Reaksi Inti

Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga berubah menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat besar. Agar terjadi reaksi inti diperlukan partikel lain untuk menggoyahkan kesetimbangan inti atom sehingga kesetimbangan inti terganggu. Akibatnya inti akan terpecah menjadi dua inti yang baru. Partikel yang digunakan untuk mengganggu kesetimbangan inti yaitu partikel proton atau neutron. Di mana partikel proton atau neutron yang berenergi ditembakkan pada inti target sehingga setelah reaksi terjadi akan terbentuk inti atom yang baru disertai terbentuknya partikel yang baru. Inti target dapat merupakan inti atom yang stabil, sehingga setelah terjadi reaksi menyebabkan inti atom menjadi inti yang tidak stabil yang kemudian disebut isotop radioaktif. Jadi reaksi inti dapat juga bertujuan untuk mendapatkan isotop radioaktif yang berasal dari inti stabil.

Reaksi inti sangat berbeda dengan reaksi kimia, karena pada dasarnya reaksi inti ini terjadi karena tumbukan (penembakan) inti sasaran (target) dengan suatu proyektil (peluru). Secara skematik reaksi inti dapat digambarkan :

Reaksi Inti

Contoh reaksi inti antara lain adalah ₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₈O¹⁷ + ₁H¹ yaitu inti atom Nitrogen ditembak dengan partikel (₂He⁴) menjadi inti atom Oksigen dengan disertai timbulnya proton  (₁H¹), inti atom oksigen yang terbentuk bersifat radioaktif.

Hukum Fisika Dalam Reaksi Inti

Dalam reaksi inti juga berlaku hukum-hukum Fisika seperti yang terjadi pada peristiwa-peristiwa Fisika yang lainnya antara lain berlaku :

• hukum kekekalan momentum,
• hukum kekekalan energi,
• hukum kekekalan jumlah muatan (nomor atom),
• hukum kekekalan jumlah nukleon (nomor massa).

Sehingga momentum, energi, nomor atom, dan nomor massa inti sebelum reaksi dan sesudah reaksi harus sama.

Energi reaksi inti yang timbul diperoleh dari penyusutan massa inti, yaitu perbedaan jumlah massa inti atom sebelum reaksi dengan jumlah massa inti atom sesudah reaksi. Menurut Albert Einstein dalam kesetaraan antara massa dan energi dinyatakan bahwa energi total yang dimiliki oleh suatu massa sebesar m adalah E = mc². Apabila semua massa inti atom dinyatakan dalam sma (satuan massa atom), maka energi total yang dimiliki massa sebesar 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV (1 sma = 1,66 × 10^-27 kg, c = 3 × 10⁸ m/s dan 1 eV = 1.6 × 10^-19 Joule) Misalnya suatu reaksi inti dinyatakan menurut persamaan :

A + a → B + b + Q

Besarnya energi yang timbul dapat dicari dengan persamaan :

Q = {(m_A + m_a) – (m_B + m_b)} × 931 MeV

dengan :

(m_A + m_a) = jumlah massa inti atom sebelum reaksi
(m_B + m_b) = jumlah massa inti atom sesudah reaksi
Q = energi yang timbul selama reaksi terjadi

Jenis Reaksi Inti

Dalam reaksi inti jika diperoleh Q > 0, maka reaksinya dinamakan reaksi eksoterm yaitu selama reaksi berlangsung dilepaskan energi sedangkan jika Q < 0, maka reaksinya dinamakan reaksi indoterm yaitu selama reaksi berlangsung diperlukan energi. Reaksi inti dibedakan menjadi dua, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi.

1. Reaksi Fisi

Reaksi fisi yaitu reaksi pembelahan inti atom berat menjadi dua inti atom lain yang lebih ringan dengan disertai  timbulnya energi yang sangat besar. Misalnya inti atom uranium-235 ditembak dengan neutron sehingga terbelah menjadi inti atom Xe-235 dan Sr-94 disertai dengan timbulnya 2 neutron yang memiliki energi tinggi. Reaksinya dapat dituliskan :

₉₂U²³⁵ + ₀n¹ → ₅₄Xe²³⁵ + ₃₈Sr⁹⁴ + 2₀n¹ + Q

Dalam reaksi fisi yang terjadi akan dihasilkan energi kira-kira sebesar 234 Mev. Dalam reaksi fisi ini timbul -baru yang berenergi tinggi. Neutron-neutron yang  timbul akan menumbuk inti atom berat yang lain sehingga akan menimbulkan reaksi fisi yang lain. Hal ini akan berlangsung terus sehingga semakin lama semakin banyak reaksi inti yang dihasilkan dan dalam sekejab dapat timbul energi yang sangat besar. Peristiwa semacam ini disebut reaksi  fisi berantai. Reaksi fisi berantai yang tak terkendali akan menyebabkan timbulnya energi yang sangat besar dalam waktu relatif singkat, sehingga dapat membahayakan kehidupan manusia. Reaksi berantai yang tak terkendali terjadi pada Bom Atom. Energi yang timbul dari reaksi fisi yang terkendali dapat dimanfaatkannya untuk kehidupan manusia. Reaksi fisi terkendali yaitu reaksi fisi yang terjadi dalam reaktor nuklir (Reaktor Atom). Di mana dalam reaktor nuklir neutron yang terbentuk ditangkap dan tingkat energinya diturunkan sehingga reaksi fisi dapat dikendalikan.

Reaksi Fisi Dari Uranium

Pada umumnya untuk menangkap neutron yang terjadi, digunakan logam yang mampu menangkap neutron yaitu logam Cadmium atau Boron. Pengaturan populasi neutron yang mengadakan reaksi fisi dikendalikan oleh batang pengendali yang terbuat dari batang logam Cadmium, yang diatur dengan jalan memasukkan batang pengendali ke dalam teras-teras bahan bakar dalam reaktor. Dalam reaktor atom, energi yang timbul kebanyakan adalah energi panas, di mana energi panas yang timbul dalam reaktor ditransfer keluar reaktor kemudian digunakan untuk menggerakkan generator, sehingga diperoleh energi listrik.

2. Reaksi Fusi

Reaksi fusi yaitu reaksi penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti atom lain yang lebih berat dengan melepaskan energi.

Reaksi Fusi Dari Uranium

Misalnya penggabungan deutron dengan deutron menghasilkan triton dan proton dilepaskan energi sebesar kira-kira 4,03 MeV. Penggabungan deutron dengan deutron menghasilkan inti He-3 dan neutron dengan melepaskan energi sebesar 3,3 MeV. Penggabungan triton dengan triton menghasilkan inti He-4 dengan melepaskan energi sebesar 17,6 MeV, yang reaksi fusinya dapat dituliskan :

₁H² + ₁H² → ₁H³ + ₁H¹ + 4 MeV
₁H² + ₁H² → ₂He³ + ₀n¹ + 3,3 MeV
₁H³ +₁ H³ → ₂He⁴ + ₀n¹ + 17,6 MeV

Agar dapat terjadi reaksi fusi diperlukan temperatur yang sangat tinggi sekitar 108 K, sehingga reaksi fusi disebut juga  reaksi termonuklir. Karena untuk bisa terjadi reaksi fusi diperlukan suhu yang sangat tinggi, maka di matahari merupakan tempat berlangsungnya reaksi fusi. Energi matahari yang sampai ke Bumi diduga merupakan hasil reaksi fusi yang terjadi dalam matahari. Hal ini berdasarkan hasil pengamatan bahwa matahari banyak mengandung hidrogen (₁H¹). Dengan reaksi fusi berantai akan dihasilkan inti helium-4. Di mana reaksi dimulai dengan penggabungan antardua atom hidrogen membentuk deutron, selanjutnya antara deutron dengan deutron membentuk inti atom helium-3 dan akhirnya dua inti atom helium-3 bergabung membentuk inti atom helium -4 dan 2 atom hidrogen dengan melepaskan energi total sekitar 26,7 MeV, yang reaksinya dapat dituliskan:

₁H¹ + ₁H¹ →  ₁H² + ₁e⁰ + Q_1
1H² + ₁H² → ₂H³ + γ + Q_2
2H³ + ₂H³ → ₂He⁴ + 2 ₁H¹ + Q₃

Reaksi tersebut dapat ditulis:

4 ₁H¹ → ₂He⁴ + 2 ₁e⁰ + Q