BAB 9 REAKSI INTI B

7/18/2019 BAB 9 REAKSI INTI B

http://slidepdf.com/reader/full/bab-9-reaksi-inti-b-5697e8b0c9b0b 1/32

BAB IX

REAKSI INTI

Reaksi inti adalah suatu proses yang terjadi apabila dua partikel nuklir

(nukleon atau sistem nukleon yang terikat suatu inti yang menduduki salah satu

keadaan kuantumnya) bertumbukan sehingga terjadi pertukaran energi, momentum,

kadang-kadang juga muatan listrik, muon, sudut dan lain- lain.

Secara simbolis:

a + A + b + !→ (".#)

disingkat: A ( a , b ) B (".$)

di mana

a % partikel penembak (proyektil)

A % inti target (diam di laboratorium)

% inti hasil

b % partikel hasil, dapat lebih dari satu (b , b , b , & dst).# $ '

! % energi dalam e! dimasukkan untuk kompensasi perbedaan jumlah massa a*al dan masssa akhir.

ilai ( ) ( )! % + - + "'#, eA a b (".')

Apabila , , , A a b adalah massa dari inti- inti A, a, , b dalam satuan

amu dengan #amu / "'#, e % 0

( )

$ $! % 1(m + 2 m )+( m + 2 m ) c - (m + 2 m ) + ( m + 2 m ) cA A e a a e e b b e

$! % 1m + 2 m ) + (m + 2 m ) - m + 2 -2 m + m + 2 m 3cA A e a a e A b

! % 1m +

e b b

A

e

2 mA e

+ m + 2 m - m - ma a e

2A e

+ 2 b

me

- m - 2 m b b e

$! % (m + m + 2 m ) - (m + m ) cA a a

$

e

b

3 c

Q nilainya dapat positi4, nol atau negati4.

1) ! 5 6 , reaksi eksorgik yaitu reaksi dapat berlangsung tanpa persyaratan

kineatik tertentu untuk 7 a (kinematik a)

#



!) ! 8 6 , reaksi endorgik yaitu: reaksi "anya berlangsung dengan syarat

tertentu pada 7 . , yaitu ( 7 5 7 ).a a ambang

9ntuk a + A + !! 8 b6 +→ mula-mula diandaikan$7 88 m c

a a(non

relati;istik).

<erhatikan kerangka acuan pusat massa (c) dari sistem (A,a) dan (,b). =alam

kerangka c, momentum linier total:

m R ii

iR %

mii

#R % m R i

i(i

#; % m ;i

i(i

m ; + m ; +....% 6# $# $

∑

∑

∑

∑

ur

ur

r r

r r

andaikan> > > >

; , ; , ; dan ;a A b

r r r radalah kecepatan dari a, A, dan b diukur terhadap

c maka

m> >a; % - ;A am

A

> >m ; + m ; % 6

a Aa A> >

m ; - m ;A aA a

.............(?a)

> >m ; + m ; % 6

b b

=

r r

r r

r r

r r

=alam kerangka acuan @ (laboratorium), kecepatan a adalah ;a merupakan

kecepatan relati4 a terhadap A.

=alam kerangka c selisih ini (a terhadap A) juga memberikan nilai ;a .

$

0

R 2

m 2

m 1

c

R

R 0

z

y

x



> >; % ; - ;

a a A

m> >a% ; - - ;

a amA

m> >a% ; + ;

a amA

÷ ÷

r r r

r r

r r

( )

m >a# ;am

Amm >

aA ;am mA A

m + m >A a; % ;a am

m> A; %

A

...........;a am + m

?b

A a

÷= + ÷

÷= + ÷ ÷ ÷ ÷ ÷

r

r

r r

r r

<ersamaan (?a) dan (?b)

m> >a; % - ;A am

Am m

a A% - ;am m + m

A A a

÷ ÷

r r

r

m> a; % - ;A am + m

A a

r r

nergi kinetik sistem (A,a) di c:

( ) ( )

( ) ( )

$ $# #> >>7 % m ; + m ;c a Aa A$ $

$ $mm# # aA% m ; + m - ;aa Aa$ m + m $ m + m

A a A a$$ $ $mm# # aA% m ; + m ;a aa A$ $$ $

m + m m + mA a A a

$ $$ $m m m m# #a A A a% ; + ;a a$ $$ $

m + m m + m

A a A a

÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷

r r

r r

r r

r r

'



( )

( )

( )

$ $ $m m + m m# a A A a% ;a$$

m + mA a

$ m + m# a A% m m ;aa A $$m + m

A a$# #

% m m ;aa A$ m + mA a

$ m# # $A% m ; m ; % 7 % 7 aa a a @$ m + m $a A a

Badm

> A7i % 7c @ m + m

ata

A a

÷

÷ ÷ ÷

÷ ÷ ÷ ÷

÷ →

÷ ÷ ÷

r

r

r

r r

m + m>A au 7 % 7

@ cmA

÷ ÷

Agar reaksi dapat berlangsung dengan dan b tepat terbentuk harus dipenuhi yaitu

energi 7 dan 7 b sama dengan nol, maka energi ini disebut

>7 ambang

Badi (m + m ) 0 % (m + m ) 0a A b

7> % (m + m ) 0 - (m + m ) 0ambang b a A

7> % 1(m + m ) - (m + m )3 0ambang b a A

7> % - !ambang

Cngatm

>A7 % 7 @ cm + m

A a

÷ ÷

di mana @ ambang c ambang7> % 7> , 7> % 7> % - ! sehingga

mA7> % - !

ambang m + mA a

÷ ÷

→ non relativistik

7 % tenaga minimum a, 7 5 7 ambang a ambang 9ntuk keadaan relati;istik:

D



bb pv :

$7 % - m ca a a

, di mana ( )#E$

D $$ $ % m c + p ca a a

sehingga

D $ #E$ $$ $7 % (m c + p c ) - m ca a a a

7arena

m ;a a p %a

$;a#-$c

r

7edua nilai ini dimasukkan pada semua langkah sejak a*al akan diperoleh:

( ) m !a7 relati;istik % - ! # + -ambang m $ m0

A A

(TUGAS 1)

9ntuk 7 6 b

≠

B B pv

( ) ( )7 6

b

7 + m +m 0 m +m 0 7 + 7 a A a b b

! % 7 + 7 b

≠→ +

7ita gunakan hukum kekekalan momentum linier.

Arah horisontal : p % p cos % p cos

a b b θ θ

Arah ;ertikal : p sin F % p sin F

b b

9ntuk keadaan non-relati;istik:

( )

( ) ( ) ( )

$ p #E$7% , atau p% $ m 7 sehingga

$m p - p cos F % p cos F

a b b #E$ #E$ #E$

$ m 7 - $ m 7 cos F % $ m 7 cos Fa a b b b

7ita kuadratkan:

bθ

Bθ Aa



( ) ( ) ( )

( ) ( )

#E$ #E$$ $

$ m 7 + $ m 7 cos F - $ $ m 7 $ m 7 cos F % $ m .... ".D

# #$ $$ m 7 sin

7 cos F

F % $

a a

m 7 sin F b b b

b b b a a b b

b

7ita kuadratkan:

( ) ( ) ( )..............................$ $$ m 7 sin F % $ m 7 sin ..........................F b b b

.... ".

<ersamaan (".D) + (".), maka

( )

# #$ $ $ $ $ m 7 + $ m 7 (cosF + sin F ) - $ ($ m G ) ($ m G ) cos F

a a b b b b a a b b b

$ $% $ mG (cos F + sin F )H H

# #$ $$ mG + $ m 7 - $ ($ m G ) ($ m 7 ) cos F % $ m G

a a b b a a b b bH H#$ m 7 $ m 7 $a a b b $7 % + - D m m 7 7 cos F

a b a b b$ m $ m $ mH H H

m 7 a a7 %

( )

( )

( )

#m 7 $ b b $+ - m m 7 7 cos Fa b a b bm m m

H H H7arena ! % 7 + 7 - 7 atau 7 % ! - 7 + 7 maka

b a b a

#m m $a b $! - 7 + 7 % 7 + 7 - m m 7 7 cos F b a a b a b a b bm m m

#$ $! % + - m m 7 7 cos F + -

a b a b bm

! %

m b 7 7

b bm

m b7 + 7

b b-

ma 7 7

a am

ma7 + 7

a am

m

- ( )

( )#m m $ b a $! % 7 #+ -

#$ $m m 7 7 cos Fa

7 # - - m m 7 7 cos F b a a b a

b

b bm m m

a bm

b

÷ ÷ ÷ ÷

9ntuk relati;istik

( )#

$ $$m c + 7

$ $ p % - m c$c

$ $ $ $ D % p c + m c$ % 7 + m c

Analog

I



( )

( )

m + m m - m # $ $ $ b a a! % 7 - 7 + 7 + 7 - 7 Relati;istik b a a b

m m $ m 0 # #

$ $# 7 7 $ a b$- m m 7 7 cos F #+ #+ (J9KAS $)a b a b bm $ m0 $ m 0

a

b

÷ ÷

÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷

#enis$%enis reaksi inti dan suber proyektil

Proyektil (a) dapat berupa %

a). e-(hamburan elektronE electron scattering)

b). a % γ photon scattering

photon absorption

proton disintegration

c). b % γ photon production

d). a % L lambat (slo* thermal neutron)

cepat

e). b % L → neutron source

Suber$ suber proyektil&

a % n dengan energi neutron:

(#) 7 n % (#-#$6) 7e bergantung pada sudut hamburan diperoleh reaksi endorgik

M@i (p,n) Me 7p 5 #,NN# e 7 ambang % #,NN# e

($) 7 n % (#$6-I66)7e, reaksi yang diperlukan serupa hanya 7 p 55 beberapa kali

7 ambang

(') 7 n % (6,I-D)e, reaksi yang diperlukan (endorgik) 'O(p,n)'Oe, 7 ambang=#,6#"

e

(D) 7 n % (D-") e, reaksi yang diperlukan (endorgik) $O(t,n) DOe, 7 ambang=#M,MN

e

+bA+a

A?+aP

c?

A+a

+b

+γ

M



Sasaran (target) yang diperlukan untuk generasiM@i'

diuapkan dalam ;akum dan

diembunkan pada lempeng Qol4ramE Jentalium.

CONTOH REAKSI INTI

( )#D #D p,p Oamburan lastis <roton.

( )

?#D #D

p,p>

Oamburan Cnelastis <roton

( )?#D #$ #$ p, atau α

Reaksi (p,α)

( )?#D # # p, atau γ

Reaksi penangkapan proton

( )?#D #' #' ,p atau γ

Reaksi 4otonuklir

( )?#D I " " n , @i e atau e

Reaksi spalasi

( )?" I #D #De @i , n atau

Reaksi Con berat

1' a%u Reaksi

Bika suatu berkas partikel berada pada material tertentu terjadi reaksi inti.

erapa kecepatan reaksi, jika jumlah dari reaksi inti mengambil tempat dalam

satu satuan *aktu.

; % kecepatan dari partikel berkas

T % kecepatan partikel tiap satuan cm'

t % ketebalan

A % luas berkas

σ % penampang melintang mikroskopis (cross section)

RR% reaction rate (laju reaksi)

RR % (T ;) n (σ t A)

4luks: φ % T ;

;olume: % t A

N



Σ% n σ, maka RR % φ Σ

Uluks φ% jumlah dari partikel yang menyeberangi satu satuan luas dalam satusatuan *aktu

RR % φ n σ

di mana n% jumlah total dari inti

% n sehingga RR % φ σ

!' ross se*tion

isal C % intensitas yang jatuh pada suatu lembaran tipis dalam suatu bahan

dt % tebal bahan

A % luas permukaan bahan

S % luas e4ekti4 dari suatu inti atom

n % jumlah inti target dalam bahan

Bumlah inti atom permukaan luas % n dt

Bumlah total inti atom pada luas A % A n dt

@uas e4ekti4 total % σ (A n dt) % σ n A dt

luas e4ekti4 totalUraksi luas e4ekti4luas permukaan total

V n A dt4 % % V n dt

A

=

<erubahan intensitas:

"

C

J a r g e t



dC % - 4 CdC % - V n dt C

dC % - V n dtCdC

% - V n dtC

ln C % - V n t + ln cln C - ln c % - V n t

Cln % - V n t

cC - V n t % ec

- V n tC % c e

∫ ∫

<ada saat t % 6, maka C % Co, (di permukaan bahan) Co % c

sehingga C % Co e - σ n t(#)

Janda (-) berarti intensitas berkurang jika ketebalan bahan bertambah karena

jumlah partikel dari berkas sebanding dengan intensitas maka persamaan (#)

dalam bentuk jumlah partikel dapat ditulis: C L

di mana % o e - σ n t

o% jumlah partikel yang ada pada timahE perak

% jumlah partikel setelah mele*ati suatu ketebalan t dari timah

ross section makroskopis (Σ)% perkalian n dan σ

Σ % σ n

=alam absorpsi saja Σ L ∝ , ∝ % n σ

- W t % eo

9ntuk lembaran timah yang tipis: α t 88#

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) tW #o

.....I

'

t'

W

$

$ t

$W

tW#

.....I

' tW

$

$ tW

#

tW#

.....'X

' tW

$X

$ tW

#X

tW#

...6,#,$,',..m:

m mX

mWttWe

−=

+−

++−=

+−

+−

+−

+=

+−

+−

+−

+=

=∑ −

=−

#6



Bumlah partikel yang diabsorpsi sambil mele*ati ketebalan t adalah d

Bumlah partikel yang diserap:

( )

d % - o

% - # - W to o

% - + W to o o

d % W t, karena W % n V, makao

d % n V to

#alan bebas rata$rata adalah jarak rata- rata x yang ditempuh oleh partikel.

=engan kata lain jalan bebas rata-rata sebelum partikel tersebut diserap atau

dihamburkan.

7alikan jarak Y dengan jumlah partikel yang diserap pada jarak dY pada Y

Cntegrasikan terhadap semua Y

agi dengan jumlah total dari partikel

o

o6

o 6

6

o

6

Y d

Y % d % o

d

Y d

Y %

o

∫ ∫

∫

∫

( )

- n V tSubstitusikan % eo

isal Y % t, maka:- n V Y % e

od d - n V Y % e

odY dY

##



( )

o

6 6 o

o

6

d d - n V Y % eodY dY

d - n V Y% - n V eodY

- n V Yd % - n V e dYo

L LY d % Y d + Y d

Y d

Y %

oL

Y d6Y %

o

Y n V o

Y %

∫ ∫ ∫

∫

∫

L- n V Ye dY

6

o

∫

L- n V YY % n V Y e dY

6∫

( )

( )

6

6

6

uisalkan u % n V Y Y %n V

du % n V

dYdu

du % n V dY dY %n V

L u #- uY % n V e dun V n V

L u - uY % n V e dun V

L Z - # Y[ Z % Y e dY

Z - # % #Z % # + # % $[ $ % #L

Z-# YY e dY % #

6

→

∫

∫

∫

∫

#$



6

LZ -# YY e dY % #

#Y % #

n V# #

Y % % jalan bebas rata ratan V

a

∫

→ −∑

Balan bebas rata- rata adalah kebalikan cross section makroskopis Σ.

Balan bebas rata- rata absorpsi diberikan:

#Y %

a#Y %

W

∑

di mana a∑ adalah cross section makroskopis absorpsi.

