disini - WordPress.com
advertisement
Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi CATATAN KULIAH INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI Diah Ayu Suci Kinasih -24040115130099Departemen Fisika Universitas Diponegoro Semarang 2016 Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi Interaksi Radiasi Dengan Materi Secara umum interaksi radiasi dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu interaksi radiasi partikel bermuatan, yaitu radiasi 𝛼 dan 𝛽 ; radiasi partikel tidak bermuatan yaitu radiasi neutron; dan radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yaitu radiasi 𝛾 dan sinar-X. 1. Interaksi Radiasi Partikel Bermuatan Terdapat tiga kemungkinan interaksi radiasi partikel bermuatan ketika mengenai materi yaitu proses ionisasi, proses eksitasi, dan proses bremstrahlung. 1.1 Proses Ionisasi Ketika radiasi partikel bermuatan melalui materi maka terdapat beberapa elektron yang akan terlepas dari lintasannya karena adanya gaya tarik Coulomb. Proses terlepasnya elektron dari suatu atom dinamakan sebagai proses ionisasi. Setelah terjadi proses ionisasi maka atom tersebut akan bermuatan positif (ion positif). Energi radiasi yang datang akan berkurang setelah melakukan proses ionisasi. Elektron yang terlepas dari ikatannya tersebut (ion negatif) akan menjadi elektron bebas yang tidak mempunyai energi kinetik dan bebas bergerak secara random di medium. 1.2 Proses Eksitasi Proses ini mirip dengan proses ionisasi, perbedaannya, dalam proses eksitasi ini elektron tidak sampai lepas dari atomnya hanya berpindah ke lintasan yang lebih luar. Setelah terjadi proses eksitasi maka atom tersebut akan berubah menjadi atom yang tereksitasi. Sebagaimana proses ionisasi, energi radiasi yang datang akan berkurang setelah mela-kukan proses eksitasi. Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi Atom yang berada dalam keadaan tereksitasi ini akan segera kembali ke keadaan dasarnya (ground state) dengan melakukan transisi elektron. Salah satu elektron yang berada di lintasan luar akan berpindah mengisi kekosongan di lintasan yang lebih dalam sambil memancarkan sinar-X karakteristik. 1.3 Proses Brehmstrahlung Proses ini lebih dominan terjadi pada interaksi radiasi beta dan elektron karena massa dan muatan partikel beta relatif lebih kecil sehingga kurang diserap oleh materi dan daya tembusnya lebih tinggi dibandingkan dengan partikel 𝛼. Dengan adanya gaya elektrostatik, radiasi 𝛽 atau elektron yang bergerak mendekati inti akan dibelokkan. Perubahan arah gerak ini akan menyebabkan perubahan momentum yang menyebabkan pancaran energi gelombang elektromagnetik (foton). Foton tersebut dinamai sinar-X brehmstrahlung (bedakan dengan sinar-X karakteristik yang dihasilkan oleh transisi elektron). 2. Interaksi Radiasi Neutron Radiasi neutron dihasilkan dari proses reaksi fisi, misalnya di reaktor nuklir, atau dari neutron generator (akselerator ataupun zat radioaktif). Neutron sendiri merupakan partikel yang mempunyai massa tetapi tidak bermuatan listrik sehingga interaksinya dengan materi lebih banyak bersifat mekanik, yaitu tumbukan antara neutron dengan atom (inti atom) bahan penyerap, baik secara elastik maupun tak elastik. 2.1 Tumbukan Elastik Tumbukan elastik adalah tumbukan di mana total energi kinetik partikelpartikel sebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah. Dalam tumbukan elastik, sebagian energi neutron diberikan ke inti atom yang ditumbuknya sehingga atom tersebut terpental sedangkan neutronnya dibelokkan/ dihamburkan. Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai massa yang sama, atau hampir sama dengan massa neutron (misalnya atom Hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom tersebut cukup besar. 