Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Senjata Nuklir

Mungkin kita pernah menyaksikan film-film perang yang menggambarkan suatu ledakan bom nuklir. Namun, dari 190an negara di dunia ini tercatat hanya 20 negara yang memiliki senjata nuklir. Delapan di antaranya yang memiliki jumlah terbanyak adalah Amerika Serikat, Rusia, Inggris, Prancis, Tiongkok, India, Pakistan, dan Israel. Delapan negara inilah yang memiliki teknologi terdepan dalam mengembangkan senjata nuklir. Ketika prestise, simbol, dan rasa keamanan menjadi hal penting, di luar delapan negara tadi masih ada banyak negara yang memendam hasrat untuk memiliki senjata yang berkekuatan dahsyat itu.

Tanggal 6 Agustus 1945, Kota Hiroshima di Jepang menjadi korban ‘little boy’ yang dijatuhkan melalui pesawat B-29 Superfortress Enola Gay yang dikendalikan oleh Kolonel Paul Tibetts. Tiga hari kemudian, tipe yang lebih kuat, ‘fat man’ dijatuhkan di kota Nagasaki. Inilah peristiwa pertama bom nuklir digunakan dalam medan perang.

ed66-fisika-1 Ledakan bom atom kali pertama di Hiroshima. Sumber gambar: http://media-2.web.britannica.com

Ledakan bom atom kali pertama di Hiroshima. Sumber gambar: http://media-2.web.britannica.com

Sebenarnya apa yang terjadi ketika bom nuklir itu dijatuhkan? Bagaimana mekanisme yang terjadi ketika bom nuklir itu digunakan? Terlepas dari dampak buruknya, ada suatu lompatan peradaban umat manusia yang sangat signifikan ketika para ilmuwan berhasil memahami konsep fisika nuklir. Mari kita lihat sepintas tentang itu.

Dalam bom nuklir terdapat dua jenis interaksi, yakni interaksi kuat dan interaksi lemah, yang menyebabkan nukleus dalam atom tetap terikat satu sama lain, terutama untuk atom-atom yang memiliki ikatan nuklida yang tak stabil. Dalam hal ini, terdapat dua cara bagaimana energi nuklir dapat dihasilkan dari suatu atom, yaitu reaksi fisi dan fusi.

Proses terjadinya reaksi fisi. Sumber gambar: http://www.knutsford-scibar.co.uk

Proses terjadinya reaksi fisi. Sumber gambar: http://www.knutsford-scibar.co.uk

Reaksi fisi adalah memisahkan nukleus dari suatu atom menjadi dua bagian yang lebih kecil dengan sebuah neutron. Biasanya metode ini menggunakan isotop-isotop uranium seperti U-235 atau U-233 atau dapat pula menggunakan Plutonium-239. Reaksi fusi adalah menggabungkan 2 jenis atom-atom kecil seperti atom hidrogen atau isotopnya seperti deuterium atau tritium menjadi atom yang lebih besar (misalnya helium). Proses ini sama halnya dengan apa yang terjadi di matahari kita. Baik fisi maupun fusi dapat mengeluarkan energi panas yang sangat besar jumlahnya dan radiasi yang mungkin berbahaya (sinar-X, neutron, dll).

Proses terjadinya reaksi fusi. Sumber gambar: http://www.worsleyschool.net

Proses terjadinya reaksi fusi. Sumber gambar: http://www.worsleyschool.net

Bom atom yang ada hingga saat ini berdasarkan pada reaksi fisi sehingga sering juga disebut bom fisi. Bom ini menggunakan suatu atom berat seperti U-235 untuk menghasilkan ledakan nuklir. U-235 (Uranium dengan nomor massa 235) memiliki beberapa karakteristik tambahan yang menyebabkan atom ini dapat digunakan baik untuk keperluan pembangkit energi listrik atau penghasil bom atom.

U-235 merupakan salah satu dari beberapa material yang dapat mengalami reaksi fisi terinduksi. Ketika sebuah neutron bebas menumbuk inti U-235, atom ini menjadi tidak stabil dan akan segera membelah menjadi inti-inti atom lain yang lebih kecil dan diikuti dengan dua atau tiga buah neutron baru (lihat gambar reaksi fisi). Atom-atom baru yang terbentuk akan mengemisikan radiasi sinar gamma untuk mencapai keadaan stabilnya.

Pada reaksi fisi terinduksi, probabilitas atom U-235 untuk menangkap neutron bebas lebih besar daripada melewatkannya, sehingga atom ini sangat reaktif dengan keberadaan neutron bebas. Dalam ledakan bom atom, lebih dari satu neutron dilepaskan pada tiap reaksi fisi yang terjadi. Oleh karenanya, hal ini dapat memicu terjadinya reaksi fisi lain di sekitarnya. Reaksi ini yang kemudian terkenal dengan nama reaksi berantai. Keadaan yang demikian ini dinamakan keadaan superkritis (supercriticality). Selain itu, proses penangkapan neutron dan pembelahan atom terjadi sangat cepat, biasanya dalam orde pikosekon (10-12 detik).

Reaksi fisi terinduksi menghasilkan energi yang sangat besar jumlahnya, disertai dengan panas yang luar biasa dan radiasi sinar gamma. Misalkan terjadi reaksi fisi sebagai berikut:

U-235 + n → produk fisi 1 + produk fisi 2 + n + 200 MeV

Pada reaksi di atas, telah diketahui energi yang dihasilkan dalam sebuah reaksi fisi, nilai 200 MeV hanya sebuah perkiraan. Perhitungan yang lebih baik dapat dilakukan dengan menjumlahkan nomor massa dari masing-masing produk fisi (misal: T), kemudian nomor massa U-235 dikurangi dengan T, sehingga 235 – T = S, dan S > 0, selanjutnya konversikan menjadi energi menggunakan persamaan E = mc2 dan diperoleh energi yang dihasilkan reaksi fisi tersebut.

Selanjutnya kita bisa memperkirakan daya listrik yang dapat digunakan jika hanya sejumlah U-235 yang bereaksi (agar lebih mudah ambil 1 gram U-235 yang bereaksi) seperti diilustrasikan pada gambar berikut.

ed66-fisika-4

Arti angka pada gambar tersebut adalah bahwa kita dapat memperoleh daya listrik sekitar 1 MW dalam 1 hari dengan hanya menggunakan 1 gram U-235 saja! Belum pernah liat kan energi sebesar ini? Itulah sebabnya kerusakan yang dapat dihasilkan oleh bom atom begitu besar. Di sisi lain, konversi energi nuklir menjadi listrik tentu akan sangat bermanfaat bagi umat manusia. Delapan negara yang disebutkan di awal tulisan cukup rentan terhadap peperangan karena mereka yakin akan teknologi senjata nuklir yang mereka kembangkan di negaranya masing-masing. Bagaimana dengan Indonesia? Tampaknya belum terlihat gelagat menuju ke arah sana.

Bahan bacaan:

Penulis:
Fran Kurnia, mahasiswa S3 di University of New South Wales (UNSW), Sydney, Australia.
Kontak: fran.kurnia(at)yahoo(dot)com.