sejarah penemuan spektrum oleh James Chadwick

A.    BIOGRAFI James Chadwick (1891-1974)

James Chadwick lahir di Cheshire, Inggris, pada 20 Oktober 1891, putra dari John Joseph Chadwick dan Anne Mary Knowles. Ia belajar di Manchester High School sebelum masuk Universitas Manchester pada tahun 1908, ia lulus dari Sekolah Honours Fisika pada 1911 dan menghabiskan dua tahun di bawah Profesor Rutherford di Laboratorium Fisika di Manchester, di mana dia bekerja pada berbagai masalah radioaktivitas , memperoleh gelar M.Sc.-nya pada tahun 1913.      Tahun yang sama ia dianugerahi Beasiswa 1851 Pameran dan terus ke Berlin untuk bekerja di Technische Physikalisch Charlottenburg Reichsanstalt di bawah Profesor H. Geiger.        Selama Perang Dunia I, ia ditahan di Zivilgefangenenlager, Ruhleben. Setelah perang, pada 1919, ia kembali ke Inggris untuk menerima beasiswa di Gonville Wollaston dan Caius College, Cambridge, dan untuk melanjutkan bekerja di bawah Rutherford, yang sementara itu telah pindah ke Laboratorium Cavendish, Cambridge. Rutherford telah berhasil tahun itu di disintegrasi atom oleh membombardir nitrogen dengan partikel alpha, dengan emisi proton. Ini adalah buatan pertama transformasi nuklir. Di Cambridge, Chadwick bergabung dengan Rutherford dalam menyelesaikan transmutasi elemen cahaya lain oleh penembakan dengan partikel alpha, dan dalam membuat studi tentang sifat dan struktur inti atom. Ia terpilih Fellow Gonville dan Caius College (1921-1935) dan menjadi Asisten Direktur Riset di Laboratorium Cavendish (1923). In 1927 he was elected a Fellow of the Royal Society. Pada tahun 1927 ia terpilih sebagai Fellow dari Royal Society. Chadwick membuat penemuan fundamental dalam bidang ilmu pengetahuan nuklir, zaman ini-membuat penemuan ia dianugerahi Hughes Medal dari Royal Society pada tahun 1932, dan kemudian Hadiah Nobel untuk Fisika pada tahun 1935. Dia tetap di Cambridge hingga tahun 1935 ketika ia terpilih sebagai Ketua Jones Lyon Fisika di Universitas Liverpool. Dari tahun 1943 sampai 1946 ia bekerja di Amerika Serikat sebagai Kepala Misi Inggris melekat pada Proyek Manhattan untuk pengembangan bom atom. Ia kembali ke Inggris dan, pada 1948, pensiun dari fisika aktif dan posisinya di Liverpool pada pemilihannya sebagai Master of Gonville dan Caius College, Cambridge. Dia pensiun dari penguasaan ini pada tahun 1959. Dari tahun 1957 sampai 1962 ia adalah anggota parttime Inggris Atomic Energy Authority. Chadwick telah memiliki banyak makalah yang diterbitkan pada topik dan terhubung radioaktivitas masalah dan, dengan Lord Rutherford dan CD Ellis, ia adalah rekan penulis buku radiasi dari zat radioaktif (1930). Sir James dianugerahi gelar kebangsawanan pada 1945. Terlepas dari Hughes Medal (Royal Society) yang disebutkan di atas, ia menerima Medali Copley (1950) dan Franklin Medal dari Franklin Institute, Philadelphia (1951). Ia adalah seorang Kehormatan Fellow di Institut Fisika dan, selain menerima gelar doktor kehormatan dari Universitas Reading, Dublin, Leeds, Oxford, Birmingham, Montreal (McGill), Liverpool, dan Edinburgh, ia adalah anggota dari beberapa akademi asing, Associé Académie Royale de Belgique; Luar Anggota Kongelige Danske Videnskabernes Selskab dan Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen;  Anggota Akademie der Sächsische Wissenschaften, Leipzig; Anggota Pontificia Academia Scientiarum dan Franklin Institute; Kehormatan Anggota American Philosophical Society dan American Physical Society. Pada tahun 1925, ia menikah Aileen Stewart-Brown dari Liverpool. Mereka memiliki putri kembar, dan tinggal di Denbigh, North Wales. Sir James Chadwick meninggal pada 24 Juli 1974. B. SEJARAH PENEMUAN Pada tahun 1914 James Chadwick merupakan orang pertama yang memperoleh spektrum. Energi partikel beta dari bahan radioaktif. Hal ini ikut menyebabkan Wolfgang Pauli memastikan adanya netrino. Pada tahun 1920 Chadwick merupakan orang pertama yang mengukur hamburan partikel alfa dan menemukan muatan listrik pada inti Sejak tahun 1919 ia bekerja sama dengan Rutherford. Mereka berdua membuat transmutasi buatan dengan jalan menembakkan partikel alfa pada unsur-unsur. Mereka berdua giat sekali mempelajari atom. Pada tahun 1897 Thomson menemukan elektron. Pada tahun 1911 Rutherford menemukan proton. Kita sudah tahu bahwa atom terdiri dari elektron dan inti. Inti terdiri dari proton dan netron. Tapi waktu itu netron belum ditemukan orang. Pada tahun 1930 Walther Bothe dan H. Becker yang sedang mengadakan riset di Jerman mengebom (menembak, menumbuk) berilium dengan partikel alfa. Akibatnya timbullah sinar yang sangat kuat daya tembusnya. Ia mengira sinar itu gamma yang bertenaga tinggi. Pada bulan Januari 1932 Irene dan Frederic Joliot-Curie di Perancis mengulang eksperimen tersebut. Mereka menemukan bahwa sinar itu melemparkan proton dari bahan-bahan yang mengandung bahan hidrogen. Tapi mereka tidak memberi tafsiran apap-apa mengenai sinar tersebut. Pada saat ini di Inggris Chadwick juga sedang mengadakan eksperimen yang sama. Pada akhir bulan Februari tahun itu juga (1932) Chadwick berhasil menafsirkan dengan betul sinar itu. Sinar itu tidak bersifat gelombang elektromagnetik, daya tembusnya sangat kuat, tidak terpengaruh oleh medan listrik, dengan mudah menyepak proton keluar. Akhirnya Chadwick menyebut partikel itu netron, sesuai dengan saran Rutherford. Pada tahun 1932, Chadwick membuat penemuan fundamental dalam bidang ilmu pengetahuan nuklir: ia membuktikan keberadaan neutron - partikel dasar tidak memiliki muatan listrik apapun. Berbeda dengan inti atom helium (alfa sinar) yang dibebankan, dan karena itu ditolak oleh kekuatan listrik yang cukup besar ada di dalam inti atom berat, alat baru ini atom disintegrasi tidak perlu mengatasi hambatan listrik dan mampu menembus dan membelah inti bahkan unsur-unsur terberat. Chadwick dengan cara ini menyiapkan jalan menuju fisi uranium 235 dan menuju penciptaan bom atom. C. PENEMUAN-PENEMUAN JAMES CHADWICK 1.      Radioaktivitas Radioaktifitas adalah suatu gejala yang menunjukan adanya aktivitas inti atom yang berlangsung secara spontan, yang disebabkan karena inti atom tak stabil, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.  Gejala yang dapat diamati ini dinamakan:sinar radio aktif. Pada tahun 1896 seorang fisikawan Perancis Henry Becquerel(1852-1908) untuk pertama kalinya menemukan radiasi dari senyawa-senyawa uranium.Radiasi ini tak tampak oleh mata,radiasi ini dikenal karena sifatnya yaitu: a.Menghitamkan film b.Dapat mengadakan ionisasi c.Dapat memendarkan bahan-bahan tertentu d.Merusak jaringan tubuh e.Daya tembusnya besar Radiasi ini tidak dapat dipengaruhi oleh perubahan keadaan lingkungan seperti:suhu,tekanan suatu reaksi kimia. contoh:uranium disebut bahan radio aktif,dan radiasi yang dipancarkan disebut sinar radio aktif. Gejala ini diperoleh Becquerel ketika mengadakan penelitian terhadap sifat-sifat Fluoresensi yakni perpendaran suatu bahan selagi disinari cahaya. Fosforecensi yaitu  berpendarnya suatu bahan setelah disinari cahaya, jadi berpendar setelah  tak disinari cahaya. Fluorecensi dan Fosforecensi tidak bertentangan dengan hukum kekelan energi,bahan-bahan berpendar selagi menerima energi atau setelah menerima energi Persenyawaan uranium tidak demikian halnya,radiasi persenyawaan uranium tanpa didahului oleh penyerapan energi,suatu hal yang sangat bertentangan dengan hukum kekelan energi Namun setelah teori relativitas Einstein lahir,gejala itu bukan sesuatu yang mustahil,sebab energi dapat terjadi dari perubahan massa. Penyelidikan terhadap bahan radioakivitas dilanjutkan oleh suami istri Pierre Curie(1859-1906),dan Marrie Currie(1867-1934),yang menemukan bahan baru. Bila berkas sinar radioaktif dilewatkan melalui medan listrik dan medan magnet,ternyata hanya 3 jenis sinar pancaran yang lazim disebut sinar a,sinar b dan sinar g             Gambar: a.Sinar a adalah berkas yang menyimpang ke keping negatif.Dari arah simpangannya,jelas bahwa sinar a adalah partikel yang bermuatan positif. Ternyata sinar a adalah ion He martabat (valensi)dua.  2a4 = 2He4 Daya ionisasi sinar a sangat besar sedangkan daya tembusnya sangat kecil. b.Sinar b adalah berkas yang menyimpang kearah keping positif,sinar b adalah partikel yang bermuatan negatif.Ternyata massa dan muatan sinar sama dengan massa dan muatan elektron. -1b 0  =  -1 e0 Daya ionisasinya agak kecil sedangkan daya tembusnya agak besar. c.Sinar g adalah berkas yang tidak mengalami simpangan di dalam medan listrik maupun medan magnet.Ternyata sinar g adalah gelombang elektromagnetik seperti sinar X.Daya ionisasi sinar g paling kecil dan daya tembusnya paling besar. 2. Interaaksi Sinar Radioaktif dengan Materi SINAR a (ALFA) *sinar tidak lain adalah inti atom helium (2He4), bermuatan 2 e dan bermassa 4 sma *sinar a dapat menghitamkam film. Jejak partikel dalam bahan radioaktif berupa sinar lurus. *radiasi sinar a mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan dengan sinar b dan sinar g *radiasi sinar ini mempunyai jangkauan beberapa cm di udara dan di sekitar   10-2mm dan logam tipis. *radiasi sinar ini mempunyai daya ionisasi paling kuat *sinar a dibelokkan oleh medan magnetik *berdasarkan percobaan dalam medan magnet dan medan lintrik dapat ditentukan kecepatan dan muatan sinara, yakni kecepatannya berharga antara 0,054 c dengan c = kecepatan cahaya dalam vakum. SINAR b (BETA) *sinar b tidak lain ialah partikel elektron. *radiasi sinarb mempunyai daya tembus lebih besar dari pada a tetapi lebih kecil dari pada g *sinar. b dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet. *kecepatan partikel b berharga antara 0,32 c dan 0,7 c. *jejak partikel b dalam bahan berbelok-belok. *jejak yang berbelok-belok disebabkan hamburan yang dialami oleh elektron didalam atom.  SINAR g(GAMMA) *mempunyai daya tembus paling besar. *tidak dibelokkan didalam medan magnetik *sinar g memerlukan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih pendek *foton g tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan dalam interaksinya dengan bahan mengalami peristiwa fotolistrik dan produksi pasangan Dalam interaksi dengan bahan,seluruh energi foton diserap dalam bahan. Energi yang diserap oleh atom ini dibawa oleh sebuah elektron,untuk membentuk pasangan elektron.Peristiwa ini yang disebut sebagai produksi pasangan.Foton sinar g juga dapat berinteraksi dengan elektron orbital melalui hamburan compton. Urutan daya tembus dari yang lemah ke kuat adalah:sinar a, sinar b, sinar g. Sinar a dapat dihentikan oleh selembar kertas,sinar b dapat dihentikan oleh papan kayu setebal 2,5 cm,dan sinarg dapat dihentikan oleh beton.Sinar g merupakan sinar yang sangat ampuh,dan dapat digunakan untuk membunuh kuman,dan bakteri untuk sterilisasi alat kedokteran. Karena sinar ini sangat kuat dan dapat menembus kertas,dan plastik, sterilisasi dapat dilakukan setelah alat kedokteran itu dibungkus. Intensitas sinar-sinar setelah menembus suatu bahan akan berkurang. Pelemahan intensitas itu dinyatakan dengan rumus: I=I0e-mx keterangan: -I = Intensitas (J/s m2) Io = Intensitas mula-mula (j/sm2) e  = bilangan natural =2,71828 m = Koefisien pelemahan bahan keping (m-1) x = tebal keping (m) Apabila intensitas sinar setelah melewati bahan =1/2 dari intensitas selum melewati bahan (I = 1/2 I0) 1/2 I0       = I0e-mx I              = I0e-mx 1/2         = e-mx ln1/2      = -mx ln1 - ln2 = -mx 0-ln2      = -mx x =       ln2 m x = 0,693 m x disebut HALF VALUE LAYER (HVL) atau lapisan harga paruh, yaitu: lapisan atau tebal bahan yang membuat intensitas menjadi separuh dari intensitas semula. 2.      Model Atom James Chadwick Pada tahun 1932, model atom Rutherford dimodifikasi sedikit oleh adanya penemuan neutron oleh James Chadwick. Chadwick menemukan bahwa penembakan partikel-α terhadap berilium dapat menghasilkan neutron, partikel tak bermuatan, namun dengan massa sedikit lebih besar dibandingkan massa proton. Sehingga, model atom kontemporer adalah model dengan inti atom besar yang mengandung proton dan neutron dikelilingi oleh awan tipis elektron. Adanya neutron juga menjelaskan mengapa massa atom lebih berat dari massa total proton dan elektronnya. Dengan pengertian dasar tentang bagian fundamental atom seperti elektron, proton, dan neutron, maka dapat dimungkinkan adanya model yang lebih rumit dan lengkap lagi dari atom yang cukup dapat menjelaskan sifat dan karakteristik atom dan senyawa atom. Massa neutron = 1 sma (satuan massa atom) =  gram Neutron Struktur quark dari sebuah neutron Neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) dan memiliki massa 940 MeV/c² (1.6749 × 10-27 kg, sedikit lebih berat dari proton. Putarannya adalah ½. Inti atom dari kebanyakan atom (semua kecuali isotop Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron. Di luar inti atom, neutron tidak stabil dan memiliki half-life sekitar 10 menit, meluluh dengan memancarkan elektron dan antineutrino untuk menjadi proton. Metode peluruhan yang sama (peluruhan beta) terjadi di beberapa inti atom. Partikel-partikel dalam inti atom biasanya adalah neutron dan proton, yang berubah menjadi satu dan lainnya dengan pemancaran dan penyerapan pion. Sebuah neutron diklasifikasikan sebagai baryon dan terdiri dari dua quark bawah dan satu quark atas. Persamaan Neutron antibendanya adalah antineutron. Perbedaan utama dari neutron dengan partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. Sifat netron ini membuat penemuannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit diamati secara langsung dan membuatnya sangat pentin sebagai agen dalam perubahan nuklir.