ATOM
Atom adalah suatu satuan dasar materi,
yang terdiri atas inti atom serta awan elektron
bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton
yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang tidak
memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom
oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom
demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul.
Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral,
sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat
positif atau negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan
berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut.
Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia
atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop
unsur tersebut.
Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani
(ἄτομος/átomos, α-τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu
yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat
dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani.
Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan
menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi
menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20,
para fisikawan
berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom,
membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika
kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan
atom.
Dalam pengamatan sehari-hari, secara relatif
atom dianggap sebuah objek yang sangat kecil yang memiliki massa yang secara
proporsional kecil pula. Atom hanya dapat dipantau dengan menggunakan peralatan
khusus seperti mikroskop gaya atom. Lebih dari 99,9% massa
atom berpusat pada inti atom,[catatan 1]
dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak
memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil, yang dapat mengalami peluruhan radioaktif. Hal ini dapat
mengakibatkan transmutasi, yang mengubah jumlah proton dan
neutron pada inti. Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras energi,
ataupun orbital, yang stabil dan dapat mengalami
transisi di antara aras tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan
perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi
sebuah unsur, dan memengaruhi sifat-sifat magnetis
atom tersebut.
Sejarah
Perkembangan Atom
Konsep atom pertama kali dikemukakan
oleh Demokritos yang tidak didukung oleh eksperimen yang meyakinkan, sehingga
tidak dapat diterima oleh beberapa ahli ilmu pengetahuan dan filsafat.
Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805),
kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911) dan disempurnakan
oleh Bohr (1914). Pada zaman Yunani
terdapat dua paham mengenai susunan Zat. Leukippos dan Demokritus
berpendapat, bahwa suatu zat tidak dapat terus menerus dibelah tanpa batas; ada
bagian paling kecil yang tidak dapat dibelah lagi, yang mereka sebut “atom”
(“atomos” berati tidak dapat dibelah). Pendapat kedua ialah pendapat
Aristoteles, yang menyatakan bahwa zat dapat dibelah terus menerus tanpa batas.
Paham Aristoteles ini ternyata merupakan pendapat umum dan dapat bertahan
berabad-abad.
Pada zaman Renaissance pendapat tentang
adanya atom sebagai suatu bagian terkecil dari suatu zat, dihidupkan kembali
oleh Gassendi pada tahun 1592-1655. Sejak saat itu, banyak pendapat tentang
atom yang dikemukakan oleh para ahli dan ilmuan dari berbagai belahan dunia.
Akan tetapi, hal ini baru dapat di pertanggungjawabkan oleh seorang Ilmuan
bernama John Dalton pada tahun 1808, sekitar 4 abad setelah teori atom sebagi
bagian terkecil dalam suatu zat didengungkan.
Teori ini terus berlanjut dan kelemahan
dari setiap teoripun ditemukan. Satu persatu teori tentang ilmuan gugur karena
ada hal yang tak mampu mereka jelaskan mengenai apa yang mereka kemukakan. Namun,
Dalton telah membuka jalan untuk menemukan kesempurnaan sebuah atom. Ada
beberapa nama yang terkenal dalam sejarah perkembangan atom dimana orang-orang
ini kemudian menyempurnakan teori-teori yang telah ada.
Macam-Macam Model
Atom
1.
Model Atom
Dalton
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai
bola pejal seperti pada tolak peluru.
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan
pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu
hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts).
Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan
selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts
menyatakan bahwa “ Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu
tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom
sebagai berikut:
1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah
tidak dapat dibagi lagi
2.
Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil,
suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang
berbeda
3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan
perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom
hidrogen dan atom-atom oksigen
4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan
atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan
atau dimusnahkan.
Kelebihan Model Atom Dalton
1. Model dari teori Dalton ini memungkinkan para ilmuan
mengembangkan lagi struktur atom yang logis secara ilmu pengetahuan.
2. Menjadi inspirasi terciptanya cikal bakal model atom
lainnya untuk menutupi kekurangan dari model atom Dalton.
3. John Dalton merupakan orang yang mengakui terdapat
perbedaan anata partikel unsur (atom) dan partikel senyawa (molekul)
Kelemahan Model Atom Dalton
1.
Tidak
dapat menjelaskan sifat listrik materi.
2.
Tidak
dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
3. Model
atom Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu
dengan unsur yang lain.
2.
Model Atom J.
J. Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik
oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut
tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan
partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan
anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode
merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan
selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh
karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan
positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya
tersebut,Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan
teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang
bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron”
Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji
yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar
merata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson
dianalogikan sebagai bola positif yang pejal.
Kelebihan Model Atom Thomson
1. Dapat
menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut partikel
subatomik.
2. Dapat
menerangkan sifat listrik atom.
Kelemahan Model Atom Thomson
1. Tidak dapat menerangkan fenomena penghamburan partikel
alfa oleh selaput tipis emas yang dikemukakan oleh Rutherford.
2. Tidak dapat menjelaskan adanya inti atom.
3.
Model Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan
Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa
(λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel
alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus
besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut
sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu
betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa
akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta
bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis,
maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang
dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara
20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih. Berdasarkan
gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
- Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
- Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
- Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan
tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan model atom
rutherford yang menyatakan bahwa atom terdiri dari inti atom yang sangat
kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.
Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang
berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Kelebihan Model Atom Rutherford
1.
Mudah dipahami untuk menjelaskan struktur atom yang
rumit.
2.
dapat menjelaskan bentuk lintasan elektron yang
mengelilingi inti atom.
3.
Dapat menggambarkan gerak elektron disekitar inti.
Kelemahan Model Atom Rutherford
1. Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan
dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap ini atom.
2.
Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga
energi atom menjadi tidak stabil.
3.
Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom
hidrogen (H).
4. Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh
ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengelilingi
inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama-kelamaan energi elektron akan
berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam
inti.
4.
Model Atom Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils
Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang
spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan
elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang
atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori
kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
- Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
- Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
- Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck,
E2 – E1 = hf
- Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2p atau nh/2p, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr, elektron-elektron
mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit
elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah
adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar
nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Kelebihan Model Atom Bohr
1. Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya
untuk meramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen
2. Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus,
terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet.
Kelemahan Model Atom Bohr
1. Melanggar asas ketidakpastian Heisenberg karena
elektron mempunyai jari-jari dan lintasan yang telah diketahui.
2.
Model atom Bohr mempunyai nilai momentum sudut
lintasan ground state yang salah.
3.
Lemahnya penjelasan tentang prediksi spektra atom yang
lebih besar.
4.
Tidak dapat memprediksi intensitas relatif garis
spektra.
5.
Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan struktur garis
spektra yang baik.
6. Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks,
Intensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi, serta Efek Zeeman, yaitu
terpecahnya garis spektrum bila atom berada dalam medan magnet.
7. Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi
teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain
atom hydrogen
8.
Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus(fine
structure) pada spektrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan.
5.
Model Atom
Modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin
Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner
Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip
ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum
suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah
kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”. Daerah
ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut
orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin
Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan
fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron
dalam tiga dimensi.
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini
disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai
saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini. Model atom dengan orbital
lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika
kuantum yang berlaku sampai saat ini.
Aan elektron disekitar inti menunjukan tempat
kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron.
Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk
sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit
terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital.
Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Kelebihan Teori Atom Modern
Mampu membuktikan bahwa adanya lintasan elektron untuk
atom hidrogen.
Kelemahan Teori Atom Modern
Hanya dapat menerangkan atom-atom yang memiliki elektron tunggal seperti
gas hidrogen tetapi tidak dapat menerangkan spektrum warna dari atom yang
memiliki banyak elektron.
Tenaga Nuklir
Energi
nuklir adalah suatu energi yang tersimpan dalam atom. Energi ini keluar ketika
terjadi proses dalam reaksi nuklir. Sehingga, dapat disimpulkan bahwa energi
nuklir didapatkan dari perubahan sejumlah massa inti atom
ketika berubah menjadi inti atom yang lain dalam reaksi nuklir. Contoh-contoh
banda-banda yang memiliki energi nuklir diantaranya adalah:
1.
Pembangkit
listrik tenaga nuklir
2.
Awan
cendawan karena bom nuklir
Menurut
informasi, sekarang ini sumber energi mulai langka, sehingga energi nuklir
banyak yang dikembangkan untuk mengatasi masalah kelangkaan energi tersebut.
Yang dapat kita ketahui yaitu pemanfaatan energi nuklir untuk menciptakan arus
listrik, hal ini biasa disebut sebagai Pembangkit
Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yaitu pembangkit listrik thermal di mana
panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit
listrik.
Sejarah Nuklir
Asal Mula
Penggunaan
energi nuklir sebagai membangkitkan listrik dimulai pada awal abad ke-20,
ketika elemen-elemen radioaktif seperti radium,
dapat menghasilkan energi yang sangat besar, sesuai dengan prinsip E=mc².
Penggunaan energi nuklir saat itu masih sulit untuk dilakukan karena elemen
radiokatifnya mempunyai paruh waktu yang pendek. Situasi ini mulai agak berubah
pada tahun 1930-an dengan adanya penemuan fisi nuklir.
Tahun 1932, James
Chadwick menemukan neutron, yang kemudian dengan cepat menjadi alat yang
potensial untuk eksperimen nuklir karena tidak adanya muatan listrik.
Eksperimen dengan neutron membuat Frédéric dan Irène Joliot-Curie menemukan radioaktivitas induksi
tahun 1934, yang bisa membuat elemen "seperti radium" yang harganya
lebih murah daripada radium asli. Selanjutnya pada tahun 1930-an Enrico Fermi
berfokus untuk menyempurnakan keefektifan dari radioaktivitas induksi ini.
Percobaan yang terus ia lakukan membuatnya menemukan satu elemen baru yang
dinamakan hesperium.
Pada tahun
1938, seorang ahli kimia asal Jerman Otto Hahn
and Fritz Strassmann, bersama
dengan fisikawan asal Austria Lise Meitner
dan keponakan Meitner, Otto Robert Frisch,
melakukan eksperimen dengan hasil dari uranium-dengan-neutron, untuk meneliti
lebih lanjut klaim Fermi. Mereka menemukan bahwa neutron tersebut dapat
membelah nukleus atom uranium menjadi 2 bagian sama persis, kebalikan dari
Fermi. Hasilnya adalah seseatu yang sangat mengejutkan: semua bentuk peluruhan
nuklir hanya berakibat kecil bagi massa dari nuklues, dimana proses
ini kemudian dinamakan sebagai fisi.
Para peneliti selanjutnya, termasuk Leó Szilárd,
kemudian ia mengetahui, jika reaksi fisi melepaskan neutron tambahan, sebuah reaksi rantai nuklir yang
stabil bisa dihasilkan. Setelah hasil percobaan ini diumumkan oleh Frédéric
Joliot-Curie tahun 1939, para peneliti dari banyak negara (termasuk Amerika
Serikat, Britania Raya, Perancis, Jerman, dan Uni Soviet) memberikan petisi
pada pemerintah mereka masing-masing untuk mendukung penelitian nuklir fisi,
tepat saat jatuhnya Perang Dunia II.
Di Amerika
Serikat sendiri, mereka mulai membuat reaktor buatan manusia pertama, yang kemudian
dikenal sebagai Chicago Pile-1, tanggal 2
Desember 1942. Proyek ini kemudian menjadi bagian dari Proyek
Manhattan, yang membuat uranium yang diperkaya
dan membangun reaktor besar untuk membuat plutonium
yang akan digunakan sebagai senjata
nuklir pertama di dunia, yang kemudian dipakai untuk mengebom kota Hiroshima dan Nagasaki.
Pasca Perang
Dunia II, kemungkinan digunakannya energi atom untuk penggunaan sehari-hari,
tidak untuk perang, diusahakan secara meluas sehingga digunakan sebagai alasan
agar semua penelitian nuklir tidak mesti diawasi oleh sebuah lembaga militer.
Meski begitu, para peneliti tetap setuju kalau seorang sipil yang belajar
nuklir membutuhkan sedikitnya satu dekade untuk dapat menguasai nuklir. Fakta
lainnya adalah reaktor nuklir juga dapat digunakan untuk memproduksi senjata
nuklir (plutonium) yang membuat pemerintahan di berbagai negara (termasuk
Amerika Serikat, Britania Raya, Kanada, dan Uni Soviet) mencoba menerapkan
aturan agar semua percobaan nuklir berada di bawah kontrol dan klasifikasi
pemerintah. Di Amerika Serikat, penelitian reaktor berada di bawah Komisi Energi Atom Amerika Serikat,
yang berlokasi di Oak Ridge, Tennessee, Situs Hanford, dan Laboratorium
Nasional Argonne.
Pekerjaan
mengenai nuklir terus berlanjut di Amerika Serikat, Kanada, Inggris, dan Uni
Soviet di akhir 1940-an dan awal 1950-an. Listrik pertama yang dihasilkan oleh
reaktor nuklir untuk pertama kali terjadi pada tanggal 20 Desember 1950 di
stasiun percobaan EBR-I dekat Arco, Idaho, dan berhasil
memproduksi listrik sekitar 100 kW. Nuklir juga digunakan pada kapal selam
Amerika Serikat, seperti pada kapal selam USS Nautilus
milik AS yang diluncurkan tahun 1955. Tahun 1953, Presiden Amerika Dwight
Eisenhower memberikan pidatonya yang berjudul "Atom untuk Perdamaian"
di Perserikatan Bangsa-Bangsa, ia
menginginkan agar pengembangan energi nuklir untuk tujuan "damai"
dapat terealisasi dengan cepat.
Awal Pengembangan
Pada tanggal
27 Juni 1954, Pembangkit
Listrik Nuklir Obninsk di Uni Soviet
menjadi pembangkit listrik nuklir pertama di dunia yang memproduksi listrik
sebesar 5 kiloWatt.
Pada tahun
1954, Lewis Strauss, Direktur
dari Komisi Energi Atom Amerika Serikat
mengatakan bahwa produksi listrik pada masa depan "bisa sangat murah".
Strauss merujuk pada fusi hidrogen[29][30]—yang
pada waktu itu secara rahasia dikembangkan menjadi bagian dari Proyek Sherwood—tapi
perkataan dari Strauss diterjemahkan sebagai suatu janji bahwa fisi nuklir akan
menjadi sumber energi yang sangat murah.
Di acara
Konferensi Pertama Jenewa Perserikatan Bangsa-Bangsa pada tahun 1955, para
insiyur dan peneliti bertemu untuk menyelidiki lebih lanjut teknologi nuklir
ini. Tahun 1957 EURATOM diluncurkan di Komunitas Ekonomi Eropa (nantinya dikenal
sebagai Uni Eropa). Pada tahun yang sama, Badan Energi Atom Internasional
(IAEA) didirikan.
Pembangkit
listrik tenaga nuklir komersial pertama di dunia, Calder Hall
di Sellafield, Inggris, dibuka pada tahun 1956 dan menghasilkan listrik 50 MW
(nantinya 200 MW). Sedangkan generator nuklir komersial pertama di dunia yang
dioperasikan adalah Reaktor Shippingport, Pennsylvania,
Amerika Serikat, dibuka Desember 1957.
Organisasi
pertama di dunia yang mengembangkan energi nuklir adalah Angkatan Laut Amerika Serikat. Mereka
menggunakan nuklir untuk menggerakkan kapal selam
dan kapal induk.
Kapal selam pertama bertenaga nuklir, USS Nautilus (SSN-571),
diluncurkan pertama kali bulan Desember 1954. Beberapa kecelakaan nuklir telah
dialami oleh beberapa kapal selam ini. Kapal selam
Soviet K-19 mengalami kecelakaan reaktor tahun 1961 dan menyebabkan
8 kematian dan 30 orang lainnya terkena papara radiasi tinggi. Kapal selam
Soviet K-27 juga mengalami kecelakaan reaktor tahun 1968 dan
menyebabkan 9 kematian dan 83 lainnya terluka.
U.S. Army juga memulai program
nuklir sejak tahun 1954. Pembangkit nuklir nuklir SM-1 di Fort Belvoir, Virginia,
adalah reaktor pertama di AS yang menyuplai listrik di Amerika mulai bulan
April 1957, sebelum Shippingport. SL-1 adalah percobaan reaktor nuklir
Angkatan Darat AS di Laboratorium
Nasional Idaho di Utara Idaho. Pembangkit
nuklir ini akhirnya meledak dan mengalami kecelakaan nuklir bulan
Januari 1961, yang membunuh 3 operatornya.
Perkembangan Selanjutnya
Pemasangan
energi nuklir untuk elektrifikasi tumbuh sangat cepat, dari sebelumnya kurang
dari 1 gigawatt (GW) pada tahun
1960 menjadi 100 GW di akhir 1970-an, dan 300 GW di akhir 1980-an. Sejak akhir
1980-an pertumbuhannya mulai melambat sampai akhirnya mencapai 366 GW tahun
2005. Lebih dari dua pertiga pembangkit nuklir yang direncanakan akan dibangun,
akhirnya dibatalkan setelah awal tahun 1970. Total ada 63 pembangkit
yang dibatalkan di AS antara tahun 1975 dan 1980.
Selama tahun
1970-an dan 1980-an, biaya ekonomi naik (ditandai dengan banyaknya pembangunan
baru) dan harga minyak mentah yang turun drastis membuat pembangkit nuklir
tidak lagi menarik. Pertumbuhan energi listrik yang melambat dan adanya liberalisasi listrik juga
menyebabkan kurangnya minat untuk membangun pembangkit baru.
Krisis minyak 1973 menyebabkan efek yang sangat
drastis di beberapa negara, seperti Perancis dan Jepang, karena mereka
mengandalkan minyak bumi sangat besar sebagai sumber bahan bakar pembangkit
mereka (Perancis 39% dari total kebutuhan) dan Jepang 73% dari total kebutuhan)
sehingga mereka berinvestasi besar-besaran di nuklir. Saat ini, Perancis
mengandalkan 80% kebutuhan listriknya dari nuklir dan Jepang mengandalkan 30%
kebutuhan listriknya dari nuklir.
Beberapa
oposisi lokal yang menolak energi nuklir mulai merebak di awal 1960-an, dan di
akhir 1960-an beberapa anggota komunitas peneliti mulai memberikan perhatian
mereka. Perhatian mereka mengarah ke kecelakaan nuklir, proliferasi nuklir,
mahalnya pembangunan pembangkit nuklir, terorisme nuklir, dan limbah
radioaktif. Awal tahun 1970-an, ada protes besar tentang pembangkit
nuklir yang akan dibangun di Wyhl, Jerman. Akhirnya proyek ini
dibatalkan tahun 1975, dan aksi protes anti-nuklir di Wyhl ini menginspirasi
banyak pihak oposisi lainnya di Eropa dan Amerika Utara.
Di
pertengahan 1970-an, aktivitas anti nuklir menjadi daya tarik bagi para
politisi lokal untuk mendapatkan simpati luas dai masyarakat, sehingga energi
nuklir menjadi isu protes utama di kalangan publik. Di beberapa negara, debat energi nuklir ini
"telah mencapai puncak intensitas dari semua kontroversi sepanjang sejarah
teknologi”. Di Perancis, antara tahun 1975 dan 1977, ada 175.000 orang dalam 10
kali demontrasi menolak adanya energi nuklir.
Di Jerman
Barat, antara Februari 1975 dan April 1979, ada 280.000 orang dalam 7
demonstrasi berorasi di 7 lokasi nuklir. Beberapa lokasi itu juga dicoba untuk
diduduki oleh mereka. Setelah adanya musibah Three Mile Island tahun 1979,
120.000 orang melakukan demonstrasi menolak energi nuklir di Bonn.[47]
Bulan Mei 1979, ada sekitar 70.000 orang, termasuk Gubernur California Jerry Brown,
melakukan pawai menolak nuklir di Washington, D.C. Grup anti nuklir lainnya
kemudian tumbuh di setiap negara yang memiliki energi nuklir. Di beberapa
negara, para pemrotes ini juga memasang iklan-iklan mengenai isu nuklir dan
energi.
Tumbuhnya
kesadaran mengenai keselamatan dan kesehatan, ditambah musibah nuklir di Three
Mile Island tahun 1979 dan Bencana
Chernobyl tahun 1986, memainkan peran penting dalam penyetopan
pembangunan pembangkit listrik nuklir baru di banyak negara.
Tidak
seperti insiden Three Mile Island, bencana di Chernobyl yang lebih besar pada
tahun 1986 tidak membawa banyak pengaruh bagi perubahan regulasi di
negara-negara barat. Hal ini terjadi karena insiden di Chernobyl menggunakan
reaktor yang memang hanya didesain di Uni Soviet, yang pada dasarnya memiliki
banyak masalah. Sampai sekarang, masih banyak reaktor zaman Uni Soviet yang
masih dipakai, hanya saja dengan banyak perubahan, misalnya dengan menggunakan
uranium yang diperkaya lebih rendah, dan kontrol yang lebih ketat untuk
menghindari adanya kecelakaan lain.
Sebuah
organisasi internasional, Asosiasi Dunia untuk Operator Nuklir, didirikan tahun
1989 untuk meningkatkan keselamatan dan pengembangan profesional bagi fasilitas
nuklir.
Fisi Nuklir
Secara umum, energi nuklir dapat dihasilkan melalui
dua macam mekanisme, yaitu pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan
beberapa inti melalui reaksi fusi. Di sini akan dibahas salah satu mekanisme
produksi energi nuklir, yaitu reaksi fisi nuklir.
Sebuah inti berat yang ditumbuk oleh partikel
(misalnya neutron) dapat membelah menjadi dua inti yang lebih ringan dan
beberapa partikel lain. Mekanisme semacam ini disebut pembelahan inti atau fisi
nuklir. Contoh reaksi fisi adalah uranium yang ditumbuk (atau menyerap) neutron
lambat.
Reaksi fisi uranium seperti di atas menghasilkan
neutron selain dua buah inti atom yang lebih ringan. Neutron ini dapat menumbuk
(diserap) kembali oleh inti uranium untuk membentuk reaksi fisi berikutnya.
Mekanisme ini terus terjadi dalam waktu yang sangat cepat membentuk reaksi
berantai tak terkendali. Akibatnya, terjadi pelepasan energi yang besar dalam
waktu singkat. Mekanisme ini yang terjadi di dalam bom nuklir yang menghasilkan
ledakan yang dahsyat. Jadi, reaksi fisi dapat membentuk reaksi berantai tak
terkendali yang memiliki potensi daya ledak yang dahsyat dan dapat dibuat dalam
bentuk bom nuklir.
Reaksi fisi berantai.
Dibandingkan dibentuk dalam bentuk bom nuklir,
pelepasan energi yang dihasilkan melalui reaksi fisi dapat dimanfaatkan untuk
hal-hal yang lebih berguna. Untuk itu, reaksi berantai yang terjadi dalam
reaksi fisi harus dibuat lebih terkendali. Usaha ini bisa dilakukan di dalam
sebuah reaktor nuklir. Reaksi berantai terkendali dapat diusahakan berlangsung
di dalam reaktor yang terjamin keamanannya dan energi yang dihasilkan dapat
dimanfaatkan untuk keperluan yang lebih berguna, misalnya untuk penelitian dan
untuk membangkitkan listrik.
Reaksi fisi berantai terkendali.
Di dalam reaksi fisi yang terkendali, jumlah neutron
dibatasi sehingga hanya satu neutron saja yang akan diserap untuk pembelahan
inti berikutnya. Dengan mekanisme ini, diperoleh reaksi berantai terkendali
yang energi yang dihasilkannya dapat dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna.
Reaktor Nuklir
Energi yang dihasilkan dalam reaksi fisi nuklir dapat
dimanfaatkan untuk keperluan yang berguna. Untuk itu, reaksi fisi harus
berlangsung secara terkendali di dalam sebuah reaktor nuklir. Sebuah reaktor
nuklir paling tidak memiliki empat komponen dasar, yaitu elemen bahan bakar,
moderator neutron, batang kendali, dan perisai beton.
skema reaktor nuklir
Elemen bahan bakar menyediakan sumber inti atom yang
akan mengalami fusi nuklir. Bahan yang biasa digunakan sebagai bahan bakar
adalah uranium U. elemen bahan bakar dapat berbentuk batang yang ditempatkan di
dalam teras reaktor.
