Pada tanggal 2 Agustus 1939, sesaat sebelum pecah perang dunia kedua, Albert Eistein menulis surat yang ditujukan kepada Presiden Franklin Delano Roosevelt. Dalam surat itu diberitahukan bahwa Nazi Jerman sedang giat memurnikan U-235 dan kemungkinan bahan ini tengah dipersiapkan untuk membuat bom atom.
Tak lama kemudian, pemerintah Amerika Serikat menggelar sebuah proyek rahasia yang disebut proyek Manhattan. Proyek ini menitik beratkan pada riset dan pembuatan bom atom. Tapi, persoalan utama yang dihadapi Amerika Serikat adalah memisahkan isotop uranium (alamiah), yang mana sebagian besar atas isotop uranium dengan nomor atom 238. Kadar U-235 hanya < 1% dari uranium metal yang berada di alam. Padahal, kadar uranium alamiah di dalam bebatuan hanya sekitar 0,7%.
Uranium-238 adalah bahan yang dapat diubah menjadi bahan fisil (dapat dibelah menjadi) Pu-239. Yakni setelah ia diradiasi dengan neutron di dalam sebuah reaktor. Uranium-235 juga merupakan bahan fisil, dan ia dapat dibelah menjadi fragmen nuklida yang lebih kecil dengan membebaskan energi yang cukup besar (sekitar 25,5 juta kilo kalori perkilogram uranium). Bandingkan dengan energi yang dibebaskan pada pembakaran 1 kilogram karbon yang hanya sebesar 8,5 kilokalori.
Kesulitan pemisahan U-235 yang berasal dari U-238 ini, disebabkan oleh sifat-sifat kimiawi yang serupa. Kesulitan ini dapat dibandingkan seperti sulitnya memisahkan sakarose dari larutan glukose. Sebab, pemisahan secara kimiawi sulit untuk dilakukan, maka perlu dikembangkan cara-cara fisikawi. Metode yang pernah dikembangkan (antara lain) pada saat ini adalah metoda difusi gas, metoda pemisahan magnetik, dan metoda pemisahan isotop dengan laser (LIS).
Dalam proses pengayaan U-235, uranium perlu diubah menjadi gas UF6 alias Uranium Heksaflorida. Alasannya, U-235 lebih ringan daripada U-238, sehingga ia memiliki kelincahan lebih tinggi dan lebih mudah menembus membran buatan yang berpori-pori sangat halus. Dengan tekanan yang memadai, campuran gas UF6 dari isotop U-235 dan U-238 dapat dilewatkan melalui membran. Dan setelah melewati membran berpori-pori tadi, maka akan terjadi kenaikan konsentrasi U-235 F6.
Hasil pengayaan ini dapat dilewatkan lagi melalui membran selanjutnya dan demikian seterusnya. Lalu setelah melewati ribuan membran, konsentrasi U-235 dapat dinaikkan, tapi tidak pada U-238. U-238 yang tereksitasi ini dapat diionkan yang kemudian dapat dipisahkan secara elektromagnetik, atau direaksikan dengan bahan tertentu yang mengakibatkan isotop itu terperangkap.
Saat itu, Amerika membangun sebuah laboratorium riset pusat pengayaan isotop di Oak Ridge, Tenessee. Metode yang digunakan adalah metode sigusi gas yang didesain oleh H.H. Urey bersama para asisten ahli yang membantunya. Di Berkeley, California, juga dibangun sebuah laboratorium pemisahan dengan metode magnetik. Akselerator yang digunakan adalah akselerator siklotron yang dirancangbangun oleh Ernest O. Lawrence. Sejak 1939 hingga 1945, pemerintah Amerika telah mengeluarkan biaya sekitar 2 milyar dollar untuk proyek Manhattan.
