1. Berapa besar massa massa atom nuklida nuklida induk harus melebihi nuklida nuklida anak anak bila (a) elektr elektron on dipanca dipancarka rkann (b) positron positron dipancar dipancarkan kan (c) elektr elektron on ditan ditangka gkapp Solusi :
(a) elektron dipancarkan Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) M(Z ! 1"c# M(Z) = M p ! meZ M(Z!1) = Md ! me(Z! 1) $eluruhan beta negati% akan ter&adi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak. (b) positron dipancarkan Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) M(Z 1)'#me"c# M(Z) = M p ! meZ M(Z'1) = Md ! me(Z' ) $eluruhan beta positi% akan ter&adi ter&adi bilamana massa inti induk induk lebih besar dari massa inti anak.di anak.di tambah dengan dengan # kali massa diam elektron. elektron. (c) elektron ditangkap Jika dinyatakan dalam massa atom nilai Q adalah Q = [M(Z) M(Z 1)"c#
(.11)
$eluruhan tangkapan elektron akan akan ter&adi bilamana massa inti induk lebih besar dari massa inti anak. #. *entukanlah inti mana diantara diantara inti'inti berikut ini yang akan akan meluruh dengan (a) (a) 10 ## 2# Beta negati%+ (b) Beta positi% dan (c) *angkapan elektron , -o + / + a + $ + 324+ -u5. Solusi : 2.1 Co6
1
(a) Beta negati%
Co #6 Ni 1 e
#4
Massa Massa m
Co
#4 #6
Ni
07+7226# u = 07+72467 u = + 221 u
=
(b) Beta positi% #4
Massa Massa m
#4
#
Co
# Fe 1e
07+7226# u = 07+72546 u = '+ #06 u
Co =
Fe
(c) *angkapan elektron #4
Massa Massa m
#4 #
Co
Fe
Co 1 e # Fe
07+7226# u = 07+72546 u = '+ #06 u =
8esimpulan , (1) $eluruhan 9' dapat ter&adi (#) $eluruhan 9! tidak dapat ter&adi (2) :- tidak dapat ter&adi 2.2
O15
(a) Beta negati% O
10
6
Massa Massa m
6
10+20 u = ; = ;
F
(b) Beta positi% O
10
6
Massa Massa m
6 4
O10 = 10
7
F 10 1 e
7
O
N
10
10
N 10 1 e
4
10+20 u = 10+17 u = #+70 < 1'2 u 1+74# < 1 '2 u ( # < massa diam elektron)
=
(c) *angkapan elektron 6
O10 1 e 4 N 10
#
(a) Beta negati%
Co #6 Ni 1 e
#4
Massa Massa m
Co
#4 #6
Ni
07+7226# u = 07+72467 u = + 221 u
=
(b) Beta positi% #4
Massa Massa m
#4
#
Co
# Fe 1e
07+7226# u = 07+72546 u = '+ #06 u
Co =
Fe
(c) *angkapan elektron #4
Massa Massa m
#4 #
Co
Fe
Co 1 e # Fe
07+7226# u = 07+72546 u = '+ #06 u =
8esimpulan , (1) $eluruhan 9' dapat ter&adi (#) $eluruhan 9! tidak dapat ter&adi (2) :- tidak dapat ter&adi 2.2
O15
(a) Beta negati% O
10
6
Massa Massa m
6
10+20 u = ; = ;
F
(b) Beta positi% O
10
6
Massa Massa m
6 4
O10 = 10
7
F 10 1 e
7
O
N
10
10
N 10 1 e
4
10+20 u = 10+17 u = #+70 < 1'2 u 1+74# < 1 '2 u ( # < massa diam elektron)
=
(c) *angkapan elektron 6
O10 1 e 4 N 10
#
Massa Massa m
6 4
10+20 u = 10+17 u = #+70 < 1'2 u 1+74# < 1 '2 u ( # < massa diam elektron)
Co 10 =
N 10
8esimpulan , (1) $eluruhan 9' ; (#) $eluruhan 9! dapat ter&adi (2) :- dapat ter&adi 2.3
Na22
(a) Beta negati% ## ## Na 1# Mg 1 e
11
Massa 11 Na ## = #1.775520 u Massa 1# Mg ## = #1.777045 u m = ' +015 u (b) Beta positi% Na
##
11
1 Ne ## 1 e
Massa 11 Na ## = #1.775520 u Massa 1 Ne ## = #1.771265 u m = 2+01 < 1'2 u 1+74# < 1 '2 u ( # < massa diam elektron) (c) *angkapan elektron Na
##
11
Massa 11 Na ## Massa 1 Ne ## m
=
1 e 1 Ne ##
#1.775520 u = #1.771265 u = 2+01 < 1'2 u 1+74# < 1 '2 u ( # < massa diam elektron)
8esimpulan , (1) $eluruhan 9' tidak dapat ter&adi (#) $eluruhan 9! dapat ter&adi (2) :- dapat ter&adi 2.4
P32
(a) Beta negati% 10
P 2# 1 S 2# 1 e
2
Massa 10 P 2# = 21+74274 u Massa 1 S 2# = 21.74#4#u m = +162 u (b) Beta positi% 2#
10
P
15 Si 2# 1 e
Massa 10 P 2# = 21+74274 u Massa 15 Si 2# = 21+745156 u m = ' +#51 u (c) *angkapan elektron 10
P 2# 11 e15 Si 2#
Massa 10 P 2# = 21+74274 u Massa 15 Si 2# = 21+745156 u m = ' +#51 u
8esimpulan , (1) $eluruhan 9' dapat ter&adi (#) $eluruhan 9! tidak dapat ter&adi (2) :- tidak dapat ter&adi 2. >itung energi maksimum elektron yang dipancarkan dalam peluruhan
1# 0
B
.
Solusi : : maks moc # 8 maks M p M d
0
B
1#
C 1# 1 e
Massa 0B1# = 1#.15202 u Massa 0B1# = 1#+ u m = +15202 u :maks = +15202 u < 721+0 Me?@u = 12+276170 Me? 8 maks = 12+276170 Me? +011 Me? = 1#+6066170 Me?
5. Anti 206 Br dapat mengalami peluruhan beta negati%+ beta positi% dan tangkapan elektron. 3pakah nuklida anak pada masing'masing kasus dan berapa energi yang dipancarkannya. 5
Solusi :
(a)
6
20
Br
2 Kr 6 1 e
Q = [47.7160#6 u'47.71240 u" < 721+0 Me?@u = #+6# Me? (b)
20
Br 6 25 Se6 1 e
Q = [47.7160#6 u'47.710# u" < 721+0 Me?@u = 1.870452 Me?
(c)
20
Br 6 1 e 25 Se 6
Q = [47.7160#6 u'47.710# u" < 721+0 Me?@u = 1.870452 Me?
0. uklida 54 Be tak mantap dan meluruh men&adi 24 Li melalui penangkapan elektron. Mengapa nuklida ini tidak meluruh melalui pemancaran positron. Solusi :
$enangkapan elektron 5
Be
4
1 e2 Li 4
Massa 5Be4 = 7.016930 Massa 2i4 = 7.016004 m = +7#0 u C 1+74# < 1 '2 u $enangkapan positron 5
1.
