Fisika Umum (MA 301) Topik hari ini Fisika Atom & Inti
6/13/2010
Fisika Atom
Model Awal Atom Model atom J.J. Thomson
Bola bermuatan positif Muatan--muatan negatif Muatan (elektron) yang sama banyak--nya menempel banyak pada bola tersebut
Model “watermelon”
Uji Eksperimental Harapan: 1. Sebagian besar terhambur dengan sudut kecil 2. Tidak terjadi hamburan yang terpantul Hasil: 1. Terhambur dengan sudut kecil dan besar 2. Terjadi hamburan yang terpantul!!!
Uji Eksperimental Lapisan tipis emas
● Berkas partikel alfa
● ● ●
● ● ● ●
●
●
Model Atom Model Rutherford
Model Planet Berdasarkan hasil eksperimen lapisan emas tipis yang ditumbuk berkas alfa Muatan positif terkonsentrasi di pusat atom, dinamakan nukleus Electron mengorbit nukleus seperti planet mengorbit matahari
Kelemahan Model Rutherford Atom mengemisi radiasi elektromagnetik dengan frekuensi karakteristik tertentu
Model Rutherford tidak bisa menjelaskan fenomena ini
Elektron Rutherford mengalami percepatan sentripetal sehingga meradiasikan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang sama
Ini berarti elektron akan kehilangan energi Radius elektron mengelilingi nukleus akan semakin mengecil Elektron akhirnya akan jatuh ke nukleus dengan lintasan spiral Tidak terjadi!!!
Spektrum Emisi Gas bertekanan rendah diberikan beda potensial (dieksitasi) Gas akan mengemisikan cahaya karakteristiknya Ketika cahaya hasil emisi dilewatkan pada spektrometer, deretan garis cahaya tampak teramati
Setiap garis memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda Deretan garis ini dinamakan spektrum emisi
Spektrum Emisi Hidrogen J. J. Balmer memformulaskan spektrum garis Hidrogen
1 1 1 = RH 2 − 2 λ 2 n
RH adalah konstanta Rydberg RH = 1.0973732 x 107 m-1
n integer, n = 1, 2, 3, … Garis spektral berkaitan dengan nilai n tertentu
Dikenal dengan Deret Balmer Contoh garis spektral
n = 3, λ = 656.3 nm n = 4, λ = 486.1 nm
Teori Bohr Tentang Atom
Pada tahun 1913 Bohr memberikan penjelasan tentang spektrum atom Model atom yang diajukan menjelaskan mengapa atom stabil
Asumsi Bohr tentang Atom Elektron bergerak melingkar mengelilingi inti karena pengaruh gaya Coulomb
Gaya Coulomb menghasilkan percepatan senntripetal
Hanya orbit elektron tertentu yang stabil
Pada orbitorbit-orbit ini atom tidak mengemisikan energi dalam bentuk radiasi elektromagneti Sehingga energi atom tetap dan mekanika klasik dapat digunakan untuk menjelaskan gerak elektron
Radiasi diemisikan oleh atom apabila “loncat” dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendah
Proses “loncat” tidak dapat dijelaskan secara klasik
Ei − E f = hf
Asumsi Bohr Lanjutan Tentang elektron yang “loncat”:
Frekuensi yang diemisikan dalam proses “loncat” berkaitan dengan perubahan energi atom Secara umum, frekuensi yang diemisikan tidak sama dengan frekuensi elektron mengorbit
Ei − E f = hf
Ukuran Relatif Atom Diameter orbit elektron dalam model atom Bohr ditentukan oleh muatan listrik yang terdapat pada inti atom Tinjau atom hidrogen, jika muatan listrik positif pada inti dibuat dua kalinya, maka gaya yang dialami elektron menjadi duakalinya, sehingga elektron akan tertarik dan orbitnya akan mengecil menjadi setengah kali orbit semula. Tapi, ini tidak terjadi. Penambahan muatan positif di inti mengakibatkan adanya penggandengan elektron lain untuk berada di orbit yang pertama. Penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral. Atom yang sekarang bukan lagi Hidrogen Hidrogen,, melainkan Helium Penambahan proton selanjutnya dalam inti, akan menarik elektron kedalam orbit yang lebih dekat dengan inti, dan selanjutnya, akan ada lagi penggandengan elektron lain (ketiga) untuk mengorbit diorbit ke dua, penambahan elektron ini membuat atom menjadi netral. Atom yang sekarang bukan lagi Helium Helium,, melainkan Lithium
