Proses Reaksi Fisi Nuklir

  Inti atom sebagian meluruh dengan memecah menjadi dua lebih kecil, inti lebih stabil selama proses yang disebut reaksi fisi nuklir. Pelajari lebih lanjut tentang proses fisi nuklir dan menguji pengetahuan Anda dengan pertanyaan-pertanyaan kuis.

Pengertian

Fisi nuklir adalah proses di mana inti yang besar terbagi menjadi dua inti yang lebih kecil dengan pelepasan energi. Dengan kata lain, reaksi fisi adalah proses di mana inti dibagi menjadi dua fragmen atau lebih, dan neutron dan energi dilepaskan.

Perubahan massa dan perubahan energi terkait dalam reaksi nuklir yang signifikan. Sebagai contoh, energi yang dilepaskan dari reaksi nuklir 1 kg uranium setara dengan energi yang dilepaskan selama pembakaran sekitar empat miliar kilogram batubara.
Proses Fisi Nuklir

Ini adalah rumus terkenal Albert Einstein berkaitan massa dan energi:

E = mc²

Ini menyatakan bahwa reaksi apapun memproduksi atau mengkonsumsi energi karena kehilangan atau penambahan dalam massa. Energi dan massa adalah setara. Perhatikan bahwa karena c adalah kekuatan kedua yang besar, perubahan kecil dalam hasil massa menghasilkan perubahan besar dalam energi. Ketika nukleon, atau partikel yang terdiri dari inti atom, bergabung bersama untuk membentuk atom, energi dilepaskan (sesuai dengan defek massa : massa inti selalu kurang dari jumlah massa proton individual dan neutron yang membentuk itu).

Sebaliknya, energi yang dibutuhkan untuk memecah inti menjadi nukleon nya. Energi ikat nuklir dapat didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk memecah satu mol inti dalam nukleon individual. Semakin besar energi ikat per nukleon, semakin kuat nukleon diselenggarakan bersama, dan adalah inti lebih stabil. Atom kurang stabil memiliki energi ikat per nukleon lebih rendah. Dengan kata lain, lebih sulit untuk memecah inti dengan energi yang ikat tinggi daripada inti dengan energi ikat rendah. Energi ikat per nukleon adalah fungsi dari nomor massa.  Gambar di bawah ini menunjukkan energi yang mengikat sebagai fungsi dari jumlah massa.

Energi ikat pada gambar di atas menunjukkan bahwa inti berat cenderung tidak stabil. Untuk mendapatkan stabilitas, mereka bisa menjadi beberapa fragmen inti yang lebih kecil. Karena atom dengan nomor massa sekitar 60 yang paling stabil, atom berat (mereka dengan jumlah massa yang lebih besar dari 60) cenderung menjadi fragmen atom yang lebih kecil untuk meningkatkan stabilitas mereka. Pemisahan inti menjadi fragmen disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan reaksi fisi nuklir untuk menghasilkan listrik. Inti atom uranium, serta inti atom besar lainnya, dapat menjalani reaksi fisi nuklir alami. Pertama reaksi reaksi fisi nuklir ditemukan terlibat uranium-235. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan uranium-235 untuk menjalani reaksi fisi inti dengan memukul mereka dengan neutron, seperti yang ditunjukkan oleh model dalam diagram di bawah ini.

Gambar di atas merupakan proses reaksi fisi nuklir ketika neutron menyerang sebuah uranium-235 inti. Barium-141 dan kripton-92 hanya dua dari banyak kemungkinan produk dari reaksi fisi. Bahkan, para ilmuwan telah mengidentifikasi lebih dari 200 isotop produk yang berbeda dari reaksi fisi dari inti uranium-235.

Unsur-unsur barium dan krypton adalah hasil khas reaksi fisi ini. Energi yang dilepaskan oleh setiap reaksi fisi dapat ditemukan dengan menghitung massa atom pada setiap sisi dari persamaan. Dalam reaksi di atas, massa total di sisi kanan dari persamaan adalah 0,186 amu lebih kecil dari itu di sebelah kiri. Energi setara dengan massa ini adalah 2.78×10 ^-11 J, atau 173 MeV. Energi ini muncul sebagai energi kinetik dari produk fisi.

Setiap fisi uranium-235 melepaskan neutron tambahan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Jika satu reaksi fisi menghasilkan dua neutron, dua neutron dapat menyebabkan fisi dua tambahan. Jika kedua fisi melepaskan empat neutron, empat neutron membagi inti lainnya, dan kemudian bisa menghasilkan empat fisi lebih, dan sebagainya, menghasilkan reaksi berantai nuklir seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Situasi ini pada gambar di atas adalah salah satu jenis reaksi berantai nuklir – serangkaian terus menerus dari reaksi fisi nuklir, proses mandiri di mana satu reaksi memulai berikutnya.

Jumlah fisi dan jumlah energi yang dilepaskan dapat meningkat dengan cepat. Dalam sebuah reaksi berantai yang tidak terkendali, sejumlah besar energi dilepaskan dengan sangat cepat, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

     Bahkan, energi yang luar biasa dari sebuah bom atom adalah hasil dari sebuah reaksi berantai yang tidak terkendali. Sebaliknya, pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan reaksi berantai terkendali. Energi yang dilepaskan dari inti dalam bahan bakar uranium yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Sebuah bahan bakar umum adalah uranium fisi (IV) oksida (UO2) terbungkus dalam batang tahan korosi. U-238 adalah isotop yang paling melimpah (99%) dari uranium. U-235, yang membuat naik 0,7% dari uranium alam, memiliki sifat yang langka untuk bisa menjalani induksi fisi, U-235 menjalani fisi atom bila terkena neutron. Bahan bakar yang digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir diperkaya mengandung 3% uranium-235, jumlah yang diperlukan untuk mempertahankan reaksi berantai, dan disebut uranium yang diperkaya. Batang tambahan, sering dibuat dari cadmium atau boron, mengontrol proses fisi dalam reaktor dengan menyerap neutron dilepaskan selama reaksi.

Menjaga reaksi berantai akan sementara mencegah dari perlombaan di luar kendali membutuhkan pemantauan yang tepat dan terus-menerus penyesuaian batang kendali. Banyak kekhawatiran tentang PLTN berfokus pada risiko kehilangan kendali reaktor nuklir, mungkin mengakibatkan kecelakaan radiasi pada yang tingkat berbahaya. The Three Mile Island kecelakaan di Amerika Serikat pada tahun 1979 dan kecelakaan Chernobyl di Ukraina pada tahun 1986 membuktikan contoh mengapa pengendali reaktor sangat penting.

Ringkasan Artikel

Inti atom sebagian dapat dipecah menjadi dua atau lebih inti kecil, lebih stabil selama proses yang disebut reaksi fisi nuklir. Inti berat dengan nomor massa yang lebih besar dari 60 cenderung tidak stabil dan pecah menjadi inti yang lebih kecil dengan pelepasan energi. Reaksi berantai nuklir adalah serangkaian terus menerus dari reaksi fisi nuklir, proses mandiri di mana satu reaksi memulai reaksi berikutnya.