makalah baru

MAKALAH KIMIA RADIASI

REAKSI DAN REAKTOR NUKLIR

OLEH

MANAN SETIAWAN (F1C1 11 )

HADIJAH PUTRIANI (F1C1 14 )

SITI WAHYUNI AZIZAH (F1C1 14 )

AL PUTRI YANA WULANDARI (F1C1 14 056)

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HALU OLEO

KENDARI

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah subhanahu wata’ala atas limpahan rahmat dan

hidayah-Nya maka kami dapat menyelesaikan makalah kimia radiasi yang berjudul

“Reaksi dan Reaktor Nuklir”. Tidak lupa pula salawat serta salam kepada junjungan

Nabi dan Rasul kita Muhammad shalallahu’alaihi wa’ala alihi wassalam, keluarga,

sahabat tabi’ut tabi’in dan para kaum muslimin yang tetap Istiqomah di jalan-Nya.

Setiap manusia pastilah tak sempurna, sehingga dari itulah tak luput pula dari

kesalahan. Maka kami sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca untuk

menyempurnakan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para

pembaca secara umum, dan bagi penulis khususnya.

Kendari, 18 November 2015

Penulis

DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

BAB IPENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kebutuhan akan energi semakin bertambah dari tahun ke tahun, sementara

sumber yang ada masih berbanding terbalik dengan kebutuhan. Walaupun energi

radiasi matahari (energi surya) masih sangat berlimpah tetapi pemanfaatannya masih

belum maksimal. Secara ekonomis peralatan yang diperlukan untuk mengkonversi

energi surya masih relatif mahal dibandingkan sumber-sumber energi yang bersumber

pada minyak dan gas bumi serta batubara.

Salah satu energi yang sedang dikembangkan adalah energi yang dihasilkan

dari reaksi nuklir yaitu berupa reaktor nuklir. Ada dua jenis reaktor nuklir yaitu

reaktor fusi dan fisi nuklir. Reaktor fusi nuklir merupakan salah satu sumber energi

alternatif masa depan yang menggunakan bahan bakar yang tersedia melimpah,

efisien, bersih dari polusi, tidak menimbulkan bahaya kebocoran radiasi dan tidak

menyebabkan sampah radioaktif seperti pada reaktor fisi nuklir.

Sejauh ini reaktor fusi nuklir masih belum dioperasikan secara komersial.

Reaktor-reaktor ini menggunakan reaksi nuklir yaitu reaksi fusi dan reaksi fisi inti.

Reaksi fusi inti (Nuclear Fussion) adalah reaksi penggabungan inti kecil menjadi inti

yang lebih besar, sedangkan reaksi fisi inti (Nuclear Fission) adalah proses di mana

suatu inti berat (nomor massa> 200) membelah diri membentuk inti-inti yang lebih

kecil dengan massa menengah dan satu atau lebih neutron. Berdasarkan pemaparan di

atas, perlu adanya pengetahuan tentang reaksi dan reaktor nuklir.

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah dari makalah reaksi dan reaktor nuklir adalah sebagai

berikut:

1. Apa yang dimaksud dengan reaksi fusi dan pengaplikasiannya?

2. Apa yang dimaksud dengan reaksi fisi dan pengaplikasiannya?

3. Apa yang dimaksud dengan reaktor nuklir serta bagian-bagiannya?

C. Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah reaksi dan reaktor nuklir adalah sebagai

berikut:

1. Untuk mengetahui reaksi fusi pengaplikasiannya.

2. Untuk mengetahui reaksi fisi pengaplikasiannya.

3. Untuk mengenal reaktor nuklir serta bagian-bagiannya.

D. Manfaat

1. Dapat mengetahui reaksi fusi pengaplikasiannya.

2. Dapat mengetahui reaksi fisi pengaplikasiannya.

3. Dapat mengenal reaktor nuklir serta bagian-bagiannya.

BAB IILANDASAN TEORI

Pemodelan atom dilakukan pertama kali oleh Rutherford dan Bohr sekitar

abad ke-20. Secara teori dan eksperimen yang dilakukan Rutherford dan Bohr

menunjukan bahwa atom disusun dari inti atom dan kulit atom. Kulit atom

merupakan elektron (simbol e) yang menunjukan sifat dari elemen. Sedangkan dalam

inti terdapat proton (simbol p) dan neutron (simbol n). Umumnya semua massa atom

terkonsentrasi dalam inti. Masa elektron kira-kira 1/2000 massa proton. Antara inti

(proton) bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif bekerja gaya coulomb

(Arthur dkk., 2000).

