Makalah Fisika Inti Atom dan Teknologi Nuklir

Kata Pengantar

Assalamu alaikum Wr. Wb

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayahNya sehingga saya (penulis) dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik, dan salam dan salawat kita kirimkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan kemampuan sehingga saya dapat mengerjakan Makalah ini dengan baik.

Penyusunan makalah ini penulis sajikan sebagai panduan pembelajaran bagi siswa-siswi, di dalam makalah ini siswa-siswi dapat mempelajari tentang INTI ATOM DAN TEKNOLOGI NUKLIR.

Kami mengucapkan terima kasih kepada para guru dan siswa-siswi yang telah membaca dan mempelajari makalah ini. Semoga dengan makalah ini dapat meningkatkan hasil belajar yang maksimal.

BAB 1 : Pendahuluan

Latar Belakang

Pengertian Nuklir

Sebenarnya nuklir atau lebih tepatnya teknologi nuklir sangat berguna bagi kehidupan kita. Tanpa kita sadari, mungkin saja makanan yang telah kita konsumsi berasal dari varietas unggul yang dihasilkan dengan cara mutasi oleh imbas radiasi, atau bisa saja bahan bakar kendaraan bermotor kita berasal dari minyak yang diperoleh dengan penerapan teknologi nuklir.

Nuklir secara bahasa artinya "inti", inti di-sini maksudnya inti dari atom (Nukleus). Atom itu dikelilingi (seperti bulan mengelilingi bumi) partikel sub-atomik, namanya Proton dan Neutron. Proton dan Neutron itu mempunyai gaya tarik sangat kuat dengan Nukleus, apabila ikatan gaya tarik menarik itu dirusak, dan nukleusnya terbelah (namanya Fissi Nuklir) ia akan mengeluarkan energi panas yang sangat besar atau bisa juga nuklei (jamak nukleus) bertabrakan dengan nuclei lainnya dan menyatu (namanya Fusi Nuklir), juga menghasilkan energi panas yang besar juga. Energi yang besar itu bisa dijadikan berbagai macam fungsi misalnya pembangkit tenaga listrik, Energi panas itu jika digabung sama bahan peledak kimiawi biasa, bisa menjadi Bom yang besar, perusak maha dashyat (seperti yang terjadi di Hiroshima dan Nagasaki waktu perang dunia 2.

BAB 2 : Pembahasan

Karakteristik Inti Atom

Atom tersusun dari tiga partikel yaitu inti atom, electron dan proton. Proton merupakan partikel atom yang bermuatan positif, electron bermuatan negative dan neutron bermuatan netral

A keterangan :

Z X = Lambang atom

Z = Nomor atom

A = nomor massa

Nomor atom (z) = jumlah proton = jumlah eektron suatu atom yang bermuatan netral

Nomor massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron sutu atom

1. Nuklida

Nuklida merupakansuatu atomyang sudah dilengkapi dengan nomor atom dan nomor massanya. Macam-macam nuklida berdasarkan jumlah nomor massa, nomor atom, dan jumlah neutron nya sebagai berikut :

a. Isotop

Isotop adalah atom-atom yang memiliki nomor atom yang sama, tetapi memiliki nomor massa yang berbeda sehingga isotop akan selalu dimiliki unsure yang sama dengan sifat fisika dan sifat kimia yang sama.

b. Isobar

Isobar adalah atom-atom yang memiliki nomor massa yang sama, tetapi memiliki nomor atom yang berbeda. Isobar merupakan kebalikan dari isotop dan sudah bisa dipastikan isobar terdapat pada dua atau lebih dari unsure yang berbeda.

c. Isoton

Isoton adalah atom-atom yang memiliki jumlah neutron yang sama. Isotop terdiri dari dua atom dari unsure-unsur yang berbeda sehingga memiliki sifat fisika dan kimia yang berbeda pula.

2. Gaya ikat inti

Gaya ikat inti bekerja antara proton dan proton, proton dan neutron, atau neutron dan neutron. Gaya ikat inti bekerja pada jarak yang sangat dekat sampai dengan jarak pada diameter atom.

Dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi dan gaya elektrolisis, akan tetapi gaya gravitasi dapat diabaikan terhadap gaya elektrostatis. Jadi, pasti ada gaya lain yang menyebabkan proton-proton dalam inti atom dapat menyatu. Gaya yang menyebabkan nucleon bisa bersatu dalam inti disebut gaya ikat inti.

3. Kestabilan inti

Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat memengaruhi inti atom trsebut. Stabilitas inti atom dapat ditinjau dari perbandingan antarpartikel yang terkandung di dalam inti atom, yaitu perbandingan neutron terhadap proton. Inti dapat dikatakan stabil bila memiliki harga n/p = 1

4. Energy ikat inti

a. Defek massa

Dari hasil pengukuran massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nucleon pada inti atom tersebut, penyusutan/pengurangan massa ini disebut defek massa

Besarnya defek massa dinyatakan dengan selisih jumlah massa seluruh nucleon (massa proton dan neutron dengan massa inti yang terbentuk yang dapat dinyatakan dalam persamaan :

∆m = (Zm_p + (A-Z)m_n) – m_inti

Keterangan :

∆m = defek massa

M_p= massa proton

M_n = massa neutron

Z = jumlah proton dalam inti atom

(A-Z) = jumlah neutron pada inti atom

b. Energy ikat inti

Pada umumnya, inti yang memiliki nucleon lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang rendah. Tingkat stabilitas suatu inti tidak selalu ditentukan oleh besarnya energy ikat inti..

Besarnya energy yang berhubungan langsung dengan stabilitas inti adalah energy ikat pernukleon yang besarnya dapat dihitung melalui persamaan :

E_n= E / A

KETERANGAN :

E_n= energy ikat per nukleon (MeV)

E = energy ikat inti (MeV)

A = jumlah nucleon

Menurut hasil pengukursn, massa 1 sma berubah menjadi energy setara dengan energy sebesar 931 MeV sehingga besarnya energy ikat inti dapat dinyatakan :

E = ∆m x 931 MeV

Keterangan :

E = energy ikat inti

∆m = defek massa

5. Reaksi inti

Reaksi inti adalah suatu reaksi yang terjadi pada inti atom sehingga dapat membentuk suatu inti baru dan biasanya disertai dengan munculnya energy yang sangat besar. Pada dasarnya reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia. Pada reaksi inti diperlukan partikel lain untuk menggoyahkan kesetimbangan inti atom sehingga kesetimbangan ini tergganggu. Akibatnya, inti yaitu partikel proton atau neutron

Energy reaksi inti adalah energy yang dihasilkan atau diperlukan dalam sebuah reaksi inti. Energy reaksi inti dihitung sesuai persamaan reaksi inti karena pada dasarnya energy reaksi inti sama dengan perubahan massa inti sebelum reaksi dan sesudah reaksi atau disebut sebagai kesetaraan massa energy.

Persamaan energy menurut kesetaraan massa energy adalah :

Q = {(m_A+ m_a) – (m_B + m_b)} 931 MeV

Atau

Q = ∆m x 931 MeV

Reaksi inti dibedakan menjadi dua yaitu :

a. Reaksi fisi

Reaksi fisi yaitu reaksi pembelahan inti atom berat menjadi dua inti atom lain yang lebih ringan disertai dengan timbulnya energy yang sangat besar

b. Reaksi Fusi

Reaksi fusi adalah reaksi nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah energy besar.

Radioaktivitas

Radioaktivitas adalah peristiwa pemancaran sinar-sinar radioaktif secara spontan untuk mencapai kestabilan inti atommnya. Adapun suatu zat yang dapat meluruh secara spontan disertai dengan pancaran sinarsinar radioaktif disebut sebagai zat radioaktif

1. Sinar – sinar radioaktif

Suatu inti atom yang tidak stabil yaitu berada di luar pita kestabilan akan mengalami peluruhan yang disertai dengan pemancaran radiasi. Peluruhan inti atom dapat menghasilkan pancaran sinar alfa, beta dan gamma

a. Radiasi sinar alfa (α)

Beberapa sifat dari sinar alfa adalah sebagai berikut :

1) Sinar alfa merupakan inti helium

2) Memiliki daya tembus yang paling lemah

3) Memiliki daya ionisasi yang paling kuat dibuktikan dengan sinar alfa dapat menghitamkan pelat film

4) Dapat dibelokkan kea rah kutub negative oleh medan magnet

5) Bergerak dengan kecepatan sekitar kecepatan cahaya

b. Radiasi sinar beta (β)

Beberapa sifat dari sinar beta antara lain :

1) Sinar beta merupakan pancaran electron dari inti atom karena perubahan neutron menjadi proton

2) Memiliki daya tembus lebih besar daripada sinar alfa

3) Memiliki daya ionisasi lebih lemah dari sinar alfa

4) Dapat dibelokkan kea rah kutub positif oleh medan magnet

5) Dapat bergerak dengan kecepatan tinggi sehingga sering disebut sebagai electron berkecepatan tinggi

c. Radiasi sinar gamma (ϒ)

Beberapa sifat dari sinar gamma antara lain :

1) Memiliki daya tembus yang paling kuata

2) Memiliki daya ionisasi yang paling lemah

3) Tidak dapat dibelokkan oleh medan magnet

4) Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil

2. Intensitas sinar radioaktif

Sinar-sinar radioaktif memiliki sifat dapat menembus bahan. Urutan daya tembus sinar radiaktif adalah sinar gamma > sinar beta > sinar alfa. Apabila sinar radioaktif menembus bahan tertentu, intensitas sinar tersebut akan berkurang. Efek inilah yang dinamakan sifat pelemahan bahan.

Nilai intensitas sinar radioaktif dapat dirumuskan sebagai berikut :

I = I₀ . e^-^µ^x

Keterangan :

I = intensitas (J/s m²)

I₀ = intensitas mula-mula (J/s m²)

e= bilangan natural = 2,71828

µ = koefisien pelemahan bahan keeping (m^-1)

x = tebal keeping (m)

apabila intensitas sinar setelah melewati bahan setengah dari intensitas sebelum melewati bahan disebut sebagai lapisan harga paruh. Lapisan harga paruh merupakan lapisan atau tebal bahan yang membuat intensitas menjadi separuh dari intensitas semula. Persamaannya yaitu :

x = 0,693 / µ

keterangan :

µ = koefisien pelemahan bahan keeping (m^-1)

x = lapisan harga paruh (m)

3. Aktivitas radioaktif

Hubungan antara aktivitas radioaktif atau aktivitas peluruhan dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan :

A = λ N

Keterangan :

A = aktivitas peluruhan (partikel/sekon = Bq)

λ = tetapan peluruhan (s^-1)

N = jumlah inti atom

Massa unsure radioaktif sebanding dengan aktivitas radioaktif, maka aktivitas radioaktif juga dapat dihitung menggunakan rumus :

A_t/ A₀ = (1/2)ⁿ

Keterangan :

A_t = aktivitas pada saat t (Bq)

A₀ = aktivitas mula-mula (Bq)

n = t/t_1/2

t= waktu peluruhan (s)

t_1/2= waktu paruh (s)

4. Peluruhan inti

Pada umumnya laju peluruhan unsure radioaktif dapat dinyatakan dalam waktu paruh, misalnya slama waktu peluruhan t, unsure yang masih radioaktif tinggal N sehingga didapatkan hubungan anatara jumlah inti atom yang tinggal dibandingkan dengan jumlah inti atom radioaktif mula-mula sebagai berikut :

N_t/N₀ = (1/2)ⁿ

Keterangan :

N_t = Massa setelah peluruhan

N₀ = massa mula-mula

n = t/t_1/2

t= waktu peluruhan (s)

t_1/2= waktu paruh (s)

5. Waktu paruh

Waktu paruh unsure radioaktif yaitu waktu yang diperlukan oleh unsure radioaktif untuk meluruh sehingga unsure radio aktif yang belum meluruh tinggal separuh dari jumlah unsure radioaktif mula-mula. Hubungan antara waktu paruh dan tetapan peluruhan ditentukan dari persamaan berikut :

t_1/2 = In 2/ λ = 0,693 / λ

keterangan :

t_1/2= waktu paruh (s)

λ = tetapan peluruhan

6. Umur rata-rata

Umur rata-rata adalah kebalikan dari peluang untuk meluruh persatuan waktu yang dirumuskan

T_rata-rata= 1,44 t_1/2

7. Dosis penyerapan

Suatu ukuran untuk menyatakan sejauh mana materi telah dikenai radiasi ionisasi disebut dosis. Dosis serap menyatakan energy per satuan massa yang diserap oleh materi akibat radiasi tersebut. Besarnya dosis serap dapat dirumuskan :

D = E/m

Keterangan :

E = energy yang diberikan oleh radiasi pengion (J)

m= massa materi yang menyerap energy (kg)

D = dosis penyerapan (Gy atau rad)

Penerapan Teknologi Nuklir Dalam Kehidupan Modern

Kegunaan Nuklir

Di era kemajuan teknologi yang semakin berkembang, para ahli telah mampu memanfaatkan teknologi nuklir untuk bahan bakar. Jenis energi terbarukan yang satu ini sangat efektif dan produktif, juga dikenal sebagai energi yang ramah lingkungan, bila dimanfaatkan untuk bahan bakar pembangkit listrik. Teknologi nuklir yang popular lewat penggunaannya bagi persenjataan militer ini, ternyata mempunya manfaat yang begitu besar bagi kesejahteraan umat manusia terutama dalam penyediaan kebutuhan energi listrik. Kalau penggunaan bahan bakar fosil untuk keperluan pembangkit listrik, selain bisa menimbulkan polusi lingkungan, juga sangat boros. Tetapi penggunaan bahan bakar nuklir sangat irit, dan tidak membuat polusi lingkungan. Konon setengah kilogram uranium yang sudah dimurnikan bisa menghasilkan energi yang setara dengan belasan juta liter solar. Hal ini sangat berpengaruh terhadap harga jual listrik kepada konsumen. Di samping itu pun persediaan bahan bakar ini cukup tersedia dalam jangka waktu yang panjang.

Dampak Positif Penggunaan Teknologi Nuklir

Sinar-X pada abad XX ini telah menjadi pilihan utama untuk diagnosa dalam praktek kedokteran modern. Cara ini memungkinkan dokter untuk meningkatkan pemahaman atas kondisi pasien tanpa harus melakukan pembedahan. Data di organisasi kesehatan dunia (WHO) menunjukkan bahwa jutaan manusia setiap tahunnya telah memperoleh manfaat dari teknologi ini. Hampir semua orang tahu sinar-X dan manfaatnya, tetapi belum banyak yang mengetahui kalau sinar-X adalah salah satu hasil dari teknologi nuklir.

Di Indonesia, pengembangan teknologi nuklir telah diupayakan dengan cara mendirikan Badan Atom Tenaga Nasional (BATAN) yang bertugas mengoperasikan fasilitas penelitian teknologi nuklir di Jakarta, Serpong, Bandung dan Yogyakarta. Hasil-hasil yang diperoleh selama ini telah membantu meningkatkan kehidupan rakyat Indonesia, diantaranya:

Bidang peternakan.

Para peneliti Indonesia berhasil menggunakan isotop radioaktif untuk mendayagunakan pakan sehingga dengan jumlah pakan yang sama akan dapat dikomsumsi oleh lebih banyak ternak. Namanya adalah Urea Molasses Multinutrient Block (UMMB) yang telah digunakan oleh para peternak di Jabar, Jateng, dan kawasan timur Indonesia, khususnya Nusa Tenggara Barat.

Bidang pertanian.

Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR) telah menghasilkan sejumlah varietas unggul yang baru dengan cara mutasi oleh imbas radiasi, seperti varietas padi untuk dataran rendah dan dataran tinggi, kedelai, dan kacang hijau.

Bidang Pertambangan.

