BOM ATOM

Julius Robert Oppenheimer : Penemu Bom Atom

JULIUS Robert Oppenheimer dilahirkan pada tanggal 22 April 1904 di Kota New York, Amerika Serikat. Semasa hidupnya dia dikenal sebagai seorang ahli fisika dan penasihat pemerintah AS. Dia adalah lulusan dari universitas yang cukup terkenal yaitu Harvard University, The Universities of Cambridge, AS dan the University of Gottingen, Jerman sampai mendapat gelar Ph.D. pada tahun 1925.

Pada kurun waktu tahun 1928 – 1929, dia bekerja pada International Education Board (Lembaga Pendidikan Internasional). Kemudian dia menjadi guru besar (profesor) dalam bidang Fisika di University of California dan California Institute of Technology selama kurang lebih 18 tahun, yaitu antara tahun 1929 – 1947. Waktu itu ia terlibat dalam pengembangan berbagai sekolah yang mempelajari teori-teori fisika. Selain itu, dia juga tercatat sebagai salah seorang ilmuwan yang ikut andil dalam munculnya sejumlah teori fisika, diantaranya teori kuantum, teori relativitas, teori sinar kosmik dan teori bintang neutron.

Pada kurun waktu tahun 1943 – 1945, Oppenheimer terlibat dalam projek Manhattan bersama Brigadir Jenderal Leslie R. Groves, seorang pejabat militer yang bertanggung jawab terhadap projek tersebut. Projek ini merupakan projek pembuatan bom atom yang pertama oleh Amerika Serikat, di mana hasil dari proyek ini digunakan untuk meluluhlantakkan Kota Hiroshima dan Nagasaki, Jepang pada Perang Dunia II.

Groves pernah mengatakan suatu hal tentang Oppenheimer, “Dia itu seorang yang genius. Seorang yang betul-betul genius. Kenapa? Karena Oppenheimer mengetahui segala hal. Dia bisa berbicara kepada kita tentang segala hal yang kita sebutkan. Tapi tidak semuanya. Menurut saya ada beberapa hal yang tidak dia ketahui. Dia tidak tahu sedikit pun tentang olah raga.”

Sempat dicopot

Dalam projek Manhattan, Oppenheimer ditunjuk sebagai direktur projek. Projek Manhattan dilakukan di kota Los Alamos, New Meksiko. Karena keterampilannya dalam memimpin dan mengelola projek tersebut, dia dianugerahi Presidential Medal of Merit pada tahun 1946. Di akhir usianya, Oppenheimer sempat menjadi direktur di Institute for Advanced Studies di daerah Princeton, negara bagian New Jersey, sebelum akhirnya meninggal dunia tahun 1967. Dia juga sempat menjadi ketua dari the General Advisory Committee of the Atomic Energy Commission (AEC) dari tahun 1947 sampai tahun 1952, setelah itu dia menjadi penasihat lembaga tersebut.

Selama Perang Dunia II berlangsung, Oppenheimer memimpin US Atomic Energy Commission. Pada tanggal 21 Desember 1953, seiring dengan meningkatnya sentimen terhadap kaum komunis di Amerika Srikat, Oppenheimer dituduh telah berhubungan dengan komunis dan menunda pemeriksaan terhadap beberapa agen Soviet, serta menentang program pengembangan bom hidrogen Amerika. Meskipun tidak ditemukan motif pengkhianatan pada diri Oppenheimer, akses keamanannya tetap dicabut dan jabatannya sebagai penasihat pada lembaga AEC dicopot.

Pada giliran selanjutnya, karena tidak terbukti bersalah, berbagai upaya dilakukan untuk mengembalikan nama baik Oppenheimer. Pada tahun 1963, AEC melalui Presiden Lyndon B. Johnson menganugerahkan penghargaan tertinggi kepadanya, yaitu Enrico Fermi Award, salah satu penghargaan tertua dan paling bergengsi yang diberikan oleh Pemerintah AS kepada para ilmuwan yang memiliki prestasi dan jasa dalam pengembangan, pemanfaatan, atau menghasilkan energi (secara umum termasuk ilmu pengetahuan dan teknologi dan bidang nuklir, atom, molekul, serta berbagai interaksi dan efek dari partikel-partikelnya).

Oppenheimer pensiun dari pekerjaannya pada tahun 1966 dan menghabiskan tahun-tahun terakhirnya dengan mempelajari hubungan antara ilmu pengetahuan dan masyarakat. Dia meninggal dunia pada tanggal 18 Pebruari 1967 di Princeton, New Jersey, Amerika Serikat karena penyakit kanker kerongkongan. Di antara tulisannya adalah Science and the Common Understanding (1954) dan Lectures on Electrodynamics (diterbitkan sepeninggalnya tahun 1970)

Jatuhnya Bom Atom 

  Pada tanggal 2 Agustus 1939, saat sebelum pecah perang dunia kedua, Albert Eistein menulis surat yang ditujukan kepada Presiden Franklin D. Roosevelt. Dalam surat tersebut diberitahukan bahwa Nazi-Jerman sedang giat memurnikan U-235 dan kemungkinan bahan ini dipersiapkan untuk pembuatan bom atom. Tidak lama kemudian pemerintah Amerika Serikat menggelar suatu proyek rahasia yang disebut proyek Manhattan.Proyek ini menitik beratkan pada penelitian dan pembuatan bom atom.  Problem utama yang dihadapi adalah memisahkan isotop uranium yang ada di alam yang sebagian besar terdiri atas isotop uranium dengan nomor atom 238. Kadar U-235 hanya < 1% dari uranium metal yang berada di alam, padahal kadar uranium di alam dalam batuan hanya sekitar 0,7%. Uranium 238-merupakan bahan yang dapat diubah menjadi bahan fisil (dapat dibelah) Pu-239 setelah diradiasi dengan neutron di dalam reaktor. Uranium 235 juga bahan fisil, dan dapat dibelah menjadi fragmen nuklida yang lebih kecil dengan membebaskan energi yang cukup besar (sekitar 25,5 juta kilo kalori perkilogram uranium). Bandingkan dengan energi yang dibebaskan pada pembakaran 1 kilogram karbon yang hanya sebesar 8,5 kilokalori.Kesulitan dalam pemisahan U-235 dari U-238 adalah karena sifat-sifat kimia yang sama. Kesulitan ini dapat dibandingkan seperti sulitnya memisahkan sakarose dari larutan glukose.Karena pemisahan secara kimia sukar dilakukan, maka perlu dikembangkan cara-cara fisika. Metode yang pernah dikembangkan antara lain saat ini adalah metoda difusi gas, metoda pemisahan magnetik, dan metoda pemisahan isotop dengan laser (LIS). 

Dalam pengayaan U-235, maka uranium perlu dijadikan gas dalam bentuk UF6 (Uranium Heksaflorida. Karena U-235 lebih ringan dari U-238, maka ia memiliki kelincahan yanglebih tinggi dan lebih mudah menembus membran yang terbuat berpori-pori sangat halus. Dengan suatu tekanan yang cukup maka campuran gas UF6 dari isotop U-235 dan U-238 dapat dilewatkan membran. Setelah melewati membran terjadi kenaikan konsentrasi U-235 F6. Hasil pengayaan ini dapat dilewatkan lagi pada membran berikutnya dan seterusnya, dan setelah melewati ribuan membran maka konsentrasi U-235 dapat dina35, tetapi tidak pada U-238. U-238 yang tereksitasi dapat diionkan yang seterusnya dapat dipisahkan secara elektromagnet, atau direaksikan dengan bahan perangkap yang membuat isotop terperangkap. 

Pada saat itu Amerika membangun suatu laboratorium pusat pengayaan isotop di Oak Ridge, Tenessee,. Metode yang digunakan adalah metode sigusi gas dan didesain oleh H.H. Urey bersama ahli-ahli yang membantunya. Di California (Berkeley) juga dibangun laboratorium pemisahan dengan metode magnetik. Akselerator yang digunakan adalah akselerator siklotron hasil rekayasa Ernest O. Lawrence. 

Sejak tahun 1939 sampai 1945, pemerintah Amerika telah mengeluarkan beaya sekitar 2 milyar dollar bagi proyek Manhattan. Pada jam 5:29:45 waktu setempat, tanggal 16 Juli 1945, kilatan putih menyilaukan menyambar cakrawala dari lembah gurun Jemez, di utara New Mexico. The Gadget berhasil menguak tenaga inti dan membuka era baru dalam tenaga atom. Kilatan cahayadi cakrawala mulai memudar dan berubah menjadi oranye, mewarnai tumbuhnya monster cendawan debu yang menggumpal membumbung tinggi dan membakar langit. Tokoh di belakang semua iini adalah J. Robert Oppenheimer. Sejak itu hanya ada dua bom atom yang pernah dijatuhkan untuk perang, yaitu bom atom yang pertama dijatuhkan di Hiroshima tanggal 6 Agustus 1945 jam 8:15 dan bom kedua yang dijatuhkan di Nagasaki. Bom pertama ini menggunakan bahan ledak uranium, massa superkritis uranium-235 adalah 50 kg, diberi nama sandi Little Boy, berat bom ini sekitar 4,5 ton. Bom atom kedua dijatuhkan di Nagasaki pada tanggal 9 Agustus 1945 dengan bahan ledak Plutonium. Plutonium 239 murni mempunyai massa superkritis 16 kg Bom atom yang kedua ini diberi sandi Fat Man. Daya ledak dari kedua bom tersebut masing-masing sekitar 10 kiloton (satu kiloton setara dengan satu juta kilogram bahan ledak TNT, bahan ledak bom konvensional).  

Prinsip Reaksi Nuklir Berantai

Reaksi nuklir yang didapat digunakan untuk membangkitkan energi ada dua jenis yaitu reaksi nuklir fisi (pembelahan) dan reaksi nuklir fusi (penggabungan). Dalam reaksi nuklir fisi, atom-atom berat yang dapat belah (fisionable) terbelah oleh neutron, sedangkan reaksi fusi merupakan penggabungan inti-inti isotop hidrogen. 

Ada tiga inti dapat belah yaitu U-235, U-233 dan Pu-239. Neutron merupakan partikel yang ideal untuk membelah inti. Ia tidak bermuatan listrik, sehingga mudah masuk ke dalam inti atom tanpa mengalami gaya tolak Coulomb. Sebagai diketahui atom tersusun atas neutron dan proton yang terikat dalam volum yang sangat kecil dan dikelilingi oleh elektron orbit. Ukuran atom berorde 10-10 m dan ukuran inti berorde 10-15 m. Seandainya elektron, proton dan neutron diperbesar seukuran kelereng dengan radius 1 cm. Maka kelereng elektron ini akan mmengitari kelereng inti dengan radius 1 km. Atom netral memiliki jumlah elektron sama dengan jumlah proton dan jumlah ini menggambarkan nomor atom. Jumlah proton dan neutron menggambarkan nomor massa. Untuk U-235, maka jumlah proton adalah 92 dan jumlah neutron ada 143. Untuk U-238, jumlah proton 92 dan jumlah neutron 146. Secara kimia sifat U-235 dan U-238 adalah sama. Walaupun proton dan neutron terpaket dalam volum yang sangat kecil, namun gaya-gaya repulsif coulomb antar proton dapat dikalahkan oleh gaya-gaya nuklir yang dangatkuat. Pada reaksi pembelahan inti dibebaskan energi sekitar 100 sampai 200 juta elektron volt. Di samping itu juga dibebaskan 2 sampai 3 neutron baru. Dalam waktu sekejap (seperjuta detik) gumpalan bahan fisi akan membebaskan energi yang sangat besar dan terjadilah ledakan. Reaksi berantai dapat terjadi pada gumpalan massa fisi yang mencapai massa super kritis. 

Baik U-235 maupun U-238 adalah radioaktif. Uranium adalah metal yang berat jenisnya lebih besar dari emas dan setelah mengalami peluruhan lebih dari 100.000 tahun, maka uranium akan menjadi timbal (Pb). Kedua isitop di atas terdapat di alam dengan perbandingan (U-238/U-235)= 99,3 / 0,7. 

Bahan uranium-235 sangat sukar untuk dipisahkan. Setiap 25.000 ton bijih uranium yang ditambang dari bumi, hanya menghasilkan 50 ton metal uranium. Dari metal uranium ini 99,3% adalah U-238 dan tidak dapat dijadikan bahan bakar langsung bagi bom atom. Andaikan terbentuknya uranium merupakan awal terbentuknya batuan atau bumi, maka dengan mengukur kadar Pb, dapatlah diperkirakan umur batuan. Demikianlah umur bumi diperkirakan sekitar empat setengah milyar tahun. 

Unsur plutonium tidak terdapat di alam, dan kalau toh ditemukan hanya dalam bentuk unsur kelumit. Pu-239 dapat dibuat di dalam reaktor ketika U-238 mendapat hujan neutron yang bertubi-tubi yang mengubahnya menjadi U-239. Unsur yang terakhir ini setelah melepaskan positron mengalami transmutasi menjadi Pu-239. Ada metode kimia yang digunakan untuk memisahkan Pu-239 dari campurannya. Plutonium bahan yang mudah belah tetapi tidak semudah U-235. Ia juga bahan yang beracun. 

Bahan-bahan yang murni nuklir perlu disimpan sedemikian massa kritis tidak dilampaui. Untuk bom nuklir maka bahan-bahan perlu dipisahkan sedemikian masing-masing tidakmencapai kritis. Kekritisan dapat dicapai dengan menyatukan bahan-bahan yang dibawah kritis tersebut sampai mencapai massa superkritis. Salah satu cara adalah dengan detonasi kimia. 

Bahan lain yang merupakan bahan bom nukri adalah gas deuterium dan tritirium. Pada suhu yang sangat tinggi kedua bahan ini dapat bereaksi fusi nuklir dan menghasilkan panas. Reaksi ini terjadi di matahari dan merupakan sumber energi kehidupan dibumi. Setiap detiknya dibakar sekitar 6 juta ton gas hidrogen. Hasil gas bahan berupa gas He dan dalam reaksi dibebaskan neutron cepat. Bom atom fusi memerlukan kondisi awal dengan suhu yang tinggi sekali yaitu berorde jutaan derajat celcius. Suhu ini dapat dicapai dengan ledakan fisi U-235 atau fisi Pu-239. Dengan demikian bom atom hidrogrn merurpakan bom atom dua tngkat yaitu fisi diikuti fusi. Kekuatannyapun lebih dahsyat yaitu sekitar 15 Megaton. 

Bom fusi dapat digunakan untuk meledakkan bom nuklir dengan bahan bakar U-238. Bahan ini sangat melimpah sehingga dapat dibuat bom nuklir yang dangat kuat. U-238 dapat dibelah oleh neutron cepat yang dibebaskan oleh reaksi fusi. Dengan fisi (U-238), fusi (D-T) dan fisi (U-238) maka dapat dicapai kekuatan 125 Megaton atau lebih. 

Tabel 1. Melukiskan perbandingan kekuatan bim atom dibandingkan dengan bom konvensional. 
 

Tabel 1 Perbandingan Kekuatan Bom Atom dan Bom Konvensional
Jenis Bom	Kekutan (dlm Ton TNT)
1. Bom atom jatuh di Nagasaki 2. Seluruh bom jatuh di Jerman selama perang dunia II 3. Seluruh bahan ledak kimia selama perang dunia II 4. Bom Hidrogen diledakkan di Bikini Atoll 1954	10.000 1.300.000 5.000.000 15.000.000

 

Dapat dihitung bahwa satu bom hidrogen yang melenyapkan Bikini Atoll ekivalen dengan 3 kali bahan ledak dalam perang dunia II.Tidaklah mengherankan kalau satu kapal selam nuklir yang membawa senjata nuklir taktis mempunyai kemampuan daya ledak 25 kali daya ledak seluruh mesiu yang pernah diledakkan dalam perang dunia II. Sebanyak lebih 15.000 senjata nuklir saat ini dimiliki oleh negara-negara nuklir. 

Dampak Fisik Ledakan Nuklir

Bom yang dijatuhkan memerlukan ketepatan posisi ledak atas tanah. Untuk mengetahui posisi nol, maka di dalam bom ada peralatan pengukur ketinggian yang disebut altimeter. Pada saat posisi nol, maka detonator kimia akan bekerja. Detonator kimia ini akan menekan bahan-bahan uranium murni menyatu sehingga mencapai superkritis. 

Ledakan nuklir pertama di New Mexico menggambarkan betapa dahsyatnya eneergi yang dibebaskan dalam sekejap. Hampir 80 % energi yang dibebaskan berupa energi kinetik produk-produk hasil fisi, ishock wavei, radiasi termal dan kilatan cahaya, 6% dibebaskan dalam bentuk radiasi temasuk 3% radiasi neutron. Sisanya 14% dibebaskan dalam bentuk debu-debu radioaktif hasil fisi. 

Dampak fisik dari ledakan dapat diperhitungkan dan dibagi menjadi 5 zona, yaitu Zona-1, adalah zona dimana semua lenyap menjadi uap, 98% fasilitas, tekanan lebih 25 psi dan kecepatan angin sekitar 320 mph. Zona 2 adalah zona kerusakan total, 90% fasilitas, tekanan lebih 17 psi dan kecepatan angin 290 mph. Zona-3 adalah zona kerusakan dahsyat dimana bangunan-bangunan besar seperti pabrik,gedung-gedung, jalan tol, jembatan dan lain-lain, roboh berkeping-keping, fatalitas 65% dan 30% luka-luka, tekanan 9 psi dan kecepatan angin 260 mph, Zona-4 adalah zona kerusakan panas hebat, smuanya terbakar, penduduk kesesakan nafas karena oksigen disedot oleh pembakaran, fatalitas 50%, 45% luka-luka. Zona-5 adalah zona dengan kerusakan angin dan api, rumah-rumah penduduk rusak, banyak penduduk terlempar oleh angin, yang selamat dalam keadaan terbakar, 15% mati dan 50% luka-luka, tekanan 5 psi dan kecepatan angin 98 mph. 

Radius zona bergantung dari kekuatan bom. Dalam Tabel 2 ditunjukkan jangkauan radius berbagi kekuatan bom dalam mil. 
 

Tabel 2 Jangkauan Radius berbagai Kekuatan Bom dalam Mil
Kekuatan Bom	10 Kiloton	1 Megaton	20 Megaton
Zona-1 Zona-2 Zona-3 Zona-4 Zona-5	0,5 1 1,75 2,5 3	2,5 3,75 6,5 7,75 10	8,75 14 27 31 35

 

Pada Tabel 3. ditunjukkan angka kerusakan dan angka kematian dari dua bom yang jatuh di Jepang 
 

Tabel 3 Angka Kerusakan dan Angka Kematian dari Dua Bom yang Jatuh di Jepang
Nagasaki	REF.1	REF.2	REF.3
1. Tewas dan Hilang 2. Luka-luka	39,000 >25,000	25,677 23,345	36,000 40,000
Hirosima
1. Tewas dan Hilang 2. Luka-luka	66,000 69,000	92,133 37,424	70,000 70,000

Daftar Pustaka

1. Documentation and Diagrams of the Atomic Bomb, File Courtesy of Outlaw Labs, anonym,Oake Ridge, 1994.
2. Nuclear Explosion - A World Wide Hazard, Kuzin, A.M, Foreign Languages Publ. House, Moscow 1959.
3. The Effects of Nuclear Weapons, Glasstone, Samuel, United State Atomic Energy Commission, Washington DC, 1957.
4. Aspek fisika Ledakan Nuklir, budi Santoso, Berkala Ilmu Kedokteran, UGM, 1990