penda huluan
DESCRIPTION
reviewTRANSCRIPT
PENDAHULUAN
Masalah energi merupakan salah satu isu penting yang sedang hangat
dibicarakan. Semakin berkurangnya sumber energi, penemuan sumber energi
baru, pengembangan energi-energi alternatif, dan dampak penggunaan energi
minyak bumi terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik dan
banyak didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini sedang terjadi dan akan
memasuki tahap yang mengkhawatirkan disebut-sebut juga merupakan dampak
penggunaan energi minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat ini.
Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak
bumi memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru.
Salah satu alternatif sumber energi baru yang potensial datang dari 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.
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,
pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan terkendali atas energi nuklir
dapat meningkatkan taraf hidup sekaligus memberikan solusi atas masalah
kelangkaan energi.
Apa Itu Nuklir?
Apa yang terbayangkan dalam benak kita ketika mendengar kata “nuklir”?
Sepertinya sebagian besar orang berpikir bahwa nuklir itu sesuatu yang
mengerikan dan berbahaya, identik dengan bom dan dampak radiasi yang
ditimbulkannya. Bagi kebanyakan orang, nuklir dianggap sebagai sesuatu yang
tidak baik dan berbahaya. Apakah itu benar? Seperti ada pepatah mengatakan:
“Tak kenal maka tak sayang”, begitu pula dengan penilaian kita terhadap nuklir.
Jika kita bersikap terbuka dan mencoba untuk mengenal nuklir lebih dalam lagi,
ternyata kita dapat menemukan “kebaikan-kebaikan” yang dapat diberikan nuklir
bagi kesejahteraan hidup manusia. Dengan berlandaskan asumsi bahwa nuklir
dapat bermanfaat bagi manusia, para peneliti dan orang-orang yang bergelut di
bidang nuklir telah banyak memberikan kontribusi bagi kemajuan pengembangan
teknologi nuklir. Di zaman ini, manusia sudah banyak melakukan berbagai upaya
dan penelitian dalam rangka pemanfaatan energi nuklir. Berikut ini akan dibahas
secara lebih mendalam lagi mengenai berbagai pemanfaatan energi nuklir yang
telah dilakukan manusia sampai saat ini.
Nuklir adalah sebutan untuk bentuk energi yang dihasilkan melalui reaksi
inti, baik itu reaksi fisi (pemisahan) maupun reaksi fusi (penggabungan). Sumber
energi nuklir yang paling sering digunakan untuk PLTN adalah sebuah unsur
radioaktif yang bernama Uranium. Bagaimana caranya sebuah unsur radioaktif
mampu menghasilkan panas yang besar? Tentu saja bukan dengan dibakar.
Namun melalui reaksi pemisahan inti (reaksi fisi). Biar tidak terlalu rumit
penjelasannya, perhatikan gambar berikut :
Gambar 1 : Reaksi pemisahan inti (reaksi fisi)
Atom uranium (U-235) (digambarkan dengan warna hitam merah di
sebelah kiri) memiliki inti yang tidak stabil ketika ada neutron (warna hitam di
paling kiri) yang ditembakkan pada inti atom tersebut, maka inti atom uranium
akan membelah menjadi dua buah inti atom, yakni atom Barium (Ba-141) dan
atom Kripton (Kr-92) serta tiga neutron (warna hitam di kanan). karena massa
atom sebelum pembelahan lebih besar dari pada massa atom setelah pembelahan,
maka selisih massa (disebut defek massa) tersebut berubah menjadi energi panas
yang besarnya sekitar 200 MeV (Mega elektron volt), ini baru satu buah inti atom.
satu gram uranium saja tentu memiliki banyak inti. Sehingga panas yang
dihasilkan pun luar biasa besar. Karena Uranium bahan tambang, maka bentuknya
juga padat.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian dan Rumusan Energi Nuklir
Partikel-partikel penyusun inti yang terdiri atasproton dan neutron terikat
satu sama lain melalui gaya yang dinamakan: Gaya Nuklir. Gaya Nuklir ini
dinamakan juga: Energi Perekat Inti (Epi) dan didefenisikan sebagai berikut :
Gaya atau enegi yang bekerja merekatkan partikel-partikel penusun
inti (nucleon) dalam suatu inti atom (nucleus).
