Makalah : Fisika Inti

FISIKA INTI

A. Inti atom dan radioaktivitas

1. Beberapa sifat  inti atom

a. Partikel-partikel apakah yang menyusun inti atom ?

            Atom terdiri  dari inti atom yang sangat  kecil, dimana jauh dari inti atom bergeraklah elektron-elektron mengitari inti atom. Inti atom bermuatan positif yang menyusun inti ini disebut dengan proton, apakah inti atom hanya tersusun dari proton ? jika inti atom hanya terdiri dari proton maka atom oksigen yang intinya memiliki proton akan memiliki massa kira-kira 8 kali massa atom hidrogen. Tidak hanya itu rutherford juga mengusulkan bahwa inti seharusnya mengandung sejumlah partikel netral, dimana satu atom netral hampir sama dengan proton, ia menamai partikel ini sebagai neutron. Jadi proton dan neutron sebagai partikel-partikel penyusun inti atom ( nukleus ) disebut sebagai nukleon.

b. Bagaimanah inti atom dituliskan ?

            jumlah proton dalam suatu inti atom disebut nomor atom, dilambangkan dengan Z sedangkan jumlah nukleon disebut nomor massa dilambangkan oleh A, jika unsur dilambangkan oleh X maka inti atom dengan nomor atom dan nomor massa tertentu disebut nuklida.

Lambang nuklida :

^AX_Z

Dari lambang tersebut kita dapat menentukan jumlahnya :

Jumlah proton = Z

Jumlah neutron = A – Z

Jumlah elektron = Z untuk atom netral

c. Apa yang dimaksud dengan isotop,isobar, isoton.

Isotop = nuklida –nuklida dengan jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda.

Isobar = nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon sama tetapi jumlah proton berbeda

Isoton = nuklida-nuklida dengan neutron yang sama

Muatan dan massa  partikel –partikel pembentuk atom

            Proton memiliki satu satu muatan elementer positif yang besarnya sama dengan muatan elektron ( dengan muatan lel = 1,6 x 10^-19 c ) massa proton kira-kira 1836 kali lebih besar daripada massa elektron, tetapi massa proto hampir sama denga massa neutron, massa atom ditentukan dengan satuan U ( atomic mass unit ) yang didefinisikan sebagai berikut :

1 automic mass unit ( U ) tepat sama dengan   isotop karbon -12 ( ¹²C₆ ).

Ahli nuklir sering menyatakan satuan massa dalam satuan energi ekivalennya MeV/C², dimana :

1 U = 1,660 559 x 10^-27 kg = 931,50 MeV/C²                                                                                                            

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

d. Kestabilan inti

            Ukuran dan bentuk inti :

            Percobaan menunjukkan bahwa jari-jari inti atom r bergantung pada nomor massa 17 dan secara pendekatan diberikan oleh :

Jari-jari inti atom :

R = ( 1,2 x 10^-15 m ) A

Panjang 10^-15 adlah  satu femtometer ( fm ), tetapi para fisikawan seringkali menyebut panjang ini sebagi fermi menghargai jasa fisikawan Amerika keturuna Italia, Enrico Fermi.

·         Apa yang di maksud dengan gaya inti ?

Inti tetao stabil karena adanya gaya inti kuat atau gaya nuklir kuat ( strong nuklear  force ). Gaya nuklir kuat ( sering disebut gaya inti ) termasuk gaya tarik dengan jangkauan sangat pendek ( kira-kira 2 fm atau 2 x 10^-15 ) yang terbentuk diantara semua partikel.

·         Grafik kestabilan inti

Dengan sedikit  pengecualian, titik-yang menggambarkan inti stabil berada diatas garis acuan ini ( garis n = z ) menggambarkan fakta bahwa jumlah neutron menjadi lebih besar dari jumlah proton ketika nomor atom Z meningkat.

e. Apa yang dimaksud dengan  defek massa dan energi ikat inti ?

            massa sebuah inti stabil selalu lebih kecil dari  pada gabungan massa nukleon pembentuknya energi yang diperlukan untuk memutuskan inti menjadi proton dan neutron pembentuknya disebut  energi ikat inti ( binding energi) berikut persamaan energi  ikat dan  defek massa:

∆E = ∆ mc²

Dengan c = 3 x 10⁸ m/s adalah kelajuan cahaya dalam vakum.

Jika E dan ∆m dinyatakan dalam Mev dan u, maka persamaan yang diatas menjadi:

∆E = ∆m x ( 931 Mev / u )

Hubungan energi ikat per nukleon terhadap nomor massa inti.

            Energi ikat permuatan mulai dari nilai kecil ( u untuk proton dan neutron, 1, 11 Mev untuk deuterium ), naik ke suatau nilai maksimum 8,795 Mev untuk ⁶²Ni dan kemudian turun ke nilai 7,5   Mev untuk inti berat.

Jka kita memusnahkan suatu inti berat menjadi 2 inti yang lebih ringan, energi akan dibebaskan, karena energi ikat pernukleon lebih besar untuk 2 inti yang lebih ringa dari pada untuk inti yang berat. Proses ini dikenal sebagai reaksi fisi. Pilihan lain adalah kita dapat menggabungkan dua inti ringan menjadi sebuah inti yang lebih besar sekali lagi energi dibebaskan karena energi ikat per nukleon lebih besar untuk inti berat yang dibentuk daripada untuk kedua inti ringan, proses ini dikenal dengan reaksi fusi.

2. Radioaktif

a. Penemuan dan jenis-jenis radioaktif

     Apa yang dimaksud dengan radioaktivitas ?

