(ID) Nuklir itu apa sih? Bom ya?

So, this is my first "serious" post, eh? Hahaha~

Sambil iseng menunggu yang sedang saya tunggu, mau nulis sesuatu yang berbau tentang bidang saya ah~

Ini tentang penjelasan umum tentang nuklir dan bagaimana orientasi orang di dunia ini terhadap nuklir itu bermula.

Nuklir itu apa sih?

Nah, ini pertanyaan paling umum dan mendasar nih. Bahkan udah bisa dipastikan jadi makanan sehari-hari bagi kita yang terlibat di bidang kenukliran.

Dan biasanya, kalo orang awam denger istilah nuklir, berarti nggak jauh-jauh dari 2 kata ini.

Apa???

Yak,

Yang pertama pasti BOM! >.< *sigh*

Yang kedua adalah RADIASI! Bahaya!.

Kita awali dari penjelasan nuklir deh biar enak. Nuklir asal mulanya dari kata nukleus yang berarti inti. "Jadi nuklir itu?" Sesuatu yang berhubungan dengan inti atom.

"Inti atom apaan?" Ya pusat dari atom. Inti atom mengandung proton dan neutron.

Atom sendiri masih nggak ngerti nih? Ahaha... atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur, atau gampangnya adalah suatu satuan dasar dari sebuah materi.

Konteks nuklir dalam kehidupan manusia sehari-hari saat ini menurut saya bisa dipastikan hampir selalu berorientasi pada fisika nuklir. Padahal istilah nuklir sendiri seperti yang udah dijelasin di atas adalah sesuatu yang berhubungan dengan inti atom. Inti atom itu ada dimana-mana dan tentunya berlaku di berbagai bidang. Contohnya di bidang medis, ada istilah DNA nuklir.

Fisika nuklir sendiri adalah bidang ilmu fisika yang mempelajari unsur penyusun inti atom beserta fenomena yang terjadi didalamnya.

Nah, reaksi nuklir itu dibagi menjadi 2 jenis, yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi.

Ilustrasi reaksi fisi

Istilah fisi secara bahasa mudahnya berarti membelah suatu bahan menjadi 2 bagian atau lebih. Berarti, reaksi fisi nuklir adalah adalah suatu proses (reaksi nuklir) yang memecah inti atom menjadi 2 bagian yang lebih kecil/ringan. Selama proses reaksi ini biasanya menghasilkan pancaran energi yang sering kita ketahui sebagai radiasi.

Nah, PLTN yang selama ini kita kenal itu memanfaatkan reaksi ini untuk membangkitkan daya.

Ilustrasi reaksi fusi

Fusi berkebalikan dengan fisi. Kalo fisi berarti pemisahan/pembelahan, fusi berarti pembentukan. Pernah denger restoran Jepang di Indonesia yang menggunakan istilah "Japan fusion" kan? Nah, itu maksudnya juga sama, yaitu menggabungkan makanan khas Jepang dengan cita rasa lain (biasanya kalo di Indonesia ya dengan cita rasa selera Indonesia), menjadikan suatu kreasi makanan yang "baru".
Reaksi fusi adalah suatu reaksi nuklir dimana dua atau lebih inti atom bertumbukan satu sama lain dan menghasilkan inti atom yang baru. Selama proses itu terjadi juga dihasilkan energi. Contoh paling gampang dari reaktor fusi adalah pusat tata surya kita, matahari :)

Sejauh ini, belum ada pembangkit daya yang memanfaatkan reaksi fusi karena terkendala tingkat kesulitan untuk merealisasikannya. Kalo bahasa awamnya, bisa dibayangkan kita akan "meniru" reaksi yang terjadi di matahari :)

Sedikit tambahan nih untuk penjelasan tentang reaksi fusi, karena kebetulan ini adalah bidang saya. :D


Reaksi fusi umumnya dibagi menjadi 2 macam, yaitu reaksi fusi dingin dan reaksi fusi panas. Dingin disini maksudnya bukan dingin versi manusia ya, tapi relatif terhadap jenis fusi panas. :D

Ada 1 jenis lagi yaitu LENR (Low-Energy Nuclear Reactions). Akhir - akhir ini para ilmuwan "menggabungkan" LENR ke dalam reaksi fusi dingin demi melakukan simplifikasi terhadapnya. Kalo pendapat saya sih supaya nggak ada kerancuan terhadap 2 jenis reaksi nuklir yang ada saat ini, karena bisa dibilang LENR itu ada di "tengah-tengah". Yang perlu ditekankan disini adalah, sebenernya LENR sendiri secara teknis bukan reaksi fusi.

Nah, sampe saat ini ada 2 jenis kandidat kuat dari reaksi fusi, yaitu reaksi DD dan reaksi DT. Seperti apa mereka? hehe...

DD Reaction

Reaksi DD adalah reaksi yang menggabungkan dua atom deuterium, makanya disebut DD. Reaksinya kayak gambar di samping kanan ini...
Di awal perkembangannya, reaksi tersebut dituliskan secara sederhana dan merupakan reaksi eksotermis dengan hasil berupa inti atom helium dengan nomor massa 4 + energi sebesar 23,85 MeV.
Dan...hal tersebut hanyalah teori belaka karena hasil reaksinya tidak terjadi walaupun dua inti atom deuteriumnya tetap bisa bereaksi. Diketahui hal itu disebabkan karena inti atom helium tidak mungkin bisa mengakomodasi energi sebesar itu, baik secara internal maupun eksternal.
Sebagai perbandingan secara awam dan logika aja nih... reaksi fisi nuklir menghasilkan reaksi eksotermis dengan energi rata-rata sebesar 200 MeV untuk penggunaan bahan bakar Uranium-235. Kalo dirasakan secara awam saja, uranium adalah unsur berat (nomor massa 235) dan ketika reaksi fisi menghasilkan berbagai macam produk fisi yang relatif berat pula (kecuali gas). Produk-produk tersebut mengakomodasi energi sebesar 200 MeV. Bandingkan dengan Helium-4 yang harus mengakomodasi energi sebesar ~24 MeV. Helium punya massa sekitar 1/60 nya si uranium, sedangkan perbandingan energi yang harus mereka akomodasi nggak terlampau jauh, hanya 1/8 aja. Kalo logika anda jalan jelas nggak mungkin hal itu bisa terjadi huehue~
*tapi secara ilmiah bukan gitu ya cara memastikannya hehehe*

Dalam perkembangannya, reaksi DD akhirnya bisa digunakan karena energi yang harus diakomodasi pada kenyataannya jauh lebih kecil dan reaksi tersebut (gambar di atas) muncul dengan perbandingan 50:50. Kemungkinan yang lainnya adalah reaksi tersebut tidak menghasilkan helium, melainkan tritium dan hidrogen.

Saat ini yang paling gencar menggunakan reaksi DD untuk eksperimen reaktor fusi (yang saya tau) adalah Jerman dan beberapa negara di Eropa lainnya.

DT Reaction

Berikutnya adalah reaksi DT, yaitu reaksi yang menggabungkan 2 isotop hidrogen (lagi) yaitu deuterium dan tritium seperti gambar di kanan ini. Nah, reaksi ini jauh lebih populer di kalangan ilmuwan dan penggiat eksperimen, karena lebih menarik dan pastinya gara2 menghasilkan lebih banyak energi daripada reaksi DD. Uniknya lagi, ada potensi besar kalo energi tersebut bisa terakomodasi.

FYI:
Deuterium = isotop stabil hidrogen yang punya nomor massa 2, karena punya 1 proton dan ketambahan 1 neutron.
Tritium = radioisotop hidrogen yang punya nomor massa 3, karena punya 1 proton dan ketambahan 2 neutron.
Karenanya, deuterium dan tritium sering disebut sebagai "heavy water" alias air berat. Hidrogen sendiri punya nomor massa 1, karena cuma punya 1 proton.

Tapi, saat ini perkembangan pemanfaatan reaksi fusi untuk pembangkit daya semakin menjanjikan. Terlihat dari banyaknya proyek eksperimen, baik mega proyek maupun mini proyek, dari yang dipublikasi sampe yang rahasia, dari institusi besar sampai rumahan, yang sukses secara bertahap.
Mungkin untuk yang proyek rumahan bisa meningkat drastis gara-gara terinspirasi film Iron Man kali ya hahaha... (buat yang belum tau, film sci-fi Iron Man menggunakan teknologi reaktor fusi untuk sumber energi yang diletakkan di bagian dada)

Contoh mega proyek reaktor fusi yang disinyalir akan berhasil untuk membangkitkan daya pada tahun 2027 adalah ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) yang terletak di Prancis.

Nah, fusi ini adalah bidang minat saya. Kalo mau tau lebih lanjut tentang fusi bisa ke link ini :)

Penampakan PLTN yang mungkin selama ini ada di bayangan anda. PLTN yang ada saat ini memanfaatkan reaksi fisi nuklir

Kenapa terjadi bom atom?

Saya jelaskan secara singkat dan non-teknis aja ya, biar gampang aja... dan semoga ketangkep maksudnya hehe...

Ketika kita tau bahwa PLTN memanfaatkan reaksi fisi untuk menghasilkan daya. Apa yang terlintas di pikiran anda nih? Radiasi menghasilkan listrik? Atau reaksi nuklir itu tiba-tiba menghasilkan listrik?

Salah semua sih itu sebenernya heheh... Hingga saat ini, hampir seluruh pemanfaatan reaksi fisi untuk PLTN yang ada di bumi ini konsepnya mirip dengan PLTU. Bedanya, PLTN memanfaatkan panas yang dihasilkan oleh reaksi fisi yang terjadi di bahan bakar nuklir (BBN). Agar panas yang dihasilkan oleh BBN nggak berlebihan dan tetap terkendali, maka digunakan sistem fluida pendingin, contohnya air. Sebut saja sistem air primer. Air primer yang digunakan untuk mendinginkan BBN ini juga sekaligus berperan sebagai perantara panas. Dia akan menyalurkan panasnya ke air sekunder yang berada di sistem pipa yang berbeda, dimana air sekunder itu nanti akan terolah sedemikian rupa sehingga bisa digunakan untuk menggerakkan turbin dan akhirnya menghasilkan listrik.

Ini contoh ilustrasi proses yang terjadi di PLTN. Ini adalah salah satu tipe PLTN tertua, generasi awal, dan paling simpel menurut saya. Nama jenisnya adalah BWR (Boiling Water Reactor)

Diagram PLTN tipe BWR. Kali aja masih penasaran haha :D

Ketika PLTN membangkitkan panas, kita tidak bisa serta merta membangkitkannya secara spontan mak jleb haha... harus perlahan dibangkitkan sebelum akhirnya mencapai titik yang diinginkan. Pembangkitan secara spontan bisa menyebabkan kegagalan dan kecelakaan yang dikenal dengan istilah ekskursi nuklir.

Nah, kenapa saya jelasin soal PLTN padahal pertanyaannya itu bom atom?? :|

Ahahaha...

Reaksi fisi yang terjadi di PLTN adalah reaksi nuklir yang dikendalikan, sehingga aman untuk dimanfaatkan. Bom atom, disisi lain, adalah reaksi nuklir yang tidak terkendali. Reaksi fisi yang terjadi terbangkitkan secara spontan.

(Ya, terbangkitkan. Bukan dibangkitkan. Karena "di-" berarti disengaja. Yang disengaja bukanlah reaksinya, tetapi desain untuk membangkitkan reaksinya)

Ketika reaksi fisi terbangkitkan secara spontan, praktis akan ada banyak ketidakstabilan reaksi yang tidak terkendali dan terjadi dalam waktu yang relatif singkat. Ilustrasinya bisa diliat di gambar reaksi fisi yang ada di atas tadi. Bayangin kalo reaksi fisi itu terjadi jutaan kali lipat banyaknya dan jutaan kali lipat cepatnya. Banyaknya reaksi tak terkendali dalam waktu singkat inilah yang kemudian menjadikannya sebagai apa yang kita kenal sebagai bom atom; atau biar istilahnya lebih keren, bom nuklir :)

Nah, mungkin temen-temen juga pernah denger istilah "bom hidrogen". Ya, bom itu juga salah satu jenis dari bom nuklir. Istilah lainnya adalah bom termonuklir. Bedanya dengan yang di atas, bom hidrogen menggunakan kombinasi reaksi fisi dan reaksi fusi untuk menghasilkan ledakan yang tentunya secara ilmiah sedikit lebih rumit dan jauh lebih destruktif. Reaksi fisi adalah reaksi primer untuk melakukan kompresi ke reaksi fusi yang merupakan reaksi sekunder sampai akhirnya terjadi ledakan. Negara yang gencar melakukan eksperimen bom hidrogen dalam sejarahnya adalah siapa lagi kalo bukan 2 rival abadi, Amerika Serikat dan Uni Soviet. Negara lain yang menyusul adalah Inggris, Tiongkok, India, dan Prancis. Negara yang juga disinyalir melakukan eksperimen terhadap bom ini adalah Pakistan, Korea Utara, dan Israel.

Mushroom cloud of nuclear explosion

Kenapa kalo orang denger kata nuklir pasti orientasinya bom?

Simply put, tak lain dan tak bukan menurut saya adalah "nasib" dari bidang ini hahaha...

Sebuah awal mula, breakthrough, titik terang, sekaligus titik kelam dari perkembangan ilmu nuklir berawal dari eksistensinya sebagai senjata alias bom atom. Kemunculannya pun bukan secara diam-diam, tapi justru sangat terkenal bahkan mendunia. Ya, tak lain dan tak bukan adalah peristiwa dijatuhkannya bom atom oleh Amerika di kota Hiroshima dan Nagasaki, Jepang. Peristiwa yang terjadi saat perang dunia ke-2, dengan kode "Manhattan Project". Proyek tersebut dilaksanakan untuk mengantisipasi isu proyek bom atom Nazi (itu menurut sejarah versi mereka. Faktanya biarkan Tuhan yang tau huehuehue...).

Saya rasa pasti orang lebih mengenal awal mula ilmu nuklir berasal dari peristiwa itu, ketimbang peristiwa dimana seseorang yang secara tidak sengaja menemukan sebuah proses yang bersinggungan dengan ilmu nuklir saat dia sedang mencuci film (foto). Atau bahkan seorang perempuan yang menemukan istilah "radioaktif" untuk fenomena pelepasan energi dari reaksi nuklir seperti ini hehe...

Do you ever know this beautiful lady? She is one of scientists who made a breakthrough on nuclear history :)

Radiasi?

Radiasi dalam konteks umum adalah sebuah peristiwa perpindahan energi tanpa melalui perantara, atau dengan kata lain bisa merambat sekalipun dalam ruang hampa. Dalam konteks ilmu nuklir, radiasi adalah pancaran energi oleh inti atom dari suatu unsur tak stabil, sebab unsur tersebut ingin mencapai tingkat kestabilannya. Mungkin untuk definisi yang lebih lengkap bisa browsing di internet :)

Berkaitan dengan radiasi, tentunya nggak hanya lewat reaksi nuklir aja radiasi itu muncul. Radiasi bisa ditemui dimana saja dan kapan saja. TV tabung, sinar matahari, HP/smartphone, sampai tembok rumah dan udara bebas pun mengandung unsur pemancar radiasi. Fasilitas medis di rumah sakit seperti X-ray, telecobalt, dkk juga pastinya memancarkan radiasi (FYI. Radiasi yang digunakan untuk medis nilai paparannya jauh lebih tinggi ketimbang nilai paparan yang ada di permukaan teras reaktor PLTN). Kalo di unsur kimia, nggak cuma uranium dan kawan-kawan yang memancarkan radiasi. Banyak juga unsur yang bisa memancarkan radiasi. 

Yah, kira-kira itu dulu aja deh penjelasan singkat saya tentang nuklir. Bingung mau ngomong apa lagi hahaha...

Terima kasih yang sudah menyempatkan diri untuk membaca :)