Download - Bab 10 kls xii
Fisika Inti dan Radioaktivitas 257257
• menganalisis karakteristik inti atom dan radioaktivitas;• mendeskripsikan pemanfaatan radiokativitas dalam kehidupan sehari-hari
dan teknologi untuk kesejahteraan manusia.
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
menunjukkan penerapan konsep Fisika inti dan radioaktivitas dalam teknologi dankehidupan sehari-hari.
Hasil yang harus Anda capai:
Fisika Inti danRadioaktivitas
A. Inti Atom
B. Radioaktivitas
C. Reaksi Inti
D. Reaktor Nuklir, BomNuklir, danRadioisotop
Pembangunan PLTN merupakan salah satu solusi timbulnya krisis energi yangsuatu saat akan dialami penduduk Bumi.
Bab
10Sumber: Energy: Technology and Development, 1995
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII258
A. Inti Atom
1. Hipotesis Proton Elektron
Tes Kompetensi Awal
Fisika Inti dan Radioaktivitas 259
2. Hipotesis Proton-Neutron
3. Partikel Penyusun Inti
Contoh 10.1
Eksperimen Rutherford menyatakanbahwa inti atom memiliki diametersekitar 10–15 sampai 10–14 m. Dariteori kinetik dan khususnya analisisEinstein tentang gerak Browman,diameter atom memiliki ukuransekitar 10–10 m. Itu artinya elektronakan terlihat berjarak sekitar 10.000sampai 100.000 kali lipat ukuran intidiukur dari inti atom tersebut (jikainti diibaratkan bola baseball, atomakan memiliki diameter seukurankota yang berdiameter beberapakilometer). Jadi, sebuah atomsebagian besar berupa ruangkosong.
Rutherford’s experiments suggestedthat the nucleus must have a radiusof about 10–5 to 10–14 m. From kinetictheory, and especially Einstein’sanalysis of Browman movement, theradius of atoms was estimated to beabout 10–10 m. Thus the electronswould seem to be at a distance fromthe nucleus of about 10,000 to 100,000times the radius of the nucleus itself(if the nucleus were the size of abaseball, the atom would have thediameter of a big city severalkilometers across). So an atom wouldbe mostly empty space.
Informasiuntuk Anda
Information for You
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII260
4. Stabilitas Inti
Gambar 10.1Isotop hidrogen
Gambar 10.2Diagram kestabilan inti (N-Z)
Z = N
hidrogenbiasa
deuterium tritium
protonneutronelektron
140130120
10090807060
5040302010
09080706050403020100
Nomor proton (Z)
Nomor neutron (N)
Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983
Fisika Inti dan Radioaktivitas 261
5. Energi Ikat Inti
Gambar 10.3Tingkat energi beberapa isotop
mantap mantaptidak
mantapE
mantap mantap
neutronproton
105B 11
5B 125B
126 C 13
6 C
E
Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII262
Contoh 10.2
Sumber: Conceptual Physics, 1998
Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000
Sumber: Conceptual Physics, 1998
Fisika Inti dan Radioaktivitas 263
6. Gaya IntiGambar 10.4Grafik energi ikat per nukleonterhadap nomor massa berbagaiinti.
Kata Kunci• isotop• hipotesis proton-elektron• hipotesis proton-neutron• nomor atom• nomor massa• nuklida• defek massa• energi ikat inti
Tes Kompetensi Subbab A
B/A, MeVper nukleon
nomor massa A2001000
5
10
2H
6Li
9Be11B
14N19F
75As 125Te4He
12C
20Ne35Cl
56Fe89Y 110Cd
141Pr
160Dy197Au
180Hf 209Bi
238U
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII264
B. Radioaktivitas1. Sejarah Penemuan Radioaktif
2. Jenis-Jenis Radioaktif
a. Pemancaran Sinar Alfa ( )Gambar 10.6
Dalam medan magnet, hanya sinar yang tidak dibelokkan.
sumberradioaktifradium
sumber
magnet kuat
ratemeter
P
Q
Gambar 10.5Pengujian pembiasan sinar
dalam medan magnet.
Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1990
Sumber: Conceptual Physics, 1998
Fisika Inti dan Radioaktivitas 265
b. Pemancaran Sinar Beta ( )
c. Pemancaran Sinar Gamma ( )
– –
1,015 MeV
0,834 MeV
Gambar 10.7Pemancaran dan dalam
peluruhan 2712Mg dan 27
13Al .
Carilah informasi mengenaipemanfaatan sinar , , dan .
Tugas Anda 10.1
sumber radioaktif
kertas
aluminium
timbal
Gambar 10.8Daya tembus partikel , , dan .
2712 Al*
2712 Al*
Sumber: Conceptual Physics, 1998
Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1990
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII266
3. Pelemahan Intensitas Sinar Radioaktif
Contoh 10.3
4. Peluruhan Radioaktif (Desintegrasi)
Gambar 10.9Pelemahan intensitas oleh bahan
dengan ketebalan X.
X
Tokoh
Marie Curie(1867–1934)
Marie Curie dilahirkan di Warsawa,Polandia. Nama aslinya adalah MarieSklodowska. Ia belajar Matematika,Fisika, dan Kimia di Paris. Mariebersuamikan Pierre Curie seorang ahlifisika juga. Mereka bekerja sama dalammeneliti radiasi yang dihasilkan olehbahan radioaktif dan mereka berhasilmenemukan unsur thorium yangbersifat radioaktif. Pada 1898, merekamenemukan dua unsur radioaktif baru,yaitu polonium dan radium. Untukkeberhasilan ini, Marie dan Pierre Curieserta Henri Becquerel mendapathadiah Nobel untuk bidang Fisika pada1903. Pada 1910, Marie berhasilmemisahkan radium murni danmempelajari sifat-sifat kimianya. Untukhasil kerja kerasnya ini, Marie kembalimendapatkan hadiah Nobel yang keduadalam bidang kimia pada 1911. Mariemeninggal tahun 1934 akibat kanker,yang mungkin disebabkan ia terlalulama berinteraksi dengan bahan-bahan radioaktif.
Sumber: Science Encyclopedia, 1998
Fisika Inti dan Radioaktivitas 267
a. Waktu Paruh
Gambar 10.10Peluruhan inti atom
Gambar 10.11Peluruhan unsur 23Na dengan T 1
2= jam.
N = N0
12 N
0
NN
0
14 N
0
18 N
0
116 N
0
T 2T 3T 4T 5T
0t
15 30 45 60 75 90
2
4
6
8
10
12
14
16
Aktivitas(103 C/menit)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII268
Contoh 10.4
Fisika Inti dan Radioaktivitas 269
Gambar 10.12Lima jenis peluruhan radioaktif
= +
+ =
+ =
Contoh 10.5
Gambar 10.13Deret uranium
4. Deret Radioaktif
Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII270
5. Pengertian Dosis Serapan
Contoh 10.6
Gambar 10.14Energi radiasi yang diserap materi
bermassa m.
sinar radioaktif
m
Kata Kunci• radioaktivitas• fluorisensi• eksitasi• daya tembus• peluruhan• waktu paruh• aktivitas• dosis serap
Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983
Fisika Inti dan Radioaktivitas 271
6. Pengukuran Radioaktivitas
a. Emulsi Film Potret
b. Pencacah Geiger-Muller
c. Kamar Kabut Wilson
Gambar 10.15Pencacah Geiger-Muller
Gambar 10.16Bagian-bagian alatpencacah Geiger-Muller
103 V
–
+
jendela tipis
gas
kawat elektrode(anode)
tabung darilogam (katode)
isolator
–+
Gambar 10.17Kamar kabut Wilson
uap
jejak ionsumber
radioaktif (R)
cahaya
kepinggelas
pengisap (P)
Sumber: Conceptual Physics, 1998
Sumber: Physics for Scientist andEngineers, 2000
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII272
d. Sintilator (Detektor Sintilasi)
Gambar 10.18Diagram sintilator yang dilengkapi
dengan fotomultiplier
partikel datang
foton
kristal sintilasi
pulsa keluaranfotomultiplier
fotokatode
+400 V
+800 V
+1200 V
+1600 V
+200 V
+600 V
+1000 V
+1400 V
Tes Kompetensi Subbab B
C. Reaksi Inti
Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000
Fisika Inti dan Radioaktivitas 273
Pada setiap reaksi inti selalu berlaku hukum kekekalan berikut ini.
11P
12D
1. Energi yang Dihasilkan dari Reaksi Inti
Contoh 10.7
Contoh 10.8
Kata Kunci• energi reaksi inti• reaksi eksotermik• reaksi endotermik• reaksi berantai• reaksi fisi• reaksi fusi
Tokoh
Enrico Fermi(1901–1954)
Fermi adalah seorang fisikawankelahiran Itali. Setelah tahun 1939, iapergi ke Amerika Serikat untukbekerja dan hidup disana. Ia dikenalkarena menggunakan neutron untukmenembak atom yang dapatmenghasilkan isotop. Enrico Fermimendapat hadiah Nobel pada 1938.Pada 2 Desember 1942, reaksi rantainuklir pertama dihasilkan olehsebuah tim ilmuwan yangdipimpinnya. Percobaan yang suksesini bertempat di lapangan SquashUniversitas Chicago, Amerika Serikat.Reaksi rantai bekerja menyerupaipenyalaan korek api. Panas yangdihasilkan oleh gesekan pada waktumematik korek api menyebabkansebagian atom terbakar danmelepaskan lebih banyak panassehingga menyebabkan reaksi terus-menerus berlangsung.
Sumber: Science Encyclopedia, 1998
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII274
2. Pembuatan Isotop Radioaktif dari Reaksi Inti
3. Reaksi Berantai
4. Reaksi Fisi
U
n
inti bulatan
Gambar 10.19Diagram reaksi berantai
Gambar 10.20Pada reaksi pembelahan inti,
jumlah neutron bertambahpada setiap tingkatan.
inti U-235
reaksi fisi U-235memunculkan
2 neutron
neutronpertama
reaksi fisi keduamenghasilkan 4 neutron
Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1990
Fisika Inti dan Radioaktivitas 275
5. Reaksi Fusi
Gambar 10.21Penggabungan empat inti hidrogenmembentuk inti helium disertaipelepasan energi.
H11
H11
H11
H11
H11
H11
H11
H21
H21
Hc32
Hc32
Hc42
H11
H–2(deuterium)
H–3(tritium)
reaksi fusi
helium
neutron
+
+
++
++
Gambar 10.22Reaksi fusi di Matahari
Gambar 10.23Tokamak
ruang vakumtoroid
arus listrikluar
medanmagnetik
totalplasma
arusplasma
medanmagnetik
poloid
medanmagnetik
toroid
Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII276
Contoh 10.9
Tes Kompetensi Subbab C
Fisika Inti dan Radioaktivitas 277
D. Reaktor Nuklir, Bom Nuklir, dan Radioisotop1. Reaktor nuklir
Gambar 10.24Perancangan dasar reaktor Nuklirair-tekan.
Gambar 10.25Reaktor nuklir denganmoderator air
sistem utama sistem kedua
bahan bakar danmoderator
pelindung
kondensor
pompa
uap air
batangpengendali
air panasturbin uap
generator
Informasiuntuk Anda
Beberapa jenis limbah reaktor nuklirbersifat radioaktif. Limbah ini meng-hasilkan radiasi nuklir mematikanyang merusak sel-sel hidup. Beberapajenis limbah radioaktif dapatbertahan ribuan tahun. Oleh karenaitu, limbah yang disimpan rapatdalam peti kemas tertutup harusdipendam di bawah tanah. Untukmenangani limbah nuklir makaorang harus menggunakan pakaianseperti terlihat pada gambar berikut.
Some kind of the nuclear reactorwaste is radioactive material. Thiswaste produce deadly nuclearradiation that damage living cells.Some kind of radioactive waste canlast for thousand years. So, nuclearreactor waste placed in shielded boxmust be buried underground.Overcoming nuclear waste, peoplemust wear suit like you have seen thispicture.
Information for You
Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII278
Gambar 10.26Komponen-komponen dasar
sebuah reaktor atom: (1) terasreaktor; (2) elemen bahan bakar;
(3) moderator; (4) batang kendali;(5) shielding; (6) pendingin.
aliran panas
aliran dingin
uap ke turbin
air dingin
pompa
(1) (2)
(4)(5)
(3)
(6)
Sebuah reaktor nuklir tidak dapatmeledak seperti bom atom. Akantetapi, suatu kecelakaan pada pusattenaga nuklir dapat menimbulkanakibat yang merusak sejumlah besarwilayah sekitarnya. Pada 1986, terjadikecelakaan nuklir terbesar di pusattenaga nuklir Chernobyl di Ukraina.Kecelakaan ini melepaskan zatradioaktif ke dalam atmosfer danmengakibatkan gangguan kesehatanyang hebat pada penduduk di sekitarChernobyl. Penduduk di Eropa punmendapatkan dampak yang tidakkecil.
A nuclear reactor can not explode likeatom bomb. But, an accident in centreof the nuclear power can cause alarge destruction. In 1986, the biggestnuclear accident happened in theChernobyl nuclear power plant,Ukraine. This accident releasedradioactive material to theatmosphere and caused severe healthdisorder to civilians near by someEuropean also got the serious effect.
Informasiuntuk Anda
Information for You
Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1990
Fisika Inti dan Radioaktivitas 279
a. PLTN dengan Sistem PWR
b. PLTN dengan Sistem BWR
Tokoh
Otto Hann
Otto Hahn lahir di Frankfurt, Jerman. Iamendapatkan gelar Ph.D dariUniversitas Marburg pada 1901. Hahnmempelajari beberapa unsur radioaktif,termasuk aktinium dan thorium. Pada1917, ia dan Lise Meitner berbagipenghargaan atas penemuan logamradioaktif yang diberi nama protak-tinium. Pada 1944, Hahn mendapatkanhadiah Nobel bidang kimia untukkeberhasilannya dalam penemuanpembelahan inti. Proses pembelahaninti itu disebut fisi nuklir. Para ilmuwandi Amerika Serikat menggunakan hasilpenemuan Hahn ini untuk membuatbom atom pada awal 1940-an. Sejak saatitu penggunaan fisi nuklir untuk tujuandamai pun dikembangkan.
Sumber: Science Encyclopedia, 1998
Gambar 10.27Bagan PLTN dengan sistem PWR
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
reaktor PWR
generatorpembangkit
uappipa uap
generator
kondensator
pompa
pompa
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII280
2. Bom Nuklir
3. Radioisotopa. Pembuatan Radioisotop
Gambar 10.28Bagan PLTN dengan sistem BWR
Tantanganuntuk Anda
Mengapa molekul dari uranium(U–235) lebih cepat bergerakdaripada molekul U–238 padasuhu yang sama?
Tugas Anda 10.2Apakah Anda pernah mendengartragedi Chernobyl? Chernobylmerupakan pembangkit listriktenaga nuklir di Ukraina yangmengalami kebocoran. Carilahinformasi dari berbagai sumber,mengapa kebocoran ini bisa terjadi?
Kata Kunci• reaktor nuklir• reaktor daya• reaktor produksi isotop• reaktor penelitian• sistem PWR• sistem BWR
Sumber: Conceptual Physics, 1998
reaktor
air mendidih uap
turbin generatorpemindahpanas
pompa
kondensator
transformator
jaringan distribusitenaga listrik
Fisika Inti dan Radioaktivitas 281
b. Penggunaan Radioisotop
Kedua tangan ini memegangsebongkah uranium–235. Isotop dariuranium yang digunakan sebagaibahan dalam reaktor nuklir. Uraniummerupakan salah satu logam berat,sebongkah kecil uranium inimassanya 4,5 kg dan harganya lebihdari 200.000 dolar. Sebelummemegang uranium, tangan harusdilindungi dengan sarung tangankhusus.
This two hand hold a slab ofUranium-235. It is uranium isotopused as material in nuclear reactor.Uranium is one of the heavy metal,that small uranium slab weights 4,5kg and the price is more than 200.000dollars. Before holding uranium,hands must be covered by a specialhandgloves.
Informasiuntuk Anda
Tugas Anda 10.3Carilah foto-foto tentang kondisikota dan warga Hiroshima danNagasaki setelah pengeboman olehAmerika Serikat. Diskusikanlahbersama teman sekelas Andatentang dampak negatif bom atom.Diskusikan juga apakah ada dampakpositif dari bom atom.
Information for You
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII282
Gambar 10.29Magnetic Resonance Imaging
Gambar 10.30Karbon dapat digunakanuntuk menentukan usia
sebuah gulungan perkamenyang ditemukan di sebuah
gua di Laut Mati.
Mari Mencari Tahu
Tantanganuntuk Anda
Apakah radioisotop yangdisuntikkan ke dalam tubuh pasienuntuk mendiagnosis penyakit,membahayakan pasien itu sendiri?
Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
Fisika Inti dan Radioaktivitas 283
Tes Kompetensi Subbab D
Rangkuman
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII284
Peta Konsep
Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bagian-bagian penyusunan inti danbagaimana pengaruh rekayasa penyusun inti tersebut.Anda juga tentu telah memahami mengenairadioaktivitas dan peluruhan serta perhitungan-perhitungan yang ada di dalamnya. Dari keseluruhanmateri yang ada pada bab ini, bagian mana yang menurut
Refleksi
Anda sulit dipahami? Coba Anda diskusikan denganteman atau guru Fisika Anda.
Banyak sekali manfaat mempelajari Fisika Inti danRadioaktivitas. Salah satunya adalah dibangunnya PLTNyang hemat bahan bakar. Coba Anda cari manfaat lainmempelajari bab ini. Diskusikan hasilnya bersama teman-teman Anda.
Fisika Inti dan Radioaktivitas 285
Tes Kompetensi Bab 10
N
N0
1
2 N0
0 20 30 40
t
menit
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII286
287
Proyek Semester 2
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII288
Tes Kompetensi FisikaSemester 2
Tes Kompetensi Fisika Semester 2 289
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII290
1
61
8
23492
23492
50
100
10t (hari)
N (gram)
291
Tes Kompetensi Akhir
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII292
C1
C2
C3
C4
C5
P
S
Q
R
A
B
50 cm
Tes Kompetensi Akhir 293
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII294
295
Bab 1 Gejala GelombangTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 1A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 2 Gelombang ElektromagnetikTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 2A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 3 Gelombang BunyiTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Kunci Jawaban
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII296
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Subbab E
Tes Kompetensi Subbab F
Tes Kompetensi Bab 3A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 4 Medan Listrik, Potensial Listrik, danKapasitor
Tes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Bab 4A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 5 Medan MagnetikTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Bab 5A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Kunci Jawaban 297
Bab 6 Induksi ElektromagnetikTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 6A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Tes Kompetensi Fisika Semester 1A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 7 Radiasi Benda HitamTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII298
A. Pilihan Ganda
B. Soal uraian
Bab 8 Fisika AtomTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 9 Teori Relativitas KhususTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Kunci Jawaban 299
Tes Kompetensi Subbab B
A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Tes Kompetensi Subbab D
A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Tes Kompetensi Fisika Semester 2A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Tes Kompetensi AkhirA. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 10 Fisika Inti dan RadioaktivitasTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII300
ApendiksSimbol-Simbol Matematika
Rumus Trigonometri
Turunan Fungsi-Fungsi Tertentu
Rumus-Rumus Integrasi
Apendiks 301
Satuan-Satuan Dasar
Satuan-Satuan Turunan
Data Terrestrial
Data Astronomi
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII302
Konstanta Fisika
Faktor-Faktor Konversi