Download - 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Transcript
Page 1: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Fisika Umum (MA 301)

Topik hari iniTopik hari ini

� Fisika Atom & Inti

6/13/20106/13/2010

� Fisika Atom & Inti

Page 2: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Fisika AtomFisika AtomFisika AtomFisika Atom

Page 3: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Model Awal AtomModel Awal Atom

Model atom J.J. ThomsonModel atom J.J. Thomson�� Bola bermuatan positifBola bermuatan positif�� MuatanMuatan--muatan negatif muatan negatif

(elektron) yang sama (elektron) yang sama banyakbanyak--nya menempel nya menempel banyakbanyak--nya menempel nya menempel pada bola tersebutpada bola tersebut

Model “watermelon”

Page 4: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Uji EksperimentalUji Eksperimental

Harapan:1. Sebagian besar

terhambur dengan sudut kecil

2. Tidak terjadi hamburan yang hamburan yang terpantul

Hasil:1. Terhambur

dengan sudut kecil dan besar

2. Terjadi hamburan yang terpantul!!!

Page 5: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Uji EksperimentalUji Eksperimental

●●

●Berkas

Lapisan tipis emas

●●

Berkas partikel alfa

Page 6: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Model AtomModel Atom

Model RutherfordModel Rutherford

�� Model Planet Model Planet �� Berdasarkan hasil Berdasarkan hasil

eksperimen lapisan emas eksperimen lapisan emas tipis yang ditumbuk berkas tipis yang ditumbuk berkas tipis yang ditumbuk berkas tipis yang ditumbuk berkas alfa alfa

�� Muatan positif Muatan positif terkonsentrasi di pusat terkonsentrasi di pusat atom, dinamakan atom, dinamakan nukleusnukleus

�� Electron mengorbit nukleus Electron mengorbit nukleus seperti planet mengorbit seperti planet mengorbit mataharimatahari

Page 7: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Kelemahan Model RutherfordKelemahan Model Rutherford

Atom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan Atom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan frekuensi karakteristik tertentu frekuensi karakteristik tertentu �� Model Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena iniModel Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena ini

Elektron Rutherford Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal mengalami percepatan sentripetal Elektron Rutherford Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal mengalami percepatan sentripetal sehingga sehingga meradiasikan gelombang elektromagnetik meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang samadengan frekuensi yang sama�� Ini berarti elektron akan kehilangan energi Ini berarti elektron akan kehilangan energi �� Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil �� Elektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiralElektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiral

Tidak terjadi!!!Tidak terjadi!!!

Page 8: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Spektrum EmisiSpektrum EmisiGas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi) Gas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi) Gas akan mengemisikan cahaya karakteristiknyaGas akan mengemisikan cahaya karakteristiknyaKetika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis Ketika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis cahaya tampak teramati cahaya tampak teramati �� Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda �� Deretan garis ini dinamakan Deretan garis ini dinamakan spektrum emisispektrum emisi

Page 9: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Spektrum Emisi HidrogenSpektrum Emisi Hidrogen

J. J. Balmer memformulaskan spektrum garis HidrogenJ. J. Balmer memformulaskan spektrum garis Hidrogen

�� RRHH adalah konstanta adalah konstanta Rydberg Rydberg

−=λ 22H n

121

R1

RRHH = 1.0973732 x 10= 1.0973732 x 1077 mm--11

�� n integer, n = 1, 2, 3, …n integer, n = 1, 2, 3, …�� Garis spektral berkaitan Garis spektral berkaitan

dengan nilai n tertentudengan nilai n tertentu

Dikenal denganDikenal dengan Deret Balmer Deret Balmer Contoh garis spektralContoh garis spektral�� n = 3, λ = 656.3 nmn = 3, λ = 656.3 nm�� n = 4, λ = 486.1 nmn = 4, λ = 486.1 nm

Page 10: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Teori Bohr Tentang AtomTeori Bohr Tentang Atom

Pada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang Pada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang spektrum atomspektrum atomModel atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom stabilstabil

Page 11: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Asumsi Bohr tentang AtomAsumsi Bohr tentang AtomElektron bergerak melingkar Elektron bergerak melingkar mengelilingi inti karena pengaruh gaya mengelilingi inti karena pengaruh gaya Coulomb Coulomb �� Gaya Coulomb menghasilkan Gaya Coulomb menghasilkan

percepatan senntripetal percepatan senntripetal

Hanya orbit elektron tertentu yang Hanya orbit elektron tertentu yang stabilstabil�� Pada orbitPada orbit--orbit ini atom tidak orbit ini atom tidak �� Pada orbitPada orbit--orbit ini atom tidak orbit ini atom tidak

mengemisikan energi dalam bentuk mengemisikan energi dalam bentuk radiasi elektromagneti radiasi elektromagneti

�� Sehingga energi atom tetap dan Sehingga energi atom tetap dan mekanika klasik dapat digunakan untuk mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerak elektron menjelaskan gerak elektron

Radiasi diemisikan oleh atom apabila Radiasi diemisikan oleh atom apabila “loncat” dari keadaan yang energinya “loncat” dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendahlebih rendah�� Proses “loncat” tidak dapat dijelaskan Proses “loncat” tidak dapat dijelaskan

secara klasik secara klasik i fE E hf− =

Page 12: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Asumsi Bohr LanjutanAsumsi Bohr Lanjutan

Tentang elektron yang “loncat”:Tentang elektron yang “loncat”:�� FrekuensiFrekuensi yang diemisikan dalam proses “loncat” berkaitan yang diemisikan dalam proses “loncat” berkaitan

dengan perubahan energi atomdengan perubahan energi atom�� Secara umum,Secara umum, frekuensi yang diemisikan frekuensi yang diemisikan tidak samatidak sama dengan dengan

frekuensi elektron mengorbit frekuensi elektron mengorbit

− =i fE E hf− =

Page 13: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Ukuran Relatif AtomUkuran Relatif Atom

Diameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh Diameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh muatan listrik yang terdapat pada inti atommuatan listrik yang terdapat pada inti atomTinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua Tinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya, kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya, sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi setengah kali orbit semula. setengah kali orbit semula. Tapi, ini tidak terjadi.Tapi, ini tidak terjadi.Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama. penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama. Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral.Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral.Atom yang sekarang bukan lagi Atom yang sekarang bukan lagi HidrogenHidrogen, melainkan , melainkan HeliumHeliumPenambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron Penambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral. Atom yang sekarang bukan lagi netral. Atom yang sekarang bukan lagi HeliumHelium, melainkan , melainkan LithiumLithium

Page 14: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka akan dihasilkan berbagai jenis unsurakan dihasilkan berbagai jenis unsurKetika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus Ketika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami penyusutanpenyusutan karena semakin kuatnya gaya tarik oleh intikarena semakin kuatnya gaya tarik oleh intiIni berarti, Ini berarti, unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang lebih besar dari pada unsur yang ringanlebih besar dari pada unsur yang ringanContoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom

Ukuran Relatif AtomUkuran Relatif Atom

Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa hidrogenhidrogenTiap unsur memiliki orbit elektron yang berbedaTiap unsur memiliki orbit elektron yang berbeda--beda, artinya jaribeda, artinya jari--jari orbit atom sodium akan sama untuk atomjari orbit atom sodium akan sama untuk atom--atom sodium yang lain atom sodium yang lain dan tentu saja berbeda untuk unsur yang laindan tentu saja berbeda untuk unsur yang lain

Page 15: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Gelombang de BroglieGelombang de Broglie

Salahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut Salahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut elektron adalah terkuantisasi, elektron adalah terkuantisasi, tapi tidak ada penjelasan tapi tidak ada penjelasan mengapa pembatasan tersebut terjadimengapa pembatasan tersebut terjadide Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan de Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan stabil hanya jika stabil hanya jika kelilingnya sama dengan bilangan kelilingnya sama dengan bilangan integer kali panjang gelombanginteger kali panjang gelombanginteger kali panjang gelombanginteger kali panjang gelombang

Page 16: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Gelombang de Broglie dalam Atom Gelombang de Broglie dalam Atom HidrogenHidrogenDalam contoh ini, tiga panjang Dalam contoh ini, tiga panjang gelombang bersesuaian dengan gelombang bersesuaian dengan keliling orbitkeliling orbitSecara umum, keliling harus Secara umum, keliling harus sama dengan bilangan integer sama dengan bilangan integer kali panjang gelombangkali panjang gelombangkali panjang gelombangkali panjang gelombang

tapi , sehinggatapi , sehingga

2 , 1,2,3,...r nπ λ λ= =

e

h

m vλ =

, 1, 2,3,...em vr n n= =h

Page 17: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Mekanika KuantumMekanika Kuantum

Dualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai Dualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai gelombanggelombangErwin Schrodinger memformulasikan persamaan Erwin Schrodinger memformulasikan persamaan matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon)ProbabilistikProbabilistik

Page 18: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Prinsip Korespondensi Bohr Prinsip Korespondensi Bohr

PrinsipPrinsip Korrespondensi Korrespondensi Bohr menyatakan bahwa Bohr menyatakan bahwa mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika perbedaan energi antara tingkatperbedaan energi antara tingkat--tingkat terkuantisasi tingkat terkuantisasi sangat kecil sangat kecil �� Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus �� Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus

khusus dari Mekanika Relativistik ketika v << ckhusus dari Mekanika Relativistik ketika v << c

Page 19: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Sifat AtomSifat AtomSemua atom tersusun atas inti dan elektron yang mengorbit intiSemua atom tersusun atas inti dan elektron yang mengorbit intiNomor atom Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti, pada atom netral, , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti, pada atom netral, jumlah elektron sama dengan jumlah protonjumlah elektron sama dengan jumlah protonNomor neutron Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti, N, menyatakan jumlah neutron dalam intiNomor massa Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti, A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti�� A = Z + NA = Z + N�� Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti�� Nomor massa tidak sama dengan massaNomor massa tidak sama dengan massa

NotasiNotasi

Contoh:Contoh:

Nomor massa 27Nomor massa 27Nomor atom 13Nomor atom 13Terdiri dari 13 proton, 14 (27 Terdiri dari 13 proton, 14 (27 –– 13) neutron dan 13 elektron (atom netral)13) neutron dan 13 elektron (atom netral)

XAZ

Dimana X adalah simbol kimia dari unsurDimana X adalah simbol kimia dari unsur

Al2713

Page 20: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Fisika Inti

Page 21: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Fisika Inti; SejarahFisika Inti; Sejarah

18961896 –– Lahirnya fisika intiLahirnya fisika inti�� Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium

Rutherford menunjukkan tiga tipe radiasiRutherford menunjukkan tiga tipe radiasi�� Alfa (Inti He)Alfa (Inti He)�� Beta (elektron)Beta (elektron)�� Gama (foton berenergi tinggi)Gama (foton berenergi tinggi)

19111911 Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburanRutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan19111911 Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburanRutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan�� Memperoleh informasi tentang muatan intiMemperoleh informasi tentang muatan inti�� Gaya Nuklir Gaya Nuklir merupakan gaya jenis barumerupakan gaya jenis baru

19191919 Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali 19321932 Cockcroft dan Walton pertamakali menggunakan pemercepat proton Cockcroft dan Walton pertamakali menggunakan pemercepat proton

untuk menghasilkan reaksi intiuntuk menghasilkan reaksi inti19321932 Chadwick menemukan neutronChadwick menemukan neutron19331933 Curie menemukan radioaktif buatanCurie menemukan radioaktif buatan19381938 Hahn dan Strassman menemukan fisi nuklirHahn dan Strassman menemukan fisi nuklir19421942 Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrolFermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol

Page 22: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

AtomAtom

Mari kita lihat ada apa di dalamnya!

Page 23: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Inti AtomBermuatan Positif, Apakah hanya ada Proton dalam Inti?

Th 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dg partikel alpha Th 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dg partikel alpha → → ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dg energi 5.7 MeV.dg energi 5.7 MeV.

Kayanya sinar gamma neh… tapi energi sinar gamm~55 MeV (ga Kayanya sinar gamma neh… tapi energi sinar gamm~55 MeV (ga mungkin…). Jadi radiasi netral itu apa sebenarnya?mungkin…). Jadi radiasi netral itu apa sebenarnya?

1932 Chadwick mennyatakan pancaran radiasi netral = pancaran 1932 Chadwick mennyatakan pancaran radiasi netral = pancaran partikel neutral yang disebut (neutron) yang massanya~massa protonpartikel neutral yang disebut (neutron) yang massanya~massa proton

SifatSifat--sifat neutronsifat neutron�� Meluruh jika diluar inti, Meluruh jika diluar inti, ττ =15,5 menit=15,5 menit�� mmnn=1,0086654u=1,6748.10=1,0086654u=1,6748.10--2727 kg, mkg, mnn>m>mpp�� Spin ½Spin ½�� Bermuatan netral Bermuatan netral so,… inti atom terdiri dari so,… inti atom terdiri dari proton dan neutronproton dan neutron

Page 24: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Sifat IntiSifat IntiSemua inti tersusun atas proton dan neutronSemua inti tersusun atas proton dan neutron�� Pengecualian inti atom hidrogenPengecualian inti atom hidrogen

Nomor atom Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti, Z, menyatakan jumlah proton dalam intiNomor neutron Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti, N, menyatakan jumlah neutron dalam intiNomor massa Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti, A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti�� A = Z + NA = Z + N�� Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun intiNukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti�� Nomor massa tidak sama dengan massaNomor massa tidak sama dengan massa

NotationNotation

Contoh:Contoh:

Nomor massa 27Nomor massa 27Nomor atom 13Nomor atom 13Terdiri dari 13 proton danTerdiri dari 13 proton dan14 (27 14 (27 –– 13) neutron13) neutron

XAZ

Dimana X adalah simbol kimia dari unsurDimana X adalah simbol kimia dari unsur

Al2713

Page 25: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Muatan dan massaMuatan dan massa

Muatan:Muatan:Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, --e (e (e = 1.60217733 x 10e = 1.60217733 x 10--1919 CC))Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e �� Sehingga, muatan dari inti adalah ZeSehingga, muatan dari inti adalah Ze

Neutron tidak bermuatanNeutron tidak bermuatan�� Membuatnya sulit dideteksiMembuatnya sulit dideteksi�� Membuatnya sulit dideteksiMembuatnya sulit dideteksi

Massa:Massa:Menggunakan Menggunakan atomic mass units,atomic mass units, u, untuk menyatakan massau, untuk menyatakan massa�� 1 u = 1.660559 x 101 u = 1.660559 x 10--2727 kgkg�� Berdasarkan definisi bahwa Berdasarkan definisi bahwa massa satu Cmassa satu C--12 adalah tepat 12 u12 adalah tepat 12 u

Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/cMassa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c22

�� Dari EDari ERR = m c= m c22

�� 1 u = 931.494 MeV/c1 u = 931.494 MeV/c22

Page 26: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Ringkasan MassaRingkasan Massa

Massa

Partikel kgkg uu MeV/cMeV/c22

Proton 1.6726 x 101.6726 x 10--2727 1.0072761.007276 938.28938.28

Neutron 1.6750 x 101.6750 x 10--2727 1.0086651.008665 939.57939.57

Electron 9.101 x 109.101 x 10--3131 5.486x105.486x10--44 0.5110.511

Page 27: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Ukuran IntiUkuran Inti

Diselidiki pertama kali oleh Diselidiki pertama kali oleh Rutherford pada percobaan Rutherford pada percobaan hamburanhamburanDiperoleh pernyataan seberapa Diperoleh pernyataan seberapa dekat partikel alfa bergerak dekat partikel alfa bergerak mendekati inti sebelum berbalik mendekati inti sebelum berbalik arah karena gaya tolak Coulombarah karena gaya tolak Coulombarah karena gaya tolak Coulombarah karena gaya tolak CoulombEK partikel diubah menjadi EPEK partikel diubah menjadi EP

2

2

4 ek Zed

mv=

( )( )2 1 221

2 e e

e Zeq qmv k k

r d= =

atau

�� Untuk emas: d = 3.2 x 10Untuk emas: d = 3.2 x 10--1414 m, dan untuk perak: d = 2 x 10m, dan untuk perak: d = 2 x 10--1414 mmBiasa dinyatakan dalam Biasa dinyatakan dalam femtometersfemtometers dimana 1 fm = 10dimana 1 fm = 10--1515 m m

(juga dinamakan satu fermi)(juga dinamakan satu fermi)

Page 28: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Ukuran IntiUkuran Inti

Sejak eksperimen yang Sejak eksperimen yang dilakukan oleh dilakukan oleh Rutherford, banyak Rutherford, banyak eksperimen lain yang eksperimen lain yang menyimpulkan sebagai menyimpulkan sebagai berikutberikutberikutberikut�� Kebanyakan inti hampir Kebanyakan inti hampir

bulatbulat�� Jejari reratanyaJejari reratanya

�� rroo = 1.2 x 10= 1.2 x 10--1515 mm

31

oArr =

Page 29: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Kerapatan IntiKerapatan Inti

Volume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan Volume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan jumlah total nukleonjumlah total nukleonIni memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang Ini memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang sama sama ρρρρρρρρ

ρρ = R= R AA1/3 1/3 dimana Rdimana R = 1.2 fm= 1.2 fmρρ = R= Roo AA1/3 1/3 dimana Rdimana Roo = 1.2 fm= 1.2 fm

ρρatomatom ~ 10~ 1033 kg/mkg/m33

ρρnucleusnucleus ~~ 10101717 kg/mkg/m33

Page 30: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Energi IkatEnergi Ikat

Energi total dari sistem Energi total dari sistem terikat (inti) adalah lebih terikat (inti) adalah lebih kecil dari energi kombinasi kecil dari energi kombinasi penyusun nukleonpenyusun nukleon�� Perbedaan energi ini Perbedaan energi ini �� Perbedaan energi ini Perbedaan energi ini

dinamakan energi ikat inti dinamakan energi ikat inti Dapat juga dinyatakan Dapat juga dinyatakan sebagai sejumlah energi sebagai sejumlah energi yang diperlukan untuk yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton memecah inti menjadi proton dan neutrondan neutron

Energi ikat per nukleonEnergi ikat per nukleon

Page 31: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Kesetabilan IntiKesetabilan Inti

Terdapat Terdapat gaya tolak elektrostatisgaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama yang sangat besar antar sesama proton dalam intiproton dalam inti�� Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur

Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangkauan Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangkauan pendek, dinamakan pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat) gaya inti (atau kuat) pendek, dinamakan pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat) gaya inti (atau kuat) �� Gaya ini merupakan Gaya ini merupakan gaya tarikgaya tarik yang bekerja pada semua partikel intiyang bekerja pada semua partikel inti�� Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat

dalam intidalam inti

Page 32: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Grafik Kesetabilan Inti Grafik Kesetabilan Inti

Inti ringan stabil jika Inti ringan stabil jika N = ZN = Z

Inti berat sangat stabil ketika Inti berat sangat stabil ketika N > ZN > Z�� Semakin besar jumlah proton, gaya Semakin besar jumlah proton, gaya

tolak Coulomb semakin besar tolak Coulomb semakin besar akibatnya diperlukan lebih banyak akibatnya diperlukan lebih banyak nukleon agar inti tetap stabilnukleon agar inti tetap stabilnukleon agar inti tetap stabilnukleon agar inti tetap stabil

Tidak ada inti stabil ketika Tidak ada inti stabil ketika Z > 83Z > 83

Page 33: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

IsotopIsotop

Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang samasama

Meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasiMeskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasiIsotopeIsotope adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan �� IsotopeIsotope adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan A berbedaA berbeda

�� Contoh: Contoh: C116

C146C13

6C126

Page 34: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

RadioaktivtasRadioaktivtas

Page 35: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Radioaktivtas; SejarahRadioaktivtas; Sejarah

18961896: : BecquerelBecquerel secara tak sengaja menemukan secara tak sengaja menemukan kristal uranilkristal uranil mengemisikan mengemisikan radiasi pada plat fotoe.radiasi pada plat fotoe.

18981898:: Marie and Pierre Marie and Pierre CurieCurie menemukan menemukan poloniumpolonium (Z=84) dan (Z=84) dan radiumradium (Z = 88), (Z = 88), Dua unsur baru radioaktifDua unsur baru radioaktif

19031903:: BecquerelBecquerel and the and the Curie’sCurie’s menerima menerima Nobel prizeNobel prize fisika dalam hal fisika dalam hal 19031903:: BecquerelBecquerel and the and the Curie’sCurie’s menerima menerima Nobel prizeNobel prize fisika dalam hal fisika dalam hal mempelajari radioaktivitas.mempelajari radioaktivitas.

19111911:: Marie Marie CurieCurie menerima menerima Nobel prizeNobel prize (kedua) kimia untuk penemuan (kedua) kimia untuk penemuan polonium dan radium.polonium dan radium.

19381938:: Hahn (1944 Nobel prize) and StrassmannHahn (1944 Nobel prize) and Strassmann menemukan menemukan fissi intifissi inti -- Lisa Lisa Meitner memerankan peranan pentingMeitner memerankan peranan penting

19381938: : Enrico Enrico FermiFermi menerima menerima Nobel prizeNobel prize fisika dalam hal memproduksi unsur fisika dalam hal memproduksi unsur radioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi intiradioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi inti

Page 36: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

RadioaktivtasRadioaktivtas

RadioaktivitasRadioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan adalah emisi radiasi secara spontan Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang tidak stabiltidak stabilTiga jenis radiasi yang dapat diemisikanTiga jenis radiasi yang dapat diemisikanTiga jenis radiasi yang dapat diemisikanTiga jenis radiasi yang dapat diemisikan�� Partikel AlphaPartikel Alpha

Merupakan inti Merupakan inti 44He He �� Partikel BetaPartikel Beta

Partikel dapat berupa elektron atau positronPartikel dapat berupa elektron atau positron�� Sebuah positron adalah Sebuah positron adalah antipartikelantipartikel dari elektrondari elektron�� Sama seperti elektron kecuai muatannya +eSama seperti elektron kecuai muatannya +e

�� Sinar GammaSinar GammaMerupakan fotonn energi tinggiMerupakan fotonn energi tinggi

Page 37: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Perbedaan Jenis RadiasiPerbedaan Jenis Radiasi

Jenis Radiasi Muatan/Massaalfa α = Inti He (2p + 2n) +2q/4mp

beta β = elektron atau positron –q/me atau +q/me

gama γ = foton berenergi tinggi tidak bermuatan

Page 38: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

αβγ

Selembar kertas

beberapa mm aluminium

Beberapa cm timah

Kemampuan Daya TembusKemampuan Daya Tembus

Partikel α tidak dapat melalui kertas

Partikel β tidak dapat melalui aluminium

Partikel γ tidak dapat melalui timah

γ

Page 39: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Bahaya Radioaktif Bahaya Radioaktif –– Diluar TubuhDiluar Tubuh

Alpha

Radiasi akan mengionisasi atom dalam sel hidup – ini dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia

GammaGamma

Beta

Diluar Tubuh, ββββ dan γγγγ lebih berbahaya karena dapat menembus kulit dan masuk ke organ tubuh

GammaGamma

Page 40: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Didalam tubuh, radiasi αααα lebih berbahaya karena tidak punya cukup energi untuk keluar dari tubuh dan memiliki daya ionisasi

Beta

Alpha

Bahaya Radioaktif Bahaya Radioaktif –– Didalam TubuhDidalam Tubuh

tubuh dan memiliki daya ionisasi paling besar untuk merusak sel

β dan γ kurang berbahaya dibanding αααα karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh

Gamma

Page 41: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: Peluruhan Alpha: Peluruhan Alpha

IntiInti IndukInduk meluruh menjadi meluruh menjadi inti anakinti anak plus sebuah partikel plus sebuah partikel alphaalpha

Sebelumαααα

Sesudah

induk anak

22688 Ra

22286 Rn

Terjadi karena inti terlalu besar, peluruhan alfa dapat mereduksi ukuran intiTerjadi karena inti terlalu besar, peluruhan alfa dapat mereduksi ukuran inti

Energi disintegrasi QEnergi disintegrasi Q muncul sebagai energi kinetikmuncul sebagai energi kinetik(= energi ikat negatif)(= energi ikat negatif)

�� Partikel Partikel αα paling ringan membawa energi kinetik paling besarpaling ringan membawa energi kinetik paling besar

�� Mengapa? Kekekalan momentum!Mengapa? Kekekalan momentum!

( ) ( ) ( )4 42

4 42

2Z

22

A

A AZ

AZ

Z

X D

Q M X M D M H

He

e c

−−

−−

→ +

= − −

dimana mHe = 4.002603 u

Page 42: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: : Peluruhan Peluruhan ββ–– (Emissi e(Emissi e–– ))

IntiInti IndukInduk meluruh menjadi meluruh menjadi inti anakinti anak plus plus elektronelektron dan dan antianti--neutrinoneutrino�� AntiAnti--neutrinoneutrino adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik

elektron elektron

Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom tetangganya (Z+1), maka peluruhan tetangganya (Z+1), maka peluruhan ββ–– mungkin terjadimungkin terjaditetangganya (Z+1), maka peluruhan tetangganya (Z+1), maka peluruhan ββ–– mungkin terjadimungkin terjadiNeutron bebasNeutron bebas dapat meluruh menjadi sebuah protondapat meluruh menjadi sebuah proton..�� tt1/21/2 = 10.8 menit, Q = 939.57 = 10.8 menit, Q = 939.57 –– (938.28 + 0.511) = 0.78 MeV(938.28 + 0.511) = 0.78 MeV

( ) ( ) 2

1

1

*electron mass included in daughter nucleus

( )

A AZ

A AZ Z

ZX D

Q MeV Ma

e v

ss X Mass D c+

−+→ + +

= −

Page 43: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses Radiasi Proses Radiasi : : Peluruhan Peluruhan ββ–– untuk Carbon untuk Carbon DatingDating

Peluruhan Peluruhan ββ dari dari 1414C digunakan untuk C digunakan untuk menentukan umur suatu bahan organikmenentukan umur suatu bahan organik��

