Teka-teki Nuklir (1)

https://d2jmvrsizmvf4x.cloudfront.net/lDanevRQSmLHTjfSuPHw_isotop.jpg

Masing-masing isotop tertentu yang secara spontan memancarkan radiasi disebut Nuklida. Isotop adalah sebutan untuk zat yang memiliki nomor atom sama, namun nomor massa yang berbeda. Sesuai dengan isian tabel periodik unsur-unsur Dimitry Mendelyev.

Unsur-unsur nuklida mantap antara lain : berilium, fosfor, fluorine, natrium, dan aluminium. Hidrogen sebagai unsur sederhana yang kemudian disebut proton memiliki isotop bermassa 1,007825 sma. Kemudian Deuterium (Deuteron) bermassa 2,014102 sma, dan Tritium (Triton) bermassa 3,01605 sma. Inti triton tidak mantap dan berumur singkat sehingga segera meluruh menjadi Helium (ingat cerita John Carter From Mars, musuh Zodangga). Tritium sebagian besar berada di dalam lautan dan sebagian kecil berada di permukaan bumi (tanah).

http://cdn4.sci-news.com/images/enlarge/image_1411e-Periodic-table.jpg

Tahun 1930, peneliti Jerman W. Bothe dan H. Backer melakukan eksperimen penembakan Berilium dengan partikel alfa pada sampel polonium dan ditemukan bahwa ada pancaran radiasi yang mampu menembus bahan-bahan berilium dengan gampang. Mereka menganggap bahwa radiasi bukan hanya dihasilkan dari partikel bermuatan, tetapi juga oleh hal yang lain. Radiasi hal lain itu kemudian disebut radiasi sinar gamma. Sinar gamma memiliki radiasi yang dapat menembus timbal (Pb).

Irene Curie dan F. Joliot meneliti bahwa jika radiasi gamma dikenakan pada parafin (bahan lilin) bahan yang sangat kaya hidrogen, maka proton hidrogen tersebut akan terpukul keluar. Hal ini dimaklumi sebagaimana percobaan efek Compton yang mengamati pengaruh sinar X memukul elektron sehingga elektron terpental, pun berlaku terhadap proton akibat sinar gamma tersebut. Energi yang ditemukan Curie dan Joliot ini pada peristiwa terpentalnya proton mencapai angka 5,7 MeV, sementara energi hf minimum untuk memindahkan energi kinetik sinar gamma ke proton sebesar 55 MeV. Sementara reaksi partikel alfa terhadap Berilium yang menghasilkan inti karbon (percobaan Bothe dan Becker) mengalami defek massa sebesar 0,01144 sma yang setara dengan 10,7 MeV.

Tahun 1932, James Chadwick, rekan Rutherford menyatakan  hipotesis mengenai radiasi misterius dari percobaan Berilium, Chadwick menganggap radiasi itu terdiri dari partikel netral yang massanya hampir sama dengan proton. Kenetralan listrik partikel tersebut menyebabkan namanya menjadi netron dan memberikan kemampuan menembus bahan-bahan (inti atom) dengan mudah. Hipotesis ini dapat menerangkan energi pental proton seperti yang diamati Curie dan Joliot. Yang dipandang adalah energi proton terhambur sebesar 5,7 MeV sebagai energi dari sinar netron bukan energi kuantum 55 MeV untuk menembakkan proton ke lempengan parafin sebagaimana dugaan Curie dan Joliot.

Percobaan lain menunjukkan bahwa inti rigan seperti helium, karbon, dan nitrogen juga dapat dipukul keluar dari penyerapnya dengan radiasi berilium dan pengukuran energi yang dihasilkan cocok dengan hipotesis James Chadwick yakni adanya energi netron.

Adapun netron bukan bukanlah partikel yang mantap (stabil) di luar inti atom, serta bukan partikel elementer. Netron bebas meluruh menjadi proton, elektron bahkan menjadi anti-neutrino dalam waktu 15,5 menit. Massa atomiknya 1,0086654 sma yang sedikit lebih “berat” dibandingkan proton.

Pertanyaan : Arsenik memiliki nomor massa 75 dan nomor atom 33, tentukan jumlah proton, netron, nukleon dalam atom tersebut.

Chlorine (Klor) memiliki nomor atom 17 dan nomor massa 35 dengan massa inti 34,79 sma dan isotop massa 37 dengan massa inti 36,97 sma. Tentukan Energi ikat inti total dan energi ikat setiap nukleon-nya untuk isotop klor ini.

Inti ringan memiliki nomor massa yang lebih kecil dari 20, mengandung jumlah netron dan proton yang hampir sama seperti deuteron, lithium-6, berilium-10, nitrogen-14, dan tantanium-180 (Ta). Isotop-isotop ini memiliki Z ganjil dan N ganjil namun tetap stabil. Sementara 60% nuklida yang ada dengan Z genap dan N genap adalah nuklida mantap. Nuklida tak mantap memiliki Z genap dan N ganjil atau Z ganjil dan N genap.

Bismut-209 (Z=83) adalah isotop terberat yang berada dalam keadaan mantap (stabil). Inti yang memiliki Z>83 dan A < 209 bertransformasi spontan menjadi inti lebih rengan melalui pemancaran sebuah atau lebih partikel alfa (helium-4).

Pada peluruhan alfa, nuklida dengan Z antara 110 – 114 memiliki waktu paro yang panjang hingga jutaan tahun. Partikel alfan terdiri dari 2 proton dan 2 netron mereduksi Z dan N inti induknya. Jika inti yang dihasilkan memiliki perbandingan netron terhadap proton terlalu besar atau terlalu kecil dibandingkan rasio N/Z inti sebelumnya, maka inti tersebut dapat beruha dengan melakukan peluruhan beta negatif. Radiasi Beta negatif ini tidak lain dari sinar elektron hasil transformasi netron menjadi proton dan elektron. Pada peluruhan beta positif, proton menjadi netron dan dihasilkan sinar positron (positif elektron). Pancaran sinar beta negatif mengurangi proporsi netron, sementara pancaran beta positif menambah jumlah netron.

Pemancaran positron merupakan penangkapan elektron dari kulit dasar oleh inti atom kemudian elektron diserap oleh proton nuklir yang kemudian bertransformasi (malih rupa) menjadi netron.

Tidak semua inti berbentuk bola, bola yang digambarkan itu adalah awan-awan listrik inti atom selain itu inti atom memiliki empat kutub listrik yang menghasilkan momen. Momen empat kutub nuklir ini berinteraksi dengan elektron orbital sebuah atom dan akibatnya terjadi pergeseran tingkat energi atom yang menimbulkan perpecahan halus pada garis-garis spektral atom. Perubahan spektrum ini cukup dashyat dan informatif untuk memberikan deskripsi bahwa tidak selamanya inti atom itu bulat!

Sumber : Fisika Modern, Arthur Beiser, terjemahan Thee Houw Liong, Jakarta, Erlangga, 1990

#aplikasi, #desintegrasi, #fisika-inti, #fisika-nuklir, #fisikarudy, #guru-fisika-sma, #lckpd, #nuklir, #peluruhan, #rudyhilkya, #smada