Fusi nuklir
Dalam fisika nuklir, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah reaksi dimana dua inti atom bergabung membentuk satu atau lebih inti atom yang lebih besar dan partikel subatom (neutron atau proton). Perbedaan dalam massa antara reaktan dan produk dimanifestasikan sebagai pelepasan energi dalam jumlah besar. Perbedaan dalam massa ini muncul akibat perbedaan dalam energi ikatan inti atom antara sebelum dan setelah reaksi. Fusi nuklir adalah proses yang memberikan daya bagi bintang untuk bersinar.
Proses fusi yang menghasilkan nukleus lebih ringan dari besi-56 atau nikel-62 secara umum tidak akan melepaskan sejumlah energi bersih. Elemen-elemen ini memiliki massa per nukleon terendah dan energi ikatan per nukleon tertinggi. Fusi elemen-elemen ringan akan melepas energi (eksotermis), sedangkan fusi yang menghasilkan inti lebih berat dari elemen ini, akan menghasilkan energi yang ditahan oleh nukleon yang dihasilkan (reaksi endotermis). Kebalikannya ini benar untuk proses yang berkebalikan, fisi nuklir. Hal ini berarti untuk elemen ringan, seperti hidrogen dan helium secara umum lebih mudah fusi; sedangkan untuk elemen yang lebih berat, seperti uranium dan plutonium, lebih mudah fisi.
Proses fusi membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom 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 eksotermis 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 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar di samping.
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.
Beberapa contoh reaksi fusi nuklir yang dapat dilangsungkan di permukaan Bumi adalah sebagai berikut:
(1)D+T→4He(3.5 MeV)+n(14.1 MeV)(2i)D+D→T(1.01 MeV)+p(3.02 MeV)50%(2ii)→3He(0.82 MeV)+n(2.45 MeV)50%(3)D+3He→4He(3.6 MeV)+p(14.7 MeV)(4)T+T→4He+2n+ 11.3 MeV(5)3He+3He→4He+2p+ 12.9 MeV(6i)3He+T→4He+p+n+ 12.1 MeV51%(6ii)→4He(4.8 MeV)+D(9.5 MeV)43%(6iii)→4He(0.5 MeV)+n(1.9 MeV)+p(11.9 MeV)6%(7)D+6Li→24He+ 22.4 MeV(8)p+6Li→4He(1.7 MeV)+3He(2.3 MeV)(9)3He+6Li→24He+p+ 16.9 MeV(10)p+11B→34He+ 8.7 MeV(11)p+7Li→24He+ 17.3 MeV
p (protium), D (deuterium), dan T (tritium) adalah sebutan untuk isotop-isotop hidrogen.
Sebagai tambahan/ pendukung kepada reaksi fusi utama (yang diinginkan), beberapa reaksi fusi berikut yang mana diikutsertakan/ disebabkan oleh neutron dan deuterium adalah penting. Dimana reaksi ini menghasilkan tritium dan lebih banyak neutron, dalam bomb nuklir dan reaktor nuklir:
(12)n+6Li→4He+T+ 4.7 MeV(13)n+7Li→4He+T+ n - 2.47 MeV(14)n+9Be→8Be+2n- 1.67 MeV(15)D+9Be→8Be+T+ 4.53 MeV
(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)
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.
Fusi Laser Fusi dingin Fusi Helium Fusi Muon-terkatalisis Antimatter catalyzed nuclear pulse propulsion Garis waktu fusi nuklir Pengembangan energi pada masa depan
- A guide to fusion from the UKAEA Mol, Belgium
Kategori:Fisika nuklir Kategori:Kimia nuklir