7/25/2019 BETA GUA

1/34

PENDAHULUAN FISIKA INTI

PELURUHAN SINAR BETA ()

Disusun Oleh :

Riza Kusumawati 1!"!1#$1%

A&hma' S()a*i 1!"!1#$!"

Pen'i'i+an Fisi+a B !1

UNI,ERSITAS NE-ERI SURABA.A

FAKULTAS /ATE/ATIKA DAN IL/U PEN-ETAHUAN ALA/

0URUSAN FISIKA

!1

PELURUHAN BETA

A2 Pen'ahuluan

7/25/2019 BETA GUA

2/34

Suatu proses peluruhan radioaktif yang tidak mengubah nomor massanya tetapi

mengubah nomor atomnya digolongkan sebagai peluruhan . Dalam peluruhan tidak

melibatkan perubahan nomor massa A, yaitu A=0, tapi selalu ada perubahan dari

muatan inti karena inti hanya terdiri dari neutron dan proton membutuhkan konversi

muatan listrik. Dalam pemancaran -, neutron dikonversi menadi proton, !=".

Demikian pula dengan perubahan #dan penangkapan elektron melibatkan muatan proton

menadi neutron, yaitu !=-".

$ada gambar " menunukkan bah%a suatu inti yang stabil memiliki umlah proton

dan umlah neutron yang sama &'=!, atau '(!="). *nti radioaktif yang berada diba%ah

garis kestabilan memiliki banyak proton dan inti radioaktif yang berada diatas garis

kestabilan memiliki banyak neutron. Sebuah inti yang kelebihan neutron agar menadi

stabil dengan mengubah neutron menadi proton dengan memancarkan -. *nti yang

kelebihan proton akan menadi stabil dengan mengubah proton menadi neutron dengan

memancarkan #.

B2 P*(ses Te*3a'in4a Pelu*uhan Beta

$eluruhan merupakan enis peluruhan yang paling umum dikenal, sebab hampir

semua nuklida tidak berada pada daerah kestabilan. $roses peluruhan meliputi pancaran

elektron secara langsung dari inti. +aik elektron yang bermuatan negatif maupun positron

Peluruhan Beta 1

Gbr 1. Grafk kestabilan inti

7/25/2019 BETA GUA

3/34

Gbr 2.Skema Tingkat Dasar Proton dan Neutron dalam Peluruhan Beta

tak mantap mantap takmantap

yang bermuatan positif dapat dipancarkan oleh inti yang sama dalam beberapa kasus

khusus. Ada tiga enis proses teradinya peluruhan

". pemancaran elektron&-) X Y+ e+v10

Z+1A

ZA

. pemancaran positron & #) X Y+ e+v+10

Z1A

ZA

. penangkapan elektron X+ e Y+vZ1A

10

ZA

$roses teradinya peluruhan dapat dielaskan dari skema tingkat dasar proton dan

neutron seperti pada gambar diba%ah ini.

/etiga nuklida memiliki umlah nukleon yang sama sebesar ", tetapi umlah

neutron dan protonnya berbeda. C612

merupakan inti stabil denganumlahneutron dan

proton yang sama &'=!=). $ada B512

dengan '=1 dan !=2 sehingga memiliki &'3!) dan pada

nuklida N712

dengan '=2 dan !=1 sehingga memiliki &'4!).

5nergi yang ditunukkan pada gambar menelaskan bah%a energi tak mantap lebihbesar daripada energi yang mantap. Dikarenakan nuklida C6

12sudah stabil sehingga

nuklida tersebut tidak dapat melepas maupun menerima elektron. Dan sebaliknya untuk energi

yang tak mantap B512

dan N712

belum stabil.

a2 Peman&a*an Ele+t*(n

*nti atom B512

yang tak stabil meluruh dengan mengubah satu neutronnya menadi proton

agar stabil menadi C612

. $erubahan neutron menadi proton karena massanya lebih besar

daripada proton yang lebih ringan sehingga tidak dapat bertransformasi menadi neutron. /arenamuatannya harus kekal maka harus dibentuk satu muatan negatif &elektron). 'amun demikian

karena elektron tak dapat berada dalam inti atom maka ia harus dikeluarkan dan dipancarkan

sebagai radiasi sinar - dan anti neutrinosebagai berikut

B Y+ + v10

6

12

5

12

$roses pemancaran elektron dapat diabarkan sebagai berikut

0

"" eYX A

Z

A

z + +

Peluruhan Beta 2

Sumber 'iyatmo.006

7/25/2019 BETA GUA

4/34

Dengan menganggap inti indukXAZ bermassa 7pmeluruh menadi inti anak

YA

Z " bermassaMddan partikel beta positif atau negatif dengan massa m./arena inti

induk dalam keadaan diam sebelum peluruhan, inti anak dan partikel beta harus berada

dalam arah berla%anan setelah meluruh sehingga memiliki kekekalan momentum linier.

EidanEfadalah energi total sistem sebelum dan setelah peluruhan. +erdasarkan prinsip

konservasi energi

= fi EE &")Atau dapat ditulis

+++=

KcmKcMcM eddp

---

DimanaKddanK-

adalah energi kinetik dari inti anak dan partikel beta negatif.Selanutnya, energi disintegrasi Qdari proses ini dirumuskan dengan

( ) -cmMMKKQ edpd =+=

&)

Adapun syarat teradinya peluruhan spontan adalah Qharus bernilai positif. Apabila

M(Z) danM(Z+1)adalah massa atom induk dan massa atom anak, setelah mengabaikan

energi ikat yang sangat kecil dari elektron maka,

M( Z)=Mp+Zme Mp=M( Z)ZmeM( Z+1 )=Md+( Z+1 )me Md=M(Z+1 )(Z+1 ) me

Substitusikan persamaan diatas kedalam persamaan &), sehingga diperoleh

( ) -cmMMQ edp =

( ) ( ) ( )( )[ ] -"",, cmmZZAMZmZAMQ eee ++=

( ) ( ) ( )( )[ ] -"",, cmmZZAMZmZAMQ eee +++=

( ) ( )( )[ ] -",, cmmZmZAMZmZAMQ eeee +++=

( ) ( )[ ] -",, cZAMZAMQ +=

&)

$ersamaan ini menyatakan bah%a peluruhanakan teradi kapan saa massa

atom induk lebih besar dari massa atom anak, dan energi disintegrasi, Q, yang dilepaskan

sebagai energi kinetik sama dengan perbedaan massa mereka.

)2 Peman&a*an P(sit*(n

8ntuk N712

umlahproton lebih besar dibandingkan dengan cacah neutronnya, sehingga

inti tersebut meluruh dengan mengubah satu protonnya menadi neutron disertai dengan

pemancaran 9arah positif dalam bentuk # dan neutrinosebagai berikut

Peluruhan Beta 3

7/25/2019 BETA GUA

5/34

L

inti

elektron

Sinar !

"lektron #uger

Gbr 3$Tangkapan elektron dan pan%aran auger

N Y+ +v+10

6

12

7

12

$roses pemancaran positron dapat diabarkan sebagai berikut

0

"" eYX A

Z

A

z +

5nergi disintegrasi untuk proses ini diberikan oleh( ) -cmMMKKQ edPed =+=

&:)

$ernyataan persamaan ini dalam terminologi massa atomik, di mana

( ) ZmMZM ep +=

( ) ( )"" += ZmMZM ed &2)dan didapatkan

( ) ( )[ ] --" cmZMZMQ e=&)/arena Qharus positif, peluruhan positron dari suatu atom akan teradi hanya ika

massa diamnya lebih besar dari umlah massa diam dua elektron dan suatu atom dengan A

sama dan denganZberkurang satu.

&2 Penan5+a6an Ele+t*(n

$ada proses peluruhan ini, karena gaya columb lebih besar daripada gaya ikat inti

maka satu elektron orbit ditangkap proton dalam inti atom sehingga berubah menadi

neutron. Dalam hal ini cacah nukleonnya tetap, tetapi satu protonnya berubah menadi

neutron seperti pada proses peluruhan #, seperti ditunukkan gambar diba%ah berikut,

$roses ini dielaskan oleh persamaan sebagai berikut

A

Z

A

Z YeX "0

" +

.

5nergi disintegrasi pada kasus ini diberikan oleh

( ) ( )[ ] -" cZMZMQ +=&1)

Supaya penangkapan elektron teradi, massa atom induk harus lebih besar dari massa

sebuah atom denganAsama dan denganZberkurang satu. $roses ini memenuhi energi

apyang ditunda oleh dua proses peluruhan beta lainnya.;ika elektron-elektron inti berat,

Peluruhan Beta &

Sumber'iyatmo.006

7/25/2019 BETA GUA

6/34

dalam proses dari elektron-elektron itu bergerak melingkar yang dekat dengan inti

&gambartangkapan pancaran dan elektron auger), maka elektron-elektron tersebut akan

ditangkap.

5lektron dari orbit / ditarik oleh inti atom sehingga kulit / menadi tidak stabil,

agar orbital tetap stabil maka orbital / menarik satu elektron dari orbit < sehingga

elektron menalani de-eitasi sambil memancarkan radiasi sinar-. Sinar- ini, kadang

berinteraksi dengan elektron orbit < atau lainnya sehingga elektron tersebut terpental

keluar dari gugus atom dan disebut e!e"tron Auer.

$ada peluruhan beta ketidaksesuaian dengan hukum kekekalan energi dimana energi

sebelum sama dengan energi sesudah, namun pada peluruhan beta momentum linear dan

momentum sudut tidak kekal. Dalam peluruhan beta nuklide tertentu arah elektron yang terpencar

dan inti recoil dapat diamati, ternyata arah tersebut tidak selau tepat seperti yang diramalkan oleh

>ukum kekekalan momentum linear. /etidakkekalan momentum sudut diturunkan dari spin ?

dari elektron, proton, dan neutron. da partikel ketiga yang dipancarkan pada peluruhan beta

ini. Agar tidak melanggar hukum kekekalan momentum maka ada partikel ketiga ini

bermuatan elektrik nol dan memiliki spin ?. >ilangnya energi ini tidak lain adalah energi

yang diambil partikel ini. $artikel ini disebut neutrino & v ), neutrino ini memiliki massa

diam nol. 'eutrino ini uga memiliki anti partikel yang dinamakan antineutrino. 'eutrino

berfungsi untuk memuta arah elekrton. 'etrino sendiri memiliki arah searah arum am

sedangkan anti neutrino berla%anan arah arum am

"2 PEN-UKURAN ENER-I PARTIKEL BETA 78

$engukuran energi partikel beta melibatkan dua enis elektron. $ertama, elektron

yang dipancarkan dalam proses peluruhan beta selalu memiliki distribusi energi yang

kontinu yang memerlukan pengukuran energi maksimum. /edua, elektron konversi yang

dipancarkan oleh proses berikut dalam proses peluruhan gamma, yang biasanya mengikutipeluruhan beta, inti memberikan energi ke elektron orbital bukan memancarkan sinar

gamma. elektron ini disebut elektron konversi.

$oin penting sehubungan dengan peluruhan beta adalah teori relativitas, karena

partikel beta yang dipancarkan dari inti radioaktif memiliki kecepatan yang mendekati

kecepatan cahaya, pergerakan mereka harus dielaskan dengan teori relativitas daripada

mekanika klasik. $engukuran yang tepat untuk mengukur besar energi dan spektrum

partikel beta adalah dengan menggunakan spektrometer magnetik. +erikut ini, kita akan

membahas pengukuran menggunakan spektrometer magnetik.

Peluruhan Beta '

7/25/2019 BETA GUA

7/34

S6e+t*(mete* /a5neti+2

Spektrum sinar beta dari unsur-unsur radioaktif alami pertama kali dianalisis oleh

ahn. 5lektron dibelokkan oleh medan magnet dan dicatat dengan metode

photograpich. +entuk peningkatan spektrum sinar beta yang fokus pada spektrometer

magnetik berbentuk setengah lingkaran. eori dan desain dari beberapa spektrometer

dielaskan oleh / Siegbahn. +erikut merupakan gambaran singkat desain dan teori

spektrometer sinar beta

/inera berbagai enis spektrometer dibandingkan dengan angka merit, yang

didefinisikan oleh rasio # $ %. #adalah koefisien transmisi, yang didefinisikan sebagai

fraksi dari umlah partikel energi yang diberikan atau momentum yang dipancarkan oleh

sumber yang diterima oleh detektor.%adalah resolusi, yang didefinisikan sebagai&E $ Edi

mana&Eadalah lebar maksimum pada energi 5. plot biasanya terbuat dari umlah elektron

dibandingkan momentum partikel beta &'r). Sinar beta spektrometer magnetik terbagi

menadi tiga bagian seperti berikut

". spektrometer fokus setengah lingkaran

. spektrometer lensa magnetik

. spektrometer fokus ganda

a. Spektrometer Fokus Setengah Lingkaran

7etode ini sama dengan partikel B yang menggunakan prinsip "C00, atau focus

setengah lingkaran menggunakan desain berbeda. $artikel auh lebih ringan dari partikel

B. 7edan magnet yang biasa digunakan untuk partikel adalah "000 gauss dan partikel B

menggunakan medan magnet sebesar "0000 gauss.

Sumber partikel beta diendapkan pada ka%at dengan panang dan diameter dalam

satuan milimeter yang ditempatkan dalam ruang yang terevakuasi. Sebuah sinar elektron

dikeluarkan pada celah A+ &ambar C.) untuk fokus, dengan penerapan medan magnet

tegak lurus terhadap bidang gerak partikel. erak diatur oleh persamaan

He=m 2

&C.")

Dimana m adalah massa relativistik yang diberikan oleh

m0

12

c2

dan E adalah

ari-ari kelengkungan. Dengan menulis ulang persamaan &C.") kita dapatkanp=eH &C.")

Dimanapadalah momentum relativistik. Setelah momentum diketahui, energi

kinetik dapat dihitung

K=mc2m0 c2=EE0

Peluruhan Beta (

7/25/2019 BETA GUA

8/34

)

)! *2+

B

#

,

)! *

o

b%

2

E=p2

c2+E

0

2

K=p2

c2+m

0

2c4m

0c2

&C.":)

$elat fotografi berguna untuk merekam seluruh spektrum dalam satu pencahayaan,

tetapi memiliki kelemahan yaitu sensitivitas lebih rendah dan tidak lurus. Secara

kuantitatif menggunakan penghitung eiger. $enghitung ditempatkan dalam posisi ketika

medan magnet divariasikan. ;umlah partikel beta mencapai penghitung, per satuan %aktu,

diperoleh untuk nilai yang berbeda dari'. /arena bernilai tetap, masing-masing

nilai H sesuai dengan nilai yang berbeda darip. $lot umlah dibandingkan Hr

memberikan kurva distribusi momentum.

Gbr.& -okus Spektrometer Setengah Lingkaran

Sebuah cahaya mele%ati lintasan melalui pusat celah $F &celah mendefinisikan

penerimaan sudut B) memiliki diameter SA &gambar C.:). Setiap lintasan lain membuat

sudut B dengan lintasan sentral memotong diameter di +.

7/25/2019 BETA GUA

9/34

xy=2

xz=2 coszy=xyxzzy=22 cos

1coszy=AB=2

2 2 sin2/ 0

4 sin2/ Apabila 9y = %"0maka,

1cos

wI0=2

&C."2)

7enurut $ersamaan &C."2) posisi + adalah bentuk gambar asimetris. $ersamaan

&C."2) uga berlaku untuk elektron yang membuat sudut kecil dengan cahaya tegak lurus

terhadap medan magnet.

;ika sumber bukan

sumber titik melainkan memiliki lebar sebesar s, maka

wI=+wI0=+ 2

&C.")

7enggabungkan persamaan &C.") dan &C.") untuk nilai tetap dari medan

magnet, resolusi momentum diberikan oleh

!p=d

w1

=

(

+2

)&C."1)

Dan resolusi energinya adalah

E=1

2m v

2

E=1

2p v

=1

2(

+2) &C."C)

Apabila memiliki lebar maka resolusi energinya menadi

Peluruhan Beta

Dimana

Gos ="-sin , cos

= "- sin?

