Fisi dan Fusi Nuklir

Fisi dan fusi nuklir melepaskan sejumlah besar energi dengan menata ulang nukleon menuju konfigurasi yang lebih terikat erat, membelah inti berat atau menggabungkan inti ringan.

Definition

Fisi nuklir adalah pembelahan inti berat menjadi fragmen yang lebih ringan, biasanya disertai dengan emisi neutron dan energi, sedangkan fusi nuklir adalah penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat dengan pelepasan energi; keduanya mengubah perbedaan energi ikat nuklir menjadi energi yang dapat digunakan.

Scope

Topik ini mencakup pembelahan inti berat seperti uranium dan plutonium menjadi fragmen yang lebih ringan dengan pelepasan neutron dan energi, serta fusi inti ringan seperti isotop hidrogen menjadi inti yang lebih berat. Ini membahas model tetesan cairan fisi, reaksi berantai dan kritikalitas, hambatan Coulomb yang harus diatasi oleh fusi, dan kondisi untuk pelepasan energi nuklir yang terkontrol dan eksplosif.

Core questions

• Bagaimana inti berat terbelah, dan bagaimana energi yang dilepaskan serta jumlah neutron ditentukan?
• Kondisi apa yang diperlukan untuk mempertahankan reaksi berantai yang terkontrol?
• Bagaimana inti ringan dapat mengatasi tolakan elektrostatik timbal balik mereka untuk berfusi?
• Mengapa fusi menggerakkan bintang-bintang sementara tetap sulit dicapai di Bumi?

Key concepts

• Fragmen fisi dan emisi neutron
• Reaksi berantai dan kritikalitas
• Hambatan fisi
• Hambatan Coulomb dalam fusi
• Rantai proton-proton dan siklus CNO
• Pelepasan energi dan kurva energi ikat

Key theories

Teori tetesan cairan fisi

Bohr dan Wheeler memodelkan fisi sebagai deformasi dan pembelahan tetesan cairan bermuatan, menjelaskan persaingan antara tegangan permukaan dan tolakan Coulomb yang menetapkan hambatan fisi.

Siklus fusi bintang

Bethe mengidentifikasi rantai proton-proton dan siklus karbon-nitrogen-oksigen sebagai reaksi fusi yang menggerakkan bintang-bintang, mengubah hidrogen menjadi helium dengan pelepasan energi.

Clinical relevance

Fisi menggerakkan reaktor dan senjata nuklir serta menghasilkan isotop medis dan industri, sementara fusi menggerakkan Matahari dan bintang-bintang dan dikejar sebagai sumber energi bersih berskala besar yang potensial dalam eksperimen kurungan magnetik dan inersia.

History

Fisi nuklir ditemukan secara kimia oleh Hahn dan Strassmann pada tahun 1938 dan diinterpretasikan oleh Meitner dan Frisch pada tahun 1939, dengan Bohr dan Wheeler menyediakan mekanisme teoretis pada tahun yang sama, yang dengan cepat mengarah pada reaktor dan senjata. Secara paralel, Bethe menjelaskan pada tahun 1939 bahwa fusi menggerakkan bintang-bintang, dan pengejaran fusi terestrial yang terkontrol terus berlanjut sejak saat itu sebagai tantangan ilmiah dan rekayasa utama.

Key figures

• Lise Meitner
• Otto Frisch
• Niels Bohr
• Hans Bethe

Seminal works

• meitner1939
• bohrwheeler1939
• bethe1939

Frequently asked questions

Apa itu reaksi berantai?

Dalam fisi, setiap inti yang terbelah melepaskan neutron yang dapat menginduksi fisi lebih lanjut. Jika rata-rata setidaknya satu neutron yang dilepaskan memicu fisi lain, reaksi tersebut mempertahankan dirinya sebagai reaksi berantai, dasar dari reaktor dan senjata.

Mengapa fusi lebih sulit dicapai daripada fisi?

Fusi membutuhkan inti bermuatan positif untuk didekatkan cukup untuk berfusi, yang menuntut suhu dan tekanan yang sangat tinggi untuk mengatasi tolakan elektrostatik mereka. Fisi, sebaliknya, dapat dimulai oleh neutron lambat tanpa hambatan semacam itu.