Laporan Praktikum Fisika Modern 2010 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada saat ini telah dikenal dan diketahui berbagai macam zat yang mengandung radioaktif. Keberadaan zat radioaktif tidak dapat diketahui secara langsung dengan panca indera. Untuk mendeteksi keberadaan zat radioaktif diperlukan alat detector, salah satunya detector Geiger Muller. Zat radioaktif memancarkan sinar tembus yang biasa disebut sinar radioaktif. Pemancaran sinar tembus yang secara spontan oleh inti-inti yang tidak stabil dinamakan radioaktivitas. Radioaktivitas ini bisa dideteksi oleh suatu alat yang disebut detektor radioaktif. Detektor ini ditemuka oleh Geiger_Muller. Oleh karena tu,detektor ini disebut sebagai Geiger_Muller Detektor. Pada percobaan ini,detektor ini digunakan untuk menentukan count dari zat radioaktif. Dari count tersebut akan diketahui waktu peluruhan dari suatu zat radioaktif serta hubungan yang terjadi antara jarak sumber dengan count yang didapatkan. 1.2 Permasalahan Permasalahan dalam percobaan Geiger Muller adalah bagaimana hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan count. Selain 1 | Geiger muller detector
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada saat ini telah dikenal dan diketahui berbagai macam zat yang mengandung
radioaktif. Keberadaan zat radioaktif tidak dapat diketahui secara langsung dengan panca
indera. Untuk mendeteksi keberadaan zat radioaktif diperlukan alat detector, salah satunya
detector Geiger Muller. Zat radioaktif memancarkan sinar tembus yang biasa disebut sinar
radioaktif. Pemancaran sinar tembus yang secara spontan oleh inti-inti yang tidak stabil
dinamakan radioaktivitas.
Radioaktivitas ini bisa dideteksi oleh suatu alat yang disebut detektor radioaktif. Detektor
ini ditemuka oleh Geiger_Muller. Oleh karena tu,detektor ini disebut sebagai Geiger_Muller
Detektor. Pada percobaan ini,detektor ini digunakan untuk menentukan count dari zat
radioaktif. Dari count tersebut akan diketahui waktu peluruhan dari suatu zat radioaktif serta
hubungan yang terjadi antara jarak sumber dengan count yang didapatkan.
1.2 Permasalahan
Permasalahan dalam percobaan Geiger Muller adalah bagaimana hubungan antara jarak
sumber radioaktif dengan count. Selain itu, bagaimana cara mendapatkan konstanta
peluruhan,massa hidup,dan waktu paruh suatu zat radioaktif.
1.3 Tujuan
Percobaan Geiger Muller ini bertujuan untuk mengetahui hubungan antara jarak sumber
radioaktif dengan count radiasi. Serta mencari konstanta peluruhan,masa hidup,dan waktu
paruh suatu zat radioaktif.
1.4 Sistematika Laporan
Laporan ini terdiri atas bab 1 yaitu pendahuluan yang berisi latar
belakang,permasalahan,tujuan,dan sistematika laporan. Bab 2 berisi tinjauan pustaka. Bab 3
yaitu metodologi percobaan yang meliputi peralatan dan cara kerja. Pada bab 4 yang berisi
1 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
analisa dan pembahasan meliputi data percobaan,perhitungan,grafik dan pembahasan. Selain
itu terdapat bab 5 yang merupakan kersimpulan laporan
2 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Model inti
Inti atom terdiri dari netron dan proton, yang disebut nucleon. Sebagai indeks atas
pengidentifikasian dalam menandai nuklid digambarkan sebagai berikut:
ZUA
Dengan A = nomor massa
Z = nomor atom
A – Z = N, jumlah proton.
