PELURUHAN BETA

Seperti peluruhan alfa, peluruhan beta merupakan suatu cara untuk inti dapat merubah komposisinya supaya mencapai kemantapan yang lebih besar.

Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan negatif (b-) atau bermuatan positif (b+). Partikel b- identik dengan elektron sedangkan partikel b+ identik dengan elektron yang bermuatan positif (positron). Pada diagram N-Z, peluruhan b- terjadi bila nuklida tidak stabil berada di atas kurva kestabilan sedangkan peluruhan b+ terjadi bila nuklidanya berada di bawah kurva kestabilan. Dalam proses peluruhan b- terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut.

            _zX^A →_Z+1Y^A + â^- + í

conthnya adalah :

            ₁₅P³² →₁₆Y³² + â^- + í

Sedangkan dalam proses peluruhan b+ terjadi perubahan proton menjadi neutron di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut.

_zX^A →_Z-1Y^A + â^- + í

contohnya:

₈O¹⁵ →₇Y¹⁵ + â^- + í

            Ada tiga jenis peluruhan b, yaitu :

1.      Pemancaran negatron (b^-)

2.      Pemancaran positron (b⁺) dan

3.      Tangkapan elektron (EC)

Bila suatu inti mempunyai kelebihan netron, relatif terhadap isobar yang lebih stabil, kestabilan yang lebih besar akan dicapai dengan perubahan satu netron menjadi proton. Proses ini disebut pemancaran negatron atau peluruhan negatron.

                                                                    ¹n  →  ¹p + _-1e   +  v

Bila suatu inti mempunyai kelebihan proton relatif terhadap isobar yang lebih stabil, kestabilan yang lebih besar dicapai dengan pengubahan suatu proton menjadi netron, pengubahan ini dapat dilakukan dengan pemancaran positron (peluruhan positron) atau dengan penangkapan elektron.

Pemancaran positron   ¹p    →   ¹n    +   ₊₁e    +  v    

Bila dua inti saling berdekatan, penyusunan kembali nukleon dapat terjadi sehingga terbentuk satu atau lebih inti baru. Proses seperti ini disebut reaksi nuklir. Inti bermuatan positif dan gaya tolak antara keduanya cukup besar untuk mencegah keduanya untuk berdekatan sehingga bereaksi, kecuali jika keduanya saling mendekati dengan kecepatan tinggi. Dalam laboratorium, orang mudah menimbulkan reaksi nuklir dalam skala kecil yaitu dengan memakai partikel alpa yang dipancarkan oleh radionuklida atau proton atau inti lebih berat yang dipercepat dengan berbagai cara. Akan tetapi hanya satu reaksi nuklir yang terbukti merupakan sumber energi yang praktis dibumi, yaitu fisi inti tertentu bila ditumbuk oleh neutron.

Dalam reaksi nuklir sebenarnya berkaitan dengan dua langkah terpisah. Pertama partikel datang menumbuk inti target dan keduanya bergabung untuk membentuk inti baru yang disebut inti majemuk yang nomor atomik dan nomor massanya merupakan penjumlahan dari nomor atomik partikel-partikel semula dan penjumlahan nomor-nomor massanya.

Inti majemuk tidak memiliki “ingatan” bagaimana terbentuknya, karena nukleonnya tercampur tidak tergantung pada asalnya dan energi yang membawanya menjadi keadaan tersebut oleh partikel datang dibagi-bagi diantara nukleon-nukleon tersebut.

Dibawah ini beberapa reaksi yang menghasilkan inti majemuk ¹⁴₇N^* (tanda bintang menyatakan keadaan eksitasi; inti mjemuk biasanya tereksitasi dengan jumlah energi sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat partikel-partikel yang datang)

¹³₇N  +  ¹₀n ® ¹⁴₇N^* (10,5 MeV)

¹³₆N  +  ¹₁H ® ¹⁴₇N^* (7,5 MeV)

¹²₆C  +  ²₁H ® ¹⁴₇N^* (10,3 MeV)

¹¹₆C  +  ³₁H ® ¹⁴₇N^* (22,7 MeV)

Pembentukan dan peluruhan inti majemuk mempunyai tafsiran yang sangat menarik berdasarkan model nuklir tetes-cairan. Menurut model ini, inti tereksitasi memiliki keserupaan dengan tetes cairan panas dengan energi ikat partikel yang dipancarkan bersesuaian dengan kalor penguapan molekul cairan. Tetes cairan seperti itu pada akhirnya akan menguapkan sebuah atau lebih molekulnya, sehingga mendinginkannya. Proses penguapan terjadi jika fluktusi acak dalam distribusi energi dalam tetesan menyebabkan molekul tertentu memiliki energi cukup untuk melepaskan diri. Demikian juga, inti majemuk mempertahankan eksitasinya, sampai suatu nukleon tertentu atau sekelompok nukleon tertentu dalam sesaat ternyata bisa memiliki fraksi yang cukup besar dari energi eksitasi untuk melepaskan diri dari inti tersebut.

Peluruhan beta pada hakekatnya merupakan konversi spontandari netron nukril menjadi proton dan elektron, kesukaran tersebut dapat diatasi dengan mengnggap bahwa elektron meninggalkan inti setelah elekron itu tercipta. Energi elektron yang teramamati secara malar dari 0 hingga harga maksimum K_maks =yang merupakan karakteristik nekluidenya. Dalam setiap kasus , energi maksimumnya ialah

E_maks = m₀ c² + K_maks

Yang dibawa oleh elektron peluruhan sama dengan energi setara dari beda massa antara inti induk dan inti anak. Hanya saja, sangat jarang elektron didapatkan terpancar dengan energi K_maks . pada suatu ketika, diduga bahwa energi yang hilang terjadi ketika tumbukan antara elektron yang dipancarkan dan dan elektron atomik yang mengelilingi inti. Momentum linier dan momentum sudut didapatkan tidak kekal dalam peluruhan beta. Dalam peluruhan beta nuklide tertentu arah elektron yang terpancar dan inti rekoil dapat diamati, ternyata arah tersebut tidak selalu tepat berlawanan seperti yang diramalkan oleh hukum kekekalan momentum linier. Ketakkekekalan momentum sudut diturunkan dari spin ½ dari elektron, proton dan netron. Peluruhan beta menyangkut konversi netron nuklir menjadi proton :

n  → p + e^-

karena spin masing – masing partikel yang tersangkut ialah ½ , reaksi tersebut tidak dapat terjadi jika spin ( jadi momentum sudutnya ) harus kekal. Dalam tahun 1930, paulimengusulkan jika sebuah partikel bermuatan dengan massa kecil atau nol dan spin ½ dipancarkan bersama – sama dengan elektron ketika terjadi peluruhan beta, penyimpanan momentum linier dan momentum sudut, sehingga diduga sebagai neutrino , membawa energi yang sama dengan selisih antara K_maks dan energi kinetik elektron yang sebenarnya. Kemudian ditemukan terdapat dua neutrino yang tersangkut dalam peluruhan beta, neutrino itu sendiri ʋ dan anti neutrino anti ʋ. Dalam peluruhan beta yang biasa neutrinolah yang dipancarkan

n  → p + e^- + ʋ                                    ( peluruhan beta )

hipotesis neutrino ternyata berhasil. Massa neutrino diduga tidak lebih dari fraksi kecil dari massa elektron, karena T_maks teramati sama, sekarang massa neutrino diperkirakan sama dengan nol atau paling besar setara dengan beberapa volt. Penyebab tak terdeteksinya neutrino secara eksperimental ialah interaksinya denagn materi yang sangat lemah. Neutrino yang tak bermuatan dan tak bermassa, dan tidak memiliki sifat elektromagnetik seperti foton, dapat melalui materi yang jumlahnya besar tak terhalang. Sebuah neutrino bisa melintasi rata – rata lebih dari 100 tahun cahaya dalam besi sebelum berinteraksi.

Elektron positif baiasanya disebut positron. Sifat positron identik dengan elektron, kecuali muatan yang dibawanya adalah +e sebagai pengganti –e. Pemancaran positron sebagai bersesuaian dengan konversi proton proton nuklir menjadi neutron, positron dan neutrino.

p → n + e⁺ + ʋ                                     ( pemancaran positron.)

Neutron di luar inti mengalami peluruhan beta negatif menjadi proton karena massanya lebih besar daripada proton yang lebih ringan tidak dapat bertransformasi menjadi neutron, kecuali didalam inti. Pemancaran positron menghasilkan inti – anak yang nomor atomiknya lebih rendah dari Z, sedangkan nomor massaya tak berubah. Dekat hubungannya dengan pemancaran positron yaitu penangkapan elektron. Dalam elektron sebuah inti menyerap sebuah orbital elektron orbitalnya, sehingga hasilnya ialah sebuah proton nuklir menjadi sebuah neutron dan sebuah neutrino terpancar. Jadi reaksi pokok dari penangkapan elektron ialah

P + e^- → n + ʋ

Biasanya elektron diserap oleh kulit K, dan foton sinar – x terpancar, ketika elektron atomik yang lebih luar jatuh mengisi keadaan yang kosong. Panjang gelombang foton merupakan karakteristik dari unsur inti – anak, bukan inti asalnya, dan proses itu dapat dikenal atas dasar itu.

Penangkapan elektron bersaing dengan pemancaran positron, karena kedua proses itu menghasilkan transformasi nuklir yang sama. Penangkapan elektron terjadi lebih sering daripada pemancaran positron dalam unsur berat karena orbit elektron unsur seperti itu memiliki jari – jari yang lebih kecil; elektron yang lebih dekat ini memungkinkan interaksi yang lebih kuat dari intinya. Karena hampir semua inti tak mantab dalam alam Z – nya tinggi. Peluruhan beta proton dalam inti mengikuti skema sebagai berikut:

p → n + e⁺ + ʋ

karena penyerapan elektron oleh inti setara dengan pemancaran positron, reaksi penangkapan elektron adalah :

P + e^- → n + ʋ

Pada intinya antineutrino setara dengan pemancaran neutrino, sehingga reaksi

P + ʋ → n + e⁺

Menyangkut proses fisis yang sama dengan peluruhan beta. Reaksi yang kedua ini, disebut peluruhan beta balik.

Dua reaksi peluruhan beta balik

P + ύ  → n + e⁺

n + ʋ → p + e^-

mempunyai peluang yang sangat rendah, sehingga neutrino mampu menembus sejumlah materi besar. Jumlah fluks neutrino yang sangat besar diahsilkan dalam matahari dan bintang lain ketikaka terjadi badai nuklir didalamnya, dan fluks ini kelihatannya dapat bergerak bebas kesegala penjuru semesta. Beberapa persen dari energi yang dilepaskan dalam reaksi seperti itu dibawa neitrino.

Interaksi nuklir yang kuat yang mengikat nukleon bersama untuk membentuk inti tidak bisa menerangkan peluruhan beta. Interaksi berjangkauan pendek yang lain ternyata bertanggung jawab untuk gejala itu : interaksi lemah. Sejumlah struktur materi yang dipersoalkan, peranan interaksi lemah kelihatannya terbatas pada penyebab peluruhan beta didalam inti yang rasio neutron/proton tidak memadai untuk menjaga kemantapan. Interaksi ini juga mempengaruhi partikel elementer yang bukan merupakan bagian dari inti dan dapat menyebabkan transformasi menjadi partikel lain. Nama “ interaksi lemah “ timbul karena gaya berjangkauan pendek lain yang mempengaruhi nukleon sangat kuat seperti yang ditunjukan oleh energi ikat yang sangat tinggi dari inti. Interaksi gravitasional lebuh lemah dari pada interaksi lemah pada jarak di mana yang kedua merupakan faktor penting.

Jadi ada empat interaksi pokok yang dipandang cukup untuk mengatur struktur dan perilaku seluruh alam semesta fisis, dari atom sampai galaksi bintang : gravitasional, elektromagnetik, nuklir kuat, nuklir lemah.

Pemancar Beta

Sebagian besar pemancar beta ini dihasilkan melalui penembakan partikel neutron pada nuklida stabil. Oleh karena itu di dalam reaktor nuklir didapatkan berbagai macam pemancar beta. Energi radiasi beta bersifat kontinu. Pemancar beta sering digunakan dalam kedokteran dan juga dalam industri untuk mengukur ketebalan materi. Pemancar beta yang sering digunakan dalam kedokteran misalnya Sr-90, Y-90, P-32, Re-188, sedangkan untuk industri sering digunakan Sr-90, P-32, Tl-208. Contoh reaksi inti untuk menghasilkan pemancar beta adalah :

₁₃Si³¹ + ₀n¹ → à + ₁₅P³² + b^-

Sifat Radiasi Beta

1. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel a.
2. Jarak jangkauannya lebih jauh daripada partikel a, di udara dapat beberapa cm.
3. Kecepatan partikel b berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.
4. Karena sangat ringan, maka partikel b mudah sekali dihamburkan jika melewati medium.
5. Partikel b akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.

Daftar pustaka

Beiser, Artur.1986.Konsep Fisika Modern Edisi Empat Alih Bahasa The Hou Liong. Jakarta : Erlangga

Haditjahyono,Hendriyanto. - . Dasar Fisika Modern. - : -