Kemampuan dasar yang akan Anda miliki setelah mempelajari bab ini adalah sebagai berikut.

• Dapat mengidentifikasi karakteristik inti atom dan radioaktivitas
• Dapat mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari

​

1. Inti Atom dan Radioaktivitas
2. Peluruhan
3. Aplikasi Fisika Inti

Fisika Inti

Inti Atom dan Radioaktivitas

Beberapa Sifat Inti Atom

Partikel-partikel Apakah yang menyusun Inti Atom?

Apakah inti atom hanya terdiri dari proton?

Inti atom terdiri dari sejumlah proton bermuatan positif dan sejumlah neutron tak bermuatan.

Jumlah proton dan neutron dalam inti atom jumlah elektron yang mengitari inti.

Jumlah proton = Z

Jumlah neutron = A − Z

Jumlah elektron = Z untuk atom netral.

Bagaimanakah Inti Atom Dituliskan?

Isotop didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda.

Isobar didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon sama tetapi jumlah proton berbeda.

Isoton didefinisikan sebagi nuklida-nuklida dengan jumlah neutron yang sama.

Apa yang Dimaksud dengan Isotop, Isobar, dan Isoton?

Massa-massa inti dapat dukur dengan ketelitian tinggi menggunakan spektrometer massa.

​

1 atomic mass unit (u) tepat sama dengan massa isotop karbon-12 ( ).

Muatan dan massa partikel-partikel pembentuk atom

1 u = 1,660 559 × 10⁻²⁷ kg = 931,50 MeV/c²

Dengan c = 3 × 10⁸ m/s adalah cepat rambat cahaya dalam vakum.

Ukuran dan bentuk inti

​

​

​

​

​

​

​

​

​

Apa yang dimaksud dengan gaya inti?

​

Inti tetap stabil karena adanya gaya inti kuat atau gaya nuklir kuat.

Kestabilan Inti

Grafik tersebut menggambarkan fakta bahwa jumlah neutron menjadi lebih besar dari jumlah proton ketika nomor atom Z meningkat. Inti stabil secara spontan pecah atau menyusun ulang struktur-struktur internalnya disebut radioaktivitas (radioactivity).

Grafik kestabilan inti

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

Selisih massa antara nukleon-nukleon pembentuk inti dengan massa inti stabilnya disebut defek massa (mass defect).

​

​

​

​

Apa yang Dimaksud dengan Defek Massa dan Energi Ikat Inti?

Energi yang diperlukan untuk memutuskan inti menjadi proton-proton dan neutron pembentuknya disebut energi ikat inti (binding energy).

Untuk memisahkan nukleon-nukleon dalam inti kita perlu memberikan energi ikat minimal sebesar energi ikatnya.

Hubungan energi ikat per nukleon terhadap nomor massa inti

Suatu inti berat menjadi dua inti yang lebih ringan, energi akan dibebaskan karena energi ikat per nukleon lebih besar untuk dua inti yang lebih ringan daripada untuk inti induk yang berat dikenal sebagai reaksi fisi. Dua inti ringan menjadi sebuah inti yang lebih berat energi dibebaskan karena energi ikat per nekleon lebih besar untuk inti berat yang dibentuk daripada untuk kedua inti ringan dikenal sebagai reaksi fusi.

Gejala fluoresens adalah gejala suatu benda dapat memancarkan cahaya yang berbeda ketika menerima cahaya dari luar atau menerima tembakan dari aliran partikel.

Gejala fosforesens adalah gejala suatu benda dapat memancarkan cahaya beberapa selang waktu kemudian setelah benda itu menerima cahaya dari luar.

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

Radioaktif

Penemuan dan Jenis-jenis Sinar Radioaktif

Apa yang dimaksud dengan radioaktivitas?

Ada berapa jeniskah sinar radioaktif?

Bagaimana dengan daya tembus sinar-sinar radioaktif?

Urutan daya tembus sinar α < sinar β < sinar γ

Mengapa Inti Atom Meluruh?

Peluruhan

Peristiwa pemancaran sinar radioaktif oleh zat radioaktif disebut peluruhan.

Aktivitas Bahan Radioaktif

Laju peluruhan radioaktif dalam suatu bahan radioaktif disebut aktivitas (lambang A). Aktivitas hanya ditentukan oleh banyaknya inti yang meluruh per sekon. Peluang tiap inti untuk meluruh disebut tetapan peluruhan.

Satu curie didefinisikan banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon.

Satuan Aktivitas Radiasi

Apa yang Dimaksud dengan Waktu Paro?

Deret Radioaktif

Serapan Radioaktif

Mengapa baju kerja terbuat dari timbal? Berapa minimum ketebalan baju timbal tersebut agar dapat melemahkan atau menyerap radiasi foton sinar-X?

Bagaimana Pelemahan Intensitas Radioaktif melalui Medium?

Apa yang Dimaksud dengan Dosis Serapan?

Dosis serapan (radiation absorbed dose) didefinisikan sebagai banyak energi radiasi pengion yang diserap oleh materi per satuan massa.

Satu rad adalah jumlah radiasi yang meningkatkan energi 1 kg material penyerap dengan 1 × 10⁻²J.

Faktor kualitas atau RBE (relative biological effecctiveness), lambang Q.

Dosis serapan ekivalen, H, dalam Sv, disefinisikan sebagai hasil kali dosis serapan, D, dalam Gy, dengan faktor kualitas, Q.

Pencacah Geiger-Muller

Detektor Radiasi

Kamar Kabut

1911, C.T.R. Wilson menemukan bahwa ion-ion gas dapat bertindak sebagai inti pengembunan untuk menunjukkan lintasa-lintasan radiasi ionisasi melalui udara.

Film Fotografis

Becquerel menggunakan film fotografis secara tidak sengaja menemukan radioaktivitas alami dari uranium. Becquerel menemukan sinar radioaktif yang telah menghitam film.

Bahaya Radiasi

Radiasi pengion dari lingkungan hidup dikenal sebagai radiasi alamiah.

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

Banyak batuan mengandung uranium. Uranium meluruh menghasilkan radon. Di AS diperkirakan angka kematian 5000 – 20 000, dari 40 000 kasus kanker paru-paru setiap tahun akibat polusi radon.

Radiasi di Sekitar Kita

Radiasi dan Sel

Dosis Serapan Radiasi dan Efek Biologis

Besaran dosis serpan yang berkaitan dengan efek biologis adalah dosis serapan ekivalen, yang diberi lambang H dengan satuan Sv.

Proteksi terhadap Radiasi

​

​

​

​

Radiografer yang mengoperasikan sinar-X guna memfoto pasien dilindungi oleh layar yang terbuat dari timbel.

Pekerja-pekerja yang menangani bahan-bahan radioaktif menggunakan baju proteksi melakukannya dari balik selembar layar kaca timbel.

Aplikasi Fisika Inti

Tumbukan antara partikel berenergi tinggi dan inti mengubah struktur inti menjadi inti baru yang berbeda dengan inti semula dinamakan reaksi inti (neclear reaction).

Reaksi Inti

Perhitungan Energi pada Reaksi Inti

​

Q adalah energi reaksi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi sebelum reaksi sama dengan energi sesudah reaksi.

​

Energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi

Energi reaktan = energi produk + energi reaksi

Energi reaksi = energi reaktan − energi produk

​

​

​

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

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

Pembuatan Isotop Radioaktif dengan Reaksi Inti

Neutron tidak bermuatan sehingga tidak ditolak oleh inti atom.

sebagai sumber partikel alfa berenergi tinggi adalah siklotron.

Sumber neutron adalah reaktor nuklir fisi.

Reaksi Fisi

Adapun data massa atom netral adalah:

Inti berat yang ditumbuk membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi.

Perhitungan Energi pada Reaksi Inti

Reaksi Fisi Uranium-235

Reaksi Berantai Tak Terkendali dan Terkendali

Reaksi berantai (chain reactions) adalah sederetan pembelahan inti dimana neutron-neutron dihasilkan dalam tiap pembelahan inti menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya. Setiap pembelahan inti, dua neutron atau lebih hasil pembelahan menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya adalah kondisi reaksi berantai tak terkendali (uncontrolled chain reactions)

Reaktor Atom Fisi

​

​

​

​

Reaktor atom fisi dapat diklasifikasikan sebagai berikut.

1. Reaktor Termal neutron-neutron yang dihasilkan memiliki energi yang hampir sama dengan energi partikel-partikel gas pada suhu normal.
2. Reaktor Cepat (fast reactor) neutron-neutron yang menghasilkan fisi memilki energi yang besar.

(1) Reaktor penelitian

​

​

​

(2) Reaktor daya dan PLTN

​

​

​

Reaksi Fusi (Reaksi pegabungan inti)

​

Reaksi fusi harus digerakkan dengan kelajuan sangat tinggi memerlukan energi kinetik sangat tinggi, suhu yang sanagat tinggi.

reaksi fusi menimbulkan suhu yang sangat tinggi disebut reaksi termonuklir.

Syarat Terjadinya Reaksi Fusi

Rantai Proton-proton yang Terjadi di Bagian Dalam Matahri dan Bintang-bintang

​

​

Reaktor Fusi Nuklir

Dua syarat untuk mengendalikan fusi.

1. Suhu harus sangat tinggi. Pada suatu suhu tertentu disebut suhu pembakaran (ignition temperatur), proses fusi akan berlangsung sendiri.
2. Pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma (sejenis gas yang disusun oleh partikel-partikel bermuatan seperti H⁺ dan e⁻).

Diagram Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional (ITER)

Keunggulan dan Kemanan

​

Reaksi fusi memilki keunggulan pada pengaturan laju reaksi. bahan bakar fusi nuklir tersedia hampir tanpa batas dan murah.

ITER sebagai sumber pembangkit energi tanpa batas, aman, dan ramah lingkungan dapat tercapai.

Pemanfaatan Radioisotop

​

Isotop-isotop yang tidak stabil disebut radioisotop. Radioisotop yang dibutuhkan I-123, I-131, Co-60, Cs-137.

Pemanfaatan radioisotop:

1. Perunut (pencari jejak)
2. Pemanfaatan radioisotop berdasarkan sifat radiasinya.
3. Tenaga listrik

Penggunaan Radioisotop sebagai Perunut

Pengobatan

Radioisotop sebagai perunut dapat digunakan untuk meneliti khasiat tanaman obat tradisional radioaktif C-14 dibutuhkan untuk mendeteksi keberadaanya dalam organ tubuh makhluk hidup dan mekanisme kerjanya.

Industri

Memasukkan radioisotop silikon ke dalam lumpur dan mengukur cara lumpur tersebut terbentuk dan bergerak dengan detektor radioaktif.

Pemanfaatan Radioisotop berdasarkan Sifat Radiasinya

​

​

Pengobatan

Radioisotop untuk membunuh sel kanker disebut radioterapi (radiotherapy). Terapi radiasi gamma yang diradiasikan oleh isotop kobalt-60 (Co-60). Terapi radiasi proton menolong dokter mengobati hanya sel kanker dan tidak menambah resiko rusaknya sel-sel sehat.