UNTUK SMA KELAS XII

SEMESTER 2

MUTROFIN ROZAQ,S.Pd

KTSP

2006 Standar Isi

PENERBIT DRIMBAJOE

untuk

SMA Kelas XII

SEMESTER 2

Oleh

Mutrofin Rozaq

PENERBIT DRIMBAJOE Jl. Kuburan Raya Mandar Sapeken HP. 085649702765 - 085234400737

e-mail: gusdafin@yahoo.co.id

KTSP

Standar Isi 2006200620062006

Semester 1

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar

1. Menerapkan konsep dan prinsip

gejala gelombang dalam

menyelesaikan masalah

Mendeskripsikan gejala dan cirri-ciri gelombang

secara umum

Mendeskripsikan gejala dan cirri-ciri gelombang

bunyi dan cahaya

Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi

dan cahaya dalam teknologi

2. Menerapkan konsep kelistrikan

dan kemagnetan dalam berbagai

penyelesaian masalah dan

produk teknologi

Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik,

fluks, potensial listrik, energi potensial listrik, serta

penerapannya pada keeping sejajar

Menerapkan induksi magnaetik dan gaya

magnetic pada beberapa produk teknologi

Memformulasikan konsep induksi Faraday dan

arus bolak-balik serta penerapannya

Semester 2

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar

3. Menganalisis berbagai besaran

fisis pada gejala kuantum dan

batas-batas berlakunya

relativitas Einstein dalam

pradigma fisika modern

Menganalisis secara kualitatif gejala kuantum

yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda

hitam serta penerapannya

Mendeskripsikan perkembangan teori atom

Memformulasikan teori relativitas khusus untuk

waktu, panjang, dan massa, serta kesetaraan massa

dengan energi yang diterapkan dalam teknologi

4. Menunjukkan penerapan konsep

fisika inti dan radioaktivitas

dalam teknologi dan kehidupan

sehari-hari

Mengidentifikasi karakteristik inti atom dan

radioaktivitas

Mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam

teknologi dan kehidupan sehari-hari

STANDAR ISI 2006

STANDAR KOMPETENSI DAN KOMPETENSI DASAR

MATA PELAJARAN FISIKA SMA KELAS XII

Kata Pengantar …………………………………………………………………………. ii

Standar Isi ………………………………………………………………………………. iv

Daftar Isi ………………………………………………………………………………... v

BAB 10 FISIKA INTI ……………………………………………………………… .. 1

A. Inti Atom …………………………………………………………………. 2

B. Radioaktivitas ……………………………………………………………. 8

C. Reaksi Inti dan Teknologi Nuklir ………………………………………… 19

Uji Kompetensi Bab 10 ……………………………………………………… 28

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………………….. 33

APENDIKS …………………………………………………………………………….. 34

GLOSARIUM …………………………………………………………… ……………. 35

INDEKS ………………………………………………………………………………... 36

Aktivitas radiasi Moderator Reaksi fisi

Defek massa Nomor atom Reaksi Nuklir

Detektor radiasi Nomor massa Reaktor daya

Energi ikat inti Nukleon Reaktor fusi

Isobar Peluruhan Reaktor penelitian

Isoton Radiasi alamiah Reaktor termonuklir

Isotop Radioaktivitas Sinar radioaktif

Lambang nuklida Radioisotop Waktu paro

Kata-kata Kunci

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah s.w.t. yang telah memberikan Rahmat dan Ridho-

Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan bahan ajar fisika dalam bentuk buku

teks ini. Buku ini disusun untuk memenuhi kebutuhan siswa SMA Kelas XII, khususnya pada

materi tentang Fisika Inti. Penulisan materi di dalam buku ini dikupas sesuai dengan standar

isi KTSP 2006.

Adapun ciri utama penulisan buku ini adalah sebagai berikut:

Pembuka Bab

Dalam bagian ini dituliskan kompetensi dasar tiap bab dan judul tiap subbab.

Selanjutnya dinyatakan hal-hal umum yang akan dipelajari. Foto pembuka bab yang

menampilkan salah satu konsep yang akan dipelajari kemudian dijelaskan.

Kegiatan

Buku ini menyajikan banyak kegiatan dengan tujuan agar siswa aktif mengkonstruksi

pengetahuan fisiknya. Dengan demikian pengetahuan fisika jadi bermakna bagi siswa.

Jika dalam kegiatan diperlukan alat, diusahakan digunakan bahan yang murah dan

mudah diperoleh dari lingkungan sekitar.

Strategi Pemecahan Masalah

Untuk memudahkan memecahkan masalah-masalah rumit tertentu kadang-kadang

diberikan strategi pemecahan masalah, berupa langkah demi langkah yang perlu

ditempuh siswa.

Contoh-contoh

Dalam buku ini disajikan banyak contoh soal, setiap contoh dibahas secara rinci,

diselesaikan langkah demi langkah, dan diberi komentar. Tiap contoh diberi judul

untuk menolong Anda memfokuskan perhatian pada konsep yang sedang dibahas, dan

juga membantu ketika Anda mempelajari kembali konsep yang telah dibahas.

Ayo Kerjakan Soal Seleksi

Menyajikan pembahasan soal-soal seleksi secara terinci. Soal-soal yang dibahas

mungkin soal SPMB, UM-UGM, atau ujian masuk perguruan tinggi di luar negeri.

Mungkin juga soal-soal Olimpiade Fisika Tingkat Kabupaten atau Propinsi.

iii

Aplikasi Fisika

Dalam buku ini disajikan beberapa aplikasi fisika dalam kehidupan sehari-hari, yang

disajikan dalam kotak Tahukah Anda. Aplikasi fisika dalam bidang teknologi dan ilmu

pengetahuan serta temuan terkini, yang disajikan dalam kotak Kilasan Iptek.

Kuis

Cukup banyak kuis diberikan dalam buku ini, yang ditujukan untuk mengukur

kemampuan dasar Anda terhadap konsep-konsep yang baru saja dipelajari.

Kemampuan dasar tersebut meliputi: kemampuan mengamati, kemampuan

menerapkan konsep, kemampuan menafsirkan grafik dan komunikasi, kemampuan

menginterpretasi data, dan kemampuan mengajukan hipotesis.

Pertanyaan Diskusi

Dipertengahan atau akhir setiap subbab diajukan beberapa pertanyaan tentang

pemahaman konsep secara kualitatif. Pertanyaan ini dengan mudah dapat dijawab dari

bacaan teks.

Uji Kompetensi

Pada akhir tiap bab disajikan uji kompetensi, yang dibagi atas dua tipe: Pilihan Ganda

(PG) dan Esai. Cukup banyak soal PG yang diberikan, dimana mengacu pada soal-soal

SPMB dan UM-GM, serta soal-soal seleksi universitas di luar negeri. Begitu juga

soal-soal esai, cukup banyak soal esai yang disajikan dalam buku ini.

Ucapan Terima Kasih

Saya mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dra. Endang Purwaningsih yang telah

memberikan masukan dan saran dalam penulisan materi dari buku ini. Saya juga

mengucapkan terima kasih kepada rekan dan teman-teman yang telah membantu

dalam pengoreksian dan memberikan masukan untuk perbaikan buku ini, sehingga

dapat disajikan dengan perwajahan yang bagus dan lengkap.

Saya sangat berharap buku ini dapat meningkatkan kualitas pembelajaran Fisika di

tanah air. Kritik dan saran selalu terbuka untuk perbaikan buku ini dalam edisi

mendatang. Akhirnya bagi siswa-siswi yang saya cintai, selamat belajar dan

menikmati Fisika. Selalulah gembira dan antusias dalam belajar, dan tanamkan dalam

pikiran Anda bahwa “saya pikir bisa, saya pasti bisa”.

Malang, Mei 2008

Mutrofin Rozaq

PE

TA

KO

NSE

P

FIS

IKA

IN

TI

Teo

ri R

elat

ivita

s K

husu

s M

odel

Ato

m

Mek

anik

a K

uant

um

mel

anda

si

mel

iput

i

Kar

akte

rist

ik

Inti

R

adio

akti

vita

s T

eori

Pel

uruh

an

A

lfa,

Bet

a, &

Gam

ma

Mod

el I

nti

Gay

a In

ti

Rea

ksi I

nti

diap

likas

ikan

pa

da

jeni

snya

Rea

ktor

R

eaks

i Fus

i R

eaks

i Fis

i

jeni

snya

Rea

ktor

P

rodu

ksi i

soto

p

Rea

ktor

D

aya

Rea

ktor

P

enel

itia

n

dise

but

terj

adi p

eris

tiw

a

Rea

ksi

Ter

mon

uklir

R

eaks

i B

eran

tai

men

jela

skan

Par

tike

l P

enyu

sun

Inti

Si

mbo

l A

tom

men

jela

skan

m

enje

lask

an

Gay

a T

arik

A

ntar

Nuk

lida

men

jela

skan

m

elip

uti

Kes

tabi

lan

Inti

Akt

ivit

as

Rad

ioak

tif

Wak

tu P

aro

Bah

aya

Rad

iasi

Ala

t P

ende

teks

i R

adio

akti

vita

s

mac

am

nukl

ida

Isot

op

Isob

ar

Isot

on

kaita

nnya

de

ngan

Ene

rgi

Ikat

Int

i

Def

ek

Mas

sa

F I S I K A I N T I BAB

A. Inti Atom

B. Radioaktivitas

C. Reaksi Inti dan

Teknologi Nuklir

Gambar 10.1 menunjukkan uji coba bom

hidrogen yang energi penghancurnya berasal dari

reaksi fusi tak terkendali, dan memiliki kekuatan

pemusnah kira-kira 700 kali bom atom pertama yang

jatuh di Hiroshima. Seandainya reaksi fusi bisa

terkendali dalam reaktor atom seperti halnya reaksi

fisi, maka masalah penyediaan energi yang tak

terbatas, aman dan ramah lingkungan telah

terpecahkan. Mengapa reaksi fusi nuklir tak terkendali

mudah diwujudkan sebagai senjata pemusnah dalam

bom hidrogen, tetapi reaksi fusi nuklir terkendali

dalam reaktor atom sukar diwujudkan?

