Ke Dalam Atom: Struktur Inti, Radioaktivitas, dan Fisi
Dari ukuran inti yang sepuluh ribu kali lebih kecil daripada atomnya, sampai energi yang keluar ketika inti itu terbelah.
Tubuh Anda radioaktif. Karbon-14 meluruh di dalamnya saat ini juga, begitu pula kalium-40. Batu, udara, dan bahan bangunan rumah Anda pun demikian. Radioaktivitas bukan sesuatu yang dibawa masuk oleh industri nuklir — ia sudah ada jauh sebelum manusia, dan sebagian besar panas di perut Bumi yang menggerakkan tektonik lempeng justru berasal dari peluruhan radioaktif.
Persoalannya, hampir semua perdebatan tentang energi nuklir berlangsung tanpa pijakan pada fisika yang mendasarinya. Orang berbicara tentang "radiasi" tanpa membedakan alfa, beta, dan gama; tentang "limbah" tanpa mengetahui apa itu waktu paruh; tentang "bahaya" tanpa satu pun angka dosis.
Pertemuan pertama ini memasang pijakan tersebut. Kita mulai dari bangunan terkecil materi, menelusuri mengapa sebagian inti stabil dan sebagian lain tidak, lalu berhenti pada satu peristiwa yang menjadi dasar seluruh industri nuklir: pembelahan inti berat, atau fisi.
Yang dibahas di dalamnya
- Struktur atom — inti berukuran sekitar 10−14 m di dalam atom berukuran 10−10 m; proton, neutron, dan elektron beserta muatan dan perannya masing-masing.
- Unsur dan isotop — nomor atom Z yang menentukan jenis unsur, nomor massa A, hubungan N = A − Z, dan cara membaca notasi isotop.
- Gaya di dalam inti — tolakan elektromagnetik antarproton melawan gaya kuat yang berjangkauan pendek, dan mengapa inti berat memerlukan neutron jauh lebih banyak daripada protonnya.
- Kestabilan dan peluruhan — mengapa sebagian isotop meluruh, apa itu radiasi pengion, serta sifat, daya tembus, dan bahan perisai untuk partikel alfa, beta, dan gama.
- Dosis radiasi — radiasi latar, satuan milisievert, dan perbandingan dosis tahunan dari berbagai aktivitas yang urutannya kerap mengejutkan mahasiswa.
- Pemanfaatan radioisotop — amerisium-241 pada detektor asap, karbon-14 untuk penanggalan, iodin-131 untuk terapi tiroid, dan teknesium-99 sebagai perunut medis.
- Fisi dan energi — reaksi berantai, kekritisan dan massa kritis, E = mc2, defek massa, dan energi ikat sebagai sumber energi yang dilepaskan.
Akses Bahan Ajar Pertemuan 1
Berkas PDF berisi slide lengkap yang dipakai di kelas, termasuk seluruh gambar dan diagramnya.
Seluruh diagram dalam slide — skala atom, susunan inti beberapa isotop ringan, daya tembus radiasi, skema fisi, massa kritis, dan defek massa — digambar ulang khusus untuk keperluan pengajaran ini.
Mengapa ini penting bagi mahasiswa fisika
Sebagian besar materi pertemuan ini sudah Anda temui di bangku sekolah. Yang berbeda adalah cara memakainya. Notasi isotop bukan lagi sekadar hafalan, melainkan alat hitung: begitu Anda tahu bahwa uranium memiliki Z = 92, Anda dapat langsung menyimpulkan bahwa U-235 mengandung 143 neutron, dan dari sana menelusuri apa yang terjadi ketika inti itu menyerap satu neutron lagi.
Begitu pula persaingan antara gaya kuat dan tolakan Coulomb. Ia bukan cerita kualitatif belaka, melainkan penjelasan mengapa garis kestabilan melengkung menjauhi diagonal N = Z, mengapa hanya inti berat yang dapat membelah dengan melepaskan energi, dan — pada akhirnya — mengapa reaktor nuklir dapat bekerja sama sekali.
Satu pertanyaan yang layak Anda bawa sepanjang pertemuan ini: bila massa inti selalu lebih kecil daripada jumlah massa penyusunnya, ke mana perginya selisih itu?
Catatan sumber. Materi ini diadaptasi dari The Open University, The science of nuclear energy (OpenLearn), Minggu 1: Into the atom. Seluruh gambar dalam slide digambar ulang oleh penyusun. Pengayaan di luar sumber — antara lain garis kestabilan inti, kinematika tumbukan neutron, serta contoh perhitungan energi ikat helium-4 — ditandai dalam catatan pengajar pada slide.
Kelanjutannya
Pertemuan berikutnya beralih dari fisika inti ke rekayasanya: bagaimana panas dari fisi diubah menjadi listrik, apa saja komponen di dalam sebuah PLTN dan apa tugas masing-masing, serta persoalan yang paling sering diperdebatkan dari seluruh rangkaian ini — limbah radioaktif.
Disusun oleh Averroes Fazlur Rahman Piliang, S.Si., M.Si. — Program Studi S-1 Fisika, FMIPA, Universitas Sumatera Utara.