Ukuran Relatif Atom Jika proses penambahan proton dalam inti berlanjut terus, maka akan dihasilkan berbagai jenis unsur Ketika muatan inti bertambah terus, elektron baru terus ditambahkan pada orbit terluar, orbit yang dalam akan mengalami penyusutan karena semakin kuatnya gaya tarik oleh inti Ini berarti, unsur yang berat tidak selalu memiliki diameter yang lebih besar dari pada unsur yang ringan Contoh, diameter atom uranium sekitar tiga kali diameter atom hidrogen, padahal massa uranium lebih besar 238 kali dari massa hidrogen Tiap unsur memiliki orbit elektron yang berbedaberbeda-beda, artinya jarijarijari orbit atom sodium akan sama untuk atomatom-atom sodium yang lain dan tentu saja berbeda untuk unsur yang lain
Gelombang de Broglie Salahsatu postulat Bohr adalah momentum sudut elektron adalah terkuantisasi, tapi tidak ada penjelasan mengapa pembatasan tersebut terjadi de Broglie mengasumsikan bahwa elektron orbit akan stabil hanya jika kelilingnya sama dengan bilangan integer kali panjang gelombang
Gelombang de Broglie dalam Atom Hidrogen Dalam contoh ini, tiga panjang gelombang bersesuaian dengan keliling orbit Secara umum, keliling harus sama dengan bilangan integer kali panjang gelombang
2π r = nλ , λ = 1, 2,3,... h tapi λ = , sehingga me v
me vr = nh, n = 1, 2,3,...
Mekanika Kuantum Dualisme cahaya, sebagai partikel dan sebagai gelombang Erwin Schrodinger memformulasikan persamaan matematis yang menjelaskan bagaimana gaya luar mempengaruhi gelombang (mirip Hk. Newon) Probabilistik
Prinsip Korespondensi Bohr Prinsip Korrespondensi Bohr menyatakan bahwa mekanika kuantum cocok dengan fisika klasik ketika perbedaan energi antara tingkattingkat-tingkat terkuantisasi sangat kecil
Serupa dengan Mekanika Newton yang merupakan kasus khusus dari Mekanika Relativistik ketika v << c
Sifat Atom Semua atom tersusun atas inti dan elektron yang mengorbit inti Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti, pada atom netral, jumlah elektron sama dengan jumlah proton Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti
A=Z+N Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti Nomor massa tidak sama dengan massa
Notasi Contoh:
A Z
X
27 13
Dimana X adalah simbol kimia dari unsur
Al
Nomor massa 27 Nomor atom 13 Terdiri dari 13 proton, 14 (27 – 13) neutron dan 13 elektron (atom netral)
Fisika Inti
Fisika Inti; Sejarah 1896 – Lahirnya fisika inti
Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium
Rutherford menunjukkan tiga tipe radiasi
Alfa (Inti He) Beta (elektron) Gama (foton berenergi tinggi)
1911 Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan
Memperoleh informasi tentang muatan inti Gaya Nuklir merupakan gaya jenis baru
1919 Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali 1932 Cockcroft dan Walton pertamakali menggunakan pemercepat proton untuk menghasilkan reaksi inti 1932 Chadwick menemukan neutron 1933 Curie menemukan radioaktif buatan 1938 Hahn dan Strassman menemukan fisi nuklir 1942 Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol
Atom
Mari kita lihat ada apa di dalamnya!