Radioaktivitas = pemancaran sinar tembus ( sinar radioaktif ) secara spontan oleh inti- inti tidak stabil ( misalnya inti uranium )

·         Ada berapa jeniskah sinar radioaktif ?

Pada tahun 1899, Ernest Ritherford melakukan percobaan dalam rangka studinya ,mengenai radioaktif. Dia mendapatkan bahwa berkas sinar terpisah menjadi tiga komponen, dia menyimpulkan bahwa kompenen sinar yang tidak dibelokken adalah tidak bermuatan (    ) komponen sinar dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (    dan yang dibelokkan ke kiri adalah bermuatan negatif (    ).

·         Bagaimana dengan daya  tembus sinar-sinar radioaktif ?

Urutan daya tembus sinar radio aktif dari yang terkecil ke yang terbesar adalah ,  dan

Secara singkat urutan daya tembus adalah:

Urutan daya tembus :

b. Mengapa inti atom meluruh ?

Untuk mempertahankan kekekalan muatan ( muatan total sebelum dan sesudah peluruhan adalah sama. Perubahan muatan seperti ini berarti bahwa sebuah pemancaran elektron.

¹n₀  ¹p₁ + ⁰e_-1

Eletron meninggalkan inti dan dikenal sebagai “ partikel beta “ inti akhir mungkin ditinggalkan dengan tambahan energi berkaitan dengan pergeseran energi ikatan. Inti tak stabil memiliki kelebihan proton dari jumlah neutron stabilnya (     ).

Pemancaran positron : ¹p₁   ¹n₀ + ⁰e₁

      Dan proses penangkapan eletron oleh proton untuk menjadi neutron dapat dinyatakan sebagai,

Penangkapan elektron : ¹p₁ + ⁰e_-1  ¹n₀

B. Peluruhan

                                    

                        

                       Peristiwa pemancaran sinar radioaktif oleh zat radioaktif

         

1.Aktivitas Bahan Radioaktif

                                    

                                     Laju peluruhan radiaktif dalam suatu bahan radioaktif disebut aktifitas (lambang A). Aktifitas hanya ditentukan oleh banyaknya inti yang meluruh per sekon. Jika peluang pada inti yang meluruh per sekon disebut Tetapan peluruhan maka aktifitas bahan bergantung pada banyak inti radioaktif dalam bahan (N) dan λ.

                                     Secara matematis ditulis :

A = λN

         

          Makin banyak inti yang meluruh per satuan waktu makin besar A.

                                     Secara matematis ditulis : A = -

          Tanda negative kita berikan pada waktu,sedangkan kita menginginkan A berharga positif.

                                      

          HUKUM PELURUHAN RADIOAKTIF : N = N0e-λt

         

          Dengan No = banyak inti radioaktif pada saat t=0

                         N = banyak inti radioaktif setelah selang waktu t

                         e = bilangan natural = 2,718 …

                         λ = tetapan peluruhan (satuan s-1)

         

          Aktifitas radioaktif     A = A0e-λt

         

          Dengan A0 = Aktifitas awal pada t = 0 (satuan berquerel atau Bq)

                         A = aktifitas setelah selang waktu t (dalam Bq)

Waktu PARO

          Waktu paro dari suatu isotop radioaktif adalah Selang waktu yang dibutuhkan agar aktifitas radiasi berkurang setengah dari aktifitas semula.

          Waktu paro juga dapat didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif yang ada meluruh.

          Rumus Waktu Paro : T1/2 =  =

          Secara umum banyak inti atom yang tinggal (belum meluruh)

          Jumlah atom belum meluruh N = ( )nN0

          Dengan n =

2. DERET RADIOAKTIF

Deret	Inti induk        (tahun)	Waktu paro         deret	Rumus akhir	Inti Stabil
Uranium	23892U	4,47 x 109	4n+2	20682Pb
Aktinium	23592U	7,04 x 108	4n+3	20782Pb
Thorium	23290Th	1,41 x 1010	4n	20882Pb
Neptunium	23793Np	2,14 x 106	4n+1	20983Bi

PELEMAHAN INTENSITAS

                        I = I₀e^-µx

3. SERAPAN RADOAKTIF

          Apa yang dimaksud dengan dosis serapan?

Dosis serapan (D)

                                                                Banyak energy radiasi pengion yang diserap oleh materi per satuan massa.Mula-mula dosis serapan diukur dalam satuan rad.

Definasi Satuan rad

                                                       Jumlah radiasi yang meningkatkan energi 1 kg material penyerap dengan 1 x 10^-2J.

       

       Dengan demikian :

                                    1 rad = 10^-2J/kg

       Dosis serapan dinyatakan dalam Gay (Gy)

    

 Hubungan Gay dan Rad :

                                                1Gy = 1 joule/kg = 100 Rad

                           Atau

                                                1 rad = 0,01 Gy

          Walaupun dosis serapan bukanlah besaran yang cukup baik, dosis serapan bukanlah besaran terbaik untuk mengukur derajat kerusakan biologis yang dihasilkan oleh radiasi.

                          

                          

                                    FAKTOR KUALITAS DARI BERBAGAI JENIS RADIASI

RADIASI	FAKTOR KUALITAS
Sinar X dan sinar gamma	1,0
Partikel beta	1,0 – 1,7
Partikel alfa	10 – 20
Neutron lambat	4 – 5
Neutron cepat dan proton	10
Ion – ion berat	20

                          

                           Dengan demikian sabagai ganti dosis serapan dalam Gy (lambang D), untuk menyatakan tingkat kerusakan radiasi terhadap jaringan hidup, menggunakan dosis serapan ekuivalen (lambing H) dalam satuan sievert (Sv).

