Contoh Soal Pembahasan Peluruhan Alfa (α)
Pendahuluan
Peluruhan radioaktif adalah proses di mana inti atom yang tidak stabil kehilangan energi dengan memancarkan partikel radiasi. Salah satu jenis peluruhan radioaktif yang sering dibahas dalam fisika adalah peluruhan alfa (α). Dalam peluruhan alfa, inti melepaskan partikel alfa, yang terdiri dari dua proton dan dua neutron, setara dengan inti helium-4. Memahami peluruhan alfa sangat penting dalam bidang fisika nuklir, kimia, dan bidang lain yang berkaitan dengan radioaktivitas. Dalam artikel ini, kita akan membahas contoh soal peluruhan alfa, diikuti dengan pembahasan untuk memperkuat pemahaman konsep ini.
Pengantar Peluruhan Alfa
Peluruhan alfa menyebabkan perubahan pada inti atom yang meluruh. Ketika sebuah inti memancarkan partikel alfa, nomor atomnya berkurang sebanyak dua dan nomor massanya berkurang sebanyak empat. Ini dapat dinyatakan dengan persamaan umum sebagai berikut:
\( _{Z}^{A}X \rightarrow _{Z-2}^{A-4}Y + _{2}^{4}\alpha \)
Di mana:
– \( _{Z}^{A}X \) adalah inti awal (sebelum peluruhan).
– \( _{Z-2}^{A-4}Y \) adalah inti baru (setelah peluruhan).
– \( _{2}^{4}\alpha \) adalah partikel alfa yang dipancarkan.
Contoh Soal Peluruhan Alfa
Soal 1:
Uranium-238 (\( _{92}^{238}U \)) meluruh melalui emisi alfa. Tentukan unsur baru yang dihasilkan setelah satu peluruhan alfa!
Pembahasan:
Untuk menyelesaikan soal ini, kita akan menggunakan prinsip dasar peluruhan alfa.
1. Tuliskan reaksi peluruhan alfa:
\( _{92}^{238}U \rightarrow _{Z}^{A}Y + _{2}^{4}\alpha \)
2. Tentukan nilai Z dan A untuk unsur baru:
Karena partikel alfa memiliki nomor atom 2 dan nomor massa 4, kita dapat menghitung:
– Nomor atom unsur baru, \( Z = 92 – 2 = 90 \)
– Nomor massa unsur baru, \( A = 238 – 4 = 234 \)
3. Cari unsur dengan nomor atom 90:
Menurut tabel periodik, unsur dengan nomor atom 90 adalah Thorium (Th).
Jadi, unsur baru yang terbentuk adalah Thorium-234 (\( _{90}^{234}Th \)). Reaksi lengkapnya adalah:
\( _{92}^{238}U \rightarrow _{90}^{234}Th + _{2}^{4}\alpha \)
Soal 2:
Radium-226 (\( _{88}^{226}Ra \)) meluruh menjadi Radon-222 setelah memancarkan partikel alfa. Berapa banyak energi yang dilepaskan dalam proses ini? (Diasumsikan massa partikel dapat diabaikan dan menggunakan massa atom standar: \( ^{226}Ra = 226.025402 \), \( ^{222}Rn = 222.017570 \), dan \( ^{4}He = 4.002602 \); 1 unit massa atom \( \approx \) 931 MeV/c²)
Pembahasan:
Energi yang dilepaskan selama peluruhan alfa dapat dihitung dari perbedaan massa antara inti awal dengan produk akhir dan partikel alfa, dikonversi menjadi energi menggunakan persamaan E=mc².
1. Hitung perbedaan massa sebelum dan sesudah peluruhan:
Massa sebelum peluruhan (Radium-226):
\( m_{\text{before}} = 226.025402 \)
Massa setelah peluruhan (Radon-222) dan partikel alfa:
\( m_{\text{after}} = 222.017570 + 4.002602 = 226.020172 \)
Perbedaan massa:
\( \Delta m = 226.025402 – 226.020172 = 0.005230 \) u
2. Konversikan perbedaan massa menjadi energi:
Energi dilepaskan, \( E = \Delta m \times 931 \) MeV
\( E = 0.005230 \times 931 \) MeV
\( E \approx 4.866 \) MeV
Jadi, energi yang dilepaskan dalam peluruhan alfa dari Radium-226 menjadi Radon-222 adalah sekitar 4.866 MeV.
Implikasi dan Aplikasi Peluruhan Alfa
Peluruhan alfa memiliki sejumlah implikasi dan aplikasi dalam sains dan teknologi. Beberapa di antaranya termasuk:
1. Penanggalan Radiometrik : Metode ini menggunakan peluruhan radioaktif untuk menentukan umur suatu objek. Uranium-Lead dating adalah contoh di mana peluruhan alfa membantu menentukan umur batuan dan mineral.
2. Terapi Kanker : Beberapa isotop yang memancarkan partikel alfa digunakan dalam pengobatan kanker. Partikel alfa memiliki jangkauan pendek dan energi tinggi, yang dapat membunuh sel kanker di area yang ditargetkan tanpa merusak jaringan sehat di sekitarnya.
3. Keamanan Nuklir : Memahami peluruhan alfa penting dalam desain dan penyimpanan bahan nuklir, mengingat beberapa isotop alfa-emitter bisa menjadi sangat berbahaya jika terhirup atau tertelan.
4. Detektor Asap : Beberapa detektor asap menggunakan isotop yang memancarkan partikel alfa untuk mendeteksi asap dalam ruangan. Partikel alfa mengionisasi udara di dalam detektor, dan ketika asap mengganggu proses ini, alarm diaktifkan.
Kesimpulan
Peluruhan alfa adalah salah satu jenis peluruhan radioaktif yang memainkan peran penting dalam berbagai bidang ilmu dan aplikasi teknologi. Dengan memahami contoh soal peluruhan alfa, kita dapat lebih memahami proses inti yang menyebabkan peluruhan ini serta implikasi energinya. Meskipun peluruhan alfa melibatkan perubahan sederhana pada nomor massa dan nomor atom, dampaknya terhadap dunia kita bisa sangat signifikan, terutama dalam konteks pencatatan waktu geologi, aplikasi medis, dan keamanan. Studi peluruhan alfa terus berkembang, membuka cakrawala baru dalam penelitian dan aplikasi teknologi.
