Fusi dan fisi inti
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| nuclear fusion/ˈnjuːklɪə ˈfjuːʒn/ | fusi nuklir |
| nuclear fission/ˈnjuːklɪə ˈfɪʃn/ | fisi nuklir |
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | energi kinetik |
| electrostatic/ɪˌlektrəʊˈstætɪk/ | elektrostatik |
| strong nuclear force/strɒŋ ˈnjuːklɪə fɔːs/ | gaya nuklir kuat |
| chain reaction/tʃeɪn rɪˈækʃn/ | reaksi berantai |
| critical mass/ˈkrɪtɪkl mæs/ | massa kritis |
Dua proses berlawanan, satu aturan
- Menggabungkan dua inti kecil melepaskan energi. Memecah satu inti raksasa melepaskan energi. Those terdengar seperti pernyataan yang bertentangan.
- Mereka bukan, karena keduanya adalah gerakan yang sama: menaiki kurva energi ikat per nukleon menuju puncaknya.
- Sebuah inti yang sudah berada di puncak, besi-56, tidak dapat melepaskan energi melalui satu pun proses. Di sanalah fusi bintang berhenti.
- Pelajaran ini tentang fusi nuklir, fisisi nuklir, dan bagaimana menghitung apa yang mereka hasilkan.
Kedua panah menunjuk ke besi
Mengapa bergerak menuju puncak melepaskan energi
- Pada kurva, posisi yang lebih tinggi berarti setiap nukleon terikat lebih kuat.
- Dalam kedua proses produk terletak lebih tinggi daripada reaktan, sehingga total energi ikat meningkat.
- Energi ikat ekstra tersebut dilepaskan, sebagai energi kinetik produk dan sebagai foton.
- Setara, total massa produk lebih sedikit daripada massa reaktan, sebesar $\Delta E/c^2$. Itu adalah dua deskripsi dari satu peristiwa, dan jawaban menginginkan keduanya.
Reaksi berantai fisi nuklir
Sebuah neutron memecah inti berat, melepaskan energi dan neutron lebih lanjut — yang kemudian memecah inti lain.
Energi dilepaskan ketika inti bergerak:
Mendaki kurva B/A menuju besi berarti produk lebih terikat erat, sehingga energi dilepaskan.
Susun penjelasan mengapa fusi dan fisi keduanya melepaskan energi secara berurutan.
Kehilangan massa dan kenaikan energi ikat adalah peristiwa yang sama yang dijelaskan dengan dua cara, dan jawaban lengkap harus menyebutkan keduanya.
Inti besi-56 dapat melepaskan energi melalui fusi atau fisi.
Inti ini berada di puncak, sehingga setiap perubahan akan menurunkannya dari kurva dan memerlukan energi masuk. Inilah sebabnya fusi di dalam bintang berhenti pada besi.
Fusi
- Fusi menggabungkan dua inti ringan menjadi satu inti yang lebih berat:
- Produk memiliki energi ikat per nukleon yang lebih besar daripada reaktan, sehingga energi keluar. Inilah yang menggerakkan setiap bintang.
- Membutuhkan jutaan kelvin, dan alasannya spesifik: inti-inti tersebut bermuatan positif, sehingga mereka harus memiliki energi kinetik yang cukup untuk mengatasi elektrostatik tolakan dan mendekat cukup dekat agar gaya nuklir kuat mengambil alih.
- "Membutuhkan suhu tinggi" saja hanya merupakan setengah jawaban. Sebutkan gaya tolak yang dikalahkan dan gaya yang mengambil alih.
Fusi membutuhkan suhu sangat tinggi untuk mengatasi tolakan elektrostatik antar inti.
Inti harus mendekat cukup dekat agar gaya kuat bekerja, meskipun ada tolakan — oleh karena itu diperlukan jutaan kelvin di dalam bintang.
Mengapa fusi membutuhkan jutaan kelvin? Pilih semua yang benar.
"Butuh suhu tinggi" hanyalah setengah jawaban. Sebutkan tolakan elektrostatik yang dikalahkan dan gaya nuklir kuat yang mengambil alih.
Fisisi
- Fisisi memecah inti berat menjadi dua yang lebih ringan, biasanya setelah menyerap neutron:
- Produk berada lebih tinggi pada kurva daripada uranium-235, sehingga energi dilepaskan.
- Neutron tambahan dapat memicu fisisi lebih lanjut: reaksi berantai, yang bertahan sendiri hanya dalam massa bahan bakar yang cukup besar, yaitu massa kritis.
- Di bawah massa kritis terlalu banyak neutron yang kabur dari permukaan sebelum menemukan inti, dan reaksi padam.
Satu neutron masuk, tiga keluar
Neutron tambahan yang dilepaskan dalam fisi dapat memicu reaksi ____.
Setiap fisi melepaskan neutron yang menyebabkan fisi lebih lanjut — reaksi berantai dalam massa kritis bahan bakar.
Reaksi berantai berkelanjutan memerlukan massa kritis bahan bakar.
Di bawah massa kritis, terlalu banyak neutron melarikan diri, dan reaksi padam.
