CATATAN TEKNIK MESIN: LAIN LAIN : ENERGI

بِسْــــــــــــــــمِ اﷲِالرَّحْمَنِ اارَّحِيم

PENGERTIAN ENERGI

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau usaha. Energi juga disebut sebaga sesuatu yang dapat merubah sifat2 pada zat. Setiap kita melakukan suatu kerja ,kita pasti membutuhkan energy.

HUKUM KEKEKALAN ENERGI

Bunyi dari hukum kekekalan energi yaitu,,,
"energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan manusia,tetapi energi bisa dirubah(dikonversi) ke bentuk energi yang lain". Ini artinya, energy hanya bisa dirubah bentuknya ke bentuk lain dengan bantuan alat pengkonversi energy.

JENIS JENIS ENERGI
secara umum energi dibedakan atas beberapa macam yaitu,
1.Energi mekanik

Energy mekanik adalah energy yang dimiliki benda akibat dari gerak benda tersebut dan posisinya dari permukaan bumi. Energi mekanik terdiri atas dua macam yaitu energi potensial dan energy kinetic. Energy potensial adalah nergi yang dimiliki benda akibat dari posisi benda tersebut dari permukaan bumi. Sedangkan energy kinetic adalah energy yang dimiliki benda karena gerak benda tersebut.

2.Energi listrik

Energi listrik adalah energi akhir yang dibutuhkan bagi peralatan listrik untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan, mendinginkan ataupun untuk menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk menghasilkan bentuk energi yang lain. Energi yang dihasilkan dapat berasal dari berbagai sumber, seperti air, minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari, dan lainnya. Energi ini besarnya dari beberapa volt sampai ribuan hingga jutaan volt.

3. Energi cahaya

Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm.^[1] Pada bidang fisika,

a. cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak.

b. cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.

4.. energi kimia

Energi Kimia adalah energi yang tersimpan dalam ikatan atom dan molekul. Biomassa, minyak bumi, gas alam, dan batu bara adalah contoh-contoh energi kima yang tersimpan. Energi kimia diubah menjadi energi panas ketika kita membakar kayu di perapian atau membakar bensin di mesin mobil.

6. energi termal(panas)

Energi Thermal, atau panas, adalah getaran dan gerakan dari atom dan molekul di dalam zat. Ketika suatu objek memanas, atom-atom dan molekul-molekulnya bergerak dan bertabrakan lebih cepat. Energi geothermal/panas bumi adalah energi panas di dalam bumi.

7. energi nuklir

Energi Nuklir adalah energi yang tersimpan dalam inti atom – energi yang menjaga inti tetap bersatu. Sangat besar jumlah energi yang dapat dilepaskan ketika inti digabungkan atau dibelah. Pembangkit listrik tenaga nuklir membelah inti atom uranium dalam sebuah proses yang disebut fisi. Matahari menggabungkan inti atom hidrogen dalam proses yang disebut fusi.

KETERSEDIAAN ENERGI

Indonesia memiliki ketersediaan energy yang amat besar. Nmaun sayang,kita belum bisa memanfaatkan seluruh potensi yang ada di Indonesia ini. Berikut ini ditampilkan cadangan energy yang ada di Indonesia,

Sedangkan cadangan minyak bumi Indonesia yaitu,

KRISIS ENERGI

Krisis energi adalah kekurangan (atau peningkatan harga) dalam persediaan sumber daya energi ke ekonomi. Krisis ini biasanya menunjuk ke kekurangan minyak bumi, listrik, atau sumber daya alam lainnya. Krisis ini memiliki akibat pada ekonomi, dengan banyak resesi disebabkan oleh krisis energi dalam beberapa bentuk. Terutama, kenaikan biaya produksi listrik, yang menyebabkan naiknya biaya produksi. Bagi para konsumen, harga BBM untuk mobil dan kendaraan lainnya meningkat, menyebabkan pengurangan keyakinan dan pengeluaran konsumen.

Krisis energi ini ditandai dengan seringnya terjadi pemadaman listrik akibat dari jumlah energy listrik yang ada tidak mencukupi kebutuhan. Yang kedua adalah,kenaikan harga BBM yang bakalan terjadi dalam waktu dekat ini. Ini terjadi karena permintaan akan bensin ataupun minyak lainnya tidak tercukupi dengan produksi yang ada.

Selain dari kenaikan harga BBM yang berdampak langsung,krisis listrik juga sangat berpengaruh pada masyarakat. Ini disebabkan pembangkit listrik yang ada di Indonesia sebagian besar masih menggunakan BBM sebagai bahan bakarutamanya.

SOLUSI KRISIS ENERGI

Selama ini ,pemakaian energy orang Indonesia termasuk yang paling boros di dunia. Banyak energy yang terbuang dan tidak digunakan secara efektif dan efisien. Sebagai buktinya,kita lihat saja di jalan raya. Begitu banyak angkutan umum yang hilir mudik,tapi rata rata jumlah penumpangnya tidak penuh seratus persen. Ini tentu saja menjadi sumber keborosan kita.

Untuk listrik,selain memang kita sering memboroskan listrik,ini terbukti dari banyak nya lampu jalan yang tetap menyala di siang hari,kita juga mengalami krisis listrik yang sebenarnya akibat tidak langsung dari krisis BBM. Ini karena pembangkit listrik yang ada sebagian besar menggunakan BBM sebagai bahan bakar utamanya.

Langkah untuk mengatasinya adalah pemakaian energy nabati ataupun energy yang bisa digunakan terus menerus seperti energy angin,energy air,geothermal,ataupun bahan bakar nabati. Tapi yang ahrus diingat,pemakaian dan pemanfaatan nya masih sangat kecil bila dibandingkan dengan pemakaiana BBM.

Selain energy yang disebutkan diatas, ada lagi sumber energy yang belum maksimal di gunakan di Indonesia. Bentuk energy itu adalah energy nuklir.Di indonesia belum dimanfaatkan secara maksimal. Untuk itulah berikut akan dijabarkan tentang energy nuklir.

Reaksi dan energy nuklir

a. Perbedaan antara reaksi kimia dan reaksi nuklir

Reaksi nuklir pertama kali ditemukan oleh Otto Hanz dan Fritz srasmann pada tahun 1938. Mereka melakukan penelitian di institute kaisar Wilhelm,Jerman, dengan cara menembaki unsure Uranium-235 (U-235) dengan partikel neutron(n) yang bergerak sangat lambat. Karena gerakannya yang sangat lambat maka neutron ini disebut neutron termik. Dari hasil penembakan tersebut,mereka mendapatkan bahwa,

1. inti atom uranium pecah menjadi inti inti atom yang lebih kecil

2. dipancarkan dua hingga tiga buah partikel neutron baru yang bergerak cepat sehingga neutron ini disebut sebagai neutron cepat.

3. dilepaskan energy panas sebesar 200 mega electron volt(MeV)

Untuk mengenal lebih jauh tentang perbedaan anatara reaksi kimia dengan reaksi nuklir(inti) ,marilah terlebih dahulu kita meninjau init atom. Inti atom tersusun atas proton dengan massa 1,67482 x 10-27 kg dan neutron dengan massa 1,67252 x 10-27 kg(dalam fisika massa proton dan neutron biasa dianggap sama) . dua jenis partikel penyusun inti ini disebut nucleon. Proton bermuatan listrik satu elementer(1,6 x 10-19 coulomb). Karena neutron tidak bermuatan listrik,maka secara keseluruhan inti atom bermuatan listrik positif. Muatan listrik positif dalam init ini selalu diimbnagioleh muatan listrik negative yaitu electron pada kulit atom yang besarnya muatannya satu elementer sama dengan muatan proton. Karena jumlah proton dalam init dan jumlah electron pada kulit atom selalu sama maka dalam keadaan normal atom atom tidak bermuatan listrik.

Gambar skema pembelahan nuklir

Reaksi yang ditemukan oleh Han dan strassman,merupakan reaksi pembelahan inti atom,dimana setelah terjadinya reaksi pembelahan tersebut,tidak ditemukan lagi inti atom U-235. Dalam reaksi inti atom U-235 pecah menjadi inti atom dengan nomor masa lebih keci dari 235 namun jumlah nomor massa dari init inti atom tersebut,sama dengan nomor massa inti atom U-235 semula. Reaksi yang ditemukan oleh Han dan strasmann ternyata sangat berlainan dengan reaksi kimia biasa yang sudah dikenal pada saat itu. .Pada reaksi kimia biasa,reaksi itu terjadi antar unsure unsure kimia . Misalnya reaksi antara senyawa Hidrogen(H2) dengan senyawa oksigen(O2) akan menghasilkan air(H2O). dari reaksi ini terlihat bahwa unsure unsure yang bereaksi ( H dan O) masih bisa ditemukan dalam senyawa hasil reaksi(H2O). karena reaksinya melibatkan init atom maka reaksi yang ditemukan oleh Hahn dan strasmann ini disebut reaksi inti atau reaksi nuklir.

REAKSI FISI DAN FUSI

Ada dua macam reaksi nuklir yang dikenal hingga saat ini yaitu

1. Reaksi fisi atau pembelahan inti

Penemuan fisi

Penemuan dari fisi nuklir adalah di tahun 1938, kira-kira 5 dekade setelah studi pada radioaktivitas dan juga ilmu pengetahuan baru mengenai fisika nuklir yang menjelaskan komponen-komponen dari sebuah atom. Pada tahun 1911, seorang berkebangsaan Selandia Baru bernama Lord Ernest Rutherford mengemukakan sebuah model atom baru yang bentuknya kecil, padat, dan nukleusnya bermuatan positif (proton) dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif (model atom ini disebut sebagai model atom Rutherford).^[4] Niels Bohr memperbaikinya pada tahun 1913 dengan menambahkan kulit-kulit elektron (atau disebut sebagai Model Bohr).

