Fisika Inti dan Radioaktivitas

Di dalam inti atom terdapat proton dan netron. Proton – proton dalam inti atom saling tolak menolak. Semakin dekat proton – proton dalam inti atom, semakin besar gaya tolaknya. Mengapa proton – proton dalam inti atom saling terikat?

Proton-proton pada inti atom tolak menolak dengan gaya elektrostatik (gaya Coulomb), antara nukleon – nukleon dalam inti juga terjadi tarik menarik dengan gaya gravitasi. Gaya tarik gravitasi antar nukleon jauh lebih kecil daripada gaya tolak elektrostatik antar proton. Jadi, jika tidak ada gaya lain maka proton – proton akan lepas dari inti atom. Karena proton – proton atom tetap bersatu dalam inti, maka pastilah ada gaya kuat yang mengikat nukleon – nukleon tetap bersatu dalam inti. Gaya kuat ini disebut gaya tarik inti.

Inti atom disusun oleh proton dan neutron. Tetapi massa inti selalu lebih kecil daripada jumlah massa proton dan neutron pembentuk inti, “selisih massa” (∆m) disebut defek massa. Defek massa akan menyatakan nilai energi ikat inti, sesuai dengan hukum kesetaraan massa energi Einstein.

∆E =∆m c2

Jika defek massa (∆m) dinyatakan dalam sma: maka energi ikat inti ∆E dirumuskan dengan:

∆E = ∆m (931 MeV/sma)

Menghitung Energi ikat Inti
Energi ikat inti ∆E, sebuah atom AZ (Z = nomor atom dan A = nomor massa ) dapat dihitung dengan persamaan,

∆E = {Zmp + (A – Z) mn – minti} 931 MeV/sma

Dengan Keterangan:
mm = massa proton
mn = massa netron
mi = massa inti

Radioaktivitas

Radioaktivitas didefinisikan sebagai pemancar sinar radioaktif (sinar α, β atau Ƴ) secara spontan oleh inti — inti yang tak stabil (misal U -238) menjadi inti – inti yang lebih stabil. Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang terjadi disebut inti anak.

1. Pemancaran Sinar Alfa

Sinar alfa tak lain adalah inti atom 42 He. Sesuai dengan hukum kekekalan nomor massa dan nomor atom, suatu inti induk yang memancarkan sinar α akan menghasilkan inti anak yang nomor massanya berkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2. Reaksi pemancaran a ditulis sebagai:

AZX → A-4Z-2 Y + 42 α
Contoh:
23892 U → 23490Th + 42 α

Jika massa inti induk mx, intianak my dan sinar alfa adalah mα (semuanya dalam sma) maka sesuai dengan hukum kekekalan energi, energi yang dibebaskan, Q adalah:

Q = (mx – (my + mα) 931 MeV/sma.

2. Pemancaran Sinar Beta

Sinar beta tak lain adalah eiektron (diberi lambang 0-1β  atau 0-1e. Sesuai dengan hukum kekekalan nomor massa dan nomor atom, suatu inti induk yang secara spontan memancarkan sinar β akan menghasilkan inti anak yang nomor massanya tetap dan nomor atomnya bertambah 1. reaksi inti pemancaran β ditulis sebagai berikut:

AZX → AZ+1 Y + 0-1β  + v
Contoh:
14ZC → 147 N + 0-1β  +v

3. Pemancaran Sinar Gamma

Sinar gamma adalah foton- foton yang memiliki energi paling tinggi. Karena sinar Ƴ tidak bermassa dan tidak bermuatan maka pemancaran sinar Ƴ tidak menghasilkan inti baru. Pemancaran sinar Ƴ diawali oleh inti induk x yang secara spontan memancarkan sinar β dan membentuk inti baru yang berada dalam keadaan eksitasi (metastabil). Selanjutnya inti baru dalam keadaan eksitasi ini secara spontan memancarkan sinar Ƴ untuk menjadi inti stabil. Reaksi inti pemancaran sinar Ƴ ini biasanya dituliskan sebagai:

AZX → AZ+1 Y + 0-1β  + 00 Ƴ
Contoh:
125B → 126C + 0-1β + 00 Ƴ

4. Aktivasitas Radiasi

Aktivitas radiasi (A) diidentifikasikan sebagai banyaknya inti yang meluruh persatuan waktu atau laju peluruhan inti atom. Tetapan peluruhan, λ, didefinisikan sebagai perbandingan antara banyaknya irt yanc meluruh persatuan waktu dengan total banyak inti yang ada dalam zat (N). Jadi hubungan antara aktivitaas radiasi, A, dengan tetapan peluruhan(λ) dinyatakan sebagai:

A = λN

Satuan Aktivitas radiasi, dalam SI adalah bequerel radiasi, disingkat Bq, dimana:
1 Bq = 1 peluruhan / sekon

Satuan aktivitas radiasi lainnya adalah curie (disingkat Ci)
1 Ci = 3,7 x 1010Bq

5. Hukum Peluruhan Radioaktif

Aktivitas radiasi dapat didefinisikan juga sebagai laju berkurangnya inti yang belum meluruh terhadap waktu.