Tritium radioaktif dan cobalt 60 digunakan untuk merunut alur-alur minyak bawah tanah dan kemudian menentukan srategi yang paling baik untuk menyuntikkan air ke dalam sumur-sumur. Hal ini akan memaksa keluar minyak yang tersisa di dalam kantung-kantung yang sebelumnya belum terangkat. Berjuta-juta barrel tambahan minyak mentah telah diperoleh dengan cara ini.

Bidang kedokteran.

Dengan menggunakan radiasi dari isotop radioaktif cobalt pada dosis tertentu terhadap sel-sel kanker, sel-sel ini akan mati, sedangkan sel-sel normal tidak begitu terpengaruh selama pengobatan. Selain itu untuk mendiagnosa penyakit pasien tanpa harus melakukan pembedahan, para dokter biasanya menggunakan sinar-X.

Tentunya perkembangan teknologi nuklir di negara-negara lain lebih maju daripada di Indonesia. Salah satunya adalah Kanada, negara yang mempelopori penelitian, pengembangan dan penerapan teknologi nuklir yang aman.

Dampak Negatif Penggunaan Teknologi Nuklir

Sebenarnya setiap pekerjaan mengandung resiko, apapun yang kita kerjakan bila kita tidak berhati-hati maka akan timbul bencana. Contoh sederhananya adalah pisau. Apabila pisau digunakan dengan tidak hati-hati maka akan dapat melukai diri penggunanya. Para pekerja yang bekerja di industri kimia juga harus berhati-hati karena bila mereka ceroboh, mereka bisa keracunan zat kimia. Demikian pula dengan industri nuklir seperti reaktor nuklir. Kebocoran reaktor yang terjadi di Jepang merupakan kelalaian manusia semata-mata.

Adapun mengenai masalah limbahnya telah ditemukan suatu cara yang aman dan permanen seperti yang telah dilakukan oleh Kanada. Limbah nuklir dikubur jauh di bawah tanah pada lapisan batuan granit yang stabil. Penelitian geologi menunjukkan bahwa formasi batuan granit dapat stabil hingga 1,5 juta tahun atau bahkan lebih.

Faktor negatif lainnya adalah adanya kemungkinan pembuatan bom atom melalui penguasaan teknologi nuklir. Negara-negara Barat pemilik senjata atom merupakan ancaman bahaya besar bagi perdamaian dunia, dan tidak mustahil suatu saat baik secara kebetulan maupun berdasarkan politik militerisme mereka, negara-negara ini akan menciptakan tragedi kemanusiaan yang jauh lebih dahsyat daripada tragedi yang diakibatkan oleh bom atom Hiroshima dan Nagasaki.Bahaya terorisme juga merupakan ancaman bagi dunia dengan adanya nuklir ini. apat mengancam perdamaian dunia dan Negara-negara lemah dan kecil dapat ditindas dan ditekan oleh Negara-negara besar seperti Amerika yang dapat mengancam untuk menuruti segala kehendaknya karena Negara kecil takut dengan senjata nuklirnya.

BAB 3 : Penutup

Kesimpulan

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan Nuklir secara bahasa artinya "inti", inti di-sini maksudnya inti dari atom (Nukleus). Atom itu dikelilingi (seperti bulan mengelilingi bumi) partikel sub-atomik, namanya Proton dan Neutron. Proton dan Neutron itu mempunyai gaya tarik sangat kuat dengan Nukleus, apabila ikatan gaya tarik menarik itu dirusak, dan nukleusnya terbelah (namanya Fissi Nuklir) ia akan mengeluarkan energi panas yang sangat besar atau bisa juga nuklei (jamak nukleus) bertabrakan dengan nuclei lainnya dan menyatu (namanya Fusi Nuklir), juga menghasilkan energi panas yang besar juga. Energi yang besar itu bisa dijadikan berbagai macam fungsi misalnya pembangkit tenaga listrik, Energi panas itu jika digabung sama bahan peledak kimiawi biasa, bisa menjadi Bom yang besar, perusak maha dashyat (seperti yang terjadi di Hiroshima dan Nagasaki waktu perang dunia 2.

Sekian dari saya mengenai ulasan tentang makalah fisika inti atom dan teknologi nuklir. Terimakasih.