reaksi fisi
DESCRIPTION
by komang suardikaTRANSCRIPT
REAKSI FISI
OLEH :
Komang Suardika (0913021034)
JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MIPA
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
SINGARAJA
2011
A. Reaksi Fisi Dalam Inti Atom
Reaksi Fisi Page 1
Reaksi Fisi merupakan reaksi nuklir jenis khusus yang frekuensi intinya dapat
membelah menjadi dua bagian yang energinya mencapai 200MeV dan dipancarkan
pada setiap pembelahan inti,baik itu oleh inti induk atom, maupun oleh inti atom yang
dihasilkan oleh neutron. Dalam reaksi fisi ini, elemen yang dapat menghasilkan rekasi
fisi adalah elemen partikel yang mempunyai inti berat, yaitu inti atom yang
mempunyai nomor atom yang besar.
B. Rekasi Fisi Dalam Material.
Penangkapan elektron oleh inti dapat ditemukan dalam pembelahan atau
dalam pancaran sinar gamma. Proses ini sering disebut penangkapan radiaktif atau
kehilangan neutron selama terjadinya pembelahan. Inti yang baik untuk pembelahan
adalah inti yang yang mempunyai tampang lintang yang sangat tinggi dan untuk
neutron termal pembelahan radiatif dengan tampang lintang yang sangat kecil. Ada
sejumlah besar isotop misalnya 90Th, 91Pa, 92U, 93Np, 94Pu, dan 95Am adalah dapat
membelah.
Sebagai suatu alternatif di dalam peluruhan alpha, beberapa peluruhan inti
berat membelah secara spontan dengan waktu paruh yang sangat lama, sebagai contoh
U235, U238, dan Pu240 masing-masing memiliki waktu paruh 1.8x1017 tahun, 8x1015
tahun, dan 5.5x1015tahun. Banyak nuclei seperti U234, U236 dan U238 mengalami
pembelahan hanya dengan neutron cepat yang energi ambang untuk reaksinya sekitar
1 MeV.
Pada awalnya untuk membelah mula-mula disebabkan oleh partikel muatan
seperti deuteron dan partikel alfa yang telah diukur oleh J. Jungerman karena
banyaknya nucleus. awalnya untuk pembelahan deuteron diperlukan energy sekitar 8
Mev dan oleh partikel alfa adalah sekitar 20 Mev. Potofisi telah diukur oleh H. W.
Koch, dan ditemukan energi ambang penerimaan isyarat itu adalah sekitar 5 Mev
dalam berbagai kondisi.
Oleh karena terjadi secara alami dan memerlukan waktu-paruh yang sangat
panjang. U234 digunakan untuk pembelahan dengan neutron termal. Sebab perilaku
pembelahan U233 dan Pu239 adalah sama mencapai U235, kita akan mendiskusikan
massa dan distribusi energi U235 saja. Sebagai pengetahuan tambahan bahwa uranium
alami terdiri dari 0, 72 persen Isotop U235. Suatu separasi U235 dari lainnya isotop U
Reaksi Fisi Page 2
54Cs143
54Xe143
56Ba143
57La143
58Ce143
59Pr143
60Nd143
β-1s
β-<1s
β-<0.5m
β---19m
β- 33h
β-13.8d (stabil
)
54Cs14354Xe143 56Ba143 57La143 58Ce143
59Pr143 60Nd143
β-1s
β-<1s
β-<0.5m
β---19m
β- 33h
β-13.8d (stabil)
adalah suatu proses mahal dan sulit. Uranium pada umumnya memperbanyak isotop
U235 digunakan untuk pembelahan dan untuk memperoleh suatu reaksi berantai.
C. Massa Dan distribusi Energi belahan-inti.
Ketika terjadi pembelahan U235 lebih awal, daripada neutron yang lambat
mengakibatkan pancaran sejumlah besar perbedaan hasil yang bermacam-macam dari
A=70, Z = 30 ( zine); ke A=160, Z=65 ( Terbium). ada lebih dari 30 gaya pembelahan
berbeda dan pada setiap pembelahan menghembus neclei yang berbeda sehingga yang
dibentuk adalah brom, molybdenium, rubidium, antimonium, telurium, kripton,
yodium, xenono, dan cesium.
Dengan demikian distribusi Energi belahan-inti yang dihasilkan selalu
mempunyai suatu kelebihan netron, dan konsekwensi yang terjadi adalah tidak stabil.
kebanyakan dari fragmen ini menjauh meskipun demikian banyak partikel β - menjadi
isotop. satu rangkaian menghasilkan nomor massa yang sama adalah suatu rantai
pembelahan lebih dari 60. pembelahan rantai yang dibentuk mempunyai salah satu
rantai yang terpanjang misalnya adalah yang berikut:
Hampir kebanyakan dari hasil belah-inti mempunyai waktu paruh yang
singkat, kebanyakan eksperimen telah mengukur perbandingan angka-hasil fisi
tersebut dari tiap rantai. Bila Tidak ada pembelahan berlangsung, eksperimen
ditentukan dengan menentukan NA belahan-inti dari nomor massa suatu hasil fisi
Y(A) yang dapat ditulis sebagai:
Y ( A )= jumlah nomor massa nukleus suatu pembelahanjumlah total pembelahan
x 100 %
Y ( A )=N A
No
x 100 %
Reaksi Fisi Page 3
Karena pada setiap pembelahan dalam inti atom yang mengalami reasksi fisi
mempunyai dua fragmen yang terbentuk, maka hasil totalnya adalah:
ΣY ( A )=100No
ΣN A %=100 x 2 N o
No
%=200 %
Hasil dari nucleus yang dapat dibelah menjadi atom berbeda telah diukur oleh
beberapa ilmuan. hasil yang terakhir menunjukkan fisi dari U236 telah diperoleh oleh
H. Newson dan ditunjukkan pada gambar 13.11. sesungguhnya dari gambar ini
memberikan bahwa pembelahan U235 oleh netron jmenunjukkan dengan sepenuhnya
tidak simetris. kebanyakan dari hasil belahan inti dibagi menjadi dua kelompok. suatu
penggolongan, inti ringan yaitu dengan nomor massa A dari 85 sampai 104, dan suatu
kelompok inti berat, dengan nomor massa A dari 130 sampai 149. Dua kelompok ini
meliputi 97% pembelahan yang paling mungkin membelahan sesuai dengan keduanya
mencapai puncak dua kelompok. nomor massa dua ini adalah 95 dan 139 dan sekitar
7 % merupakan total pembelahan.
Hampir hasil serupa diperoleh dari pembelahan tersebut U233 Dan Pu239 oleh
neutron termal (gambar 1). Pada energi netron ini pembelahan tidak simetris, dan
pembelahan yang simetris, dibagi ke dalam dua fragmen sama, berlangsung kurang
dari 0.01percent pembelahan tersebut. hampir semua kasus ketika energi netron
menyebabkan pembelahan, ditingkatkan, pembelahan menjadi semakin banyak
simetris.
Pengukuran distribusi belahan-inti dari pembelahan U233, U235, dan Pu239 oleh
neutron termal dibuat oleh beberapa eksperimental. Mereka mengira bahwa inti yang
mengalami pembelahan pada awalnya posisi diam, berdasarkan hokum kekekalan
momentum diperoleh:
M1V1=M2V2…………………………………………………………(1)
dimana M1, M2 adalah massa dan V1, V2 adalah kecepatan dua belahan fissi, secara
berturut-turut energi energi dari fragmen fisi diberikan sebagai:
E1
E2
=
12
M 1 V 12
12
M 2 V 22
………………………………………………………..(2)
Dengan memadukan persamaan (1) dan (2) didapatkan
Reaksi Fisi Page 4
E1
E2
=M 2
M 1 …………………………………………………………….(3)
dengan menggunakan energi kinetic dari pragment yang tersebar pada massanya,
eksperimen ini menggunakan chamber ionisasi tunggal atau bentuk chamber ionisasi
yang berulang.
Distribusi kecepatan dari fragment fisi ini dilakukan oleh R. Leachman dengan
menggunakan metode waktu pemancaran. Dari distribusi kecepatan ini satu
diantaranya dapat untuk di tentukan besar energi kinetiknya dari fragment fisinya.
Dengan eneri terbesarnya adalah 167 Mev dan energi dari chamber ionisasinya sekitar
155 Mev.
Reaksi fisi yang memancarkan netron dapat dibagi menjadi dua yaitu: neutron
seketika/neutron cepat dan neutron lambat/neutron tertunda.
1. Neutron Cepat/Neutron Seketika
Neutron Cepat/Neutron Seketika seketika yang dipancarkan dalam suatu
interval yang sangat pendek setelah pembelahan berlangsung kurang dari 10-14 detik.
Neutron seketika ini meliputi lebih dari 99% dari total netron yang dipancarkan dalam
pembelahan inti atom. Indikasi bahwa netron ini dipancarkan dari pembelahan
fragments tidaklah secara langsung, ini disebabkan oleh belahan-inti yang sangat tidak
stabil.
Distribusi energi dari pembelahan neutron termal U235 telah ditemukan bahwa
netron dipancarkan dengan energi sekitar 20Mev. spektrum netron diperoleh dari
pengukuran D. Bukit dan B. Watt yang ditunjukkan dengan gambar 13.13. intensitas
netron maksimum sekitar 0.075 Mev dan pengurangan bersifat exponen 2 Mev.
Secara teoritis sesuai dengan data dari percobaan 75 Kev sampai 20Mev dengan
Rumusan watt yaitu:
N ( E ) dE= A e-K sinh √2 E dE.............................................................(4)
dimana N(E) adalah Pecahan netron dengan energi antara (E dan E+dE) dan A adalah
Suatu tetepan yaitu:
A=√ 2 πe
.............................................................................................(5)
Reaksi Fisi Page 5
Energi netron rata-rata adalah sekitar (2.0+_0.1) Mev. jenis spektrum netron
yang sama dan rata-rata energi netron telah diperoleh untuk pembelahan Pu239 oleh
neutron termal.
2. Neutron Tertunda
Hanya sekitar 0.64 % neutron total pembelaha adalah neutron tertunda. Ini disebut
neutron tertunda karena dipancarkan dengan intensitas menurun untuk beberapa
menit. Oleh karena pembelahan dari inti atom mempunyai sangat sedikit nilai
pencacahan dari total neuton yang dipancarkan dalam reaksi fisi, sehingga
pembelahan ini mempunyai bagian yang sangat penting dalam mengontrol dari
reactor inti. Karena neutron tertunda ini mempunyai syarat yang signifikan sehingga
karakteristik dari neutron tertunda/neutron lambat ini dapat diselidiki dengan jelas.
Contohnya pda rekasi fisi pada nuclei U233, U235, U236, U239, dan Th232 yang merupakan
6 kelompok dari neutron lambat dimana tiga diantaranya mempunyai intensitas yang
sangat kecil.
Jarak dari dua kelompok pembelahan reksi fisi pada inti atom yang lambat ini
msing-masing mempunyai waktu paro yaitu 55 dan 22 detik di dalam control reactor.
Kelompok yang mempunyai waktu paro sebesar 55 detik dari peluruhan 35Br87 yang
menghasilkan reaksi fisi. Sebagian besar peluruhan unsur dari 35Br87 menghasilkan
pemancaran partikel β- dan pemancaran partikel γ menuju ke keadaan dasar dari 36Kr87.
Fraktisi yang sedikit yaitu sebesar 2% dari partikel pemancaran partikel β- mempunyai
waktu paro dari Br87. Begitu juga dengan unsur yang mempunyai waktu paro 22 detik
dari neutron yang lambat. Hasilnya yaitu dua buah partikel yaitu Kr86 dan Ye136.
Reaksi Fisi Page 6
2.2 Teori Fisi
Tidak terdapat teori yang mampu menjelaskan semua aspek-aspek yang
berbeda khususnya fisi asimetrik. Teori fisi diadopsi dari model tetes cairan di mana
inti awal atau inti sebelum ritembak oleh partikel dianggap memiliki bentuk seperti
bola. Perubahan bentuk inti dipengaruhi oleh:
Gaya tegangan permukaan (F)
Gaya Coulomb (Fc) yang menyebabkan distorsi atau penyimpangan
sehingga mengakibatkan perubahan bentuk inti (deformasi)
Besarnya energi inti apabila melibatkan 2 gaya diatas adalah
E=4 πR2O+ 3 Z2 e2
5 R
Dengan O adalah koefisien dari tegangan permukaan. Jika inti ditembak oleh partikel
berenergi rendah, inti mendapat energi rendah sehingga energi mengalami tingkat
eksitasi terendah. Oleh karena itu inti mengalami rotasi sepanjang sumbu tegak lurus
dengan sumbu simetrinya. Secara matematis perubahan bentuk inti yaitu:
R (θ )=R0 [1+a1 p1 cosθ+a2 p2cosθ+. . .. . ]Atau dengan menggabungkan bagian yang besar
R (θ )=R0 [1+a2 p2 cosθ ]R (θ ) dan θ ditunjukkan dalam gambar 13.14
a2 adalah konstanta fungsi derajat perubahan bola inti dengan jari-jari Ro. a1 p1cosθ
diabaikan karenaa1 p1 cosθ hanya menunjukkan gerakan translasi pada inti yang lebih
besar dan a2 p2cosθ yang tidak penting untuk derajat eksitasi bawah.
Setiap inti melakukan eksitasi, maka inti akan merubah bentuk yang lain untuk nilai
a2 yang berbeda-beda. (gambar 13.14). penyerapan atau absorbsi neutron akibat inti-
inti yang fissionable berperan untuk perubahan bentuk yang berbeda-beda di dalam
urutan dari (a)-(b)-(c)-(d). pad bentuk (d), inti bisa terjadi untuk derajat eksitasi yang
cukup tinggi. Jika tegangan permukaan lebih besar dari gaya tolak Coulomb, maka
inti akan kembali ke bentuk awalnya yaitu bentuk bola dan kelebihan energi
dihasilkan dalam bentuk sinar yang disebut dengan penangkapan Neutron.
Gaya tolak Coulomb bisa mengakibatkan pecahnya tetes cairan. Gambar 13.14
menunjukkan gaya tolak lebih besar dari gaya tarik tegangan permukaan yang disebut
Reaksi Fisi Page 7
dengan fisi simetris. Probabilitas fisi adalah fungsi energi neutron. Hal ini
menunjukkan bahwa inti tidak hanya terjadi secara spontan, tetapi juga instan yaitu
inti yang efek tegangan permukaannya sama atau lebih kecil dari gaya tolak Coulomb
yaitu
Z2
A≥50
Persamaan diatas akan berlaku untuk nuclei dengan A > 390dan Z > 140. Untuk U238
Z2
A=36
, maka pastinya reaksi fisi ini terjadi secara tidak langsung.
Hal ini mudah untuk diketahui, bagaimana beberapa nuclei yang berada dalam
keadaan dasar reaksi fisi dari neutron termalnya hanya akan berubah menjadi neutron
cepat. Potensial energi yang berkurang karena perbedaan letak dapat dikalkulasikan
dengan menggunakan teori dari Bhor-Wheeler. Dengan membentuk Ep yaitu energi
potensial dan R, untuk berbagai jenis dari nuclei dapat dilihat seperti gambar berikut
ini:
Grafik energi potensial (Ep) dan deformasi atau perubahan (R) untuk inti
dangan jenis-jenis yang berbeda dapat ditunjukkan pada gambar 13.15. Inti (Z,A)
mengalami proses fisi dan menghasilkan dua fragmen (Z1,A1) dan (Z2,A2). Energi
potensial dalam bentuk bola adalah nol ketika R=a dan meningkat ketika fragmen
Reaksi Fisi Page 8
(a)
(b)Ec
R(R1+R2)
Gambar 13.15
bersama-sama.. energi Coulomb Ec antara kedua tetes ketika keduanya bersentuhan
adalah:
Ec=Z1 Z2e2
R1+R2
Jika tetes-tetes ini tetap mendekat energi potensial fungsi Goulomb fan tegangan
permukaannya akan rumit. Variasi nilai Ep antara R=0 dan R = R1 + R2 bergantung
pada jenis inti seperti gambar di bawah ini:
Dengan ketentuan yaitu:
(a) = 100, (b) = 235 dan (c) = 390
Epa = 50 Mev dibawah Ec,
Epb = 6 Mev dibawah Ec
Epc = Diatas Ec menglami proses Fisi
Inti-inti seperti U, Pv, Th memerlukan energi beberapa Mev untuk mengalami
prosis fisi. Energi inilah yang disebut Energi Aktivasi atau ( Ec=Eo). Eo merupakan
energi inti gabungan yang dibentuk akibat penangkapan Neutron dalam keadaan dasar
atau ground state yaitu:
E0=[ M ( A1Z )−M ( A1, Z2 )−M ( A2 , Z2) ]c2
Eo tidak termasuk energi eksitasi yang dihasilkan dari penangkapan neutron. Jika
energi eksitasi yang dihasilkan dari penangkapan meutron-neutron lambat kemudian
membentuk ini gabungan dakam keadaan eksitasi lebih besar dari energi aktivasi
make proses fisi bisa terjadi, namun jika energi eksitasi lebih kecil dari energi aktivasi
maka neutron sepat digunakan untuk proses fisi
Reaksi Fisi Page 9
(c)Ep
Reaksi Fisi Page 10