Be
4
2 Li 4 1 e
Mengapa ter&adi peluruhan gamma+ apakah yang disebut dengan inti yang tereksitasi dan tingkat energi dalam inti. Solusi :
Jika sebuah inti meluruh dengan sebuah partikel seperti al%a atau beta+ biasanya inti anak yang terbentuk berada dalam keadaan eksitasi. 8emudian inti akan bertransisi dari tingkat energi yang lebih tinggi+ :i+ ke tingkat energi yang lebih rendah+:% dengan melepaskan kelebihan energi sebesar : = :i':% + melalui tiga cara berikut , (1) emisi sinar gamma ( )+ (#) kon?ersi internal dan (2) produksi pasangan internal. Dalam hal ini emisi sinar gamma lebih sering ter&adi 2.
Bilamana ter&adi e%ek %otolistrik+ e%ek -ompton dan produksi pasangan+ dimanakah ter&adinya interaksi ini dan berapakah energi yang harus disediakan oleh sinar gamma agar interaksi ini dapat ter&adi. Solusi :
3da banyak proses yang sinar gamma berinteraksi dengan materi dan kehilangan energinya. Entungnya+ semua proses ini tidak memberikan kontribusi pada tingkat yang sama untuk energi %oton yang berbeda. Finar gamma yang dipancarkan dalam peluruhan nuklir biasanya memiliki energi mulai dari sebagian kecil dari Me? sampai beberapa Me?. Dalam rentang ini+ tiga proses utama dimana %oton kehilangan energi mereka dengan interaksi dengan materi adalah, (a) :%ek 0
Gotolistrik (:G)+ (b) :%ek -ompton atau >amburan -ompton (>-)+ dan (c) $roduksi $asangan ($$). 8etiga proses ini dominan pada range energi yang berbeda , e%ek %otolistrik+ dari +1 Me? sampai +0 Me?+ hamburan -ompton+ dari +1 Me? sampai 1 Me?+ dan produksi pasangan mulai dari 1+# Me? dan meningkat dengan meningkatnya energi sinar gamma. 8etiga proses independen satu sama lain dan dapat ditulis I EF I x I HC I x I PP I x
dimana + + dan masing'masing adalah koe%isien absorpsi untuk e%ek %otolistrik+ hamburan -ompton+ dan produksi pasangan. Jika ketiga proses ini di¨ahkan diperoleh
I I EF I HC I PP
3.
I x
3pakah yang disebut dengan kon?ersi internal dan produksi pasangan internal+ apakah bedanya dengan e%ek %otolistrik dan produksi pasangan. Solusi :
Dalam spektrum sinar beta yang kontinyu ditemukan adanya spectrum garis. :lektron yang monoenergetik ini disebut electron kon?ersi dan proses yang menghasilkan electron tersebut disebut konversi internal. 8on?ersi internal berlangsung dua tahap. *ahap pertama sinar gamma dipancarkan+ tahap kedua sinar gamma berinteraksi dengan electron orbital+ yang kemudian terpancar. Bilamana sinar gamma memiliki energi lebih besar dari 1+# Me?+ interaksi dengan bahan adalah berupa produksi pasangan. >arga 1.# ini sama dengan dua kali massa diam electron (#m c#). *ernyata &ika inti yang tereksitasi memiliki energi #mc#+ inti akan melakukan deeksitasi dengan menghasilkan sepasang elektron'positron. $roses ini disebut dengan produksi pasangan internal. :nergi total yang tersedia untuk ter&adinya transisi ini adalah E .
4.
#m. c
#
K
K
3pakah yang disebut dengan isomer+ berikan contohnya. Solusi :
8ebanyakan inti tereksitasi memiliki usia paroh yang pendek terhadap peluruhan gamma+ tetapi beberapa tetap tereksitasi selama beberapa &am. Anti tereksitasi yang berumur pan&ang disebut isomer dari inti yang sama dalam keadaan dasar. Anti tereksitasi 2664 Sr H memiliki umur paroh #+6 &am sehingga bisa disebut isomer dari 64 26 Sr . 5.
Berapakah energi yang tersedia pada (a) :misi sinar gamma
(b) 8on?ersi internal (c) $roduksi pasangan internal Solusi :
(a) :misi sinar gamma :nergi sinar gamma yang dipancarkan diberikan oleh hubungan+ h E E i E f
(4.1)
Jika :% adalah tingkat dasar maka tidak ada sinar gamma yang dipancarkan+sedangkan &ika tidak+ inti akan memancarkan satu %oton atau lebih seperti dapat dilihat pada Iambar 4.1 A
A
X
X
Z
Z
b
1
a
1
b
a
3
2
b
2
Ei
2
1
Ei
Ei
3
Ef
Ef
Iambar 4.1 *ingkat energi inti. (b) 8on?ersi internal Dalam spectrum sinar beta yang kontinyu ditemukan adanya spectrum garis. :lektron yang monoenergetik ini disebut electron kon?ersi dan proses yang menghasilkan electron tersebut disebut kon?ersi internal. 8on?ersi internal berlangsung dua tahap. *ahap pertama sinar gamma dipancarkan+ tahap kedua sinar gamma berinteraksi dengan electron orbital+ yang kemudian terpancar dengan energi kinetic K e
E I B
(4.4)
Dimana AB adalah energi ikat electron.
4
(c) $roduksi pasangan internal Bilamana sinar gamma memiliki energi lebih besar dari 1+# Me?+ interaksi dengan bahan adalah berupa produksi pasangan. >arga 1.# ini sama dengan dua kali massa diam electron (#m c#). *ernyata &ika inti yang tereksitasi memiliki energi #mc#+ inti akan melakukan deeksitasi dengan menghasilkan sepasang elektron'positron. $roses ini disebut dengan produksi pasangan internal. :nergi total yang tersedia untuk ter&adinya transisi ini adalah # (4.6) E . #m. c K K
6.
Finar gamma dengan energi yang berbeda di&atuhkan pada timah hitam. Dengan menggunakan suatu spektrometer magnetik diperoleh salah satu grup elektron yang dipancarkan memiliki nilai Br sebesar 1# gauss'cm. Jika energi ikat kulit 8 dari timah hitam adalah 67+1 ke? berapakah energi sinar gamma.
Solusi :
8 e = h ' AB dan mv qvB r K
1 #
#
q
+ v m Br dan
h = 8 e ! AB 1 1 q K mv # m Br # # m
#
#
21
7+1 x1
1+ x11 C 5 # kg 1# x 1 x 1 Tm 91463 ev 91463 kev 21 7+1 x1 kg
1. *entukanlah besaran'besaran radiologi beserta satuannya yang banyak digunakan dalam bidang proteksi radiasi. Solusi : !easaran dan Satuan "adiologi
A-E (Anternational -ommission on adiological Enits and Measurements) menentukan besaran'besaran radiologi beserta satuannya yang banyak digunakan dalam bidang proteksi radiasi. Pe#aparan $e%posure&
$emaparan (K) adalah perbandingan ¨ah muatan listrik semua ion dari satu tanda yang ditimbulkan dalam udara (L Q)+ bila semua elektron yang dikeluarkan oleh %oton dalam elemen ?olume udara dengan massa L m+ seluruhnya berhenti dalam udara Q (6.1#) m
Fatuan , oentgen () , 1 = #+06 < 1'5 -@kg 'e(epatan Pe#aparan $e%posure rate&
6
8ecepatan pemaparan (:) ialah besar pemaparan per satuan aktu. E" ! Fatuannya : = @&am
(6.12)
)osis serap $a*sor*ed dose&
Dosis serap (D) ialah perbandingan energi yang diberikan oleh radiasi pengion kepada materi (L :D) dalam elemen ?olume yang mempunyai massa L m. #
E # m
(6.15)
Fatuannya , rad , 1 rad = 1 erg@g = 1 '# J@kg +inear ,nerg- rans/er $+,&
inear :nergy *rans%er partikel bermuatan dalam materi ialah perbandingan energi rata'rata yang diberikan setempat pada materi oleh partikel bermuatan dengan energi tertentu (d:) yang melalui &arak dl dE LET (6.10) d$ Fatuan , :* ,erg@cm )osis ekivalen $),&
Fe¨ah energi serap yang sama dari berbagai macam radiasi akan menimbulkan e%ek yang berbeda. 8arenanya untuk pengukuran digunakan terminology elati?e Biological :%%ecti?eness (B:) yang dide%inisikn sebagai serap sinar < (#0 kN) yang menimbulkan e%ek biologi tertentu B: = Dosis Dosis &enis radiasi yang menimbulkan e%ek biologi yang sama :%ek biologi suatu macam radiasi &adinya tergantung pada dosis serap dan B:. Fatuan radiologi yang baru dide%iniikan ialah oentgen :Oui?alent Man (:M)+ sebagai dosis serap radiasi yang secara biologi eki?alen dengan dosis serap satu rad radiasi sinar <. D: (rem) = D (rad) < B:
(6.1)
Gaktor B: biasanya digunakan dalam bidang radiobiology+ sedang dalam bidang proteksi radiasi digunakan %actor'%aktor modi%ikasi+ ialah Quality Gactor (QG) yang tergantung pada :*+ dan Gaktor Distribusi (DG)+ %actor e%ek biologi distribusi Pat radioakti% yang non uni%orm di dalam tubuh D: = D < QG < DG
(6.14)
Fatuan D: dalam rem + D dalam rad.
7
0u*ungan antara "oentgen dan "ad
Menurut Bragg Iray+ energy radiasi diterima materi sebesar :nergi yang diterima = & . %
J
(6.16)
= koe%isien absorbs massa = energy pembentukan satu pasang ion = ¨ah pasang ion per gram massa
Bila diambil harga di udara = 25 e?@pasang ion+ maka didapat D di udara = .644 rad D = dosis serap = pemaparan dalam satuan oentgen )osis aksi#u# ang )iperkenankan
Manusia mendapatkan pemaparan radiasi secara kontinyu dari sumber radiasi alamiah dan sinar kosmis. Dosis rata'rata yang diterima dari radiasi alamiah ini diperkirakan 1 milirem per tahun+ meskipun pada beberapa tempat radiasi alamiahnya ('ackgro()d radia!io)+ ada yang 1'2 kali lebih besar. $emaparan radiasi yang besar dapat menimbulkan berbagai kerusakan dalam tubuh manusia seperti ,ki) er-!hema. ca!arrac!. rambut gugur dan tumbuh tumor. A-$ (Anternational -ommission on adiological $rotection) mende%inisikan Ma
$eker&a adiasi
Emum
Ionad+ sumsum tulang merah+ seluruh tubuh 8ulit+ tulang+dan thyroid *angan+ lengan+ kaki+ betis /rgan lain *iroid anak sampai umur 1 tahun
0 em@tahun 2 em@tahun 40 em@tahun 10 em@tahun
+0 em@tahun 2 em@tahun 4+0 em@tahun 1+0 em@tahun 1+0 em@tahun
1
#. 8oe%isien absorbsi linier dari sinar gamma berenergi 1 Me? dalam timbal adalah 46 m'1. -arilah tebal timbal yang diperlukan untuk mereduksi radiasi men&adi setengahnya berkas sinar gamma. Solusi :
x 1
+72
#
693 #
1
5 % 1 3 # 9 ##
2. 8oe%isien absorbsi linier dari sinar < berenergi 0 ke? dalam udara pada permukaan laut adalah 0 < 1 '2 m'1. Dengan berapa banyak intensitas berkas sinar < seperti itu tereduksi &ika melalui (a) udara +0 m+ (b) melalui udara 0 m. Solusi : I I e
(a)
I
e x e 0 x1
I
x + 0
1
e
+7740
#.0 x1 2
A'A = 1 +7740 = +#0 R
I
(b) I
2
x
e x e 0 x1
2
x 0
1
e
#0 x1 2
+7402
A'A = 1 +7402 = #+0 R 5. 8oe%isien absorbsi massa dari sinar < +0 S dalam timbal dan dalam besi berturutan adalah 02 cm#@g dan 15 cm #@g. Berapa tebal perisai besi supaya menimbulkan perlindungan yang sama dari sinar < seperti timbal yang tebalnya 1 cm. 8erapatan besi 6 g@cm2 dan timbal 11+2 g@cm 2. Solusi : 02 1 53 (# 2 g %113 g(# 3 53 (# 1 #
15 (# 2 g % g(# 3 112 (# 1
ln
I I
ln e x 1 x1 # x#
062 <1 = 11# <# 11
%2
53 112
52 (#
0. 8oe%isien absorbsi massa tembaga untuk sinar < 6 ke? adalah 02 cm #@g dan kerapatan tembaga 6+7 g@cm 2. (a) -arilah intensitas relati% berkas sinar < setelah berkas itu menembus selaput tembaga setebal 1 mm. (b) Berapa tebal tembaga yang diperlukan untuk mereduksi intensita berkas men&adi setengahnya. Solusi : I I
(a) A A
(b)
8
78 #
e x 3
1
eT< e 541+4 < +1
% 12
693
2
9 g(# % 53 (# g e
54+14
41
2+#4< 1 #1
1469 % 1 3 (# 15 % 1 2 ##
41
e #2 = 4+4 < 177 = batas error e 1. Febuah berkas deutreon ditembakkan pada Fi #7 yang menyebabkan ter&adinya reaksi nuklir. Berikan simbul+ nomor massa+ dan nomor atom dari inti rekoil &ika dipancarkan (a) sebuah proton+ atau (b) sebuah neutron. Solusi :
(a) sebuah proton #7 15
Si 1 H 15 1 H #
14
2
Si
1
30
(b) sebuah neutron #7 15
2 Si 1# H 10 1)
15
#. engkapi reaksi berikut ,
P
30
-12(d+ U) -12(d+ t) -12(d+ p) -12(d+ n)
Solusi :
-12(d+ U)B11
5 C 1# H 11 0 # He
12
1#
-12(d+ t)-1# -12(d+ p)-15 -12(d+ n)15
2 C 1# H 1# 1 H
12
1 C 1# H 15 1 H
12
1 C 1# H 15 4 )
12
2. (a) *entukan manakah reaksi yang eitung nilai Q nya C p+ )
15
15 4
N +
10
N p+ ) 10 6O +
10 4
C p+ ) 10 4 N +
N p + ) 1 6O +
1 4
N p+ ) 156 O
15 4
N p+ ) 146 O
14 4
Solusi : Reaksi
X
p
n
Y
Q
KET.
C p+ ) 15 14.003242 4 N
1.007825
1.008665
14.003074
-0.6260
endoergic
C p+ ) 10 4 N
15.010599
1.007825
1.008665
15.000109
8.9890
e
N p+ ) 15 14.003074 6O
1.007825
1.008665
14.008597
-5.9271
endoergic
N p+ ) 10 6O
15.000109
1.007825
1.008665
15.003065
-3.5360
:ndoergic
N p + ) 1 6O
16.006099
1.007825
1.008665
15.994915
9.6354
:
N p + ) 146 O 17.008449
1.007825
1.008665
16.999131
7.8973
:
15
10
15 4
10 4
1 4
14 4
5. Febuah partikel al%a dengan energi kinetik 2+0 MeN menumbuk sebuah inti 1B yang berada dalam keadaan diam. 3kibat reaksi dihasilkan proton yang bergerak dalam arah yang sama dengan arah partikel semula. a. *ulis persamaan reaksi di atas. b. Berapa nilai Q reaksi ini c. >itung energi kinetik proton Solusi :
a. *ulis persamaan reaksi di atas. 1 B #5 He12 C 1 H
1 0
b. Berapa nilai Q reaksi ini 8 < = 2+0 Me? Q M m x M / m - c # 1.1#726 u 5.#2 u 12.2200 u 1.46#0 u < 721.0Me?@u 5.21 < 1 '2 u < 721.0 Me?@u 5.##410 Me?
12
c. >itung energi kinetik proton
m -
m # 1@ # K x 1 x (m x m - K x K - ) cos! M / M / M / # 1.46#0 u 2.0 1 5.#2 u 5.#2 8 y 1 x 12.2200 u 12.2200 u 12.2200 u Q K - 1
1@#
(5.#2 u < 1.46#0 u < 2.0 < 8 y )
Fehingga 5.)#2
cos
1.440 8y ' #.5##4 ' .046
8y
atau 1.440 8y ' .046
Misalkan
8y
x
8y
).560
+ sehingga 1.440 < ' .046 < .560 #
$enyelesaiannya adalah <1#
<1#
<1
<#
' b " b # ' 5ac #a
.046 "
.2251 #4.70 #.100
.046 0.216 #.100 .046 0.216 #.100
#.42 #.177 (*idak dipakai)
Fehingga 8 y= <1# = (#.42)# = 4.56 Me? 0. Dalam banyak kasus neutron cepat dihasilkan dalam laboratorium dengan reaksi >2(d+n)>e5. (a) >itunglah nilai Q dari reaksi (b) Berapakah energi dari neutron &ika tritium ditembaki dengan deuteron 5 Me? pada berbagai sudut. (+ 50+ ) Solusi :
(a) >itunglah nilai Q dari reaksi >2(d+n)>e5 H 1# H #5 He 1)
2 1
Q M m x M / m - c # 3.165 u 2.1412 u 4.263 u 1.665 u % 931.5evu .14 u % 931.5 evu 1.59446 ev
15
(b) Berapakah energi dari neutron &ika tritium ditembaki dengan deuteron 5 Me? pada berbagai sudut.
Q K - 1
m -
m # 1@ # K x 1 x (m x m - K x K - ) cos! M / M / M /
(1) Entuk ! = $ersamaan yang diperoleh 1+#0# x #
1+5#50 x 17+044#
' b " b ' 5ac #
<1# < 1#
<1
<#
#a 1+5#50 " 1+2 #+05
1+5#50 1+2 #+05 1+5#50 1+2 #+05
5+027
2+5# (*idak dipakai)
Fehingga 8 y= <1# = (5+027)# = 23 ev . ilai Q dari reaksi i4(p+n)Be4 adalah '1+50 MeN. a. Berapa energi ambang untuk reaksi ini. b. Berapa energi neutron pada energi ambang. Solusi :
a. Berapa energi ambang untuk reaksi i 4(p+n)Be4. Li 1 H 5 Be )
4 2
K x min Q1
1
4
1
m x
1.25 u 1.645 ev 1 1.13 ev M .164 u
b. Berapa energi neutron pada energi ambang. K- K x min
m x m -
m
- M /
#
1.13 ev %
1.25 u % 1.665 u
1.665 u .1693 u #
.2969 ev
4. ilai Q dari reaksi >2(p+n)>e2 adalah '+45 MeN. a. Berapa energi ambang untuk reaksi ini. b. Berapa energi neutron pada energi ambang.
10
Solusi :
a. Berapa energi ambang untuk reaksi > 2(p+n)>e2 ini. H 1 H # He )
2 1
K x min Q1
1
2
1
m x
1.25 u .64 ev 1 1.19294 ev M 3.165 u
b. Berapa energi neutron pada energi ambang. K- K x min
m x m -
m
-
M /
1.19294 ev %
#
1.25 u % 1.665 u
1.665 u 3.1629 #
.639 ev
6. -arilah energi kinetik minimum dalam sistem laboratorium yang harus dimiliki proton untuk memulai reaksi 10(p+n)/10 Solusi : 1 N 11 H 10 6 O )
10 4
m x M / m - c # 15.19 u 1.25 u 15.365 u 1.665 u % 931.5 evu 3536 ev
Q M
K x min Q1
m x
1.25 u 3.02 ev 1 3.4 ev M 15.19u
7. $artikel al%a 0 MeN menumbuk /1 yang berada dalam keadaan diam. -arilah kela&uan pusat massa sistem dan energi kinetik partikel relati% terhadap pusat massa. Solusi :
Kx 1# mv x
#
dan v x
0
# K x m x
# x0 x1. x1 17 x1 5.#2 < 1.4<1
'#4
#.2720# x115 1.054 < 1 4 m@s
4.263 u 4.263 u m x 4 % 1.54 % 1 x1.054 x1 19.9951 m x M 4.263 u 15.994915 u
3.1 % 1 6 #s
:nergi kinetik partikel relati% terhadap pusat massa K cm
1 #
m x (v 0 ) #
5.45 % 1
1 2
13
% 4.263 u $1.54 .31& % 1 % 1.664 % 1 2
:
5.45 % 113 %
1. x1
17
% @ ev
3.1 % 16 ev 3.1 ev
1
1. 8erapatan aluminium adalah #+4 gm@cm 2 dan penampang untuk neutron yang berenergi +# MeN adalah 5+0 b.Berapa %raksi neutron yang akan meleati lembaran aluminium setebal 1 mm. Solusi : N N e )# x )
N 1 M
3
#
2 kg# x.#2 x1 par!ike$ @ kmo$ #4kg @ ki$omo$
)# x
6.23 % 12 partikel#3
6.23 % 126 % 4.5 % 12 % 13 .#420 N N
e )# x e .#420 .742
Graksi yang belum berinteraksi = .742 = 74.2 R 11. >itunglah lintasan bebas rata'rata neutron yang berenergi 1 MeN di dalam gra%it ( V = #+ b+ W = #.#0 kg@m 2). Solusi : )
N 1
M
3
225 kg# x.#2 x1# par!ike$ @ kmo$ 1#kg @ ki$omo$
1.1#7 % 129 partikel#3
intasan bebas rata'rata neutron $
1 1 1 .25 x11 .34 # 3.4 (# #6 #7 )# 1.1#7 x1 x #. x1 #.7205 x1
1#. >itunglah lintasan bebas rata'rata neutron thermal dalam air ( V = +22 b+ W = 1. kg@m2). Solusi : )
N 1
M
$
3
1 )#
1 kg# x.#2 x1# par!ike$ @ kmo$ 16kg @ ki$omo$
1 2.25 x1#7 x.22 x1#6
1 1.1516
2.25 % 12 partikel#3
.956 # 9.0 (#
12. *ebal lempeng penyerap besarnya sama dengan &alan bebas rata'rata untuk berkas partikel tertentu. Berapa persentase partikel yang keluar dari lempengan tersebut. Solusi :
x $
1 )#
14
dan N N e )# x N e)# (1 @ # ) ) N e1
$ersentase partikel yang keluar dari lempengan tersebut N N
1 e
N e
.246 2.6R
15. $enampang penangkapan 07-o untuk neutron termal adalah 24 b. (a) Berapa persentase berkas neutron termal yang menembus lempengan 07-o setebal 1 mm. Massa &enis 07-o adalah 6+7 < 1 2 kgm'2+ (b) Berapa lintasan bebas rata'rata neutron termal dalam 07-o. Solusi :
(a) $ersentase berkas neutron termal yang menembus lempengan 07-o setebal 1 mm )
N 1
M
3
9 kg# x.#2 x1# par!ike$ @ kmo$ 07kg @ ki$omo$
N N
e ) x e 24 x1 #
#6
x 7.6 x1 #6 x1 2
7.6 % 12 partikel# 3
e .22 .410
(b) intasan bebas rata'rata neutron termal dalam 07-o. $
1.
1 1 1 2.76 x1 2 # 3 ## #6 #6 )# 7.6 x1 x24 x1 1.1516 P,";N;;N );N SO;+SO;+
-arilah energi ikat per nukleon dalam
Ne dan
# 1
Fe .
0 #
Solusi : 2 1 Ne
Massa total neutron = 1 < 1.60 u = 1.60 u Massa total proton = 1 < 1.46#0 u = 1.46#0 u Jumlah massa neutron dan proton = #.157 u
Massa 1# Ne :nergi ikat
= 19.992439 u E B
2m (11 H ) Nm )
1
m ( 2 c
#
E B 1(1.46#0( ) 1 x1.60(Nm) 17.77#527 x721.0 16.65216 ev
:nergi ikat per nukleon dalam E '
1
1.0#1 #
# 1
Ne
.3251 evnukleon
0 #
Fe
Massa total neutron = 2 < 1.60 u = 2.#0770 u 16
Massa total proton = # < 1.46#0 u = #.#250 u Jumlah massa neutron dan proton = 0.525 u
Massa #0 Fe :nergi ikat
= 55.934939 u E B
2m (11 H ) Nm )
1
m ( 2 c
#
E B #(1.46#0( ) 2 x1.60(Nm) 00.725727( x721.0 47#.#15## ev
:nergi ikat per nukleon dalam E ' 1
2.
57#.#15## 0
0 #
Fe
.4726#0 evnukleon
-arilah energi ikat per nukleon dalam
Br dan
47 20
174 47
1( .
Solusi : 9 35
!r
Massa total neutron = 55 < 1.60 u = 55.261# u Massa total proton = 20 < 1.46#0 u = 20. #42640u Jumlah massa neutron dan proton = 47.00120 u
Massa 2047 Br :nergi ikat
= 78.918336 u E B
2m (11 H ) Nm )
1
m ( 2 c
#
E B 20(1.46#0( ) 55 x1.60(Nm) 46.71622( x721.0 66.2#6#7 ev
:nergi ikat per nukleon dalam E ' 1
19 9
66.2#6#7 u
47
47 20
Br
.6477 evnukleon
;u
Massa total neutron = 116 < 1.60 u = 117.##54 u Massa total proton = 47 < 1.46#0 u = 47.16140 u Jumlah massa neutron dan proton = 176.550 u
Massa 174 47 1( :nergi ikat
= 196.966543 u E B
2m (11 H ) Nm )
1
m ( 2 c
#
E B 47(1.46#0( ) 116 x1.60(Nm) 17.7052( x721.0 1007.5#1 ev
17
:nergi ikat per nukleon dalam E ' 1
3.
1007.5#1 174
174 47
1(
4.710664 evnukleon
-ari energi yang diperlukan untuk menyingkirkan neutron dari #5 He + kemudian energi untuk menyingkirkan sebuah proton dan akhirnya untuk memisahkan neutron dan proton. Bandingkan energi total dengan energi ikat #5 He . Solusi : 4 2
0e 32 0e 1 n
, !1
3 2
0e 1 0 1 0
, !2
2 1
2
1
01 0 n 1
1
, !3
:B1 , 42 0e 32 0e 1 n , !1 Massa 32 0e = 3.016029 u Massa 1 n = 1.008665 u Jumlah = 5.#575 u Massa 42 0e = 4.002603 u , !1 3.1629 u 1.665 u 4.263 u %931.5evu .2291 % 931.5 evu 2.5665 ev
:B# ,
3 2
0e 1 0 1 0 2
Massa 21 0 Massa 11 0 Jumlah
Massa
3 2
1
, !2
= 2.014102 u = 1.007825 u = 5.#575 u
0e = 3.016029 u
, !2 2.1412 u 1.25 u 3.1629 u u % 931.5evu
.59 % 931.5 evu 5.4939 ev
:B2 0 0 n Massa 11 0 = 1.46#0 u Massa 1 n = 1.60 Jumlah = #.157 2 Massa 1 0 = #.151# u 2 1
1 1
1
, !3 1.25 u 1.665 2.1412 u % 931.5evu
.23 % 931.5 evu 2.224422 ev
#
:B = :B1 ! :B# ! :B2 = = #6.#414020
2.5665 ev ! 5.4939 ev ! 2.224422 ev
Bandingkan energi total dengan energi ikat 4.
He
5 #
:nergi ikat 1# Ne ialah 1+5 MeN. -arilah massa atomiknya. Solusi :
umus energi ikat semi empiris E ' a1 1 a# 1
#@2
a2
2 ( 2 1)
( 1 # 2 )
a5
11 @ 2
#
1
("+)
a0 12 @ 5
Massa Femi :mpiris dari 1# Ne M ( 2 + 1) 2m (1 H ) Nm ) E B ( 2 + 1) @ c 1
M ( 2 + 1) 1 x1.46#0 ( 1 x1.60(
#
1664 e< 931.5
2.1649 u .1245332 u 19.9924469 u 5.
Iunakan rumus energi ikat semi empiris untuk menghitung energi ikat #5 Ca . Berapa persentase penyimpangan antara hasil ini dengan energi ikat sebenarnya. Massa atomik #5 Ca ialah 27+7241 u. Solusi :
:nergi ikat semi empiris #5 Ca 3 = 5 Z = # 8umpulan koe%isien yang cocok dengan data ialah sebagai berikut a1 = 15 MeN
a# = 12 MeN
a5 = 17 MeN
a0 = 25 MeN
E ' E v E , E c E a E p a1 1 a# 1
E ' a1 1 a# 1
E v
#@ 2
a2 = + MeN
a2
#@2
a2
2 ( 2 1) 1@ 2
1 a1 1 14 ev % 4 56 ev
2 ( 2 1) 1@ 2
1
a5
E a5
( 1 # 2 ) 1
#
("+)
( 1 # 2 ) 1
#
("+)
a0 12 @ 5
a# 1# @ 2 13 % 423 152.49224 ev 2$2 1& 2 ( 2 1) E c a2 66.666443 ev .6 % 13 1@ 2
E ,
1 4 2 $4 4& ( 1 # 2 ) # E a a 5 19 % 4 1
#1
a0 2@ 5
1
E p
a0
1
2@ 5
25 5 2 @ 5
2.136363 ev
:nergi ikat semi empiris
5 #
Ca
E v E , E c E a E p 56 ev 152.49224 ev 66.666443 ev 2.136363ev 343.42111 ev
E '
:nergi ikat
5 #
Ca
E B
2m (11 H ) Nm )
1
m ( 2 c
#
E B # x1.46#0( # x1.60( 27.7241( x721.0 Mev @ ( 341.55132 ev
$ersentase penyimpangan antara energi ikat semi empiris dengan energi ikat sebenarnya
343.42111 u 341.55132 u 341.55132 u
% 1=
2.415596 u 341.55132 u
% 1 = .1=
1. >itunglah energi dari neutron yang dihasilkan dari reaksi berikut+ &ika energi deuteron yang datang adalah nol , >2(d+n)>e5+ Be7(d+n)B1+ -1#(d+n)12 Solusi : H 1# H #5 He 1)
2 1
$a& 03$dn&0e4
Q 3.165u 2.1412u 4.263u 1.665u x721.0 .14 u % 931.5 evu
1.59446 ev
K -
a"
a
#
'
Dimana a
m x m - K x
M
/
m -
cos !
dan
'
K x M /
m x M / Q
M
/
m -
8 < = + sehingga a = + a # = dan '
M / Q
M
/ m -
4.263 u % 1.6 ev 4.263 u 1.665 u
K -
a"
a
#
4.55061#6 0.11#6
'
14.54262 ev
'
Fehingga '-
* 14.5426
ev
##
1 Be 1# H 1 0 B )
7 5
$*& !e9$dn&!1
Q 9.1212u 2.1412u 1.1293u 1.665 x721.0 .461u %931.5evu
4.363515ev
K -
a"
a
#
'
Dimana a
m x m - K x
M
/
m -
cos !
dan
'
K x M /
m x M / Q
M
/
m -
8 < = + sehingga a = + a # = dan '
M / Q
M
/ m -
1.1293 u % 4.363515 ev ev 1.1293 u 1.665 u K -
a"
'-
* 3.7 ev
a
#
'
2.7 ev
'
Fehingga
1#
$(& C12$dn&N 13
1 C 1# H 12 4 N )
Q 12.u 2.1412u 13.539u 1.665 x721.0 .32u %931.5evu
.21313ev
eaksi ini memerlukan energi ambang sebesar
K x min Q1
m x
2.1412 u .#61212Mev1 .32 ev M 12. u
(7.02) Jika energi partikel datang sama dengan energi ambang+ partikel hasil akan dipancarkan pada sudut ! = dengan energi K- K x min
m x m -
m
-
M /
#
#.151# x1.60( .2#6 Mev .45 ev # 12 . 0427 ( 1 . 60 (
#. i4 ditembak oleh proton berenergi 2 MeN. Berapa energi dari neutron yang dipancarkan dalam arah , (a) 50 + (b) 7 dan (c) 120 terhadap arah proton datang.
#2
Solusi :
:nergi dari neutron yang dipancarkan dalam arah (a) 50 terhadap arah proton datang. Li 1 H 5 Be )
4 2
1
4
1
Q .164u 1.25u .1693u 1.665 x721.0 .166u % 931.5 evu
1.64529ev a"
K -
a
#
'
Dimana a
m x m - K x
M
/
m -
! = 50
cos !
dan '
K x M /
m x M / Q
M
/
a
m x m - K x
M
/ m -
cos!
m -
1.46#0(x1.60(x2 Mev cos 50 4.17#6( 1.60(
.102621#
a# = .#245 '
K x M / m x M / Q M / m -
2 x (4.17#6( 1.46#0( ) 4.17#6 x1.50 4.17#6( 1.60( K -
K -1
.102621#
a"
a#
.664
'
.#245 .664
Fehingga ' -1 = 1.13 ev
K - #
.102621# .#245 .664 4.535 tidak dipakai
(b) 7 terhadap arah proton datang. Li 1 H 5 Be )
4 2
1
4
1
Q .164u 1.25u .1693u 1.665 x721.0 .166u % 931.5 evu
1.64529ev K -
a"
a
#
'
Dimana
#5
a
m x m - K x
M
/
! = 7
cos !
m -
dan '
K x M /
m x M / Q
M
/
m x m - K x
a
M
/ m -
cos!
m -
1.46#0(x1.60(x2 Mev 4.17#6( 1.60(
cos 7
a# = '
K x M / m x M / Q M / m -
K -
a"
a
#
'
2 x (4.17#6( 1.46#0( ) 4.17#6 x1.50 4.17#6( 1.60(
.664
'
8 y = .664 Me? (c) 120 terhadap arah proton datang. Li 11 H 54 Be 1)
4 2
Q .164u 1.25u .1693u 1.665 x721.0 .166u % 931.5 evu
1.64529ev K -
a"
a#
'
Dimana a
m x m - K x
M
/
m -
! = 120
cos !
dan '
K x M /
m x M / Q
M
/
a
m x m - K x
M
/
m -
cos!
m -
1.46#0(x1.60(x2 Mev cos120 4.17#6( 1.60(
.1026
a# = .#24 '
K x M / m x M / Q M / m -
2 x (4.17#6( 1.46#0( ) 4.17#6 x1.50 4.17#6( 1.60( K -
K -1
.102621#
a"
a
#
.#245 .664
.664
'
.406
8 y1 = .040 Me?
#0
K - #
.102621#
.#245 .664
1.#51
(tidak dipakai)
2. >itunglah energi dari berkas deuteron yang diperlukan untuk menghasilkan neutron berenergi # MeN yang searah dengan arah datang+ dengan menembak triton yang berada dalam keadaan diam. Solusi :
5. Dalam reaksi a 7 Be1# C ) + tentukan energi neutron maksimum dan minimum &ika energi partikel U adalah (a) 4 MeN+ (b) 1 MeN Solusi :
0. >itunglah energi yang dilepaskan (nilai Q) dari reaksi %issi berikut ini, (a) #203 ) 7 Kr 155Ba ; + (b) P( Sr ; 2) + (c) Cf N' ; 5) #27
7#
#0#
1
Solusi :
(a)
#20
(b)
#27
(c)
#0#
3 ) Kr Ba #) 7
155
P( 7# Sr 155 Ba 2)
Cf 1 N' 15# Nd 5)
K -
a"
a
#
'
Dimana a
m x m - K x
M
/
m -
cos !
dan
'
K x M /
m x M / Q
M
/
m -
8 < = + sehingga a = + a # = dan '
M / Q
M
/ m -
1.1293 u % 4.363515 ev ev 1.1293 u 1.665 u
2.7 ev
#
K -
a"
'-
* 3.7 ev
a
#
'
'
Fehingga
Jika energi datang hampir nol atau 8 < % + maka K -
M / Q
Entuk Q &
M / m -
Ani berarti baha 8 y bernilai sama untuk semua sudut !+ atau reaksi bersi%at isotropic. Jika Q dan M X m <+ yang biasanya ter&adi+ hanya 1 dari # solusi untuk 8 y yang dapat dipakai yaitu yang bernilai positi%+ karena yang bernilai negati% tidak sesuai untuk situasi %isis dan persamaan men&adi K - a
a# '
Dalam kasus ini 8 y tergantung pada sudut !. 8 y memiliki nilai maksimum untuk ! = + minimum untuk ! = 16+ dan untuk ! = 7+ 8 y = b+ atau K -
K x M /
m x M / Q
M
/
m -
(7.#4)
Fehingga 8 y bernilai tunggal. 8 y dapat bernilai ganda untuk kondisi tertentu. 1. Jelaskan sumber energi untuk matahari dan bintang'bintang yang sama dengan matahari. Solusi :
Gusi dari 5 proton membentuk 5>e (dalam beberapa langkah) adalah sumber energi untuk matahari dan bintang'bintang yang sama dengan matahari. angkah berikutnya setelah bahan bakar hidrogen telah habis+ adalah %usi helium. eaksi yang paling sederhana 5>e ! 5>e 5Be+ tidak teramati sebab 5Be pecah men&adi dua 5>e lagi hampir secepat pembentukan 5Be (1'1 s). Febaliknya yang ter&adi adalah reaksi yang lebih kompleks 25>e1##. Jelaskan proses dasar %usi di matahari dan sebagian besar bintang Solusi :
$roses dasar %usi di matahari dan sebagian besar bintang adalah %usi hidrogen men&adi helium. >idrogen se&auh ini merupakan bahan yang paling melimpah di &agat raya+ lebih dari 7R atom di&agat raya adalah hidrogen dan kurang dari 1R sisanya adalah helium. >elium dibentuk pada masa aal yang merupakan e?olusi #4
&agat raya dan bukan sebagai hasil dari proses bintang kemudian. Femua reaksi dari siklus %usi haruslah reaksi dua benda (dua partikel pada keadaan aal) sebab tumbukan simultan dari tiga partikel adalah tidak mungkin. angkah pertama dari proses %usi haruslah kombinasi dari dua proton membentuk hanya sistem dua inti yang stabil , 1 (Q = 1+55 MeN) H 1 H # H e 2. Jelaskan proses lengkap siklus proton'proton Solusi :
$roses lengkap ditun&ukkan secara skematik pada Iambar 1#.1+ dan dikenal sebagai siklus proton'proton. eaksi bersihnya adalah kon?ersi dari empat proton men&adi helium 5 H He #e 1
5
#
Entuk menemukan total nilai Q+ kita harus ingat baha kita telah membahas reaksi dengan partikel nuklir. Mari menambahkan empat elektron untuk setiap sisi dari proses ini+ memberikan empat atom > netral di sebelah kiri+ dan atom >e netral di sebelah kanan
dengan dua elektron tambahan untuk memusnahkan positron. $roses net demikian 51> 5>e+ dengan nilai Q adalah #+4 MeN. :nergi dikon?ersi ke radiasi matahari per siklus sedikit kurang+ untuk neutrino muncul langsung dari inti tanpa memberikan kontribusi bagi pemanasan %otos%er+ ilayah luar matahari di mana energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir diubah men&adi cahaya. Febuah altenati%e untuk 2 >e adalah menemukan sebuah partikel a, #6
2
He 5 He4 Be
diikuti oleh Be e 4 Li
4
dan Li p
4
#5 He
atau mungkin dengan urutan Bei p B
4
6
B 6 Be e 6 5 Be # He
6
ini.
eaksi bersih dengan nilai bersih Q adalah sama untuk tiga &alur yang mungkin
5. Jelaskan tentang siklus karbon atau siklus -/ Solusi :
Jika selain hidrogen dan helium ada unsur yang lebih berat hadir dalam interior bintang+ sebuah seri yang berbeda dari reaksi %usi dapat ter&adi. Falah satu seri tersebut adalah siklus karbon atau siklus -/ 1#
C 1 H 12N
N 12C e
12
12
C 1 H 15N
15
N 1 H 10O
O 10 N e
10
N 1 H 1#C 5 He
10
Fiklus ini dapat dilihat seperti Iambar 1#.#.
#7
0. 3pa syaratnya agar eaktor %usi memiliki keuntungan energi bersih Solusi :
eaktor %usi akan memiliki keuntungan energi bersih &ika energi yang dilepaskan dalam reaksi %usi melebihi kerugian radiasi dan in?estasi energi aal dalam pemanasan plasma untuk suhu operasi. Jika kita beroperasi pada suhu di atas 5 keN+ bahkan pada 1 keN+ keuntungan %usi D'* lebih besar dari kerugian radiasi+ dan kita dapat mengabaikan kerugian energi radiasi. :nergi yang dilepaskan per satuan ?olume dari reaksi %usi dalam plasma adalah E f 15 ) # v Q
(1#.15) di mana kita mengasumsikan baha kepadatan D dan * masing'masing sama dengan n (sehingga total n sama dengan ne)+ Q adalah energi yang dilepaskan per reaksi (14+ MeN untuk D*)+ dan adalah lamanya aktu plasma dibatasi sehingga reaksi dapat ter&adi. $erhatikan baha $ersamaan (1#.20) adalah bentuk, reaksi per satuan aktu (la&u reaksi) per satuan ?olume kali energi yang 1 dibebaskan per aktu reaksi selama reaksi berlangsung. neutron cepat #
Gisisebuah cepat dalam 1. Jelaskan daur neutron cepat dalam sebuah reaktor #26 E Solusi : neutron cepat
(1'$% ) $erlambatan Daur hidup sebuah neutron cepat dalam sebuah proses yang menghasilkan %isi neutron bocor $t ' p % $t $% neutron neutron 3bsorpsi $% (1'p) tersedia resonansi diserap oleh untuk siklus #26 Gisi $% p neutron E . termal $erlambatan $% p(1'$t) $% p $t termal@di%usi neutron $% p$t neutron bocor diserap neutron termal $% p $t (1'%) 3bsorps dalam E#20 neutron i diserap dalam E#26
2
dll
#. Jelaskan %ungsi dari masing'masing komponen reaktor. Solusi :
Femua &enis reaktor memiliki elemen pokok yang sama , (a) *a>an *akar atau material yang dapat ber%isi+ (b) #oderator + untuk membuat neutron men&adi neutron termal (kecuali reaktor yang menggunakan neutron cepat)+ (c) re/lektor + yang mengelilingi teras reaktor+ untuk mereduksi kebocoran neutron yang &uga mereduksi ukuran kritis dari reaktor+ (d) sungkup atau be&ana untuk men&aga pecahan %isi yang radioakti% meninggalkan reaktor+ (e) dinding+ untuk men&aga nruron dan sinar yang membahayakan tubuh terhaap operator reaktor+ (%) pendingin+ untuk menghilangkan panas dari inti reaktor+ (g) siste# kendali+ yang digunakan oleh operator untuk men&aga tingkat daya daya agar tetap normal selama operasi+ dan (h) berbagai siste# darurat untuk men&aga operasi dari kegagalan sistem kontrol dan pendingin.
2. Febuah reaktor termal beroperasi pada le?el daya 0 megaatts. $ada la&u berapakah E#20 dikosumsi untuk %isi. Solusi : 1 7 155 # eaksi %isi , #20 7# 3 )2 Kr 0 Ba ) :nergi yang dihasilkan untuk setiap %isi
Q 235.513 u 1.60 u 9.931635 u 143.94343 u 1.665 x721.0
.1429 u % 931.5 evu
162.34992 ev
= 162. 3 % 1 ev % 1.6 % 1 ev = 2.6 % 1 11 ?att se(. Entuk 1 gram 1 2 #.0 x1 2 x1 2 x1 #4 mengandung inti sebanyak = #4 #20 x1.5 x1 #1 = 2.0 < 1 6
19
E #20
:nergi yang dihasilkan = #. < 1 '11 < #.0 < 1 #1 = .0 < 1 1 att'sec = .0 < 15 <1 att'sec = .0 < 1 5 < (1@65) MD = .6 MD
21
Entuk menghasilkan 0 M perhari diperlukan E #20 sebanyak = (0 M@.6 MD) < 1 gram = #0 gram@hari 5. Di dalam suatu reaktor homogen yang mengandung E #20 dilarutkan dalam air. Berapakah ratio minimum atom E#20 terhadap molekul air sehingga sistem dalam keadaan kritis. 3nggaplah ukuran sistem takhingga. Solusi :
Fistem dalam keadaan kritis dengan anggapan ukuran sistem takhingga. 0. Jika e%isiensi untuk kon?ersi kalor ke listrik hanya 0 R berapakah la&u %isi E #20 untuk menghasilkan daya 0 M. Solusi :
Entuk menghasilkan 0 M kalor perhari diperlukan E #20 sebanyak = (0 M@.6 MD) < 1 gram = #0 gram@hari Jika e%isiensi untuk kon?ersi kalor ke listrik hanya 0 R+ la&u %isi E #20 untuk menghasilkan daya 0 M = (1@0) < #0 gram@hari = 1#.0 gram@hari = 1#.0 kg@hari. ;tau :
:nergi yang dihasilkan = #. < 1 '11 < #.0 < 1 #1 = .0 < 1 1 att'sec = .0 < 15 <1 att'sec = .0 < 1 5 < (1@65) MD = .6 MD Jika e%isiensi untuk kon?ersi kalor ke listrik hanya 0 R+ maka daya listrik yang dihasilkan = .0 < .6 MD = .5 MD Entuk menghasilkan 0 M listrik perhari diperlukan E #20 sebanyak = (0 M@.5 MD) < 1 gram = 1#.0 gram@hari = 1#.0 kg@hari
1. eaksi berikut ini ada yang tidak mungkin ter&adi. *entukan reaksi yang dapat ter&adi dan yang tidak mungkin ter&adi. a. ( ) ) b. ) p ) ) c. ) p ) p ) )
Solusi :
(a)
Z
B, 1
Y
Y
Bilangan Barion tidak kekal+ &adi tidak dapat ter&adi 2#
(b)
) p ) )
B,
1
1
Bilangan Barion kekal+ &adi dapat ter&adi
(c)
) p ) p ) )
B,
1
1
Q , !1 !1
(kekal)
!1 !1 '1
(tidak kekal)
8arena muatan tidak kekal &adi tidak dapat ter&adi #. Asikan partikel yang hilang dalam masing'masing peluruhan berikut , a. * ) e ; b. * ; c. ' ) ) ;
)
)
Solusi :
(a)
e Q '1
(b)
(c)
* ) e e
'1 1 '1
* ) ) ;
Q
!1 '1
* ) ) )
' ) ) )
' ) ) ;
Q
* ) e ;
2. >itunglah nilai Q dari peluruhan berikut , a. ) b. ) c. * ) ) d. + p ) e. + (
Solusi :
22
(a) ) Q = 15 Me? [1 Me? ! " = 25 Me?
(b) ) Q = 120 Me? [ Me? ! " = 120 Me?
(c) * )
)
Q = 576 Me? [15 Me? ! 15 Me?" = #16 Me?
(d) + p ) Q = 1167 Me? [726.2 Me? ! 120 Me?" = 110.4 Me?
(e) + ( Q = 117# Me? [111 Me? ! " = 4 Me?
5. >itunglah energi kinetik ambang bagi keempat reaksi berikut. Dalam tiap kasus+ partikel pertama bergerak+ sedangkan yang kedua diam. a. p p ) + * ) b. ) p + * c. p ) p + * d. ) p p p )
Solusi :
(a) p p ) +
* )
Q = [726.2 Me? ! 726.2 Me?" [727. Me? ! 1167 Me? ! 576 Me? !15 Me? " = ' 67 Me? 8 ambang Q
8 ambang 67
massa total # < massa sasaran
[726.2 Me?
= ##1.1 Me?
(b) ) p +
! 726.2 Me? 727. Me? ! 1167 Me? ! 576 Me? ! 15 Me? " # < 726.2
*
Q = [15 Me? ! 726.2 Me?" [117# Me? ! 576 Me? " = ' 11.4 Me? 25
massa total
8 ambang Q
8 ambang 611.4
# < massa sasaran
15 Me?
! 726.2 Me? 117# Me? ! 576 Me? # < 726.2
7#.5 Me?
(c) p ) p + * Q = [726.2 Me? ! 727." [726.2 Me? ! 1174 Me? !575 Me? " = ' 401.5 Me? massa total
8 ambang Q
8 ambang 401.5
(d)
)
# < massa sasaran
726.2 Me?
! 727. Me? 726.2 Me? ! 1174 Me? 575 Me? # < 727.
p p p
16#.# Me?
)
Q = [15 Me? ! 726.2" [726.2 Me? ! 726.2 Me? !727. Me? " = ' 1424.7 Me? massa total
8 ambang Q
' a#*ang 1424.7
# < massa sasaran
14 ev
@ 93.3 ev 726.2 ev @ 93.3 ev 939.6 ev 2 % 93.3
0. Meson ' bertumbukan dengan proton+ dan hasilnya ialah sebuah neutron dan sebuah partikel lain. 3pakah partikel lain tersebut; Solusi :
p ) ;
B Q
1
)
1
-
'1
p
-
!1
20
2.4 ev
