Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD PDF

Preview

Summary

Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut Laboratorium Radiasi PERCOBAAN R3 EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD Dosen Pembina : Herlik Wibowo, S.Si, M.Si Septia Kholimatussa’diah* (080913025), Mirza Andiana D.P.* (080913043), Lailatul Badriyah* (080913056) *Program Studi S-1 Fisika Fakultas Sains dan...

Description

Accelerat ing t he world's research.

Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD yudi hermanto

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

E-BOOK FISIKA SMA KELAS XII Badri Rahmat ulloh Fisika unt uk SMA/MA Kelas XII ISBN: 978-979-068-802-5 (no jilid lengkap) ISBN: 978-979-068-811-7 Fisi… Fany Kiuk Eksperimen Fisika full M Reza Dwi Saput ra

Laporan Praktikum Fisika Eksperimental Lanjut Laboratorium Radiasi PERCOBAAN R3

EKSPERIMEN HAMBURAN RUTHERFORD Dosen Pembina : Herlik Wibowo, S.Si, M.Si Septia Kholimatussa’diah* (080913025), Mirza Andiana D.P.* (080913043), Lailatul Badriyah* (080913056) *Program Studi S-1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

Abstrak Telah dilakukan percobaan hamburan Rutherford untuk mengetahui keberadaan inti atom. Percobaan dilakukan dengan menggunakan sumber Am-241 yang akan meradiasikan partikel alfa menumbuk suatu pelat logam Al-13 dengan sudut yang divariasikan antara -15° sampai 15°. Jumlah cacahan akan dibaca oleh Single Channel Analyzer (SCA) sebagai pulsa-pulsa tegangan yang besarnya sebanding dengan energi partikel alfa. Berdasarkan pengamatan, diperoleh hasil bahwa sebagian besar partikel alfa diteruskan dan dihamburkan dengan sudut yang bervariasi. Berkas partikel alfa yang diteruskan ini hanya dapat terjadi jika atom memiliki ruang-ruang kosong (yang merupakan orbit elektron) dan bukan berupa bola pejal seperti model atom Thompson. Sedangkan partikel alfa yang dihamburkan dapat terjadi jika terdapat suatu massa masif yang mampu membelokkan partikel alfa, dalam hal ini massa masif itulah yang disebut sebagai inti atom. Hasil ini tidak sesuai dengan model atom Thompson sehingga diajukanlah model atom Rutherford yang menyempurnakannya. Kata kunci : detektor, hamburan Rutherford, partikel alfa, pencacah diferensial

telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu

1. PENDAHULUAN Rutherford bersama dua orang

partikel

yang

bermuatan

positif

dan

muridnya (Hans Geigerdan dan Ernerst

bergerak lurus, berdaya tembus besar

Masreden) melakukan percobaan yang

sehingga dapat menembus lembaran tipis

dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ)

kertas. Percobaan tersebut sebenarnya

terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya

bertujuan 1

untuk

menguji

pendapat

Thompson, yakni apakah atom itu betul-

Thompson. Oleh karena itu kami sebagai

betul merupakan bola pejal yang positif

mahasiswa Fisika pada mata kuliah Fisika

yang bila dikenai partikel alfa akan

Eksperimental Lanjut akan melakukan

dipantulkan atau dibelokkan.

Eksperimen

Dari

pengamatan

Hamburan

Rutherford

di

Laboratorium Radiasi.

mereka,

didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang

2. METODE PENELITIAN

sangat tipis, maka sebagian besar partikel

Pompa vakum digunakan untuk

alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut

memvakumkan tabung hamburan yang

kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan

berisi

Marsden diperoleh fakta bahwa satu

Diafragma berfungsi sebagai pemfokus

diantara

sumber

partikel

α

(Am-241).

alfa

akan

berkas partikel α yang akan mengenai

bahkan

lebih.

lapisan tipis logam aluminium (Al-13),

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi,

dengan dua ukuran : 1 mm (celah sempit)

diperoleh beberapa kesimpulan bahwa

dan 5 mm (selah lebar). Cacahan partikel α

atom bukan merupakan bola pejal, karena

dicatat dari sudut -15° sampai 15° dengan

hampir semua partikel alfa diteruskan; Jika

interval kenaikan 2,5° dan 5° (-15°; -10°; -

lempeng emas tersebut dianggap sebagai

5°; -2,5°; 0°; 2,5°; 5°; 10°; 15°). Hasil

satu lapisan atom-atom emas, maka di

dimasukkan pada tabel sehingga diperoleh

dalam atom emas terdapat partikel yang

data pengamatan seperti pada bagian

sangat kecil yang bermuatan positif.

lampiran. Karena pulsa yang dihasilkan

Partikel tersebut merupakan partikel yang

detektor

menyusun suatu inti atom, berdasarkan

digunakan penguat agar dapat tercacah

fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa

oleh counter.

membelok

akan

20.000 sudut

dibelokkan.

1:20.000

partikel 90°

Bila

merupakan

sangat

kecil,

maka

perlu

perbandingan perbandingan

diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan. Berdasarkan didapatkan

dari

fakta-fakta percobaan

yang tersebut,

Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford

Setup eksperimen hamburan Rutherford

yang berhasil memperbaiki model atom 2

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

bertumbukan dengannya. Massa masif

Hamburan Rutherford

inilah yang merupakan inti atom dan bermuatan

Berdasarkan data hasil pengamatan

positif,

sehingga

mampu

pada tabel maupun grafik, diperoleh bahwa

membelokkan partikel alfa yang juga

jumlah partikel alfa yang tercacah oleh

bermuatan positif (sesuai prinsip Hukum

counter paling banyak terdapat pada sudut

Coulomb di mana muatan sejenis tolak-

hamburan

menolak).

yang

kecil

dengan

slope

(kemiringan) yang cukup tajam. Data ini

Sama halnya dengan hamburan ada celah

berarti bahwa sebagian besar partikel alfa

sempit, pada celah lebar jumlah partikel

yang ditembakkan pada pelat logam

alfa cacahan terbanyak ada pada sudut

aluminium

dan/atau

hamburan 2,5°. Dengan demikian, maka

dihamburkan dengan sudut hamburan yang

percobaan hamburan Rutherford dapat

cukup kecil.

membuktikan adanya inti atom yang

diteruskan

hamburan

bermuatan positif dan terpusat pada bagian

Rutherford untuk celah sempit, jumlah

tengah atom dengan ruang-ruang kosong

cacahan

(yang

Pada

eksperimen

terbanyak

ada

pada

sudut

merupakan

orbit

elektron)

mengelilinginya.

hamburan 2,5° dan semakin menurun seiring pertambahan sudut. Hal ini tidak bisa dijelaskan jika model atom Thompson

Model Atom Rutherford

diteruskannya

Berdasarkan hasil eksperimen yang

partikel alfa (dengan sudut 0°) seperti ini

dilakukan oleh Geiger-Marsden itulah,

dapat terjadi jika terdapat ruang-ruang

Ernest Rutherford mengajukan sebuah

kosong seperti jalur bebas hambatan yang

model

memungkinkan partikel alfa lewat tanpa

dengan sebutan model atom Rutherford.

gangguan. Hal ini tidak sesuai dengan

Model

model atom Thompson di mana atom

bahwa atom terdiri dari inti yang bermassa

terdiri

masif

digunakan.

dari

Fenomena

muatan proton

yang di

atom

atom

dan

yang kemudian dikenal

Rutherford

cenderung

mengatakan

diam

(jika

dalamnya tersebar elektron. Begitu pula,

dibandingkan oleh gerak elektron, namun

fenomena dihamburkannya partikel alfa

tidak benar-benar diam tak bergerak)

dengan sudut yang cukup bervariasi (dari

dikelilingi oleh elektron-elektron. Model

kecil hingga besar) dapat terjadi jika ada

atom Rutherford ini (untuk sementara)

suatu

dapat menjelaskan terjadinya peristiwa

massa

masif

yang

mampu

hamburan Rutherford.

membelokkan arah gerak partikel alfa (yang

bermassa

4

sma)

ketika 3

ditemukan

dapat diamati oleh manusia, misalnya

adanya kelemahan model atom Rutherford,

ditampilkan melalui peraga, suara atau

yakni : menurut fisika klasik, elektron

bahkan fasilitas pengolah sinyal yang lebih

yang bergerak mengelilingi inti lama-

canggih. Peralatan yang diperlukan untuk

kelamaan akan kehabisan energi karena

melengkapi detektor guna membentuk

tmemancarkan gelombang elektromagnetik

suatu sistem pencacah disebut sebagai

dan pada akhirnya ‘jatuh’ ke inti. Energi

peralatan penunjang (instrumentasi nuklir).

elektron juga menjadi tidak stabil karena

Peralatan penunjang harus bersifat

Namun

memancarkan

belakangan,

gelombang

EM

linier,

ketika

artinya

setiap

informasi

yang

bergerak, sehingga model atom Rutherford

dihasilkan oleh peralatan penunjang, baik

belum mampu menjelaskan keberadaan

jumlah pulsa maupun tinggi pulsa harus

elektron

sebanding

juga

mekanisme

rotasinya

dengan

informasi detektor.

yang

terhadap inti atom. Kelemahan berikutnya

diterimanya

dari

adalah model atom Rutherford belum

merupakan

parameter

mampu menjelaskan spektrum garis pada

mempengaruhi unjuk kerja dari suatu

atom Hidrogen. Sehingga muncullah teori

sistem pencacah. Berdasarkan peralatan

tentang model atom berikutnya yaitu

penunjangnya,

model atom Bohr.

radiasi dapat dibedakan menjadi tiga yaitu

suatu

Linieritas

yang

sistem

sangat

pencacah

sistem pencacah integral, sistem pencacah diferensial, dan sistem spektroskopi.

Detektor pencacah radiasi diferensial Detektor

berfungsi

Sistem

untuk

pencacah

integral

dan

mengubah energi nuklir menjadi energi

sistem pencacah diferensial mempunyai

lain yang lebih mudah untuk diolah,

fungsi yang hampir sama yaitu mengukur

seperti energi listrik, sedangkan peralatan

jumlah

penunjang

mengenainya.

berfungsi

untuk

mengolah

(kuantitas)

radiasi

Perbedaannya,

yang sistem

sinyal listrik yang dihasilkan oleh detektor

pencacah integral tidak mempedulikan

menjadi

Detektor

energi radiasi yang datang sedang sistem

merupakan bagian yang sangat penting

pencacah diferensial hanya mengukur

dari suatu sistem pencacah radiasi karena

radiasi yang mempunyai energi tertentu

dialah yang berfungsi untuk menangkap

saja. Sistem spektroskopi mempunyai

radiasi

fungsi yang berbeda yaitu mengukur

suatu

dan

informasi.

mengubahnya

menjadi,

energi

biasanya, sinyal atau pulsa listrik.

radiasi,

atau

lebih

tepatnya

mengukur distribusi energi dari radiasi

Sinyal listrik yang dihasilkan oleh

yang mengenai detektor.

detektor perlu diproses lebih lanjut agar 4

pencacah

(HV). Penentuan tegangan kerja detektor

diferensial juga dapat berfungsi sebagai

sintilasi adalah dengan cara mencari

sistem spektroskopi tetapi dengan resolusi

perbandingan cacahan sumber terhadap

yang sangat rendah. Sebaliknya sistem

cacahan latar belakang yang terbaik.

Sebenarnya

sistem

spektroskopi juga dapat berfungsi sebagai sistem pencacah tetapi dengan “kecepatan” ; dengan k adalah faktor

yang lebih rendah. digunakan

pembanding, Rs adalah laju cacahan yang

untuk mengukur jumlah radiasi dalam

berasal sumber radiasi (laju cacah total

selang energi tertentu. Sebagai contoh, dua

dikurangi

jenis zat radioaktif yang berbeda akan

belakang) sedang Rb adalah laju cacahan

memancarkan

yang berasal dari latar belakang (tanpa

Pencacah

diferensial

radiasi

dengan

tingkat

aktivitas

salah

satu

laju

cacah

latar

sumber).

energi yang berbeda sehingga bila ingin mengukur

dengan

Berbeda

zat

dengan detektor GM,

radioaktif tersebut maka diperlukan suatu

detektor

sistem pencacah diferensial.

listrik yang relatif sangat kecil, dalam orde

Konfigurasi

sistem

mVolt.

pencacah

sintilasi

Oleh

peralatan

diferensial adalah sebagai berikut.

menghasilkan

karena

untuk

itu

pulsa

diperlukan

membentuk

dan

memperkuat pulsa tersebut yaitu penguat (amplifier). Pulsa listrik yang dihasilkan oleh detektor

Sangatlah sukar untuk mendeteksi atau

karena tidak dapat membedakan energi

mengukur tinggi pulsa yang berbentuk

radiasi yang mengenainya. Detektor yang

eksponensial ini. Amplifier mempunyai

sering digunakan adalah detektor NaI(Tl)

fungsi utama untuk mengubah pulsa

untuk pengukuran radiasi gamma dan

eksponensial menjadi pulsa Gaussian dan

detektor surface barrier digunakan untuk

memperkuatnya, bila diperlukan, agar

pengukuran radiasi alfa.

mempunyai tinggi dengan orde Volt.

Sebagaimana detektor yang lain, juga

pulsa

timenya dan sangat lambat fall-timenya.

tidak boleh detektor geiger muller (GM)

sintilasi

berbentuk

eksponensial yang sangat cepat rise-

Detektor yang digunakan di sini

detektor

biasanya

membutuhkan

sumber tegangan tinggi atau high voltage 5

pencacahan dengan selang waktu tertentu yang dapat diatur sebelumnya.

Total cross section Misalkan suatu berkas partikel alfa datang menumbuk suatu target (dalam Peralatan

selanjutnya

eksperimen

adalah

biasa dinyatakan dalam suatu besaran yang

suatu pulsa listrik keluaran amplifier atau

logam

hasil hamburan dalam kasus seperti ini

yang berfungsi untuk menyaring apakah

counter

pelat

alfa terhambur. Menurut Susilo (2008),

sebuah pencacah diferensial karena alat ini

ke

adalah

aluminium) yang menyebabkan partikel

diskriminator yang merupakan ciri dari

diteruskan

ini

disebut penampang lintang (cross section).

tidak.

Penampang lintang hamburan total

Diskriminator mempunyai fasilitas batas

(total cross section) dapat dinyatakan

atas dan batas bawah. Pulsa-pulsa yang

dengan :

lebih tinggi dari batas bawah tetapi lebih rendah dari batas atas saja yang akan

; dengan Φ adalah fluks dari partikel alfa

diteruskan ke counter untuk dicacah.

yang datang (yang dinyatakan sebagai jumlah partikel alfa yang menumbuk suatu luasan per detik). Jumlah total yang dimaksud merupakan jumlah total partikel yang terhambur ke segala arah.

4. KESIMPULAN 1. Eksperimen

Counter adalah peralatan yang

hamburan

Rutherford

digunakan untuk mencacah (menghitung

bertujuan membuktikan keberadaan

jumlah) pulsa listrik yang memasukinya.

inti atom melalui dihamburkannya

Selang waktu pencacahan dapat dilakukan

berkas partikel alfa yang menumbuk

secara manual (start/stop) atau secara

pelat logam. 2. Berkas partikel alfa yang diteruskan

otomatis menggunakan timer, yaitu alat yang dapat memberikan sinyal ke counter

menunjukkan

agar

kosong yang merupakan orbit elektron

memulai

atau

menghentikan

adanya

di sekeliling inti atom.

6

ruang-ruang

3. Melalui

percobaan

hamburan

NIM. 080913043

Rutherford muncullah model atom

Anggota 2

Rutherford yang memperbaiki model

NIM. 080913056

atom Thompson.

5. DAFTAR PUSTAKA http://hendriyanto.web.id/ukur/Pencacah_0 0.htm Krane, Kenneth. Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Erlangga. Susilo, Resta Agung. 2008. Studi Difraksi Neutron

Material

Amorph.

Jakarta : Universitas Indonesia.

6. TENTANG PENULIS : Septia Kholimatussa’diah

Penulis

NIM. 080913025 Anggota 1

: Lailatul Badriyah

: Mirza Andiana Devita P.

7

LAMPIRAN

Data Hasil Pengamatan a. Penentuan kanal Kanal

Jumlah cacahan

0

45856

10

5486

20

63

30

0

40

1

50

4

60

1

70

0

80

1

90

0

100

2

110

2

120

7

130

5

140

7

150

17

160

29

170

22

180

16

190

16

b. Hamburan pada celah sempit Sudut hamburan (°)

n1

n2

n3...