'. +enapang intang i-erensial

ila partikel yang datang bereaksi dengan inti target (sasaran).

r

d A

ross section di44erential % cross section per satuan sudut padat (solid angle).

dV % cross section

dΩ % sudut padat

( ) ( )dV

V F % cross sectiond\

φ

#'

θ

θ d

φ d

θ sinr

θ θ d r sin



Jotal cross section σJ:

dV dVJ %d\ d\

dVdV % d\

J d\dV

dV % d\J d\

dVV % d\

J d\

∫ ∫

∫

ilai sudut padat dapat dihitung dengan kententuan gambar di atas.

Sudut padat diberikan oleh:

( )

( )

luas dAd\ %

$ $(jarak) r dA % r dF r sin F d

$% r dF sin F d$r dF sin F d

d\ % sin F d dF$r

dVV % d\

J d\

dV dA A

sin F d dF d\ % %$ $d\ r r 6$] dV dV

% $ ] sin F dF % V d\ d\

6$

$ ] V sin F dF

6

φ

φ

φ φ

π

φ

θ φ

θ φ

=

=

∫

= →∫

→∫

=

( )

( )( )

6

6o

]

dVV F % cross section di44erential

d\d sin F dF d

$

sin F dF d6 6

sin F dF d

$ cos ^

$ cos cos 6

$ # # D

o

π

π

φ

π π

φ

φ

π θ

π π

π π

∫

=

Ω =

Ω = ∫ ∫

Ω =

Ω = −= − −= − − − =

∫ ∫

∫

#D



D. Reaksi .isi dan Reaksi .usi

a. Reaksi .isi

Reaksi 4isi proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian dengan ukuran

sebanding. <ada tahun #"'D nrico Uermi, milio Segre dkk, melakukan

eksperimen penembakan 9ranium dengan neutron-neutron yang menghasilkan

beberapa akti;itas sinar β dengan umur paruh yang berbeda-beda.

7arena 9ranium meluruh dengan memancarkan partikel W yang mempunyai

umur paruh yang sangat panjang dianggap bah*a unsur-unsur transuranik

(25"$) terbentuk.

tto Oann dan Urit2 Strassman pada _Cnstitut 7aisar Qilhelm` di erlin pad

tahun #"'N menunjukkan dengan analisis kimia bah*a salah satu unsur

radioakti4 yang dihasilkan dalam penembakan 9ranium dengan berkas neutron

adalah isotop arium#D#aI

<ada tahun #"'" tto Urisch dan @isa eitner mengemukakan bah*a 9ranium

tersebut pecah menjadi#D#aI

dan"$7r 'I

Reaksi Uisi

$' # $'I #9 + n 9? + + n"$ 6 "$ 6

→ → .(#)

#n6

% neutron lambat

$'I

9?"$ % isotop gabungan yang sangat tak stabil (dalam keadaan tereksitasi)

dan % pecahan-pecahan inti

=ua reaksi 4isi yang khas:

$' # $'I #D# N" #9 + n 9? a + 7r + ' n...............................($)"$ 6 "$ I 'I 6

dan$' # $'I #D# "D #9+ n 9? a + 7r + ' n.................................(')"$ 6 "$ I 'N 6

→ →

→ →

<ecahan-pecahan inti mengalami peluruhan β untuk mencapai nukllida yang

stabil.

#



- - - - #D6 #D6 #D6 #D6 #D6e s a @a e......(D)D I M N

dan- - "D "D "DSr r................................................................()

'N '" D6

→ → → →

→ →

=ari semua neutron yang dipancarkan selama 4isi$'9"$

kira$kira // 0

dilepaskan dalam selang *aktu yang sangat singkat dan disebut neutron *epat.

Kira$ kira 10 sisanya dipancarkan belakangan dan disebut neutron labat.

eutron- neutron lambat ini berasal dari pecahan-pecahan tak stabil yang

meluruh dengan pemancaran neutron dalam perjalanannya menuju ke inti stabil.

<artikelfpartikel lain dapat menyebabkan reaksi 4isi, misal partikel W, proton

dan sinar γ . ahkan beberapa nuklida yang sangat berat (seperti isotop ""4 )

tanpa dapat meluruh dengan 4isi spontan memerlukan partikel penembak yang

memicu pembelahan.

Reaksi 4isi melepaskan energi cukup besar dan peluruhan radioakti4

pecah. <ecahan inti melepaskan energi yang lebih kecil. nergi yang terlepas ini

muncul sebagai energi kinetik elektron, tetapi neutrino dan neutron terlepas.

Selama neutron bergerak dalam bahan, terjadi berbagai kemungkinan interaksi

tumbukan. Jiap tumbukan memiliki kebolehjadian yang sebanding dengan luas

penampangnya.

7ebolehjadian sebuah neutron menyebabkan 4isi dalam gerakannya

sejauh dY melalui bahan yang terdiri dari suatu unsur yang memiliki atom- atom

diam adalah:

<4 % V4 dY (a) % konsentrasi inti% jumlah inti per satuan ;olume

7ebolehjadian total suatu jenis interaksi akan terjadi:

<t % Vt dY

% (V4 + Vs+.) dY (b)

ila bahan tersebut tersusun dari dua unsur atau lebih, maka neutron

dapat bertumbukan dengan sembarang nuklida yang ada, tergantung pada

konsentrasi nuklida dan luas penampangnya.

#I



isal ada $ nuklida dengan konsentrasi dan P.

7ebolehjadian neutron akan mengalami suatu interaksi dalam menempuh jarak

dY:

( )> >

t t t< % V + V dY (c)

Bika Io neutron- neutron datang tiap detik menghasilkan C 4isi tiap detik, maka

kebolehjadian 4isi adalah

C4 < %

4 Co

(d)

Subsitusi persamaan (a) ke (d) diperoleh:

C4 % V dY

4 Co

C4 V %

4 C dYo

(e)

=alam metode di44erential dianggap bah*a dY sedemikian kecil sehingga

intensitas berkas neutron dapat dianggap konstan dalam seluruh ketebalan bahandan inti dalam bahan tidak dapat sembunyi satu sama lain.

Bika lempengan bahan mempunyai ketebalan tertentu maka intensitas

neutron C berubah-ubah dan kita harus mengintegralkan untuk menentukan nilainya.

=alam menembus bahan dengan ketebalan dY, intensitas neutron berkurang sebesar

(- d C), karena interaksi yang menghilangkan neutron-neutron dari berkas tersebut.

leh karena itu, kebolehjadian total dari interaksi tersebut:

dC< % - % V dYt tC (4)

#M



( )

C YdC- % V dY

tCC Yo o

C YdC % - V dY

tCC Yo o

Cln % - V Y - Y

t oCo

<ada saat Y % 6 C % C makao o

Cln % - V Y

tCo

- V YC t % e

Co

∫ ∫

∫ ∫

- V YtC % C e

o(g)

C % intensitas berkas neutron yang diteruskan (akhir)

Co % intensitas berkasd neutron sebelum masuk bahan (a*al)

BikaC

C

o

dan Y diketahui maka dapat ditentukan luas penampang total.

Cln % - V Y

tCo

Cln

CoV % -

t Y

(h)

@intasan bebas rata- rata neutron :

#@ %i V

t(i)

@intasan rata- rata neutron per 4isi:

#@ %

4 V4

(j)

ila bahan merupakan campuran dari dua bahan mempunyai luas penampang dan

konsentrasi inti berbeda, maka lintasan bebas rata- rata neutron per 4isi:

#N



#@ %

4 > > V + V4 4

(k)

b' Reaksi .usi

Reaksi 4usi: proses penggabungan dua inti ringan en%adi inti yang

lebi" berat' =alam proses 4usi juga dilepaskan energi yang cukup besar karena

isotop inti hasil lebih kecil daripada massa isotop inti-inti yang bergabung.

<ada tahun #"'N Oans ethe mengemukakan bah*a reaksi 4usi terjadi di

atahari dan bintang-bintang lainnya sehingga atahari tampaknya tidak menjadidingin selama bertahun-tahun.

7arena reaksi 4usi dalam bintang-bintang terjadi pada suhu yang sangat tinggi,

maka reaksi 4usi ini juga disebut reaksi teronuklir.

ethe mengemukakan bah*a siklus 7arbon berikut merupakan salah satu reaksi inti

yang paling penting dalam pelepasan energi karena proses 4usi.

# #$ #'a) O + R + g

# I M

#' #' 6 b) R + e + h

M I +#

# #' #Dc) O + R + g

# I M

# #D #d) O + S + g

# M N

# # 6e) S + e + h

N M +#

# # #$ D4) O + R + Oe# M I $

→

→

→

→

→

→

(I)

=ari persamaan- persamaan laju reaksi ini kita melihat bah*a#$

I bekerja

seperti katalisator dalam arti bah*a unsur ini erupakan bagian dari reaksi

aal dan erupakan "asil dala reaksi ak"ir'

<erhatikan bah*a D inti Oidrogen (proton) dihabiskan dan ' sinar γ , $ neutrino, $

proton dan sebuah inti Oelium terbentuk.

Siklus reaksi tersebut dapat ditulis:

#"



# D 6D O Oe + $ e + $ + ' # $ +#

→

Sehingga perbedaan massa isotop dalam reaksi ini adalah:

( )( )

# D 6% D O - Oe + $ e# $ +#

% D,6'#'66 - D,66$I6' + 6,66#6"N % 6,6$MI

<erbedaan massa ini memberikan nilai

e! % 6,6$MI . "'#, % $,M e

Siklus 4usi lain yang penting melibatkan proton- proton.

# # $ 6a) O + O O + e + h# # # +#

$ # ' b) O + O O + g# # #

' ' ' #c) O + O Oe + $ O# # $ #

→

→

→

(M)

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$selaat bela%ar$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

$6



T23AS BAB /'

#. Jugas #

$. Jugas $

'. Jentukan nilai ! dan energi ambang secara non relati;istik maupun secara

relati;istik untuk reaksi inti ( )#N #' n , W .

D. itrogen #D memiliki keadaan eksitasi $,'# e dan '," e. Bika gas

itrogen tersebut ditembaki dengan neutron e, berapakah energi neutron

yang tampak pada sudut o"6 terhadap arah neutron datang.

. erkas neutron 6,# e ditembakkan pada logam 9ranium alam yang ;olumenya

# 'cm . Bika berkas neutron memiliki 4luks #6neutron

's cm

, tentukan laju

pembangkitan panas di dalam kotak yang diakibatkan oleh 4isi neutron lambat

$'9 .

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ selaat enger%akan $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

$#



BAB X

+E4ERE+AT +ARTIKE

A' +enda"uluan'

A*al dari akselerator tak lepas dari eksperimen Keissler seorang peniup

gelas yang mampu mem;akumkan tabung gelas sampai #6 -' torr pada tahun #NI6.

=engan tabung lucutan ini memba*a dia menemukan sinar katoda, dan inilah

merupakan akselerator pertama yang paling sederhana. ksperimen dengan

akselerator ini kemudian dapat menghasilkan penemuan besar lainnya, yaitu sinar

oleh Q.Rontgen pada tahun #N" dan penemuan elektron oleh BB.Jhomson tahun

#N"M.

<erkembangan akselerator selanjutnya digunakan pada penelitian dasar

Uisika uklir, untuk mempelajari reaksi partikel-partikel nuklir dan struktur nuklir

(inti atom). Cni diperoleh pada tahun #"'$ oleh ockro4t dan Qalton pada tahun

#"'$, dengan menggunakan proton I66 ke. =alam perkembangan selanjutnya

berkas pertikel yang dihasilkan oleh akselerator dapat digunakan untuk berbagai

keperluan aplikasi seperti diperlihatkan pada Kambar #6.#.

Kambar #6.# Sejarah Aplikasi Akselerator <artikel

( A.Littlefield.1968:258)

$$



Seiring dengan perkembangan teknologi akselerator yang meliputi

akselerator linear dan siklik, aplikasi akselerator berkembang dengan pesat dan

menjamah berbagai bidang kehidupan manusia. Jabung sinar merupakan tonggak

sejarah aplikasi akselerator partikel yang mempunyai dampak sangat besar terhadap

kehidupan manusia.

=alam kamus Clmu <engetahuan pengertian akselerator menurut Uisika

adalah mesin untuk meningkatkan energi kinetik partikel bermuatan dengan

mempercepat partikel tersebut di dalam medan listrik . 7omponen utama akselerator

terdiri dari sumber berkas partikel bermuatan atau injektor, sistem pemercepatan,

sistem tabung hampa, sistem penanganan berkas partikel ( sistem optik), irradiator

target, sistem instrumentasi dan kendali. =ari uraian tersebut dapat dibayangkan

bah*a akselerator mempunyai kemiripan dengan komponen J yaitu adanya

sumber elektron yang dipancarkan oleh 4ilament, sistem pemercepat berupa

tegangan tinggi, lempeng ;ertikal dan hori2ontal bermuatan listrik, elektron berada

pada ruang ;akum. <ada J elektron berenergi ditembakan pada kaca pendar

sedangkan pada akselerator elektron dikeluarkan ke atmos4er untuk keperluan

proses radiasi seperti contoh Kambar #6.$.

Kambar #6.$ Skematik Akselerator lektrostatik

(Bryant, P.J. 1991:91)

$'



erdasarkan medan elektromagnet yang digunakan, sistem pemercepat

partikel dapat dibedakan menjadi dua, yaitu pemercepat elektrostatik dan

pemercepat elektrodinamik.

Berdasarkan bentuk lintasan partikel, akselerator dibagi menjadi dua

yaitu akselerator linear dan siklik'

#. <ada akselerator linear partikel diper*epat dala sekali lintasan lurus ole"

edan elektrostatik atau R. yang terpasang pada struktur peer*epat .

<ada akselerator linear pertaba"an energi kinetik total partikel

tergantung dari pan%ang struktur peer*epat. 7arena adanya tegangan

dadal maka untuk dimensi struktur peer*epat yang saa akselerator linear

R. dapat eng"asilkan energi kinetik partikel beruatan yang %au" lebi"

besar daripada akselerator linear elektrostatik .

$. <ada akselerator siklik partikel bergerak engikuti orbit tertutup bere5olusi

berulang kali' nergi kinetik partikel yang sangat besar dengan mudah dapat

dihasilkan, sesuai dengan jumlah pengulangan partikel ketika mele*ati medan

RU. Bentuk akselerator siklik se*ara garis besar dapat dibagi dua %enis yaitu

akselerator edan agnet statik (siklotron) dan akselerator edan agnet

tersinkronisasi (sinkrotron).

Akselerator partikel bekerja berdasarkan interaksi partikel bermuatan dalam

medan elektromagnet. <eran medan elektromagnet ini dimulai sejak a*al yaitu

ketika partikel bermuatan dihasilkan oleh suatu sumber pembangkit partikel

bermuatan atau injektor, sebelum dipercepat lebih lanjut dengan medan

elektromagnet. <erkembangan teknologi pemercepat pada akselerator sangat

menakjubkan seperti ditunjukkan pada Kambar #6.$.

Berdasarkan %enis partikel akselerator yang diper*epat maka

akselerator partikel dibagi en%adi dua yaitu akselerator ion dan akselerator

elektron. 6utput akselerator dapat berbentuk berkas ion atau elektron yang

di*irikan oleh besarnya: arus, energi kinetik , dan pro-il berkas. 7arakteristik dari

masing-masing parameter berkas ini sangat penting dalam aplikasi.

