Radio Aktivitas dan Reaksi Inti

Transkripsi

1 Radio Aktivitas dan Reaksi Inti CHATIEF KUNJAYA KK ASTRONOMI, ITB

2 Reaksi Inti di Dalam Bintang Matahari dan bintang-bintang umumnya membangkitkan energi sendiri dengan reaksi inti Hidrogen menjadi Helium. Reaksi ini meupakan reaksi inti ringan menjadi inti yang lebih berat, sehingga tergolong reaksi fusi Selain reaksi fusi, ada juga reaksi fisi yang memecah inti berat menjadi inti yang lebih ringan. Salah satu reaksi fisi di alam semesta adalah terurainya besi menjadi helium saat ledakan supernova.

3 Reaksi Inti di Bumi Contoh reaksi fusi di Bumi yang pernah dibuat manusia adalah Bom Hidrogen Contoh reaksi fisi yang pernah dibuat manusia adalah ledakan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki di penghujung perang dunia kedua Reaksi fusi sudah dimanfaatkan manusia untuk tujuan damai yaitu pada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN)

4 Rangkaian reaksi Hidrogen Reaksi penggabungan H menjadi He merupakan rangkaian reaksi yang cukup kompleks dan membutuhkan temperatur yang sangat tinggi, diatas 10 juta K. Hal ini disebabkan dua inti H yang bermuatan positif akan saling tolak karena gaya elektrostatik, sehingga dibutuhkan kecepatan yang sangat tinggi untuk membuat kedua inti cukup dekat sehingga dapat diikat oleh gaya kuat inti (strong force) Gaya kuat inti bekerja pada jarak m

5 Tahapan Reaksi Inti H Menjadi He 1H H 1 1 D 2 + e + + ν 1D H 1 2 He 3 + γ 2He He 3 2 He H 1 Secara neto reaksinya menjadi : 4 1 H 1 He 4 + 2e γ Reaksi ini disebut reaksi proton-proton yang eksoterm (menghasilkan energi)

6

7 Energi Reaksi Jika dibandingkan, massa empat proton lebih berat dari massa satu Helium, Massa 4 proton : 4 1,0079 sma = 4,0316 sma Massa 1 inti helium : 4,0026 sma Massa yang hilang 0,029 sma, 0,7% massa 4 proton Massa yang hilang ini berubah menjadi energi sesuai dengan persamaan Einstein: E mc 2

8 Energi Radiasi Matahari Energi dari massa yang hilang inilah yang merambat keluar dari dalam bintang dan Matahari dan dipancarkan dari permukaannya secara radiasi Pancaran radiasi Matahari yang stabil selama berjutajuta tahun menunjukkan bahwa laju pembangkitan energi di pusatnya konstan dan sama dengan laju pemancaran dari permukaannya. Dengan demikian dapat diperkirakan bahwa laju reaksi inti di pusat Matahari juga konstan. Helium akan terakumulasi di pusat Matahari semakin banyak seiring dengan semakin tuanya Matahari

9 Reaksi inti siklus CNO Reaksi H menjadi He dapat dipercepat oleh unsurunsur karbon, nitrogen dan oksigen bila unsur-unsur itu ada di dalam bintang. CNO berfungsi sebagai katalis Dibutuhkan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan siklus proton-proton Bintang-bintang generasi pertama yang bahan bakunya tidak mengandung unsur berat, evolusinya lebih lambat dibandingkan dengan generasi berikutnya yang lingkungannya sudah mengandung unsur berat

10 Siklus CNO 6C H 1 7 N 13 + γ 7N 13 6 C 13 + e + + ν 6C H 1 7 N 14 + γ 7N H 1 8 O 15 + γ 8O 15 7 N 15 + e + + γ 7N H 1 6 C He 4 Netto : 4 1 H 1 He 4 + 2e γ Sama dengan siklus PP, tapi lebih cepat

11 Reaksi Triple Alpha Pada bintang yang bermassa besar, temperatur di intinya bisa mencapai ratusan derajat Temperatur dan tekanan yang sangat tinggi itu menyebabkan He bisa bereaksi menjadi karbon 2He He 4 4 Be 8 4Be He 4 6 C 12 + γ Pada temperatur yang lebih tinggi lagi bisa terbentuk oksigen: 6C He 4 8 O 16 + γ

12 Pembentukan Unsur Lebih Berat Pada bintang yang bermassa sangat besar, dapat dibentuk unsur-unsur yang lebih berat lagi. Mengingat bahwa pada awal alam semesta, atom yang pertama terbentuk adalah H, dan unsur-unsur yang lebih berat dibuat di inti bintang, dapat disimpulkan bahwa atom-atom C, N, O dan unsur berat lain yang ada di dalam tubuh kita zaman dahulu pernah berada di dalam inti bintang.

13 Kehilangan Massa Matahari Radiasi Matahari relatif stabil selama berjuta tahun, oleh karena itu, hukum kekekalan energi mengharuskan laju penciptaan energi di pusat Matahari harus sama dengan luminositas total. Hal itu membuat kita dapat menghitung kehilangan massa Matahari, jika bisa mengukur kuat cahaya Matahari di Bumi, bahkan dapat digunakan juga untuk menghitung kala hidup Matahari. Fluks energi Matahari di sekitar Bumi menurut pengukuran para ahli adalah f 1380 joule/(m 2 dt)

14 Kehilangan Massa Matahari Luminositas Matahari dapat dihitung dari: L 4 d 2 Dengan d adalah jarak rata-rata Bumi-Matahari 150 juta km Luminositas ini sama dengan laju penciptaan energi di pusat Matahari Maka laju kehilangan massa Matahari dapat dihitung dari rumus kesetaraan massa energi Einstein: f E mc 2

15 Kala Hidup Matahari Dari jumlah massa yang hilang dapat diketahui jumlah Hidrogen yang berubah menjadi Helium. Akhir riwayat Matahari adalah apabila 10% H sudah berubah menjadi He. Kala hidup Matahari dapat dihitung dari waktu yang dibutuhkan untuk mengubah 10% massa Matahari menjadi Helium

16 Contoh Soal Dari pengukuran fluks energi Matahari di Bumi, dan rumus kesetaraan massa - energi Einsten dan perkiraan bahwa Matahari berada di akhir riwayat hidupnya ketika massa helium yang terkumpul di pusatnya 10% dari massa matahari, para astronom dapat memperkirakan kala hidup matahari. Berapakah usia matahari ketika riwayatnya berakhir, dihitung sejak kelahirannya?

17 Jawab Fluks energi radiasi matahari di sekitar Bumi f = 1380 joule/(m 2 dt), maka luminositas Matahari : L ʘ = 4πd 2 f=3, joule/detik Energi ini berasal massa yang hilang dari reaksi fusi, jadi massa yang hilang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Einstein : E=mc 2 diperoleh massa yang hilang tiap detik 4,3 juta ton atau 1, kg/tahun. Massa matahari M ʘ = 1, kg. Sepuluh persen dari Massa ini 1, kg.

18 Jawab Prosentase massa yang hilang dari reaksi hidrogen menjadi helium adalah 0,7%, maka banyaknya massa yang berubah menjadi energi selama hidup Matahari adalah : 0,7% 1, kg = 1, kg Massa sejumlah itu dihabiskan dalam waktu : 27 1,39 10 kg 10 1, ,37 10 kg/tahun Atau 10 milyar tahun tahun

19 Sinar Kosmik Sinar Kosmik adalah artikel subatomik yang datang dari angkasa Ditemukan mula 2 dari berkas cahaya pada film meskipun shutter kamera dalam keadaan tertutup, maka dipastikan bukan gelombang cahaya Semakin tinggi tempat semakin sering terjadi insiden sinar kosmik Sinar kosmik merupakan partikel bermuatan yang terbentuk di atmosfir atas sebagai akibat tumbukan partikel dari luar Tata Surya dengan partikel atmosfer

20 Sinar Kosmik Partikel subatomik sinar kosmik itu berumur pendek yang sifat 2 nya berbeda dari partikel 2 dasar yang dikenal Maka orang menduga bahwa partikel sinar kosmik adalah pecahan dari inti atom. Kedatangan sinar kosmik yang tak menentu menyulitkan penelitiannya Kemudian ahli fisika mencoba membuat sinar kosmik buatan dengan cara mempercepat gerak proton lalu menumbukkan dengan proton lain, lalu mendeteksi pecahannya.

21

22

23