PAPER KIMIA KONSTEKTUALKIMIA NUKLIR

OLEH :

I GUSTI NGURAH RAKA ARYAWAN1208105012

JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015BAB IPENDAHULUANA. Latar BelakangSelain krisis ekonomi dan energi, pemanasan global (global warming) adalah problem nyata yang harus dihadapi dunia sejak awal abad 21 ini. Nuklir sebagai sumber energi yang sedikit mengeluarkan gas rumah kaca bisa menjadi salah satu pilihan dalam upaya kita menghadapi pemanasan global. Meski begitu aspek keamanan dan keselamatan bagi masyarakat dan lingkungan tetap harus menjadi prioritas utama. Nuklir merupakan inti atom yang tersusun dari proton dan neutron. Reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses tumbukan dua inti atau dua partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari asalnya. Reaksi inti, seperti halnya reaksi kimia, melibatkan perubahan energi. Namun demikian, perubahan energi dalam reaksi inti bersifat sertamerta dibandingkan dengan reaksi kimia. Energi yang dilepaskan oleh suatu reaksi inti tertentu dapat dilakukan dalam reactor tenaga nuklir. Terdapat dua jenis reactor nuklir, yaitu reactor berdasarkan reaksi fisi, dan reactor berdasarkan reaksi fusi.Reaksi fisi ialah proses dimana suatu inti (nomor massa > 200) membelah diri membentuk inti- inti yang lebih kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Reaksi fusi yaitu penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar.

BAB IIISIA. KIMIA NUKLIR 1. Kimia Nuklir Reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses tumbukan dua inti atau dua partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari asalnya.Pada dasarnya, tumbukan partikel dapat saja terjadi dengan melibatkan tiga partikel atau lebih, tetapi karena sangat sulit menemui kasus dimana tiga atau lebih partikel yang berada dalam satu tempat dan satu lokasi yang sama, maka propabilitas proses tumbukan seperti itu sangat kecil dan jarang terjadi (Bunjali, 2002).2. Reaksi reaksia. Reaksi FisiReaksi fisi adalah reaksi yang terjadi karena inti atom terbelah menjadi partikel-partikel inti yang lebih ringan karena tertumbuk oleh partikel lain (neutron). Reaksi fisi merupakan reaksi nuklir eksotermis yang akan menghasilkan partikel inti yang lebih ringan (sering disebut produk fisi), beberapa partikel neutron, gelombang elektromagnetik dalam bentuk radiasi sinar gamma, dan sejumlah energi (Isna, 2012).Bahan utama yang biasa dipakai dalam percobaan reaksi fisi adalah Uranium. Uranium ditembak oleh neutron dengan kecepatan tinggi. Uranium yang ditembak oleh neutron akan terpecah menjadi partikel inti yang lebih ringan yaitu 141Ba dan 92Kr. Pemecahan tersebut disertai dengan terlepasnya 3 neutron dari inti dan juga menghasilkan energi yang cukup besar.Produk fisi dari reaksi fisi 235U bisa saja tidak berupa 141Ba dan 92Kr saja, tetapi juga bisa144Ba dan 90Kripton, atau 94Zr dan 139Te (Isna, 2012).

Reaksi Fisi BerantaiReaksi fisi berantai sangat penting dalam mewujudkan pemanfaatan energi hasil reaksi fisi dalam sebuah reaktor nuklir.Jika kontinuitas reaksi fisi dalam reaktor nuklir terhenti maka dapat berhentinya produksi energi, sehingga produksi energi menjadi diskontinu, suatu kondisi yang tidak diinginkan (Bunjali, 2012).Seperti pada contoh reaksi fisi yang melibatkan 235U di atas, ternyata reaksi tersebut tidak hanya berakhir sampai di situ. 235U yang telah di tembak oleh neutron akan menghasilkan tiga neutron. Tiga neutron hasil reaksi tersebut akan menumbuk inti uranium yang lain sehingga menimbulkan reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi ke 2).

Neutron dari reasksi fisi generasi ke 2 akan menimbulkan reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi ke 3). Begitu seterusnya hingga terjadi reaksi fisi dari generasi ke generasi secara kontinyu. Di dalam reaksi fisi ini, neutron yang terlepas dari inti uranium sangatlah cepat dan tidak terkendali. Keadaan inilah yang akan menimbulkan ledakan yang sangat besar sebagai akibat dari neutron yang tak terkendali tersebut. Kondisi semacam ini dimanfaatkan sebagai pembutan bom atom yang memiliki ledakan yang sangat besar seperti yang terjadi pada Hiroshima dan Nagasaki.Walaupun demikian bahayanya, ternyata reaksi fisi ini dapat dimanfaatkan juga sebagai pembangkit listrik yang menghasilkan energi listrik yang cukup besar. Untuk dapat merealisasikan pemanfaatan ini membutuhkan neutron yang dihasilkan oleh reaksi fisi berupa neutron yang lambat atau yang biasa disebut sebagai neutron termal. Neutron lambat dengan energi kinetik rendah dapat diwujudkan dengan cara membuat medium yang bertugas memperlambat (memoderasi) kecapatan neutron. Medium tersebut ialah air. Dengan adanya air sebagai moderator neutron, maka neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi 253U diperlambat kecepatannya sehingga dapat digunakan untuk melangsungkan reaksi fisi berantai dari generasi ke generasi secara aman.Satu buah neutron lambat (neutron termal) dalam reaktor nuklir akan menimbulkan reaksi fisi yang menghasilkan energi panas ~200 MeV (~8,9 x 10-18 kWh). Ini berarti bahwa sebuah neutron lambat setara dengan ~8,9 x 10-18 kWh (Lamarsh, 1982).b. Reaksi Fusi Reaksi penggabungan (fusi) adalah kebalikan dari reaksi fisi.Pada reaksi ini, dua isotop sangat ringan bergabung membentuk nuklida yang lebih berat disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar, misalnya pada bintang-bintang yang memproduksi energi melalui reaksi fusi (Sridianti).Beberapa contoh reaksi penggabungan inti, antara lain reaksi-reaksi antara isotop-isotop hidrogen.H + H D + + +v + 1,40 MeVH + H 4He + 19,83 MeVD + D 4He + 28,83 MeVD + T 4He + n + 17,50 MeVUntuk melakukan penggabungan dua inti atom atau lebih, diperlukan energi yang sangat besar. Kedua inti yang akan digabungkan harus ditembakkan dengan kecepatan yang sangat tinggi agar bisa mengatasi gaya antara muatan positif dari proton-proton inti. Tanpa kecepatan yang sangat tinggi (diperoleh dari suhu yag sangat tinggi) kedua inti tidak akan dapat bergabung. Oleh karena itu, reaksi fusi memerlukan suhu yang sangat tinggi dalam orde ratusan juta Kelvin sehingga reaksi fusi juga sering disebut reaksi termonuklir.Reaksi fusi biasanya terjadi pada bintang-bintang. Reaksi fusi inilah yang membuat matahari bersinar. Para ilmuwan juga meyakini bahwa reaksi fusi adalah harapan masa depan guna menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang sangat besar (Bunjali, 2002).Reaksi Penggabungan Yang Terjadi Dalam Matahari Dan Bintang-BintangDiyakini bahwa energi yang dipancarkan matahari dan bintang-bintang adalah berasal dari reaksi fusi materi-materi penyusunnya.Reaksi fusi yang berlangsung berupa reaksi berantai proton-proton (reaksi fusi 4H 4He) atau reaksi siklik karbon nitrogen. Mekanisme kedua reaksi tersebut adalah :a) Reaksi berantai proton-proton (H1 + H1 H2 + + + v+ 0,42 MeV) x 2 (H1 + H2 H3 + + 5,5 MeV) x 2 He3 + H3 He4 + 2n + 12,8 MeV Ketiga reaksi tersebut dijumlahkan dan menghasilkan persamaan reaksi : 4H1 He4 + 2+ + 2 + 2V + 2n + 24,64 MeV. b) Reaksi siklik karbon-nitrogen C12 + H1 N13 + N13 C13 + + + v C13 + H1 N14 + N14 + H1 O15 + O15 N15 + + + v N15 + H1 C12 + He4

Reaksi nuklir rantai karbon-nitrogen di atas menghasilkan energi yang jauh lebih besar daripada reaksi rantai proton-proton.Reaksi rantai karbon-nitrogen dipakai sebagai dasar sumber energi yang terjadi pada bintang-bintang yang jauh lebih panas dari matahari.Reaksi thermonuklir sejauh ini dianggap sebagai sumber energi matahari maupun energi bintang (Isna, 2012).Reaksi Termonuklir Di BumiDitinjau dari pengkondisian terjadinya suatu reaksi termonuklir, reaksi fusi adalah reaksi antara isotop hidrogen, dan yang paling penting adalah reaksi antara D-D dan D-T. Deuterium cukup melimpah di bumi, dalam satu meter kubik air mengandung 1025 atom deuterium. Kelimpahan alam tritium jauh lebih kecil daripada deuterium, karenanya tritium antara lain dibuat dari reaksi 6Li (n,)T. 6Li diperoleh dari hasil pemisahan isotop litium alam yang terdiri atas 92,6% 7Li dan 7,4% 6Li (Bunjali, 2012).Reaksi fusi di laboratorium terutama untuk memanfaatkan energi yang dihasilkannya dan untuk kepentingan militer sebagai senjata nuklir medan perang. Bom fusi hidrogen menggunakan campuran deuterium dan titrium yang dikondisikan pada suhu tinggi melalui detonasi bom fisi. Sekali reaksi fusi berlangsung, kalor yang dilepaskannya sudah cukup untuk melangsungkan reaksi fusi berikutnya, terjadi reaksi fusi berantai dalam waktu yang singkat sehingga menimbulkan ledakan hebat. Jenis bom lain sebagai senjata nuklir adalah bom yang merangkaikan reaksi fisi-fusi-fisi dan bom neutron (Lamarsh, 1982).Pemanfaatan reaksi fusi sebagai penghasil energi masih dikaji para peneliti secara intensif. Reaksi fusi memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan reaksi fisi, yaitu: Persatuan berat bahan bakar dihasilkan energi yang lebih besar. Lebih bersih lingkungan, karena hasil-hasil reaksi berupa nuklida-nuklida stabil. Namun untuk melangsungkan reaksi fusi berantai terkendali dalam suatu reaktor fusi, memerlukam teknologi yang lebih canggih dan belum begitu dikuasai. Untuk menghasilkan dan mempertahankan keadaan plasma dikenal ada tiga cara:

1. Gaya gravitasi 2. Kurungan inersia 3. Kurungan wadah bermedan magnet berbentuk donat Cara alamiah mempertahankan keadaan plasma di dalam matahari dan bintang-bintang adalah gaya gravitasi. Golongan inersia mengandalkan kerapatan intensitas sinar laser atau ion ion untuk menempatkan pelletpellet bahan bakar saat pemanasanya. Golongan wadah medan magnet berbentuk donat atau botol magnetik di dalamnya arus plasma di buat bergerak di percepat dengan lintasan melingkar bersirkulasi makin lama makin cepat tanpa menyentuh dinding wadah (Lamarsh, 1982). B. PEMANFAATAN KIMIA NUKLIRAplikasi Kimia Nuklir dalam kehidupan sehari- hari dapat kita jumpai pada bidangdiantaranya :Bidang EnergiManfaat kimia Nuklir dalam bidang energi. Sudah lama Teknologi Nuklir digunakan sebagai pembangkit listrik. Negara maju seperti Jerman, Cina, Rusia, Jepang, Korea, Inggris, Amerika, dll sudah memanfaatkan tenaga nuklir sebagai kebutuhan pembangkit listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah pembangkit listrik thermal dengan panas yang di dapat dari satu atau bahkan lebih dari satu reaktor nuklir pembangkit listrik. Keuntungan dari PLTN ini di antaranya seperti tidak menghasilkan limbah berbahaya seperti karbon monoksida, mercury, nitrogen oksida, dan gas lainnya. Selain itu tenaga nuklir juga mampu bertahan lebih lama, menghasilkan tenaga yang lebih besar daripada bbm dan tidak menyebabkan efek gas emisi rumah kaca. Teknologi nuklir digunakan juga untuk kapal selam bertenaga nuklir, kapal induk bertenaga nuklir, dan lain sebagainya.

Bidang IndustriManfaat kimia nuklir juga digunakan manusia dalam bidang industri. Sebagai contoh dengan teknologi nuklir manusia dapat melakukan proses eksplorasi minyak dan gas, untuk menentukan sifat dari bebatuan yang ada di sekitar seperti litografi maupun porositas. Tidak hanya itu saja kemampuan dari radiasi energi nuklir juga dapat membantu perancangan konstruksi jalan, mengukur kelembapan dan kepadatan. Penggunaanya adalah seperti mengukur kepadatan tanah, aspal, serta beton dengan menggunakan celsium-137 sebagai sumber nuklirnya.Bidang HidrologiDalam bidang hidrologi pemanfaatan kimia nuklir seperti untuk menguji kecepatan aliran sungai atau lumpur. Radioisotop dapat digunakan untuk mengukur debit air, biasanya natrium-24 yang digunakan dalam bentuk NaCl. Intensitas pada radiasi nuklir dapat di manfaatkan juga sebagai pendeteksi kebocoran pada pipa dalam bawah tanah. Radioisotop Na-24 mampu memancarkan sinar gamma yang dapat di deteksi secara langsung dengan menggunakan alat pencacah radioaktif Geiger Counter.Bidang KesehatanAplikasi pada bidang medis dengan menggunakan teknologi umumnya dapat dibedakan menjadi dua yaitu diagnosa dan terapi radiasi. Sinar X contohnya yang di gunakan untuk perawatan bagi pasien yang menderita kanker. Tentu saja hal ini adalah pengembangan dari teknologi nuklir selama ini oleh para ilmuwan. Selain itu juga, untuk pencarian jejak radioaktif pada tubuh manusia dengan menggunakan Teknesium yang diberikan oleh molekul organik, serta berbagai aplikasi lainnya (Bagus, 2015).C. ANALISIS LIMBAH NUKLIR (RADIOAKTIVITAS)Selain bermanfaat bagi kehidupan manusia, limbah dari kimia nuklir sangat berbahaya bagi lingkungan maupun bagi makhluk hidup. Oleh karena itu, dibutuhkan beberapa metode untuk mengurangi ataupun mengolah limbah dari nuklir tersebut. Sebelum kita mengolah atau mengurangi limbah tersebut, perlu dilakukan analisis untuk mengetahui tingkat konsentrasi dari pencemaran limbah nuklir. Maka dari itu, saya akan membahas cara analisis radioaktivitas gas buang reactor Kartini (Suratman, et al., 1996).1. Alat dan BahanBahan yang digunakan yaitu kertas filter fiber glass, K-40 baku dalam KCl, Am-241 baku, Eu-152 baku. Sedangkan alat yang digunakan yaitu alat cacah beta ORTEC (efesiensi 20%), pompa hisap staplex model TFIA, alat cacah Alfa Technical Associates model TS-8 (efesiensi 45,8%), Spektrometer gamma latar rendah (efesiensi 1,7%), Pencatat waktu.2. Metode KerjaHasil pengukuran radioaktivitas ditentukan ada tidaknya kontaminasi dan tingkat pencemarannya ke lingkungan dengan analisis factor cacah pertama, uji t-student, dan analisis spektrometri gamma.a. Pengukuran Radioaktivitas UdaraUdara yang berasal dari cerobong dihisap dengan pompa hisap volume tinggi lewat filter selama 20 menit. Filter digunting sesuai diameter detector dan dicacah aktivitas alfa, beta dan gamanya. Pencacahan dilakukan setelah waktu tunda 10 menit (lama persiapan pencacahan), waktu pencacahan selama 10 menit dan dilakukan saat bersamaan.b. Analisis harga factor cacah pertamaHasil pengukuran radioaktivitas beta, gama dan alfa dalam ruang reactor ditentukan harga factor cacah pertamanya, kemudian dibandingkan dengan harga factor cacah pertama ruang yang lain.c. Analisis uji t-studentHasil pengukuran radioaktivitas beta, gama dan alfa didalam cerobong yang dilepas ke lingkungan dibandingkan dengan radioaktivitas di lingkungan dengan menggunakan uji t-student.