"-cos ="-&"- sin

? )"-cos = sin?

br.2.

7/25/2019 BETA GUA

10/34

!=1

2(

+w

+2)

&C."6)

/oefisien transmisi untuk celah melingkar, $F adalah

1cos

"= #

4 $=2$

&C.0)

b. Spektrometer Lensa Magnetic

+anyak spektrometer sinar beta telah dikembangkan menggunakan fokus seragam,

medan magnet longitudinal. 7etode ini menunukkan bah%a fokus terbaik bagi elektron

yang dipancarkan dari sumber titik terletak pada sumbu yaitu cincin tegak lurus terhadap

sumbu.

$ertimbangkan sumber titik, S, ditempatkan di titik pada sumbu medan magnet

homogen yang dihasilkan oleh solenoid panang &gambar C.2a). 5lektron dari momentum

pdipancarkan pada sudut B dengan sumbu akan mengikuti alur heliks sebelum di H.

Sumber memancarkan partikel -mele%ati +affle system yang didalamnya

terdapat ka%at solenoid yang dilaluiarus listrik sehingga terdapat arus listrik. baffle

system berfungsi untuk memilah elektron yang unggul sehingga fokus dan dapat

membentuk lintasan heli. $artikelnya mengikuti arah arus listrik.

Gbr 'a spektrometer lensa magnetik

$ermukaan yang dihasilkan oleh semua elektron ini ditunukkan pada &gambar C.2b)

arak SH dapat dihitung dengan prosedur berikut /ecepatan partikel dapat

diselesaikan menadi dua komponenI sin tegak lurus, dan cos . ;alur heliks

adalah resultan dari gerak melingkar beraturan dengan kecepatan sin tegak lurus

terhadap magnet, dan cos sepanang arah medan magnet. $ersamaan yang me%akili

gerakan ini adalah

Peluruhan Beta

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

11/34

)

br .2b permukaan yang dihasilkan oleh elektron dari yang ditentukan J

Hm = Hs

vm

vmv

-

=

=

e'

e'

, karena bergerak pada sumbu y &

7/25/2019 BETA GUA

12/34

r

r

4

4

cos

cos

'(=

&C.:)

( )

=

=

=

-"

-

:-"

-

sin-"-

-

-

-"-

'e

p

'e

p

'e

p

c. Spektrometer Fokus GandaDua elektron dipancarkan dalam satu arah, sebuah elektron ditembakkan pada

lintasan tetapi arahnya lurus, kemudian ditembakkan lagi elektron lainnya yang searah

dengan elekron sebelumnya tetapi membentuk sudut, agar sinar " dan sinar terfokus tada

satu titik yaitu detektor maka ditambahkan medan magnet disepanang lintasan dengan

besar yang berbeda sehingga sinar dapat membelok dan terfokus pada satu garis, sehingga

dapat ditangkap detektor yang terdapat pada uung. Semakin mendekati detektor medan

magnet semakin besar. $enambahan medan magnet yang homogen ini menyebabkan

berkas elektron yang ditangkap detektor lebih banyak. Spektrometer fokus ganda memiliki

resolusi tinggi dari setengah lingkaran fokus spektrometer dan koeffisien transmisi tinggi

dari spektrometer lensa.

Gbr 6 skematik spektrometer fokus ganda

Peluruhan Beta 11

/arena sudutnya sangat

kecil maka

cossin

br a lukisan arah medan magnet untuk kecepatan linear

7/25/2019 BETA GUA

13/34

Spektrometer ini didasarkan pada perilaku osilasi bebas dari partikel bermuatan

dalam medan magnet aksial simetris bervariasi dengan radius tersebut.

H=H0(

r0

r)

)

0 4 n 4 " &C.1)

Dimana H0 adalah nilai'pada sumber berada pada arak r0 dari sumbu

simetri. 5lektron yang dipancarkan dari sumber dalam bidang tegak lurus sumbu akan

menelaskan gerakan orbital dengan frekuensi

&0=

r0

=e H0/m &C.C)

Dimana m adalah massa relativistik. ;ika elektron yang diberikan pada sudut kecil

akan berosilasi dengan frekuensi radial &r dan frekuensi aksial &z

&r=(1))1

2 &0

&C.6)

&z=)1

2 &0

&C.0)

$embuktian atau penurunan rumus untuk persamaan &C.6) dan &C.0) terdapat

dilampiran

7asing-masing ika n="( radial dan frekuensi aksial adalah sama untuk n="(

H * r1 /2 &C.")

&r=&z=&0 /2& &C.)*ni berarti bah%a kedua osilasi berada dalam fase, dan mereka akan menadi fokus

setelah setengah osilasi.

Pem)u+tian Pe*samaan #29 7Spektrometer Fokus Ganda8

Dengan menganggap sebuah medan B (r ) simetri pada sebuah sumbu z .

Selain itu, diumpamakan terdapat sebuah cermin yang digunakan untuk menentukan

simetri tersebut, cermin diletakkan pada posisi z=0 . /arena medan magnet B (r )

sebagai medan vektor, maka gradien vektornya dinyatakan oleh ( + Bz+ r)0 yang dapatdimisalkan sebagai , - , dan diasumsikan konstan. +erdasarkan persamaan 7a%ell

x B=0 , memberikan arti bah%a dari semua komponen arah vektor harus bernilai nol.

$ada komponen . dari x B , dapat dituliskan sebagai berikut.

+ Br+ z

+ Bz+ r

=0 &C.6a)

Dengan menggunakan ekspansi aylor pada arah z , diperoleh hasil.

B r(r / z )=Br(r /0 )+( + Br+ z)0z+0 &C.6b)B r(r / z ) 1-z &C.6c)

Peluruhan Beta 12

7/25/2019 BETA GUA

14/34

Dimana hasil tersebut merupakan alternatif yang paling sesuai pada arah z dan

bernilai nol pada posisi mediannya.

Dengan menganggap sebuah muatan partikel bergerak pada posisi mediannya, yaitu

padar=r

0

dengan kelauan v dan kelauan angular&

0=v /r

, maka denganterpenuhinya >ukum * 'e%ton yang melibatkan gaya magnetik dan gaya sentripetal pada

spectrometer fokus ganda, maka dapat dituliskan

B ( r0/0 ) ev=m v

2

r0&C.6d)

e

m=

&0

B (r0

/0)&C.6e)

+agaimanapun uga akan bernilai nol, ika partikel berpindah pada arah z

terhadap posisi mediannya, maka gaya magnetiknya yang a%alnya bernilai B ( r0/ z ) ev

dapat ditulis sebagai ( -ev )z . $ada posisi median tersebut, partikel mengalami erak

>armonik Sederhana &>S). Dengan konstanta gaya 2z menyatakan nilai dari -ev

atau &0 r0 . Dengan frekuensi dari >S dinyatakan oleh

&z=( 2zm)1

2=( &0 r0m )1

2 &C.6f)

Dengan mensubstitusikan persamaan C.6e pada persamaan C.6f, maka diperoleh

&z=&0[ - r0B0(r )]1

2

&C.6g)

Dimana kuantitas yang berada didalam akar pangkat dua dapat dinyatakan sebagai

) , sehingga sesuai dengan persamaan C.0.

;ika partikel terdorong keluar dengan perpindahan 3 r dari keadaan orbit

setimbangnya, maka gaya magnetik yang menuu kedalam dinyatakan oleh B (r+3 r ) ev

.

(r=B (r0+3 r ) ev=ev [B ( r0 )- 3 r+0] &C.6h)

Dengan percepatan sentripetal pada orbit yang luas dinyatakan oleh

4c= v

2

r0+3 r1(

v2

r0)(1

3 r

r0) &C.6i)

Sedangkan percepatan radial dapat ditentukan dari persamaan berikut.

