Reaksi Fisi

1. Reaksi Fisi

Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan nuklida radioaktif menjadi nuklida- nuklida dengan nomor atom mendekati stabil. Pembelahan nuklida ini disertai pelepasan sejumlah energi dan sejumlah neutron. Reaksi fisi inti uranium–235 dioperasikan dalam reaktor tenaga nuklir untuk pembangkit tenaga listrik.

Jika inti 235 U dibombardir dengan neutron, akan dihasilkan inti-inti atom yang lebih ringan, disertai pelepasan energi, juga pelepasan neutron sebanyak

2 hingga 3 buah. Jika neutron dari setiap reaksi fisi bereaksi lagi dengan inti 235 U yang lain, inti-inti ini akan terurai dan melepaskan lebih banyak neutron.

Oleh karena itu, terjadi reaksi yang disebut reaksi berantai (chain reaction).

Reaksi fisi 235 U dengan neut ron

92 U

m em bent uk kript on dan barium disert ai p elep asan energi seb esar 3,5 × 10 -11 J dan sejum lah neut ron yang siap bereaksi fisi dengan int i

1 yang lain.

56 Ba

Sumber: Chemistry: The Central Science, 2000

Reaksi berantai adalah sederetan reaksi fisi yang berlangsung spontan dan serta merta, disebabkan oleh neutron yang dilepaskan dari reaksi fisi sebelumnya bereaksi lagi dengan inti-inti yang lain. Oleh karena satu reaksi fisi dapat menghasilkan 3 neutron, jumlah inti yang melakukan fisi berlipat secara cepat, seperti ditunjukkan pada Gambar 5.17. Reaksi berantai dari fisi inti merupakan dasar dari reaktor nuklir dan senjata nuklir.

neut ron

Reaksi berantai pada reaksi fisi

2 Neut ron dari hasil fisi

Sumber: Chemistry :The Central Science, 2000

Mudah dan Akt if Belajar Kim ia unt uk Kelas XII

Agar dapat memanfaatkan reaksi berantai dari suatu sampel radioaktif yang berpotensi fisi maka reaksi fisi harus dikendalikan dengan cara mengendalikan neutron yang dilepaskan dari reaksi itu. Dengan demikian, hanya satu neutron yang dapat melangsungkan reaksi fisi berikutnya.

Berdasarkan hasil pengamatan, jika sampel radioaktif terlalu sedikit, neutron-neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi meninggalkan sampel

Massa

subkritis radioaktif sebelum neutron-neutron itu memiliki kesempatan untuk 235 U bereaksi dengan inti-inti radioaktif yang lain. Dengan kata lain, terdapat

massa kritis untuk bahan tertentu yang berpotensi fisi, yang dapat

Bahan

melangsungkan reaksi berantai (lihat Gambar 5.18). Massa kritis adalah eksp losif massa terkecil dari suatu sampel yang dapat melakukan reaksi berantai.

Jika massa terlalu besar (super kritis), jumlah inti yang pecah berlipat Sumber: Chemistry: The Central Science, 2000

secara cepat sehingga dapat menimbulkan ledakan dan petaka bagi Gambar 5.18

manusia, seperti pada bom atom. Bom atom merupakan kumpulan massa Konstruksi bom atom subkritis yang dapat melakukan reaksi berantai. Ketika dijatuhkan massa subkritis menyatu membentuk massa super kritis sehingga terjadi ledakan yang sangat dahsyat (Gambar 5.19).

Reaktor fisi nuklir adalah suatu tempat untuk melangsungkan reaksi berantai dari reaksi fisi yang terkendali. Energi yang dihasilkan dari reaktor ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi nuklir.

Reaktor nuklir terdiri atas pipa-pipa berisi bahan bakar radioaktif dan batang pengendali neutron yang disisipkan ke dalam pipa bahan bakar nuklir tersebut. Perhatikan Gambar 5.20.

Pendorong bat ang pengendali

Sumber: Chemistry,2001 Bat ang p engendali

Gambar 5.19

Ledakan bom menyerupai cendawan.

Pipa bahan bakar

Gambar 5.20

Skema bagian inti dari reaktor nuklir

Sirkulasi air pendingin Sumber: Chemistry : The Central Science, 2000

Pipa bahan bakar berbentuk silinder mengandung bahan yang

berpotensi fisi. Dalam reaktor air ringan ( 1 H 2 O), pipa bahan bakar berisi

uranium yang berpotensi melangsungkan reaksi fisi. Uranium yang digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir mengandung isotop 235 U sekitar 3%. Batang pengendali neutron dibuat dari bahan yang dapat menyerap neutron, seperti boron dan kadmium sehingga dapat mengendalikan reaksi berantai.

