Mekanisme reaksi inti

BAB IIIREAKSI INTI

Reaksi Inti merupakan suatu proses yang terjadi apabila dua zarah nuklir (nukleon ataupun sistem nukleon) yang terikat sebagai inti yang menduduki salah satu keadaan kuantumnya bertumbukan sehingga terjadi pertukaran tenaga dan momentum (kadang-kadang juga terjadi pertukaran muatan listrik, momentum sudut, jumlah nukleon dan paritas).Proses reaksi inti :Partikel yang diam (di kerangka lab) dinamakan sasaran X, sedangkan partikel yang bergerak a disebut proyektilnya dengan tenaga kinetik Ka. Hasil reaksi adalah terbentuk inti residu Y yang bergerak dengan tenaga gerak recoil KY dan satu atau lebih partikel yang dihasilkan (b1,b2, ) dengan tenaga kinetik Kb.Untuk reaksi inti biner dapat ditulis :a + X Y + b + Q atau X (a,b) YBesar energi yang dihasilkan:

931,5 MeV massa inti

931,5 MeV/U massa atom

Q > 0 bernilai positif. Reaksi bersifat eksoergik (eksotermik)Q > 0 bila: m initial > m finalM initial > M finalKarena :Q = (Mm initial - m final) C2 atauQ = M final - M initial= (TY + Tb) (TX + Ta) Q < 0, bernilai negatif, reaksi bersifat endoergik (endotermik).Q < 0 terjadi bila: m initial < m finalM initial < M finalReaksi hanya dapat terjadi apabila Ka > Kambang > 0Partikel yang menjadi proyektil yang bererak dapat berupa elekttron, foton, muon () ataupunpion ().

Reaksi inti hanya terjadi di ruang hampa (P 10-5 Toor). Nilai tenaga ambang ditentukan dengan nilai , mx, maUntuk proses endoergik, reaksi inti ditulis :

Y + b

Untuk reaksi tenaga rendah Kambang dapat dihitung dari nilai , mx, ma dengan rumus :

, dapat dijelaskan sebagai berikut.Dalam kerangka pusat massa C dari sistem (X,a) maupun (Y,b). Momentum keseluruhan sistem lenyap sehingga :

ma (tanda Kc di PM)

. (3.1)Dalam kerangka di lab:

Kecepatan a yaitu merupakan kecepatan relatif a terhadap x

(dalam kerangka PM)Maka, berdasarkan persamaan di atas diperoleh

atau

..(3.2)Atau sebaliknya

..(3.3)Dari persamaan (3.1)Tenaga kinetik sistem (x,a) di kerangka PM (non rul)

..(3.4)

Bila diambil dai persamaan (3) dan Vx dari persamaan (1);

(3.5)

KL

Untuk reaksi endotermik tenaga kinetik sistem (T,b) di kerangka PM bernilai nol sehingga perumusan tenaganya dapat ditulis :Kambang + (ma + mx) C2 = (my + mb)C2

Kambang = Kambang = - Q(PM)

(3.5)

KLTenaga kinetik ambang di kerangka lab :

Kambang (L) = Kambang

Kambang (L) = (-Q) atau

Kambang (L) = |-Q|Di kerangka lab sasaran X diam Tx = 0

=

= massa tereduksi

Mekanisme reaksi intiSebagaian besar data inti yang terkumpul sekarang berasal dari analisis berbagai percobaan reaksi inti. Dalam percobaan ini berbagai inti ditembaki dengan berbagai macam proyektil (radiasi) partikel mapun inti dan kemudian hasilnya diamati. Sebagai proyektil,juga telah digunakan berbagai isotop dengan nomor atom sebesar Z = 18. Biasanya, reaksi inti ini memberi hasil suatu inti sisa akhir( yang biasanya tak teramati) ditambah partikel lain yang teramati secara eksperimental.(kadang-kadang kedua hasil akhir ini diamati bersama).

Reaksi-reaksi inti dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut:PROYEKTIL + INTI SASARAN INTI SISA + PARTIKEL TERAMATIAtau dalam bentuk singkatSASARAN (PROYEKTIL, PARTIKEL TERAMATI) INTI SISADalam setiap persamaan reaksi inti, muatan total (Z total) dan jumlah nukleon total (A total) harus sama pada kedua ruas persamaan.Sebagai contoh, reaksi inti yang pertama kali (diamati oleh Rutherford pada tahun 1919) adalah ;

atau bisa ditulis secara singkat N714 (He, p) O817Reaksi-reaksi inti diklasifikasikan menurut proyektil, partikel teramati dan inti sisa. Jika proyektil dan partikel teramati adalah sama. Maka kita peroleh reaksi hamburan (scattering reaction). Jika inti sisa tetap berada dalam keadaan energi rendahnya atau keadaan dasar, maka hamburannya adalah elastis. Tetapi bila inti sisanya berpindah ke suatu keadaan tereksitasi, maka hamburannya tak elastik.Proses pada saat proyektil yang ditembakkan memperoleh tambahan nukleon dari, atau memberi nukleon ke inti sasaran berturut-turut disebut sebagai reaksi pengambilan (pick up) dan pelucutan (stripping).Reaksi pengambilan dan pelucutan ini seringkali terjadi pada tingkat energi yang cukup tinggi, sehingga kita dapat menganggap bahwa reaksinya langsung (direct).dalam reaksi pelucutan langsung ini dianggap bahwa nukleon mengambil bagian dalam memasuki atau meninggalkan suatu orbit model-kulit tertentu dari inti sasaran tanpa mengganggu nukleon lainnya.

Jenis reaksi lain yang agak berlawanan yaitu proyektil datang dan inti sasaran bersama-sama membentuk sebuah inti baru, yang disebut inti gabungan (compuond nucleus), yang hidup selama selang waktu singkat dalam keadaan suatu eksitasi dan kemudian meluruh. Dalam reaksi inti sebagian zarah proyektil akan dihamburkan dan sebagian lainnya akan diserap oleh inti atom target. Tahap-tahap reaksi inti sbb :1. Tahap zarah bebas Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada setiap reaksi inti selalu terjadi hamburan dan serapan, pada tahap ini sebagian zarah proyektil dihamburkan secara elastis dan sebgaian diserap inti atom target untuk memasuki tahap inti majemuk seperti pada gambar di bawah ini

Gambar 3.1 Mekanisme Reaksi Inti

Pada tahap penyerapan terdiri dari tumbukan dua benda. Hal ini berarti bhw jika zarah proyektil adalah nukleon tunggal, maka zarah tersebut akan berinteraksi dengan sebuah nukleon di dalam inti dan mampu menaikkan energi nukleon ke tingkat energi lebih tinggi seperti pada gambar berikut:

Gambar 3.2 Interaksi Zarah

2. Tahap Inti Majemuk Pada tahap ini sebagian zarah yang diserap dari tahap pertama dihamburkan kembali dalam hamburan elastis majemuk , sebagian lainnya membentuk inti majemuk atau menuju ke tahap akhir melalui reaksi langsung.

3. Tahap Akhir Inti majemuk akan mengalami peluruhan dan memancarkan zarah untuk membentuk inti baru yang stabil. Jika inti majemuk tidak terbentuk maka pada tahap ini akan terjadi reaksi langsung antara lain reaksi fisi dan fusi.Reaksi EksotermPada reaksi inti, reaksi pembelahan inti dan reaksi pernggabungan inti menghasilkan energi yang sangat besar. Susunan sebuah inti dapat diubah dengan cara menembakkan partikel-partikel berenergi tinggi (misalnya neutron) ke sebuah inti sasaran. Tumbukan antara partikel-partikel berenergi tinggi dengan inti sasaran dapat mengubah inti sasaran menjadi inti baru (berbeda dengan inti sasaran). Reaksi seperti ini dinamakan reaksi inti, sedang perubahan yang terjadi disebut perubahan inti (nucleus transmutation).

Orang yang pertama kali tercatat melihat suatu reaksi inti (kadang disebut reaksi nuklir) adalah Ernest Rutherford. Pada tahun 1919 ia mengamati bahwa beberapa partikel yang lewat melaui gas nitrogen diserap dan beberapa proton dipancarkan. Menyimpulkan bahwa inti nitrogen telah berubah menjadi inti oksigen.Misalkan kita melakukan percobaan reaksi inti dalam sebuah laboratorium dengan cara menembakkan seberkas partikel a berenergi tinggi pada inti sasaran X. Setelah reaksi inti terjadi kita mengamati inti baru Y dan sebuah partikel b. Secara Simbolik, reaksi iinti ini kita tulis :a + X Y + b + Q.dengan Q adalah energi reaksi.Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi. Sebelum reaksi (ruas kiri), energi dihasilkan oleh inti sasaran x dan partikel a. Jika X dan a kita sebut reaktan (pereaksi) maka energi sebelum reaksi sama dengan energi reaktan. Sesudah reaksi (ruas kanan), energi dimiliki oleh inti baru Y, partikel b, dan energi reaksi Q. Jika Y dan b kita sebut produk (hasil reaksi) maka energi sesudah reaksi sama dengan energi produk di tambah energi reaksi Q. Sesuai hukum kekekalan energi,energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi.Energi reaktan = energi produk + energi reaksi.Energi reaksi = reaksi reaktan energi produk.Q = [(ma + mx)-(my + mb)] x 931,5 Mev/sma.dengan ma,mx,my,mb adalah massa massa yang harus dinyatakan dalam sma. Ketika Q > 0 maka terdapat energi yang dibebaskan (reaksi eksotermik).Pada reaksi diatas kita menganggap bahwa partikel a dengan energi kinetik Ka ditembakkan pada inti sasaran X yang diam (KX = 0).Kemudian kita amati inti baru Y bergerak dengan energi kinetik KY dan partkel b bergerak dengan energi kinetik Kb. Jadi, energi kinetik sesudah reaksi sama dengan KY + Kb, dan sebelum reaksi sama dengan Ka. Selisih antara energi kinetik sesudah dan sebelum reaksi sama dengan energi reaksi Q. Dengan demikian kita peroleh persamaan :Q = KY + Kb - KaPada reaksi eksoterm ,Q > 0 berarti energinya dilepas dan Q/c2 adalah selisih antara massa diam total awal dan akhir, dan ini tak lain adalah reaksi peluruhan.