MATAHARI DAN REAKSI TERMONUKLIR

a. Matahari
Matahari merupakan salah satu dari sekitar 100.000.000 bintang dalam kelompok bintang kita, atau rasi bintang Bimasakti. Sebenarnya matahari adalah sebuah bintang yang biasa.
Artinya ternyata banyak bintang yang jauh lebih besar, lebih berat, dan lebih panas dari pada matahari. Matahari tampak labih besar dan lebih panas dikarenakan kedudukannya sebagai bintang terdekat dengan bumi. Jarak bumi dengan matahari kira-kira 149.600.000 km. Bintang berikutnya yang terdekat adalah bintang Alpha Centauri, jaraknya kira-kira 4 x 1010 km.
Matahari adalah suatu bola gas yang pijar dan ternyata tidak berbentuk bulat betul. Matahari mempunyai katulistiwa dan kutub karena gerak rotasinya. Garis tengah ekuatorialnya 864.000 mil, sedangkan garis tengah antar kutubnya 43 mil lebih pendek. Matahari merupakan anggota Tata Surya yang paling besar, karena 98% massa Tata Surya terkumpul pada matahari.
Di samping sebagai pusat peredaran, matahari juga merupakan pusat sumber tenaga di lingkungan tata surya. Matahari terdiri dari inti dan tiga lapisan kulit, masing-masing fotosfer, kromosfer dan korona. Untuk terus bersinar, matahari, yang terdiri dari gas panas menukar zat hidrogen dengan zat helium melalui reaksi fusi nuklir pada kadar 600 juta ton, dengan itu kehilangan empat juta ton massa setiap saat.
Matahari dipercayai terbentuk pada 4,6 miliar tahun lalu. Kepadatan massa matahari adalah 1,41 berbanding massa air. Jumlah tenaga matahari yang sampai ke permukaan Bumi yang dikenali sebagai konstan surya menyamai 1.370 watt per meter persegi setiap saat. Matahari sebagai pusat Tata Surya merupakan bintang generasi kedua. Material dari matahari terbentuk dari ledakan bintang generasi pertama seperti yang diyakini oleh ilmuwan, bahwasanya alam semesta ini terbentuk oleh ledakan big bang sekitar 14.000 juta tahun lalu.
b. Reaksi Termonuklir
Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses di mana dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.
Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka, sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.
Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi yang menahan elektron ke inti atom. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektronvolt, lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar. Reaksi fusi deuterium-tritium (D-T) dipertimbangkan sebagai proses yang paling menjanjikan dalam memproduksi tenaga fusi.
Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses “pembakaran”. Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi.
c. Sumber Energi Matahari
Sudah sejak lama orang memikirkan dari mana asal energi matahari yang begitu panas dan setiap hari dipancarkan ke bumi, namun sampai saat ini belum juga habis sumber energi tersebut. Para ahli astronomi dan juga astrofisika pada saat ini telah memperkirakan bahwa unsur-unsur kimia yang ada di bumi juga terdapat di matahari. Akan tetapi sebagian besar unsur kimia yang terdapat di matahari tersebut, sekitar 76,4% berupa gas Hidrogen. Sedangkan unsur kedua yang banyak terdapat di matahari adalah gas Helium, kurang lebih sebanyak 21,8 % dari seluruh massa matahari. Sisanya terdiri atas unsur-unsur Oksigen, Magnesium, Nitrogen, Silikon, Karbon, Belerang, Besi, Sodium, Kalsium, Nikel serta beberapa unsur lainnya. Unsur-unsur kimia tersebut bercampur menjadi satu dalam bentuk gas sub atomik yang terdiri atas inti atom, elektron, proton, neutron dan positron. Gas sub atomik tersebut memancarkan energi yang amat sangat panas yang disebut “plasma”.
Energi matahari dipancarkan ke bumi dalam berbagai macam bentuk gelombang elektromagnetis, mulai dari gelombang radio yang panjang maupun yang pendek, gelombang sinar infra merah, gelombang sinar tampak, gelombang sinar ultra ungu dan gelombang sinar -x. Secara visual yang dapat ditangkap oleh indera mata adalah sinar tampak, sedangkan sinar infra merah terasa sebagai panas. Bentuk gelombang elektromagnetis lainnya hanya dapat ditangkap dengan bantuan peralatan khusus, seperti detektor nuklir berikut piranti lainnya. Pada saat matahari mengalami plage yang mengeluarkan energi amat sangat panas, kemudian diikuti terjadinya flare yaitu semburan partikel sub atomik keluar dari matahari menuju ke ruang angkasa, maka pada sistem matahari diperkirakan telah terjadi suatu reaksi thermonuklir yang sangat dahsyat. Keadaan ini diduga pertama kali pada tahun 1939 oleh seorang ahli fisika Amerika keturunan Jerman bernama Hans Bethe.
Menurut Bethe, energi matahari yang amat sangat panas tersebut disebabkan oleh karena terjadi reaksi fusi atau penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat. Reaksi thermonuklir yang berupa reaksi fusi tersebut adalah penggabungan 4 inti Hidrogen menjadi inti Helium, berdasarkan persamaan reaksi inti berikut ini:
(1H1 + 1H1 1H2 + + v + 0,42 MeV) x 2
(1H1 + 1H2 2He3 + + 5,5 MeV) x 2
(2He3 + 2He3 2He4 +2(1H1) + 12,8 MeV
________________________________+

