MAKALH FISIKA ATOM & INTI

PELURUHAN BETA

Dosen pengampu : DRA. JUFRIDA M.SI

Di susun oleh :

Nazri afandi

{rra1c309010}

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

Jurusan pendidikan matematika dan ilmu pengetahuan

UNIVERSITAS JAMBI

2012

BAB I

PENDAHULUAN

Radioaktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Henri

Becquerel ketika sedang bekerja dengan material fosforen. Material semacam ini akan

berpendar di tempat gelap setelah sebelumnya mendapat paparan cahaya, dan dia berfikir

pendaran yang dihasilkan tabung katoda oleh sinar-X mungkin berhubungan dengan

fosforesensi. Karenanya ia membungkus sebuah pelat foto dengan kertas hitam dan

menempatkan beragam material fosforen diatasnya. Kesemuanya tidak menunjukkan hasil

sampai ketika ia menggunakan garam uranium. Terjadi bintik hitam pekat pada pelat foto

ketika ia menggunakan garam uranium tesebut.

Neutron dan proton yang menyusun inti atom, terlihat seperti halnya partikel-partikel

lain, diatur oleh beberapa interaksi. Gaya nuklir kuat, yang tidak teramati pada skala

makroskopik, merupakan gaya terkuat pada skala subatomik. Hukum Coulomb atau gaya

elektrostatik juga mempunyai peranan yang berarti pada ukuran ini. Gaya nuklir lemah

sedikit berpengaruh pada interaksi ini. Gaya gravitasi tidak berpengaruh pada proses nuklir.

Interaksi gaya-gaya ini pada inti atom terjadi dengan kompleksitas yang tinggi. Ada

sifat yang dimiliki susunan partikel didalam inti atom, jika mereka sedikit saja bergeser dari

posisinya, mereka dapat jatuh ke susunan energi yang lebih rendah. Mungkin bisa sedikit

digambarkan dengan menara pasir yang kita buat di pantai: ketika gesekan yang terjadi antar

pasir mampu menopang ketinggian menara, sebuah gangguan yang berasal dari luar dapat

melepaskan gaya gravitasi dan membuat tower itu runtuh.

Keruntuhan menara (peluruhan) membutuhkan energi aktivasi tertentu. Pada kasus

menara pasir, energi ini datang dari luar sistem, bisa dalam bentuk ditendang atau digeser

tangan. Pada kasus peluruhan inti atom, energi aktivasi sudah tersedia dari dalam. Partikel

mekanika kuantum tidak pernah dalam keadaan diam, mereka terus bergerak secara acak.

Gerakan teratur pada partikel ini dapat membuat inti seketika tidak stabil. Hasil perubahan

akan mempengaruhi susunan inti atom; sehingga hal ini termasuk dalam reaksi nuklir,

berlawanan dengan reaksi kimia yang hanya melibatkan perubahan susunan elektron diluar

inti atom.

BAB II

ISI

PELURUHAN BETA

Peluruhan radiokatif adalah peristiwa hilangnya energi dari inti atom yang tidak stabil

dengan memancarkan radiasi dan partikel‐partikel pengion. Peluruhan, atau hilangnya energi,

ini akan menghasilkan jenis atom lain yang stabil. Atom baru yang dihasilkan ini dinamakan

inti anak (daughter nuclide), sedangkan atom yang meluruh dinamakan inti ibu (parent

nuclide). Sebagai contoh, atom karbon‐14 (ibu) akan memancarkan radiasi dan berubah

menjadi atom nitrogen‐14 (anak). Peristiwa peluruhan merupakan peristiwa yang acak di

tingkat atom, sehingga sangat sulit untuk memrakirakan kapan suatu atom tertentu akan

meluruh. Yang bias kita lakukan adalah memrakirakan rerata peluruhan dari banyak atom

yang sama.

