LAPORAN

PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMENTAL LANJUT

“ HAMBURAN RUTHERFORD”

Oleh :

LIA DESSY KURNIAWATI

(081013075)

Anggota Kelompok :

1. Nurul Izzah (081013085)

2. Dyah Rohmawati (081013090)

Dosen Pembimbing : Herlik Wibowo S.Si,M.Si

LABORATORIUM RADIASI

DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA

2013

2

EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD

Lia Dessy Kurniawati *), Nurul Izzah *), Dyah Rohmawati *)

*) Program study S1 Fisika, Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga Surabaya

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan hamburan Rutherford untuk mengetahui keberadaan inti

atom. Percobaan dilakukan dengan menggunakan sumber Am-241 yang akan meradiasikan

partikel alfa menumbuk suatu pelat logam Al-13 dengan sudut yang divariasikan antara -15°

sampai 15°. Jumlah cacahan akan dibaca oleh Single Channel Analyzer (SCA) sebagai

pulsa-pulsa tegangan yang besarnya sebanding dengan energi partikel alfa. Berdasarkan

pengamatan, diperoleh hasil bahwa sebagian besar partikel alfa diteruskan dan

dihamburkan dengan sudut yang bervariasi. Berkas partikel alfa yang diteruskan ini hanya

dapat terjadi jika atom memiliki ruang-ruang kosong (yang merupakan orbit elektron) dan

bukan berupa bola pejal seperti model atom Thompson. Sedangkan partikel alfa yang

dihamburkan dapat terjadi jika terdapat suatu massa masif yang mampu membelokkan

partikel alfa, dalam hal ini massa masif itulah yang disebut sebagai inti atom. Hasil ini tidak

sesuai dengan model atom Thompson sehingga diajukanlah model atom Rutherford yang

menyempurnakannya.

Kata kunci : detektor, hamburan Rutherford, partikel alfa, pencacah diferensial

==================================================================

1. PENDAHULUAN

Rutherford bersama dua orang

muridnya (Hans Geigerdan dan Ernerst

Masreden) melakukan percobaan yang

dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ)

terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya

telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu

partikel yang bermuatan positif dan

bergerak lurus, berdaya tembus besar

sehingga dapat menembus lembaran tipis

kertas. Percobaan tersebut sebenarnya

bertujuan untuk menguji pendapat

Thompson, yakni apakah atom itu betul-

betul merupakan bola pejal yang positif

yang bila dikenai partikel alfa akan

dipantulkan atau dibelokkan.

Dari pengamatan mereka, didapatkan

fakta bahwa apabila partikel alfa

ditembakkan pada lempeng emas yang

sangat tipis, maka sebagian besar partikel

alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut

kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan

Marsden diperoleh fakta bahwa satu

diantara 20.000 partikel alfa akan

membelok sudut 90° bahkan lebih.

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi,

3

diperoleh beberapa kesimpulan bahwa

atom bukan merupakan bola pejal, karena

hampir semua partikel alfa diteruskan; Jika

lempeng emas tersebut dianggap sebagai

satu lapisan atom-atom emas, maka di

dalam atom emas terdapat partikel yang

sangat kecil yang bermuatan positif.

Partikel tersebut merupakan partikel yang

menyusun suatu inti atom, berdasarkan

fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa

akan dibelokkan. Bila perbandingan

1:20.000 merupakan perbandingan

diameter, maka didapatkan ukuran inti

atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada

ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang

didapatkan dari percobaan tersebut,

Rutherford mengusulkan model atom yang

dikenal dengan Model Atom Rutherford

yang berhasil memperbaiki model atom

Thompson. Oleh karena itu kami sebagai

mahasiswa Fisika pada mata kuliah Fisika

Eksperimental Lanjut akan melakukan

Eksperimen Hamburan Rutherford di

Laboratorium Radiasi.

2. METODE PENELITIAN

Setup eksperimen hamburan Rutherford

Dalam eksperimen hamburan

Rutherford, diperlukan alat dan bahan

guna mendukung keberhasilan dalam

melaksanakan eksperimen. Alat dan bahan

yang digunakan adalah sumber radiasi

partikel alfa Am-241, set pencacah SCA

(Single Channel Analyzer), pompa

vakum,maacihh penguat (amplifier) dan

tabung hamburan (chamber). SCA di sini

berfungsi sebagai pemilah radiasi yang

masuk serta mengubahnya menjadi pulsa

logika agar dapat dicacah oleh pencacah.

Pompa vakum berfungsi untuk

memvakumkan tabung hamburan hingga

tidak ada udara di dalamnya. Dan penguat

(amplifier) digunakan untuk menguatkan

pulsa yang dihasilkan, karena pulsa yang

dihasilkan oleh detektor sangat kecil

sehingga perlu untuk dikuatkan hingga

dapat tercacah oleh pencacah.

