DIFUSI NEUTRON
(PERSAMAAN DIFUSI NEITRON)
Persamaan difusi menggambarkan hubungan antara laju
produksi, laju serapan dan laju bocoran. Produksi neutron dalam suatu elemen
volume, berasal dari hasil reaksi fisi, peristiwa hamburan inelastik (removal
inelastic scattering), serta sumber neutron di luar elemen. Sedangkan
serapan neutron disebabkan karena reaksi absorpsi neutron oleh inti-inti atom
medium. Dan adanya bocoran neutron disebabkan karena hamburan yang keluar
menuju elemen ruang lain atau keluar dari batas luar medium.
Untuk
melakukan penurunan persamaan difusi diterapkan konsep keseimbangan jumlah
neutron yang masuk dan neutron yang keluar dari teras. Persamaan keseimbangan
jumlah neutron dituliskan di bawah ini:
NEUTRON
Neutron dan proton adalah partikel-partikel
subatomik pembentuk inti atom. Neutron tidak dapat
ditemukan dalam keadaan bebas di alam dalam waktu lama karena waktu paruhnya
yang sangat singkat. Neutron dihasilkan antara lain melalui reaksi spontan dari
unsur-unsur radioisotop seperti Radium-Berilium (Ra-Be), Plutonium-Berilium
(Pu-Be), dll.
Neutron memiliki sifat-sifat yang
menjadikannya sebagai probe yang ideal untuk menginvestigasi karakteristik
bahan/material. Sifat-sifat tersebut yaitu:
1.
Netral (muatan listrik q = 0).
Sehingga neutron memiliki daya tembus yang besar, tidak merusak materi yang
dikenainya, dan dapat digunakan pada sampel-sampel dengan kondisi lingkungan
yang keras.
2.
Neutron memiliki panjang gelombang,
panjang gelombang neutron (termal) berorde sama dengan jarak antar atom.
Sehingga neutron dapat digunakan untuk menentukan struktur kristal dan jarak
antar bidang-bidang atom.
3.
Karena netral, maka neutron hanya
berinterkasi dengan inti atom dan tidak terhalang oleh elektron-elektron atom.
Dengan kata lain neutron dapat "melihat" inti atom. Sehingga neutron
sensitif terhadap atom-atom ringan, mampu membedakan isotop-isotop suatu atom,
dan dapat membedakan struktur molekul kompleks (menggunakan teknik variasi
kontras).
4.
Energi neutron termal berorde
relatif sama dengan energi-energi eksitasi elementer pada zat padat. Sehingga
neutron dapat digunakan untuk mempelajari dinamika atom/kisi maupun dinamika
molekul.
5.
Neutron memiliki momen magnetik.
Sehingga neutron dapat digunakan untuk mempelajari struktur magnetik
mikroskopik dan fluktuasi magnetik.
6.
Neutron memiliki spin. Sehingga
berkas neutron dapat dipolarisir sehingga dapat digunakan untuk mempelajari
struktur magnetik kompleks maupun dinamika magnetik (magnon).
PELURUHAN
Peluruhan radioaktif adalah Peristiwa pemancaran sinar radioaktif secara
spontan. Inti atom yang tidak stabil selalu memancarkan secara spontan sinar
radioaktif, sehingga akhirnya akan diperoleh inti atom yang stabil. Unsur yang
selalu memancarkan sinar radiasi tersebut dinamakan unsur radioaktif (isotop
radioaktif).
Peluruhan Pada Sinar Radioaktif
1)
Peluruhan Sinar Alfa
Suatu inti yang
tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan memancarkan
partikel alfa. Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi. Energi yang
dibebaskan akan menjadi energi kinetik alfa dan inti anak. Inti anak memiliki
energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya.
2)
Peluruhan Sinar Beta
Salah satu bentuk
peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menjadi
proton, elektron, dan antineutrino. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain
adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan
neutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar perbandingan antara proton dan
neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti atom tetap stabil.
3)
Peluruhan Sinar Gamma
Suatu inti atom
yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar yang lebih
stabil dengan memancarkan sinar gamma yang dinamakan peluruhan sinar gamma.
Peluruhan sinar gamma hanya mengurangi energi, tetapi tidak mengubah susunan
inti.
Peluruhan alfa menyebabkan nomor atom berkurang
dua dan nomor massa berkurang empat, oleh karena itu sebuah inti baru akan
terbentuk. Sedangkan bentuk peluruhan beta akan menambah atau mengurangi nomor
atom dan nomor massa tetap sama.
RADIOAKTIVITAS
Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu
secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek).
Sinar-sinar yang dipancarkan tersebut disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif.
Jenis-jenis radioaktivitas
Berdasarkan partikel penyusunnya, sinar radioaktivitas dibedakan menjadi tiga
yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma.
1) radioaktivitas sinar Alfa
sinar alfa adalah sinar yang dipancarkan oleh
sinar radioaktif. Sinar alfa merupakan jenis radioaktivitas yang memiliki
muatan positif. Sinar alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron.
Sifat-sifat sinar alfa :
a. sinar alfa merupakan inti He.
b. dapat menghitamkan pelat.
c. daya ionasi sinar alfa paling kuat diantara
ketiga sinar radioaktif.
d. mempunyai daya tembus paling lemah diantara
ketiga sinar radioaktif.
e. mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di
udara dan 102 di dalam logam.
2) Radioaktivitas sinar Beta
Sinar beta merupakan elektron berenergi
tinggi yang berasal dari inti atom. . Sinar beta merupakan jenis radioaktivitas
yang memiliki muatan negatif
Sifat-sifat sinar beta :
a. Mempunyai daya ionasi lebih kecil dari sinar
alfa,
b. Mempunyai daya tembus lebih besar dari sinar
alfa.
c. Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun
medan magnet.
3) Radioaktivitas Sinar Gamma
Sinar gamma adalah radiasi gelombang
elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi
yang tidak memiliki massa maupun muatan. Sinar gamma ikut terpancar saat inti
memancarkan sinar alfa atau gamma. Sinar gamma merupakanjenis radioaktivitas
yang tidak memiliki muatan positif maupun negatif.
Sifat-sifat sinar gamma :
a. Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal
di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya semakin kecil.
b. Mempunyai daya ionasi paling lemah.
c. Mempunyai daya tembus paling kuat.
d. Tidak membelok dalam medan listrik maupun
medan magnet.
REAKSI INTI
Reaksi inti merupakan peristiwa perubahan suatu inti atom sehingga
berubah menjadi inti atom lain dengan disertai munculnya energi yang sangat
besar. Agar terjadi reaksi inti diperlukan partikel lain untuk menggoyahkan
kesetimbangan inti atom sehingga kesetimbangan inti terganggu. Akibatnya inti
akan terpecah menjadi dua inti yang baru. Partikel yang digunakan untuk
mengganggu kesetimbangan inti yaitu partikel proton atau neutron. Di mana
partikel proton atau neutron yang berenergi ditembakkan
pada inti target sehingga setelah reaksi akan terbentuk inti atom yang baru disertai
terbentuknya partikel yang baru. Inti target dapat merupakan inti atom yang
stabil, sehingga setelah terjadi reaksi menyebabkan inti atom menjadi inti yang
tidak stabil yang kemudian disebut isotop radioaktif. Jadi reaksi inti dapat juga bertujuan untuk mendapatkan isotop
radioaktif yang berasal
dari inti stabil.
1) Hukum Fisika dalam Reaksi Inti
a.
Hukum kekekalan momentum
b.
Hukum kekekalan energi
c.
Hukum kekekalan jumlah muatan ( nomor atom)
d.
Hukum kekekalan jumlah nukleon ( nomor massa)
2) Jenis
Reaksi Inti
a.
Reaksi Fisi, yaitu reaksi pembelahan inti atom
berat menjadi dua inti atom lain.
b.
Reaksi Fusi, yaitu reaksi penggabungan dua inti
atom ringan menjadi inti atom lain yang lebih berat dengan melepaskan energi.
SUMBER
ENERGI NUKLIR
(PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA NUKLIR)
Pembangkit
Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana
panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit
listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja
dengan baik ketika daya keluarannya konstan. Daya yang dibangkitkan per unit
pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe.
1. Faktor
Pencemaran Lingkungan dan Gangguan Kesehatan
Secara rata-rata untuk satu orang yang tinggal
sampai 1 km dari sebuah reaktor nuklir, dosis radiasi yang diterimanya dari
bahan-bahan yang dipakai di reaktor tersebut adalah kurang dari 10% dari dosis
radiasi alam. Sedangkan untuk tambang-tambang batubara dikenal istilah black
lung, di mana partikel batubara yang terhirup oleh para pekerja tambang
mengendap di paru-paru dan menimbulkan berbagai macam gangguan kesehatan, para
pekerja di tambang Uranium terutama terkena radiasi dari Carbon 14 (C-14) dan
gas Radon yang terpancar dari Uranium alam.
