Partikel Beta merupakan suatu partikel subatomik yang terlempar dari inti atom yang tidak stabil - beta. Partikel tersebut ekuivalen dengan elektron dan memiliki muatan listrik negatif tunggal -e ( -1,6 x 10-19 C ) dan memiliki massa yang sangat kecil ( 0.00055 atomic mass unit ) atau hanya berkisar 1/2000 dari massa neutron atau proton. Perbedaannya adalah partikel beta berasal dari inti sedangkan elektron berasal dari luar inti. Kecepatan dari partikel beta adalah beragam bergantung pada energi yang dimiliki oleh tiap - tiap partikel. Karena pertimbangan - pertimbangan teoritis tidak memperkenankan eksistensi independen dan dari elektron intra nuklir, maka dipostulatkan bahwa partikel terbentuk pada saat pemancaran oleh transformasi suatu neutron menjadi sebuah proton dan sebuah elektron sesuai dengan persamaan

₀¹n -------->₁¹H + _-1⁰e

Transformasi tersebut memperlihatkan bahwa penurunan beta terjadi diantara isotop - isotop yang memiliki kelebihan jumlah neutron. Sehingga neutron yang berlebih tersebut bertransformasi menjadi proton dan elektron seperti yang telah dijelaskan diatas, proton yang dihasilkan dari transformasi tersebut akan tetap berada pada inti, sedangkan elektron yang dihasilkan akan terlempar dengan energi yang tinggi. Proses ini akan mengakibatkan jumlah neutron dari suatu atom tersebut berkurang satu sedangkan jumlah protonnya bertambah satu. Karena jumlah proton dari suatu atom menentukan unsur, maka transformasi neutron menjadi proton tersebut akan merubah radionuklida tersebut menjadi unsur yang lain. Seperti contoh transformasi fosfor radioaktif yang menjadi sulfur stabil yang sesuai dengan persamaan :

₁₅ ³²P -------->₁₆ ³²S + _-1 ⁰e + 1,71 MeV

Dapat diperhatikan bahwa - seperti yang telah dijelaskan, selama transformasi beta terdapat satu muatan negatif yang hilang, dan karena massa partikel beta jauh lebih kecil daripada 1 amu (atomic mass unit ), maka inti anakan akan memiliki nomer atom yang lebih besar 1 amu daripada nomer atom induk, sedangkan nomer massa akan tetap 32 amu. Energi transformasi dalam contoh ini sebesar 1,71 MeV merupakan energi yang setara dengan selisih massa antara inti ³²P dan jumlah inti ³²S ditambah dengan partikel Beta. Energi ini muncul sebagai energi kinetik dari partikel beta tersebut.

Eksperimen terhadap peluruhan beta mengungkapkan bahwa partikel beta dipancarkan dengan suatu distribusi yang kontinu yang berkisar dari nol hingga nilai yang diharapkan secara teoritis yang didasarkan pada pertimbangan - pertimbangan energi - massa untuk transisi beta khusus , bukan mono-energitik seperti halnya partikel alfa. Anomali lain adalah fakta bahwa nuclear recoil tidak berada pada arah yang berlawanan dengan momentum elektron. Terjadinya pancaran partikel lain adalah penjelasan yang paling mungkin untuk menjelaskan tingkah laku ini, tetapi eksperimen tidak menemukan sebuah bukti berupa massa dan muatan lain dari peristiwa ini. Fakta ini nampaknya menyimpang dari hukum - hukum kekekalan energi dan massa. Untuk menghindari penyimpangan ini, pada tahun 1930, Pauli mengusulkan suatu hipotesa tentang keberadaan suatu partikel yang disebut dengan neutrino yang menyertai partikel beta yang energinya sama dengan selisih antara energi kinetik yang menyertai partikel beta dan energi maksimum dari distribusi spektrum, neutrino - seperti yang didalilkan haruslah tidak bermuatan dan memiliki massa yang tak berhingga kecilnya, sehingga dengan karakteristik ini maka partikel ini akan sangat sulit dideteksi. Namun demikian pembuktian akan keberadaan partikel ini secara eksperimental barulah tercapai pada tahun 1950. Sehingga persamaan transformasi beta harus dimodifikasi menjadi

