BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Kebutuhan akan energi semakin bertambah dari tahun ke tahun, sementara sumber yang ada masih berbanding terbalik dengan kebutuhan. Walaupun energi radiasi matahari (energi surya) masih sangat berlimpah tetapi pemanfaatannya masih belum maksimal. Secara ekonomis peralatan yang diperlukan untuk mengkonversi energi surya masih relatif mahal dibandingkan sumber-sumber energi yang bersumber pada minyak dan gas bumi serta batubara. Salah satu energi yang sedang dikembangkan adalah energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir yaitu berupa reaktor nuklir. Ada dua jenis Reaktor nuklir yaitu reaktor fusi dan fisi nuklir. Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi alternatif masa depan yang menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah, efisien, bersih dari polusi, tidak menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak menyebabkan sampah radioaktif seperti pada reaktor fisi nuklir. Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial. Reaktor-reaktor ini menggunakan reaksi nuklir yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi inti. Reaksi fusi inti (Nuclear Fussion) adalah reaksi penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar, sedangkan reaksi fisi inti (Nuclear Fission) adalah proses dimana suatu inti berat (nomor massa > 200) membelah diri membentuk inti-inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron (Chang, 2010: 270, 275). Energi yang dihasilkan dari reaktor fisi nuklir dari pemecahan satu atom menjadi dua atom sedangkan energi yang dihasilkan reaktor fusi nuklir adalah reaksi penggabungan dua atom menjadi satu atom. Dibandingkan dengan reaksi fisi, reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi untuk bereaksi. Reaksi fisi merupakan reaksi nuklir yang berkembang dan masih digunakan sebagai sumber energi. Reaksi ini menghasilkan inti atom baru yang sangat tidak stabil dan hampir seketika pecah menjadi dua inti dan sejumlah neutron dan energi yang besar. Pecahan hasil reaksi fisi tersebut merupakan sampah radioaktif dengan
waktu paruh yang sangat panjang sehingga menimbulkan masalah baru pada lingkungan. Berdasarkan pemaparan diatas, perlu adanya pengetahuan tentang reaksi fusi dan fisi nuklir.
B. Rumusan Masalah Masalah yang akan dikaji adalah: 1. Apa yang dimaksud dengan reaksi fusi dan reaksi fisi ? 2. Apa kelebihan dan kekurangan reaksi fusi dan fisi ?
C. Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah: 1. Mengetahui pengertian reaksi fusi dan reaksi fisi. 2. Mengetahui kelebihan dan kekurangan reaksi fusi dan fisi.
BAB II PEMBAHASAN
A. Sejarah Reaktor Fusi Dan Fisi Reaksi nuklir, terutama reaksi fisi dan fusi membebaskan energi yang besar dan akan sangat bermanfaat bila energi tersebut dapat digunakan untuk keperluan hidup manusia sehari-hari. Sejak awal abad-19 para ilmuwan telah bekerja keras untuk memanfaatkan energi nuklir, yaitu energi yang berasal dari inti atom atau nuklir, dalam sebuah reaktor. Reaktor fusi masih belum dapat diwujudkan secara komersial karena beberapa kendala teknis dalam menjaga kontinuitas dan stabilitas reaksi fusi. Sementara itu reaktor fisi telah berkembang sampai pada tahap operasi komersial. Perkembangan teknologi reaktor fisi maju cukup pesat, da bahkan telah menjadi komoditas strategis. 1.
Reaktor fusi Reaktor fusi pertama kali diwujudkan di Uni Soviet pada tahun
1950. Reaktir fusi ini dinamai reaktor tokamak singkatan dari Toroidal’naya kamera s magnitnymi katushkami yang artinya lebih kurang ruang toroidal dengan koil magnetik. Reaktor fusi tokamak ditemukan oleh ilmuwan Soviet, Igor Yevgenyevich tamm dan Andrei sakharov. Penemuan meeka didasari oleh ide dari Oleg Lavrentyev. Baru pada tahun 1968 reaktor ini dinyatakan berhasil mendemonstrasikan terjadinya reaksi fusi didalamnya. Reaktor Tokamak bekerja berdasarkan reaksi fusi antara deutereium dan tritium (reaksi D-T) yang menghasilkan helium, neutron dan energi. Temperatur reaksi fusi dapat mencapai 100 juta derajat celcius. Karena tingginya temperatur reaksi fusi, maka hingga saat ini belum ada material yang bisa dijadikan sebagai bejana unutk menampung reaksi fusi. Secara lengkap reaksi nuklir yang ada didalam reaktor Tokamak adalah sebagai berikut: ( (
)
(
)
)
(
)
Reaksi nuklir pertama menunjukkan bahwa tritium ( lithium (
) yang dibombardir dengan neutron (
yang diperoleh direaksikan dengan deutreium( (
) dibuat dari
) selanjutnya, tritium (
)
) untuk berfusi menjadi helium
) dan menghasilkan neutron dengan energi kinetik neutron 14,1 MeV.
2. Reaksi Fisi Dalam usaha membentuk unsur lewat uranium beberapa pakar nuklir menembaki uranium dengan neutron. Dalam salah satu percobaan untuk menguji apakah unsur radioaktif yang terbsntuk dengan umur paroh 3,5 menit, betul-betul merupakan inti berat, Hahn dan Strassman menemukan dan membuktikan bahwa unsur radioaktif tersebut ialah barium. Meitner dan Frisch menerangkan pembentukan barium ini sabagai hasil pemecahan uranium kedalam dua bagian dengan nomor atom medium, dan proses pemecahan ini disebutnya pembelahan inti atau fisi inti. Ternyata bahwa pada fisi inti produk fisi juga dipancarkan dua atau lebih neutron dan sejumlah besar energi. Secara teori jumlah energi ayng terbebaskan ini dapat dihitung dari perbedaan energi pengikat rata-rata nukleon dalam inti uranium dan energi pengikat dalam inti unsur medium. Berdasarkan hasil perhitungannya setiap fisi inti menghasilakn energi sebesar ±200MeV.
B. Pengertian Reaksi Fisi Dan Fusi Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi. Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan
menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sagat berbahaya bagi manusia. 1. Reaksi fisi Oleh karena setiap reaksi fisi, inti memancarkan dua atau lebih neutron yang selanjutnya dapoat menghasilkan lebih banyak lagi reaksi fisi, dan setiap pembelahan menimbulkan sejumlah besar energy, maka dapat dibayangkan bahwa pada keadaan yang tepat dapat di[eroleh suatu reaksi rantai yang menimbulkan energy yang berlimpah. Tetapi ternyata bahwa reaksi berantai yang menghasilkan energy dalam jumlah besar ini tidaklah begitu mudah dicapai. Pertama isotop uranium yang dapat membelah hanyalah 235U yang kelimpahan isotopnya, yaitu presentase berat isotop 235U terhadap berat isotk. Umunya uranium seluruhnya yang terdapat dalam suatu campuran alam, ternyata hanya sekitar 0,7%. Isotop 238U yang terdapat dalam kelimpahan lebih besar tidak dapat membelah. Pembelahan suatu inti dapat terjadi menurut banyak jalan yang semuanya menghasilkan, di samping pemancaran neutron, dua buah inti dengan nomor massa sekitar 72 sampai 161. Distribusi massa produk fisi bergantung pada energy neutron pengimbas reaksi fisi dan jenis inti sasaran. Ternyata bahwa pembelahan cenderung berlangsung tidak simetri. Umunya dapat dikatakan bahwa bagian yang berat massanya ±50% lebih berat daripada bagian yang yang lebih besar daripada yang diperlukan untuk stabilitas inti, maka produk fisi inti beratpun mengandung neutron berlebih, dan stabiltas dalam inti dapat dicapai dengan memancarkan partikel Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir. 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 — sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya. 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. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektronvolt — lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T.
2. Reaksi fusi Rata-rata Kandungan Energi Nuklir Berikut adalah jumlah energi nuklir yang bisa dihasilkan per kg materi: Fusi nuklir: Deuterium + Deuterium: 82,2 Kt/kg = 82200 Ton TNT/kg Tritium + Deuterium: 80,4 Kt/kg = 80400 Ton TNT/kg Lithium-6 + Deuterium: 64,0 Kt/kg = 64000 Ton TNT/kg Fisi nuklir: Uranium-233: 17,8 Kt/kg = 17800 Ton TNT/kg Uranium-235: 17,6 Kt/kg = 17600 Ton TNT/kg Plutonium-239: 17,3 Kt/kg = 17300 Ton TNT/kg
C. Contoh Dan Aplikasinya 1. Fisi Pembelahan 235U menjadi 137Te dan 97Zr
Hasil pembelahan ini selanjutnya membentuk rantai peluruhan sebagai berikut :
= 17 jam
= 74 menit
= 1 menit
= 22,0 detik
= 3,8 menit
= 30 tahun
2. Fusi
Contoh reaksi fisi yang paling umum adalah senjata nuklir atau bom atom dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Dalam kedua aplikasi ini reaksi fisi mempunyai fungsi dan manfaat yang berbeda. Reaksi fisi yang digunakan dalam pembuatan bom atom berfungsi sebagai tenaga pemusnah massal yang dimanfaatkan sebagai alat untuk menyerang dan pertahanan suatu negara. Sedangkan reaksi fisi yang digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik berfungsi sebagai sumber energi yang bermanfaat untuk kesejahteraan umat manusia.
D. Kelebihan Dan Kekurangan Reaksi Fusi Dan Fisi Reaksi fusi dan fisi adalah termasuk dalam reaksi nuklir, yg tentunya menghasilkan energi yg besar. Kegunaan keduanya sama yaitu sebagai sumber energi yg sangat besar. Untuk saat ini reaksi fusi belum bisa dikendalikan, hanya reaksi fisi saja yg bisa dimanfaatkan sebagai inti dari pembakit listrik tenaga nuklir. Sedangakan reaksi fusi hanya baru bisa dimanfaatkan sebagai bom hidrogen yg memiliki daya rusak yg lebih besar dari reaksi fisi. Untuk kedepannya ilmuan memimpikan menggunakan reaksi fusi untuk pembangkit tenaga listrik, dimana reaksi ini lebih menguntungkan karena sumbernya yg melimpah dan bersih tanpa radioaktif Fusi nuklir menawarkan kemungkinan pelepasan energi yang besar dengan hanya sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan serta dengan tingkat keamanan yang lebih baik. Namun demikian, saat ini masih terdapat kendal-kendala bidang keilmuan, teknik dan ekonomi yang menghambat penggunaan energi fusi guna pembangkitan listrik.
Reaksi fusi menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan dengan reaksi fisi dalam hal konversi energi nuklirnya. Salah satu keuntungan dibandingkan dengan fisi adalah bahwa cadangan isotop dapat-fusi yang diketahui adalah jauh lebiAh banyak. Kenyataannya, terdapat persediaan bahan bakar yang pada dasarnya tak terbatas. Isotop bahan bakar yang umum dipakai untuk reaksi fusi ialah deutrium, hidrogen-2, dan isotop ini terdapat di alam sekitar satu diantara 6700 bagian hidogen biasa. Dengan memperhatikan jumlah air yang tersedia di dunia, berarti bahwa persediaan bahan bakar sangatlah banyak. Keuntungan lain reaksi fusi ialah bahwa produk reaksi fusi tidaklah bersifat radioaktif setinggi yang dipunyai oleh produk fisi. Di dalam produk reaksi fusi yang lima itu (yang dikemukakan di muka), hanya hidrogen-3 dan neutron yang bersifat radioaktif dan neutron juga akan meluluh menjadi atom hidrogen. Radioaktifitas yang dihasilkan sebagai hasil pengaktifan neutron dari struktur kemasan justru lebih menjadi masalah ketimbang produk fusi. Keuntungan besar yang terakhir dari fusi terhadap fisi muncul dari kenyataan bahwa proses fusi adalah sulit untuk dimulai dan diawasi. Kenyataannya, sedikit saja ada gangguan terhadap sistem selalu akan mengakibatkan berhentinya reaksi Efek ini, bersama dengan sangat kecilnya jumlah reaktan yang terdapat di sistem, mencegah terjadinya kerugian daya yang besar akibat kerusakan peralatan. Masalah utama yang berkaitan dengan pengembangan reaktor fusi timbul dari kenyataan bahwa partikel-pertikel yang bereaksi keduanya adalah inti yang bermuatan positif. Ini berarti bahwa partikel reaksi tersebut harus mempunyai energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya tolak-menolak Coulomb. Untuk mendapatkan energi kinetik yang minimum itu, kedua partikel harus mempunyai massa partikel yang sama serta mempunyai angka perbandingan massa-muatan (mass-to-charge ratio) yang tinggi. Energi minimum atau energi ambang yang dibutuhkan untuk memulai reaksi telah diberikan lebih dahulu berserta berbagai reaksi lain. Energi ini umumnya dinyatakan dalam satuan temperatur, meskipun kerapatan partikel sebenarnya adalah sangat kecil sehingga temperatur tidaklah memberi arti banyak. Dengan energi kinetik yang setinggi ini, semua elektron dilucuti dari intinya dan reaktan
dikatakan berada dalam suatu keadaan yang diberi nama plasma. Kadang-kadang dikatakan bahwa ini adalah tingkat ke-empat dari suatu zat. Pada bom nuklir, energi penyalaan diperoleh pertama kali dari pendenotasian bom fisi. Reaksi deutrium-tritium mempunyai energi ambang yang terendah (massa/muatan = A/Z = 5/2) dan, karena alasan ini, reaktor fusi akan beroperasi dengan reaksi ini. Kelemahan reaksi fusi sebagai sumber energi adalah dibutuhkan suhu yang sangat tinggi, dana yang besar dan pengetahuan yang sangat tinggi untuk mengolah sumber energi dari reaksi fusi, sedangkan kelebihan dari reaksi fusi adalah energi yang dihasilkan lebih besar dan bahan bakar untuk reaktor fusi yaitu deuterium sangat berlimpah tersedia dalam air laut. Kekurangan reaksi fisi adalah limbah yang dihasilkan mengandung unsure tidak stabil. Hal ini sangat berbahaya bagi lingkungan serta kesehatan manusia dan akan tetap begitu selama ratusan tahun. Sehingga sangat sulit untuk menyimpan elemen radioaktif dalam jangka waktu lama. Sedangkan kelebihan adalah menggunakan bahan bakar yang sedikit berupa uranium namun menghasilkan energy yang besar.
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan 1. Sejarah reaktor fusi dan fisi adalah, sejak awal abad-19 para ilmuwan telah bekerja keras untuk memanfaatkan energi nuklir, yaitu energi yang berasal dari inti atom atau nuklir, dalam sebuah reaktor. Reaktor fusi pertama kali diwujudkan di Uni Soviet pada tahun 1950. Reaktir fusi ini dinamai reaktor tokamak singkatan dari Toroidal’naya. Baru pada tahun 1968 reaktor ini dinyatakan berhasil mendemonstrasikan terjadinya reaksi fusi didalamnya. Meitner dan Frisch menerangkan pembentukan barium ini sebagai hasil pemecahan uranium kedalam dua bagian dengan nomor atom medium, dan proses pemecahan ini disebutnya pembelahan inti atau fisi inti. 2. Reaksi fusi adalah Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. 3. Contoh dan aplikasi reaktor fusi dan fisi adalah reaksi fisi digunakan dalam pembuatan bom atom berfungsi sebagai tenaga pemusnah massal yang dimanfaatkan sebagai alat untuk menyerang dan pertahanan suatu negara. Sedangkan reaksi fisi yang digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik berfungsi sebagai sumber energi yang bermanfaat untuk kesejahteraan umat manusia. 4. Keuntungan reaksi fusi yaitu: produk reaksi fusi tidaklah bersifat radioaktif setinggi yang dipunyai oleh produk fisi, proses fusi sulit untuk dimulai dan diawasi, melimpah. Sedangkan kekurangannya adalah reaksi fusi hanya baru bisa dimanfaatkan sebagai bom hidrogen yg memiliki daya rusak yg lebih besar dari reaksi fisi.
Keuntungan reaksi fisi adalah dapat digunakan sebagai senjata nuklir atau bom atom dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Kekurangannya: bersifat radioaktif yang tinggi yang berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia. B. Saran Diharapkan agar penggunaan reaktor nuklir
agar lebih berhati-hati
terutama hasil reaksi dari reaksi fisi, mengingat dampak yang ditimbulkan berbahaya baik lingkungan maupun kesehatan manusia.
