Reaksi Fusi Nuklir

Diterjemahkan dari Wikipedia.Org 2011

Fisika Nuklir, Kimia Nuklir dan reaksi nuklir Astrofisika (Fisika Ruang Angkasa) adalah ilmu yang ikut mempelajari reaksi fusi, yaitu proses bergabungnya dua atau lebih atom, sehingga menghasilkan inti atom yang lebih berat, reaksi demikian diebut dengan reaksi fusi. Pada proses fusi seperti tersebut di atas selalu dihasilkan energi yang kuat. Reaksi demikian hanya bisa dilakukan dengan suhu yang tinggi, terutama diperlukan untuk sejumlah atom yang berfusi.

Fusi dua atom dengan masa atom lebih rendah dari logam biasanya menghasilkan energi yang lebih besar dari yang disimpan logam itu sendiri.
Proses kebalikan dari fusi reaksi disebut dengan reaksi fisi.

Contoh reaksi fusi yang sederhana adalah fusi Hydrogen. Bila 2 proton ditembakan pada kulit Hydrogen yang berenergi lemah, maka proton tersebut akan berubah menjadi neutron, sehingga terbentuklsh hydrogen isotope (deuterium). Reaksi bisa lebih kompleks, apabila kita gunakan ion yang lebih berat, dengan reaksi fusi yang melibatkan dua atau lebih inti (nucleons), maka mekanisma reaksi ( reaction mechanism) akan berbeda, tetapi pada prinsipnya sama, yaitu reaksi penggabungan inti yang kecil menjadi lebih besar.

Fusi nuklir terjadi di alam bebas, yaitu pada aktifitas bintang/matahari. Reaksi fusi buatan manusia dewasa ini sudah umum terjadi, meskipun sekarang belum semua teknologi tentang sumber pembangkit tenaga nuklir dikuasi oleh manusia.. Dalam laboratorium percobaan telah berhasil dilakukan percobaan fusi berbagai macam jenis inti. Tetapi energi yang dihasilkan belum sesuai dengan yang diharapkan.
Dalam uji coba senjata nuklir, telah berkali kali terjadi reaksi fusi yang tidak mampu dikontrol, kecuali hanya ledakan yang kuat sekali.Ledakan tersebut dihasilkan karena penggunaan isotopes hydrogen, deuterium (H-2) dan tritium (H-3), dan tidak pernah mennggunakan H-1 atau "protium".

Teori dasar tentang perpindahan partikel inti atom dihasilkan dari percobaan Ernest Rutherford, yang lebih awal beberapa tahun dari percobaan Mark Oliphant in 1932 yang menggunakan isotop Hydrogen. Kemudian langkah ini diteruskan dengan teori tentang reaksi fusi nuklir Matahari olrh . Hans Bethe. Reaksi fusi di bidang militer pertama kali dilakukan pada tahaun 1940 di Manhattan Project, tetapi pene;litian ini dirahasiakan hingga tahun 1951. Sejak itu senjata nuklir berkembang pesat sejak 1 November 1952, setelah uji coba bom nuklir Ivy Mike hydrogen bomb.


Fusi deuterium dan tritium untuk membentuk helium-4, menghasilkan sebuah neutron, dan menghasilkan energi 17.59 MeV, masa partikel yang berubah membentuk energi kinetic sebesar E = Δmc2, dimana Δm adalah masa partikel yang berubah.

Biasanya bila elemen yang berfusi lebih ringan dari logam, atau bila masa atom (atomic mass) dan jumlah masa ( mass number) lebih rendah dari inti yang terbentuk pada fusi atau dinamakan reaksi mass defect. Maka akan terbentuk fusi ari inti yang ringan menjadi inti yang lebih berat dan menyebabkan partikel kehilangan masa, meski tidak ada inti yang yang terbuang. Masa yang hilang ini akan berubah menjadi energi sebesar E=mc2 ( sebenarnya reaksi tidak menghasilkan energi, tetapi energi itu sendiri adalah perubahan dari masa yang hilang ).

Apabila rangkaian reaksi fusi menjadi tak terkontrol, maka reaksi akan menghasilkan ledakan ermonuklir (thermonuclear explosion), yang biasa disebut dengan hydrogen bomb. Reaksi nuklir yang normal masih menghasilkan energi tertentu dan sejumlah neutron.

Pwnwlitian mengenai reaksi fusi yang terkontrol, untuk tujuan energi pembangkit listrik telah dimulai sejak 50 tahun yang lalu, melalui serangkaian penelitian yang rumit tetapi terus mengalami perkembangan yang baik.

Dibutuhkan energi untuk menggabung inti, meskipun pada inti yang paling ringan, yaitu, hydrogen. Hal ini disebabkan inti bermuatan positif (sesuai dengan jumlah proton), dan atom cenderung mempertahankan muatanya. Dengan pemanasan termonuklir, partikel atom akan semaik cepat bergerak dan meningkat pula gaya tolak elektroststisnya, dan semakin mudah untuk mengeluarkan energi nuklirnya dan mudah untuk melakukan reaksi fusi. Fusi pada zat yang rendah masa atomnya untuk berfusi membentuk inti yang berat akan membebaskan electron atau proton bebas. Pada reaksi ini jumlah energi yang dibebaskan akan lebih besar ketimbang energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan inti inti tersebut. Reaksi ini disbut dengan exothermic process, dan akan menimbulkan reaksi yang berantai.

Energy yang dihasilkan pada reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, sebab energi yang tersimpan untuk mempertahankan inti atom lebih besar ketimbang mempaertahankan electron pada kulit atom.

Energi yang tersimpan dalam atom harus tersimpan sebelum dilakukan fusi. Pada jarak yang relative jauh inti yang aktif akan menolak lainnya, karena adanya gaya ekeltrostatik diantara mereka, hal ini karena inti tersebut sma sama bermuatan positif. Jika kedua inti dipaksa saling berdekatan , mereka akan menghasilkan energi nuklir yang semaikn dekat jaraknya semakin besar.

Jika partikel inti seperti proton dan neutron ditembakan ke inti atom, maka akan timbnulah energi nuklir antara inti tersebut. Partikel inti akan bertambah saling mendekat di permukaan atom. Maka energi yang tersimpan dalam atom akan meningkat, inilah energi nuklir. Gaya elektrostatis harganya berbanding terbalik dengan jaraknya, maka jika proton ditembakan ke atom, maka akan timbul gaya tolak listrik yang besar pada inti Energi ini semakin bertambah besar tanpa batas bila atom bertambah besar.


Pada jarak inti yang dekat gaya tarik nuklir akan bertambah kuat disbanding gaya tolaknya lektrostatis.



. Rangkaian Reaksi Fusi Bintang




Rangkaian CNO yang berada di bintang yang lebih besar dari matahari
Hal yang paling penting yang merupakan sumber energi dari bintang adalah reaksi fusi. Rangkaian reaksi ini terdiri dari 4 proton dengan 1 partikel alpa, yang membebaskan dua positrons, dan neutrinos (kemudian dua proton berubah menjadi dua neutrons), dan energy,
Tetapi disamping itu terdapat reaksi lainya yang bebas terjadi, terhganting dari massa bintang.

Pada temperature dan masa jenis materi angkasa luar, laju reaksi fusi tergolong lambat. Sebagai contoh pada inti matahari yang bertemperatur T ≈ 15 MK dan masa jenis 160 g/cm³, maka energi yang dibebaskan hanya sebesar 276 μW/cm³, Sehingga reaksi fusi pada bintang tidak praktis dilakukan di laboratorium. Sebab laju reaksi nuklir sangat tergantung pada suhu (exp(−E/kT)), sedangkan untuk mereaksikan fusi bintang di laboratorium membutuhkan 10 – 100 kali dengan suhu bintang, atau T ≈ 0.1–1.0 GK.