Inti Atom Bermuatan Positif, Apakah hanya ada Proton dalam Inti? Th 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dg partikel alpha → ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dg energi 5.7 MeV. Kayanya sinar gamma neh… tapi energi sinar gamm~55 MeV (ga mungkin…). Jadi radiasi netral itu apa sebenarnya? 1932 Chadwick mennyatakan pancaran radiasi netral = pancaran partikel neutral yang disebut (neutron) yang massanya~massa proton Sifat-sifat neutron Sifat Meluruh jika diluar inti, τ =15,5 menit mn=1,0086654u=1,6748.10-27 kg, mn>mp Spin ½ Bermuatan netral so,… inti atom terdiri dari proton dan neutron
Sifat Inti Semua inti tersusun atas proton dan neutron
Pengecualian inti atom hidrogen
Nomor atom , Z, menyatakan jumlah proton dalam inti Nomor neutron , N, menyatakan jumlah neutron dalam inti Nomor massa , A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti
A=Z+N Nukleon adalah nama untuk proton dan neutron penyusun inti Nomor massa tidak sama dengan massa
Notation Contoh:
A Z
X
27 13
Dimana X adalah simbol kimia dari unsur
Al
Nomor massa 27 Nomor atom 13 Terdiri dari 13 proton dan 14 (27 – 13) neutron
Muatan dan massa Muatan: Elektron mempunyai muatan negatif tunggal, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C) Proton mempunyai muatan positif tunggal, +e
Sehingga, muatan dari inti adalah Ze
Neutron tidak bermuatan
Membuatnya sulit dideteksi
Massa: Menggunakan atomic mass units, u, untuk menyatakan massa
1 u = 1.660559 x 10-27 kg Berdasarkan definisi bahwa massa satu CC-12 adalah tepat 12 u
Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2
Dari ER = m c2 1 u = 931.494 MeV/c2
Ringkasan Massa Massa Partikel
kg
u
MeV/c2
Proton
1.6726 x 10-27
1.007276
938.28
Neutron
1.6750 x 10-27
1.008665
939.57
Electron
9.101 x 10-31
5.486x10-4
0.511
Ukuran Inti Diselidiki pertama kali oleh Rutherford pada percobaan hamburan Diperoleh pernyataan seberapa dekat partikel alfa bergerak mendekati inti sebelum berbalik arah karena gaya tolak Coulomb EK partikel diubah menjadi EP
2e )( Ze ) ( q1q2 1 2 = ke mv = ke 2 r d
atau
4ke Ze 2 d= mv 2
Untuk emas: d = 3.2 x 10-14 m, dan untuk perak: d = 2 x 10-14 m
Biasa dinyatakan dalam femtometers dimana 1 fm = 10-15 m (juga dinamakan satu fermi)
Ukuran Inti Sejak eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford, banyak eksperimen lain yang menyimpulkan sebagai berikut
Kebanyakan inti hampir bulat Jejari reratanya
r = ro A
1 3
ro = 1.2 x 10-15 m
Kerapatan Inti Volume dari inti (asumsinya bola) sebanding dengan jumlah total nukleon Ini memberikan bahwa semua inti memiliki kerapatan yang sama ρ ρ = Ro A1/3 dimana Ro = 1.2 fm
ρatom ~ 103 kg/m3 ρnucleus ~ 1017 kg/m3
Energi Ikat Energi total dari sistem terikat (inti) adalah lebih kecil dari energi kombinasi penyusun nukleon
Perbedaan energi ini dinamakan energi ikat inti Dapat juga dinyatakan sebagai sejumlah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron
Energi ikat per nukleon
Kesetabilan Inti Terdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama proton dalam inti
Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur
Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangkauan pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat)
Gaya ini merupakan gaya tarik yang bekerja pada semua partikel inti Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat dalam inti
