ENERGI IKAT INTI

A.     Energi Ikat Nuklir

Energi ikat sebuah inti adalah energi yang diperlukan untuk memecahkan sebuah inti menjadi proton dan neutron.

Energi ikat per nukleon adalah energi ikat inti dibagi dengan jumlah nukelonnya. Semakin besar energi ikat pernukleonnya maka inti akan semakin stabil. Inti  yaitu isotop besi mempunyai energi ikat pernukleon sebesar 8,8 MeV/nukleon adalah inti yang paling stabil. Pembelahan inti berat yang disebut fissi nuklir melibatkan ratusan juta kali energi per atom lebih besar dibandingkan pembakaran batu bara atau minyak (Martyastuti, 2012 : 3).

Penggabungan dua buah inti ringan yang menghasilkan inti sedang fusi nuklir juga menimbulkan energi ikat pernukleon dalam inti berkurang juga sangat efektif untuk memperoleh energi. Reaksi fusi merupakan sumber energi utama dari matahari dan bintang.

 Gambar 2.1 energi ikat rata-rata per partikel dalam inti sebagai fungsi dari nomor massa (Kaplan, 1962 : 222)

Tabel 2.1

Hubungan antara masa atom dengan energi ikat

(Kaplan, 1962 : 224)

Telah terbukti (Tabel 2.1 dan Gambar 2.1) bahwa energi ikat rata-rata per partikel dalam inti memiliki nilai konstan untuk semua inti ringan. Dengan kata lain, energi ikat total inti hampir sebanding dengan jumlah partikel dalam inti. Sekarang, jika setiap partikel dalam inti seharusnya berinteraksi dengan setiap partikel lain, energi interaksi, dan karena itu energi yang mengikat, harus kira-kira sebanding dengan jumlah pasangan rinteraksi. Karena setiap dari Sebuah partikel dalam inti akan berinteraksi dengan (A - 1) partikel lain, jumlah pasangan berinteraksi akan menjadi A (A - 1) / 2, dan energi ikat akan sebanding dengan kuantitas ini. Dalam inti yang lebih berat, mungkin diabaikan dibandingkan dengan A² dan energi ikat akan sebanding dengan kuadrat dari jumlah partikel dalam inti. Hasil perhitungan ini berbeda jauh dengan hasil eksperimen bahwa energi ikat total hampir sebanding dengan A. Untuk keluar dari kesulitan ini, perlu untuk menganggap bahwa sebuah partikel nuklir tidak berinteraksi dengan semua partikel lain dalam inti, tetapi hanya dengan jumlah terbatas dari mereka. Situasi ini dianalogikan untuk cairan atau padat, di mana setiap atom dihubungkan oleh ikatan kimia ke sejumlah tetangga terdekat daripada semua atom lainnya, dan energi kimia yang mengikat secara praktis sebanding dengan jumlah atom ini.

Pertimbangan dari berbagai jenis kimia yang mengikat mengarah pada kesimpulan bahwa analogi terbaik untuk gaya nuklir diwakili oleh ikatan homopolar seperti itu dari molekul hidrogen. Ada daya tarik yang kuat antara dua atom hidrogen untuk membentuk molekul H², tetapi atom hidrogen ketiga tidak dapat terikat kuat ke molekul hidrogen. Molekul hidrogen dikatakan jenuh. Sebuah perakitan dari atom hidrogen banyak, seperti dalam setetes hidrogen cair, memiliki Sebuah energi ikat kimia kira-kira sama dengan yang ada pada angka pada molekul hidrogen dan karena itu, sebanding dengan jumlah atom hidrogen ini.

Ketergantungan yang benar dari energi ikat nuklir pada jumlah partikel dalam inti dapat diperoleh, maka, jika diasumsikan bahwa gaya antara nukleon menunjukkan kejenuhan dalam banyak cara yang sama seperti gaya ikat kimia homopolar. Selanjutnya, jika sebuah partikel nuklir tertentu tidak berinteraksi dengan semua partikel lain dalam inti tetapi hanya dengan beberapa tetangganya, maka gaya nuklir harus memiliki jarak dekat. Gaya, atau interaksi energi, antara dua nukleon harus jatuh cepat ketika partikel dipisahkan; gaya molekul juga berperilaku dengan cara ini. Dalam inti dengan partikel banyak, nukleon dapat berinteraksi hanya dengan beberapa tetangganya dan tidak dengan nukleon yang relatif jauh. Kisaran gaya khusus nuklir akibatnya harus lebih kecil dari jari-jari inti ringan.

Diskusi di atas menunjukkan bagaimana sifat tertentu dari gaya nuklir, yaitu, sifat kejenuhan mereka dan jarak dekat mereka, dapat disimpulkan dari variasi energi ikat per partikel dengan jumlah partikel dalam inti. Dalam diskusi ini, gaya tolakan elektrostatik antara proton telah diabaikan. Besarnya energi Coulomb antara dua proton hanyalah e²/r, dimana e adalah jumlah muatan proton, 4,8 x 10^-10esu, dan r adalah jarak antara proton. Sebuah gambaran kasar tentang besarnya energi ini dapat ditemukan dengan mengambil r = 3 X 10^-13 cm. Kemudian

Energi Coulomb antara dua proton karena itu kecil dibandingkan dengan energi ikat rata-rata per partikel, yaitu sekitar 8 MeV. Meskipun kecilnya, tolakan Coulomb menjadi penting untuk inti atom yang lebih berat karena kejenuhan gaya nuklir menarik. Untuk gaya Coulomb yang menunjukan tidak jenuh, dan total energi dari interaksi Coulomb sebanding dengan jumlah pasangan proton dalam inti, ½ Z (Z - 1). Energi Coulomb total telah terbukti⁽¹⁾ menjadi

Jumlah total energi Coulomb = 3/5 Z (Z - 1) e²/R           (17-1)

dimana R adalah jari-jari nuklir. Karena R~ A^1/3 dan Z secara kasar sebanding dengan A, energi Coulomb kira-kira sebanding dengan A^5/3. Tapi energi ikat total adalah sebanding dengan A, sehingga kepentingan relatif dari peningkatan energi menjijikkan elektrostatik dengan nomor massa meningkat, kira-kira sebagai A^2/3.

Salah satu hasil dari pentingnya peningkatan energi Coulomb untuk inti atom yang lebih besar dengan Z (atau A) adalah untuk mengurangi energi ikat per partikel dengan meningkatnya jumlah massal. Gambar 9-11 menunjukkan bahwa Z = 50 atau A = 135, energi ikat per partikel mulai menurun. Untuk inti atom yang sangat berat, dengan A lebih besar dari 200, efeknya cukup kuat sehingga beberapa inti ini tidak stabil sehubungan dengan α-disintegration.

Fraksi ikat inti f yaitu energi ikat rata-rata per nucleon (B_ave) .

Gambar 2.2 Ilustrasi f untuk inti-inti stabil

Kecuali untuk A besar dan A kecil, tampak f relatif konstan di sekitar 8,5 MeV (A di antara kurang lebih 30 dan 150), tidak bergantung pada A. Pada kedua ujung (A besar dan A kecil), f berkurang.

 (Fachrudin : 28)