₀¹n -------->₁¹H + _-1⁰e + ν

dengan ν adalah neutrino

Fosfor-32, seperti halnya pemancar beta yang lain yang meliputi H-3, C-14, Y-90, tidak memancarkan sinar gamma (disebut sebagai pemancar beta murni). Lawan dari pemancar beta murni adalah pemancar beta - gamma (partikel beta (dengan seketika) diikuti oleh pemancaran sinar gamma) dalam hal ini Inti anakan setelah terjadi pemancaran sinar beta akan tertinggal dalam keadaan teraktivasi, dan keumdian energi aktivasi tersebut dilepaskan melalui pemacaran sinar gamma. Salah satu contoh isotop pemancar beta-gamma adalah Hg-203

Daya tembus partikel beta untuk menembus jaringan bergantung pada energi yang dimiliki partikel tersebut, sehingga radiasi partikel beta juga merupakan bahaya radiasi eksternal jika memiliki energi diatas 200 keV sehingga tingkat bahaya haruslah dievaluasi untuk setiap kasus. Sinar - sinar beta yang energinya kurang dari 200 keV tidak dianggap sebagai bahaya radiasi eksternal karena memiliki daya tembus yang sangat terbatas seperti halnya S-35 dan C-14. Namun yang perlu diperhatikan adalah bahwa sinar - sinar beta akan memicu sinar-X Bremsstrahlung yang berdaya tembus tinggi jika dihentikan melalu shielding yang tidak dirancang sebagaimana mestinya dan langkah - langkah pencegahan yang sesuai tidak dilakukan.

Penyinaran langsung dari partikel beta adalah berbahaya karane emisi dari pemancar beta yang kuat bisa memanaskan atau bahkan membakar kulit. Namun masuknya pemancar beta melalui penghirupan dari udara menjadi perhatian yang serius karena partikel beta langsung dipancarkan ke dalam jaringan hidup sehingga bisa menyebabkan bahaya di tingkat molekuler yang dapat mengganggu fungsi sel. Karena partikel beta begitu kecil dan memiliki muatan yang lebih kecil daripada partikel alfa maka partikel beta secara umum akan menembus masuk ke dalam jaringan, sehingga terjadi kerusakan sel yang lebih parah.

Radionuklida pemancar beta terdapat di alam dan juga merupakan buatan manusia. Seperti halnya Potassium - 40 dan Carbon-14 yang merupakan pemancar beta lemah yang ditemukan secara alami dalam tubuh kita. Pemancar beta digunakan untuk medical imaging, diagnosa, dan prosedur perawatan (seperti mata dan kanker tulang), yakni technetium-99m, phosphorus-32, and iodine-131. Stronsium-90 adalah bahan yang paling sering digunakan untuk menghasilkan partikel beta. Partikel beta juga digunakan dalam quality control untuk menguji ketebalan suatu item seperti kertas yang datang melalui sebuah system of rollers. Beberapa radiasi beta diserap ketika melewati produk. Jika produk yang dibuat terlalu tebal atau terlalu tipis maka radiasi dengan jumlah berbeda akan diserap. Sebuah program computer akan memantau kualitas dari kertas yang diproduksi tersebut berdasarkan jumlah radiasi yang diteruskan melalui kertas tersebut, sehingga program komputer tersebut memindahkan rollers untuk mengubah ketebalan sesuai dengan kualitas yang telah ditentukan sebelumnya.

Namun bagaimanapun, pada akhirnya Penggunaan pemancar beta haruslah memerlukan sebuah perhatian khusus dari hal manfaat dan juga potensi dampak yang merugikan.

Sumber dan gambar :

1. Beta Radioactivity
2. Wikipedia, The Free Encyclopedia
3. Gross Beta Radiation
4. Camber, Herman. Health Physics Introduction. Pegamon Press

Dahsyatnya Elektromagnetik

      National Aeronautics and Space Admistration) mulai berpikir untuk memanfaatkannya sebagai tenaga yang bisa ‘melemparkan’ pesawat luar angkasa ke luar atmosfer bumi! Kenapa sampai muncul ide ini? Bukankah mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat-pesawat ke luar bumi sudah cukup berhasil? Sebenarnya semua mesin roket yang sudah digunakan maupun yang sedang dikembangkan saat ini tetap membutuhkan bahan khusus sebagai pendorongnya. Bahan-bahan propellant ini bisa berupa bahan kimia seperti yang sudah banyak digunakan, bisa juga berupa hasil reaksi fusi nuklir yang teknologinya dikembangkan di awal abad 21 ini. Ada lagi berbagai teknologi inovatif seperti light propulsion dan antimatter propulsion.