Setiap nuklida memiliki energi perekat inti dengan harga tertentu bergantung pada
jumlah proton dan neutron yang terdapat pada nuklida tersebut. Besarnya energi
perekat inti dalam suatu nukida dapat dirumuskan sebagai berikut:
Epi= Massa defect x 931,4 Mev
Berdasarkan pengertian dari massa defect:
Selisih massa diantaranya jumlah massa proton dan neutron yang sesungguhnya
dengan massa atom yang teramati.
Maka energi perekat inti dapat dirumuskan sebagai berikut:
Diketahui:Massa atom teramati nuklida 80 Hg 202 sebesar 201,970632 Sma.Massa 1 proton = 1,007825 smaMassa 1 neutron = 1,008665 smaDitanya:
a. Hitunglah besarnya energi perekt inti dalam nuklida tersebut?b. Hitung besarnya energi perekat inti rata-rata pernukleon nuklida tersebutc. Hitunglah energi perekat inti dalam 1 gram nuklida tersebut
Penyelesaian:a. Besarnya energi oerekat inti dalam nuklida:
b. Besarnya energi perekat rata-ratapernukleon nuklida:Nukleon adalah partikel penyusun inti atom terdiri atas proton dan neutron.
Jumlah nucleon = jumlah proton + jumlah neutron = 80 + 122 = 202
Besarnya energi perekat inti dalam nuklida Hg sesuaii hasil perhitungan diatas adalah sebesar 1.595,02 Mev. Dengan demikian besarnya energi perekat inti rata-rata pernukleon dalam nuklida Hg adalah:
Epi= energi perekat intidalam nuklidaJumlah nulkeon
=1.595,02 Mev202
=7,896 Mev
c. Besarnya energi perekat inti dalam 1 gram nuklida:Banyaknya nuklida 80Hg202 dalam 1 gram adalah:
¿ 1202
x6,02 x1023=2,98 x 1021
Besarnya energi perekat inti dalam satu nuklida 80Hg202 sesuai dengan hasil perhitungan di atas adalah 1.595,02 Mev. Dengan demikian besarnya energi perekat inti dalam 2,98 x 1021 nuklida 80Hg202 adalah:
= 2,98 x 1021 x 1.595,02 Mev= 4,753 x 1024
2.2 Macam-macam Reaksi yang Melibatkan Radiasi dan Nuklida
Radioaktif
2.2.1. Reaksi Transmutasi Inti
Transmutasi inti atau transmutasi nuklir adalah perubahan suatu unsur
kimia atau isotop menjadi unsur kimia atau isotop lain melalui reaksi nuklir. Di
alam berlangsung transmutasi nuklir natural yang terjadi pada unsur radioaktif
yang secara spontan meluruh selama kurun waktu bertahun-tahun dan akhirnya
berubah menjadi unsur yang lebih stabil. Transmutasi nuklir buatan dapat
dilakukan dengan menggunakan reaktor fisi, reaktor fusi atau alat pemercepat
partikel (particle accelerator). Transmutasi nuklir buatan dilakukan dengan tujuan
mengubah unsur kimia atau radioisotop dengan tujuan tertentu. Limbah radioaktif
yang dihasilkan dari reaktor nuklir yang mempunyai umur sangat panjang dapat
saja ditransmutasikan menjadi radioisotop yang lebih stabil dan memancarkan
radioaktivitas dengan umur yang lebih pendek,untuk mengubah bahan yang tidak
dapat membelah menjadi bahan fisil, atau mengubah radioisotop berumur sangat
panjang menjadi radioisotop yang lebih pendek umurnya atau bahkan menjadi
unsur stabil yang tidak memancarkan radioaktif. Bahan yang dapat diubah
menjadi bahan fisil disebut sebagai bahan fertil. Reaksi nuklir transmutasi tersebut
diantaranya adalah sebagai berikut:
Transmutasi bahan fertil (thorium-232 dan uranium-238) menjadi bahan
fisil (U-233 dan Pu-239):
0n1 + 90Th232 → 92U233 + 2 -1e0 0n1 + 92U238 → 94Pu239 + 2 -1e0
Transmutasi limbah radioaktif berumur panjang dari kelompok aktinida
minor yaitu amerisium-241 (95Am241) menjadi bahan fisil kurium-243 (96Cm243)
agar dapat berfisi di dalam reaktor nuklir dari pada meluruh dengan memancarkan
radioaktif yang berbahaya sebagai limbah nuklir:
0n1 + 95Am241 → 96Cm242 + -1e0 0n1 + 96Cm242 → 96Cm243
Berdasarkan penyebabnya, reaksi transmutasi inti dikelompokkan menjadi
2 macam yaitu:
a. Transmutasi Alami
Proses peluruhan dengan suatu persamaan reaksi kimia radioaktif
disebut persamaan inti. Reaksi Transmutasi inti alami adalah perubahan suatu
nuklida menjadi nuklida lain akibat peluruhan. Nantinya, peluruhan dalam reaksi
inti melibatkan dua atau bahkan tiga sinar atau partikel radioaktif.
Syarat dalam persamaan inti:
Jumlah nomor massa (A) dalam ruas kiri = ruas kanan
Jumlah nomor atom (Z) dalam ruas kiri = ruas kanan
Tidak ada dalam reaktan dan produk yang tidak sama, harus dalam
setimbang
Dalam persamaan inti, emisi (pemancaran) sinar-sinar radioaktif sama
dengan jenisnya. Contoh, emisi alpha = berarti sinar alpha ; emisi beta =
berarti sinar beta ; emisi neutron = berarti partikel neutron
Jika terdapat pancarannya lebih dari sekali, maka dikalikan ke nomor
massa dan nomor atom sinar tsb. Contoh 6 tahap pemancaran sinar alpha,
sehingga 6 2He4 menjadi 12He24
b. Transmutasi buatan
Transmutasi inti buatan adalah perubahan suatu nuklida menjadi
nuklidalain akibat penembakan oleh partikel radiasi. Transmutasi juga dapat
terjadi pada unsur yang stabil tetapi harus ditembak atau dibombardir. Inti dari
transmuasi adalah pemendekan dari persamaan inti radioaktif. Contoh reaksi
transmutasi inti buatan, diantaranya:
Reaksi transmutasi inti yang berhasil dilakukan oleh Ernest Rutherford
tahun 1819 ketika sedang mempelajari penembakan unsure ringan dengan
partikel alfa. Ketika menembaki gas nitrogen, Rutherford menemukan
terbentuknya proton, sementara isotop N-14 berubah menjadi O-17.
Reaksi yang terjadi:
N714 + He2
4 à O817 + H1
1
Reaksi transmutasi biasanya diringkaskan dengan notasi sebagai berikut
T(x, y)P
Dimana: T = inti sasaran (target)
x = partikel yang ditembakkan
y = partikel hasil
P = inti baru (produk
Dengan rumusan tersebut, reaksi di atas dapat ditulis dengan:
N714 (α, p) O8
17
Persamaan reaksi di atas disebut transmutasi alfa-proton karena menggunakan
peluru alfa dan menghasilkan proton.
Reaksi transmutasi inti yang dibuat pertama ditemukan pada tahun 1934,
yaitu P-30. Radioisotop ini ditemukan oleh Irene Curie (Putri Marie dan
Pierre Curie) bersama Frederick Joliot melalui penembakan isotop Al-27
dengan partikel alfa.
Al1327 + He2
4 à P1530 + n0
1
P-30 merupakan pemancar positron, melalui persamaan:
P1530 à Si14
30 + e+10
Pada contoh transmutasi inti buatan dapat diketahui bahwa:
N714 dan Al13
27 disebut: Inti target
O817 , Si14
30 , P1530 disebut: inti produktif
Partikel α disebut: proyektil
Macam-macam artikel radiasi yang dapat berperan sebagai proyektil terdiri atas:
1. Proyektil bermuatan : 1H1; 2He4
2. Proyektil tidak bermuatan: 0n1
3. Proyektil berenergi tinggi: 0γ0
2.2.2. Reaksi Fisi
Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan suatu nuklida berat menjadi
dua atau lebih nuklida lain yang lebih ringan. Oleh karena itu persamaan
umumreaksi fisi dituliskan sebagai berikut:
X + n → Y + Z + (2-4) n + E
Keterangan:
X = Inti target berupa nuklida inti berat yang membelah menjadi dua inti
baru yang lebih ringan, sering disebut sebagai: bahan fisil.
n = neutron penembak atau proyektil, yang semula berjumlah 1, tetapi
setelah reaksi fisi maka diperoleh 2-4 neutron baru.
Y,Z= Nuklida baru hasil pembelahan
E= Energi yang menyertai reaksi fisi
Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam
mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti
melalui reaksi fusi. Di sini akan dibahas salah satu mekanisme produksi energi
nuklir, yaitu reaksi fisi nuklir.
Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya neutron) dapat
membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain.
Mekanisme semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi
fisi adalah uranium yang ditumbuk (atau menyerap) neutron lambat.
Reaksi fisi uranium seperti di atas menghasilkan neutron selain dua buah
inti atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk (diserap) kembali oleh
inti uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi
dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali.
Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat. Mekanisme
ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan ledakan yang dahsyat.
Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai tak terkendali yang memiliki
potensi daya ledak yang dahsyat dan dapat dibuat dalam bentuk bom nuklir.
reaksi fisi berantai
Dibandingkan dibentuk dalam bentuk bom nuklir, pelepasan energi yang
dihasilkan melalui reaksi fisi dapat dimanfaatkan untuk hal-hal yang lebih
berguna. Untuk itu, reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat
lebih terkendali. Usaha ini bisa dilakukan di dalam sebuah reaktor nuklir. Reaksi
berantai terkendali dapat diusahakan berlangsung di dalam reaktor yang terjamin
keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk keperluan
yang lebih berguna, misalnya untuk penelitian dan untuk membangkitkan listrik.
reaksi fisi berantai terkendali
Di dalam reaksi fisi yang terkendali, jumlah neutron dibatasi sehingga
hanya satu neutron saja yang akan diserap untuk pembelahan inti berikutnya.
Dengan mekanisme ini, diperoleh reaksi berantai terkendali yang energi yang
dihasilkannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna.
Berdasarkan jumlahneutron yang dihasilkan pada reaksi fisi, maka dikenal
ada 2 jenis reaksi, yaitu:
1. Reaksi fisi terkendali yaitu: reaksi fisi yang jumlah neutron hasil
reaksinya dapat dikendalikan sehingga tetap berjumlah 1, seperti
jumlah neutron mula-mula.
Salah satu penerapan reaksi fisi adalah reaktor nuklir. Reaktor fisi nuklir
adalah suatu tempat untuk melangsungkan reaksi berantai dari reaksi fisi yang
terkendali. Energi yang dihasilkan dari reaktor ini dapat dimanfaatkan sebagai
sumber energi nuklir. Reaktor nuklir terdiri atas pipa-pipa berisi bahan bakar
radioaktif dan batang pengendali neutron yang disisipkan ke dalam pipa bahan
bakar nuklir tersebut.
Reaksi nuklir ini akan menghasilkan energi panas dalam jumlah cukup
besar. Contohnya pada reaktor daya, energi panas yang dihasilkan dapat
digunakan untuk menghasilkan uap panas, dan selanjutnya digunakan untuk
mengerakkan turbin-generator yang bisa menghasilkan listrik.
Sedangkan pada reaktor penelitian, panas yang dihasilkan tidak
dimanfaatkan dan dapat dibuang ke lingkungan.
Pada reaktor nuklir, produksi neutron dengan kelajuan berlebian disebut
superkritis, sedangkan kelajuan produksi terlalu rendah disebut subkritis dan
untuk kelajuan produksi neutron lambat secara tetap disebut kritis.
Reaktor selalu dijaga agar fluks neutron (yaitu jumlah neutron per satuan
luas per satuan waktu) selalu tetap aman dalam keadaan kritis. Istilahnya reaktor
nuklir merupakan teknologi nuklir yang membuat nuklir menjadi jinak sehingga
bisa dimanfaatkan untuk maksud-maksud damai. Misalnya untuk pembangkit
listik.
Berikut adalah garis besar cara kerja sebuah reaktor nuklir hingga bisa
menghasilkan listrik:
1. Di dalam inti reaktor, reaksi fisi terjadi karena adanya penembakan
neutron terhadap bahan bakar nuklir yang menghasilkan energi panas.
2. Energi panas yang dihasilkan dari inti reaktor kemudian dibawa oleh air
bertekanan pada primary loop ke generator uap.
3. Di dalam generator uap, air yang berasal dari secondary loop
menjaditerpanaskan dan terbentuklah uap.
4. Uap yang dihasilkan diarahkan ke turbin uap untuk memutar generator
dan akhirnya menghasilkan listrik.
Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U.
elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras
reaktor. Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam
kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi
nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat
memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator
neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reactor terdapat air sebagai
moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan
kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.
Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir
dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai
yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk
memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-
neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering
digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron. Batang
kendali didesain sedemikian rupa agar secara otomatis dapat keluar-masuk teras
reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras reaktor melebihi jumlah yang
diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor
untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai kondisi kritis. Batang kendali akan
dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis
(kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi kritis yang
diizinkan.
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 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 (karbon dioksida)
atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini menerima inti uranium untuk
beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.
Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti atom atau fisi nuklir
dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor. Diperlukan sebuah pelindung
di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di dalam reaktor tidak
menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton
yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton diketahui sangat efektif menyerap
sinar hasil radi asi zat radioaktif sehingga digunakan sebagai bahan perisai.
Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak bumi
memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru. Salah satu
alternative sumber energi baru yang potensial datang dari 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.
Jadi, reaktor nuklir merupakan alat yang berfungsi untuk:
1) memicu terjadinya reaksi fisi sehingga meng hasilkan reaksi berantai,
2) mengendalikan reaksi fisi, dan
3) memanfaatkan energi yang dihasilkan reaksi.
2. Reaksi Fisi Tak Terkendali yaitu reaksi fisi yang jumlah neutron
hasil reaksinya tidak terkendali sehingga menyebabkan terjadinya
reaksi berantai akibat neutron yang dihasilkan menembak
nuklida.
Salah satu tipe senjata nuklir adalah bom fisi (tidak sama dengan bom
fusi), biasanya juga dikenal dengan nama lain bom atom adalah reaktor fisi yang
didesain untuk melepaskan sebanyak mungkin energi dalam waktu sesingkat
mungkin, energi yang terlepas ini akan menyebabkan reaktornya meledak dan
akhirnya reaksi rantainya berhenti. Reaksi fisi yang digunakan dalam pembuatan
bom atom berfungsi sebagai tenaga pemusnah massal yang dimanfaatkan sebagai
alat untuk menyerang dan pertahanan suatu negara.
Bom nuklir didesain untuk mengeluarkan semua energinya sekaligus,
sedangkan reaktor nuklir didesain untuk menghasilkan listrik terus menerus.
Massa kritis adalah massa terkecil dari suatu sampel yang dapat
melakukan reaksi berantai. Jika massa terlalu besar (super kritis), jumlah inti yang
pecah berlipat secara cepat sehingga dapat menimbulkan ledakan dan petaka bagi
manusia, seperti pada bom atom. Bom atom merupakan kumpulan massa subkritis
yang dapat melakukan reaksi berantai. Ketika dijatuhkan massa subkritis menyatu
membentuk massa super kritis sehingga terjadi ledakan yang sangat dahsyat.
2.2.3. Reaksi Fusi
Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan dua buah inti yang
menghasilkan inti baru yang lebih besar serta menghasilkan energi yang tinggi.
Dalam prosesnya, reaksi fusi membutuhkan energi yang besar, tetapi energi yang
dihasilkan dari reaksi ini lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk
melakukan reaksi. Massa inti baru yang terbentuk lebih ringan dari massa awal.
Reaksi fusi membutuhkan energi yang tinggi meskipun penggabungan
inti yang ringan, misalnya hidrogen. Karena ketika dua buah inti didekatkan akan
terjadi gaya tolak coulomb antar proton. Untuk menghalangi gaya coulomb maka
inti perlu didekatkan dengan kelajuan yang tinggi. Kelajuan tinggi memerlukan
energi kinetik yang sangat tinggi, energi kinetik yang tinggi artinya memerlukan
suhu yang tinggi.
Gambar 2.1 reaksi fusi
Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium,
deuterium, dan tritium) bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta
sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenis dengan 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 dengan
reaksi fisi nuklir.
Syarat terjadinya reaksi fusi nuklir:
suhu awal yang sangat tinggi (lebih dari 100.000.000 Kelvin)
kerapatan inti partikel n yang tinggi menjamin tumbukan sering tekanan yang sangat tinggi
Suhu tinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan
microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari
intinya dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung
memiliki muatan listrik sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga
diperlukan energi yang sangat besar (suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi
tolakan listrik. Reaksi fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom tersebut dapat
didekatkan hingga jarak 10−15 m (seper
satu juta miliar meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang
mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang akan berfusi tersebut.
Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom
yang akan digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet
yang sangat kuat (yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor) dan
dengan bantuan laser dengan daya tinggi.
Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu
menghasilkan fusi antara deuterium dan tritium Fusi antara deuterium dan
tritium memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua
inilah yang menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena
ketersediaan bahan bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari
air laut), tidak radioaktif dan menghasilkan energi yang lebih tinggi.
