Sejarah singkat
Nuklir pertama kali dibuat pada Agustus 1942 oleh Amerika Serikat dalam sebuah proyek yang disebut Manhattan Project. Percobaan bom nuklir pertama dilakukan di gurun pasir negara bagian New Mexico pada bulan Juli 1945 dan lokasi ini disebut Situs Trinity. Amerika Serikat menggunakan bom nuklir pertama dalam sejarah pertama dan dijatuhkan di Hiroshima pada 6 Agustus 1945 dengan jenis yaitu uranium. Bom nuklir kedua dijatuhkan oleh Amerika Serikat di Nagasaki pada 9 Agustus 1945 dengan jenis bom plutonium. Bom yang dijatuhkan di Hiroshima mengandung 64 kg uranium yang melepaskan energi yang setara 15 kiloton ledakan kimiawi. Proses ini membuat semua debu dan debris terangkat ke udara membentuk awal berbentuk jamur dan menjadi ciri khas ledakan nuklir. Tidak hanya itu, partikel radioaktif juga ikut terbang ke udara dan jatuh kembali ke permukaan Bumi.
Pada Agustus 1949, Uni Soviet juga berhasil mengembangkan bom nuklir. Mereka melakukan percobaan nuklir di Semipalatinsk (sekarang Kazakhstan). Beberapa negara lainnya juga menguji coba nuklir seperti Inggris, Perancis, China, India, dan Pakistan. Percobaan tersebut dilakukan pada rentang tahun 1952 sampai 1998. Percobaan ini dilakukan di berbagai medan, seperti udara dan di bawah tanah.
Perjanjian Penghentian Percobaan Nuklir Sebagian
Pada tahun 1963, tiga negara mengadakan perjanjian mengenai penghentian percobaan nuklir sebagian. Tiga negara yang terlibat dalam perjanjian ini adalah Amerika Serikat, Inggris, dan Uni Soviet. Mereka sepakat untuk tidak lagi melakukan uji coba di udara dan hanya di bawah tanah saja. Selain ketiga negara ini, negara lain juga mendapat tekanan dari publik untuk melakukan hal yang sama. Hal ini dipicu percobaan nuklir di udara yang dilakukan oleh China pada tahun 1980. Sejak itu, semua negara hanya boleh melakukan uji coba di bawah tanah (Kompas, 2021)
Dampak dari Bom Atom yang Dijatuhkan di Jepang
Ledakan bom atom menyebabkan kematian seketika bagi ribuan orang dan ribuan orang lainnya mengalami luka-luka serius, baik karena efek ledakan langsung maupun akibat radiasi yang dilepaskan. Jumlah orang yang meninggal menyusul ledakan bom atom di Hiroshima diperkirakan mencapai 140.000 jiwa dari populasi 350.000 orang. Sementara itu, setidaknya 74.000 individu kehilangan nyawa di Nagasaki. Radiasi nuklir dari ledakan bom atom menyebabkan kerusakan dan penyakit jangka panjang bagi korban yang selamat. Radiasi mengakibatkan kasus kanker, kelainan genetik, dan berbagai masalah kesehatan lainnya yang berlanjut selama beberapa generasi.
Kedua kota menghadapi tantangan besar dalam membangun kembali infrastruktur, ekonomi, dan masyarakat mereka. Bantuan internasional kemudian datang untuk membantu dalam rekonstruksi, tetapi dampak sosial dan ekonomi jangka panjang masih dirasakan hingga hari ini. Penggunaan bom atom oleh Amerika Serikat di Jepang menjadi peristiwa yang sangat kontroversial dan memicu perdebatan tentang etika penggunaan senjata nuklir. Peristiwa ini juga mengubah dinamika politik internasional dan meningkatkan kekhawatiran tentang perlombaan senjata nuklir.
Reaksi Fisi
Reaksi fisi adalah reaksi pada sebuah inti atom yang membelah menjadi dua atau lebih inti atom baru menjadi lebih ringan. Ketika terjadinya reaksi fisi maka akan dipancarkan energi dan juga partikel. Penyebab suatu atom mengalami reaksi fisi adalah datangnya neutron ke dalam suatu atom sehingga terjadi ketidakstabilan kemudian atom tersebut terbelah. Jadi jika kita ingin melakukan sebuah reaksi fisi maka kita harus menembakkan neutron pada atom tersebut.
Gambar 1. Skema Reaksi Fisi (Duderstadt and Hamilton, 1976)
Seperti pada gambar di atas, reaksi ini berawal dengan ditembaknya sebuah neutron pada atom uranium yang kemudian atom tersebut menjadi tidak stabil sehingga terbelah dan membentuk dua atau tiga neutron baru, dua nuklida, dan energi. Kemudian dua atau tiga neutron baru tersebut akan menubruk atom lainnya sehingga terjadi lagi reaksi fisi secara kontinu atau terus menerus.
Berdasarkan jumlah neutron yang dihasilkan oleh reaksi fisi, terdapat dua jenis reaksi fisi yaitu :
Reaksi fisi terkendali, yaitu reaksi fisi yang jumlah neutronnya dapat kita kendalikan sehingga faktor multiplikasinya tetaplah 1 (konstan). Faktor multiplikasi (k) adalah jumlah neutron yang dihasilkan pada suatu generasi sama dibagi dengan jumlah neutron pada generasi sebelumnya. Jika k = 1 , sistem disebut dalam kondisi kritis. Reaksi fisi ini bisa dikendalikan karena menggunakan batang kendali yang dapat menyerap kelebihan neutron. Reaksi fisi terkendali ini yang digunakan pada reaktor nuklir. Oleh karena itu, pada pembuatan reaktor nuklir menggunakan kondisi kritis.
Reaksi fisi tak terkendali, yaitu reaksi yang jumlah neutronnya tidak dikendalikan. Jika reaktor dalam kondisi superkritis maka akan terjadi pelepasan energi yang terus meningkat dan tidak terkendali. Dapat dibayangkan jika neutron yang terbentuk secara terus menerus dapat menumbuk nuklida-nuklida lainnya sehingga dapat menyebabkan ledakan yang begitu dahsyat. Reaksi fisi tak terkendali inilah yang terjadi pada bom nuklir.
Material yang dapat digunakan untuk reaksi fisi diantaranya adalah uranium, plutonium, dan thorium. Yang sangat mencengangkan pada reaksi fisi nuklir adalah kalor yang dihasilkan 1 gram uranium setara dengan kalor yang dihasilkan 2,5 ton batu bara. Jadi wajar saja bom nuklir sangat ditakutkan oleh manusia di penduduk bumi (Sisi Kreatif, 2017)
Pemanfaatan Nuklir
Adapun pemanfaatan dari nuklir seperti teknologi pada perangkat medis MRI dan CT scanner dengan memanfaatkan nuklir. Dalam dunia medis, sinar dan gelombang khusus digunakan untuk melihat organ-organ tubuh manusia lewat teknologi radiografi. Sinar gama, neutron, sinar-x, sampai MRI (Magnetic Resonance Imaging) menggunakan teknologi berbasis radiasi nuklir. Adanya teknologi radiografi membuat penyakit lebih mudah dideteksi. Listrik yang dihasilkan nuklir sangat berhubungan dengan reaksi fisi. Reaktor akan menghasilkan energi panas, yang mendidihkan air di dalam reaktor. Energi kinetik dari uap air akan menggerakkan turbin dan menghasilkan energi listrik. Sinar gama dapat dipakai untuk memeriksa sistem beton bertulang hingga badan pesawat, memastikan tidak ada kebocoran mikro. Sinar gama juga bisa membuat bahan pangan lebih tahan lama dan bebas dari mikroorganisme pembusuk. Kualitas makanan akan terjaga dan tak akan terkena efek radioaktif.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) merupakan fasilitas yang memanfaatkan energi dari reaksi fisi nuklir yang terkendali untuk menghasilkan listrik. Salah satu jenis reaktor nuklir yang digunakan adalah reaktor air bertekanan (pressurized water reactor/PWR), seperti yang digambarkan dalam diagram. Di dalam reaktor nuklir, energi dihasilkan melalui reaksi fisi yang menghasilkan kalor atau panas. Panas ini dialirkan keluar dari teras reaktor bersama air dan menuju alat penukar panas (heat exchanger). Pada tahap ini, uap panas dipisahkan dari air dan diarahkan ke turbin untuk menghasilkan gerakan yang akan membangkitkan listrik. Air yang telah melepaskan panasnya kemudian didinginkan dan dikembalikan ke reaktor melalui proses pemompaan. Uap air yang telah melewati turbin dan mendingin kembali, diarahkan kembali ke dalam reaktor.
