Reaksi Inti Nuklir: Pengertian Reaksi Fisi Fusi Termonuklir Rumus Contoh Soal Perhitungan 5

Pengertian Reaksi Inti Atom atau Reaksi Nuklir. Reaksi inti merupakan perubahan suatu inti atom menjadi inti atom lainnya dengan disertai muncunya energi yang sangat besar. Supaya terjadi reaksi inti diperlukan partikel lain yang dapat menggangu kesetimbangan inti atom sehingga inti akan terpecah menjadi dua inti baru. Partikel yang digunakan untuk mengganggu kesetimbangan ini adalah partikel proton dan neutron.

Reaksi inti terjadi ketika inti atom ditembak atau ditumbuk dengan partikel yang memiliki energi tinggi.  Tumbukan antara inti atom dengan partikel penembak akan mengakibatkan terbentuknya inti baru yang berbeda dengan inti asal. Inti baru ini disebut sebagai inti transmutasi.

Pengertian Reaksi Fisi.

Reaksi Fisi adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti – inti yang lebih ringan dengan disertai pelepasan energi. Inti – inti baru hasil reaksi ini disebut sebagai fragmen fisi. Fisi dapat terjadi spontan atau sebagai akibat irradiasi neutron.

Reaksi fisi melepaskan sejumlah energi yang setara dengan selisih antara massa diam neutron dan hasil fisi dengan jumlah massa diam inti awal.

Contoh Reaksi Fisi

Contoh reaksi fisi yang sering digunakan adalah reaksi pembelahn unsur uranium-235 seperti ditunjukkan pada reaksi berikut.

92U235 + 0n1 –> 54Xe236 + 38Sr94 + 0n1  + 0n1

Pada proses reaksi tersebut, uranium tereksitasi setelah menyerap neutron, dan kemudian membelah.

Neutron yang dihasilkan dari pemelahan reaksi fisi dapat menginduksi fisi, sehingga reaksi fisi dapat berjalan dengan sendirinya. Reaksi fisi melepaskan energi yang sangat besar yaitu sekitar 200 MeV untuk setiap reaksi fisi yang terjadi.


Dan jika reaksi fisi berlangsung tanpa dikendalikan, maka akan terjadi reaksi berantai yang disertai pembentukan atau pelepasan energi yang sangat besar dan mampu mengakibatkan kerusakan yang luar biasa, seperti pada ledakan bom atom.

Pegertian Reaksi Fusi

Reaksi Fusi adalah reaksi penggabungan inti – inti ringan menjadi inti yang lebih berat disertai pelepasan energi. Reaksi fui melepaskan energi sekitar 1 MeV per nucleon. Reaksi fusi atau reakasi penggabungan inti ini merupakan reaksi nuklir.  Reaksi yang melibatkan penggabungan inti- inti atom dengan nomor atom kecil untuk membentuk inti yang lebih berat dengan melepaskan sejumlah besar energi.

Contoh Reaksi Fusi

Berikut beberapa contoh yang menunjukkan reaksi fusi.

1H1 + 1H2 –> 2He3

1H1 + 6C12 –> 7N13 + γ

 1H2 + 2He3 –> 2He4 + 0n1

Pengertian Reaksi Fusi Termonuklir

Reaki fusi secara alamiah terjadi pada matahari. Energi dari hasil reaksi fusi menjadi sumber energi matahari dan bintang bintang. Reaksi fusi pada matahari dan bintang ini disebut sebagai reaksi fusi termonuklir.

Reaksi fusi termonuklir membutuhkan temperature yang sangat tinggi yaitu sekitar 15.000.000 Celsius. Energi yang dimiliki oleh matahari berasal dari penggabungan inti – inti hydrogen menjadi inti helium, adapun beberapa contoh reaksinya adalah sebagai berikut:

1H1 + 1H1 –> 2H2 + 1e0 + 0,42 MeV

1H2 + 1H1 –>2He3 + 0γ0 + 5,49 MeV

2He3 + 2He3 –> 2He4 + 2 1H1 + 12,86 MeV

Hukum Hukum Kekekalan Reaksi Inti Atom

Pada setip reaksi inti selalu berlaku hukum kekekalan seperti berikut:

1). Hukum Kekekalan Momentum: yaitu jumlah momentum sebelum dan setelah tumbukan adalah sama

2). Hukum Kekekalan Nomor Atom: yaitu jumlah nomor atom sebelum dan setelah reaksi adalah sama

3). Hukum Kekekalan Nomor Massa: yaitu jumlah nomor massa sebelum dan setelah reaki adalah sama

4). Hukum Kekekalan Energi Total: yaitu energi total sebelum dan setelah reaksi adalah sama

Energi Reaksi Inti Atom

Suatu reaksi inti dapat menghasilkan atau memerlukan energi. Besarnya energi E dapat dihitung berdasarkan reaksi pada persamaannya.  Dalam perhitungan energi reaksi inti, semua massa inti dinyatakan dalam satuan sma (satuan massa atom).

