MAKALAH KIMIA INTI REAKSI INTI (TRANSFORMASI INTI)

Transkripsi

1 MAKALAH KIMIA INTI REAKSI INTI (TRANSFORMASI INTI) DISUSUN OLEH: KELOMPOK VIII RINI ALFIAH AS (RSA1C114011) RIRIN EKA YULIANA (RSA1C114012) DOSEN PEMBIMBING: Prof. Dr. rer. nat. ASRIAL, M. Si PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS JAMBI 2016

2 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb. Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberi kami rahmat dan karunia-nya sehingga kami mampu menyelesaikan makalah ini dengan baik. Shalawat serta salam semoga terlimpah kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat, tabi in, dan segenap umatnya hingga akhir zaman. Makalah yang kami susun ini berjudul Reaksi Inti (Transformasi Inti). Makalah ini kami susun dalam rangka memenuhi tugas kelompok mata kuliah Kimia Inti Semester 4. Pada kesempatan ini, kami mengucapkan terima kasih kepada: 1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberi Rahmat-Nya dalam pembuatan makalah ini. 2. Dosen pengampu mata kuliah Kimia Inti, Bapak Prof. Dr. rer.nat. Asrial, M.Si 3. Kedua orang tua yang telah memberi motivasi serta doa-doanya. 4. Serta teman-teman yang telah memberi bantuan berupa moril maupun materil. Kami menyadari dalam penyusunan makalah ini masih jauh dari sempuna. Maka dari itu, kritik dan saran anda sangat kami nantikan. Terima kasih atas segala partisipasi semua pihak yang mendukung tersusunnya makalah ini. Atas segala kekurangan dan kesalahannya kami mohon maaf. Wassalamu alaikum Wr.wb Jambi, 19 April 2016 Penyusun 1 R e a k s i I n t i

3 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan...2 BAB II PEMBAHASAN Pengertian dan Klasifikasi Reaksi Inti Pengertian Energi Reaksi Inti, Perbedaan Reaksi Kimia dan Reaksi Inti Pengertian Cross Section dan Fungsi Eksitasi Reaksi Inti Mekanisme Reaksi Inti...18 BAB III PENUTUP Kesimpulan...21 DAFTAR PUSTAKA R e a k s i I n t i

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kebutuhan akan energi bertambah semakin cepat dari tahun ke tahun, sementara sumber yang dapat langsung untuk digunakan untuk kebutuhan tertentu semakin terbatas.meskipun energi yang bersumber pada radiasi matahari (energi surya) sangat berlimpahtetapi sejauh ini belum dapat pemanfaatannya masih belum dapat optimal. Secara ekonomisperalatan yang diperlukan untuk mengkonversi energi surya masih relatif mahaldibandingkan sumber-sumber energi yang bersumber pada minyak dan gas bumi serta batubara. Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yangmenggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, sangat efisien, bersih dari polusi, tidakakan menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif yangmerisaukan seperti pada reaktor fisi nuklir. Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial. Prototipreaktor-reaktor fusi saat ini masih dalam tahap eksperimentasi pada beberapa laboratorium diusa dan di beberapa negara maju lainnya. Suatu konsorsium dari USA, rusia, Eropa danjepang telah mengajukan pembangunan suatu reaktor fusi yang disebut InternationalThermonuclear Experimental Reactor (ITER) di Cadarache (Perancis) untuk mengujikelayakan dan keberlanjutan penggunaan reaksi fusi untuk menghasilkan energi listrik. Reaktor-reaktor nuklir yang saat ini dioperasikan untuk menghasilkan energi (listrik)merupakan reaktor fisi nuklir. Dalam reaktor fisi nuklir energi diperoleh dari pemecahan satuatom menjadi dua atom. Dalam reaktor-reaktor fisi nuklir konvensional, neutron lambat yangmenumbuk inti atom bahan bakar (umumnya Uranium) menghasilkan inti atom baru yangsangat tidak stabil dan hampir seketika pecah menjadi dua bagian (inti) dan sejumlah neutrondan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan sampah radioaktif denganwaktu paruh yang sangat panjang sehingga menimbulkan masalah 1 R e a k s i I n t i

5 baru pada lingkungan. Dalam reaksi fusi nuklir dua inti atom ringan bergabung menjadi satu inti baru. Dalamsuatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium, deuterium, dan tritium) bergabungmenjadi inti atom helium dan netron serta sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenisdengan reaksi yang terjadi di dalam inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih, lebih aman. lebih efisien dan menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah dibandingkan denganreaksi fisi nuklir. 1.2 Rumusan Masalah a. Apa yang dimaksud dengan reaksi inti, klasifikasi reaksi inti? b. Apa yang dimaksud energi reaksi inti dan perbedaan reaksi inti dengan reaksi kimia biasa? c. Apa pengertian Cross Section dan fungsi dari eksitasi reaksi inti? d. Bagaimana mekanisme reaksi inti? 1.3 Tujuan Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan diatas, maka tujuan penulisan yang ingin dicapai adalah sebagai berikut : a. Untuk mengetahui apa itu reaksi inti, klasifikasi reaksi inti b. Untuk mengetahui apa itu energi reaksi inti perbedaan reaksi inti dengan reaksi kimia biasa c. Untuk mengetahui apa itu cross section dan fungsi dari eksitasi reaksi inti d. Untuk mengetahui mekanisme reaksi inti 2 R e a k s i I n t i

