Sabtu, 29 Oktober 2016

Atom dan Tenaga Nuklir




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:
  1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
  2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
  3. 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:
  1. 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.
  2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
  3. 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
  1. 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



Tidak ada komentar:

Posting Komentar