Praktikum Virtual Penyerapan Radiasi: Alfa, Beta, Gamma

Praktikum virtual penyerapan radiasi ini sesuai dengan materi GCSE tentang daya tembus radiasi alfa, beta, dan gamma, serta praktikum wajib (required practical) AQA A-level Physics tentang hukum kuadrat terbalik untuk sinar gamma. Siswa mengukur cacah latar dengan tabung Geiger–Müller, lalu mencacah sumber beta melalui kertas dan aluminium yang makin tebal, membandingkan alfa dan gamma, dan mengoreksi setiap laju cacah terhadap latar. Cacahannya acak, seperti sumber sungguhan, sehingga siswa juga mengenal ketidakpastian √N. Sekolah tidak memerlukan sumber tertutup maupun kajian risiko radiasi untuk menjalankannya.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AQA GCSE Physics 4.4.2.1 (sifat radiasi alfa, beta, dan gamma): daya tembus terhadap bahan, jangkauan di udara, dan daya ionisasi.
• AQA A-level Physics 3.8.1.2, praktikum wajib 12: hukum kuadrat terbalik untuk radiasi gamma, dengan koreksi terhadap latar dan terhadap posisi sumber yang tidak diketahui.
• IB Physics E.3 (peluruhan radioaktif) dan Cambridge IGCSE Physics 5.2 (deteksi dan sifat radiasi).

Simulic tidak berafiliasi dengan AQA, IB, Cambridge, maupun lembaga ujian mana pun dan tidak didukung oleh mereka.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan satu prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Penyerap paling tipis mana yang menghentikan hampir semua radiasi beta dari sumber?"

Siswa sering memilih timbal "karena radiasi butuh timbal", atau kertas "karena mirip alfa". Minta satu alasan untuk setiap jawaban.

Langkah kerja dalam simulasi

Tetap di tab Penyerapan. Atur Kecepatan ke Seketika dan Waktu cacah ke 100 s agar setiap pencacahan cepat dan presisi.

1. Tekan Cacah latar. Catat laju latar B.
2. Pilih Sumber β (jenis Sr-90), Penyerap Tidak ada, dan Jarak d 3 cm. Tekan Mulai cacah. Simulasi menampilkan N, N/t, dan laju terkoreksi C = N/t − B.
3. Pilih Kertas (0,1 mm), lalu Aluminium setebal 0,5, 1, 2, 3, dan 4 mm. Cacah masing-masing dan catat C.
4. Ganti ke γ (jenis Co-60): cacah tanpa penyerap, lalu dengan Timbal 10 mm dan 20 mm.
5. Ganti ke α (jenis Am-241) tanpa penyerap pada d = 2, 3, dan 4 cm, lalu dengan kertas pada 3 cm.
6. Plot C terhadap ketebalan aluminium untuk beta.

Sumber	Penyerap	Ketebalan (mm)	d (cm)	N dalam 100 s	N/t (s⁻¹)	C = N/t − B (s⁻¹)
Latar	—	—	—			—
β	tidak ada / kertas / aluminium	0 / 0,1 / 0,5 / 1 / 2 / 3 / 4	3
γ	tidak ada / timbal	0 / 10 / 20	3
α	tidak ada / kertas	0 / 0,1	2 / 3 / 4

Hasil yang diharapkan

Cacahan 100 s yang khas dari simulasi (setiap pengulangan sedikit berbeda):

• Latar: sekitar 0,40 cacah/s, 24 per menit. Satu kali pencacahan 100 s memberi 0,31 sampai 0,51.
• Beta pada 3 cm: tanpa penyerap 159 s⁻¹; kertas 151; aluminium 0,5 mm 65, 1 mm 26,5, 2 mm 4,1, 3 mm 0,4, 4 mm 0. Melalui 1 mm, sekitar 16,6% dapat menembus (15,9 sampai 17,3% dalam 30 percobaan).
• Gamma pada 3 cm: tanpa penyerap 164 s⁻¹; aluminium 8 mm masih meloloskan 145; timbal 10 mm sekitar 84 (51%), 20 mm sekitar 43.
• Alfa: 48 s⁻¹ pada 2 cm, 22 pada 3 cm, dan hampir nol pada 4 cm; selembar kertas menghentikannya sepenuhnya.

Dengan aluminium 4 mm atau lebih, bacaan beta mentah sama dengan latar, jadi C bernilai nol. Tanpa koreksi latar, siswa akan keliru menyimpulkan bahwa sebagian beta masih menembus.

Kuadrat terbalik (A-level). Di tab Kuadrat terbalik, cacah sumber gamma pada 5, 10, 20, dan 30 cm. C turun dari sekitar 72 menjadi 21, 5,8, dan 2,6 s⁻¹. Menggandakan d dari 10 ke 20 cm membagi C dengan sekitar 3,7, bukan 4, karena sumber berada di belakang titik nol penggaris. Grafik 1/√C terhadap d berupa garis lurus; garis terbaik simulasi memberi e ≈ 0,9 sampai 1,2 cm (nilai sebenarnya 0,9 cm).

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Penyerap paling tipis mana yang menghentikan hampir semua radiasi beta?
2. Saat membandingkan penyerap untuk sumber beta, apa yang harus tetap sama?
3. Sumber beta, d = 3 cm, tanpa penyerap, 100 s: berapa laju cacah terkoreksi?
4. Tambahkan aluminium 1 mm. Berapa persen laju cacah beta yang dapat menembus?
5. Dengan aluminium 5 mm, pencacah masih berbunyi klik. Jelaskan mengapa, dan mengapa latar dikurangkan.

Jawaban untuk guru: (1) Aluminium setebal beberapa milimeter. (2) Sumbernya dan jaraknya dari tabung. (3) Sekitar 159 s⁻¹ (diterima 155 sampai 164). (4) Sekitar 16,6% (diterima 15 sampai 18,5%). (5) Semua partikel beta sudah dihentikan; bunyi klik itu adalah radiasi latar (sekitar 0,4 per detik, dari batuan, bangunan, dan sinar kosmik). Radiasi ini ada di setiap bacaan, jadi harus diukur dan dikurangkan.

Miskonsepsi umum

• "Sinar gamma dihentikan oleh timbal." Timbal hanya melemahkannya: 10 mm membagi dua lajunya, 20 mm menyisakan seperempat.
• "Bacaan nol berarti tidak ada cacahan." Tabung selalu mencacah latar, jadi bacaan mentah tidak pernah turun di bawah sekitar 0,4 s⁻¹.
• "Pencacahan ulang seharusnya memberi angka yang sama." Peluruhan bersifat acak. Pencacahan yang lebih lama memberi N lebih besar dan ketidakpastian persentase lebih kecil, 1/√N.

Pengayaan

• Tab Medan: bandingkan cara alfa dan beta membelok dalam medan magnet dan medan listrik, dan mengapa gamma tetap lurus.
• Tebal paruh: cacah gamma melalui timbal setebal 0 sampai 30 mm dan temukan ketebalan yang membagi dua C (sekitar 10 mm).

Pertanyaan umum

Apakah aman menggantikan praktikum nyata?

Simulasinya aman, tetapi tidak menggantikan kerja langsung jika lembaga ujian Anda mewajibkannya. Pakai simulasi untuk merencanakan metode, berlatih koreksi latar, dan menganalisis data. Lihat laboratorium virtual vs laboratorium fisik.

Mengapa siswa saya mendapat angka yang berbeda-beda?

Setiap pencacahan bersifat acak (Poisson), seperti sumber sungguhan. Ini memang disengaja: bandingkan hasil seluruh kelas dan diskusikan ketidakpastiannya.

Bisakah saya mengunci pengaturan untuk kelas saya?

Bisa. Pada tautan kelas Anda, atur nilai awal untuk sumber, penyerap, ketebalan, jarak, dan waktu cacah. Catatan di bawah simulasi mencantumkan nilai model, seperti laju latar.

Simulasi dan panduan terkait

Peluruhan radioaktif – hukum peluruhan dan waktu paruh Hamburan Rutherford – partikel alfa, inti atom, dan model Thomson

Untuk kegiatan fisika lainnya, lihat ide pelajaran fisika interaktif. Untuk menjalankan prediksi sebagai siklus lengkap, lihat Predict–Observe–Explain dengan simulasi.