Peluruhan radioaktif

Peluruhan alfa

Suatu inti tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan + partikel alfa (inti helium, He). Nomor massa (A) inti yang dihasilkan (inti anak) berbeda 4 dibandingkan dengan inti induknya, sedangkan nomor atomnya berkurang 2.

gambar 1: peluruhan alfa

Reaksi peluruhan alfa dapat ditulis sebagai berikut

Dengan X dan X’ masing-masing menyatakan inti induk dan inti anak.

Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi (hal yang disebabkan karena inti anaknya mempunyai energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan yang dipunyai inti induk).

Energi dibebaskna ini akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Besarnya energi yang dibebaskan, Q dapat dihitung dengan menghitung dulu massa inti yang hilang dari reaksi ini.

Peluruhan beta

Kisah awal peluruhan beta dimulai dari pengamatan peluruhan neutron. Ketika itu orang mengamati bahwa dalam 8 menit, neutron meluruh menjadi proton dan satu partikel yang dinamakan partikel beta,

Belakangan partikel beta ini dinamakan elektron.

Reaksi di atas adalah kurang tepat. Ketika mengamati data-data eksperimen dari reaksi ini, Pauli menemukan bahwa pada reaksi ini energi tidak kekal. Momentum juga tidak kekal. Bahkan momentum sudutpun tidak kekal. Karena itu Pauli mengusulkan bahwa adanya suatu partikel baru bernama anti-netrino. Reaksi yang benar adalah

Reaksi ini memenuhi semua hukum kekekalan (energi, momentum, momentum sudut, muatan). Memang pertama orang sukar menerima ide anti netrino ini tetapi belakangan semua ilmuwan mau menerima ide ini.

Sifat anti neutrino sebagai berikut:

• Muatannya netral

Muatan neutron = 0, muatan proton = +e dan muatan elektron = –e, jadi agar terjadi kekekalan muatan (muatan sebelum dan sesudah peluruhan sama) maka muatan anti-netrino harus sama dengan nol (muatan netral)

• Mempunyai spin = ½

Proton, elektron, neutron masing-masing mempunyai bilangan kuantum spin s = ½. Kombinasi spin proton dan elektron menghasilkan spin 1 (ketika spin mereka paralel ½ + ½ = 1) atau 0 (ketika spin mereka anti paralel ½ – ½ = 0). Sedangkan spin neutron ½ sehingga reaksi n → p + e tidak mungkin terjadi (melanggar hukum kekekalan momentum sudut).

Penambahan anti-netrino dengan spin s = ½ memungkinkan gabungan p, e dan v menghasilkan spin ½. (catatan: spin elektron berhubungan dengan momentum sudut. Jika spin tidak kekal, momentum sudutnya juga tidak kekal)

• Mempunyai energi

Energi yang dimiliki anti-netrino menjamin kekekalan energi pada peluruhan beta.

• Tidak mempunyai massa

Pengamatan spektrum energi dari peluruhan beta menunjukkan bahwa anti-netrino tidak mempunyai massa. Walaupun tidak mempunyai massa, anti-netrino tidak sama dengan foton karena foton mempunyai s = 1.

Peluruhan beta dapat terjadi di dalam inti atom. Akibat peluruhan ini sebuah inti atom dengan Z proton dan N netron akan meluruh menjadi atom lain dengan Z + 1 proton dan N – 1 neutron.

Dengan X dan X’ masing-masing menyatakan inti induk dan inti anak. Pada peluruhan ini juga terjadi pembebasan energi (hal ini disebabkan karena inti anaknya mempunyai energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan inti induk).

Energi yang dibebaskan ini akan menjadi energi kinetik elektron, anti-netrino dan inti anak. Peluruhan beta yang lain adalah

 

Pada peluruhan ini terjadi sebuah neutron, positron, dan netrino.

Positron merupakan suatu partikel yang mempunyai massa seperti massa elektron tetapi bermuatan positif, partikel ini sering diberi nama anti elektron atau elektron positif. Netrino adalah anti anti-netrino.

Sifat netrino sama dengan sifat anti-netrino kecuali satu yaitu apa yang dinamakan bilangan leptonnya.

Bilangan lepton elektron, netrino, muon, dan tauon diberi nilai +1. Bilangan lepton untuk anti-partikelnya diberi -1. Bilangan lepton partikel lain diberi nilai 0. Dalam suatu reaksi bilangan lepton harus kekal. Pada peluruhan proton, bilangan lepton awal adalah 0. Bilangan lepton akhirnya 0 (neutron) – 1 (positron) + 1 (netrino) = 0.

Peluruhan gamma

Suatu inti yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar (groud state) dengan memancarkan sinar gamma (foton). Peristiwa ini dinamakan peluruhan gamma.

Energi foton atau energi sinar gamma yang dipancarkan sama dengan perbedaan energi antara dua tingkat energi dikurangi dengan energi kinetik inti yang terpental.