BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Sifat utama (kecuali massa) dari atom, molekul dan zat padat semuanya dapat dirunut dari kelakuan elektron atom, bukan pada kelakuan intinya. Akan tetapi inti sendiri tidak bisa dipandang kurang penting dalam skema besar dari benda. Misalnya keberadaan berbagai unsur timbul karena kemampuan inti untuk memiliki muatan listrik multi rangkap, dan informasi tentang kemampuan ini merupakan persoalan sentral dalam fisika. Lebih lanjut lagi, energi yang memberi kekuatan untuk berlangsungnya evolusi semesta yang berkesinambungan semuanya dapat dirunut pada reaksi nuklir dan transformasi nuklir. Dan juga, energi nuklir mempunyai penerapan penting pada pemakaian di bumi.
1.2 Sejarah Fisika Inti
o Tahun 1896, lahirnya fisika inti dimana Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium.
o Rutherford menunjukkan tiga tipe radiasi, yaitu alfa (Inti He), beta (electron) dan gama (foton berenergi tinggi).
o Tahun 1911, Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan dan memperoleh informasi tentang muatan inti serta gaya nuklir yang merupakan gaya jenis baru.
o Tahun 1919, Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali
o Tahun 1932, Cockcroft dan Walton pertama kali menggunakan pemercepat proton untuk menghasilkan reaksi inti.
o Tahun 1932, Chadwick menemukan neutron.
o Tahun 1933, Curies menemukan radioaktif buatan.
o Tahun 1938, Hahn adan Strassman menemukan fisi nuklir.
o Tahun 1942, Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol.
1.3 Inti Atom
Model atom yang paling sukses selama ini adalah model atom Bohr. Asumsi yang digunakan Bohr dalam model atom hidrogennya adalah:
1. Elektron bergerak mengelilingi inti dibawah pengaruh gaya Coulomb.
2. Hanya orbit elektron tertentu yang stabil (energi elektron tetap).
3. Radisi diemisikan oleh atom ketika elektron berpindah dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendah.
Inti atom bermuatan positif yang terdiri atas proton, tetapi apakah hanya ada proton dalam Inti? Berikut dijelaskan penemuan neutron dalam inti. Pada tahun 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dengan partikel alfa, ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dengan energi 5.7 MeV. Identifikasi pertama kali tentang radiasi netral tersebut
BAB II
PEMBAHASAN
MODEL TETESAN CAIRAN
Model tetes cairan, yang mengkaji sifat-sifat makroskopik dari sebuah inti, yang meliputi: Energetik setiap nukleon, energi ikat inti, ukuran dan bentuk inti serta distribusi nukleon. Model ini mengasumsikan bahwa setiap nukleon bersifat sama (hanya berbeda muatan saja).
Struktur atom ditemukan oleh Rutherford, ahli fisika inggris,pada tahun 1911. Tetapi struktur atom Rutherfrod (struktur atom menurut pengamatan rutherfrod) kurang jelas. MenurutRutherfrod atom terdiri dari inti yang dikelilingi planet. Tapi Rutherfrod tidak dapat menjelaskan berapa jauh jarak elektron dari inti. Bohr memperbaiki model atom Rutherfod.
Dalam membahas sifat-sifat nukleus terdapat tiga model inti yang dianggap sebagai dasar dalam membahas sifat-sifat nukleus tersebut. Model-model inti tersebut antara lain Model tetes cairan, Model kulit inti, Model kolektif inti. Ketiga model inti tersebut akan diuraikan sebagai berikut. (Retug, 2005)
Gambar. stuktur model tetesan cairan
Model tetes cairan dikembangkan oleh Niels Bohr, Wheeler, dan Frenkel. Model ini memperlakukan inti sebagai suatu massa homogen dan setiap nukleon berinteraksi secara kuat dengan tetangga terdekatnya (Bunbun Bunjali, 2002). Nukleon-nukleon penyusun nucleus saling tarik-menarik sehingga jarak antar nucleon menjadi sangat rapat. Gaya interaksi adalah gaya jarak pendek yang bersifat jenuh dan tidak tergantung pada muatan dan spin nukleon, sehingga energi interaksi antarnukleon merupakan fungsi kontinu dari massa inti ( nomor massa A). Nukleon-nukleon yang ada di permukaan nukleus mendapatkan gaya tarikan yang lebih kuat kearah dalam nucleus cenderung menjadi bulat seperti setetes cairan. (Retug, 2005)
C. V. Wieszacker pada tahun 1935 mendapati bahwa sifat-sifat inti berhubungan dengan ukuran, masa dan energi ikat. Hal ini mirip dengan yang dijumpai pada tetes cairan. Kerapatan cairan adalah konstan, ukurannya sebanding dengan jumlah partikel atau molekul di dalam cairan, dan penguapannya (energi ikatnya) berbanding lurus dengan massa atau jumlah partikel yang membentuk tetesan. Selain itu, model tetes cairan memberikan dasar perhitungan energi pengikat inti dan massa atom secara inti empirik yang dapat diaplikasikan dalam menghitung tetapan jari-jari nuklir dan memperkirakan nuklida stabil pada deret isobarik peluruhan.
