BAHAN NUKLIR |
BAHAN PEMBUATAN NUKLIR
Deuterium disebut juga Hidrogen-2, atau hidrogen berat (simbol ditulis D atau 2H) merupakan salah satu daripada tiga bentuk isotop hidrogen yang terdiri daripada protium, deuterium, dan tritium. Deuterium merupakan isotop stabil dengan kelimpahan alami di samudra Bumi kira-kira satu dari 6500 atom hidrogen (~154 PPM). Dengan demikian deuterium merupakan 0.015% (0.030% berat) dari semua hidrogen yang terbentuk secara alami. Inti deuterium, disebut deuteron, mengandung satu proton dan satu netron, sementara inti hidrogen paling umum terdiri dari hanya satu proton dan tanpa netron. Nama isotop berasal dari bahasa Yunani, deuteros yang berarti “dua”, untuk menunjukkan 2 partikel sub-atomik yang menyusun inti.
Lambang kimia, keberadaan, dan sifat
Sebagai sebuah isotop hidrogen, lambang kimia yang disetujui untuk deuterium adalah 2H. Meskipun demikian, lambang tidak resmi, D, sering juga digunakan. Perbedaan signifikan pada berat atom relatif dibandingkan dengan protium murni (1H) mungkin adalah alasan mengapa lambang D, yang mirip lambang sebuah unsur, digunakan. Berat atom dari deuterium adalah 2,014 amu,
sementara berat rata-rata hidrogen sebesar 1,007947 amu, dan protium
1,007825 amu. Pada unsur-unsur kimia yang lain, rasio berat isotop
sangat tidak signifikan, yang menjelaskan mengapa tidak ada simbol
isotop yang unik digunakan di tempat lain.
Secara alami, deuterium ditemukan dalam jumlah kecil sebagai gas deuterium, ditulis 2H2 atau D2, tetapi kebanyakan keberadaanya secara alami di alam semesta terikat dengan atom 1H membentuk gas yang disebut hidrogen deuterida (HD atau 1H2H).[1]
Deuteron memiliki spin +1, sehingga merupakan sebuah boson. Frekuensi resonansi magnetik nuklir (NMR = Nuclear Magnetic Resonance) dari deuterium berbeda secara signifikan dari hidrogen ringan yang biasa. Spektroskopi inframerah
juga dengan mudah dapat membedakan banyak senyawa yang bersifat
deuterium, karena perbedaan besar dalam frekuensi serapan inframerah
dapat terlihat dalam vibrasi sebuah ikatan kimia yang mengandung
deuterium, dibandingkan dengan yang mengandung hidrogen ringan. Kedua
isotop stabil hidrogen tersebut juga bisa dibedakan dengan memakai spektrometri massa.
Sifat-sifat fisik senyawa-senyawa deuterium dapat berbeda dari senyawa-senyawa hidrogen yang analog dengannya; sebagai contoh, D2O lebih kental daripada H2O.
Secara kimia, kelakuan deuterium sama dengan hidrogen biasa, tetapi
ada perbedaan dalam energi ikat dan panjang senyawa isotop-isotop
hidrogen berat yang lebih besar daripada perbedaan isotopik di unsur
mana pun. Ikatan yang melibatkan deuterium dan tritium sedikit lebih
kuat daripada ikatan serupa pada hidrogen ringan, dan perbedaan ini
cukup untuk membuat perubahan signifikan di dalam reaksi-reaksi biologis
(lihat air berat).
Deuterium dapat menggantikan hidrogen normal dalam molekul air untuk
membentuk air berat, yang 10,6% lebih padat daripada air biasa (es yang
terbuat darinya akan tenggelam di air biasa). Air berat cukup beracun
bagi organisme eukariota,
dimana penggantian 25% air di dalam tubuh dengan air berat dapat
menyebabkan masalah pembelahan sel dan kemandulan, 50% penggantian
menyebabkan kematian yang disebabkan oleh sindrom sitotoksik (kegagalan
sumsum tulang dan pelapisan gastrointestinal). Organisme prokariota
masih mampu untuk bertahan dalam air berat murni (meskipun dengan
pertumbuhan yang lambat). Konsumsi air berat bukan merupakan ancaman
bagi manusia kecuali dalam jumlah yang sangat besar (melebihi 10 liter).
Dosis kecil air berat (beberapa gram adalah jumlah yang sebanding
dengan yang ada di dalam tubuh) secara rutin digunakan sebagai pelacak
metabolis yang tak berbahaya bagi manusia dan binatang.
Keberadaan deuterium di Bumi, di Tata Surya (sebagaimana yang telah dikonfirmasi oleh wahana-wahana keplanetan), dan pada spektrum bintang, adalah sebuah fakta penting di dalam kosmologi. Reaksi fusi nuklir dalam bintang yang menghancurkan deuterium, dan tidak ada proses alami penciptaan deuterium yang diketahui selain nukleosintesis Big Bang,
yang bisa jadi telah memproduksi deuterium dalam kelimpahan yang
teramati saat ini. Kelimpahan ini nampak sebagai fraksi hidrogen yang
tidak berubah banyak dimanapun hidrogen ditemukan. Jadi, keberadaan
deuterium adalah salah satu argumen yang mendukung teori Big Bang.
Kanada adalah negara terdepan dalam pengayaan deuterium dalam bentuk air berat. Kanada menggunakan air berat sebagai moderator netron untuk operasi reaktor model reaktor CANDU.
Plutonium(IV) oksida
Plutonium(IV) oksida adalah senyawa kimia dengan rumus kimia PuO2.
Padatan bertitik lebur tinggi ini merupakan senyawa utama plutonium.
Warna senyawa bervariasi dari kuning sampai hijau zaitun tergantung pada
metode produksi, temperatur, dan ukuran partikel.[1]
Plutonium(IV) oksida Nama IUPAC Plutonium(IV) oksida Nama lain Plutonium dioksida
Identifikasi Nomor CAS [12059-95-9] Sifat Rumus molekul PuO2 Massa molar 276,06 g/mol Penampilan Padatan kuning kecoklatan. Densitas 11,5 g/cm3 Titik leleh ~2400 °C Titik didih
~2800 °C
Kelarutan dalam air tak larut Struktur Struktur kristal Fluorit (kubik), cF12 Grup ruang Fm3m, No. 225 Geometri
koordinasi Tetrahedral (O2–);
kubik (PuIV) Bahaya Bahaya utama Radioaktif Titik nyala Tak terbakar Senyawa terkait Senyawa terkait Uranium(IV) oksida
Neptunium(IV) oksida
Amerisium(IV) oksida Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas berlaku
pada temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa)
koordinasi Tetrahedral (O2–);
kubik (PuIV) Bahaya Bahaya utama Radioaktif Titik nyala Tak terbakar Senyawa terkait Senyawa terkait Uranium(IV) oksida
Neptunium(IV) oksida
Amerisium(IV) oksida Kecuali dinyatakan sebaliknya, data di atas berlaku
pada temperatur dan tekanan standar (25°C, 100 kPa)
Sangkalan dan referensi
Plutonium-239
Plutonium-239 adalah isotop plutonium yang penting
dan dihasilkan/ diproduksi melalui reaktor nuklir, yang memiliki waktu
paruh 24110 tahun (atau 2,411 x 104 tahun).
Plutonium-239 dan uranium-235 , digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.
Produksi Plutonium-239
Reaktor neutron lambat
Dalam reaktor nuklir yang menghasilkan/ memproduksi plutonium,
batangan-batangan uranium-238 digunakan sebagai sumber neutron lambat ( thermal neutron ), dan batangan-batangan uranium-238 lain-nya sebagai sasaran-nya.
Reaktor ini, butuh Air berat ( Heavy water ), yang mana penting, air berat tidak menyerap neutron, mendukung keberhasilan Uranium-238 dalam menangkap neutron lambat.
Reaktor ini, lebih murah, tidak menggunakan uranium-235, tetapi
kurang efisien, uranium-238 lebih mudah untuk menangkap neutron cepat
daripada menangkap neutron lambat.
Reaktor neutron cepat
Dalam reaktor nuklir yang menghasilkan/ memproduksi plutonium,
batangan-batangan uranium-235 digunakan sebagai sumber neutron cepat,
dan batangan-batangan uranium-238 sebagai sasaran-nya.
Air biasa ( H2O ), digunakan sebagai pendingin. Air berat ( Heavy water ) tidak dibutuhkan.
Air biasa ( H2O ), digunakan sebagai pendingin. Air berat ( Heavy water ) tidak dibutuhkan.
Reaktor ini, lebih mahal, tetapi jauh lebih efisien, uranium-238
lebih mudah untuk menangkap neutron cepat daripada menangkap neutron
lambat.
Uranium-238 menangkap neutron, dan berubah menjadi uranium-239, suatu
unsur yang tidak stabil, yang akan meluruh menjadi neptunium-239, yang
selanjutnya akan meluruh lagi, dengan waktu paruh 2,355 hari, menjadi
Plutonium-239.