(Husin, 2005)
Untuk nuklida-nuklida dengan Z sama dinamakan isotop. Nuklida dengan A sama
dinamakan isobar. Nuklida dengan N sama tetapi Z berbeda disebut isoton. Nuklida dengan Z
dan A sama, dengan sendirinya N sama tetapi berbeda tingkat energinya atau tetapan
integrasinya atau waktu paruhnya disebut isomer. Setiap nuklida memiiki gaya inti yaitu gaya
yang mengikat inti agar tidak bercerai berai. Massa inti suatu atom lebih kecil jika
dibandingkan dengan massa nucleon penyusunnya. Sehingga dapat dikatakan pada
penyusunan inti dari partikel penyusunnya ada massa yang hilang, berubah menjadi energy
ikat inti. Berarti energy ikat setara dengan massa lenyap pada penyusunan inti dari partikel
penyusunnya. (Sugimin, 2000)
Inti atom juga memiliki keadaan ground state dan tereksitasi. Ketika inti kembali ke
keadaan ground state dari keadaan tereksitasi, maka inti atom akan meluruh sambil
meradiasikan sinar gamma. Keadaan ground state ini disebut keadaan stabil inti, tingkat
energinya ditentukan oleh komposisi proton dan neutron penyusun nukleon. Massa inti,
ditentukan oleh massa neutron dan proton sehingga dapat ditulis, M inti = M proton + M
neutron. Nukleon mempunyai spin ½. Karena nukleon bergerak, maka proton dan neutron
3 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
juga mempunyai momentum sudut orbital. Di dalam inti atom nukleon-nukleon mengalami
gerak orbital, baik proton maupun neutron mempunyai momen magnetik (Strange, 2000)
Saat ini belum ada teori yang bisa menjelaskan sifat inti atom yang telah teramati.
Sehingga digunakan rekaaan atau imajinasi para ilmuan tenteng model inti. Sejauh ini, ada
empat model inti yang diakui oleh para ilmuwan antara lain; model tetes cairan, model kulit ,
model kolektif dan gabungan dari model kolektiv dan kulit yang disebut model penyatuan.
(Wong, 1990)
Beberapa sifat inti dengan sifat tetes cairan:Dapat dikatakan bahwa kerapatan tetes cairan
tidak bergantung pada ukurannya. Dengan begitu jika tetes itu menyerupai bola, maka
radiusnya sebanding dengan akar 3 jumlah molekulnya.
Kerapatan = Jumlahmolekul
4/3 π radius3∝ 3
4 π (2.1)
Hal serupa ditemui pada inti, bahwa radius inti (inti dianggap menyerupai bola) sebanding
dengan A1/3, sehingga kerapatannya tidak bergantung pada ukurannya.
Energi ikat tiap molekul sama, sehingga energy yang diperlukan untuk memisahkan
semua molekul cairan itu sebanding dengan jumlah molekulnya. Pada energy ikat tetes cairan,
dikenakan koreksi efek permukaan, dikarenakan molekul cairan dipermukaan kurang terikat
dibanding molekul tetes cairan. (Beisser Arthur, 1983)
Model kulit mengajukan bahwa keadaan inti hampir sama dengan keadaan elektron
pada model atom. Model ini berhasil menjelaskan sifat-sifat fisis inti seperti momen
magnetik, momen sudut, bentuk geometri inti dan sebagainya. (Wong, 1990)
Beberapa sifat inti, contoh: kestabilan, jumlah di alam, menunjukkan suatu nilai atau
keadaan yang menonjol jika jumlah proton dan / atau netron inti itu sama dengan salah satu
bilangan berikut: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, ..., yang disebut sebagai bilangan ajaib (magic
numbers). Fenomena bilangan ajaib tidak dapat dijelaskan oleh model inti tetes cairan
maupun model inti gas Fermi. Karena itu, diperlukan model inti lain.Pada atom memiliki
sifat-sifat yang tidak kontinyu (pada situasi tertentu menonjol) dikarenakan atom memiliki
tingkat-tingkat keadaan yang diskrit (struktur kulit). Ide ini lalu dipakai juga untuk inti, bahwa
inti memiliki struktur kulit, tingkat-tingkat keadaan yang diskrit. (Beisser Arthur, 1983)
4 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
Model kolektiv hampir sama seperti model tetes cairan, karena memperlakukan
nukleon secara kolektiv. Model kolektiv memfokuskan pada interaksi-interaksi kolektiv antar
nukleon seperti akibat-akibat interaksi antar nukleon maka akan menimbulkan rotasi dan
vibrasi dan sebagainya. Model ini berhasil menjelaskan tingkat-tingkat energi inti dan jumlah
proton-neutron penyusunnya.
Model penyatuan merupakan gabungan antara model kulit dan kolektiv dimana model
kulit dengan sangat baik berhasil menjelaskan sifat-sifat penting inti. Sedangakan model
kolektiv berhasil menjelaskan sifat-sifat konsekuensi yang timbul akibat model kulit (Wong,
1990)
2.2 Stabilitas inti
Komposisi jumlah proton dan neutron didalam inti atom sangat mempengaruhi
kestabilan inti atom tersebut, Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah neutron dan
protonnya sudah seimbang, serta tingkat eneginya sudah ada pada keadaan dasar. Jumlah
proton dan neutron atau tingkat energi dari inti yang stabil tidak akan mengalami perubaha
selama tidak ada gangguan dari luar. Komposisi disini bukan berarti jumlah keduanya harus
sama namun lebih kepada keseimbangan energi ang dibuat oleh komposisi tersebut. Setiap
inti dari atom yang berbeda, mempunyai tingkat keseimbangan yang berbeda. Secara umum,
kestabilan inti ringan terjadi bila jumlah proton sama dengan jumlah neutron. Sedangkan
kestabilan inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5 kali jumlah protonnya. Inti-inti
atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak
seimbang ataupun karena tingkat energinya tidak pada kondisi dasar, cenderung untuk
berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena jumlah komposisi jumlah
neutron protonnya tidak seimbang, maka inti tersebut akan meluruh dengan memancarkan
radiasi alpha atau beta disertai pembentukan inti baru yang stabil. Sedangkan, kalau
kestabilannya disebabkan karena tingkat energinya pada keadaan tereksitasi maka akan
cenderung berubah menjadi stabil dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan
atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil tersebut dinamakan
dengan peluruhan radioaktif (Wong, 1990)
5 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
Pada umumnya inti ringan (A < Z), mengandung jumlah neutron dan proton yang
hampirr sama. Sedangkan pada inti berat perbandingan antara jumlah neutron dan proton
bertambah besar, setidaknya tidak akan lebih kecil dari 1. Hal ini dijelaskan dari dengan
apabila proton lebih banyak dari neutron, maka inti memerlukan tenaga untuk mengikat
proton karena gaya Coulombnya. Menurut model kulit, neutron dan proton terletak dalam satu
tingkat tenaga dengan berpasangan.
Pada dasarnya yang menetukan kestabilan inti adalah jangkauan gaya inti kuat. Gaya
tolak Coulomb proton–proton mempunyai jangkauan keseluruh inti. Oleh karena itu pada Z
tinggi harus diimbangi oleh lebih banyaknya netron dan proton yang akan menimbulkan gaya
tarik inti. Enam puluh persen dari nuklida mempunyai Z genap dan N genap. Hampir semua
yang lainnya dengan N genap dan Z ganjil atau sebaliknya dalam keadaan tidak stabil, hanya
lima buah nuklida yang kelihatan stabil, yaitu : 1H2, 3Li6, 5Be10, dan 73Ta180. Semua secara
matematis inti-inti yang stabil ini terletak pada garis parabola massa inti M sebagai fungsi
nomor massa Z. (Ali Imron, 2000)
2.3 Radioaktivitas
Penemuan sinar-X oleh rontgen pada tahun 1895 membuat henry Becquerel
menyelidiki asal usul dari sinar-X dan menemukan bahwa senyawa uranium menunjukkan
keaktifan radiasi tertentu dengan daya tembus yang sangat kuat,seperti sinar-X,meskipun
senyawa uranium ini tidak disinari terlebih dahulu. Pemancaran sinar tembus (sinar
radioaktif) secara spontan oleh inti-inti tidak stabil (misalnya uranium) dinamakan
radioaktifitas.