Urutan rangkaian hamburan rutherford

Diafragma berfungsi sebagai

pemfokus berkas partikel α yang akan

mengenai lapisan tipis logam aluminium

(Al-13). Cacahan partikel α dicatat dari

sudut -15° sampai 15° dengan interval

kenaikan 2,5° (-15°; -12,5°; -10°; -7,5°; 5°;

2,5°; 0°; 2,5°; 5°; 7,5°; 10°;12,5°; 15°).

Hasil dimasukkan pada tabel sehingga

diperoleh data pengamatan seperti pada

Pompa Chamber Penguat Pencacah

4

bagian lampiran. Karena pulsa yang

dihasilkan detektor sangat kecil, maka

perlu digunakan penguat agar dapat

tercacah oleh counter.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Eksperimen hamburan Rutherford

merupakan loncatan besar dalam

pemahaman mengenai atom yang mana

hasil eksperimen ini menggagalkan model

atom Thomson sebelumnya. Eksperimen

dilakukan dengan cara mengarahkan

partikel- ke suatu lembaran emas

Partikel alfa merupakan partikel

bermuatan positif yang bergerak lurus

dengan memiliki daya tembus yang besar.

Hal ini memungkinkan hamburan partikel

alfa memiliki sudut pantul yang besar pula.

Hamburan partikel alfa dengan sudut

pantul besar hanya mungkin terjadi apabila

ada interaksi antara partikel alfa dengan

suatu partikel yang memiliki massa besar

tetapi berukuran kecil dan bermuatan

sejenis (positif). Hal yang demikian ini

cenderung mengakibatkan partikel alfa

akan menuju partikel tersebut dan akan

dibelokkan arahnya karena adanya

penolakan akibat muatan yang sama

(positif).

Menurut data hasil pengamatan pada

lampiran, nomor kanal yang digunakan

utuk eksperimen ini adalah 90. Hal ini

dikarenakan pada nomor kanal 90 hasil

cacahan terbanyak didapatkan.

Grafik yang didaptakan pada percobaan

kali ini adalah sebagai berikut :

Grafik 1. Hubungan antara sudut dan

jumlah cacahan per-sekon

Grafik 1 menunjukan grafik yang

berbentuk hiperbola. Hal ini dikarenakan

pada eksperimen Rutherford dijelaskan

bahwa muatan dan massa atom yang

terpusatkan di tengah merupakan inti atom.

Inti atom inilah yang memiliki medan

listrik dan bermuatan positif sehingga

ketika partikel alfa ditembakkan ke inti

atom akan mengalami pembelokkan dan

menyebabkan terjadinya lintasan

hiperbola.

Pada eksperimen hamburan rutherford

berlaku hubungan antara sudut dan jumlah

cacahan pada rumus berikut :

( )

(

)

15 0

5

10

15

20

25

30

-20 0 20ju

mla

h c

aca

han

sudut θ

Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut

cacahan

5

Grafik yang dihasilkan dari hubungan

sudut dan jumlah cacahan yang sesuai

dengan rumus diatas adalah sebagai

berikut :

Grafik 2. Hubungan sudut dan jumlah

cacahan menurut persamaan rutherford

Dari grafik 1, didapatkan penjelasan

bahwa semakin besar sudut yang diberikan

maka akan semakin kecil jumlah cacahan

partikel alfa yang tertangkap oleh detektor,

atau dengan kata lain semakin mendekati 0

derajat, maka jumlah cacahan akan

semakin besar hingga mendekati angka tak

terhingga sesuai dengan persamaan

Rutherford yang dapat dianalisa ketika

sudut 0 dimasukkan pada rumus

(

),

maka nilai yang keluar adalah tak

terhingga dengan dibuktikan pada grafik

hiperbola ke atas. Pembelokkan arah

partikel alfa menandakan bahwa sebagian

besar ruang yang berada dalam atom-atom

tersebut merupakan ruangan kosong.

Hasil eksperimen yang dilakukan

menunjukkan bahwa jumlah cacahan per

10 detik yang terbesar adalah pada saat

sudut hamburannya 2,5°, sehingga dapat

disimpulkan bahwa partikel- banyak

yang tak terhamburkan (atau dengan kata

lain banyak yang diteruskan). Hal ini

sesuai dengan teori Rutherford yang

mengatakan bahwa sebagian besar

partikel- akan diteruskan dan tidak

bertumbukan dengan apapun karena pada

lembaran tipis tersebut terdapat banyak

ruang kosong. Selain itu, berdasarkan

grafik hasil eksperimen terlihat bahwa

semakin besar sudut hamburan yang

diberikan maka semakin sedikit pula pulsa

yang tercacah per 10 detiknya. Hal ini juga

sesuai dengan teori Rutherford yang

mengatakan bahwa ada sedikit partikel-

yang dihamburkan dalam sudut hamburan

yang besar. Partikel- untuk dapat

dibelokkan atau dihamburkan hingga

mencapai sudut yang sangat besar adalah

apabila terjadi tumbukan tunggal dengan

suatu objek yang sangat padat (masif).

Hasil inilah yang kemudian membawa

4. KESIMPULAN

Dari percobaan ini dapat disimpulkan

bahwa :

1. Nilai cacahan terbanyak didapatkan

pada nomor kanal 90 yakni

sebanyak 266 cacahan

0

5

10

15

20

25

30

-50000000 50000000

jum

lah

ca

cah

an

sudut θ

Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut

cacahan

6

2. Partikel alfa merupakan partikel

yang bermuatan positif dan

bergerak lurus serta memiliki daya

tembus yang besar sehingga dapat

menembus lembaran tipis kertas.

3. Eksperimen hamburan rutherford

mampu menunjukan keberadaan inti

atom pada partikel alfa.

4. Grafik yang diperoleh dari

hubungan sudut dan jumlah cacah

berbentuk grafik hiperbola, yang

membuktikan bahwa partikel alfa

yang menuju inti atom akan

bertolak karena inti atom bersifat

positif

5. Dari penurunan rumus hamburan

Rutherford, ketika dimasukkan

sudut 0, maka nilai yang dihasilkan

yaitu tak terhingga. Hal ini sesuai

dengan hasil eksperimen bahwa

ketika sudut diarahkan ke angka 0,

maka jumlah cacahan akan

meningkat ekstrem, namun nilai tak

terhingga tidak akan keluar di

pencacah karena keterbatasan alat.

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] Bevington, P.R. 1969. Data Reduction

and Error Analysis Physical Science.

Mc. Graw Hill

[2] Cooke, Colin. 1996. An Introduction to

Experimental Physics. University

College London: UCL Press Limited

[3] Krane. Kenneth S. 2008. Fisika

Modern. Jakarta : UI Press

[4] Knoll, G. F. 1989. Radiation Detection

and Measurement. John Wiley and

Sons. New York

[5] Tim Dosen Fisika Radiasi. 2010.

Petunjuk Praktikum Fisika

Eksperimental Lanjut. Departemen

Fisika Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Airlangga

7

LAMPIRAN

1. DATA HASIL PENGAMATAN

1.1 Menentukan jumalh cacahan terbanyak pada kanal tertentu

Kanal Jumlah cacahan

0 13

10 9

20 6

30 0

40 7

50 12

60 25

70 66

80 181

90 266

100 172

1.2 Mengamati jumlah cacahan per sekon (10 s)

Sudut Jumalah cacahan Cacahan/sekon

-15 0 0

-12,5 2 0,2

-10 4 0,4

-7,5 11 1,1

-5 49 4,9

-2,5 145 14,5

0 266 26,6

2,5 261 26,1

5 171 17,1

7,5 85 8,5

10 24 2,4

12,5 3 0,3

15 0 0

8

2. ANALISIS DATA

Maka grafik yang dihasilkan untuk hubungan antara sudut hamburan dan jumlaha

cacahan persekon adalah sebagai berikut :

Pada eksperimen hamburan Rutherford, terdapat rumus hubungan antara jumlah

cacahan dan sudut hamburan yaitu sebagai berikut :

( )

(

)

Penurunan untuk membuktikan rumus tersebut adalah sebagai berikut :

Diketahui :

(

)

( )( )

Menurut persamaan hamburan rutherford :

( )

Maka ;

15 0

5

10

15

20

25

30

-20 -10 0 10 20

jum

lah

caca

han

sudut θ

Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut

cacahan

9

( ) (

)

( )

( )

Atau

( )

(

)

( )

Dari persamaan diatas dapat dibuat sebuah grafik antara jumlah cacahan dan sudut

yakni hubungan

Sudut ( )

(

)

-15 3445,16 0

-12,5 7118,97 0,2

-10 17330,69 0,4

-7,5 54651,98 1,1

-5 276236,94 4,9

-2,5 44115585,37 14,5

0 26,6

2,5 44115585,37 26,1

5 276236,94 17,1

7,5 54651,98 8,5

10 17330,69 2,4

12,5 7118,97 0,3

15 3445,16 0

10

Sehingga didapatkan grafik sebagai berikut:

0

5

10

15

20

25

30

-20000000 0 20000000 40000000 60000000

jum

lah

ca

cah

an

sudut θ

Grafik jumlah cacahan /s terhadap sudut

cacahan