REAKSI NUKLIR

PERBEDAAN REAKSI KIMIA DAN REAKSI INTI Tidak terjadi perubahan pada susunan inti, hanya terjadi pengelompokan atom Tidak terjadi perubahan massa atom Melibatkan sejumlah makroskopis zat2 yang mengalami reaksi Energi dinyatakan per mol atau per gram Energi yang dibebaskan kecil Reaksi Inti Terjadi perubahan pada susunan inti atom, berarti terbentuk unsur baru terjadi perubahan massa atom yang diubah menjadi energi Melibatkan sejumlah proses2 tunggal Energi dinyatakan per inti transformasi Energi yang dibebaskan besar

REAKSI PENEMBAKAN INTI Reaksi penembakan inti merupakan suatu proses di mana suatu nuklida diubah menjadi nuklida lain dengan menggunakan penembak sebuah partikel atau photon. Kebanyakan reaksi nuklir yang dikenal merupakan reaksi antara suatu nuklida dengan partikel ringan, seperti netron, proton, deteron, triton, ion helium, elektron, dan meson Reaksi transformasi yang pertama: penembakan inti nitrogen dengan pertikel alfa tahun 1919 oleh Rutherford 14N + 4He 17O + 1H Notasi singkat: 14N (  , p ) 17O

Manfaat reaksi nuklir Membuat suatu nuklida dari nuklida yang lain (transmutasi) Mengubah nuklida yang tak radioaktif menjadi bersifat radioaktif. (produksi radioaktif) Membuat unsur transuranium ( unsur yang no. atom diatas 92) Menentukan massa atom Menghasilkan energi yang besar ( sumber energi)

Energi Reaksi Nuklir Reaksi nuklir seperti halnya reaksi kimia biasa selalu disertai dengan pengeluaran dan penyerapan energi (Q). Nilai Q positif ( memerlukan energi) merupakan reaksi endoergik dan nilai Q negatif ( membebaskan energi) merupakan reaksi eksoergik. Energi yang menyertai reaksi nuklir diberiken per inti yang mengalami transformasi

Cara Menentukan Q reaksi nuklir 1. Melalui pengukuran energi partikel penembak dan energi partikel atau photon yang dibebaskan. Untuk reaksi : 7Li + 1H + Q1 2 4He + Q2 Q reaksi = Q 2 – Q 1 2. Melalui perhitungan massa dari produk dan reaktan (s.m.a). Di mana, Q reaksi = (massa reaktan-massa produk) x 931 MeV Energi kinetik partikel merupakan energi yang harus disediakan partikel supaya reaksi nuklir berlangsung, disebut juga energi ambang reaksi (Ekp) E kp = (1 + m/M)Q, m =massa partkl dan M=massa target Jadi nilai E kp > Q

Penampang Lintang Merupakan kebolehjadian sebuah partikel penembak akan menghasilkan suatu reaksi nuklir Satuan dari penampang lintang :barn (1 barn = 10-24 cm2 ). Penampang lintang merupakan fungsi dari: inti target, macam dan energi penembak. Pada target tipis, maka Ri =  I n x R = Jumlah total dari proses-proses tertentu yang terjadi dalam target per satuan waktu I = Jumlah pertikel penembak per satuan waktu n = Jumlah inti target per senti meter kubik X = Tebal target dalam senti meter  = Penampang lintang untuk proses tertentu dinyatakan dalam senti meter kuadrat

TAMPANG LINTANG Tampang lintang (): Kebolehjadian berlangsungnya reaksi nuklir, dengan dimensi: cm2 Suatu reaksi nuklir mempunyai fluks n per cm2 per detik, mengandung c inti atom per cm3dan jangkauan (jarak tembus) dx cm, maka mengikuti persamaan diferensial: -dn = n  c dx -dn/n =  c dx ln (nx/no)= -  c x atau nx = no exp (-  c x) nx= intensitas radiasi nuklir setelah menembus sasaran no= intensitas radiasi nuklir sebelum menembus sasaran c = jumlah inti per cm3 materi  = tampang lintang reaksi nuklir x = tebal sasaran

Banyaknya radiasi nuklir yang berinteraksi dengan inti atom materi sasaran adalah: no - nx = no (1- exp (-  c x)) Jari-jari inti nuklida berat = 10-12cm, maka luas tampang geometri inti berat = 10-24 cm2 (=1 barn) Setiap reaksi nuklir mempunyai penampang lintang reaksi tersendiri yang tergantung pada: jenis partikel, jenis nuklida dan energi radiasi Contoh: reaksi pembentukan Au-198 dari Au-197 dengan penembakan netron berdasar reaksi (n,). Tampang lintang reaksi 99 barn, tebal sasaran 0,3 cm, luas 5 cm2 dan fluks netron () 107 cm-2 det-1, massa atom Au-197 = 197,2 (massa jenis Au = 19,13 g cm-1) Ditanyakan: berapa inti Au-198 yang terjadi?

reaksi pembentukan Au-198 dari Au-197 dengan penembakan netron berdasar reaksi (n,). Tampang lintang reaksi 99 barn, tebal sasaran 0,3 cm, luas 5 cm2 dan fluks netron () 107 cm-2 det-1, massa atom Au-197 = 197,2 (massa jenis Au = 19,13 g cm-1) Jawab: no= 5 (cm2) x107 (netron) cm-2 det-1 (no= x luas) c = (19,13 g cm-3/197,2 g mol-1 ) x 6,02 x 1023 inti mol-1 = 5,89 x 1022 inti Au-197 cm-3 x = 0,3 cm  = 99 x 10-24 cm2 karena no - nx = no (1- exp (-  c x)) inti Au-198 yang terjadi = no - nx no - nx = 5 x107 det-1(1 - exp(- 99 x 10-24x 5,89 x 1022 x 0,3 )) no - nx = 4,1x107 inti Au-198 per detik

Macam-Macam Reaksi Nuklir Beberapa tipe reaksi berdasarkan cara peluruhan: Reaksi pembelahan, U (n,f) hasil-hasil fisi Reaksi transuranium, U (n,) hasil Reaksi produksi netron, X (proyektil,n)Y Reaksi produksi karbon, N(d,p) C Berdasarkan jenis partikel penembak Reaksi dengan netron Reaksi dengan proton Reaksi dengan deteron Reaksi dengan alfa atai ion energi tinggi Reaksi dengan gamma

Analisis aktivasi netron Analisis aktivasi netron merupakan cara analisis yang banyak diterapkan dan mempunyai kepekaan yang sangat tinggi. Analisis ini berdasar pada reaksi (n,). Tujuan: untuk menentukan kadar unsur dalam jumlah kecil Dalam teknik ini suatu cuplikan yang akan ditentukan dibuat aktif dengan penyinaran netron, dan terjadilah suatu isotop yang bersifat radioaktif yang dapat terdeteksi aktivitasnya dengan alat pencacah. Syarat: tampang lintang tinggi agar transmutasi banyak terjadi dalam waktu yang pendek dan fluks cukup hasil penyinaran harus radioaktif, memancarkan radiasi yang dapat dicacah dan mempunyai waktu paruh cukup panjang untuk mencacah, tapi cukup pendek untuk memberikan aktivitas yang cukup tinggi dari radiasi yang dihasilkan

Rumus Analisis aktivasi netron menggunakan rumus: A = N  = (1-exp(-t)) : faktor pertumbuhan tergantung pada  dan t A: Aktivitas nuklida yang terbentuk (dps) N: Jumlah atom dari unsur yang ditembak (ingin dicari) : Fluks netron (netron cm-2det-1) : tampang lintang (barn) Biasanya pada praktek menggunakan zat standar yang sudah diketahui t1/2 dan diperlakukan supaya ,  sama dengan sampel maka digunakan rumus: A1/A2= N1/N2 A1, A2dan N1 diketahui maka N2 dapat dihitung

Contoh Berapa mCi dari Mn-56 yang terjadi pada iradiasi 2 gram MnO2 selama 5,2 jam dalam reaktor nuklir dengan fluks 105 cm-2 det -1 dengan t1/2 Mn-56 = 2,6 jam, tampang lintang 13,3 barn Jawab: Mn-55 = 55/87 x 2 gram = 1,265 gram N dari Mn-55 = 6,02x1023x(1,265/55) = 1,385.1022 inti Maka: A = N (1-exp(-t)) A = 1,385.1022 inti x 105 cm-2 det-1 x 13,3x10-24 cm2 x(1-exp (-0,693/2,6)(5,2)) A = 1,38 x 10 4 dps (inti det-1) A = 1,38 x 10 4 / 3,7x107 = 3,73 x 10-4 mCi

Reaksi Fisi Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan nuklida menjadi dua atau lebih nuklida yang baru. Misalnya Untuk fisi uranium dituliskan sebagai: U (n,f) hasil-hasil fisi dimana A2 = 236 - A1 - v dan Z2 = 92 - Z1 Untuk hasil fisi Te-137 dan Zr-97 Energi fisi berupa: energi kinetik netron dan hasil fisi, energi sinar gamma, dan berupa energi peluruhan beta

Macam-macam netron Netron termal Inetron lambat), E = 0,025 eV netron intermediat, E=0,5-10 KeV netron cepat, E = 10 - 20 KeV netron relativitas, E = 20 MeV

Reaksi Fusi Reaksi fusi merupakan reaksi peleburan nuklida-nuklida ringan menjadi nuklida yang lebih berat. Secara teori reaksi fusi lebih menguntungkan daripada reaksi fisi karena dari reaksi ini dihasilkan energi yang sangat besar, tapi pada pelaksanaanya hal itu sangat sulit dilakukan. Untuk inisialisasi reaksi dibutuhkan suhu yang sangat tinggi. Biasanya dilakukan dengan reaksi fisi sebagai pembangkit energi. Reaksi fusi merupakan sumber energi matahari dan bintang-bintang. Aplikasi: bom hidrogen Masih dalam penelitian: Fusi dingin, so… bahan bakar bisa dari hidrogen yang melimpah…

Reaksi Berantai Setiap reaksi fisi menghasilkan 2-4 netron Jika netron yang dihasilkan menembak inti lain mis U-235 akan terjadi fisi lagi dan seterusnya

Fenomena Bom atom Bom atom di hirosima 6/8 1945 U-235 dengan massa kritis 50 kg dg bobot 4,5 ton Nama: Little boy daya ledak 10 kilo ton yang setara dengan 10 juta kg bahan TNT Bom atom Nagasaki 9/8 1945 Pu-239 dengan massa kritis 16 kg Nama: Fat Man

Memisahkan isotop Uranium Uranium alam (0,7 % di batuan) terdiri dari U-238 (sebagian besar=99,3 %) U-235 hanya 0,7 % U-235 bahan fisil dan membebaskan energi= 25,5 juta kkal/kg (1kg Carbon= 8 kkal) U-238 tidak fisil tapi bisa dirubah menjadi U-239 dan mengalami transmutasi menjadi Pu-239 yang fisil Pengayaan U-235 dengan cara memisahkan dengan U-238 dengan difusi gas U-235 dan Pu-239 harus disimpan tidak melebihi massa kritisnya