Tindak balas nuklear

Dalam fizik nuklear, sebuah tindak balas nuklear melanggarkan dua nukleus atau zarah dua atom asing berhasil jauh beza dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah tindak balas dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang belanggar, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Dikenal dua tindak balas nuklear, iaitu tindak balas pelakuran nuklear yang menggabungkan dua atau lebih nukelus menjadi atom baru dan pembelahan nuklear. Reaksi pelakuran nuklear menghasilkan tenaga, juga dikenal sebagai tindak balas yang bersih.

Reaksi pelakuran antara litium-6 dan Deuterium yang menghasilkan 2 atom Helium-4.

Reaksi pembelahan nuklear adalah tindak balas pembelahan nukleus atom akibat berlanggar dengan nukelus atom lainnya, dan menghasilkan tenaga dan atom baru yang berjisim lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi pelakuran juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gama yang sangat membahayakan manusia.

Contoh tindak balas pelakuran nuklear adalah tindak balas yang terjadi dalam nukleus hampir semua bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip tindak balas pelakuran tak terkawal. Contoh tindak balas ini adalah letupan senjata nuklear dan pembangkit tenaga elektrnik janaan nuklear.

Unsur yang sering digunakan dalam tindak balas fisi nuklear adalah Plutonium (terutama isotop 239) dan Uranium (terutama isotop 235), sedangkan dalam tindak balas pelakuran nuklear adalah litium dan hidrogen (terutama litium-6, Deuterium, Tritium).

Perwakilan

Persamaan tindak balas nuklear ditulis serupa seperti persamaan dalam tindak balas kimia. Setiap isotop ditulis dalam bentuk: simbol kimianya dan nombor jisim. Partikel neutron dan elektron, masing-masing ditulis dalam simbol n dan e. Partikel proton atau protium (sebagai nukelus atom hidrogen) ditulis dalam simbol p. Partikel deuterium dan tritium, masing-masing ditulis dalam simbol D dan T.

Contohnya:

   litium-6 + Deuterium -> Helium-4 + Helium-4

      6Li  +   D       ->   4He  +   4He

      6Li  +   D       -> 2 4He

isotop helium-4, disebut juga zarah alfa, boleh ditulis dalam simbol α

Jadi, boleh juga ditulis:

      6Li  +   D       ->    α    +    α

atau:

      6Li(D,α)α     (bentuk yang dipadatkan)

Tenaga

Untuk menghitung tenaga yang dihasilkan, perubahan jisim isotop sebelum dan sesudah tindak balas nuklear dikira. Jumlah jisim yang hilang dikalikan dengan kuadrat kelajuan cahaya bersamaan dengan tenaga yang dilepaskan dalam tindak balas itu.

   (lihat Jadual isotop unsur ringan (0 sampai 8))   

   jisim isotop litium-6: 6.015122795

   jisim isotop deuterium: 2.0141017778

   jisim isotop helium-4: 4.00260325415

    litium-6  +  Deuterium  ->   Helium-4    +    Helium-4

   6.015122795 + 2.0141017778 -> 4.00260325415  +  4.00260325415

         8.0292245728        ->          8.0052065083

  Jisim yang hilang: 8.0292245728 - 8.0052065083 = 0.0240180645 μ  (0.3%)

                                                                  (dibulatkan)

         E = mc2

         E = mc2  =       1u             x      c2

                  = 1.660538782×10−27 kg x (299,792,458 m/s)2

                  = 149241782981582746.248171448×10−27 Kg m2/s2

                  = 149241782981582746.248171448×10−27 J

                  = 931494003.23310656815183435498209 ev

                  = 931.49 Mev       (dibulatkan)

   Jadi, jisim 1μ = 931.49 Mev

         E = mc2  =       1 Kg           x      c2

                 =       1 kg           x (299,792,458 m/s)2

                  = 89875517873681764 Kg m2/s2

                  = 89875517873681764 J

                  = 89.875 PJ       (dibulatkan)

  Jadi, jisim 1 Kg = 89.875 PJ

  Jadi tenaga yang dapat dihasilkan = 89,875 PJ/kg =  21.48 Mt TNT/kg

                                   =149.3   pJ/μ   = 931.49 MeV/μ

         E = 0.0240180645 μ    x   931.49 MeV

         E = 22.372586901105 MeV  (dengan ketepatan 1%)

         E = 22.4 Mev            (dibundarkan)

  Jadi, persamaan tindak balasnya:

    6Li + D ->  4He (11.2 MeV)   +   4He (11.2 MeV)

    6Li + D -> 2 4He  +  22.4 MeV

  Jisimnya hilang sebanyak 0.3 % (dibundarkan dari 0.2991330517938 %)

                          0.3 %  x  21.48 Mt TNT/kg  = 64 Kt/kg (dibulatkan)

  Maka, jumlah tenaga yang boleh dihasilkan (dengan 100 % kecekapan)

  melalui tindak balas pelakuran nuklear bahan:

     Litium-6 + Deuterium  =  64 Kt/kg  (dibundarkan)

Rata-rata kandungan tenaga nuklear

Berikut adalah jumlah tenaga nuklear yang boleh dihasilkan setiap kg bahan mentah:

Pembelahan nuklear:

   Uranium-233: 17.8 Kt/kg  =  17800 Ton TNT/kg

   Uranium-235: 17.6 Kt/kg  = 17600 Ton TNT/kg

  Plutonium-239: 17.3 Kt/kg  = 17300 Ton TNT/kg

Pelakuran nuklear:

  Deuterium + Deuterium: 82.2 Kt/kg  =  82200 Ton TNT/kg

  Tritium   + Deuterium: 80.4 Kt/kg  = 80400 Ton TNT/kg

  Litium-6 + Deuterium: 64.0 Kt/kg =  64000 Ton TNT/kg

Lihat pula

• Otto Hahn

• Persamaan jisim-tenaga (E=mc²)

• Jadual isotop unsur ringan (0 sampai 8)

• Jadual isotop (lengkap)

• nukleus atom

• Fizik nuklear

• Nombor atom (angka atom)

• Jisim atom

• Kitaran CNO (tindak balas pelakurann karbon-nitrogen)

• Proses Oppenheimer-Phillips

• Born approximation

Rujukan  

• Isotope masses - Ame2003 Atomic Mass Evaluation Diarkibkan 2008-09-23 di Wayback Machine by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).

Pautan luar

• The Physics Hypertextbook - Pelakuranon

• Nuclear Weapons Frequently Asked Questions & Useful Tables