Struktur Inti

Struktur Inti

• Inti atom - terdapat pada pusat atom -menepati sekitar 10-15 bagian volume atom. inti atom menghasilkan gaya tarik elektrik yang

menghimpun atom menjadi satu kesatuan. Bila gaya tarik Coulomb oleh inti atom tidak ada, gaya tolak-menolak antara elektron akan memisahkan kesatuan atom tadi.

gaya apakah yang mengatasi gaya tolak antara muatan positif inti sehingga inti atom tidak berantakan?

• Terdapat dua perbedaan utama antara kajian tentang sifat atom dan inti atom.

• Dalam fisika atom, elektron merasakan gaya yang ditimbulkan inti

• ;dalam fisika inti, tidak ada campur tangan gaya dari luar. • Partikel-partikel penyusun inti atom bergerak kesana

kemari di bawah pengaruh gaya yang mereka timbulkan sendiri.

• Interaksi timbal balik antar elektron memang mempengaruhi tetapi relatif kecil.

• Dalam fisika inti, interaksi timbal – balik antara pertikel penyusunlah yang memberikan gaya inti.

Partikel penyusun inti ( nucleon ),

• Partikel penyusun inti atau biasa disebut juga nukleon adalah proton dan neutron.

Proton:

• bermuatan positif

• Muatan 1e

• Spin ½

• Massa 1,00727647 u

• Momen magnetik + 2,7927

• Faktor g; 5,59

neutron

• Tidak bermuatan( netral)

• Spin ½

• Massa 1,00866501u

• Momen magnetik – 1.9135

• Faktor g : -3,83

• 1e = 1,602189 x 10 -19 coulomb

• 1 u = 1,660566 x10-27 kg = 931,502 MeV/c2

• μN (magneton inti) = 3,15245 x 10-5 eV/T

Lambang Inti

• Lambang inti

• A ; nomor massa

• Z : nomor proton

N : nomor neutron

• X : simbol unsur kimia.

A

z NX

Contoh

• inti helium Z = 2, N =2 dan A = 4. isotop helium , Z = 2 , N =1 dan A =3

4

2 He3

2 He

Klasifikasi nuklida

Satuan

• • Satuan di dalam Fisika Inti • Panjang ,dalam Fermi atau femtometer (fm) , 1 fm = 10-15

m, misal untuk jari-jari • Luas dalam barn( b ) 1b = 10-28 m2 ,misal penampang

hamburan • Massa inti, dalam satuan massa atom u,atau sma atau

amu. • 1 amu = 1/12 x massa 12C • = 1,6604 x 10-27 kg • = 931.502 MeV/c2

•

• Jari-jari inti

• Dari hasil eksperiment , hubungan rapat muatan terhadap jarak radial seperti terlihat pada gambar

• Gambar 1.

• • Diperoleh bahwa rapat inti tidak bergantung pada nomor massa . Jumlah proton dan

neutron tiap satuan volume kurang lebih tidak berubah di seluruh inti atom • Jika diasumsikan inti berbentuk bola ukuran inti dinyatakan dalam R, hasil experimen

menunjukkan bahwa : , A ∞ R3 R ∞ A1/3 R = R0 A

1/3

3

konstan

4 inti

3

jumlah proton dan netron A

volumeR

Inti Cermin ( mirror nuclei )

• Untuk pasangan inti cermin ( mirror nuclei ) diperoleh bahwa perbedaan energi coulomb inti yang bersangkutan seperti terlihat pada persamaan berikut

2

22

0

31

5 4c

eE Z Z

R

2

0

32 1

5 4

eZ

R

1/3

0R R

Jika Z mempresentasikan nomor atom yang lebih tinggi, maka N menyatakan Z-1, dan A = 2Z -1 dengan R = Ro

1/3 2

2/3

0 0

3

5 4c

eE A

R

2

0

3 1

5 4c

QE

R

Contoh Pasangan Inti Cermin

13 13

7 6 6 7 , N C

39 39

20 19 19 20 , Ca K

Grafik hubungan antara dan 2/3AcE

Energi ikat (binding energy) inti

• Proton dan neutron di dalam inti diikat menjadi satu kesatuan oleh suatu gaya antar nukleon. Diantara nukleon di dalam inti bekerja gaya tolak jarak pendek sedemikian rupa sehingga menyebabkan inti memiliki kerapatan yang hampir konstan dan jari-jari inti R sebanding dengan A1/3.

• Neutrón senantiasa memancarkan partikel ,ketika partikel menghampiri proton ia akan tertarik oleh proton dengan suatu gaya tarik yang kuat gaya gaya dipancar oleh proton, hal serupa juga untuk proton.

•

Energi

• Energi massa inti ( ) dari suatu nuklida sama dengan energi massa atom dikurangi energi total massa Z elektron dan energi ikat elektron total.

•

• Bi : energi ikat elektron

2

Nm c

2 2 2

1 1

Z

N A e im c m c Zm c B

Energi ikat inti

• Energi ikat (binding energy) suatu inti dapat dihitung dari perbedaan antara energi massa inti dan energi massa partikel penyusunnya (proton dan neutron)

2Aem X Zmp nB Zm Nm c

Sistematika Energi Ikat inti

• Energi ikat total suatu inti berubah terhadap jumlah nucleon (A).

