BASIC NUCLEAR PHYSICSFISIKA NUKLIR

ATOM

ATOM = INTI ATOM + ELEKTRON

Bagian terkecil suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut.

1. NUKLIDA 2. NUKLIR

INTI ATOM PROTON

NEUTRONPROTON

NUKLEON

CHADWICK + Be Li + n MMNNMMnNNnNN

SIFAT–SIFAT INTI.

Lambang Inti Atom : A ZX N atau X-A

dengan: X = jenis inti Z = nomor proton (Jumlah proton) A = nomor massa (Jumlah nukleon) N = (A-Z) = jumlah neutron

Contoh cara menulis:4

2He2, 147N7, 16

8O8 atau 4He, 14N, 16O atau He-4, N-14, O-16isotop → sifat kimia sama (Z sama), sifat nuklir berbedaO-16, O-17, O-18 → isotop, Z sama (8)U-235, U-238 → isotop, Z sama (92)isoton → N samaIsobar → A samaisomer → A, N, Z sama, tenaga beda, misal 14N dan 14N*

MuatanProton mempunyai muatan positif, +eElektron mempunyai muatan negatif, -eNeutron tidak bermuatan

Susah dideteksiMuatan elementer (e )= 1.602 177 33 x

10-19 C

Massa Inti(“1 + 1 ≠ 2”)

Masa inti m ≈ Zmp + Nmn

Satuan massa inti:

Karena mudah diperoleh dan dimurnikan sebagai standar, secara

internasional disetujui digunakan massa satu atom isotop C-12 (6

proton, 6 neutron, 6 elektron) = 12 u (unified mass unit)

1 mole atom C-12=12 gr=NA atom C-12

1 atom C-12=12/NA gr=12 u

Jadi 1 u = 1/NA=1.660 559 x 10-27 kg,

Ingat: Bilangan Avogadro NA = 6,0221367 ×

1023 mol-1

Massa Intiu disebut satuan massa atom (sma)

Massa proton mp = 1,0077276470 u Massa neutron mn = 1,008 665 uMassa elektron me = 0,00054857 u

Dari E = mc2 me = 0,51099906 MeV/c2 = 9,1093897× 10-31 kg.

mp = 938,27231 MeV/c2 =1,672631 × 10-27 kg.

1 u = 931,494 MeV/c2 atau MeV

Ringkasan massa

Massa

Partikel kg u MeV/c2

Proton 1.6726 x 10-27 1.007276 938.28

Neutron 1.6750 x 10-27 1.008665 939.57

Electron 9.109 x 10-31 5.486x10-4 0.511

Massa Inti

massa neutron mn = 1,008 665 u, massa proton mp = 1,007 276 u → mn + mp = 2,015 941 u, 1 u = 931,5 MeV/c2

Inti-atom deuterium → deuteron, terdiri dari 1 proton dan 1 neutron → md = 2,013 552 u < mn + mp

mn + mp − md = 0,002 389 u = 2,225 MeV/c2 ≈ 0,2% mp

→ Energi ikat inti deuteron

Tenaga ikat elektron dalam atom H 13,6 eV ≈ 0,003 % me

Tenaga ikat molekul hidrogen (H2) 4 eV ≈ 0,0000004 % (mp + me)

UKURAN INTI DAN ATOM:Ukuran jerjari inti= 10-14- 10-15 m, femto meter (10-

15 m)=1 FermiUkuran jejari atom= 10-9- 10-10 m, nano meter(10-9 m),Angstrom(10-10 m)

KERAPATAN INTIA/V ~ tetap, A = jumlah nukleon, V = volume inti atom. Jika inti-atom berbentuk bola → V = (4π/3) R3 →

R3 ~ A

→ R ~ A1/3 → ruji inti R = Ro A1/3 → Ro = 1 - 4,5 fm

(tergantung jenis eksperimen),

biasa diambil Ro = 1,2 × 10-15 m

Ruji 27Al R = 1,2 × 10-15 m × 271/3 = 3,6 × 10-15 mRuji 216Ra R = 1,2 × 10-15 m × 2161/3 = 7,2 × 10-15 m → dengan 8× jumlah nukleon ruji 216Ra 2× ruji 27Al

Rapat massa materi inti

ρm = m/V = (A × 1u)/(4π/3)R3 = (A × 1u)/(4π/3) Ro

3A = (1u)/(4π/3)Ro3

≈ (1,6×10-27 kg)/{4×(1,2×10-15)3} m3 = 2×1017 kg/m3

Jika volume inti V = 1 cm3, maka massa inti m = ρmV = 2 × 1017/ (1 × 106) kg = 2 × 1011 kg = 200 juta ton!!!

Energi Ikat Inti dan Konsep Cacat Massa

Mengapa Proton dan Neutron Terikat Membentuk Inti Atom ?

Apa yang mengikat proton dan neutron ?Bagaimana dengan gaya Coulomb antar proton?

FAKTA : JUMLAH MASSA NUKLEON PADA KEADAAN BEBAS TIDAK SAMA DENGAN MASSA NUKLEON KETIKA MEMBENTUK INTI

md < mn + mp

   

Energi ikat (B=binding energy)

Untuk inti-atom massa m dan tenaga ikat B berlaku m = Zmp + Nmn – B/c2

Dengan massa atom M = Zmp + Nmn + Zme – B/c2

B = (Zmp + Nmn + Zme – M)c2

B = {ZM(1H) + Nmn – M(AZXN)}c2

Contoh: B(4He) = 2M(1H) + 2mn – M(4He) = 28,30 MeV

Defek massa korelasi dengan energi ikat inti. Perbedaan energi antara energi inti dengan energi penyusun inti (nukleon) disebut energi ikat. Juga bisa dipandang sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi proton dan neutron

PERBEDAAN MASSA PENYUSUN INTI DAN INTI DISEBUT PENYUSUTAN MASSA ATAU CACAT MASSA atau DEFEK MASSA

(AX) =(M(AX) – A)c2 , A=N+Zdalam satuan u: M(AX) = A + Δ(AX)

Contoh: M(4He) = 4 + 2,424 MeV / (931,5 MeV/u) = 4,002 602 u

B(4He) = 2M(1H) + 2mn – M(4He) = 2{AH + Δ(H)} + 2{AH + Δ(n)} – {AHe + Δ(He)} = 2{1 + Δ(H)} + 2{1 + Δ(n)} – {4 + Δ(He)} = 2 Δ(H) + 2 Δ(n) – Δ(He) = 2 × 7,289 MeV + 2 × 8,071 MeV – 2,424 MeV

= 28,30 MeV

Perbedaan antara energi inti dengan energi penyusun inti (nukleon) disebut energi ikat. Juga bisa dipandang sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi proton dan neutron

Tenaga pemisahan (S) untuk melepas satu neutron (neutron separation energy) dari 4He → 3He + n S(4He → 3He + n) = M(3

2He) + mn – M(42He) = 20,58 MeV

Pada Tabel ada dua penyajian (dalam satuan u=sma):

•Massa atom •Cacat massa atom

Spin Inti dan Momen magnet spinProton atau neutron mempunyai spin intrinsik :

1/2Momentum angular orbit inti I(I+1)

(I=bilangan kuantum spin inti, bulat atau ganjil)p= gp Is N sedangkan n= gn Is N

Magneton Inti (satuan momen magnet spin inti) N=(eh)/(4mp)=5.05x10-27 J/T analogi dengan elektron B = 9.274 x 10-24 J/T

Momen Magnetik secara eksperimen proton 2.7928 n sedangkan neutron -1.9135 n

Momentum Angular Spin Inti

PR-11. Jelaskan bagaimana cara menentukan

besarnya massa suatu atom2. Jelaskan bagaimana cara menentukan

besarnya jejari inti atom3. Jelaskan bagaimana cara menentukan

besarnya moment magnet inti atom (proton).