(r=m 4c+m 4r &C.6)

Dengan memadukan persamaan C.6h, C.6i, dan C.6d, diperoleh

Peluruhan Beta 13

7/25/2019 BETA GUA

15/34

4r=3 r &02(- r

0

B0+1) &C.6k)

/ita kembali pada kasus >S sebelumnya dengan sebuah konstanta gaya 2r dari

m4r

3 r, dengan frekuensi angular dinyatakan oleh

&r=( 2rm )1

2 &C.6l)

&r=&0[- r0B ( r0 )+1]1

2

Apabila- r

0

B (r0 )dinyatakan sebagai ) , maka persamaan C.6l memiliki hasil

yang sama dengan persamaan C.6. dimana persamaan C.6 tersebut merupaka frekuensi

angular pada arah radial.

&r=&0[1) ]1

2 &C.6m)

$2 ENER-I .AN- HILAN- KARENA ELEKTRON

$roses dimana elektron menghilangkan energi dalam perpindahan medium

sangatlah rumit dibandingkan energi yang hilang karena oleh partikel bermuatan berat.

/omplikasi ini timbul untuk bidang-bidang berikut

". /arena massa yang kecil dan kecepatan yang tinggi dari partikel beta, maka hal ini

menadi perlu untuk mempertimbangkan efek relativitas. /ecepatan partikel beta

mendekati kecepatan cahaya sehingga sulit untuk menentukan energi yang hilang.

. Sebaliknya untuk massa yang berat,elecktron mungkin kehilangan sebagian besar dari

energi kinetic dalam tabrakan tunggal. umbukan tunggal teradi yaitu tumbukan

antara elektron dengan elektron sehingga energi kinetik elektron yang menumbuk

akan ditransfer ke elektron yang ditumbuk. >al ini teradi tidak karena massa elektron

yang besar berpindah-pindah, tetapi sangat sulit untuk membedakan antara electron

insiden dan target elektron. Salah satu yang memiliki energi yang lebih tinggi setelah

tumbukan disebut insiden &atau primer) elektron.

. umbukan antara elektron dan atom, dimana elektron hanya dibelokan tanpa ada

energi yang hilang &tumbukan sempurna), hal ini sering teradi. +eberapa hamburan

ini membuat bingung dalam pengukuran kehilangan energi kedepannya.

:. 5lektron yang berkecepatan tinggi menumbuk atom, energi elektron ditransfer ke

atom sehingga elektron yang terdapat pada atom mengalami ionisasi dan eksitasi

Peluruhan Beta 1&

7/25/2019 BETA GUA

16/34

karena elektron pada atom memilki energi yang cukup untuk eksitasi sendiri.

umbukan antara elektron dengan atom mengakibatkan elektron tereksitasi dengan

memancarkan sinar

2. 5lektron yang dipancarkan dalam proses peluruhan beta tidak memiliki kesamaan

energi. >anya memiliki energy distriusi yang terus-menerus antara nol dan

maksimum.

Semua faktor ini sulit diprediksi secara teoritik dari energi yang hilang oleh

elektron. 8ntuk energi elektron yang relative kecil, kehilangan energi terutama disebabkan

oleh eksitasi dan ionisasi elektron dalam atom dari bahan yang digunakan untuk

menghentikan. $ada kenyataannya, kehilangan energi per sentimeter dengan proton tidak

berbeda auh dari elektron yang berkecepatan sama. 8ntuk elektron denganenergi tinggi,

kita akan mempertimbangkan hilangnya energi dengan proses berikut

a2 Ene*5i 4an5 hilan5 a+i)at tum)u+an ta+ sem6u*na2

umbukan yang tak sempurna ini mengakibatkan elektron terperangkap

kedalam atom dan menadi satu.

$ersamaan dari stopping po%er untuk partikel bermuatan berat: - -

-

: -ln& )

dE e z m*+Z

d( m* !

=

&1.1)

>arus diubah untuk dua alasan yang berbeda.a) karena mereduksi massa dari dua sistem elektron. 8ntuk kondisi log

mv harus disubtitusi ke log mv.

b) *dentifikasi dari elektron berenergi tinggi seperti kemunculan elektron

primer dari batas energi tumbukan yang hilang pada berbagai tumbukan

adalah Kmvbukan ?mv. /oreksi ini teradi karena persamaan untuk

elektron adalah 54mv

: -

-

: -ln 0."2

dE e m*+Z

d( m* !

= +

&C.)

8ntuk kasusr elativitas elektron, persamaannyaadalah

( ) ( ) ( )

: - -- - - -

- - -

- - "ln - " " ln - " " "

C- "

dE e m*+Z

d( m* !

= + + +

&C.:)

Peluruhan Beta 1'

7/25/2019 BETA GUA

17/34

Dimana 5 adalah energi kinetik dari incident electron dan =L(G .8ntuk kasus

elektron yang lambat dimana 44", persamaan C.: sama seperti C.. 8ntuk

keadaan dimana relativitas partik elekstrim persamaan C.: dirubah menadi

: -

- - -

- "ln - C

dE e +Z E

d( mc mc !

= +

&C.2)

)2 Ene*5i 4an5 hilan5 'a*i ele+t*(n 4an5 &e6at +a*ena *a'iasi

$emancaran radiasi gelombang elektronik &sinar -kontinyu) ketika radiasi beta,

dibelokkan atau diperlambat oleh inti atom bermuatan positif. $embelokkan ini karena

gaya ikat inti lebih besar daripada gaya coulumb, sehingga partikel hanya dibelokkan tidak

tertarik. 8kuran partikel beta auh lebih kecil dan kecepatannya auh lebih besar daripada

partikel alfa sehingga partikel beta dapat masuk mendkati inti atom.

7enurut teori elektromagnetik klasik, percepatan pancaran energi elektromagnetik

partikel bermuatan pada tingkat tertentu diberikan oleh persamaan berikut: -

-

-

dE e a

dt c

=

Dimana partikel bermuatan seperti elektron dan proton berpindah di dalam inti itu

dipercepat dan memancarkan gelombang elektromaknetik. Madiasi ini disebut

,remtra.!un. $ada persamaan &C.) energi radiasi berbanding lurus dengan kuadrat

dari percepatan. 7eskipun energi radiasi berbanding terbalik dengan kuadrat massa karena

a=H(m, dimana H adalah gaya dan m adalah massa dari partikel bermuatan. >al ini

menelaskan mengapa efek radiasi harus dipertimbangkan dalam kasus elektron yang

bergerak cepat dan dapat diabaikan untuk partikel bermuatan berat, seperti proton, partikel

alpha, meson, dan seenisnya.karena gaya adalah sebanding dengan !

, di mana ! adalahnomor atom dari bahan yang diserap. $erhatikan bah%a kehilangan energi oleh radiasi

Peluruhan Beta 1(

br 1. $roses teradinya +remstrahlung

&C.)

7/25/2019 BETA GUA

18/34

sebanding dengan ! dan meningkatkan logaritmis. @leh karena itu pada energi tinggi,

kerugian radiasi besar.

;ika energi yang hilang oleh radiasi adalah yang paling dominan, panang radiasi

didefinisikan sebagai panang lintasan absorber dimana elektron muncul dengan 1$eenergi

a%al. 5nergi kritis, 5e, didefinisikan sebagai energi elektron dimana kehilangan energi

oleh ionisasi sama dengan kerugian radiasi. *ni telah ditunukkan oleh >. +ethe N. >eitler

pada

-"00

c

mcE

Z=

Dan kerugian radiasi untuk kehilangan energi ionisasi ditunukan oleh

-"00

rad

ce!!

dEEZd(

dE mc

d(

=

dimana mc= 0.2" 7ev.

Sebagai contoh 5am)a* # menunukan total kerugian energi untuk elektron, dimana

tota! ce!! rad

dE dE dE

d( d( d(

= +

>al lain yang kita tidak dibahas adalah bah%a kehilangan energioleh radiasi

teradi tidak hanya di bidang inti, tetapi uga di bidang elektron yang harus disertakan

dalam total kerugian radiasi.

ambar C. tingkat kehilangan energi

oleh electron yang teradiasi

otal kerugian radiasi dan

tabrakan nanti akan ditampilkan.

5nergi elektron dinyatakan dalam

satuan mc.

2 ADSORBSI DAN HUBUN-AN ENER-I DEN-AN 0ARAK

Seperti yang telah dielaskan pada chapter , partikel beta dipancarkan di

udara lebih auh dari pada partikel alpha pada tingkat energi yang sama. @leh karena

itu, logam tipis, yang umumnya berupa alumunium, digunakan untuk adsorbsi partikel

Peluruhan Beta 1

&C.C

)

&C.6)

Sumber Atam."6.

7/25/2019 BETA GUA

19/34

beta. $ersamaan eksponensial dari adsorbsi sekitar partikel beta untuk reaksi nuklir

sinar beta. Dalam area yang terbatas intensitas sinar beta diberikan persamaan.

//oe-0$

Dimana O(E adalah koefisien adsorbsi massa dalam satuan cm(mg. Dan

adalah ketebalan penyerap dalam satuan mg(cm, *o adalah itensitas, dan * adalah

itensitas setelah mele%ati penyerap dengan ketebalan dari penyerap.

*ntensitas dari sinar beta ditransmisikan

mele%ati penyerap dapat dihitung dengan

metode sederhana pada gambar 6. alumunium

tipis diletakkan diantara sumber dan

detektor. Sinyal dari detektor disalurkan menuu

penguat dan menghitung lintasan.

ingkat perhitungan diteliti untuk perbedaan

ketebalan dari alumunium foil dengan menambahkan alumunium foil secara berkala. ambar

"0 menunukkan grafik prosentase transmisi dari partikel beta plus dibandingkan dengan

ketebalan dari alumunium foil dalam satuan mg(cm. &$artikel beta plus didapatkan dari Gu ,

dimana peluruhannya memiliki %aktu

paro 6.6 menit

Peluruhan Beta 1

ambar 6 peralatan eksperimen koefisien absorbsi elektron

Sumber Altam ."6

ambar "0. $rosentase transmisi partikel beta plus &.17ev) dibandingkan dengan ketebalan alumunium dalamsatuan mg(cm dengan energi akhir .6" 7eL). itik dimana kurva adsorbsi kembali bertemu dan menuu ground,karena sinar gama menyertai peluruhan

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

20/34

>al ini bergantung pada perbedaan bentuk kurva adsorbsi untuk kasus partikel beta

&elektron yang dihasilkan dari peluruhan nuklir dan mempunyai spektrum energi yang

kontinu) dan elektron yang homogen dihasilkan secara buatan). $artikel beta tidak

memiliki kurva adsorbsi yang linier. /etika kurva adsorbsi elektron yang homogen

mempunyai bagian lurus, panang dan ekor dengan intensitas kecil menuu dasar. Sebagai

perbandingan, ditunukkan pada gambar "". pada gambar ""&a), M adalah arak dari

partikel beta yang didefinisikan diba%ah ini. Dari gambar ""&b) arak dari partikel beta

yang homogen didefinisikan sebagai titik dimana perpanangan dari bagian yang lurus

bertemu dasar, ini disebut arak praktik, Mp, ketika titik dari kurva bertemu dengan dasar

ini disebut arak maksimum, Mo. Dilain titik yang diberi tanda merupakan akhir dari

bagian dari kurva perbedaan kelompok energi dari electron yang homogeny yang semua

sama yang ditunukkan pada gambar ""&c). alasan untuk keadaan ini adalah dimana setelah

mele%ati penyerap yang tipis dan kecil, pancaran secara sempurna disebarkan, maka

diberikan bentuk yang sama pada akhir kurva.

7etode adsorbsi mungkin digunakan untuk menentukan energi dari partikel beta

seperti energi tunggal suatu electron. Selama metode adsorbsi tidak se-akurat metode yang

menggunakan spektometer sinar beta dan tidak menunukkan detail dari spectrum, ini

merupakan keuntungan karena sederhana dan cepat. ;uga seperti berla%anan dengan

spectrometer sinar beta, metode adsorbsi tidak membutuhkan intensitas sumber yang

sangat besar. /etelitian dari energi sinar betadapat dihitung dengan metode adsorbsi yang

mana memiliki faktor &i) penentuan arak secara akurat, dan &ii) hubungan arak dan

energi yang diketahui. $enentuan arak secara akurat termasuk lokasi yang teliti dari titik

dimana kurva adsorbs bertemu dengan dasar. 7etode tinauan secara visual adalah yang

paling sederhana tetapi paling tidak masih bias diandalkan. +eberapa metode telah

diciptakan untuk penentuan secara akurat dari titik akhir.

Peluruhan Beta 1

ambar "" $rosentase transmisi dibandingkan dengan ketebalan alumunium &mg(cm)

dari &a) sinar beta &b) electron yang homogen. ambar &c) menunukkan akhir dari bagian dari

rentang kehomogenan electron dari tingkat energi yang berbeda.

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

21/34

Selama arak telah ditentukan, langkah selanutnya adalah mengubahnya dalam

bentuk energi dengan menggunakan hubungan energi yang tepat. /arena kerumitan yang

telah disebutkan sebelumnya pada bab :, tidak mungkin menggunakan persamaan

teoritikal untuk energi yang hilang akibat ionisasi. ;arak empiris dari hubungan energi

telah didapatkan dengan langkah berikut. penentuan secara akurat energi sinar beta

digunakan spectrometer untuk grup yang berbeda. ;arak penentuan dibuat dan ditafsirkan

dengan membandingkan beberapa material standar &biasanya dengan partikel beta Ma5

dengan energi akhir sebesar "."1 7eL yang mana berfungsi pada rentang 20C mg(cm

pada logam alumunium). rafik itu cocok dengan percobaan yang me%akili hubungan

rentang energi yang ditunukkan pada gambar ". kurva berikut ini di%akili

Dengan persamaan

berikut ini yang memberikan hubungan empiris Antara arak dan energi

M=:"50".2-0.06: ln 5o untuk 504 .2 7eL

M=20 50-"0 untuk 50 3 .2 7eL

>ubungan tersebut terbukti berguna dan dengan ketelitian sebesar -"0 persen.

ambar " menelaskan bah%a tidak ada perbedaan diantara &i) rentang energi

tunggal electron dan partikel beta dan &ii) positron dan electron, memiliki besar energi

yang sama. 'ilai titik lainnya yang tecatat untuk rentang energi diantara 0.0" dan 0

7ev grafik percobaan untuk &d5(d) mendekati dengan kurva secara teori, tetapi

memiliki ketelitian yang lebih besar daripada 0P. Alasan untuk perbedaan untuk itu

sampai saat ini masih belum diketahui.

%2 SPEKTRU/ SINAR BETA KONTINU DAN HIPOTESA NEUTRINO

A2 KARAKTERISTIK PANARAN SINAR BETA2

ambar grafik diba%ah ini menunukkan beberapa karaktristik sinar beta yang telah

diteliti oleh peneliti

Peluruhan Beta 2

ambar ". kurva rentang energi untuk electron. $ada titik ini diperoleh pengukuran yang

actual dengan penelitian yang berbeda.

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

22/34

$ada gambar grafik diatas sumbu y menunukkan umlah relatif partikel beta, sumbu

menunukkan energi partikel beta, / &7eL), grafik tersebut menunukkan semakin

banyak umlah partikel beta maka energi kinetiknya semakin tinggi sampai mencapai titik

akhir.

Peluruhan Beta 21

ambar " $ancaran sinar beta Ma5, 5nergy kinetic partikel betaK&7ev).

Sumber Atam."6. Hundamental @f 'uclear $hysics.

ambar ": Spektrum beta dari Au"6C.Spectrum arisdilapiskanpada spectrum kontinu Dalam.Sumber Atam."6

ambar "2 Spektrumsinar beta dari Gs"1

Sumber Allyn."6

7/25/2019 BETA GUA

23/34

Semua gambar ini menunukan bah%a electron tersebut memancarkan peluruhan

beta yang mempunyai suatu distribusi kontinu dan energi sekitar antara nol sampai suatu

titik maksimum tertentu. /arena peluruhan%aEdengan pancaran

tanpa

mengemisikan sinar gama ,tidak ada konversi electron yang dilapiskan pada bentukspectrum kontinu.Di sisi lain, peluruhan Au"6Cdan Gs"1tidak berlangsung dan keadaan

dasar ke keadaan dasar dan nuekleon dibiarkan dalam keadaan tereksitasi.'ukleon yang

sudah dalam keadaan terektasi dengan pancaran gamma atau dengan memancarkan

konversi electron muncul seperti garis spectra yang yang dilapiskan pada spectra Au"6Cdan

Gs"1 berturut-turut seperti yang ditunukan pada gambar. Dalam banyak kasus spectrum

ini lebih rumit seperti gambar GlC, komplekstitas spectrum berkaitan dengan fakta

peluruhan GlCdengan tiga kelompok yang berbeda dari partikel beta mempunyai energi

titik terakhir ","" 7ev dan :, C" 7ev dengan intensitas CC,"2,C,dan 2,: persen ketika

Peluruhan Beta 22

ambar " Spektrum sinar beta GlC. eradi peluruhan oleh emisi dari kelompok energy maksimum yang

berbeda dari partikel beta. kelompok yang tampilanya telah dipisahkan.

Sumber Atam."6

ambar "1 Gu:$eluruhan dari 2,+dan5.G. proses &a) menunukan pancaran sinar2, dan menunukan

pancaran beta+. dalam perbedaan ini untuk distribusi kasus begitu elas.Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

24/34

tiga kelompok ini dipisahkan,mereka menunukan spectra sederhana yang serupa Au"6Cdan

Gs"1.itik lain menunukan bah%a didaerah energi yang rendah dari spectrum hamburan

sinar beta,bentuk distribusinya adalah berbeda untuk proton dan positron ini ditunukan

pada gambar untuk peluruhn Gu:dimana meluruh dengan+

/

dan proses

menangkap electron . dengan mengabaikan meluruh oleh pancaran

atau pancaran

+

. Spectrum kontinu mempunyai karakteritistik sebAgai berikut

erdapat suatu batasan maksimum dalam distribusi, dan energi yang

bersesuaian Ad tergantung enis inti yang mengalami peluruhan beta. erdapat suatu batasan energy maksimum yang hamper sesuai dengan

peluruhan yang tersedia .Dimana energy maksimum adalah suatu fungsi

peluruhan initi. Sekali lagi, energi titik-akhir maimum adalah fungsi dari

inti membusuk.

Spektrum kontinyu diamati Q dan #baik untuk alam serta penghasil beta

buatan.

/arena umlah partikel beta dipancarkan berbeda pada energi yang berbeda, 5nergi

rata-rata R didefinisikan sebagai

5 =

0

50

N(E )EdE

0

50

N(E ) dE

&C.:)

Dimana ' &5) d5 adalah umlah elektron yang memiliki energi antara 5 dan &5 #

d5), dan 5o adalah energi maksimum. Dalam kebanyakan kasus energi rata-rata adalah

sekitar sepertiga dari umlah maksimum yang tersedia, yaitu, dari titik-akhir energi Mae,

misalnya, yang memiliki energi titik akhir dari "."1 7ev, akan memiliki energi rata-rata

sebesar 0,: 7ev.

B2 HIPOTESA NEUTRINO2

Spektrum beta adalah spectrum kontinu .$artikel beta mempunyai energy antara

nol dan harga maksimum tertentu. iga hokum kekekalan diaplikasikan pada partikel

yakni

". >ukum /ekekalan energi

Peluruhan Beta 23

7/25/2019 BETA GUA

25/34

. /ekekalan momentum linier

. /onservasi momentum sudut

Dari hasil eksperimen diperoleh bagan sebagai berikut

*nti induk disini memiliki energy maksimum. 5nergi maksimum merupakan

selisih antara dua tingkat energy inti anak yang dihasilkan memiliki energi yang kecil dan

dapat diabaikan dan energi electron yang dihasilakan adalah sepertiga dari energy

maksimum, sesuai dengan perumusan energy sebelum tumbukan adalah sama dengan total

energi sesudah tumbukan. 'amun disini, energy anak adalah sepetiga dari energy

maksimum .ini berarti bah%a terdapat ( energi yang hilang. 5nergi inilah yang menadi

permasalahan pada proses peluruhan beta , sehingga dibuatlah sebuah asumsi bah%a

energi yang ( tersebut dimiliki oleh inti anak dengan suatu tingkat energi yang kontinu.

@leh karena itu, kondisi inti anak adalah stabil .8ntuk mencapai kestabilan &lebih stabil),

maka dipancarkan energi dalam bentuk gamma sesuai dengan bagan berikut

Dimana spektrum yang dihasilkan sinar gamma adalah spectrum kontinu. 'amun

timbul permasalahan yang tidak dibenarkan untuk tingkat energi yang terakhir memiliki

tingkat energi yang kontinu. Sehingga gugurlah asumsi yang menyatakan bah%a inti anak

memiliki tingkat energy kontinu.

Selanutnya asumsi bah%a elektron memiliki energy maksimum, dengan perumusan

&dari persamaan reaksi) sebagai berikut

E ma"imum 3 + E ma"imum

$ada akhirnya asumsi bah%a elektron memiliki energi yang maksimum uga gagal.

/ekekalan momentum linear mensyaratkan bah%a ika ada umlah dari energi yang

tersedia untuk didistribusikan antara dua benda &inti mundur dan elektron), mereka harus

memiliki energi yang pasti dan bukan distribusi energi contiuous. Dalam kasus ini ,tidak

ada hokum kekekalan momentum liniear

Peluruhan Beta 2&

ambar "C .+agan pemancaran energy dalam bentuk sinar gamma

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

26/34

8ntuk momentum sudut, momentum angular dirumuskan sebagai berikut

Dimana * merupakan spin nuklir, spin nuklir ini ditentukan oleh umlah nukleon. *nti

induk dan inti anak memiliki umlah nukleon sama yakni A sehingga

;ika A genap, maka * merupakan bilangan bulat ;ika A ganil, maka merupakan ? bilangan bulat yang ganil

Sedangkan

momentum angular ?, sehingga apabila

tidak ada

akan terpenuhi bah%a * pada kondisi a%al yang sama dengan * pada kondisi akhir

yang genap

enap enap &tepenuhi)

Sedangkan kenyataanya adalah

enap enap # ?

Diruas kiri berbeda dengan hasilnya pada ruas kanan &melangar hukum

statistic).dengan demikian hukum kekekalan angular uga tidak berlaku.kemudian oleh

pauli diindikasikan bah%a ada partikel lainyang muncul saat peluruhan beta , partikel

tesebut diindikasikan sebaga neutrino

Semua kesulitan itu diatasi ketika, pada tahun "6:, pauli mengaukan hipotesis

neutrino. Dia menyarankan bah%a partikel tambahan, yang disebut neutrino

&dilambangkan dengan . uga dipancarkan dalam proses peluruhan beta pada arak

tertentu kehilangan energi Sifat tersebut untuk neutrino dalam memenuhi persyaratan

peluruhan beta.

.'eutrino harus bernilai nol, karena muatan tesebut kekal tanpa

/arena energi maksimum yang diba%a oleh elektron sama dengan energi

maksimum yang digunakan, pada titik energi akhir, neutrino harus nol,

dan massa diamnya nol

>ukum kekekalan momentum angular menghendaki neutrino memiliki

spin ? ,sehingga muatan total momentum angular yang diharpkan

partikel beta dan neutrino menadi nol atau " seperti yang diinginkan

Sebuah neutrino tidak menyebabkan umlah yang cukup ionisasi, dan

sehingga dapat terdeteksi. *ni berarti bah%a neutrino memiliki interaksi

yang sangat lemah dengan materi dan memiliki momen magnetik yang

Peluruhan Beta 2'

7/25/2019 BETA GUA

27/34

sangat kecil, atau hampir nol,. Sebenarnya, itu tidak memiliki sifat

elektromagnetik.

+erdasarkan penemuan neutrino tersebut maka dapat disimpulkan pada peluruhan

beta dihasilkan bentuk yaitu inti anak, electron,dan neutrino,kecuali pada electron

konvensi, yang dapat digunakan untuk menelaskan distrbusi momentum kontinu.

>ipotesis neutrino dengan sukses diterapkan oleh 5nrich Hermi dalam mengembangkan

teori peluruhan beta yang menelaskan bentuk spectrum beta.+erdasarkan teori ini,dalam

peluruhan beta terdapat sebuah interaksi antara nucleon, electron,dan neutrino yang

mengubah sebuah neutron menadi proton dan sebaliknya, dan menyebabkan penyerapan

oleh electron dari neutrin, adi, ketiga prosespeluruhan beta dapat dituliskan sebagai

berikut

n T p # -# v

p T n # ## v

p # e- T n # v &C.::)

Di mana v disebut anti neutrino dan merupakan dari neutrino *, sebagai

positron & #) adalah pasangan dari sebuah elektron &-). Studi rinci tentang neutrino dan

antineutrino akan diambil dalam bagian berikutnya.

Akan lebih bermanfaat untuk dicatat bah%a neutron bebas telah diamati dengan

%aktu paruh 6 "(= ",C U ,2 menit, sedangkan peluruhan bebas dari proton adalah

energi tidak penuh.

;2 NEUTRINO < ANTINEUTRINO

+ukti tidak langsung tentang adanya keberadaan neutrino itu dibuktikan oleh

keberhasilan teori Hermi peluruhan beta, yang akan di bahas dalam sub bab selanutnya.

uuan dari sub bab ini yaitu untuk membahas percobaan tersebut yang langsung

menetapkan tentang keberadaan neutrino dan antineutrino yang dipancarkan dalam

disintegrasi tunggal. Sebelumnya kita melakukan penilaian sementara untuk

mendefinisikan secara elas perbedaan antara neutrino dan antineutrino.

Seperti yang telah disebutkan, positron adalah bagian dari elektron &negatron), atau

kita dapat menyebut positron sebagai anti partikel dari sebuah negatron. Sebuah hukum

baru yang disebut konservasi lepton &lepton adalah partikel cahaya seperti elektron,

positron, neutrino, dan seenisnya) menurut perbedaan yang telah di bahas, umlah lepton

dan anti lepton alam sistem tertentu adalah tetap atau konstan. ;ika kita mengambil

Peluruhan Beta 2(

7/25/2019 BETA GUA

28/34

hipotesis bah%a keberadaan partikel harus bersamaan dengan sebuah anti partikel,

neutrino akan dipancarkan secara bersamaan dengan emisi positron dan anti neutrino.

$erbedaan yang nyata antara neutrino dan antineutrino dinyatakan dengan cara

sebuah nutrino, kecepatan, partikel yg berseberangan, didefinisikan sebagai sebuah

partikel dengan vektor spin antipararel ke vektor momentum &atau vektor kecepatan)

dalam sebagai pengertian dari keadaan yang berla%anan. Antineutrino, kecepatan partikel

yang searah, didefinisikan sebagai sebuah partikel dengan vektor spn vektor seaar

dengan vektor momentum &atau vektor kecepatan) sebagai dalam pengertian partikel yang

searah. >elisitas atau spiralitas di definisikan sebagai cosinus sudut antara sudut spin-

momentum vektor dan vektor linear-momentum. Dengan demikian, neutrino memilikihelisitas sebesar -" sementara antineutrino mempunyai nilai sebesar #".

$emilihan nama untuk neutrino dan antineutrino adalah dipilih secara acak.

Diperhatikan bah%a massa partikel ini sangat kecil &atau nol), dan mereka melakukan

perpindahan hampir seperti dengan kecepatan cahaya. >alini menunukkan bah%a mereka

melakukan perpindahan kearah yang sama di semua hal, dan sangat tidak mungkin untuk

mengubah secara cepat ke hal yg lebih dari neutrino &tidak bisa mendahului neutrino)

untuk memberikan arah yang terlihat di belakang. Dengan demikian perubahan relativistik

sederhana tidak dapat mengubah definisi neutrino di atas menadi antineutrino, dan

sebaliknya.

+agaimanapun kita bisa mengubah neutrino menadi anineutrino dan sebaliknya

dengan refleksi atau pemantulan cermin. /etika neutrino melihat ke sebuah cermin yang

dianggapnya itu merupakan sebuah antineutrino, dan sebaliknya. >al ini disebabkan

karena cermin itu akan meembalikkan arah momentum, tetapi tidak arah spin.

Peluruhan Beta 2

ambar. "C Mepresentasi&a) neutrinodan&b) antineutrinotersebut.

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

29/34

'eutrino dan anti neutrino memiliki definisi, kini kita akan membahas percobaan

yang termasuk dalam kategori sebagai berikut &a) penguran massa neutrino, &b) percobaan

neutrino yang terdahulu, dan percobaan yang saat ini &c) pengambilan neutrino &bukti

secara langsung).

A2 Pen5u+u*an /assa Neut*in(

erdapat dua enis neutrino dalam percobaan yang telah dipergunakan untuk

memperkirakan tetapnya massa neutrino. 7etode pertama yang melibatkan perbandingan

antara energi maksimum spektrum beta-ray dengan energi peluruhan yang telah diketahui.

/edua metode yang telah dikemukakan oleh Hermi adalah untuk mengetahui bentuk

spektrum beta di dekat titik akhir.

7enurut metode pertama energi kinetik maksimum, 5mabah%a dalam partikel beta

dapat memiliki emisi negatron adalah

5ma= &VM- mv0) c

&C.:2)

Dimana VM adalah perbedaan massa induk dan anak inti, dan mv0adalah massa sisa

massa diamnya neutrino. 8ntuk emisi positron, energi maksimum ditentukan oleh

persamaan sebagai berikut

5ma= &VMW m0- mv0) c &C.:)

Dimana m0adalah massa diam elektron. $erhatikan bah%a energi pengikat atom

sangat kecil dan telah diabaikan. 'ilai 5ma ditentukan berupa energi titik-akhir yang

diamati pada peluruhan beta, sedangkan VMdapat ditentukan baik dengan pengekuran

akurat dari nilai F reaksi nuklir atau dari massa atom yang ditentukan dengan spektroskop

massa seperti yang dibahas di bab sebelumnya. >asil yang terbaik diperoleh dengan hanyamempertimbangkan reaksi-reaksi kebalikan dari peIuruhan beta, yaitu satu

Peluruhan Beta 2

ambar. "6 Mefleksi Germin neutrino adalah sebuah anti neutrino.

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

30/34

menghubungkan hasil &p, n) reaksi positron dengan emisi dan &n, p) reaksi dengan emisi

negatron. Gntoh reaksi tersebut adalah &") &") G"&p,n) '"dengan F = -.00 U 0.00

7evI &) >&p,n) >edengan F = 0.1: U 0.00" 7ev dan energi akhir titik maksimum

dalam emisi negatron dari >adalah 5ma= 0.0"C" U 0.00 7ev. 7assa diamnya neutrino

mv0diperhitungkan menadi dua contoh ini masing- masing adalah &-0.00 U 0.0")m3and

&0.0 U 0.0) m3. 8ntuk perhitungan tersebut yang telah dibuat sekitar belasan kasus dan

mereka semua menunukkan bah%a mv04 0.0" m3yaitu kurang dari 2." kev.

7etode lainnya secara teoritis meliputi perbandingan bentuk spektrum pada teori

peluruhan Hermi dengan percobaan titi akhir spektrum. /ita akan membahas metode ini

secara rinci setelah kami mengembangkan teori Hermi. >asil penelitian menunukkan

bah%a mv0X 2Y"0-:m0. $ada kesimpulan yang didapatkan bah%a semua bukti percobaan

menunukkan neutrino seluruh massanya kurang dari "0 -m0.

B2 Pe*&()aan Se)elumn4a Tentan5 Neut*in(Selain neutrino dinyatakan secara tidak lansung tentang keberadaannya, percobaan

sebelumnya dilakukan untuk menegaskan tuuan utama neutrino dalam peluruhan beta

&dengan membuktikan konservasi energi dan momentum secara simultan) serta untuk

mengetahui enis interaksi dengan melakukan percobaan yang berkelanutan tentang

hubungan antara elektron dan neutrino. una membentuk kseimbangan momentum, kita

harus mengukur kecepatan inti sebelumnya. /arena massa dari inti itu yang sangat besar

dibandingkan dengan massa elekton dan neutrino, kecepatan inti sebelumnya adalah

sangat kecil, yang membuatnya sulit untuk diukur. $engukuran masih lebih rumit ika inti

berada dalam keadaan padat maupun dalam keadaan kerusakan atau ika inti merupakan

bagian dari molekul. Sekali lagi karena itu merpakan tiga masalah keseluruhan, inti akan

memperlihatkan spektrum kecepatan kontinu, karena kecepatan akhir tergantung pada arah

akhir dan arah ini bervariasi berupa peluruhan terhadap kerusakan.