Rumus Energi Reaksi Inti Atom

Menurut Einstein, energi total yang dimiliki suatu massa m adalah:

E = m.c2 

dengan

c = kelajuan cahaya (3 × 108 m/s).

Satuan massa pada reaksi inti adalah sma. Setiap satu sma, energi yang dimiliki adalah 931,5 MeV. atau dapat dinyatakan seperti berikut

1 sma = 931,5 MeV

Persamaan reaksi inti dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut

X + a → Y + b + E

atau dapat ditulis seperti berikut

X (a, b) Y

X = inti sasaran

Y = inti baru yang dihasilkan

a = partikel penembak

b = partikel yang dihasilkan

E = Q = energi yang dihasilkan

Persamaan energi reaksi inti berdasarkan hukum kekekalan energi dapat dinyatakan dengan rumus seperti berikut

Massa Pereaksi = Massa Produk Reaksi + Energi 

(mX + ma) 931,5 MeV = (mY + mb) 931,5 MeV + E atau

E = [(mX + ma) – (mY + mb)] x 931,5 MeV

m = massa

Jika diperoleh nilai E  > 0, maka reaksinya disebut reaksi eksoterm, yaitu reaksi di mana terjadi pelepasan energi.

Sebaliknya, jika E < 0, maka reaksinya disebut reaksi endoterm, yaitu reaksi yang memerlukan energi.

1). Contoh Soal Perhitungan Energi Reaksi Fisi Inti Atom Uranium

Perhatikan reaksi fisi inti atom uranium berikut:

92U235 + 0n156Ba138 + 41Nb93 + 5 0n1 + 5 -1e0  

Hitung energi yang dihasilkan dari 1 kg atom Uranium

Diketahui:

m(92U235) = 235,0439 sma

m(0n1) = 1,0087 sma

m(56Ba138 ) = 137,9053 sma

m(41Nb93) = 92,9064 sma

m(-1e0) = 0,000549 sma

Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Fisi Inti Atom Uranium

Perubahan massa pada reaksi fisi inti atom Uranium dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

Δm = m0 – m

Δm = perubahan massa

m0 = massa pereaksi

m = massa produk reaksi

Massa Pereaksi m0

m0 = m(92U235) + m(0n1)

m0 = 235,0439 + 1,0087

m0 = 236,0526 sma

Massa Produk Reaksi m

m = m(56Ba138 ) + m(41Nb93) + 5. m(0n1) + 5 m(-1e0)

m = 137,9053 + 92,9064 + (5 x 1,0087) + (5 x  0,000549)

m = 235,857945

Δm = m0 – m

Δm = 236,0526 – 235,857945

Δm = 0,1947 sma

Jadi perubahan massa pada reaksi inti atom Uranium adalah 0,1947 sma

Rumus Menentukan Energi Dihasilkan Reaksi Fisi Inti Atom 1 kg Uranium

Besarnya energi yang dihasilkan pada reaksi inti atom uranium dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut

E = Δm. 931,5 MeV

E = 0,1947 x 931,5

E = 181,363 MeV

Untuk 1 atom uranium maka Energinya adalah

E = 181,363/(235,0439)

E = 0,7716 MeV/sma

Untuk 1 kg atom Uranium maka energinya dapat dihitung sebagai berikut:

1 sma = 1,66 x 10-27 kg atau

1 kg = (1/1,66 x 10-27) sma

E = (1/1,66 x 10-27) (0,7716)

E =4,648 x 1026 MeV

Jadi energi yang dihasilkan adalah 4,647  x 1026 MeV

2). Contoh Soal Reaksi Fusi Inti Atom Hidrogen

Reaksi fusi yang berlangsung di Matahari akan menghasilkan energi seperti ditunjukkan reaksi berikut:

4 1H1 2He4 + 2 +1e0 + Q (Energi)

Hitunglah besar energi yang dilepaskan oleh 1 kg hydrogen. Jika Massa 1H1 adalah 1,007825 u; 2He4 adalah 4,002604 u dan +1e0  adalah 0,000549 u

Diketahui:

m(1H1) = 1,007825 sma

m(2He4) = 4,002604 sma

m(+e0) = 0,000549 sma

Rumus Menghitung Perubahan Massa Inti Reaksi Fusi Hidrogen

Besarnya perubahan massa inti selama reaksi fusi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

Δm = [4 x m(1H1)] – [m(2He4) + 2 m(+1e0)]