Komponen utama PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir) adalah bahan

bakar, moderator dan pendingin, sistem pembangkit uap, sistem keselamatan.

Kombinasi dari komponen-komponen tersebut melahirkan variasi dari desain PLTN.

Dewasa ini hanya tiga jenis PLTN yang menjadi perhatian dan dibangun secara

komersial., yaitu jenis PWR (Pressurized Water Reactor), BWR (Boiling Water

Reactor) dan PHWR (Pressurized Heavy-Water Reactor). Jenis PLTN ini mempunyai

keunggulan/kelebihan masing-masing, namun unsur-unsur kunci dan desain

keseluruhan dari berbagai jenis PLTN itu pada umumnya adalah sama, misalnya

bangunan turbin, generator, fasilitas perawatan, fasilitas administrasi, rumah pompa,

dan struktur pengungkung reaktor (Suhaemi dan Karlina, 2008).

Sampai saat ini Indonesia belum berhasil membangun Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir (PLTN), sehingga belum ada satupun PLTN yang dapat dioperasikan

untuk mengurangi beban kebutuhan energi listrik yang saat ini semakin meningkat di

Indonesia. Padahal energi nuklir saat ini di dunia sudah cukup berkembang dengan

menguasai pangsa sekitar 16% listrik dunia. Hal ini menunjukkan, bahwa energi

nuklir adalah sumber energi potensial, berteknologi tinggi, berkeselamatan handal,

ekonomis dan berwawasan lingkungan serta merupakan sumber energi alternatif yang

layak untuk dipertimbangkan dalam Perencanaan Energi Jangka Panjang bagi

Indonesia guna mendukung pembangunan yang berkelanjutan (Wisnubroto dkk.,

2013).

Salah satu aspek terpenting dalam proses desain reaktor nuklir adalah aspek

keselamatan reaktor. Sebelum membangun reaktor secara fisik, terlebih dahulu dibuat

perencanaan perhitungan yang matang termasuk melakukan simulasi kinerja

keselamatannya dalam menghadapi kemungkinan kecelakaan. Penelitian ini bertujuan

untuk mengembangkan model simulasi kecelakaan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

(PLTN) yang disebabkan gagalnya sistem pembuang panas. Kecelakaan akibat

gagalnya sistem pembuang panas dipicu oleh hilangnya kemampuan pendinginan dari

pembangkit uap. Urutan kecelakaan ini diawali dengan hilangnya kemampuan reaktor

untuk membuang panas dari loop pendingin sekunder. Selama kecelakaan, laju

pembuangan panas mengalami penurunan sedangkan temperatur masukan pendingin

mengalami peningkatan. Hasil simulasi memberikan gambaran bahwa reaktor dapat

bertahan dari kecelakaan. Hasil analisis kecelakaan menunjukkan bahwa temperatur

maksimum bahan bakar, selongsong dan pendingin memiliki batas keselamatan yang

sangat besar (Abdullah dan Su’ud, 2012).

BAB IIIPEMABAHASAN

3.1 Reaksi Fusi

A. Pengertian

Fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom

bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi

kebalikan dari fisi, adalah penyatuan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat dan

menggunakan energi pengikat yang dilepaskan. Namun, untuk mencapai hal ini

secara terkendali sangat tidak mudah. Ini karena inti bermuatan listrik positif dan

bertolakan satu sama lain dengan kuat jika dipaksa bersatu. Karena itu, sebuah gaya

yang cukup kuat diperlukan untuk mengatasi gaya repulsif di antara mereka agar fusi

terjadi. Energi kinetik yang dibutuhkan ini setara dengan temperatur sekitar 20-30

juta 0C. Temperatur ini luar biasa tinggi sehingga tidak ada satu pun benda padat

untuk menampung partikel-partikel yang akan terlibat dalam reaksi fusi ini tahan

terhadapnya. Jadi, tidak ada satu mekanisme pun di dunia yang dapat merealisasikan

fusi kecuali panas dari bom atom.

Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir,

bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang

membentuk inti atom yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi

yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka --

sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.

Reaksi fusi terjadi di matahari sepanjang waktu. Panas dan sinar yang datang dari

matahari adalah hasil fusi antara hidrogen dan helium, dan energi dilepaskan sebagai

ganti materi yang hilang selama perubahan ini. Setiap detik, matahari mengubah 564

juta ton hidrogen menjadi 560 juta ton helium. 4 juta ton sisa materi diubah menjadi

energi. Kejadian luar biasa ini menghasilkan tenaga matahari yang sangat vital bagi

kehidupan di planet kita, dan telah berjalan selama jutaan tahun tanpa jeda.

Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia,

karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi

yang menahan elektron ke inti atom. Contoh reaksi fusi adalah sebagai berikut:

Reaksi fusi tersebut di atas sering ditulis dengan :

Keterangan :

P>>> = tekanan yang sangat tinggi sehingga wadah untuk terjadinya reaksi

fusi (reaktor nuklir fusi) harus kuat, dapat memasang tekanan tinggi tersebut.

T>>> = suhu untuk memicu reaksi fusi sangat tinggi. Ordenya bisa mencapai

lebih besar dari 10.0000 Celsius. Suhu setinggi ini bisa dibangkitkan dengan bantuan

teknologi laser.

E>>> = Energi (panas) yang dihasilkan reaksi fusi amat sangat tinggi,

ordenya dapat mendekati jutaan derajat Celsius. Secara teoritis reaksi fusi dapat

menghasilkan panas seperti yang terjadi pada matahari.

D2 (1H2) = Deuterium atau Hidrogen dua untuk bahan reaksi tersebut

diperoleh dari destilasi air laut untuk diambil deuteriumnya.

T3 (1H3)= Tritium atau Hidrogen tiga didapat dari unsur yang ada pada kulit

bumi (kerak bumi).

Ilustrasi reaksi fusi seperti contoh tersebut di atas dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Oleh karena D2 diperoleh dari laut dan T3 didapat dari kulit bumi, maka

selama laut belum kering dan bumi masih ada, secara teoritis penyediaan energi untuk

masa mendatang melalui reaksi fusi tidak perlu dikhawatirkan. Persoalannya pada

masa mendatang adalah bagaimana dapat diciptakan suatu bahan sebagai wadah

reaksi fusi yang dapat menahan tekanan dan suhu yang sangat tinggi. Hal inilah yang

menjadi tantangan para ilmuwan sekarang dan masa mendatang. Rintisan untuk

reaktor fusi saat ini sudah dirintis dan hasilnya adalah reaktor riset untuk fusi nuklir

yang ada di Tokamak. Reaktor fusi Tokamak pada saat ini dikerjakan bersama

melalui konsorsium negara-negara maju, Amerika, Inggris, Jerman, Perancis dan

Jepang.

B. Aplikasi Reaksi Fusi

1. Reaksi fusi nuklir pada bintang (matahari)

Persamaan reaksi ada 3 tahap yaitu:

Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling

menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi elektromagnet,

reaksi di atas dapat ditulis:

MeVeHeH 7,262224 42

21

2. Reaksi fusi nuklir pada bom hidrogen

Bahan baku bom hydrogen adalah inti deuterium dan tritium yang akan

bergabung membentuk inti helium sambil membebaskan energi yang sangat besar.

Untuk menggabungkan inti-inti tersebut diperlukan suhu yang sangat tinggi yang

diperoleh dari ledakan atom biasa yang dihasilkan dari reaksi fisi sebagai pemicu

berlangsungnya reaksi fusi bom hidrogen yang akan menghasilkan ledakan bom yang

lebih dahsyat. Persamaan reaksi fusi untuk bom hydrogen dapat ditulis:

MeVnHeHH 6,1710

42

31

21

3.2 Reaksi Fisi

A. Pengertian

Sesaat sebelum perang dunia kedua beberapa kelompok ilmuwan mempelajari

hasil reaksi yang diperoleh jika uranium ditembak dengan neutron. Otto Hahn dan

Strassman, berhasil mengisolasi suatu senyawa unsur golongan IIA, yang diperoleh

dari penembakan uranium dengan neutron. Mereka menemukan jika uranium

ditembak dengan neutron akan menghasilkan beberapa unsur menengah yang bersifat

radioaktif.

Reaksi ini disebut reaksi fisi atau reaksi pembelahan inti. Dari reaksi

pembelahan inti dapat dilihat bahwa setiap pembelahan inti oleh satu neutron

menghasilkan dua sampai empat netron. Setelah satu atom uranium-235 mengalami

pembelahan, netron hasil pembelahan dapat digunakan untuk pembelahan atom

uranium-235 yang lain dan seterusnya sehingga dapat menghasilkan reaksi rantai. Hal

ini terjadi dalam bom atom. Agar pembelahan inti dapat menghasilkan reaksi rantai,

bahan pembelahan ini harus cukup besar sehingga neutron yang dihasilkan dapat

tertahan dalam cuplikan itu. Jika cuplikan terlampau kecil, netron akan keluar

sehingga tidak terjadi reaksi rantai. Pembelahan inti selalu menghasilkan energi kira-

kira 200 MeV pada setiap pembelahan inti. Energi yang dihasilkan pada pembelahan

235 gram uranium-235 ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500

ton batubara.

Pembelahan inti seperti inilah yang menyebabkan bencana di Hiroshima dan

Nagasaki, dan merenggut nyawa puluhan ribu orang. Sejak momen pertama bom

atom dijatuhkan di Hiroshima oleh Amerika Serikat dalam Perang Dunia II, tahun

1945, dan setelahnya, diperkirakan 100.000 orang mati. Satu bom lagi yang

dijatuhkan Amerika di Nagasaki tiga hari setelah bencana di Hiroshima menyebabkan

kematian 40.000 orang tepat pada saat peledakan. Kekuatan yang dilepaskan inti di

samping menyebabkan kematian banyak orang, juga menghancurkan area

pemukiman yang luas, dan radiasinya menimbulkan banyak penyimpangan genetik

yang tidak bisa diperbaiki dan masalah psikologis di pemukiman yang tersisa, yang

kelak akan mempengaruhi generasi berikutnya.

B. Aplikasi Reaksi Fisi

1. Reaksi inti sebagai penghasil energi listrik.

2. Penentuan umur (dating) batuan atau fosil.

3. Dalam bidang kimia:

Analisis pengenceran isotop merupakan teknik untuk menentukan kadar suatu

zat dalam sampel dengan cara pengenceran dan penambahan zat radioaktif

atau isotopnya.

Analisis pengaktifan netron sebagai perunut dalam menentukan mekanisme

reaksi kimia.

4. Dalam bidang kedokteran

Adapun fungsi radioisotop adalah untuk :

Mengetahui keefektifan kerja jantung dengan menggunakan Sodium-24.

Menentukan lokasi tumor otak, mendekati tumor kelenjar gondok,

dipergunakan Yodium – 131.

Penanganan penderita Leukimia, dengan Phosporus – 32.

Penyembuhan kanker dan tumor dengancara penyinaran, seperti sinar x dan

untuksteril alat-alat kedokteran.

5. Dalam bidang pertanian, radioisotope digunakan sebagai perunut dan juga

untuk memperoleh bibit unggul (pemuliaan tanaman).

6. Dalam bidang hidrologi

Salah satu kegunaan radioisotop di bidanghidrologi adalah untuk mengukur

kecepatan aliran atau debit aliran. Dalam hal ini sebagai perunut, diukur dari

perubahan intensitas pancaran di dalam aliran untuk jangka waktu yang sama.

3.3 Reaktor Nuklir

A. Pengertian

Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk

membuat, mengatur dan menjaga kesinambungan reaksi nuklir berantai pada laju

yang tetap, baik pembelahan inti (fisi) ataupun penggabungan inti (fusi). Berbeda

dengan bom nuklir, yang reaksi berantainya terjadi pada orde pecahan detik dan tidak

terkontrol.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling

banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk

pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor

nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata

nuklir.

Reaktor nuklir pertama kali dibangun oleh Enrico Fermi dan Leó Szilárd pada

tahun 1942 di Universitas Chicago. Reaktor nuklir generasi pertama digunakan untuk

menghasilkan plutonium sebagai bahan senjata nuklir. Selain itu, reaktor nuklir juga

digunakan oleh angkatan laut Amerika untuk menggerakkan kapal selam dan kapal

pengangkut pesawat udara. Pada pertengahan 1950-an, baik Uni Sovyet maupun

negara-negara barat meningkatkan penelitian nuklirnya termasuk penggunaan atom di

luar militer. Tetapi, sebagaimana program militer, penelitian atom di bidang non-

militer juga dilakukan dengan rahasia.

B. Komponen Utama Reaktor Nuklir

1. Tangki Reaktor

Tangki ini bisa berupa tabung (silinder) atau bola yang dibuat dari logam

campuran dengan ketebalan sekitar 25 cm. fungsi dari tangki adalah sebagai wadah

untuk menempatkan komponen-komponen reaktor lainnya dan sebagai tempat

berlangsungnya reaksi nuklir. Tangki yang berdinding tebal ini juga berfungsi sebagai

penahan radiasi agar tidak keluar dari sistem reaktor.

2. Teras Reaktor

Komponen reaktor yang berfungsi sebagai tempat untuk bahan bakar. Teras

reaktor dibuat berlubang (kolom) untuk menempatkan bahan bakar reaktor yang

berbentuk batang. Teras reaktor dibuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi.

3. Bahan Bakar NuklirBahan bakar adalah komponen utama yang memegang peranan penting untuk

berlangsungnya reaksi nuklir. Bahan bakar dibuat dari isotop alam seperti Uranium,

Thorium yang mempunyai sifat dapat membelah apabila bereaksi dengan neutron.

4. Bahan PendinginUntuk mencegah agar tidak terjadi akumulasi panas yang berlebihan pada

teras reaktor, maka dapat dipergunakan bahan pendingin untuk pertukaran panasnya.

Bahan pendingin ini bisa digunakan air a tau gas.

5. Elemen Kendali

Reaksi nuklir bisa tidak terkendali apabila partikel-partikel neutron yang

dihasilkan dari reaksi sebelumnya sebagian tidak ditangkap atau diserap. Untuk

mengendalikan reaksi ini, reaktor dilengkapi dengan elemen kendali yang dibuat dari

bahan yang dapat menangkap atau menyerap neutron. Elemen kendali juga berfungsi

untuk menghentikan operasi reaktor (shut down) sewaktu-waktu apabila terjadi

kecelakaan.

6. ModeratorFungsi dari moderator adalah untuk memperlambat laju neutron cepat

(moderasi) yang dihasilkan dari reaksi inti hingga mencapai kecepatan neutron

thermal untuk memperbesar kemungkinan terjadinya reaksi nuklir selanjutnya (reaksi

berantai). Bahan yang digunakan untuk moderator adalah air atau grafit.

BAB IIIKESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan yang telah dipaparkan dapat disimpulkan sebagai

berikut:

1. Reaksi fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti

atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi.

2. Reaksi fisi atau reaksi pembelahan inti, adalah peristiwa terjadinya pembelahan

inti oleh satu netron menghasilkan dua sampai empat netron.

3. Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk

membuat, mengatur dan menjaga kesinambungan reaksi nuklir berantai pada laju

yang tetap, baik pembelahan inti (fisi) ataupun penggabungan inti (fusi).

Komponen utama reactor nuklir adalah tangki reaktor, teras reaktor, bahan bakar

nuklir, bahan pendingin, elemen kendali dan moderator.