Jika jumlah proton lebih besar dari jumlah netron (N < P), maka gaya elektrostatis

akan lebih besar dari gaya inti, hal ini akan menyebabkan inti atom berada dalam keadan

tidak stabil. Jika jumlah netron yang lebih besar dari jumlah protonnya (N = P) akan

membuat inti berada dalam keadaan stabil. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa inti ataom

paling berat yang stabil adalah Bismuth yaitu yang mempunyai 83 proton dan 126

netron. Inti atom yang mempunyai jumlah proton lebih besar dari 83 akan berada dalam

keadaan tidak stabil. Inti yang tidak stabil ini akan berusaha menjadi inti stabil dengan cara

melepaskan partikel bisa berupa proton murni , partikel helium yang memiliki

2 proton atau partikel lainnya seperti ditunjukkan oleh Gambar 2. Inti atom yang tidak stabil

ini memiliki sifat dapat melakukan radiasi spontan atau mampu melakukan aktivitas radiasi

sehingga dinamakan inti radioaktif. Unsur yang inti atomnya mampu melakukan aktivitas

radiasi spontan berupa pemancaran sinar-sinar radioaktif dinamakan unsur (zat) radioaktif.

Pemancaran sinar-sinar radioaktif (berupa partikel atau gelombang elektromagnetik) secara

spontan oleh inti-inti berat yang tidak stabil menjadi inti-inti yang stabil disebut

Radioaktivitas. Inti yang memancarkan sinar radioaktif disebut inti induk dan inti baru yang

terjadi disebut inti anak.

Peluruhan beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron

atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan ini disebut sebagai

peluruhan beta minus (β−), sementara pada pemancaran positron disebut sebagai peluruhan

beta plus (β+).

Pada tingkatan partikel dasar, peluruhan beta terjadi karena konversi sebuah quark

bawah menjadi sebuah quark atas oleh pemancaran sebuah boson W.

Pada peluruhan β−, interaksi lemah mengubah sebuah netron menjadi sebuah proton

ketika sebuah elektron dan sebuah anti-neutrino dipancarkan:

.

Elektron yang dipancarkan bukanlah elektron orbital. Juga bukan elektron yang

semula berada di dalam inti atom, karena asas ketidakpastian melarang elektron hadir di

dalam inti atom. Elektron tersebut “diciptakan” oleh inti atom dari energi yang ada. Jika beda

energi diam antara kedua inti atom sekurang-kurangnya E=mc², maka hal tersebut memang

mungkin terjadi.

Dalam peluruhan β+, sebuah proton dikonversi menjadi sebuah netron, sebuah

positron dan sebuah neutrino:

.

Jadi, tidak seperti peluruhan beta minus, peluruhan beta plus tidak dapat terjadi

dalam isolasi, sebab harus ada suplai energi dalam proses “penciptaan” massa, karena massa

netron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa

proton (sebagai inti induk).

Jika proton dan netron merupakan bagian dari inti atom, proses peluruhan men-

transmutasikan satu elemen kimia ke dalam bentuk lainnya. Sebagai contoh:

(beta minus),

(beta plus)

Peluruhan Beta Plus dan Beta Min ( ß+ dan ß- )

Peluruhan Beta adalah merupakan

radiasi partikel beta (elektron atau positron)

dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari

partikel a. Radiasi beta dapat berupa

pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan

beta minus (ß- ), dan pemancaran positron

disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+ ).

Peluruhan beta minus (ß- ) disertai

dengan pembebasan sebuah neutrino (v) dan

dinyatakan dengan persamaan peluruhan.

Elektron yang dipancarkan dalam

peluruhan ini bukanlah elektron orbital

(elektron yang bergerak mengelilingi inti)

melainkan elektron yang ditimbulkan oleh inti

atom itu sendiri dari energi yang tersedia di

dalam inti. Hadirnya elektron (ß- ) dan (ß+ ) di

dalam inti melalui proses :

1. sebuah netron memancarkan positron dan sebuah neutrino (v)

    

2. sebuah proton memancarkan sebuah netron dan sebuah neutrino :

Spesifikasi peluruhan beta plus adalah adanya pemberian energi dalam proses “penciptaan”

massa, karena massa netron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih

besar daripada massa proton (sebagai inti induk).

