PENDAHULUAN

Masalah energi merupakan salah satu isu penting yang sedang hangat

dibicarakan. Semakin berkurangnya sumber energi, penemuan sumber energi

baru, pengembangan energi-energi alternatif, dan dampak penggunaan energi

minyak bumi terhadap lingkungan hidup menjadi tema-tema yang menarik dan

banyak didiskusikan. Pemanasan global yang diyakini sedang terjadi dan akan

memasuki tahap yang mengkhawatirkan disebut-sebut juga merupakan dampak

penggunaan energi minyak bumi yang merupakan sumber energi utama saat ini.

Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak

bumi memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru.

Salah satu alternatif sumber energi baru yang potensial datang dari energi nuklir.

Meski dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat besar, tidak dapat dipungkiri

bahwa energi nuklir adalah salah satu alternatif sumber energi yang layak

diperhitungkan.

Isu energi nuklir yang berkembang saat ini memang berkisar tentang

penggunaan energi nuklir dalam bentuk bom nuklir dan bayangan buruk tentang

musibah hancurnya reaktor nuklir di Chernobyl. Isu-isu ini telah membentuk

bayangan buruk dan menakutkan tentang nuklir dan pengembangannya. Padahal,

pemanfaatan yang bijaksana, bertanggung jawab, dan terkendali atas energi nuklir

dapat meningkatkan taraf hidup sekaligus memberikan solusi atas masalah

kelangkaan energi.

Apa Itu Nuklir?

Apa yang terbayangkan dalam benak kita ketika mendengar kata “nuklir”?

Sepertinya sebagian besar orang berpikir bahwa nuklir itu sesuatu yang

mengerikan dan berbahaya, identik dengan bom dan dampak radiasi yang

ditimbulkannya. Bagi kebanyakan orang, nuklir dianggap sebagai sesuatu yang

tidak baik dan berbahaya. Apakah itu benar? Seperti ada pepatah mengatakan:

“Tak kenal maka tak sayang”, begitu pula dengan penilaian kita terhadap nuklir.

Jika kita bersikap terbuka dan mencoba untuk mengenal nuklir lebih dalam lagi,

ternyata kita dapat menemukan “kebaikan-kebaikan” yang dapat diberikan nuklir

bagi kesejahteraan hidup manusia. Dengan berlandaskan asumsi bahwa nuklir

dapat bermanfaat bagi manusia, para peneliti dan orang-orang yang bergelut di

bidang nuklir telah banyak memberikan kontribusi bagi kemajuan pengembangan

teknologi nuklir. Di zaman ini, manusia sudah banyak melakukan berbagai upaya

dan penelitian dalam rangka pemanfaatan energi nuklir. Berikut ini akan dibahas

secara lebih mendalam lagi mengenai berbagai pemanfaatan energi nuklir yang

telah dilakukan manusia sampai saat ini.

Nuklir adalah sebutan untuk bentuk energi yang dihasilkan melalui reaksi

inti, baik itu reaksi fisi (pemisahan) maupun reaksi fusi (penggabungan). Sumber

energi nuklir yang paling sering digunakan untuk PLTN adalah sebuah unsur

radioaktif yang bernama Uranium. Bagaimana caranya sebuah unsur radioaktif

mampu menghasilkan panas yang besar? Tentu saja bukan dengan dibakar.

Namun melalui reaksi pemisahan inti (reaksi fisi). Biar tidak terlalu rumit

penjelasannya, perhatikan gambar berikut :

Gambar 1 : Reaksi pemisahan inti (reaksi fisi)

Atom uranium (U-235) (digambarkan dengan warna hitam merah di

sebelah kiri) memiliki inti yang tidak stabil ketika ada neutron (warna hitam di

paling kiri) yang ditembakkan pada inti atom tersebut, maka inti atom uranium

akan membelah menjadi dua buah inti atom, yakni atom Barium (Ba-141) dan

atom Kripton (Kr-92) serta tiga neutron (warna hitam di kanan). karena massa

atom sebelum pembelahan lebih besar dari pada massa atom setelah pembelahan,

maka selisih massa (disebut defek massa) tersebut berubah menjadi energi panas

yang besarnya sekitar 200 MeV (Mega elektron volt), ini baru satu buah inti atom.

satu gram uranium saja tentu memiliki banyak inti. Sehingga panas yang

dihasilkan pun luar biasa besar. Karena Uranium bahan tambang, maka bentuknya

juga padat.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian dan Rumusan Energi Nuklir

Partikel-partikel penyusun inti yang terdiri atasproton dan neutron terikat

satu sama lain melalui gaya yang dinamakan: Gaya Nuklir. Gaya Nuklir ini

dinamakan juga: Energi Perekat Inti (Epi) dan didefenisikan sebagai berikut :

Gaya atau enegi yang bekerja merekatkan partikel-partikel penusun

inti (nucleon) dalam suatu inti atom (nucleus).

Setiap nuklida memiliki energi perekat inti dengan harga tertentu bergantung pada

jumlah proton dan neutron yang terdapat pada nuklida tersebut. Besarnya energi

perekat inti dalam suatu nukida dapat dirumuskan sebagai berikut:

Epi= Massa defect x 931,4 Mev

Berdasarkan pengertian dari massa defect:

Selisih massa diantaranya jumlah massa proton dan neutron yang sesungguhnya

dengan massa atom yang teramati.

Maka energi perekat inti dapat dirumuskan sebagai berikut:

Diketahui:Massa atom teramati nuklida 80 Hg 202 sebesar 201,970632 Sma.Massa 1 proton = 1,007825 smaMassa 1 neutron = 1,008665 smaDitanya:

a. Hitunglah besarnya energi perekt inti dalam nuklida tersebut?b. Hitung besarnya energi perekat inti rata-rata pernukleon nuklida tersebutc. Hitunglah energi perekat inti dalam 1 gram nuklida tersebut

Penyelesaian:a. Besarnya energi oerekat inti dalam nuklida:

b. Besarnya energi perekat rata-ratapernukleon nuklida:Nukleon adalah partikel penyusun inti atom terdiri atas proton dan neutron.

Jumlah nucleon = jumlah proton + jumlah neutron = 80 + 122 = 202

Besarnya energi perekat inti dalam nuklida Hg sesuaii hasil perhitungan diatas adalah sebesar 1.595,02 Mev. Dengan demikian besarnya energi perekat inti rata-rata pernukleon dalam nuklida Hg adalah:

Epi= energi perekat intidalam nuklidaJumlah nulkeon

=1.595,02 Mev202

=7,896 Mev

c. Besarnya energi perekat inti dalam 1 gram nuklida:Banyaknya nuklida 80Hg202 dalam 1 gram adalah:

¿ 1202

x6,02 x1023=2,98 x 1021

Besarnya energi perekat inti dalam satu nuklida 80Hg202 sesuai dengan hasil perhitungan di atas adalah 1.595,02 Mev. Dengan demikian besarnya energi perekat inti dalam 2,98 x 1021 nuklida 80Hg202 adalah:

= 2,98 x 1021 x 1.595,02 Mev= 4,753 x 1024

2.2 Macam-macam Reaksi yang Melibatkan Radiasi dan Nuklida

Radioaktif

2.2.1. Reaksi Transmutasi Inti

Transmutasi inti atau transmutasi nuklir adalah perubahan suatu unsur

kimia atau isotop menjadi unsur kimia atau isotop lain melalui reaksi nuklir. Di

alam berlangsung transmutasi nuklir natural yang terjadi pada unsur radioaktif

yang secara spontan meluruh selama kurun waktu bertahun-tahun dan akhirnya

berubah menjadi unsur yang lebih stabil. Transmutasi nuklir buatan dapat

dilakukan dengan menggunakan reaktor fisi, reaktor fusi atau alat pemercepat

partikel (particle accelerator). Transmutasi nuklir buatan dilakukan dengan tujuan