Proyek Manhattan

Di Amerika Serikat, proyek pembuatan senjata nuklir dimulai akhir 1942. Proyek ini dikerjakan oleh Korps insinyur (Angkatan Darat Amerika Serikat) tahun 1943, dikenal sebagai Manhattan Engineer District. Proyek ini dipimpin oleh Jenderal Leslie R. Groves. Ada banyak lokasi yang digunakan: Situs Hanford di negara bagian Washington, yang mempunyai reaktor nuklir skala industri pertama; Oak Ridge, Tennessee, yang fokusnya pada pengayaan uranium; dan Los Alamos, New Mexico, menjadi tempat untuk penelitian desain dan pengembangan dari bom. Sejumlah situs lainnya, seperti Laboratorium Radiasi Berkeley dan Laboratorium Metalurgi di Universitas Chicago, juga memegang peranan penting. Semua arahan ilmiah proyek ini dimanajeri oleh fisikawan J. Robert Oppenheimer.

Di bulan Juli 1945, bom atom yang pertama, "Trinity", diuji coba untuk diledakkan di padang gurun New Mexico. Bahan bakarnya adalah plutonium yang dibuat di Hanford. Di bulan Agustus 1945, 2 bom atom lagi: "Little Boy", bom uranium-235, dan "Fat Man", bom plutonium digunakan pada serangan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki.

Bertahun-tahun setelah Perang Dunia II, banyak negara di seluruh dunia melakukan pengembangan lebih jauh mengenai fisi nuklir dengan tujuan untuk keperluan reaktor nuklir dan senjata nuklir.

Dalam fisika nuklir dan kimia nuklir, fisi nuklir adalah reaksi nuklir saat nukleus atom terbagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil (nuklei yang lebih ringan), yang seringkali menghasilkan foton dan neutron bebas (dalam bentuk sinar gamma), dan melepaskan energi yang sangat besar. Dua nuklei yang dihasilkan biasanya ukurannya sebanding, dengan rasio massa sekitar 3:2 untuk isotop fisil. Fisi yang biasanya terjadi adalah fisi biner, namun kadang-kadang (2 hingga 4 kali per 1000 peristiwa), tiga pecahan bermuatan positif dihasilkan dalam fisi ternari. Bagian terkecil dari ketiga nuklei ini ukurannya bervariasi antara sebesar proton hingga nukleus argon.

Reaksi nuklir energetik ini biasanya dipicu oleh neutron, meskipun kadang-kadang fisi juga dianggap sebagai salah satu bentuk peluruhan radioaktif spontan, terutama dalam isotop dengan nomor massa yang sangat besar. Komposisi hasil yang tak dapat diprediksi (yang bervariasi dalam kemungkinan yang beragam dan ketidakberaturan) membedakan fisi dari proses penerowongan kuantum murni seperti emisi proton, peluruhan alfa, dan peluruhan kluster, yang menghasilkan produk yang sama setiap saat.

Fisi elemen berat merupakan reaksi eksotermik yang dapat melepaskan energi yang besar, baik sebagai radiasi elektromagnetik maupun energi kinetik pecahan. Agar fisi dapat menghasilkan energi, jumlah energi pengikat dari unsur yang dihasilkan harus lebih besar daripada unsur awal. Fisi merupakan salah satu bentuk transmutasi nuklir karena pecahan yang dihasilkan tidak sama dengan unsur atom awalnya.

Fisi nuklir menghasilkan energi listrik dan dimanfaatkan sebagai senjata. Pemanfaatan tersebut mungkin dilakukan karena substansi tertentu yang disebut bahan nuklir mengalami fisi saat terkena neutron fisi, dan lalu menghasilkan neutron saat mereka terbagi. Hal ini memungkinkan reaksi berantai yang melepaskan energi dalam tingkat yang terkontrol di reaktor nuklir atau dalam tingkat yang sangat cepat dan tak terkontrol dalam senjata nuklir.

Jumlah energi bebas yang dikandung dalam bahan bakar nuklir adalah jutaan kali jumlah energi bebas dalam bahan bakar kimia dengan massa yang sama (contohnya bensin), sehingga fisi nuklir merupakan sumber energi yang sangat padat. Akan tetapi, hasil dari fisi nuklir memiliki sifat radioaktif yang jauh lebih besar, sehingga menimbulkan masalah limbah nuklir. Kekhawatiran akan limbah nuklir dan daya hancur senjata nuklir telah memicu perdebatan.

Fisi nuklir dapat muncul tanpa adanya penembakan neutron, sebagai tipe dari peluruhan radioaktif. Tipe fisi yang ini disebut sebagai fisi spontan, dan jarang terjadi kecuali pada sedikit jenis isotop yang sangat berat. Pada alat-alat yang berteknologi nuklir, semua fisi nuklirnya muncul sebagai sebuah "reaksi nuklir" — sebuah proses yang dijalankan oleh penembakan yang dihasilkan dari tabrakan 2 partikel subatomik. Pada reaksi nuklir, sebuah partikel subatomik bertabrakan dengan sebuah nukleus atom dan menyebabkan perubahan padanya. Reaksi nuklir kemudian dijalankan oleh mekanika penembakan, bukan oleh peluruhan eksponensial yang relatif konstan dan karakteristik waktu paruh dari proses radioaktif spontan.

Banyak tipe dari reaksi nuklir yang saat ini sudah diketahui. Fisi nuklir berbeda sama sekali dengan tipe-tipe reaksi nuklir lainnya. Fisi nuklir dapat diperkuat dan dapat dikontrol melalui reaksi rantai nuklir. Dalam sebuah reaksi, setiap neutron yang dilepaskan oleh setiap reaksi fisi dapat menyebabkan reaksi fisi lainnya, sehingga akan melepaskan lebih banyak neutron lagi dan menyebabkan lebih banyak reaksi fisi lagi.

Isotop elemen kimia yang dapat meneruskan reaksi rantai fisi disebut bahan bakar nuklir, dan bersifat fisil. Jenis bahan bakar nuklir yang paling umum adalah ²³⁵U (isotop uranium dengan massa atom 235 dan digunakan di reaktor nuklir) dan ²³⁹Pu (isotop plutonium dengan massa atom 239). Bahan bakar nuklir ini akan terpecah menjadi 2 bagian membentuk elemen kimia dengan massa atom mendekati 95 dan 135 u (produk fisi). Kebanyakan bahan bakar nuklir melalui tahap fisi spontan dengan amat lambat, meluruh melalui sebuah reaksi peluruhan partikel alfa/partikel beta dengan waktu sampai bermilenium-milenium. Dalam reaktor nuklir atai senjata nuklir, reaksi fisi yang besar ini disebabkan karena induksi neutron yang dihasilkan dari reaksi fisi sebelumnya.

Reaksi berantai

Beberapa unsur berat, seperti uranium, thorium, dan plutonium, mengalami fisi spontan (yang merupakan salah satu bentuk peluruhan radioaktif) dan fisi terinduksi (salah satu bentuk reaksi nuklir). Isotop unsur yang mengalami fisi terinduksi saat terkena neutron bebas disebut fisionabel; isotop yang mengalami fisi saat terkena neutron termal juga disebut fisil. Beberapa fisil dan isotop tertentu (terutama ²³⁵U dan ²³⁹Pu) disebut bahan bakar nuklir karena dapat menopang reaksi berantai.

Semua isotop fisionabel dan fisil mengalami sedikit fisi spontan, yang melepaskan beberapa neutron bebas ke bahan bakar nuklir. Neutron tersebut akan dengan cepat lepas dari bahan bakar dan menjadi neutron bebas, dengan rata-rata 15 menit sebelum meluruh menjadi proton dan partikel beta. Akan tetapi, neutron hampir selalu berdampak dan diserap oleh nuklei lain di daerah sekitar sebelum ini terjadi (neutron fisi yang baru terbentuk bergerak dengan kecepatan 7% laju cahaya).

Beberapa neutron akan memengaruhi nuklei bahan bakar dan memicu fisi lanjutan, yang melepaskan lebih banyak neutron. Jika bahan bakar nuklir dikumpulkan di satu tempat, atau jika neutron yang lepas dapat ditahan, maka neutron yang baru saja dihasilkan tersebut melebihi neutron yang lepas, dan reaksi berantai nuklir terus-menerus akan berlangsung.

Reaktor fisi

Reaktor fisi kritis adalah jenis reaktor nuklir yang paling umum. Di dalam reaktor fisi kritis, neutron yang diproduksi oleh fisi dari atom bahan bakar digunakan untuk menginduksi reaksi fisi lainnya, sehingga untuk menjaga agar energi yang dilepaskan bisa dikendalikan. Alat yang dapat melakukan reaksi fisi tapi tidak bisa mandiri disebut sebagai reaktor fisi subkritis. Beberapa alat menggunakan peluruhan radioaktif atau akselerator partikel untuk menggerakkan fisi.

Reaktor fisi kritis biasanya dibangun untuk 3 tujuan utama, yang dilihat dari hasil panas yang bisa diambil atau neutron yang diproduksi dari reaksi rantai nuklir:

Pembangkit listrik adalah reaktor yang tujuannya untuk memproduksi panas untuk daya nuklir, biasanya dipakai untuk memenuhi kebutuhan listrik atau juga untuk sumber tenaga bagi kapal selam.
Reaktor penelitian dibangun dengan tujuan untuk memproduksi neutron dan/atau sumber radioaktif untuk keperluan ilmu, kedoketan, teknik, atau tujuan penelitian lainnya.
Reaktor peranakan dibangun dengan tujuan untuk memproduksi bahan bakar nuklir dari isotop yang terabaikan. Reaktor peranakan cepat dapat membuat ²³⁹Pu (bahan bakar nuklir) dari bahan yang sebelumnya terabaikan yaitu ²³⁸U (bukan bahan bakar nuklir). Reaktor peranakan termal sebelumnya telah dites menggunakan ²³²Th untuk memperbanyak isotop ²³³U yang dilanjutkan untuk dipelajari dan dikembangkan lebih jauh.

