Perbedaan Reaksi Fisi Dan Fusi, Reaksi Inti, Reaktor Nuklir, Teladan Soal, Energi, Pengertian, Pembelahan, Penggabungan, Materi, Jawaban, Radioaktif, Manfaat, Berantai, Fisika

Perbedaan Reaksi Fisi dan Fusi, Reaksi Inti, Reaktor Nuklir, Contoh Soal, Energi, Pengertian, Pembelahan, Penggabungan, Materi, Jawaban, Radioaktif, Manfaat, Berantai, Fisika.

1. Reaksi Inti

Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, alasannya yakni pada dasarnya reaksi inti ini terjadi alasannya yakni tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru). Secara skematik reaksi inti sanggup digambarkan:

Pada reaksi inti ini terjadi perubahan unsur alasannya yakni ditumbuk zarah nuklir atau zarah radioaktif yang sanggup dinyatakan oleh persamaan reaksi:

A + a → B + b + Q ............................................. (1)

atau

A (a, b) B

dengan A yakni unsur semula, B yakni unsur yang terjadi, a dan b yakni zarah yang ditumbukkan dan yang terpental, dan Q yakni energi panas yang mungkin timbul dalam reaksi inti tersebut.

Apabila b = a, dan B = A, maka pada reaksi tersebut yakni hamburan. Misalnya:

²⁶Mg + p → ²⁶Mg + p + γ

dengan p yakni proton.

Dalam hal ini, hamburannya tidak lentur dengan energi kinetik proton yang terdisipasi untuk mengeksitasi inti Mg yang pada deeksitasinya mengeluarkan sinar gamma.

Pada reaksi inti berlaku hukum:

a. kekekalan momentum linier dan momentum sudut,

b. kekekalan energi,

c. kekekalan jumlah muatan (nomor atom),

d. kekekalan jumlah nukleon (nomor massa).

Dengan demikian, momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti-inti sebelum reaksi harus sama dengan momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa intiinti setelah reaksi.

James Chadwick menemukan neutron dengan mendedahkan berillium logam ke partikel. Ia menemukan jenis partikel gres yang keluar dari intinya, yaitu neutron. Selanjutnya, ia meneliti deugerium (hidrogen berat). Isotop ini ditemukan pada tahun 1932 dan dipakai untuk reaktor nuklir.

2. Energi Reaksi Inti

Suatu reaksi inti bisa menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi Q bisa dihitung menurut reaksi pada persamaan (1). Dalam perhitungan energi reaksi inti, semua massa inti dinyatakan dalam satuan sma (satuan massa atom). Menurut Einstein, energi total yang dimiliki suatu massa m adalah:

E = m . c² ........................................................ (2)

dengan c yakni kelajuan cahaya (3 × 10⁸ m/s).

Dari persamaan (2) untuk 1 sma, energi yang dimiliki yakni 931,5 MeV. Dengan demikian, persamaan energi (berdasarkan aturan kekekalan energi) sanggup dituliskan:

(m_A + m_a) 931,5 MeV = (m_B + m_b) 931,5 MeV + Q

atau

Q = {(m_A + m_a) – (m_B + m_b)} 931,5 MeV......... (3)

Dari persamaan (3), kalau diperoleh nilai Q > 0, maka reaksinya disebut reaksi eksoterm, yaitu reaksi di mana terjadi pelepasan energi. Sebaliknya, kalau Q < 0, maka reaksinya disebut reaksi endoterm, yaitu reaksi yang memerlukan energi.

Persamaan (3)menunjukkan bahwa pada prinsipnya, energi reaksi yakni sama dengan perubahan massa inti sebelum reaksi dan setelah reaksi. Hal inilah yang dinyatakan Einstein sebagai kesetaraan massa-energi.

Contoh Soal 1 :

Hitunglah energi yang dibebaskan pada reaksi (1 sma = 931,5 MeV) :

Jika,

m_Be = 9,012 sma,

m_n = 1,008 sma,

m_α = 4,002 sma,

m_c = 12,000 sma!

Pembahasan :

Reaksi inti :

Q = {(m_Be + m_α ) – (m_c + m_n)}× 931,5 MeV

Q = {(9,012 + 4,002) – (12,000 + 1,008)} × 931,5 MeV

Q = {13,014 – 13,008} × 931,5 MeV

Q = 0,006 × 931,5 MeV

Q = 5,589 MeV

3. Reaksi Fisi

Reaksi fisi (pembelahan inti) yakni reaksi nuklir yang melibatkan pembelahan sebuah inti berat (seperti uranium) menjadi dua bab (hasil fisi), yang lalu memancarkan dua atau tiga neutron, sambil melepaskan sejumlah energi yang setara dengan selisih antara massa membisu neutron dan hasil fisi dengan jumlah massa membisu inti awal. Fisi sanggup terjadi impulsif atau sebagai akhir irradiasi neutron. Misalnya, fisi inti uranium-235 oleh sebuah neutron lambat akan berlangsung sebagai berikut:

²³⁵U + n → ¹⁴⁸La + ⁸⁵Br + 3n

Energi yang dilepaskan kira-kira 3 × 10^-11 J per satu inti ²³⁵U. Untuk 1 kg ²³⁵U, energi yang dihasilkan setara dengan 20.000 megawatt.jam, sama dengan jumlah energi yang dihasilkan oleh pembakaran 3 × 10⁶ ton batubara.

Fisi nuklir n merupakan proses yang dipakai di dalam reaktor nuklir dan bom atom.

Gambar 1.Reaksi fisi berantau uranium. [1]

Pada suatu reaktor nuklir, reaksi fisi sanggup dimanfaatkan sebagai sentra pembangkit tenaga listrik, alasannya yakni reaksinya bisa dikendalikan. Sebaliknya, reaksi fisi yang tidak terkendali akan menghasilkan ledakan energi, ibarat pada bom atom.

Contoh Soal 2 :

Perhatikan reaksi fisi berikut!

Hitunglah energi yang dibebaskan pada fisi 1 kg atom!

Penyelesaian:

Diketahui:

m_u = 235,0439

m_n = 1,0087 

m_Ba = 137,9050

m_Nb = 92,9060

m_e = 0,00055

Ditanya: Energi = ...?

Pembahasan :

Q = {(m_u + m_n) – (m_Ba + m_Nb + 5m_n + 5m_e)} × 931 MeV/sma

Q = {(235,0439 + 1,0087) – (137,9050 + 92,9060 + (5 × 1,0087) + (5 × 0,00055)} × 931

Q = 181,87085 MeV

4. Reaksi Fusi

Reaksi fusi (penggabungan inti) yakni reaksi nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah besar energi. Dalam reaksi fisi, sebuah neutron dipergunakan untuk membelah sebuah inti yang besar, tetapi dalam reaksi fusi nuklir, dua inti yang bereaksi harus saling bertumbukan. Karena kedua inti bermuatan positif, maka timbul gaya tolak yang berpengaruh antarinti, yang hanya sanggup dilawan bila inti yang bereaksi mempunyai energi kinetik yang sangat besar. 

Gambar 2. Reaksi fusi deuterium dan tritium, menghasilkan  helium -4 dan  neutron serta melepaskan energi sebesar 17,59 MeV. [2]

Pada temperatur tinggi, reaksi fusi berlangsung sendiri, reaktan pada temperatur ini berada dalam bentuk plasma (dengan kata lain inti dan atom bebas) dan inti mempunyai energi yang cukup untuk melawan gaya tolak elektrostatik. Bom fusi dan bintang-bintang menghasilkan energi dengan cara ibarat ini. 

Gambar 3. Tokamak reaktor fusi percobaan.

Diharapkan metode ini akan dipakai dalam reaktor termonuklir, sebagai sumber energi untuk kepentingan manusia. Berikut ini yakni pola reaksi fusi yang terjadi pada bintang, matahari, serta pada atom hidrogen.

Contoh Soal 3 :

Reaksi fusi berikut ini berlangsung di Matahari dan menghasilkan sebagian besar energinya:

Berapa besar energi yang dilepaskan saat 1 kg hidrogen dikonsumsi? Massa ¹H adalah 1,007825 u; 4He yakni 4,002604 u; dan 0e + 1 yakni 0,000549 u.

Penyelesaian:

Diketahui: 

m_H = 1,007825 u 

m_He = 4,002604 u

m_e = 0,000549 u

Ditanya: Energi = ...?

Pembahasan :

Q = {(4 m_H) – (m_He) + 2 m_e)} × 931 MeV/sma

Q = {(4 × 1,007825) – (4,002604 + (2 × 0,000549))} × 931

Q = 24,872596 MeV

4 atom H = 4 × 1,007825 = 4,0313 sma

5. Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai kawasan berlangsungnya reaksi berantai fisi nuklir terkendali untuk menghasilkan energi nuklir, radioisotop, atau nuklida baru.

Gambar 4. Skema dasar reaktor.

Keterangan :

1. Bahan bakar
2. Teras reaktor
3. Moderator
4. Batang kendali
5. Pompa pemindah
6. Generator uap
7. Shielding (perisai)

Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor.

a) Bahan bakar reaktor nuklir merupakan materi yang akan menjadikan suatu reaksi fisi berantai berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir. Isotop fisi yakni uranium-235, uranium-233, plutonium-239. Uranium-235 terdapat di alam (dengan perbandingan 1 : 40 pada uranium alam), dan yang lainnya harus dihasilkan secara buatan.

b) Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen materi bakar yang membungkus materi bakar.

c) Moderator yakni komponen reaktor yang berfungsi untuk menurunkan energi neutron cepat (+ 2 MeV) menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 - 0,04 eV) biar sanggup bereaksi dengan materi bakar nuklir. Selain itu, moderator juga berfungsi sebagai pendingin primer. Persyaratan yang dibutuhkan untuk materi moderator yang baik yakni sanggup menghilangkan sebagian besar energi neutron cepat tersebut dalam setiap tumbukan dan mempunyai kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta mempunyai kemampuan yang besar untuk menghamburkan neutron.

Bahan-bahan yang dipakai sebagai moderator, antara lain:

1) air ringan (H₂O), c) grafit, dan

2) air berat (D₂O), d) berilium.

d. Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron gres yang lebih banyak (2 - 3 neutron baru), maka perlu diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan materi bakar. Komponen reaktor yang berfungsi sebagai pengatur jumlah neutron yang bereaksi dengan materi bakar yakni batang kendali. Dalam reaktor dikenal faktor pengali (k), yaitu perbandingan jumlah neutron yang dihasilkan setiap siklus dengan jumlah neutron pada awal siklus untuk:

k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,

k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,

k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.

Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali reaktor haruslah mempunyai kemampuan tinggi menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain kadmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf ).

e. Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan radiasi hasil fisi materi biar tidak menyebar pada lingkungan.

f. Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas dari pendingin primer ke pendingin sekunder dengan pompa pemindah panas.

g. Pendingin sekunder, sanggup juga berfungsi sebagai generator uap (pembangkit uap) yang selanjutnya sanggup dipakai untuk menggerakkan generator listrik.

Gambar 5. Batangan materi bakar reaktor nuklir magnox. [3]

Batangan materi bakar ini dipakai untuk reaktor nuklir magnox. Batangan ini terbuat dari uranium alami, dibungkus magnox (aloi gabungan magnesium). 

Pengawetan Makanan

Makanan, ibarat buah-buahan, sayur-sayuran, dan daging sanggup diiradiasi dengan sinar gamma. Radiasi memperlambat pemasakan buah-buahan, sayur-sayuran, dan membunuh bakteri-bakteri di dalam daging, sehingga memungkinkan makanan itu tetap segar untuk jangka waktu yang lebih lama. 

Anda kini sudah mengetahui Reaksi Fisi dan Fusi, Reaksi Inti, dan Reaktor Nuklir. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Kinetics/Complex_Reactions/Chain_Reactions

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Deuterium-tritium_fusion.svg

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Magnoxfulerodsciencemuseam.jpg

Share this post