Fisika Inti Bagian 3: Fisi dan Fusi

Berbagai macam inti atom dapat melangsungkan reaksi nuklir yang biasa disebut fisi atau fusi nuklir. Reaksi tersebut memicu semacam ketidakstabilan yang dimiliki inti atom. Ketidakstabilan memicu transformasi elemen menjadi elemen lain sambil mengeluarkan partikel atau energi.

Fisi Nuklir

Fisi nuklir merupakan reaksi nuklir yang melibatkan pemecahan inti atom yang relatif berat menjadi lebih inti yang lebih ringan. Sejumlah energi akan menjadi hasil dari proses fusi nuklir. Biasanya, fisi nuklir dapat terjadi akibat induksi partikel eksternal seperti neutron. Dengan kata lain, kita semacam “memaksa” agar inti atom menjadi bersifat tidak stabil akibat adanya tambahan neutron di dalam inti. Hasil utama dari fisi nuklir ialah inti atom yang lebih ringan, energi, dan neutron.

Kita dapat menyebut suatu material yang dapat mengalami fisi nuklir sebagai fissile material. Beberapa contohnya ialah U-233 (Uranium-233), U-235, dan Pu-239 (Plutonium). Reaksi sederhana dari fisi nuklir dapat kita contohkan melalui U-235

Bisa kita lihat bahwa pada mulanya, neutron menumbuk U-235 dengan kecepatan tertentu. Hasilnya ialah U-236 yang bersifat tidak stabil. Berdasarkan konsep peluruhan radioaktif, inti atom yang bersifat tidak stabil akan berusaha untuk untuk menjadi stabil. Dalam kasus ini, inti U-236 terbelah menjadi Ba-144 (Barium-144) dan Kr-89 (Kripton-89) serta menghasilkan tiga buah neutron dan sinar gamma. Tiga neutron tersebut dapat memicu pembelahan pada inti U-235 yang lainnya sehingga terjadilah reaksi berantai. Apabila jumlah neutron tidak terkendali, maka akan terjadi reaksi terus menerus hingga menghasilkan energi yang sangat besar. Hal ini menjadi konsep dasar dari cara kerja bom atom. Dalam reaktor nuklir, batang kendali menjadi pengendali reaksi berantai tersebut karena berfungsi untuk menyerap sebagian neutron yang muncul. Maka dari itu, energi hasil fisi nuklir dapat terkendali dengan baik untuk kepeentingan pembangkit listrik.

Fusi Nuklir

Fusi nuklir merupakan proses penggabungan inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat. Proses ini melibatkan pelepasan energi dalam jumlah yang besar. Reaksi fusi terjadi di dalam suatu kondisi materi yang disebut dengan plasma. Sebagai informasi tambahan, plasma merupakan wujud materi berupa kumpulan gas panas yang sudah terionisasi sempurna. Plasma terdiri dari muatan positif berupa inti atom serta muatan negatif berupa elektron.

Salah satu syarat agar dapat terjadinya reaksi fusi ialah temperatur yang sangat tinggi. Seperti yang sudah kita ketahui bahwa 2 muatan yang sama jenis akan saling tolak menolak dan ini terjadi pada inti atom di dalam plasma. Temperatur yang tinggi mampu memberikan energi yang besar bagi inti atom untuk dapat melawan gaya tolakkan (gaya Coulomb) akibat kesamaan muatan. Selain itu, plasma harus berada di dalam sebuah “tempat yang kecil” (confined space) agar memiliki tekanan yang tinggi. Hal ini bertujuan untuk memperbesar peluang terjadinya fusi bagi inti atom.

Sebuah contoh sederhana dari reaksi fusi adalah penggabungan deuterium (H-2) dan tritium (H-3).

Bisa kita lihat bahwa dua inti atom isotop hidrogen yaitu deuterium dan tritium mengalami fusi. Hasilnya ialah satu inti atom helium, satu neutron serta sinar gamma. Perbedaan massa antara inti atom helium + neutron serta deuterium + tritium mengakibatkan energi yang muncul dalam bentuk sinar gamma.

Sampai saat ini, reaksi fusi yang dapat bertahan dalam waktu yang lama hanya terjadi di dalam inti bintang seperti Matahari kita. Bintang memenuhi syarat untuk melangsungkan reaksi fusi seperti temperatur yang tinggi serta tekanan yang sangat besar di bagian intinya. Selain itu, jumlah inti atom hidrogen yang sangat melimpah menjadikan bintang “begitu mudah” dalam melangsungkan reaksi fusi di dalam intinya.

Tambahan

Ilmu tentang reaksi fisi dan fusi terus mengalami berkembangan yang pesat. Sejak awal penemuan tentang pembelahan inti atom menggunakan neutron, para ilmuwan langsung mencari tahu lebih jauh tentang potensi perolehan energi dari inti atom. Contohnya ialah pemanfaatan reaksi fisi untuk reaktor nuklir.

Fisikawan masih terus berusaha untuk dapat mewujudkan reaksi fusi di Bumi. Semua pengetahuan yang sudah diperoleh dengan mempelajari tentang bintang dapat membantu sedikit demi sedikit tujuan kita untuk membuat reaktor fusi. Persyaratan yang sulit terwujud di Bumi menjadi tantangan tersendiri bagi kita semua untuk terus mencari tahu lebih.

Referensi

• Halliday, D., Resnick, R. & Walker, J., 2010. FISIKA DASAR EDISI 7 JILID 3. Jakarta: Erlangga.
• https://www.britannica.com/science/nuclear-fission diakses pada 4 Agustus 2021.
• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/NucEne/U235chn.html diakses pada 4 Agustus 2021.
• https://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/glossary/fissile-material.html diakses pada 4 Agustus 2021.
• https://www.iaea.org/fusion-energy/what-is-fusion-and-why-is-it-so-difficult-to-achieve diakses pada 4 Agustus 2021.
• https://www.energy.gov/science/doe-explainsnuclear-fusion-reactions diakses pada 4 Agustus 2021.