Grafik Kesetabilan Inti Inti ringan stabil jika N = Z Inti berat sangat stabil ketika N > Z
Semakin besar jumlah proton, gaya tolak Coulomb semakin besar akibatnya diperlukan lebih banyak nukleon agar inti tetap stabil
Tidak ada inti stabil ketika Z > 83
Isotop Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang sama Meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasi
Isotope adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan A berbeda Contoh:
11 6
C
12 6
C
13 6
14 6
C C
Radioaktivtas
Radioaktivtas; Sejarah 1896: Becquerel secara tak sengaja menemukan kristal uranil mengemisikan 1896: radiasi pada plat fotoe. 1898: Marie and Pierre Curie menemukan polonium (Z=84) dan radium (Z = 88), 1898: Dua unsur baru radioaktif 1903: Becquerel and the Curie’s menerima Nobel prize fisika dalam hal 1903: mempelajari radioaktivitas. 1911: Marie Curie menerima Nobel prize (kedua) kimia untuk penemuan 1911: polonium dan radium. 1938: Hahn (1944 Nobel prize) and Strassmann menemukan fissi inti - Lisa 1938: Meitner memerankan peranan penting 1938: Enrico Fermi menerima Nobel prize fisika dalam hal memproduksi unsur 1938: radioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi inti
Radioaktivtas Radioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang tidak stabil Tiga jenis radiasi yang dapat diemisikan
Partikel Alpha Merupakan inti 4He
Partikel Beta Partikel dapat berupa elektron atau positron
Sebuah positron adalah antipartikel dari elektron Sama seperti elektron kecuai muatannya +e
Sinar Gamma Merupakan fotonn energi tinggi
Perbedaan Jenis Radiasi Jenis Radiasi alfa α = Inti He (2p + 2n) beta β = elektron atau positron gama γ = foton berenergi tinggi
Muatan/Massa +2q/4mp –q/me atau +q/me tidak bermuatan
Kemampuan Daya Tembus Selembar kertas
beberapa mm aluminium
Beberapa cm timah
α β γ
Partikel α tidak dapat melalui kertas Partikel β tidak dapat melalui aluminium Partikel γ tidak dapat melalui timah
Bahaya Radioaktif – Diluar Tubuh
Alpha
Radiasi akan mengionisasi atom dalam sel hidup – ini dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia
Beta Gamma Gamma
Diluar Tubuh, β dan γ lebih berbahaya karena dapat menembus kulit dan masuk ke organ tubuh
Bahaya Radioaktif – Didalam Tubuh
Alpha Beta
Gamma
Didalam tubuh, radiasi α lebih berbahaya karena tidak punya cukup energi untuk keluar dari tubuh dan memiliki daya ionisasi paling besar untuk merusak sel β dan γ kurang berbahaya dibanding α karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh
Proses Radiasi: Radiasi: Peluruhan Alpha Sebelum
Sesudah 226 88
Ra
α 222 86
induk
Rn
anak
Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus sebuah partikel alpha Terjadi karena inti terlalu besar, peluruhan alfa dapat mereduksi ukuran inti Energi disintegrasi Q muncul sebagai energi kinetik (= energi ikat negatif)
Partikel α paling ringan membawa energi kinetik paling besar
Mengapa? Kekekalan momentum! A Z
X →
A− 4 Z −2
D +
4 2
He
Q = M ( ZA X ) − M ( ZA−−42 D ) − M ( 24 He ) c 2 dimana mHe = 4.002603 u
Proses Radiasi: Radiasi: Peluruhan β– (Emissi e– ) Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus elektron dan anti anti--neutrino Anti--neutrino adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik Anti elektron
Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom tetangganya (Z+1), maka peluruhan β– mungkin terjadi Neutron bebas dapat meluruh menjadi sebuah proton. proton.
t1/2 = 10.8 menit, Q = 939.57 – (938.28 + 0.511) = 0.78 MeV
A Z
X →
A Z +1
D + e− + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A+1 D ) c 2 *electron mass included in daughter nucleus
Proses Radiasi : Peluruhan β– untuk Carbon Dating Peluruhan β dari 14C digunakan untuk menentukan umur suatu bahan organik
14C
→ 14N + e– + νe
Ketika organisme hidup, hidup, sinar cosmic 14 menghasilkan C di atmosfir yang memberikan nilai perbandingan 14C/12C konstan dalam gas CO2
14C
/ 12C = 1.2× 1.2×10–12 dalam orgenisme hidup
Ketika organisme tsb meninggal, meninggal, 14C tidak lagi diabsorpsi, akibatnya nilai perbandinagn 14C/12C menurun menu run terhadap waktu
Waktu paruh t1/2 dari
14C
= 5760 tahun
Pengukuran umur dari bahan dengan mencari aktivitas per satuan massa dari 14C
Sangat efektif untuk 1,000 sampai 25,000 tahun lalu
Proses Radiasi: Radiasi: Peluruhan β+ (Emisi Positron) Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus positron dan neutrino neutrino.. Proton bebas tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron melalui emisi positron
Neutron bebas meluruh menjad sebuah proton
Proton terikat dalam inti kadangkadang-kadang dapat mengemisikan sebuah positron karena efek energi ikat inti A Z
X →
A Z −1
D + e+ + v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) − 2me c 2 *explicitly add electron/positron masses
Proses Radiasi: Radiasi: Penangkapan Elektron Inti induk menangkap elektron dari orbitalnya sendiri dan mengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutron Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan terjadi
Catatan: Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (Z– (Z–1) lebih besar dari 2me, maka peluruhan positron juga mungkin terjadi A Z
X + e− →
A Z −1
D+v
Q ( MeV ) = Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D ) c 2 *added electrons on both sides cancel
Proses Radiasi: Radiasi: Peluruhan Gama Dalam peluruhan gama, sebuah keadaan tereksitasi inti meluruh ke sebuah keadaa yang energinya lebih rendah melalui emisi foton Transisi inti seperti ini analog dengan transisi atom, atom, tetapi dengan energi foton yang lebih tinggi λ = 1240 eV nm / Mev = 10–3 nm. nm. Emisi sinar γ biasanya mengikuti peluruhan beta atau alfa (lihat gambar) Waktu hidup ratarata-ratanya sangat singkat
τ = hbar / ∆E = 10–10 s
Proses Radiasi: Radiasi: Radioaktif Alam Tiga deret inti radioaktif terjadi secara alami Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop Pb. Pb. Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam (237Np). Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami 14C, 40K
Deret Peluruhan 232Th Deret dimulai dari 232Th Prosesnya melalui peluruhan alfa dan beta Berakhir pada isotop stabil 208Pb
Kurva Peluruhan Kurva Peluruhan memenuhi persamaan
N = N 0 e − λt Waktu paruh juga merupakan parameter yang penting Waktu paruh definisikan sebagai waktu yang dibutuhkan inti sehingga jumlahnya menjadi separuhnya
T1 2 =
ln 2 0.693 = λ λ
QUICK QUIZ What fraction of a radioactive sample has decayed after two halflives have elapsed? (a) 1/4 (b) 1/2 (c) 3/4 (d) not enough information to say
(c). At the end of the first half-life interval, half of the original sample has decayed and half remains. During the second half-life interval, half of the remaining portion of the sample decays. The total fraction of the sample that has decayed during the two half-lives is: 1 1 1 3
+ = 2 22 4
Karakteristik SinarSinar-X Ketika sebuah logam ditembaki oleh elektron – elektron berenergi tinggi, sinar--x diemisikan sinar Spektrum sinarsinar-x terdiri dari spektrum kontinu yang lebar dan deretan garis tajam Garis--garis yang muncul Garis bergantung pada logam Garis--garis tersebut Garis dinamakan karakteristik sinar--x sinar
Penjelasan Karakteristik SinarSinar-X Tinjauan struktur atom lebih detil dapat digunakan untuk menjelaskan karakteristik sinarsinar-x
Elektron penembak menumbuk elektron dalam logam target yang berada di kulit dalam Jika energinya cukup, elektron akan dipindahkan dari atom target Kekosongan yang tercipta akibat elektron yang hilang diisi oleh elektron yang berasal dari tingkat energi lebih tinggi Proses transisi yang terjadi disertai emisi foton yang energinya sama dengan perbedaan dua tingkat enrgi tersebut
Reaksi Inti Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan partikel yang energetik
Perubahannya dinamakan reaksi inti
Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor massa harus sama dikedua ruas persamaan
Problem Which of the following are possible reactions?
(a) and (b). Reactions (a) and (b) both conserve total charge and total mass number as required. Reaction (c) violates conservation of mass number with the sum of the mass numbers being 240 before reaction and being only 223 after reaction.
