Fisi nuklir adalah proses di mana inti atom besar pecah menjadi dua atau lebih fragmen yang lebih kecil. Fenomena ini tidak hanya menjadi dasar energi nuklir, tetapi juga menyimpan misteri yang terus diteliti oleh para fisikawan, salah satunya adalah asal-usul momentum sudut fragmen fisi. Artikel ini akan menjelaskan temuan baru dari penelitian yang dilakukan untuk memahami fenomena ini, dengan cara yang mudah dipahami.
Apa Itu Fisi Nuklir?
Fisi nuklir adalah reaksi nuklir yang membagi inti atom besar, seperti uranium atau thorium, menjadi dua atau lebih inti yang lebih kecil, sering disebut sebagai fragmen fisi. Proses ini melepaskan energi yang sangat besar, menjadikannya salah satu sumber energi utama di dunia. Namun, fisi nuklir bukan hanya tentang energi. Fragmen yang dihasilkan juga memiliki sifat unik, seperti momentum sudut, yang menentukan bagaimana fragmen berputar setelah pemisahan. Momentum sudut inilah yang menjadi fokus penelitian saat ini.
Mengapa Momentum Sudut Penting?
Momentum sudut adalah sifat yang menunjukkan seberapa cepat sesuatu berputar. Dalam fisi nuklir, fragmen yang dihasilkan sering memiliki momentum sudut yang signifikan, meskipun inti atom awal tidak selalu memiliki putaran. Ini menimbulkan pertanyaan: dari mana asal momentum sudut ini? Penelitian sebelumnya mengusulkan beberapa kemungkinan:
- Gerakan Orbital Sebelum Pemisahan: Dua kelompok nukleon (proton dan neutron) yang terbentuk sebelum pecah mungkin memiliki gerakan orbital relatif.
- Repulsi Coulomb: Gaya tolak-menolak antara proton dalam fragmen dapat menciptakan momentum sudut.
- Deformasi Inti: Bentuk inti yang tidak simetris sebelum pecah dapat memengaruhi momentum sudut.
Penelitian Terbaru saat ini adalah Eksperimen pada Thorium, penelitian ini dipimpin oleh tim dari Uppsala University dan University of Jyväskylä berfokus pada fisi thorium-232 menggunakan partikel alfa berenergi tinggi. Eksperimen ini bertujuan untuk mempelajari hubungan antara energi eksitasi inti dan momentum sudut fragmen fisi.
Metode Penelitian ini berfokus pada:
- Reaksi Nuklir: Thorium-232 dipaparkan pada partikel alfa dengan energi 28 MeV, menghasilkan inti senyawa (compound nucleus) seperti uranium-236.
- Pengukuran Isomeric Yield Ratios (IYR): Rasio antara populasi keadaan metastabil (isomer) dengan spin tinggi dan rendah diukur. Nilai ini memberikan petunjuk tentang momentum sudut fragmen.
Penelitian tersebut menghasilkan:
- Momentum sudut fragmen fisi sebagian besar dipengaruhi oleh momentum sudut inti senyawa, bukan energi eksitasinya.
- Fragmen dari fisi thorium memiliki rasio IYR yang lebih tinggi dibandingkan dengan fisi neutron-termal uranium, menunjukkan pengaruh besar dari momentum sudut awal inti senyawa.
Apa Itu Isomer dan Mengapa Penting?
Isomer adalah bentuk inti atom dengan jumlah proton dan neutron yang sama, tetapi memiliki energi dan spin yang berbeda. Beberapa isomer memiliki energi tinggi dan spin besar, sedangkan yang lain memiliki energi rendah dan spin kecil. Dalam fisi nuklir, populasi isomer dapat digunakan untuk mengukur momentum sudut fragmen: Rasio Isomeric Yield (IYR): Jika fragmen memiliki lebih banyak isomer dengan spin tinggi, ini menunjukkan bahwa fragmen memiliki momentum sudut yang besar.
Penelitian menunjukkan bahwa sebagian momentum sudut fragmen berasal dari momentum sudut inti senyawa sebelum pecah. Ini berarti bahwa keadaan awal inti memengaruhi sifat fragmen. Meskipun energi eksitasi inti meningkat dengan energi partikel yang menyerangnya, ini tidak secara signifikan mengubah momentum sudut fragmen. Sebaliknya, momentum sudut inti senyawa memainkan peran utama. Hasil ini menantang beberapa model teori fisi yang sebelumnya mengasumsikan bahwa energi eksitasi adalah faktor utama dalam menentukan momentum sudut fragmen. Penelitian ini memberikan bukti bahwa momentum sudut inti senyawa lebih penting.
Penemuan ini memiliki implikasi luas dalam fisika nuklir, termasuk membantu mengisi celah dalam model fisi nuklir, memberikan gambaran yang lebih lengkap tentang proses ini. Dengan memahami bagaimana momentum sudut memengaruhi distribusi energi dalam fragmen, para ilmuwan dapat meningkatkan efisiensi dan keamanan reaktor nuklir. Proses fisi juga terjadi dalam bintang neutron dan supernova. Penemuan ini dapat membantu memahami bagaimana elemen berat terbentuk di alam semesta.
Momentum sudut fragmen fisi bukan hanya hasil dari proses pecah itu sendiri, tetapi juga dipengaruhi oleh momentum sudut inti senyawa awal. Penemuan ini memberikan wawasan baru tentang dinamika fisi nuklir, membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut dalam fisika nuklir dan aplikasinya. Dengan penelitian yang berkelanjutan, kita semakin dekat untuk memahami misteri yang tersembunyi di dalam inti atom.
REFERENSI:
Cannarozzo, S, dkk. 2024. Disentangling the influence of excitation energy and compound nucleus angular momentum on fission fragment angular momentum. arXiv:2412.04340v1.
Giha, N. P., Marin, S., Baker, J. A., et al. 2023. Phys. Rev. C, 107, 014612
Sears, C., Mattera, A., McCutchan, E., et al. 2021. Nuclear Data Sheets, 173(118).