Inti Atom Bekerja
Beberapa inti tidak stabil: mereka memancarkan radiasi secara acak, meluruh sesuai waktu paruh, dan — di reaktor dan bintang — melepaskan energi melalui pembelahan atau penggabungan. Bagian ini mencakup notasi atom, tiga jenis radiasi pengion beserta kemampuan tembusnya, perhitungan waktu paruh, reaksi berantai fisi, dan mengapa fusi menerangi bintang tetapi tidak pembangkit listrik kita.
Edexcel International GCSE Physics 4PH1, Bagian 7 (pernyataan 7.1–7.26). Satuan: becquerel (Bq), dengan waktu dalam s, min atau h.
Radioaktivitas
Atom menyimpan proton dan neutron dalam inti; notasi $^{A}_{Z}X$ memberikan nomor massa (nukleon) A dan nomor atom (proton) Z. Isotop memiliki Z yang sama tetapi berbeda jumlah neutron.
Inti tidak stabil memancarkan — secara acak — alfa α (inti helium, $^4_2$He), beta-minus β⁻ (elektron, terbentuk saat neutron berubah menjadi proton) dan gamma γ (gelombang elektromagnetik berenergi tinggi, tanpa partikel). Penyeimbangan: baik nomor massa maupun muatan kekal.
Pembahasan. Karbon-14: $^{14}_{6}C \rightarrow {}^{14}_{7}N + {}^{0}_{-1}e$ — A tetap 14; muatan 6 = 7 + (−1) ✓. Radon: $^{222}_{86}Rn \rightarrow {}^{218}_{84}Po + ^{4}_{2}He$.
| Radiasi | Sifat | Mengion | Jangkauan di udara |
|---|---|---|---|
| alfa | 2p + 2n | terkuat | beberapa cm |
| beta | elektron cepat | sedang | puluhan cm |
| gamma | gelombang EM | terlemah | meteran |
Deteksi: film foto (lencana) atau tabung Geiger–Müller. Radiasi latar belakang berasal dari batuan dan sinar kosmik (ruang), makanan, penggunaan medis, dan residu radioaktif.
Aktivitas (dalam becquerel; 1 Bq = 1 peluruhan/s) menurun secara konsisten: waktu paruh adalah waktu untuk separuh inti yang belum meluruh mengalami peluruhan. Pembahasan. 800 Bq dengan waktu paruh 6 jam: setelah 24 jam (4 kali waktu paruh) aktivitas menjadi $= 800/2^4 = 50$ Bq.
Penggunaan: penelusur medis (waktu paruh pendek, gamma), pengobatan kanker, sterilisasi, kontrol ketebalan (beta menembus kertas). Kontaminasi (bahan radioaktif menempel pada tubuh — harus dibersihkan) berbeda dengan irradiasi (paparan radiasi — berhenti ketika sumber menjauh). Bahaya: mutasi DNA, kerusakan sel dan jaringan; limbah radioaktif harus disimpan dengan aman selama waktu paruhnya yang panjang.
Fisi dan fusi
Memecah inti besar atau menggabungkan dua inti kecil — keduanya melepaskan energi, dan masing-masing menggerakkan mesin yang berbeda.
Fisi: neutron menabrak U-235, memecahnya menjadi dua inti anak radioaktif, 2–3 neutron dan energi kinetik — dan jika neutron tersebut menabrak lebih banyak U-235, reaksi berantai terjadi. Moderator memperlambat neutron agar mereka dapat memecah inti secara efisien; batang pengontrol menyerap neutron untuk menjaga laju tetap stabil; perisai melindungi pekerja. Fusi menggabungkan inti kecil menjadi satu yang lebih besar, mengubah massa menjadi energi — sumber energi Matahari. Fusi memerlukan suhu dan tekanan sangat besar karena proton bermuatan positif saling tolak secara elektrostatik — inti harus bertumbukan cukup cepat untuk mengatasi tolakan tersebut.
Periksa diri Anda
- Pada $^{19}_{9}F$, nyatakan jumlah proton, neutron, dan elektron dalam atom netral.
- Sebutkan tiga jenis radiasi pengion dan sifat-sifatnya.
- Tuliskan persamaan lengkap untuk peluruhan alfa dari $^{226}_{88}Ra$.
- Radiasi mana yang dihentikan oleh kertas, dan mana yang tembus melalui aluminium?
- Sebutkan dua sumber radiasi latar belakang.
- Definisikan waktu paruh.
- Sumber dengan aktivitas 3200 Bq memiliki waktu paruh 8 hari. Hitung aktivitasnya setelah 32 hari.
- Jelaskan perbedaan antara kontaminasi dan iradiasi.
- Sebutkan fungsi moderator, batang kendali, dan perisai dalam reaktor.
- Mengapa fusi memerlukan suhu yang sangat tinggi?
Jawaban: 1 9 proton, 10 neutron, 9 elektron; 2 alfa — inti helium (2p+2n); beta-minus — elektron berkecepatan tinggi; gamma — gelombang elektromagnetik berenergi tinggi; 3 $^{226}_{88}Ra \rightarrow {}^{222}_{86}Rn + {}^{4}_{2}He$; 4 alfa dihentikan kertas; gamma menembus aluminium (membutuhkan timbal tebal); 5 dua dari: batuan/bahan bangunan, sinar kosmik, makanan/minuman, medis, gas radon, sisa ledakan nuklir; 6 waktu yang dibutuhkan agar setengah inti yang belum meluruh (atau aktivitas) meluruh; 7 32 hari = 4 kali waktu paruh: $3200 \rightarrow 1600 \rightarrow 800 \rightarrow 400 \rightarrow 200$ Bq; 8 kontaminasi — materi radioaktif menempel pada tubuh, bahaya tetap ada hingga dibersihkan; iradiasi — paparan radiasi dari sumber, berakhir ketika sumber dihilangkan; 9 moderator memperlambat neutron untuk fisefisi yang efisien; batang kendali menyerap neutron untuk mengatur laju reaksi; perisai menyerap radiasi yang keluar untuk melindungi pekerja; 10 proton bermuatan positif dari dua inti saling tolak secara elektrostatik, sehingga inti harus bertabrakan dengan kecepatan luar biasa — hanya tercapai pada suhu dan tekanan sangat tinggi — agar cukup dekat untuk bergabung.