Reaksi Nuklir dan Reaksi Kimia

Reaksi inti sebagaimana jarang orang ketahui – sebenarnya berbeda dengan reaksi kimia. Dikarenakan reaksi tersebut terjadi pada tingkatan  inti atom (nukleus) bukannya atom secara keseluruhan. Seperti yang pernah dibahas pada tulisan saya sebelumnya, bahwa energi Kimia dan Energi Atom, sama – sama berasal dari atom, namun perbedaanya energi kimia yang dihasilkan dari tiap – tiap pembakaran sebuah batu bara dan minyak bumi – misalnya, akan menghasilkan penyusunan kembali (rearrangement) atom yang disebabkan oleh redistrisbusi elektron. Sedangkan di sisi lain, energi atom dihasilkan dari redistribusi partikel dengan inti atom (atomic nuclei). Karena itulah untuk menghindari kerancuan sering digunakan istilah “Energi Nuklir” daripada istilah energi atom.

Dalam kondisi laboratorium yang sesuai, inti atom bisa dibuat dari inti atom yang lain terutama untuk unsur – unsur yang memiliki nomer atom yang paling kecil yakni inti hidrogen ( identik dengan proton), inti deuterium (deuterons) dan inti helium ( partikel alfa). Sebagaimana telah diketahui, Inti atom bisa berinteraksi dengan neutron, elektron dan sinar gamma.

Namun pada temperatur biasa, laju reaksi nuklir – (yakni jumlah nukleus yang bereaksi pada waktu tertentu dalam volume tertentu) adalah sangat kecil dibandingkan laju reaksi kimia yang menghasilkan atom atau molekul.  Mengapa hal tersebut terjadi? Ada dua alasan yang membuat mengapa hal tersebut terjadi :

Alasan pertama adalah ukuran nukleus yang kecil ( hanya berode 10¹² cm ) dibandingkan dengan ukuran atom atau molekul secara keseluruhan yang berode 10^-7 atau 10^-8. Ini menyebabkan tumbukan nuklir yang terjadi memiliki laju yang lebih sedikit dibandingkan dengan tumbukan pada tingkat atomik atau molekuler. Namun, meskipun begitu, pada keadaan instimewa dimana nukleus dengan massa dan energi yang kecil bisa berlaku seolah – olah memiliki diameter yang mendekati ukuran  diameter atom sehingga laju reaksi nuklir yang terjadi akan meningkat secara drastis diatas nilai biasa. Kondisi istimewa ini akan dibahas pada tulisan saya yang lain.

Alasan kedua yang bertanggung jawab menyebabkan  laju yang relatif rendah dari interaksi inti dengan inti yang lainnya adalah adanya gaya coulomb yang bersifat saling tolak – menolak diantara inti yang disebabkan muatan positif pada inti. Energi tolakan tersebut adalah sebanding dengan (z₁ – z₂ )/ R . dimana Z₁ dan Z₂ adalah muatan, yakni nomer atom dari dua inti yang berinteraksi dan R adalah jarak diantara 2 pusat inti.

Karena  inti satu harus mendekati inti lainnya dengan jarak 10¹² cm sebelum bisa berinteraksi,  maka energi penolakan yang timbul – sesuai persamaan coulomb tersebut – akan sangat besar, khususnya  pada inti atom dengan nomer atom yang tinggi. Dalam kasus inti dengan nomer atom kecil ( seperti H, He ), energi coulomb yang terjadi pada orde jutaan electron Volt, bayangkan energi  Coulomb yang timbul pada inti atom dengan nomer atom yang besar (seperti uranim -235 misalnya).

Disisi lain pada reaksi kimia, Energi yang dibutuhkan untuk mengijinkan interaksi medan elektronik adalah jarang mencapai lebih dari beberapa elektron Volt. Pada temperatur biasa  probabilitas bahwa sepasang atom/molekul yang bertubrukan akan memiliki sejumlah Energi kinetik  dalam nilai jutaan eV adalah sangat kecil sekali. Oleh sebab itu, tidak hanya jumlah tumbukan diantara inti atomik lebih kecil diantara atom/molekul yang bertubrukan di dalam kondisi yang sama, tapi probabilitas terjadinya interaksi dari tumbukan tersebut juga dinilai kecil.  Sehingga tidaklah heran bahwa laju reaksi yang terjadi diantara inti atom adalah jauh lebih kecil daripada reaksi kimia di tingkat atom/molekul

Hikmah

Sebuah hikmah dapat kita ambil dari laju reaksi nuklir yang sangat kecil pada kondisi biasa ini. Seperti diketahui, semua organ dan jaringan  tubuh, didalam bumi kita, seluruh atmosfer, semua benda hidup dan mati termasuk kita, terdiri dari atom – yang tentu memiliki inti – inti atom. Dua alasan yang telah saya kemuakakan diatas mencegah inti – inti atom tersebut untuk berinteaksi. Jika tidak  demikian, maka bumi hanya akan menjadi bola langit tak berpenghuni di mana reaksi inti akan berjalan terus-menerus.  Maha Suci Allah  yang telah menciptakan inti atom lengkap dengan kekuatan dahsyat di dalamnya dan menjaga kekuatan ini terkendali secara menakjubkan.

Menciptakan Reaksi Nuklir ?

Nah, lalu bagaimana cara agar sebuah reaksi nuklir dapat terjadi. Ada dua cara yang dapat dilakukan sehingga reaksi nuklir bisa memiliki laju reaksi yang lebih besar dari pada keadaan normalnya. Cara pertama adalah dengan meningkatkan temperatur hingga beberapa juta derajat Celcius sehingga interaksi inti akan mendapatkan energi kinetik yang cukup untuk mengatasi tolakan elektrostatik atau tembol Coulomb yang menghalangi interaksi tersebut. Proses ini dikenal dengan nama Reaksi Termonuklir yang dapat ditemui pada matahari, bintang. Reaksi ini merupakan sumber energi pada benda – benda angkasa tersebut.

Cara kedua yang dapat dilakukan adalah dengan menembaki inti atom dengan material – material inti ringan (seperti proton, deuteron, atau partikel alfa ) yang telah dipercepat dengan menggunakan Cynclotron atau peralatan lain sehingga inti ringan tersebut mendapatkan Energi Kinetik pada hampiran jutaan elektron Volt. Reaksi ini juga bisa dilakukan dengan elektron yang secara tinggi dipercepat,  sinar gamma, dan dan sinar X berenergi tinggi.

Referensi:

The Elements of Nuclear Reactor

http://kliktedy.wordpress.com