklida tersebut terletak pada daerah pita kestabilan dari grafik N-Z dan jika berada

diluar pita kestabilan nuklida tersebut tidak stabil.

Inti ringan ( Z <20), pada umumnya stabil dan berlaku N=Z atau N/Z = 1

Nuklida yang terletak diluar garis pita kestabilan tidak stabil atau bersifat radioaktif

Inti ringan yang terletak di atas garis pita kestabilan (Titik P) memiliki kelebihan Neutron

(N>Z)atau N/Z>1 akan menjadi stabil dengan memancarkan partikel - atau pemancaran

elektron negatif, ( 0

1

1

1

1

0 ePn )

Inti ringan yang terletak di bawah garis pita kestabilan (Q) memiliki kelebihan proton

(N<Z) atau N/Z<1 akan menjadi stabil dengan memancarkan positron atau elektron

bermuatan positif (+), ( 0

1

1

0

1

1 enP )

Inti berat (Z>83) bersifat radioaktif dan agar mencapai nuklida yang stabil memancarkan

partikel

Pemancaran

2berkurangN

2berkuangZ

Pemancaran

1bertambahZ

1berkurangN

1berkurangZ

1bertambahN

Pemancaran

9

2.1.6 Gaya Inti

Gaya Inti adalah gaya yang mengikat nukleonnukleon, dengan kata lain gaya

antarnukleon. Gaya Inti ternyata amat kuat tetapi jangkauannya amat pendek, dan tidak

tergantung jenis nukleon, yaitu gaya antara proton dengan proton sama dengan gaya antara

proton dengan neutron, maupun antara neutron dengan neutron. Ini berarti, bahwa gaya inti

tidak bergantung pada muatan listrik nukleon (charge independent). Selanjutnya, ternyata

gaya inti itu bersifat jenuh (saturated), yaitu setiap nukleon hanya tarik-menarik dengan

nukleon di sekitarnya, seperti halnya gaya Van der Walls antarmolekul cairan. Sifat jenuh

gaya inti ini diamati berdasarkan kejenuhan tenaga ikat per nukleon yang sekitar 8 MeV

untuk semua unsur yang bilangan massanya A melebihi 60, seperti yang diperlihatkan oleh

grafik pada gambar berikut:

Sifat-sifat gaya inti adalah :

1. Saling tolak menolak pada jangkauan yang sangat pendek dan saling tarik menarik pada

jangkauan yang jauh ( bekerja pada jangkauan pendek , dalam orde 10-15

m)

2. Gaya inti merupakan gaya yang terkuat jika dibandingkan dengan gaya lainnya

3. Gaya inti tidak dipengaruhi muatan partikel inti

4. Interaksi antara dua partikel dapat dinyatakan dalam bentuk potensial.

2.2 Radioaktivitas

Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa

inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium),

partikel beta (elektron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang

pendek).

10

Sinar-sinar yang dipancarkan tersebut

disebut sinar radioaktif, sedangkan zat

yang memancarkan sinar radioaktif

disebut dengan zat radioaktif. Istilah

keradioaktifan (radioactivity) pertama kali

diciptakan oleh Marie Curie (1867 -

1934), seorang ahli kimia asal Prancis.

Marie dan suaminya, Pierre Curie (1859 - 1906), berhasil menemukan unsur radioaktif baru,

yaitu polonium dan radium. Ernest Rutherford (1871 - 1937) menyatakan bahwa sinar

radioaktif dapat dibedakan atas sinar alfa yang bermuatan positif dan sinar beta yang

bermuatan negatif. Paul Ulrich Villard (1869 - 1915), seorang ilmuwan Prancis, menemukan

sinar radioaktif yang tidak bermuatan, yaitu sinar gamma.

Radio Aktifitas Alam

1. Radio Aktifitas Primordial

Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan dengan

terjadinyabumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam.Radionuklida alam

banyakterkandung dalam berbagai macam materi dalam lingkungan, misalnya dalam air,

tumbuhan,kayu, bebatuan, dan bahan bangunan.Radionuklida primordial dapat ditemukan

juga di dalam tubuh mausia.Terutama radioisotop yang terkandung dalam kalium alam.

2. Radio Aktifitas Radiasi Kosmik

Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi dengan inti

atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida.Yang paling banyak

dihasilkan adalah H-3 dan C-14.

Kecepatan peluruhan dan kecepatan pembentukan radionuklida seimbang, sehingga

secarateoritis jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan

mengukur kelimpahan C-14 yang ada dalam suatu benda, dapat ditentukan umur dari benda

tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan karbon

Radio Aktifitas Buatan

1. Radioaktifitas Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

11

Energi yang dihasilkan oleh proses peluruhan dapat digunakan sebagai pembangkit

listriktenaga nuklir. Dalam instalasi pembangkit listrik tenaga nuklir, faktor keselamatan

radiasi menjadi prioritas yang utama, dan dengan berkembangnya teknologi pembangkit

listrik tenaga nuklir, maka tingkat keselamatan radiasinya pun semakin tinggi.

2. Radioaktivitas Senjata Nuklir

Radioaktivitas yang berasal dari jatuhan radioaktif akibat percobaan senjata nuklir

disebut fall out. Tingkat radioaktivitas dari fall out yang paling tinggi terjadi pada tahun 1963

dan setelah itu jumlahnya terus menurun.Hal itu disebabkan pada tahun 1962 Amerika dan

Rusia mengakhiri percobaan senjata nuklir di udara.

3. Radioaktivitas dalam kedokteran

Berbagai jenis radio isotop digunakan sebagai perunut untuk mendeteksi (diagnosa)

berbagai jenis penyakit al:teknesium (Tc-99), talium-201 (Ti-201), iodin 131(1-131),

natrium-24 (Na-24), ksenon-133 (xe-133) dan besi (Fe-59). Tc-99 yang disuntikkan ke dalam

pembuluh darah akan diserap terutama oleh jaringan yang rusak pada organ tertentu, seperti

jantung, hati dan paru-paru Sebaliknya Ti-201 terutama akan diserap oleh jaringan yang sehat

pada organ jantung. Oleh karena itu, kedua isotop itu digunakan secara bersama-sama untuk

mendeteksi kerusakan jantung.

1-131 akan diserap oleh kelenjar gondok, hati dan bagian-bagian tertentu dari otak.

Oleh karena itu, 1-131 dapat digunakan untuk mendeteksi kerusakan pada kelenjar gondok,

hati dan untuk mendeteksi tumor otak. Larutan garam yang mengandung Na-24 disuntikkan

ke dalam pembuluh darah untuk mendeteksi adanya gangguan peredaran darah misalnya

apakah ada penyumbatan dengan mendeteksi sinar gamma yang dipancarkan isotop Natrium

tersebut.

Xe-133 digunakan untuk mendeteksi penyakit paru-paru. P-32 untuk penyakit mata,

tumor dan hati. Fe-59 untuk mempelajari pembentukan sel darah merah. Kadang-kadang,

radioisotop yang digunakan untuk diagnosa, juga digunakan untuk terapi yaitu dengan dosis

yang lebih kuat misalnya, 1-131 juga digunakan untuk terapi kanker kelenjar tiroid.

12

4. Radioaktivitas Rekayasa Teknologi

Penggunaan radiasi dalam bidang pengukuran (gauging), analisis struktur materi,

pengembangan bahan-bahan baru, dan sebagai sumber energi dibahas dalam pokokbahasan

penggunaan radiasi dalam rekayasa teknologi.

5. Radioaktivitas Pertanian

a. Pemberantasan homo dengan teknik jantan mandul

Radiasi dapat mengakibatkan efek biologis, misalnya hama kubis. Di laboratorium

dibiakkan hama kubis dalam bentuk jumlah yang cukup banyak. Hama tersebut lalu diradiasi

sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah itu hama dilepas di daerah yang terserang

hama. Diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul

dilepas. Telur hasil perkawinan seperti itu tidak akan menetas. Dengan demikian reproduksi

hama tersebut terganggu dan akan mengurangi populasi.