Sebagai contoh :

(beta minus)

(beta plus)

Radioaktivitas Beta

Beta particles are just electrons from the nucleus, the term

"beta particle" being an historical term used in the early

description of .Partikel beta hanya elektron dari inti, istilah

"partikel beta" menjadi istilah historis yang digunakan dalam

deskripsi awal radioaktivitas. The high energy electrons have

greater range of than , but still much less than . Energi tinggi elektron memiliki

jangkauan yang lebih besar penetrasi daripada partikel alfa, tapi masih jauh lebih kecil

daripada sinar gamma. The radiation hazard from betas is greatest if they are ingested.

Bahaya radiasi dari beta terbesar jika tertelan. Beta emission is accompanied by the emission

of an which shares the momentum and energy of the decay. Beta emisi tersebut dibarengi

dengan emisi dari sebuah antineutrino elektron yang saham momentum dan energi dari

peluruhan.

The emission of the electron's antiparticle, the , is

also called beta decay. Emisi elektron anti-partikel, yang

positron, juga disebut peluruhan beta. Beta decay can be seen

as the decay of one of the neutrons to a proton via the .

Peluruhan beta dapat dilihat sebagai peluruhan dari salah satu

neutron untuk sebuah proton melalui interaksi lemah. The use

of a weak interaction can clarify the process. Penggunaan

interaksi lemah Feynman diagram dapat memperjelas proses.

Teori Fermi Beta Decay

Pada 1930, Wolfgang Pauli mendalilkan keberadaan neutrino untuk menjelaskan

kontinu distribusi energi dari elektron yang dipancarkan dalam peluruhan beta. Hanya dengan

emisi partikel ketiga momentum dan energi bisa menjadi kekal. Pada 1934, Enrico Fermi

telah mengembangkan teori peluruhan beta untuk menyertakan neutrino, yang dianggap tak

bermassa serta chargeless.

Memperlakukan peluruhan beta sebagai sebuah transisi yang tergantung pada

kekuatan coupling antara awal dan akhir, Fermi mengembangkan hubungan yang sekarang

disebut sebagai Fermi's Golden Rule:

Langsung dalam konsep, Fermi's Golden Rule mengatakan bahwa angka

melanjutkan sebanding dengan kekuatan coupling antara awal dan akhir oleh faktor

kepadatan negara terakhir yang tersedia ke sistem. Tetapi sifat interaksi yang mengakibatkan

peluruhan beta ini tidak dikenal di Fermi waktu (interaksi lemah). Butuh waktu sekitar 20

tahun bekerja (Krane) untuk bekerja di luar model yang rinci yang cocok dengan

pengamatan. Sifat model dalam bentuk distribusi elektron momentum p adalah diringkas

dalam hubungan di bawah ini.

Beta Energi Spectrum

In the process of , either an or a

is emitted. Dalam proses peluruhan beta,

baik elektron atau positron dipancarkan. Because

either a or an antineutrino is emitted as well,

there is a spectrum of energies for the

electron or positron, depending upon what

fraction of the reaction energy Q is carried by the

massive particle. Karena baik neutrino atau

antineutrino dipancarkan

juga, ada spektrum energi untuk elektron atau positron, tergantung berapa bagian

dari energi reaksi Q adalah dibawa oleh partikel besar. The shape of this energy curve can be

predicted from the of beta decay. Bentuk kurva energi ini dapat diprediksi dari teori Fermi

dalam peluruhan beta.

Energi dan Momentum Spectra for Beta Decay

has a characteristic energy spectrum.Beta emisi memiliki karakteristik spektrum energi. It is

accompanied by the emission of an which shares the momentum and energy of the decay. Hal

ini disertai dengan emisi sebuah antineutrino elektron yang saham momentum dan energi dari

pembusukan.This experimental energy spectrum is from GJ Neary, Proc. Spektrum energi

eksperimental ini adalah dari GJ Neary, Proc. Phys. Phys. Soc. Soc. (London), A175, 71

(1940). (London), A175, 71 (1940).

From the of beta decay, the shape of the energy distribution for this "allowed"

transition is given approximately by the expressionDari teori Fermi dalam peluruhan beta,

bentuk distribusi energi untuk ini "diperbolehkan" transisi diberikan kira-kira oleh ekspresi

where F(Z',KE e ) is called the Fermi function. di mana F (Z ', KE e) disebut fungsi Fermi. It

accounts for the nuclear coulomb interaction which shifts this distribution toward lower

energies because of the coulomb attraction between the daughter nucleus and the emitted

electron. Bertanggung jawab atas interaksi coulomb nuklir yang menggeser distribusi ini ke

arah energi yang lebih rendah karena coulomb putri tarik antara inti dan elektron yang

dipancarkan. (It shifts the distribution upward for positrons.) Q represnts the energy yield of

the transition and as such is the upper bound on the kinetic energy of the electron, KE e .

(Distribusi dipindahkan ke atas untuk positron.) Q represnts hasil energi transisi dan dengan

demikian adalah atas terikat pada energi kinetik elektron, KE e. The apparent complexity of

the expression is partly because it is necessary to use for the electron. Kompleksitas yang

tampak dari ekspresi sebagian karena itu perlu menggunakan momentum relativistik untuk

elektron.

The emission of the electron's antiparticle, the , is also called beta

decay.Emisi elektron anti-partikel, yang positron, juga disebut

peluruhan beta.

The nucleus is a good example for momentum spectra since it decays by both electron (to 64

Zn) and positron emission (to 64 Ni) with comparable transition energies. Inti 64 Cu adalah

contoh yang baik untuk spektrum momentum karena meluruh oleh kedua elektron (dengan 64

Zn) dan emisi positron (hingga 64 Ni) dengan energi transisi yang sebanding. The

experimental spectra below are from JR Reitz, Phys. Percobaan spektrum di bawah ini dari

JR Reitz, Phys. Rev. 77, 50 (1950). Rev 77, 50 (1950). This allows you to see clearly that the

momentum spectrum of the positron is shifted toward higher momentum by the coulomb

repulsion of the nucleus. Hal ini memungkinkan Anda untuk melihat dengan jelas bahwa

momentum spektrum positron adalah momentum yang bergeser ke arah yang lebih tinggi

oleh tolakan coulomb inti.

From the of beta decay, the shape of the distributions for these "allowed"

transitions is given approximately by the expression Dari teori Fermi dalam peluruhan beta,

bentuk distribusi tersebut "diperbolehkan" transisi diberikan kira-kira oleh ekspresi

where F(Z',p) is called the Fermi function. di mana F (Z ', p) disebut fungsi Fermi. It accounts

for the nuclear coulomb interaction and is the main source of the difference between the two

curves above. Bertanggung jawab atas interaksi coulomb nuklir dan merupakan sumber

utama perbedaan antara kedua kurva di atas. Again, the expression looks a bit complex

because the between momentum and enegy must be used for beta decay. Sekali lagi, ekspresi

tampak sedikit rumit karena hubungan relativistik antara momentum dan enegy harus

digunakan untuk peluruhan beta.

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

Peluruhan beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron

atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan ini disebut sebagai

peluruhan beta minus (β−), sementara pada pemancaran positron disebut sebagai peluruhan

beta plus (β+).

Jika jumlah proton lebih besar dari jumlah netron (N < P), maka gaya elektrostatis

akan lebih besar dari gaya inti, hal ini akan menyebabkan inti atom berada dalam keadan

tidak stabil

Dalam proses peluruhan beta, baik elektron atau positron dipancarkan. Because either

a or an antineutrino is emitted as well, there is a spectrum of energies for the electron or

positron, depending upon what fraction of the reaction energy Q is carried by the massive

particle. Karena baik neutrino atau antineutrino dipancarkan juga, ada spektrum energi untuk

elektron atau positron, tergantung berapa bagian dari energi reaksi Q adalah dibawa oleh

partikel besar. The shape of this energy curve can be predicted from the of beta decay.

Bentuk kurva energi ini dapat diprediksi dari teori Fermi dalam peluruhan beta.