FISIKA NUKLIR BASIC NUCLEAR PHYSICS.

Presentasi berjudul: "FISIKA NUKLIR BASIC NUCLEAR PHYSICS."— Transcript presentasi:

1 FISIKA NUKLIR BASIC NUCLEAR PHYSICS

2 ATOM

3 ATOM = INTI ATOM + ELEKTRON
SIFAT–SIFAT INTI. ATOM = INTI ATOM + ELEKTRON Bagian terkecil suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut.

4 Lambang Inti Atom : A ZX N atau X-A
dengan: X = jenis inti Z = nomor proton (Jumlah proton) A = nomor massa (Jumlah nukleon) N = (A-Z) = jumlah neutron Contoh cara menulis: 42He2, 147N7, 168O8 atau 4He, 14N, 16O atau He-4, N-14, O-16 isotop → sifat kimia sama (Z sama), sifat nuklir berbeda O-16, O-17, O-18 → isotop, Z sama (8) U-235, U-238 → isotop, Z sama (92) isoton → N sama Isobar → A sama isomer → A, N, Z sama, tenaga beda, misal 14N dan 14N*

5 Muatan Proton mempunyai muatan positif, +e
Elektron mempunyai muatan negatif, -e Neutron tidak bermuatan Susah dideteksi Muatan elementer (e )= x C

6 Massa Inti(“1 + 1 ≠ 2”) Masa inti m ≈ Zmp + Nmn Satuan massa inti: Karena mudah diperoleh dan dimurnikan sebagai standar, secara internasional disetujui digunakan massa satu atom isotop C-12 (6 proton, 6 neutron, 6 elektron) = 12 u (unified mass unit) 1 mole atom C-12=12 gr=NA atom C-12 1 atom C-12=12/NA gr=12 u Jadi 1 u = 1/NA= x kg, Ingat: Bilangan Avogadro NA = 6, × 1023 mol-1

7 Massa Inti u disebut satuan massa atom (sma)
Massa proton mp = 1, u Massa neutron mn = 1, u Massa elektron me = 0, u Dari E = mc2 me = 0, MeV/c2 = 9, × kg. mp = 938,27231 MeV/c2 =1, × kg. 1 u = 931,494 MeV/c2 atau MeV

8 Ringkasan massa Massa Partikel kg u MeV/c2 Proton 1.6726 x 10-27
938.28 Neutron x 10-27 939.57 Electron 9.109 x 10-31 5.486x10-4 0.511

9 Massa Inti massa neutron mn = 1, u, massa proton mp = 1, u → mn + mp = 2, u, 1 u = 931,5 MeV/c2 Inti-atom deuterium → deuteron, terdiri dari 1 proton dan 1 neutron → md = 2, u < mn + mp mn + mp − md = 0, u = 2,225 MeV/c2 ≈ 0,2% mp → Energi ikat inti deuteron Tenaga ikat elektron dalam atom H 13,6 eV ≈ 0,003 % me Tenaga ikat molekul hidrogen (H2) 4 eV ≈ 0, % (mp + me)

10 UKURAN INTI DAN ATOM: KERAPATAN INTI
Ukuran jerjari inti= m, femto meter (10-15 m)=1 Fermi Ukuran jejari atom= m, nano meter(10-9 m),Angstrom(10-10 m) KERAPATAN INTI A/V ~ tetap, A = jumlah nukleon, V = volume inti atom. Jika inti-atom berbentuk bola → V = (4π/3) R3 → R3 ~ A → R ~ A1/3 → ruji inti R = Ro A1/3 → Ro = 1 - 4,5 fm (tergantung jenis eksperimen), biasa diambil Ro = 1,2 × m Ruji 27Al R = 1,2 × m × 271/3 = 3,6 × m Ruji 216Ra R = 1,2 × m × 2161/3 = 7,2 × m → dengan 8× jumlah nukleon ruji 216Ra 2× ruji 27Al

11 Rapat massa materi inti
ρm = m/V = (A × 1u)/(4π/3)R3 = (A × 1u)/(4π/3) Ro3A = (1u)/(4π/3)Ro3 ≈ (1,6×10-27 kg)/{4×(1,2×10-15)3} m3 = 2×1017 kg/m3 Jika volume inti V = 1 cm3, maka massa inti m = ρmV = 2 × 1017/ (1 × 106) kg = 2 × 1011 kg = 200 juta ton!!!