Pada dasarnya, semua reaktor fisi dapat digunakan untuk ketiga fungsi di atas. Tapi, karena tiap reaktor memiliki tujuan masing-masing maka biasanya hanya satu tugas utama saja. Reaktor pembangkit listrik biasanya mengubah energi kinetik dari hasil fisi menjadi panas yang nantinya akan digunakan untuk memanaskan fluida kerja dan menjalankan sebuah mesin panas yang nantinya menghasilkan listrik. Fluida kerja ini biasanya adalah air dengan turbin uap, tapi beberapa desain lainnya menggunakan gas helium. Reaktor-reaktor fisi ini mengeluarkan limbah berupa limbah radioaktif yang sangat sulit dibuang dengan aman, oleh karena itu biasanya limbah ini dibuang di tempat yang tahan radioaktif, misalnya di bawah tanah. Reaktor penelitian memproduksi neutron yang digunakan untuk berbagai macam keperluan, tapi panas yang dihasilkan fisi diperlakukan sebagai produk buangan yang tidak dapat dihindari. Reaktor peranakan adalah bentuk khusus dari reaktor penelitian, sampel yang menjadi penelitian biasanya adalah bahan bakarnya sendiri, yang merupakan sebuah campuran dari ²³⁸U dan ²³⁵U. Untuk deskripsi yang lebih jauh mengenai sifat-sifat fisika dan pengoperasian dari reaktor fisi kritis, silahkan lihat fisika reaktor nuklir. Untuk deskripsi mengenai aspek sosial, politik, dan lingkungan, silahkan lihat daya nuklir.

Bom fisi

Gambar Awan jamur pada saat Serangan bom atom di Hiroshima dan Nagasaki pada tahun 1945 membumbung tinggi sampai ketinggian 18 kilometer. Bom ini membunuh paling tidak 60.000 orang.

Salah satu tipe senjata nuklir adalah bom fisi (tidak sama dengan bom fusi), biasanya juga dikenal dengan nama lain bom atom adalah reaktor fisi yang didesain untuk melepaskan sebanyak mungkin energi dalam waktu sesingkat mungkin, energi yang terlepas ini akan menyebabkan reaktornya meledak dan akhirnya reaksi rantainya berhenti. Pengembangan senjata nuklir merupakan penelitian lanjutan dari fisi nuklir yang dilakukan oleh Militer A.S. selama Perang Dunia II. Proyek ini dinamakan Proyek Manhattan. Mereka kemudian mengembangkan reaksi rantai fisi yang menghasilkan 3 bom yaitu bom tes Trinity dan bom Little Boy dan Fat Man yang dijatuhkan di kota Hiroshima, Nagasaki, Jepang di bulan Agustus 1945.

Bom fisi yang pertama ini ledakannya bahkan ribuan kali lebih dahsyat dibandingkan dengan massa yang sama dari sebuah ledakan kimia. Contohnya adalah Little Boy memiliki massa total 4 ton (dengan bahan bakar nuklir 60 kg) dan panjangnya 11 meter, kekuatan ledakannya sama dengan 15 kiloton TNT, sampai-sampai menghancurkan sebagian besar kota Hiroshima. Senjata nuklir modern (yang didalamnya termasuk fusi termonuklir sebanyak satu fase fusi atau lebih) memiliki energi ratusan kali dari berat mereka jika dibandingkan dengan bom atom yang pertama ini, sehingga sebuah bom hulu ledak misil modern yang memiliki massa 1/8 kurang dari massa Little Boy, memiliki energi yang sama dengan 475.000 ton TNT, dapat menyebabkan kehancuran 10 kali luas kota Hiroshima.

2. REAKSI FUSI

Gambar Reaksi fusi deuterium-tritium (D-T) dipertimbangkan sebagai proses yang paling menjanjikan dalam memproduksi tenaga fusi.

Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.

Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka -- sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.

Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi yang menahan elektron ke inti atom. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektronvolt -- lebih kecil satu per sejuta dari 17 M eV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar di samping.

Reaksi-reaksi fusi yang dikenal baik

Rantai-rantai reaksi di dalam astrofisika

Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses "pembakaran". Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.

Reaksi-reaksi fusi yang lain

Ada banyak reaksi fusi yang lain. Pada umumnya, reaksi fusi antara dua inti atom yang lebih ringan daripada besi dan nikel, melepaskan energi. Sedangkan, reaksi fusi antara dua inti atom yang lebih berat daripada besi dan nikel, menyerap energi.

Reaktor nuklir adalah suatu tempat atau perangkat yang digunakan untuk membuat, mengatur, dan menjaga kesinambungan reaksi nuklir berantai pada laju yang tetap. Berbeda dengan bom nuklir, yang reaksi berantainya terjadi pada orde pecahan detik dan tidak terkontrol.

Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik. Reaktor penelitian digunakan untuk pembuatan radioisotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir.