Penggunaan propellant ini sebenarnya sangat membatasi kecepatan dan jarak maksimum yang dapat dicapai pesawat. Karena itulah muncul ide untuk mengirimkan pesawat luar
angkasa menggunakan teknologi yang sama sekali tidak melibatkan propellant. Sistem apa yang bisa ‘melemparkan’ pesawat yang begitu besar dan berat ke luar angkasa tanpa menggunakan propellant sama sekali? Hanya Elektromagnetika yang bisa menjawabnya!

Elektromagnetika merupakan penggabungan listrik dan magnet. Sewaktu kita mengalirkan listrik pada sebuah kawat kita bisa menciptakan medan magnet. Listrik dan magnet benar-benar tidak terpisahkan kecuali dalam superkonduktor tipe I yang menunjukkan Efek Meissner (bahan superkonduktor dapat meniadakan medan magnet sampai pada batas tertentu). Ini bisa dibuktikan dengan cara meletakkan kompas di dekat kawat tersebut. Jarum penunjuk pada kompas akan bergerak karena kompas mendeteksi adanya medan magnet. Elektromagnetika
sudah banyak dimanfaatkan dalam membuat mesin motor, kaset, video, speaker (alat pengeras suara), dan sebagainya. Sekarang giliran proyek luar angkasa yang ingin memanfaatkan kedahsyatannya!

David Goodwin dari Office of High Energy and Nuclear Physics di Amerika adalah orang yang mengusulkan ide electromagnetic propulsion ini. Saat sebuah elektromagnet didinginkan sampai suhu sangat rendah terjadi sesuatu yang ‘tidak biasa’. Jika kita mengalirkan listrik pada magnet yang super dingin tersebut kita bisa mengamati terjadinya getaran (vibration) selama beberapa nanodetik (1nanodetik = 10-9 detik) sebelum magnet itu menjadi superkonduktor. Menurut Goodwin, walaupun getaran ini terjadi hanya selama beberapa nanodetik saja, kita tetap dapat memanfaatkan keadaan unsteady state (belum tercapainya keadaan tunak) ini. Jika getaran-getaran yang tercipta ini dapat diarahkan ke satu arah yang sama maka kita bisa mendapatkan kekuatan yang cukup untuk ‘melempar’ sebuah pesawat ruang angkasa. Kekuatan ini tidak hanya cukup untuk ‘melempar’ secara asal-asalan, tetapi justru pesawat ruang angkasa bisa mencapai jarak maksimum yang lebih jauh dengan kecepatan yang lebih tinggi dari segala macam pesawat yang menggunakan propellant.

Untuk menerangkan idenya, Goodwin menggunakan kumparan kawat (solenoid) yang disusun dari kawat magnet superkonduktor yang dililitkan pada batang logam berbentuk silinder. Kawat magnetik yang digunakan adalah logam paduan niobium dan timah. Elektromagnet ini menjadi bahan superkonduktor setelah didinginkan menggunakan helium cair sampai temperatur 4 K (-269^oC). Pelat logam di bawah solenoida berfungsi untuk memperkuat getaran yang tercipta. Supaya terjadi getaran dengan frekuensi 400.000 Hz, perlu diciptakan kondisi asimetri pada medan magnet. Pelat logam (bisa terbuat dari bahan logam aluminium atau tembaga) yang sudah diberi tegangan ini diletakkan secara terpisah (isolated) dari sistem solenoida supaya tercipta kondisi asimetri.

Selama beberapa mikrodetik sebelum magnet mulai berosilasi ke arah yang berlawanan, listrik yang ada di pelat logam harus dihilangkan. Tantangan utama yang masih harus diatasi adalah teknik untuk mengarahkan getaran-getaran yang terbentuk pada kondisi unsteady ini supaya semuanya bergerak pada satu arah yang sama. Untuk itu kita membutuhkan alat
semacam saklar (solid-state switch) yang bisa menyalakan dan mematikan listrik 400.000 kali per detik (yaitu sesuai dengan frekuensi getaran). Solid-state switch ini pada dasarnya bertugas untuk mengambil energi dari keadaan tunak dan mengubahnya menjadi pulsa listrik kecepatan tinggi (dan mengandung energi tinggi) sampai 400.000 kali per detiknya.
Energi yang digunakan untuk sistem elektromagnetik ini berasal dari reaktor nuklir (300 kW) milik NASA. Reaktor ini menghasilkan energi panas melalui reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi nuklir ini melibatkan proses pembelahan atom yang disertai radiasi sinar gamma dan pelepasan kalor (energi panas) dalam jumlah sangat besar. Reaktor nuklir yang menggunakan ¾ kg uranium (U-235) bisa menghasilkan kalor yang jumlahnya sama dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 juta galon bensin (3,8 juta liter). Energi panas yang dihasilkan
reaktor nuklir ini kemudian dikonversi menjadi energi listrik yang bisa digunakan untuk sistem electromagnetic propulsion ini. Ketika digunakan dalam pesawat luar angkasa, ¾ kg uranium sama sekali tidak memakan tempat karena hanya membutuhkan ruangan sebesar bola baseball. Dengan massa dan kebutuhan ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat ke luar angkasa, pesawat yang menggunakan sistem elektromagnetik ini dapat mencapai kecepatan maksimal yang jauh lebih tinggi
sehingga bisa mencapai lokasi yang lebih jauh pula.

Menurut Goodwin pesawat dengan teknologi elektromagnetik ini dapat mencapai titik heliopause yang merupakan tempat pertemuan angin yang berasal dari matahari (solar wind) dengan angin yang berasal dari bintang di luar sistem tatasurya kita (interstellar solar wind). Heliopause terletak pada jarak sekitar 200 AU (Astronomical Unit) dari matahari. 1 AU merupakan jarak rata-rata bumi dari matahari yaitu sekitar 1,5.108 km. Planet terjauh dalam sistem tatasurya kita saja hanya berjarak 39,53 AU dari matahari. Semua pesawat luar angkasa yang menggunakan propellant tidak bisa mencapai jarak sejauh itu!

Tentu saja pesawat yang dipersenjatai elektromagnetik yang dahsyat ini masih sangat jauh dari sistem ideal yang kita inginkan. Karena walaupun pesawatnya bisa mencapai kecepatan sangat tinggi, kecepatan itu masih sangat kecil dibandingkan kecepatan cahaya (300.000 km per detik). Kecepatan maksimum yang bisa dicapai sistem ini masih di bawah 1% kecepatan cahaya. Padahal bintang yang terdekat dengan sistem tatasurya kita berada pada jarak lebih dari 4 tahun cahaya (1 tahun cahaya = 300.000 km/detik x 60 detik/menit x 60 menit/jam x 24 jam/hari x 365 hari/tahun = 9,4608.1012 km). Perjalanan terjauh yang pernah ditempuh manusia adalah 400.000 km (yaitu perjalanan ke bulan).

Jika kita ingin mengirim pesawat tanpa awak pun kita masih membutuhkan ratusan tahun sebelum pesawat tersebut bisa mencapai bintang terdekat. Itu pun karena pesawatnya menggunakan teknologi elektromagnetik! Dengan pesawat yang menggunakan propellant bahan kimia kita baru bisa mencapai bintang terdekat dalam waktu puluhan ribu tahun. Jika kita ingin mencapai bintang terdekat dalam waktu lebih cepat seperti dalam film Star Trek kita membutuhkan teknologi yang bisa melampaui kecepatan cahaya. Selama teknologi itu masih
belum bisa dikembangkan, kita bisa memanfaatkan dulu teknologielektromagnetik yang ternyata memberikan alternatif yang cukup menjanjikan walaupun belum bisa mewujudkan impian kita untuk menjelajahi jagad raya
Begitu dahsyatnya sehingga para ilmuwan di NASA (

Perkembangan Teori Atom

         
       

    Dari zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Chadwick, Milikan, Niels Bohr, Schrodinger, de Broglie dan Heisenberg.

 

 

1.  Teori Atom Democritus (460 SM–370 SM)

Democritus mengembangkan teori tentang penyusun suatu materi. Menurut Democritus jika suatu materi dibelah terus-menerus suatu ketika akan diperoleh suatu partikel fundamental yang disebut sebagai atom (Yunani: atomos = tidak terbagi). Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles (384–322 SM), yang berpendapat bahwa materi bersifat kontinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga). Aristoteles lebih menyetujui teori Empedokles, yaitu materi tersusun atas api, air tanah dan udara. Sekitar tahun 1592 - 1655  Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat.

2.  Teori Atom Dalton (1803)

John Dalton mengungkapkan bahwa :
a. Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat.
b. Atom berbentuk bola sederhana yang sangat kecil, tidak dapat dibelah, diciptakan ataupun dimusnahkan.
c. Unsur yang sama mengandung atom-atom yang sama.
d. Atom sejenis memiliki sifat yang sama dalam segala hal, sedangkan atom yang berbeda memiliki sifat yang berbeda.
e. Reaksi kimia terjadi karena adanya penggabungan dan pemisahan atom-atom.
f.  Bila atom-atom bergabung akan membentuk molekul. Bila atom-atom yang bergabung sama akan terbentuk molekul unsur,     sedangkan bila atom-atom yang bergabung berbeda akan terbentuk molekul senyawa.

Kelemahan teori atom Dalton

Pada perkembangan selanjutnya ditemukan berbagai fakta yang tidak dapat dijelaskan oleh teori tersebut, antara lain :
a. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
b. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
c. Model atom  Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.

Kelemahan –kelemahan tersebut dapat dijelaskan setelah ditemukan beberapa partikel penyusun atom, seperti elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1900, penemuan partikel proton oleh Goldstein tahun 1886.

Kelebihan teori atom Dalton

a. Dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
b. Dapat menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

3. Teori Atom Thomson

Berdasarkan percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa/tabung pengawan muatan (discharge tube) atau tabung sinar katode. Dalam tabung katode tekanan gas dalam tabung dapat diatur melalui pompa isap (pompa vakum). Pada tekanan cukup rendah  dan tegangan yang cukup tinggi (beberapa ribu volt), gas dalam tabung akan berpijar dengan cahaya yang warnanya tergantung pada jenis gas dalam tabung (gas neon berwarna merah, gas natrium berwarna kuning). Jika tekanan gas dikurangi, maka daerah didepan katode akan menjadi gelap. Daerah gelap ini akan bertambah jika tekanan gas dalam tabung terus dikurangi, akhirnya seluruh tabung menjadi gelap, tetapi bagian tabung didepan katode berpendar dengan warna kehijauan.

Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa  perpendaran tersebut disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode. Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Hasil percobaan tabung katoda ini membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. selanjutnya sinar katode ini merupakan partikel yang bermuatan negatif dan oleh Thomson partikel ini dinamakan elektron

Pemanfaatan Uranium Sebagai Bahan Bakar

       Uranium adalah mineral yang memancarkan radiasi nuklir atau bersifat radioaktif, digunakan dalam berbagai bidang salah satunya adalah sebagai bahan bakar nuklir. Uranium merupakan suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang U dan nomor atom 92. Sebuah logam berat, beracun, berwarna putih keperakan dan radioaktif alami, uranium termasuk ke seri aktinida (actinide series). Uranium biasanya terdapat dalam jumlah kecil di bebatuan, tanah, air, tumbuhan, dan hewan (termasuk manusia).

Uranium memiliki 3 Isotop :
- U₂₃₄ kadar sangat kecil
- U₂₃₅ kadar 0,715 = 0,7 %
- U₂₃₈ kadar 99,285 = 99,3%
Isotop U₂₃₅ digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir dan senjata nuklir.
Uranium memiliki sifat fisik yang khas :
- Ditemukan di alam dalam bentuk U₃O atau UO berwarna hijau kekuning-kuningan dan coklat tua.
- Bila disinari cahaya ultra ungu, uranium akan mengeluarkan cahaya fluoresensi yang sangat indah

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.
Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sangat berbahaya bagi manusia.
Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.
Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).