Perkembangan
teknologi di Dunia saat ini sangat canggih dan modern, tetapi di Indonesia,
khususnya di Kalimantan Barat masih kurang untuk system teknologinya contohnya
pada bidang energy. Di Negara – Negara lain sudah banyak menggunakan konsep
energy nuklir yang bisa membuat Negara tersebut maju dalam beberapa bidang.
Memang energy nuklir saat ini banyak diperbincangkan oleh beberapa Negara maju
lainnya seperti dampak negative dan positifnya.
Teori 1.
Nuklir
merupakan istilah yang berhubungan dengan inti atom yang tersusun atas dua buah
partikel fundamental, yaitu proton dan neutron. Di dalam inti atom terdapat
tiga buah interaksi fundamental yang berperan penting, yaitu gaya nuklir kuat
dan gaya elektromagnetik serta pada jangka waktu yang panjang terdapat gaya
nuklir lemah. Gaya nuklir kuat merupakan interaksi antara partikel quark dan
gluon yang dibahas dalam teori quantum chromodynamics (QCD) sedangkan
gaya nuklir lemah adalah interaksi yang terjadi dalam skala inti atom seperti
peluruhan beta yang dibahas dalam elecrowea.
Teori 2.
Energi
nuklir dihasilkan di dalam inti atom melalui dua buah jenis reaksi nuklir,
yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi. Reaksi fusi adalah suatu reaksi yang
menggabungkan beberapa partikel atomik menjadi sebuah partikel atomik yang
lebih berat. Reaksi fusi dapat menghasilkan energi yang sangat besar seperti
yang terjadi pada bintang. Salah satu reaksi contoh reaksi fusi adalah
penggabungan partikel deuterium (D atau 2H) dan tritium (T atau 3H). Langkah
pertama, deuterium dan tritium dipercepat dengan arah yang saling mendekati
pada suhu termonuklir. Penggabungan antara dua buah partikel tersebut membentuk
helium-5 (5He) yang tidak stabil sehingga mengakibatkan peluruhan. Dalam proses
peluruhan ini, sebuah neutron dan partikel helium-4 (4He) terhambur disertai
dengan energi yang sangat besar, yaitu 14,1 MeV untuk penghamburan neutron dan
3,5 MeV untuk penghamburan helium-4. Sampai saat ini, reaksi fusi belum dapat
dirancang oleh manusia karena membutuhkan suhu yang sangat tinggi. Hal ini
menyebabkan pemanfaatan reaksi fusi sebagai sumber energi listrik belum dapat
direalisasikan.
Contoh
dalam suatu energy nuklir banyak terkandung energi yang dihasilkan dari
reaktor nuklir berasal dari reaksi nuklir neutron + uranium-235 fisi. Satuan energi yang
dihasilkan dalam kedua reaksi diatas biasanya menggunakan eV1 . Dari setiap
atom karbon (C) yang dibakar dengan reaksi kimia diatas maka akan 11 eV = 1.6 x
10-19 Joule = 3.8 x 10-20 kalori. Reaksi
Nuklir dihasilkan energi 4.0 eV, sedangkan untuk setiap atom uranium yang
mengalami reaksi nuklir fisi diperoleh energi 200 juta eV, atau 200 MeV.
Sehingga energi yang dihasilkan dari reaksi fisi nuklir sekitar 50 juta kali
lebih besar dibandingkan energi yang dihasilkan dari reaksi kimia.
Perbedaan dalam hal produk
sampingan atau sampah dari reaksi nuklir dan reaksi kimia juga cukup dramatis.
Sampah yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga nuklir memang memiliki
radiotoksisitas yang lebih besar dari sebagian besar produk sampingan
pembangkit listrik tenaga batubara. Namun level radiotoksisitas tersebut perlu
juga memperhatikan kuantitas yang dihasilkan dimana reaktor nuklir menghasilkan
kuantitas yang jauh lebih sedikit. Pada reaktor nuklir, dengan mengaplikasikan
teknologi proses-ulang dimana sebagian bahan bakar bisa kembali diolah menjadi
bahan bakar, maka jumlah sampah dengan radioaktivitas tinggi dari pembangkit
daya 1000 MW(e) akan sekitar 10 ton pertahun. Sedangkan pada kasus batubara, 5%
atau lebih dari batubara yang dibakar akan menjadi debu yang harus. Reaksi Nuklir dipindahkan dan ditampung
pada lahan tertentu. Jumlah debu yang dihasilkan sekitar lima gerbong kereta
berkapasitas 100 ton per hari. Ditambah lagi adanya sekitar 100 ton sulfur
dioksida, merkuri, dan timbal serta lainnya yang perlu penanganan khusus agar
tidak terbuang ke lingkungan. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah pengaruh
lingkungan terbesar dari pembakaran batubara. Yaitu efek pemanasan global yang
disebabkan oleh ribuan ton CO2 yang dilepaskan ke atmosfer setiap hari oleh
pembangkit listrik tenaga batu bara. Sedangkan reaktor nuklir tidak
menghasilkan CO2 dalam proses pembangkitan energinya.