6 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Reaksi Inti dan Klasifikasi Reaksi Inti A. Pengertian Reaksi Inti Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga berubah menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat besar.agar terjadi reaksi inti diperlukan partikel lain untuk menggoyahkan kesetimbangan inti atom sehingga kesetimbangan inti terganggu. Akibatnya inti akan terpecah menjadi dua inti yang baru. Partikel yang digunakan untuk mengganggu kesetimbangan inti yaitu partikel proton atau neutron. Di mana partikel proton atau neutron yang berenergi ditembakkan pada inti target sehingga setelah reaksi terjadi akan terbentuk inti atom yang baru disertai terbentuknya partikel yang baru. Inti target dapat merupakan inti atom yang stabil, sehingga setelah terjadi reaksi menyebabkan inti atom menjadi inti yang tidak stabil yang kemudian disebut isotop radioaktif. Jadi reaksi inti dapat juga bertujuan untuk mendapatkan isotop radioaktif yang berasal dari inti stabil. Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pada dasarnya reaksi inti ini terjadi karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru). Secara skematik reaksi inti dapat digambarkan : atau Keterangan : X : nuklida sasaran Y : radionuklida hasil reaksi inti 3 R e a k s i I n t i

7 a : partikel penembak b : partikel hasil reaksi inti X adalah inti awal, Y inti akhir, sedang a dan b masing-masing adalah partikel datang dan yang dipancarkan. Apabila suatu partikel α ditembakkan pada inti X, maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi, yakni hamburan elastik, hamburan inelastik dan reaksi inti. Para ahli banyak menggunakan reaksi inti ini untuk tujuan analisis kualitatif dan kuantitatif dalam suatu penelitian, misalnya AAN (Aktivasi Neutron). Hukum-hukum yang berlaku pada reaksi inti adalah: 1. Hukum kekekalam momentum, yaitu: jumlah momentum sebelum dan setelah tumbukan adalah sama. 2. Humum kekekalan energi, yaitu: jumlah energi sebelum dan setelah tumbukan adalah sama. 3. Hukum kekekalan nomor atom, yaitu: jumlah nomor atom sebelum dan setelah tumbukan adalah sama. maka R + S = T + U 4. Hukum kekekalan nomor massa, yaitu: jumlah momentum sebelum dan setelah tumbukan adalah sama. maka M + N = O + P Contoh reaksi inti antara lain adalah 14 7N He 17 8O + 1 1H yaitu inti atom Nitrogen ditembak dengan partikel (2He4) menjadi inti atom Oksigen dengan disertai timbulnya proton (1H1), inti atom oksigen yang terbentuk bersifat radioaktif. Dalam reaksi inti berlaku beberapa hukum kekekalan, antara lain: 1. Hukum kekekalam muatan Z = tetap 2. Hukum kekekalan massa dan energi MA.C2 + ma.c2 + Ka = MB.C2 + Mb.C2 + Kb + Kb Dimana MA.C2 + ma.c2 = MB.C2 + Mb.C2 + Q Q = energi reaksi 4 R e a k s i I n t i

8 = KB + Kb Ka (Energi kinetik) Bila Q > 0 reaksi ekso energi Q < 0 reaksi endo energi 3. Hukum kekekalan nomor massa A = tetap 4. Hukum kekekalan momentum sudut inti I = tetap 5. Hukum kekekalan paritas = tetap 6. Hukum kekekalan momentum linier P = tetap Partikel yang digunakan untuk menembaki inti-inti radioaktif agar terjadi reaksi nuklir adalah partikel α, partikel β, sinar γ, netron, proton dan deuteron. Pada peristiwa reaksi nuklir, inti yang ditembaki akan berubah menjadi inti yang lain disertai pelepasan partikel lain dan energi. Besarnya energi yang terbentuk pada peristiwa reaksi sama dengan selisih massa mula-mula dengan massa akhir. B. Klasifikasi Reaksi Inti Reaksi inti dapat digolongkan dengan beberapa cara, tergantung pada keadaan yaitu sebagai berikut: 1. Klasifikasi reaksi inti menurut partikel penembak Menurut klasifikasi ini dapat digolongkan dalam beberapa golongan, yakni: a. Reaksi partikel bermuatan Termasuk reaksi ini adalah reaksi p, d, α, C12, O16. b. Reaksi netron 5 R e a k s i I n t i

9 Partikel yang ditembakkan adalah netron c. Reaksi foto nuklir Partikel yang ditembakkan adalah foton (sinar gamma) d. Reaksi elektron Partikel yang ditembakkan adalah elektron 2. Klasifikasi reaksi inti menurut energi partikel penembak a. Untuk reaksi netron, energi netron penembak dapat digolongkan dalam empat golongan, yaitu: Netron termik dengan energi datang ~ 1/40 ev Netron epitermik dengan energi datang ~ 1 ev Netron datang dengan energi datang ~ 1 kev Netron cepat dengan energi datang 0,1 10 MeV b. Untuk reaksi partikel bermuatan, partikel penembak digolongkan sebagai berikut: Partikel berenergi rendah : 0,1 10 MeV Partikel berenergi tinggi : MeV Dikenal ada tiga macam reaksi inti, yaitu reaksi penembakan dengan partikel (peluruhan), reaksi tranmutasi inti, dan reaksi penghasil energy (reaksi fisi, dan reaksi fusi). 1. Reaksi Peluruhan Reaksi Peluruhan berjalan dengan spontan dan exoergik (melepas energi). Pada reaksi peluruhan terjadi perubahan inti tidak stabil menjadi inti stabil. Contoh : Ra Rn + α 2. Reaksi Transmutasi Inti 6 R e a k s i I n t i

10 Pada reaksi transmutasi inti, suatu inti menyerap suatu partikel dan berubah menjadi inti lain dengan memancarkan suatu radiasi. Suatu cara untuk menyerdahanakan penamaan reaksi inti hanyalah dengan menyebutkan (a,b) pada inti sasaran. Jadi, untuk reaksi 35Cl (n,p) 35S, disebut reaksi (n,p) pada 35Cl. Berdasarkan sifat-sifat dari a dan b maka reaksi-reaksi inti dibedakan ke dalam beberapa jenis seperti diuraikan berikut ini. a. Hamburan Elastis pada penembakan inti, dimana hasilnya a = b dan X = Y, disebut peristiwa hamburan elastis. Partikel penembak menumbuk inti sasaran, ia kehilangan sebagian energi kinetiknya, yang dialihkan paad inti sasaran. Tidak terjadi perubahan energi potensial total, dan energi kinetiknya kekal. Hamburan elastik digunakan dalam perlambatan neutron cepat oleh moderator di dalam reaktor nuklir. b. Hamburan Inelastik Suatu proses penghamburan dianggap inelastik jika sebagian energi kinetik partikel misil digunakan untuk menaikkan energi potensial inti asasaran,antara lain berupa eksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi. Dalam kasus ini energi kinetik sistem tidak kekal. Contoh : 107Ag (n,n)107mag 107Ag 44,3 detik c. Reaksi Photonuklir Reaksi-reaksi inti yang diinduksi oleh sinar-x atau photon g berenergi tinggi (>1 MeV) dipandang sebagai reaksi-reaksi photonuklir. Dalam reaksi ini a = g dan b lebih sering adalah n atau p dan bila menggunakan photon dengan energi sangat tinggi maka b kemungkinan besar adalah d, t atau a atau bahkan campuran partikel-partikel. 7 R e a k s i I n t i

11 d. Tangkapan Radioaktif Bila partikel misil diserap oleh inti sasaran, inti sasaran tereksitasi yang kemudian memancarkan radiasi satu atau lebih photon gamma (g). Reaksi yang paling umum adalah (n, g), dimana hasilnya adalah isotop dari inti sasaran yang massanya satu satuan massa lebih besar. Contoh : 23Na (n, g) 24Na, 31P (n, g) 32P, 179Au (n, g) 180Au Selain reaksi (n, g) ada pula reaksi (p, g), tetapi disini inti hasilnya bukan isotop dari inti sasaran. Contoh : 19F (p, g) 20Ne, 27Al (p, g) 28Si Selain reaksi (n, ) ada pula reaksi (p, ), tetapi disini inti hasilnya bukan isotop dari inti sasaran. Contoh : 19F (p, ) 20Ne, 27Al (p, ) 28Si Reaksi inti jenis lain meliputi reaksi (n,p), (p,n), (n, ), (,n), d,p), (d,n), (,t). 3. Reaksi Penghasil Energi a. Reaksi Fisi (pembelahan) Reaksi fisi adalah reaksi yang terjadi pada inti berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel (umumnya neutron) kemudian membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan. Neutron lebih mudah diserap oleh inti karena neutron tidak bermuatan, sehingga neutron tersebut tidak mengalami gaya Coulomb yang bersifat menolak ketika neutron mendekati permukaan inti. Karena inti berat tidak stabil dibandingkan produknya, proses ini melepaskan banyak energi. 8 R e a k s i I n t i

12 Reaksi fisi inti yang dikaji pertama kali ialah pembombardiran uranium- 235 dengan neutron lambat, yang kecepatannya sebanding dengan kecepatan molekul udara pada suhu kamar. Pada kondisi ini, uranium-235 mengalami fisi U n 90 38Sr Xe n Beberapa contoh reaksi pembelahan inti : 92 U n1 40 Zr Tl n 92 U n1 42 Mo Sn n 92 U n1 56 R Kr n 92 U n1 36 Kr Ce n 92 U n1 47 Ag Ag n Pada setiap pembelahan inti selalu dihasilkan energy sekitar 200MeV. Neutron yang dihasilkan dari reaksi pembelahan pertama dapat digunakan untuk menembak inti pada reaksi-reaksi pmbelahan selanjutnya, sehingga dapat terjadi 9 R e a k s i I n t i

13 reaksi pembelahan inti secara berantai. Energy yag dihasilkan pada pembelahan 235 gram 235Uekivalen dengan energy yang dihasilkan pada pembakaran 500 ton batubara. Reaksi fisi memiliki teori mengenai pembelahan inti yang digunakan oleh Lise Meitner Otto Frisch dan Bohr Wheeler pada tahun Teori tersebut dikembangkan berdasarkan model tetes cairan dengan memperhatikan. a. Gaya-gaya yang bekerja dan berpengaruh terhadap bentuk inti dalam keadaan tereksitasi b. Energi yang mendorong pembelahan inti dan energi pengikat yang menghalangi pembelahan inti Penjelasan mengenai kedua hal tersebut dikemukakan sebagai berikut: a) Distorsi bentuk inti dalam keadaan tereksitasi Bentuk inti ditentukan oleh gaya yang berlawanan yaitu: gaya tegangan permukaan yang cenderung mempertahankan bentuk sferik bola (agar luas permukaan minimum) dan gaya coulomb yang cenderung mengarah ke bentuk terdistorsi karena gaya tolak menolak antar proton. Bila suatu inti tereksitasi karena menangkap neutron atau karena sebab lain, ia berisolasi dan menghasilkan bentuk-bentuk terdiatorsi secara periodik. Jika energi eksitasi tidak cukup memadai maka proses deeksitasi melalui pemancaran partikel alfa, dengan proses ini inti kembali terbentuk sferik. Sedangkan bila energy eksitasi cukup memadai, derajat distorsi meningkat dari bentuk ellipsoid menjdai bentuk yang menyempit ditengah sampai pada keadaan deformasi kritis, inti pecah menjadi dua fragmen yang masing-masing membentuk sferik bola kembali disertai dengan pelepasan beberapa neutron. Teori Bohr Wheeler mengungkapkan energi potensial inti sebagai suatu fungsi deformasi pada setiap tahap proses pembelahan dinyatakan sebagai r, parameter jarak pisah pusat massa kedua fragmen belahan. b) Energetika pembelahan inti 10 R e a k s i I n t i

14 Pembelahan inti A ZM menjadi fragment A 1 Z 1M 1 dan A 2 Z 2M 2, secara energetika, kebolehjadiannya diperhitungkan dari dua jenis energy yang saling berlawanan yaitu energy yang mendorong pembelahan, Ef, dan energy yang menghalangi pembelahan Eb. Pada reaksi fisi, inti atom menangkap netron dan menghasilkan keadaan inti yang sangat labil dan dalam waktu yang singkat inti tersebut akan membelah menjadi belahan inti utama disertai munculnya dua atau tiga netron-netron baru. Ukuran dari kedua pecahan hasil reaksi tidak tetap, dengan kemungkinan terbesar pecahan yang satu memiliki nomor massa sekitar 90 dan yang lain sekitar 140. Energi yang dibebaskan dalam fisi, sebagian besar akan berubah menjadi energi kinetik dari kedua pecahan itu yaitu sekitar 80 persen, sedangkan yang 20 persen muncul dalam bentuk peluruhan (beta dan gamma) serta energi kinetik sejumlah netron yang terpancar pada proses fisi. Sebagai contoh pada peluruhan Uranium yang sering terjadi adalah: Salah satu contoh peluruhan Uranium gambar. yang ditampilkan dalam bentuk Reaksi Fisi berantai dapat terjadi dengan menggunakan neutron dari suatu proses fisi untuk menginisiasi proses fisi selanjutnya. Pada tahun 1942 Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol. Untuk bom nuklir, memerlukan lebih dari satu neutron dari peristiwa fisi pertama yang menyebabkan peristiwa kedua (1 g U dapatmelepaskan energi sama dengan sekitar20000 ton 11 R e a k s i I n t i

15 TNT). Untuk pembangkit daya nuklir, memerlukan satu neutron yang menyebabkan peristiwa kedua. Reaksi fisi berantai ada 2 yaitu reaksi berantai tak terkendali (contoh:bom atom) dan reaksi berantai terkendali (contoh:reaktor atom) 1) Reaksi berantai tak terkendali dapat menghasilkan energi yang sangat besar. Untuk satu pembelahan inti rata-rata energi yang dibebaskan 208 MeV. Reaksi berantai tak terkendali terjadi ketika neutron yang dihasilkan (rata-rata 2,5 neutron) dari setiap pembelahan inti menumbuk inti lain dan proses ini berlanggsung terus-menerus, energi yang terlepas akan terjadi sangat cepat sehingga terjadi ledakan (seperti dalam bom atomik). 2) Reaksi Berantai Terkendali, Reaksi berantai terkendali dilakukan dengan cara membatasi jumlah neutron yang membelah inti dalam lingkungan inti atau mengkondisikan tiap pembelahan inti menyumbang hanya satu neutron yang akan menyebabkan pembelahan satu inti lainnya. 12 R e a k s i I n t i

16 Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang hampir setara, dan melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap oleh inti lainnya yang tidak stabil inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai. Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain disimbolkan dengan k, maka nilai k yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi melepaskan lebih banyak neutron dari pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis. Ketika neutron ditangkap oleh inti atom yang cocok, fisi akan terjadi dengan segera, atau inti atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang singkat.neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya dengan penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat reaktor nuklir dibangun. Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti atom, mereka harus diperlambat, umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti dari pengendali neutron sebelum akhirnya mereka bisa dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk menghasilkan listrik. 13 R e a k s i I n t i

17 Energi total setiap kali fisi untuk satu neutron menembak satu kali adalah sekitar 200 MeV. Dari reaksi fisi telah ditemukan lebih dari 200 isotop dari 35 cara sebagai hasil pembelahan uranium-235. Ditinjau dari sudut kestabilan inti, hasil pembelahan mengandung banyak proton. Dari reaksi pembelahan inti dapat dilihat bahwa setiap pembelahan inti oleh satu neutron menghasilkan dua sampai empat neutron. Setelah satu atom uranium-235 mengalami pembelahan, neutron hasil pembelahan dapat digunakan untuk pembelahan atom uranium-235 yang lain dan seterusnya sehingga dapat menghasilkan reaksi rantai. Bahan pembelahan ini harus cukup besar sehingga neutron yang dihasilkan dapat tertahan dalam cuplikan itu. Jika cuplikan terlampau kecil, neutron akan keluar sehingga tidak terjadi reaksi rantai. Suatu penerapan fisi inti adalah pembangkitan listrik menggunakan kalor yang dihasilkan dari reaksi rantai terbatas yang dilakukan dalam suatu reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah suatu tempat dimana reaksi pembelahan (fision) nuklida terjadi secara terkendaliberlangsung. Reaktor nuklir ini dapat dimanfaatkan energi nuklir sehingga disebut reaktor termal. Energi yang dihasilkan sangat besar, dalam tersebut diahasilkan neutron baru yang akan menumbuk inti atom sisa sehingga terjadi reaksi inti berantai yang dapat menghasilkan energi yang sangat besar, misal reaksi fisi pada bom nuklir. 14 R e a k s i I n t i

18 n + U-235 -> Ba Kr n MeV n + U-235 -> Ba Kr n MeV n + U-235 -> Zr-94 + Te n MeV n + U-235 -> Zr-94 + La n MeV b. Reaksi Fusi (penggabungan) Reaksi fusi(reaksitermonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi.. Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi lebih besar daripada energy yang dihasikan reaksi fisi dari unsur berat dengan massa yang sama. 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.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. Perhatikan reaksi fusi dengan bahan dasar antara deuterium dan litium berikut. Reaksi-reaksi fusi biasanya terjadi pada suhu sekitar 100 juta derajat celsius. Pada suhu ini terdapat plasma dari inti dan elektron. Reaksi fusi yang terjadi pada suhu tinggi ini disebut reaksi termonuklir. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. 15 R e a k s i I n t i

19 Reaksi fusi adalah reaksi yang belum bisa dibuat karena diperlukan wadah yang tahan terhadap suhu mencapai ~107oK. Pada suhu tersebut atom-atom akan terionisasi membentuk keadaan yang dinamakan plasma. Sebenarnya reaksi fusi merupakan sumber energi karena pada reaksi tersebut dihasilkan energi yang besar sekali. Seperti reaksi yang terjadi pada matahari dan bintang-bintang. 2. Reaksi fusi nuklir pada bom hidrogen Bahan baku bom hidrogen adalah inti deuterium dan tritium yang akan bergabung membentuk inti helium sambil membebaskan energi yang sangat besar. Untuk menggabungkan inti-inti tersebut diperlukan suhu yang sangat tinggi yang diperoleh dari ledakan atom biasa yang dihasilkan dari reaksi fisi sebagai pemicu berlanggsungnya reaksi fusi bom hidrogen yang akan menghasilkan ledakan bom yang lebih dahsyat. Persamaan reaksi fusi untuk bom hidrogen dapat ditulis: H H He n 17, 6MeV R e a k s i I n t i

20 Energi yang dihasilkan terbentuk melalui dua jenis reaksi, yaitu melalui daur proton-proton dan daur carbon yang masing-masing menghasilkan energi sekitar 25 MeV dan 28 MeV. a. Daur proton-proton Gambar. Reaksi daur proton b. Daur Carbon 17 R e a k s i I n t i

21 Gambar. Reaksi daur carbon Dasar bagi penelitian pemakaian fusi inti untuk produksi energi adalah perilaku yang diperlihatkan jika dua inti ringan bergabung atau berfusi membentuk inti yang lebih besar dan lebih stabil, banyak energi yang akan dilepas selama prosesnya. Fusi inti yang terus-menerus terjadi di matahari yang terutama tersusun atas hidrogen dan helium. Produk yang dihasilkan dari reaksi fusi tidak bersifat radioaktif sehingga lebih aman penggunaannya. Saat ini mulai dilakukan pengembangan pembuatan 18 R e a k s i I n t i

22 unsur-unsur yang lebih berat dari Uranium sebagai bahan bakar reaktor atom. Pada umumnya digunakan Uranium 235. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir. Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium). Reaksi fusi deuterium-tritium (D-T) dipertimbangkan sebagai proses yang paling menjanjikan dalam memproduksi tenaga fusi. ( physics/radioaktifitas/unnes) 2.2 Energi Reaksi Inti, Perbedaan Reaksi Inti dan Reaksi Kimia A. Energi Reaksi Inti Energi reaksi inti yang timbul diperoleh dari penyusutan massa inti, yaitu perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi. Suatu reaksi inti membutuhkan penggunaan kesetaraan massa dan energi yang dirumuskan oleh Albert Einstein E = mc2 Bila massa nuklida yang tepat diketahui, kita dapat menghitung energi reaksi inti dengan menggunakan rumus diatas. Lambang m menyatakan perubahan massa bersih (dalam satuan kg), sedangkan c adalah kecepatan cahaya(dalam meter/detik). Energi E dinyatakan dalam Joule. Apabila semua massa inti atom dinyatakan dalam sma (satuan massa atom), maka energi total yang dimiliki massa sebesar 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV (1 sma = 1, kg, c = m/s dan 1 ev = Joule) Dalam reaksi inti, energi seringkali dilepaskan atau diserap. Suatu reaksi melepas energi berarti energi kinetik partikel-partikel setelah reaski lebih besar dari energi kinetik partikel-partikel sebelum reaski. Penambahan energi ini datang dari pengubahan energi diam menjadi energi kinetik. Jumlah energi yang dilepas diukur oleh nilai Q reaksi inti, yang didefinisikan sebagi selisih antara energi kinetik akhir dan awal. 19 R e a k s i I n t i

23 saja : Dalam sistem laboratorium, energi kinetik total timbul dari partikel datang Klab = 1 2 m A V 2 (energi kinetik dalam sistem lempengan) Dalam sistem pusat massa, kedua partikel bergerak dan memberikan kontribusi pada energi kinetik total. Kcm = ½ ma (v-v)2 + ½ mb V2 = ½ mav2 - ½ (ma mb) V2 = K - ½ (ma - mb) V2 = m B m m A B K lab (energi kinetik dalam sistem pusat massa) Energi kinetik total partikel relatif terhadap pusat massanya ialah energi kinetik total dalam sistem laboratorium dikurangi energi kinetik ½ (ma + mb)v2 dari pusat massa yang bergerak. Jadi dapat dianggap bahwa Kcm sebagai energi kinetik gerak relatif partikel itu. Jika partikel bertumbukan, energi kinetik maksimum yang dapat berubah menjadi energi eksitasi dari inti majemuk yang terjadi dengan tetap mempertahankan kekekalan momentum ialah Kcm yanng lebih kecil dari Klab. Harga Q suatu reaksi nuklir : Q = [(ma + mb) - (mc + md)] c2 = [(ma + mb mc md)]c2 Jika Q merupakan kuantitas positif, energi dilepaskan oleh reaksi itu. Jika Q kuantitas negatif energi kinetik dalam sistem pusat massa cukup besar harus diberikan oleh partikel-partikel yang bereaksi sehingga Kcm + Q 0 20 R e a k s i I n t i

24 B.Perbedaan Reaksi Inti dan Reaksi Kimia Reaksi inti berbeda dengan reaksi kimia. Dikarenakan reaksi tersebut terjadi pada tingkatan inti atom (nukleus) bukannya atom secara keseluruhan. Seperti yang pernah dibahas pada tulisan saya sebelumnya, bahwa energi Kimia dan Energi Atom, sama sama berasal dari atom, namun perbedaanya energi kimia yang dihasilkan dari tiap tiap pembakaran sebuah batu bara dan minyak bumi misalnya, akan menghasilkan penyusunan kembali (rearrangement) atom yang disebabkan oleh redistrisbusi elektron. Sedangkan di sisi lain, energi atom dihasilkan dari redistribusi partikel dengan inti atom (atomic nuclei). Karena itulah untuk menghindari kerancuan sering digunakan istilah Energi Nuklir daripada istilah energi atom. Dalam kondisi laboratorium yang sesuai, inti atom bisa dibuat dari inti atom yang lain terutama untuk unsur unsur yang memiliki nomer atom yang paling kecil yakni inti hidrogen ( identik dengan proton), inti deuterium (deuterons) dan inti helium ( partikel alfa). Reaksi Inti atom bisa bisa terjadi jika inti atom berinteraksi dengan neutron, elektron dan sinar gamma. Namun pada temperatur biasa, laju reaksi nuklir (yakni jumlah nukleus yang bereaksi pada waktu tertentu dalam volume tertentu) adalah sangat kecil dibandingkan laju reaksi kimia yang menghasilkan atom atau molekul. Mengapa hal tersebut terjadi? Ada dua alasan yang membuat mengapa hal tersebut terjadi : Alasan pertama adalah ukuran nukleus yang kecil ( hanya berode cm ) dibandingkan dengan ukuran atom atau molekul secara keseluruhan yang berode atau. Hal ini menyebabkan tumbukan nuklir yang terjadi memiliki laju yang lebih sedikit dibandingkan dengan tumbukan pada tingkat atomik atau molekuler. Namun, meskipun begitu, pada keadaan instimewa dimana nukleus dengan massa dan energi yang kecil bisa berlaku seolah olah memiliki diameter yang mendekati ukuran diameter atom sehingga laju reaksi nuklir yang terjadi akan 21 R e a k s i I n t i

25 meningkat secara drastis diatas nilai biasa. Kondisi istimewa ini akan dibahas pada tulisan saya yang lain. Alasan kedua yang bertanggung jawab menyebabkan laju yang relatif rendah dari interaksi inti dengan inti yang lainnya adalah adanya gaya coulomb yang bersifat saling tolak menolak diantara inti yang disebabkan muatan positif pada inti. Energi tolakan tersebut adalah sebanding dengan (z1 z2 )/ R. dimana Z1 dan Z2 adalah muatan, yakni nomer atom dari dua inti yang berinteraksi dan R adalah jarak diantara 2 pusat inti. Karena inti satu harus mendekati inti lainnya dengan jarak cm sebelum bisa berinteraksi, maka energi penolakan yang timbul sesuai persamaan coulomb tersebut akan sangat besar, khususnya pada inti atom dengan nomer atom yang tinggi. Dalam kasus inti dengan nomer atom kecil ( seperti H, He ), energi coulomb yang terjadi pada orde jutaan electron Volt, bayangkan energi Coulomb yang timbul pada inti atom dengan nomer atom yang besar (seperti uranim -235 misalnya). Disisi lain pada reaksi kimia, Energi yang dibutuhkan untuk memungkinkan interaksi medan elektronik adalah jarang mencapai lebih dari beberapa elektron Volt. Pada temperatur biasa probabilitas untuk sepasang atom/molekul yang bertubrukan akan memiliki sejumlah Energi kinetik dalam nilai jutaan ev adalah sangat kecil sekali. Oleh sebab itu, tidak hanya jumlah tumbukan diantara nukleus lebih kecil dibandingkan tumbukan diantara atom/molekul di dalam kondisi yang sama, tapi probabilitas terjadinya interaksi dari tumbukan tersebut juga dinilai kecil. Sehingga tidaklah heran bahwa laju reaksi yang terjadi diantara inti atom adalah jauh lebih kecil daripada reaksi kimia di tingkat atom/molekul Berikut tabel perbandingan antara reaksi kimia dengan reaksi inti: Reaksi kimia Reaksi inti 22 R e a k s i I n t i

26 Atom diubah susunannya melalui pemutusan dan pembentukan ikatan kimia Unsur (atau isotop dari unsur yang sama). Dikonversi dari unsur yang satu ke lainnya. Hanya elektron dalam orbital aton atau molekul yang terlibat dalam pemutusan dan pembentukan ikatan Proton, neutron, electron, dan partikel dasar lain terlibat dalam reaksi. Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energy yang relative kecil Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu, tekanan konsentrasi dan katalis Isotop yang berbedamemberikankarakteristik yang sama Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energy yang sangat besar. Laju reaksi biasannya tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan katalis. Isotop yang berbedamemberikankarakteristik yang beda 2.3 Pengertian Cross Section dan Fungsi Eksitasi Inti A.Pengertian Cross Section Cross-section : tampang lintang : suatu ukuran probabilitas terjadinya reaksi nuklir. Probabilitas tersebut digambarkan sebagai suatu area dimana target berada. Dinyatakan dalam Barn ( 1 Barn = m2) Cross section jika ditulis dalam bahasa Indonesia disebut sebagai penampang lintang, cross section pada konteks ini merupakan probabilitas terjadinya tumbukan antar satu partikel dengan inti atau partikel lainnya. Cross section merupakan parameter kuantum yang berkaitan dengan terjadinya reaksi inti-inti radioaktif. Ada beberapa jenis parameter cross section antara lain absorption cross section, capture cross section, fission cross section, scattering cross section, transfer cross section, dan lain sebagainya. Absorption cross section yakni tampang lintang yang berperan dalam penyerapan partikel oleh suatu inti atom. Dalam hal ini, biasanya partikel yang dimaksud adalah neutron. Apabila terjadi proses suatu inti atom radioaktif 23 R e a k s i I n t i

27 menyerap neutron, maka inti atom tersebut akan mengalami reaksi pembakaran (burnup). Sedangkan capture cross section berperan dalam penangkapan partikel (dalam hal ini adalah neutron) untuk membentuk inti atom baru (transmutasi) yang memiliki masa atom lebih besar 1 satuan atom (masa neutron besarnya 1 satuan atom). Material / isotop yang bersifat fertil mengalami capture cross section yang besar. Contoh proses absorpsi dan capture neutron adalah pada inti U-238 akan mengalami reaksi burnup (pembakaran) dengan menyerap neutron sekaligus mengalami transmutasi menjadi U-239 jika menangkap neutron. Besarnya kuantitas burnup dan transmutasi bergantung pada absorption cross section dan capture cross section dari U-238. Adapun fission cross section merupakan penampang lintang / probabilitas terjadinya reaksi fisi apabila suatu material / inti / isotop ditumbuk oleh neutron. Material/isotop yang memiliki fission cross section yang besar dapat dikatakan sebagai material/isotop fisil. Contohnya adalah apabila inti U-235 ditumbuk oleh neutron, maka akan terjadi reaksi fisi (pembelahan) yang akan menghasilkan dua atau lebih isotop lain yang lebih kecil dan sekitar 200 MeV energi. Scattering cross section merupakan probabilitas suatu partikel (neutron) apabila menumbuk inti/isotop akan mengalami hamburan (dipantulkan kembali). Scattering cross section juga terbagi lagi menjadi dua jenis, yakni proses hamburan dari luar ke dalam inti atom, serta sebaliknya B. Fungsi Eksitasi Inti Eksitasi dalam fisika adalah penambahan sejumlah diskrit energi (disebut energi eksitasi) untuk sistem-seperti inti atom, atom, atau molekul-sehingga menghasilkan perubahan yang, biasanya dari kondisi energi terendah (keadaan dasar) ke salah satu energi yang lebih tinggi (keadaan tereksitasi). 24 R e a k s i I n t i

28 Dalam sistem nuklir, atom, dan molekul, keadaan-keadaan tereksitasi tidak terus didistribusikan tetapi memiliki nilai energi diskrit tertentu saja. Dengan demikian, energi eksternal (energi eksitasi) dapat diserap dalam jumlah diskrit. Dengan demikian, dalam atom hidrogen (terdiri dari elektron yang mengorbit terikat dengan inti satu proton), energi eksitasi 10,2 elektron volt diperlukan untuk mendorong elektron dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi pertama. Sebuah energi eksitasi yang berbeda (12,1 elektron volt) akan dibutuhkan untuk menaikkan elektron dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi kedua. Demikian pula, proton dan neutron dalam inti atom merupakan sistem yang dapat dinaikkan secara diskrit menjadi tingkat energi yang lebih tinggi dengan menyediakan energi eksitasi yang tepat. Energi eksitasi nuklir kira-kira kali lebih besar dari energi eksitasi atom. Untuk inti timbal-206, sebagai contoh, energi eksitasi dari keadaan tereksitasi pertama adalah 0,80 juta elektron volt dan kedua keadaan eksitasi kedua 1,18 juta elektron volt. 25 R e a k s i I n t i

29 Energi eksitasi disimpan dalam atom yang tereksitasi dan inti yang memancarkan cahaya biasanya terlihat dari atom dan sebagai radiasi gamma dari inti karena mereka kembali ke keadaan dasar. Energi ini juga bisa hilang oleh tumbukan. Proses eksitasi adalah salah satu sarana utama dimana materi menyerap pulsa energi elektromagnetik (foton), seperti cahaya, dan dengan dipanaskan atau terionisasi oleh dampak partikel bermuatan, seperti elektron dan partikel alpha. Dalam atom, energi eksitasi diserap oleh elektron yang mengorbit yang diangkat ke tingkat energi yang berbeda yang lebih tinggi.dalam inti atom, energi diserap oleh proton dan neutron yang ditransfer ke keadaan tereksitasi. Dalam molekul, energi yang diserap tidak hanya oleh elektron, yang sangat antusias untuk tingkat energi yang lebih tinggi, tetapi juga oleh seluruh molekul, yang sangat tereksitasi untuk keadaan diskrit dari getaran dan rotasi. Fungsi eksitasi adalah aluran antara penampang lintang reaksi inti dan energi partikel penembak; fungsi eksitasi reaksi dengan partikel bermuatan dapat ditentukan dengan menggunakan pencepat partikel yang dapat menghasilkan partikel penembak dengan energi kinetik bervariasi ; fungsi eksitasi reaksi inti dengan neutron dapat ditentukan dengan menggunakan reaktor sebagai sumber partikel penembak ; karena tidak monoenergi, neutron dari reaktor diseleksi kecepatannya dengan dua cakram bergigi yang berputar dan diletakkan pada jarak tertentu ; pada gigi cakram tersebut diletakkan penyerap neutron ; karakteristik yang diamati pada fungsi eksitasi merupakan salah satu data penting untuk menjelaskan mekanisme reaksi inti. 2.4 Mekanisme Reaksi Inti Sebagian besar data inti yang terkumpul sekarang berasal dari analisis berbagai percobaan reaksi inti. Dalam percobaan ini berbagai inti ditembaki dengan berbagai macam proyektil (radiasi) partikel maupun inti dan kemudian hasilnya diamati. Sebagai proyektil, juga telah digunakan berbagai isotop dengan nomor atom sebesar Z = R e a k s i I n t i

