Mengenal Nuklir dan Manfaatnya

Nuklir dari segi bahasa sebenarnya berarti inti, dan dalam hal ini inti itu diartikan inti dari atom.

Seberapa jauh manusia mengetahui nuklir?

Sejauh ini manusia baru mengetahui Nuklir terdiri dari proton dan neutron, namun proton dan neutron ini juga tersusun dari beberapa partikel yang jauh lebih kecil bernama kuark. Agak ribet juga kalo menjelaskan semua teori tentang inti di sini, namun singkatnya manusia masih banyak pertanyaan mengenai inti dan mengapa inti bisa berikatan sedangkan inti mempunyai gaya tolak akibat jenis muatan yang sama. Namun bukan berarti tidak ada teori mengenai itu, dan pembicaraan mengenai ikatan kuat dalam inti masih terbuka bebas bagi kita. untuk lebih mudahnya saya sarankan anda membaca buku fisika modern untuk universitas.

Apakah ada manfaat dari pengetahuan mengenai nuklir?

Dengan banyaknya pertanyaan mengenai inti bukan berarti manusia tidak bisa memanfaatkan potensi inti tersebut. Sudah berpuluh tahun manusia memanfaat potensi energi yang dihasilkan dari reaksi fissi (pembelahan) inti uranium dan plutonium. Penemuan ini juga berasal dari coba-cobanya para ilmuan menembakkan neutron ke inti untuk mendapatkan inti baru, namun pada bebarapa inti berat hal itu menyebabkan inti menjadi pecah (terbagi) sekaligus melepaskan neutron lain yang konsekuensinya menimbulkan panas disekitarnya. panas ini kemudian di ambil dengan menempatkan reaksi tersebut didalam air , air yang panas tadi dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. untuk bagian turbinnya hampir sama dengan pembangkit listrik tenaga uap. Namun selain panasnya yang diambil, neutron yang lepas ini juga dimanfaatkan untuk banyak hal, seperti untuk mengukur dimensi dari suatu zat, untuk memutasikan tumbuhan agar didapatkan bibit unggul dan lain sebagainya.

Apakah ada hasil lain dari reaksi fisi?

Selain itu reaksi fissi juga menyisakan unsur-unsur yang bersifat radioaktif atau meluruh (memancarkan partikel alfa, beta dan sinar gamma) dalam jangka waktu sangat lama, bahkan jutaan tahun. Radiasi yang dihasilkan sangat berbahaya bagi manusia, karena dapat memutasikan manusia secara acak. Mutasi banyak menyebabkan tumbuhnya kanker atau disfungsi organ manusia. Radiasi ini menyebabkan hal-hal mengerikan hanya dalam dosis tertentu. Radiasi ini bukan tidak bisa di kontrol. Penanganan yang baik terhadap sampah sampah sisa reaksi fissi akan menghindarkan kita dari hal-hal yang tidak diinginkan. Negara-negara pengguna energi nuklir saat ini juga sedang mencari tempat yang baik untuk mengubur sampah nuklir ini agar terhindar dari manusia dan hal-hal yang bisa dirusaknya.

Apakah ada reaksi inti lain selain reaksi fisi?

Reaksi fissi bukanlah satu-satunya reaksi yang terjadi pada inti. Reaksi fusi mempunyai prospek yang lebih menjanjikan. Namun pemanfaatannya masih relatif sulit. Reaksi fusi adalah reaksi bergabungnya dua inti menjadi satu. Pada proses ini inti baru mempunyai kehilangan massa dari dua inti penyusunnya, kehilangan massa ini berubah menjadi energi. Saat ini inti yang sering di fusikan adalah isotop hidrogen, yaitu hidrogen yang mempunyai neotron di intinya. Bagi yang pernah melihat film spiderman2 Vs Dr.Octopus, bisa kita lihat adegan reaksi fusi menggunakan metode tekanan laser. Reaksi fusi tidak menyisakan unsur radioaktif, dan otomotasi relatif lebih aman. Dan lagi bahan untuk reaksi ini tergolong sangat amat banyak dimuka bumi ini. Tapi lagi-lagi karena kurangnya pemahaman manusia mengenai inti membatasi kita untuk pemanfaatannya. Saat ini manusia baru mengenal metode thermo nuklir untuk melaksanakan reaksi fusi, dan terbaru menggunakan teknologi laser. Namun semua itu masih dalam ukuran percobaan. Seandainya manusia benar-benar mampu membuat reaktor seperti yang ada di film iron man, maka kita akan terlepas dari yang namanya krisis energi.

Apakah bom atom itu?

Mungkin yang paling menteror dari reaksi inti adalah terciptanya BOM NUKLIR. Bom tidak lain adalah reaksi cepat dimana melapaskan panas yang luar biasa. Reaksi inti juga bisa dipercepat untuk dijadikan Bom. Dengan memperbanyak uranium yang bisa melakukan reaksi fisi maka reaksi fisi bisa mengalami suatu kondisi kritikal. Yaitu kondisi dimana satu reaksi bisa menyebabkan 3 sampai 4 reaksi lain. Hal ini bisa tercapai karena inti yang mengalami reaksi fissi akan melepaskan beberapa neutron yang akan memicu reaksi lain bila neutron cukup lambat menumbuk bidang inti uranium labil lainnya. Bom hasil reaksi fisi bukan yang terbesar, Bom dari reaksi fusi jauh lebih dahsyat dari itu. Bom ini lebih dikenal dengan nama bom hidrogen. Bom hidrogen adalah bom yang pemicunya adalah Bom reaksi fisi uranium atau plutonium. Panas dan tekanan tinggi dari reaksi fissi uranium akan memicu reaksi fusi pada hidrogen dan menyebabkan ledakan kedua yang amat dahsyat.

Apakah reaktor fissi Nuklir untuk pembangkit listrik bisa meledak seperti bom nuklir?

Pada dasarnya rekator pembangkit listrik tenaga nuklir tidak akan bisa menghasilkan ledakan seperti boom atom. Ini disebabkan karena jumlah uranium yang dibatasi serta banyaknya peredam neutron disekitar bahan untuk reaksi nuklir ini. Namun apabila kontrol atau pengawasan yang kurang, reaksi nuklir di reaktor bisa menyebabkan panas yang sangat tinggi berakibat kebocoran. Dan yang sangat berbahaya dari kebocoran ini adalah materi yang dilepaskannya dalam bentuk gas. karena bisa dengan cepat terhembus angin dan sampai di pemukiman.

Bagaimanakah prospek teknologi nuklir di masa depan?

Manusia sangat berharap bahwa reaktor fusi bisa segera diaplikasikan untuk mengatasi kelangkaan energi. Selain karena keamanannya juga karena bahannya yang sangat berlimpah. Namun itu membutuhkan kerja keras dari semua pihak, terutama dari pakar-pakar nuklirnya.

Pemanfaatan Uranium Sebagai Bahan Bakar

Uranium adalah mineral yang memancarkan radiasi nuklir atau bersifat radioaktif, digunakan dalam berbagai bidang salah satunya adalah sebagai bahan bakar nuklir. Uranium merupakan suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang U dan nomor atom 92. Sebuah logam berat, beracun, berwarna putih keperakan dan radioaktif alami, uranium termasuk ke seri aktinida (actinide series). Uranium biasanya terdapat dalam jumlah kecil di bebatuan, tanah, air, tumbuhan, dan hewan (termasuk manusia).
Uranium memiliki 3 Isotop :
- U₂₃₄ kadar sangat kecil
- U₂₃₅ kadar 0,715 = 0,7 %
- U₂₃₈ kadar 99,285 = 99,3%
Isotop U₂₃₅ digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir dan senjata nuklir.
Uranium memiliki sifat fisik yang khas :
- Ditemukan di alam dalam bentuk U₃O atau UO berwarna hijau kekuning-kuningan dan coklat tua.
- Bila disinari cahaya ultra ungu, uranium akan mengeluarkan cahaya fluoresensi yang sangat indah

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan dan bukan sebuah reaksi.
Dikenal dua reaksi nuklir, yaitu reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir. Reaksi fusi nuklir adalah reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang sangat berbahaya bagi manusia.
Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali. Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir.
Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

Dahsyatnya Elektromagnetik

Begitu dahsyatnya sehingga para ilmuwan di NASA (National Aeronautics and Space Admistration) mulai berpikir untuk memanfaatkannya sebagai tenaga yang bisa ‘melemparkan’ pesawat luar angkasa ke luar atmosfer bumi! Kenapa sampai muncul ide ini? Bukankah mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat-pesawat ke luar bumi sudah cukup berhasil? Sebenarnya semua mesin roket yang sudah digunakan maupun yang sedang dikembangkan saat ini tetap membutuhkan bahan khusus sebagai pendorongnya. Bahan-bahan propellant ini bisa berupa bahan kimia seperti yang sudah banyak digunakan, bisa juga berupa hasil reaksi fusi nuklir yang teknologinya dikembangkan di awal abad 21 ini. Ada lagi berbagai teknologi inovatif seperti light propulsion dan antimatter propulsion.

Penggunaan propellant ini sebenarnya sangat membatasi kecepatan dan jarak maksimum yang dapat dicapai pesawat. Karena itulah muncul ide untuk mengirimkan pesawat luar
angkasa menggunakan teknologi yang sama sekali tidak melibatkan propellant. Sistem apa yang bisa ‘melemparkan’ pesawat yang begitu besar dan berat ke luar angkasa tanpa menggunakan propellant sama sekali? Hanya Elektromagnetika yang bisa menjawabnya!

Elektromagnetika merupakan penggabungan listrik dan magnet. Sewaktu kita mengalirkan listrik pada sebuah kawat kita bisa menciptakan medan magnet. Listrik dan magnet benar-benar tidak terpisahkan kecuali dalam superkonduktor tipe I yang menunjukkan Efek Meissner (bahan superkonduktor dapat meniadakan medan magnet sampai pada batas tertentu). Ini bisa dibuktikan dengan cara meletakkan kompas di dekat kawat tersebut. Jarum penunjuk pada kompas akan bergerak karena kompas mendeteksi adanya medan magnet. Elektromagnetika
sudah banyak dimanfaatkan dalam membuat mesin motor, kaset, video, speaker (alat pengeras suara), dan sebagainya. Sekarang giliran proyek luar angkasa yang ingin memanfaatkan kedahsyatannya!

David Goodwin dari Office of High Energy and Nuclear Physics di Amerika adalah orang yang mengusulkan ide electromagnetic propulsion ini. Saat sebuah elektromagnet didinginkan sampai suhu sangat rendah terjadi sesuatu yang ‘tidak biasa’. Jika kita mengalirkan listrik pada magnet yang super dingin tersebut kita bisa mengamati terjadinya getaran (vibration) selama beberapa nanodetik (1nanodetik = 10-9 detik) sebelum magnet itu menjadi superkonduktor. Menurut Goodwin, walaupun getaran ini terjadi hanya selama beberapa nanodetik saja, kita tetap dapat memanfaatkan keadaan unsteady state (belum tercapainya keadaan tunak) ini. Jika getaran-getaran yang tercipta ini dapat diarahkan ke satu arah yang sama maka kita bisa mendapatkan kekuatan yang cukup untuk ‘melempar’ sebuah pesawat ruang angkasa. Kekuatan ini tidak hanya cukup untuk ‘melempar’ secara asal-asalan, tetapi justru pesawat ruang angkasa bisa mencapai jarak maksimum yang lebih jauh dengan kecepatan yang lebih tinggi dari segala macam pesawat yang menggunakan propellant.

Untuk menerangkan idenya, Goodwin menggunakan kumparan kawat (solenoid) yang disusun dari kawat magnet superkonduktor yang dililitkan pada batang logam berbentuk silinder. Kawat magnetik yang digunakan adalah logam paduan niobium dan timah. Elektromagnet ini menjadi bahan superkonduktor setelah didinginkan menggunakan helium cair sampai temperatur 4 K (-269^oC). Pelat logam di bawah solenoida berfungsi untuk memperkuat getaran yang tercipta. Supaya terjadi getaran dengan frekuensi 400.000 Hz, perlu diciptakan kondisi asimetri pada medan magnet. Pelat logam (bisa terbuat dari bahan logam aluminium atau tembaga) yang sudah diberi tegangan ini diletakkan secara terpisah (isolated) dari sistem solenoida supaya tercipta kondisi asimetri.

Selama beberapa mikrodetik sebelum magnet mulai berosilasi ke arah yang berlawanan, listrik yang ada di pelat logam harus dihilangkan. Tantangan utama yang masih harus diatasi adalah teknik untuk mengarahkan getaran-getaran yang terbentuk pada kondisi unsteady ini supaya semuanya bergerak pada satu arah yang sama. Untuk itu kita membutuhkan alat
semacam saklar (solid-state switch) yang bisa menyalakan dan mematikan listrik 400.000 kali per detik (yaitu sesuai dengan frekuensi getaran). Solid-state switch ini pada dasarnya bertugas untuk mengambil energi dari keadaan tunak dan mengubahnya menjadi pulsa listrik kecepatan tinggi (dan mengandung energi tinggi) sampai 400.000 kali per detiknya.
Energi yang digunakan untuk sistem elektromagnetik ini berasal dari reaktor nuklir (300 kW) milik NASA. Reaktor ini menghasilkan energi panas melalui reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi nuklir ini melibatkan proses pembelahan atom yang disertai radiasi sinar gamma dan pelepasan kalor (energi panas) dalam jumlah sangat besar. Reaktor nuklir yang menggunakan ¾ kg uranium (U-235) bisa menghasilkan kalor yang jumlahnya sama dengan kalor yang dihasilkan oleh pembakaran 1 juta galon bensin (3,8 juta liter). Energi panas yang dihasilkan
reaktor nuklir ini kemudian dikonversi menjadi energi listrik yang bisa digunakan untuk sistem electromagnetic propulsion ini. Ketika digunakan dalam pesawat luar angkasa, ¾ kg uranium sama sekali tidak memakan tempat karena hanya membutuhkan ruangan sebesar bola baseball. Dengan massa dan kebutuhan ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan mesin roket yang biasanya digunakan untuk mengirim pesawat ke luar angkasa, pesawat yang menggunakan sistem elektromagnetik ini dapat mencapai kecepatan maksimal yang jauh lebih tinggi
sehingga bisa mencapai lokasi yang lebih jauh pula.

Menurut Goodwin pesawat dengan teknologi elektromagnetik ini dapat mencapai titik heliopause yang merupakan tempat pertemuan angin yang berasal dari matahari (solar wind) dengan angin yang berasal dari bintang di luar sistem tatasurya kita (interstellar solar wind). Heliopause terletak pada jarak sekitar 200 AU (Astronomical Unit) dari matahari. 1 AU merupakan jarak rata-rata bumi dari matahari yaitu sekitar 1,5.108 km. Planet terjauh dalam sistem tatasurya kita saja hanya berjarak 39,53 AU dari matahari. Semua pesawat luar angkasa yang menggunakan propellant tidak bisa mencapai jarak sejauh itu!

Tentu saja pesawat yang dipersenjatai elektromagnetik yang dahsyat ini masih sangat jauh dari sistem ideal yang kita inginkan. Karena walaupun pesawatnya bisa mencapai kecepatan sangat tinggi, kecepatan itu masih sangat kecil dibandingkan kecepatan cahaya (300.000 km per detik). Kecepatan maksimum yang bisa dicapai sistem ini masih di bawah 1% kecepatan cahaya. Padahal bintang yang terdekat dengan sistem tatasurya kita berada pada jarak lebih dari 4 tahun cahaya (1 tahun cahaya = 300.000 km/detik x 60 detik/menit x 60 menit/jam x 24 jam/hari x 365 hari/tahun = 9,4608.1012 km). Perjalanan terjauh yang pernah ditempuh manusia adalah 400.000 km (yaitu perjalanan ke bulan).

Jika kita ingin mengirim pesawat tanpa awak pun kita masih membutuhkan ratusan tahun sebelum pesawat tersebut bisa mencapai bintang terdekat. Itu pun karena pesawatnya menggunakan teknologi elektromagnetik! Dengan pesawat yang menggunakan propellant bahan kimia kita baru bisa mencapai bintang terdekat dalam waktu puluhan ribu tahun. Jika kita ingin mencapai bintang terdekat dalam waktu lebih cepat seperti dalam film Star Trek kita membutuhkan teknologi yang bisa melampaui kecepatan cahaya. Selama teknologi itu masih
belum bisa dikembangkan, kita bisa memanfaatkan dulu teknologielektromagnetik yang ternyata memberikan alternatif yang cukup menjanjikan walaupun belum bisa mewujudkan impian kita untuk menjelajahi jagad raya.