Bukit Es Pinguin: Reaksi Inti

Unsur radioaktif, inti-intinya meluruh menjadi inti yang lain yang lebih stabil. Pada peristiwa peluruhan radioaktif inti-inti berubah dengan sendirinya tanpa dipengaruhi atau berlangsung secara alami. Tetapi sebenarnya perubahan inti-inti radioaktif juga dapat dilakukan dengan cara menembakkan partikel-pertikel yang mempunyai energi cukup sehingga berlangsung reaksi pada unsur yang ditembaki. Reaksi yang terjadi dinamakan reaksi nuklir. Jadi reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses yang terjadi apabila partikel-pertikel nuklir (nukleon atau inti atom) saling mengadakan kontak.

Reaksi inti ditulis sebagai berikut:

atau disingkat :

X adalah inti awal, Y inti akhir, sedang a dan b masing-masing adalah partikel datang dan yang dipancarkan.

Apabila suatu partikel α ditembakkan pada inti X, maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi, yakni hamburan elastik, hamburan inelastik dan reaksi inti.

Para ahli banyak menggunakan reaksi inti ini untuk tujuan analisis kualitatif dan kuantitatif dalam suatu penelitian, misalnya AAN (Aktivasi Neutron).

Dalam reaksi inti berlaku beberapa hukum kekekalan, antara lain:

1. Hukum kekekalam muatan

∑Z = tetap

2. Hukum kekekalan massa dan energi

M_A.C² + m_a.C² + Ka = MB.C² + M_b.C² + Kb + Kb
       M_A.C² + m_a.C² = M_B.C² + M_b.C² + Q
Dimana               Q = energi reaksi
                              = KB + Kb – Ka
                                 (Energi kinetik)
Bila Q > 0 reaksi ekso energi
        Q < 0 reaksi endo energi

3. Hukum kekekalan nomor massa

∑A = tetap

4. Hukum kekekalan momentum sudut inti

∑I = tetap

5. Hukum kekekalan paritas

∑∏ = tetap

6. Hukum kekekalan momentum linier

∑P = tetap

Partikel yang digunakan untuk menembaki inti-inti radioaktif agar terjadi reaksi nuklir adalah partikel α, partikel β, sinar γ, netron, proton dan deuteron. Pada peristiwa reaksi nuklir, inti yang ditembaki akan berubah menjadi inti yang lain disertai pelepasan partikel lain dan energi. Besarnya energi yang terbentuk pada peristiwa reaksi sama dengan selisih massa mula-mula dengan massa akhir.

Reaksi inti dapat digolongkan dengan beberapa cara, tergantung pada keadaan yaitu sebagai berikut:

1. Klasifikasi reaksi inti menurut partikel penembak

Menurut klasifikasi ini dapat digolongkan dalam beberapa golongan, yakni:

a. Reaksi partikel bermuatan

Termasuk reaksi ini adalah reaksi p, d, α, C¹², O¹⁶.

b. Reaksi netron

Partikel yang ditembakkan adalah netron

c. Reaksi foto nuklir

Partikel yang ditembakkan adalah foton (sinar gamma)

d. Reaksi elektron

Partikel yang ditembakkan adalah elektron

2. Klasifikasi reaksi inti menurut energi partikel penembak

a. Untuk reaksi netron, energi netron penembak dapat digolongkan dalam empat golongan, yaitu:

Netron termik dengan energi datang ~ 1/40 eV
Netron epitermik dengan energi datang ~ 1 eV
Netron datang dengan energi datang ~ 1 keV
Netron cepat dengan energi datang 0,1 – 10 MeV

b. Untuk reaksi partikel bermuatan, partikel penembak digolongkan sebagai berikut:

Partikel berenergi rendah : 0,1 – 10 MeV
Partikel berenergi tinggi : 10 – 100 MeV

Reaksi Fisi

Reaksi fisi (reaksi pembelahan) yaitu reaksi yang terjadi pada inti berat dan akan meluruh atau pecah menjadi inti-inti ringan secara berantai. Pada reaksi tersebut, inti atom menangkap netron dan menghasilkan keadaan inti yang sangat labil dan dalam waktu yang singkat inti tersebut akan membelah menjadi belahan inti utama disertai munculnya dua atau tiga netron-netron baru.

Ukuran dari kedua pecahan hasil reaksi tidak tetap, dengan kemungkinan terbesar pecahan yang satu memiliki nomor massa sekitar 90 dan yang lain sekitar 140. Energi yang dibebaskan dalam fisi, sebagian besar akan berubah menjadi energi kinetik dari kedua pecahan itu yaitu sekitar 80 persen, sedangkan yang 20 persen muncul dalam bentuk peluruhan (beta dan gamma) serta energi kinetik sejumlah netron yang terpancar pada proses fisi. Sebagai contoh pada peluruhan Uranium

yang sering terjadi adalah:

Salah satu contoh peluruhan Uranium

yang ditampilkan dalam bentuk gambar.

Gambar 13. Salah satu contoh reaksi fisi peluruhan Uranium

Pada reaksi dengan penembakan neutron termal pada inti uranium (inti fisil) akan menghasilkan inti baru dan disertai lepasnya dua neutron yang jika sudah diperlambat dalam moderator dapat menyebabkan terjadi reaksi berikutnya, sehingga terjadilah reaksi berantai, seperti gambar dibawah ini.

Gambar 14. Reaksi berantai Uranium 235

Pada gambar 14 menjelaskan bahawa sebuah neutron yang bergerak lambat memicu fisi atau pembelahan sebuah inti uranium-235 dan beberapa neutron dipancarkan. Dalam uranium yang telah diperkaya agar mengandung uranium-235 dengan perbandingan yang tinggi, neutron-neutron ini segera menghantam inti-inti uranium-235 lainnya dan mengulangi proses tersebut. Terjadilah proses fisi secara terus menerus, dengan melepaskan energi dalam jumlah yang besar.

Energi total setiap kali fisi untuk satu neutron menembak satu kali adalah sekitar 200 MeV.

Jika suatu reaksi menghasilkan energi Q>0, reaksi tersebut dinamakan reaksi Eksotermik atau Eksoergik, sedangkan jika Q<0, maka diperlukan energi selama reaksi dan reaksinya dinamakan reaksi Endotermik atau Endoergik (Soetjipto, 1996:143).

Q adalah energi reaksi yang dihasilkan yang didefinisikan sebagai energi total yang dipancarkan selama reaksi berlangsung yaitu sama dengan selisih energi kinetik sebelum reaksi dan energi kinetik sesudah reaksi atau selisih massa sebelum reaksi dan sesudah reaksi dikalikan c².
Sebagai contoh misalnya pada reaksi berikut:
A + B --> C + D
A adalah partikel penembak
B adalah partikel sasaran
C dan D adalah partikel baru hasil reaksi, maka

Pada reaksi inti yang digunakan partikel penembak, maka energi partikel penembak harus cukup besar agar reaksi dapat terjadi. Besarnya energi kinetik minimum dari partikel penembak agar terjadi reaksi dinamakan Energi Ambang.

Reaksi Fusi

Reaksi fusi (penggabungan atau peleburan) yaitu reaksi antara inti-inti ringan disertai dengan pelepasan energi, misalnya penggabungan proton menjadi detron. Reaksi fusi adalah reaksi yang belum bisa dibuat karena diperlukan wadah yang tahan terhadap suhu mencapai ~10⁷^oK. Pada suhu tersebut atom-atom akan terionisasi membentuk keadaan yang dinamakan plasma. Sebenarnya reaksi fusi merupakan sumber energi karena pada reaksi tersebut dihasilkan energi yang besar sekali. Seperti reaksi yang terjadi pada matahari dan bintang-bintang.

Energi yang dihasilkan terbentuk melalui dua jenis reaksi, yaitu melalui daur proton-proton dan daur carbon yang masing-masing menghasilkan energi sekitar 25 MeV dan 28 MeV.

a. Daur proton-proton