30 Biasanya, reaksi inti ini memberi hasil suatu inti sisa akhir (yang biasanya tak teramati) ditambah partikel lain yang teramati secara eksperimental. (kadangkadang kedua hasil akhir ini diamati bersama). Reaksi-reaksi inti dinyatakan dalam bentuk persamaan sebagai berikut: PROYEKTIL + INTI SASARAN INTI SISA + PARTIKEL TERAMATI Atau dalam bentuk singkat SASARAN (PROYEKTIL, PARTIKEL TERAMATI) INTI SISA Dalam setiap persamaan reaksi inti, muatan total (Z total) dan jumlah nukleon total (A total) harus sama pada kedua ruas persamaan. Sebagai contoh, reaksi inti yang pertama kali (diamati oleh Rutherford pada tahun 1919) adalah ; N He O 2 8 p atau bisa ditulis secara singkat N714 (He, p) O817 Reaksi-reaksi inti diklasifikasikan menurut proyektil, partikel teramati dan inti sisa. Jika proyektil dan partikel teramati adalah sama. Maka kita peroleh reaksi hamburan (scattering reaction). Jika inti sisa tetap berada dalam keadaan energi rendahnya atau keadaan dasar, maka hamburannya adalah elastis. Tetapi bila inti sisanya berpindah ke suatu keadaan tereksitasi, maka hamburannya tak elastik. Proses pada saat proyektil yang ditembakkan memperoleh tambahan nukleon dari, atau memberi nukleon ke inti sasaran berturut-turut disebut sebagai reaksi pengambilan (pick up) dan pelucutan (stripping). Reaksi pengambilan dan pelucutan ini seringkali terjadi pada tingkat energi yang cukup tinggi, sehingga kita dapat menganggap bahwa reaksinya langsung (direct). Dalam reaksi pelucutan langsung ini dianggap bahwa nukleon 27 R e a k s i I n t i

31 mengambil bagian dalam memasuki atau meninggalkan suatu orbit model-kulit tertentu dari inti sasaran tanpa mengganggu nukleon lainnya. Jenis reaksi lain yang agak berlawanan yaitu proyektil datang dan inti sasaran bersama-sama membentuk sebuah inti baru, yang disebut inti gabungan (compuond nucleus), yang hidup selama selang waktu singkat dalam keadaan suatu eksitasi dan kemudian meluruh. Dalam reaksi inti sebagian zarah proyektil akan dihamburkan dan sebagian lainnya akan diserap oleh inti atom target. Tahap-tahap reaksi inti sbb : 1. Tahap zarah bebas Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada setiap reaksi inti selalu terjadi hamburan dan serapan, pada tahap ini sebagian zarah proyektil dihamburkan secara elastis dan sebagian diserap inti atom target untuk memasuki tahap inti majemuk seperti pada gambar di bawah ini Gambar 3.1Mekanisme Reaksin Inti Pada tahap penyerapan terdiri dari tumbukan dua benda. Hal ini berarti bahwa jika zarah proyektil adalah nukleon tunggal, maka zarah tersebut akan berinteraksi dengan sebuah nukleon di dalam inti dan mampu menaikkan energi nukleon ketingkat energi lebih tinggi seperti pada gambar berikut: 28 R e a k s i I n t i

32 Gambar 3.2 Interaksi Zarah 2. Tahap Inti Majemuk Pada tahap ini sebagian zarah yang diserap dari tahap pertama dihamburkan kembali dalam hamburan elastis majemuk, sebagian lainnya membentuk inti majemuk atau menuju ke tahap akhir melalui reaksi langsung. 3. Tahap Akhir Inti majemuk akan mengalami peluruhan dan memancarkan zarah untuk membentuk inti baru yang stabil. Jika inti majemuk tidak terbentuk maka pada tahap ini akan terjadi reaksi langsung antara lain reaksi fisi dan fusi. 29 R e a k s i I n t i

33 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga berubah menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat besar. Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pada dasarnya reaksi inti ini terjadi karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru). Klasifikasi reaksi inti, Dikenal ada tiga macam reaksi inti, yaitu reaksi penembakan denganpartikel (peluruhan),reaks itranmutasi inti,dan reaksi penghasil energy (reaksifisi, danreaksifusi). Energi reaksi inti yang timbul diperoleh dari penyusutan massa inti, yaitu perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi.suatu reaksi inti membutuhkan penggunaan kesetaraan massa dan energi yang dirumuskan oleh Albert Einstein E = mc 2 30 R e a k s i I n t i

34 Reaksi inti berbeda dengan reaksi kimia pada umumnya. Reaksi inti menyangkut perubahan pada susunan inti atomnya sedangkan reaksi kimia hanya melibatkan perubahan elektron pada kulit atom untuk pembentukan atau pemutusan ikatan kimia. DAFTAR PUSTAKA Bunjali, Bunbun Kimia Inti. Bandung : ITB. Chang, Raymond Kimia Dasar Jilid 2. Jakarta : Erlangga. MT, Duyeh Setiawan RADIOKIMIA. Bandung: Widya Padjadaran. Petrucci, ralph Kimia dasar. Jakarta : Erlangga Purba, Micheal Kimia untuk SMA Kelas XII. Jakarta : Penerbit Erlangga. Riyanto, nurdin dan yustisia nurdin Super genius olimpiade kimia. Yogyakarta : Pustaka Widyatama Wardhana, Wisnu Arya Teknologi Nuklir Proteksi dan Aplikasinya. Yogyakarta : Penerbit Andi R e a k s i I n t i

35 tj=menu/output_menu&id_radio_materi=13 32 R e a k s i I n t i