Nuklir : Antara takut dan butuh

Kata nuklir berarti bagian dari atau yang berhubungan dengan nukleus atom (inti atom).Pusat dari atom disebut inti atom atau nukleus. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Banyaknya proton dalam inti atom disebut nomor atom, dan menentukan elemen dari suatu atom.
Ukuran inti atom jauh lebih kecil dari ukuran atom itu sendiri, dan hampir sebagian besar tersusun dari proton dan neutron, hampir sama sekali tidak ada sumbangan dari elektron.
Jumlah netron dalam inti atom menentukan isotop elemen tersebut. Jumlah proton dan netron dalam inti atom saling berhubungan; biasanya dalam jumlah yang sama, dalam nukleus besar ada beberapa netron lebih. Kedua jumlah tersebut menentukan jenis nukleus. Proton dan netron memiliki masa yang hampir sama, dan jumlah dari kedua masa tersebut disebut nomor massa, dan beratnya hampir sama dengan massa atom ( tiap isotop memiliki masa yang unik ). Masa dari elektron sangat kecil dan tidak menyumbang banyak kepada masa atom.

Penampakan nuklir

Sebuah inti atom (DNA) terdiri dari proton dan neutron yang saling terikat sangat kuat. Gaya elektromagnet yang menyebabkan semacam arus (muatan), mencegah proton membentuk ikatan tanpa neutron (gaya elektromagnetik tersebut akan menghancurkan inti nuklir semacam itu - ikatan tanpa neutron). Ketika neutron dan proton berada dalam jarak yang sangat dekat, mereka ditahan oleh gaya nuklir kuat. Gaya nuklir kuat ini sangat sangat kuat bila dibandingkan dengan gaya gravitasi atau dengan gaya elektromagnet, akan tetapi karena gaya nuklir kuat ini hanya bekerja dalam jarak yang sangat pendek (berlawanan dengan gaya gravitasi dan elektromagnet yang mempunyai jangkauan tak terhingga) kita tidak dapat merasakannya dalam kehidupan sehari hari. Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang tidak mempunyai neutron dalam intinya; inti hidrogen hanya terdiri 1 proton. Bentuk stabil dari helium, unsur teringan berikutnya, mempunyai 2 proton dan 2 neutron. Sebagian besar unsur ringan stabil ketika mempunyai jumlah neutron dan proton yang seimbang, tetapi semakin berat/besar suatu unsur ia akan membutuhkan lebih banyak neutron untuk tetap terikat bersama.

Isotop

Isotop suatu atom ditentukan oleh jumlah neutron di dalam intinya. Isotop yang berbeda dari satu unsur yang sama mempunyai sifat kimia yang sangat mirip karena reaksi kimia hampir tergantung seluruhnya pada jumlah elektron yang dimiliki sebuah atom. Isotop-isotop dari sampel dari unsur tertentu dapat dipisahkan dengan menggunakan sentrifugasi atau spektometer massa. Cara pertama digunakan untuk memproduksi uranium yang diperkaya dari sebuah sampel uranium biasa dan cara yang kedua digunakan dalam metode penanggalan karbon (carbon dating).
Jumlah proton dan netron menentukan tipe dari nukleus atau inti atom. Proton dan neutron hampir memiliki massa yang sama, dan kombinasi jumlah, jumlah massa, rata-rata sama dengan massa atomik sebuah atom. Kombinasi massa dari elektron sangat kecil secara perbandingan terhadap massa nukleus, di karenakan berat dari proton dan neutron hampir 2000 kali massa elektron.

Fusi Nuklir

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.
Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka -- sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.
Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi yang menahan elektron ke inti atom. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektronvolt -- lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar

Rantai-rantai reaksi di dalam astrofisika

Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses "pembakaran". Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.