Kontras yang jelas
- Fisi: inti berat, massa $A$ besar, terpecah menjadi dua inti lebih ringan dengan massa kira-kira sama, biasanya setelah menyerap neutron, dan melepaskan neutron tambahan.
- Fusi: dua inti ringan, massa $A$ kecil, bergabung menjadi satu inti lebih berat, dan memerlukan suhu serta tekanan sangat tinggi untuk mengatasi tolakan elektrostatik.
- Keduanya melepaskan energi, tetapi per kilogram bahan bakar, fusi melepaskan lebih banyak.
- Tuliskan perbedaan dalam pasangan yang sesuai: berat melawan ringan, terpecah melawan bergabung, menyerap neutron melawan membutuhkan suhu tinggi. Daftar fakta hanya tentang salah satunya mendapat nilai setengah.
Pasangkan setiap proses dengan apa yang dilakukannya.
Keduanya bergerak menuju puncak besi, sehingga keduanya dapat melepaskan energi.
Pasangkan setiap fitur dengan proses yang digambarkannya.
Tuliskan kontras dalam pasangan yang sesuai. Daftar fakta tentang hanya satu proses hanya mendapatkan separuh nilai.
Contoh terpecah: energi dari perubahan massa
- Dalam reaksi nuklir, massa total berkurang sebesar $0.020\ \text{u}$. Tentukan energi yang dilepaskan.
- $\Delta E = \Delta m\,(\text{u}) \times 931 = 0.020 \times 931 = 19\ \text{MeV}$.
- Resepnya selalu empat langkah yang sama: total massa reaktan, total massa produk, $\Delta m = m_{\text{reactants}} - m_{\text{products}}$, lalu $\Delta E = c^2\Delta m$.
- $\Delta m$ positif berarti energi dilepaskan. Jika Anda mendapatkan jawaban negatif, Anda telah mengurangkan dengan cara yang salah, bukan menemukan reaksi yang menyerap energi.
Suatu reaksi memiliki perubahan massa $0.020\ \text{u}$. Berapa energi yang dilepaskan, dalam MeV?
$\Delta E = \Delta m\,(\text{u}) \times 931 = 0.020 \times 931 \approx 18.6\ \text{MeV}$.
Contoh terpecah: menggabungkan dua inti deuterium
- Cacat massa dari $^{2}_{1}\text{H}$ adalah $0.002388\ \text{u}$ dan dari $^{4}_{2}\text{He}$ adalah $0.030377\ \text{u}$. Temukan energi yang dilepaskan ketika dua inti deuterium berfusi menjadi satu inti helium-4.
- Bekerjalah dengan energi ikat, karena cacat massa diberikan. Sebelum: $2 \times 0.002388 = 0.004776\ \text{u}$ cacat. Sesudah: $0.030377\ \text{u}$.
- Cacatnya bertambah sebesar $0.030377 - 0.004776 = 0.025601\ \text{u}$, dan peningkatan cacat massa adalah energi yang keluar.
- $\Delta E = 0.025601 \times 931 = 23.8\ \text{MeV}$.
- Perhatikan bentuknya: Anda bisa menghitung baik dari massa inti maupun dari cacat massanya, tetapi jangan pernah mencampur keduanya dalam satu penjumlahan.
Dua inti deuterium (cacat massa 0,002388 u masing-masing) bersatu membentuk helium-4 (cacat massa 0,030377 u). Berapa energi yang dilepaskan, dalam MeV? (931 MeV per u.)
Cacat massa bertambah sebesar 0,030377 - 2(0,002388) = 0,025601 u, dan penambahan cacat adalah energi yang dilepaskan: 23,8 MeV. Hitung dari massa ATAU dari cacat, jangan campuran keduanya.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Menjelaskan pelepasan energi memerlukan kurva: produk berada lebih tinggi, sehingga total energi ikat meningkat dan massa hilang.
- Untuk fusi, sebutkan apa suhu itu digunakan untuk: mengatasi tolakan elektrostatik agar gaya nuklir kuat dapat bekerja.
- Reaksi berantai membutuhkan massa kritis, jika tidak terlalu banyak neutron akan terlepas.
- Fisi biasanya menyerap neutron terlebih dahulu dan melepaskan lebih banyak. Sebutkan berapa jumlahnya jika persamaan menampilkannya.
- Besi-56 tidak melepaskan energi melalui proses mana pun. Itu adalah fakta yang bernilai satu poin, dan merupakan alasan mengapa fusi bintang berhenti di sana.
Anda telah memahaminya
- energi dilepaskan setiap kali inti bergerak menuju puncak besi, karena produknya terikat lebih erat dan total massa berkurang sebesar $\Delta E/c^2$
- fusi menggabungkan dua inti ringan dan membutuhkan jutaan kelvin agar inti dapat mengalahkan tolakan elektrostatik mereka dan membiarkan gaya nuklir kuat bekerja
- fisi memecah inti berat setelah menyerap neutron, melepaskan neutron tambahan yang dapat mempertahankan reaksi berantai di atas massa kritis
- untuk menemukan energi: total massa reaktan, total massa produk, $\Delta m$, lalu $\Delta E = c^2\Delta m$, atau $\Delta m\,(\text{u}) \times 931$ dalam MeV