Agar air di dalam reaktor (yang berada pada suhu 300°C) tetap dalam bentuk cair dan tidak mendidih (karena biasanya air mendidih pada suhu 100°C pada tekanan atmosfer), tekanan di dalam reaktor dijaga tinggi pada sekitar 160 atm. Inilah sebabnya reaktor ini dikenal sebagai reaktor air bertekanan, karena tekanan tinggi di dalamnya menjaga air tetap cair meskipun pada suhu yang jauh di atas titik didih biasa.
Reaktor Nuklir
Reaksi fisi nuklir dapat menghasilkan energi yang berguna, namun memerlukan pengendalian yang tepat di dalam reaktor nuklir. Empat komponen utama dalam reaktor nuklir adalah elemen bahan bakar, moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton. Elemen bahan bakar, sering berbentuk batang uranium U, menyediakan sumber inti atom untuk fisi nuklir di dalam teras reaktor. Moderator neutron, seperti air, memperlambat neutron-neutron berkecepatan tinggi yang dihasilkan dari fisi. Hal ini penting karena fisi nuklir lebih mungkin terjadi pada neutron yang lebih lambat. Molekul-molekul air memperlambat neutron dengan bertumbukan, memungkinkan reaksi berantai terkendali.
Batang kendali mengendalikan jumlah neutron yang berpartisipasi dalam reaksi berantai. Biasanya menggunakan bahan seperti boron atau kadmium, batang kendali menyerap neutron untuk menjaga reaksi tetap terkendali. Mereka dapat ditarik keluar atau dimasukkan ke teras reaktor untuk menjaga kondisi kritis. Perisai beton mengelilingi teras reaktor dan berfungsi melindungi lingkungan dari radiasi yang dihasilkan selama fisi nuklir. Beton memiliki kemampuan yang efektif untuk menyerap radiasi zat radioaktif, sehingga berperan sebagai perisai pelindung. Dalam keseluruhan sistem, elemen-elemen ini bekerja bersama untuk menghasilkan energi dari fisi nuklir secara terkendali sambil menjaga lingkungan tetap aman dari radiasi yang berbahaya.
Kendala dalam Pemanfaatan Nuklir
Keselamatan dan keamanan reaktor nuklir adalah perhatian utama. Terjadinya kecelakaan atau insiden nuklir dapat memiliki konsekuensi yang sangat serius terhadap manusia, lingkungan, dan ekonomi. Proses fisi nuklir menghasilkan limbah radioaktif yang berbahaya dan memiliki masa paruh yang panjang. Pengelolaan limbah radioaktif ini merupakan tantangan besar, karena memerlukan penyimpanan jangka panjang yang aman dan stabil. Penggunaan teknologi nuklir untuk tujuan energi juga dapat menyebabkan risiko proliferasi nuklir, yaitu penyebaran senjata nuklir. Pembangunan reaktor nuklir memerlukan investasi awal yang besar dan biaya operasional yang signifikan. Selain itu, proses penghentian operasi dan pembongkaran reaktor yang sudah tua juga memerlukan biaya besar. Uranium yang merupakan bahan bakar nuklir yang paling umum digunakan saat ini adalah sumber daya alam yang terbatas. Persediaan uranium di alam diperkirakan akan semakin menipis seiring dengan meningkatnya konsumsi energi nuklir.
Beberapa orang memandang energi nuklir dengan skeptis karena risiko kecelakaan dan limbah radioaktif. Masyarakat juga cenderung mengkhawatirkan penggunaan energi nuklir sebagai hasil dari dampak yang mungkin ditimbulkan pada lingkungan dan kesehatan manusia.
Waktu yang diperlukan untuk merancang, membangun, dan menyusun reaktor nuklir yang aman dan andal juga relatif lama. Selama periode ini, perlu adanya sumber energi alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi saat ini dan mengatasi perubahan iklim.
