Energi nuklir adalah salah satu sumber energi paling kuat di dunia. Umumnya digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir besar untuk menghasilkan listrik dalam skala besar. Namun, sedikit yang mengetahui proses yang memungkinkan inti atom diubah menjadi energi praktis untuk kehidupan sehari-hari. Secara umum, energi ini dihasilkan dari dua proses berbeda: Fisi nuklir y fusi nuklir.
Pada artikel ini, kita akan mempelajari prosesnya Fisi nuklir, menjelaskan bagaimana jenis energi ini dihasilkan, apa mekanismenya, dan perbedaannya dengan fusi nuklir, serta topik-topik utama lainnya.
Apa itu fisi nuklir?
Fisi nuklir adalah jenis reaksi nuklir di mana inti atom berat terpecah menjadi inti yang lebih ringan, melepaskan sejumlah besar energi dalam prosesnya. Energi inilah yang kemudian diubah, terutama, menjadi listrik dalam kasus pembangkit listrik tenaga nuklir.
Dalam proses ini, neutron bertabrakan dengan inti atom yang tidak stabil, seperti uranium-235 atau plutonium-239. Dengan menangkap neutron tersebut, itu inti menjadi lebih tidak stabil dan terbelah, melepaskan neutron dan energi tambahan dalam bentuk panas dan radiasi.
Neutron tambahan ini, pada gilirannya, dapat memicu lebih banyak reaksi fisi dengan bertabrakan dengan inti tidak stabil lainnya, sehingga mempertahankan a reaksi berantai yang jika tidak dikendalikan dengan baik, dapat menyebabkan pelepasan energi secara besar-besaran dan bersifat merusak. Inilah prinsip dasar yang memungkinkan beroperasinya reaktor nuklir.
Sebuah inti fisi tunggal Hal ini dapat menghasilkan energi jutaan kali lebih banyak dibandingkan reaksi kimia biasa, seperti pembakaran batu bara atau gas. Kinerja energi yang mengesankan inilah yang menjadikan energi nuklir sebagai pilihan yang menarik untuk produksi listrik.
Reaksi berantai
Ketika fisi nuklir terjadi, beberapa neutron (biasanya antara dua dan tiga) dilepaskan. Neutron ini dapat terus berinteraksi dengan inti fisi terdekat lainnya, menyebabkan lebih banyak fisi dan akibatnya melepaskan lebih banyak neutron dan energi. Ini disebut reaksi berantai.
Agar reaksi berantai dapat berkelanjutan, setidaknya salah satu neutron yang dilepaskan oleh fisi awal harus menyebabkan fisi baru. Jika kondisi ini terpenuhi, reaksi dapat berlanjut secara terkendali. Ini adalah prinsip kerja reaktor nuklir.
Salah satu tantangan besar pembangkit listrik tenaga nuklir adalah kemampuan mengendalikan proses ini. Terlalu banyak fisi berturut-turut dapat menyebabkan pelepasan energi secara tiba-tiba, sedangkan terlalu sedikit fisi membuat energi yang cukup tidak dapat dihasilkan. Reaktor nuklir dirancang untuk menjaga keseimbangan ini dengan menggunakan moderator dan bilah kontrol Mereka menyerap neutron bila diperlukan.
Perbedaan antara fisi nuklir dan fusi
Baik fisi maupun fusi melepaskan energi yang terkandung dalam inti atom, namun mekanisme dibalik masing-masingnya sangat berbeda.
Dalam Fisi nuklirsebuah inti yang berat membelah dalam inti yang lebih kecil, seperti disebutkan sebelumnya, sedangkan di fusi nuklir, prosesnya terbalik: inti ringan, biasanya hidrogen, mereka menyatu membentuk yang lebih berat, melepaskan sejumlah besar energi.
Contoh fisi:
Ketika neutron mengenai atom uranium-235, atom terpecah menjadi dua inti yang lebih ringan, barium-144 dan kripton-89, melepaskan tiga neutron baru dan sejumlah besar energi. Ini adalah proses yang sangat terkontrol di pembangkit listrik tenaga nuklir.
Contoh fusi:
Di Matahari, inti hidrogen terus-menerus berfusi membentuk inti helium, melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk cahaya dan panas. Namun, kondisi yang diperlukan untuk terjadinya reaksi fusi di Bumi sangat sulit dicapai karena memerlukan suhu jutaan derajat dan tekanan yang tinggi. Meskipun telah dilakukan penelitian selama beberapa dekade, fusi nuklir terkendali belum tercapai dengan cara yang layak secara komersial.
Massa kritis
La massa kritis Ini adalah jumlah minimum bahan fisil yang diperlukan agar reaksi berantai berkelanjutan dapat terjadi. Jika massa yang digunakan lebih kecil dari massa kritis, maka neutron yang dilepaskan pada setiap fisi akan hilang sebelum menimbulkan fisi baru dan reaksi akan terhenti.
Massa kritis tergantung pada berbagai faktor seperti kemurnian material, geometrinya dan apakah dikelilingi oleh bahan yang memantulkan neutron, yang mengurangi kerugian.
Contohnya adalah reaktor nuklir biasanya dirancang dalam bentuk bola atau silinder untuk mempertahankan jumlah neutron dalam sistem selama mungkin dan memastikan fisi terus berlanjut.
Fisi nuklir spontan
fisi nuklir spontan Ini adalah fenomena yang kurang umum, namun penting di mana inti membelah tanpa campur tangan neutron yang datang. Hal ini terjadi pada isotop yang sangat tidak stabil seperti plutonium-239.
Meskipun kemungkinan terjadinya secara spontan rendah, fenomena ini mempunyai implikasi terhadap pengelolaan bahan nuklir dan keselamatan reaktor.
Jenis fisi ini dapat menyebabkan emisi radiasi dan menimbulkan potensi bahaya jika tidak dikelola dengan benar, karena dapat memicu reaksi yang tidak diinginkan jika kondisi yang tepat tercapai.
Itulah sebabnya keamanan di pembangkit listrik tenaga nuklir adalah kunci untuk menghindari insiden dan bencana seperti yang terjadi di Chernobyl atau Fukushima.
Fisi nuklir terus menjadi salah satu teknologi produksi energi terkemuka di dunia, terutama karena kemampuannya menghasilkan listrik dalam jumlah besar dengan jejak karbon yang terbatas.