reaksi nuklir

Download reaksi nuklir

Post on 06-Aug-2015

242 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

REAKSI NUKLIR (I) A.Pendahuluan Sejak awal peradaban, orang-orang di berbagai belahan dunia memiliki keinginan yang kuatuntukmengetahuiapakahlogamdasarsepertibesi,tembagadllbisadiubahmenjadi logam mulia seperti emas atau perak. Ada banyak yang mengira bahwa transformasi semacam itumungkinterjadi.Diabadpertengahan,pseudosainsyangdikenalsebagaialchemy,telah berkembangdiEropa.ParaAlchemymengklaimbahwamerekabisamengubahlogamdasar menjadilogammulia,meskipunklaimtersebutdasarkeilmiahannyasangatlemah. Kenyataannyabanyakdarimerekaharusmembayarmahaluntukkegiatanpenipuanmereka tersebut. Penemuanradioaktivitaspadaawalabadinimerealisasikanbahwaunsur-unsur radioaktifsecara spontanberubahmenjadi unsurlainnya. Setelah penemuanini,mimpi kuno kaumAlchemybangkitlagidibenakparailmuwanyaitumengenaikemungkinanmengubah satu unsur menjadi unsur lain. Berdasarkanpengetahuankitatentangstrukturintiatom,dapatdiketahuijelasbahwa jika kita dapat mengubah jumlah proton atau neutron atau keduanya di dalam inti, maka akan adakemungkinanuntukmembawatransformasiinti.JikajumlahprotonZberubah,maka akan memungkinkan untuk mengubah satu unsur menjadi unsur lain. Di sisi lain, jika jumlah neutronN berubah,maka salahsatu isotopunsur akan ditransformasikanmenjadiisotop lain dari unsur yang sama. Transformasi inti secara buatan lebih sulit dilakukan dibandingkan dengan transformasi nukleondidalaminti.Untukmenghapusnukleondariinti,kitaharusmemasokkuantitas energi setidaknya sama dengan energi yang mengikat di dalam inti, yang biasanyadinyatakan denganbeberapaMeV.Energiinidapatdiberikandenganmemperkenalkanpartikelnuklir (misalnya, proton, neutron, deuteron atau partikel ) ke dalam inti dari luar. Kecuali neutron, semuapartikelyangbermuatanpositifakanditolakolehmuatanpositifdalaminti.Jadi mereka harus lebih energik untuk bisa masuk ke inti untuk membawa transformasi nuklir. B.Pembahasan 10.1 Penemuan transmutasi unsur buatan, percobaan Rutherford Sejak awal peradaban, orang-orang di berbagai belahan dunia memiliki keinginan yang kuat untuk mengetahui apakahlogamdasar sepertibesi, tembaga dll. Bisa ditransformasikan menjadi logam mulia seperti emas atau perak. Ada banyak yang mengira bahwa transformasi 2 semacam itu mungkin saja terjadi. Di abad pertengahan, pseudo-science yang dikenal sebagai alchemy,telahberkembangdiEropa.ParaAlchemymengklaimbahwamerekabisa mentransformasikanlogamdasarmenjadilogammulia,meskipunklaimtersebutdasar keilmiahannyasangatlemah.Kenyataannyabanyakdarimerekaharusmembayarmahal untuk kegiatan penipuan mereka tersebut.Penemuanradioaktivitaspadaawalabadinimerealisasikanbahwaunsur-unsur radioaktifsecara spontanberubahmenjadi unsurlainnya. Setelah penemuanini,mimpi kuno kaumAlchemybangkitlagidibenakparailmuwanyaitumengenaikemungkinanmengubah satu unsur menjadi unsur lain. Berdasarkanpengetahuankitatentangstrukturintiatom,dapatdiketahuijelasbahwa jika kita dapat mengubah jumlah proton atau neutron atau keduanya di dalam inti, maka akan adakemungkinanuntukmembawatransformasiinti.JikajumlahprotonZberubah,maka akan memungkinkan untuk mengubah satu unsur menjadi unsur lain. Di sisi lain, jika jumlah neutron N berubah,maka salahsatu isotop unsur akan ditransformasikanmenjadiisotop lain dari unsur yang sama. Kesulitanutamadalammemproduksitransformasiintibuataniniadalahmengikat kuatnyadarinukleondalamnukleus.Untukmelepasnukleondariinti,kitaharus menyediakansebuahjumlahenergisetidaknyasamadenganenergiikatandidalamnukleus, yangbiasanyabeberapaMeV.Energiinidapatdisediakandenganmenembakkansebuah partikelnuklir(misalnya,proton,neutron,deuteronataupartikel-o)kedalamintidariluar. Kecuali neutron, semuanya bermuatan positif dan oleh karenanya sangat ditolak oleh muatan positif dalam inti. Jadi mereka harus sangat energik untuk bisa masuk ke inti untuk membawa transformasi nuklir. LordRutherfordadalahorangyangpertamakalimenciptakantransformasibuatan (transmutasi) inti atom pada tahun 1919, dengan memakai energi partikel yang sangat tinggi yang berasal dari zat radioaktif alami seperti radium sebagai proyektil. Aparat yang digunakan oleh Rutherford ditunjukkan pada Gambar. 10.1 3 PadaruangAsebuahpipakacayanghampaudarayangdapatdievakuasidengan bantuan pompa vakum dan kemudian diisi denganbeberapa gas yang sesuai, berisi D sampel kecil dari zat radioaktif alami. Partikel dari sumber Dberjalanmelalui gas didalampipamenujujendela tipisyang menutupisalurandiujungyanglainpadadindingpipa.Diluarjendela,layarneonFyang berkilaudiproduksiolehpartikelbermuatanenergikjatuhdiatasnya.FoiltipisSpenyerap logambisadiletakkandiantarajendeladanF.Kilaucahayadapatdiamatidenganbantuan mikroskop M. JarakdariDkejendelalebihbesardarijangkauanpartikeldarisumberdalamgas dalamruangan.KilaudapatdiamatiketikaruanganitudipenuhidenganCO2atauoksigen. Namun, ketika ruangan diisi dengannitrogen udara kering,kilaubisa diamati, bahkan ketika jarak antara sumber dan layar F adalah 40 cm atau lebih. Rutherfordmengidentifikasiproduksipartikelscintillationssebagaiprotondengan membelokkannyamerekaterhadapmedanmagnet.Jangkauanmerekalebihjauh dibandingkan dengan yang diharapkan untuk proton elastis tersebar dari gas hidrogen (28 cm) dikecualikankemungkinanasalmerekadarigashidrogenyangmungkindicampurdengan nitrogen sebagai pengotor. Rutherford menjelaskan pengamatannya dengan cara berikut. Ketika kecepatan partikel-oyangsangattinggidibuatbertabrakandenganintinitrogen 14Nbeberapadarimereka Gambar 10.1Percobaan Rutherford untuk memproduksi intiyang terintegrasi secara buatan 4 terakhirditangkap.Sistemkomposit,yangterbentuksebagaihasilpenangkapantersebut( dalamwaktu10-15s)hancurolehemisiprotonyangsangattinggikecepatannya.Prosesini adalahprosestransmutasinukliryangmembawamuatandenganbantuansebuahpartikel-o dari zat radio aktif,meninggalkaninti sisadari isotop oksigen 17O. Persamaan untuk reaksi kimianya sebagai berikut: 4 14 18 * 17 12 7 9 8 1He N F O H + +...............................................................(10.1-1) Langkahtengahyaitu 18Fdikenalsebagaiinticampuran.Dalammenulispersamaan reaksi nuklir, kita sering mengabaikan langkah kedua ini dan hanya menuliskan langkah awal dan akhir dalam proses tersebut. Sebuah reaksi nuklir mengacu pada proses yang terjadi ketika partikel nuklir (misalnya, nukleon,intiataupartikeldasar)yangsalingberdekatanantarasatudenganlainnyaselama pertukaranenergidanmomentumberlangsung.Produkakhirdarireaksiiniadalah terbentuknyalagibeberapapartikelnuklirataupartikel-partikelyangmeninggalkantitik kontak (tempat reaksi) dalam arah yang berbeda. Muatan yang dihasilkan dalam reaksi nuklir biasanyamembutuhkangayanukliryangkuat.Efekmurnielektromagnetik(misalnya, Coulombhamburan)atauprosesyangmelibatkaninteraksilemah(misalnya,peluruhan-) biasanyatidakdikategorikansebagaireaksinuklir.Akantetapi,muatannukliryang dipengaruhi oleh interaksi elektromagnetik akan disertakan. Secara umum, reaksi nuklir dapat diwakili oleh persamaan sebagai berikut: ''A AZ ZX x Y y + + ...................................................................................(10.1-2) atau lebih ringkasnya dinyatakan dengan AX(x,y)AY. DimanaXadalahintitargetyangdibombardirdenganproyektilx.Intisenyawayang dihasilkansegerapecahdanmenghasilkanpartikel-ydenganmeninggalkanintisisaY. SimbolkimiadariZmenunjukkannomoratommereka,iniadalahseringdiabaikandalam penulisanpersamaanreaksinuklir.Proyektilxproyektildanneutron(n),deuteron(d), partikel- (), sinar gamma () dll, simbol-simbol ini umumnya digunakan dalam persamaan reaksi nuklir. 10.2 Jenis-jenis reaksi nuklir Transmutasibuatandariintiatomyangdihasilkandalampercobaanawaldari Rutherfordadalahjenisreaksinuklir.Berbagaijenisreaksinuklirsedangdiproduksi.Untuk lebih mudah memahaminya, reaaksi nuklir diklasifikasikan sebagai berikut: (a) Hamburan Elastis 5 Dalam hal ini partikel yang dihasilkan y adalah sama dengan partikel yang ditembakkan x. Ia keluar dengan energi yang sama dan momentum sudut sebagai x, sehingga inti hasil reaksi inti Y adalah sama sebagai target X. Proses dapat ditulis sebagai:X(x, x) X (b) Hamburan tidak Elastis Dalamhaliniyadalahsamadenganx.Tetapimemilikienergidanmomentumsudutyang berbeda, sehingga inti yang tertinggal Y (= X) yang tersisa dalam keadaan tereksitasi. Proses dapatditulissebagaiX(x,y)X*,dimanatandabintangpadaXmenunjukkankeadaan tereksitasi dari X. (c) Penangkapan RadioaktifDalamhalinixproyektildiserapolehintisasaranXuntukmembentukintisenyawa(C*) dalamkeadaantereksitasiyangkemudianturunkekeadaandasarolehemisisatuataulebih sinar-. Kita bisa menulis proses tersebut sebagai X(x, y) Y*, (Y=C). (d) Proses Disintegrasi KitadapatmenyatakanprosesinisebagaiX(x,y)YdimanaX,x,Ydanykeduanya mempunyaiZatauAyangberbeda.Transmutasinukliryangpertamakalidiamatioleh Rutherford adalah contoh dari proses: 14N (, p)17O (e) Reaksi Benda Banyak Ketika energi kinetik darimasing-masing partikel tinggi, dua atau lebih partikel dapat keluar dari inti senyawa. Jika y1, y2, y3, dalam hal ini merupakan partikel-partikel yang berbeda, kita dapat menulis persamaan reaksi sebagai X(x, y1, y2, y3, ....)Y. Contohnya adalah 16O(p,2p)15N, 16O(p,pn)15O, 16O(p,3p)14C dll.Ketika energi x sangat tinggi, maka sebagian besar hasi reaksi biasanyamenghasilkan(3sampai20untukcontoh).Reaksitersebutdikenalsebagaireaksi spallasi. (f) Foto disintegrasi Dalam hal ini inti target ditembaki dengan sinar dengan energi yang sangat tinggi, sehingga dinaikkansampaikeadaantereksitasiolehpenyerapankedua.IntisenyawaC*=X*.Reaksi dapat ditulis sebagai X(, y)Y. (g) fisi Nuklir BilaXadalahintiberat,ydanYmempunyaiperbandinganmassamakareaksiinidikenal dengan nama fisi nuklir. Contohnya adalah 238U(n, f). (h) reaksi partikel Dasar Hasilreaksiinimelibatkanpartikeldasarselainnukleonatauintisebagaihasilreaksiatau menggunakan mereka berdua sebagai proyektil. Contohnya adalah: 6 *00 0 0;;p p p np np K etctt tt+ + ++ ++ + . Reaksi-reaksiinibiasanyadiproduksipadaenergiyangsangattinggiyaitusekitarbeberapa ratus MeV atau lebih (i) reaksi ion berat Dalamreaksiintitargetditembakiolehproye