Sains di Balik 'Oppenheimer', Kekuatan Ledakan Atom

Jakarta -

Film biografi yang disutradarai Christopher Nolan, 'Oppenheimer', menceritakan kisah fisikawan J. Robert Oppenheimer yang kemudian dikenal sebagai bapak bom atom. Di bawah kepemimpinan Oppenheimer, sekelompok kecil ilmuwan abad ke-20 menciptakan senjata mematikan.

Jika melacak tentang bom atom secara ilmiah, kita akan kembali ke Albert Einstein, tepatnya terkait dengan persamaannya yang paling terkenal, E = MC2. Sebagian kecil dari karyanya menentukan bahwa energi setara dengan massa dikalikan kecepatan cahaya kuadrat.

Intinya adalah bahwa ada kesetaraan antara massa dan energi. Jika kita dapat mengubah sebongkah materi dengan cepat menjadi energi, kita mungkin dapat menangkap energi tersebut dalam reaktor nuklir atau menciptakan senjata paling kuat sepanjang masa.

Masalahnya, sebagian besar materi ingin tetap menjadi materi. Jadi para ilmuwan harus mencari cara untuk mendapatkan jenis materi khusus. Nah, mereka menemukannya di uranium dan plutonium, khususunya pada isotop uranium-235 dan plutonium-239.

Seperti dikutip dari Syfy.com, dalam konteks reaksi nuklir, uranium-235 seperti balon yang terisi hampir sampai titik puncaknya. Satu embusan udara tambahan, bahkan mungkin dorongan lembut dari orang yang lewat, sudah cukup membuatnya meletup.

Untuk atom uranium-235, dorongan lembut itu berasal dari neutron dan mendorong uranium ke tepi. Ketika meletus, ia terbagi menjadi dua atom baru, masing-masing dengan jumlah proton dan neutron sekitar setengahnya. Ini juga melepaskan beberapa neutron bebas dan energi yang luar biasa.

Massa Kritis

Kalian mungkin telah memperhatikan bahwa neutron adalah awal dan akhir dari proses tersebut. Atom dapat dibelah, melemparkan neutron ke arahnya, dan kita mendapatkan dua atom yang lebih kecil, sejumlah energi, dan beberapa neutron di sisi lain. Jika tidak ada bahan fisi lain di dekatnya, itulah akhir dari prosesnya.

Dalam Proyek Manhattan, uji coba nuklir bom atom Trinity yang dilakukan di New Mexico pada 16 Juli 1945, membuat sejumlah besar fisi terjadi pada saat yang sama merupakan tantangan khusus bagi para fisikawan. Jika fisi dimulai terlalu dini atau terjadi terlalu lambat, kekuatan ledakan akan berkurang drastis.

Jika menginginkan ledakan yang lebih besar, atom perlu dibelah berulang kali untuk bisa melepaskan energi yang sangat besar sekaligus. Salah satu cara untuk melakukannya adalah membuat neutron bekerja. Ketika atom pertama membelah dan melepaskan neutron, maka neutron itu dibuat menabrak atom lain dan seterusnya dalam reaksi berantai. Masalahnya adalah, kita tidak dapat mengontrol ke mana neutron pergi. Para peneliti hanya dapat mendorong probabilitas yang menguntungkan.

Untuk memastikan reaksi berantai terjadi, senjata atom dilengkapi dengan bahan fisi yang cukup dalam konsentrasi yang cukup padat sehingga setiap neutron baru yang terbentuk rata-rata akan menyerang nukleus lain. Kondisi memiliki cukup bahan untuk memastikan hal itu terjadi, disebut memiliki massa kritis.

Cara Memperkaya Uranium

Tidak semua atom uranium diciptakan sama, bahkan jika mereka memiliki nama depan yang sama. Angka yang muncul setelah suatu elemen memberi tahu isotop mana yang sedang kita hadapi, dan isotop tertentu lebih baik untuk aktivitas tertentu.

Sebagian besar uranium di dunia, lebih dari 99% sebenarnya, adalah uranium-238 dan uranium ini termasuk payah untuk fisi. Atom tidak akan terbelah kecuali kita memukulnya dengan neutron berenergi tinggi. Jika neutron tidak cukup cepat, atom menangkapnya dan menjadi uranium-239, yang kemudian meluruh menjadi plutonium-239. Uranium-235 yang sedikit lebih ringan bagus untuk fisi tetapi sangat jarang ada.

Dalam bijih uranium alami, hanya sekitar 0,7% yang merupakan uranium-235, atau kira-kira satu dari setiap 139 atom. Agar cukup, para ilmuwan harus menemukan cara untuk memilah 235 dari sisa materi dalam proses yang dikenal sebagai pengayaan. Karena secara kimia identik dengan uranium-238 yang lebih umum, ia tidak dapat dipisahkan dengan metode kimia konvensional dan fisikawan di Proyek Manhattan harus kreatif. Pada akhirnya, mereka mengejar beberapa metode termasuk sentrifugal, difusi gas, difusi termal, dan pemisahan elektromagnetik.

Bagaimana Bom Atom Bekerja

Hingga saat ini, hanya dua bom atom yang pernah diledakkan secara langsung, yakni Little Boy dan Fat Man yang menghancurkan kota Hiroshima dan Nagasaki di Jepang. Meski Little Boy dan Fat Man dijatuhkan di waktu yang hampir bersamaan, keduanya mengandalkan mekanisme yang sangat berbeda.

Little Boy memiliki dua keping uranium yang terpisah, masing-masing terlalu kecil untuk mencapai massa kritis, yang disimpan dalam isolasi sampai saat-saat terakhir. Saat bom siap meledak, kedua bagian itu dibanting bersama menggunakan sesuatu yang mirip dengan senjata konvensional. Sepotong uranium ditembakkan ke bawah laras senapan berlubang halus dan dihancurkan ke bagian lainnya. Ketika mereka bersatu, mereka mencapai massa kritis dan menghasilkan ledakan nuklir.

Sebaliknya, Fat Man menggunakan plutonium-239 yang kurang reaktif. Ketika sampel tiba, materiala itu kurang murni dari yang diharapkan dan fisikawan menyadari bahwa metode senjata tidak akan berhasil. Fisi akan dimulai lebih awal, memicu reaksi lambat yang tidak pernah mencapai keadaan kritis. Fisikawan membutuhkan solusi lain.

Lalu, di perut Fat Man ditempatkan bola berlubang plutonium subkritis. Bola itu dikelilingi oleh bola bahan peledak konvensional lainnya. Beberapa detonator terpicu pada saat yang sama, menciptakan ledakan yang kuat di dalam bom . Kepadatan plutonium meningkat karena semuanya dihancurkan menjadi satu dan mencapai kondisi superkritis.

(rns/afr)