1414C C →→ 1414N + eN + e–– + + ννee

Ketika Ketika organisme hiduporganisme hidup, sinar cosmic , sinar cosmic menghasilkanmenghasilkan 1414CC di atmosfir yang memberikan di atmosfir yang memberikan nilai perbandingan nilai perbandingan 1414C/C/1212C konstan dalam gas C konstan dalam gas COCOCOCO22

��1414C / C / 1212C = 1.2C = 1.2××1010––1212 dalam orgenisme hidupdalam orgenisme hidup

Ketika Ketika organisme tsb meninggalorganisme tsb meninggal, , 1414C tidak lagi C tidak lagi diabsorpsi, akibatnya nilai perbandinagn diabsorpsi, akibatnya nilai perbandinagn 1414C/C/1212C C menumenurunrun terhadap waktuterhadap waktu�� Waktu paruh tWaktu paruh t1/21/2 dari dari 1414C = 5760 tahunC = 5760 tahun

Pengukuran umur dari bahan dengan mencari Pengukuran umur dari bahan dengan mencari aktivitas per satuan massa dari aktivitas per satuan massa dari 1414C C

�� Sangat efektif untuk Sangat efektif untuk 1,000 sampai 25,0001,000 sampai 25,000 tahun tahun lalulalu

Page 44: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: : Peluruhan Peluruhan ββ+ + (Emisi Positron)(Emisi Positron)

IntiInti IndukInduk meluruh menjadi meluruh menjadi inti anakinti anak plus plus positronpositron dan dan neutrinoneutrino..

Proton bebasProton bebas tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron melalui emisi positronmelalui emisi positron

Neutron bebas meluruh menjad sebuah protonNeutron bebas meluruh menjad sebuah proton�� Neutron bebas meluruh menjad sebuah protonNeutron bebas meluruh menjad sebuah proton

Proton terikatProton terikat dalam inti kadangdalam inti kadang--kadang dapat mengemisikan kadang dapat mengemisikan sebuah positron karena efek energi ikat intisebuah positron karena efek energi ikat inti

( ) ( ) 21

1

*explicitly add electron/positron masses

( ) 2

A AZ

A AZ Z e

ZX D

Q MeV Mass X Mass D m c

e v

+−→ + +

= − −

Page 45: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: : Penangkapan ElektronPenangkapan Elektron

Inti indukInti induk menangkap menangkap elektronelektron dari orbitalnya sendiri dan dari orbitalnya sendiri dan mengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutronmengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutron

Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan terjadi terjadi terjadi terjadi �� Catatan: Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (ZCatatan: Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (Z––1) 1)

lebih besar dari 2mlebih besar dari 2mee, maka peluruhan positron juga mungkin terjadi , maka peluruhan positron juga mungkin terjadi

( ) ( ) 21

1

*added electrons on both sides cancel

( )

A AZ

A AZ Z

ZX D v

Q MeV Mass X Mass D c

e

−−+ → +

= −

Page 46: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: Peluruhan Gama: Peluruhan Gama

Dalam peluruhan gama, sebuah Dalam peluruhan gama, sebuah keadaan tereksitasi inti meluruh ke keadaan tereksitasi inti meluruh ke sebuah keadaa yang energinya lebih sebuah keadaa yang energinya lebih rendah melalui rendah melalui emisi fotonemisi foton

Transisi inti seperti iniTransisi inti seperti ini analog dengan analog dengan transisi atomtransisi atom, tetapi dengan energi foton , tetapi dengan energi foton yang lebih tinggiyang lebih tinggiyang lebih tinggiyang lebih tinggiλλ = 1240 eV nm / Mev = = 1240 eV nm / Mev = 1010––33 nmnm..

Emisi sinar Emisi sinar γ γ biasanya mengikuti biasanya mengikuti peluruhan beta atau alfa (lihat gambar)peluruhan beta atau alfa (lihat gambar)

Waktu hidup rataWaktu hidup rata--ratanya sangat singkatratanya sangat singkat

ττ = h= hbar bar / / ∆∆E = E = 1010––1010 ss

Page 47: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Proses RadiasiProses Radiasi: Radioaktif Alam: Radioaktif Alam

Tiga deretTiga deret inti radioaktif terjadi secara alami inti radioaktif terjadi secara alami Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop PbPb..Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam ((237237Np).Np).Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami 1414C, C, 4040KK

Page 48: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Deret PeluruhanDeret Peluruhan232232ThTh

Deret dimulai dari Deret dimulai dari 232232ThThProsesnya melalui Prosesnya melalui peluruhan alfa dan peluruhan alfa dan betabetaBerakhir pada Berakhir pada Berakhir pada Berakhir pada isotop stabil isotop stabil 208208PbPb

Page 49: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Kurva Peluruhan Kurva Peluruhan

Kurva Peluruhan memenuhi Kurva Peluruhan memenuhi persamaan persamaan

Waktu paruh juga merupakan Waktu paruh juga merupakan

0tN N e λ−=

Waktu paruh juga merupakan Waktu paruh juga merupakan parameter yang penting parameter yang penting Waktu paruh definisikan Waktu paruh definisikan sebagai waktu yang sebagai waktu yang dibutuhkan inti sehingga dibutuhkan inti sehingga jumlahnya menjadi jumlahnya menjadi separuhnya separuhnya

λ=

λ= 693.02ln

T 21

Page 50: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

QUICK QUIZ

What fraction of a radioactive sample has decayed after two half-lives have elapsed?