2.2 Tumbukan Tak Elastik Proses tumbukan tak elastik sebenarnya sama saja dengan tumbukan elastik, tetapi energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan berbeda. Ini terjadi bila massa atom yang ditumbuk neutron jauh lebih besar dari massa neutron. Setelah tumbukan, atom tersebut tidak terpental, hanya bergetar, sedang neutronnya terhamburkan. Dalam peristiwa ini, energi neutron yang diberikan ke atom yang ditumbuknya tidak terlalu besar sehingga setelah tumbukan, energi neutron tidak banyak berkurang. Oleh karena itu, bahan yang mengandung atom-atom dengan nomor atom besar tidak efektif sebagai penahan radiasi neutron. 3. Interaksi Radiasi Gelombang Elektromagnetik gelombang elektromagnetik sebenarnya sangat banyak, yang dibedakan atas panjang gelombang atau tingkat energinya. Interaksi yang dibahas disini hanyalah interaksi sinar-X dan sinar gamma saja, yaitu radiasi foton yang dapat mengionisasi materi meskipun secara tidak langsung. Terdapat tiga kemungkinan proses interaksi 𝑠𝑖𝑛𝑎𝑟 𝛾 dan sinar-X dengan materi yaitu efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan. 3.1 Efek Fotolistrik Dalam proses efek fotolistrik, radiasi gelombang elektromagnetik yang datang mengenai atom seolah-olah “menumbuk” salah satu elektron dan memberikan seluruh energinya sehingga elektron tersebut lepas dari lintasannya. Elektron yang dilepaskan dalam proses ini disebut fotoelektron, mempunyai energi sebesar energi radiasi yang mengenainya. Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi Efek fotolistrik sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi rendah, kurang dari 0,5 MeV dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z = 82) daripada tembaga (Z = 29). 3.2 Hamburan Compton Proses hamburan Compton sebenarnya menyerupai efek foto listrik, perbedaannya hanya sebagian saja energi radiasi yang diberikan ke elektron (fotoelektron), sedangkan sisanya masih berupa gelombang elektromagnetik yang dihamburkan. Pada hamburan Compton, foton dengan energi hλi berinteraksi dengan elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi ℎ𝜆𝑜 dihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi kinetik elektron (Ee) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar. 𝑒 𝑖 𝑜 𝐸 = ℎ𝜆 − ℎ𝜆 Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi sedang (di atas 0,5 MeV) dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa (Z) yang rendah. 3.3 Produksi Pasangan Proses produksi pasangan hanya terjadi bila energi foton lebih besar dari 1,02 MeV dan foton tersebut berhasil mendekati inti atom. Radiasi foton ketika berada di daerah medan inti akan lenyap dan berubah menjadi sepasang elektron – positron. Positron adalah partikel yang identik dengan elektron tetapi bermuatan positif. Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV. 3.4 Ionisasi Tidak Langsung Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik tersebut di atas terlihat bahwa semua interaksi menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau positron) yang berenergi. Elektron atau positron yang berenergi tersebut dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung. Referensi: Alatas, Zubaidah dkk. Buku Pintar Nuklir. Penerbit Batan.* *Untuk buku pintar Nuklir dapat di unduh pada link berikut : Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected] Rangkuman Fisika Nuklir Interaksi Radiasi Dengan Materi *** Terimakasih telah mengunduh dan membaca Rangkuman Fisika Nuklir tentang Interaksi Radiasi dengan Materi. Saya menyadari bahwa rangkuman diatas belum sepenuhnya lengkap dan sesuai dengan standar kompetensi yang di capai sebagai bahan belajar mata kuliah yang mencakup tentang Interaksi Radiasi dan Materi, oleh karena itu sangat di sarankan untuk membaca dan memahami bukubuku text book yang berkaitan dengan materi. Semoga Bermanfaat *** Undergraduate Physics Student at Diponegoro University More info : [email protected]