Dalam reaksi itu, juga dibantu oleh beryllium (Be), yang mana untuk
memantulkan dan menghasilkan lebih banyak neutron, dan otomatis
mempercepat reaksi nuklir tersebut.
n | + | 9Be | → | 8Be | + | 2n – 1.67 MeV |
(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)
Uranium-238 , umumnya digunakan selama beberapa minggu saja dalam
reaktor nuklir, kemudian diangkat/ diambil untuk diproses secara kimia,
untuk didapatkan plutonium-239. Hal ini untuk mencegah kandungan
plutonium-240 yg terlalu banyak, yang mana juga terbentuk disamping
plutonium-239.
Plutonium-240 tidak dapat dibedakan secara kimia, dan sangat mahal
serta sulit untuk dipisahkan dari plutonium-239. Plutonium-240 tidak
digunakan dalam bom nuklir, karena radiasi-nya yang terlalu kuat,
menyebabkan kerusakan dan kesulitan untuk menanganinya, kandungan
Plutonium-240 tidak boleh dari 7% dalam bom nuklir.
Plutonium-239 , juga harus dicampur dengan bahan galium ( antara 0,9
hingga 1% per kg plutonium ), ini untuk menstabilkan radiasi dari
plutonium, sehingga lebih mudah menanganinya, dan sesuai untuk digunakan
dalam bom nuklir dan reaktor nuklir.
Plutonium-244
Plutonium-244 memiliki waktu paruh selama 80 juta
tahun. Ini berarti lebih lama daripada berbagai isotop plutonium
lainnya, dan lebih lama daripada aktinida manapun kecuali tiga jenis
alami yang dapat diperoleh secara berlimpah, yaitu U-235 (700 juta
tahun), U-238, dan Torium-232. Waktu peruh tersebut juga lebih lama
daripada isotop lainnya kecuali Samarium-146 (103 juta tahun),
Potasium-40 (1.25 miliar tahun), dan sejumlah isotop-isotop hampir
stabil yang memiliki waktu paruh lebih lama dari usia alam semesta.
Pengukuran yang lebih akurat yang dimulai pada awal tahun 1970-an telah mendeteksi adanya Pu-244 primordial.[1]
Mengingat usia Bumi adalah sekitar 50 waktu paruh, maka jumlah Pu-244
yang ada kini seharusnya sangatlah sedikit. Namun karena Pu-244 tidak
dengan mudah dapat dihasilkan dalam penangkapan neutron alami yang
terjadi pada lingkungan dengan aktivitas neutron rendah pada bijih
uranium (lihat di bawah), keberadaannya tersebut tidak dapat dijelaskan
secara masuk akal selain melalui penciptaan yang terjadi oleh proses r
pada nukleosintesis di supernova. Pu-244 dengan demikian demikian adalah
isotop primordial berusia terpendek dan terberat yang telah terdeteksi
atau terprediksi secara teoritis.
Tidak seperti Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, dan Pu-242, 244Pu tidak diproduksi dalam kuantitas banyak oleh siklus bahan bakar nuklir, karena penangkapan neutron selanjutnya terhadap 242Pu menghasilkan 243Pu
yang memiliki paruh waktu singkat (5 jam) dan cepat mengalami peluruhan
beta menjadi Amerisium-243, sebelum memiliki cukup kesempatan untuk
menangkap lebih banyak neutron di lingkungan yang seharusnya memiliki
fluks neutron yang sangat tinggi. Namun demikian, suatu ledakan senjata
nuklir dapat menghasilkan sejumlah Pu-244 melalui penangkapan neutron
secara pesat berturutan.
Uranium terdeplesi
Peluru DU dari meriam GAU-8 Avenger
Uranium terdeplesi (‘Depleted uranium’ atau ‘DU’), adalah uranium yang mempunyai kadar isotop U235 yang lebih rendah dari uranium alam, biasanya sebagai akibat dari proses pengayaan uranium .
Uranium yang tersedia di alam mempunyai 3 isotop yaitu U238 , U235 dan U234, yang ditemukan di alam dengan komposisi 99,28 % U238, 0,72% U235 dan 0,0057 % U234 dengan aktivitas jenis 25,4 Bq/mg (1Bq=1 peluruhan atom radioaktif/detik). U235
adalah isotop yang fissil dan dapat meluruh sembari mengeluarkan
sejumlah energi, yang digunakan dalam industri nuklir. Industri nuklir
dalam bentuk bahan bakar reaktor dan persenjataan membutuhkan uranium
dengan kadar isotop U235 yang lebih banyak (antara 2 – 94 %
massa), sehingga diperlukan proses ‘pengayaan’ (enrichment) terhadap
uranium alam. Dalam proses pengayaan ini, U235 disaring dan
dipekatkan secara terus menerus. Uranium sisa saringan ini yang kemudian
dikenal sebagai DU, dengan komposisi 99,8 % U238, 0,2 % U235 dan 0,001 % U234.
Prinsip dari penerapan senjata berbasis DU ini dapat dijelaskan sbb:
Bayangkanlah ada sebuah Tabung. Didalamnya ada rongga yang berbentuk
Kerucut dengan dasar kerucut tepat beririsan dengan dasar tabung.
Dinding kerucut ini terbuat dari lapisan DU, sementara ruang antara
kerucut dan tabung diisi dengan bahan peledak konvensional (anggaplah
TNT). Di dasar kerucut terdapat sebentuk ‘pipa’ kecil (lebih kecil dari
tabung) yang sumbunya tepat berada pada sumbu tabung dan kerucut,
mengarah keluar. Pipa ini tertutup, diujungnya terdapat detonator dan
sekering sumbu waktu. Karena tertutup, maka rongga tadi dibuat hampa
udara. Jika TNT yang mengelilingi rongga kerucut tadi diledakkan,
tekanan dan panas yang dihasilkannya akan membuat DU yang menyusun ujung
dan bagian tengah dinding kerucut mencair dalam derajat yang berbeda.
Di ujung kerucut DU mencair sempurna dan oleh tekanan ledakan ia akan
bergerak mengalir keluar (menyusuri pipa) dengan kecepatan 10 km/detik
(ini diistilahkan dengan jet). Sementara DU yang menyusun bagian tengah
dinding kerucut hanya mengalami pencairan sebagian sehingga membentuk
gumpalan-gumpalan kecil logam (pasir logam) yang larut dalam cairan DU
(dinamakan slug), dan melesat dengan kecepatan 1000 m/detik melalui
pipa. Jet dan slug inilah yang dengan mudah mampu menembus dinding lapis
baja (setebal apapun) akibat kecepatan dan sifat cairnya. Penembusan
ini menyebabkan bagian dalam kendaraan lapis baja itu terpanaskan dengan
hebat, dan membuat tanki bahan bakar solar-nya meledak sehingga
kendaraan lapis baja ini akan terbakar dan personel yang ada didalamnya
terpanggang. Jet dan slug inilah yang merupakan bagian dari efek Munroe,
dan belum ada material baja yang mampu menangkalnya (meski material
baja tersebut sanggup menahan gelombang tekanan produk ledakan senjata
nuklir sekalipun)[rujukan?].
Senjata-senjata yang mengandung DU itu seluruhnya merupakan senjata
anti tank dan anti kendaraan lapis baja, seperti rudal TOW (jarak
jangkau 2 km), rudal Hellfire (yang dipasang di helikopter serang AH-64
Apache ), rudal LAW (milik Inggris, mirip dengan TOW), rudal Matra
(milik Perancis, mirip dengan TOW) atau peluru bazooka model RPG-7
(buatan Uni Soviet, sangat populer di kalangan gerilyawan).
Pelapis kendaraan tempur
Tank M1 Abrams dipajang di museum senjata Amerika serikat. Tank ini dilapisi oleh Chobham yang diantara variannya mengandung DU.
Digunakan oleh militer Amerika Serikat sebagai pelapis tank M1 Abrams, yaitu campuran antara DU dan 0,7% Titanium.
Kegunaan non-militer
- Sebagai pigmen keramik
- Kontrabalans berat pesawat[1]
Kontroversi
Penggunaan DU memang menjadi kontroversi berkait dengan bahan
Radioaktif Uranium yang digunakannya. DU sendiri telah digunakan secara
luas dalam kasus Perang Teluk I (1991) dan medan pertempuran Balkan
(terutama pada saat krisis Kosovo 1999). Beberapa personel memang
terekspos partikel DU ini, dan di kawasan teluk diduga terdapat 300 kg
DU yang telah digunakan. Namun penyelidikan IAEA menunjukkan angka
kematian yang sangat kecil (sehingga tidak signifikan secara statistik)
pada ekspos DU ini.
Efek terhadap tubuh manusia
Secara kimiawi Uranium merupakan logam penekan kerja Ginjal.
Sementara secara fisis, sebagai unsur radioaktif Uranium akan
terkonsentrasi dalam Paru-paru, ginjal dan sistem peredaran darah serta
beberapa jaringan lunak lainnya untuk sementara waktu. Dalam beberapa
negara, konsentrasi Uranium di dalam tubuh dibatasi pada angka 3
mikrogram pergram jaringan tubuh. IAEA sendiri memberikan batas maksimal
dosis serapan tahunan 1 mSv bagi penduduk yang berada di daerah
peperangan dengan penggunaan senjata DU. Ini dilakukan untuk menghindari
efek buruk Uranium pada tubuh manusia, diantaranya gangguan ginjal
(secara kimiawi) ataupun kanker (akibat aktivitas radioaktifnya).
Uranium-235
Uranium-235 adalah isotop uranium yang penting
disamping uranium-238. Hanya 0,72% uranium alami adalah uranium-235,
yang memiliki waktu paruh 7,038 x 108 tahun.
Uranium-235 juga digunakan sebagai sumber utama penghasil neutron
dalam reaksi nuklir, yang mana neutron-neutron ditembakkan ke arah
uranium-238, dalam hal ini untuk membuat/ memproduksi plutonium.
Uranium-235 dan plutonium-239 digunakan sebagai bahan bakar (fisi nuklir), dalam reaktor nuklir dan bom nuklir.
Produksi Uranium-235 & Uranium-238
Biji-biji uranium diambil/ dikeruk dari pertambangan, yang kemudian
dihancurkan/ dihaluskan, dan kemudian diproses secara kimia
(bertahap-tahap), hingga akhirnya dihasilkan/ didapatkan uranium murni
(dalam bentuk U308 ). Kemudian diproses lagi (bertahap-tahap), dengan menggunakan bahan-bahan kimia, dari: U308 menjadi UO2(NO3)2 ,kemudian menjadi ADU ,lalu menjadi UO2 ,menjadi UF4 ,dan akhirnya menjadi UF6 ( Uranium hexafluoride ). UF6 , sudah bisa diproses secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-238 .
Dalam bentuk UF6 , untuk meningkatkan
kandungan Uranium-235 dalam materi tersebut, yang mana kandungannya
kurang dari 1% (sisanya 99% lebih adalah uranium-238), maka perlu
dilakukan pengayaan uranium ( uranium enrichment ).
Setelah kandungan Uranium-235 nya, mencapai lebih dari 90%, yang mana sudah sesuai untuk senjata nuklir, materi UF6 diproses lagi secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-235 .
Sisanya, dalam bentuk UF6 ,yang mana kandungan Uranium-238 nya, lebih dari 99% ,diproses lagi secara kimia, untuk didapatkan uranium dalam bentuk logam murni, Uranium-238.
Bahan bakar nuklir merupakan semua jenis material yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi nuklir, bisa dianalogikan sebagai bahan bakar kimia yang dibakar untuk menghasilkan energi.
Sampai saat ini, bahan bakar nuklir yang umum
dipakai adalah unsur berat fissil yang dapat menghasilkan reaksi nuklir
berantai (lihat gambar 2) di dalam reaktor nuklir.
Bahan
bakar nuklir dapat juga berarti material atau objek fisik (sebagai
contoh bundel bahan bakar yang terdiri dari batang bahan bakar yang
disusun oleh material bahan bakar, bisa juga dicampur dengan material
struktural, material moderator atau material pemantul (reflector)
neutron.
Bahan bakar nuklir fissil yang seiring digunakan
adalah 235U dan 239Pu, dan kegiatan yang berkaitan dengan penambangan,
pemurnian, penggunaan dan pembuangan dari material-material ini
termasuk dalam siklus bahan bakar nuklir. Siklus bahan bakar nuklir
penting adanya karena terkait dengan PLTN dan senjata nuklir.
Tidak
semua bahan bakar nuklir digunakan dalam reaksi fissi berantai.
Sebagai contoh, 238Pu dan beberapa unsur ringan lainnya digunakan untuk
menghasilkan sejumlah daya nuklir melalui proses peluruhan radioaktif
dalam generator radiothermal, dan baterai atom. Isotop ringan seperti
3H (tritium) digunakan sebagai bahan bakar fussi nuklir.
Bila
melihat pada energi ikat pada isotop tertentu, terdapat sejumlah
energi yang bisa diperoleh dengan memfusikan unsur-unsur dengan nomor
atom lebih kecil dari besi, dan memfisikan unsur-unsur dengan nomor
atom yang lebih besar dari besi.
sumber : http://berita-iptek.blogspot.com/
Posting Komentar