BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Formula E = mc2 yang diungkapkan oleh Albert Einstein

merupakan formula ilmiah yang paling dikenal di era

modern. Formula ini memaparkan hubungan antatr energi,

massa, dan kecepatan cahaya. Pembangkit listrik tenaga

nuklir atau secara singkat disebut reaktor nuklir

merupakan salah satu konsep yang memanfaatkan formula

ini. Reaktor nuklir bahkan dapat dikatakan sebagai

pemanfaatan atau buah ekonomi dari formula ilmiah

Eisntein di atas. Hal itu karena pasokan energi, yang

bisa diberikan oleh reaktor nuklir dalam jumlah besar,

merupakan salah satu penunjang penting ekonomi.

Reaksi fisi nuklir merupakan proses fisika mendasar

yang digunakan untuk membangun reaksi nuklir, baik yang

ditujukan untuk menghasilkan listrik atau sebagai mesin

pendorong kapal selam, atau bentuk energi lainnya. Secara

sederhana yang terjadi dalam reaksi fisi nuklir adalah

perubahan massa menjadi energi. Oleh karena itu langkah

pertama yang tepat untuk mempelajari aspek fisika dari

reaktor nuklir adalah dengan mempelajari reaksi nuklir

itu sendiri.

Untuk dapat memahami seberapa besar energi yang bisa

dihasilkan dari reaksi fisi nuklir, atau secara praktis

1

mengenai seberapa banyak bahan bakar yang perlu kita

siapkan untuk menghasilkan sejumlah energi tertentu, kita

perlu melihat perbandingannya dengan sumber energi lain.

Khususnya sumber energi yang umum digunakan yaitu energi

dari bahan fosil seperti minyak, batubara, dan gas alam.

Kedua sumber energi diatas dihasilkan dari proses

mendasar yang sangat berbeda. Energi nuklir berasal dari

proses reaksi fisi nuklir sedangkan energi fosil berasal

dari proses reaksi kimia.

2

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa yang dimaksud dengan penampang ?

2. Apa yang dimaksud dengan termalisasi neutron ?

3. Bagaimana proses terjadinya reaksi nuklir ?

4. Bagaimana cara sistem koordinat massa ?

5. Bagaimana proses terjadinya reaksi fisi nuklir ?

6. Bagaimana proses terjadinya reaksi fusi nuklir ?

7. Bagaimana peranan reaktor nuklir ?

1.3 Tujuan Masalah

1. Untuk mengetahui penampang pada reaksi nuklir.

2. Untuk mengetahui termalisasi neutron.

3. Untuk mengetahui proses rekasi nuklir.

4. Untuk mengetahui sistem koordinat massa reaksi nuklir.

5. Untuk mengetahui proses reaksi fisi nuklir.

6. Untuk mengetahui proses reaksi fusi nuklir.

7. Untuk mengetahui peran reaktor nuklir.

3

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Penampang

Penampang nuklir dari sebuah inti adalah

probabilitas bahwa sebuah reaksi nuklir yang melibatkan

inti tersebut dapat terjadi. Penampang ini semacam luas

efektif yang dihadangkan inti sasaran pada proyektil.

Penampang berperan untuk menyatakan peluang partikel

penembak akan berinteraksi dengan suatu cara tertentu

dengan partikel target. Dibayangkan bahwa setiap partikel

target memiliki luas tertentu terhadap partikel datang,

semakin besar luas penampang semakin besar peluang

berinteraksi. Reaksi nuklir seperti reaksi kimiawi,

menyediakan keduanya, informasi dan cara untuk

menggunakan informasi ini secara praktis. Sebagian besar

dari yang diketahui tentang inti atomik telah datang dari

eksperimen penembakan target inti diam oleh partikel

penembak yang energetik. Suatu cara yang enak menyatakan

peluang partikel penembak akan berinteraksi dengan suatu

cara tertentu dengan partikel target ialah memakai ide

penampang yang diperkenalkan dalam struktur atomik.

Tinjau sebuah partikel yang ditembakkan ke sebidang

lembaran tipis bahan tertentu dengan luas A yang

mengandung n inti atom. Secara statistik atom-atom dalam

lembaran terdistribusi secara merata di seluruh bidang.

4

Misalnya luas penampang efektif masing-masing inti adalah

, dimana r dapat dianggap sebagai jari-jari atom,

maka probabilitas terjadinya reaksi adalah sebesar

.

Radius nuklir tipikal berada dalam orde sekitar 10−12

cm. Dengan demikian kita dapat mengharapkan bahwa

penampang nuklir untuk sebuah reaksi berada dalam orde

atau sekitar 10−24 cm2. Orde ini digunakan oleh para

fisikawan inti sebagai satuan pengukuran penampang

nuklir, dan dikenal sebagai satu barn (b). Jadi 1 barn =

10-24 cm2 = 10-28 m2.

5

2.2 Termalisasi Neutron

Karena neutron tak berubah dan momen magnetiknya

sangat kecil, neutron tidak berinteraksi dengan elektron

atomik yang terdapat pada lintasannya tetapi berinteraksi

dengan intinya saja. Sebuah neutron dapar bertumbukkan

elastis dan tak elastis dengan inti.

Neutron kehilangan sebagian besar energinya dalam

tumbukan elastis ketika tumbukannya bertatapan daripada

berserempetan. Jika sebuah neutron bertumbukan tatap

dengan sebuah proton, dan semua energinya hilang. Jika

targetnya sebuah deutron dan neutron memberikan 89%

energi awalnya. Jika bertumbukan dengan inti 12C

kehilangan 28% energinya. Jika bertumbukan dengan inti 238U

neutron hanya kehilangan 1,7% energinya. Maka dapat

disimpulkan bahwa neutron kehilangan energi paling cepat

ketika dihambur dengan inti ringan. Neutron akhirnya

mencapai kesetimbangan termal dengan materi yang

mengelilinginya; neutron termal ityu memiliki energi

berberpeluang terbesar KT yang besarnya ialah 0,025 eV

pada temperatur kamar. Anggaplah semua sudut-hambur

berpeluang sama, maka jumlah tumbukan rata-rata yang

diperlukan untuk melakukan termalisasi neutron 2 MeV

ialah 18 dalam hidrogen, 25 dalam deuterium, 114 dalam

karbon, dan 2150 dalam uranium.

Termalisasi neutron dikembangkan dalam suatu soal

dalam pasal sebelumnya. Karena neutron termal – neutron

termal yang berada dalam kesetimbangan dengan

6

lingkungannya yang penting dalam operasi reaktor nuklir.

Karena neutron tidak bermuatan dan momen magentiknya

sangat kecil, maka dalam perjalanannya neutron tidak

berinteraksi dengan elektron atomik, tetapi berinteraksi

dengan intinya. Neutron dapat bertumbukan dengan inti

secara elastis (energi kinetiiknya kekal) atau secara tak

elastis. Jika tumbukannya tak elastis, inti ditinggalkan

dalam keeadaan tereksitasi, kemudian energi eksitasi

dikeluarkan dalam peluruhan gama. Tumbukan tak elastis

yang tidak melibatkan penampakan partikel hanya penting

pada neutron relatif cepat (E > MeV) yang jatuh pada inti

dengan Z sedang atau besar. Dalam inti ringan, dan untuk

neutron yang kurang energitik, dalam semua zat, hamburan

elastis menjadi ragam utama dari kehilangan-energi.

Neutron kehilangan paling banyak energi dalam

tumbukan elastis dengan inti bilangan bertumbukan

berhadapan diabndingkan dengan tumbukan serempet.

Partikel m0 yang bertumbukan berhadapan dengan partikel

lain yang dalam keadaan diam dengan massa m2. Setelah

tumbukan kelajuan partikel ialah v’1 dan v’2. Dari hukum

kekekalan momentum linear diperoleh :

m1 m2 = m1 v’2 - m1 v’1

m1 (v1 + v’1) = m2 v’2

m1 v12 = m1 v’12 + m2 v’22

m1 (v12

+ v’12) = m2 v’22

m1 (v1 + v’1) (v1 - v’1) = m2 v’22

2.3 Reaksi Nuklir

7

a + XY + batau disingkat: X (a,b) Y

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah

sebuah proses dimana partikel nuklir bertubrukan, uuntuk

memproduksi hassil yang berbeda dari produk awal. Pada

prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua

partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut

sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut

bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin

dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan

bukan sebuah reaksi.

Reakis nuklir pada umumnya terjadi dalam dua tahap.

Pertama terbentuk inti gabungan dari kedua partikel yang

bereaksi, namun inti gabungan ini tidak stabil karena

memiliki energi berlebih, sehingga akan mengeluarkan

energi berlebihnya. Energi berlebih tersebut dikeluarkan

dengan cara meluruh kembali menjadi dua atau beberapa

partikel yang dapat dinyatakan oleh persamaan reaksi:

X adalah inti awal, Y inti akhir, sedang a dan b masing-

masing adalah partikel datang dan yang dipancarkan.

