fusi-fisi
TRANSCRIPT
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 1/33
Akibat Reaksi Fusi Inti Matahari
Matahari merupakan pusat dari peredaran planet-planet dalam tata surya menurut
teori heliousentris yang dinyatakan oleh Capernicus dan didukung oleh GalileoGalilei dan berlaku sampai sekarang. Matahari merupakan bola gas yang sangat
besar dengan diameter 109 kali diameter bumi yang kita tempati ini, sehingga
perut matahari muat 1,3 juta bumi, bayangkan alangkah besarnya matahari ini jika
dibandingkan dengan bumi.
Matahari berdiameter 1.390.000 km dan massanya sekitar 1,989 x 1030kg.
temperature di inti matahari sekitaf 15.000.000o Celsius. Sedangkan
dipermukaannya sekitar 6.000 o Celsius. Temperature pada inti matahari
dihasilkan dari reaksi fusi matahari yaitu menggabungkan empat atom hydrogen
menjadi satu atom helium.
Reaksi fusi ini berjalan terus menerus dengan mengubah 700 ton atom hydrogen
menjadi 695 ton atom helium setiap detiknya,dan ada sekitar 4 juta ton massa
yang hilang menjadi energy, energy yang dihasilkan sekitar 3,86 x 10 33 watt.
Dengan adanya reaksi fusi yang terus menerus menyebabkan matahari kehilangan
massa sekitar 1,5768 x 10 14 ton pertahunnya, bila usia matahari 4,5 milyart tahun
maka ada sekitar 7,0956 x 10 23 ton yang telah lenyap menjadi energy atau sekitar
0,036% dari massa total matahari.
Matahari memiliki massa yang sangat besar jika dibandingkan dengan bumi,sehingga gravitasi di matahari jauh lebih besar jika dibandingkan dengan dibumi
tempat kita ini (berdasarkan hukum NEWTON gravitasi berbanding lurus dengan
massanya). Matahari mampu menarik benda dipermukaan 28 kali lebih kuat dari
di bumi, misalnya jika kita memiliki berat 50 Newton maka di permukaan
matahari berat kita akan menjadi 1.400 Newton. Karena besarnya gravitasi
matahari maka untuk melepaskan diri dari gravitasinya maka kita membutuhkan
kecepatan lepas sebesar 608,02 km/detik, padahal dibumi untuk lolos dari
gravitasi bumi, kita membutuhkan kecepatan lepas sebesar 11,2 km/detik.
Teleskop Hubble telah merekam bahwa bintang-bintang dilangit ada yang
mengalami sekarat artinya makin lama-makin redup dan akhirnya mati. Misalnyaadalah TT Cyg yang terletak di rasi Cygnus yan berjarak 1.500 tahun cahaya dari
bumi. Central Bureau For Astronomical Telegram (CBAT) dan International
Astronomical Union (IAU) menerima telegram dari Akira Takao pada 18 Juli
2003. Dia melaporkan setelah menemukan bintang meledak di rsi Ophiuchus,
bintang tersebut kemudian dikenal dengan NOVA OPHIUCHUS dan pada
tanggal 22 Juli 2003 di rasi Cygnus juga terjadi NOVA. Bintang yang meledak
tidak hanya membentuk NOVA tetapi lebih dahsyat lagi akan membentuk
SUPERNOVA pada umumnya SUPERNOVA berasal dari bintang bermassa
besar, dan biasanya bintang dengan massa besar tidak memiliki umur yang
panjang dan mengakhiri hidupnya dengan meledak. Mengacu dengan temuan itu
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 2/33
dan terus berkurangnya massa matahari akibat reaksi fusi jelas matahari suatu saat
akan mengalami kematian. Kapan? Hanya Allah SWT yang tahu.
Bukankah Allah SWT telah mengingatkan dalam Al-Qur’an (Qs.Al-
Mursalaat:8) yang artinya:“maka apabila bintang-bintang akandihapuskan.”
Berdasarkan teori termonuklir, semakin tua matahari akan semakin
miskin pula persediaan hydrogen. Dengan demikian lambat laun
matahari akan padam. Sedangkan bahan bakar hydrogen sampai saat
ini masih cukup dalam waktu 5 milyart tahun lagi (Wallaahua’lam).
Jika seluruh atom hydrogen berubah seluruhnya menjadi helium dan
terjadi pembakaran helium dengan energy radiasi yang dilepas jauh
lebih besar dibandingkan hydrogen,tekanan radiasi yang meningkat
mengakibatkan matahari akan mengembang dan temperaturnya akanmenurun drastis sehingga cahaya yang dipancarkan berubah dari
kuning menjadi merah, temperature permukaan matahari yang telah
berubah menjadi sebuah bintang raksasa sekitar 3.500 o Celsius,
sementara itu terjadi kontraksi gravitasi yang menarik teras helium.
Proses kerutan gravitasi tersebut menambah energy yang jauh lebih
tinggi sehingga energy radiasi yang keluar semakinkuat, karena
massanya yang tidak cukup untuk meledak menjadi supernova dan
matahari terus mengembang (menjadi raksasa merah) yang besarnya
akan menelan merkurius dan venus. Bintang raksasa merah (red giant)
merupakan sebuah tahap yang harus dilalui oleh semua bintang di
jagat raya dalam evolusinya ini termasuk matahari.
Jika dalam pengembangannya matahari akan menelan merkurius dan venus maka
secara otomatis jarak matahari dengan bulanpun semakin dekat dan dekat sekali
bisa jadi bulanpun akan menyatu dengan matahari karena matahari ukurannya
sampai pada orbit bumi. Allah SWT. Sebenarnya sudah mengingatkan kita
tentang hal ini yaitu dalam Al-Qur’an surat Al_Qiyamah ayat 9 yang artinya :
“Dan matahari dan bulanpun dikumpulkan”
Serta dalam surat At-Taqwa ayat 6 yang artinya “Dan apabila lautan dipanaskan”.Yaaa karena jarak matahari yang mengembang akhirnya semakin dekat dengan
bumi dan dibumipun akan mengalami panas yang sangat besar.
Setelah menjadi raksasa merah yang besar dan tidak meledak karena matahari
tidak memiliki massa yang cukup untuk meledak, maka matahari akan mengakhiri
hidupnya dengan menjadi bintang kerdil putih, yang ukurannya kira-kira sebesar
bumi tetapi materinya sebanyak matahari. Materinya tertarik oleh gravitasinya
sendiri sehingga menjadi super padat dengan 1 sendok tanah bintang itu akan
berbobot 1 ton atau lebih. Kerdil putih begitu samar sehingga untuk melihatnya
diperlukan teleskop. Itulah scenario matahari yang kehabisan hydrogen akibat
reaksi fusinya.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 3/33
Allah SWT telah brfirman :
“Dan mengapa mereka tidak memikirkan tentang kejadian diri mereka ?
Allah tidak menjadikan langit dan bumi dan apa yang ada diantara
keduanya melainkan dengan tujuan yang benar dan waktu yang ditentukan.Dan sesungguhnya kebanyakan diantara manusia benar-benar ingkar akan
pertemuan dengan Tuhannya.” (QS. Ar-Ruum:8)
“Allahlah yang meninggikan langit tanpa tiang sebagaimana kamu lihat,
kemudian Dia bersemayam di atas(menguasai) Arasy dan menundukkan
matahari dan bulan. Masing-masing beredar hingga waktu yang ditentukan.
Allah mengatur urusan, menjelaskan tanda-tanda supaya kamu meyakini
pertemuan dengan Tuhanmu “. (QS. Ar-Ra’d:2)
Cold fusion, kemampuan menghasilkan energi nuklir pada suhu ruang,
terbukti sangat sulit dicapai. Bahkan menurut beberapa ahli, hal
tersebut semacam mimpi yang menggoda, suatu sumber energi bersih
yang sangat menjanjikan, tetapi sulit untuk dicapai. Tetapi, karya
ilmiah dari Navy's Space and Naval Warfare System (SPAWAR) di San
Diego yang terbit di jurnalNaturwissenschaften menyatakan bahwa
ilmuwan SPAWAR, Stanislaw Szpak dan Pamela Mosier-Boss berhasil
menemukan reaksi nuklir berenergi rendah yang bisa ditiru dan dicoba
oleh komunitas ilmuwan.
Fusi dingin mengalami penolakan dari ilmuwan-ilmuwan fisika nuklir
pada tahun 1989, ketika Stanley Pons dan Martin Fleischman tidak
dapat membuktikan pernyataan mereka bahwa deuterium dapat
dikondisikan untuk bereaksi dan melepaskan energi pada suhu ruang.
Para peneliti SPAWAR tetap berkeyakinan bahwa reaksi tersebut bisa
dilakukan.
Szpak dan Boss menyatakan bahwa akhirnya mereka berhasil
mendapatkan reaksi tersebut dengan melapisi kawat berdiametersangat kecil dengan palladium dan deuterium, dan kemudian
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 4/33
dipaparkan pada medan elektromagnet. Para peneliti tersebut juga
menyertakan CR-39, sebuah detektor radiasi, sebagai bukti dari
adanya lompatan partikel pada eksperimen mereka.
Metode yang digunakan oleh SPAWAR tersebut dengan mudah dapatdibuat ulang dan diuji coba oleh institusi lain. Uji coba sebagai bagian
dari verifikasi tersebut sangat penting bagi penerimaan komunitas
ilmuwan untuk mengembangkannya.
Definisi Reaktor?
Reaktor nuklir adalah suatu alat untuk mengendalikan reaksi fisi berantai dan
sekaligus menjaga kesinambungan reaksi itu. Reaktor nuklir ditetapkan sebagai"alat yang menggunakan materi nuklir sebagai bahan bakarnya Materi fisi yang
digunakan sebagai bahan bakar misalnya uranium, plutonium dan lain-lain. Untuk
uranium digunakan uranium alam atau uranium diperkaya. Jadi secara umum
reaktor nuklir adalah tempat berlangsungnya reaksi nuklir yang terkendali. Untuk
mengendalikan operasi dan menghentikannya digunakan bahan penyerap neutron
yang disebut batang kendali. Jenis reaktor nuklir dibedakan berdasarkan besarnya
energi kinetik neutron yang merupakan faktor utama dalam reaksi fisi berantai,
yaitu reaktor neutron panas, reaktor neutron cepat dan lain-lain. Berdasarkan jenis
materi yang digunakan sebagai moderator dan pendingin, reaktor diklasifikasikan
menjadi reaktor air ringan, reaktor air berat, reaktor grafit dan lain-lain.Berdasarkan tujuannya, diklasifikasikan menjadi reaktor riset, reaktor uji material,
reaktor daya dan lain-lain
Klasifikasi Reaktor?
Macam reaktor dibedakan berdasarkan kegunaan, tenaga neutron dan nama
komponen serta parameter operasinya.
Menurut kegunaan:
• Reaktor daya
• Reaktor riset termasuk uji material dan latihan
• Reaktor produksi isotop yang kadang-kadang digolongkan juga kedalamreaktor riset
Ditinjau dari tenaga neutron yang melangsungkan reaksi pembelahan, reaktor
dibedakan menjadi:
• Reaktor cepat: GCFBR, LMFBR, SCFBR
• Reaktor thermal: PWR, BWR, PHWR, GCR.
Berdasarkan parameter yang lain dapat disebut:
• Reaktor berreflektor grafit: GCR, AGCR
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 5/33
• Reaktor berpendingin air ringan: PWR, BWR
• Reaktor suhu tinggi: HTGR
Demikian seterusnya masih banyak terdapat nama atau jenis reaktor.
Reaktor Fisi?
Reaktor fisi merupakan instalasi yang menghasilkan daya panas secara konstan
dengan memanfaatkan reaksi fisi berantai. Istilah ini dibedakan dengan reaktor
fusi yang memanfaatkan panas dari reaksi fusi. Dimungkinkan adanya reaktor
yang memadukan kedua jenis tersebut (reaktor hibrid).
Reaktor Fusi?
Reaktor fusi adalah suatu instalasi untuk mengubah energi yang terjadi pada
reaksi fusi menjadi energi panas atau listrik yang mudah dimanfaatkan. Reaksi
fusi merupakan reaksi penggabungan inti atom ringan, misalnya reaksi antara
deuterium dan tritium. Deutrium sangat melimpah di alam, namun tritium tidak ada di alam ini. Oleh karena itu, bahan yang mengandung Li-6 digunakan sebagai
selimut, selanjutnya direaksikan dengan neutron yang terjadi dari reaksi fusi untuk
menghasilkan tritium, sehingga diperoleh siklus bahan bakar. Sistem reaktor fusi
terdiri dari bagian plasma teras, selimut, bejana vakum, magnet superkonduktor,
dan lain-lain. Dibandingkan dengan reaktor fisi, reaktor fusi tidak akan
mengalami lepas kendali, dan sedikit menghasilkan produk radioaktif, sehingga
memiliki tingkat keselamatan yang tinggi.
Reaktor Penelitian?
Reaktor riset/penelitian adalah suatu reaktor yang dimanfaatkan untuk berbagai
macam tujuan penelitian. Misalnya reaktor uji material yang digunakan secara
khusus untuk uji iradiasi, reaktor untuk eksperimen fisika reaktor, reaktor riset
untuk penelitian dengan menggunakan berkas neutron dan alat eksperimen
kekritisan, reaktor untuk pendidikan dan pelatihan. Di antara reaktor-reaktor
tersebut, yang disebut reaktor riset pun terdiri dari berbagai macam, misalnya
reaktor untuk eksperimen berkas neutron dan uji iradiasi material, reaktor untuk
eksperimen perisai, reaktor untuk uji pulsa dan lain-lain. Tipe-tipe reaktor riset
antara lain tipe kolam berpendingin dan bermoderator air berat, tipe kolam
berpendingin dan bermoderator air ringan dan tipe kolam berpendingin air ringan
dan bermoderator air berat.
Komponen-komponen Reaktor?
Untuk dapat memngendalikan laju pembelahan, suatu reaktor nuklir harus
didukug dengan beberapa fasilitas yang disebut sebagai KOMPONEN
REAKTOR . komponen-komponen utama tersebut dapat diterangkan melalui
diagram seperti terlihat pada gambar 1 berikut:
1. Bahan bakar nuklir/bahan dapat belah
2. Bahan moderator
3. Pendingin reaktor
4. Perangkat batang kendali
5. Perangkat detektor
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 6/33
6. Reflektor
7. Perangkat bejana dan perisai reaktor
8. Perangkat penukar panas
Komponen No. 1 s/d 6 berada pada suatu lokasi yang disebut sebagai teras
reaktor, yaitu suatu tempat dimana reaksi berantai tersebut berlangsung.
Bahan Bakar Nuklir?
Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir yaitu BAHAN FISIL dan BAHAN
FERTIL.
Bahan Fisil ialah :
suatu unsur/atom yang langsung dapat memberikan reaksi pembelahan apabiladirinya menangkap neutron.
Contoh: 92U 233, 92U 235, 94 PU 239, 94 PU 241
Bahan Fertil ialah :
suatu unsur /atom yang setelah menangkap neutron tidak dapat langsung
membelah, tetapi membentuk bahan fisil.
Contoh: 90TH 232, 92U 238
Pada kenyataannya sebagian besar bahan bakar nuklir yang berada di alam adalah bahan fertil, sebaai contoh isotop Thorium di alam adalah 100% Th-232,
sedangkan isotop Uranium hanya 0,7% saja yang merupakan bahan fisil (U-235),
selebihnya sebesar 99,35 adalah bahan fertil (U-238).
Karena alasan fisis, elemen bakar suatu reaktor dibuat dengan kadar isotop
fisilnya lebih besar dari kondisi alamnya, isotop yang demikian disebut sebagai
isotop yang diperkaya, sedangkan sebaliknya untuk kadar isotop fisil yang lebih
kecil dari kondisi alamnya disebut sebagai isotop yang susut kadar, biasanya
ditemui pada elemen bakar bekas. Selain perubahan kadar bahan fisilnya, elemen
bakar biasanya dibuat dalam bentuk oksida atau paduan logam dan bahkan pada
dasa warsa terakhir ini sudah banyak dikembangkan dalam bentuk silisida.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 7/33
Contoh komposisi elemen bakar yang banyak dipakai: UO2, U3O8-Al, UzrH,
U3Si2-Al dan lain-lain.
Tujuan utama dibuatnya campuran tersebut adalah agar diperoleh elemen bakar
yang nilai bakarnya tinggi, titik lelehnya tinggi, penghantaran panasnya baik,tahan korosi, tidak mudah retak serta mampu menahan produk fisi yang terlepas
Bahan Moderator?
Dalam reaksi fisi, neutron yang dapat menyebabkan reaksi pembelahan adalah
neutron thermal. Neutron tersebut memiliki energi sekitar 0,025 eV pada suhu
27oC. sementara neutron yang lahir dari reaksi pembelahan memiliki energi rata-
rata 2 MeV, yang sangat jauh lebih besar dari energi thermalnya.
Syarat bahan moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Namun demikian
syarat lain yang harus dipenuhi adalah: memiliki tampang lintang serapan neutron
(keboleh-jadian menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintanghamburan yang besar dan memiliki daya hantara panas yang baik, serta tidak
korosif.
Contoh bahan moderator : H2O, D2O (Grafit), Berilium (Be) dan lain-lain.
Pendingin Reaktor?
Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana pengambilan panas hasil fisi dari
dalam elemen bakar untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan
melalui perangkat penukar penukar panas (H.E.). Sesuai dengan fungsinya maka
bahan yang baik sebagai pendingin adalah fluida yang koefisien perpindahan
panasnya sangat bagus. Persyaratan lain yang harus dipenuhi agar tidak
mengganggu kelancaran proses fisi pada elemen bakar adalah pendingin juga
harus memiliki tampang lintan serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang
hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-fluida yang biasa dipakai
sebagai pendingin adalah: H2O, D2O, Na cair. Gas He dan lain-lain.
Batang Kendali Reaktor?
Batang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reaktor agar laju
pembelahan/populasi neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan
kondisi operasi yang dikehendaki. Selain hal tersebut, batang kendali juga
berfungsi untuk memadamkan reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Sesuaidengan fungsinya, bahan batang kendali adalah material yang mempunyai
tampang lintang serapan neutron yang sangat besar, dan tampang lintang
hamburan yang kecil. Bahan-bahan yang sering dipakai adalah: Boron, cadmium,
gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan bahan
lain agar diperoleh sifat yang tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak
korosif.
Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan jalan memasukkan dan
mengeluarkan batang kendali ke dan dari teras reaktor. Jika batang kendali
dimasukkan, maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya, yang berarti
populasi neutron di dalam reaktor akan berkurang dan kemudian padam.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 8/33
Sebaliknya jika batang kendali dikeluarkan dari teras, maka populasi neutron akan
bertambah, dan akan mencapai tingkat jumlah tertentu. Pertambahan/penurunan
populasi neutron berkait langsung dengan perubahan daya reaktor.
Perangkat Detector?Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak diperlukan di dalam reaktor
nuklir. Semua insformasi tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang
meliputi popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain hanya dapat
dilihat melalui detektor yang dipasang dalam di dalam teras. Secara detail
mengenai masalah tersebut akan dibicarakan dalam pelajaran instrumentasi
reaktor.
Reflektor
Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil, berjalan dengan kecepatan
tinggi ke segala arah. Karena sifatnya yag tidak bermuatan listrik maka
gerakannya bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak menumbuk suatu inti atom medium. Karena sifat tersebut, sebagian neutron tersebut dapat
lolos keluar teras reaktor, atau hilang dari sistem. Keadaan ini secara ekonomi
berati kerugian, karena netron tersebut tidak dapat digunakan untuk proses fisi
berikutnya.
Untuk mengurangi kejadian ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan
pemantul neutron yang disebut reflektor, sehingga nutron-neutron yang lolos akan
bertahan dan dikembalikan ke dalam teras untuk dimanfaatkan lagi pada proses
fisi berikutnya.
Bahan-bahan reflektor yang baik adalah unsur-unsur yang mempunyai tampang
lintang hamburan neutron yang besar, dan tampang lintang serapan yang sekecil
mungkin serta tidak korosif. Bahan-bahan yang sering digunakan antara lain:
Berilium, Grafit, Parafin, Air, D2O.
Bejana dan Perisai Reaktor?
Bejana/tangki raktor berfungsi untuk menampung fluida pendingin agar teras
reaktor selalu terendam di dalamnya. Bejana tersebut selain harus kuat menahan
beban, maka harus pula tidak korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau
benda lain di dalam teras. Bahan yang bisa digunakan adalah: alumunium, dan
stainless stell.
Perisai reaktor berfungsi untuk menahan/menghambat/menyerap radiasi yang
lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor. Karena reaktor
adalah sumber radiasi yang sangat potensial, maka diperlukan suatu sistem perisai
yang mampu menahan semua jenis radiasi tersebut pada umumnya perisai yang
digunakan adalah lapisan beton berat.
Perangkat penukar Panas?
Perangkat penukar panas (Heat exchanger) merupakan komponen penunjang yang
berfungsi sebagai sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang menerima
panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada fluida pendingin yang lain
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 9/33
(sekunder). Dengan sistem pengambilan panas tersebut maka integritas komponen
teras akan selalu terjamin.
Pada jenis reaktor tertentu, terutama jenis PLTN, H.E. juga berfungsi sebgai
fasilitas pembangkit uap.
REAKSI NUKLIR 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 dalamlevel energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.
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.
Persamaan reaksi nuklir ditulis serupa seperti persamaan dalam reaksi kimia.
Setiap isotop ditulis dalam bentuk: simbol kimianya dan nomor massa. Partikel
neutron dan elektron, masing-masing ditulis dalam simbol n dan e. Partikel proton
atau protium (sebagai inti atom hidrogen) ditulis dalam simbol p. Partikel
deuterium dan tritium, masing-masing ditulis dalam simbol D dan T.
Contohnya:
Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-46Li + D ->
4He +
4He
6Li + D -> 2
4He
isotop helium-4, disebut juga partikel alfa, bisa ditulis dalam simbol α. Jadi, bisa
juga ditulis:
6
Li + D -> α + α
Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir .
Reaksi Fusi Nuklir
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 10/33
Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti
atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi.
juga dikenal sebagai reaksi yang bersih.
Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintangdi alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak
terkendali. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar,
dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan
prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.
(1) D + T → 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV) (2) D + 3He → 4He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV)
(3) T + T → 4He + 2 n + 11.3 MeV
(4) 3He + 3He → 4He + 2 p + 12.9 MeV
(5) D + 6Li → 2 4He + 22.4 MeV
(6) p + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV)(7) 3He + 6Li → 2 4He + p + 16.9 MeV
(8) p + 11B → 3 4He + 8.7 MeV
(9) 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:
(10) n + 6Li → 4He + T + 4.7 MeV
(11) n + 7Li → 4He + T + n - 2.47 MeV
(12) n + 9Be → 8Be + 2n - 1.67 MeV
(13) D + 9Be → 8Be + T + 4.53 MeV
(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level
energi yang tinggi)
Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipuntidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang
disebut sebagai proses "pembakaran". Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar
netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan
dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron),
dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan
siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk
bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton
mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang
mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon
juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 11/33
Namun begitu reaksi nuklir di matahari ini termasuk lambat dalam menghasilkan
energi/panas dan membutuhkan volume reaktor yang sangat besar agar
menghasilkan panas atau energi yang signifikan. Tentu saja volume reaktor yang
besar ini tidak praktis jika harus dibuat di bumi. Untuk itu harus dibuat reaksi
nuklir fusi yang lain. Dari sekian kandidat reaksi nuklir fusi buatan manusia, yang paling banyak menghasilkan energi adalah reaksi antara inti-inti deuterium dan
tritium (dua-duanya merupakan isotop dari Hidrogen) yang akan menghasilkan
inti Helium, sebuah neutron dan energi sebesar 17,6 MeV
Namun begitu ada tiga syarat yang harus diperhatikan agar reaksi nuklir ini sukses
terjadi:
• Temperatur reaktor harus sangat tinggi yaitu sekitar 100.000.000°C atau
kira-kira 10 kali lebih tinggi dari suhu inti matahari. Hal ini penting agar
nukleus-nukleus (inti-inti) pada atom-atom atau isotop-isotop pada reaktor
bisa bergerak dengan sangat cepat sehingga kemungkinan inti-intiatom/isotop untuk saling bertumbuk sangat besar.
• Konsentrasi yang cukup pekat dari inti-inti atom atau isotop tersebut agar
kemungkinan terjadi tumbukan menjadi sangat besar
• inti-inti atom atau isotop yang dihasilkan harus tetap bersama dalam waktu
yang cukup lama agar menghasilkan energi yang lebih dari energi yang
diperlukan untuk pengoperasian reaktor itu sendiri. Sebab jikalau energi
yang dihasilkan habis hanya untuk pengoperasian reaktor itu sendiri, ya
sama aja oblong ..!!
Tantangan terberatnya dari pembuatan reaktor nuklir fusi ini adalah suhunya yangharus mencapai 100 juta°C. Penampang apa yang sanggup menahan panas 100
juta°C di bumi ini?? Karena baja kualitas paling baikpun akan langsung menguap
bukan hanya menjadi gas tetapi langsung menjadi plasma. Untuk itu para ahli kini
tengah menempuh berbagai cara untuk menghasilkan reaksi nuklir fusi dingin
(cold fusion) yaitu reaksi nuklir fusi yang dapat terjadi pada suhu serendah
mungkin bahkan kalau bisa mendekati suhu ruangan. Namun sejauh ini reaksi
nuklir fusi dingin masih merupakan angan-angan belaka.
Reaksi Fisi Nuklir
Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom
lainnya, dan menghasilkan energi dan dua 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 fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga
nuklir.
Rata-rata reaksi fisi terjadi pada Uranium-235 (U-235) dan Plutonium-239 (Pu-
239) yang disebabkan oleh neutron.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 12/33
Produk dari reaksi fisi uranium, bervariasi, menghasilkan atom-atom yang
bermassa lebih kecil, seperti: Ba , Kr , Zr , Te , Sr , Cs , I , La dan Xe ,dengan
massa atom sekitar 95 dan 135. Sedangkan, produk dari reaksi fisi plutonium,
mempunyai massa atom sekitar 100 dan 135.
n + U-235 -> Ba-144 + Kr-90 + 2n +
179.6 MeV
n + U-235 -> Ba-141 + Kr-92 + 3n +
173.3 MeV
n + U-235 -> Zr-94 + Te-139 + 3n +
172.9 MeV
n + U-235 -> Zr-94 + La-139 + 3n +
199.3 MeV
REAKSI FUSI DAN REAKSI FISI
REAKSI FISI DAN FUSI
REAKSI FISI
Reaktor tak lain adalah tempat bereaksi. Dalam hal ini, pengertian
sehari hari yang dipakai ialah reaksi inti. Reaksi fisi adalah suatu reaksi
pembelahan, yang disebabkan oleh neutron yang secara umum dapat
ditulis sebagai:
X + n ——> X1 + X2 + (2 - 3) n + E.
Beberapa hal yang perlu diketahui dalam jenis reaksi tersebut adalah:
1). X disebut inti bahan fisil (fisile material), yang secara populer
disebut "bahan bakar" karena dalam reaksi ini dibebaskan sejumlah
energi. Hanya beberapa inti dapat bereaksi fisi yaitu 238U, 235U, 233U
dan 239Pu di mana kedua unsur terakhir merupakan unsur buatan
manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari reaksi inti-inti
232Th dan dan 238U dengan neutron.
2). Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan σ f (fission
microscopic cross section = penampang fisi mikroskopik), di mana
besaran tersebut tergantung dari energi neutron yang bereaksi dengan
suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat disebutkan bahwa nilai σ f
238U besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi kecil pada
energi tinggi. Sebaliknya nilai σ f 238U kecil pada saat neutron
berenergi besar. Untuk 239Pu dan 233U mempunyai σ f besar pada
energi tinggi, oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar
pada reaktor cepat.
3). Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X1 dan X2
yang berupa inti-inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti
tersebut meluruh (decay) dengan mengeluarkan sinar-sinar maupun
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 13/33
partikel.
4). Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti
tersebut dapat melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi
berantai, dan pada keadaan tertentu bila tidak dikendalikan makareaksi berantai ter¬sebut dapat menjadi suatu ledakan. Reaksi nuklir
yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom nuklir. Neutron
yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, ± 2 MeV, jika
fisii diharapkan terjadi pada En rendah (energi termal 0,025 eV), maka
neutron yang baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu
dengan jalan hamburan-hamburan. Di dalarn reaktor neutron
mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk:
a. diserap tanpa menimbulkan fisi
b. diserap mengakibatkan fisi
c. hilang dari sistimd. hamburan
Jadi penurunan energi neutron berkompetisi dengan
kemungkinan¬kemungkinan yang lain, dan untuk dapat menghitung
masing-masing kemungkinan perlu diselidiki mekanisme reaksi
masing-masing.
5). Reaksi fisi mengeluarkan energi total E, sebesar 200 MeV. Dengan
meng¬gunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung
bahwa bila semua inti-inti 1 gram uranium melakukan fisi maka kalor
yang dikeluar¬kan setara dengan kalor yang dihasilkan olehpembakaran 1 ton batu bara. Jelas dari gambaran tersebut bahwa,
kalor yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar.
Telah dijelaskan bahwa reaktor yang lazim dipakai saat ini bekerja atas
dasar reaksi fisi (pemecahan) inti atom. Sebagai bahan bakar
umumnya digunakan Uranium 235U yang kandungannya telah
diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan 235U hanya sekitar
0,7 persen, selebihnya adalah 238U. Untuk memecah inti isotop
Uranium digunakan neutron lambat ('thermalneutron'). Uranium yang
menangkap neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang
tidak stabil hanya dapat bertahan selama kurang lebih sepertriliundetik (10-12 detik) sebelum mengalami proses fisi menjadi inti-inti X1
dan X2 serta sekitar dua sampai tiga neutron yang siap untuk
memecah inti 235U lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh
inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan
produksi akhir sekitar sembilan neutron. Proses berulang-ulang ini
dinamakan reaksi berantai ('chain reaction') yang merupakan prinsip
kerja reaktor. Pada setiap proses pemecahan tadi, inti atom akan
melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya jumlah massa inti-
inti di akhir proses rumus E=mc2. Jadi jumlah energi yang dihasilkan
akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 14/33
dengan jumlah neutron yang dihasilkan.
Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor
nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron
dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur populasi neutron.
Dengan mengatur populasi neutron ini dapat ditentukan tingkat dayaraktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya
mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan
penyerap. Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini
disebut batang kendali. Jika batang kendali disisipkan penuh diantara
elemen bakar, maka batang kendali akan menyerap neutron secara
maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap
batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi
elemen bakar.
Gambar II.1. Reaksi fisi (pembelahan)
Reaksi Fusi
Proses reaksi fusi adalah kebalikan dari reaksi fisi seperti arti
harfiahnya, proses ini merupakan reaksi penggabungan dua intimenjadi inti lain yang lebih besar. Reaksi jenis ini tidak terjadi secara
alamiah di permukaan bumi, namun merupakan prinsip kerja
pembakaran Hidrogen di pusat matahari serta bintang-bintang.
Sebenarnya, banyak tipe reaksi fusi yang dapat terjadi di matahari
yang sering disebut siklus proton-proton, mulai dari penggabungan dua
inti Hidrogen menjadi inti Deuterium hingga penggabungan inti
Deuterium dan inti Tritium. Kebanyakan reaksi ini membutuhkan
kondisi tertentu yang hanya terdapat di dalam inti matahari ataupun
bintang-bintang, misalnya tekanan yang sangat tinggi. Di dalam inti
matahari, tekanan yang sangat tinggi dihasilkan oleh gaya gravitasi.Gaya gravitasi pada pusat matahari haruslah sangat besar untuk
mempertahankan strukturnya, mengingat komposisi matahari
kebanyakan terdiri dari gas Hidrogen. Reaksi fusi di dalam teras
reaktor membutuhkan Deuterium dan Tritium sebagai bahan bakar,
yang jika bergabung pada kondisi tertentu akan menghasilkan inti
Helium yang stabil disertai sebuah neutron yang membawa sebagian
besar energi hasil fusi. Saat ini, Deuterium bukan merupakan masalah,
sebab tersediaannya di alam boleh dikatakan tak terbatas. Deuterium
dapat diekstraksi dari air biasa, untuk setiap satu meter kubik air dapat
diperoleh sekitar 200 gram Deuterium. Berlainan dengan Deuterium,
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 15/33
Tritium bersifat radioaktif. Tritium alam sangat jarang dijumpai.
Untungnya, Tritium dapat dihasilkan melalui proses 'breeding' dengan
menggunakan sebagian kecil neutron hasil reaksi fusi serta dua jenis
isotop Litium yang terdapat di alam, yaitu Litium-6 dan Litium-7.
Litium-6 dapat menangkap neutron cepat dan neutron lambat,sedangkan Litium-7 hanya menangkap neutron cepat. Litium yang
menangkap neutron akan pecah menjadi Tritium serta Helium.
Reaktor Fusi
Banyak masalah yang harus dipecahkan sebelum reaktor fusi dapat
digunakan secara komersil. Untuk menggabungkan inti Deuterium
dengan Tritium, gaya tolak-menolak ('repulsive') akibat muatan positif
kedua inti harus diatasi. Cara yang paling mungkin adalah dengan
menaikkan suhu kedua inti hingga energi kinetiknya dapat mengatasi
gaya 'Coulomb' tadi. Masalahnya, untuk mengatasi gaya ini dibutuhkan
suhu jutaan Celsius! Suhu setinggi ini tidak aneh jika kita melihat suhuinti matahari dimana proses fusi dapat dengan mudah terjadi (suhu inti
matahari sekitar 15 juta Celsius). Karena tidak ada material di atas
permukaan bumi yang dapat menahan suhu setinggi ini, diperlukan
teknik supercanggih untuk melokalisir plasma (inti bermuatan yang
memiliki suhu sangat tinggi) pada proses fusi agar tidak bersentuhan
dengan komponen-kompnen reaktor.
Ada dua cara yang paling efektif untuk melokalisir plasma selama
proses fusi berlangsung, yaitu cara magnetis dan cara inersial.
Cara pertama dilakukan di dalam instrumen berbentuk 'donat', yang
disebut 'Tokamak'. Ide untuk membangun 'Tokamak' pertama kalidiusulkan oleh fisikawan Rusia Igor E. Tamm dan Andrei D. Sakharov,
serta secara terpisah oleh Lyman Spitzer di Princeton USA, pada awal
1950-an. Tokamak menggunakan kombinasi dua medan magnet yang
sangat kuat yang dihasilkan oleh superkonduktor untuk menahan
plasma bersuhu sekitar 50 juta Celsius agar tetap berada di tengah-
tengah 'donat' tersebut.
Cara kedua adalah dengan menggunakan target yang memiliki
kerapatan sangat tinggi yang ditembaki dengan puluhan sinar laser
terfokus secara simultan. Intensitas sinar laser disini harus cukup tinggi
agar target dapat seketika menguap. Partikel-partikel yang dihasilkanakan berusaha bergerak keluar sehingga menimbulkan tekanan ke
dalam yang sangat dahsyat. Tekanan yang naik secara drastis ini akan
mengakibatkan naiknya suhu target yang pada akhirnya dapat
menyalakan proses fusi. Sebenarnya, proses ini merupakan bentuk
miniatur dari bom hidrogen.
Energi Nuklir
Nuklir merupakan istilah yang berhubungan dengan inti atom yang
tersusun atas dua buah partikel fundamental, yaitu proton dan
neutron. Di dalam inti atom terdapat tiga buah interaksi fundamental
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 16/33
yang berperan penting, yaitu gaya nuklir kuat dan gaya
elektromagnetik serta pada jangka waktu yang panjang terdapat gaya
nuklir lemah. Gaya nuklir kuat merupakan interaksi antara partikel
quark dan gluon yang dibahas dalam teori quantum chromodynamics
(QCD) sedangkan gaya nuklir lemah adalah interaksi yang terjadidalam skala inti atom seperti peluruhan beta yang dibahas dalam
elecroweak theory.2
Energi nuklir dihasilkan di dalam inti atom melalui dua buah jenis
reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi. Reaksi fusi adalah suatu
reaksi yang menggabungkan beberapa partikel atomik menjadi sebuah
partikel atomik yang lebih berat. Reaksi fusi dapat menghasilkan
energi yang sangat besar seperti yang terjadi pada bintang. Salah satu
reaksi contoh reaksi fusi adalah penggabungan partikel deuterium (D
atau 2H) dan tritium (T atau 3H) (Gambar 1.a). Langkah pertama,
deuterium dan tritium dipercepat dengan arah yang saling mendekatipada suhu termonuklir. Penggabungan antara dua buah partikel
tersebut membentuk helium-5 (5He) yang tidak stabil sehingga
mengakibatkan peluruhan. Dalam proses peluruhan ini, sebuah
neutron dan partikel helium-4 (4He) terhambur disertai dengan energi
yang sangat besar, yaitu 14,1 MeV untuk penghamburan neutron dan
3,5 MeV untuk penghamburan helium-4. Sampai saat ini, reaksi fusi
belum dapat dirancang oleh manusia karena membutuhkan suhu yang
sangat tinggi. Hal ini menyebabkan pemanfaatan reaksi fusi sebagai
sumber energi listrik belum dapat direalisasikan.
Reaksi nuklir lain yang sudah dapat dimanfaatkan sebagai sumber
energi listrik adalah reaksi fisi. Reaksi fisi merupakan kebalikan dari
reaksi fusi, yaitu reaksi yang membelah suatu partikel atomik menjadi
menjadi beberapa partikel atomik lainnya dan sejumlah energi. Salah
satu contoh dari reaksi fisi adalah reaksi fisi pada partikel uranium-235
(235U) yang ditumbuk oleh sebuah neutron yang bergerak pelan
(Gambar 1.b). Proses penyerapan neutron oleh uranium-235
mengakibatkan terbentuknya partikel uranium-236 (236U) yang tidakstabil sehingga terbelah menjadi partikel kr ypton-92 (92 Kr), barium-
141 (141Br), dan beberapa neutron bebas serta sejumlah energi.
Reaksi fisi dapat berlangsung secara terus menerus yang biasa disebut
dengan reaksi rantai. Dalam reaksi rantai, neutron yang telah
terhambur dari reaksi fisi dapat mengakibatkan terjadinya reaksi fisi
lain sama baiknya dengan reaksi fisi sebelumnya. Energi yang
dihasilkan dari reaksi ini dapat dikonversi menjadi energi listrik pada
sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN).
Tiga hal menarik yang terjadi pada proses reaksi fisi adalah sebagai
berikut:
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 17/33
• Peluang sebuah atom U-235 menangkap sebuah neutron bernilai
sangat tinggi. Dalam sebuah reaktor yang bekerja (dikenal dengan
keadaan kritis), sebuah neutron yang terhambur dari setiap reaksi fisi
dapat menyebabkan terjadinya reaksi fisi yang lainnya.
• Proses penyerapan dan penghamburan neutron terjadi dengansangat cepat pada orde pikosekon (1×10-12 sekon)
• Jumlah energi yang dihasilkan berupa panas dan radiasi gamma luar
biasa besar pada sebuah reaksi fisi yang terjadi. Dalam reaksi ini
terbentuk beberapa produk fisi dan neutron dengan massa total yang
lebih ringan dari partikel U-235 pada awal reaksi. Perbedaan massa ini
diubah menjadi energi dengan nilai yang dirumuskan dalam E = mc2.
Dalam satu kali peluruhan atom U-235 bisa dihasilkan energi sebesar
200 MeV (1 eV = 1,6.10-19 joule). U-235 dapat bekerja dalam sebuah
sampel uranium yang diperkaya menjadi 2 sampai 3 persen. Pada
senjata nuklir, komposisi U-235 mencapai 90 persen atau lebih darisebuah sampel uranium.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) menyediakan sekitar 17 persen
dari total tenaga listrik dunia. Beberapa negara membutuhkan tenaga
nuklir yang lebih besat dari negara lain. Di Prancis, menurut
International Atomic Energy Agency (IAEA), 75 persen tenaga listriknya
dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jumlah pembangkit tenaga listrik di
dunia diperkirakan lebih dari 400 buah dengan 100 buah diantaranyaberada di Amerika Serikat.3
Pada PLTN, bahan bakar sebuah reaktor nuklir berupa uranium.
Uranium merupakan salah satu hasil tambang yang terdapat di bumi.
Uranium-238 (U-238) mempunyai waktu paruh yang sangat lama (4,5
milyar tahun) dengan komposisi 99 persen dari total uranium yang ada
di bumi. Komposisi lainnya, U-235 mempunyai sekitar 0,7 persen dan
U-234 jauh lebih rendah yang dibentuk melalui proses peluruhan U-238
(U-238 melalui beberapa tahap peluruhan alpha dan beta untuk
membentuk isotop yang lebih stabil dan U-234 adalah salah satu hasil
dari mata rantai dari peluruhan ini).Dalam sebuah reaktor nuklir, butiran uranium yang sudah diperkaya
disusun dalam sebuah balok dan dikumpulkan ke dalam bundelan
(reactor). Bundelan tersebut direndam dalam air pada sebuah bejana
tekan. Air tersebut digunakan sebagai sebuah pendingin. Bundelan
uranium yang digunakan pada reaktor nuklir berada dalam keadaan
superkritis. Hal ini dapat menyebabkan uranium menjadi panas dan
meleleh dengan mudah. Untuk mencegahnya, sebuah balok kontrol
(control rods) dibuat dengan bahan yang menyerap neutron. Balok
kontrol dimasukkan kedalam bundelan uranium dengan menggunakan
sebuah mekaninisme yang dapat mengangkat atau menurunkan balok
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 18/33
kontrol tersebut. Pengangkatan dan penurunan balok kontrol
menerima perintah seorang operator untuk mengatur jumlah reaksi
nuklir. Ketika seorang operator menginginkan inti uranium untuk
menghasilkan panas yang lebih, balok kontrol dinaikkan dari bundelan
uranium. Sebaliknya, jika ingin panas berkurang maka balok kontrolharus diturunkan. Balok kontrol dapat diturunkan hingga komplit untuk
menghentikan reaktor nuklir jika terjadi kasus kecelakaan atau
penggantian bahan bakar.
Bundelan uranium digunakan sebagai sumber energi panas yang
sangat tinggi. Panas ini dapat mengubah air menjadi uap air. Uap air
ini digunakan untuk menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar
rotor pada generator. Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor
dikonversi menjadi tenaga listrik. Dalam beberapa reaktor, uap air
akan melalui tahap kedua sebagai pengubah panas medium untuk
mengubah air menjadi uap air yang menggerakkan turbin. Keuntungandari desain ini adalah air atau uap air yang tercemar bahan radioaktif
tidak akan mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida
pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa gas (karbon
dioksida) atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini
menerima inti uranium untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.
Reaksi Fisi
30 Aug 2010 02:44:08
Reaksi Fisi
Telah dikemukakan sebelumnya bahwa terdapat empat tipe umum reaksi nuklir,yaitu reaksi fisi, reaksi fusi, transmutasi inti dan peluruhan radioaktif. Dari empat
tipe reaksi nuklir tersebut, reaksi fusi dan reaksi fisi adalah dua reaksi nuklir yang
cukup dikenal karena aplikasinya yang sangat fenomenal di bidang militer pada
saat perang dingin antara USA dan Uni Soviet.
Reaksi fisi adalah proses reaksi nuklir yang terjadi karena inti atom terbelah
menjadi partikel-partikel inti yang lebih ringan karena tertumbuk oleh partikel inti
lain. Reaksi fisi merupakan reaksi nuklir eksotermis yang akan menghasilkan
partikel inti yang lebih ringan (sering disebut produk fisi), beberapa partikel
neutron, gelombang elektromagnetik dalam bentuk radiasi sinar gamma, dan
sejumlah energi. Gambar disamping ini melukiskan proses reaksi fisi dari inti
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 19/33
atom uranium-235 yang tertumbuk oleh sebuah neutron dengan kecepatan rendah
(neutron kecepatan rendah sering disebut sebagai neutron termal). Reaksi fisi
uranium-235 menghasilkan produk fisi berupa barium-141 dan kripton-92, tiga
buah neutron cepat (masing-masing neutron memiliki energi kinetik ~2 MeV),
dan sejumlah energi.
Produk fisi dari reaksi fisi uranium-235 bisa saja tidak berupa barium-141 dan
kripton-92, tetapi barium-144 dan kripton-90, atau zirkonium-94 dan telurium-139.
Reaksi fisi uranium-235 sangat terkenal karena reaksi nuklir ini mendasari
beroperasinya reaktor nuklir yang banyak beroperasi di Dunia. Selain reaksi fisi
uranium-235, masih banyak unsur lain yang dapat berfisi. Pada dasarnya semua
isotop unsur dalam golongan aktinida yang mempunyai jumlah neutron ganjil
pada intinya dapat berfisi. Isotop aktinida yang dapat berfisi tersebut antara lain
adalah plutonium-241 ( ), kurium-243 ( ), uranium-232 ( ),
kalifornium-241 ( ), Amerisium-242 ( ), kalifornium-251 ( ),
kurium-245 ( ), plutonium-239 ( ), uranium-233 ( ), kurium-247 (
), uranium-235 ( ).
Isotop yang dapat berfisi disebut sebagai bahan fisil (fissile material). Dari sekian
banyak bahan fisil, empat bahan fisil uranium-233, uranium-235, plutonium-239,
plutonium-241 mempunyai arti penting karena sudah diterapkan dalam proses
reaksi nuklir di reaktor nuklir. Uranium-235, plutonium-239 dan plutonium-241
digunakan dalam bahan bakar reaktor termal dan reaktor pembiak yang
memanfaatkan daur bahan bakar uranium, sedangkan uranium-233 digunakan
dalam reaktor yang memanfaatkan daur bahan bakar thorium.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 20/33
Reaksi fisi uranium-235 tidak akan terjadi dengan begitu saja, terdapat beberapa
prasyarat kondisi yang harus dipenuhi agar reaksi fisi uranium-235 terjadi. Salah
satu prasyarat yang harus dipenuhi adalah kecepatan atau energi kinetik neutron
yang menumbuknya. Neutron dengan kecepatan rendah (energi kinetiknya
rendah) mempunyai probabilitas yang lebih tinggi untuk menimbulkan reaksi fisi pada uranium-235 dibandingkan degan neutron dengan energi kinetik yang lebih
tinggi.
Dari reaksi fisi uranium-235 dihasilkan 2 hingga 3 buah neutron dengan energi ~2
MeV. Sesuai dengan kurva pada gambar di atas, energi neutron hasil fisi setinggi
~2 MeV sangat kecil untuk menimbulkan reaksi fisi jika menumbuk inti atom
uranium-235 yang lain.
Reaksi fisi berantai
Reaksi fisi berantai sangat penting dalam mewujudkan pemanfaatan energi hasil
reaksi fisi dalam sebuah reaktor nuklir. Jika kontinuitas reaksi fisi dalam reaktor
nuklir terhenti maka dapat berhentinya produksi energi, sehingga produksi energi
menjadi diskontinu, suatu kondisi yang tidak diinginkan.
Reaksi fisi berantai
Pada awalnya sebuah neutron menumbuk inti uranium-235 (U-235) dan
menimbulkan reaksi yang menghasilkan produk fisi (Ba-141 dan Kr-92) serta 3
buah neutron. Dua dari tiga neutron hasil reaksi fisi itu kemudian menumbuk inti
U-235 lainnya dan menimbulkan reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi
kedua). Neutron hasil fisi dari reaksi fisi kedua ini diharapkan akan menimbulkan
reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi ketiga), dan selanjutnya kan terjadi
reaksi fisi dari generasi ke generasi secara kontinu. Persoalan dalam mewujudkan
reaksi fisi berantai timbul karena untuk mewujudkan reaksi fisi U-235 diperlukan
neutron lambat, sedangkan neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi U-235 adalah
neutron cepat yang sangat sulit untuk memicu reaksi fisi generasi ke generasi.
Dalam reaktor nuklir, persoalan ketersediaan neutron lambat dengan energi
kinetik rendah diwujudkan dengan menyediakan medium yang bertugasmemperlambat (memoderasi) kecepatan neutron, yaitu berupa air. Dengan adanya
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 21/33
air sebagai moderator neutron, maka neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi
U-235 diperlambat kecepatannya sehingga dapat digunakan untuk melangsungkan
reaksi fisi berantai dari generasi ke generasi. Bila suatu saat air sebagai bahan
moderator menghilang dari dalam reaktor nuklir (oleh karena suatu sebab,
misalnya kecelakaan) maka dengan sendirinya reaksi fisi berantai terhenti dan produksi energi juga berhenti dengan sendirinya.
Satu buah neutron lambat (disebut juga neutron termal) dalam reaktor nuklir akan
menimbulkan reaksi fisi U-235 yang menghasilkan energi panas ~200 MeV (~8,9
x 10-18 kWh). Ini berarti bahwa sebuah neutron lambat setara dengan ~8,9 x 10-
18 kWh. Apabila dari generasi ke generasi jumlah neutron termal dapat
dikendalikan sesuai dengan kebutuhan energi, maka realisasi pengendalian reaksi
fisi dapat terwujud. Proses pengendalian reaksi fisi berantai ini terjadi dalam
sebuah reaktor nuklir. Keberlangsungan reaksi fisi berantai dalam reaktor nuklir
sangat labil, sedikit saja kecelakaan yang menguapkan moderator (berupa air),
maka reaksi fisi berantai terhenti, demikian pula dengan pembangkitan energi.
Reaksi fisi berantai dapat pula dilangsungkan dalam waktu sangat cepat dengan
pelipatan jumlah reaksi yang sangat tinggi, dengan cara ini pembangkitan energi
meningkat sangat besar dalam waktu yang sangat singkat. Hasilnya adalah sebuah
ledakan nuklir yang dahsyat. Mewujudkan suatu ledakan nuklir dengan uranium-
235 tidaklah mudah, harus dilakukan upaya ketersediaan dan peningkatan jumlah
neutron dengan energi kinetik yang cocok dalam jumlah besar dalam waktu
sesingkat-singkatnya.
Reaksi Fisi ( Pembelahan Inti )
Penciptaan energi nuklir menarik untuk dikaji. Terlebih sejak empat ilmuwan Jerman, yakni Otto Hahn, Lise Meitner, Fritz Strassman, dan Otto Frisch
menemukan pertamakali tahun 1939, bahwa inti atom berat (radioaktif) bisadibelah dengan menembakkan sebuah netron. Netron dipilih karena zarah ini
tidak bermuatan. Sehingga tidak akan menimbulkan gaya tolak coulombterhadap inti-inti atom bermuatan positif, proton. Reaksi pembelahan (fisi)sebuah inti akan menghasilkan rata-rata 2,5 netron dan beberapa inti baru.Pada bom atom, reaksi pembelahan ini akan terus berantai tidak terkendali
karena netron baru tidak dicegah untuk menumbuk inti-inti yang telah
dihasilkan.
Yang sangat bahaya, karena dalam setiap pembelahan inti akan terjadipelepasan energi yang besar. Contohnya, pada pembelahan satu inti uranium
dilepaskan energi sebesar 208 MeV. Satu MeV setara dengan energi listrik4,45 x 10-20 kWh. Itu baru untuk satu nuklida (inti atom). Coba bayangkan
betapa besarnya energi yang dilepaskan oleh pembelahan inti satu kilogramuranium. Energinya akan mencapai 2,37 x 107 kWh. Bila energi ini digunakan
untuk menghidupkan bola lampu 100 W, maka bola lampu itu akan terusmenyala tanpa henti selama 30.000 tahun! Lain halnya bila dihitung dalamkalori, energi pembelahan satu kilogram U-235 adalah 25,5 juta kilogramkalori. Bandingkan dengan pembakaran satu kilogram karbon yang hanya
menghasilkan 8,5 kalori.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 22/33
Apabila melihat ukuran atom, mungkin kita sulit percaya. Sebuah nuklida(yang tersusun oleh proton-proton dan netron) ukurannya berada dalam orde10-15 meter. Untuk membuat bayangan sederhana, baiklah ukuran inti atomkita perbesar seukuran kelereng. Maka, bila kita tempatkan kelereng itu di
tengah lapangan sepak bola, itulah gambaran nuklida di dalam atom.
Sungguh kecil. Namun demikian, inti atom ternyata mengandung lebih dari99,9 persen massa atomnya, atau setara dengan 1.800 kali massa sebuah
orbitalnya, elektron. Selebihnya atom merupakan ruangan kosong.Menakjubkan!
Bom nuklir atau bom atom, sebenarnya tidak hanya bisa diciptakan melaluireaksi fisi. Para ahli kemudian mencoba membuat bom Hidrogen dengan cara
melakukan penggabungan (fusi) inti-inti ringan deuterium (H2) dan tritium(H3). Dua inti bernomor atom kecil ini bila digabungkan akan membentukhelium (He-4) sambil membebaskan energi yang besar. Namun demikian,penyatuan dua nuklida tentu tidak mudah. Dibutuhkan energi yang sangat
besar sebelumnya untuk melawan gaya tolak Coulomb. Artinya, untukmendapatkan kelajuan inti yang sangat cepat agar bertumbukan, dibutuhkan
suhu tinggi hingga ratusan juta Kelvin. Dengan kata lain, reaksi fusi harusdidahului dengan fisi. Sehingga reaksi ini disebut reaksi termonuklir atau
reaksi bertingkat, fisi dan fusi.
Reaksi Fusi
Fusi atau sering disebut reaksi termonuklir adalah reaksi nuklir yang terjadi
karena proses penggabungan dua inti atau dua partikel inti ringan menjadi inti
atau partikel inti yang lebih berat sambil melepaskan (atau dapat juga menyerap)
sejumlah energi. Reaksi fusi dari partikel-partikel inti yang lebih ringan dari
partikel inti atom besi akan menghasilkan energi (reaksi eksotermis), sedangkan
reaksi nuklir dari partikel-partikel inti yang lebih berat dari partikel inti besi akan
menyerap energi (reaksi endotermis). Energi yang dibebaskan dari reaksi fusisangat besar, bahkan Bumi tempat habitat manusia dipasok energinya dari reaksi
fusi yang terjadi di Matahari. Berikut ini diberikan contoh-contoh reaksi fusi.
Reaksi fusi partikel inti deutrium ( ) dan tritium ( ) yang menghasilkan
helium ( ) dan partikel neutron :
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 23/33
Dalam reaksi fusi ini, masing-masing partikel hasil reaksi fusi bergerak dan
memiliki energi kinetik, inti helium memiliki energi kinetik 3,5 MeV dan partikel
neutron 14,1 MeV.
Reaksi fusi D + T menghasilkan He dan neutron
Contoh-contoh reaksi fusi lainnya yang mempunyai prospek sebagai bahan bakar
dalam reaktor fusi [1] yang sedang diteliti sejak tahun 1950-an hingga sekarang.
Tentang Nuklir
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 24/33
Sekarang kita semua sedang bersedih akibat bencana gempa dan tsunami di
Jepang, yang kemudian ditambah dengan kebocoran reactor nuklir di Fukushima.
Beberapa minggu terakhir ini saya memang sibuk sekali di Kantor, sehingga
pengumpulan artikel-artikel yang menarik mengenai “Keajaiban Alam Semesta”
pun sempat vakum. Baru 2 hari terakhir saya coba mencari berita tentangkejadian gempa dan tsunami di Jepang, lalu tidak sengaja saya menemukan
komentar lucu pembaca dalam sebuah artikel, katanya…..”Nuklar Nuklir…..apa
sih Nuklir itu? Orang desa saya tuh ga pada ngerti”
Akhirnya saya juga berpikir, apa sih nuklir itu? Mungkin ya dulu waktu masih di
SMU saya belajar tentang Nuklir, tapi sekarang saya sudah lupa juga, tentang
“Peta Keledai” Materi Nuklir tersebut, maka untuk catatan kali ini, saya coba
refresh kembali ingatan saya tentang nuklir.
*peta keledai adalah istilah pribadi yang saya gunakan untuk meringkas seluruh
materi yang saya pelajari, hampir sama dengan kata kunci, contoh klo saya belajar tentang Penatalaksanaan Kasus Perdarahan Pada Ibu Bersalin, berarti peta
keledainya adalah “ Bayi baru lahir, Manajemen aktif Kala III, oksitosin,
Peregangan Tali Pusat Terkendali, Masase Uterus, Atonia Uteri, Kompresi
Bimanual Interna, Infus & Terapi, Kompresi Bimanual Eksterna, Kompresi
Aorta Abdominalis, Rujuk” ……nah point-point tadi jika disistematisasikan akan
saya sebut sebagai Peta Keledai.
Nah setelah saya googling tentang Nuklir
Didapatlah definisi nuklir itu sendiri, yaitu sesuatu yang berhubungan dengan intiatom
Karena nuklir diambil dari kata “nucleus” , yang artinya inti Jika kita ingin
mempelajari tentang nuklir, berarti kita akan bersinggungan dengan teori-teori
pendukung sebagai berikut : inti atom, reaksi nuklir, daya nuklir, reaktor nuklir,
limbah radioaktif, bahan bakar nuklir, teknik nuklir, fisika nuklir, dan lain
sebagainya.
Kenapa nuklir ini penting? Karena jika inti atom ditubrukkan dengan inti atom
yang lain, maka akan menghasilkan energy yang berbeda dengan produk awal.
Dan disinilah pentingnya dipelajari tentang reaksi nuklir. Dan ada baiknyasebelum kita belajar tentang nuklir, kita perlu memahami terlebih dahulu apa sih
yang dimaksud dengan inti atom
.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 25/33
Atom adalah bagian terkecil dari molekul
Contoh, dalam hidup sehari-hari kita bisa melihat adanya benda padat, benda cair
dan benda gas, nah benda-benda ini jika dibelah kecil akan kita dapati sebuah
molekul, dan klo molekul kita belah-belah lagi maka jadilah atom. Nah atom ini
memiliki inti, dan inti atom terdiri atas 3 bagian yaitu proton, electron, dan
neutron.
Sebuah atom yang memiliki proton dan electron yang jumlahnya seimbang makadia bersifat netral, sedangkan jika salah satu unsure nya ( proton atau electron)
jumlahnya berlebihan, maka disebut ion. Yang bisa bersifat positif atau negative.
Klo dulu masih dikenal bahwa atom adalah benda-benda terkecil yang sudah tidak
bisa dibagi/dibelah lagi, untuk sekarang saya tidak tahu lagi, apakah teori ini
masih berlaku atau tidak.
Lalu bagaimana ko bisa reaksi nuklir itu begitu berbahaya? Reaksi nuklir dibagi
menjadi 2, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir Reaksi fusi nuklir
berproses dengan meleburnya 2 inti atom atau lebih untuk menjadi atom baru
dengan energy yang lebih besar (dalam bahasa gampangnya melebur menjadisatu)
Sedangkan reaksi fisi nuklir berproses dengan pembelahan inti atom akibat
bertubrukan dengan inti atom yang lain dan menghasilkan atom baru dan energy
yang bermassa lebih kecil
Nah reaksi fusi nuklir bisa menghasilkan radiasi sinar alfa, sinar beta, dan sinar
gamma yang sangat berbahaya bagi manusia
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 26/33
Nah ketika merakit sebuah bom…….proses yang diharapkan adalah reaksi fusi
nuklir
Sedangkan untuk PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir)…proses yang terjadi
adalah reaksi fisi nuklir.
Lalu untuk senjata nuklir sendiri, mempunyai dua tipe dasar. Tipe pertama
menghasilkan energi ledakannya hanya dari process reaksi fisi. Senjata tipe ini
secara umum dinamai bom atom (atomic bomb, A-bombs). Energinya hanya
diproduksi dari inti atom.
Pada senjata tipe fisi, masa fissile material (uranium yang diperkaya atau
plutonium) dirancang mencapai supercritical mass – jumlah massa yang
diperlukan untuk membentuk reaksi rantai- dengan menabrakkan sebutir bahan
sub-critical terhadap butiran lainnya (the “gun” method), atau dengan
memampatkan bulatan bahan sub-critical menggunakan bahan peledak kimiasehingga mencapai tingkat kepadatan beberapa kali lipat dari nilai semula. (the
“implosion” method).
Metoda yang kedua dianggap lebih canggih dibandingkan yang pertama. Dan juga
penggunaan plutonium sebagai bahan fisil hanya bisa di metoda kedua. Tantangan
utama di semua desain senjata nuklir adalah untuk memastikan sebanyak mungkin
bahan bakar fisi terkonsumsi sebelum senjata itu hancur. Jumlah energi yang
dilepaskan oleh pembelahan bom dapat berkisar dari sekitar satu ton TNT ke
sekitar 500.000 ton (500 kilotons) dari TNT.
Tipe kedua memproduksi sebagian besar energinya melalui reaksi fusi nuklir .
Senjata jenis ini disebut senjata termonuklir atau bom hidrogen (disingkat sebagai
bom-H), karena tipe ini didasari proses fusi nuklir yang menggabungkan isotop-
isotop hidrogen (deuterium dan tritium). Meski, semua senjata tipe ini
mendapatkan kebanyakan energinya dari proses fisi (termasuk fisi yang dihasilkan
karena induksi neutron dari hasil reaksi fusi.) Tidak seperti tipe senjata fisi,
senjata fusi tidak memiliki batasan besarnya energy yang dapat dihasilkan dari
sebuah sejata termonuklir.
Nuklir sebagai Sumber Energi Listrik Posted on Januari 19, 2008 by Amin Mutohar
Nuklir merupakan istilah yang berhubungan dengan inti atom yang
tersusun atas dua buah partikel fundamental, yaitu proton dan
neutron. Di dalam inti atom terdapat tiga buah interaksi fundamental
yang berperan penting, yaitu gaya nuklir kuat dan gaya
elektromagnetik serta pada jangka waktu yang panjang terdapat gaya
nuklir lemah. Gaya nuklir kuat merupakan interaksi antara partikel
quark dan gluon yang dibahas dalam teori quantum chromodynamics
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 27/33
(QCD) sedangkan gaya nuklir lemah adalah interaksi yang terjadi
dalam skala inti atom seperti peluruhan beta yang dibahas dalam
elecroweak theory .[2]
Energi nuklir dihasilkan di dalam inti atom melalui dua buah jenisreaksi nuklir, yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi. Reaksi fusi adalah suatu
reaksi yang menggabungkan beberapa partikel atomik menjadi sebuah
partikel atomik yang lebih berat. Reaksi fusi dapat menghasilkan
energi yang sangat besar seperti yang terjadi pada bintang. Salah satu
reaksi contoh reaksi fusi adalah penggabungan partikel deuterium (D
atau 2H) dan tritium (T atau 3H) (Gambar 1.a). Langkah pertama,
deuterium dan tritium dipercepat dengan arah yang saling mendekati
pada suhu termonuklir. Penggabungan antara dua buah partikel
tersebut membentuk helium-5 (5He) yang tidak stabil sehingga
mengakibatkan peluruhan. Dalam proses peluruhan ini, sebuahneutron dan partikel helium-4 (4He) terhambur disertai dengan energi
yang sangat besar, yaitu 14,1 MeV untuk penghamburan neutron dan
3,5 MeV untuk penghamburan helium-4. Sampai saat ini, reaksi fusi
belum dapat dirancang oleh manusia karena membutuhkan suhu yang
sangat tinggi. Hal ini menyebabkan pemanfaatan reaksi fusi sebagai
sumber energi listrik belum dapat direalisasikan.
Reaksi nuklir lain yang sudah dapat dimanfaatkan sebagai sumber
energi listrik adalah reaksi fisi. Reaksi fisi merupakan kebalikan dari
reaksi fusi, yaitu reaksi yang membelah suatu partikel atomik menjadi
menjadi beberapa partikel atomik lainnya dan sejumlah energi. Salah
satu contoh dari reaksi fisi adalah reaksi fisi pada partikel uranium-235
(235U) yang ditumbuk oleh sebuah neutron yang bergerak pelan
(Gambar 1.b). Proses penyerapan neutron oleh uranium-235
mengakibatkan terbentuknya partikel uranium-236 (236U) yang tidak
stabil sehingga terbelah menjadi partikel krypton-92 (92Kr), barium-141
(141Br), dan beberapa neutron bebas serta sejumlah energi. Reaksi fisi
dapat berlangsung secara terus menerus yang biasa disebut dengan
reaksi rantai. Dalam reaksi rantai, neutron yang telah terhambur dari
reaksi fisi dapat mengakibatkan terjadinya reaksi fisi lain sama baiknya
dengan reaksi fisi sebelumnya. Energi yang dihasilkan dari reaksi ini
dapat dikonversi menjadi energi listrik pada sebuah pembangkit listrik
tenaga nuklir (PLTN).
Tiga hal menarik yang terjadi pada proses reaksi fisi adalah sebagai
berikut:
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 28/33
• Peluang sebuah atom U-235 menangkap sebuah neutron bernilaisangat tinggi. Dalam sebuah reaktor yang bekerja (dikenaldengan keadaan kritis), sebuah neutron yang terhambur darisetiap reaksi fisi dapat menyebabkan terjadinya reaksi fisi yang
lainnya.• Proses penyerapan dan penghamburan neutron terjadi dengansangat cepat pada orde pikosekon (1×10-12 sekon)
• Jumlah energi yang dihasilkan berupa panas dan radiasi gammaluar biasa besar pada sebuah reaksi fisi yang terjadi. Dalamreaksi ini terbentuk beberapa produk fisi dan neutron denganmassa total yang lebih ringan dari partikel U-235 pada awalreaksi. Perbedaan massa ini diubah menjadi energi dengan nilaiyang dirumuskan dalam E = mc2. Dalam satu kali peluruhanatom U-235 bisa dihasilkan energi sebesar 200 MeV (1 eV =1,6.10-19 joule). U-235 dapat bekerja dalam sebuah sampeluranium yang diperkaya menjadi 2 sampai 3 persen. Pada
senjata nuklir, komposisi U-235 mencapai 90 persen atau lebihdari sebuah sampel uranium.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) menyediakan sekitar 17 persen
dari total tenaga listrik dunia. Beberapa negara membutuhkan tenaga
nuklir yang lebih besat dari negara lain. Di Prancis, menurut
International Atomic Energy Agency (IAEA), 75 persen tenaga listriknya
dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jumlah pembangkit tenaga listrik di
dunia diperkirakan lebih dari 400 buah dengan 100 buah diantaranyaberada di Amerika Serikat.[3]
Pada PLTN, bahan bakar sebuah reaktor nuklir berupa uranium.
Uranium merupakan salah satu hasil tambang yang terdapat di bumi.
Uranium-238 (U-238) mempunyai waktu paruh yang sangat lama (4,5
milyar tahun) dengan komposisi 99 persen dari total uranium yang ada
di bumi. Komposisi lainnya, U-235 mempunyai sekitar 0,7 persen dan
U-234 jauh lebih rendah yang dibentuk melalui proses peluruhan U-238
(U-238 melalui beberapa tahap peluruhan alpha dan beta untuk
membentuk isotop yang lebih stabil dan U-234 adalah salah satu hasil
dari mata rantai dari peluruhan ini).
(2)
Dalam sebuah reaktor nuklir (Gambar 2), butiran uranium yang sudah
diperkaya disusun dalam sebuah balok dan dikumpulkan ke dalam
bundelan (reactor ). Bundelan tersebut direndam dalam air pada
sebuah bejana tekan. Air tersebut digunakan sebagai sebuah
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 29/33
pendingin. Bundelan uranium yang digunakan pada reaktor nuklir
berada dalam keadaan superkritis. Hal ini dapat menyebabkan
uranium menjadi panas dan meleleh dengan mudah. Untuk
mencegahnya, sebuah balok kontrol (control rods) dibuat dengan
bahan yang menyerap neutron. Balok kontrol dimasukkan kedalambundelan uranium dengan menggunakan sebuah mekaninisme yang
dapat mengangkat atau menurunkan balok kontrol tersebut.
Pengangkatan dan penurunan balok kontrol menerima perintah
seorang operator untuk mengatur jumlah reaksi nuklir. Ketika seorang
operator menginginkan inti uranium untuk menghasilkan panas yang
lebih, balok kontrol dinaikkan dari bundelan uranium. Sebaliknya, jika
ingin panas berkurang maka balok kontrol harus diturunkan. Balok
kontrol dapat diturunkan hingga komplit untuk menghentikan reaktor
nuklir jika terjadi kasus kecelakaan atau penggantian bahan bakar.
Bundelan uranium digunakan sebagai sumber energi panas yang
sangat tinggi. Panas ini dapat mengubah air menjadi uap air. Uap air
ini digunakan untuk menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar
rotor pada generator. Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor
dikonversi menjadi tenaga listrik. Dalam beberapa reaktor, uap air
akan melalui tahap kedua sebagai pengubah panas medium untuk
mengubah air menjadi uap air yang menggerakkan turbin. Keuntungan
dari desain ini adalah air atau uap air yang tercemar bahan radioaktif
tidak akan mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida
pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa gas (karbondioksida) atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini
menerima inti uranium untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.
Ketidakberuntungan dalam PLTN dapat membuat masalah yang besar
diantaranya:
• Penambangan dan pemurnian uranium, berdasarkan sejarah,tidak mempunyai proses yang cukup bersih.
• Penggunaan PLTN yang tidak tepat dapat menimbulkan masalahyang besar. Tragedi Chernobyl dapat digunakan sebagai contohyang tepat. Chernoyl didesain dengan seadanya dandioperasikan dengan tidak tepat sehingga mengakibtakanskenario kasus yang paling buruk. Beberapa ton debu radioaktif terhambur ke atmosfer dalam tragedy ini.
• Limbah PLTN merupakan racun yang dapat bertahan dalamratusan tahun dan hal ini tidak aman jika tidak digunakanfasilitas penyimpanan yang permanent untuk ini.
• Transportasi bahan bakar nuklir dari dan ke PLTN mempunyaibeberapa resiko tetapi selama ini track record di Amerika Serikatmenunjukkan hasil yang sangat baik.
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 30/33
Plus Minus Energi Nuklir
Kategori: Energi - Dibaca: 160 kali | Komentar: 0
Selasa, 08 November 2011 - 20:51:27 WIB
Pada saat ini sumber energi utama yang biasa kita gunakan adalah energi minyak
bumi. Tapi akhir-akhir ini sumber energi minyak bumi sudah mulai berkurang
karena konsumsi yang sangat tinggi. Ditambah lagi minyak bumi adalah sumber
energi yang tidak dapat diperbaharui. Hal ini membuat kita harus mencari sumber
energi alternatif lain yang bisa kita pakai.
Dari beberapa energi baru yang ditemukan, energi yang patut diperhitungkan
adalah energi nuklir. Meski dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat besar,
tidak dapat dipungkiri bahwa energi nuklir adalah salah satu alternatif sumber
energi yang layak diperhitungkan.
Energi nuklir memiliki sejarah panjang dan semuanya dimulai dengan penemuan
zat radioaktif pada akhir abad ke-19. unsur kimia tertentu seperti Uranium,
Plutonium, Radium dan Polonium ditemukan untuk memancarkan radiasi pengion
tertentu, yang kemudian diklasifikasikan menjadi sinar Alpha (inti Helium), sinar
Beta,dll.
Reaktor nuklir yang pertama kali membangkitkan listrik adalah stasiun
pembangkit percobaan EBR-I pada 20 Desember 1951 di dekat Arco, Idaho,
Amerika Serikat. Pada 27 Juni 1954, PLTN pertama dunia yang menghasilkan
listrik untuk jaringan listrik (power grid) mulai beroperasi di Obninsk, Uni Soviet.
PLTN skala komersil pertama adalah Calder Hall di Inggris yang dibuka pada 17
Oktober 1956.
Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang berkisar tentang penggunaan
energi nuklir dalam bentuk bom nuklir dan bayangan buruk tentang musibah
hancurnya reaktor nuklir di Chernobyl. Isu-isu ini telah membentuk bayangan buruk dan menakutkan tentang nuklir dan pengembangannya. Padahal,
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 31/33
pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan terkendali atas energi nuklir
dapat meningkatkan taraf hidup sekaligus memberikan solusi atas masalah
kelangkaan energi.
Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam mekanisme,yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti melalui
reaksi fusi.
Reaksi Fusi
Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom
baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. 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 bintangdi alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak
terkendali.
Reaksi Fisi
Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom
lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta
radiasi elektromagnetik.
Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaganuklir.
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil
uranium dan plutonium.
Selanjutnya reaktor daya fissi dikelompokkan lagi menjadi:
Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-
moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi atau
dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat
thermal) oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai.
Hal ini berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang
lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi
fissi.
Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan
moderator neutron. Karena reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang
berbeda dengan reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak
perlu dilambatkan guna menjamin reaksi fissi tetap berlangsung. Boleh dikatakan,
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 32/33
bahwa reaktor thermal menggunakan neutron thermal dan reaktor cepat
menggunakan neutron cepat dalam proses reaksi fissi masing-masing.
Reaktor subkritis menggunakan sumber neutron luar ketimbang menggunakan
reaksi berantai untuk menghasilkan reaksi fissi. Hingga 2004 hal ini hanya berupakonsep teori saja, dan tidak ada purwarupa yang diusulkan atau dibangun untuk
menghasilkan listrik, meskipun beberapa laboratorium mendemonstrasikan dan
beberapa uji kelayakan sudah dilaksanakan.
Meski reaktor nuklir generasi awal berjenis reaktor cepat, tetapi perkembangan
reaktor nuklir jenis ini kalah dibandingkan dengan reaktor thermal.
Keuntungan reaktor cepat diantaranya adalah siklus bahan bakar nuklir yang
dimilikinya dapat menggunakan semua uranium yang terdapat dalam urainum
alam, dan juga dapat mentransmutasikan radioisotop yang tergantung di dalam
limbahnya menjadi material luruh cepat. Dengan alasan ini, sebenarnya reaktor cepat secara inheren lebih menjamin kelangsungan ketersedian energi ketimbang
reaktor thermal. Lihat juga reaktor fast breeder. Karena sebagian besar reaktor
cepat digunakan untuk menghasilkan plutonium, maka reaktor jenis ini terkait erat
dengan proliferasi nuklir.
Lebih dari 20 purwarupa (prototype) reaktor cepat sudah dibangun di Amerika
Serikat, Inggris, Uni Sovyet, Perancis, Jerman, Jepang, India, dan hingga 2004.
Berikut beberapa reaktor cepat di dunia yang masih beroprasi hingga saat ini :
Phénix, 250 MWe, Perancis, dibangun tahun 1973.
BN-600, 600 MWe, USSR/Russia, dibangun tahun 1980.
FBTR, 13.2 MWe, India, dibangun tahun 1985.
Monju, 300 MWe, Jepang, dibangun tahun 1994.
PFBR, 500 MWe, India, dibangun tahun 1998.
Keuntungan Menggunakan PLTN :
Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal).
Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon
monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau
asap fotokimia
Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).
Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan
5/12/2018 fusi-fisi - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/fusi-fisi-55a35a66cae89 33/33
Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan
bakar yang diperlukan
Kekurangan Menggunakan PLTN :
Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan
Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building)
Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan
hingga ribuan tahun.