1H1 2He4 + + + 2v + 24,64 MeV

Menurut Bethe, reaksi inti yang serupa reaksi fusi tersebut di atas, dapat menghasilkan energi panas yang amat sangat dahsyat. Selain dari itu, karena sebagian besar massa matahari tersebut tersusun oleh gas Hidrogen (76,4%) dan gas Helium (21,4%), maka masih ada kemungkinan terjadinya reaksi fusi lain berdasarkan reaksi rantai proton-proton sebagai berikut:
1H1 + 1H1 1H2 + + v
1H1 + 1H2 2He3 +
2He3 + 2He4 4Be7 +
4Be7 + 3Li7 + + v
________________+

3Li7 + 1H1 2He4 + 2He4
Terbentuknya gas Helium berdasarkan reaksi thermonuklir tersebut di atas juga menghasilkan energi yang amat sangat panas. Kemungkinan lain, gas Helium juga dapat terbentuk melalui reaksi nuklir berikut ini :
4Be7 + 1H1 5B8 +
5B8 4Be8 + + v
4Be8 2He4 + 2He4
Walaupun reaksi inti tersebut di atas sudah dapat menghasilkan energi yang amat sangat panas, ternyata masih ada kemungkinan lain untuk terjadinya reaksi thermonuklir matahari yang menghasilkan energi yang jauh lebih dahsyat dan lebih panas lagi. Reaksi thermonuklir tersebut akan mengikuti reaksi inti rantai Karbon - Nitrogen sebagai berikut :
6C12 + 1H1 7N13 +
7N13 6C13 + + v
6C13 + 1H1 7N14 +
7N14 + 1H1 8O15 +
8O15 7N15 + + v
7N15 + 1H1 6C12 + 2He4
Reaksi rantai Karbon-Nitrogen tersebut di atas, menghasilkan panas yang jauh lebih panas dari pada reaksi rantai Proton-Proton maupun reaksi fusi Hidrogen menjadi Helium. Reaksi-reaksi thermonuklir tersebut di atas dapat terjadi di matahari dan juga di bintang-bintang yang tersebar di jagat raya ini. Reaksi thermonuklir sejauh ini dianggap sebagai sumber energi matahari maupun energi bintang. Bintang yang bersinar lebih terang dari pada matahari kita yang berarti pula bahwa suhunya jauh lebih panas, maka reaksi thermonuklir yang terjadi pada bintang tersebut pada umumnya akan mengikuti reaksi rantai Karbon-Nitrogen.
Reaksi-reaksi fusi yang dikenal baik
1. Rantai-rantai reaksi di dalam astrofisika.
Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses “pembakaran”. Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.





2. Reaksi-reaksi yang dapat terjadi di Bumi.
Beberapa contoh reaksi fusi nuklir yang dapat dilangsungkan di permukaan Bumi adalah sebagai berikut:
(1) D+T → 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)
(2i) D+D → T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) 50%
(2ii) → 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) 50%
(3) D + 3He → 4He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV)
(4) T + T → 4He + 2n + 11.3 MeV
(5) 3He + 3He → 4He + 2p + 12.9 MeV
(6i) 3He + T → 4He + p + n + 12.1 MeV 51%
(6ii) → 4He (4.8 MeV) + D (9.5 MeV) 43%
(6iii) → 4He (0.5 MeV) + n (1.9 MeV) + p(11.9 MeV) 6%
(7) D + 6Li →2He4 + 22.4 MeV
(8) p + 6Li → 2He4 (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV)
(9) 3He + 6Li → 2He4 + p + 16.9 MeV
(10) p + 11B →3He4+ 8.7 MeV
(11) p + 7Li → 2He4 + 17.3 MeV

p (protium), D (deuterium), dan T (tritium) adalah sebutan untuk isotop-isotop hidrogen.
Sebagai tambahan/ pendukung kepada reaksi fusi utama (yang diinginkan), beberapa reaksi fusi berikut yang mana diikutsertakan/ disebabkan oleh neutron dan deuterium adalah penting. Dimana reaksi ini menghasilkan tritium dan lebih banyak neutron, dalam bomb nuklir dan reaktor nuklir:

(12) n + 6Li → 4He+ T + 4.7 MeV
(13) n + 7Li→ 4He + T + n - 2.47 MeV
(14) n + 9Be → 8Be + 2n - 1.67 MeV
(15) D + 9Be → 8Be + T + 4.53 MeV
(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)