Gambar 2 model tetesan cairan
Model ini disebut model tetes cairan karena adanya sejumlah kesamaan kelakuan antara inti dan tetesan suatu cairan. Kesamaan kelakuan tersebut adalah:
(1). Baik tetes cairan maupun inti, keduanya bersifat homogen dan tidak dapat dimamfatkan. Tetes cairan tersusun oleh sejumlah atom atau molekul , sedangkan inti tersusun atas nukleon . Implikasi dari hal ini adalah volume inti sebanding dengan massa A. Maka jari-jari inti R = r0 A , dengan r0 suatu tetapan dengan orde 1,2 – 1,5 F.
(2). Kemiripan inti dengan tetesan larutan ideal ditunjukkan dengan anggapan bahwa gaya interaksi antarnukleon adalah sama, tidak memperhatikan muatan maupun spin nukleon, yakni f n-n f n-p f p-p
Hal ini didukung oleh fakta bahwa energi pengikat inti pada pasangan “ inti cermin” adalah hampir sama, yaitu penggantian gaya p-p oleh gaya n-n tidak memberikan pengaruh yang berarti terhadap energi pengikat total
(3). Analog dengan suatu tetes cairan, inti atom akan menunjukkan adanya gaya tegangan permukaan, gaya yang sebanding dengan luas permukaan inti, sehingga terdapat gaya sebanding dengan A .
(4) Gambaran umum untuk tetes cairan, yaitu dapat terjadi penggabungan tetesan kecil menjadi tetesan yang lebih besar atau sebaliknya, pemecahan tetesan besar menjadi tetesan yang lebih kecil. Hal ini ada kemiripan dengan reaksi fusi dan fissi pada reaksi inti.
(5). Jika tetes cairan atau inti ditembaki dengan partikel berenergi tinggi, partikel penembak ditangkap dan terbentuk suatu inti gabungan (inti majemuk). Kemudian tambahkan eneri partikel yang tertangkap akan secara cepat didistriusika kepada semua partikel dalam tetesan atau nukleon-nukleon dalam inti. Proses termalisasi energi ini dalam inti gabunga dapat berlangsung dalam waktu 10 – 10 detik, berantung pada kecepatan partikel penembak.
(6). Pelepasan kelebihan energi (dieksitasi) pada tetesan atau inti majemuk dapat dilakukan melalui proses berikut :
Pada Tetesan Pada Inti Majemuk
• Pendinginan dengan melepaskan panas
• Penguapan sejumlah partikel
• Pemecahan tetesan menjadi dua tetesan yang lebih kecil • Pendinginan dengan memancarkan radiasi
• Pemancaran satu atau lebih partikel
• Pembelahan inti menjadi dua inti yang lebih kecil
Nukleon-nukleon yang berbeda jenis setelah membentuk nukleus menjadi satu-kesatuan, dan tidak lagi sebagai nukleon yang berdiri-sendiri. Bila nukleus menerima suatu aksi dari luar maka seluruh nukleon penyusun nukleus memberikan aksi secara bersama-sama.
Dalam keadaan tereksitasi sifat dari nukleus menjadi tidak stabil. Untuk mencapai kestabilan kembali nukleus akan melakukan reaksi nuklir. Hasil dari reaksi nuklir dapat berwujud energi panas, radiasi partikel dan gelombang elektromagnet. Terpancarnya partikel-partikel dari nukleon dapat dianalogkan dengan teruapkannya melekul-molekul air dari tetes cairan.
Model tetes cairan juga mampu menjelaskan mekanismelogis dari reaksi inti berenergi rendah, menjelaskan gejala pembelahan dan penggabungan inti. Selain itu, model tetes cairan memberikan dasar perhitungan energi pengikat inti dan massa atom secara inti empirik yang dikemukakan Weizsacker yang dapat diaplikasikan dalam menghitung tetapan jari-jari nuklir dan memperkirakan nuklida stabil pada deret isobarik peluruhan.
Pembenaran untuk model tetes cairan:
Asumsi dasar dari model tetes cairan adalah bahwa inti bermuatan, tetesan cairan non polar dipertahankan oleh gaya inti. Dalam kasus sederhana analogi kimiawi misalkan tetesan molekul non polar CCl4 atau isopentana yang dipertahankan oleh gaya Vander Waal. Untuk sistem tersebut berlaku sifat-sifat sebagai berikut:
• Gaya tarik yang dirasakan pada jarak yang sangat kecil, misalnya, pada sebuah bidang batas yang relatif tajam pada permukaan, hal ini sesuai dengan keadaan keseragaman kerapatan bola atau distribusi nukleon Wood-Saxon.
• Gaya pada keadaan jenuh, misalnya, semua nukleon berada dalam bentuk cairan terikat sama kuat, tidak bergantung pada radius.
• Inti yang tak termampatkan berada pada keadaan dasar memiliki distribusi kerapatan yang seragam dan memiliki rata-rata energi ikat yang sama.
• Tegangan permukaan terbentuk karena hilangnya ikatan antar nukleon di permukaan inti, efek ini menimbulkan bentuk bulat untuk meminimalkan energi permukaan.
Perbedaan signifikan antara tetes cairan klasik dan inti haruslah diperhitungkan dalam model ini. Misalnya:
• Inti hanya memiliki jumlah partikel yang sangat kecil (<270) jika dibandingkan dengan keadaan kimiawi (~1023). Hasilnya adalah perbandingan yang terlalu besar antara jumlah nukleon yang berada pada permukaan tetes inti dan permukaan tetes kimiawi.
• Nukleon terdiri dari dua komponen yaitu netron dan proton.
• Proton bermuatan positif, interaksi antar proton akan mengurangi gaya ikat inti karena muatan yang sejenis akan saling tolak-menolak sesuai dengan hukum Coulomb. Sebuah analog dengan keadaan kimiawi dari klaster Xe dan ion Xe+ yang saling terikat oleh gaya yang lebih kuat dari gaya Vander Waal.
• Keadaan mikroskopik seperti pada struktur kulit tidak berlaku utuk model ini.
Model tetes cairan menuntun kita pada formula massa semi empirik (ketergantungan massa nukleus pada A dan Z).
Eb= a1A- a2A 2/3- a3Z2A-1/3- a4(A-2Z )2 A-1± a5 A-3/4
Konstanta diperoleh secara eksperimen:
a1 = 14 MeV a4 = 19,3 MeV
a2= 13 MeV a5= 33,5 MeV
a3= 0.69 MeV
Konstanta b5 ditentukan dengan skema berikut:
Rata-rata energi ikat per nukleon dapat dihitung sebagai berikut:
Kerapatan setetes cairan tidak bergantung pada ukurannya. Dengan begitu, jika tetes itu menyerupai bola, maka radiusnya sebanding dengan akar 3 jumlah molekulnya.
Hal serupa ditemui pada inti, bahwa radius inti (inti dianggap menyerupai bola) sebanding dengan A^1/3, sehingga kerapatannya tidak bergantung pada ukuranya.Energi ikat tiap molekul sama, sehingga energi yang diperlukan untuk memisahkan semua molekul cairan itu sebanding dengan jumlah molekulnya. Pada inti diketahui hal serupa, bahwa energi ikat rata-rata per nukleon (fraksi ikat) konstan, yang berarti, energi yang diperlukan untuk memisahkan semua nukleon sebanding dengan jumlah nukleon.
Gambar. grafik model tetesan air
Pada energi ikat tetes cairan tersebut di atas, dikenakan koreksi efek permukaan, dikarenakan molekul cairan di permukaan kurang terikat dibanding molekul di dalam tetes cairan. Untuk energi ikat inti berlaku juga koreksi efek permukaan serupa.
