CHAPTER 19
(SUB CHAPTER 19.5-19.8)
1. Tujuan [back]
2. Alat dan Bahan [back]
Berikut komponen yang di gunakan :
3. Dasar Teori [back]
19.5 Fisi Nuklir
Fisi nuklir adalah proses di mana sebuah inti yang berat (nomor massa 200) membelah menjadi inti yang lebih kecil dari massa menengah dan satu atau lebih neutron. Karena inti berat kurang stabil dibandingkan produknya, proses ini melepaskan energi dalam jumlah besar.
Reaksi fisi nuklir pertama yang dipelajari adalah reaksi uranium-235 yang dibombardir dengan neutron lambat, yang kecepatannya sebanding dengan kecepatan molekul udara pada suhu kamar. Dalam kondisi ini, uranium-235 mengalami fisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.6. Sebenarnya, reaksi ini sangat kompleks: Lebih dari 30 elemen berbeda telah ditemukan di antara produk fisi (Gambar 19.7).
(Hasil Relatif dari produk yang dihasilkan dari fisi 235 U sebagai fungsi dari nomor massa)
Fitur penting dari fisi uranium-235 bukan hanya jumlah energi yang dilepaskan sangat besar, tetapi fakta bahwa lebih banyak neutron yang dihasilkan daripada yang ditangkap dalam proses. Properti ini memungkinkan a reaksi berantai nuklir, yang mana urutan reaksi fisi nuklir mandiri. Neutron yang dihasilkan selama tahap awal fisi dapat menyebabkan fisi di inti uranium-235 lainnya, yang pada gilirannya menghasilkan lebih banyak neutron, dan seterusnya. Dalam waktu kurang dari satu detik, reaksinya bisa menjadi tidak terkendali, melepaskan sejumlah besar panas ke sekitarnya.
Agar reaksi berantai terjadi, cukup uranium-235 harus ada dalam sampel untuk menangkap neutron. Jika tidak, banyak neutron akan lepas dari sampel dan reaksi berantai tidak akan terjadi. Dalam situasi ini dikatakan massa sampel subkritis. Gambar 19.8 menunjukkan apa yang terjadi jika jumlah bahan fisi sama dengan atau lebih besar dari massa kritis, massa minimum bahan fisi yang diperlukan untuk menghasilkan reaksi berantai nuklir mandiri. Dalam hal ini, sebagian besar neutron akan ditangkap oleh inti uranium-235, dan reaksi berantai akan terjadi.
Gambar 19.8, Jika massa kritis saat ini, banyak neutron yang dipancarkan selama proses fisi akan ditangkap oleh yang lain 235 Inti U dan reaksi berantai akan terjadi.
Bom Atom
Penerapan pertama fisi nuklir adalah dalam pengembangan bom atom. Bagaimana bom itu dibuat dan diledakkan? Faktor krusial dalam desain bom adalah penentuan massa kritis bom. Sebuah bom atom kecil setara dengan 20.000 ton TNT (trinitrotoluene). Karena 1 ton TNT melepaskan sekitar 4 x 109 J energi, 20.000 ton akan menghasilkan 8 x 1013 J. Sebelumnya kita telah melihat bahwa 1 mol, atau 235 g, uranium-235 membebaskan 2.0 x 1013 J energi saat mengalami fisi. Jadi, massa isotop yang ada dalam bom kecil harus paling sedikit.
Untuk alasan yang jelas, bom atom tidak pernah dirakit dengan massa kritis yang sudah ada. Sebaliknya, massa kritis dibentuk dengan menggunakan bahan peledak konvensional, seperti TNT, untuk memaksa bagian fisi menjadi satu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.9. Neutron dari sumber di tengah perangkat memicu reaksi berantai nuklir. Uranium-235 adalah bahan fisi dalam bom yang dijatuhkan di Hiroshima, Jepang, pada 6 Agustus 1945. Plutonium-239 digunakan dalam bom yang meledak di Nagasaki 3 hari kemudian. Reaksi fisi yang dihasilkan serupa dalam dua kasus ini, seperti tingkat kerusakannya.
Gambar 19.9 Diagram skematik dari bom atom. Bahan peledak TNT diledakkan lebih dulu. Ledakan memaksa bagian-bagian material yang dapat fisi bersama-sama membentuk jumlah yang jauh lebih besar daripada massa kritis.
Reaktor Nuklir
Penerapan fisi nuklir yang damai namun kontroversial adalah pembangkitan listrik dengan menggunakan panas dari reaksi berantai terkontrol dalam reaktor nuklir. Saat ini, reaktor nuklir menyediakan sekitar 20 persen energi listrik di Amerika Serikat. Ini adalah kontribusi kecil tetapi tidak dapat diabaikan untuk produksi energi negara. Beberapa jenis reaktor nuklir sedang beroperasi; kami akan membahas secara singkat fitur utama dari ketiganya, beserta kelebihan dan kekurangannya.
Reaktor Air Ringan
Sebagian besar reaktor nuklir di Amerika Serikat berada reaktor air ringan. Gambar 19.10 adalah diagram skema reaktor tersebut, dan Gambar 19.11 menunjukkan proses pengisian bahan bakar di inti reaktor nuklir. Aspek penting dari proses fisi adalah kecepatan neutron. Neutron lambat membelah inti uranium-235 lebih efisien daripada yang cepat. Karena reaksi fisi sangat eksotermis, neutron yang dihasilkan biasanya bergerak dengan kecepatan tinggi. Untuk efisiensi yang lebih besar, mereka harus diperlambat sebelum dapat digunakan untuk memicu disintegrasi nuklir. Untuk mencapai tujuan ini, para ilmuwan menggunakan moderator, yang mana zat yang dapat mengurangi energi kinetik neutron. Moderator yang baik harus memenuhi beberapa persyaratan: Harus tidak beracun dan tidak mahal (karena diperlukan dalam jumlah yang sangat besar); dan harus menahan konversi menjadi zat radioaktif oleh bombardir neutron. Selain itu, menguntungkan bagi moderator untuk menjadi fluida sehingga bisa juga digunakan sebagai pendingin. Tidak ada zat yang memenuhi semua persyaratan ini, meskipun air lebih mendekati dari banyak orang lain yang telah dipertimbangkan. Reaktor nuklir yang menggunakan air ringan (H 2 O) sebagai a moderator disebut reaktor air ringan karena 1 1 H adalah isotop paling ringan dari unsur hidrogen. Bahan bakar nuklir terdiri dari uranium, biasanya dalam bentuk oksida U 3 HAI 8 (Gambar 19.12). Uranium alami mengandung sekitar 0,7 persen uranium235 isotop, yang konsentrasinya terlalu rendah untuk mempertahankan reaksi berantai skala kecil. Untuk pengoperasian yang efektif dari reaktor air ringan, uranium-235 harus diperkaya
Gambar 19.10 Skema Melindungi diagram reaktor fisi nuklir. Proses fisi dikendalikan oleh batang kadmium atau boron. Panas yang dihasilkan oleh proses tersebut digunakan untuk menghasilkan uap untuk pembangkit listrik melalui sistem pertukaran panas.
Reaktor Air Berat
Reaktor nuklir jenis lain menggunakan D 2 O, atau air berat, sebagai moderator, bukan H. 2 O. Deuterium menyerap neutron jauh lebih tidak efisien daripada hidrogen biasa. Karena lebih sedikit neutron yang diserap, reaktor lebih efisien dan tidak membutuhkan uranium yang diperkaya. Fakta bahwa deuterium adalah moderator yang kurang efisien berdampak negatif pada pengoperasian reaktor, karena lebih banyak neutron yang bocor keluar dari reaktor. Namun, ini bukanlah kerugian yang serius. Keuntungan utama reaktor air berat adalah menghilangkan kebutuhannya membangun fasilitas pengayaan uranium yang mahal. Namun demikian, D 2 O harus dibuat dengan distilasi fraksional atau elektrolisis air biasa, yang bisa sangat membantu mahal mengingat jumlah air yang digunakan dalam reaktor nuklir. Di negara dimana tenaga hidroelektrik melimpah, biaya produksi D. 2 O dengan elektrolisis bisa jadi cukup rendah. Kanada saat ini adalah salah satu dari sedikit negara yang berhasil menggunakan reaktor nuklir air berat. Fakta bahwa tidak diperlukan uranium yang diperkaya dalam reaktor air berat memungkinkan suatu negara menikmati manfaat tenaga nuklir tanpa melakukan pekerjaan yang terkait erat dengan teknologi persenjataan.
Breeder Reaktor
Sebuah reaktor breeder menggunakan bahan bakar uranium, tapi tidak seperti reaktor nuklir konvensional menghasilkan lebih banyak bahan yang dapat membelah daripada yang digunakannya.
Dalam reaktor breeder yang khas, bahan bakar nuklir yang mengandung uranium-235 atau plutonium-239 dicampur dengan uranium-238 sehingga berkembang biak di dalam inti. Untuk setiap inti uranium-235 (atau plutonium-239) yang mengalami fisi, lebih dari satu neutron ditangkap oleh uranium-238 untuk menghasilkan plutonium-239. Dengan demikian, timbunan bahan fisi dapat terus ditingkatkan seiring dengan pemakaian bahan bakar nuklir. Dibutuhkan sekitar 7 hingga 10 tahun untuk meregenerasi sejumlah besar bahan yang dibutuhkan untuk mengisi bahan bakar reaktor asli dan untuk mengisi bahan bakar reaktor lain dengan ukuran yang sebanding. Interval ini disebut menggandakan waktu.
Meskipun jumlah uranium-238 dan thorium-232 di kerak bumi relatif banyak (masing-masing 4 ppm dan 12 ppm menurut massa), perkembangan reaktor breeder sangat lambat. Hingga saat ini, Amerika Serikat tidak memiliki satu pun reaktor breeder yang beroperasi, dan hanya sedikit yang telah dibangun di negara lain, seperti Prancis dan Rusia. Satu masalah adalah ekonomi; reaktor breeder lebih mahal untuk dibangun daripada reaktor konvensional. Ada juga kesulitan yang lebih teknis terkait dengan pembangunan reaktor semacam itu. Akibatnya, masa depan reaktor breeder, setidaknya di Amerika Serikat, agak tidak pasti.
Bahaya Energi Nuklir
1. Adanya kecelakaan terhadap pabrik nuklir yang menyebabkan adanya radiasi yang sangat intens sehingga membuat pekerja dan penduduk setempat meninggal.
2. Walaupun sudah ada beberapa saran dalam pembuangan limbah nuklir seperti , seperti penguburan di bawah tanah, penguburan di bawah dasar laut, dan penyimpanan di formasi geologi yang dalam. Namun hal itu masih kurang memuaskan karena masih adanya dampak negative seperti kebocoran limbah radioaktif ke air bawah tanah.
19.6 Fusi Nuklir
Berbeda dengan proses fisi nuklir, fusi nuklir, menggabungkan inti kecil menjadi yang lebih besar, sebagian besar dibebaskan dari masalah pembuangan limbah.
Fusi nuklir terjadi secara konstan di bawah sinar matahari. Matahari sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium. Di bagian dalamnya, di mana suhu mencapai sekitar 15 juta derajat Celcius
Reaktor Fusi
Perhatian utama dalam memilih proses fusi nuklir yang tepat untuk produksi energi adalah suhu yang diperlukan untuk menjalankan proses tersebut. Beberapa reaksi yang menjanjikan adalah :
Berbeda dengan proses fisi, fusi nuklir terlihat seperti sumber energi yang sangat menjanjikan, setidaknya "di atas kertas". Meskipun polusi termal akan menjadi masalah, fusi memiliki keuntungan sebagai berikut:
(1) Bahan bakar murah dan hampir tidak bisa habis dan
(2) prosesnya menghasilkan sedikit limbah radioaktif. Jika mesin fusi dimatikan, itu akan mati sepenuhnya dan seketika, tanpa ada bahaya kehancuran.
Jika fusi nuklir begitu hebat, mengapa tidak ada satu pun reaktor fusi yang menghasilkan energi? Meskipun kami memerintahkan pengetahuan ilmiah untuk merancang reaktor semacam itu, kesulitan teknis belum terpecahkan. Masalah dasarnya adalah menemukan cara untuk menahan inti cukup lama, dan pada suhu yang sesuai, agar fusi terjadi. Pada suhu sekitar 100 juta derajat Celcius, molekul tidak dapat eksis, dan sebagian besar atau semua atom dilepaskan dari elektronnya. Ini keadaan materi, campuran gas ion positif dan elektron, disebut plasma. Masalah plasma ini adalah masalah yang berat.
Wadah padat apa yang bisa ada pada suhu seperti itu? Tidak ada, kecuali jumlah plasma kecil; tetapi kemudian permukaan padat akan segera mendinginkan sampel dan menghentikan reaksi fusi. Salah satu pendekatan untuk memecahkan masalah ini adalah dengan menggunakan kurungan magnetis. Karena plasma terdiri dari partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan tinggi, medan magnet akan memberikan gaya padanya. Seperti yang ditunjukkan Gambar 19.14, plasma bergerak melalui terowongan berbentuk donat, terkurung oleh medan magnet yang kompleks. Jadi, plasma tidak pernah bersentuhan dengan dinding wadah.
Desain lain menggunakan laser untuk memicu reaksi nuklir. Satu pendekatan memfokuskan 192 sinar laser daya tinggi pada pelet bahan bakar kecil yang mengandung deuterium dan tritium (Gambar 19.15).
Energi dari laser memanaskan pelet ke suhu yang sangat tinggi, menyebabkannya meledak, yaitu, runtuh ke dalam dari semua sisi menjadi volume kecil. Dalam kondisi ini, proses fusi dimulai. National Ignition Facility AS melaporkan pada Februari 2014 bahwa untuk pertama kalinya energi yang dihasilkan oleh fusi di laboratorium melebihi jumlah yang digunakan untuk menginduksi proses, termasuk satu eksperimen yang menggandakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk penyalaan. Meskipun banyak kesulitan teknis yang masih harus dipecahkan sebelum fusi nuklir dapat digunakan secara praktis dalam skala besar, para ilmuwan sangat antusias dengan hasil positif pertama setelah kerja keras selama bertahun-tahun.
Bom Hidrogen
Masalah teknis yang melekat pada desain reaktor fusi nuklir tidak mempengaruhi produksi bom hidrogen, yang juga disebut bom termonuklir. Dalam hal ini, tujuannya adalah semua kekuasaan dan tidak ada kendali. Bom hidrogen tidak mengandung gas hidrogen atau gas deuterium; namun mengandung solid lithium deuteride (LiD), yang dapat dikemas dengan sangat rapat. Ledakan bom hidrogen terjadi dalam dua tahap — pertama reaksi fisi dan kemudian reaksi fusi. Suhu yang dibutuhkan untuk fusi dicapai dengan bom atom. Segera setelah bom atom meledak, reaksi fusi berikut terjadi, melepaskan sejumlah besar energi (Gambar 19.16):
19.7 Kegunaan Isotop
Isotop radioaktif dan stabil sama-sama memiliki banyak aplikasi dalam sains dan kedokteran. Kami sebelumnya telah menjelaskan penggunaan isotop dalam studi mekanisme reaksi (lihat Bagian 13.5) dan dalam penanggalan artefak (hal. 586 dan Bagian 19.3). Pada bagian ini kita akan membahas beberapa contoh lagi.