=alam mempelajari akselerator partikel diharapkan pembaca telah

mempelajari dasar-dasar elektromagnetik atau listrik dan magnet serta mekanika

$D



rela;istik khusus. Satuan yang digunakan dalam membahas teori akselerator

biasanya menggunakan satuan cgs (cm,gr,second) untuk melihat lebih detail

elektrodinamika partikel. amun dalam hal ini penulisan rumus berdasarkan satuan

mks (meter, kg, second) sedangkan untuk perhitungan besaran 4isisnya

menggunakan satuan praktis yang umum dipakai. Satuan praktis yang umum

dipakai dalam akselerator untuk energi digunakan e. Satu e yaitu energi yang

diberikan pada elektron jika elektron dengan muatan #e oulomb mele*ati beda

potensial # olt sehingga mempunyai energi #,I6$$ Y #6-#" Boule. Satuan energi

akselerator biasanya orde k e (kilo e) f Je (tera e). =engan catatan k % #6'

, % #6I, K % #6" , J % #6#$ Satuan potensial listrik dalam ;olt, satuan

medan magnet dalam Kauss, satuan tekanan kehampaan dalam Jorr, satuan daya

dalam *att, satuan massa dalam amu (atomic mass unit).

Kambar #6.' <erkembangan Jeknologi Akselerator

(Livington!".#.and $.% Ble&et. 1962:1')

+rinsip asar 3erak Berkas +artikel

Apabila suatu partikel bermuatan berada dalam medan elektromagnet maka

partikel akan berinteraksi dengan medan elektromagnet sehingga partikel

$



mempunyai gaya bekerja padanya yang diberikan oleh hukum @oren2t secara

relati;istik.

erikut penjabaran rumusnya,

erdasarkan hukum gaya magnet maka:

gaya @orent2, T muatan partikel, kecepatan partikel, c kecepatan cahaya,

medan listrik, dan medan magnet. 7edua komponen gaya ini banyak digunakan

dalam akselerator. Kaya karena medan listrik digunakan untuk

mempercepat partikel sedangkan gaya karena medan magnet digunakan

untuk pembelokan atau pem4okusan partikel. <ada akselerator energi rendah, gaya

listrik juga dapat digunakan untuk pembelokan atau pem4okusan partikel.

<ersamaan momentum untuk keadaan non relativiti pada benda yang

bergerak dengan kecepatan ; adalah dengan m adalah massa diam. 7etika

ada gaya luar, jumlah momentum dari interaksi partikel adalah konstan, total

momentum dikonser;asikan:

.

Cni berlaku untuk keduanya,baik non relati;itas maupun relati;itas.

omentum dikatakan dalam keadaan relati;istik jika: (a) Adanya gaya dari

luar, jumlah momentum dari partikel yang berinteraksi terkonser;asi, (b) =alam

keadaan limit, bah*a .sehingga,

di mana 4ungsi 4(;) besarnya harus # untuk ;%6 dan 4(;) adalah besaran tak

berdimensi. Uungsi 4(;) hanya bergantung pada besar ;, sehingga 4ungsi 4(;) harus

menjadi 4ungsi ;$. 7arena 4 tak berdimensi, ini harus menjadi sebuah 4ungsi ; $Ec$

atau lebih 4amiliar dengan persamaan

$I



sehingga

Bika gaya @orent2 diintegrasikan terhadap *aktu, interaksi partikel dengan medan

elektromagnetik maka akan diperoleh perubahan momentum partikel.

Sebaliknya jika gaya @orent2 diintegrasikan terhadap panjang lintasan maka

diperoleh perubahan energi kinetik partikel. agaimana memperoleh energi kinetik

relati;istik 7ita de4inisikan k sebagai sebuah partikel yang melakukan usaha

untuk berpindah dari keadaan diam (saat t%6) menjadi keadaan berkecepatan ; (saat

*aktu t), sehingga perubahan energi kinetik partikel sebagai berikut

Bika gaya @orent2 pada persamaan ($.#) dimasukkan ke persamaan ($.') dan

mengganti ds % ; dt maka diperoleh

=ari persamaan ($.D) terlihat jelas bah*a energi kinetik partikel akan membesar

jika medan listrik membesar dan percepatan terjadi pada arah medan listrik.

<ercepatan ini tidak tergantung pada kecepatan a*al partikel, pada kecepatan a*al

nol pun terjadi percepatan. Kaya @orent2 pada komponen kedua persamaan ($.D)

tergantung kecepatan partikel. Arah gaya ini tegak lurus arah rambat partikel dan

medan magnet. =ari persamaan ($.D) besarnya energi kinetik tidak tergantung pada

medan magnet karena perkalian scalar . Badi keberadaan medan

magnet hanya menyebabkan pembelokan arah gerak partikel.

$M



9ntuk partikel dengan massa diam m6 yang bergerak dengan laju

momentum p secara relati;istik (;%c), % , di mana maka

gaya pemercepat partikel sama dengan gaya listrik yang diberikan oleh persamaan

dengan

nergi kinetik relati;istik

Sehingga dari persamaan ($.I) menjadi bentuk

<em4aktoran kuadrat di dalam kurung menjadi,

sehingga

$N



7emudian pengintegralan dan sebagaimana ditunjukkan persamaan

($.M) ini hanya .

<ada mekanika relati;istik energi total partikel % k +6 maka energi kinetik

elektron dapat diperoleh dari rumus rela;istik = ( ) 2.

edan yang digunakan untuk mempercepat partikel dibangkitkan secara

elektrostatis atau secara elektrodinamis yang akan dibahas dalam bagian berikut.

B' #enis Akselerator'

<enggolongan jenis akselerator memang unik, namun demikian

umumnya penggolongan jenis akselerator dapat ditentukan dari bentuk lintasan,

sistem pemercepatan, keluaran berkas partikel, dari besar energinya dan

aplikasinya.

=ari bentuk lintasan akselerator dibagi en%adi dua, yaitu:

#. Akselerator linier: akselerator elektrostatik dan RU linac (linear accelerator)

$. Akselerator sirkular: siklotron, sinkrosiklotron, isokron siklotron, betatron,

mikrotron, sinkrotron.

=ari sistem pemercepatan medan elektromagnet dalam lintasan,

akselerator dibagi menjadi dua yaitu:

1) Akselerator elektrostatik (stati* -ield)

=alam pemercepat elektrostatik, partikel hanya dipercepat dalam sekali

lintasan dalam medan elektrostatik, yang termasuk akselerator elektrostatik

$"



antara lain ockro4t Qalton, an de Kraa44, =ynamitron, Jandem <eletron,

Jrans4ormator

!) Akselerator elektrodinaik (alternati5e -ield)

9ntuk memperoleh energi pemercepat yang lebih tinggi tanpa dibatasi oleh

tegangan dadal, pemercepatan dapat dilakukan secara berulang (siklik)

dalam medan elektromagnet yang berubah secara siklik (elektrodinamik)

dalam lintasan melingkar (sirkuler) maupun lintasan lurus (linear). ang

termasuk akselerator elektrodinamik antara lain: siklotron, sinkrosiklotron,

isokron siklotron, betatron, mikrotron, sinkrotron, RU linac (linear

accelerator).

=ari keluaran berkas partikel dibagi menjadi tiga yaitu :

#) Akselerator elektron

$) Akselerator ion

') Akselerator generator neutron

=ari aplikasi akselerator yang populer dibagi menjadi tiga yaitu:

#) Akselerator implantor ion untuk industri semikonduktor

$) Akselerator @inac untuk kedokteran

') esin berkas elektron () untuk proses industri.

+ebagian akselerator berdasarkan energi dibagi menjadi tiga

yaitu :

#) Rendah : ratusan ke f puluhan e

$) Sedang : ratusan e f Ke

') Jinggi : puluhan Ke - Je

enurut Atam <.Arya (#"II :#D), pembagian akselerator berdasarkan macam-

macam kategori berikut ini:

'6



erdasarkan bagan di atas pemercepat berkas partikel dapat dibagi

menjadi empat macam#) Akselerator tegangan langsung: Akselerator ockro4t Qalton, Kenerator

an de Kraa44 (Jandem an de Kraa44 dan <elletron)

$) Akselerator resonansi: Siklotron dan @inear Akselerator (Akselerator

proton dan Akselerator lektron)

') Akselerator sinkronous: Sinkrosiklotron dan Sinkrotron (Sinkrotron

<roton dan Sinkrotron lektron)

!) Akselerator Kradient Alternati4.

------------------------- Selesai --------------------------

'#



T23AS BAB 17'

+ela%ari lebi" lan%ut dan buat rangkuan ateri pada buku&

#. Atam <. Arya.#"II. *+nda,ental of -+lear %/i. oston: Allyn and acon,

Cnc. ab C. <article Accelerators and uclear Reactors. hal ## sEd 'M.

$. Oenry Semat and Bohn R. Albright. #"M'. 0ntrod+tion to Ato,i and -+lear

%/i. *ift dition. @ondon: hapman and Oall @td. <ARJ CCC 9@AR

<OSCS.. #$ <article Accelerators. 'I' sEd '"6.

$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ selaat enger%akan $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

PE"#AGIAN TUGAS PE$A%ARI &AN#UAT RANGKU"AN "ATERI #A#

1' ASSE$ERATOR PARTIKE$

.

Kelopok 8alaan Keterangan

1' K!91!77/$71: ;11 < ;1; 1' Ata +' Arya'1/=='

!' K!91!71;$71> ;1; < ;1>

9' K!91!71/$7!/ ;1> < ;!=

:' K!91!797$79; ;!= < ;97;' K!91!79=$79/ ;97 $ ;99

=' K!91!7:!$7;1 ;99 < ;9?

?' K!91!7;!$7;; 9=9 < 9=/ !' 8enry Seat and

#o"n R' Albrig"t'

1/?9'

>' K!91!7;=$7=7 9=/ < 9??

/' K!91!7=!$7=? 9?? < 9>:

17' K!91!7=/$7>1 9>: < 9/7

.

'$

BAB 9 REAKSI INTI B

Documents

Transcript of BAB 9 REAKSI INTI B