mengubah unsur kimia atau radioisotop dengan tujuan tertentu. Limbah radioaktif

yang dihasilkan dari reaktor nuklir yang mempunyai umur sangat panjang dapat

saja ditransmutasikan menjadi radioisotop yang lebih stabil dan memancarkan

radioaktivitas dengan umur yang lebih pendek,untuk mengubah bahan yang tidak

dapat membelah menjadi bahan fisil, atau mengubah radioisotop berumur sangat

panjang menjadi radioisotop yang lebih pendek umurnya atau bahkan menjadi

unsur stabil yang tidak memancarkan radioaktif. Bahan yang dapat diubah

menjadi bahan fisil disebut sebagai bahan fertil. Reaksi nuklir transmutasi tersebut

diantaranya adalah sebagai berikut:

Transmutasi bahan fertil (thorium-232 dan uranium-238) menjadi bahan

fisil (U-233 dan Pu-239):

0n1 + 90Th232 → 92U233 + 2 -1e0 0n1 + 92U238 → 94Pu239 + 2 -1e0

Transmutasi limbah radioaktif berumur panjang dari kelompok aktinida

minor yaitu amerisium-241 (95Am241) menjadi bahan fisil kurium-243 (96Cm243)

agar dapat berfisi di dalam reaktor nuklir dari pada meluruh dengan memancarkan

radioaktif yang berbahaya sebagai limbah nuklir: 

0n1 + 95Am241 → 96Cm242 + -1e0  0n1 + 96Cm242 → 96Cm243 

Berdasarkan penyebabnya, reaksi transmutasi inti dikelompokkan menjadi

2 macam yaitu:

a. Transmutasi Alami

Proses peluruhan dengan suatu persamaan reaksi kimia radioaktif

disebut persamaan inti. Reaksi Transmutasi inti alami adalah perubahan suatu

nuklida menjadi nuklida lain akibat peluruhan. Nantinya, peluruhan dalam reaksi

inti melibatkan dua atau bahkan tiga sinar atau partikel radioaktif.

Syarat dalam persamaan inti:

Jumlah nomor massa (A) dalam ruas kiri = ruas kanan

Jumlah nomor atom (Z) dalam ruas kiri = ruas kanan

Tidak ada dalam reaktan dan produk yang tidak sama, harus dalam

setimbang

Dalam persamaan inti, emisi (pemancaran) sinar-sinar radioaktif sama

dengan jenisnya. Contoh, emisi alpha = berarti sinar alpha ; emisi beta =

berarti sinar beta ; emisi neutron = berarti partikel neutron

Jika terdapat pancarannya lebih dari sekali, maka dikalikan ke nomor

massa dan nomor atom sinar tsb. Contoh 6 tahap pemancaran sinar alpha,

sehingga 6 2He4 menjadi 12He24

b. Transmutasi buatan

Transmutasi inti buatan adalah perubahan suatu nuklida menjadi

nuklidalain akibat penembakan oleh partikel radiasi. Transmutasi juga dapat

terjadi pada unsur yang stabil tetapi harus ditembak atau dibombardir. Inti dari

transmuasi adalah pemendekan dari persamaan inti radioaktif. Contoh reaksi

transmutasi inti buatan, diantaranya:

Reaksi transmutasi inti yang berhasil dilakukan oleh Ernest Rutherford

tahun 1819 ketika sedang mempelajari penembakan unsure ringan dengan

partikel alfa. Ketika menembaki gas nitrogen, Rutherford menemukan

terbentuknya proton, sementara isotop N-14 berubah menjadi O-17.

Reaksi yang terjadi:

N714 + He2

4 à O817 + H1

1

Reaksi transmutasi biasanya diringkaskan dengan notasi sebagai berikut

T(x, y)P

Dimana: T = inti sasaran (target)

x = partikel yang ditembakkan

y = partikel hasil

P = inti baru (produk

Dengan rumusan tersebut, reaksi di atas dapat ditulis dengan:

N714 (α, p) O8

17

Persamaan reaksi di atas disebut transmutasi alfa-proton karena menggunakan

peluru alfa dan menghasilkan proton.