b. Pemuliaan tanaman

Pemuliaan tanaman atau pembentukan bibit unggul dapat dilakukan dengan

menggunakan radiasi. Misalnya pemuliaan padi, bibit padi diberi radiasi dengan dosis yang

bervariasi, dari dosis terkecil yang tidak membawa pengaruh hingga dosis rendah yang

mematikan. Biji yang sudah diradiasi itu kemudian disemaikan dan ditaman berkelompok

menurut ukuran dosis radiasinya.

c. Penyimpanan makanan

Kita mengetahui bahwa bahan makanan seperti kentang dan bawang jika disimpan

lama akan bertunas. Radiasi dapat menghambat pertumbuhan bahan-bahan seperti itu. Jadi

sebelum bahan tersebut di simpan diberi radiasi dengan dosis tertentu sehingga tidak akan

bertunas, dengan dernikian dapat disimpan lebih lama.

2.2.1 Jenis Sinar Radioaktif

Sinar Radioaktif pertama kali ditemukan oleh Hendri Becquerel. Sinar radioaktif jika

berdaada dalam medan magnet dan medan listrik dapat terbagi atas 3, yaitu : sinar alfa,sinar

Betha, dan sinar gamma.

13

Medan magnet B menembus bidang Medan magnet B meninggalkan bidang Sinat radioaktif di daerah medan listrik E

a. Sinar alfa ( = He4

2 )

- dihasilkan dari pancaran partikel dan sumber radioaktif

- terdiri dari partikel bermuatan positif

- bermuatan 2 proton, bermassa 4 u dan 2 neutron

- menghitamkan film

- lintasanya berupa garis lurus

- dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik

- urutan daya tembus : sinar < sinar < sinar

- urutan daya ionisasi : sinar > sinar > sinar

- nuklida yang meluruh memancarkan partikel akan menghasilkan nuklida dengan

nomor massa berkurang 4 dan nomor atom berkurang 2

4

2

4

2

YX A

Z

A

Z

Contoh : 4

2

234

90

238

92 ThU

b. Sinar Beta ( = e0

1 )

- dihasilkan dari pemancaran partikel

- terdiri dari partikel bermuatan negatif

- bermuatan 1 elektron, bermassa 0 dan 1 neutron

- merupakan elektron berkecepatan tinggi

- menghitamkan film

- lintasannya berkelok-kelok

- dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik

x x x x

x x x x x x

x x x x x x

. . . .

. . . .

. . . . .

+ + + + + + + + + +

+

- - - - - - - - - - -

fotoPlat

14

- urutan daya tembus : sinar < sinar < sinar

- urutan daya ionisasi : sinar > sinar > sinar

- jangkauan di udara dan logam lebih jauh dibanding sinar

- inti yang meluruh dengan memancarkan - inti yang terbentuk nomor massa tetap

dan nomor atomnya akan bertambah satu sedangkan inti yang meluru yang

memancarkan + inti yang terbentuk massa tetap dan nomor atom berkurang satu

0

11 eYX A

Z

A

Z dan 0

11 eYX A

Z

A

Z

Contoh : 0

1

14

7

12

6 eNC

c. Sinar gamma ( = 0

0 )

- tidak dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik

- mempunyai daya tembus terbesar namun daya ionisasi paling lemah

- urutan daya tembus : sinar < sinar < sinar

- urutan daya ionisasi : sinar > sinar > sinar

- urutan kecepatan : sinar < sinar < sinar

- merupakan radiasi gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang

sangat pendek

- sinar gamma tidak bermassa dan tidak bermuatan

- dapat menimbulkan peristiwa efek foto listrik

- nuklida yang memancarkan sinar tidak mengalami perubahan nomor atom dan

nomor massa

2.2.2 Peluruhan Radioaktif

a) Peluruhan Sinar Alfa

Suatu inti yang tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan

memancarkan partikel alfa (inti atom helium). Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan

energi. Energi yang dibebaskan akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti

anak memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya. Jika inti

memancarkan sinar α (inti He4

2 ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron,

sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4.

15

Persamaan peluruhannya:

Contoh:

b) Peluruhan Sinar Beta

Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan

meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral

yang mempunyai energi, tetapi tidak memiliki massa. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain

adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan neutrino.

Neutrino memiliki sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar

perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti

atomm tetap stabil. Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β ) maka nomor massa inti

tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah. Terjadi dua proses peluruhan, yaitu:

c) Peluruhan Sinar Gamma

Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan

dasar (ground state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini

dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang

memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, karena pemancaran sinar gamma biasanya

16

menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi energi

saja, tetapi tidak mengubah susunan inti. Seperti dalam atom, inti atom dapat berada pada

keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari keadaan

dasarnya. Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda star (*). Keadaan eksitasi inti

ini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain. Persamaan peluruhan sinar gamma:

Contoh:

2.2.3 Deret Radioaktivitas

Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada deret ini setiap

anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan

nuklida stabil. Ada empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium,

dan aktinium.

Deret Rumus Deret Inti Induk Inti akhir

Torium 4n Th232

92 Pb208

82

Neptunium 4n + 1 Np237

99 Bi209

83

Uranium 4n + 2 U238

92 Pb206

82

Aktinium 4n + 3 U235

92 Pb207

82

2.2.4 Aktivitas radioaktif

Aktivitas radioaktif didefinisikan sebagai jumlah atom suatu bahan radioaktif yang

meluruh per satuan waktu. Dapat dirumuskan:

Dengan N adalah jumlah inti radioaktif dan t adalah waktu peluruhan. Berdasarkan

eksperimen, menunjukkan bahwa jumlah inti atom radioisotop yang meluruh sebanding

17

dengan selang waktu dt selama peluruhan, dengan tetapan kesebandingan λ , yang dinamakan

tetapan radioaktif sebagai ukuran laju peluruhan, yang ternyata hanya tergantung pada jenis

radioisotop, dan tidak tergantung keadaan sekitarnya, serta tidak dapat dipengaruhi oleh

apapun.

Sehingga, peluruhan radioaktif dapat dituliskan dalam persamaan:

Yang menunjukkan penurunan eksponensial terhadap waktu.

Satuan Radioaktivitas

Satuan radiasi ini merupakan satuan pengukuran yang digunakan untuk menyatakan

aktivitas suatu radionuklida dan dosis radiasi ionisasi. Satuan SI untuk radioaktivitas adalah

becquerel (Bq), merupakan aktivitas sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata

satu transisi nuklir spontan per sekon. Jadi,

1 Bq = 1 peluruhan/sekon

Satuan yang lama adalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 1010

Bq, atau 1 Ci =

3,7 × 1010

Bq.

18

2.2.5 Waktu Paruh

Waktu paruh adalah waktu yag diperlukan oleh zat radioaktif untuk berkurang

menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula. Dengan mengetahui waktu paruh suatu unsur

radioaktif, dapat ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa setelah selang waktu tertentu.

Setiap unsur radioaktif mempunyai waktu paruh tertentu, misalnya karbon -14 (C-14)

memiliki waktu paruh 5.730 tahun. Dari persamaan maka:

Daripersamaan di atas, maka dapat ditentukan jumlah inti radioaktif setelah peluruhan

maupun aktivitas radioaktif setelah peluruhan melalui persamaan:

Grafik peluruhan radioaktif

19

2.3 Reaksi Inti

Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pada dasarnya reaksi inti ini

terjadi karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru).

Secara skematik reaksi inti dapat digambarkan:

Pada reaksi inti ini terjadi perubahan unsur karena ditumbuk zarah nuklir atau zarah

radioaktif yang dapat dinyatakan oleh persamaan reaksi:

dengan A adalah unsur semula, B adalah unsur yang terjadi, a dan b adalah zarah yang

ditumbukkan dan yang terpental, dan Q adalah energi panas yang mungkin timbul dalam

reaksi inti tersebut. Apabila b = a, dan B = A, maka pada reaksi tersebut adalah hamburan.

Misalnya:

dengan p adalah proton.

Dalam hal ini, hamburannya tidak elastis dengan energi kinetik proton yang terdisipasi untuk

mengeksitasi inti Mg yang pada deeksitasinya mengeluarkan sinar gamma.

Pada reaksi inti berlaku hukum:

a. kekekalan momentum linier dan momentum sudut,

b. kekekalan energi,

c. kekekalan jumlah muatan (nomor atom),

d. kekekalan jumlah nukleon (nomor massa).

Dengan demikian, momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti sebelum reaksi

harus sama dengan momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti setelah reaksi.

20

Energi Reaksi Inti

Suatu reaksi inti bisa menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi Q bisa

dihitung berdasarkan reaksi pada persamaan A + a --> B + b + Q. Dalam perhitungan energi

reaksi inti, semua massa inti dinyatakan dalam satuan sma (satuan massa atom). Menurut

Einstein, energi total yang dimiliki suatu massa m adalah:

dengan c adalah kelajuan cahaya (3 × 108 m/s).

Dari persamaan energi untuk 1 sma, energi yang dimiliki adalah 931,5 MeV. Dengan

demikian, persamaan energi (berdasarkan hukum kekekalan energi) dapat dituliskan:

(mA + ma) 931,5 MeV = (mB + mb) 931,5 MeV + Q

atau

Q = {(mA + ma) – (mB + mb)} 931,5 MeV

Dari persamaan di atas, jika diperoleh nilai Q > 0, maka reaksinya disebut reaksi eksoterm,

yaitu reaksi di mana terjadi pelepasan energi. Sebaliknya, jika Q < 0, maka reaksinya disebut

reaksi endoterm, yaitu reaksi yang memerlukan energi. Persamaan tersebut menunjukkan

bahwa pada prinsipnya, energi reaksi adalah sama dengan perubahan massa inti sebelum

reaksi dan sesudah reaksi. Hal inilah yang dinyatakan Einstein sebagai kesetaraan massa-

energi.

1. Reaksi Fusi

Reaksi fisi (pembelahan inti) adalah reaksi

nuklir yang melibatkan pembelahan sebuah inti berat

(seperti uranium) menjadi dua bagian (hasil fisi), yang

kemudian memancarkan dua atau tiga neutron, sambil

melepaskan sejumlah energi yang setara dengan selisih

antara massa diam neutron dan hasil fisi dengan jumlah

massa diam inti awal. Fisi dapat terjadi spontan atau

sebagai akibat irradiasi neutron. Misalnya, fisi inti

uranium-235 oleh sebuah neutron lambat akan

berlangsung sebagai berikut:

21

Energi yang dilepaskan kira-kira 3× 10-11

J per satu inti 235

U. Untuk 1 kg 235

U, energi

yang dihasilkan setara dengan 20.000 megawatt.jam, sama dengan jumlah energi yang

dihasilkan oleh pembakaran 3 × 106 ton batubara. Fisi nuklir n merupakan proses yang

digunakan di dalam reaktor nuklir dan bom atom. Pada suatu reaktor nuklir, reaksi fisi dapat

dimanfaatkan sebagai pusat pembangkit tenaga listrik, karena reaksinya bisa dikendalikan.

Sebaliknya, reaksi fisi yang tidak terkendali akan menghasilkan ledakan energi, seperti pada

bom atom.

2. Reaksi Fusi

Reaksi fusi (penggabungan inti) adalah reaksi

nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti atom

dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih

berat dengan melepaskan sejumlah besar energi. Dalam

reaksi fisi, sebuah neutron dipergunakan untuk membelah

sebuah inti yang besar, tetapi dalam reaksi fusi nuklir, dua

inti yang bereaksi harus saling bertumbukan. Karena kedua

inti bermuatan positif, maka timbul gaya tolak yang kuat

antarinti, yang hanya dapat dilawan bila inti yang bereaksi

memiliki energi kinetik yang sangat besar. Pada temperatur tinggi, reaksi fusi berlangsung

sendiri, reaktan pada temperatur ini berada dalam bentuk plasma (dengan kata lain inti dan

atom bebas) dan inti memiliki energi yang cukup untuk melawan gaya tolak elektrostatik.

Bom fusi dan bintang-bintang menghasilkan energi dengan cara seperti ini. Diharapkan

metode ini akan digunakan dalam reaktor termonuklir, sebagai sumber energi untuk

kepentingan manusia. Berikut ini adalah contoh reaksi fusi yang terjadi pada bintang,

matahari, serta pada atom hidrogen.

22

2.4 Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai tempat berlangsungnya reaksi

berantai fisi nuklir terkendali untuk menghasilkan energi nuklir, radioisotop, atau nuklida

baru.

1) Bahan bakar

2) Teras reaktor

3) Moderator

4) Batang kendali

5) Pompa pemindah

6) Generator uap

7) Shielding (perisai)

Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor.

1) Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang akan menyebabkan suatu reaksi fisi

berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop fisi adalah uranium-

235, uranium-233, plutonium-239. Uranium-235 terdapat di alam (dengan perbandingan 1

: 40 pada uranium alam), dan yang lainnya harus dihasilkan secara buatan.

2) Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan bakar yang membungkus bahan bakar.

3) Moderator adalah komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan energi neutron

cepat (+ 2 MeV) menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 - 0,04 eV) agar dapat

bereaksi dengan bahan bakar nuklir. Selain itu, moderator juga berfungsi sebagai

pendingin primer. Persyaratan yang diperlukan untuk bahan moderator yang baik adalah

dapat menghilangkan sebagian besar energi neutron cepat tersebut dalam setiap tumbukan

dan memiliki kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta memiliki

kemampuan yang besar untuk menghamburkan neutron. Bahan-bahan yang digunakan

sebagai moderator, antara lain:

a. air ringan (H2O), c) grafit, dan

b. air berat (D2O), d) berilium.

4) Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang lebih banyak (2 - 3 neutron baru),

maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar. Komponen reaktor

yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan bakar

adalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal faktor pengali (k), yaitu perbandingan

jumlah neutron yang dihasilkan setiap siklus dengan jumlah neutron pada awal siklus

untuk:

23

k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,

k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,

k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.

Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali reaktor haruslah memiliki kemampuan

tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain kadmium (Cd), boron (B),

atau haefnium (Hf ).

5) Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan radiasi hasil fisi bahan agar tidak menyebar

pada lingkungan.

6) Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin primer ke

pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas.

7) Pendingin sekunder, dapat juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap) yang

selanjutnya dapat digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

24

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron

bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom mengandung campuran proton yang

bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak

memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya

elektromagnetik. Mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron, jumlah keseluruhan

partikel ini dalam atom disebut sebagai bilangan massa

Massa sebuah inti stabil selalu lebih kecil daripada massa gaungan nukleon-nukleon

pembentuknya.Selisih massa antara gabungan massa nucleon-nukleon pembentuk inti dengan

massa inti stabilnya disebut defek massa (mass defect). Energi yang diperlukan untuk

memutuskan inti menjadi proton-proton dan neutronn-neutron pembentuknya disebut Enegi

ikat inti (bindyng energy).

Perubahan ini disebut reaksi inti. Peluruhan radioaktif dan transmutasi inti merupakan

reaksi inti. Radioaktivitas ditemukan oleh ahli fisika Perancis Henri Becquerel.

Peluruhan dari inti tidak stabil merupakan proses acak dan tidak mungkin untuk

memperkirakan kapan sebuah atom tertentu akan meluruh, melainkan ia dapat meluruh

sewaktu waktu. Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir.Reaksi

fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan

menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih.Reaksi fisi nuklir adalah reaksi

pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom

baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik.

3.2 Saran

Sesuai penjelasan diatas, sesungguhnya mempelajari fisika inti dapat membawa

manfaat bagi kehidupan sehari-hari, pemahaman kita menjadi lebih baik terhadap alam

sekitar dan berbagai proses yang berlangsung di dalamnya lebih baik dan juga jadi

mempunyai kemampuan untuk mengolah bahan alam menjadi produk yang lebih berguna

bagi manusia. Oleh karena itu saran tim penulis sebaiknya ilmu pengetahuan yang sudah ada

dapat lebih dikembangkan lagi dengan tanggung jawab didalamnya.