Apabila suatu partikel a ditembakkan pada inti X,

maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi, yakni

hamburan elastik, hamburan inelastik dan reaksi nuklir.

Para ahli banyak menggunakan reaksi nuklir ini untuk

8

tujuan analisis kualitatif dan kuantitatif dalam suatu

penelitian, misalnya AAN (Aktivasi Neutron).

Dalam reaksi inti berlaku beberapa hukum kekekalan,

antara lain :

1. Hukum kekekalan muatan

å Z = tetap

2. Hukum kekekalan massa dan energi

MAC2 + mAC2 + Ka = MBC2 + MbC2 + Kb + Kb

MAC2 + mAC2 = MBC2 + MbC2 + 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

å I = tetap

5. Hukum kekekalan paritas

å Õ = tetap

6. Hukum kekekalan momentum linier

å P = tetap

Partikel yang digunakan untuk menembaki inti-inti

radioaktif agar terjadi reaksi nuklir adalah partikel a,

partikel b, sinar g, 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

9

reaksi sama dengan selisih massa mula-mula dengan massa

akhir.

10

Reaksi nuklir dapat digolongkan dengan beberapa

cara, tergantung pada keadaan yaitu sebagai berikut :

1) Klasifikasi reaksi nuklir menurut partikel penembak

Menurut klasifikasi ini dapat digolongkan dalam

beberapa golongan, yakni:

a. Reaksi partikel bermuatan

Termasuk reaksi ini adalah reaksi p, d, a, 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 nuklir 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

11

Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir

dan reaksi fisi nuklir. Adapun manfaat reaksi nuklir

diantaranya :

Membuat suatu nuklida dari nuklida yang lain

(transmutasi)

Mengubah nuklida yang tak radio aktif menjadi

bersifat radioaktif. (Produksi radioaktif)

Membuat undur Transuranium (Unsur yang nomor

atom diatas 92)

Menentukan massa atom

Menghasilkan energi yang besar (sumber energi)

12

2.4 Sistem Koordinat Pusat Massa

Interaksi antar materi seringkali merupakan

interaksi banyak titik materi. Pada sistem banyak titik,

selain terdapat gaya eksternal (Fe) juga terdapat gaya

internal (Fij) antar titik-titik dalam benda. Untuk itu

diperkenalkan pusat massa, dimana gaya aksi yang

diberikan ke setiap titik materi dipandang sama dengan

gaya aksi yang diberikan pada pusat massa suatu sistem

materi tunggal. Contoh sederhananya saat kita melempar

bola ke atas, sebenarnya semua titik pada materi

mendapatkan gaya aksi yang besarnya kita sebut Fi. Namun

akan lebih sederhana jika kita menganggap bola itu

sebagai satu titik materi saja, yakni pada pusat

massanya. Pusat massa suatu benda ialah titik dimana gaya

internal pada sistem massa sama dengan nol.

Untuk pengamat yang berada di pusat massa, partikel-

partikel itu mempunyai momentum yang sama besar tetapi

berlawanan arah. Jadi jika partikel yang bermassa mA dan

berkelajuan V datang pada sebuah partikel diam bermassa mB

jika dilihat dari pngamat dalam laboratorium, maka

kelajuan V dari pusat massa didefinisikan melalui

persyaratan :

mA(v - V) = mBV

V = v

2.5 Reaksi Fisi

13

Reaksi fisi (pembelahan inti) adalah reaksi nuklir

yang melibatkan pembelahan sebuah inti berat (seperti

uranium) menjadi dua bagian (hasil fisi), yang kemudian

memancarkan dua atau tiga neutron, sambil melepaskan

sejumlah energi yang setara dengan selisih antara massa

diam neutron dan hasil fisi dengan jumlah massa diam inti

awal. Fisi dapat terjadi spontan atau sebagai akibat

irradiasi neutron. Misalnya, fisi inti uranium-235 oleh

sebuah neutron lambat akan berlangsung sebagai berikut:235U + n → 148La + 85Br + 3n

Energi yang dilepaskan kira-kira 3 × 10-11 J per satu

inti 235U. Untuk 1 kg 235U, energi yang dihasilkan setara

dengan 20.000 megawatt.jam, sama dengan jumlah energi

yang dihasilkan oleh pembakaran 3 × 106 ton batubara.

Fisi nuklir n merupakan proses yang digunakan di dalam

reaktor nuklir dan bom atom.

14

Gambar 1.Reaksi fisi berantau uranium. [1]

Pada suatu reaktor nuklir, reaksi fisi dapat dimanfaatkan

sebagai pusat pembangkit tenaga listrik, karena reaksinya

bisa dikendalikan. Sebaliknya, reaksi fisi yang tidak

terkendali akan menghasilkan ledakan energi, seperti pada

bom atom.

2.6 Reaksi Fusi

Reaksi fusi (penggabungan inti) adalah reaksi nuklir

yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan nomor

atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan

melepaskan sejumlah besar energi. Dalam reaksi fisi,

sebuah neutron dipergunakan untuk membelah sebuah inti

yang besar, tetapi dalam reaksi fusi nuklir, dua inti

yang bereaksi harus saling bertumbukan. Karena kedua inti

bermuatan positif, maka timbul gaya tolak yang kuat

antarinti, yang hanya dapat dilawan bila inti yang

bereaksi memiliki energi kinetik yang sangat besar.  

15

Gambar 2. Reaksi fusi deuterium dan tritium, menghasilkanhelium -4 dan  neutron serta melepaskan energi sebesar 17,59

MeV. [2]

Pada temperatur tinggi, reaksi fusi berlangsung sendiri,

reaktan pada temperatur ini berada dalam bentuk plasma

(dengan kata lain inti dan atom bebas) dan inti memiliki

energi yang cukup untuk melawan gaya tolak elektrostatik.

Bom fusi dan bintang-bintang menghasilkan energi dengan

cara seperti ini. 

16

Gambar 3. Tokamak reaktor fusi percobaan.

Diharapkan metode ini akan digunakan dalam reaktor

termonuklir, sebagai sumber energi untuk kepentingan

manusia. Berikut ini adalah contoh reaksi fusi yang

terjadi pada bintang, matahari, serta pada atom hidrogen.

2.7 Raktor Nuklir

Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai

tempat berlangsungnya reaksi berantai fisi nuklir

terkendali untuk menghasilkan energi nuklir, radioisotop,

atau nuklida baru.

17

Gambar 4. Skema dasar reaktor.

Keterangan :

1. Bahan bakar

2. Teras reaktor

3. Moderator

4. Batang kendali

5. Pompa pemindah

6. Generator uap

7. Shielding (perisai)

Berikut ini beberapa komponen dasar reaktor.

a. Bahan bakar reaktor nuklir merupakan bahan yang

akan menyebabkan suatu reaksi fisi berantai

berlangsung sendiri, sebagai sumber energi nuklir.

Isotop fisi adalah uranium-235, uranium-233,

plutonium-239. Uranium-235 terdapat di alam

(dengan perbandingan 1 : 40 pada uranium alam),

dan yang lainnya harus dihasilkan secara buatan.

b. Teras reaktor, di dalamnya terdapat elemen bahan

bakar yang membungkus bahan bakar.

c. Moderator adalah komponen reaktor yang berfungsi

untuk menurunkan energi neutron cepat (+ 2 MeV)

18

menjadi komponen reaktor normal (+ 0,02 - 0,04 eV)

agar dapat bereaksi dengan bahan bakar nuklir.

Selain itu, moderator juga berfungsi sebagai

pendingin primer. Persyaratan yang diperlukan

untuk bahan moderator yang baik adalah dapat

menghilangkan sebagian besar energi neutron cepat

tersebut dalam setiap tumbukan dan memiliki

kemampuan yang kecil untuk menyerap neutron, serta

memiliki kemampuan yang besar untuk menghamburkan

neutron.

Bahan-bahan yang digunakan sebagai moderator,

antara lain:

1) air ringan (H2O), c) grafit, dan

2) air berat (D2O), d) berilium.

d. Setiap reaksi fisi menghasilkan neutron baru yang

lebih banyak (2 - 3 neutron baru), maka perlu

diatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan

bakar. Komponen reaktor yang berfungsi sebagai

pengatur jumlah neutron yang bereaksi dengan bahan

bakar adalah batang kendali. Dalam reaktor dikenal

faktor pengali (k), yaitu perbandingan jumlah

neutron yang dihasilkan setiap siklus dengan

jumlah neutron pada awal siklus untuk:

k = 1, operasi reaktor dalam keadaan kritis,

k > 1, operasi reaktor dalam keadaan super kritis,

k < 1, operasi reaktor dalam keadaan subkritis.

Bahan yang dipergunakan untuk batang kendali

reaktor haruslah memiliki kemampuan tinggi

19

menyerap neutron. Bahan-bahan tersebut antara lain

kadmium (Cd), boron (B), atau haefnium (Hf ).

e. Perisai (shielding), berfungsi sebagai penahan

radiasi hasil fisi bahan agar tidak menyebar pada

lingkungan.

f. Pemindah panas, berfungsi untuk memindahkan panas

dari pendingin primer ke pendingin sekunder dengan

pompa pemindah panas.

g. Pendingin sekunder, dapat juga berfungsi sebagai

generator uap (pembangkit uap) yang selanjutnya

dapat digunakan untuk menggerakkan generator

listrik.

Gambar 5. Batangan bahan bakar reaktornuklir magnox. [3]

Batangan bahan bakar ini digunakan untuk reaktor

nuklir magnox. Batangan

ini terbuat dari uranium alami, dibungkus magnox

(aloi campuran magnesium).

20

Pengawetan Makanan

Makanan, seperti buah-buahan, sayur-sayuran, dan

daging dapat diiradiasi dengan sinar gamma. Radiasi

memperlambat pemasakan buah-buahan, sayur-sayuran, dan

membunuh bakteri-bakteri di dalam daging, sehingga

memungkinkan makanan itu tetap segar untuk jangka waktu

yang lebih lama. 

21

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Setelah mempelajari materi reaksi nuklir saya akan

menyimpulkan beberapa kategori pada materi yang telah

dibahas pada pembahasan diatas diantaranya:

1. Penampang nuklir dari sebuah inti adalah

probabilitas bahwa sebuah reaksi nuklir yang

melibatkan inti tersebut dapat terjadi. Penampang

berperan untuk menyatakan peluang partikel penembak

akan berinteraksi dengan suatu cara tertentu dengan

partikel target.

2. Neutron kehilangan energi paling cepat ketika

dihambur dengan inti ringan sehingga akhirnya

mencapai kesetimbangan termal dengan materi yang

mengelilinginya.

3. Reaksi nuklir adalah sebuah proses dimana partikel

nuklir bertubrukan, uuntuk memproduksi hasil yang

berbeda dari produk awal.

4. Pusat massa suatu benda ialah titik dimana gaya

internal pada sistem massa sama dengan nol.

5. Reaksi fisi adalah peristiwa pembelahan inti berat

menjadi 2 inti baru (hasil fisi), yang kemudian

memancarkan dua atau tiga neutron, fisi dapat

terjadi spontan atau sebagai akibat irradiasi

22

neutron. Reaksi fisi nuklir merupakan proses fisika

mendasar yang digunakan untuk membangun reaktor

nuklir, baik yang ditujukan untuk menghasilkan

listrik atau sebagai mesin pendorong kapal selam,

atau bentuk energi lainnya. Reaksi fisi nuklir

adalah perubahan massa menjadi energi.

6. Reaksi fusi (penggabungan inti) adalah reaksi nuklir

yang melibatkan penggabungan inti-inti atom dengan

nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih

berat dengan melepaskan sejumlah besar energi.

7. Reaktor nuklir merupakan sebuah peralatan sebagai

tempat berlangsungnya reaksi berantai fisi nuklir

terkendali untuk menghasilkan energi nuklir,

radioisotop, atau nuklida baru.

23

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Penampang_nuklir

http://www.google.com/url?q=http://

medianuklir.files.wordpress.com/2010/08/bab-

1reaksinuklir.pdf&sa=U&ei=1zaQVKjBI8SJuATmv4DoCA&ved

=0CBMQFjAA&sig2=Px5cxcOOqpsSSd9CdVrV0A&usg=AFQjCNEd0

SFzKp1LZX6m4ObO8CcEvvHAJw

http://www.google.com/url?q=http://

medianuklir.files.wordpress.com/2009/11/22473765-

intro-fisika-reaktor-

nuklir.pdf&sa=U&ei=xraTVJKwEoz48QWI-

4LQAg&ved=0CBkQFjAB&sig2=HqSF5weYwqdbkEJNk7MhKg&usg=

AFQjCNFQbBCiNP-izNDmi78pKQHYwUXQAg

http://kumpulanmakalahfisika.blogspot.com/2013/04/

makalah-fisika-modern.html

http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/04/

perbedaan-reaksi-fisi-dan-fusi-reaksi-inti-reaktor-

nuklir-contoh-soal-energi-pengertian-pembelahan-

penggabungan-jawaban-radioaktif-manfaat-berantai-

matahari.html

http://ridwanz.com/teknologi/pengertian-nuklir-

pemnfaatan-energi-nuklir/

24