DERET PELURUHAN

Dalam ilmu kenukliran, deret peluruhan mengacu pada serangkaian peluruhan radioaktif produk peluruhan radioaktif yang berbeda sebagai serangkaian transformasi berurutan. Ini juga dikenal sebagai “riam radioaktif”. Kebanyakan radioisotop tidak meluruh langsung ke keadaan stabil, melainkan menjalani serangkaian peluruhan sampai akhirnya isotop stabil tercapai.

Tahap peluruhan didasarkan oleh hubungan mereka ke tahap sebelumnya atau selanjutnya. Isotop induk adalah salah satu yang mengalami ppeluruhan untuk membentuk isotop baru. Salah satu contohnya adalah uranium (nomor atom 92) yang meluruh menjadi thorium (nomor atom 90). Isotop baru mungkin stabil atau mungkin meluruh untuk membentuk isotop barunya sendiri. Produk baru dari isotop hasil luruhan kadang-kadang disebut isotop grand daughter.

Waktu yang diperlukan untuk atom induk tunggal untuk meluruh menjadi atom isotop daughternya bisa sangat bervariasi, tidak hanya antara pasangan induk-daughter yang berbeda, tetapi juga secara acak antara pasangan identik dari isotop induk dan daughter. Peluruhan setiap atom tunggal terjadi secara spontan, dan peluruhan populasi awal atom identik sepanjang waktu t, mengikuti distribusi eksponensial yang meluruh, e − λt, di mana λ disebut konstanta peluruhan. Salah satu sifat isotop adalah waktu paruhnya, waktu di mana separuh dari jumlah awal radioisotop induk identik telah meluruh menjadi daughter mereka, yang berbanding terbalik dengan λ. Waktu paruh telah ditentukan melalui penelitian untuk banyak radioisotop (atau radionuklida). Dapat berkisar dari sangat sebentar (hampir langsung) hingga 1019 tahun atau lebih.

Tahap-tahap peralihan masing-masing memancarkan jumlah radioaktivitas yang sama seperti radioisotop asli (yaitu ada hubungan satu-ke-satu antara jumlah peluruhan dalam tahap-tahap yang berurutan) tetapi setiap tahap melepaskan kuantitas energi yang berbeda. Jika dan ketika ekuilibrium tercapai, setiap isotop daughter berturut-turut hadir dalam proporsi langsung ke waktu paruhnya; tetapi karena aktivitasnya berbanding terbalik dengan waktu paruhnya, setiap nuklida dalam rantai peluruhan akhirnya menyumbang banyak transformasi individu sebagai kepala rantai, meskipun bukan energi yang sama. Sebagai contoh, uranium-238 adalah radioaktif lemah, tetapi bijih uranium, 13 kali lebih radioaktif daripada logam uranium murni karena radium dan isotop daughter lain yang dikandungnya. Tidak hanya isotop radium pemancar radioaktif signifikan yang tidak stabil, , tetapi sebagai tahap berikutnya dalam rantai peluruhan, mereka juga menghasilkan radon, gas radioaktif yang berat, inert, dan terbentuk secara alami. Batu yang mengandung torium dan / atau uranium (seperti beberapa granit) memancarkan gas radon yang dapat terakumulasi di tempat tertutup seperti ruang bawah tanah atau tambang bawah tanah.

Diagram ini mengilustrasikan empat rantai peluruhan yang dibahas: thorium (4n, biru), neptunium (4n + 1, dalam warna ungu), radium (4n + 2, merah) dan actinium (4n + 3, dalam warna hijau).

Empat mode peluruhan radioaktif yang paling umum adalah:

  1. peluruhan alfa
  2. peluruhan beta minus
  3. pembusukan beta plus
  4. transisi gamma

Dari proses peluruhan ini, hanya peluruhan alfa yang mengubah nomor massa atom (A) nukleus, dan selalu menurunkannya menjadi empat. Karena ini, hampir setiap peluruhan akan menghasilkan nukleus yang nomor massa atomnya memiliki residu mod 4 yang sama, membagi semua nuklida menjadi empat rantai. Keempat rantai tersebut juga menghasilkan helium-4 (partikel alfa adalah inti helium-4).

Tiga rantai peluruhan utama (atau kelompok) yang diamati di alam, umumnya disebut seri thorium, radium atau seri uranium, dan seri aktinium, mewakili tiga dari empat kelas ini, dan berakhir pada tiga isotop stabil yang berbeda. Jumlah massa setiap isotop dalam rantai ini dapat direpresentasikan sebagai A = 4n, A = 4n + 2, dan A = 4n + 3, masing-masing. Isotop awal yang berumur panjang dari ketiga isotop ini, masing-masing thorium-232, uranium-238, dan uranium-235, telah ada sejak pembentukan bumi, mengabaikan isotop buatan dan peluruhannya sejak tahun 1940-an.

Karena waktu paruh yang relatif pendek dari isotop awal neptunium-237 (2,14 juta tahun), rantai keempat, seri neptunium dengan A = 4n + 1, sudah punah di alam, kecuali untuk langkah pembatas tingkat terakhir, peluruhan bismuth-209. Isotop akhir dari rantai ini sekarang dikenal sebagai thallium-205.

Ada juga rantai peluruhan non-transuranik dari isotop elemen ringan yang tidak stabil, misalnya magnesium-28 dan klorin-39. Di Bumi, sebagian besar isotop awal rantai ini sebelum 1945 dihasilkan oleh radiasi kosmik. Sejak 1945, pengujian dan penggunaan senjata nuklir juga telah merilis banyak produk fisi radioaktif. Hampir semua peluruhan isotop tersebut baik oleh β− atau β + mode peluruhan, berubah dari satu elemen ke elemen lain tanpa mengubah massa atom. Produk-produk hasil ini, yang lebih dekat dengan stabilitas, umumnya memiliki waktu paruh yang lebih panjang sampai akhirnya meluruh menjadi stabil.

Tiga rantai peluruhan aktinida alfa yang terjadi secara alami yang ditunjukkan di bawah ini — thorium, uranium / radium (dari U-238), dan aktinium (dari U-235) — masing-masing berakhir dengan isotop spesifiknya (Pb-208, Pb-206, dan Pb-207 masing-masing). Semua isotop ini stabil dan juga hadir di alam sebagai nuklida primordial, tetapi jumlah kelebihannya dibandingkan dengan timbal-204 (yang hanya memiliki asal primordial) dapat digunakan dalam teknik uranium-lead dating to date rocks.

Rantai 4n Th-232 umumnya disebut “thorium series” atau “thorium cascade”. Dimulai dengan torium-232 yang terjadi secara alami, rantai ini mencakup unsur-unsur berikut: aktinium, bismuth, timbal, polonium, radium, radon dan thallium. Semuanya hadir, setidaknya sementara, dalam setiap sampel yang mengandung torium alam, baik logam, senyawa, atau mineral. rantai ini berakhir dengan lead-208.

Energi total yang dilepaskan dari thorium-232 ke timbal-208, termasuk energi yang hilang ke neutrino, adalah 42,6 MeV.

Gambar diatas menunjukan urutan proses peluruhan inti. Pada tahap pertama, 238U meluruh dengan memancarkan alfa 234Th

Tahap ini dinyatakan dengan anak panah diagonal yang ditandai dengan tanda panah panjang, setiap peluruhan alfa mengurangi nomor atom 2 dan nomor massa 4. Nomor atom dan nomor massa setiap nuklida pada grafik diberikan menurut posisi mendatar dan vertikal. 234Th kembali meluruh dengan memancarkan beta menjadi 234Pa, dan meluruh kembali menjadi 234U dengan memancarkan beta.

Deret Uranium

Pemancaran beta pada grafik dinyatakan dengan panah pendek mendatar. Setiap peluruhan beta meningkatkan satu nomor atom tetapi tidak memiliki dampak terhadap nomor massa. Setelah peluruhan 234Pa dan pembentukan 234U, terdapat sejumlah tahap-tahap peluruhan alfa. Produk akhir dari deret peluruhan adalah 234Pb.

Uranium alam merupakan 99,28% 238U yang meluruh seperti pada gambar diatas. Namun demikian, unsur uranium alam ini juga mengandung 0,72% 235U. Isotop ini memulai deret peluruhan radioaktif ke-dua yang terdiri dari urutan peluruhan alfa dan beta, berakhir dengan 207Pb. Deret peluruhan alam ke-tiga terjadi mulai dengan 232Th dan berakhir dengan 208Pb.

Deret Aktinium

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *