Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2
188
Secara matematis dapat dituliskan:
o
7 1
4 4
3 1
2 2
Li + H He
He
+
Untuk mempersingkat penulisan, reaksi inti biasanya dituliskan dalam bentuk X a, b Y. Sebagai contoh, reaksi inti yang dilakukan oleh
Rutherford di atas dapat dituliskan sebagai: D
14 17
8 7
,p
N O
Di dalam reaksi inti ada beberapa hukum kekekalan yang perlu kita perhatikan. Hukum-hukum tersebut adalah hukum kekekalan jumlah
nukleon, hukum kekekalan muatan, hukum kekekalan energi, dan hukum kekekalan momentum.
a. Hukum kekekalan jumlah nukleon
Jumlah nukleon proton + neutron sebelum reaksi sama dengan jumlah nukleon sesudah reaksi.
Misalkan pada reaksi
o
A A
A A
Z Z
Z Z
X a
Y b
1 2
3 4
1 2
3 4
+
+
dalam hal ini berlaku: A1 + A2 = A3 + A4
b. Hukum kekekalan muatan
Jumlah muatan proton sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Berdasarkan hukum kekekalan muatan pada reaksi di atas
berlaku: Z1 + Z 2 = Z 3 + Z4
c. Hukum kekekalan energi
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa jumlah energi total relativistik sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Energi total
adalah jumlah energi kinetik K dan energi diamnya E .
Pada reaksi di atas berlaku: K
X
+ E
0X
+ K
a
+ E
0a
= K
Y
+ E
0Y
+ K
b
+ E
0b
K
Y
+ E
b
+ K
X
+ E
a
= K
0X
+ E
0a
+ K
0Y
+ E
0b
K
Y
+ E
b
+ K
X
+ E
a
= {m
0X
+ m
0a
+ m
0Y
+ m
0b
}c
2
Keterangan:
K : energi kinetik MeV m
: massa diam inti atau partikel MeV
Besarnya energi reaksi dirumuskan sebagai: Q = {m
0X
+ m
0a
+ m
0Y
+ m
0b
}c
2
. . . 10.10 atau
Q = K
Y
+ E
b
+ K
X
+ E
a
. . . 10.11
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2
189
D. Reaksi Fisi dan Reaksi Fusi
Reaksi yang terjadi pada inti atom ada dua macam, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi. Berikut akan kita pelajari lebih lanjut mengenai kedua
reaksi tersebut.
1. Reaksi Fisi
Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti-inti
ringan disertai dengan pelepasan energi. Inti-inti baru hasil reaksi disebut sebagai fragmen fisi. Contoh reaksi fisi yang sering digunakan
adalah reaksi pembelahan uranium–235 berikut.
o
235 1
236 94
1 1
92 54
38
U + n Xe +
Sr + n + n Pada proses di atas, uranium–235 tereksitasi setelah
menyerap neutron, kemudian uranium membelah. Selain dengan cara di atas, reaksi fisi juga dapat terjadi
dengan cara menembakkan sinar gamma atau proton pada inti target. Beberapa inti tak stabil dapat mengalami reaksi
fisi secara spontan. Reaksi ini biasanya didahului dengan peluruhan sinar gamma.
Neutron yang dihasilkan akibat pembelahan pada reaksi fisi dapat menginduksi fisi, sehingga fisi dapat
berjalan dengan sendirinya. Jika hal ini berlangsung tanpa kendali maka terjadi reaksi berantai dengan energi yang
sangat dahsyat dan mengakibatkan kerusakan yang luar biasa, seperti pada ledakan bom atom. Karena pada reaksi
fisi dilepaskan energi yang sangat besar yaitu sekitar 200 MeV untuk setiap reaksi fisi yang terjadi.
Jika Q 0 reaksinya disebut reaksi eksotermik. Pada reaksi eksotermik, sistem kehilangan energi massa diamnya tetapi
mendapat tambahan energi kinetik. Jika Q 0 reaksinya disebut reaksi endotermik.
d. Hukum kekekalan momentum
Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa jumlah momentum relativistik sebelum reaksi sama dengan jumlah
momentum relativistik sesudah reaksi. P
x
+ P
a
= P
y
+ P
b
m
x
v
x
+ m
a
v
a
= m
y
v
y
+ m
b
v
b
dengan
2 2
= 1
m m
v c
Gambar 10.11 Ledakan bom dengan hulu ledak nuklir hasil uji coba di
Nevada Amerika Serikat sekitar tahun 1951 dan 1962
Rep. www .lancs.ac
Reaksi Fisi
Kompetensi Fisika Kelas XII Semester 2
190
fragmen 1
Gambar 10.12 Ilustrasi terjadinya reaksi fisi berantai
Uranium netron
fragmen 2
2. Reaksi Fusi
Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti-inti ringan menjadi
inti yang lebih berat disertai pelepasan energi. Reaksi fusi melepaskan energi sekitar 1 MeV pernukleon.
Berikut ini adalah beberapa contoh reaksi fusi. o
1 2
3 1
1 2
H + H He
J
o
1 12
13 1
6 7
H + C N+
o
2 3
4 1
1 2
2
H + He He + n
Reaksi fusi dapat dilakukan dalam laboratorium dengan cara mempercepat deuteron. Reaktor fusi yang
pernah dikembangkan oleh manusia antara lain JT– 60 milik Jepang dan Tokamak milik Rusia.
Reaksi fusi secara alamiah terjadi di matahari. Energi dari hasil reaksi fusi menjadi sumber energi matahari dan
bintang-bintang. Reaksi fusi semacam ini disebut sebagai fusi termonuklir. Diagram berikut menunjukkan mekanisme fusi pada
matahari. Untuk menghasilkan reaksi fusi termonuklir tidaklah mudah. Hal ini dikarenakan reaksi termonuklir membutuhkan suhu yang
sangat tinggi, yaitu sekitar 15.000.000 °C.
Reaksi Fusi
Gambar 10.13 Tokamak, sebuah reaktor fusi yang dikembangkan pada tahun 1933 di
Laboratorium Fisika Universitas Princeton, New Jersey USA
Rep. www .pppl
Q
o
1 1
2 0 +
1 1
1 1
1
H + H H +
+ +
e
Q
Q
o
1 1
2 0 +
1 1
1 1
1
H + H H +
+ +
e
Q
J
o
2 1
3 1
1 2
2
H + H H + +
Q
J
o
2 1
3 1
1 2
2
H + H H + +
Q
o
3 3
4 1
1 2
2 2
1 1
3
He + He He + H + H +
Q
Keterangan:
Q
1
: 0,42 MeV Q
2
: 5,49 MeV Q
3
: 12,86 MeV
Gambar 10.14 Diagram mekanisme reaksi fusi pada matahari
