Selasa, 05 Juni 2012

Makalah Pendahuluan Fisika Inti " Parameter Reaksi Nuklir"



PENDAHULUAN 







Kemajuan di bidang teknologi saat ini berkembang sangat pesat. Hal ini terlihat dari banyaknya aplikasi yang telah digunakan oleh masyarakat luas. Teknologi yang sedang dalam proses pengembangan salah satunya adalah teknologi nuklir. Teknologi ini bisa dimanfaatkan dalam berbagai aspek, baik dalam bidang industri, kedokteran, pertanian maupun bidang-bidang lainnya. Teknologi nuklir ini memiliki banyak kelebihan, selain bersih dan tidak mencemari lingkungan, harga listrik yang murah yang didukung dengan harga bahan bakar nuklir yang lebih murah dari harga minyak bumi atau batu bara saat ini serta volume bahan bakar nuklir yang diperlukanpun jauh lebih kecil sehingga harga transportasinya relatif murah. Oleh karena itu teknologi inilah yang digunakan dalam mengatasi masalah kebutuhan energi listrik yang terus menerus meningkat. Kebutuhan energi listrik ini berbanding terbalik dengan kondisi bahan bakar yang digunakan sebagai pembangkit listrik salah satunya adalah batu bara. Untuk itu perlu diadakannya pembaharuan  atau peningkatan bahan bakar yang digunakan, maka saat ini teknologi nuklir mengembangkan bahan bakar Uranium yang berfungsi sebagai pembangkit energi listrik. Dan perlu diketahui bahwa bahan bakar Uranium dapat menghemat 2.4 juta kg batu bara dalam menghasilkan energi listrik.
Berdasarkan informasi tersebut, maka pembangunan reaktor nuklir harus dikembangkan semaksimal mungkin. Pengembangan reaktor nuklir untuk menghasilkan listrik ini, dikenal dengan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Prinsip kerja PLTN pada dasarnya sama dengan pembangkit listrik konvensional, yakni uap yang dihasilkan akan mengalir ke turbin dan menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik. Namun dampak yang dihasilkan dari pembangkit listrik konvensional adalah gas-gas yang berpotensi mencemari lingkungan dan bisa menimbulkan hujan asam serta peningkatan suhu global. Dampak ini bertolak belakang dengan yang dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir.  PLTN yang sedang berkembang saat ini terdiri dari beberapa tipe. Dan PLTN yang cukup banyak beroperasi serta memiliki banyak keistimewaan.
Adapun keistimewaan dari PLTN  adalah reaktor beroperasi dengan reaktivitas-berlebih yang rendah, sistem keselamatannya pun sangat baik karena cepat terdeteksinya jika terjadi kebocoran  dan desainnya terdiri dari tabung-tabung individual sehingga tidak membutuhkan bejana tekan yang besar. Untuk itu perlu dipelajari parameter-parameter apa saja yang berkaitan dengan rancang bangun reaktor nuklir guna menghasilkan kondisi paling optimal (kondisi kritis) dari kinerja reaktor nuklir tersebut.


PEMBAHASAN
A.    Pengertian Parameter Reaksi Nuklir
Dalam peristiwa peluruhan radioaktif, ukuran kebolehjadian terjadinya peluruhan dinyatakan dengan tetapan peluruhan (λ). Pada reaksi nuklir, ukuran kebolehjadian terjadinya reaksi nuklir dinyatakan dengan penampang lintang reaksi (σ). Jika hukum kekekalan energi dan momentum linier menunjukkan apakah suatu reaksi nuklir dapat/tidak dapat terjadi, maka penampang reaksi menunjukkan seberapa besar reaksi nuklir itu dapat terjadi.
B.     Peluang Terjadinya Reaksi nuklir
Jika seberkas partikel ditembakkan ke suatu bidang sasaran, diamana tiap inti atom sasaran memiliki luasan tertentu σ, maka tiap partikel yang memasuki luasan ini diharapkan akan bereaksi dengan inti atom sasaran. Semakin besar σ maka semakin besar pula peluang untuk terjadinya reaksi. Tampang lintang reaksi bervariasi bergantung pada macam atau jenis reaksi dan energi dari parikel yang datang.
Jika seberkas partikel proyektil a dengan cacah partikel No dan dengan kecepatan serba sama ditembakkan secara tegak lurus ke suatu bahan sasaran X seluas A dengan ketebalan dl (sangat tipis sehingga tidak ada  1 inti atompun yang bersembunyi dibalik lainnya) serta memiliki keraptan inti atom sebesar n inti atom/cm3. Seperti pada gambar dibawah ini
N-Dn berkas proyektil yang gagal bereaksi

N berkas proyektil yang gagal bereaksi

 