12 Energi Ikat Inti dan Konsep Cacat Massa
Mengapa Proton dan Neutron Terikat Membentuk Inti Atom ? Apa yang mengikat proton dan neutron ? Bagaimana dengan gaya Coulomb antar proton? FAKTA : JUMLAH MASSA NUKLEON PADA KEADAAN BEBAS TIDAK SAMA DENGAN MASSA NUKLEON KETIKA MEMBENTUK INTI md < mn + mp    

13 Energi ikat (B=binding energy)
Untuk inti-atom massa m dan tenaga ikat B berlaku m = Zmp + Nmn – B/c2 Dengan massa atom M = Zmp + Nmn + Zme – B/c2 B = (Zmp + Nmn + Zme – M)c2 B = {ZM(1H) + Nmn – M(AZXN)}c2 Contoh: B(4He) = 2M(1H) + 2mn – M(4He) = 28,30 MeV Defek massa korelasi dengan energi ikat inti. Perbedaan energi antara energi inti dengan energi penyusun inti (nukleon) disebut energi ikat. Juga bisa dipandang sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi proton dan neutron

14 (AX) =(M(AX) – A)c2 , A=N+Z dalam satuan u: M(AX) = A + Δ(AX) Contoh:
PERBEDAAN MASSA PENYUSUN INTI DAN INTI DISEBUT PENYUSUTAN MASSA ATAU CACAT MASSA atau DEFEK MASSA (AX) =(M(AX) – A)c2 , A=N+Z dalam satuan u: M(AX) = A + Δ(AX) Contoh:  M(4He) = 4 + 2,424 MeV / (931,5 MeV/u) = 4, u B(4He) = 2M(1H) + 2mn – M(4He) = 2{AH + Δ(H)} + 2{AH + Δ(n)} – {AHe + Δ(He)} = 2{1 + Δ(H)} + 2{1 + Δ(n)} – {4 + Δ(He)} = 2 Δ(H) + 2 Δ(n) – Δ(He) = 2 × 7,289 MeV + 2 × 8,071 MeV – 2,424 MeV = 28,30 MeV

15 Perbedaan antara energi inti dengan energi penyusun inti (nukleon) disebut energi ikat. Juga bisa dipandang sebagai energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi proton dan neutron Tenaga pemisahan (S) untuk melepas satu neutron (neutron separation energy) dari 4He → 3He + n S(4He → 3He + n) = M(32He) + mn – M(42He) = 20,58 MeV

16 Massa inti dapat diperoleh dari massa atom
Pada Tabel ada dua penyajian (dalam satuan u=sma): Massa atom Cacat massa atom

17 Spin Inti dan Momen magnet spin
Proton atau neutron mempunyai spin intrinsik : 1/2 Momentum angular orbit inti I(I+1) (I=bilangan kuantum spin inti, bulat atau ganjil) p= gp Is N sedangkan n= gn Is N Magneton Inti (satuan momen magnet spin inti) N=(eh)/(4mp)=5.05x10-27 J/T analogi dengan elektron B = x J/T Momen Magnetik secara eksperimen proton n sedangkan neutron n

18 Momentum Angular Spin Inti

19 PR-1 2. Jelaskan bagaimana cara menentukan besarnya jejari inti atom
1. Jelaskan bagaimana cara menentukan besarnya massa suatu atom 2. Jelaskan bagaimana cara menentukan besarnya jejari inti atom 3. Jelaskan bagaimana cara menentukan besarnya moment magnet inti atom (proton).