Nilai Q Energi juga harus kekal dalam reaksi inti Energi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah reaksi inti dinamakan nilai Q dari reaksi
Reaksi exothermic Terjadi pengurangan massa dalam reaksi Terjadi pelepasan energi Q is positive
Reaksi endothermic Terjadi peningkatan massa dalam reaksi Energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk Q is negative
Energi Ambang Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki energi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambang
KEmin
m = 1 + Q M
m : massa partikel penumbuk M : Massa partikel target
Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat terjadi
Energi Inti
Fisi:: Fisi Neutron menumbuk inti 235U untuk membentuk keadaan tereksitasi yang meluruh menjadi dua inti yang lebih ringan (plus neutrons) plus ENERGY! Contoh: 235U + n → 92Kr + 142Ba + 2n + 180 MeV
(238U tidak berfisi!)
235U
tidak akan berfisi tanpa ditumbuk oleh neutron.
Fisi:: Reaksi Berantai Fisi Menggunakan neutron dari proses fisi untuk menginisiasi proses fisi yang lain! 1942:: Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol 1942 Untuk bom nuklir, nuklir, memerlukan lebih dari satu neutron dari peristiwa fisi pertama yang menyebabkan peristiwa kedua (1 g U dapat melepaskan energi sama dengan sekitar 20000 ton TNT) Untuk Pembangkit daya nuklir,, memerlukan kurang nuklir dari satu neutron yang menyebabkan peristiwa kedua
QUICK QUIZ In the first atomic bomb, the energy released was equivalent to about 30 kilotons of TNT, where a ton of TNT releases an energy of 4.0 × 109 J. The amount of mass converted into energy in this event is nearest to: (a) 1 µg, (b) 1 mg, (c) 1 g, (d) 1 kg, (e) 20 kilotons
(c). The total energy released was E = (30 ×103 ton)(4.0 × 109 J/ton) = 1.2 × 1014 J. The mass equivalent of this quantity of energy is:
E 1.2 × 10 J −3 m= 2 = = 1 . 3 × 10 kg ~ 1g 8 2 c (3.0 × 10 m/s) 14
Reaktor Nuklir Sebuah reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang didisain untuk terjadinya reaksi berantai yang terkendali Konstanta Reproduksi K, didefinisikan sebagai jumlah ratarata-rata neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi lain
Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5 Dalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai ini
Reaksi yang terkendali memiliki nilai K = 1
Desain Dasar Reaktor Elemen bahan bakar terdiri atas uranium Material moderator (air dan grafit) digunakan untuk memperlambat neutron Batang kendali digunakan untuk mengabsorpsi neutron Ketika K = 1, reaktor dikatakan kritis
Reaksi berantai terkendali
Ketika K < 1, reaktor dikatakan subkritis
Reaksi berhenti
Ketika K > 1, reaktor dikatakan superkritis
Terjadi rekasi yang berjalan sendiri
Energi Termonuklir (Fusi Inti) Reaksi eksotermik dasar dalam bintang (merupakan sumber dari hampir semua energi dalam semesta) adalah fusi inti hidrogen menjadi inti helium Terjadi dua deretan proses:
Siklus proton proton--proton, merupakan tumbukan langsung protonproton-proton menghasilkan inti lebih berat yang diikuit dengan tumbukan antara intiinti-inti itu sehingga menghasilkan inti helium
Siklus karbon, merupakan sederetan proses dimana inti karbon menyerap proton berturutberturut-turut sampai akhirnya inti itu memancarkan partikel alfa dan kembali menjadi inti karbon lagi
Siklus Proton - proton 1 1
H +11 H→ 21 H + e + + υ
1 1
H + 21 H→ 23 H + γ
3 2
H + 23 H→ 42 H +11 H +11 H
Siklus Karbon H +126C →137N
1 1
N →136C + e + + ν
13 7
H +136C →147N + γ
1 1
H +147N →158O + γ
1 1
O→157N + e + + ν
15 8
H +157N →126C + 24He
1 1
Energi Termonuklir (Fusi Inti) lanjutan Reaksi fusi yang dapat berlangsung sendiri hanya dapat terjadi pada kondisi temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, agar inti yang ikut dalam proses tsb mempunyai energi cukup untuk berreaksi walaupun dicegah oleh gaya tolak listrik, dan reaksinya terjadi cukup kerap untuk mengimbangi pelepasan energi ke sekelilingnya.
Energi yang dilepas ketika terjadi fusi inti ringan menjadi inti berat disebut energi termonuklir