Kita dapat mendeteksi aktivitas radioaktif dengan menggunakan pencacah Geiger-
Muller. Beberapa berkas radiasi dibelokkan oleh medan magnetic sehingga lintasannya tidak
mengenai tabung Geiger. Penbelokan berkas radiasi oleh medan magnet menunjukkan bahwa
radiasi tersebut terdiri atas partikel-partikel bermuatan. Prinsip tersebut dapat digunakan oleh
berkas radioaktif lain. Pada tahun 1899 Ernest Ruherford melakukan percobaan dalam rangka
studinya mengenai radioktif. Ia menempatkan sedikit radium didasar sebuah kotak kecil dari
timah hitam (timbal). Dia mendapatkan bahwa berkas sinar terpisah tiga komponen.
6 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
Dengan memperhatikan arah sinar yang dibelokkan,dapat disimpulkan bahwa
komponen sinar yang tidak dibelokkan adalah tidak bermuatan (sinar γ),komponen yang
dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (sinar α),dan sinar yang dibelokkan kekiri
adalah bermuatan negative (sinar β).
Daya tembus dari sinar-sinar tersebut berbeda antara yang satu dengan yang lainnya
adalah sama. Daya tembus terbesar dimiliki oleh sinar γ. Urutan daya tembus dari sinar-sinar
tersebut adalah sinar α < sinar β < sinar γ.
Peluruhan inti atom terjadi untuk mempertahankan kekekalan muatan(muatan total sebelum
dan sesudah peluruhan adalah sama). Peluruhan ini mencakup tiga hal yaitu:pemancaran
Grafik 4.3 Hubungan count terhadap jarak zat radioaktif Sr-90
0 1 2 3 4 5 6 752000
54000
56000
58000
60000
62000
64000
66000
68000
f(x) = − 529.196428571425 x² + 5133.08928571425 x + 54196.5000000001f(x) = − 477.910714285714 x² + 4632.80357142857 x + 55474.5f(x) = − 427.107142857141 x² + 4134.20714285713 x + 56762.4f(x) = − 364.374999999998 x² + 3552.56785714284 x + 58161.7f(x) = − 309.98214285714 x² + 3023.90357142854 x + 59509.9000000001f(x) = − 259.464285714286 x² + 2522.67857142857 x + 60811f(x) = − 201.071428571428 x² + 1955.44285714285 x + 62249.2f(x) = − 154.55357142857 x² + 1502.73214285713 x + 63413.5f(x) = − 108.821428571429 x² + 1046.63571428572 x + 64645.4f(x) = − 62.142857142855 x² + 591.342857142838 x + 65829.8000000001
Zat Radioaktif 2 (Cs-13)
waktu 10 s Polynomial (waktu 10 s)waktu 20 s Polynomial (waktu 20 s)waktu 30 s Polynomial (waktu 30 s)waktu 40 s Polynomial (waktu 40 s)waktu 50 s Polynomial (waktu 50 s)waktu 60 s Polynomial (waktu 60 s)waktu 70 s Polynomial (waktu 70 s)waktu 80 s Polynomial (waktu 80 s)waktu 90 s Polynomial (waktu 90 s)waktu 100 s Polynomial (waktu 100 s)
Jarak (cm)
Coun
t
Grafik 4.3 hubungan count terhadap jarak zat radioaktif Cs-137
4.4 Pembahasan
19 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
Percobaan Geiger Muller detector untuk mencari hubungan antara count terhadap
waktu dan count terhadap jarak serta menentukan konstanta peluruhan dan waktu paruh dari
kedua zat radioaktif tersebut. . Pada percobaan ini digunakan dua zat radioaktif yaitu Sr-90
dan Cs- 137. Dan waktu digunakan adalah 10 s, 20 s, 30 s, 40 s, 50 s, 60 s, 70 s, 80 s, 90 s,
dan 100 s. Untuk variasi jarak digunakan 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, dan 6 cm. Percobaan
dilakukan dengan mendekatkan zat radioaktif pada Geiger tube agar zat radiasi dapat
dideteksi Geiger tube. Sehingga peluruhannya dapat terbaca pada detector Geiger Muller.
Radioaktivitas terjadi karena pemancaran sinar radioaktif secara spontan oleh inti-inti tidak
stabil, contoh inti yang tidak stabil Sr-90 dan Cs- 137. Kita dapat mendeteksi aktivitas radiasi
dari bahan radioaktif dengan pencacah geiger muller. Pencacah Geiger Muller bekerja
berdasarkan ionisasi gas. Alat pencacah Geiger Muller terdiri dari tabung yang diisi gas argon
bertekanan rendah. Saat partikel positif atau negatif atau partikel bermuatan lain masuk
melalui pintu tipis terbuat dari lempengan Jumlah ion yang dihasilkan di daerah ini sangat
banyak, mencapai nilai saturasinya, sehingga pulsanya relatif tinggi dan tidak memerlukan
penguat pulsa lagi. Kerugian utama dari detektor ini ialah tidak dapat membedakan energi
radiasi yang memasukinya, karena berapapun energinya jumlah ion yang dihasilkannya sama
dengan nilai saturasinya.
Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan hasil percobaan sebagaimana tabel 4.1 dan
4.2 dan tabel perhitungan 4.3-4.8. Hubungan count terhadap waktu, terlihat bahwa count
yang terbaca semakin besar seiring dengan bertambahnya waktu. Semakin lama waktu, maka
semakin banyak pula peluruhan yang terdeteksi oleh geiger muller tube, sehingga nominal
yang terbaca pada digital counter semakin besar. Hubungan antara count terhadap waktu
adalah hubungan berbanding lurus. Hal ini bersesuaian dengan teori bahwa aktivitas
radioaktif bergantung pada banyaknya atom radioaktif yang masih ada. Sehingga, ketika
atom radioaktifmya sedikit, maka count yang terbaca akan semakin besar.Berdasarkan grafik
hubungan count terhadap waktu digunakan regresi eksponensial, data dan grafik dapat dilihat
pada analisa data diatas. Berdasarkan grafik count terhadap jarak digunakan regresi
polinomial. Dari grafik tersebut tampak bahwa pengaruh jarak terhadap count yaitu, semakin
jauh jarak zat radioaktif dengan geiger tube , jumlah count yang terdeteksi juga sedikit, jadi
terdapat hubungan berbanding terbalik antara count dengan jarak.
20 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
Untuk perhitungan konstanta radiasi, menggunakan rumus N = N0 e-λt , dimana No
adalah jumlah count maksimum yang diterima oleh detector, sedangkan N adalah jumlah
count maksimum dikurangi dengan count meluruh setelah t waktu. Perhitungan konstanta
radioaktif dihitung setiap ∆t, dimana ∆t = 10 s. Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.3
dan 4.4 dengan hasil sebagai berikut λ Sr-90 = 0,002172 dan λ Cs-137 = 0,000483
Untuk menghitung waktu paruh digunakan rumus T1/2 = 1λ
ln 2 = 0,693
λ sehingga
diperoleh T1/2 Sr-90 = 593,3064 dan T1/2 Cs-137 = 2604,827. Untuk waktu hidup diperoleh
nilai t hidup Sr-90 854,3613 dan Cs-137 3750,951.
BAB VKESIMPULAN
Dari percobaan Geiger muller detector diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut:
Jarak dan count berbanding terbalik Waktu dan count berbanding lurus Konstanta pelururuhan Sr-90 adalah 0.002172 dan Cs-197 adalah 0.000483 Waktu paruh dari Sr-90 593.3064 adalah dan Cs -197 adalah 2604.827 Masa hidup dari Sr-90 adalah 854.3613 dan Cs -197 adalah 3750.951
21 | G e i g e r m u l l e r d e t e c t o r
Laporan Praktikum Fisika Modern 2010
DAFTAR PUSTAKA
Beisser,Arthur. 1983. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga
Husin, Abdul Salam. 2000. Fisika Modern II. Surabaya: ITS
Imron, Ali. 2000. Konsep Radioaktivitas. Bandung: Penerbit ITB