                          

Dosis serapan ekuivalen  

H (dalam Sv) = D (dalam Gy) X Q

4. DETEKTOR RADIASI

                                                           Alat deteksi sinar radioaktif

A.    Pencacah Geiger muller

                                                                        Detector yang paling banyak digunakan untuk mendeteksi radiasi

            Detektor ini terdiri atas sebuah tabung aluminium yang diisi dengan gas argon bertekanan rendah (10cmHg) dan seutas kawat yang membentang pada pusat tabung.

B.     Kamar kabut

Jika udara didinginkan sedemikian sehingga uap mencapai keadaan ini uap dinamakan super jenuh. Sebuah sumber radioaktif memancarkan partikel – partikel dalam sebuah kamar udara yang jenuh dengan uap air atau alcohol.

Jika tekanan dalam kamar udara dikurangi dengan cara memompa sebagian udara keluar, maka udara menjadi lebih dingin. Keadaan ini memungkinkan partikel – partikel uap super (jenuh mengembun pada ion-ion tersebut sehingga jejak tetes-tetes uap sepanjang lintasan ion-ion dapat dilihat).

C.     Film Fotografis

                Bequerel menemukan sinar radioaktif yang telah minghitamkan film.

5. BAHAYA RADIASI

1.      Radiasi disekitar kita

                  

Becquerel menemukan radioaktivitas pada tahun1896, tetapi radiasi pengion dari dahulu sampai kapanpun adalah bagian dari lingkungan hidup kita. Ini dikenal sebagai Radiasi Alamiah. Kira-kira 87  radiasi dilingkungan kita dihasilkan secara alamiah, dan hanya sekitar 13  merupakan radiasi buatan.

2.      Radiasi dan sel

Semua radiasi pengion merusak sel-sel hidup. Energi yang dibebaskan oleh radiasi dapat memutuskan zat kimia dalam sel. Sel-sel selalu mati dan digantikan oleh yang baru tepat pada waktunya, sehingga kematian sel biasanya tidak menyebabkan gejala penyakit.

3.      Dosis serapan radiasi dan efek biologis

Besaran dosis serapan yang berkaitan dengan efek biologis adalah dosis serapan ekuivalen yang diberi lambing H dengan satuan Sv.   

 

     EFEK BIOLOGIS BEBERAPA DOSIS EKUIVALEN RADIASI PD TUBUH MANUSIA

Dosis ekuivalen (Sv)	Efek biologis
< 0,1	Tidak ada efek
0,1 – 2,0	Bisa mengarah ke kanker
2 – 10	Sakit radiasi akut
>10	kematian

4.      Proteksi terhadap radiasi

Penggunaan radiasi seperti radiographer yang bertugas mengoperasikan sinar – X guna memfoto pasien dilindungi oleh layar, Bagian-bagian lain badan pasien yang tidak perlu difoto. Khususnya organ kelamin,dilindungi dengan menggunakan baju kerja yang terbuat dari timbel.

C. Aplikasi fisika inti

1. Reaksi fusi

            Perubahan  suatu inti mejadi inti baru juga dapat dilakukan dengan menembak inti sasaran dengan peluru partikel berenergi tinggi. Tumbukan yang terjadi antara partikel berenergi tinggi dan inti akan mengubah struktur inti baru yang berbeda dengan inti semula ( inti sasaran ). “ reaksi inti”  ( nuklearc reaction ).

            Pada tahun fisikawan Ernest Rutherford mengamati bahwa beberapa partikel  yang melewati gas nitrogen diserap dan beberapa proton dipancarkan. Ia menyimpulkan bahwa inti nitrogen telah diubah menjadi inti oksigen melalui reaksi inti.

⁴He₂ + ¹⁴N₇  ¹⁷O₈ + ¹H₁

                _Pada tahun 1933 seorang fisikawan lain yang bernama Chadwick menebak peluru partikel  ( ⁴He₂ ) berenergi tinggi ke inti sasaran berilium ( ⁹ Be₄ ).

Penemuan neutron :

⁹Be₄ + ⁴He₂  ¹²C₆ + ^In₀

A,Perhitungan energi pada reaksi inti

            Contoh: inti litium ( ⁷Li ) yang ditembak dengan proton ( ¹H₁ ) terbelah menjadi ( ⁴He ).

Jadi, untuk tiap atom ⁷Li yang membelah dibebaskan energi sebesar 17,3 Mev.

Partikel proton ( ¹H₁ ) yang ditembakkan ke inti sasaran ⁷Li memiliki energi yang besar. Telah diketahui bahwa energi yang besar diperoleh oleh proton yang keluar dari alat pemercepat partikel bermuatan, “siklositron” . jadi, energi yang diperoleh pada reaksi fisi ini merupakan proses yang mahal karena kita memerlukan alat siklotron untuk mempercepat proton.

B,Reaksi fisi uranium

            Suatau inti uranium membelah menjadi  2 inti  yang lebih ringan yang massa yag tidak jauh berbeda setelah Menyerap sebuah neutron lambat. Proses terjadinya pembelahan inti  sebagi berikut :

Untuk inti berat ada suatu keseimbangan antara gaya ini dan keseimbangan  ini mudah diganggu.

Proses pembelahan inti ²³⁵U₉₂ setelah menyerap neutron  lambat dapat divisualisasi dengan membayangkan inti stabil U-235 menyerupai suatu butir cairan. Model untuk menjelaskan reaksi fisi disebut model butir cairan. Pertama kali dijelaskan oleh Frenkel dan dikembangkan oleh Von Weizaker . berdasarkan model butir cairan, neutron lambat diserap oleh inti U-235 memberikan energi dalam pada inti  ( seperti memanaskan butir air ). Keadaan antara atau inti gabungan ini adalah ²³⁵U₉₂ ( karena menyerap neutron ). Enrgi tambahan ini berada dalam keadaan tereksitasi.

Gaya nuklir ( tarik –menarik  antara kedua ujung berkurang sangat besar karena  bertambahan jarak pisah , dan gaya tolak-menolak Coulumb yang besarnya tetap menjadi lebih dominan dan membelah menjadi dua “ N1.N2” “pecahan” inti”.

ⁱn_{0 +} ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂  N1 + N2 + neutron

Inti gabungan U-236 hadir hanya selama selang waktu kurang dari 10^-12 s sehingga proses pembelahan inti berlangsung sangat cepat.

Reaksi dimulai dengan ²³⁶U₉₂ menyerap sebuah neutron lambat , menghasilkan suatu inti gabungan ²³⁶U_92. Inti gabungan tidak stabil ini dengan cepat menjadi ¹⁴¹Ba₅₆, ⁹²Kr₃₆, dan tiga buah neutron sesuai dengan  reaksi berikut :

¹n₀ + ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂ (inti gabungan)    ¹⁴¹Ba₅₆ (banum)+ ⁹²Kr₃₆  (kripton) + 3 ¹n_o (3 neutron )

reaksi ini hanyalah satu dari banyak kemungkinan reaksi yang dapat terjadi ketika inti uranium membelah. Contoh reaksi fisi lainnya adalah sebagai berikut  :

¹n₀ + ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂ (inti gabungan)   ¹⁴⁰Xe (xenon)+ ⁹⁴Sr₃₈(stronsium) + 2 ¹n_o (2 neutron )

berbagai reaksi lainnya menghasilkan 5 Neuron, tetapi rata-rata neutron yang dihasilkan setiap satu kali pembelahan inti adalah 2,5. ‘

C.Reaksi Berantai TaK Terkendali Dan Terkendali

Jika dalam setiap pembelahan inti, dua neutron atau lebih hasil pembelahan inti-inti lain disebut “reaksi berantai tak terkendali. Energi rata-rata yang di bebaskan adalah 200 MEV per satuan Fisi energi tak terkendali menghasilkan (2,28 x 10⁷ ) kwh.

·         Apa yang terjadi dengan neutron-neutron pada reaksi berantai terkendali ?

Dalam suatu reaksi berantai terkendali, hanya satu neutron untuk membelah satu unit U-235, neutron-neutron ini diserap oleh batang-batang pengendali  yang dibuat dari  material seperti kalium yang merupakan prinsip dasar reaktor nuklir/atom

D.Reaktor atom fisi

            Tempat terjadinya reaksi rantai terkendali,baik pembelahan inti, maupun penggabungan.

     Reaktor termal  neutron dihasilkan memiliki energi hampir sama suhu normal.

     Reaktor cepat  neutron yang menghasilkan fisi memiliki energi besar.

Ø  Reaktor termal

Yang dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942. Reaktor termal memiliki 5 komponen utama yang sama yaitu :

ü  Elemen bahan bakar

Berbentuk batang tipis,seluruh elemen bahan dan daerah sekitarnya disebut teras reaktor.oleh karena itu sebuah reaktor atom harus memiliki material.

ü  Moderator

Material yang memperlambat kelajuan neutron yang berupa : air biasa (H2O) air berat (deterium,oksida,D2O),grafit,berilium,moderator pertama umumnya air.

-          Jika tiap pembelahan hanya menghasilkan satu pembelahan tambahan saja (tidak lebih /tidak kurang ) maka keadaannya “krisis”

-          Sedangkan pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang mantap maka keadaannya “sub krisis”.

-          Reaktor yang berada dalam keadaan yang superkrisis maka pembelahannya tambah lebih besar.   

ü  Batang pengendali

Kendali sebuah mekanisme diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal/kondisi krisis.

ü  Pendingin

Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Misalnya : air dan karbondioksida bahan pendinginnya berupa air.

ü  Perisai radiasi

Inti-inti atom hasil pembelahan dapat menghasilkan radiasi. Untuk menahan radiasi ini ( radiasi sinar gamma dan neutron. Sehingga keamanan orang-orang yang bekerja disekitar reaktor. Perisai radiasi ada 2 :

a.       Suatu perisai untuk melindungi reaktor dari radiasi perusak dan memantul neutron kembali ke inti.

b.      Suatu perisai biologis digunakan untuk melindungi pekerja reaktor.

·        Klasifikasi reaktor termal berdasarkan fungsinya

1.      Reaktor penelitian

Yang diutamakan adalah pemanfaatan neutron hasil pembelahan untuk penelitian dan iridiasi.

2.      Reaktor daya dan PLTN

Jika pada reaktor penelitian, panas dari hasil reaksi fisik tak dimanfaatkan (dibuang ke lingkungan) maka pada reaktor daya justru panas menghasilkan uap bersuhu tinggi untuk manfaat PLTN. Teknologi yang manfaatnya sebagi energi nukllir disebut teknologi nuklir.

3.      Reaksi Fusi

Energi ikat inti berat lebih besar dari pada energi ikat kedua inti ringan ,oleh karena itu reaksi penggabungan dua inti ini ,massa baru lebih kecil, efek massa ini muncul sebagai energi fusi. Reaksi inti seperti ini di sebut reaksi penggabungan inti reaksi fusi

a.       syarat terjadinya reaksi fusi

karena reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi supaya dapat berlangsung , reaksi fusi disebut reaksi termonuklir

b.      Rantai proton –proton yang terjadi dibagian dalam matahari dan bintang-bintang.

Matahari disusun  oleh hidrogen biasa ( ¹H₁ ) maka pertama kali hidrogen perlu diubah menjadi deuterium ( ²H₁ ).

c.       Sikroton.

Telah anda ketahui bahwa partikel  bermuatan yang bergerak dengan kecepatan V tegak lurus terhadap medan magnetik B menenmpuh lintasan melingkar dengan jar-jari r. gaya sentripetal penyebab gerak melingkar berasal dari gaya lorentz, sehingga di peroleh :

F_S = F_L

m = qvB

V =

Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah periode T, dimana,

T=  =  =

Dengan demikian, frekuensi putaran f adalah :

F=

Dengan, f = frekuensi siklotron ( Hz )

            q = muatan proton ( 1,6 x 10^-19 C )

            m = massa proton ( 1,67 x 10^-27 Kg )

            B = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet ( Wb/m²  atau T )

Kita juga bisa menentukan energi kinetik maksimum  partikel  bermuatan ( proton ) ketika keluar dari siklotron, yaitu sebagi berikut :

E_k =  mv² =  m ( qBr/m² )

E_k =  mv² = .

D. Reaktor  fusi nuklir

            Reaksi nuklir ini dapat dikendalikan dalam reaktor nuklir,

Ada 2 syarat untuk mengendalikan fusi :

1.      Suhu harus sangat tinggi ( dalam orde 10^{8 0}c ) pada suatu suhu tertentu disebut suhu pembakaran.

2.      Pada suhu sangat tinggi, semua ato terionisasi habis membentuk suhu plasma ( sejenis gas yang disusun oleh partikel-partikel bermuatan seperti H⁺ )

Dalam rangka mewujudkan reaksi fusi nuklir sebagai sumber energi yang ramah lingkungan. Beberapa negaraseperti Amerika Serikat, Uni Soviet, dan Jepang menggagas sebuah proyek yang dinamakn ITER.

Untuk mencapai suhu pembakaran ( dalam orde 10⁸k ), ITER menggunakan prinsip tokamat.  ITER dikenal juga sebagai expanded tokamat. Tokamat adalah reaktor berongga torodial ( bentuk donat ) yabg diselimuti oleh gulungan kawat bermedan magnetik.

Medan magnetik pertama adalah medan magnetik kuat sepanjang sumbu teorida.B terioda yang dihasilkan oleh arus listrik luar yang mengalir melalui kumparan terioda. Medan magnetik adalah medan magnetik yang lebih lemah.B poloida, dihasilkan oleh arus  listrik yang mengalir melalui plasma.

Fungsi dasar tikamat hanyalah sebagai alat pemicu atau ignitor.

·         Keunggulan dan keamanan

Reaksi fusi memiliki keunggulan pada pengaturan laju, karena sampah radi aktif hasil samping nyaris nol.

Bahan bakar fusi nuklir  yaitu deuterium (²H) banyak terdapat di lautan,bayangkan bila bahan bakar u-235 untuk memprosesnya dari uranium alam memerlukan teknologi tinggi dan biaya mahal.

·         Pemamfaatan radioisotop

Radioisotop yaitu isotop-isotop yang tidak stabil. Radioisotop yang dibutuhkan seperti I-123, I-131, CO-60, CS-137. Hal ini karena isotop-isotop tersebut memiliki waktu poro yang tidak terlalu lama.

Reaktor atom berfungsi sebagai sumber neutron, beberapa reaksi inti pembuatan radioisotop dengan menembalkan nutreon adalah:

            ²⁷Al₁₃ + ¹n₀              ²⁴Na₁₁ + α

            ²³Na₁₁ + ¹n₀            ²⁴Na ₁₁

            ⁵⁶Fe₂₆ + ¹n₀             ⁵⁶Mn₂₅ + ¹P₁

Beberapa radioisotop buatan pusat penelitian tenaga nuklir ( PPTN ) adalah Na-24, P-34, Cr-51, Tc-99 dan I-131.pemamfaatan radioisotop meliputi  3 hal utama :

1.      Perunat  ( pencari jejak )

2.      Pemamfaatan radioisotop berdasarkan sifat radiasinya

3.      Tenaga listrik

a.       Penggunaan  radioisotop sebagi perunut.

Radioisotop adalah isotop yang bersifat radio aktif sehingga jejaknya dapat dikenal, misal jejaknya dalam tubuh manusia. Radioisotop digunakan sebagai perunut ( pencari jejak ).

·         Pengobatan

Perunut radioisotop digunakan untuk pengobatan trombosit ( penyakit pembuluh darah ). Radioisotop natrium disuntikkan ke dalam tubuh, kemudian aliran natrium dirunut dengan menggunakan pencacah geiser, tempat aliran natrium terhenti menunjukkan posisi penyempitan pembuluh darah.

Penggunaan lain perunut radioisotop dalam bidang pengobatan yaitu tentang unsur-unsur tertentu organa  tubuh, dapat juga digunakan untuk meneliti khasiat tanaman  obat tradisional secra ilmiah.

b.      Pemamfaatan radioisotop berdasarkan sifat radiasinya.

·         Pengobatan

Sifar radiasi radioisotop dimamfaatkan dalam dunia pengobatan untuk membuuh sel kanker.

Proses perubahan renosasi dapat mengakibatkan rusaknya susunan DNA dan molekul-molekul genetik pada sel-sel kanker. Sel-sel kanker tidak mampu lagi terutama untuk membelah dan menyebar.

Robert  rathbun wilson mempublikasikan sebuah karya ilmiah, mengusulkan penggunaan birkas proton untuk pegobatan kanker dengan radiasi keunikan terapi proton adalah karena sifat alami proton yaitu memiliki massa dan muatan listrik positif.

·         Penentuan umur dengan radio aktif

Partikel-partikel berenergi tinggi ini disebut sinar-sinar bosmis, dan mengeluarkan  karbon-14 selama mereka masih hidup, persentasi karbon-14 dalam tubuh mereka selalu tetap, dengan mengukur presentase keaktifan radiasi c-14 dalam tumbuhan,binatang, atau manusia yang mati, kita dapat menaksir umur kematian mereka. Reknis seperti inilah yang disebut penentuan umur dengan radioaktif

( radioactive dating ).

Kita juga  menggunakan teknik penentuan umur dengan radioaktif umtuk menaksir umur bantuan. Jika kita dapat mengukur perbandingan relatif antara u-238 dan pb-206, mka kita dapat menaksir umur sebuah bantua. Bantuan paling tua yang pernah ditemukan di bumi adalah kira-kira berumur 4,6 triliun tahun.

 C. Aplikasi fisika inti

1. Reaksi fusi

          Perubahan  suatu inti mejadi inti baru juga dapat dilakukan dengan menembak inti sasaran dengan peluru partikel berenergi tinggi. Tumbukan yang terjadi antara partikel berenergi tinggi dan inti akan mengubah struktur inti baru yang berbeda dengan inti semula ( inti sasaran ). “ reaksi inti”  ( nuklearc reaction ).

                Pada tahun fisikawan Ernest Rutherford mengamati bahwa beberapa partikel  yang melewati gas nitrogen diserap dan beberapa proton dipancarkan. Ia menyimpulkan bahwa inti nitrogen telah diubah menjadi inti oksigen melalui reaksi inti.

⁴He₂ + ¹⁴N₇  ¹⁷O₈ + ¹H₁

            _Pada tahun 1933 seorang fisikawan lain yang bernama Chadwick menebak peluru partikel  ( ⁴He₂ ) berenergi tinggi ke inti sasaran berilium ( ⁹ Be₄ ).

Penemuan neutron :

⁹Be₄ + ⁴He₂  ¹²C₆ + ^In₀

A,Perhitungan energi pada reaksi inti

                Contoh: inti litium ( ⁷Li ) yang ditembak dengan proton ( ¹H₁ ) terbelah menjadi ( ⁴He ).

Jadi, untuk tiap atom ⁷Li yang membelah dibebaskan energi sebesar 17,3 Mev.

Partikel proton ( ¹H₁ ) yang ditembakkan ke inti sasaran ⁷Li memiliki energi yang besar. Telah diketahui bahwa energi yang besar diperoleh oleh proton yang keluar dari alat pemercepat partikel bermuatan, “siklositron” . jadi, energi yang diperoleh pada reaksi fisi ini merupakan proses yang mahal karena kita memerlukan alat siklotron untuk mempercepat proton.

B,Reaksi fisi uranium

      Suatau inti uranium membelah menjadi  2 inti  yang lebih ringan yang massa yag tidak jauh berbeda setelah Menyerap sebuah neutron lambat. Proses terjadinya pembelahan inti  sebagi berikut :

Untuk inti berat ada suatu keseimbangan antara gaya ini dan keseimbangan  ini mudah diganggu.

Proses pembelahan inti ²³⁵U₉₂ setelah menyerap neutron  lambat dapat divisualisasi dengan membayangkan inti stabil U-235 menyerupai suatu butir cairan. Model untuk menjelaskan reaksi fisi disebut model butir cairan. Pertama kali dijelaskan oleh Frenkel dan dikembangkan oleh Von Weizaker . berdasarkan model butir cairan, neutron lambat diserap oleh inti U-235 memberikan energi dalam pada inti  ( seperti memanaskan butir air ). Keadaan antara atau inti gabungan ini adalah ²³⁵U₉₂ ( karena menyerap neutron ). Enrgi tambahan ini berada dalam keadaan tereksitasi.

Gaya nuklir ( tarik –menarik  antara kedua ujung berkurang sangat besar karena  bertambahan jarak pisah , dan gaya tolak-menolak Coulumb yang besarnya tetap menjadi lebih dominan dan membelah menjadi dua “ N1.N2” “pecahan” inti”.

ⁱn_{0 +} ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂  N1 + N2 + neutron

Inti gabungan U-236 hadir hanya selama selang waktu kurang dari 10^-12 s sehingga proses pembelahan inti berlangsung sangat cepat.

Reaksi dimulai dengan ²³⁶U₉₂ menyerap sebuah neutron lambat , menghasilkan suatu inti gabungan ²³⁶U_92. Inti gabungan tidak stabil ini dengan cepat menjadi ¹⁴¹Ba₅₆, ⁹²Kr₃₆, dan tiga buah neutron sesuai dengan  reaksi berikut :

¹n₀ + ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂ (inti gabungan)    ¹⁴¹Ba₅₆ (banum)+ ⁹²Kr₃₆  (kripton) + 3 ¹n_o (3 neutron )

reaksi ini hanyalah satu dari banyak kemungkinan reaksi yang dapat terjadi ketika inti uranium membelah. Contoh reaksi fisi lainnya adalah sebagai berikut  :

¹n₀ + ²³⁵U₉₂  ²³⁶U₉₂ (inti gabungan)   ¹⁴⁰Xe (xenon)+ ⁹⁴Sr₃₈(stronsium) + 2 ¹n_o (2 neutron )

berbagai reaksi lainnya menghasilkan 5 Neuron, tetapi rata-rata neutron yang dihasilkan setiap satu kali pembelahan inti adalah 2,5. ‘

C.Reaksi Berantai TaK Terkendali Dan Terkendali

Jika dalam setiap pembelahan inti, dua neutron atau lebih hasil pembelahan inti-inti lain disebut “reaksi berantai tak terkendali. Energi rata-rata yang di bebaskan adalah 200 MEV per satuan Fisi energi tak terkendali menghasilkan (2,28 x 10⁷ ) kwh.

·         Apa yang terjadi dengan neutron-neutron pada reaksi berantai terkendali ?

Dalam suatu reaksi berantai terkendali, hanya satu neutron untuk membelah satu unit U-235, neutron-neutron ini diserap oleh batang-batang pengendali  yang dibuat dari  material seperti kalium yang merupakan prinsip dasar reaktor nuklir/atom

D.Reaktor atom fisi

                Tempat terjadinya reaksi rantai terkendali,baik pembelahan inti, maupun penggabungan.

      Reaktor termal  neutron dihasilkan memiliki energi hampir sama suhu normal.

      Reaktor cepat  neutron yang menghasilkan fisi memiliki energi besar.

Ø  Reaktor termal

Yang dibangun oleh Enrico Fermi pada tahun 1942. Reaktor termal memiliki 5 komponen utama yang sama yaitu :

ü  Elemen bahan bakar

Berbentuk batang tipis,seluruh elemen bahan dan daerah sekitarnya disebut teras reaktor.oleh karena itu sebuah reaktor atom harus memiliki material.

ü  Moderator

Material yang memperlambat kelajuan neutron yang berupa : air biasa (H2O) air berat (deterium,oksida,D2O),grafit,berilium,moderator pertama umumnya air.

-          Jika tiap pembelahan hanya menghasilkan satu pembelahan tambahan saja (tidak lebih /tidak kurang ) maka keadaannya “krisis”

-          Sedangkan pada kondisi ini reaktor menghasilkan keluaran energi yang mantap maka keadaannya “sub krisis”.

-          Reaktor yang berada dalam keadaan yang superkrisis maka pembelahannya tambah lebih besar.   

-           

ü  Batang pengendali

Kendali sebuah mekanisme diperlukan untuk menjaga reaktor pada keadaan normal/kondisi krisis.

ü  Pendingin

Energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi meningkatkan suhu reaktor. Misalnya : air dan karbondioksida bahan pendinginnya berupa air.

ü  Perisai radiasi

Inti-inti atom hasil pembelahan dapat menghasilkan radiasi. Untuk menahan radiasi ini ( radiasi sinar gamma dan neutron. Sehingga keamanan orang-orang yang bekerja disekitar reaktor. Perisai radiasi ada 2 :

a.       Suatu perisai untuk melindungi reaktor dari radiasi perusak dan memantul neutron kembali ke inti.

b.       Suatu perisai biologis digunakan untuk melindungi pekerja reaktor.

·        Klasifikasi reaktor termal berdasarkan fungsinya

1.       Reaktor penelitian

Yang diutamakan adalah pemanfaatan neutron hasil pembelahan untuk penelitian dan iridiasi.

2.       Reaktor daya dan PLTN

Jika pada reaktor penelitian, panas dari hasil reaksi fisik tak dimanfaatkan (dibuang ke lingkungan) maka pada reaktor daya justru panas menghasilkan uap bersuhu tinggi untuk manfaat PLTN. Teknologi yang manfaatnya sebagi energi nukllir disebut teknologi nuklir.

3.       Reaksi Fusi

Energi ikat inti berat lebih besar dari pada energi ikat kedua inti ringan ,oleh karena itu reaksi penggabungan dua inti ini ,massa baru lebih kecil, efek massa ini muncul sebagai energi fusi. Reaksi inti seperti ini di sebut reaksi penggabungan inti reaksi fusi

a.       syarat terjadinya reaksi fusi

karena reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi supaya dapat berlangsung , reaksi fusi disebut reaksi termonuklir

b.       Rantai proton –proton yang terjadi dibagian dalam matahari dan bintang-bintang.

Matahari disusun  oleh hidrogen biasa ( ¹H₁ ) maka pertama kali hidrogen perlu diubah menjadi deuterium ( ²H₁ ).

c.        Sikroton.

Telah anda ketahui bahwa partikel  bermuatan yang bergerak dengan kecepatan V tegak lurus terhadap medan magnetik B menenmpuh lintasan melingkar dengan jar-jari r. gaya sentripetal penyebab gerak melingkar berasal dari gaya lorentz, sehingga di peroleh :

F_S = F_L

m = qvB

V =

Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah periode T, dimana,

T=  =  =

Dengan demikian, frekuensi putaran f adalah :

F=

Dengan, f = frekuensi siklotron ( Hz )

                q = muatan proton ( 1,6 x 10^-19 C )

                m = massa proton ( 1,67 x 10^-27 Kg )

                B = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet ( Wb/m²  atau T )

Kita juga bisa menentukan energi kinetik maksimum  partikel  bermuatan ( proton ) ketika keluar dari siklotron, yaitu sebagi berikut :

E_k =  mv² =  m ( qBr/m² )

E_k =  mv² = .

 D. Reaktor  fusi nuklir

            Reaksi nuklir ini dapat dikendalikan dalam reaktor nuklir,

Ada 2 syarat untuk mengendalikan fusi :

1.      Suhu harus sangat tinggi ( dalam orde 10^{8 0}c ) pada suatu suhu tertentu disebut suhu pembakaran.

2.      Pada suhu sangat tinggi, semua ato terionisasi habis membentuk suhu plasma ( sejenis gas yang disusun oleh partikel-partikel bermuatan seperti H⁺ )

Dalam rangka mewujudkan reaksi fusi nuklir sebagai sumber energi yang ramah lingkungan. Beberapa negaraseperti Amerika Serikat, Uni Soviet, dan Jepang menggagas sebuah proyek yang dinamakn ITER.

Untuk mencapai suhu pembakaran ( dalam orde 10⁸k ), ITER menggunakan prinsip tokamat.  ITER dikenal juga sebagai expanded tokamat. Tokamat adalah reaktor berongga torodial ( bentuk donat ) yabg diselimuti oleh gulungan kawat bermedan magnetik.

Medan magnetik pertama adalah medan magnetik kuat sepanjang sumbu teorida.B terioda yang dihasilkan oleh arus listrik luar yang mengalir melalui kumparan terioda. Medan magnetik adalah medan magnetik yang lebih lemah.B poloida, dihasilkan oleh arus  listrik yang mengalir melalui plasma.

Fungsi dasar tikamat hanyalah sebagai alat pemicu atau ignitor.

·         Keunggulan dan keamanan

Reaksi fusi memiliki keunggulan pada pengaturan laju, karena sampah radi aktif hasil samping nyaris nol.

Bahan bakar fusi nuklir  yaitu deuterium (²H) banyak terdapat di lautan,bayangkan bila bahan bakar u-235 untuk memprosesnya dari uranium alam memerlukan teknologi tinggi dan biaya mahal.

·         Pemamfaatan radioisotop

Radioisotop yaitu isotop-isotop yang tidak stabil. Radioisotop yang dibutuhkan seperti I-123, I-131, CO-60, CS-137. Hal ini karena isotop-isotop tersebut memiliki waktu poro yang tidak terlalu lama.

Reaktor atom berfungsi sebagai sumber neutron, beberapa reaksi inti pembuatan radioisotop dengan menembalkan nutreon adalah:

            ²⁷Al₁₃ + ¹n₀              ²⁴Na₁₁ + α

            ²³Na₁₁ + ¹n₀            ²⁴Na ₁₁

            ⁵⁶Fe₂₆ + ¹n₀             ⁵⁶Mn₂₅ + ¹P₁

Beberapa radioisotop buatan pusat penelitian tenaga nuklir ( PPTN ) adalah Na-24, P-34, Cr-51, Tc-99 dan I-131.pemamfaatan radioisotop meliputi  3 hal utama :

1.      Perunat  ( pencari jejak )

2.      Pemamfaatan radioisotop berdasarkan sifat radiasinya

3.      Tenaga listrik

a.       Penggunaan  radioisotop sebagi perunut.

Radioisotop adalah isotop yang bersifat radio aktif sehingga jejaknya dapat dikenal, misal jejaknya dalam tubuh manusia. Radioisotop digunakan sebagai perunut ( pencari jejak ).

·         Pengobatan

Perunut radioisotop digunakan untuk pengobatan trombosit ( penyakit pembuluh darah ). Radioisotop natrium disuntikkan ke dalam tubuh, kemudian aliran natrium dirunut dengan menggunakan pencacah geiser, tempat aliran natrium terhenti menunjukkan posisi penyempitan pembuluh darah.

Penggunaan lain perunut radioisotop dalam bidang pengobatan yaitu tentang unsur-unsur tertentu organa  tubuh, dapat juga digunakan untuk meneliti khasiat tanaman  obat tradisional secra ilmiah.

b.      Pemamfaatan radioisotop berdasarkan sifat radiasinya.

·         Pengobatan

Sifar radiasi radioisotop dimamfaatkan dalam dunia pengobatan untuk membuuh sel kanker.

Proses perubahan renosasi dapat mengakibatkan rusaknya susunan DNA dan molekul-molekul genetik pada sel-sel kanker. Sel-sel kanker tidak mampu lagi terutama untuk membelah dan menyebar.

Robert  rathbun wilson mempublikasikan sebuah karya ilmiah, mengusulkan penggunaan birkas proton untuk pegobatan kanker dengan radiasi keunikan terapi proton adalah karena sifat alami proton yaitu memiliki massa dan muatan listrik positif.

·         Penentuan umur dengan radio aktif

Partikel-partikel berenergi tinggi ini disebut sinar-sinar bosmis, dan mengeluarkan  karbon-14 selama mereka masih hidup, persentasi karbon-14 dalam tubuh mereka selalu tetap, dengan mengukur presentase keaktifan radiasi c-14 dalam tumbuhan,binatang, atau manusia yang mati, kita dapat menaksir umur kematian mereka. Reknis seperti inilah yang disebut penentuan umur dengan radioaktif

( radioactive dating ).

Kita juga  menggunakan teknik penentuan umur dengan radioaktif umtuk menaksir umur bantuan. Jika kita dapat mengukur perbandingan relatif antara u-238 dan pb-206, mka kita dapat menaksir umur sebuah bantua. Bantuan paling tua yang pernah ditemukan di bumi adalah kira-kira berumur 4,6 triliun tahun.