 A = -dN/dt

Karena A = λN
Maka N (t) = N0e–λt

Secara nyata kita tidak dapat mengukur banyak inti yang belum meluruh. Yang dapat kita ukur adalah aktivitas radiasi atau A.

A(t) = A0e–λt

N0 = banyak inti mula-mula.
N (t)= banyaknya inti yang belum meluruh setelah waktu t.
A0 = aktivitas inti mula-mula
A(t) = aktivitas inti setelah meluruh dalam waktu t
λ = tetapan peluruhan (s‘1)
t = selang waktu peluruhan dihitung mulai dari t = 0

6. Waktu Paro

Waktu paro (lambang T) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan olah zat radioaktif yang meluruh hingga aktivitas radiasinya (atau banyak inti yang helum meluruh) tinggal separo dari aktivitas (atau banyak inti) semula.

7. Deret Radioaktif

Peluruhan radioaktif berantai adaiah proses peluruhan berantai dimana setiap hasil peluruhan pertama, kedua, dan seterusnya yang masih bersifat radioaktif terus meluruh sampai pada akhirnya tercapai isotop stabil. Proses peluruhan radioaktif berantai mengikuti suatu deret radioaktif. Ada empat deret radioaktif antara lain: Uranium, Aktinium, Thorium, dan Neptunium.

8. Reaksi Inti

Dalam reaksi ini berlaku hukum kekekalan nomor atom dan nomor massa, hukum kekekalan energi dan momentum. Hukum kekekalan energi memberikan energi reaksi Q sebagai.:

Q = (ma+m-x) – (my+mb)931 MeV/sma

9. Pembuatan Isotop Radioaktif

Isotop radioaktif dapat dibuat dengan cara menembak nuklida-nuklida stabil dengan neutron – neutron. Sebagai sumber neutron adalah reaktor nuklir fisi.

10. Reaksi Fisi          

Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan suatu inti berat ketika ditembaki oleh partikel Helium (proton) berenergi tinggi yang keluardari siklotron atau ketika menyerap neutron lambat (terjadi dalam reaktor nuklir). Inti yang membelah menghasilkan dua inti baru yang lebih ringan sambil membebaskan (memproduksi) energi Q sangat besar.

11. Reaksi Fusi

Reaksi fusi adalah bergabungnya dua inti ringan menjadi sebuah inti lebih berat sambil membebaskan (memproduksi) energi sangat besar. Untuk berlangsungnya fusi diperlukan suhu sangat tinggi (dalam orde 108 K) seperti yang terdapat dalam inti matahari dan bintang- bintang. Karena prasyarat suhu sangat tinggi ini, maka reaksi fusi tersebut juga reaksi termonuklir.

Pemanfaatan Sifat Pancaran Radioaktif dan Reaksi Inti

Pemanfaatan sifat pancaran radioaktif (sinar α,β, Ƴ) dan reaksi inti misalnya untuk mendeteksi kebocoran pipa digunakan partikel β sedang untuk mendeteksi datangnya pasokan minyak dari tempat jauh memalui saluran pipa digunakan sinar Ƴ.

Pemanfaatan radioisotop dalam kedokteran misalnya menggunakan radioisotop iodine untuk mengetahui fungsi keienjar tiroid. Menggunakan radioisotop Co – 60 untuk mengontrol pertumbuhan beberapa jenis kanker. Reaksi berantai terkendali U-235 yang sangat besar dimanfaatkan dalam PLTN. Secara teoritis energi yang dihasilkan dari reaksi fisi adalah paling besar dibandingkan dengan energi – energi yang lainnya. Tetapi membangun PLTN memerlukan biaya investasi yang sangat besar dan dalam pengoperasiannya harus ditangani secara hati – hati.

Sumber : https://www.pelajaran.co.id/2016/11/fisika-inti-dan-radioativitas-11-inti-induk-dan-inti-baru-radioaktivitas-beserta-rumus.html