(a) 1/4 (b) 1/2 (c) 3/4 (d) not enough information to say(d) not enough information to say

(c). At the end of the first half-life interval, half of the original sample has decayed and half remains. During the second half-life interval, half of the remaining portion of the sample decays. The total fraction of the sample that has decayed during the two half-lives is: 1 1 1 3

2 2 2 4 + =

Page 51: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Karakteristik SinarKarakteristik Sinar--X X

Ketika sebuah logam Ketika sebuah logam ditembaki oleh elektron ditembaki oleh elektron ––elektron berenergi tinggi, elektron berenergi tinggi, sinarsinar--x diemisikanx diemisikan

Spektrum sinarSpektrum sinar--x terdiri dari x terdiri dari Spektrum sinarSpektrum sinar--x terdiri dari x terdiri dari spektrum kontinu yang lebar spektrum kontinu yang lebar dandan deretan garis tajamderetan garis tajam�� GarisGaris--garis yang muncul garis yang muncul

bergantung pada logambergantung pada logam�� GarisGaris--garis tersebut garis tersebut

dinamakan dinamakan karakteristik karakteristik sinarsinar--xx

Page 52: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Penjelasan Karakteristik SinarPenjelasan Karakteristik Sinar--XX

Tinjauan struktur atom lebih detil dapat digunakan untuk Tinjauan struktur atom lebih detil dapat digunakan untuk menjelaskan karakteristik sinarmenjelaskan karakteristik sinar--xx

�� Elektron penembak menumbuk elektron dalam logam target Elektron penembak menumbuk elektron dalam logam target yang berada di kulit dalamyang berada di kulit dalamJika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom �� Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom targettarget

�� Kekosongan yang tercipta akibat elektron yang hilang diisi oleh Kekosongan yang tercipta akibat elektron yang hilang diisi oleh elektron yang berasal dari tingkat energi lebih tinggielektron yang berasal dari tingkat energi lebih tinggi

�� Proses transisi yang terjadi disertai emisi foton yang energinya Proses transisi yang terjadi disertai emisi foton yang energinya sama dengan perbedaan dua tingkat enrgi tersebutsama dengan perbedaan dua tingkat enrgi tersebut

Page 53: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Reaksi IntiReaksi Inti

Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan partikel yang energetikpartikel yang energetik�� Perubahannya dinamakan Perubahannya dinamakan reaksi intireaksi inti

Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor massa harus sama dikedua ruas persamaan massa harus sama dikedua ruas persamaan massa harus sama dikedua ruas persamaan massa harus sama dikedua ruas persamaan

Page 54: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Problem

Which of the following are possible reactions?

(a) and (b). Reactions (a) and (b) both conserve total charge and total mass number as required. Reaction (c) violates conservation of mass number with the sum of the mass numbers being 240 before reaction and being only 223 after reaction.

Page 55: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Nilai QNilai Q

Energi juga harus kekal dalam reaksi intiEnergi juga harus kekal dalam reaksi intiEnergi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah Energi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah reaksi inti dinamakan nilai reaksi inti dinamakan nilai Q dari reaksiQ dari reaksi

Reaksi Reaksi exothermicexothermic�� Reaksi Reaksi exothermicexothermicTerjadi pengurangan massa dalam reaksiTerjadi pengurangan massa dalam reaksiTerjadi pelepasan energi Terjadi pelepasan energi Q is positiveQ is positive

�� ReaksiReaksi endothermicendothermicTerjadi peningkatan massa dalam reaksi Terjadi peningkatan massa dalam reaksi Energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk Energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk Q is negativeQ is negative

Page 56: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Energi AmbangEnergi Ambang

Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki energi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambangenergi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambang

QMm

1KEmin

+=

�� m : massa partikel penumbuk m : massa partikel penumbuk �� M : Massa partikel targetM : Massa partikel target

Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat terjaditerjadi

Page 57: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Energi IntiEnergi Inti

Page 58: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

FisiFisi::

Neutron menumbukNeutron menumbuk inti inti 235235UU untuk membentuk keadaan tereksitasi untuk membentuk keadaan tereksitasi yang meluruh menjadi dua inti yang lebih ringan (plus neutrons) plus yang meluruh menjadi dua inti yang lebih ringan (plus neutrons) plus ENERGY! ENERGY! Contoh: Contoh: 235235UU + + n n →→ 9292Kr + Kr + 142142Ba + Ba + 2n2n + + 180 MeV 180 MeV �� ((238238U tidak berfisi!)U tidak berfisi!)

235U tidak akan berfisi tanpa

ditumbuk oleh neutron.

Page 59: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

FisiFisi: Reaksi Berantai: Reaksi Berantai

Menggunakan neutron Menggunakan neutron daridari proses fisi untuk menginisiasi proses fisi proses fisi untuk menginisiasi proses fisi yang lain!yang lain!19421942: Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol: Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol

Untuk Untuk bom nuklirbom nuklir, , memerlukan memerlukan lebih dari lebih dari satusatu neutron dari peristiwa neutron dari peristiwa fisi pertama yang fisi pertama yang menyebabkan peristiwa menyebabkan peristiwa menyebabkan peristiwa menyebabkan peristiwa kedua (1 g U dapat kedua (1 g U dapat melepaskan energi sama melepaskan energi sama dengan sekitar 20000 ton dengan sekitar 20000 ton TNT)TNT)

Untuk Untuk Pembangkit daya Pembangkit daya nuklirnuklir, memerlukan , memerlukan kurang kurang dari satudari satu neutron yang neutron yang menyebabkan peristiwa menyebabkan peristiwa keduakedua

Page 60: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

QUICK QUIZ

In the first atomic bomb, the energy released was equivalent to about 30 kilotons of TNT, where a ton of TNT releases an energy of 4.0 × 109 J. The amount of mass converted into energy in this event is nearest to: (a) 1 µg, (b) 1 mg, (c) 1 g, (d) 1 kg, (e) 20 kilotons

(c). The total energy released was E = (30 ×103 ton)(4.0 × 109

J/ton) = 1.2 × 1014 J. The mass equivalent of this quantity of energy is:

1g ~ kg 103.1m/s) 100.3(

J 102.1 328

14

2−×=

××==

c

Em

Page 61: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Reaktor NuklirReaktor Nuklir

Sebuah Sebuah reaktor nuklir reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang didisain untuk adalah sebuah sistem yang didisain untuk terjadinya reaksi berantai yang terkendaliterjadinya reaksi berantai yang terkendali

Konstanta ReproduksiKonstanta Reproduksi K, didefinisikan sebagai jumlah rataK, didefinisikan sebagai jumlah rata--rata rata neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi lainlain�� Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5

Dalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai iniDalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai ini

�� Reaksi yang terkendali memiliki nilai K = 1Reaksi yang terkendali memiliki nilai K = 1

Page 62: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Desain Dasar Reaktor Desain Dasar Reaktor Elemen Elemen bahan bakarbahan bakar terdiri atas terdiri atas uraniumuraniumMaterial moderatorMaterial moderator (air dan grafit) (air dan grafit) digunakan untuk memperlambat digunakan untuk memperlambat neutronneutronBatang kendaliBatang kendali digunakan untuk digunakan untuk mengabsorpsi neutronmengabsorpsi neutronmengabsorpsi neutronmengabsorpsi neutronKetika K = 1, reaktor dikatakan Ketika K = 1, reaktor dikatakan kritiskritis�� Reaksi berantai terkendaliReaksi berantai terkendali

Ketika K < 1, reaktor dikatakan Ketika K < 1, reaktor dikatakan subkritissubkritis�� Reaksi berhentiReaksi berhenti

Ketika K > 1, reaktor dikatakan Ketika K > 1, reaktor dikatakan superkritissuperkritis�� Terjadi rekasi yang berjalan sendiriTerjadi rekasi yang berjalan sendiri

Page 63: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Energi Termonuklir (Fusi Inti)Energi Termonuklir (Fusi Inti)

Reaksi eksotermik dasar dalam bintang (merupakan sumber dari hampir Reaksi eksotermik dasar dalam bintang (merupakan sumber dari hampir semua energi dalam semesta) adalah semua energi dalam semesta) adalah fusi inti hidrogen fusi inti hidrogen menjadimenjadi inti inti heliumheliumTerjadi dua deretan proses: Terjadi dua deretan proses: �� Siklus Siklus protonproton--proton,proton,

merupakan tumbukan langsung protonmerupakan tumbukan langsung proton--proton menghasilkan inti lebih berat yang proton menghasilkan inti lebih berat yang diikuit dengan tumbukan antara intidiikuit dengan tumbukan antara inti--inti itu sehingga menghasilkan inti heliuminti itu sehingga menghasilkan inti helium

�� Siklus Siklus karbon,karbon,merupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturutmerupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturut--turut turut merupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturutmerupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturut--turut turut sampai akhirnya inti itu memancarkan partikel alfa dan kembali menjadi inti karbon sampai akhirnya inti itu memancarkan partikel alfa dan kembali menjadi inti karbon lagilagi

HeCNH

eNO

ONH

NCH

eCN

NCH

42

126

157

11

157

158

158

147

11

147

136

11

11

11

42

32

32

136

137

32

21

11

137

126

11

21

11

11

HHHHH

γHHH

υeHHH

Karbon Siklus proton -Proton Siklus

+→+

ν++→

γ+→+

γ+→+++→+

ν++→+→+

→+++→+

+

+

+

Page 64: 9. fisika atom & inti [Compatibility Mode]

Reaksi fusi yang dapat berlangsung sendiri hanya dapat terjadi pada Reaksi fusi yang dapat berlangsung sendiri hanya dapat terjadi pada kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, agar inti yang ikut dalam agar inti yang ikut dalam proses tsb mempunyai energi cukupproses tsb mempunyai energi cukup untuk berreaksi walaupun dicegah oleh untuk berreaksi walaupun dicegah oleh gaya tolak listrik, dan reaksinya terjadi cukup kerap untuk mengimbangi gaya tolak listrik, dan reaksinya terjadi cukup kerap untuk mengimbangi pelepasan energi ke sekelilingnya.pelepasan energi ke sekelilingnya.

Energi yang dilepasEnergi yang dilepas ketika terjadi fusi inti ringan menjadi inti berat disebut ketika terjadi fusi inti ringan menjadi inti berat disebut energi termonuklirenergi termonuklir

Energi Termonuklir (Fusi Inti) lanjutanEnergi Termonuklir (Fusi Inti) lanjutan

energi termonuklirenergi termonuklir