Dalam Bab 9 Anda telah mempelajari bahwa sebuah

atom terdiri dari bagian sangat kecil bermuatan positif di

mana sebagian besar massa atom terpusat, disebut inti atom,

yang dikelilingi oleh awan elektron. Dalam Bab ini Anda akan

mempelajari fisika inti untuk dapat menjawab pertanyaan-

pertanyaan, antara lain: Gaya apa yang mengikat partikel-

partikel dalam inti atom? Mengapa timbul energi sangat besar

ketika inti atom terpisah atau bergabung? Mengapa inti atom

meluruh?

Hal lain yang juga menarik untuk dikaji berkaitan

dengan inti atom adalah tentang Radioaktivitas. Adanya

Radioaktivitas ini telah memberikan banyak kontribusi pada

kehidupan manusia. Antara lain dalam bidang kedokteran,

untuk diagnosa maupun pengobatan. Apa sebenarnya

Radioaktivitas itu? Bagaimana peristiwa ini bisa terjadi?

Bagaimana proses terjadinya?

Untuk mengetahuinya, ayo pelajari bab ini dengan gembira

dan antusias.

Kemampuan dasar yang akan Anda miliki setelah mempelajari bab ini: � Dapat mengidentifikasi karakteristik atom dan radioaktivitas

� Dapat mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari

Sumber: www.image.google.com

Gambar 10.1 Ledakan atom

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

2

INTI ATOM

Suatu atom terdiri atas inti atom dan elektron yang bergerak mengelilingi inti atom.

Percoban Rutherford menunjukkan sebagian besar massa atom adalah berupa inti atom yang

tersusun atas proton dan neutron. Proton adalah partikel elementer bermuatan positif,

sedangkan neutron adalah partikel yang bermuatan netral, dengan massa sedikit lebih besar

dari proton.

Tabel 10.1 Massa dan Muatan (Proton, Elektron, dan Neutron)

Partikel Massa (kg) Muatan (C) Proton 1,6726 x 10-27 +1,6 x 10-19

Elektron 9,1090 x 10-31 - 1,6 x 10-19 Neutron 1,6750 x 10-27 0

Partikel-partikel penyusun inti ini disebut nukleon atau nuklida. Nuklida-nuklida di

dalam inti mengalami tiga buah gaya, yaitu gaya elektrostatis, gaya gravitasi, dan gaya inti.

Gaya inti merupakan gaya tarik-menarik antar nuklida dan merupakan gaya terkuat

dibandingkan dengan dua gaya yang lain. Hal inilah yang menyebabkan nuklida-nuklida tetap

terikat dalam inti atom.

A

Neutron dan proton yang menyusun inti, juga partikel lain yang mungkin

mendekatinya, diatur oleh beberapa interaksi. Gaya inti kuat yang tidak teramati pada

skala makroskopis, merupakan gaya yang paling kuat pada rentang subatomik. Gaya

elektrostatik juga cukup signifikan, sedangkan gaya inti lemah kurang signifikan.

Sistem kerja gaya-gaya ini sangat kompleks. Beberapa konfigurasi partikel dalam

suatu inti memiliki sifat bahwa apabila terjadi suatu pergeseran yang relatif kecil,

partikel dapat jatuh dalam susunan energi yang lebih rendah. Sejumlah peluruhan

memerlukan energi aktivasi khusus. Dalam kasus inti atom, gangguan kecil datang

dari fluktuasi vakum kuantum. Suatu inti (atau setiap item yang tereksitasi dalam

mekanika kuantum) dapat meluruh secara spontan.

Transformasi yang dihasilkan dapat mengubah struktur.

Kebanyakan reaksi alamiah jatuh di bawah peluruhan

radioaktif, di mana suatu inti yang tidak stabil dan

meluruh setelah interval yang acak. Proses yang paling

umum melalui pemancaran alfa, beta, dan gamma.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

3

a. Simbol Atom

Untuk membedakan berbagai isotop, maka digunakan lambang nuklida sebagai berikut.

X menyatakan nama atom, Z adalah nomor atom yang menyatakan jumlah proton

dalam inti. Sedangkan A adalah nomor massa yang menyatakan jumlah nuklida (proton dan

neutron) dalam inti. Jika atom dalam keadaan normal (tidak terionisasi), maka banyaknya

elektron sama dengan banyaknya proton.

Misalnya nuklida Fe5626 , ini berarti memiliki :

Jumlah proton = Z = 26

Jumlah neutron = A – Z = 56 – 26 = 30

Jumlah elektron = Z = 26 (untuk atom netral)

Menulis

b. Apa yang Dimaksud dengan Isotop, Isobar, dan Isoton?

Ketika ion-ion dari suatu unsur murni dilewatkan dalam suatu spektrometer massa,

fisikawan menemukan dua atau lebih tanda yang berdekatan, yang muncul pada film.

(Spektrometer adalah alat untuk mengukur massa sebuah atom dengan teliti. Alat ini telah

dibahas dalam Bab 8). Sebagai contoh, bahan neon murni menghasilkan dua tanda yang jari-

jari lintasannya berhubungan dengan atom-atom bermassa 20 u dan 22 u. Karena bahan neon

tersebut murni (tidak mengandung unsur lain), maka kita simpulkan pasti ada dua jenis neon

yang memiliki massa yang berbeda. Kedua atom neon yang berbeda ini disebut isotop. Pada

kenyataannya, ditemukan bahwa kebanyakan unsur-unsur disusun oleh campuran berbagai

isotop.

Dua isotop dalam spektrometer di atas adalah neon bermassa 20 dan 22, masing-

masing dilambangkan sebagai Ne2010 dan Ne22

10 . Nuklida Ne2010 memiliki 10 proton dan 10

neutron (dari 20 – 10 = 10) sedangkan nuklida Ne2210 memiliki 10 proton dan 12 neutron (dari

22 – 10 = 12). Dengan demikian, isotop didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah

proton sama, tetapi jumlah neutron berbeda.

XAZ

Kegiatan 10.1

Dari buku referensi tentang fisika inti, tulislah beberapa nuklida yang merupakan: (1) isotop (3) isoton (2) isobar, dan

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

4

Nuklida-nuklida dengan nomor atom sama berasal dari unsur yang sama. Tentu saja

nuklida-nuklida dengan nomor atom berbeda pasti berasal dari unsur yang berbeda.

Bagaimana dengan nuklida-nuklida H31 dan He3

2 ? Nuklida H31 memiliki 1 proton dan 3

nukleon, sedangkan nuklida He32 memiliki 2 proton dan 3 nukleon. Nuklida H3

1 dan He32

adalah isobar. Jadi, isobar didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon

sama tetapi jumlah proton berbeda.

Bagaimana dengan nuklida H31 dan He4

2 ? Nuklida H31 memiliki jumlah neutron 2

(dari 3 – 1 = 2) sedangkan nuklida He42 juga memiliki jumlah neutron 2 (dari 4 – 2 = 2).

Nuklida H31 dan He4

2 adalah isoton. Jadi, isoton didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan

jumlah neutron sama.

Jadi, massa isotop C126 tepat sama dengan 12 u, dengan 1 u = 1,660559 x 10-27 kg. Satu proton

atau satu neutron memiliki massa kira-kira 1 u. Elektron memiliki massa hanya sebagian kecil

dari u.

Ahli nuklir lebih sering menyatakan satuan massa dalam satuan energi ekuivalennya, yaitu

MeV/c2, dimana

………. (10-1)

dengan c = 3 x 108 m/s adalah cepat rambat cahaya dalam vakum.

c. Apa yang Dimaksud dengan Defek Massa dan Energi Ikat Inti?

Apabila kita memiliki isotop dengan jumlah proton sebanyak Z dan jumlah neutron

sebanyak (A – Z), maka menurut perhitungan, massa inti seharusnya sebesar:

[Zmp + (A – Z)mn] dengan mp dan mn masing-masing adalah massa satu proton dan massa satu

neutron. Akan tetapi berdasarkan hasil pengukuran dengan spektrometer massa, diperoleh

bahwa:

Berdasarkan hukum kesetaraan massa dan energi Einstein, berkurangnya massa inti atom

disebut Defek Massa, yang dapat dihitung menggunakan persamaan:

∆m = [Zmp + (A – Z)mn – mi] ………. (10-2)

dengan mi adalah massa inti atom.

1 atomic mass unit (u) tepat sama dengan 12

1 massa isotop karbon-12 (C12

6 )

1 u = 1,660559 x 10-27 kg = 931,5 MeV/c2

Massa sebuah inti stabil selalu lebih kecil daripada gabungan massa nukleon-nukleon pembentuknya

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

5

Gaya gaya inti kuat mengikat nukleon-nukleon bersatu dalam sebuah inti stabil.

Karena itulah diperlukan energi untuk memisahkan sebuah inti stabil menjadi proton-proton

dan neutron-neutron pembentuknya.

Energi ikat inti dapat dihitung dengan menggunakan hukum kesetaraan massa dan energi

Einstein, yaitu:

………. (10-3)

dengan c = 3 x 108 m/s adalah kelajuan cahaya dalam vakum.

Telah Anda ketahui bahwa massa inti biasa dinyatakan dalam satuan u, dan energinya

dinyatakan dalam jutaan elektron volt (MeV). Hubungan satuan-satuan ini telah dinyatakan

dalam Persamaan (10-1), yaitu:

1 u = 931 MeV/c2

sehingga jika ∆E dan ∆m dinyatakan dalam MeV dan u, maka Persaman (10-3) menjadi:

………. (10-4)

Besarnya energi ikat ternyata tidak selalu menggambarkan tingkat stabilitas inti,

karena pada umumnya inti yang memiliki nukleon lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti

yang lebih rendah. Oleh karena itu, kita perlu menyatakan besaran energi yang terkait

langsung dengan stabilitas inti, yaitu energi ikat per nukleon, yang besarnya dapat dihitung

dengan persamaan:

………. (10-5)

Ini diilustrasikan dengan baik

pada Gambar 10.1. Makin stabil

sebuah inti maka makin besar

energi yang diperlukan untuk

memutuskan tali tersebut

menjadi proton-proton dan

neutron-neutron pembentuknya.

Nah, energi yang diperlukan

untuk memutuskan inti menjadi

proton-proton dan neutron-

neutron pembentuknya disebut

energi ikat inti (binding energy).

∆E = ∆mc2

∆E = ∆m x (931 MeV/u)

+ + _

_ +

_

+

_

Energi ikat

n10

H11

H11

He42

n10

+ +

Massa = 4,0026 u Massa = 4,0330 u

Gambar 10.2 Energi yang disebut energi ikat harus diberikan untuk memisahkan sebuah inti stabil menjadi komponen-komponen pembentuknya: proton-proton dan neutron-neutron. Tiap nukleon yang terpisah ada dalam keadaan diam dan sudah di luar jangkauan gaya-gaya dari nukleon lain (gaya inti).

∆E A

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

6

Misalnya, defek massa inti He42 adalah 0,030378 u, sehingga energi ikat inti He4

2 adalah

Inti helium memiliki jumlah nukleon = 4 (karena nomor massa A = 4), sehingga energi ikat

per nukleon adalah

Massa isotop Li73 adalah 7,018 u. Hitung energi ikat per nukelon. (massa H = 1,008 u,

massa neutron = 1,009 u, dan 1 u = 931 MeV).

Jawab:

Li73 artinya nomor atom Z = 3 dan nomor massa A = 7. Ini berarti jumlah proton = Z =

3, jumlah elektron = Z = 3, dan jumlah neutron = A – Z = 7 – 3 = 4, massa H = 1,008

u berarti mp + me = 1,008 u. Sekarang mari kita hitung massa dari partikel-partikel

pembentuk isotop Li73

Massa 3 proton + massa 3 elektron = 3mp + 3me

= 3(mp + me) = 3(1,008 u) = 3,024 u

Massa 4 neutron = 4(1,009 u) = 4,036 u +

Massa partikel pembentuk = 7,060 u

Diketahui massa isotop = 7,018 u sehingga defek massa, ∆m, adalah

∆m = 7,060 u – 7,018 u = 0,042 u

Energi ikat inti, ∆E, menurut Persamaan (10-4) adalah

∆E = ∆m x 931 MeV/u = 0,030378 u x 931 MeV = 28,2819 MeV u

∆E = 28,28 MeV = 7,07 MeV / nucleon A 4 nukleon

Catatan: (1) Jika di dalam soal yang Anda hadapi data mengenai massa elektron tidak diketahui

(hanya massa proton dan neutron yang diketahui) maka massa elektron dapat

didekati dengan nol.

(2) Atom netral hidrogen H11 terdiri dari sebuah proton dan sebuah elektron. Karena

itu massa H = mp + me. Jadi, jika di dalam soal diketahui massa atom hidrogen,

maka itu berarti jumlah massa proton dan elektron diketahui. Pelajari Contoh 10.1

Contoh 10.1 Menghitung defek massa, energi ikat, dan energi ikat per nukleon

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

7

∆E = ∆m x 931 MeV/u = 0,042 u x 931 MeV/u = 39,102 MeV

Inti Li7

3 memiliki jumlah nukleon = 7 (karena A = 7), sehingga energi ikat per nukleon

adalah

d. Apa yang Dimaksud dengan Gaya Inti?

Di dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi atau gaya tarik-menarik antara

nuklida-nuklida (proton dan neutron). Namun, besar gaya gravitasi ini bisa diabaikan

dibandingkan dengan besarnya gaya tolak-menolak secara listrik (gaya Coulomb) antar

proton. Mengapa adanya gaya tolak-menolak ini tidak menyebabkan inti atom tercerai berai?

Bahkan inti atom suatu struktur yang stabil? Dengan demikian, pasti ada gaya lain yang

bekerja pada inti atom. Gaya ini disebut gaya inti kuat atau disebut saja gaya inti. Nah,

adanya gaya inti inilah yang menjaga inti atom tetap menyatu.

Kuis

Diberikan pernyataan berikut ini:

1) Gaya inti merupakan gaya tarik-menarik, yang lebih besar dari gaya Coulomb dalam

inti atom

2) Gaya inti bekerja pada kisaran jarak yang sangat pendek

3) Gaya inti bekerja di antara dua proton

4) Gaya inti bekerja di antara dua neutron

5) Gaya inti bekerja antara proton dan neutron

∆E = 39,102 MeV = 5,586 MeV / nucleon A 7 nukleon

0123456789

10

0 50 100 150 200 250

Nomor atom

En

erg

i ika

t (M

eV)

H21

Fe5626

U23892

Gambar 10.3 Grafik hubungan antara energi ikat per nukleon dengan nomor atom

Grafik yang menyatakan hubungan antara energi ikat per nukleon ditunjukkan pada Gambar 10.2 di samping. Tampak inti

Fe5626 relatif lebih diikat kuat daripada inti

U23892 . Ini karena energi inti per nucleon

untuk Fe5626 lebih besar daripada U238

92 .

Dengan kata lain grafik ini menunjukkan bahwa ketika proton-proton dan neutron-neutron bersatu membentuk inti Fe56

26

dibebaskan lebih banyak energi daripada untuk membentuk inti U238

92

Kegiatan 10.2

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

8

Dari pernyataan di atas, yang merupakan karakteristik gaya inti adalah:

A. 1 dan 2 D. 1, 2, dan 5

B. 1, 2 dan 3 E. Semua benar

C. 2, 4 dan 5

RADIOAKTIVITAS

a. Kestabilan Inti dan Peluruhan

Ukuran dan bentuk inti

Jari-jari inti atom:

………. (10-6)

Misalnya, jari-jari inti aluminium (A = 27) adalah

R = (1,2 x 10-15 m) (27)1/3

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

= 3,6 x 10-15 m

Isotop-isotop yang memiliki jumlah proton antara 1 sampai 83 secara umum merupakan

isotop-isotop yang stabil. Untuk inti-inti yang stabil dengan nomor massa A<40, rasio antara

proton dan neutron mendekati 1. Ini artinya jumlah proton sama atau hampir sama dengan

jumlah neutron. Untuk inti-inti stabil dengan nomor A>40, jumlah neutronnya lebih banyak

B

Proton-proton dan neutron-neutron dalam inti

bergerombol bersama dengan bentuk mendekati

bola, seperti diilustrasikan pada Gambar 10.3.

Percobaan menunjukkan bahwa jari-jari inti atom r

bergantung pada nomor massa A dan secara

pendekatan diberikan oleh

r = (1,2 x 10-15 m)A1/3

+ + +

+ +

+

+ +

+

+

r

Gambar 10.4 Inti atom mendekati bentuk bola (jari-jari = r) dan mengandung sejumlah proton yang bergerombol rapat dengan sejumlah neutron.

dibandingkan dengan jumlah proton. Semakin besar

massa inti atom, semakin banyak kelebihan

neutronnya. Grafik antara jumlah proton dan neutron

inti-inti stabil dapat dilihat pada Gambar 10.4.

Terlihat bahwa ada kecenderungan dari atom berat

berada di atas garis kestabilan inti (garis putus-putus

pada gambar). Dari sinilah akhirnya bias dijelaskan

peristiwa radioaktivitas yang ditemukan oleh Henry

Becquerel (1852-1908) pada tahun 1896.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80

Jum lah proton Z

Jum

lah

Neu

tro

n N

= A

- Z

Gambar 10.5 Dengan beberapa pengecualian, inti stabil memiliki jumlah neutron N yang sama atau melebihi jumlah proton Z

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

9

b. Apa yang Dimaksud dengan Radioaktivitas?

Penemuan sinar-X oleh Rontgen pada tahun 1895 merangsang Henry Becquirel untuk

menyelidiki asal-usul sinar-X. Dalam percobaan yang dilakukan, sebenarnya Becquirel

sedang mempelajari gejala fluoresensi dan fosforesensi (yang disebabkan oleh sinar-X) dari

berbagai bahan. Gejala fluoresensi adalah gejala dimana suatu benda dapat memancarkan

cahaya yang berbeda ketika menerima cahaya dari luar atau menerima tembakan dari aliran

partikel. Misalnya dinding kaca dari sinar katoda yang memancarkan cahaya hijau ketika

dinding kaca itu menerima sinar katoda. Gejala fosforesensi adalah gejala dimana suatu benda

dapat memancarkan cahaya beberapa selang waktu kemudian setelah benda itu menerima

cahaya dari luar, misalnya pada jarum penunjuk yang bersinar pada malam hari setelah

menerima cahaya Matahari pada siang hari.

Radioaktivitas alami pertama kali ditemukan oleh Henry Becquirel. Beberapa

kemudian, pasangan suami-istri Marie Curie dan Pierre Curie berhasil menemukan dua unsur

radioaktif baru: polonium dan radium.

Dengan memperhatikan arah sinar yang dibelokkan, dia menyimpulkan bahwa

komponen sinar yang tidak dibelokkan adalah tidak bermuatan (sinar γ), komponen sinar yang

dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (sinar α), dan sinar yang dibelokkan ke kiri

adalah bermuatan negatif (sinar β).

Pemancaran sinar tembus (sinar radioaktif) secara spontan oleh inti-inti tidak stabil (misalnya inti uranium) dinamakan Radioaktivitas.

Pada tahun 1899, Ernest Rutherford

melakukan percobaan dalam rangka studinya

mengenai radioaktif. Ia menempatkan sedikit

radium di dasar sebuah kotak kecil dari timah

hitam (timbel). Ia memperhatikan sinar-sinar

yang dipancarkan dari kotak karena adanya

pengaruh sebuah medan magnetik kuat yang

berarah tegak lurus terhadap arah rambat

radiasi ketiga sinar yang dipancarkan oleh

radium. Dia mendapatkan bahwa berkas sinar

terpisah menjadi tiga komponen, seperti

ditunjukkan pada gambar di samping.

