Fisika Atom

VIII.    Fisika Atom

ü Struktur Inti Atom

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (₁P¹) dan netron ( ₀n¹). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut dengan nukleon.

Simbol nuklida : _ZX^A atau _Z^AX dengan

A = nomor massa
Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar
N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom

ü Jenis Nuklida

Isotop : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.
Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.
Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.

ü

Ket: = massa isotop = muatan isotop = jari – jari lintasan = induksi magnetik = kuat medan listrik = kecepatan partikel

Pengukuran Massa Inti

Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Mengakibatkan adanya energi ikat inti.

Misal: massa inti He <

Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10^-27 kg = 931 MeV/C²
satuan Dm :
kg  E = Dm . c² (joule)
sma  E = Dm . 931 (MeV)

ü Gaya Inti

Adanya sejumlah proton dalam initi akan menimbulkan gaya Coulomb yang saling menolak. Oleh karena itu diperlukan gaya yang dapat mengatasi gaya Coulomb tersebut dan mengikat neutron dan proton yang disebut gaya inti.

ü Stabilitas inti

Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N - Z.
Untuk nuklida ringan (A < 20) terjadi kestabilan bila Z = N (N/Z = 1), sedangkan untuk nuklida dengan Z > 83 adalah tidak stabil.

ü Radioaktivitas

Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar a, b, g yang menyertai proses peluruhan inti.

Sinar :	- identik dengan inti atom helium (2He4) - daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar.
Sinar :	- identik dengan elektron ( le.) - daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil
Sinar :	- tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik). - daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil   (interaksi berupa foto listrik, Compton den produksi   pasangan).

Kuat radiasi suatu bahan radioaktif adalah jumlah partikel  yang dipancarkan tiap satuan waktu.

R =       kuat radiasi satuan Curie             1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan per detik. l =        konstanta pelurahan, tergantung pada jenis isotop dan jenis      pancaran radioaktif,            yangmenyatakan kecepatan peluruhan inti. N =       jumlah atom.

 

Ket:

Waktu paruh (T ½) adalah waktu yang diperlukan oleh ½ unsur radioaktif berubah menjadi unsur lain.

                                                           

                       

Jadi setelah waktu simpan t = T½ massa unsur mula-mula tinggal separuhnya, N = ½ No atau setelah waktu simpan nT½ Þ zat radioaktif tinggal (½)n

Ket: =intensitas sinar radioaktif sebelum melewati keping =intensitar sinar radioaktif sesudah melewati keping =tebal keping =bilangan natural (2,71828) =koef pelemahan oleh bahan keping

Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus:

Bila I = ½ Io maka x = 0,693/m Þ disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang menghasilkan setengah intensitas mula

ü Jenis detektor radioaktif

1. Pencacah Geiger(G1M)
   untuk menentukan/mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif
2. Kamar Kabut Wilson
   untuk mengamati jejak partikel radioaktif
3. Emulsi Film
   untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif
4. Pencacah Sintilad
   untuk mencacah dan mengetahui intensitas partikel radioaktif.

ü Reaksi Inti

Ket: = inti sasaran = partikel penembak = inti baru yang dihasilkan = partikel yang dipancarkan = energi reaksi

Tumbukan antara partikel - partikel yang berenergi tinggi dengan inti atom akan mengubah susunan inti  tersebut sehingga terbentuklah inti baru yang berbeda dengan inti semula (inti sasaran) disebut dengan reaksi inti

1. Fisi
   Peristiwa pembelahan inti atom dengan partikel penembak, sehingga menghasilkan dua inti baru dengan nomor massa yang hampir sama.
   Contoh: Dalam reaktor atom: U235 + n Þ Xe140 + Sr94 + 2n + E
2. Fusi
   Peristiwa penggabungan dua inti atom ringan, menghasilkan inti atom baru yang lebih berat.
   Contoh: reaksi di matahari: 1H2 + 1H2 ® 2He3 + on1

ü Piranti Eksperimen Fisika Inti

1. Reaktor Atom
   Tempat berlangsungnya reaksi fisi, yaitu penembakan Uranium (U) dengan netron (n), menghasilkan banyak n yang dapat dikendalikan. Bila tidak dikendalikan terjadi bom atom.
   Komponen reaktor :
   - batang kendali
   - moderator
   - perisai
   - bahan bakar
2. Siklotron
   Tempat pemercepat partikel (proton atau netron). Energi hingga 100 MeV.
3. Betatron
   Tempat pemercepat elektron. Energi hingga 300 MeV.
4. Sinkrotron
   Tempat pemercepat proton. Energi yang dicapai hingga 500 GeV.
5. Akselerator
   Tempat pemercepat proton atau elektron. Energi hingga 10 GeV.

Semua piranti di atas digunakan untuk melakukan transmutasi inti.

ü Radiosotop

Radioisotop adalah isiotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan netron.

misalnya 92 U 238 + 0 n 1 ® 29 U 239 + g

Penggunaan radioisotop:
- Bidang hidrologi
- biologi
- industri

ü Pita Energi

Teori pita energi dapat menerangkan sifat konduksi listrik suatu bahan.
Pita energi terdiri atas dua jenis yaitu:

1. Pita valensi (terisi penuh oleh 2N elektron di mana N adalah jumlah atom suatu bahan)
2. Pita konduksi (terisi sebagian elektron atau kosong)

Di antara pita valensi dan pita konduksi terdapat celah energi yang layak tidak boleh terisi elektron.

ü  Semikonduktor

Hambatan jenis (kebalikan dari konduktivitas listrik) suatu bahan dapat dikelompokkan menjadi:

1. Konduktor ( < 10-6 Wm)
2. Semikonduktor (10-6 Wm - 104 Wm)
3. Isolator ( > 104 Wm)

ü  Hubungan hambatan jenis (o) terhadap suhu

Pada bahan semikonduktor, hole (kekosongan) den elektron berfungsi sebagai pembawa muatan listrik (pengantar arus).

Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan. Semikonduktor jenis ini terdiri dari dua macam, yaitu semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole) dan tipe-N (pembawa muatan elektron).

Komponen semikonduktor:

1. Dioda, dapat berfungsi sebagai penyearah arus, stabilisasi tegangan dan detektor.
2. Transistor, dapat berfungsi sebagai penguat arus/tegangan dan saklar.Transistor terdiri dari dua jenis yaitu PNP dan NPN.