Menurut model tetes cairan, inti berperilaku seperti layaknya setetes cairan. Model ini termasuk model collective (model collective yang pertama)
PENUTUP
KESIMPULAN
Model tetes cairan dikembangkan oleh Niels Bohr, Wheeler, dan Frenkel. Model ini memperlakukan inti sebagai suatu massa homogen dan setiap nukleon berinteraksi secara kuat dengan tetangga terdekatnya (Bunbun Bunjali, 2002). Nukleon-nukleon penyusun nucleus saling tarik-menarik sehingga jarak antar nucleon menjadi sangat rapat. Gaya interaksi adalah gaya jarak pendek yang bersifat jenuh dan tidak tergantung pada muatan dan spin nukleon, sehingga energi interaksi antarnukleon merupakan fungsi kontinu dari massa inti ( nomor massa A). Nukleon-nukleon yang ada di permukaan nukleus mendapatkan gaya tarikan yang lebih kuat kearah dalam nucleus cenderung menjadi bulat seperti setetes cairan. (Retug, 2005)
Model ini disebut model tetes cairan karena adanya sejumlah kesamaan kelakuan antara inti dan tetesan suatu cairan. Kesamaan kelakuan tersebut adalah:
(1).Baik tetes cairan maupun inti, keduanya bersifat homogen dan tidak dapat dimamfatkan. Tetes cairan tersusun oleh sejumlah atom atau molekul , sedangkan inti tersusun atas nukleon . Implikasi dari hal ini adalah volume inti sebanding dengan massa A. Maka jari-jari inti R = r0 A , dengan r0 suatu tetapan dengan orde 1,2 – 1,5 F.
(2). Kemiripan inti dengan tetesan larutan ideal ditunjukkan dengan anggapan bahwa gaya interaksi antarnukleon adalah sama, tidak memperhatikan muatan maupun spin nukleon, yakni f n-n f n-p f p-p
Hal ini didukung oleh fakta bahwa energi pengikat inti pada pasangan “ inti cermin” adalah hampir sama, yaitu penggantian gaya p-p oleh gaya n-n tidak memberikan pengaruh yang berarti terhadap energi pengikat total
(3). Analog dengan suatu tetes cairan, inti atom akan menunjukkan adanya gaya tegangan permukaan, gaya yang sebanding dengan luas permukaan inti, sehingga terdapat gaya sebanding dengan A .
(4) Gambaran umum untuk tetes cairan, yaitu dapat terjadi penggabungan tetesan kecil menjadi tetesan yang lebih besar atau sebaliknya, pemecahan tetesan besar menjadi tetesan yang lebih kecil. Hal ini ada kemiripan dengan reaksi fusi dan
fissi pada reaksi inti.
(5). Jika tetes cairan atau inti ditembaki dengan partikel berenergi tinggi, partikel penembak ditangkap dan terbentuk suatu inti gabungan (inti majemuk). Kemudian tambahkan eneri partikel yang tertangkap akan secara cepat didistriusika kepada semua partikel dalam tetesan atau nukleon-nukleon dalam inti. Proses termalisasi energi ini dalam inti gabunga dapat berlangsung dalam waktu 10- 10 detik, berantung pada kecepatan partikel penembak.
(6). Pelepasan kelebihan energi (dieksitasi) pada tetesan atau inti majemuk dapat dilakukan melalui proses berikut :
Pada Tetesan
* Pendinginan dengan melepaskan panas
* Penguapan sejumlah partikel
* Pemecahan tetesan menjadi dua tetesan yang lebih kecil
Pada Inti Majemuk:
* Pendinginan dengan memancarkan radiasi
* Pemancaran satu atau lebih partikel
* Pembelahan inti menjadi dua inti yang lebih kecil
Nukleon-nukleon yang berbeda jenis setelah membentuk nukleus menjadi satu-kesatuan, dan tidak lagi sebagai nukleon yang berdiri-sendiri. Bila nukleus menerima suatu aksi dari luar maka seluruh nukleon penyusun nukleus memberikan aksi secara bersama-sama.
Dalam keadaan tereksitasi sifat dari nukleus menjadi tidak stabil. Untuk mencapai kestabilan kembali nukleus akan melakukan reaksi nuklir. Hasil dari reaksi nuklir dapat berwujud energi panas, radiasi partikel dan gelombang elektromagnet. Terpancarnya partikel-partikel dari nukleon dapat dianalogkan dengan teruapkannya melekul-molekul air dari tetes cairan.
Model tetes cairan juga mampu menjelaskan mekanismelogis dari reaksi inti berenergi rendah, menjelaskan gejala pembelahan dan penggabungan inti. Selain itu, model tetes cairan memberikan dasar perhitungan energi pengikat inti dan massa atom secara inti empirik yang dikemukakan Weizsacker yang dapat diaplikasikan dalam menghitung tetapan jari-jari nuklir dan memperkirakan nuklida stabil pada deret isobarik peluruhan .
DAFTAR PUSTAKA
www.community.undip.ac.id.2010...model-tetesan-cairan
www.scribd.com/doc/40055520/model-inti-3
Tidak ada komentar:
Posting Komentar