• Untuk melihat sistematika secara umum akan lebih praktis apabila meninjau energi ikat per nukleon ( B/A )

• Energi ikat rata-rata per nucleon (adalah energi ikat total dari suatu inti dibagi dengan banyaknya nucleon dalam inti tersebut) .

Energi ikat per nukleon terhadap nomor massa

Energi separasi Netron

• Energi separasi neutrón adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan sebuah neutrón dari sebuah inti , yang besarnya sama dengan perbedaan energi ikat inti induk dengan energi ikat inti anak

•

•

1

1

1 2

1

A A

n Z N Z N

A A

n Z N Z N n

S B X B X

S m X m X m c

Energi Separasi Proton

• Energi separasi proton adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan satu proton dari sebuah inti

1

1

1 1 2

1 =

A A

p Z N Z N

A A

Z N Z N

S B X B X

m X m X m H c

Massa defects dan energi separasi dari beberapa nuklida

• Nuklida ∆ ( MeV) Sn (MeV) Sp ( MeV)

-4,373 15,66 12,13

-0,810 4,14 13,78

+1,952 16, 81 0,60

-34,847 15,64 8,33

-35,138 8,36 8,89

- 28,655 16,19 1,09

- 21,759 7,37 8,01

- 17,624 3,94 8,15

-18,268 7,46 3,80

16O17O17F40Ca41Ca41Sc208Pb209Pb209BiTabel 2:. massa defect, energi ikat dan energi separasi dari beberapa unsur

16O17O17F

40Ca

41Ca

41Sc208Pb

209Pb209Bi

Energi Ikat Model Tetes Cairan. Inti dimodelkan sebagai tetes cairan dengan

kerapatan konstan memungkinkan untuk menjelaskan energi ikat inti yang teramati.

Rumus massa semiempiris untuk menjelaskan energi ikat inti pertama kali

diperkenalkan Weizsacker. ( 1935 ), dengan mendefinisikan massa inti sebagai berikut:

Rumus massa semiempiris Weizsacker

•

• • B(A,Z) adakah energi ikat inti yang diparameterisasi

menggunakan 5 suku sebagai berikut

2

1

2

( , ),

,,

n p e

n

B A ZM A Z Nm Zm Zm

c

B A ZM A Z Nm Zm H

c

2

2/3 1/32

1v s c sym

A ZB a A a A a Z Z A a

A

• Dengan nilai-nilai koefisienya sebagai berikut:

•

3/4

3/4

15,5

16,8

0,72

23

34

v

s

c

sym

p

p

p

a MeV

a MeV

a MeV

a MeV

a MeV

a A untukZgenap

a A untukZganjil

• Untuk nilai A konstan (isobar ), hubungan M dan Z menghasilkan kurva parabola seperti terlihat pada gambar.7

• Untuk menentukan Z minimum dapat dicari dari

•

• Untuk A kecil , Z minimum = A/2 , dan untuk A besar , Z minimum < A/2.

1 1/3

min 1/3 1

min2/3

0

4

2 8

1

121 /

4 sym

n c sym

c sym

c

M

Z

m m H a A aZ

a A a A

AZ

A a a

• Dengan mengetahui Z minimum kita dapat menentukan nuklida mana yang lebih stabil dalam suatu isobar.

• Kurva hubung an antara M terhadap Z , untuk A ganjil ( A = 125 ) , sebelah kiri dan sebelah kanan untuk A genap ( A = 128 ) seperti diperlihatkan pada gambar 7.

• Soal kuis: Tentukan nuklida yang lebih setabil dari isobar dengan: a. A =25, b. A = 125 c. A = 128

gambar 7

Momentum sudut inti( I ) dan paritas (π )

• Momentum sudut inti ( I ) • Inti merupakan sistem terisolasi , yang memiliki momentum sudut total tertentu • Setiap nukleon di dalam inti memiliki momentum sudut orbital dan mom

entum sudut spin s yang keduanya menentukan momentum sudut total j . Momemtum sudut total keseluruhan nukleon dalam suatu inti disebut spin inti atau spin diberi simbol I . Spin inti memenuhi semua sifat vektor momentum sudut mekanika kuantum. Besar vek tor momentum sudut

• Spin dipengaruhi oleh medan magnet, pada medan maget cukup I pecah menjadi 2I+1 ( efek Zeeman )

• Momentum sudut total individu j adalah bilangan setengah bulat, dan s = ½ • Mis j = ½ ; 3/2 ; 4/2 .......) komponen momentum sudut pada sumbu z . • Jika jumlah nukleon merupakan bilangan ganjil ,maka spin inti akan merupakan

bilangan setengah bulat , dan jika jumlah nukleon merupakan bilangan genap maka spin inti merupakan bilangan bulat.

• Inti dengan A ganjil , I : setengah bulat • Inti dengan A bulat , I : bilangan bulat (25 feb 2013)

2 2 1 dan ,......,zI I I I m m I I