Neutron-neutron yang dihasilkan dalam fisi uranium
berada dalam kelajuan yang cukup tinggi. Adapun, neutron yang memungkinkan
terjadinya fisi nuklir adalah neutron lambat sehingga diperlukan material yang
dapat memperlambat kelajuan neutron ini. Fungsi ini dijalankan oleh moderator
neutron yang umumnya berupa air. Jadi, di dalam teras reaktor terdapat air
sebagai moderator yang berfungsi memperlambat kelajuan neutron karena neutron
akan kehilangan sebagian energinya saat bertumbukan dengan molekul-molekul air.
Fungsi pengendalian jumlah neutron yang dapat
menghasilkan fisi nuklir dalam reaksi berantai dilakukan oleh batang-batang
kendali. Agar reaksi berantai yang terjadi terkendali dimana hanya satu neutron
saja yang diserap untuk memicu fisi nuklir berikutnya, digunakan bahan yang
dapat menyerap neutron-neutron di dalam teras reaktor. Bahan seperti boron atau
kadmium sering digunakan sebagai batang kendali karena efektif dalam menyerap
neutron.
Batang kendali didesain sedemikian rupa agar secara
otomatis dapat keluar-masuk teras reaktor. Jika jumlah neutron di dalam teras
reaktor melebihi jumlah yang diizinkan (kondisi kritis), maka batang kendali
dimasukkan ke dalam teras reaktor untuk menyerap sebagian neutron agar tercapai
kondisi kritis. Batang kendali akan dikeluarkan dari teras reaktor jika jumlah
neutron di bawah kondisi kritis (kekurangan neutron), untuk mengembalikan
kondisi ke kondisi kritis yang diizinkan.
Radiasi yang dihasilkan dalam proses pembelahan inti
atom atau fisi nuklir dapat membahayakan lingkungan di sekitar reaktor.
Diperlukan sebuah pelindung di sekeliling reaktor nuklir agar radiasi dari zat
radioaktif di dalam reaktor tidak menyebar ke lingkungan di sekitar reaktor.
Fungsi ini dilakukan oleh perisai beton yang dibuat mengelilingi teras reaktor.
Beton diketahui sangat efektif menyerap sinar hasil radiasi zat radioaktif
sehingga digunakan sebagai bahan perisai.
Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir
Energi yang dihasilkan dari reaksi fisi nuklir
terkendali di dalam reaktor nuklir dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan
listrik. Instalasi pembangkitan energi listrik semacam ini dikenal sebagai
pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN).
skema pembangkit listrik tenaga nuklir.
Salah satu bentuk reaktor nuklir adalah reaktor air
bertekanan (pressurized water reactor/PWR) yang skemanya ditunjukkan
dalam gambar. Energi yang dihasilkan di dalam reaktor nuklir berupa kalor atau
panas yang dihasilkan oleh batang-batang bahan bakar. Kalor atau panas
dialirkan keluar dari teras reaktor bersama air menuju alat penukar panas (heat
exchanger). Di sini uap panas dipisahkan dari air dan dialirkan menuju turbin
untuk menggerakkan turbin menghasilkan listrik, sedangkan air didinginkan dan
dipompa kembali menuju reaktor. Uap air dingin yang mengalir keluar setelah
melewati turbin dipompa kembali ke dalam reaktor.
Untuk menjaga agar air di dalam reaktor (yang berada
pada suhu 300oC) tidak mendidih (air mendidih pada suhu 100oC
dan tekanan 1 atm), air dijaga dalam tekanan tinggi sebesar 160 atm. Tidak
heran jika reaktor ini dinamakan reaktor air bertekanan.
Keuntungan dan
Kerugian dari Tenaga Nuklir
Keuntungan Tenaga Nuklir
1) Pembangkit
listrik tenaga nuklir tidak memakan banyak ruang. Hal ini memungkinkan mereka
untuk ditempatkan di lokasi yang telah dikembangkan dan kekuasaan tidak harus
ditransfer jarak jauh.
2) Ini
tidak mencemari dengan cara yang sangat langsung. Hal ini bersih dari
bentuk-bentuk lain dari produksi energi. Hal ini mengacu pada emisi gas rumah
kaca yang dilepaskan ke atmosfir. Ada produk limbah seperti yang dijelaskan di
bawah ini.
3) Keuntungan
lain tenaga nuklir adalah bahwa energi nuklir adalah jauh bentuk paling
terkonsentrasi energi, sehingga dapat diproduksi dalam jumlah besar selama
jangka waktu yang singkat.
4) Kemungkinan
untuk produksi jangka panjang yang besar karena reaktor baru, di mana mahal
dapat dibuat ketika yang lama usang. cadangan Minyak dan jenis bahan bakar
fosil lainnya cenderung kehabisan di beberapa titik.
5) Salah
satu manfaat paling signifikan dari energi nuklir adalah bahwa tanaman nuklir
akan menghasilkan energi bahkan setelah batubara dan minyak menjadi langka.
Dengan demikian, tanaman nuklir memainkan peran utama dalam produksi energi.
6) Kurang
bahan bakar nuklir yang diperlukan oleh tanaman jika dibandingkan dengan orang
yang membakar bahan bakar fosil. Bahkan setelah membakar beberapa juta ton
batubara atau beberapa juta barel minyak, satu ton uranium menghasilkan lebih
banyak energi.
7) Produksi
energi nuklir juga ramah lingkungan seperti batubara dan pembakaran tanaman
minyak mencemari udara. Di sisi lain, PLTN tidak mengotori lingkungan dan
karenanya, menurunkan ketergantungan pada penyebab polusi bahan bakar fosil.
8) Tanaman
Nuklir membutuhkan ruang lebih sedikit dan maka juga dapat membangun-up di
ruang terbatas, jika dibandingkan dengan orang lain.
9) Bila
dibandingkan dengan batubara dan minyak, energi nuklir adalah jauh terkonsentrasi
sebagian besar bentuk energi.
Kerugian Tenaga Nuklir
1) Salah
satu kelemahan utama energi nuklir adalah bahwa ledakan menghasilkan radiasi
nuklir, radiasi ini merugikan sel-sel tubuh yang dapat membuat manusia sakit
atau bahkan menyebabkan kematian mereka. Penyakit dapat muncul atau memukul
tahun orang setelah mereka terkena radiasi nuklir.
2) Orang-orang
yang rentan terhadap penyakit bahkan bertahun-tahun setelah mereka terkena
radiasi nuklir.
3) Radioaktif
tingkat tinggi dipancarkan dari energi nuklir sangat berbahaya. Sekali dirilis,
hal itu berlangsung selama puluhan ribu tahun sebelum membusuk ke tingkat yang
aman.
4) Untuk
teroris, tanaman nuklir akan menjadi salah satu target yang paling sangat
mengganggu daerah untuk catu daya dan menghancurkan sebuah seluruh wilayah
dalam satu pergi.
5) Uranium
adalah sumber daya yang langka, dan diharapkan untuk terakhir hanya untuk tahun
berikutnya 30-60 tergantung pada permintaan aktual.
6) Periode
kehamilan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir yang cukup panjang. Kerangka waktu
yang diperlukan untuk formalitas, perencanaan dan pembangunan generasi
pembangkit listrik nuklir baru dalam kisaran 20 sampai 30 tahun.
7) Jenis
bencana yang mungkin dikenal sebagai reaktor meltdown. Dalam meltdown, reaksi
fisi atom berjalan di luar kendali, yang menyebabkan ledakan nuklir melepaskan
radiasi dalam jumlah besar.
8) pembuangan
limbah nuklir dapat terbakar spontan tanpa peringatan.
9) Kerugian
lain adalah bahwa reaktor nuklir hanya berlangsung sekitar empat puluh sampai
lima puluh tahun.
DAFTAR PUSTAKA
