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