Pada tanggal 16 Juli 1945, tepat pada jam 5:29:45 waktu setempat, suatu sinar putih yang menyilaukan menyambar cakrawala dari lembah gurun Jemez, di utara New Mexico. The Gadget telah berhasil menguak tenaga inti dan membuka era baru dalam tenaga atom. Kilatan cahaya di cakrawala itu mulai memudar dan berubah menjadi oranye, menandai tumbuhnya monster cendawan dari debu yang menggumpal dan membumbung tinggi hingga ratusan meter yang seolah membakar langit.
- Bom atom pertama dijatuhkan di atas kota Hiroshima tanggal 6 Agustus 1945, jam 8:15. Bom pertama menggunakan hulu ledak uranium, massa superkritis uranium-235-nya adalah 50 kg dan diberi kode Little Boy. Berat bom ini sekitar 4,5 ton.
- Bom atom kedua dijatuhkan di atas kota Nagasaki tanggal 9 Agustus 1945 dengan hulu ledak Plutonium. Plutonium-239 murni mempunyai massa superkritis 16 kg. Bom atom yang kedua ini diberi kode Fat Man.
- Daya ledak dari kedua bom itu masing-masingnya adalah sekitar 10 kiloton (satu kiloton setara dengan satu juta kilogram bahan peledak TNT (bahan peledak konvensional).
Reaksi Nuklir Berantai
Reaksi nuklir yang dapat digunakan untuk membangkitkan energi itu ada dua jenis.
- Reaksi nuklir fisi (pembelahan). Dalam reaksi fisi, atom-atom berat yang dapat terbelah (fisionable) dipisahkan oleh neutron.
- Reaksi nuklir fusi (penggabungan). Dalam reaksi fusi, terjadi penggabungan inti-inti isotop hidrogen.
Ada tiga inti yang dapat terbelah, yaitu: U-235, U-233 dan Pu-239. Neutron adalah partikel yang ideal untuk membelah inti. Ia tidak bermuatan listrik, sehingga mudah masuk ke dalam inti atom tanpa mengalami gaya tolak Coulomb.
Sebagaimana diketahui bahwa atom tersusun atas neutron dan proton yang terikat dalam suatu volume yang sangat kecil. Ia dikitari oleh elektron orbit. Ukuran atom berorde 10-10 m, sedangkan ukuran inti berorde 10-15 m. Bayangkan saja bahwa seandainya elektron, proton dan neutron ini skalanya diperbesar menjadi seukuran kelereng dengan radius 1 cm. Maka kelereng elektron ini akan mengitari kelereng inti yang berjarak radius 1 km.
Atom netral memiliki jumlah elektron yang sama dengan jumlah protonnya, dan jumlah ini menggambarkan nomor atom. Jumlah proton dan neutron menggambarkan nomor massa. Untuk U-235, maka jumlah protonnya adalah 92 dan jumlah neutronnya 143. Sedangkan U-238, jumlah protonnya 92 dan jumlah neutronnya 146.
Secara kimiawi, sifat U-235 dan U-238 adalah sama. Walaupun proton dan neutron terpaket dalam suatu volume yang sangat kecil, namun gaya-gaya repulsif coulomb antar proton dapat dikalahkan oleh gaya-gaya nuklir yang sangat kuat. Pada sebuah reaksi pembelahan inti, maka energi yang dibebaskan adalah sekitar 100 sampai 200 juta elektron volt. Dan pada saat yang sama, reaksi ini membebeaskan 2 sampai 3 neutron baru. Dalam waktu seperjuta detik, gumpalan bahan fisi akan membebaskan energi yang sangat besar dan terjadilah ledakan yang amat dahsyat. Reaksi berantai dapat terjadi pada gumpalan massa fisi yang mencapai massa super kritis.
U-235 atau U-238 bersifat radioaktif. Uranium adalah metal yang berat jenisnya lebih besar dari emas. Dan setelah mengalami peluruhan lebih dari 100.000 tahun, maka uranium akan menjadi timbal (Pb). Kedua isitop ini terdapat di alam dengan perbandingan (U-238/U-235)= 99,3/0,7.
Uranium-235 sangat sulit dipisahkan. Dari setiap 25.000 ton biji uranium yang ditambang dari perut bumi, maka hanya sekitar 50 ton yang bisa menghasilkan metal uranium. Dan dari metal uranium ini, maka 99,3%-nya adalah U-238 yang tidak bisa diubah menjadi bahan bakar langsung untuk membuat bom atom. Seandainya proses terbentuknya uranium ini adalah permulaan bagi terbentuknya bebatuan atau bumi, maka dengan mengukur kadar Pb-nya, umur suatu batu dapat diperkirakan. Dari sinilah umur bumi kita bisa diperkirakan, yakni sekitar empat setengah milyar tahun silam.
Unsur plutonium tidak natural sehingga tidak alamiah. Dan kalaupun ditemukan, maka ia hanya dalam bentuk unsur kelumit. Untuk itu, Pu-239 dapat dibuat di dalam suatu reaktor, yakni pada saat U-238 dihujani neutron secara bertubi-tubi, sehingga berubah menjadi U-239. Setelah melepaskan positron, unsur yang terakhir ini akan mengalami transmutasi dan berubah menjadi Pu-239. Ada metode kimiawi yang dapat digunakan untuk memisahkan Pu-239 dari campurannya. Plutonium adalah unsur yang mudah terbelah, tapi tidak semudah U-235. Dan bahan ini juga beracun.
Bahan-bahan murni yang berunsur nuklir, perlu disimpan sedemikian rupa agar massa kritis tidak terlampaui.
Untuk bom nuklir, bahan-bahan ini perlu dipisahkan sedemikian rupa masing-masing tidakmencapai kritis. Kekritisan dapat dicapai dengan menyatukan bahan-bahan yang dibawah kritis tersebut sampai mencapai massa superkritis. Salah satu cara adalah dengan detonasi kimia.
Bahan lain yang merupakan bahan bom nukri adalah gas deuterium dan tritirium. Pada suhu yang sangat tinggi kedua bahan ini dapat bereaksi fusi nuklir dan menghasilkan panas. Reaksi ini terjadi di matahari dan merupakan sumber energi kehidupan dibumi. Setiap detiknya dibakar sekitar 6 juta ton gas hidrogen. Hasil gas bahan berupa gas He dan dalam reaksi dibebaskan neutron cepat. Bom atom fusi memerlukan kondisi awal dengan suhu yang tinggi sekali yaitu berorde jutaan derajat celcius. Suhu ini dapat dicapai dengan ledakan fisi U-235 atau fisi Pu-239. Dengan demikian bom atom hidrogrn merurpakan bom atom dua tngkat yaitu fisi diikuti fusi. Kekuatannyapun lebih dahsyat yaitu sekitar 15 Megaton.
Bom fusi dapat digunakan untuk meledakkan bom nuklir dengan bahan bakar U-238. Bahan ini sangat melimpah sehingga dapat dibuat bom nuklir yang dangat kuat. U-238 dapat dibelah oleh neutron cepat yang dibebaskan oleh reaksi fusi. Dengan fisi (U-238), fusi (D-T) dan fisi (U-238) maka dapat dicapai kekuatan 125 Megaton atau lebih.
| Tabel 1 | |
| Jenis Bom | Kekutan |
| 1. Bom atom jatuh di Nagasaki 2. Seluruh bom jatuh di Jerman selama perang dunia II 3. Seluruh bahan ledak kimia selama perang dunia II 4. Bom Hidrogen diledakkan di Bikini Atoll 1954 | 10.000 1.300.000 5.000.000 15.000.000 |
Dapat dihitung bahwa satu bom hidrogen yang melenyapkan Bikini Atoll setara dengan 3x seluruh bahan peledak yang dipergunakan selama PD II. Sunggu tidak mengherankan apabila sebuah kapal selam nuklir yang membawa senjata nuklir taktis masa kini, memiliki kemampuan daya penghancur sebanyak 25x daya ledak yang pernah dipakai selama PD II.
SUMBER
http://musadiqmarhaban.wordpress.com
thaks catatanya
BalasHapus