MAKALAH Radiokimia “
Penggabungan Penggabungan Inti”
Oleh : Kelompok 3: Dewi Julianti (1201473/2012) (1201473/2012) Widya Astuti (1201474/2012) (1201474/2012) Delvia Maulana (1201475/2012) (1201475/2012) Rini Fath Marsya (1201476/2012) Desri Liana putri (1201478/2012) Hat Novita Sari (1201479/2012) Dosen Pendamping : Yerimadesi, S.Pd, M.Si. JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat, hidayah, kesehatan , rezeki, kesabaran, ketekunan sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul
Penggabungan I nti (F usi) ” .
“
Makalah ini penulis tujukan untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Radiokimia. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen pembimbing yang telah memberikan arahan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Tidak lupa penulis menyampaikan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan makalah ini. Apabila dalam makalah ini masih dijumpai kekurangan dan kesalahan baik dalam isi maupun penulisannya karena kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. Maka penulis mengharapkan kritik dan saran yang positif dari semua pihak demi perbaikan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat dan menjadi sumbangan pemikiran bagi pihak yang membutuhkan, khususnya bagi penulis sehingga tujuan yang diharapkan dapat tercapai, Amin. Padang, 23 April 2015
Penulis
BAB 2 PEMBAHASAN A. Inti(Fusi)
Dua buah atau lebih inti ringan dapat bergabung membentuk sebuah inti yang lebih berat. Dalam reaksi inti ini, massa inti baru lebih kecil dari pada massa inti-inti pembentuknya. Selisih massa muncul sebagai energi. Reaksi inti seperti ini disebut reaksi penggabungan inti atau reaksi fusi. Inti-inti yang kecil mempunyai energi ikat per nuklein rata-rata (Eb rata-rata) lebih kecil sehingga kurang stabil. Makin besar inti makin besar Eb rata-ratanya. Oleh sebab itu dua inti dapat bergabung menjadi satu inti lebih besar melalui reaksi penggabungan (Fusi).
A. Syarat Terjadinya Reaksi Fusi 1. Kedua energi harus diberi energi yang cukup agar dapat bergabung melawan gaya tolak menolak. Keduanya yang bermuatan positif.
Jika dua inti H didekatkan maka gaya tolak Coulomb antara proton proton dalam inti H menghalangi penggabungan ini. Untuk mengatasi gaya tolak Coulomb maka inti H harus digerakkan dengan kelajuan sangat tinggi. Kelajuan sangat tinggi memerlukan energi kinetic sangat tinggi dan
energi sangat tinggi berarti suhu yang sangat tinggi (sesuai dengan persamaan energi kinetic partikel EK = 3/2 kT) Untuk menggabungkan dua inti H diperlukan suhu ribuan jutaan Kelvin. Tentu saja sangat sukar untuk membayangkan keadaan dengan suhu setinggi ini dapat diciptakan. Akan tetapi, keadaan suhu tinggi ini hadir pada bagian dalam matahari dan bintang-bintang yang menghasilkan energinya melalui reaksi-reaksi fusi. Dengan demikian reaksi fusi telah mendukung seluruh kehidupan di bumi. Banyak ilmuwan dan insinyur berupaya mengembangkan reaksi fusi untuk pembangkitan energi listrik; mereka menghadapi tantangan dan berpacu dengan waktu untuk meniru keadaan-keadaan yang terjadi dalam matahari pada suatu skala yang jauh lebih kecil. Karena reaksi fusi membutuhkan suhu yang sangat tinggi supaya dapat berlangsung, reaksi fusi sering disebut Reaksi Termonuklir. 2. Inti harus dalam bentuk inti bebas dan tanpa e- kulit. Untuk itu diperlukan juga energi yang besar untuk mengeksitasi (mengionkan) semua e-.
B. Proses Terjadinya Reaksi Fusi
Reaksi fusi dapat terjadi secara alami dan secara buatan. Reaksi fusi secara alami dapat terjadi di matahari dan bintang. Sementara itu reaski fusi buatan terjadi di dalam reactor. Namun hingga ssat ini reaksi fusi secara buatan masih dalam proses penelitian (Syukri.2008). 1. Reaksi Fusi Alami Reaksi fusi alami terjadi di matahari dan bintang-bintang lainnya. Di dalam matahari terjadi penggabungan atom-atom hydrogen menjadi helium. Matahari merupakan pusat dari peredaran planet-planet dalam tata surya menurut teori heliousentris yang dinyatakan oleh Capernicus dan didukung oleh Galileo Galilei dan berlaku sampai sekarang. Matahari merupakan bola gas yang sangat besar dengan diameter 109 kali diameter bumi yang kita tempati ini, sehingga perut matahari muat 1,3 juta bumi, bayangkan alangkah besarnya matahari ini jika dibandingkan dengan bumi. Matahari berdiameter 1.390.000 km dan massanya sekitar 1,989 x 1030kg. temperature
di
inti
matahari
sekitaf
15.000.000o Celsius.
Sedangkan
dipermukaannya sekitar 6.000 o Celsius. Suhu inti matahari yang jauh lebih panas dari pada suhu dipermukaan matahari sempat menimbulkan pertanyaan yang besar diantara para ahli astronomi gan astrofisika. Dan ternyata temperature yang tinggi pada inti matahari ternyata dihasilkan dari reaksi fusi matahari yaitu menggabungkan empat atom hidrogen menjadi satu atom helium. Reaksi fusi ini berjalan terus menerus dengan mengubah 700 ton atom hidrogen menjadi 695 ton atom helium setiap detiknya,dan ada sekitar 4 juta ton massa yang hilang menjadi energi, energi yang dihasilkan sekitar 3,86 x 10 33 watt.
Reaksi fusi yang terjadi di matahari memungkinkan terjadi karena sebagian besar massa matahari terdiri atas gas hydrogen (80%) dan gas helium (19%). Dimana reaksi yang terjadi adalah : 1
1
2
2
1
3
1
1. 1 H 1 H 1 H 0 e
0,42 MeV
2. 1 H 1 H 2 He 5,49 MeV 3
3
4
1
3. 2 He 2 He 2 He 1 H 12,86 MeV
Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi elektromagnet , reaksi di atas dapat ditulis: 2
4
41 H 2 He 2e
2 2 26,7 MeV
Dengan adanya reaksi fusi yang terus menerus menyebabkan matahari kehilangan massa sekitar 1,5768 x 1014 ton pertahunnya, bila usia matahari 4,5 milyart tahun maka ada sekitar 7,0956 x 10 23 ton yang telah lenyap menjadi energy atau sekitar 0,036% dari massa total matahari. Matahari memiliki massa yang sangat besar jika dibandingkan dengan bumi, sehingga gravitasi di matahari jauh lebih besar jika dibandingkan dengan dibumi tempat kita ini (berdasarkan hukum NEWTON gravitasi berbanding lurus dengan massanya). Matahari mampu menarik benda dipermukaan 28 kali lebih kuat dari di bumi, misalnya jika kita memiliki berat 50 Newton maka di permukaan matahari berat kita akan menjadi 1.400 Newton. Karena besarnya gravitasi matahari maka untuk melepaskan diri dari gravitasinya maka kita membutuhkan kecepatan lepas sebesar 608,02 km/detik, padahal dibumi untuk lolos dari gravitasi bumi, kita membutuhkan kecepatan lepas sebesar 11,2 km/detik. Berdasarkan teori termonuklir, semakin tua matahari akan semakin miskin pula persediaan hydrogen. Dengan demikian lambat laun matahari akan padam. Sedangkan bahan bakar hydrogen sampai saat ini masih cukup dalam waktu 5 milyart tahun lagi (Wallaahua’lam).Jika seluruh atom hydrogen berubah
seluruhnya menjadi helium dan terjadi pembakaran helium dengan energy radiasi yang dilepas jauh lebih besar dibandingkan hydrogen,tekanan radiasi yang meningkat mengakibatkan matahari akan mengembang dan temperaturnya akan menurun drastis sehingga cahaya yang dipancarkan berubah dari kuning menjadi merah, temperature permukaan matahari yang telah berubah menjadi sebuah bintang raksasa sekitar 3.500 o Celsius, sementara itu terjadi kontraksi gravitasi yang menarik teras helium. Proses kerutan gravitasi tersebut menambah energy yang jauh lebih tinggi sehingga energy radiasi yang keluar semakinkuat, karena massanya yang tidak cukup untuk meledak menjadi supernova dan matahari terus mengembang (menjadi raksasa merah) yang besarnya akan menelan merkurius dan venus. Bintang raksasa merah (red giant) merupakan sebuah tahap yang harus dilalui oleh semua bintang di jagat raya dalam evolusinya ini termasuk matahari ( http://kaisnet.wordpress.com ). 2. Reaksi Fusi Buatan Reaksi fusi buatan terjadi di dalam reaktor yang sengaja dilakukan untuk tujuan tertentu di dalam suatu reaktor. Di dalam reaktor ini dapat dibuat antara dua isotop hidrogen, dengan dihasilkan energy. Energi ini bisa digunakan sebagai bahan bakar masa depan yang murah karena bahan dasarnya bisa diperoleh dari lautan yang bisa dianggap tak usah dibeli. Salah satu contoh reaksi fusi buatan adalah pembuatan Bom Hidrogen yang dinamakan juga sebagai bom termonuklir. Masalah teknis yang selalu ada dalam perancangan reator fusi tidak mempengaruhi produksi Bom hydrogen. Bom hydrogen tidak mengandung hydrogen, melainkan mengandug padatan Litium Deuterida (LiD), yang dikemas sangat rapat (Chang.2003). Peledakan bom hydrogen terjadi dalam dua tahap yaitu Bom hidrogen bekerja melalui dua-tahap dimana bom fisi “primer” diledakkan menggunakan metode ledakan konvensional, yang kemudian memicu reaksi bahan bakar fusi “sekunder”. Reaksi bahan bakar bom hidrogen (reaksi fusi) hanya bisa terjadi pada suhu yang amat tinggi. Untuk mencapai suhu tinggi yang diperlukan,
sebuah bom fisi diledakkan terlebih dahulu yang kemudian memicu reaksi fusi berantai. Sebagai hasil dari menggunakan reaksi fusi (bukan fisi), kekuatan bom menjadi jauh lebih tinggi. Dalam bom fisi, sekitar 0,1% dari massa bahan bakar akan diubah menjadi energi, sedangkan di bom fusi, persentase ini menjadi 0,3%. Prinsip bom hidrogen pertama kali diuji pada tanggal 9 Mei 1951 oleh militer Amerika Serikat. Pada tes pertama ini didapat kesimpulan bahwa sebuah bom fisi dapat digunakan sebagai batu loncatan untuk sesuatu yang lebih merusak (bom fusi). Reaksi yang terjadi adalah : 6 3 1
4
+ 1 → 2
+ 1 →
3 1
1
+ 1
Gaya ledakan dari bom fusi ini terbatas pada reaktan yang ada. Bom termonuklir digambarlan sebagai lebih bersih dibandingkan dengan bom atom, sebab isotop radioaktif yang dihasilkan hanya tritium, yaitu pemancar partikel lemah (t1/2= 12,5 th) dan produk-produk starter fisi.
2. Siklus C – N
Proses
daur
karbon
pertama
kali
diusulkan
pada
tahun 1938
oleh fisikawan Hans Bethe.Dominan atau tidaknya reaksi daur karbon bergantung
pada
kelimpahan
berlangsung sebagai berikut:
12
C
dan
temperatur.
Reaksi
tersebut
(1) 1H + 12C →
13
+ 1,94 MeV
→
13
+ 1,51 MeV
(3) 1H + 13C →
14
+ 7,55 MeV
(4) 1H + 14 N →
15
13N
(2)
15O
N + γ
C + e+ + νe
N + γ
O+γ
+ 7,29 MeV
N + e+ + νe
+ 1,76 MeV
→
15
(6) 1H + 15 N →
12
(5)
C+
4 1H
4He
+ 4,96 MeV
4
He + 2 e+ + 2ѵ E = + 25,01 MeV
Dalam rangkaian reaksi ini, secara netto, empat proton diubah menjadi satu partikel alfa, dua positron (yang segera musnah karena interaksi dengan elektron dan menghasilkan energi dalam bentuk sinar gamma) dan dua neutrino. Neutrino yang dihasilkan reaksi (2) membawa energi sekitar 0,71 MeV, sedangkan yang dihasilkan reaksi (5) membawa energi sekitar 1,00 MeV. Dari rangkaian reaksi di atas dapat dilihat bahwa inti karbon hanya bertindak sebagai katalis dan pada akhir rangkaian dihasilkan kembali. Inti-inti nitrogen dan oksigen memang terbentuk tetapi segera meluruh atau bereaksi dengan proton yang ada. Rangkaian reaksi ini dominan pada suhu di atas 15 juta Kelvin.
Pada suhu di atas 17 juta Kelvin, kadang-kadang reaksi (6) tidak menghasilkan 12C dan 4He, tetapi malah 16O dan sebuah foton, dan terus berlanjut dalam rangkaian reaksi sebagai berikut:
(6a) 1H + 15 N →
16
O+γ
+ 12,13 MeV
(7a) 1H + 16O →
17
F +γ
+ 0,60 MeV
→
17
O + e+ + νe + 0,80 MeV
(9a) 1H + 17O →
14
+ 1,19 MeV
(8a)
17F
N + 4He
Dari 2500 interaksi antara 1H dan 15 N, hanya 1 reaksi (6a) yang terjadi. Tidak seperti rangkaian reaksi pertama, di akhir rangkaian kedua
12
C tidak
terbentuk kembali, tetapi menghasilkan 14 N. Neutrino yang dilepaskan pada reaksi (8a) membawa energi setidaknya 0,94 MeV. Seperti halnya inti nitrogen dan oksigen pada rangkaian pertama, inti fluor pada rangkaian kedua terbentuk tetapi segera meluruh. Rangkaian reaksi utama sering disebut sebagai siklus C-N-I dan rangkaian reaksi kedua disebut sebagai siklus C-N-II Siklus C-N mempunyai barrier lebih besar dari siklus p-p, karena muatan inti dan N lebih besar. Akibatnya siklus ini hanya terjadi pada bintang yang lebih panas (besar), sedangkan siklus p-phanya pada bintang yang lebih keil. Pada matahari rantai p-p lebih dominan dari siklus C – N,
karena matahari termasuk bintang yang keil. Sumber energy cahaya bintang dan matahari adalah energy fusi. Matahari memancarkan energy = 3,8 x 10 20 Mj tiap detik = 4,2 x 10 6 ton massa tiap detik Reaksi termonuklir di bumi yang mungkin adalah dengan 1H, 2D, dan 3T Dalam air terdapat D dengan perbandingan: D : H = 1 : 6000 T dapat dibuat dari rekasi: 7
Li(n,α)T
7
Li terdapat di alam ± 7,4%
Reaksi yang telah dilakukan: H+H
D + e- + v
E = 1,40 MeV
H+D
4
He
E = 5,40 MeV
4
E = 19,83 MeV
H+T
He
D+D
D+T
H+T
E = 4,00 MeV
3
He + n
E = 3,26 MeV
4
He
E = 28,83 MeV 4
He + n
E = 17,8 MeV
T+T
4
He + 2n
E
=
11,17
MeV Reaksi D-D dan D-T sangat penting karena dapat terjadi pada suhu relative rendah dibawah dari reaksi yang lain. D-T
pada 4 x 104 K
D-T
pada 4,5 x 10 7 K
Reaksi termonuklir dapat dipakai untuk berbagai keperluan, seperti reaksi nuklir. Tetapi sampai saat ini baru dapat untuk bom dan belum untuk perdamaian. Hal ini karena energinya sangat besar dan suhunya juga sangat besar. Kini belum dapat membuat reactor yang dapat menjinakan energi yang besar itu. Penelitian terhadap termonuklir adalah: -
Menciptakan suhu yang tinggi agar terjadi reaksi
-
Mengontrol suhu (energi) yang dihasilkan yang jauh lebih besar lagi
-
Mencari agar reaksi dapat terjadi pada suhu rendah yang disebut fusi dingin
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan
Dari pembahasan yang telah diuraikan, maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti kecil menjadi inti yang lebih besar dan stabil. 2. Syarat terjadinya reaksi fusi adalah energi yang dibutuhkan sangat banyak dan inti bebas dari elektron. 3. Reaksi inti dapat terjadi dalam dua proses, yaitu secara alami dan buatan.
B. Saran
Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu, diharapkan kepada pembaca mencari sumber lain yang berkaitn dengan materi Penggabungan inti.
DAFTAR PUSTAKA
Chang, Raymond.2003. Kimi Dasar “Konsep-konsep inti” jilid 2, edisi ketiga.Jakarta: Penerbit Erlangga. S, Syukri. 2008. Radiokimia . Padang: Universitas Negeri Padang. http://kaisnet.wordpress.com
