[BUTENA 8] CAHAYA BIRU REAKTOR NUKLIR: Misteri di Balik Pancaran Radiasi Cherenkov

CAHAYA BIRU REAKTOR NUKLIR: Misteri di Balik Pancaran Radiasi Cherenkov

Bila membahas hal-hal tentang Teknik Kimia, pastilah tak jauh dari pembahasan reaktor. Salah satunya adalah reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah sistem yang dirancang untuk mengekstrak energi nuklir yang diperoleh melalui proses fisi nuklir, yaitu pembelahan inti atom berat (seperti uranium-235 atau plutonium-239) menjadi inti-inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi besar, neutron, dan partikel bermuatan. Reaktor nuklir menggunakan bahan bakar seperti uranium-235 (U-235) yang ketika menyerap neutron akan membelah menjadi fragmen fisi dan memancarkan beberapa neutron baru. Reaksi berantai ini menghasilkan energi dalam bentuk panas sekaligus partikel bermuatan berenergi tinggi sebagai sumber energi utama di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Reaksi fisi nuklir U-235 adalah:

¹n + ²³⁵U → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3¹n + energi 

Keterangan:

¹n: Menandakan satu neutron yang menumbuk inti U-235.

²³⁵U: Menandakan inti uranium-235.

¹⁴¹Ba: Menandakan inti barium-141, salah satu produk fisi.

⁹²Kr: Menandakan inti kripton-92, salah satu produk fisi.

3¹n: Menandakan tiga neutron yang dilepaskan.

Energi: Menandakan energi yang dilepaskan dalam bentuk panas dan radiasi gamma.

Dari reaksi di atas dapat ditarik kesimpulan, uranium-235 yang menyerap sebuah neutron akan membelah menjadi Barium-141 dan Kripton-92. Dilepaskan pula sekitar 3 neutron baru (yang bisa melanjutkan reaksi berantai) serta energi dalam jumlah besar.

Untuk mendinginkan dan memperlambat neutron setelah fisi, reaktor biasanya menggunakan air murni (demineralisasi) yang juga berfungsi sebagai moderator. Air pendingin dialirkan melalui inti reaktor, tempat batang bahan bakar berada, untuk menyerap panas yang dihasilkan dari fisi nuklir. Panas yang terserap air pendingin ini kemudian ditransfer ke sirkuit sekunder untuk menghasilkan uap, yang akan memutar turbin dan menghasilkan listrik. Air murni ini juga berperan sebagai perisai radiasi yang mengurangi paparan bagi pekerja, sekaligus menjaga bahan bakar tetap stabil. Itulah sebabnya batang bahan bakar, baik yang masih aktif maupun yang sudah digunakan, disimpan di kolam air yang dalam.

Nah, di dalam kolam reaktor ini, sering terlihat cahaya biru terang. Mengapa hal ini terjadi? Cahaya biru ini bukan berasal dari pijaran bahan bakar, melainkan dari fenomena radiasi Čerenkov. Radiasi Čerenkov ialah suatu fenomena optik ketika partikel bermuatan hasil fisi (biasanya elektron) bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya di dalam medium bening seperti air. Keadaan ini serupa dengan gelombang kejut suara (sonic boom) pada pesawat supersonik, hanya saja terjadi dalam bentuk cahaya. Tapi mungkin muncul pertanyaan baru di pikiranmu, bagaimana mungkin partikel dapat bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya?

Saat bergerak melalui air, cahaya melambat hingga 75% dari kecepatan normalnya. Ini memungkinkan partikel yang dipancarkan dari bahan bakar nuklir dapat bergerak lebih cepat dari cahaya dalam air. Saat partikel bermuatan ini mengganggu molekul air di jalurnya, partikel cahaya, atau yang dikenal sebagai foton, dilepaskan. Foton adalah jenis radiasi elektromagnetik yang bergerak dalam gelombang. Bentuk gelombang ini ditentukan oleh tinggi dan jarak antar gelombangnya. Partikel-partikel foton ini menciptakan "gelombang kejut" cahaya biru atau ungu yang terlihat.

Mengapa warnanya biru? Foton yang dihasilkan dari radiasi Čerenkov ini memiliki frekuensi tinggi dan panjang gelombang pendek. Ini tampak oleh mata manusia sebagai biru atau ungu pada spektrum elektromagnetik. Karena radiasi lebih kuat pada panjang gelombang pendek, maka cahaya yang terlihat dominan adalah warna biru. Fenomena ini menjadi tanda visual khas dari reaktor nuklir yang sedang beroperasi.

Sumber:

Jelley, J. V. (1958). Čerenkov Radiation and Its Applications. Pergamon Press.

Krane, K. S. (1988). Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons.

International Atomic Energy Agency (IAEA). Cherenkov Radiation in Nuclear Reactors.

Nero, A. V. J., & California Univ., Berkeley (USA).(1976). Guidebook to nuclear reactors. Lawrence Berkeley Lab.

Share: