Kajian Teori PLTN

BAB II

Kajian Teori Fisika Nuklir

Reaksi nuklir merupakan proses pengubahan inti atom melalui reaksi pertukaran dengan partikel-partikel dasar penyusun inti atom. Reaksi nuklir buatan pertama kali dilakukan oleh Rutherford (tahun 1919), yaitu dengan menembaki inti nitrogen dengan partikel alfa yang berasal dari peluruhan ²¹⁴Po (Ronald Gautreau, 2006:173)

Pada reaksi nuklir, partikel datang menumbuk inti target dan keduanya bergabung untuk membentuk inti baru yang disebut inti majemuk yang bernomor atomik dan nomor massanya merupakan penjumlahan dari nomor atomik partikel-partikel semula dan penjumlahan nomor-nomor massanya (Arthur Beiser, 1992:486).

Inti majemuk dapat terbentuk dengan berbagai cara. Untuk memberikan ilustrasi, Tabel 3.1 menunjukkan enam reaksi yang menghasilkan inti majemuk  (tanda bintang menyatakan keadaan eksitasi; inti majemuk biasanya tereksitasi dengan jumlah energi sekurang-kurangnya sama dengan energi ikat partikel-partikel yang datang). Inti  dan  adalah radioaktif-beta dengan umur paro yang sangat pendek sehingga tak memungkinkan penelitian terinci dan reaksinya untuk membentuk .

Tabel 2.1. Reaksi Inti yang Menghasilkan Inti Majemuk

 +  ® *

 +  ® *

  +  ® *

  +  ® *

  +  ® *

  +  ® *

A.           Fisi Nuklir

Inti atom terdiri atas proton dan neutron. Semua inti tidak stabil pada tingkat tertentu. Secara umum, semakin besar inti, semakin tidak stabil keadaannya. Jika sebuah neutron membentur inti yang tidak stabil, inti ini akan terbelah menjadi dua inti yang lebih kecil dan lebih stabil. Inti yang lebih kecil ini memerlukan lebih sedikit neutron untuk membuatnya stabil, dan biasanya dua atau tiga neutron lepas. Neutron yang lepas ini dapat menyebabkan pembelalahan inti atom. Dan memulai suatu reaksi rantai. Energi yang dibutuhkan untuk mengikat seluruh partikel dalam inti yang baru lebih sedikit daripada jumlah yang diperluan dalam inti asal. Oleh karena itu energi sisa terlepas berupa panas (Jack Challoner, 2000:46).

Pada reaktor nuklir, ada tiga  bahan  bakar  yang  dapat  berfisi  antara  lain: Uranium-235 (U235), Uranium-233 (U233) dan Plutonium-239 (Pu239). Ketiga bahan bakar ini besifat radioaktif tetapi mereka mempunyai massa paruh yang sangat lama.

B.            Fusi Nuklir

Proses  fusi  pada  dasarnya  adalah  sebuah  anti  tesis  dari  proses  fisi. Dalam proses fisi, inti bermasa berat membelah menjadi inti bermasa ringan, sambil melepaskan kelebihan energi pengikatan. Sedangkan pada reaksi fusi, inti  bermassa  ringan  bergabung  dalam  rangka  melepaskan  kelebihan  energi pengikatan. Jadi reaksi fusi adalah reaksi umum yang “meminyaki” matahari dan telah dipakai di bumi untuk melepaskan energi dalam jumlah yang besar didalam termonuklir atau bom hidrogen.

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung,  membentuk  inti atom yang lebih besar dan melepaskan  energi.  Fusi  nuklir  adalah  sumber  energi  yang  menyebabkan bintang bersinar, dan senjata nuklir meledak. Proses ini membutuhkan energi yang  besar  untuk  menggabungkan  inti  nuklir,  bahkan  elemen  yang  paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat dan netron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka maka sebuah reaksi  eksotermik  yang  dapat  menciptakan  reaksi  yang  terjadi  sendirinya.

Energi  yang  dilepas  di banyak  reaksi  nuklir  lebih  besar  dari  reaksi  kimia, karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi  yang  menahan  elektron  ke  inti  atom.  Contoh:  energi  ionisasi  yang diperoleh  dari  penambahan  elektron  ke hidrogen  adalah  13.6  elektron  volt lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi Deuterium Tritium (D-T)  fusion  seperti  gambar di bawah  ini.                                          

Gambar 2.1. Reaksi D-T Fusion

Di  dalam  inti  atom  tersimpan  tenaga  inti  (nuklir)  yang  luar  biasa besarnya. Tenaga nuklir itu hanya dapat dikeluarkan melalui proses pembakaran bahan bakar nuklir. Proses ini sangat berbeda  dengan  pembakaran  kimia biasa yang umumnya sudah dikenal, seperti pembakaran kayu, minyak dan batubara. Besar  energi  yang  tersimpan  (E)  di  dalam  inti  atom  adalah  seperti dirumuskan dalam kesetaraan massa dan energi oleh Albert Einstein :

        E = mc²

dimana

m                                              : massa bahan (kg)

c                                                : kecepatan cahaya (3x10⁸ m/s).  

Energi  nuklir  berasal  dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas. Dilihat  dari proses  berlangsungnya,  ada dua  jenis  reaksi  nuklir,  yaitu reaksi nuklir berantai tak terkendali dan reaksi nuklir berantai terkendali. Reaksi nuklir tak terkendali terjadi misal pada ledakan bom nuklir. Dalam peristiwa ini reaksi  nuklir  sengaja  tidak dikendalikan  agar dihasilkan  panas  yang luar biasa besarnya sehingga ledakan bom memiliki daya rusak yang maksimal. Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energi yang dibebaskan dari  reaksi  nuklir  tersebut  dapat  dimanfaatkan,  maka  manusia  berusaha  untuk membuat  suatu  sarana  reaksi  yang  dikenal  sebagai  reaktor  nuklir.  Jadi reaktor nuklir sebetulnya hanyalah tempat dimana reaksi nuklir berantai terkendali dapat dilangsungkan.  Reaksi berantai di dalam reaktor nuklir ini tentu sangat berbeda dengan reaksi berantai pada ledakan bom nuklir.

*maaf sementara belum di edit :)