Gambar 10.6 Radiasi dari radium dipisahkan menjadi tiga komponen oleh suatu medan magnetik.

β α

γ

B (keluar Bidang kertas

Kotak timbel Radium

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

10

Berpikir

Tiga berkas sinar radioaktif α, β, dan γ dilewatkan di antara dua keping sejajar bermuatan

(keping yang atas bermuatan positif) seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

α

β

γ

Jawablah pertanyan di bawah ini:

1. Kemanakah arah sinar α setelah memasuki dua keping sejajar?

2. Kemanakah arah sinar β setelah memasuki dua keping sejajar?

3. Kemanakah arah sinar γ setelah memasuki dua keping sejajar?

4. Gambarlah sketsa perkiraan lintasan yang akan ditempuh oleh sinar-sinar tersebut di

dalam ruang antara kedua keping sejajar!

5. Jelaskan mengapa lintasannya seperti itu?

Tabel 10.2 Sifat-sifat Sinar α, β, dan γ

Jenis Identik

dengan

Massa

(u) Muatan

Kelajuan

sampai

dengan

Diserap

oleh

Dalam medan

magnetik dan

listrik

Sinar α inti helium 4 +2e c

10

1

selembar

kertas

dibelokkan

Sinar β elektron

kecepatan tinggi 1840

1

-1e c

10

9

selembar

alumunium

setebal 3 mm

dibelokkan

dengan kuat

Sinar γ radiasi

elektromagnetik

frekuensi tinggi

0 0 c selembar

timbel setebal

3 cm

tidak

dibelokkan

Kegiatan 10.3

+

-

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

11

c. Aktivitas Radioaktif

Aktivitas radioaktif A didefinisikan sebagai laju perubahan inti radioaktif, dan secara

matematis dapat ditulis sebagai

..…………...(10-7)

dengan N = jumlah inti radioaktif, dan t = waktu peluruhan.

Setiap inti radioaktif memiliki peluang untuk meluruh sebesar λ, yang disebut

konstanta peluruhan sehingga aktivitas radioaktif dapat juga dinyatakan sebagai

.……………(10-8)

dengan: A = aktivitas peluruhan (partikel/sekon = becquerel)

λ = konstanta peluruhan (s-1)

N = jumlah partikel pada saat tertentu

Apabila persamaan (10-7) dan (10-8) digabungkan dan kemudian dilakukan operasi integral

akan diperoleh

…………….(10-9)

dengan: N = jumlah radioaktif setelah peluruhan

No = jumlah radioaktif mula-mula

E = bilangan natural (e = 2,718…)

λ = konstanta peluruhan

t = waktu peluruhan

Persaman (10-9) selanjutnya disebut hukum peluruhan radioaktivitas.

Mengingat bahwa aktivitas radioaktif berbanding lurus dengan jumlah inti radioaktif (A = λN)

maka persamaan (10-9) dapat ditulis menjadi

..………….(10-10)

Satuan Radioaktivitas

Kekuatan suatu sampel radioaktivitas memancarkan radiasi atau aktivitas radiasi, dinyatakan

dalam satuan curie (Ci). Dimana 1 Ci = 3,70 x 1010 peluruhan/sekon. Namun demikian, satuan

SI untuk aktivitas radiasi yang biasa adalah Becquerel (Bq), yang didefinisikan sebagai

1 Bq = 1 peluruhan/ sekon

Dengan demikian

1 Ci = 3,70 x 1010 Bq

A = dt

dN−

A = - λN

N = No te λ−

A = Ao te λ−

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

12

d. Waktu Paro

Waktu paro (T1/2) adalah waktu yang dibutuhkan untuk peluruhan sehingga jumlah inti

setelah peluruhan tinggal setengah dari jumlah inti mula-mula, atau waktu yang diperlukan

untuk peluruhan sehingga aktivitas peluruhan tinggal setengah dari aktivitas mula-mula.

Pada t = 0 jumlah inti sisa = No

Pada t = T1/2 jumlah inti sisa = ½ No

Pada t = 2 T1/2 jumlah inti sisa = ½ ( ½ No ) = ¼ No

Pada t = 3 T1/2 jumlah inti sisa = ½ ( ¼ No ) = 1/8 No

Semakin besar waktu paro suatu isotop, semakin lambat peluruhannya dan semakin konstan

peluruhannya. Pada saat t = T1/2 berlaku:

Karena e = 2,718 yaitu bilangan alam, maka bisa ditemukan bahwa

.…………..(10-11)

Sehingga

...…………(10-12)

Apabila waktu paro T1/2 diketahui, maka kita dapat menghitung jumlah inti radioaktif

setelah peluruhan maupun aktivitas radioaktif setelah peluruhan dengan persamaan sebagai

berikut.

atau .…………..(10-13)

1 Waktu paro 24Na adalah 15 hari.Waktu yang diperlukan supaya 75 % yang

mengandung nuklida ini meluruh adalah …

A. 15 hari D. 60 hari

B. 30 hari E. 75 hari

C. 45 hari

(UM-UGM 2006)

2

12/1 == − TeNo

N λ

2

1693,0 ≈−e

T1/2 = λ693,0

N = No 2/1)2

1( T

t

A = Ao 2/1)2

1( T

t

Ayo Kerjakan Soal Seleksi

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

13

Jawab:

Diketahui waktu paro T1/2 = 15 hari. Setelah selang waktu t, 75 % sampel meluruh. Ini

berarti jumlah sampel yang tersisa adalah

N = (100% - 75%) No

N = 25% No atau N = ¼ No

Rumus jumlah sampel yang tersisa adalah

Dengan demikian, 2/1)2

1( T

t

= 4

1

2/1)2

1( T

t

= ½ 2

t/T1/2 = 2

t = 2 T1/2 = 2 (15 hari) = 30 hari (Jawaban B)

2 Seorang pasien diberikan radioisotop iodium-131 untuk diperiksa jantungnya

menggunakan CT-scan. Waktu paro iodium-131 sama dengan 8 hari. Pada awalnya,

terdapat sekitar 4,0 x 1014 inti atom iodium-131, berapa aktivitasnya?

A. 4, 0 x 108 inti/sekon D. 2, 0 x 108 inti/sekon

B. ¼ x 108 inti/sekon E. ½ x 108 inti/sekon

C.16 x 108 inti/sekon

Jawab:

Diketahui T1/2 = 8 hari = ,9 x 105 s, No = 4,0 x 1014 inti,

t 1 hari = 24 jam = 8,6 x 104 s

Pertama kita menghitung konstanta peluruhan λ :

atau λ = 0,693 / T1/2

λ = 0,693 / 6,9 x 105 = 1,0 x 10-6 s-1

Sekarang gunakan persamaan (10-8)

A = -λ No

Perhatikan, tanda minus hanya untuk menunjukkan adanya pengurangan inti, sehingga

aktivitas radiasi bisa diambil nilai positifnya.

A = λ No

A = (1,0 x 10-6 s-1 )(4,0 x 1014 inti)

= 4,0 x 108 inti/sekon (Jawaban A)

N = No 2/1)2

1( T

t

T1/2 = λ693,0

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

14

Mengamati

Tujuan

Membuat suatu model untuk menyelidiki hubungan antara aktivitas radioaktif terhadap waktu.

Alat dan Bahan

500 kartu domino, sebuah kotak besar yang cukup untuk menaruh 500 kartu dan selembar

kertas grafik.

Pemodelan

Dalam model ini kita membuat beberapa analogi:

1. 500 kartu domino dianalogikan sebagai sampel radioaktif.

2. Setiap kartu dianalogikan sebagai atom yang mempunyai peluang untuk meluruh yang

sama.

3. Setiap lemparan dianalogikan sebagai satu satuan waktu.

4. Kartu yang muka bertitiknya menghadap ke atas setelah suatu lemparan dianalogikan

sebagai atom yang telah meluruh.

5. Banyak kartu yang dikeluarkan dalam suatu lemparan dianalogikan sebagai aktivitas

sampel radioaktif.

6. Kartu yang tertinggal dan dimasukkan kembali ke dalam kotak dianalogikan sebagai

atom radioaktif yang belum meluruh.

Langkah Kerja

Lakukan kegiatan ini secara berkelompok (4 atau 5 orang)

1. Seluruh 500 kartu domino dimasukkan ke dalam sebuah kotak.

2. Kotak diguncang-guncang agar semua kartu bercampur dengan sempurna.

3. Kemudian semua kartu dilemparkan ke atas meja.

4. Kartu-kartu dengan muka bertitiknya menghadap ke atas dipisahkan dan dikeluarkan.

5. Kartu-kartu lain yang tertinggal dikumpul dan banyaknya dicacah dan dicatat dalam

tabel.

6. Kartu-kartu pada langkah (5) kemudian dimasukkan kembali ke dalam kotak dan

langkah (2) sampai dengan (5) diulang sebanyak 10 kali.

7. Semua data dicatat dalam tabel. Dari tabel ini kemudian Anda ditugaskan

menggambar grafik banyak kartu yang tertinggal, N, terhadap nomor lemparan pada

kertas grafik (sumbu-sumbu grafik ditunjukkan pada Gambar 10.8)

Kegiatan 10.4

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

15

Gambar 10.7 Kotak dan kartu domino

Nomor lemparan

0

Banyak kartu dikeluarkan

0

Banyak kartu tertinggal, N

500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pertanyaan, Diskusi, dan Kesimpulan

1. Bagaimanakah bentuk grafik yang Anda peroleh pada Gambar di atas? Jelaskan secara

singkat.

2. Tentukan waktu paro model ini.

3. Apakah bentuk grafik yang Anda peroleh sesuai dengan kurva peluruhan?

# SELAMAT BEKERJA #

Kotak

Kartu-kartu lain

dimasukkan kembali ke

dalam kotak Kartu-kartu dengan muka

bertitik menghadap ke atas

dikeluarkan

Tabel 10.3 Data Percobaan

0

125

250

375

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Banyak lemparan, t

Ban

yak

kart

u y

ang

ter

tin

gg

al,

N

Gambar 10.8 Grafik

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

16

d. Bahaya Radiasi dan Alat-alat Pendeteksi Radioaktivitas

Anda telah mengetahui dahsyatnya bencana yang ditimbulkan oleh radiasi dan energi

bom atom pertama yang jatuh di Hiroshima dan Nagasaki pada perang dunia kedua. Bahkan

pengaruh akibat bencana ini masih dirasakan oleh rakyat Jepang sampai sekarang. Radiasi

pengion juga membahayakan kehidupan tumbuhan, manusia, dan hewan.

Makanan kita mengandung sejumlah kecil bahan-bahan radioaktif yang terjadi secara

alamiah, karena itu badan kita mengandung sedikit bahan radioaktif. Secara alamiah bahan-

bahan radioaktif juga terdapat dalam tanah, batuan, air, tumbuh-tumbuhan, dan hewan.

Sejumlah radiasi yang tiba di Bumi berasal dari angkasa luar dan Matahari. Ini disebut radiasi

kosmis. Kebanyakan radiasi kosmis diserap oleh atmosfer, tetapi beberapa menembus ke

tanah.

sinar kosmik

dari makanan

sinar gammadari Bumi

buatan

bahanbangunan

37% 14%

19% 13% 17%

Gambar 10.9 Diagram lingkaran sumber radiasi pengion di sekitar kita

Dosis Serapan Radiasi dan Efek Biologis

Risiko kanker berhubungan dengan dosis

radiasi yang diserap oleh tubuh kita.

Sebelumnya telah Anda ketahui bahwa

besaran dosis serapan yang berkaitan dengan

efek biologis adalah dosis serapan

ekuivalen, yang diberi lambang H dengan

satuan Sv. Tabel 10.4 menunjukkan efek

biologis dari beberapa dosis serapan

ekuivalen radiasi dalam tubuh manusia.

Tabel 10.4 Efek biologis beberapa dosis serapan ekuivalen radiasi pada tubuh manusia

Dosis ekuivalen (Sv)

Efek biologis

< 0,1

tidak ada efek

0,1 – 2,0 bisa mengarah ke kanker

2 – 10

sakit radiasi akut

> 10

kematian

Radiasi di Sekitar Kita

Becquirel menemukan radioaktivitas

pada tahun 1896, tetapi radiasi pengion

dari dahulu sampai kapanpun adalah

bagian dari lingkungan hidup kita. Ini

dikenal sebagai radiasi alamiah. Kira-

kira 87% radiasi di lingkungan kita

dihasilkan secara alamiah, dan hanya

sekitar 13% merupakan radiasi buatan,

seperti ditunjukkan pada Gambar 10.8.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

17

Alat-alat Pendeteksi Radioaktivitas

Salah satu detektor radiasi yang paling umum adalah Geiger Counter (Tabung Geiger), yang

dikembangkan oleh Hans Geiger. Prinsip Geiger Counter digambarkan pada Gambar 10.9

Suatu tegangan listrik 800-1000 V diberikan pada elektrode kawat dan elektrode luar

(tabung). Tabung berisi suatu gas (misalnya argon) pada tekanan rendah. Ketika suatu partikel

ion memasuki tabung, partikel tersebut akan mengionisasikan beberapa atom gas tersebut.

Elektron yang dibebaskan tertarik dan dipercepat ke arah kutub positif (anode). Di

perjalanannya, elektron ini mengionisasikan atom gas lain sehingga terjadi proses

pelipatgandaan elektron yang dibebaskan. Elektron-elektron ini menghasilkan pulsa listrik

yang bisa dideteksi secara elektronika. Bahkan pulsa ini juga bisa dikonversikan menjadi

suara sehingga terdengar seperti bunyi jarum jam.

Bahan-bahan semikonduktor juga bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi radioaktif.

Detektor semacam ini disebut detektor zat padat atau detektor semikonduktor. Ketika suatu

radiasi mengenai bahan semikonduktor, akan dihasilkan pasangan elektron-lubang (boleh

disebut sebagai ionisasi zat padat). Dengan memberikan suatu beda potensial pada bahan zat

padat ini akan dihasilkan sinyal listrik yang kemudian bisa diperbesar untuk diukur. Detektor

zat padat memiliki kemampuan deteksi yang tinggi dengan sangat cepat.

1. Sebuah isotop memiliki waktu paro satu bulan. Setelah dua bulan, akankah contoh

isotop yang diberikan itu meluruh habis? Jika tidak, berapa banyakkah yang tersisa?

2. Sumber terbesar radiasi di AS adalah gas radon, jelaskan asal gas ini dan bahaya yang

ditimbulkan oleh gas ini!

anode

lintasan radiasi tunggal

kawat jendela

ke rangkaian pencacah

katode

Gambar 10.10 Prinsip Kerja Geiger Counter

Pertanyaan Diskusi:

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

18

α

Anggaplah Anda diberi tiga buah

kue radioaktif, masing-masing kue berturut-

turut sebagai pemancar alfa, pemancar beta,

dan pemancar gamma. Apabila Anda harus

makan, memegang, dan menaruh di kantong

baju masing-masing sebuah kue radioaktif

tersebut, apa yang dapat Anda lakukan untuk

mengurangi bahaya radiasi?

Secara ideal Anda harus pergi sejauh

mungkin. Namun jika Anda harus makan satu,

memegang satu, dan menaruh satu di kantong

baju. Maka makanlah kue pemancar gamma

karena akan menembus tubuh Anda. Peganglah

kue pemancar alfa karena kulit tangan akan

melindungi Anda. Dan taruhlah kue pemancar

beta di kantong baju karena pakaian akan

melindungi Anda.

TEKA TEKI TEKA TEKI TEKA TEKI TEKA TEKI

KITAKITAKITAKITA ?

APLIKASI FISIKA

Detektor Asap (Smoke Detector)

Suatu penerapan peluruhan α yang

digunakan secara luas adalah detektor asap (smoke

detector). Cara kerja detektor ini ditunjukkan pada

Gambar 10.10. Dua buah keping logam kecil dan

sejajar dipisahkan pada jarak kira-kira 1 cm.

Sejumlah kecil bahan radioaktif yang diletakkan di

pusat salah satu keping memancarkan partikel α

yang kemudian bertabrakan dengan molekul-

molekul udara di antara keping. Selama

bertumbukan, molekul-molekul udara diionisasi

sehingga membentuk ion-ion positif dan negatif.

Keping yang atas (polaritas negatif) menarik ion-

ion positif, dan keping yang bawah (polaritas

positif) menarik ion-ion negatif.

Akibatnya arus listrik mengalir melalui rangkaian yang dihubungkan ke kedua keping.

Adanya partikel asap di antara kedua keping mengurangi arus listrik, karena ion-ion yang

bertumbukan dengan sebuah partikel asap biasanya dinetralkan. Berkurangnya arus listrik

yang disebabkan oleh kehadiran partikel-partikel asap digunakan alarm untuk

memberitahukan adanya indikasi bahaya kebakaran.

Arus

Partikel α

Baterai

Bahan radioaktif

Gambar 10.11 Sebuah detektor asap

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

19

REAKSI INTI DAN TEKNOLOGI NUKLIR

a. Reaksi Inti

Zat radioaktif alam mempunyai inti yang berubah dengan sendirinya setelah

memancarkan sinar radioaktif., tetapi inti atom yang tidak bersifat radioaktif dapat diubah

sehingga menjadi zat radioaktif (radioaktif buatan), yaitu dengan jalan menembaki inti itu

dengan partikel-partikel (ingat peristiwa transmutasi)yang mempunyai kecepatan tinggi.

Penembakan inti dengan kecepatan tinggi ini disebut reaksi inti.

Contoh : HONHe 11

178

147

42 +→+ .…………..(10-14)

Alfa + Nitrogen Oksigen + Proton

Secara umum reaksi inti dinotasikan dengan:

a + X Y + b + Q …….……..(10-15)

dengan Q adalah energi radiasi

b. Perhitungan Energi pada Reaksi Inti

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 ditambah energi Q. Sesuai hukum kekekalan enegi,

energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi

energi reaktan = energi produk + energi reaksi

energi rekasi = energi reaktan – energi produk

……….…..(10-16)

dengan ma, mX, mY, dan mb adalah massa-massa yang harus dinyatakan dalam u.

C

Q = [(ma + mX) – (mY + mb)] x 931 MeV/u

Catatan:

Jika Q > 0 maka terdapat energi yang dibebaskan (reaksi eksotermik).

Jika Q < 0 maka terdapat energi yang diserap (reaksi endodermik).

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

20

c. Reaksi Fisi

Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi dua buah inti lain yang lebih

ringan dan disertai dengan pelepasan energi yang besar. Reaksi fisi terjadi apabila suatu inti

berat ditembak dengan neutron, deuteron, partikel α, partikel β, atau sinar γ. Sebagai contoh

inti uranium U23592 ditembak dengan neutron lambat akan menghasilkan kemungkinan reaksi

sebagai berikut:

EnNbSbUUn +++→→+ 10

9941

13351

23692

23592

10 4

Proses pembelahan inti U23592 setelah menyerap neutron lambat dapat divisualisasikan

dengan membayangkan inti stabil U-235 menyerupai suatu butir cairan. Ini disebut model

butir cairan, yaitu model untuk menjelaskan reaksi fisi, yang pertama kali diusulkan oleh

Frankel dan dikembangkan oleh Bohr dan Von Weizaker. Berdasarkan model butir cairan,

neutron lambat yang diserap oleh inti U-235 memberikan tambahan energi dalam pada inti

(seperti memanaskan butir air). Keadaan antara atau inti gabungan ini adalah U23592 karena

menyerap neutron.

Energi yang dibebaskan pada reaksi fisi dirumuskan dengan:

.…………..(10-17)

Contoh reaksi fisi lainnya adalah sebagai berikut:

nSrXeUUn 10

9438

14054

23692

23592

10 2++→→+ …………...(10-18)

Menghitung

Q = ∆m x 931 MeV/u

Kegiatan 10.5

Salah satu reaksi fisi U-235 adalah:

QnKrBanU +++→+ 10

9236

14156

10

23592 3

235,125 u 1,009 u 140,958 u 91,925 u

Bilangan yang tertera di bawah lambing inti atau partikel menyatakan massa inti atau

partikel dalam amu (disingkat u). Jika 1 u = 931 MeV, hitunglah energi Q (dalam MeV)

yang dibebaskan oleh tiap fisi dari U-235. Kemudian hitunglah energi yang dibebaskan

jika 1 kg U-235 habis membelah. (nyatakan dalam kWh). Jika energi digunakan untuk

menyalakan lampu pijar 100 W terus menerus, berapa tahun lampu itu akan berpijar?

Berikan komentar Anda.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

21

d. Reaksi Berantai

Menulis Biografi Tokoh

Tiap pembelahan satu inti U-235

menghasilkan rata-rata 2,5 neutron. Neutron-neutron

ini dapat saja diserap oleh inti U-235 yang belum

membelah untuk menyebabkan sederetan

pembelahan inti. Untuk memudahkan ilustrasi, kita

anggap saja setiap pembelahan inti menghasilkan

dua neutron (lihat Gambar 10.11). Tiap neutron yang

dibebaskan dapat diserap oleh inti U-235 yang

belum membelah untuk menghasilkan fisi U-235

lainnya. Dengan demikian akan dihasilkan neutron

yang lebih banyak (mengikuti deret geometri: 1 – 2 –

4 – 8 dan seterusnya), yang akan mengahasilkan

sederetan pembelahan inti sehingga semua inti U-

235 yang tersedia habis membelah dengan cepat.

Reaksi berantai (chain reactions) adalah sederetan pembelahan inti di mana neutron-

neuron yang dihasilkan dalam tiap pembelahan inti menyebabkan pembelahan inti-inti

lainnya.

Kegiatan 10.6

Fisikawan pertama yang berhasil menjinakkan reaksi berantai fisi adalah Enrico Fermi, di

mana dari hasil temuannya orang kemudian berhasil membuat PLTN, sebagai salah satu

sumber energi listrik di berbagai Negara. Nah, tugas Anda adalah mengumpulkan

informasi tentang Enrico Fermi, dari berbagai media: Koran, buku referensi, buku biografi

tokoh, ensiklopedia, dan lain-lain. Setelah informasi cukup terkumpul, tulislah biografi

singkat (2 atau 3 halaman folio diketik 1 ½ spasi) tentang fisikawan ini. Biografi singkat

sedikitya harus memuat:

• Riwayat hidup dan riwayat pekerjaannya

• Penghargaan-penghargaan penting yang diperolehnya (termasuk hadiah Nobel

Fisika tahun 1938)

• Usahanya dari awal sampai berhasil menjinakkan reaksi fisi berantai

• Sifat atau karakternya atau kata-katanya yang dapat dijadikan teladan atau semangat

untuk sukses

U

n23592

10

Gambar 10.12 Suatu reaksi berantai. Supaya jelas, pembelahan dianggap menghasilkan dua neutron

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

22

e. Reaksi Fusi

Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan dua buah inti ringan menjadi inti yang lebih

berat dan disertai dengan pelepasan energi. Pada reaksi fusi diperlukan energi yang sangat

besar dan pada suhu yang sangat tinggi (dalam orde 108 K) sehingga reaksi fusi disebut juga

reaksi termonuklir. Contoh reaksi fusi adalah reaksi yang terjadi pada Matahari dan bintang

serta pada bom hidrogen.

Proses fusi yang terjadi di bagian dalam Matahari melalui beberapa tahapan dengan

hasil akhir empat buah proton (H11 ) bergabung membentuk sebuah inti helium (He4

2 ).

Karena Matahari disusun oleh hidrogen biasa (H11 ), maka pertama kali hidrogen perlu diubah

menjadi deuterium (H21 ), ini terjadi menurut reaksi:

(0,42 MeV) …..……...(10-19a)

Begitu kita memiliki 2H, reaksi berikut dapat terjadi:

(5,49 MeV) ..…..…….(10-19b)

diikuti oleh

(12,86 MeV) .…………(10-19c)

Perhatikan bahwa kedua reaksi pertama harus terjadi dua kali agar dapat menghasilkan

dua inti 3He yang kita perlukan dalam reaksi ketiga. Hasil akhir tahapan proses ini, yang

disebut rantai proton-proton, adalah empat buah proton yang bergabung membentuk sebuah

inti He42 ditambah dengan dua positron, dua neutrino, dan dua sinar gamma.

Kita dapat menulis hasil akhir sebagai:

………..….(10-20)

Membuat Ulasan

veHHH ++→+ +21

11

11

γ+→+ HeHH 32

11

21

HHeHeHe 11

42

32

32 2+→+

γ2224 42

11 +++→ + veHH

Kegiatan 10.7

Carilah informasi yang lengkap tentang bom hidrogen melalui: Koran, majalah, buku

referensi, ensiklopedia sains, atau melalui internet. Selanjutnya buatlah ulasan mengenai

prinsip kerja bom hidrogen yang memanfaatkan energi ikat inti dalam inti.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

23

e. Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah alat tempat terjadinya reaksi inti berantai baik fisi atau fusi yang

terkendali. Hingga saat ini hanya reaktor fisi yang telah beroperasi.

Reaktor Fisi

Prinsip kerja reaktor nuklir adalah reaksi fisi berantai di mana sebuah neutron lambat

yang ditembakkan ke bahan bakar reaktor yang mengandung Uranium-235. Inti U-235 akan

menyerap energi neutron tersebut sehingga terjadi reaksi fisi yang menghasilkan rata-rata 2.5

neutron cepat. Umumnya reaktor fisi didesain untuk tetap dalam keadaan kritis sehingga

terjadi superkritis, maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras untuk menyerap neutron,

agar neutron yang dihasilkan tidak berlebih. Jika terlalu banyak maka terjadi subkritis, dan

batang kendali harus ditarik dari dalam teras agar reaktor tidak mengalami suhu down (mati).

Komponen-komponen utama yang umumnya dimilki oleh setiap jenis reaktor antara

lain:

1. Bahan bakar

Terletak dalam teras reaktor yang berada di dalam moderator, dan menghasilkan

uap panas yang dapat memutar turbin. Umumnya bahan bakar berupa Uranium-235

yang telah diperkaya.

2. Moderator

Berfungsi untuk menurunkan energi neutron, dari energi tinggi ke energi termik

dengan cara memperlambat neutron. Oleh karena itu, moderator juga berguna

sebagai pendingin.

3. Batang kendali / control

Terbuat dari bahan yang memiliki daya serap neutron yang sangat besar yang

berfungsi mengendalikan jumlah populasi neutron di dalam reaktor.

4. Pendingin

Cairan atau gas yang memilki sifat penghantar panas yang baik dan disirkulasikan

melalui sistem pompa sehingga panas dapat dialirkan keluar sistem reaktor.

5. Perisai / wadah

Terbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reaktor dapat bekerja

dengan aman dari radiasi.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

24

Reaktor Fusi

Reaktor fisi nuklir dapat dikendalikan dalam reaktor nuklir. Apakah reaksi fusi nuklir

dapat dikendalikan dalam suatu reaktor nuklir? Ada dua syarat untuk mengendalikan fusi:

(((111))) Suhu harus sangat tinggi (dalam orde 108 0C). Pada suatu suhu tertentu disebut suhu

pembakaran (ignition temperature), proses fusi akan berlangsung sendiri.

(((222))) Pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma

(sejenis gas yang disusun oleh partikel-partikel bermuatan seperti H+ dan e-). Plasma

panas ini harus ditahan dalam selang waktu yang cukup lama agar tumbukan-

tumbukan antar ion dapat menyebabkan fusi. Masalahnya tidak ada wadah fisik yang

dapat menampung plasma panas ini.

Saat ini dalam rangka mewujudkan reaktor fusi nuklir, beberapa Negara sedang

berusaha mengembangkan prinsip TOKAMAK yang awalnya dikembangkan oleh Uni Soviet.

Tokamak merupakan akronim dalam bahasa Rusia yang berarti “kamar magnetik toroida”

(toroidal magnetic chamber). Fungsi dasar tokamak adalah sebagai alat pemicu untuk

berlangsungnya reaksi fusi yang memerlukan suhu sangat tinggi.

f. Macam Reaktor Nuklir

1) Reaktor Daya

Pada reaktor daya, panas hasil reaksi fisi dimanfaatkan untuk menghasilkan uap yang

bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin dalam sistem PLTN (Pembangkit

Listrik Tenaga Nuklir). Teknologi yang memanfaatkan energi nuklir disebut teknologi nuklir.

Jadi reaktor daya berguna sebagai penyedia sumber tenaga listrik.

2) Reaktor Penelitian

Pada reaktor penelitian, yang diutamakan adalah pemanfaatan neutron hasil

pembelahan untuk berbagai penelitian dan iradiasi serta produksi radioisotop. Panas yang

ditimbulkan telah dirancang sekecil mungkin sehingga panas tersebut dapat dibuang ke

lingkungan. Pengambilan panas pada reaktor penelitian dilakukan dengan sistem pendingin,

yang terdiri atas sistem pendingin primer dan sistem pendingin sekunder.

Reaktor penelitian berguna untuk penelitian dibidang sains (fisika, kimia, biologi) serta

teknologi terapan.

3) Reaktor Produksi Isotop

Reaktor produksi isiotop, yaitu reaktor yang dipergunakan untuk memproduksi isotop-

isotop radioaktif, yang akan dipergunakan dalam bidang kedokteran, pertanian, industri dan

sebagainya.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

25

Fusi dari QHeHH +→+ 42

21

21 diusulkan digunakan untuk memproduksi tenaga listrik

pada industri. Anggap efisiensi proses adalah 30%, tentukan berapa kilogram

deuterium akan dikonsumsi dalam sehari untuk keluaran 50 MW.

Diketahui: Massa H21 = 2,01478 u

Massa He42 = 4,0038 u

1 u = 931,5 MeV

Jawab:

Energi dibebaskan tiap reaksi fusi (dua atom H-2) adalah

Q = [ 2(2,01478) – 4,0038 ]u x

u

MeV

1

5,931

= 24 MeV

Keluaran = 30%,

Q = 0,3 x 24 MeV

= 7,2 MeV

Keluaran per atom H-2 = 2

2,7 MeV = 3,6 MeV

Untuk keluaran 50 MW atau 50 MJ/s atau 50 x 106 J/s diperlukan jumlah atom

deuterium (H-2) sebanyak:

=

×××

−

MeV

JMeV

sJ

1

106,1

1

6,3

/105013

6

= 8,68 x 1019 atom/s

Jadi, massa deuterium (dalam kg) yang diperlukan dalam sehari adalah

= 8,68 x 1019 atom/s x

×

jam

s

hari

jam

1

3600

1

24

= 7,49952 x 1024 atom/hari x

××

atom

mol

mol

g231002,6

1

1

01478,2

= 2,51 x 10 g/hari x

g

kg

000.1

1 = 0,025 kg

Catatan

Faktor-faktor konversi yang digunakan dalam Contoh 10.2 ini adalah sebagai berikut:

1 MeV = 1,6 x 10-13 J 1 hari = 24 jam; 1jam = 3600 s

NA = 6,02 x 1023 atom/mol 1 mol = 2,01478 g untuk deuterium

Contoh 10.2 Massa deuterium yang diperlukan pada PLTN

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

26

g. Manfaat Radioisotop

Bidang Kesehatan dan Kedokteran

Dengan menggunakan detektor, radioisotop di dalam tubuh manusia dapat di deteksi.

Adapun fungsi radioisotop dalam bidang kesehatan dan kedokteran adalah untuk:

1. Mengetahui keefektifan kerja jantung dengan menggunakan Sodium – 24.

2. Menentukan lokasi tumor otak, mendekati tumor kelenjar gondok, dipergunakan Yodium

– 131.

3. Penanganan penderita Leukimia, dengan Phosporus – 32.

4. Penyembuhan kanker dan tumor dengan cara penyinaran, seperti sinar X dan untuk steril

alat-alat kedokteran.

Bidang Pertanian

Dengan radiasi sinar gamma dari Co-60 akan didapatkan mutasi sel tumbuhan sehingga dapat

menimbulkan generasi yang lebih baik dan mendapatkan bibit yang lebih unggul daripada

induknya.

Bidang Industri

Dengan menggunakan sinar gamma, dapat diketahui suatu pipa logam dalam keadaan bocor

atau tidak. Sinar gamma dapat dipancarkan dari radioisotop Cobalt–60 dan Iridium–192 yang

dilewatkan pada bagian logam yang diperiksa. Sinar gamma dapat dideteksi dengan

menggunakan detektor. Dengan detektor ini dapat diketahui keadaan logam bocor atau tidak.

Bidang Hidrologi

Salah satu kegunaan radioisotop dibidang hidrologi adalah untuk mengukur kecepatan aliran

atau debit aliran. Dalam hal ini sebagai perunut, diukur dari perubahan intensitas pancaran di

dalam aliran untuk jangka waktu yang sama.

Contoh, kaos lampu petromaks menggunakan larutan radioisotop thorium dalam batas yang

diperkenankan, agar nyalanya lebih terang.

Membuat Kliping

Kegiatan 10.8

Carilah artikel dalam Koran atau majalah yang berkaitan dengan pemanfaatan radioisotop

dalam bidang medis atau industri, kemudian buatlah klipingnya. Coba pahami artikel

tersebut, kemudian berikan komentar Anda tentang topik yang dibahas dalam artikel.

Diskusikan kliping tersebut di kelas bersama teman-teman Anda.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

27

1. Mengapa untuk menghasilkan radioisotop, nuklida-nuklida stabil umumnya ditembaki

dengan partikel neutron?

2. Fakta tunggal apakah yang menyebabkan pembelahan inti Uranium-235 membuat

reaksi berantai mungkin terjadi?

3. Dalam sebuah reaktor atom yang digunakan PLTN,

a. Bagaimana panas dipindahkan dari teras reaktor? Dipakai untuk apa panas ini?

b. Bahan apa yang digunakan sebagai moderator? Apa fungsi utama moderator, dan

mengapa moderator diperlukan?

c. Bagaimana batang pengendali mengendalikan reaksi fisi berantai dalam reaktor

atom?

4. Apakah beda fungsi reaktor atom pada PLTN dan pada produksi isotop?

5. Mengapa reaksi fusi tak terkendali dapat diproduksi tetapi reaksi fusi terkendali dalam

reaktor atom sukar diproduksi?

Pertanyaan Diskusi:

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

28

I. Pilihan Ganda

1. X20280 mewakili suatu atom unsur X. Setiap atom netral unsur ini mengandung ...

A. 202 elektron dan 80 neutron D. 80 elektron dan 122 neutron

B. 122 elektron dan 202 neutron E. 80 elektron dan 202 neutron

C. 122 elektron dan 80 neutron

2. Sebuah litium memiliki nomor massa 7 dan nomor atom 3.

(1) Lambang adalah Li73

(2) Ia mengandung 3 proton, 4 neutron dan 3 elektron

(3) Satu dari isotopnya memiliki 3 proton, 3 neutron dan 3 elektron

Pernyataan yang benar adalah ...

A. (1), (2), (3) D. (1) saja

B. (1) dan (2) E. (3) saja

C. (2) dan (3)

3. Suatu atom X mempunyai 42 proton, 42 elektron, dan 65 neutron. Simbol untuk atom ini

adalah ...

A. X14742 D. X107

42

B. X6542 E. X107

84

C. X14784

(Soal SPMB 2003)

4. Energi ikat inti adalah ...

A. enegi yang diperlukan untuk menyatukan proton-proton dan neutron-neutrion dalam

inti atom

B. energi yang diperlukan untuk memutuskan inti atom menjadi proton-proton dan

neutron-neutron

C. energi yang diperlukan untuk menyatukan proton-proton, neutron-neutron, dan

elektron-elektron dalam sebuah atom

D. energi yang dibebaskan ketika proton-proton dan neutron-neutron bersatu dalam inti

atom

E. energi yang dibebaskan ketika inti atom pecah menjadi proton-proton dan neutron-

neutron

Uji Kompetensi Bab 10

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

29

Untuk soal nomor 6 dan 7, gunakan massa dari partikel-partikel berikut: proton = 1,0076 u;

neutron = 1,0090 u; 1 u = 931 MeV.

5. Energi ikat inti deuterium H21 (massa = 2,0140 u) adalah ...

A. 2,8 x 10-6 MeV D. 1,6 MeV

B. 2,4 x 10-3 MeV E. 1,6 x 103 MeV

C. 2,4 MeV

6. Defek massa inti He42 (massa = 4,0024) adalah ...

A. 0,0104 u D. 0,0208 u

B. 0,0106 u E. 0,0310 u

C. 0,0202 u

7. Ketika energi ikat per nukleon bertambah, kestabilan inti ...

A. berkurang D. berkurang kemudian bertambah

B. bertambah E. bertambah kemudian berkurang

C. tetap sama

8. Hasil peluruhan radioaktif yang dapat disimpangkan oleh medan magnetik adalah ...

A. partikel alfa saja D. partikel alfa dan partikel beta

B. partikel gamma saja E. sinar gamma dan partikel alfa

C. sinar gamma dan partikel beta

9. Radiasi X, Y, dan Z dari gambar di bawah ini adalah ...

X Y Z

A. alfa beta gamma

B. beta alfa gamma

C. gamma alfa beta

D. gamma beta alfa

E. beta gamma alfa

10. Pada proses peluruhanBi21581 menjadi Po215

84 terjadi pelepasan ...

A. Positron D. proton

B. partikel α E. elektron

C. neutron

(Soal UM-UGM 2004)

Kertas Aluminium

Z Y

Timbel

X

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

30

11.

Berdasarkan grafik peluruhan di atas, maka jumlah zat radioaktif setelah meluruh selama

1 jam adalah ...

A. 1/4 N0 D. 1/32 N0

B. 1/8 N0 E. 1/64 N0

C. 1/16 N0

12. Suatu bahan radioaktif Sesium-137 pada awalnya memiliki laju radiasi foton gamma

sebesar 1,5 x 1014 partikel tiap detik. Apabila waktu paro bahan tersebut 30 tahun, laju

radiasinya pada 10 tahun berikutnya mendekati ...

A. 1,67 x 1014 partikel/detik D. 0,75 x 1014 partikel/detik

B. 1,5 x 1014 partikel/detik E. 0,5 x 1014 partikel/detik

C. 1,2 x 1014 partikel/detik

(Soal UM-UGM 2003)

13. Setelah 72 hari, Iodin-131 yang memiliki waktu paro 8 hari tinggal memiliki massa 10

gram. Massa awal unsur tersebut adalah ...

A. 80 gram D. 5120 gram

B. 720 gram E. 8260 gram

C. 2160 gram

(SPMB 2006)

14. Waktu paro sebuah unsur radioaktif adalah 2,0 hari. Berapa lama diperlukan oleh suatu

contoh dari 64 g unsur untuk meluruh menjadi tinggal 2 g?

A. 2 hari D. 10 hari

B. 4 hari E. 12 hari

C. 5 hari

15. Reaksi berantai adalah ...

A. penggabungan proton dan neutron untuk membentuk inti atom

B. bergabungnya inti ringan untuk membentuk inti berat

C. pembelahan inti berat terus-menerus yang dipengaruhi oleh neutron-neutron yang

dipancarkan oleh pembelahan inti berat lainnya

½ N0

10 t (detik)

N

N0

30

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

31

D. pembelahan inti berat menjadi dua atom lebih ringan

E. pembakaran uranium dalam suatu tungku khusus yang disebut reaktor atom

16. Bahan bakar yang digunakan dalam sebuah reaktor fisi adalah ...

A. uranium alamiah D. U-235 diperkaya

B. uranium oksida E. U-238

C. U-235 murni

17. Berikut ini adalah komponen dasar dari sebuah reaktor atom, kecuali ...

A. bahan bakar D. kondensor

B. batang pengendali E. moderator

C. perisai / wadah

18. Yang berfungsi untuk memperlambat kelajuan neutron sehingga neutron-neutron dapat

dengan mudah membelah inti atom adalah ...

A. batang pengendali D. pendingin

B. kondensor E. perisai beton

C. moderator

19. Bahan bakar PLTN fusi adalah ...

A. helium D. tritium

B. hidrogen E. air

C. deuterium

20. Berikut ini adalah manfaat radioisotop, kecuali ...

A. mendeteksi adanya penyempitan pembuluh darah

B. mendeteksi adanya kebocoran pipa penyalur minyak

C. membelah sel-sel kanker

D. menentukan umur manusia purba

E. memotong lembaran baja dengan akurat

II. Esai

Kerjakan soal-soal berikut di buku latihan Anda

Data: 1 u = 1,6 x 1027 kg; n10 = 1,0086 u;

e = 1,6 x 10-19 C; c = 3 x 108 m/s;

1 u = 931 MeV; H11 = 1,0078 u;

NA = 6,02 x 1023 atom/mol;

1 tahun = 365 hari;

1 eV = 1,6 x 10-19 J.

Bab 10 Fisika Inti

Fisika SMA Jilid 3B

32

Tingkat I Mengaplikasikan Skill

1. Tentukan banyaknya proton, neutron, dan elektron dalam isotop-isotop berikut ini.

(a). O168 (c). Ba138

56

(b). Co6027 (d). Po210

84

2. Jika massa atom deuterium (H21 ) adalah 2,0141 u, tentukan defek massa, energi ikat,

dan energi ikat per nukleon dari deuterium.

3. Energi ikat dari Ca4220 adalah 361,7 MeV. Tentukan massa atom Ca-42 (dalam u).

Diberikan massa proton = 1,0078 u dan neutron = 1,0087 u.

4. Waktu paro suatu bahan radioaktif adalah 10 jam. Radiasi awal cuplikan diukur dan

didapat aktivitas 1200 hitungan per menit. Berapakah aktivitasnya setelah:

(a). 10 jam, (c). 40 jam,

(b). 20 jam, (d). 50 jam?

5. Aktivitas sebuah sumber radioaktif berkurang 7/8 bagian dari aktivitas awalnya dalam

selang waktu 30 jam. Tentukan waktu paro dan tetapan peluruhan.

6. Hitung aktivitas 1 gram 238U yang memiliki waktu paro 4,5 x 109 tahun.

7. Suatu isotop Pb21082 yang memiliki waktu paro 22 tahun dibeli 44 tahun yang lalu. Isotop

ini akan berubah menjadi Bi21083 . Jika mula-mula terdapat 100 g 210Pb, tentukanlah massa

210Pb dan 210Bi saat ini.

8. Tentukan nilai Q dari reaksi: HeHnLi 40026,4

30161,3

60151,6 +→+

Tingkat II Soal Tantangan

9. Dua buah radioaktif A dan B mula-mula memiliki jumlah atom yang sama. Tiga hari

kemudian, jumlah atom B delapan kali jumlah atom A. Jika waktu paro B adalah 1,50

hari, tentukanlah waktu paro A.

(Jawab: 0,6 hari)

10. Pohon hidup mengambil karbon-14 radioaktif dari atmosfer selama proses fotosintesis,

dan proporsi atom-atom C-14 adalah 1,25 dalam 1012. Ketika pohon mati C-14 meluruh,

waktu paronya 5600 tahun. 4 g karbon yang diambil dari pohon mati memberikan laju

peluruhan 20,0 peluruhan per menit. Taksirlah usia pohon itu. (Tetapan Avogrado = 6,0

x 1023 mol-1, 1 tahun = 3,16 x 107 s, ln 2 = 0,693).

(Jawab: 7460 tahun)

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII Semester 2. Jakarta: Erlangga.

Supiyanto. 2007. Fisika Untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Phibeta.

www.image.google.com

Data Numerik

Data Terestrial

Percepatan gravitasi g 9,80665 m/s2

Nilai standar 32,1740 kaki/s2 Pada permukaan laut, di khatulistiwa* 9,7804 m/s2 Pada permukaan laut, di kutub 9,8322 m/s2

Massa bumi MB 5,98 x 1024 kg Jari-jari Bumi, RB, rata-rata 6,37 x 106 m

3960 mil

Kelajuan lepas gRB2 1,12 x 104 m/s

Konstanta Matahari** 1,35 KW/m2 Suhu dan tekanan standar (STP) :

Temperatur 273,15 K Tekanan 101,325 kPa 1,00 atm

Massa molar udara 28,97 g/mol Massa jenis udara (STP), udaraρ 1,293 kg/m3

Kelajuan suara (STP) 331 m/s Kalor didih air (0oC, 1 atm) 333,5 kJ/kg Kalor penguapan air (100oC, 1 atm) 2,257 MJ/kg

* Diukur relatif terhadap permukaan Bumi ** Daya rata-rata yang terjadi pada 1 m2 di luar atmosfer Bumi pada jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. Data Astronomi

Bumi Jarak ke Bulan* 3,844 x 108 m 2,389 x 105 mil Jarak ke Matahari, rata-rata* 1,496 x 1011 m 9,30 x 107 mil 1,00 AU Kelajuan orbit, rata-rata Bulan 2,98 x 104 m/s Massa 7,35 x 1022 kg Jari-jari 1,738 x 106 m Periode 27,32 hari Percepatan gravitasi pada permukaan Matahari 1,62 m/s2 Massa 1,99 x 1030 kg

Jari-jari 6,96 x 108 m * Pusat ke pusat

Aktivitas Laju peluruhan radioaktif dalam

suatu bahan radioaktif.

Defek massa Selisih antara gabungan massa

nukleon-nukleon pembentuk inti

dengan massa stabilnya.

Energi ikat inti Energi yang diperlukan

untuk memutuskan inti menjadi

proton-proton dan neutron-neutron

pembentuknya.

Ionisasi Proses untuk menghasilkan ion

Isobar Nuklida-nuklida dengan jumlah

nukleon sama tetapi jumlah proton

berbeda.

Isotop Nuklida-nuklida dengan jumlah

nukleon sama tetapi jumlah neutron

berbeda.

Isoton Nuklida-nuklida dengan jumlah

neutron sama.

Peluruhan Peristiwa pemancaran sinar

radioaktif oleh zat radioaktif.

Proton Partikel bermuatan positif yang

menyusun inti atom.

Siklotron Pemercepat partikel.

Tetapan Peluruhan Peluang tiap inti

atom untuk meluruh.

Waktu paro Selang waktu yang

dibutuhkan agar aktivitas radiasi

berkurang setengah dari aktivitas

semula. Dengan kata lain, selang

waktu yang dibutuhkan agar

setengah dari inti radioaktif yang

ada meluruh.

PQ

Peluruhan, 12

Pemancar

Alfa, 18

beta, 18

gamma, 18

R

Radiasi

alamiah, 16

kosmis, 16

Radioisotop, 24

Radioaktivitas, 9

Reaksi,

berantai, 21

eksotermik, 19

endotermik, 19

fisi, 20

fusi, 22

inti, 19

termonuklir, 22

Reaktor,

daya, 24

penelitian, 24

produksi isotop, 24

ST

Semikonduktor, 17

Subkritis, 23

Superkritis, 23

Tokamak, 24

UVWXYZ

Waktu paro, 12

AB

Aktivitas Radioaktif, 11

Atom, 2

CD

Defek massa, 4

Detektor radiasi, 17

E

Energi ikat inti, 5-7

FG

Fluoresensi, 9

Fosforesensi, 9

HI

Inti atom, 2, 7

Isobar, 4

Isotop,4, 8

Isoton, 4

JK

Jari-jari inti atom, 8

Konstanta peluruhan, 11

LM

Lambang nuklida, 3

NO

Neutron, 3-8

Nomor

atom, 3

massa, 3

Nukleon, 2

Nuklida, 2-4

“Kamu tidak berada dalam suatu keadaan dan tidak me mbaca suatu ayat dari Al – Qur’an dan kamu tidak mengerjakan suatu p ekerjaan, melainkan Kami menjadi saksi atasmu di waktu kamu melakukanny a. Tidak luput dari pengetahuan Tuhanmu biarpun sebesar zarrah (atom) d i bumi ataupun di langit. Tidak ada yang lebih kecil dan tidak (pula) yang lebih besar dari itu, melainkan (semua tercatat) dalam kitab yang nyata ( Lauh Mahfuzh).” (Q.S. Yunus: 61)

Buku ini didesain bagi yang ingin terus menyenangkan diri dengan senantiasa berlatih mempertajam keterampilan berpikir dan menganalisis. � Contoh diberikan untuk mempertajam

pemahaman. Untuk menguji pemahaman diberikan latihan dan pertanyaan.

� Uji kompetensi dengan bentuk soal pilihan ganda dan esai diberikan agar Anda lebih memahami konsep-konsep fisika yang telah dipelajari.

� Aplikasi fisika yang disajikan akan menambah wawasan Anda dalam Ilmu Pengetahuan dan Teknologi.

“Jadikan buku ini sebagai partner Anda dalam belajar fisika, penuhi kebutuhan berpikir Anda.”

Mutrofin Rozaq, lahir di Lumajang tahun 1987. Tahun 2005 lulus dari SMA PGRI 1 Lumajang. Tahun 2005 sampai sekarang ia menjadi mahasiswa jurusan fisika dan mengambil program studi pendidikan fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Malang.

PENERBIT DRIMBAJOE Jl. Kuburan Raya Mandar Sapeken HP. 0856497026765 - 085234400737 www.drimbajoe.wordpress.com