Radioaktivitas merupakan fenomena perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil. Fenomena ini biasanya disertai pelepasan partikel-partikel radiasi seperti alfa, beta, dan gamma. Beberapa partikel memiliki muatan, seperti partikel alfa dan proton (bermuatan positif) serta partikel beta (bermuatan negatif). Menurut hukum lorentz, muatan yang melewati medan magnet akan mengalami gaya lorentz. Arah gaya dapat dicari menggunakan hukum tangan kanan.

Partikel gamma merupakan sebuah partikel yang tidak bermuatan sehingga tidak ada pengaruh bagi partikel gamma apabila melewati medan magnet.

Jadi, partikel yang tidak dibelokkan oleh medan magnet adalah (4) saja.

Inti atom merupakan pusat konsentrasi massa dari sebuah atom yang tersusun atas dua partikel: proton dan neutron. Proton memiliki muatan positif sementara neutron memiliki muatan netral. Proton pada inti atom tidak tolak-menolak akibat adanya gaya inti yang mengikat antar proton. Gaya inti merupakan gaya nuklir kuat (strong nuclear force) yang merupakan gaya tarik dengan jangkauan sangat pendek (hanya sekitar 2 fm atau 2×10^-15 m). Besarnya gaya ini jauh lebih besar dibanding gaya tolak-menolak yang dihasilkan akibat kesamaan muatan antar proton.

Jadi, tetap terikatnya proton disebabkan oleh terdapat gaya lain, yaitu gaya inti, yang mengikat antar proton di dalam inti atom.

Diketahui:

Atom hidrogen-2 atau $_1^2\text{H}$ (memiliki 1 proton dan 2-1=1 neutron).

Massa inti $m_{\text{i}}$ = 2,0141 u

Massa proton $m_{\text{p}}$ = 1,0078 u

Massa neutron $m_{\text{n}}$ = 1,0086 u

Ditanya:

Defek massa $\Delta m$ = ?

Jawab:

Defek massa merupakan perbedaan antara massa yang dimiliki inti atom yang terikat dengan massa partikel-partikel penyusunnya. Inti atom yang terikat akan selalu lebih ringan daripada partikel-partikel karena adanya energi ikat inti. Defek massa dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut.

$\Delta m=\left(\Sigma m_{\text{p}}+\Sigma m_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$ atau $\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$p$ merupakan jumlah proton, $n$ merupakan jumlah neutron, $m_{\text{p}}$ merupakan massa proton, $m_{\text{n}}$ merupakan massa neutron, dan $m_{\text{i}}$ merupakan massa inti. Satuan dari massa bisa ditulis dengan satuan massa apapun namun yang paling umum adalah satuan massa atom (atomic mass unit, u).

Defek massa pada atom $_1^2\text{H}$ adalah sebagai berikut.

$\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$=\left(1\left(1,0078\right)+1\left(1,0086\right)\right)-2,0141$

$=0,0023$ u

Jadi, defek massa dari atom hidrogen-2 adalah sebesar 0,0023 u.

Diketahui:

Atom $_4^9\text{Be}$ (memiliki 4 proton dan 9-4=5 neutron).

Massa inti $m_{\text{i}}$ = 9,0121 u

Massa proton $m_{\text{p}}$ = 1,0078 u

Massa neutron $m_{\text{n}}$ = 1,0086 u

Ditanya:

Defek massa $\Delta m$ = ?

Jawab:

Defek massa merupakan perbedaan antara massa yang dimiliki inti atom yang terikat dengan massa partikel-partikel penyusunnya. Inti atom yang terikat akan selalu lebih ringan daripada partikel-partikel karena adanya energi ikat inti. Defek massa dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut.

$\Delta m=\left(\Sigma m_{\text{p}}+\Sigma m_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$ atau $\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$p$ merupakan jumlah proton, $n$ merupakan jumlah neutron, $m_{\text{p}}$ merupakan massa proton, $m_{\text{n}}$ merupakan massa neutron, dan $m_{\text{i}}$ merupakan massa inti. Satuan dari massa bisa ditulis dengan satuan massa apapun namun yang paling umum adalah satuan massa atom (atomic mass unit, u).

Defek massa pada atom $_4^9\text{Be}$ adalah sebagai berikut.

$\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$=\left(4\left(1,0078\right)+5\left(1,0086\right)\right)-9,0121$

$=0,0621$ u

Jadi, besarnya defek massa pada atom $_4^9\text{Be}$ adalah 0,0621 u.