Saat ini, semua reaktor nuklir komersial berbasis pada reaksi fisi nuklir, dan sering dipertimbangkan masalah risiko keselamatannya. Sebaliknya, beberapa kalangan menyatakan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir merupakan cara yang aman dan bebas polusi untuk membangkitkan listrik. Daya fusi merupakan teknologi ekperimental yang berbasi pada reaksi fusi nuklir. Ada beberapa piranti lain untuk mengendalikan reaksi nuklir, termasuk di dalamnya pembangkit thermoelektrik radioisotop dan baterai atom, yang membangkitkan panas dan daya dengan cara memanfaatkan peluruhan radioaktif pasif, seperti halnya Farnsworth-Hirsch fusor, di mana reaksi fusi nuklir terkendali digunakan untuk menghasilkan radiasi neutron.

Dari uraian diatas,dilihat dari proses terjadinya reaksi berantai ,maka reaksi nuklir dapat dibagi menjadi dua yaitu

1. reaksi nuklir terkendali ,

yaitu reaksi nuklir dimana atom yang melakukan reaksi dan jumlah panas yag dilepaskan dapat diatur atau dikendalikan disesuaikan dengan kebutuhan. Reaksi nuklir terkendali ini hanya dapat terjadi didalam teras reactor nuklir

Contohnya adalah reaksi yang terjadi pada PLTN

2. reaksi nuklir tak terkendali

Yaitu reaksi nuklir dimana jumlah atom yang melakukan reaksi beserta panas yang dilepaskannya selalu meningkat . Reaksi nuklir jenis ini dapat ditemukan pada saat terjadinya ledakan bom nuklir untuk jenis reaksi fisi dan ledakan bom hodrogen untuk jenis reaksi fusi. Reaksi nuklir yang terjadi sengaj tidak dikendal;ikan agar dilepaskan panas yang luar biasa besarnya sehingga dihasilkan daya rusak yang besar pula.

PLTN

a. proses kerja pembangkit listrik tenaga nuklir

setiap inti bahan bakar nuklir tersimpan energy yang sangat besar. Energy ini dapat dikeluarkan oleh inti atom pada saat reaksi pembelahan atau reaksi fisi. Energy tersebut berasal dari perubahan sebagian massa inti dan keluar dalam bentuk panas. Energy panas yang dihasilkan dari pembelahan satu kilogram bahan bakar nuklir @-235 sebesar 17 miliar kilo kalori. Atau setara dengan energy panas yang dihasilkan dari pembakaran 2,4 juta kilogram atau 2400 ton batu bara. Karena besarnya energy yang dihasilkan oleh reaksi nuklir ini,maka manusia berusaha untuk bisa memanfaatkannya sebaik mungkin untuk kemaslahatan dalam kehidupan sehari hari.

Agar reaksi nuklir yang terjadi dapat dikendalikan secara aman dan energy nyang dibebaskan dari reaksi nuklir tersebut dapat dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan energy,maka manusia berusaha untuk membuat suatu suatu jenis reactor nuklir yang dikenal denagn reactor daya . reactor ini dirancang sedemikian rupa supaya panashasil reaksi nuklir dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan energy listrik . karena system pembangkit listrik tersebut memanfaatkan panas hasil reaksi nuklir ,maka system ini disebut pembangkit listrik tenaga nuklir(PLTN)

Gambar perbandingan antara PLTU dan PLTN

Untuk memahami lebih lanjut tentang PLTN berikut ini akan disinggung sedikit tentang system pembangkit listrik konvensional yang umumnya sudah dikenal secara luas. . sebagai bahan pembanding kita akan melihat proses kerja dari pembangkit listrik tenaga uap.(PLTU).dalam pembangkit listrik ini,uap air dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan listrik. Uap airnya sendiri dihasilkan dari pemanasan air menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara,minyak maupun gas alam.

Dalam pembangkit listrik tenaga nuklir(PLTN) panas yang dilepaskan dari reaksi fisi dimanfaatkan untuk memproduksi energy listrik. Adapun proses pemanfaatna nuklir untuk membangkitkan energy listrik didalam PLTN adalah sebagai berikut.

- Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energy panas yang cukup banyak

- Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin ,bisa pendingin primer maupun sekunder tergantung pada tipe reactor nuklir yang digunakan.

- Uap air yang dihasilkan digunakan untuk memutar turbin sehingga dihasilkan tenaga gerak

- Tenaga gerak dari turbin tersebut digunakan untuk memutar generator dan dihasilkan listrik

Gambar negara penghasil energy nuklir

b. jenis jenis reaktor nuklir

1. reactor fisi

sekarang ini ada berbagi jenis PLTN yang beroperasi. Sebagian besar rekator daya yang digunakan adalah jenis LWR(light water reactor) atau reactor air ringan. Reactor ini terdiri dari jenis PWR(pressurized water reactor) atau reactor air tekan(52 persen) dan BWR(Boiling water reactor) atau reactor didih(21,5 persen) sedangkan sisanya (26,5 persen) terdiri dari berbagai tipe. Berikut ii digambarkan jenis reactor yang dipakai di dunia

