Unsur radioaktif, inti-intinya meluruh
menjadi inti yang lain yang lebih stabil. Pada peristiwa peluruhan
radioaktif inti-inti berubah dengan sendirinya tanpa dipengaruhi atau
berlangsung secara alami. Tetapi sebenarnya perubahan inti-inti
radioaktif juga dapat dilakukan dengan cara menembakkan
partikel-pertikel yang mempunyai energi cukup sehingga berlangsung
reaksi pada unsur yang ditembaki. Reaksi yang terjadi dinamakan reaksi nuklir. Jadi reaksi inti atau reaksi nuklir adalah proses yang terjadi apabila partikel-pertikel nuklir (nukleon atau inti atom) saling mengadakan kontak.
Reaksi inti ditulis sebagai berikut:atau disingkat :
X adalah inti awal, Y inti akhir, sedang a dan b masing-masing adalah partikel datang dan yang dipancarkan.
Apabila suatu partikel α ditembakkan
pada inti X, maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi, yakni hamburan
elastik, hamburan inelastik dan reaksi inti.
Para ahli banyak menggunakan reaksi inti
ini untuk tujuan analisis kualitatif dan kuantitatif dalam suatu
penelitian, misalnya AAN (Aktivasi Neutron).
Dalam reaksi inti berlaku beberapa hukum kekekalan, antara lain:1. Hukum kekekalam muatan
∑Z = tetap
2. Hukum kekekalan massa dan energi
MA.C2 + ma.C2 + Ka = MB.C2 + Mb.C2 + Kb + Kb
MA.C2 + ma.C2 = MB.C2 + Mb.C2 + Q
Dimana Q = energi reaksi
= KB + Kb – Ka
(Energi kinetik)
Bila Q > 0 reaksi ekso energi
Q < 0 reaksi endo energi
3. Hukum kekekalan nomor massaMA.C2 + ma.C2 = MB.C2 + Mb.C2 + Q
Dimana Q = energi reaksi
= KB + Kb – Ka
(Energi kinetik)
Bila Q > 0 reaksi ekso energi
Q < 0 reaksi endo energi
∑A = tetap
4. Hukum kekekalan momentum sudut inti
∑I = tetap
5. Hukum kekekalan paritas
∑∏ = tetap
6. Hukum kekekalan momentum linier
∑P = tetap
Partikel yang digunakan untuk menembaki
inti-inti radioaktif agar terjadi reaksi nuklir adalah partikel α,
partikel β, sinar γ, netron, proton dan deuteron. Pada peristiwa reaksi
nuklir, inti yang ditembaki akan berubah menjadi inti yang lain disertai
pelepasan partikel lain dan energi. Besarnya energi yang terbentuk pada
peristiwa reaksi sama dengan selisih massa mula-mula dengan massa
akhir.
Reaksi inti dapat digolongkan dengan beberapa cara, tergantung pada keadaan yaitu sebagai berikut:1. Klasifikasi reaksi inti menurut partikel penembak
Menurut klasifikasi ini dapat digolongkan dalam beberapa golongan, yakni:
a. Reaksi partikel bermuatan
Termasuk reaksi ini adalah reaksi p, d, α, C12, O16.
b. Reaksi netron
Partikel yang ditembakkan adalah netron
c. Reaksi foto nuklir
Partikel yang ditembakkan adalah foton (sinar gamma)
d. Reaksi elektron
Partikel yang ditembakkan adalah elektron
2. Klasifikasi reaksi inti menurut energi partikel penembak
a. Untuk reaksi netron, energi netron penembak dapat digolongkan dalam empat golongan, yaitu:
Netron termik dengan energi datang ~ 1/40 eV
Netron epitermik dengan energi datang ~ 1 eV
Netron datang dengan energi datang ~ 1 keV
Netron cepat dengan energi datang 0,1 – 10 MeV
Netron epitermik dengan energi datang ~ 1 eV
Netron datang dengan energi datang ~ 1 keV
Netron cepat dengan energi datang 0,1 – 10 MeV
b. Untuk reaksi partikel bermuatan, partikel penembak digolongkan sebagai berikut:
Partikel berenergi rendah : 0,1 – 10 MeV
Partikel berenergi tinggi : 10 – 100 MeV
Partikel berenergi tinggi : 10 – 100 MeV
Reaksi Fisi
Reaksi fisi (reaksi
pembelahan) yaitu reaksi yang terjadi pada inti berat dan akan meluruh
atau pecah menjadi inti-inti ringan secara berantai. Pada reaksi
tersebut, inti atom menangkap netron dan menghasilkan keadaan inti yang
sangat labil dan dalam waktu yang singkat inti tersebut akan membelah
menjadi belahan inti utama disertai munculnya dua atau tiga
netron-netron baru.
Ukuran dari kedua
pecahan hasil reaksi tidak tetap, dengan kemungkinan terbesar pecahan
yang satu memiliki nomor massa sekitar 90 dan yang lain sekitar 140.
Energi yang dibebaskan dalam fisi, sebagian besar akan berubah menjadi
energi kinetik dari kedua pecahan itu yaitu sekitar 80 persen, sedangkan
yang 20 persen muncul dalam bentuk peluruhan (beta dan gamma) serta
energi kinetik sejumlah netron yang terpancar pada proses fisi. Sebagai
contoh pada peluruhan Uranium yang sering terjadi adalah:
Salah satu contoh peluruhan Uranium yang ditampilkan dalam bentuk gambar.
Gambar 13. Salah satu contoh reaksi fisi peluruhan Uranium
Pada reaksi dengan
penembakan neutron termal pada inti uranium (inti fisil) akan
menghasilkan inti baru dan disertai lepasnya dua neutron yang jika sudah
diperlambat dalam moderator dapat menyebabkan terjadi reaksi
berikutnya, sehingga terjadilah reaksi berantai, seperti gambar dibawah
ini.
Gambar 14. Reaksi berantai Uranium 235
Pada gambar 14
menjelaskan bahawa sebuah neutron yang bergerak lambat memicu fisi atau
pembelahan sebuah inti uranium-235 dan beberapa neutron dipancarkan.
Dalam uranium yang telah diperkaya agar mengandung uranium-235 dengan
perbandingan yang tinggi, neutron-neutron ini segera menghantam
inti-inti uranium-235 lainnya dan mengulangi proses tersebut. Terjadilah
proses fisi secara terus menerus, dengan melepaskan energi dalam jumlah
yang besar.
Energi total setiap kali fisi untuk satu neutron menembak satu kali adalah sekitar 200 MeV.
Jika suatu reaksi menghasilkan energi
Q>0, reaksi tersebut dinamakan reaksi Eksotermik atau Eksoergik,
sedangkan jika Q<0, maka diperlukan energi selama reaksi dan
reaksinya dinamakan reaksi Endotermik atau Endoergik (Soetjipto,
1996:143).
Q adalah energi
reaksi yang dihasilkan yang didefinisikan sebagai energi total yang
dipancarkan selama reaksi berlangsung yaitu sama dengan selisih energi
kinetik sebelum reaksi dan energi kinetik sesudah reaksi atau selisih
massa sebelum reaksi dan sesudah reaksi dikalikan c2.
Sebagai contoh misalnya pada reaksi berikut:
A + B --> C + D
A adalah partikel penembak
B adalah partikel sasaran
C dan D adalah partikel baru hasil reaksi, maka
Sebagai contoh misalnya pada reaksi berikut:
A + B --> C + D
A adalah partikel penembak
B adalah partikel sasaran
C dan D adalah partikel baru hasil reaksi, maka
Pada reaksi inti
yang digunakan partikel penembak, maka energi partikel penembak harus
cukup besar agar reaksi dapat terjadi. Besarnya energi kinetik minimum
dari partikel penembak agar terjadi reaksi dinamakan Energi Ambang.
Reaksi Fusi
Reaksi fusi
(penggabungan atau peleburan) yaitu reaksi antara inti-inti ringan
disertai dengan pelepasan energi, misalnya penggabungan proton menjadi
detron. Reaksi fusi adalah reaksi yang belum bisa dibuat karena
diperlukan wadah yang tahan terhadap suhu mencapai ~107 oK.
Pada suhu tersebut atom-atom akan terionisasi membentuk keadaan yang
dinamakan plasma. Sebenarnya reaksi fusi merupakan sumber energi karena
pada reaksi tersebut dihasilkan energi yang besar sekali. Seperti reaksi
yang terjadi pada matahari dan bintang-bintang.
Energi yang
dihasilkan terbentuk melalui dua jenis reaksi, yaitu melalui daur
proton-proton dan daur carbon yang masing-masing menghasilkan energi
sekitar 25 MeV dan 28 MeV.
a. Daur proton-proton
Gambar 15. Reaksi daur proton
b. Daur Carbon
Gambar 16. Reaksi daur carbon