Diketahui:

massa atom hidrogen-1 $m_{^1\text{H}}$ = 1,0078 u

massa atom hidrogen-2 $m_{^2\text{H}}$ = 2,0141 u

massa atom helium-3 $m_{^3\text{He}}$ = 3,016 u

Ditanya:

Energi yang dihasilkan $E$ = ?

Jawab:

Pada reaksi nuklir, akan ada massa yang berkurang. Massa yang berkurang ini merupakan defek massa yang diubah menjadi energi yang dipancarkan melalui gelombang elektromagnetik atau partikel lain seperti partikel $\alpha$ dan $\beta$.

Besarnya energi yang dibebaskan dapat dicari menggunakan persamaan massa-energi, yaitu $E=\Delta mc^2$ di mana $\Delta m$ merupakan defek massa dan $c$ merupakan kecepatan cahaya (3×108 m/s atau $c^2$ = 931 MeV/u).

Besarnya defek massa dapat dicari dengan cara membandingkan massa sebelum reaksi dengan massa sesudah reaksi. Secara matematis dapat dituliskan dengan persamaan $\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$.

Pertama, hitung defek massa yang terjadi terlebih dahulu.

$\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$

$=\left(m_{^1\text{H}}+m_{^2\text{H}}\right)-m_{^3\text{He}}$

$=\left(1,0078+2,0141\right)-3,016$

$=0,0059$ u

Besar energi yang diserap adalah

$E=\Delta mc^2$

$=\left(0,0059\right)\left(931\right)$

$=5,4929$ MeV

Jadi, besarnya energi yang dihasilkan pada tiap reaksi ini adalah 5,4929 MeV.

Diketahui:

Atom karbon-12 atau $_6^{12}\text{C}$ (memiliki 6 proton dan 12-6=6 neutron).

Massa inti $m_{\text{i}}$ = 12 u

Massa proton $m_{\text{p}}$ = 1,0078 u

Massa neutron $m_{\text{n}}$ = 1,0086 u

Konstanta $c^2$ = 931 MeV/u

Ditanya:

Energi ikat inti $E$ = ?

Jawab:

Defek massa merupakan perbedaan antara massa yang dimiliki inti atom yang terikat dengan massa partikel-partikel penyusunnya. Inti atom yang terikat akan selalu lebih ringan daripada partikel-partikel karena adanya energi ikat inti. Defek massa dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut.

$\Delta m=\left(\Sigma m_{\text{p}}+\Sigma m_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$ atau $\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$p$ merupakan jumlah proton, $n$ merupakan jumlah neutron, $m_{\text{p}}$ merupakan massa proton, $m_{\text{n}}$ merupakan massa neutron, dan $m_{\text{i}}$ merupakan massa inti. Satuan dari massa bisa ditulis dengan satuan massa apapun namun yang paling umum adalah satuan massa atom (atomic mass unit, u).

Energi ikat inti dapat dicari menggunakan persamaan massa-energi, yaitu $E=\Delta mc^2$ di mana $\Delta m$ merupakan defek massa dan $c$ merupakan kecepatan cahaya (3×10⁸ m/s atau $c^2$ = 931 MeV/u)

Defek massa pada atom karbon-12 adalah sebagai berikut.

$\Delta m=\left(pm_{\text{p}}+nm_{\text{n}}\right)-m_{\text{i}}$

$=\left(6\left(1,0078\right)+6\left(1,0086\right)\right)-12$

$=0,0984$ u

Besar energi ikat intinya adalah sebagai berikut.

$E=\Delta mc^2$

$=\left(0,0984\right)\left(931\right)$

$=91,61$ MeV

Jadi, besarnya energi ikat inti dari atom karbon-12 yang memiliki massa inti 12 u adalah 91,61 MeV.

Diketahui:

massa atom uranium-235 $m_{^{\text{U}}}$ = 235,0439 u

massa atom rubidium-92 $m_{^{\text{Rb}}}$ = 91,9197 u

massa atom caesium-140 $m_{^{\text{Cs}}}$ = 139,9172 u

massa neutron $m_{\text{n}}$ = 1,0087 u

Banyaknya reaksi $N$ = 1.000

Konstanta $c^2$ = 931 MeV/u

Ditanya:

Energi total yang dihasilkan $E_{\text{total}}$ = ?

Jawab:

Pada reaksi nuklir, akan ada massa yang berkurang. Massa yang berkurang ini merupakan defek massa yang diubah menjadi energi yang dipancarkan melalui gelombang elektromagnetik atau partikel lain seperti partikel $\alpha$ dan $\beta$.

Besarnya energi yang dibebaskan dapat dicari menggunakan persamaan massa-energi, yaitu $E=\Delta mc^2$ di mana $\Delta m$ merupakan defek massa dan $c$ merupakan kecepatan cahaya (3×10⁸ m/s atau $c^2$ = 931 MeV/u).

Besarnya defek massa dapat dicari dengan cara membandingkan massa sebelum reaksi dengan massa sesudah reaksi. Secara matematis dapat dituliskan dengan persamaan $\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$.

Pertama, hitung defek massa yang terjadi terlebih dahulu.

$\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$

$=\left(m_{\text{U}}+m_{\text{n}}\right)-\left(m_{\text{Rb}}+m_{\text{Cs}}+2m_{\text{n}}\right)$

$=\left(235,0439+1,0087\right)-\left(91,9197+139,9172+2\left(1,0087\right)\right)$

$=2,1983$ u

Besar energi yang dilepaskan per reaksi adalah

$E=\Delta mc^2$

$=\left(2,1983\right)\left(931\right)$

$=2.046,6173$ MeV

Karena reaksi terjadi sebanyak 1.000 kali, maka energi total yang dilepaskan adalah

$E_{\text{total}}=NE$

$=1.000\left(2.046,6173\right)$

$=2.046.617,3$ MeV

$=2,047$ TeV (diubah ke satuan TeV dengan cara membagi 10⁶)

Jadi, besarnya energi yang dihasilkan adalah 2,047 TeV.

Diketahui:

massa neutron $m_{\text{n}}$ = 1,0087 u

massa atom hidrogen-2 $m_{^2\text{H}}$ = 2,0141 u

massa atom hidrogen-3 $m_{^3\text{H}}$ = 3,016 u

massa atom helium-4 $m_{^4\text{He}}$ = 4,0026 u

Ditanya:

Energi yang dihasilkan $E$ = ?

Jawab:

Pada reaksi nuklir, akan ada massa yang berkurang. Massa yang berkurang ini merupakan defek massa yang diubah menjadi energi yang dipancarkan melalui gelombang elektromagnetik atau partikel lain seperti partikel $\alpha$ dan $\beta$.

Besarnya energi yang dibebaskan dapat dicari menggunakan persamaan massa-energi, yaitu $E=\Delta mc^2$ di mana $\Delta m$ merupakan defek massa dan $c$ merupakan kecepatan cahaya (3×108 m/s atau $c^2$ = 931 MeV/u).

Besarnya defek massa dapat dicari dengan cara membandingkan massa sebelum reaksi dengan massa sesudah reaksi. Secara matematis dapat dituliskan dengan persamaan $\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$.

Pertama, hitung defek massa yang terjadi terlebih dahulu.

$\Delta m=\Sigma m_{\text{sebelum reaksi}}-\Sigma m_{\text{sesudah reaksi}}$

$=\left(m_{^2\text{H}}+m_{^3\text{H}}\right)-\left(m_{^4\text{He}}-m_{\text{n}}\right)$

$=\left(2,0141+3,016\right)-\left(4,0026+1,0087\right)$

$=0,0188$ u

Besar energi yang diserap adalah

$E=\Delta mc^2$

$=\left(0,0188\right)\left(931\right)$

$=17,5$ MeV

Jadi, besarnya energi yang dihasilkan pada tiap reaksi ini adalah 17,5 MeV.

Hubungan antar dua buah inti atom dapat diklasifikasikan sebagai:

• Isotop, yaitu atom-atom yang sama (memiliki nomor atom yang sama) namun bernomor massa berbeda. Contohnya adalah $_1^2\text{H}$ (hidrogen-2) dan $_1^1\text{H}$ (hidrogen-1)
• Isobar, yaitu atom-atom yang memiliki nomor massa sama namun bernomor atom berbeda. Contohnya adalah $_{92}^{238}\text{U}$ (uranium-238) dan $_{94}^{238}\text{Pu}$ (plutonium-238).
• Isoton, yaitu atom-atom yang memiliki jumlah neutron yang sama. Contohnya adalah $_6^{12}\text{C}$ (karbon-12) dan $_5^{11}\text{B}$ (boron-11).

Jadi, hubungan antara inti atom karbon-12 dan inti atom boron-11 adalah berupa isoton.

Radioaktivitas merupakan fenomena perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil. Fenomena ini biasanya disertai pelepasan partikel-partikel radiasi seperti alfa, beta, dan gamma. Setiap partikel memiliki daya tembus yang berbeda-beda. Partikel berukuran besar seperti partikel alfa sulit menembus bahan yang sangat tipis seperti kertas sementara partikel gamma bisa menembus timbal yang sangat tebal. Ilustrasinya digambarkan sebagai berikut.

Jadi, partikel radiasi berikut yang memiliki daya tembus paling besar adalah partikel gamma $\left(_0^0\gamma\right)$.