Kerad ioakt ifan

Kata Kunci

Pengendalian neutron dilakukan dengan cara menaikkan atau menurunkan batang pengendali yang disisipkan dalam pipa bahan bakar.

• Reakt or nuklir •

Dalam keadaan darurat, batang-batang pengendali ini, dapat dimasukkan

Reaksi fisi

• Reaksi fusi

seluruhnya ke dalam pipa bahan bakar guna menghentikan reaksi fisi.

• Reaksi berant ai

Selain batang pengendali, terdapat alat yang disebut moderator

• Part ikel pem bom (proyekt il) •

Moderator ini berguna untuk memperlambat gerakan neutron. Moderator dipasang jika bahan bakar uranium–235 merupakan fraksi terbanyak dari

Tolakan elekt rolisis

total bahan bakar. Moderator yang dipakai umumnya air berat ( 2 H 2 O),

air ringan ( 1 H 2 O), atau grafit. Bahan bakar nuklir, selain uranium–235, juga uranium–238 dapat dijadikan bahan bakar. Keunggulan dan kelemahan dari kedua bahan bakar tersebut, yaitu jika uranium–238, bereaksi lebih cepat dengan neutron hasil reaksi fisi dibandingkan uranium–235, tetapi uranium–235 bereaksi lebih cepat dengan neutron yang telah diperlambat oleh moderator.

Pada reaktor air ringan, 1 H 2 O berperan sebagai moderator, sekaligus sebagai pendingin. Gambar berikut menunjukkan rancang bangun reaktor air bertekanan atau reaktor air ringan.

Turbin uap

Uap

Gen erat or list rik

Kond ensat or

Gambar 5.21 Reaktor nuklir air ringan (konstruksi air bertekanan)

Batang bahan bakar memanaskan air yang disirkulasikan ke penukar kalor.

Pem b ang kit

Uap yang dihasilkan dalam penukar

uap

kalor dilewatkan ke turbin yang

Air at au

m endorong generat or list rik.

Nat rium cair

Pom pa

27°C Sungai 38°C

Sumber: Chemistry: The Central Science, 2000

Air dalam reaktor dipertahankan sekitar 350°C pada tekanan 150 atm agar tidak terjadi pendidihan. Air panas ini disirkulasikan menuju penukar kalor, di mana kalor digunakan untuk menghasilkan uap, dan uap tersebut menuju turbin untuk pembangkit listrik.

Setelah periode waktu tertentu, hasil reaksi fisi yang menyerap neutron berakumulasi dalam pipa bahan bakar. Hal ini menimbulkan interferensi dengan reaksi rantai sehingga pipa bahan bakar harus diganti secara berkala.

Kegiatan Inkuiri

Mengapa isotop 238 U tidak dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir, melainkan isotop 235 U? Jelaskan berdasarkan hasil reaksi inti uranium dengan neutron.

Mudah dan Akt if Belajar Kim ia unt uk Kelas XII

Buangan sisa bahan bakar menjadi limbah nuklir. Limbah ini dapat diproses ulang. Bahan bakar sisa tersebut dipisahkan secara kimia dari

Catatan Note

limbah radioaktif. Plutonium–239 adalah salah satu jenis bahan bakar hasil pemisahan dari buangan limbah nuklir. Isotop ini diproduksi selama Energi yang terdapat di matahari

reaktor beroperasi, yaitu pemboman uranium–238 oleh neutron. Isotop sebagai akibat dari reaksi fusi.

Energi total:

plutonium–239 juga berpotensi fisi dan dipakai untuk membuat bom atom + 26,7 MeV atau senjata nuklir.

Reaksi individu:

Ketersediaan isotop plutonium–239 dalam jumlah besar akan 1 1 2 1 0 H + 1 H → 1 H + 1 e meningkatkan kesempatan negara-negara maju untuk menyalahgunakan

2 1 3 0 plutonium dijadikan bom atom atau senjata nuklir pemusnah masal. Sisa 1 H + 1 H → 2 He +γ 0 bahan bakar nuklir sebaiknya tidak didaur-ulang. Masalah utama bagi