Secara teknis ada dua cara untuk mencapai suhu dan tekanan yang
sesuai untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:
Menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat
untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. ITER di Perancis
menggunakan metode yang lebih dikenal sebagai metode Magnetic
confinement ini.
Menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan
dan memampatkan plasma hidrogen. Metode ini dikenal sebagai metode Inertial
confinement yang digunakan dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di
Lawrence Livermore Laboratory (USA).
Teknologi Magnetic Confinement
Magnetic Confnement merupakan sebuah teknologi reaktor fusi yang
menggunakan medan magnet sebagai pembatas bahan bakar fusi dengan dinding
reaktor. Bahan bakar fusi berbentuk plasma yang sangat panas.
Magnetic confinement mencoba untuk menciptakan kondisi yang
diperlukan untuk produksi energi fusi dengan menggunakan konduktivitas listrik
plasma dan menampungnya dengan medan magnet. Medan magnet yang
melingkupi plasma memberikan tekanan terhadap plasma. Begitu pula dengan
plasma, memberikan tekanan kepada medan magnet dalam upaya melakukan
ekspansi. Akibat kedua hal ini, terjadi keseimbangan antara tekanan plasma dan
medan magnetik. Oleh karena itu, dalam reaktor diperlukan medan magnet yang
sesuai dangan tekanan plasma untuk mencapai keseimbangan.
Pada reaktor biasa (fisi), dinding reaktor dilapisi oleh gas tipis yang
berfungsi sebagai pendingin. Sementara itu pada reaksi fusi, cairan plasma
memiliki suhu yang tinggi sehingga saat cairan tersebut kontak dengan dinding
reaktor, gas tipis ini tidak akan berfungsi. Maka disinilah diperlukan peran dari
kurungan magnetik sebagai pengisolasi plasma dari dinding.
Medan magnetik yang mengurung plasma menyebabkan adanya gaya
magnetik pada setiap partikel bermuatan ( ion dan elektron). Gaya tersebut
menyebabkan partikel bermuatan bergerak melingkar dalam orbit di sekitar garis
medan magnet. Di sisi lain partikel tersebut dapat bergerak bebas dalam arah
membujur[2].
Untuk saat ini telah dikembangkan teknologi magnetic confinement
dalam sebuah plant heat fusion. Pembangkit ini memiliki daya 500 MW dan
menggunakan kurungan magnetic geometri tokamak seperti yang terlihat pada
gambar 2.2. Pembangkit ini sedang dibangun di Perancis[1].
Gambar 2.2 Magnetic Confinement dengan Geometri Tokamak
Teknologi Inertial Confinement
Inertial confinement adalah teknologi fusi yang mencoba untuk melakukan
reaksi fusi nuklir dengan pemanasan dan mengkompres target bahan bakar, dalam
bentuk pellet yang berisi campuran deuterium dan tritium[3]. Untuk mengkompres
dan memanaskan bahan bakar, energi dikirimkan ke lapisan luar dari target
menggunakan energi tinggi sinar laser, electron atau ion. Namun hampir semua
perangkat Inertial confinement menggunakan laser. Apabila lapisan luar diledakan,
akan menghasilkan tekanan terhadap sisa bahan bakar dan akan mengkompres
target. Proses ini dirancang untuk menghasilkan gelombang kejut yang bisa
memampatkan panas bahan bakar dipusat sehingga reaksi fusi terjadi. Adapun
mekanisme terjadinya reaksi fusi dijelakan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 prinsip kerja Inertial confinement
Tujuan teknologi ini adalah untuk menghasilkan kondisi yang disebut
pengapian, yaitu proses pemanasan yang menyebabkan reaksi pembakaran yang
berantai pada sebagian besar bahan bakar. Pellet bahan bakar mengandung 10mg
bahan bakar, namun dalam prakteknya hanya sebagian kecil bahan bakar ini akan
mengalami reaksi fusi. Tetapi jika semua bahan bakar ini dikonsumsi akan
melepaskan energi setara dengan membakar satu barel minyak.
Teknologi ini pertama kali diusulkan pada tahun 1970-an, yaitu melalui
pendekatan praktis. Namun efisisiensi perangkatnya jauh lebih rendah dari yang
diharapkan dan mencapai proses pengapiannya tidak mudah. Sepanjang tahun 1980
sampai 1990-an banyak percobaan yang dilakukan untuk memahami interaksi
kompleks dari intensitas sinar laser yang tinggi dan plasma. Ini menyebabkan suatu
desain mesin baru, yang akhirnya akan mencapai energi pengapian.