Reaksi-reaksi yang dapat terjadi di Bumi

Beberapa contoh reaksi fusi nuklir yang dapat dilangsungkan di permukaan Bumi adalah sebagai berikut:

(1)

D

+

T

→

4He

(3.5 MeV)

+

n

(14.1 MeV)

(2i)

D

+

D

→

T

(1.01 MeV)

+

p

(3.02 MeV)

50%

(2ii)

→

3He

(0.82 MeV)

+

n

(2.45 MeV)

50%

(3)

D

+

3He

→

4He

(3.6 MeV)

+

p

(14.7 MeV)

(4)

T

+

T

→

4He

+

2

n

+ 11.3 MeV

(5)

3He

+

3He

→

4He

+

2

p

+ 12.9 MeV

(6i)

3He

+

T

→

4He

+

p

+

n

+ 12.1 MeV

51%

(6ii)

→

4He

(4.8 MeV)

+

D

(9.5 MeV)

43%

(6iii)

→

4He

(0.5 MeV)

+

n

(1.9 MeV)

+

p

(11.9 MeV)

6%

(7)

D

+

6Li

→

2

4He

+ 22.4 MeV

(8)

p

+

6Li

→

4He

(1.7 MeV)

+

3He

(2.3 MeV)

(9)

3He

+

6Li

→

2

4He

+

p

+ 16.9 MeV

(10)

p

+

11B

→

3

4He

+ 8.7 MeV

(11)

p

+

7Li

→

2

4He

+ 17.3 MeV

p (protium), D (deuterium), dan T (tritium) adalah sebutan untuk isotop-isotop hidrogen.
Sebagai tambahan/ pendukung kepada reaksi fusi utama (yang diinginkan), beberapa reaksi fusi berikut yang mana diikutsertakan/ disebabkan oleh neutron dan deuterium adalah penting. Dimana reaksi ini menghasilkan tritium dan lebih banyak neutron, dalam bomb nuklir dan reaktor nuklir:

(12)

n

+

6Li

→

4He

+

T

+ 4.7 MeV

(13)

n

+

7Li

→

4He

+

T

+ n - 2.47 MeV

(14)

n

+

9Be

→

8Be

+

2n

- 1.67 MeV

(15)

D

+

9Be

→

8Be

+

T

+ 4.53 MeV

(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)

Fisi Nuklir

Dalam fisika, fisi nuklir adalah sebuah proses di mana terjadi pembelahan inti atom berat akibat ditumbukkan oleh neutron, pembelahan ini menghasilkan energi, inti atom yang lebih ringan, neutron tambahan dan photon dalam bentuk sinar gamma.

Reaksi-reaksi fisi yang dikenal baik

Produk dari reaksi fisi uranium, bervariasi, menghasilkan atom-atom yang bermassa lebih kecil, seperti: Ba , Kr , Zr , Te , Sr , Cs , I , La dan Xe ,dengan massa atom sekitar 95 dan 135. Sedangkan, produk dari reaksi fisi plutonium, mempunyai massa atom sekitar 100 dan 135.
Rata-rata reaksi fisi pada Uranium-235 (U-235) dan Plutonium-239 (Pu-239) yang disebabkan oleh neutron.

 neutron  +  U-235  -> (atom-atom yang lebih kecil) + 2.52 neutron + 180   MeV

neutron  + Pu-239  -> (atom-atom yang lebih kecil) + 2.95 neutron + 200   MeV

 Beberapa contoh:

       n  +  U-235  ->    Ba-144   +    Kr-90       + 2n           + 179.6 MeV

       n  +  U-235  ->    Ba-141   +    Kr-92       + 3n           + 173.3 MeV

       n  +  U-235  ->     Zr-94   +   Te-139       + 3n           + 172.9 MeV

       n  +  U-235  ->     Zr-94   +   La-139       + 3n           + 199.3 MeV

  Isotop| massa (u)

_______|_____________

   U-235: 235.0439299

     n  :   1.008665 

  Ba-144: 143.922953 

  Ba-141: 140.914411 

   Kr-90:  89.919517 

   Kr-92:  91.926156 

   Zr-94:  93.9063152

  Te-139: 138.93473  

  La-139: 138.9063533  

 _______|_____________

Alasan Tenaga Nuklir Tetap Diperlukan

Gempa bumi disertai tsunami menghancurkan Jepang hingga membawa ribuan korban. Namun, bencana tersebut seolah tak cukup. Jepang kini menghadapi masalah baru, kerusakan pembangkit listrik tenaga nuklir yang kondisinya tengah dalam bahaya.

Peristiwa mengerikan ini berawal dari padamnya listrik di stasiun nuklir yang berusia 40 tahun di Fukushima. Tsunami mengakibatkan kegagalan sejumlah generator cadangan untuk menghidupkan sistem tenaga pendingin tambahan. Kini mereka menghadapi ketakutan jika proses pendinginan itu gagal, dan batang inti nuklir rusak.

Adanya kejadian ini, menimbulkan pertanyaan besar. Perlukah tenaga nuklir dipertahankan?

Profesor Nuklir dan Teknik Radiasi di George W Woodruff School of Georgia Institute of Technology. Glenn E. Sjoden menulis opininya kepada CNN. Disadur dari CNN, Sjoden berpendapat perlu membuat tenaga nuklir yang aman.

Menurutnya, saat ini tidak ada energi alternatif selain non fosil yang dapat menciptakan energi besar untuk memenuhi kebutuhan dunia selain dari tenaga nuklir.

Perlu dicatat, reaktor di Daiichi telah didesan sebagai reaktor modern, tidak mempunyai pendingin aktif yang dibutuhkan, dan panas dari peluruhan akan dihilangkan melalui mekanisme pendinginan konveksi otomatis yang terdapat di semua desain reaktor modern. Namun hanya bagian unit yang lebih tua memerlukan pendinginan aktif untuk menghilangkan panas peluruhan.

Penggunaan air laut menandakan reaktor tidak akan pernah  lagi menghasilkan daya listrik yang berguna untuk Jepang. Pasalnya air laut mengakibatkan kerosi yang membuat pembangkit tidak bisa dioperasikan. Secara keseluruhan, langkah ini memberikan kontribusi namun juga merusak sistem pembangkit.

Selanjutnya adanya radiasi yang disebarkan ke publik dalam dosis tinggi memunculkan spekulasi dan kepanikan.

Membuat tenaga nuklir yang aman

Sjoden menilai adanya kejadian di Jepang ini perlu menjadi perenungan banyak pihak, terutama kebenaran bahwa tidak ada tenaga alternatif selain fosil yang dapat membuat daya besar untuk memenuhi kebutuhan tenaga selain dari nuklir.

Tentu bisa menggunakan  angin  matahari,tenaga air, biomassa dan sejenisnya. Namun, secara kolektif, energi alternatif itu akan digunakan 20 persen dari kebutuhan energi. Untuk menjaga pemanasan global, listrik yang bersih, menghilangkan pemadaman listrik, hal itu dapat dilakukan dengan tenaga nuklir modern yang pasif aman dengan desain terbaru.

Lalu bagaimana dengan masalah sampah nuklir? di Prancis selama 40 tahun penggunaan nuklir tidak ada masalah sampah energi. Sebagian negara mendaur ulang bahan bakar yang digunakan, karena 95 persen bahan bakar dapat didaur ulang kembali ke reaktor dan digunakan lagi. Membuat tenaga nuklir merupakan sumber energi yang paling "hijau",

"Kita perlu mengambil jeda. Sebagai peristiwa di Jepang tentu besar, dan kita perlu merenungkan bersama cara-cara untuk meningkatkan di semua tingkat. Namun, saya percaya kita perlu cerdas dan melanjutkan
misi tenaga nuklir untuk masa depan yang berkelanjutan" tulis Sjoden.

Sumber : wikipedia, viva news, kompas