Contoh Soal Reaksi Inti dan Energi Nuklir
Contoh Soal Reaksi Inti dan Energi Nuklir - Pada reaksi peluruhan inti berlaku hukum kekekalan nomor massa, kekekalan nomor atom, dan kekekalan energi. Tumbukan antara partikel berenergi tinggi dan inti akan mengubah struktur inti dan membentuk struktur baru yang berbeda dengan inti semula. Reaksi seperti ini dinamakan reaksi inti (nuclear reaction), dan perubahan yang terjadi dinamakan perubahan inti atau transmutasi inti. Penghitungan energi pada reaksi inti (Q) dengan hukum kekekalan energi adalah sebagai berikut.
A + X → Y +b + Q
Q = [(ma+mX) – (mY+mb)] 931 MeV
Reaksi inti meliputi reaksi fisi atau reaksi pembelahan inti dan reaksi fusi atau reaksi penggabungan inti.
1. Reaksi Fisi
Inti berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel dapat membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan. Massa total produk lebih kecil daripada massa total reaktan. Selisih massa tersebut akan membentuk energi. Reaksi inti seperti ini disebut reaksi pembelahan inti atau reaksi fisi. Rangkaian pembelahan inti akan selalu menghasilkan neutron. Neutron-neutron yang dihasilkan dalam tiap pembelahan inti tersebut akan menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya atau biasa disebut reaksi berantai.
Jika dalam setiap pembelahan inti, dua neutron atau lebih hasil pembelahan menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya, maka kondisi ini disebut reaksi berantai tak terkendali (uncontrolled chain reactions). Energi reaksi fisi tak terkendali ini sangat besar sehingga dapat digunakan sebagai senjata pemusnah massal,seperti yang ditunjukkan oleh bom atom.
Jika dalam setiap pembelahan inti hanya terdapat satu neutron yang menyebabkan pembelahan inti lainnya, maka disebut reaksi berantai terkendali (controlled chain reactions). Neutron-neutron ini diserap oleh batang-batang pengendali yang terbuat dari material-material seperti kadmium (yang menyerap neutron tanpa mengalami pembelahan). Reaksi berantai fisi terkendali merupakan prinsip dasar reaktor nuklir atau reaktor atom.
Jika dalam setiap pembelahan inti, dua neutron atau lebih hasil pembelahan menyebabkan pembelahan inti-inti lainnya, maka kondisi ini disebut reaksi berantai tak terkendali (uncontrolled chain reactions). Energi reaksi fisi tak terkendali ini sangat besar sehingga dapat digunakan sebagai senjata pemusnah massal,seperti yang ditunjukkan oleh bom atom.
Jika dalam setiap pembelahan inti hanya terdapat satu neutron yang menyebabkan pembelahan inti lainnya, maka disebut reaksi berantai terkendali (controlled chain reactions). Neutron-neutron ini diserap oleh batang-batang pengendali yang terbuat dari material-material seperti kadmium (yang menyerap neutron tanpa mengalami pembelahan). Reaksi berantai fisi terkendali merupakan prinsip dasar reaktor nuklir atau reaktor atom.
2. Reaksi Fusi
Dua inti ringan dapat bergabung menjadi sebuah inti yang lebih berat. Energi ikat inti lebih besar daripada total energi ikat kedua inti ringan pembentuknya. Oleh karena itu, dalam penggabungan dua inti ini, massa inti baru lebih kecil daripada total massa kedua inti ringan pembentuknya. Defek massa ini muncul sebagai energi fusi. Reaksi inti seperti ini disebut reaksi penggabungan inti atau reaksi fusi.
Rekasi fusi sering disebut sebagai reaksi termonuklir karena pada prosesnya membutuhkan suhu yang sangat tinggi. Sampai saat ini, reaksi fusi masih belum dapat dikendalikan. Hal ini disebabkan belum adanya bahan yang tahan terhadap panas yang sangat tinggi dan bahan tersebut juga harus tahan terhadap tekanan tinggi. Selain itu, untuk menghasilkan bahan baku reaksi fusi diperlukan biaya yang sangat tinggi. Contoh reaksi fusi adalah reaksi inti yang terjadi di matahari dan bintang lainnya.
Rekasi fusi sering disebut sebagai reaksi termonuklir karena pada prosesnya membutuhkan suhu yang sangat tinggi. Sampai saat ini, reaksi fusi masih belum dapat dikendalikan. Hal ini disebabkan belum adanya bahan yang tahan terhadap panas yang sangat tinggi dan bahan tersebut juga harus tahan terhadap tekanan tinggi. Selain itu, untuk menghasilkan bahan baku reaksi fusi diperlukan biaya yang sangat tinggi. Contoh reaksi fusi adalah reaksi inti yang terjadi di matahari dan bintang lainnya.
B. Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir atau reaksi inti. Jadi energi yang dibebaskan baik dari reaksi fisi maupun reaksi fusi dinamakan energi nuklir. Contoh, ketika inti Lithium yang ditembak dengan proton akan terbelah menjadi dua inti Helium. Reaksi fisinya adalah sebagai berikut.
1H1 + 3Li7 → 2He4 + 2He4 + Q
Q adalah energi yang dibebaskan dan disebut energi nuklir.
Q adalah energi yang dibebaskan dan disebut energi nuklir.
SOAL 1
Suatu reaksi fisi menghasilkan energi 210 MeV. Jika reaktor menghasilkan daya 130 MW, maka jumlah reaksi fisi yang terjadi setiap sekon adalah ....
SOAL 2
Reaktor nuklir menghasilkan fisi sebanyak 3 x 1019 setiap sekon. Setiap reaksi fisi menghasilkan energi 200 MeV. Energi total yang dihasilkan oleh reaktor tersebut adalah ...
SOAL 3
Neutron digunakan dalam beberapa reaksi inti untuk menembak partikel-partikel sasaran. Hal tersebut dikarenakan neutron ....
SOAL 4
Diketahui reaksi inti sebagai berikut.
9Be + α → 12C + n
Energi yang dibebaskan pada reaksi tersebut adalah ... (9Be = 9,012 sma; α = 4,003 sma; 12C = 12,000 sma; n = 1,009 sma; 1 sma = 931 MeV).
9Be + α → 12C + n
Energi yang dibebaskan pada reaksi tersebut adalah ... (9Be = 9,012 sma; α = 4,003 sma; 12C = 12,000 sma; n = 1,009 sma; 1 sma = 931 MeV).
SOAL 5
Reaksi berantai adalah ....
SOAL 6
Perhatikan reaksi berikut.
2H + 63Cu → 64Zn + n
Energi deutron 2H adalah 12,00 Mev dan energi neutron yang keluar adalah 16,85 MeV. Energi 64Zn adalah ... (m 2H = 2,014102 sma; m 63Cu =62,929599 sma; m 64Zn = 63,929145 sma; m n = 1,008665 sma)
2H + 63Cu → 64Zn + n
Energi deutron 2H adalah 12,00 Mev dan energi neutron yang keluar adalah 16,85 MeV. Energi 64Zn adalah ... (m 2H = 2,014102 sma; m 63Cu =62,929599 sma; m 64Zn = 63,929145 sma; m n = 1,008665 sma)
SOAL 7
Perhatikan reaksi fusi berikut.
1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + Q
Besarnya energi reaksi fusi Q adalah ... (m 1H2 = 2,014102 sma; m 1H3 = 3,016049 sma; m 2He4 = 4,002602 sma; m 0n1 = 1,008665 sma).
1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + Q
Besarnya energi reaksi fusi Q adalah ... (m 1H2 = 2,014102 sma; m 1H3 = 3,016049 sma; m 2He4 = 4,002602 sma; m 0n1 = 1,008665 sma).
SOAL 8
Fusi dari 1H2 + 1H2 → 2He4 + 0n1 + Q biasa digunakan untuk memproduksi tenaga listrik skala industri. Jika efisiensi proses adalah 30%, maka massa deuterium (kg) yang digunakan dalam sehari untuk daya 50 MW adalah ....
SOAL 9
Besarnya energi yang dibebaskan jika 1 kg U-235 habis membelah dalam reaksi fisi adalah ....
SOAL 10
Reaksi fisi yang biasa dimanfaatkan untuk membuat bom atom adalah ....