Penerapan Fisika Modern Untuk Materi Kesetaraan Massa Dan Energi
Teori kesetaraan massa dan energi dikemukakan oleh Einstein. Kesetaraan massa dan energi dari Einstein menyatakan bahwa energi sama dengan massa dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya, yang dapat dituliskan dengan persamaan:
E = mc2
Rumus yang sangat sederhana itu ternyata mampu meluluh lantakan Negeri Sakura (Jepang) pada Perang Dunia II, dengan dijatuhkannya senjata peledak dengan kekuatan yang sangat dahsyat di kota Hirosima dan Nagasaki. Kini pengembangan teori kesetaraan massa dan energi ini untuk penggunaan senjata sudah dilarang oleh dunia. Akan tetapi jika digunakan untuk membantu orang banyak, penggunaannya masih diizinkan seperti untuk pembangkit tenaga listrik yakni Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).
 |
| Reaktor Nuklir untuk PLTN |
Pada PLTN, panas dihasilkan dari reaksi pembelahan inti atom yang bahan bakarnya Uranium di dalam reaktor nuklir. Panas yang dihasilkan digunakan untuk membangkitkan uap di dalam alat pembangkit uap dan kemudian uap tersebut digunakan untuk menggerakkan turbin dan generator untuk menghasilkan listrik.
Panas untuk membangkitkan uap dalam PLTN didapatkan dari proses pembelahan inti. Bila sebuah partikel neutron berhasil masuk ke dalam inti atom bahan bakar Uranium, maka inti Uranium menjadi lebih tidak stabil dan akibatnya mengalami pembelahan.
Hasil dari pembelahan ini adalah dua buah atom materi yang lain, 2 sampai 3 buah neutron baru dan energi. Total massa seluruh materi yang terbentuk sesudah terjadinya pembelahan inti atom Uranium lebih kecil daripada sebelum terjadi pembelahan. Selisih massa inilah yang berubah menjadi energi. Neutron baru yang terbentuk setelah pembelahan inti dapat menumbuk inti atom Uranium lain dan seterusnya menghasilkan atom materi lain, 2-3 buah neutron baru dan energi. Demikian seterusnya sehingga terbentuklah sebuah reaksi berantai.
Perlu diketahui dari beberapa penlitian yang telah dilakukan, didaptkan bahwa 1 gram Uranium setara dengan 2 ton batu bara, yang mampu menghasilkan daya listrik sebesar 1000 kW selama 1 hari. Wow sangat keren bukan? Jika energi listrik tersebut digunakan mengaliri rumah untuk penerangan 5 buah lampu dengan daya masing-masing sebesar 10 watt, maka daya yang digunakan dalam sehari sebesar 600 watt atau 0,6 kW (anggap lampu menyala selama 12 jam maka dalam sehari). Maka energi yang dihasilkan 1 gram Uranium dapat digunakan untuk menerangi 1.667 rumah dalam sehari.
Agar reaksi berantai tidak berkembang menjadi tidak terkendali, seperti halnya bom atom, maka digunakanlah bahan kendali, antara lain terbuat dari Cadmium, untuk membuat reaksi berantai berjalan stabil dan terkendali. Neutron baru hasil pembelahan memiliki kecepatan yang sangat tinggi, karena itu agar dapat lebih mudah masuk ke dalam inti atom neutron ini harus diperlambat. Bahan yang sering digunakan sebagai pelambat atau moderator adalah air biasa yang telah dihilangkan mineralnya. Bisa juga digunakan air berat, atau grafit sebagai moderator sesuai dengan jenis bahan bakarnya.
Panas yang dihasilkan di dalam bahan bakar uranium sangat tinggi. Jika tidak dilakukan pendinginan maka bahan bakar bisa mengalami kerusakan atau meleleh. Ada beberapa jenis bahan yang biasanya dipakai sebagai pendingin, misalnya air ringan, air berat, logam natrium cair, dan gas. Pemilihan jenis pendingin bergantung juga kepada jenis bahan bakarnya.
Menurut wikipedia, sudah ada 30 negara di dunia yang mengoperasikan pembangkit listrik tenaga nuklir. Amerika Serikat, Perancis, dan Jepang sebagai negara yang memiliki reaktor nuklir terbanyak di dunia. Nah itu penerapan fisika modern untuk materi kesetaraan massa dan energi.