Contoh Reaksi Fisi dan Fusi Kimia, Berantai, Reaktor, Nuklir, Aplikasi, Manfaat, Kegunaan - Reaksi inti, menyerupai halnya reaksi elektronik, melibatkan perubahan energi. Akan tetapi, perubahan energi dalam reaksi inti bersifat serta merta dan berantai sehingga perlu pengetahuan dan teknologi tinggi untuk membuatkan reaktornya. Ada tiga jenis reaktor nuklir, yaitu reaktor untuk reaksi fusi, reaktor fisi, dan reaktor pembiak.
1. Reaksi Fisi
Reaksi fisi yakni reaksi pembelahan nuklida radioaktif menjadi nuklidanuklida dengan nomor atom mendekati stabil. Pembelahan nuklida ini disertai pelepasan sejumlah energi dan sejumlah neutron. Reaksi fisi inti uranium–235 dioperasikan dalam reaktor tenaga nuklir untuk pembangkit tenaga listrik. Jika inti 235U dibombardir dengan neutron, akan dihasilkan inti-inti atom yang lebih ringan, disertai pelepasan energi, juga pelepasan neutron sebanyak 2 sampai 3 buah. Jika neutron dari setiap reaksi fisi bereaksi lagi dengan inti 235U yang lain, inti-inti ini akan terurai dan melepaskan lebih banyak neutron. Oleh lantaran itu, terjadi reaksi yang disebut reaksi berantai (chain reaction).
 |
| Gambar 1. Reaksi fisi 235U dengan neutron membentuk kripton dan barium disertai pelepasan energi sebesar 3,5 × 10-11 J dan sejumlah neutron yang siap bereaksi fisi dengan inti yang lain. |
Reaksi berantai yakni sederetan reaksi fisi yang berlangsung impulsif dan serta merta, disebabkan oleh neutron yang dilepaskan dari reaksi fisi sebelumnya bereaksi lagi dengan inti-inti yang lain. Oleh lantaran satu reaksi fisi sanggup menghasilkan 3 neutron, jumlah inti yang melaksanakan fisi berlipat secara cepat, menyerupai ditunjukkan pada Gambar 2. Reaksi berantai dari fisi inti merupakan dasar dari reaktor nuklir dan senjata nuklir.
 |
| Gambar 2. Reaksi berantai pada reaksi fisi. |
Agar sanggup memanfaatkan reaksi berantai dari suatu sampel radioaktif yang berpotensi fisi maka reaksi fisi harus dikendalikan dengan cara mengendalikan neutron yang dilepaskan dari reaksi itu. Dengan demikian, hanya satu neutron yang sanggup melangsungkan reaksi fisi berikutnya.
Berdasarkan hasil pengamatan, jikalau sampel radioaktif terlalu sedikit, neutron-neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi meninggalkan sampel radioaktif sebelum neutron-neutron itu mempunyai kesempatan untuk bereaksi dengan inti-inti radioaktif yang lain. Dengan kata lain, terdapat massa kritis untuk materi tertentu yang berpotensi fisi, yang sanggup melangsungkan reaksi berantai (lihat Gambar 3). Massa kritis yakni massa terkecil dari suatu sampel yang sanggup melaksanakan reaksi berantai.
 |
| Gambar 3. Konstruksi bom atom. |
Jika massa terlalu besar (super kritis), jumlah inti yang pecah berlipat secara cepat sehingga sanggup menyebabkan ledakan dan tragedi alam bagi manusia, menyerupai pada bom atom. Bom atom merupakan kumpulan massa subkritis yang sanggup melaksanakan reaksi berantai. Ketika dijatuhkan massa subkritis menyatu membentuk massa super kritis sehingga terjadi ledakan yang sangat dahsyat.
Reaktor fisi nuklir yakni suatu daerah untuk melangsungkan reaksi berantai dari reaksi fisi yang terkendali. Energi yang dihasilkan dari reaktor ini sanggup dimanfaatkan sebagai sumber energi nuklir. Reaktor nuklir terdiri atas pipa-pipa berisi materi bakar radioaktif dan batang pengendali neutron yang disisipkan ke dalam pipa materi bakar nuklir tersebut. Perhatikan Gambar 4.
 |
| Gambar 4. Skema kepingan inti dari reaktor nuklir. |
Pipa materi bakar berbentuk silinder mengandung materi yang berpotensi fisi. Dalam reaktor air ringan (1H2O), pipa materi bakar berisi uranium yang berpotensi melangsungkan reaksi fisi. Uranium yang digunakan sebagai materi bakar dalam reaktor nuklir mengandung isotop 235U sekitar 3%. Batang pengendali neutron dibentuk dari materi yang sanggup menyerap neutron, menyerupai boron dan kadmium sehingga sanggup mengendalikan reaksi berantai.
