Fisika Nuklir

Mungkin kita pernah menyaksikan film-film perang yang menggambarkan suatu ledakan bom nuklir. Tetapi sesungguhnya dari 195 negara di dunia ini tercatat hanya 20 negara yang memiliki senjata nuklir. Delapan diantaranya memiliki jumlah yang terbanyak, yaitu: (1) Amerika Serikat; (2) Rusia; (3) Inggris; (4) Perancis; (5)China; (6) India; (7) Pakistan; (8) Israel. Delapan negara inilah yang memiliki teknologi terdepan dalam mengembangkan senjata nuklir. Ketika prestise, simbol, dan rasa keamanan menjadi hal penting, masuk akal kalau di luar delapan negara tadi masih ada banyak negara yang memendam hasrat untuk memiliki senjata yang berkekuatan dahsyat itu.

[Contoh ledakan bom nuklir, sumber: http://i100.photobucket.com]

Tanggal 6 Agustus 63 tahun yang lalu, kota Hiroshima di Jepang menjadi korban ‘little boy’ yang dijatuhkan melalui pesawat B-29 Superfortress Enola Gay yang dikendalikan oleh Kolonel Paul Tibetts. 3 hari kemudian tipe yang lebih kuat, ‘fat man’ dijatuhkan di kota Nagasaki.

[Ledakan bom atom kali pertama di Hiroshima, sumber http://media-2.web.britannica.com]

Inilah peristiwa pertama bom nuklir digunakan dalam medan perang. Sebenarnya apa yang terjadi ketika bom nuklir itu dijatuhkan? Bagaimana mekanisme yang terjadi ketika bom nuklir itu digunakan? Sesungguhnya, manusia telah mengalami suatu lompatan dalam ilmu sains dengan adanya teknologi pemusnah massal, bom nuklir.

[Hasil ledakan bom nuklir di Hiroshima http://seattletimes.nwsource.com]

» TINJAUAN FISIKA pada BOM NUKLIR
Dalam bom nuklir terdapat dua jenis interaksi gaya yaitu, 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:

1. Fisi Nuklir, yaitu 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.
   
   [Proses terjadinya reaksi fisi nuklir, sumber: http://www.knutsford-scibar.co.uk]
2. Fusi Nuklir, yaitu menggabungkan 2 jenis atom-atom kecil seperti atom hidrogen atau isotopnya seperti deuterium atau tritium menjadi atom yang lebih besar (misal: Helium). Proses ini sama halnya dengan apa yang terjadi di matahari kita.
   
   [Proses terjadinya reaksi fusi nuklir http://www.worsleyschool.net]

Pada kedua proses di atas, baik fisi maupun fusi dapat mengeluarkan energi panas yang sangat besar jumlahnya dan tidak lupa, radiasi yang mungkin berbahaya (?, ?, ?, sinar-X, neutron, dll).
» BOM ATOM DAN JUMLAH ENERGINYA
Bom atom (atau bom fisi) 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. Jadi, ketika sebuah neutron bebas menumbuk inti U-235, maka U-235 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. Setidaknya ada tiga hal yang membuat reaksi fisi terinduksi menjadi sangat penting dan menarik antara lain:

1. 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 karena itu, hal ini dapat memicu terjadinya reaksi fisi lain disekitarnya. Reaksi ini yang kemudian terkenal dengan nama ‘reaksi berantai’. Keadaan yang demikian ini dinamakan keadaan superkritis (supercriticality).
2. Proses penangkapan neutron dan pembelahan atom terjadi sangat cepat, biasanya dalam orde pikosekon (10^-12 detik).
3. Peristiwa ini menghasilkan energi yang sangat besar jumlahnya dan disertai dengan panas yang luar biasa dan tidak lupa, radiasi sinar gamma. Untuk menghitung secara kuantitatif jumlah energi yang dihasilkan oleh reaksi fisi caranya sangat mudah.
   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. Tidak sulit bukan? (mudah dari Hongkong…) =))
   Langkah selanjutnya ialah memperkirakan daya listrik yang dapat digunakan jika hanya sejumlah U-235 yang bereaksi (agar lebih mudah ambil 1 gram U-235 yang bereaksi). Dengan demikian,
   

   

Arti angka tersebut ialah bahwa kita dapat memperoleh daya listrik sekitar 1 MW dalam 1 hari dengan hanya menggunakan 1 gr U-235. Belum pernah liat kan energi sebesar ini???
Ternyata energi yang dapat dihasilkan oleh bom atom sangat besar jumlahnya. Hal inilah yang membuat 8 negara diatas dianggap sebagai negara yang sangat rentan terhadap peperangan, karena mereka yakin akan teknologi senjata nuklir yang mereka kembangkan di negaranya masing-masing. Di Indonesia? Tampaknya belum terlihat gelagat menuju ke arah sana…