Jelaskan bagaimana E mc2 digunakan dalam reaksi fisi dan fusi

Mukhlis Akhadi
Ahli Peneliti Utama di Badan Tenaga Nuklir Nasional Atom merupakan bagian terkecil dari suatu materi yang sudah tidak memiliki sifat dasar materi. Dikatakan tidak memiliki sifat dasar materi karena sifat dari atom-Âatom penyusun materi itu berlainan dengan sifat materi itu sendiri. Setiap atom digambarkan sebagai bola yang terdiri atas kulit atom di bagian luar dan inti atom di tengah-tengahnya. Pada bagian kulit atom terdapat elektron-elektron bermuatan listrik negatif yang bergerak mengelilingi inti atom. Pada bagian inti terdapat proton dan neutron. Proton bermuatan listrik positif, sedang neutron tidak bermuatan listrik atau netral.

Untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang inti atom, marilah kita memulai bahasan itu dari aktivitas hidup kita sehari-hari. Pada waktu kita melakukan sarapan pagi misalnya, kita biasanya bertemu dengan nasi. Pertama kita melihat sepiring nasi putih. Jika nasi tersebut diuraikan ke bagian-bagian yang lebih kecil, maka kita akan memperoleh malekul-molekul penyusun nasi putih. Jika molekul nasi kita uraikan lagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, maka akan kita peroleh atom-atom penyusun molekul tersebut.

Dalam ilmu kimia, nasi putih termasuk senyawa karbohidrat monosakarida yang rumus molekulnya C6H12O6. Artinya, satu molekul nasi tersusun atas enam atom carbon (C), 12 atom hidrogen (H) dan enam atom oksigen (O). Jadi molekul nasi dapat diuraikan menjadi atom-atom penyusunnya sehingga diperoleh atom C, H dan O. Jika kita mengambil salah satu atom C untuk diuraikan lebih lanjut, maka dari atom itu akan diperoleh kulit atom dan inti atom. Dalam kulit atom C terdapat enam buah elektron, sedang dari dalam inti atomnya diperoleh enam buah proton (p) dan enam buah neutron (n), seperti ditunjukkan pada gambar.

Mengenal Nuklir

Pada umumnya masyarakat awam mengenal istilah nuklir dari sejarah Perang Dunia II. Pada saat itu, dua buah bom nuklir meledak atau diledakkan oleh tentara sekutu (Amerika Serikat) masing-masing di kota Hiroshima pada tanggal 6 Agustus 1945 dan Nagasaki pada tanggal 9 Agustus 1945. Bagi bangsa Indonesia, peristiwa pengeboman dua kota di Jepang tadi juga terkait langsung dengan arah perjalanan bangsa ini. Dalam waktu yang sangat berdekatan dengan kekalahan tentara Jepang terhadap kekuatan Sekutu pada Perang Dunia II itulah bangsa Indonesia memproklamirkan kemerdekaannya pada tanggal 17 Agustus 1945, setelah sebelumnya selama tiga setengah abad dijajah oleh Belanda dan selama tiga setengah tahun dijajah oleh Jepang. Dibanding dengan teknologi lain, teknologi nuklir merupakan teknologi yang oleh sebagian besar masyarakat awam dirasa paling jarang atau bahkan tidak pernah sama sekali bersentuhan dengan masalah-masalah kehidupan manusia sehari-hari. Masyarakat awam lebih banyak mengenali resiko atau bahaya dari teknologi nuklir itu dibandingkan dengan pengenalan mereka terhadap manfaat yang dapat diperoleh dari teknologi nuklir. Hasilnya adalah deretan panjang pengertian dan asumsi negatif yang diidentikkan dengan nuklir. Kurangnya informasi yang menyeluruh mengenai nuklir, ditambah cacat bawaan dalam perkembangan teknologi nuklir itu sendiri telah mengakibatkan dalam benak sebagian besar masyarakat awam terpateri istilah nuklir yang identik dengan bom. Istilah nuklir dalam ilmu pengetahuan selalu dikaitkan dengan peristiwa-Âperistiwa yang terjadi dalam inti atom. Disiplin fisika nuklir misalnya, merupakan cabang ilmu pengetahuan yang khusus mempelajari fenomena-fenomena fisika yang terjadi di dalam inti atom. Reaksi nuklir merupakan reaksi yang melibatkan inti atom. Kita juga mengenal istilah reaktor nuklir, yaitu suatu tempat untuk melangsungkan reaksi nuklir secara aman dan terkendali. Nuklir atau inti atom sebenarnya hanyalah bagian yang sangat kecil dari sebuah atom, sedang atom itu sendiri merupakan bagian yang terkecil dari sebuah materi. Meskipun demikian, dalam membahas mengenai ilmu pengetahuan dan teknologi nuklir, ternyata kita harus berhadapan dengan bidang bahasan yang sangat luas. Hal ini tentu saja sangat erat kaitannya dengan berbagai macam fenomena fisika beserta informasi lain yang terkandung di dalam nuklir yang berhasil dikuak oleh manusia. Bahkan hingga kini, banyak informasi yang terkandung di dalamnya masih terus dipelajari oleh manusia. Berbagai penelitian dalam skala besar yang melibatkan banyak ilmuwan terus dilakukan dalam rangka memperoleh informasi untuk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi nuklir itu sendiri.

Sejarah perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi nuklir bermula ketika Otto Hahn dan Fritz Strasmann pada tahun 1938 menemukan reaksi pembelahan inti atom. Mereka melakukan penelitian dengan cara menembaki unsur uranium-235 (U-235) dengan partikel neutron yang bergerak sangat lambat. Dari hasil penembakan tersebut mereka mendapatkan bahwa:

Inti atom U-235 pecah menjadi inti-inti atom yang lebih kecil dan massanya lebih ringan dibandingkan U-235.
Dipancarkan dua hingga tiga buah partikel neutron baru yang bergerak sangat cepat, neutron ini disebut neutron cepat.
Dilepaskan energi dalam bentuk panas sebesar 200 Mega electron-Volt (MeV).

Reaksi yang ditemukan oleh Hahn dan Strasmann ternyata sangat berlainan dengan reaksi kimia biasa yang sudah dikenal pada saat itu. Pada reaksi kimia biasa, reaksi itu terjadi antara unsur-unsur kimia, dimana unsur-unsur yang bereaksi masih dapat ditemukan dalam senyawa hasil reaksi. Reaksi pembelahan inti atom U-235 tersebut disebut reaksi nuklir, karena setelah terjadi reaksi pembelahan tidak ditemukan lagi adanya inti atom U-235. Reaksi ini sering kali disebut juga sebagai reaksi fisi (pembelahan) karena inti U-235 pecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Dari penemuan reaksi inilah persamaan kesetaraan massa dan energi yang dirumuskan oleh Albert Einstein dengan persamaan: E = mc2 (E = energi dalam Joule, m = massa dalam kilogram, dan c = kecepatan cahaya yang nilainya 300.000 km/detik) dapat dibuktikan dan diakui kebenarannya oleh kalangan ilmuwan secara luas.

Last Modified : 04 December 2008 - 06:30:04 by Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda memerlukan Javascript yang aktif untuk melihatnya.

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses dari 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.

Reaksi fusi antara Lithium-6 dan Deuterium yang menghasilkan 2 atom Helium-4.

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 sangat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

Persamaan reaksi nuklir ditulis serupa seperti persamaan dalam reaksi kimia. Setiap isotop ditulis dalam bentuk: simbol kimianya dan nomor massa. Partikel neutron dan elektron, masing-masing ditulis dalam simbol n dan e. Partikel proton atau protium (sebagai inti atom hidrogen) ditulis dalam simbol p. Partikel deuterium dan tritium, masing-masing ditulis dalam simbol D dan T.

Contohnya:

Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4 6Li + D -> 4He + 4He 6Li + D -> 2 4He

isotop helium-4, disebut juga partikel alfa, bisa ditulis dalam simbol α

Jadi, bisa juga ditulis:

6Li + D -> α + α

atau:

6Li(D,α)α (bentuk yang dipadatkan)

Untuk menghitung energi yang dihasilkan, perubahan massa isotop sebelum dan sesudah reaksi nuklir diperhitungkan. Jumlah massa yang hilang, dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya; hasilnya sama dengan energi yang dilepaskan dalam reaksi itu.

(lihat Tabel isotop unsur ringan (0 sampai 8)) massa isotop Lithium-6: 6,015122795 massa isotop Deuterium: 2,0141017778 massa isotop Helium-4: 4,00260325415 Lithium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4 6,015122795 + 2,0141017778 -> 4,00260325415 + 4,00260325415 8,0292245728 -> 8,0052065083 Massa yang hilang: 8,0292245728 - 8,0052065083 = 0,0240180645 u (0,3%) (dibulatkan) E = mc2 E = mc2 = 1u x c2 = 1,660538782×10−27 kg x (299.792.458 m/s)2 = 149241782981582746,248171448×10−27 Kg m2/s2 = 149241782981582746,248171448×10−27 J = 931494003,23310656815183435498209 ev = 931,49 Mev (dibulatkan) Jadi, massa 1u = 931,49 Mev E = mc2 = 1 Kg x c2 = 1 kg x (299.792.458 m/s)2 = 89875517873681764 Kg m2/s2 = 89875517873681764 J = 89,875 PJ (dibulatkan) Jadi, massa 1 Kg = 89,875 PJ Jadi energi yang dapat dihasilkan = 89,875 PJ/kg = 21,48 Mt TNT/kg =149,3 pJ/u = 931,49 MeV/u E = 0,0240180645 u x 931,49 MeV E = 22,372586901105 MeV (dengan keakuratan 1%) E = 22,4 Mev (dibulatkan) Jadi, persamaan reaksinya: 6Li + D -> 4He (11.2 MeV) + 4He (11.2 MeV) 6Li + D -> 2 4He + 22,4 MeV massanya hilang sebanyak 0,3 % (dibulatkan dari 0,2991330517938 %) 0,3 % x 21,48 Mt TNT/kg = 64 Kt/kg (dibulatkan) jadi, Jumlah energi yang bisa dihasilkan (dengan 100 % efisien ) melalui reaksi fusi nuklir berbahan materi: Lithium-6 + Deuterium = 64 Kt/kg (dibulatkan)

Berikut adalah jumlah energi nuklir yang bisa dihasilkan per kg materi:

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

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