Sejarah Awal Lahirnya Teknologi Nuklir

Sejarah

Dalam kehidupan sehari-hari, reakasi nuklir jarang sekali berkaitan dengan fenomena alam. Sebagian besar fenomena alam dalam kehidupan sehari-hari hanya melibatkan gravitasi dan elektromagnetik.

Inti atom terdiri dari muatan positif dan neutron, diantara muatan positif dalam inti atom timbul gaya saling tolak (saling menjauh), namun hal ini masih dapat ditahan oleh suatu gaya sehingga inti atom bermuatan positif tersebut tidak saling menjauh (Binding energy).

Pada tahun 1896, Henri Becquerel meneliti fenomena fosforesensi pada garam uranium yang kemudian dia sebut dengan radioaktivitas. Bersama dengan sepasang ilmuawan lain, Pierre Curie dan Marie Curie, mereka telah memulai penelitian terkait dengan fenomena ini. Dalam prosesnya, mereka mengisolasi unsur radium yang sangat radioaktif. Mereka menemukan bahwa material radioaktif memproduksi gelombang yang intens, yang mereka namai dengan alfa, beta, dan gamma. Beberapa jenis radiasi yang mereka temukan mampu menembus berbagai material dan semuanya dapat menyebabkan kerusakan. Seluruh peneliti radioaktivitas pada masa itu menderita luka bakar akibat radiasi, yang mirip dengan luka bakar akibat sinar matahari, dan hanya sedikit yang memikirkan hal itu.

Fenomena baru mengenai radioaktivitas diketahui sejak adanya paten di dunia kedokteran yang melibatkan bahan radioaktiv. Secara perlahan, diketahui bahwa radiasi yang diproduksi oleh peluruhan bahan radioaktif adalah radiasi pengion. Banyak peneliti bahan radioaktif di masa lalu mati karena kanker akibat dari paparan yang mereka terima dari bahan radioaktiv.

Setelah pemahaman tentang nuklir semakin maju, pemahaman akan karakteristik atau sifat radioaktifitas menjadi lebih baik. Beberapa inti atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga terjadi peluruhan sampai terbentuknya inti stabil. Pemahaman akan tiga bentuk radiasi yang ditemukan oleh Becquerel dan Curie juga semakin baik, peluruhan alfa terjadi ketika inti atom melepaskan partikel alfa, yaitu dua proton dan dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta terjadi ketika pelepasan partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi;

peluruhan gamma merupakan pelepasan sinar gamma, peluruhan gamma tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun merupakan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi dan energi yang sangat tinggi. Ketiga jenis radiasi terjadi secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang paling berbahaya dan sulit ditahan.

Reaksi Nuklir Fisi

Reaksi Nuklir Fisi adalah proses pembelahan inti menjadi atom-atom yang lebih kecil dan disertai dengan pelepasan energi dan neutron. Jika neutron ini ditangkap oleh inti atom lainnya yang tidak stabil , makan inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi berantai. Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang melakukan fisi ke inti atom lain disimbolkan dengan k, maka nilai k yang lebih besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi melepaskan lebih banyak neutron dari pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi ini dapat berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu melakukan reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.

Ketika neutron ditangkap oleh inti atom yang tepat, fisi akan terjadi dengan segera, atau inti atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang singkat.

Ketika ditemukan pada masa Perang Dunia II, hal ini memicu beberapa negara untuk memulai program penelitian mengenai kemungkinan membuat bom atom, sebuah senjata yang menggunakan reaksi fisi untuk menghasilkan energi yang sangat besar, jauh melebihi peledak kimiawi (TNT, dsb). Proyek Manhattan, dijalankan oleh Amerika Serikat dengan bantuan Inggris dan Kanada, mengembangkan senjata fisi yang digunakan untuk melawan Jepang di tahun 1945. Selama proyek tersebut, reaktor fisi pertama dikembangkan, meski awalnya digunakan hanya untuk pembuatan senjata dan bukan untuk menghasilkan listrik untuk masyarakat.

Namun, jika neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dikendalikan, misalnya dengan bahan penyerap neutron, dan kondisi tersebut masih menjadikan massa material nuklir berstatus kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang yang mendasari prinsip kerja reaktor nuklir. Neutron bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi, untuk mengendalikan neutro agar tidak berekasi dengan inti yang lain, maka neutron harus diperlambat dengan menggunakan bahan penyerap neutron sebelum akhirnya mereka bisa dengan mudah ditangkap. Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk menghasilkan listrik.

Reaksi Nuklir Fusi

Jika dua inti atom bertabrakan, terdapat kemungkinan terjadi reaksi nuklir fusi. Proses ini akan melepas atau menyerap energi. Jika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari besi, maka pada umumnya rekasi nuklir fusi akan melepaskan energi, namun jika inti atom hasil tabrakan lebih berat dari besi, maka pada umumnya reaksi nuklir fusi akan menyerap energi. Proses reaksi nuklir fusi yang paling sering terjadi adalah pada bintang, energi reaksi nuklir fusi yang terjadi pada bintang dihasilkan dari rekasi nuklir fusi hidrogen dan menghasilkan helium. Dari reaksi nuklir fusi, bintang-bintang juga membentuk unsur unsur ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis.

Proses alami dari astrofisika ini bukanlah contoh dari teknologi nuklir. Karena daya dorong energi yang tinggi dari inti atom, fusi sulit untuk dilakukan dalam keadaan terkendali (contoh: bom hidrogen). Fusi terkontrol bisa dilakukan dalam akselerator partikel, yang merupakan suatu system bagaimana unsur sintetis dibuat. Kesulitan teknis dan teoritis menghalangi pengembangan teknologi fusi nuklir untuk kepentingan sipil, meski penelitian mengenai teknologi ini di seluruh dunia terus berlanjut sampai sekarang.

Fusi nuklir secara teoritis mulai diteliti ketika Perang Dunia II, ketika para peneliti Proyek Manhattan yang dipimpin oleh Edward Teller menelitinya sebagai metode pembuatan bom. Proyek ini ditinggalkan setelah menyimpulkan bahwa hal ini memerlukan reaksi fisi untuk mengaktifkan bom hidrogen. Hal ini terus terjadi hingga pada tahun 1952, peledakkan bom hidrogen pertama dilakukan. Disebut bom hidrogen karena memanfaatkan reaksi antara deuterium dan tritium, isotop dari hidrogen. Reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar per satuan massa material dibandingkan reaksi fisi, namun lebih sulit menjadikannya bereaksi secara berantai. (Akhmad Khusyairi)