Pengendalian neutron dilakukan dengan cara menaikkan atau menurunkan batang pengendali yang disisipkan dalam pipa materi bakar. Dalam keadaan darurat, batang-batang pengendali ini, sanggup dimasukkan seluruhnya ke dalam pipa materi bakar guna menghentikan reaksi fisi. Selain batang pengendali, terdapat alat yang disebut moderator
Moderator ini berkhasiat untuk memperlambat gerakan neutron. Moderator dipasang jikalau materi bakar uranium–235 merupakan fraksi terbanyak dari total materi bakar. Moderator yang digunakan umumnya air berat (2H2O), air ringan (1H2O), atau grafit.
Bahan bakar nuklir, selain uranium–235, juga uranium–238 sanggup dijadikan materi bakar. Keunggulan dan kelemahan dari kedua materi bakar tersebut, yaitu jikalau uranium–238, bereaksi lebih cepat dengan neutron hasil reaksi fisi dibandingkan uranium–235, tetapi uranium–235 bereaksi lebih cepat dengan neutron yang telah diperlambat oleh moderator.
Pada reaktor air ringan, 1H2O berperan sebagai moderator, sekaligus sebagai pendingin. Gambar berikut memperlihatkan rancang bangun reaktor air bertekanan atau reaktor air ringan.
 |
| Gambar 5. Reaktor nuklir air ringan (konstruksi air bertekanan) Batang materi bakar memanaskan air yang disirkulasikan ke penukar kalor. Uap yang dihasilkan dalam penukar kalor dilewatkan ke turbin yang mendorong generator listrik. |
Air dalam reaktor dipertahankan sekitar 350 °C pada tekanan 150 atm semoga tidak terjadi pendidihan. Air panas ini disirkulasikan menuju penukar kalor, di mana kalor digunakan untuk menghasilkan uap, dan uap tersebut menuju turbin untuk pembangkit listrik.
Setelah periode waktu tertentu, hasil reaksi fisi yang menyerap neutron berakumulasi dalam pipa materi bakar. Hal ini menyebabkan interferensi dengan reaksi rantai sehingga pipa materi bakar harus diganti secara berkala.
Buangan sisa materi bakar menjadi limbah nuklir. Limbah ini sanggup diproses ulang. Bahan bakar sisa tersebut dipisahkan secara kimia dari limbah radioaktif. Plutonium–239 yakni salah satu jenis materi bakar hasil pemisahan dari buangan limbah nuklir. Isotop ini diproduksi selama reaktor beroperasi, yaitu pemboman uranium–238 oleh neutron. Isotop plutonium–239 juga berpotensi fisi dan digunakan untuk menciptakan bom atom atau senjata nuklir.
Ketersediaan isotop plutonium–239 dalam jumlah besar akan meningkatkan kesempatan negara-negara maju untuk menyalahgunakan plutonium dijadikan bom atom atau senjata nuklir pemusnah masal. Sisa materi bakar nuklir sebaiknya tidak didaur-ulang. Masalah utama bagi forum tenaga nuklir yakni bagaimana membuang sampah radioaktif yang aman.
Energi yang terdapat di matahari sebagai akhir dari reaksi fusi.
Energi tota l : + 26,7 MeV
Reaksi individu :
Bom hidrogen yang pernah dikembangkan juga menerapkan reaksi fusi inti untuk tenaga penghancurnya.
2. Reaksi Fusi
Reaksi fusi yakni reaksi nuklida-nuklida ringan digabungkan menjadi nuklida dengan nomor atom lebih besar. Misalnya, inti deuterium (2H) dipercepat menuju sasaran yang mengandung deuteron (2H) atau tritium (3H) membentuk nuklida helium. Persamaannya:
Untuk mendapat reaksi fusi inti, partikel pembom (proyektil) harus mempunyai energi kinetik yang memadai untuk melawan tolakan muatan listrik dari inti sasaran (lihat Gambar 6).
 |
| Gambar 6. Grafik energi antaraksi dua inti terhadap tolakan elektrostatis. |
Disamping pemercepat partikel, cara lain untuk memperlihatkan energi kinetik memadai kepada inti proyektil semoga sanggup bereaksi dengan inti sasaran dilakukan melalui pemanasan inti sasaran sampai suhu sangat tinggi. Suhu pemanasan inti sasaran sekitar 108 °C. Pada suhu ini semua elektron dalam atom mengelupas membentuk plasma. Plasma yakni gas netral yang mengandung ion dan elektron.
Masalah utama dalam membuatkan reaksi fusi terkendali yakni bagaimana kalor plasma yang bersuhu sangat tinggi sanggup dikendalikan. Kendalanya, jikalau plasma menyentuh materi apa saja, kalor dengan cepat dihantarkan dan suhu plasma dengan cepat turun.
Reaktor uji fusi inti Tokamak memakai medan magnet berbentuk donat untuk mempertahankan suhu plasma dari setiap bahan, menyerupai ditunjukkan pada Gambar 7.
 |
| Gambar 7. Reaksi fusi inti tokamak. |
Anda kini sudah mengetahui Contoh Reaksi Fisi dan Fusi. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Referensi :
Sunarya, Y. dan A. Setiabudi. 2009. Praktis dan Aktif Belajar Kimia 3 : Untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 298.
