Peluruhan Beta
By:
Ignasius Bagus Asmarianto and Megawaty Elyna Magnolia Kumambong
Class of Education of Teacher in International School Level, Physics Department, Manado State University
Dalam peluruhan beta, sebuah proton berubah menjadi neutron atau sebaliknya (neutron menjadi proton).
n→p
atau
p→n
Jadi Z dan N masing-masinng berubah satu satuan, tetapi A tidak berubah.
Pada peluruhan beta, yang paling utama adalah sebuah neutron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron.
n→ p+e
Ketika proses peluruhan ini pertama kali dipelajari, partikel yang dipancarkan disebut partikel beta, kemudian baru diketahui bahwa partikel itu adalah elektron.
Elektron yang dipancarkan pada peluruhan beta bukanlah elektron kulit atom dan juga bukan elektron yang semula berada dalam inti. Tetapi elektron ini diciptakan oleh inti dari energi yang ada. Jika ada beda energi diam sekurang-kurangnya, maka penciptaan elektron sangat mungkin terjadi.
Terdapat 3 proses pada ketidakstabilan beta:
1) Peluruhan Beta Minus (ß-)
2) Peluruhan Beta Plus (ß+)
3) Proses Penangkapan Elektron (Electron Capture)
Ø Proses Peluruhan Beta
Peluruhan Beta adalah merupakan peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron atau positron) dengan kemampuan ionisasi lebih rendah dari partikel ![]()
. Radiasi beta dapat berupa pemancaran sebuah elektron disebut peluruhan beta minus (ß-), dan pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (ß+).
Peluruhan beta minus (ß-) adalah proses perubahan dari neutron menjadi proton (sebagai inti anak) dan pemancaran elektron disertai dengan pembebasan sebuah antineutrino 
dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan:
dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan:
Contoh reaksi kimia pada proses peluruhan beta minus:
Nilai Q bagi peluruhan ini adalah:
Energi yang dilepaskan dalam peluruhan ini (nilai Q) muncul sebagai energi antineutrino, energi kinetik elektron, dan sejumlah kecil energi kinetik pental inti X’ (biasanya dapat diabaikan). Elektron memiliki energi kinetik maksimumnya apabila energi antineutrino hampir nol.
ü Peluruhan Beta Plus (ß+)
Peluruhan beta plus (ß+) adalah proses perubahan dari proton menjadi neutron (sebagai inti anak) dan pemancaran elektron disertai dengan pembebasan sebuah neutrino (v) dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan:
Contoh reaksi kimia pada proses peluruhan beta plus:
Nilai Q bagi peluruhan ini adalah:
Pada peluruhan beta plus tidak dapat terjadi dalam isolasi, sebab harus ada suplai energi dalam proses “penciptaan” massa, karena massa neutron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa proton (sebagai inti induk).
ü Proses Penangkapan Elektron (Electron Capture)
Proses penangkapan elektron merupakan proses proton dalam inti menyerap elektron orbital (elektron di kulit) dan dinyatakan dengan persamaan peluruhan:
Disini sebuah proton menangkap sebuah elektron dari orbitnya dan beralih menjadi sebuah neutron ditambah sebuah neutrino. Elektron yang diperlukan bagi proses ini adalah elektron pada orbit terdalam sebuah atom, dan proses penangkapan ini kita cirikan dengan kulit asal elektronnya: tangkapan kulit-K, tangkapan kulit-L, dan seterusnya. (Tentu saja, orbit elektron yang dekat, atau bahkan menembus, inti atom memiliki probabilitas yang lebih tinggi untuk ditangkap). Tangkapan elektron tidak terjadi bagi proton bebas, tetapi dalam inti atom prosesnya:
Nilai Q bagi peluruhan ini adalah:
Ø Karakteristik Partikel/Sinar Beta
Dibandingkan dengan partikel alfa, partikel beda adalah sangat kecil. Partikel beta (negatif) ini memiliki satu satuan muatan elementer negatif dan massanya dapat diabaikan terhadap massa partikel alfa. Partikel beta ini pada dasarnya identik dengan elektron yang mengorbit di atom penyerap (dengan muatan listrik yang sama), dapat menyebabkan terjadinya ionisasi langsung dengan gaya tolak coulomb terhadap elektron yang mengorbit tersebut. Partikel beta ini dapat pula menyebabkan terjadinya eksitasi bila energinya tidak cukup besar untuk dapat membuat elektron orbit lepas dari sistem atom. Partikel beta dapat menimbulkan ionisasi langsung lebih sedikit dari pada partikel alfa dan dapat bergerak lebih jauh di dalam bahan penyerap.
· Daya Jangkau Sinar Beta
Sinar beta, baik elektron atau positron, keduanya termasuk kelompok partikel ringan bermuatan. Besar massa diam dan muatan elektriknya juga sama, hanya tandanya saja yang berlawanan. Kecepatan gerak di udara antara 0,32 c sampai 0,7 c. Jejak partikel beta ini berbelok-belok karena elektron ini mengalami hamburan di dalam bahan.
Energi rata-rata elektron ini (1/3) Kmax, sedangkan untuk positron 0,4 Kmax.
Panjang jangkaun partikel ini di medium dinyatakan dalam cm, namun kadang-kadang juga dinyatakan dalam bentuk ketebalan densitas (density thickness, dt) dengan satuan massa per satuan luas (mg/cm2) untuk menggantikan jarak atau ketebalan (d).
· Daya Ionisasi Partikel Beta
Mekanisme hilangnya partikel beta sama dengan mekanisme pada partikel alfa, yaitu diserap bahan yang dilewati untuk proses ionisasi dan eksistasi.
Partikel beta akan kehilangan energi 3,4 eV setiap pembentukan satu pasang ion. Namun karena partikel beta lebih kecil (sekitar 1/7300 dari massa partikel alfa) dan muatan yang lebih rendah (1/2 dari partikel alfa), maka konsekuensinya partikel beta dalam sepanjang jejaknya tidak memproduksi pasangan ion per cm sebanyak yang dibentuk partikel alfa. Partikel beta dengan energi 3 MeV mempunyai jangkaun di udara lebih dari 1.000 cm namun hanya mampu menghasilkan beberapa pasangan ion per mm sepanjang jejaknya.
Satu hal yang menarik, karena partikel beta bermuatan listrik dan bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila melintas dekat inti atom, maka gaya elektrostatik inti menyebabkan partikel beta membelok dengan tajam. Peristiwa ini menyebabkan partikel beta kehilangan energinya dengan memancarkan gelombang elektromagnetik yang dikenal sinar-X Bremsstrahlung.
Daya tembus sinar beta lebih besar daripada sinar alfa, sedangkan daya ionisasi sinar beta lebih kecil dari pada sinar alfa. Sinar beta paling energik dapat menembus 300 cm dari udara kering, dapat menembus lempengan timbel alumunium yang cukup tebal. Sinar beta disebut juga elektron berkecepatan tinggi.
Ø Teori Fermi tentang Peluruhan Beta
Enrico Fermi
Sejak masih di Roma, Fermi sudah dikenal sebagai ahli fisika yang brilian. Ia dan kelompoknya memberi kontribusi penting terhadap banyak aspek teori dan praktik fisika, antara lain teori statistik Fermi-Dirac, teori peluruhan beta, dan yang paling monumental adalah penemuan neutron lambat yang menyebabkan sebuah unsur memiliki sifat radioaktif, yang kelak menjadi dasar kerja dari sebuah reaktor nuklir.
· Teori peluruhan beta
Karya Fermi paling terkenal adalah teori peluruhan beta nuklir. Dalam peluruhan beta partikel (partikel beta), dikenal identik dengan sebuah elektron dalam yang dikatakan memiliki “negatif” muatan listrik, dilepaskan dari inti (inti) dari sebuah atom. Hal ini meningkatkan nomor atom (jumlah proton, atau partikel dengan “positif” muatan listrik, dikurangi jumlah elektron) dari nukleus oleh satu unit. Fermi bekerja di luar teori peluruhan beta rinci berdasarkan gagasan bahwa sebuah neutron (partikel tanpa muatan listrik) dalam “meluruh,” inti atau perubahan, menjadi tiga partikel: proton, elektron (partikel beta), dan neutrino.
Ø Emisi dan Pemanfaatan Partikel Beta
Penyinaran langsung dari partikel beta adalah berbahaya karane emisi dari pemancar beta yang kuat bisa memanaskan atau bahkan membakar kulit. Namun masuknya pemancar beta melalui penghirupan dari udara menjadi perhatian yang serius karena partikel beta langsung dipancarkan ke dalam jaringan hidup sehingga bisa menyebabkan bahaya di tingkat molekuler yang dapat mengganggu fungsi sel. Karena partikel beta begitu kecil dan memiliki muatan yang lebih kecil daripada partikel alfa maka partikel beta secara umum akan menembus masuk ke dalam jaringan, sehingga terjadi kerusakan sel yang lebih parah.
Radionuklida pemancar beta terdapat di alam dan juga merupakan buatan manusia. Seperti halnya Potassium - 40 dan Carbon-14 yang merupakan pemancar beta lemah yang ditemukan secara alami dalam tubuh kita. Pemancar beta digunakan untuk medical imaging, diagnosa, dan prosedur perawatan (seperti mata dan kanker tulang), yakni technetium-99m, phosphorus-32, and iodine-131. Stronsium-90 adalah bahan yang paling sering digunakan untuk menghasilkan partikel beta. Partikel beta juga digunakan dalam quality control untuk menguji ketebalan suatu item seperti kertas yang datang melalui sebuah system of rollers. Beberapa radiasi beta diserap ketika melewati produk. Jika produk yang dibuat terlalu tebal atau terlalu tipis maka radiasi dengan jumlah berbeda akan diserap. Sebuah program computer akan memantau kualitas dari kertas yang diproduksi tersebut berdasarkan jumlah radiasi yang diteruskan melalui kertas tersebut, sehingga program komputer tersebut memindahkan rollers untuk mengubah ketebalan sesuai dengan kualitas yang telah ditentukan sebelumnya.
Ø Teori Tentang Neutrino
Deteksi pertama dari neutrino
Neutrino pertama kali dipostulatkan pada Desember, 1930 oleh Wolfgang Pauli untuk menjelaskan spektrum energi dari peluruhan beta, yaitu peluruhan sebuah proton berubah menjadi neutron atau sebuah neutron menjadi proton. Pauli berteori bahwa sebuah partikel yang tak terdeteksi menjadi penyebab perbedaan antara energi dan momentum sudut dari partikel-partikel di awal dan di akhir peluruhan.
Menurut Pauli, ada partikel ketiga yang dipancarkan pada peluruhan beta. Partikel ketiga ini bermuatan elektrik nol dan memiliki spin ½. Hilangnya energi ini tidak lain adalah energi yang diambil partikel ini.
Partikel ini disebut neutrino (yang dalam bahasa Italia berarti netral kecil) dan diberi lambang ![]()
. Neutrino ini memiliki massa diam nol. Neutrino ini juga memiliki anti partikel yang dinamakan antineutrino ![]()
. Terdapat tiga jenis (atau “cita rasa”) dari neutrino: neutrino elektron, neutrino muon, neutrino tauon (atau tau neutrino); dan masing-masing jenis juga memiliki antipartikel (antineutrino).
Neutrino adalah suatu partikel dasar. Neutrino mempunyai spin 1/2 dan oleh sebab itu merupakan fermion. Massanya sangat kecil, walaupun eksperimen yang terbaru menunjukkan bahwa massanya ternyata tidak sama dengan nol. Neutrino hanya berinteraksi lewat interaksi lemah dan gravitasi, tak satu pun lewat interaksi kuat atau interaksi elektromagnetik.
Neutrino tercipta sebagai hasil dari beberapa jenis peluruhan radioaktif tertentu atau sebagai karena reaksi nuklir seperti yang terjadi di Matahari, pada reaktor nuklir, atau ketika sinar kosmik membentur sekelompok atom.
Sumber Referensi
Krane, Kenneth. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar