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