*ni semua sulit diatasi masalahnya ika disederhanakan kita mempertimbangkan gas

monoatomik yang meluruh oleh elektron dengan hanya menangkap elektron. /arena,dalam proses /-capture, hasil peluruhan hanya anak inti dan neutrino, proses peluruhan

beta akan berkurang hingga menadi dua bagian. 8ntuk melindungi momentum linear,

anak inti selalu dipancarkan dalam arah yang berla%anan satu sama lain dengan kecepatan

konstan sebanding dengan massa mereka. Dengan demikian, ika hanya satu neutrino yang

dipancarkan,

/ondisi di atas sangat cocok untuk percobaan A1.

A1 # -"e0k Gl

1# &C.:1)

Peluruhan Beta 2

7/25/2019 BETA GUA

31/34

>asil percobaan yang diperoleh akan dibahas di ba%ah ini.

Muang dipenuhi oleh A1, dan tekanan konstan dipertahankan sebesar Z "0-2mm.

Sebagai sumber efektif volume didefinisikan dengan menggunakan sekat, dan di daerah

secara bersamman terlihat oleh kedua detektor. Semua pelindung sekat dan kisi kecuali

kisi dipertahankan pada potensial nol. /e kisi tersebut adalah :200. >asil penangkapan

/-elektron oleh A1dalam pembentukan Gl1dan Auger emisi elektron yang terdeteksi

oleh enis photomultiplier. $eristi%a tersebut ditunukkan secara cepat antara Auger

5lektron dan ion sebelumnya. /emudian membuat semua perbaikan %aktu maksimum

dari ion bah%a untuk melakukan arak tempuh seauh cm yaitu &C.6 U 0.6)[ sec. Sebuah

puncak dalam lau spektrum dari ion sebelumnya sesuai dengan energi &6.1 U 0.C) ev. >al

ini memastikan bah%a emisi tunggal nutrino dengan energi yaitu &0.C 7 0.") 7ev,

dalam aturan yang baik dengan nilai F &0.C" 7 0.00:) 7ev untuk reaksi Gl1. 'ilai

dari energi sebelumnya pada percobaan yang berbeda lainnya adalah &6. 7 0.) ev6

dan &6.2 70.05 ev:0. +anyak percobaan lainnya yang menggunakan A1, +e1, and Gd"01

yang telah dilakukan,

Peluruhan Beta 3

ambar. 0 digunakanolehModebackdanAllenuntuk mempelaarineutrinosebelumnya dalam peluruhan penangkapan

elektrondari A1.

Sumber Atam."6

7/25/2019 BETA GUA

32/34

>ipotesa yang dinyatakan dari emisi tunggal neutrino dalam peluruhan beta.

$enyempurnaan telah dilakukan untuk mengetahui hubungan elektron-neutrino dan telah

dibahas.

2 Neut*in( 4an5 Diam)il Dalam Pe*&()aan

7eskipun tidak terdapat keraguan atas adanya neutrino, rasa keingintahuan secara

lanutan hingga bukti langsung yang disampaikan. $encarian tersebutdia%ali

olehH.MeinesdanGo%anG., ;r pada tahun "62 dan berhasil diselesaikan pada tahun "60.

Meaksi yang mereka selidiki adalah kebalikan dari peluruhan neutron, yaitu

p## 0n"# # &C.:C)

8ntuk melakukan hal tersebut reaksi nuklir membutuhkan fluks antineutrino yang

sangat besar, sebab mereka tidak berinteraksi secara kuat dan dikarenakan mereka semua

memiliki penampang. Dengan konstruksi kuat pada reaktor nuklir itu memungkinkan

untuk mendapatkan fluks tinggi seperti antineutrino. Hisi yang dihasilkan dalam reaktor

nuklir mengalami peluruhan oleh emisi -dan antineutrino. Hluks yang diperoleh

antineutrino diperoleh dari reaktor nuklir.

Secara garis besar peralatan yang digunakan oleh MainesdanGo%an. *ni terdiri atas

lima tangki besar. Dua yang lain serta pusat memiliki dimensi ".6 m 8 ". m 8

0." m, diisi dengan antillators cair yang terdiri atas terphenyl dan $o$o$ &shifter anang

gelombang) trietil ben9ena yang berfungsi sebagai detector. Dua tangki lainnya, memiliki

dimensi ".6 m 8 ". m 0.012 m, yang diisi dengan air di dalamnya mengandung

Peluruhan Beta 31

ambar " /urvaputus-putusadalahdistribusiyang diharapkan untukmundurmonoenergi dari A1.

Sumber Atam."6. Hundamental @f 'uclear $hysics.

7/25/2019 BETA GUA

33/34

seumlah kadmium klorida yang di larutkan di dalamnya dan yang mempunyai fungsi

utama. Setiap tangki antillation tersebut dianggap dengan ""0 tangki tabung fotomultiplier

selaras dari a%al hingga akhir. Antineutrino dari reaktor nuklir berinteraksi denagn

molekul air dan mengakibatkan pembentukan suatu neutron dan positron. Sekaligus akan

munculnya positron, memberikan dua sinar gamma 0.," 7ev masing-masing dalam arah

yang berla%anan satu sama lain. &esis ini disebut peluruhan) emisi sinar gamma yang

cepat ditandai oleh sebuah pulse tunggal. 'eutron bertumbukan, tersebar, dan berada

dalam "- [sec. Sebuah neutron yang tertangkap secara lambat oleh kadnium, yang

selanutnya dengan emisi sinar gamma sebesar 6," 7ev. Scintillations yang dihasilkan

oleh sinar gamma tersebut uga terdeteksi. $ulse yang dihasilkan tertuda oleh sinar gamma

dan sinar gamma bersatu dalam sebuah osiloskop. 8ntuk memastikan sinar gamma yang

tertuda berasal dari reaksi nuklir yang sama, lau hitungan yang bersangkutan. 8ntuk

tingkat daya reaktor dengan beralannya %aktu dari "1" am &dengan reaktor lepas an

masuk) hasil akhir tingkat sinyal maksimum &&.CC U 0.) counts(am. *ni menegaskan

bah%a reaktor tetap dari antineutrino tersebut.

# Gl1 A1# - &C.:6)

Diletakkan "000 karbon tetraklorida di hadapan antineutrino tersebut. ;ika neutrino

dan antineutrino sangat berbeda satu sama lain antineutrino tidak harus mendorong dalam

reaksi ini. 7embuktikan bagian kecil penampang &batasnya adalah 0.Y"0:2cm) .

Peluruhan Beta 32

ambar Skema representasi darireaksiantineutrinodenganprotonyang digunakanuntuk mendeteksi

deteksiantineutrinoolehGo%andanMeines.Sumber Atam."6. Hundamental @f 'uclear $hysics.

7/25/2019 BETA GUA

34/34

DAFTAR PUSTAKA

David, >alliday."622./ntroduction uc!ear P.4ic. 'e% \ork ;ohn Nilley Sons, *nc.

'iyatmo, \usman. 006. Hisika 'uklir Dalam elaah Semi-/lasik ] /uantum. \ogyakarta

$ustaka +elaar

Arya, $.Atam. "6. Hundamental @f 'uclear $hysics. +ostron

ou%.Konep 5ii"a Modern (ter6ema.an). ;akarta 5rlangga

/rane, /enneth S. "6CC./ntroductor4 uc!ear P.4ic. Singapore ;ohn Nilley ] Sons

7eyerhof, Nalter 5. "61.E!ement of uc!ear P.4ic. San Hransisco 7cra%->ill

Susetyo, Nisnu. "6CC. 7pe"trometri 8amma dan Penerapann4a da!am Ana!ii Pena"tifan

eutron. \ogyakarta adah 7ada 8niversity $ress