Reaksi Fisi Dan Reaksi Fusi

# Reaksi Fisi

Reaktor tak lain adalah tempat bereaksi. Dalam hal ini, pengertian sehari hari yang dipakai ialah reaksi inti. Reaksi fisi adalah suatu reaksi pembelahan, yang disebabkan oleh neutron yang secara umum dapat ditulis sebagai:

X + n ——> X₁ + X₂ + (2 - 3) n + E.

Beberapa hal yang perlu diketahui dalam jenis reaksi tersebut adalah:

1)       X disebut inti bahan fisil (fisile material), yang secara populer disebut "bahan bakar" karena dalam reaksi ini dibebaskan sejumlah energi. Hanya beberapa inti dapat bereaksi fisi yaitu ²³⁸U, ²³⁵U, ²³³U dan ²³⁹Pu di mana kedua unsur terakhir merupakan unsur buatan manusia karena tidak terdapat di alam sebagai hasil dari reaksi inti-inti ²³²Th dan dan ²³⁸U dengan neutron.

2)       Keboleh jadian suatu inti berfisi dinyatakan dengan s_f (fission microscopic cross section = penampang fisi mikroskopik), di mana besaran tersebut tergantung dari energi neutron yang bereaksi dengan suatu inti-tertentu. Sebagai contoh dapat disebutkan bahwa nilai s_f ²³⁸U besar pada energi neutron rendah (termal) tetapi kecil pada energi tinggi. Sebaliknya nilai s_f ²³⁸U kecil pada saat neutron berenergi besar. Untuk ²³⁹Pu dan ²³³U mempunyai s_f besar pada energi tinggi, oleh karena itu bahan ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor cepat.

3)      Dari reaksi dihasilkan dua inti baru sebaga hasil fisi, X₁ dan X₂ yang berupa inti-inti yang tidak stabil. Untuk menjadi stabil inti-inti tersebut meluruh (decay) dengan mengeluarkan sinar-sinar maupun partikel.

4)      Adanya neutron-neutron baru yang dihasilkan dari reaksi inti tersebut dapat melanjutkan reaksi fisi hingga mungkin terjadi reaksi berantai, dan pada keadaan tertentu bila tidak dikendalikan maka reaksi berantai ter­sebut dapat menjadi suatu ledakan. Reaksi nuklir yang tidak terkendali merupakan prinsip kerja bom nuklir. Neutron yang dihasilkan oleh fisi mempunyai energi yang tinggi, ± 2 MeV,  jika fisii diharapkan terjadi pada E_n rendah (energi termal 0,025 eV), maka neutron yang baru lahir tersebut harus diturunkan energinya dahulu dengan jalan hamburan-hamburan. Di dalarn reaktor neutron mempunyai kemungkinan-kemungkinan untuk:

a. diserap tanpa menimbulkan fisi

b. diserap mengakibatkan fisi

c. hilang dari sistim

d. hamburan

Jadi penurunan energi neutron berkompetisi dengan kemungkinan­kemungkinan yang lain, dan untuk dapat menghitung masing-masing kemungkinan perlu  diselidiki mekanisme reaksi masing-masing.

5)       Reaksi fisi mengeluarkan energi total E, sebesar 200 MeV. Dengan meng­gunakan data konversi satuan dan data fisika, dapat dihitung bahwa bila semua inti-inti 1 gram uranium melakukan fisi maka kalor  yang dikeluar­kan setara dengan kalor  yang dihasilkan oleh pembakaran 1 ton batu bara. Jelas dari gambaran tersebut bahwa, kalor  yang dikeluarkan dari reaksi inti sangat besar.

Telah dijelaskan bahwa reaktor yang lazim dipakai saat ini bekerja atas dasar reaksi fisi (pemecahan) inti atom.  Sebagai bahan bakar umumnya digunakan Uranium ²³⁵U yang kandungannya telah diperkaya. Uranium alam mempunyai kandungan ²³⁵U hanya sekitar 0,7 persen, selebihnya adalah ²³⁸U. Untuk memecah inti isotop Uranium digunakan neutron lambat ('thermalneutron'). Uranium yang menangkap neutron segera menjadi tidak stabil. Inti Uranium yang tidak stabil hanya dapat bertahan selama kurang lebih sepertriliun detik (10^-12 detik) sebelum mengalami proses fisi menjadi inti-inti X₁ dan X₂ serta sekitar dua sampai tiga neutron yang siap untuk memecah inti ²³⁵U lainnya. Kemudian ketiga neutron tadi diserap oleh inti-inti isotop Uranium lain, tiga proses yang sama akan terjadi dengan produksi akhir sekitar sembilan neutron.  Proses berulang-ulang ini dinamakan reaksi berantai ('chain reaction') yang merupakan prinsip kerja reaktor. Pada setiap proses pemecahan tadi, inti atom akan melepaskan energi yang sesuai dengan hilangnya jumlah massa inti-inti di akhir proses rumus E=mc². Jadi jumlah energi yang dihasilkan akan sebanding dengan banyak proses yang terjadi dan sebanding dengan jumlah neutron yang dihasilkan. 

Untuk mengendalikan atau mengatur reaksi berantai dalam reaktor nuklir digunakan bahan yang dapat menyerap neutron misalnya Boron dan Cadmium, yang bertujuan untuk mengatur populasi neutron. Dengan mengatur populasi neutron ini dapat ditentukan tingkat daya raktor, bahkan reaksi dapat dihentikan sama sekali (tingkat daya mencapai titik 0) pada saat semua neutron terserap oleh bahan penyerap. Perangkat pengatur populasi neutron pada reaktor ini disebut batang kendali. Jika batang kendali disisipkan penuh diantara elemen bakar, maka batang kendali akan menyerap neutron secara maksimum sehingga reaksi berantai akan dihentikan dan daya serap batang kendali akan berkurang bila batang kendali ditarik menjauhi elemen bakar.

# Reaksi Fusi

Proses reaksi fusi adalah kebalikan dari reaksi fisi  seperti arti harfiahnya, proses ini merupakan reaksi penggabungan dua inti menjadi inti lain yang lebih besar. Reaksi jenis ini tidak terjadi secara alamiah di permukaan bumi, namun merupakan prinsip kerja pembakaran Hidrogen di pusat matahari serta bintang-bintang.  Sebenarnya, banyak tipe reaksi fusi yang dapat terjadi di matahari yang sering disebut siklus proton-proton, mulai dari penggabungan dua inti Hidrogen menjadi inti Deuterium hingga penggabungan inti Deuterium dan inti Tritium. Kebanyakan reaksi ini membutuhkan kondisi tertentu yang hanya terdapat di dalam inti matahari ataupun bintang-bintang, misalnya tekanan yang sangat tinggi. Di dalam inti matahari, tekanan yang sangat tinggi dihasilkan oleh gaya gravitasi. Gaya gravitasi pada pusat matahari haruslah sangat besar untuk mempertahankan strukturnya, mengingat komposisi matahari kebanyakan terdiri dari gas Hidrogen. Reaksi fusi di dalam teras reaktor membutuhkan Deuterium dan Tritium sebagai bahan bakar, yang jika bergabung pada kondisi tertentu akan menghasilkan inti Helium yang stabil disertai sebuah neutron yang membawa sebagian besar energi hasil fusi. Saat ini, Deuterium bukan merupakan masalah, sebab  tersediaannya di alam boleh dikatakan tak terbatas. Deuterium dapat diekstraksi dari air biasa, untuk setiap satu meter kubik air dapat diperoleh sekitar 200 gram Deuterium. Berlainan dengan Deuterium, Tritium bersifat radioaktif.  Tritium alam sangat jarang dijumpai. Untungnya, Tritium dapat dihasilkan melalui proses 'breeding' dengan menggunakan sebagian kecil neutron hasil reaksi fusi serta dua jenis isotop Litium yang terdapat di alam, yaitu Litium-6 dan Litium-7. Litium-6 dapat menangkap neutron cepat dan neutron lambat, sedangkan Litium-7 hanya menangkap neutron cepat. Litium yang menangkap neutron akan pecah menjadi Tritium serta Helium.