Dasar reaksi nuklir, selanjutnya kita akan
pelajari model inti atom dan beberapa hal mendasar terkait reaksi nuklir.
Pemahaman ini cukup untuk menjadi bekal awal memahami aspek fisika reaktor
nuklir, dan saat kita tidak perlu membahas konsep fisika inti secara mendalam.
Model standar dari atom digambarkan dengan adanya inti atom dengan kerapatan
massa yang tinggi dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron bermuatan
negatif yang bergerak pada orbitnya. Dibandingkan dengan ukuran atom dengan
diameter 10-8 cm, inti atom memiliki ukuran yang sangat kecil yaitu pada orde
10-12 cm. Kita dapat modelkan inti atom terdiri dari sejumlah N neutron dan Z
proton. Neutron dan proton keduanya disebut nukleon yaitu partikel penyusun
inti atom. Sehingga inti atom memiliki N+Z nukleon. Jumlah proton, Z, disebut
nomor atom dan menentukan sifat kimia atom tersebut, sedangkan N+Z disebut
berat atom atau nomor massa. Inti atom dengan nomor atom yang sama namun
berbeda nomor massa karena perbedaan jumlah neutron disebut sebagai isotop dari
satu elemen kimia atau atom yang sama. Kita akan menggunakan notasi inti atom
dengan dimana X adalah symbol yang digunakan pada tabel periodik untuk
menunjukkan elemen kimia atau atom tertentu.
Persamaan reaksi diatas belum dapat
menginformasikan kepada kita berapa
probabilitas terjadinya reaksi tersebut ataupun apakah reakdi tersebut bersifat
eksotermik atau endotermik. Namun persamaan reaksi nuklir diatas
mengilustrasikan dua kekekalan yang harus dipenuhi yaitu kekekalan muatan (Z)
dan kekekalan jumlah nukleon (N+Z). Kekekalan muatan dipenuhi dengan jumlah Z
(jumlah proton) antara. Reaksi
Nuklir kedua sisi persamaan harus sama, pada kasus diatas 2+3 = 4+1. Kekekalan
jumlah nukleon dipenuhi dengan jumlah indeks atas (N+Z) yang sama, pada kasus
diatas 4+6 = 9+1. Reaksi
nuklir pada umumnya terjadi dalam dua tahap. Pertama terbentuk inti gabungan
dari kedua partikel yang bereaksi, namun inti gabungan ini tidak stabil karena
memiliki energi berlebih, sehingga akan mengeluarkan energi berlebihnya. Energi
berlebih tersebut dikeluarkan dengan cara meluruh kembali menjadi dua atau
beberapa partikel. Misalnya untuk kasus reaksi Helium dan Lithium diatas,
reaksi lebih detail adalah sebagai berikut.
Dimana inti gabungan pada reaksi diatas adalah inti Boron. Waktu yang diperlukan
inti gabungan untuk meluruh kembali umumnya sangat cepat, khususnya pada
reaksi-reaksi nuklir yang akan kita pelajari dapat diasumsikan bahwa inti
gabungan meluruh secara seketika sehingga tidak bermasalah untuk menuliskan
persamaan reaksi tanpa tahap pembentukan inti gabungan. Kasus lain, misalnya bila
inti nuklida yang terbentuk tidak stabil namun meluruh dalam waktu yang lama,
maka persamaan reaksi perlu ditulis dalam dua persamaan reaksi berbeda tidak
digabungkan.
Misalnya, ketika neutron ditangkap oleh Indium yang kemudian memancarkan sinar
gamma sebagai berikut. Sinar
gamma tidak memiliki massa maupun muatan, sehingga memiliki nilai Z dan N+Z
nol. Indium-117 bukanlah inti yang stabil namun mengalami peluruhan radioaktif
menjadi timah (Sn) dan memancarkan elektron serta sinar gamma sebagai berikut. Reaksi nuklir tidak terjadi secara
seketika tapi setelah rentang waktu tertentu. Elektron memiliki notasi dengan
muatan -1 karena memiliki muatan yang berlawanan dengan proton dan massa
elektron nol karena massanya sekitar dua ribu kali lebih kecil dari massa
proton atau neutron. Munculnya elektron yang terpancar dari inti atom dapat
dipandang sebagai hasil dari perubahan neutron pada inti atom menjadi proton
dan sebuah elektron.
Waktu yang diperlukan untuk terjadinya
reaksi peluruhan seperti ditunjukkan
oleh parameter yang disebut waktu paruh, dengan notasi t1/2. Waktu paruh, t1/2,
adalah waktu yang diperlukan sehingga populasi inti menjadi setegah dari
populasi awal karena setengahnya meluruh. Dalam waktu t1/2 populasi inti akan 1/2
populasi awal karena 1/2 nya telah meluruh Dalam waktu 2 t1/2 populasi inti
akan ¼. Reaksi
Nuklir populasi
awal karena 3/4 nya telah meluruh, dalam waktu 3 t1/2 populasi inti akan
menjadi 1/8 populasi awal karena 7/8 nya telah meluruh, dan seterusnya. Pada
kasus diatas waktu paruh dari Indium-117 adalah 54 menit. Waktu paruh tiap
nuklida berbeda-beda mulai dari orde dibawah satu detik, hingga menit, jam,
hari dan ratusan tahun. Misalnya reaksi berikut. Dengan waktu paruh t1/2 = 2.45 x
105 tahun. Kita akan kembali mempelajari konsep waktu paruh dan peluruhan
radioaktif secara kuantitatif di bagian selanjutnya.
Sinar gamma seringkali tidak
disertakan dalam persamaan reaksi karena tidak memiliki massa maupun muatan
sehingga tidak berpengaruh terhadap kesetimbangan massa dan muatan. Namun,
sinar gamma menjadi penting terkait dengan hokum kekekalan energi yang akan
kita pelajari selanjutnya. Peran dari sinar gamma dapat digambarkan dalam
fenomena berikut. Setelah mengalami reaksi tumbukan, peluruhan, atau reaksi
lainnya, inti atom umumnya berada dalam keadaan tereksitasi. Kemudian inti atom
ini kembali ke keadaan non-eksitasi dengan melepaskan energi dalam bentuk satu
atau beberapa sinar gamma atau foton. Sinar gamma yang dipancarkan inti atom
tereksitasi ini memiliki energi beragam bergantung kepada keadaan energi
kuantum dari inti atom tersebut.Fenomena yang terjadi pada inti atom ini dapat
dianalogikan dengan apa yang terjadi pada level atom ketika elektron orbital
yang berada dalam kondisi tereksitasi turun ke keadaan dasar (non eksitasi)
dengan memancarkan sinar gamma atau foton. Dalam pembicaraan inti atom biasa
digunakan istilah sinar gamma, sedangkan foton lebih sering digunakan dalam
level atom meskipun keduanya adalah sama. Hanya saja orde energi dari sinar
gamma atau foton yang dipancarkan dari inti atom sekitar satu juta kali lebih
besar (orde MeV) dibandingkan energi dari sinar gamma yang dipancarkan oleh
elektron orbital (orde eV).
Satu lagi radiasi nuklir yang
belum kita bicarakan adalah neutrino. Neutrino muncul bersamaan dengan
dipancarkannya elektron dari inti atom dan membawa sebagian dari energi reaksi.
Karena neutrino, sejauh yang bisa kita amati, tidak berinteraksi dengan bahan
maka energi reaksi yang dibawa oleh neutrino secara praktis dianggap hilang. Itulah
energy nuklir yang selama ini banyak diperbincangkan oleh kalangan Negara –
Negara maju di dunia, yang banyak menimbulkan perdebatan dan pertikaian/konflik
yang terjadi saat ini.
DARTAR PUSTAKA
1. BELA J.
CSIK AND JUERGEN KUPITZ, 'Nuclear Power Applications : Suppliying Heat For
Homes and Industries', IAEA Bulletin, Vol 39, February, 1997.
2. K. HADA,
et.al, 'JAERI design for HTTR-steam reforming system', The 3rd JAERI
Symposium on HTGR Technologies, Japan 15-16 February 1996.
3. NUCLEAR
HEAT APPLICATION, Proceeding of a Technical Committee Meeting and
Workshop on Nuclear Heat Application, IAEA, VIENNA, 1984.