Penentuan Struktural
Selama beberapa tahun, ahli kimia tidak yakin untuk mengetahui apakah dua atom sulfur menempati posisi ekivalen dalam ion. Ion tiosulfat dibuat dengan perlakuan ion sulfit dengan unsur belerang:
Ketika tiosulfat diolah dengan asam encer, reaksinya dibalik. Ion sulfit dibentuk kembali dan unsur sulfur mengendap:
Studi Fotosintesis
19.8 Efek Biologis Radiasi
Efek Biologis Radiasi
Intensitas radiasi tergantung pada jumlah disintegrasi serta energi dan jenis radiasi yang dipancarkan. Satu unit umum untuk dosis serapan radiasi adalah rad (r adiation Sebuah terserap d ose), yaitu besarnya radiasi yang menghasilkan penyerapan 1 x 10-2 J per kilogram bahan iradiasi. Efek biologis radiasi juga tergantung pada bagian tubuh yang diradiasi dan jenis radiasi. Karena alasan ini, rad sering kali dikalikan dengan faktor yang disebut RBE ( r elatif b iologis e kefektifan). RBE kira-kira 1 untuk radiasi beta dan gamma dan sekitar 10 untuk radiasi alfa. Untuk mengukur kerusakan biologis, yang bergantung pada kecepatan dosis, dosis total, dan jenis jaringan yang terkena, kami memperkenalkan istilah lain yang disebut a rem (roentgen equivalent for man), diberikan oleh
jumlah rem = (jumlah rad) (RBE)
Dari ketiga jenis radiasi nuklir, partikel alfa biasanya memiliki daya tembus paling kecil. Partikel beta lebih berpenetrasi daripada partikel alfa, tetapi kurang dari sinar gamma. Sinar gamma memiliki panjang gelombang yang sangat pendek dan energi yang tinggi. Selain itu, karena tidak membawa muatan, mereka tidak dapat dihentikan dengan melindungi bahan semudah partikel alfa dan beta. Namun, jika pemancar alfa atau beta jika tertelan, efek merusaknya sangat diperburuk karena organ akan terus-menerus terkena radiasi yang merusak dari jarak dekat. Misalnya, strontium-90, penghasil beta, dapat menggantikan kalsium dalam tulang, yang menyebabkan kerusakan terbesar.
Tabel 19.7 mencantumkan jumlah rata-rata radiasi yang diterima orang Amerika setiap tahun. Harus ditunjukkan bahwa untuk paparan radiasi jangka pendek, dosis 50-200 rem akan menyebabkan penurunan jumlah sel darah putih dan komplikasi lainnya, sedangkan dosis 500 rem atau lebih dapat menyebabkan kematian dalam beberapa minggu. Standar keselamatan saat ini mengizinkan pekerja nuklir untuk terpapar tidak lebih dari 5 rem per tahun dan menentukan maksimal 0,5 rem radiasi buatan manusia per tahun untuk masyarakat umum.
Dasar kimiawi dari kerusakan radiasi adalah radiasi pengion. Radiasi partikel atau sinar gamma dapat menghilangkan elektron dari atom dan molekul yang dilewatinya, yang mengarah pada pembentukan ion dan radikal. Radikal ( disebut juga Radikal bebas) adalah fragmen molekul yang memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan; mereka biasanya berumur pendek dan sangat reaktif.
Telah lama diketahui bahwa paparan radiasi berenergi tinggi dapat menyebabkan kanker pada manusia dan hewan lainnya. Kanker ditandai dengan pertumbuhan sel yang tidak terkendali. Di sisi lain, terbukti juga bahwa sel kanker dapat dihancurkan dengan pengobatan radiasi yang tepat. Dalam terapi radiasi, kompromi dicari. Radiasi yang terpapar pada pasien harus cukup untuk menghancurkan sel kanker tanpa membunuh terlalu banyak sel normal dan, diharapkan, tanpa menimbulkan bentuk kanker lain.
4. Percobaan [back]
a. Prosedur Percobaan
c.Prinsip Kerja Rangkaian [back]
d. Video [back]
Video Materi
e. Link download [back]
-Download Video Materi Di Sini
-Download Datasheet Sensor Suhu thermistor Materi Di Sini
-Download File Rangkaian Di Sini
-Download File HTML Di Sini
-Download File Materi Di Sini
No comments:
Post a Comment