Reaksi Fisi dan Reaksi Fusi

Pendahuluan

Sejak terjadinya pengeboman oleh Amerika Serikat terhadap dua kota besar di Jepang, yaitu Hiroshima dan Nagasaki, masyarakat umumnya memiliki anggapan kurang baik terhadap segala sesuatu yang berkaitan dengan kata “atom” dan “nuklir”. Anggapan negatif ini semakin diperburuk oleh beberapa peristiwa kecelakaan nuklir yang berdampak sangat dahsyat seperti kecelakaan nuklir di Chernobyl, Ukraina pada tahun 1986. Padahal, kajian mengenai atom dan teknologi nuklir juga memiliki banyak manfaat dan telah diterapkan dalam berbagai bidang, seperti kedokteran dan pertanian.

Contoh lain pemanfaatan reaksi nuklir adalah sebagai penghasil energy alternative yang sangat besar. Pemanfaatan energy nuklir ini dapat anda temukan, misalnya pada kapal induk. Berbeda dengan bahan bakar sebelumnya, kapal induk hanya memerlukan sekali pengisian bahan energy nuklir ini dalam 50 tahun masa penggunaanya. Dewasa ini, Amerika Serikat juga memanfaatkan energy nuklir dalam industry pembangkit tenaga listrik mereka, dimana sekitar 11% energy listrik mereka berasal dari energy nuklir. Sekarang ini energy sudah merupakan persoalan utama bagi umat manusia. Di saat cadangan energy yang barasal dari bahan bakar fosil makin menipis maka sudah tak bisa dipungkiri lagi bahwa energy nuklir adalah primadona sumber energy di masa depan. Menarik, bukan? Bagaimana hal tersebut dapat dilakukan?

Untuk mendapatkan gambaran lebih jelas mengenai energy nuklir ini, kami kelompok mencoba untuk mengangkat topic mengenai reaksi fisi dan reaksi fusi yang merupakan dasar dari mempelajari energy nuklir. Dimana dalam reaksi berantai dari reaksi fisi dan fusi ini, kita dapat melihat terjadinya proses pelepasan energy yang besar.

Pembahasan

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.

Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi. Reaksi fusi adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

Reaksi Fisi

Sesaat sebelum perang dunia kedua beberapa kelompok ilmuwan mempelajari hasil reaksi yang diperoleh jika uranium ditembak dengan neutron. Otto Hahn dan Strassman, berhasil mengisolasi suatu senyawa unsure golongan IIA, yang diperoleh dari penembakan uranium dengan neutron. Mereka menemukan jika uranium ditembak dengan neutron akan menghasilkan beberapa unsure menengah yang bersifat radioaktif. Reaksi ini disebut reaksi fisi atau reaksi pembelahan inti.

Dari reaksi pembelahan inti dapat dilihat bahwa setiap pembelahan inti oleh satu netron menghasilkan dua sampai empat netron. Setelah satu atom uranium-235 mengalami pembelahan, netron hasil pembelahan dapat digunakan untuk pembelhan atom uranium-235 yang lain dan seterusnya sehingga dapat menghasilkan reaksi rantai. Hal ini terjadi dalam bom atom. Agar pembelahan inti dapat menghasilkan reaksi rantai, bahan pembelahan ini harus cukup besar sehingga neutron yang dihasilkan dapat tertahan dalam cuplikan itu. Jika cuplikan terlampau kecil, netron akan keluar sehingga tidak terjadi reaksi rantai.

Pembelahan inti selalu menghasilkan energy kira-kira 200 MeV pada setiap pembelahan inti. Energy yang dihasilkan pada pembelahan 235 gr uranium-235 ekivalen dengan energy yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara.

Pembelahan inti seperti inilah yang menyebabkan bencana di Hiroshima dan Nagasaki, dan merenggut nyawa puluhan ribu orang. Sejak momen pertama bom atom dijatuhkan di Hiroshima oleh Amerika Serikat dalam Perang Dunia II, tahun 1945, dan setelahnya, diperkirakan 100.000 orang mati. Satu bom lagi yang dijatuhkan Amerika di Nagasaki tiga hari setelah bencana di Hiroshima menyebabkan kematian 40.000 orang tepat pada saat peledakan. Kekuatan yang dilepaskan inti di samping menyebabkan kematian banyak orang, juga menghancurkan area pemukiman yang luas, dan radiasinya menimbulkan banyak penyimpangan genetik yang tidak bisa diperbaiki dan masalah psikologis di pemukiman yang tersisa, yang kelak akan mempengaruhi generasi berikutnya.

Reaksi Fusi

Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi kebalikan dari fisi, adalah penyatuan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat dan menggunakan energi pengikat yang dilepaskan. Namun, untuk mencapai hal ini secara terkendali sangat tidak mudah. Ini karena inti bermuatan listrik positif dan bertolakan satu sama lain dengan kuat jika dipaksa bersatu. Karena itu, sebuah gaya yang cukup kuat diperlukan untuk mengatasi gaya repulsif di antara mereka agar fusi terjadi. Energi kinetik yang dibutuhkan ini setara dengan temperatur sekitar 20-30 juta ⁰C. Temperatur ini luar biasa tinggi sehingga tidak ada satu pun benda padat untuk menampung partikel-partikel yang akan terlibat dalam reaksi fusi ini tahan terhadapnya. Jadi, tidak ada satu mekanisme pun di dunia yang dapat merealisasikan fusi kecuali panas dari bom atom.

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 neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka -- sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.

Reaksi fusi terjadi di matahari sepanjang waktu. Panas dan sinar yang datang dari matahari adalah hasil fusi antara hidrogen dan helium, dan energi dilepaskan sebagai ganti materi yang hilang selama perubahan ini. Setiap detik, matahari mengubah 564 juta ton hidrogen menjadi 560 juta ton helium. 4 juta ton sisa materi diubah menjadi energi. Kejadian luar biasa ini menghasilkan tenaga matahari yang sangat vital bagi kehidupan di planet kita, dan telah berjalan selama jutaan tahun tanpa jeda. Dalam benak kita mungkin akan timbul pertanyaan seperti ini: Jika setiap detik matahari kehilangan materinya sebanyak 4 juta ton, kapan matahari akan habis?

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 elektronvolt -- lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar di bawah.

Beberapa contoh reaksi fusi nuklir yang dapat dilangsungkan di permukaan Bumi adalah sebagai berikut:

(1)D+T→4He(3.5 MeV)+n(14.1 MeV)
(2i)D+D→T(1.01 MeV)+p(3.02 MeV) 50%
(2ii) →3He(0.82 MeV)+n(2.45 MeV) 50%
(3)D+3He→4He(3.6 MeV)+p(14.7 MeV)
(4)T+T→4He+2 n+ 11.3 MeV
(5)3He+3He→4He+2 p+ 12.9 MeV
(6i)3He+T→4He+p+n+ 12.1 MeV 51%
(6ii) →4He(4.8 MeV)+D(9.5 MeV) 43%
(6iii) →4He(0.5 MeV)+n(1.9 MeV)+p(11.9 MeV) 6%
(7)D+6Li→2 4He+ 22.4 MeV
(8)p+6Li→4He(1.7 MeV)+3He(2.3 MeV)
(9)3He+6Li→2 4He +p+ 16.9 MeV
(10)p+11B→3 4He+ 8.7 MeV
(11)p+7Li→2 4He+ 17.3 MeV

p (protium), D (deuterium), dan T (tritium) adalah sebutan untuk isotop-isotop hidrogen.

Sebagai tambahan/ pendukung kepada reaksi fusi utama (yang diinginkan), beberapa reaksi fusi berikut yang mana diikutsertakan/ disebabkan oleh neutron dan deuterium adalah penting. Dimana reaksi ini menghasilkan tritium dan lebih banyak neutron, dalam bomb nuklir dan reaktor nuklir:

(12)n+6Li→ 4He+ T+ 4.7 MeV
(13)n+7Li→ 4He+ T+ n - 2.47 MeV
(14)n+9Be→ 8Be+ 2n- 1.67 MeV
(15)D+9Be→ 8Be+T+ 4.53 MeV