fisika inti

STRUKTUR INTI DAN SIFATNYA.

Terdapat banyak kemiripan antara strutur inti dan struktur atom, sehingga kita agak mudah untuk mengingatnya dan mempelajarinya. Ada dua perbedaan utama dalam mengkaji sifat atom dan inti. Dalam fisika atom, elektron elektron mengalami gaya yang diberikan inti, dalam fisika nuklir tidak ada gaya luar semacam itu. Gerak partikel partikel penyusun inti terjadi karena pengaruh gaya yang diberikan oleh partikel itu sendiri. Interaksi antara elektron elektron mempunyai pengaruh kecil terhadap tingkat energi atomik, sebagaian besar struktur atom ditentukan oleh interaksi antara elektron dan inti, sehingga pengaruh elektron lain sebagai pengganggu kecil.

Masalah yang kedua yang berhubungan dengan fisika nuklir , kita tidak dapat menulis gaya nuklir dalam bentuk yang sederhana seperti gaya Coulomb dan gaya gravitasi.tidak ada ungkapan analisis sederhana untuk memberikan gaya interaksi antara partikel dengan penyusun inti.

Dalam  model atom rutherford dan Bohr telah dipelajari bahwa muatan positif atom terletak didaerah inti yang sangat kecil pada pusat atom, inti mempunyai muatan +Ze (dengan Z adalah nomor atom, yang menunjukkan jumlah elektron yang mengelilingi inti dalam atom netral). Sebagian besar massa atom ditentukan oleh intinya. Dalam fisika atom juga diketahui bahwa massa atom atom hampir merupakan kelipatan bulat dari massa atom hidrogen, atom paling ringan. Oleh karena itu, inti hidrogen dianggap tersusun atas unit pokok yang bermuatan positif. Unit pokok itu disebut proton, yang mempunyai massa sama dengan atom hidrogen dikurangi massa elektron dan energi ikat, serta bermuatan +e. Jika suatau inti yang lebih berat dari pada atom hidrogen mengandung  A proton, inti itu akan mumpunyai muatan Ae, bukan Ze; karena A>Z untuk semua atom yang lebih berat dari pada hidrogen, model ini memberikan muatan positif yang terkalu banyak pada inti.

Pada tahun 1932 James Chadwick neutron adalah partikel yang mempunyai massa kira kira sama dengan massa proton (sebenarnya sedikit lebih besar) tetapi tidak bermuatan listrik. Menurut model proton neutron , inti terdiri dari proton proton dan neutron neutron  disebut nukleon. Secara kuantitatif dinyatakan bahwa inti terdiri dari Z proton dan (A-) Neutron, yang memberikan muatan total Ze dan massa total secara kasar A. Suatu jenis inti tertentu disebut Nuklide, yang dapat ditulis Sbb:

            ^A_zX_N

_dengan : 

X  : nuklide, menunjuk jenis tertentu

            Z :  nomor atom , menunjukkan jumlah proton

          N: nomor neutron, menunjuk jumlah neutron,

seringkali nomor ini tidak ditulis

          A= Z+N , nomor massa, menunjukkan jumlah total

               proton dan neutron.

Contoh :

Inti natrium     ₁₁²³ Na₁₂  mempunyai Z = 11, N= 12 neutron, dan A=N+Z = 11+12 = 23 nukleon.

Menurut model Proton neutron, deutron  ²₁H menpunyai z=1 dan N=1 neutron.

Sifat sifat kimia unsur tertentu tergantung pada nomor atom Z, tidak tergantung dari nomor massa A.

Misalnya :

Isotop : inti yang mempunyai nomor atom Z sama tetapi mempunyai nomor massa berbeda

Contoh : ...

Isobar : inti inti yang mempunyai nomor massa sama tetapi berbeda nomor atomnya

Isoton: inti yang mempunyai jumlah neutron sama

Karena inti terdiri dari proton dan neutron , maka massa inti merupakan massa nuklionnya, yaitu semua proton dan neutron yang terkandung dalam inti. Massa inti tertentu diperoleh dari massa atom yang bersangkutan dikurangi dengan massa elektronnya. Maka ditulis :

Massa inti dugaan = Zm_p+ Nm_n

Z adalah nomor atom, N adalah nomor Neutron, m_p adalah massa proton, dan m_n adalanh massa neutron. Tapi dalam pengukuran spektrometer

          Massa inti nyata <(Zm_{p +} Nm_n)

Perbedaan massa

          Zm_p + Nm_n –  massa inti nyata = m_{D                                   (1.2)}

disebut defek massa ( atau usak massa).

Penjelasan teoritis tentang defek massa ini didasarkan pada persamaan kesetaraan massa –energi

          ∆E = (∆m)C²_(1-3)

Jk  Z proton dan N neutron tergabung membentuk inti stabil, sejumlah massa(∆m) akan hilang dalam bentuk energi yang terlepas ( biasanya dalam bentuk energi  sinar ϒ )

Bila Proton dan Neutron bergabung dan membentu inti, sejumlah massa (∆m) akan hilang karena di ubah menjadi sejumlah energi ∆E = (∆m)C² . energi ini disebut energi ikat E_i dari inti yang bersangkutan, yaitu energi yang dilepaskan bilamana sejumlah proton dan Neutron yang bersesuaian bergabung membentuk inti.

Oleh karena itu energi ikat dapat ditulis :

          E_i = (Zm_p + Nm_n)C²–M_nC²                                    _(1-4)

Dengan M_n adalah massa inti yang terbentuk.

Kerena dalam tabel nuklide biasanya dituliskan nama massa atom, bukan massa inti, maka pers _(1-4) perlu di ubah seperlunya.

Pertama , massa inti dapat dihitung dari

          M_n = M_a  + M_{e                                                                       (1-5)}

Dengan M_a  melambangkan massa atom yang bersesuaian dengan massa inti yang telah ditentukan, Zm_e adalah massa total elektron yang mengelilingi inti. Energi ikat elektron diabaikan karena sangat kecil  dibandingkan dengan energi ikat inti.

Kedua massa proton dapat dicari dari :

M_p = m_h - m_{e                                          (1-6)}

Dengan  m_h adalah massa atom hidrogen dan m_e adalah massa elektron. Energi ikat elektron = 13,6 ev

Juga diabaiakan.

Pers energi ikat sekarang menjadi

E_i  = Z(m_h - m_e )C² + Nm_n C² – ( M_a – Zm_e) C²

Yang dapat disederhanakan menjadi

E_i  = Z(m_h - m_e )C² - M_aC²_(1.7)

Jika E_i > 0, inti dalam keadaan stabil dan energi harus diberikan dari luar untuk memisahkan menjadi komponen komponen nya, jika E_i<0, inti dalam keadaan tidak stabil dan inti akan meluruh dengan sendirinya.

Satuan massa dalam fisika nuklir biasanya dinyatakan dalam satuan atomik( atomic mass unit) yaitu 1/12 dari massa diam atom netral tak tereksitasi yang terdiri atas inti ¹² ₆C dan enam elektron .dalam kilogram, satuan massa atomik( ditulis dengan lambang u)adalah

1 u=   = =1,660566x  kg,

Dengan N_A adalah bilangan Avogadro. Energi ekivalen dari satuan massa atomik tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus kesetaraan massa –energi =mc2

Sehingga

          1u = 1,660566x )² = 1,4924422 x  J

              = 1,4924422x /1,602819x

                 = 9,3150 x  eV = 931,505 MeV