No
N=No e-∑l


Jika tidak ada satupun partikel dalam berkas yang bereaksi dengan inti atom bahan sasaran, maka tiap partikel dalam berkas tadi  akan bergerak dalam bahan menerusi  garis lurus dengan kecepatan yang tetap.
Peluang ( Ps ) bahwa partikel-partikel tadi akan mengalami reaksi dengan inti atom bahan setebal dl dapat dianggap berbanding lurus dengan dl tadi.
Ps ∞ dl
Jika ketetapan kesebandingannya adalah Σ, maka dapat dikatakan bahwa
Peluang sebuah partikel (dalam berkas proyektil) sukses mengalami reaksi dalam bahan setebal dl dapat dinyatakan sebagai
Ps = Σ dl
Sebaliknya dapat pula dinyatakan bahwa
Peluang sebuah partikel (dalam berkas proyektil) gagal atau belum mengalami reaksi dalam bahan setebal dl  adalah
Pg= ( 1-Ps ) = ( 1- Σ dl )
Oleh karena itu peluang Pg sesudah berkas partikel menempuh jarak setebal 
I = n . dl adalah
Pg = (1-Σdl)n = (1-Σ.1/n)n  
Kalau unsur tebal dl dipilih sangat kecil tak berhingga ( ) maka peluang Pg menjadi
Pg (l) =
Hal ini berarti bahwa sesudah N partikel menempuh jarak sejauh l dalam bahan sasaran, maka jumlahnya berkurang menjadi N =
Tiap partikel penembak hanya bisa sekali bereaksi, tiap satu reaksi hanya menghasilkan satu inti atom baru, berarti cacah inti atom baru yang terbentuk adalah sama dengan cacah partikel yang bereaksi dan ini merupakan pengurangan terhadap cacah (berkas) partikel penembak. Dapat ditafsirkan bahwa cacah inti atom baru (Ny) yang dihasilkan adalah
Ny = No – N = No (1-e-Σl)
Tetapan Σ yang terdapat pada  beberapa persamaan diatas disebut sebagai penampang lintang reaksi makroskopis, tetapan ini berkaitan dengan luas tampang dari semua inti atom yang terdapat dalam satu satuan volume bahan, sedangkan penampang lintang mikroskopis (σ) terkait hanya dengan satu inti atom saja, hubungan kedua tetapan diatas dinyatakan sebagai
Σ = n σ
Dimana n = kerapatan atom bahan sasaran dengan satuan atom/cm3, yang dapat dihitung dari kerapatan massanya (ρ) melalui persamaan  :
n =
C.    Aplikasi Parameter Reaksi Nuklir
Perhitungan tampang lintang reaksi nuklir secara teori berdasar model reaksi nuklir telah digunakan untuk evaluasi data nuklir, yang mana parameter model reaksi nuklir harus dipilih dan disesuaikan dengan data-data eksperimen. formulasi tampang lintang reaksi ini bergantung pada besaran-besaran inti nuklir yang juga bergantung terhadap daerah energi proyektil dan daerah nomor massa inti sasaran. Besaran-besaran tersebut dalam program perhitungan disebut parameter perhitungan. ALICE merupakan salah satu program komputer yang dapat dipakai untuk menentukan data tampang lintang reaksi parsial. Dimana  perlu dilakukan eksperimen komputasi untuk menentukan parameter yang sesuai untuk energi neutron dan daerah nomor massa inti-inti sasaran yang dikehendaki. Eksperimen komputasi ini dibatasi pada nuklida-nuklida bernomor massa menengah. Jangkau tersebut dipilih karena cukup tersedia data referensinya untuk validasi. Hasil dari penelitian komputasi merupakan  cara untuk memprediksi harga tampang lintang reaksi. Dengan program ini dapat dihitung tampang lintang reaksi parsial dengan masukan tampang lintang reaksi total dan kerapatan level inti-inti residu, selain besaran-besaran partikel proyektil dan inti target.  Eksekusi program memerlukan input file (ALICE.IN) dan menghasilkan output file (ALICE.OUT). Hasil perhitungan ditentukan oleh harga-harga parameter pada  source program (ALICE.FOR) dan besaran-besaran pada  file input.  Parameter-parameter potensial reaksi nuklir diubah-ubah pada source program.  Adapun data input pada input file yang diperlukan dalam proses komputasi adalah:
1.  Nomor atom dan nomor massa proyektil dan sasaran.
2. Jumlah nuklida-nuklida hasil yang terbentuk untuk nomor atom (Z)  yang sama (maksimum    sampai 22).
3.  Jumlah nomor atom (Z) nuklida-nuklida yang terbentuk (maksimum sampai 9).
4.  Jenis partikel yang diemisikan, dengan opsi-opsi:
-  hanya neutron
-  hanya neutron dan proton
-  neutron, proton, deutron dan alpha  77
5.  Besar energi proyektil dalam MeV (maksimum 300 MeV) dan maksimum 20 titik energy.
6.  Opsi untuk distribusi sudut partikel eyektil.
Logika Perhitungan 
Logika perhitungan ALICE diilustrasikan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Di sudut kanan atas disajikan jenis nuklida-nuklida inti-inti majemuk yang merupakan gabungan/jumlah dari nomor-nomor atom dan nomor-nomor massa target dan proyektil.
 