Reaksi transmutasi inti yang dibuat pertama ditemukan pada tahun 1934,

yaitu P-30. Radioisotop ini ditemukan oleh Irene Curie (Putri Marie dan

Pierre Curie) bersama Frederick Joliot melalui penembakan isotop Al-27

dengan partikel alfa.

Al1327 + He2

4 à P1530 + n0

1

P-30 merupakan pemancar positron, melalui persamaan:

P1530 à Si14

30 + e+10

Pada contoh transmutasi inti buatan dapat diketahui bahwa:

N714 dan Al13

27 disebut: Inti target

O817 , Si14

30 , P1530 disebut: inti produktif

Partikel α disebut: proyektil

Macam-macam artikel radiasi yang dapat berperan sebagai proyektil terdiri atas:

1. Proyektil bermuatan : 1H1; 2He4

2. Proyektil tidak bermuatan: 0n1

3. Proyektil berenergi tinggi: 0γ0

2.2.2. Reaksi Fisi

Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan suatu nuklida berat menjadi

dua atau lebih nuklida lain yang lebih ringan. Oleh karena itu persamaan

umumreaksi fisi dituliskan sebagai berikut:

X + n → Y + Z + (2-4) n + E

Keterangan:

X = Inti target berupa nuklida inti berat yang membelah menjadi dua inti

baru yang lebih ringan, sering disebut sebagai: bahan fisil.

n = neutron penembak atau proyektil, yang semula berjumlah 1, tetapi

setelah reaksi fisi maka diperoleh 2-4 neutron baru.

Y,Z= Nuklida baru hasil pembelahan

E= Energi yang menyertai reaksi fisi

Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui dua macam

mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan beberapa inti

melalui reaksi fusi. Di sini akan dibahas salah satu mekanisme produksi energi

nuklir, yaitu reaksi fisi nuklir.

Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel (misalnya neutron) dapat

membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan beberapa partikel lain.

Mekanisme semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi nuklir. Contoh reaksi

fisi adalah uranium yang ditumbuk (atau menyerap) neutron lambat.

Reaksi fisi uranium seperti di atas menghasilkan neutron selain dua buah

inti atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk (diserap) kembali oleh

inti uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya. Mekanisme ini terus terjadi

dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi berantai tak terkendali.

Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam waktu singkat. Mekanisme

ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan ledakan yang dahsyat.

Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai tak terkendali yang memiliki

potensi daya ledak yang dahsyat dan dapat dibuat dalam bentuk bom nuklir.

reaksi fisi berantai

Dibandingkan dibentuk dalam bentuk bom nuklir, pelepasan energi yang

dihasilkan melalui reaksi fisi dapat dimanfaatkan untuk hal-hal yang lebih

berguna. Untuk itu, reaksi berantai yang terjadi dalam reaksi fisi harus dibuat

lebih terkendali. Usaha ini bisa dilakukan di dalam sebuah reaktor nuklir. Reaksi

berantai terkendali dapat diusahakan berlangsung di dalam reaktor yang terjamin

keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat dimanfaatkan untuk keperluan

yang lebih berguna, misalnya untuk penelitian dan untuk membangkitkan listrik.

reaksi fisi berantai terkendali

Di dalam reaksi fisi yang terkendali, jumlah neutron dibatasi sehingga

hanya satu neutron saja yang akan diserap untuk pembelahan inti berikutnya.

Dengan mekanisme ini, diperoleh reaksi berantai terkendali yang energi yang

dihasilkannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna.

Berdasarkan jumlahneutron yang dihasilkan pada reaksi fisi, maka dikenal

ada 2 jenis reaksi, yaitu:

1. Reaksi fisi terkendali yaitu: reaksi fisi yang jumlah neutron hasil

reaksinya dapat dikendalikan sehingga tetap berjumlah 1, seperti

jumlah neutron mula-mula.

Salah satu penerapan reaksi fisi adalah reaktor nuklir. Reaktor fisi nuklir

adalah suatu tempat untuk melangsungkan reaksi berantai dari reaksi fisi yang

terkendali. Energi yang dihasilkan dari reaktor ini dapat dimanfaatkan sebagai

sumber energi nuklir. Reaktor nuklir terdiri atas pipa-pipa berisi bahan bakar

radioaktif dan batang pengendali neutron yang disisipkan ke dalam pipa bahan

bakar nuklir tersebut.

Reaksi nuklir ini akan menghasilkan energi panas dalam jumlah cukup

besar. Contohnya pada reaktor daya, energi panas yang dihasilkan dapat

digunakan untuk menghasilkan uap panas, dan selanjutnya digunakan untuk

mengerakkan turbin-generator yang bisa menghasilkan listrik.

Sedangkan pada reaktor penelitian, panas yang dihasilkan tidak

dimanfaatkan dan dapat dibuang ke lingkungan.

Pada reaktor nuklir, produksi neutron dengan kelajuan berlebian disebut

superkritis, sedangkan kelajuan produksi terlalu rendah disebut subkritis dan

untuk kelajuan produksi neutron lambat secara tetap disebut kritis.

Reaktor selalu dijaga agar fluks neutron (yaitu jumlah neutron per satuan

luas per satuan waktu) selalu tetap aman dalam keadaan kritis. Istilahnya reaktor

nuklir merupakan teknologi nuklir yang membuat nuklir menjadi jinak sehingga

bisa dimanfaatkan untuk maksud-maksud damai. Misalnya untuk pembangkit

listik.

Berikut adalah garis besar cara kerja sebuah reaktor nuklir hingga bisa

menghasilkan listrik:

1.      Di dalam inti reaktor, reaksi fisi terjadi karena adanya penembakan

neutron terhadap bahan bakar nuklir yang menghasilkan energi panas.

2.      Energi panas yang dihasilkan dari inti reaktor kemudian dibawa oleh air

bertekanan pada primary loop ke generator uap.

3.      Di dalam generator uap, air yang berasal dari secondary loop

menjaditerpanaskan dan terbentuklah uap.

4.      Uap yang dihasilkan diarahkan ke turbin uap untuk memutar generator

dan akhirnya menghasilkan listrik.

Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar adalah uranium U.

elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di dalam teras

reaktor. Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium berada dalam

kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan terjadinya fisi

nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang dapat

memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator

neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reactor terdapat air sebagai

moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron akan

kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.

Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat menghasilkan fisi nuklir

dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang kendali. Agar reaksi berantai

yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron saja yang diserap untuk

memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang dapat menyerap neutron-

neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau kadmium sering

digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap neutron. Batang

kendali didesain sedemikian rupa agar secara otomatis dapat keluar-masuk teras

reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras reaktor melebihi jumlah yang

diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali dimasukkan ke dalam teras reaktor

untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai kondisi kritis. Batang kendali akan

dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah neutron di bawah kondisi kritis

(kekurangan neutron), untuk mengembalikan kondisi ke kondisi kritis yang

diizinkan.

Dalam sebuah reaktor nuklir, butiran uranium yang sudah diperkaya

disusun dalam sebuah balok dan dikumpulkan ke dalam bundelan (reactor).

Bundelan tersebut direndam dalam air pada sebuah bejana tekan. Air tersebut

digunakan sebagai sebuah pendingin. Bundelan uranium yang digunakan pada

reaktor nuklir berada dalam keadaan superkritis. Hal ini dapat menyebabkan

uranium menjadi panas dan meleleh dengan mudah. Untuk mencegahnya, sebuah

balok kontrol (control rods) dibuat dengan bahan yang menyerap neutron. Balok

kontrol dimasukkan kedalam bundelan uranium dengan menggunakan sebuah

mekaninisme yang dapat mengangkat atau menurunkan balok kontrol tersebut.

Pengangkatan dan penurunan balok kontrol menerima perintah seorang operator

untuk mengatur jumlah reaksi nuklir. Ketika seorang operator menginginkan inti

uranium untuk menghasilkan panas yang lebih, balok kontrol dinaikkan dari

bundelan uranium. Sebaliknya, jika ingin panas berkurang maka balok kontrol

harus diturunkan. Balok kontrol dapat diturunkan hingga komplit untuk

menghentikan reaktor nuklir jika terjadi kasus kecelakaan atau penggantian bahan

bakar.

Bundelan uranium digunakan sebagai sumber energi panas yang sangat

tinggi. Panas ini dapat mengubah air menjadi uap air. Uap air ini digunakan untuk

menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar rotor pada generator.

Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor dikonversi menjadi tenaga listrik.

Dalam beberapa reaktor, uap air akan melalui tahap kedua sebagai pengubah

panas medium untuk mengubah air menjadi uap air yang menggerakkan turbin.

Keuntungan dari desain ini adalah air atau uap air yang tercemar bahan

radioaktif tidak akan mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida

pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa gas (karbon dioksida)

atau logam cair (sodium, potasium). Tipe reaktor ini menerima inti uranium untuk

beroperasi pada suhu yang lebih tinggi.

Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti atom atau fisi nuklir

dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor. Diperlukan sebuah pelindung

di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat radioaktif di dalam reaktor tidak

menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor. Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton

yang dibuat mengelilingi teras reaktor. Beton diketahui sangat efektif menyerap

sinar hasil radi asi zat radioaktif sehingga digunakan sebagai bahan perisai.

Dampak lingkungan dan semakin berkurangnya sumber energi minyak bumi

memaksa kita untuk mencari dan mengembangkan sumber energi baru. Salah satu

alternative sumber energi baru yang potensial datang dari energi nuklir. Meski

dampak dan bahaya yang ditimbulkan amat besar, tidak dapat dipungkiri bahwa

energi nuklir adalah salah satu alternatif sumber energi yang layak

diperhitungkan.

Jadi, reaktor nuklir merupakan alat yang berfungsi untuk:

1) memicu terjadinya reaksi fisi sehingga meng hasilkan reaksi berantai,

2) mengendalikan reaksi fisi, dan

3) memanfaatkan energi yang dihasilkan reaksi.

2. Reaksi Fisi Tak Terkendali yaitu reaksi fisi yang jumlah neutron

hasil reaksinya tidak terkendali sehingga menyebabkan terjadinya

reaksi berantai akibat neutron yang dihasilkan menembak

nuklida.

Salah satu tipe senjata nuklir adalah bom fisi (tidak sama dengan bom

fusi), biasanya juga dikenal dengan nama lain bom atom adalah reaktor fisi yang

didesain untuk melepaskan sebanyak mungkin energi dalam waktu sesingkat

mungkin, energi yang terlepas ini akan menyebabkan reaktornya meledak dan

akhirnya reaksi rantainya berhenti. Reaksi fisi yang digunakan dalam pembuatan

bom atom berfungsi sebagai tenaga pemusnah massal yang dimanfaatkan sebagai

alat untuk menyerang dan pertahanan suatu negara.

Bom nuklir didesain untuk mengeluarkan semua energinya sekaligus,

sedangkan reaktor nuklir didesain untuk menghasilkan listrik terus menerus.

Massa kritis adalah massa terkecil dari suatu sampel yang dapat

melakukan reaksi berantai. Jika massa terlalu besar (super kritis), jumlah inti yang

pecah berlipat secara cepat sehingga dapat menimbulkan ledakan dan petaka bagi

manusia, seperti pada bom atom. Bom atom merupakan kumpulan massa subkritis

yang dapat melakukan reaksi berantai. Ketika dijatuhkan massa subkritis menyatu

membentuk massa super kritis sehingga terjadi ledakan yang sangat dahsyat.

2.2.3. Reaksi Fusi

Reaksi fusi merupakan reaksi penggabungan dua buah inti yang

menghasilkan inti baru yang lebih besar serta menghasilkan energi yang tinggi.

Dalam prosesnya, reaksi fusi membutuhkan energi yang besar, tetapi energi yang

dihasilkan dari reaksi ini lebih besar dari energi yang dibutuhkan untuk

melakukan reaksi. Massa inti baru yang terbentuk lebih ringan dari massa awal.

Reaksi fusi membutuhkan energi yang tinggi meskipun penggabungan

inti yang ringan, misalnya hidrogen. Karena ketika dua buah inti didekatkan akan

terjadi gaya tolak coulomb antar proton. Untuk menghalangi gaya coulomb maka

inti perlu didekatkan dengan kelajuan yang tinggi. Kelajuan tinggi memerlukan

energi kinetik yang sangat tinggi, energi kinetik yang tinggi artinya memerlukan

suhu yang tinggi.

Gambar 2.1 reaksi fusi

Dalam suatu reaktor fusi, inti-inti atom isotop hidrogen (protium,

deuterium, dan tritium) bergabung menjadi inti atom helium dan netron serta

sejumlah besar energi. Reaksi fusi ini sejenis dengan reaksi yang terjadi di dalam

inti matahari dan bersifat jauh lebih bersih, lebih aman, lebih efisien dan

menggunakan bahan bakar yang jauh lebih berlimpah dibandingkan dengan

reaksi fisi nuklir.

Syarat terjadinya reaksi fusi nuklir:

suhu awal yang sangat tinggi (lebih dari 100.000.000 Kelvin)

kerapatan inti partikel n yang tinggi menjamin tumbukan sering tekanan yang sangat tinggi

Suhu tinggi yang dipersyaratkan tersebut dapat dicapai dengan bantuan

microwaves dan laser. Pada suhu setinggi ini elektron-elektron atom terpisah dari

intinya dan terbentuk wujud plasma. Inti-inti atom yang akan bergabung

memiliki muatan listrik sejenis (positif) sehingga tolak-menolak sehingga

diperlukan energi yang sangat besar (suhu tinggi) agar mereka dapat mengatasi

tolakan listrik. Reaksi fusi baru dapat terjadi jika inti-inti atom tersebut dapat

didekatkan hingga jarak 10−15 m (seper

satu juta miliar meter). Pada jarak ini baru terjadi ikatan nuklir yang

mampu mengatasi tolakan listrik dari kedua inti atom yang akan berfusi tersebut.

Tekanan yang sangat tinggi digunakan untuk mendekatkan inti-inti atom

yang akan digabungkan. Persyaratan ini dicapai dengan bantuan medan magnet

yang sangat kuat (yang dihasilkan oleh arus listrik dalam superkonduktor) dan

dengan bantuan laser dengan daya tinggi.

Teknologi terkini baru mencapai suhu dan tekanan yang mampu

menghasilkan fusi antara deuterium dan tritium Fusi antara deuterium dan

tritium memerlukan suhu dan tekanan yang lebih tinggi. Reaksi fusi yang kedua

inilah yang menjadi tumpuan reaktor fusi nuklir masa mendatang, karena

ketersediaan bahan bakar deuterium yang lebih mudah diperoleh (diekstrak dari

air laut), tidak radioaktif dan menghasilkan energi yang lebih tinggi.

Secara teknis ada dua cara untuk mencapai suhu dan tekanan yang

sesuai untuk terjadinya reaksi fusi, yaitu:

Menggunakan medan magnet dan medan listrik yang sangat kuat

untuk memanaskan dan memampatkan plasma hidrogen. ITER di Perancis

menggunakan metode yang lebih dikenal sebagai metode Magnetic

confinement ini.

Menggunakan berkas laser atau berkas ion untuk memanaskan

dan memampatkan plasma hidrogen. Metode ini dikenal sebagai metode Inertial

confinement yang digunakan dalam pusat penelitian reaktor fusi nuklir di

Lawrence Livermore Laboratory (USA).

Teknologi Magnetic Confinement

Magnetic Confnement merupakan sebuah teknologi reaktor fusi yang

menggunakan medan magnet sebagai pembatas bahan bakar fusi dengan dinding

reaktor. Bahan bakar fusi berbentuk plasma yang sangat panas.

Magnetic confinement mencoba untuk menciptakan kondisi yang

diperlukan untuk produksi energi fusi dengan menggunakan konduktivitas listrik

plasma dan menampungnya dengan medan magnet. Medan magnet yang

melingkupi plasma memberikan tekanan terhadap plasma. Begitu pula dengan

plasma, memberikan tekanan kepada medan magnet dalam upaya melakukan

ekspansi. Akibat kedua hal ini, terjadi keseimbangan antara tekanan plasma dan

medan magnetik. Oleh karena itu, dalam reaktor diperlukan medan magnet yang

sesuai dangan tekanan plasma untuk mencapai keseimbangan.

Pada reaktor biasa (fisi), dinding reaktor dilapisi oleh gas tipis yang

berfungsi sebagai pendingin. Sementara itu pada reaksi fusi, cairan plasma

memiliki suhu yang tinggi sehingga saat cairan tersebut kontak dengan dinding

reaktor, gas tipis ini tidak akan berfungsi. Maka disinilah diperlukan peran dari

kurungan magnetik sebagai pengisolasi plasma dari dinding.

Medan magnetik yang mengurung plasma menyebabkan adanya gaya

magnetik pada setiap partikel bermuatan ( ion dan elektron). Gaya tersebut

menyebabkan partikel bermuatan bergerak melingkar dalam orbit di sekitar garis

medan magnet. Di sisi lain partikel tersebut dapat bergerak bebas dalam arah

membujur[2].

Untuk saat ini telah dikembangkan teknologi magnetic confinement

dalam sebuah plant heat fusion. Pembangkit ini memiliki daya 500 MW dan

menggunakan kurungan magnetic geometri tokamak seperti yang terlihat pada

gambar 2.2. Pembangkit ini sedang dibangun di Perancis[1].

Gambar 2.2 Magnetic Confinement dengan Geometri Tokamak

Teknologi Inertial Confinement

Inertial confinement adalah teknologi fusi yang mencoba untuk melakukan

reaksi fusi nuklir dengan pemanasan dan mengkompres target bahan bakar, dalam

bentuk pellet yang berisi campuran deuterium dan tritium[3]. Untuk mengkompres

dan memanaskan bahan bakar, energi dikirimkan ke lapisan luar dari target

menggunakan energi tinggi sinar laser, electron atau ion. Namun hampir semua

perangkat Inertial confinement menggunakan laser. Apabila lapisan luar diledakan,

akan menghasilkan tekanan terhadap sisa bahan bakar dan akan mengkompres

target. Proses ini dirancang untuk menghasilkan gelombang kejut yang bisa

memampatkan panas bahan bakar dipusat sehingga reaksi fusi terjadi. Adapun

mekanisme terjadinya reaksi fusi dijelakan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 prinsip kerja Inertial confinement

Tujuan teknologi ini adalah untuk menghasilkan kondisi yang disebut

pengapian, yaitu proses pemanasan yang menyebabkan reaksi pembakaran yang

berantai pada sebagian besar bahan bakar. Pellet bahan bakar mengandung 10mg

bahan bakar, namun dalam prakteknya hanya sebagian kecil bahan bakar ini akan

mengalami reaksi fusi. Tetapi jika semua bahan bakar ini dikonsumsi akan

melepaskan energi setara dengan membakar satu barel minyak.

Teknologi ini pertama kali diusulkan pada tahun 1970-an, yaitu melalui

pendekatan praktis. Namun efisisiensi perangkatnya jauh lebih rendah dari yang

diharapkan dan mencapai proses pengapiannya tidak mudah. Sepanjang tahun 1980

sampai 1990-an banyak percobaan yang dilakukan untuk memahami interaksi

kompleks dari intensitas sinar laser yang tinggi dan plasma. Ini menyebabkan suatu

desain mesin baru, yang akhirnya akan mencapai energi pengapian.