2.
Prinsip Kerja PLTN
1)
Dalam reaktor nuklir terjadi proses pemecahan
inti atom atau yang lebih dikenal dengan proses fussion, yaitu bahan bakar
dipecah dengan penembakan neutron. Pemecahan ini menghasilkan energi dan
partikel-partikel. Energi yang dihasilkan sangat besar dan partikel dasar yaitu
photon, elektron, dan neutron. Neutron yang baru terbentuk ini akan menembak
atom disampingnya. Demikian seterusnya sehingga reaksi ini dinamakan reaksi
berantai.
2)
Air biasa sebagai moderator (pengontrol kecepatan
neutron) sekaligus menghasilkan uap air yang kemudian digunakan untuk
menggerakan turbin.
3.
Sistem Pengamanan
Agar
keamanan dapat terjamin sebuah reaktor harus dilengkapi dengan sarana
pengontrol reaksi berantai dan sarana pendingin serta sarana pengolahan bahan
bakar. Berbeda dengan reaksi kimia biasa, reaksi nuklir terjadi secara terus
menerus. Energi yang dihasilkan ditentukan dari kecepatan terjadinya pemecahan
inti atom. Dalam mengontrol terjadinya reaksi ini, neutron yang mempunyai
kecepatan tinggi harus diperlambat, hal ini dapat dilakukan dengan bahan yang
disebut moderator. Beberapa contoh moderator adalah (light
water), (heavy
water, graphite dan lain-lain. Selain itu ada pula yang dinamakan absorber yang
berfungsi untuk menyerap neutron seperti Baron, Xenon dan senagainya. Dengan
cara mengontrol kadar moderator kita dapat mengontrol reaksi nuklir.
Sarana
lain yang tidak kalah pentingnya adalah pengontrol panas dari reaktor. Bagian
penting lainnya adalah sungkup reaktor. Bagian luar reaktor harus dibangun
lapisan yang kuat, lapisan ini berfungsi untuk menjaga reaktor dari gangguan
luar dan sekaligus untuk menjaga agar radiasi dapat dikurung di dalam sungkup
reaktor saja apabila terjadi kebocoran dalam reaktor.
Dalam
desain seluruh sistim pengaman ini ada beberapa kriteria penting yang harus
dipenuhi, misalnyae single falure criteria, dimana kegagalan satu bagian tidak
boleh mengakibatkan kegagalan bagian lain, dan multi barrier concept atau
sistem pengaman berlapis.
4.
Reaktor Fisi
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui
reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium. Reaktor daya fisi
dikelompokkan lagi menjadi:
1)
Reaktor Thermal
Reaktor thermal menggunakan moderator neutron
untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan
reaksi fissi selanjutnya. Bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang lebih
memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi fisi.
Reaktor cepat menjaga kesinambungan reaksi berantai tanpa memerlukan moderator
neutron. Karena reaktor cepat menggunkan jenis bahan bakar yang berbeda dengan
reaktor thermal, neutron yang dihasilkan di reaktor cepat tidak perlu
dilambatkan guna menjamin reaksi fisi tetap berlangsung.
2)
Reaktor Cepat
Keuntungan reaktor cepat diantaranya adalah
siklus bahan bakar nuklir yang dimilikinya dapat menggunakan semua uranium yang
terdapat dalam urainum alam, dan juga dapat mentransmutasikan radioisotop yang
tergantung di dalam limbahnya menjadi material luruh cepat. Dengan alasan ini,
sebenarnya reaktor cepat secara inheren lebih menjamin kelangsungan ketersedian
energi ketimbang reaktor thermal.
Keuntungan PLTN
dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:
1)
Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca.
2)
Tidak mencemari udara.
3)
Sedikit menghasilkan limbah padat
4)
Biaya bahan bakar rendah.
Berikut ini berberapa hal yang menjadi
kekurangan PLTN:
1)
Risiko kecelakaan nuklir, kecelakaan nuklir
terbesar adalah kecelakaan Chernobyl.
2)
Limbah nuklir, limbah radioaktif tingkat tinggi
yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar