BAB IKONSEP-KONSEP DASAR FISIKA INTI

Setelah mempelajari tentang atom, sifat-sifat dasar atom serta

model-model atom, pembahasan selanjutnya adalah mengenai inti atom

yaitu bagian dari atom. Telaah mengenai fisika inti atau fisika nuklir

berpusat pada dua hal utama yaitu pertama ingin memahami sifat-sifat

gaya yang membentuk inti atom (nukleus) sebagai partikel-partikel

penyusun inti yaitu nukleon yang berupa proton dan neutron. Ke dua

diupayakan untuk menjelaskan prilaku suatu sistem banyak partikel,

sebagian besar ditentukan oleh gaya-gaya yang mengikat nukleon

sehingga mereka menjadi satu kesatuan yang menyebabkan terjadinya

saling interaksi. Pembahasan tentang inti atom dimulai setelah

ditemukannya partikel neutron pada tahun 1932 oleh Cadwick, seorang

sarjana Inggris ketika mengamati hasil eksperimen tumbukan partikel alfa

dengan keping Berilium teramati jenis radiasi yang berbeda dengan jenis

radiasi-radiasi yang lainnya. Setelah ditelaah ternyata partikel tersebut

adalah neutron yang memiliki massa hampir sama dengan massa proton

yaitu 1,67482 x 10-27 kg = 1,008665 u = 939,6 Mev/C2, sedang massa

proton 1,67252 x 10-27kg = 1,007276 u = 938,3 Mev/C2. Berdasarkan hasil

penemuan di atas diketahui bahwa partikel-partikel penyusun inti ada jenis

yaitu proton dan neutron yang sering disebut nukleon. Proton bermuatan

positif sedangkan neutron tidak bermuatan.

Gambaran kemajuan telaah fisika inti semenjak kelahirannya dapat

dilihat pada tabel 1 disajikan penemuan-penemuan /terobosan-terobosan

penting dalam bidang fisika inti

Tabel 1. Terobosan-terobosan dalam sejarah perkembangan fisika inti

No Terobosan Fiskawan Tahu

n

1 Sistem Periodik Unsur Mendeleyev 1868

2 Penemuan Sinar –X Rontgen 1895

1

3 Penemuan Radioaktivitas Becquerel 1896

4 Penemuan elektron J.J Thomson 1987

5 Hipotesis Kuantum Planck 1900

6 Kaitan massa tenaga Einstein 1905

7 Gagasan Isotop Soddy 1911

8 Hipotesis Nuklir Rutherford 1911

9 Model Inti Atom N.Bohr 1913

10 Transmutasi Nitrogen oleh partikel α Rutherford 1919

11 Spektrograf massa Aston 1919

12 Panjang gelombang partikel bermateri De Broglie 1924

13 Persamaan gelombang materi Schrodinger 1926

14 Difraksi elektron Davisson&Germer

G.P.Thomson

1927

15 Penemuan boson vektor W+ dan Z0 S.van de Meer,

C.Rubbia (CERN)

1983

16 dll

Partikel Penyususn Inti

Bagaimanapun kecilnya sebuah inti atom, ia mempunyai struktur

pembentuk inti. Setiap nukleon memiliki simbul kimia yang berbeda.

Beberapa konsep yang perlu diketahui tentang nukleon yaitu massa,

muatan dan energinya. Simbul sebuah inti

Keterangan:

X = Jenis inti

A = Nomor massa

Z = Nomor inti

N = Jumlah neutron

2

Nomor inti menunjukan jumlah proton yang terdapat pada inti, sedangkan

nomor massa menunjukan jumlah partikel yang terkandung dalam suatu

inti. *) Massa Inti

Massa inti ditentukan oleh massa partikel penyusunnya.

Keterangan:

Z = jumlah proton N = Jumlah neutron

MH = Massa hidrogen MN= Massa neutron

Telaah fisika inti berpusat pada dua hal:

a) Sifat-sifat gaya yang membentuk inti

b) Menjelaskan prilaku sistem banyak partikel

Gaya penyusun inti jauh lebih kuat dari gaya gravitasi dan gaya

listrik

Jangkauan gaya inti lebih pendek (10-12m) sedangkan gaya

gravitasi dan listrik sangat jauh ( )

Gaya inti timbul karena pertukaran zarah-zarah penyusun pokok inti

Sifat-Sifat Dasar inti:

1) Memiliki sifat bebas waktu seperti (muatan listrik, massa, ukuran,

momentum sudut intrinsik)

2) Memiliki sifat gayut waktu seperti (pererasan (decay) radioaktif,

transmutasi buatan (reaksi inti), keadaan teralan (tereksitasi)

Istilah-istilah dalam fisika inti

Isotop: inti yang mempunyai sifat kimia yang identik tapi massa

berbeda (Z sama dengan N berbeda). Contoh

Isoton: Inti dengan N sama dan Z berbeda. Contoh

Isobar: Nomor massa sama dan Z berbeda. Contoh

Isomer: Inti dalam keadaan eksitasi berbeda dengan waktu yang

terukur, waktu yang terukur adalah ketika berada pada keadaan

dasar

3

Meson: Zarah yang bermassa antara massa elektron dan massa

proton. Meson yang terkenal meson dengan massa lebih kurang

270 massa elektron dan meson dengan massa 207 massa

elektron

Positron: elektron bermuatan positif dengan massa sama dengan

massa elektron

Foton: Kuantum radiasi elektromagnetik biasanya muncul sebagai

cahaya, sinar X atau sinar gamma.

Ukuran Inti

Ukuran inti ditentukan oleh jari-jarinya. Jari-jari inti

Ro = 1,4 Fermi = 1,4 x 10-15m

= 1,2 Fermi = 1,2 x 10-15m

A = massa inti

Inti suatu atom telah dianggap berbentuk bola, tepai ternyata beberapa inti

atom mempunyai distribusi muatan tidak simetri bola. Untuk inti yang

seperti ini sudah tentu memiliki sumbu simetri sedikit berbeda dengan

sumbu simetri bola. Karena volume bola berbanding lurus dengan Ar-3. Ini

berarti secara pendekatan semua inti mempunyai kerapatan yang sama.

Kerapan inti

= kerapatan inti

R = jari-jari inti

V = volume inti

Momentum Sudut Intrinsik Inti

Inti tersusun dari proton-proton dan neutron-neutron ( terdiri dari

sistem banyak partikel). Proton dan neutron memiliki momentum sudut

pusat massa (momentum sudut spin ( yang bernilai ½ ( )

4

Selain itu setiap proton dan neutron memiliki momentum sudut terhadap

pusat massa yang disebut momentum sudut orbital ( ). Momentum sudut

total inti merupakan penjumlahan momentum sudut spin dengan

momentum sudut orbital

J merupakan bilangan bulat tak negatif untuk A genap

J merupakan bilangan bulat tak negatif + ½ untuk A ganjil.

L dan S berinteraksi secara magnetis. Bila tidak ada medan magnet luar B

maka J nilainya konstan. L dan S berpresisi terhadap J . Bila ada medan

magnet luar maka J berpresisi terhadap B, sedangkan L dan S

meneruskan presisi terhadap J

Sifat-sifat Dinamik Inti

Seperti atom inti dapat juga berada dalam keadaan tereksitasi pada

aras tenaga tertentu. Alihan antar aras tereksitasi terjadi melalui pancaran

radiasi elektromagnetik atau sinar gamma, yang analog dengan pancaran

cahaya oleh inti tereksitasi. Perbedaannya adalah kalau keadaan atom

tereksitasi terpisah tenaganya pada orde eV, sedangkan pemisahan antar

aras-aras tenaga keadaan inti tereksitasi terjadi sekitar 104 sampai 105 eV.

Soal-soal

1) Jari-jari inti atom karbon dan massanya 12u. Tentukanlah rapat massanya dan bandingkan dengan rapat massa air!Diketahui : R =

m = 12 u

Ditanya :

Penyelesaian :

5

Jadi, rapat massa inti atom adalah dan perbandingannya

dengan rapat massa air adalah .

2) Tentukan jari-jari nukleus dan 208Pb !

Diketahui : Ao = 16APb = 208

Ditanya : Ro = ...?RPb = ...?

Penyelesaian :

Jadi, jari-jari nukleus berturut-turut adalah dan .

3) Tentukan keadaan yang mungkin untuk deuteron jika total momentum angulernya memiliki bilangan kuantum J = 1 !

Jawab :Total momentum anguler (J) deuteron adalah jumlah aljabar vektor momentum anguler orbital untuk sistem ikatan neutron-proton (L) dan total spin intrinsik sistem neutron-proton (S).

Karena neutron dan proton memiliki spin S = ½ , maka total spin intrinsiknya adalah 0 (keadaan singlet) atau 1 (keadaan triplet).

J = L + S, J = 1, S = 0, 1

Maka nilai yang mungkin untuk L adalah 0, 1, 2. Dalam notasi spektroskopik, keadaan neutron yang mungkin adalah

. Keadaan dasar deuteron adalah campuran dari

1. Hitunglah besarnya kerapatan inti

Penyelesaian :

Massa atomik adalah 23 u

Jari – jari inti, R= R0 A 1/3

= 1,2 x 10-15 m . (23)1/3

= 3,412 x 10-15

6

Maka kerapatan inti,

2. Atom Helium mempunyai 2 proton dan 2 neutron. Massa inti atom

4,00260 sma. Hitunglah : a. Energi ikat atom helium.

b. Energi ikat pernukleon

Penyelesaian :

a) Total massa partikel dalam atom helium

2mp + 2mn + 2me = (2x1,00728) + (2x1,00867) + (2x0,555)

= 4,033 sma.

Defek massa = 4,033 – 4,00260

= 0,0304 sma

Energi ikat atom helium = 0,0304 x 931,5 MeV

= 28,3 MeV

b) Energi ikat per nukleon

= 7,075 MeV.

3. Diketahui simbol Kalium adalah . Tentukan jumlah proton, elektron,

& neutron pada ion Kalium adalah...

Jawab :

7

Nomor atom Kalium adalah .

Jumlah proton = jlh elektron = 19

Jumlah Neutron = Nomor massa – nomor atom

= 39 – 19

= 20.

8