Gambar jenis reactor fisi yang digunakan di dunia

Penjelasan :

a. Reaktor air didih (BWR, boiling water reactor)

Reactor air didih merupakan reactor yang menggunakan air sebagai pendingin sekaligus sebagai moderator. Pada reactor tipe ini panas hasil fisi dipakai secara langsung untuk menguapkan air pendingin dan uap yang terbentuk langsung dip[akai untuk memutar turbin. Setelah melalui turbin,uap tersebut akan mengalami proses pendinginan sehingga berubah menjadi air yang langsung dialihkan ke teras reactor untuk diuapkan lagi dan seterusnya . Dalam reactor ini digunakan bahan bakar Uranium diperkaya dengan tingkat 3-4 persen dalm bentuk UO₂

Namun kelemahan dari tipe reactor ini adalah air yang dipakai bisa terkontiminasi apabila terjadi kebocoran yang bisa merugikan dan membahayakan manusia.

b. Reaktor air tekan(PWR,pressurized Water reactor)

Reactor tipe ini memakai air sebagai pendingin sekaligus sebagai moderator. Bedanya dengan reactor air didih adalah pada reactor air tekan digunakan dua macam pendingin yaitu air pending primer dan air pendingin sekunder. Reaktor ini lebih aman bila dibandingkan dengan reactor air didih. Pada reactor air tekan,perputaran air pending primernya betul betul tertutup sehingga jika ada kebocoran bahan radioaktif dari selonsong bahan bakar maka kebocoran tersebut tidak akan mengalami terjadinya kontaminasi (pengotoran) radiakti pada turbin. Sedangkan pada reactor air didih ,kebocoran bahan radioaktif yang terlarut dalam air pendingin dapat menyebabkna terjadinya kontaminasi pada turbin.

c. reactor air berat(HWR, heavy water reactor)

Reactor air berat merupakan jenis reactor yang menggunakan air berat(D2O) sebagai moderator sekaligus pendingin. Karena penyerapan air berat terhadap neutron hasil fisi sangat kecil,maka reactor ini memungkinkannya digunakan Uranium alam Reaktor jenis air berat yang paling terkenal adalah CANDU(Canadian Deuterium uranium reactor) . Reaktor jenis ini dikembangkan pertama kali oleh kanada.

d. reactor Magnox (MR,magnox reactor)

e. reactor maju berpendingin gas(AGR,advanced gas cooled reactor)

2. reactor fusi

Reaksi fisi nuklir dapat dikendalikan dalam reactor nuklir. Apakah reaksi fusi dapat dikendalikan dalam suatu reaktur nuklir? Ada dua syarat utuk mengendalikan fusi yaitu:

a. Suhu harus sangat tinggi(dalam orde 10⁸ ^oC) . pada suhu tertentu disebut suhu pembakaran (ignition temperature) proses fusi akan berlangsung sendiri.

b. pada suhu sangat tinggi, semua atom terionisasi habis membentuk suatu plasma (sejenis gas yang disusun oleh partikel bermuatan seperti H+ dan e-) plasma panas ini harus ditahan dalam selang waktu yang cukup lama agar tumbukan tumbukan antar ion dapat menyebabkan fusi . Masalahnya tidak ada wadah fisik yang dapat menampung plasma panas ini.

Dalam rangka mewujudkan reaksi fusi nuklir sebagai sumber energy listrik yang lebih aman dan ramah lingkungan dibandingkan fifi nuklir yang ada saat ini ,sekitar tahun 1985 ,sebuah kolaborasi yang beranggotakan Uni soviet,amerika serikat,uni eropa,dan jepang menggagas sebuah proyek yang dinamakan ITER(international thermonuclear experimental reactor) . Hasil dari proyek ini menghasilkan Tokamak. Penjelasannya seperti berikut.

Gambar Skema tokamak

Tokamak adalah sebuah mesin yang memproduksi medan magnet berbentuk torus untuk mengurung plasma. Alat ini merupakan salah satu bentuk dari alat pengurung plasma, dan merupakan alat yang paling banyak diteliti untuk memproduksi tenaga fusi termonuklir terkendali.

Istilah tokamak berasal dari bahasa Rusia yang merupakan singkatan dari kata Rusia "тороидальная камера в магнитных катушках" (toroidal'naya kamera v magnitnykh katushkakh) - Ruang torus dengan koil magnetik.

Alat ini diciptakan pada tahun 1950-an oleh fisikawan Uni Soviet Igor Yevgenyevich Tamm dan Andrei Sakharov (yang terinspirasi oleh ide orisinil Oleg Lavrentyev).

Keunggulan tokamak

Jika dibandingkan dengan proses fisi, reaksi fusi memiliki keunggulan pada pengaturan laju reaksi. Meski proses inisiasi (awal) relatif rumit, laju reaksi pada reksi fusi lebih mudah di kontrol. Selain itu, kemungkinan adanya reaksi samping bisa dikatakan nyaris mendekati nol.

Hampir seluruh reaksi akan mengikuti jalur reaksi tunggal dan ini mengurangi kemungkinan terjadinya ledakan karena adanya reaksi samping. Dilihat dari senyawa yang terlibat dalam reaksi, hanya tritiumlah yang memiliki kadar radioaktif dan tritium sendiri hanyalah senyawa antara.

Keuntungan dan kekurangan PLTN

Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) - gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas)
Tidak mencemari udara - tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia
Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal)
Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang diperlukan
Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan
Baterai nuklir - (lihat SSTAR)

Selain penjelasan singkat seperti diatas,ada bebrapa alas an lagi yaitu,,

Berdasarkan hasil audit lingkungan di Instalasi Energi Vattenfall, PLTN milik mereka menghasilkan gas emisi jauh lebih rendah dibandingkan pembangkit listrik yang menggunakan batubara maupun gas bumi. Dan pada tahun-tahun mendatang, diperkirakan total keseluruhan biaya dari PLTN ini termasuk biaya konstuksi, operasional, pengolahan limbah, dan dekomisioning hanya berada di kisaran 3-5 sen per KWH. Biaya pembangunan instalasi PLTN tersebut dari awal akan terbayar lunas hanya dalam waktu 2 bulan setelah beroperasi. Cadangan uranium dunia saat ini cukup untuk memenuhi kebutuhan listrik dunia selama 50 tahun. Beberapa pihak juga berspekulasi bahwa ini mampu bertahan hingga 150 tahun. Dan diperkirakan PLTN generasi berikutnya akan mampu memanfaatkan seluruh energi yang terkandung didalam biji uranium. Dan pada saat itu, bumi masih memiliki cadangan Uranium dan Torium yang cukup untuk memasok kebutuhan listrik dunia hingga ratusan abad.

Gas Emisi dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Ada kekhawatiran di seluruh dunia atas prospek Pemanasan Global terutama yang disebabkan oleh emisi gas Karbon Dioksida (CO2) dari pembakaran bahan bakar fosil. Meskipun proses menjalankan pembangkit Tenaga Nuklir tidak menghasilkan CO2, beberapa emisi CO2 timbul dari pembangunan pabrik, pertambangan dari Uranium, proses pengayaan dari Uranium, konversi menjadi Bahan Bakar Nuklir, pembuangan akhir dan dekomisioning . Jumlah CO2 yang dihasilkan oleh proses sekunder terutama (tergantung pada metode yang digunakan ) untuk memperkaya Uranium (proses difusi gas pengayaan menggunakan sekitar 50 kali lebih banyak listrik daripada metode centrifuge gas) dan sumber listrik yang digunakan untuk proses pengayaan.

Vattenfall menemukan bahwa rata-rata selama seluruh siklus pembangkit tenaga nuklir termasuk pertambangan Uranium, penggilingan, pengayaan, pembangunan pabrik, pengoperasian, pembongkaran dan pembuangan limbah, jumlah CO2 yang dipancarkan per KW-Hr listrik yang dihasilkan adalah 3,3 gram per KW-Hr dari daya yang dihasilkan. Vattenfall mengukur output CO2 dari Gas Bumi menjadi 400 gram per KW-Hr dan dari batubara menjadi 700 gram per KW-Hr. Jadi tenaga nuklir yang dihasilkan oleh Vattenfall, yang mungkin merupakan praktik pembangkit tenaga nuklir terbaik Dunia, memancarkan kurang dari seperseratus CO2 dari Bahan Bakar berbasis Fosil. Bahkan Vattenfall menemukan bahwa PLTN memancarkan CO2 kurang dari salah mekanisme pembangkit energi lain termasuk Air, Angin, Solar dan Biomass meskipun semua proses ini memancarkan jauh kurang dari pembangkit listrik berbahan bakar fosil.

Berikut ini berberapa hal yang menjadi kekurangan PLTN:

Risiko kecelakaan nuklir - kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl (yang tidak mempunyai containment building)
Limbah nuklir - limbah radioaktif tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun. AS siap menampung limbah ex PLTN dan Reaktor Riset. Limbah tidak harus disimpan di negara pemilik PLTN dan Reaktor Riset. Untuk limbah dari industri pengguna zat radioaktif, bisa diolah di Instalasi Pengolahan Limbah Zat Radioaktif, misal yang dimiliki oleh BATAN Serpong.

Daftar pustaka

Akhadi,mukhlis ,1997, pengantar teknologi nuklir,cetakan pertama,pengantar teknologi nuklir . Jakarta

L.bernard cohen,1982, concept of nuclear physic, tata mc graw hill publishing company Ltd ,New Delhi

Website:

http://id.wikipedia.org/wiki/Fusi_nuklir

http://r3z4ni.wordpress.com/2010/11/03/energi-nuklir-pengertian-dan-pemanfaatannya/

http://id.wikipedia.org/wiki/Fisi_nuklir

http://id.wikipedia.org/wiki/Tokamak

http://id.wikipedia.org/wiki/Reaktor_nuklir