Δm = (4 x 1,007825) – (4,002604 + 2 x 0,000549)

Δm = 4,031300 – 4,003702

Δm = 0,027598 sma

Rumus Menghitung Energi Reaksi Fusi Hidrogen

Besar energi yang dihasilkan dari reaksi fusi hydrogen yang terjadi pada matahari dapat dirumuskan dengan persamaan berikut

E = Q = Δm x 931,5 MeV

E = 0,027598 x 931,5

E = 25,708 MeV

Jadi energi yang dihasilkan dari reaksi fusi adalah 25,708 MeV

Energi yang dihasilkan reaksi fusi di atas adalah dari 4 inti atom hydrogen 1H1 sehingga untuk satu inti atomnya adalah

E = 25,708/(4×1,007825)

E = 6,377 MeV/sma

jadi untuk satu sma hydrogen energinya adalah 6,377MeV

Rumus Menghitung Energi Reaksi Fusi 1 kg Hidrogen

Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi satu kilogram hydrogen dapat dihitung dengan rumus berikut:

1 sma = 1,66 x 10-27 kg atau

1 kg = (1/1,66 x 10-27) sma
E = (1/1,66 x 10-27) 6,377

E = 3,842 x 1027 MeV

Jadi energi yag dihasilkan adalah 3,842 x 1027 MeV

3). Contoh Soal Menentukan Energi Reaksi Fusi Di Matahari

Jika reaksi fusi yang terjadi di matahari mengikuti reaksi seperti di bawah ini

2He3 + 2He32He4 + 21H1 + E (Energi)

Maka tentukan energi yang dihasilkan pada setiap reaksi fusi di atas. Diketahui massa inti 1H1 = 1,0078 sma; massa inti 2He3 = 3,0160 sma; massa inti 2He4 = 4,0026 sma. Bila 1 sma setara dengan energi 931,5 MeV,

Rumus Menentukan Perubahan Massa Reaksi Fusi Matahari

Perubahan massa inti atom pada reaksi fusi dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut

Δm = m0 – m

Δm = perubahan massa

m0 = massa pereaksi

m = massa produk reaksi

Massa Pereaksi, m0

m0  = 2 x m(2He3)

m0  = 2 x 3,0160 sma

m0 =  6,0320 sma

Massa Produk Reaksi, m

m = m(2He4) + 2 m(1H1)

m = 4,0026 + (2 x1,0078)

m = 6,0182 sma

Perubahan Massa Inti Atom Pada Reaksi Fusi adalah

Δm = m0 – m

Δm = 6,032 – 6,0182

Δm = 0,0138 sma

Jadi perubahan massa pada reaksi fusi adalah 0,0138 sma. Ini artiya massa inti atom berkurang sebanyak 0,0138 sma

Rumus Mencari Energi Reaksi Fusi Matahari

Energi yang dihasilkan reaksi fusi di matahari dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

E = Δm x 931,5 MeV

E = 0,0138 x 931,5

E  =12,855 MeV

Jadi energi yang dihasilkan pada reaksi fusi matahari adalah 12,855 MeV

4). Contoh Soal Perhitungan Energi Reaksi Inti Atom

Tentukan energi yang dibebaskan pada reaksi fusi inti atom berikut:

1H2 + 1H32He4 + 0n1 + E

Diketahui:

1H2 = 2,0141 sma

1H3 = 3,0160 sma

2He4 = 4,0026 sma

0n1 = 1,0087 sma

Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Inti Atom

Perubahan massa inti atom pada reaksi fusi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Δm = [m(1H2 ) + m(1H3)] – [m(2H4)+ m(0n1)]

Δm = [ 2,0141 + 3,0160] – [ 4,0026 + 1,0087]

Δm = 5,0301 – 5,0113

Δm = 0,0188 sma

Jadi Perubahan massa inti pada reaksi adalah 0,0188 sma

Rumus Mencari Energi Dibebaskan Reaksi Fusi Inti Atom

Besarnya energi yang dibebaskan selama reaksi inti atom dapat dirumuskan dengan persamaan berikut

E = Q = Δm 931,5 MeV

E = 17,5122 MeV

Jadi energi yang dibebaskan pada reaksi inti adalah 17,5122 MeV

Daftar Pustaka:

  1. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  2. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  3. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  4. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  5. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  6. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,
  7. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  8. Reaksi Inti Nuklir: Pengertian Reaksi Fisi Fusi Termonuklir Rumus Contoh Soal Perhitungan, Rumus Menghitung Perubahan Massa Reaksi Fisi Inti Atom Uranium, Contoh Soal Reaksi Fusi Inti Atom Hidrogen, Satuan Lambang Energi Reaksi Inti Atom, Contoh Soal Menentukan Energi Reaksi Fusi Di Matahari,