Penjelasan Mengenai Reaksi Inti (Fisi Dan Fusi)

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

Pada reaksi inti ini terjadi perubahan unsur sebab 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 ialah unsur semula, B ialah unsur yang terjadi, a dan b ialah zarah yang ditumbukkan dan yang terpental, dan Q ialah energi panas yang mungkin timbul dalam reaksi inti tersebut.

Apabila b = a, dan B = A, maka pada reaksi tersebut

ialah hamburan. Misalnya:

²⁶Mg + p → ²⁶Mg + p + γ

dengan p ialah 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:

kekekalan momentum linier dan momentum sudut,
kekekalan energi,
kekekalan jumlah muatan (nomor atom),
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 inti- inti setelah reaksi.

Energi Reaksi Inti

Suatu reaksi inti sanggup menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi Q sanggup 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 ialah kelajuan cahaya (3 × 10⁸ m/s).

Dari persamaan (2) untuk 1 sma, energi yang dimiliki ialah 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 + 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) mengatakan bahwa pada prinsipnya, energi reaksi ialah sama dengan perubahan massa inti sebelum reaksi dan setelah reaksi. Hal inilah yang dinyatakan Einstein sebagai kesetaraan massa-energi.

1. Reaksi Fisi

Reaksi fisi (pembelahan inti) ialah reaksi nuklir yang melibatkan pembelahan sebuah inti berat (seperti uranium) menjadi dua kepingan (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:

²³⁵ U + n → ¹⁴⁸La + ⁸⁵Br + 3n

Energi yang dilepaskan kira-kira 3 × 10^-11 J per satu inti ²³⁵ U. 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.

Reaksi fisi dari uranium.

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

2. Reaksi Fusi

Reaksi fusi (penggabungan inti) ialah 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 besar lengan berkuasa antarinti, yang hanya sanggup dilawan bila inti yang bereaksi mempunyai energi kinetik yang sangat besar.

Reaksi fusi uranium.

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

²₁H +²₁H → ³₁H + ¹₁H + 4 MeV

²₁H + ²₁H → ³ ₂He + ¹₀n + 3,3 MeV

²₁H + ²₁H → ⁴₂He + ¹₀n + 17,6 MeV