BAB IVPENUTUPA. KESIMPULANReaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses tumbukan dua inti atau dua partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari asalnya. Dan reaksi-reaksi di dalamnya adalah reaksi fisi dan reaksi fusi. Reaksi fisi adalah reaksi yang terjadi karena inti atom terbelah menjadi partikel-partikel inti yang lebih ringan karena tertumbuk oleh partikel lain (neutron). Reaksi penggabungan (fusi) adalah kebalikan dari reaksi fisi.Pemanfaatannya pada kehidupan sehari hari diantaranya : Bidang Industri (Misalnya eksplorasi minyak dan gas), bidang Hidrologi (misalnya menguji kecepatan aliran sungai atau lumpur), bidang Kesehatan (misalnya terapi radiasi), bidang energi (misalnya PLTN)

DAFTAR PUSTAKABagus, 2015 http://tech.dbagus.com/manfaat-teknologi-nuklir-dalam-berbagai-bidang , diakses tanggal 27 Februari 2015Bunjali, Bunbun., 2002, Kimia Inti, Penerbit Institute Teknologi Bandung: Bandung Isna, 2012 ,http://www.kamusq.com/2012/09/reaksi-fisi-pengertian-dan-definisi.html, diakses tanggal 26 Februari 2015Lamarsh, John R., 1982, Introduction to Nuclear Engineering, Wesley Publishing Company Reading, MassachusettsSridianti, http://www.sridianti.com/perbedaan-reaksi-fisi-dan-fusi.html , diakses tanggal 27 Februari 2015Suratman., Purwanto., Aminjoyo, Sukarman, 1996, Analisis Tingkat Pencemaran Radioaktivitas Gas Buang Reaktor Kartini ke Lingkungan, Hal. 301-308