Gambar 1. Peluruhan pramajemuk (precompound) dari inti-inti A, Z dengan emisi n dan p


Gambar 2. Kanal-kanal reaksi
Dari sini dapat meluruh melalui kanal-kanal n, p,  α. Hal pertama yang dapat terjadi (Gambar 1) adalah peluruhan pramajemuk (precompound) dari inti-inti A, Z dengan emisi n dan p. Ini mungkin berarti peluruhan-peluruhan n, p, nn, pp, atau pn untuk kemudian menempati sembarang inti-inti anak dengan spektra eksitasi mencerminkan eksitasi awal dikurangi yang diambil oleh partikel pramajemuk. Porsi dari inti majemuk yang tidak meluruh melalui mekanisme kanal pra-kesetimbangan, diasumsikan membentuk inti majemuk setimbang (CN :  compound nucleus), yang kemudian bisa meluruh melalui kanal-kanal n, p, α, d, atau fisi (Gambar 2). Emisi ini menempati spektra inti anak setimbang, seperti diindikasikan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Ini diasumsikan bahwa populasi inti anak dan peluruh PE disetimbangkan. Spektra dari eksitasi inti anak dihitung sebagai histogram, dengan lebar “bin” ∆E. Setelah deeksitasi sempurna, kontrol bergerak ke boks A–1, Z dari Gambar 2. Proses dilanjutkan, melewati setiap bin yang mempunyai cukup energi untuk meluruh lebih lanjut. Kemudian sisa tampang lintang diintegrasikan sebagai hasil reaksi dari produk emisi satu neutron. Kontrol berikutnya berpindah ke boks sesuai A–2, Z, dan proses berlanjut, hingga emisi dari boks NA telah dihitung. Pada titik ini kontrol berpindah ke boks Z–1, A–1, dan perhitungan berlanjut (berikutnya Z–1, A–2, Z–1, A–3, …, Z – 1, A – NA + 1). Kemudian kontrol berpindah ke Z – 2, A – 2, hingga nomor atom Z – NZ + 1 selesai disajikan.  Di dalam proses ini, akan sangat banyak kanal-kanal reaksi yang disajikan, akan tetapi pada prakteknya dikendalikan dengan parameter-parameter input NA dan NZ.



PENUTUP
A.    Kesimpulan
Parameter reaksi nuklir adalah ukuran kebolehjadian terjadinya reaksi nuklir atau dapat dinyatakan dengan penampang lintang reaksi (σ)
Peluang ( Ps ) bahwa partikel (proyektil) akan mengalami reaksi dengan inti atom dalam bahan sasaran setebal dl dapat dianggap berbanding lurus dengan ketebalannya (dl), jadi,
Ps ∞ dl
dan jika ketetapan kesebandingannya adalah Σ, maka dapat dikatakan bahwa
Peluang sebuah partikel (dalam berkas proyektil) sukses mengalami reaksi dalam bahan setebal dl dapat dinyatakan sebagai
Ps = Σ dl
Sebaliknya dapat pula dinyatakan bahwa
Peluang sebuah partikel (dalam berkas proyektil) gagal atau belum mengalami reaksi dalam bahan setebal dl  adalah
Pg= ( 1-Ps ) = ( 1- Σ dl )
Oleh karena itu peluang Pg sesudah berkas partikel menempuh jarak setebal  I = n . dl adalah
Pg = (1-Σdl)n = (1-Σ.1/n)n 
kalau unsur tebal dl dipilih sangat kecil tak berhingga ( ) maka peluang Pg menjadi
g (l) =
B.     Saran
Untuk lebih memahami dan menguasai materi tentang parameter reaksi nuklir, disarankan para pembaca tidak terpaku pada makalah ini saja, melainkan mencari referensi lain yang berkaitan dengan materi pada makalah ini. Selain itu, diharapkan para pembaca setelah membaca mampu mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.


DAFTAR PUSTAKA
·         Sarwono,Joko.2011.INDIVIDUAL TEXTBOOK “PENDAHULUAN FISIKA INTI”.JKA:Universitas Negeri Malang

Tidak ada komentar:

Posting Komentar