Mengenal Lebih Dekat Rahasia Fisika Inti: Menyingkap Keajaiban Sinar Alfa dan Jenis-Jenisnya

Fisika inti merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari fenomena dalam inti atom. Inti atom, yang terdiri atas proton dan neutron, menyimpan energi luar biasa dan memegang peranan penting dalam berbagai proses alam semesta. Salah satu fenomena menarik dalam fisika inti adalah sinar alfa, sebuah partikel yang lahir dari inti atom yang tidak stabil. Artikel ini akan mengupas konsep sinar alfa, sifat-sifatnya, serta peranannya dalam sains dan teknologi.

Apa Itu Sinar Alfa?

Sinar alfa adalah partikel bermuatan positif yang terdiri dari dua proton dan dua neutron, sehingga identik dengan inti atom helium. Sinar alfa dihasilkan melalui proses peluruhan radioaktif dari unsur-unsur berat seperti uranium, radium, dan polonium. Proses ini terjadi ketika inti atom tidak stabil berusaha mencapai kestabilan dengan memancarkan partikel alfa.

Peluruhan sinar alfa 

Peluruhan alfa adalah salah satu bentuk peluruhan radioaktif di mana sebuah inti atom tidak stabil memancarkan partikel alfa (terdiri dari 2 proton dan 2 neutron) untuk mencapai kestabilan. Proses ini mengurangi jumlah proton dan neutron dalam inti, sehingga mengubah unsur menjadi unsur lain yang lebih stabil.

Proses Peluruhan Alfa

1. Inti Tidak Stabil

Inti atom dengan jumlah proton dan neutron yang besar sering kali tidak stabil karena gaya tolak-menolak coulomb antara proton melebihi gaya nuklir kuat yang mengikatnya.

Contoh: Uranium-238.  

2. Emisi Partikel Alfa

Inti memancarkan partikel alfa (nukleus helium : untuk mengurangi energi internalnya. 

Peluruhan ini menyebabkan pengurangan:  

• Nomor atom sebanyak 2 (karena kehilangan 2 proton).  

• Nomor massa sebanyak 4 (karena kehilangan 2 proton dan 2 neutron).  

3. Transformasi Menjadi Unsur Baru

• Unsur awal berubah menjadi unsur baru dengan nomor atom dan massa yang lebih kecil.  

• Proses ini sering disertai dengan pelepasan energi dalam bentuk radiasi.  

Sifat-Sifat Sinar Alfa

1. Massif dan Bermuatan dimana Partikel alfa memiliki massa besar dan bermuatan positif (+2), sehingga dapat dipengaruhi oleh medan listrik atau magnet.

2. Energi Tinggi tapi Daya Tembus Rendah, Meskipun memiliki energi tinggi, sinar alfa hanya dapat menembus beberapa sentimeter di udara atau lapisan tipis seperti kertas.

Jenis-Jenis Sinar Alfa

1. Sinar Alfa Alami: Dihasilkan oleh unsur radioaktif alami seperti uranium, radium, dan polonium yang ditemukan di kerak bumi.

2. Sinar Alfa Buatan: Dihasilkan di laboratorium melalui reaksi nuklir terkontrol. Sinar ini sering digunakan dalam penelitian ilmiah dan medis.

3. Sinar Alfa Kosmik: Merupakan hasil peluruhan unsur radioaktif yang ada di luar angkasa. Sinar alfa ini sering menjadi bagian dari radiasi kosmik yang mencapai bumi.

Manfaat Sinar Alfa

Pada bidang Medis Digunakan dalam terapi kanker, misalnya untuk membunuh sel kanker secara lokal menggunakan isotop pemancar alfa seperti radium-223.Pada bidang Industri Sinar alfa digunakan dalam detektor asap, seperti pada isotop amerisium-241, yang mengionisasi udara untuk mendeteksi keberadaan asap.Pada Penelitian Geologi Peluruhan alfa dari uranium-238 digunakan untuk penanggalan fosil dan batuan.

Risiko Sinar Alfa

1. Bahaya Internal (Paparan Dalam Tubuh) : Kerusakan DNA Jika isotop pemancar sinar alfa, seperti uranium dan polonium, terhirup, tertelan, atau masuk melalui luka, partikel alfa dapat mengionisasi molekul biologis, merusak DNA, dan menyebabkan mutasi genetik. Kanker Paparan internal dapat meningkatkan risiko kanker, khususnya kanker paru-paru jika isotop radioaktif terhirup.

2. Efek Ionisasi Tinggi : Sinar alfa memiliki daya ionisasi tinggi, sehingga berpotensi merusak jaringan tubuh secara lokal di area tempat isotop terakumulasi. Kerusakan ini seringkali tidak dapat diperbaiki, terutama jika terjadi di organ vital.

3. Kontaminasi Lingkungan : Pelepasan isotop pemancar alfa ke lingkungan, seperti dalam bencana nuklir atau pembuangan limbah radioaktif yang tidak aman, dapat mencemari tanah, air, dan udara, yang berisiko memasuki rantai makanan manusia dan hewan.

Keajaiban Fenomena Tunneling Kuantum dalam Peluruhan Alfa

Salah satu hal paling menarik dalam peluruhan alfa adalah bagaimana partikel alfa dapat "menembus" penghalang potensial yang seharusnya tidak bisa dilewati berdasarkan hukum klasik. Dalam fisika kuantum, fenomena ini disebut tunneling kuantum. 

Pernahkah kamu membayangkan bagaimana partikel kecil, seperti partikel alfa, bisa "melarikan diri" dari inti atom meskipun tampaknya mustahil? Inilah keajaiban tunneling kuantum yang bekerja di balik peluruhan alfa. Inti atom sebenarnya dikelilingi oleh penghalang potensial raksasa, seperti dinding energi yang begitu tinggi akibat tolakan listrik dan gaya nuklir yang kuat. Secara logika klasik, partikel alfa tidak memiliki energi yang cukup untuk melewati dinding ini. Namun, mekanika kuantum membawa kisah yang berbeda. 

Dalam dunia kuantum, partikel tidak hanya ada sebagai titik kecil, tetapi juga sebagai gelombang dengan probabilitas tertentu. Karena itu, partikel alfa bisa "menembus" penghalang tersebut, seperti hantu yang melintasi tembok. Proses ini, yang dikenal sebagai tunneling kuantum, memungkinkan partikel alfa keluar dari inti dan memulai peluruhan radioaktif. Menariknya, fenomena ini tidak hanya menentang hukum fisika klasik, tetapi juga menjelaskan mengapa beberapa unsur radioaktif membutuhkan waktu ribuan tahun untuk meluruh. Fenomena ini adalah salah satu bukti paling mengagumkan bahwa alam semesta bekerja dengan cara yang jauh lebih ajaib daripada yang terlihat di permukaan.

Griffiths, D. J. (2018). Introduction to Quantum Mechanics (3rd ed.). Cambridge University Press.

Krane, K. S. (1988). Introductory Nuclear Physics. Wiley.

Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (1964). The Feynman Lectures on Physics, Volume III: Quantum Mechanics. Addison-Wesley.

Gurney, R. W., & Condon, E. U. (1928). "Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration". Nature, 122, 439.

Atkins, P., & de Paula, J. (2018). Physical Chemistry: Quantum Chemistry and Spectroscopy (11th ed.). Oxford University Press.