BAB I

PENDAHULUAN

Inti atom tidak hanya mengalami proses peluruhan radioaktif. Jika inti atom ditembak dengan partikel berenergi tinggi, akan terjadi suatu reaksi inti. Tumbukan antara inti atom dengan partikel penembak akan mengakibatkan terbentuknya inti baru yang berbeda dengan inti asal. Inti baru ini disebut sebagai inti transmutasi.

Reaksi inti pertama dilakukan oleh Rutherford pada tahun1919, ketika ia berhasil menembakkan partikel alfa pada inti nitrogen. Reaksi tersebut menghasilkan isotop oksigen ( ) dan sebuah proton. Secara matematis dapat dituliskan:

                 (1)

Dalam perkembangan selanjutnya, reaksi inti dilakukan dengan menembakkan partikel yang telah dipercepat dalam sebuah akselerator. Di dalam akselerator, partikel dipercepat hingga memiliki energi kinetik yang diinginkan, kemudian ditembakkan pada inti target. Akselerator dikembangkan pertama kali oleh John D Cockcroft dan Ernest Thomas S Walton dari Inggris pada tahun 1930.

Dengan akselerator ini mereka berhasil menembakkan proton pada inti lithium  yang menghasilkan dua inti helium.

Secara matematis dapat dituliskan:

                             (2)

Untuk mempersingkat penulisan, reaksi inti biasanya dituliskan dalam bentuk X (a, b) Y. Sebagai contoh, reaksi inti yang dilakukan oleh Rutherford di atas dapat dituliskan sebagai:

Di dalam reaksi inti ada beberapa hukum kekekalan yang perlu kita perhatikan. Hukum-hukum tersebut adalah hukum kekekalan jumlah nukleon, hukum kekekalan muatan, hukum kekekalan energi, dan hukum kekekalan momentum.

a.      Hukum kekekalan jumlah nukleon

Jumlah nukleon (proton + neutron) sebelum reaksi sama dengan jumlah nukleon sesudah reaksi.

Misalkan pada reaksi

            (3)

dalam hal ini berlaku:

+  =  +                       (4)

Jumlah muatan (proton) sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Berdasarkan hukum kekekalan muatan pada reaksi di atas berlaku:

+  =  +                      (5)

b.      Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi total (relativistik) sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Energi total adalah jumlah energi kinetik (K) dan energi diamnya (E₀).

Pada reaksi di atas berlaku:

(K_X + E_0X) + (K_a + E_0a) = (K_Y + E_0Y) + (K_b + E_0b)                   (6)

(K_Y + E_b) + (K_X + E_a) = (K_0X + E_0a) + (K_0Y + E_0b)                  (7)

(K_Y + E_b) + (K_X + E_a) = {(m_0X + m_0a) + (m_0Y + m_0b)}c²             (8)

Keterangan:

K : energi kinetik (MeV)

m₀ : massa diam inti atau partikel (MeV)

Besarnya energi reaksi dirumuskan sebagai:

Q = {(m_0X + m_0a) + (m_0Y + m_0b)}c²                                         (9)

atau

Q = (K_Y + E_b) + (K_X + E_a)                                                      (10)

Jika Q > 0 reaksinya disebut reaksi eksotermik. Pada reaksi eksotermik, sistem kehilangan energi massa diamnya tetapi mendapat tambahan energi kinetik. Jika Q < 0 reaksinya disebut reaksi endotermik.

c.       Hukum kekekalan momentum

Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jumlah momentum relativistik sebelum reaksi sama dengan jumlah momentum relativistik sesudah reaksi.

P_x + P_a = P_y + P_b                                                                 (11)

m_xv_x + m_av_a = m_yv_y + m_bv_b                                   (12)

dengan

                                                            (13)

Reaksi inti terdiri atas dua proses reaksi yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi.

BAB II
ISI

a.      Pengertian Reaksi Fusi

Reaksi nuklir yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah besar energi disebut reaksi fusi. Energi ikat inti berat lebih besar daripada jumlah energi ikat kedua inti ringan pembentuknya. Karena itu dalam reaksi penggabungan dua inti ini, massa inti baru lebih kecil daripada jumlah massa kedua inti ringan pembentuknya sehingga menyisakan defek massa.

b.      Syarat Terjadinya Reaksi Fusi

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 kuat antar inti, yang hanya dapat dilawan bila inti yang bereaksi memiliki energi kinetik yang sangat besar. Dan energi kinetik yang sangat tinggi berarti suhunya juga sangat tinggi (sesuai dengan persamaan energi kinetik partikel ).

Ada dua syarat untuk mengendalikan fusi:

1.      Pada temperatur tertentu disebut suhu pembakaran (ignition themperature) reaksi fusi berlangsung sendiri.

2.      Pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma (dengan kata lain inti dan atom bebas) dan inti memiliki energi yang cukup untuk melawan gaya tolak elektrostatik. Plasma panas ini harus ditahan dalam selang waktu yang cukup lama agar tumbukan-tumbukan antarior dapat menyebabkan fusi. Karena reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi supaya dapat berlangsung, reaksi fusi sering disebut reaksi termonuklir.

c.       Rantai Proton-Proton yang Terjadi di Bagian Dalam Matahari dan Bintang-Bintang

Reaksi rantai proton-proton atau reaksi rantai pp adalah salah satu dari dua reaksi fusi yang mengubah hidrogen menjadi helium di dalam inti bintang.

Proses fusi yang terjadi di bagian dalam matahari melalui beberapa tahapan dengan hasil akhir 4 buah proton  bergabung membentuk sebuah helium . Karena matahari disusun oleh hidrogen biasa  maka pertama kali perlu diubah menjadi deuterium . Ini terjadi menurut reaksi:

 (0,42 MeV)                       (14)

Begitu kita memiliki  reaksi berikut dapat menjadi

 (5,49 MeV)                                  (15)

Diikuti oleh

 (12,86 MeV)                    (16)

Perhatikan bahwa kedua reaksi pertama harus terjadi 2 kali agar dapat menghasilkan dua inti yang kita perlukan alam reaksi ketiga. Hasil akhir tahapan proses ini yang disebut rantai proton-proton, adalah 4 buah proton yang bergabung membentuk sebuah inti ditambah dengan 2 positron, 2 neutrino dan 2 sinar gamma. Kita dapat menulis hasil akhir sebagai berikut.

 

Seperti telah disebutkan kedua reaksi pertama (14) dan (15) harus menjadi 2 kali agar menghasilkan yang kita perlukan dalam reaksi ketiga, sehingga energi total yang dibebaskan untuk reaksi akhir adalah

2  0,42 MeV + 2  5,49 MeV  + 12,86 MeV = 24,7 MeV

d.      Contoh Reaksi Fusi

Reaksi fusi terjadi dimana dua inti atom atau lebih saling bergabung membentuk inti yang lebih berat. Proses ini dapat melepaskan energi dan juga bisa menyerap energi, bergantung pada berat inti yang terbentuk. Besi dan nikel mempunyai energi ikat yang paling besar pernukleonnya. Oleh karena itu, dua senyawa ini paling stabil. Penggabungan (reaksi fusi) dari dua inti atom yang paling ringan dari besi atau nikel biasanya melepaskan energi. Sedangkan yang lebih berat dari besi dan nikel biasanya menyerap energi.

Reaksi fusi nuklir unsur yang ringan dapat melepaskan energi. Contoh nyata adalah bintang yang memancarkan sinar atau bom nitrogen. Sedangkan reaksi fusi untuk unsur yang berat, contoh nyatanya adalah ledakan supernova.

Awalnya dibutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan dua inti atom, meskipun atom itu adalah hidrogen. Tetapi hasil dari reaksi fusi ini selain menghasilkan atom produk yang lebih berat, juga menghasilkan partikel neutron. Partikel ini kemudian melepaskan energi yang cukup besar untuk membuat kedua inti atom itu untuk bergabung. Kemudian akan diproduksi lebih banyak neutron sehingga akan terjadi reaksi fusi yang berlangsung dengan sendirinya.

Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi ini sangat besar jika dibandingkan dengan reaksi kimia. Ini dikarenakan energi ikatan yang membuat inti atom saling bergabung lebih besar dari energi ikat antara elektron dengan inti atom. Sebagai contoh, energi ionisasi dari hidrogen adalah 13,6 eV. Bandingkan dengan energi yang dilepaskan dari reaksi fusi deuterium dan tritium yaitu sebesar 17 MeV.

Adanya kecenderungan satu inti atom untuk mengalami fusi maupun fisi adalah karena setiap inti atom akan berusaha untuk berusaha untuk berada dalam keadaan yang paling stabil dengan energi yang rendah.

BAB III

KESIMPULAN

Reaksi fusi adalah 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 fusi nuklir, dua inti yang bereaksi harus saling bertumbukan dengan energi kinetik yang sangat tinggi. Sesuai dengan persamaan energi kinetik partikel , ketika energi kinetiknya sangat besar, berarti suhunya juga sangat tinggi.

Ada dua syarat untuk mengendalikan fusi:

1.      Pada temperatur tertentu disebut suhu pembakaran (ignition

2.      Pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma

Reaksi rantai proton-proton atau reaksi rantai pp adalah salah satu dari dua reaksi fusi yang mengubah hidrogen menjadi helium di dalam inti bintang.

Reaksi fusi terjadi dimana dua inti atom atau lebih saling bergabung membentuk inti yang lebih berat. Proses ini dapat melepaskan energi dan juga bisa menyerap energi, bergantung pada berat inti yang terbentuk.

Adanya kecenderungan satu inti atom untuk mengalami fusi maupun fisi adalah karena setiap inti atom akan berusaha untuk berusaha untuk berada dalam keadaan yang paling stabil dengan energi yang rendah.

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen. 2007. FISIKA untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.

Anonim. 2012. Tenaga Nuklir sebagai Sumber Energi. http://dc433.4shared.com/doc/xytoFbck/preview.html (di unduh pada tanggal 29 November 2012)

http://soerya.surabaya.go.id/AuP/eDU.KONTEN/edukasi.net/SMA/Fisika/Reaksi.Inti.Reaktor.Atom/materi02.html(di unduh pada tanggal 29 November 2012)

http://batanteknologi.wordpress.com/2012/07/16/reaksi-fusi/

http://id.wikipedia.org/wiki/Fusi_nuklir