PERTANYAAN DAN JAWABANPertanyaan :1. Apa itu kimia nuklir ?2. Apa yang dimaksud reaksi fisi ?3. Bahan apa yang digunakan dalam reaksi fisi? Jelaskan proses reaksinya !4. Bagaimana proses reaksi fisi berantai jika menggunakan contoh bahan 235Uranium ?5. Apa yang dimaksud reaksi fusi ?6. Bagaimana proses reaksi pada reaksi fusi ?7. Sebutkan keuntungan dari reaksi fusi daripada reaksi fisi !8. Untuk melangsungkan reaksi fusi berantai terkendali dalam suatu reaktor fusi, memerlukam teknologi yang lebih canggih dan belum begitu dikuasai. Untuk menghasilkan dan mempertahankan keadaan plasma dikenal ada tiga cara, sebutkan dan jelaskan !9. Sebutkan pengaplikasian nuklir dalam berbagai bidang beserta contohnya !10. Jelaskan pemanfaatan energi nuklir pada bidang energi dan kesehatan !Jawaban :1. Proses tumbukan dua inti atau dua partikel inti yang menghasilkan inti atau partikel inti yang berbeda dari asalnya.2. Reaksi yang terjadi karena inti atom terbelah menjadi partikel-partikel inti yang lebih ringan karena tertumbuk oleh partikel lain (neutron).3. Bahan yang biasa dipakai yaitu Uranium, Uranium ditembak oleh neutron dengan kecepatan tinggi. Uranium yang ditembak oleh neutron akan terpecah menjadi partikel inti yang lebih ringan yaitu 141Ba dan 92Kr. Pemecahan tersebut disertai dengan terlepasnya 3 neutron dari inti dan juga menghasilkan energi yang cukup besar.4. Uranium yang telah di tembak oleh neutron akan menghasilkan tiga neutron. Tiga neutron hasil reaksi tersebut akan menumbuk inti uranium yang lain sehingga menimbulkan reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi ke 2). Neutron dari reasksi fisi generasi ke 2 akan menimbulkan reaksi fisi berikutnya (reaksi fisi generasi ke 3). Begitu seterusnya hingga terjadi reaksi fisi dari generasi ke generasi secara kontinyu.5. Pada reaksi fusi, dua isotop sangat ringan bergabung membentuk nuklida yang lebih berat disertai dengan pelepasan energi yang sangat besar.6. Untuk melakukan penggabungan dua inti atom atau lebih, diperlukan energi yang sangat besar. Kedua inti yang akan digabungkan harus ditembakkan dengan kecepatan yang sangat tinggi agar bisa mengatasi gaya antara muatan positif dari proton-proton inti. Tanpa kecepatan yang sangat tinggi (diperoleh dari suhu yag sangat tinggi) kedua inti tidak akan dapat bergabung.7. Keuntungan reaksi fusi daripada reaksi fisi :a. Persatuan berat bahan bakar dihasilkan energi yang lebih besar. b. Lebih bersih lingkungan, karena hasil-hasil reaksi berupa nuklida-nuklida stabil. 8. Ada 3 cara yaitu, gaya gravitasi, kurungan inersia dan kurungan wadah bermedan magnet berbentuk donat. Cara alamiah mempertahankan keadaan plasma di dalam matahari dan bintang-bintang adalah gaya gravitasi. Untuk golongan inersia mengandalkan kerapatan intensitas sinar laser atau ion ion untuk menempatkan pelletpellet bahan bakar saat pemanasanya. Untuk golongan wadah medan magnet berbentuk donat atau botol magnetik di dalamnya arus plasma di buat bergerak di percepat dengan lintasan melingkar bersirkulasi makin lama makin cepat tanpa menyentuh dinding wadah.9. Bidang Energi : PLTNBidang Industri : ekplorasi minyak dan gasBidang Hidrologi : menguji kecepatan aliran sungai atau lumpurBidang Kesehatan : diagnosa dan terapi radiasi10. Dalam bidang energi digunakan dalam PLTN. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah pembangkit listrik thermal dengan panas yang di dapat dari satu atau bahkan lebih dari satu reaktor nuklir pembangkit listrik. Keuntungan dari PLTN ini di antaranya seperti tidak menghasilkan limbah berbahaya seperti karbon monoksida, mercury, nitrogen oksida, dan gas lainnya. Selain itu tenaga nuklir juga mampu bertahan lebih lama, menghasilkan tenaga yang lebih besar daripada bbm dan tidak menyebabkan efek gas emisi rumah kaca.Dalam bidang kesehatan, contohnya sinar X yang di gunakan untuk perawatan bagi pasien yang menderita kanker. Selain itu juga dapat untuk pencarian jejak radioaktif pada tubuh manusia dengan menggunakan Teknesium yang diberikan oleh molekul organik, serta berbagai aplikasi lainnya.