Cara Kerja Bom Atom

Anda mungkin pernah membaca buku sejarah mengenai bom atom yang digunakan di perang dunia ke II. Anda juga mungkin pernah melihat film fiksi ilmiah dimana senjata nuklir diluncurkan atau diledakkan. Di berita, ketika banyak negara bernegosiasi untuk melucuti persenjataan nuklirnya, negara lain seperti Amerika Serikat, Korea Utara, Korea Selatan, India, dan Pakistan telah mengembangkan dan bahkan memonopoli program senjata nuklir di dunia.

Peralatan Fisika Nuklir

Bom nuklir melibatkan gaya, kuat dan lemah, yang menahan inti sebuah atom secara bersamaan, terutama untuk atom-atom dengan inti yang tidak stabil (lihat bagaimana radiasi nuklir bekerja untuk lebih jelasnya). Ada dua cara sederhana dimana energi nuklir bisa dilepaskan dari sebuah atom:

Fisi Nuklir – Anda memisahkan inti sebuah atom menjadi dua pecahan kecil dengan sebuah netron. Metode ini biasanya melibatkan isotop dari uranium (uranium-235, uranium-233) atau plutonium-239

Fusi Nuklir – Anda bisa membawa dua atom terkecil, biasanya hidrogen atau isotop dari hidrogen (deuterium, tritium), secara bersama untuk membentuk atom yang lebih besar (helium atau isotop dari helium); Proses inilah yang membuat matahari menghasilkan energi.

Didalam prosesnya, fisi atau fusi, energi panas yang berjumlah besar dan radiasi dilepaskan.

Perancangan Bom Nuklir

Untuk membangun sebuah bom atom, anda membutuhkan:

Sebuah sumber bahan bakar fusi atau fisi Peralatan pemicu Sebuah cara untuk membolehkan bahan bakar agar melakukan fisi atau fusi sebelum ledakan muncul

(jika tidak bom akan mengalami kegagalan)

Bom nukllir pertama adalah berupa peralatan fisi, dan kemudian bom fusi membutuhkan sebuah bom fisi sebagai pemicu. Kita akan mendiskusikan perancangan dari peralatan-peralatan berikut ini:

Bom fisi (Umumnya) Senjata pemicu bom fusi – yang diledakkan di Hiroshima, jepang, tahun 1945 Ledakan pemicu bom fisi – yang diledakkan di Nagasaki, jepang, tahun 1945 Parancangan Teller-Ulam sebuah bom fusi hidrogen – yang melakukan pengujian ledakan di kepulauan

Elugelap pada tahun 1952

Bom Fisi

Sebuah bom fisi menggunakan unsur seperti uranium-235 untuk membuat sebuah ledakan nukir. Jika anda telah membaca bagaimana radiasi nuklir bekerja, maka anda mengerti proses sederhana dibelakang peluruhan radioaktif dan fisi. Uranium-235 memiliki sifat tambahan yang bisa membuatnya berguna untuk produksi pembangkit nuklir dan bom nuklir – U-235 adalah satu dari sedikit bahan yang bisa menginduksi fisi. Jika

sebuah netron bebas menabrak inti U-235, inti itu akan menyerap netron tanpa ragu-ragu, menadi tidak stabil dan terbelah dengan segera.

Gambar ini menunjukkan sebuah inti uranium-235 dengan sebuah netron yang mendekat dari atas. Kemudian inti menangkap netron, lalu netron terbelah menjadi dua atom ringan dan membentuk dua atau tiga netron baru (Jumlah netron yang dikeluarkan bergantung pada bagaimana atom U-235 terbelah). Dua atom baru kemudian memancarkan radiasi gamma karena mereka membentuk keadaan yang baru (lihat bagaimana radiasi nuklir bekerja). Ada tiga hal mengenai proses induksi fisi ini yang membuatnya menjadi menarik:

Kemungkinan sebuah atom U-235 menangkap sebuah netron. Didalam sebuah bom yang bekerja dengan tepat, lebih dari satu netron dikeluarkan dari tiap proses fisi yang menyebabkan proses fisi lainnya muncul. Kondisi ini diketahui sebagai superkritis.

Proses menangkap netron dan pembelahan terjadi sangat cepat, dalam orde picodetik (1 x 10-12 detik). Jumlah energi yang dilepaskan sangat luar biasa, dalam bentuk panas dan radiasi gamma, ketika sebuah

atom terbelah. Energi dilepaskan oleh sebuah fisi tunggal karena berdasarkan fakta bahwa produk fisi dan netron, secara bersamaan, beratnya jauh berkurang diandingkan atom U-235 aslinya.

Perbedaan berat tersebut diubah kedalam bentuk energi pada sebuah tingkatan dengan persamaan e = mc2. Sebuah uranium kaya seperti yang digunakan didalam bom nuklir adalah sama dengan sesuatu berorde jutaan galon bensin. Ketika anda membayangkan bahwa sebuah uranium lebih kecil dibandingkan sebuah bola baseball dan sebuah jutaan galon bensin yang akan mengisi kotak sebesar 50 kaki per seginya (50 kaki seperti tinggi sebuah bangunan tingkat lima), anda bisa mendapatkan sebuah pemikiran tentang jumlah energi yang teredia didalam U-235 yang kecil.

Agar sifat dari U-235 bisa bekerja, maka sebuah sampel uranium harus diperkaya. Senjata yang berisikan uranium terdiri dari paling sedikit 90 persen U-235.

Massa Kritis

Dalam sebuah bom fisi, bahan bakar harus dijaga didalam massa subkritis terpisah, yang tidak akan mendukung terjadinya fisi, untuk mencegah terjadinya ledakan sebelum waktunya. Massa kritis adalah massa bahan untuk terjadinya proses fisi minimum yang dibutuhkan untuk memungkinkan terjadinya sebuah reaksi fisi. Proses pemisahan ini membawa beberapa masalah dalam melakukan perancangan sebuah bom fisi, dan masalah ini harus bisa dipecahkan.

Dua atau lebih massa subkritis harus digunakan bersama untuk membentuk sebuah massa superkritis, dimana hal ini memerlukan netron yang lebih dari cukup untuk memungkinkan terjadinya sebuah reaksi fisi, pada saat ledakan terjadi.

Netron-netron bebas harus dimasukkan kedalam poses superkritis untuk memulai proses fisi. Semakin banyak bahan maka semakin dimungkinkan terjadinya proses fisi sebelum bom meledak

sehingga kegagalan tidak akan terjadi.

Untuk membawa massa subkritis secara bersamaan menuju sebuah massa superkritis, ada dua teknologi yang digunakan yaitu:

Senjata pemicu Ledakan

Netron digunakan untuk membuat sebuah generator netron. Generator ini adalah sebuah pil kecil yang terbuat dari polonium dan berilium, dipisahkan oleh kertas yang didalamnya berisi inti bahan bakar fisi. Didalam generator terjadi proses berikut ini:

1. Kertas hancur ketika massa subkritis muncul dan secara spontan polonium memancarkan partikel alfa.2. Partikel alfa kemudian menabrak berilium-9 untuk menghasilkan berilium-8 dan beberapa netron bebas.3. Netron kemudian memulai proses fisi.

Akhirnya, reaksi fisi dikurung didalam sebuah bahan padat yang dinamakan sebuah tamper (cangkul), yang biasanya terbuat dari uranium-238. Tamper ini mengalami pemanasan dan pemuaian oleh inti fisi. Pemuaian tamper ini mendesak tekanan kembali ke inti fisi lalu memperlambat proses pemuaian pada inti. Tamper juga memantulkan netron kembali ke inti fisi, meningkatkan efisiensi reaksi fisi.

Senjata pemicu Bom Fisi

Cara termudah untuk membawa massa subkritis secara bersamaan adalah dengan membuat sebuah senjata yang menembak satu massa ke massa lainnya. Sebuah bola U-235 di buat disekitar generator netron dan sebuah peluru kecil U-235 dipindahkan. Peluru tersebut ditempatkan pada ujung tabung yang panjang dengan bahan peledak dibelakangnya, sedangkan bola U-235 ditempatkan di ujung yang satunya. Sebuah sensor tekanan menentukan angka yang tepat untuk melakukan peledakan dan memicu beberapa kejadian dibawah ini:

1. Terjadi ledakan dan ledakan tersebut mendorong peluru keluar dari senjata2. Peluru menabrak bola dan generator, memulai terjadinya reaksi fisi3. Reaksi fisi dimulai4. Bom meledak

Pemicu Ledakan Bom Fisi

Pada awalnya proyek manhattan, program rahasia Amerika yang mengembangkan bom atom, para ilmuwan yang bekerja dalam proyek tersebut mengakui bahwa pemampatan massa subkritis secara bersamaan kedalam sebuah bola dengan menggunakan ledakan adalah cara yang baik untuk membuat sebuah massa superkritis. Ada beberapa masalah dengan pemikiran ini yaitu bagaimana cara untuk mengendalikannya dan mengarahkannya langsung menuju gelombang kejut yang besarnya seragam didalam bola. Akan tetapi tim proyek Manhatan telah memecahkan masalah ini. Peralatan ledak terdiri dari sebuah inti bola Uranium-235 (tamper) dan sebuah plutonium-239 yang dikelilingi oleh bahan dengan daya ledak tinggi. Ketika bom diledakkan, hal-hal dibawah ini terjadi:

Terjadi ledakan, ledakan ini membuat sebuah gelombang kejut Gelombang kejut menekan inti Reaksi fisi dimulai Bom meledak

Perancangan Pemicu Ledakan Modern

Didalam modofikasi selanjutnya mengenai perancangan pemicu ledakan, kejadian-kejadian berikut ini terjadi:

Ledakan terjadi, membuat sebuah gelombang kejut

Gelombang kejut mendorong potongan-potongan plutonium secara bersamaan kedalam sebuah bola Pecahan plutonium menabrak sebuah pil berilium/polonium tepat ditengah Reaksi fisi dimulai Bom meledak

Bom Fusi

Bom fisi memang bekerja dengan baik, akan tetapi bom jenis ini tidaklah efisien. Bom fusi, juga disebut dengan bom termonuklir, Memiliki hasil yang sangat besar dan dengan efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan bom fisi. Untuk merancang sebuah bom fusi, beberapa masalah dibawah ini harus bisa dipercahkan terlebih dahulu:

Deuterium dan tritium, bahan bakar fusi, keduanya adalah gas, yang sangat sulit untuk diperoleh Persediaan tritium sangat sedikit dan memiliki waktu-paro yang pendek Deuterium atau tritium memiliki tekanan yang tinggi pada temperatur tinggi untuk memulai reaksi fusi

Pertama, mendapatkan deuterium, gas secara kimia digabungkan dengan litium untuk membuat sebuah bahan campuran lithium-deuterate. Untuk mengatasi masalah tritium, perancang bom mengatakan bahwa netron-netron yang berasal dari sebuah reaksi fisi bisa menghasilkan tritium dari litium (litium-6 ditambah sebuah yang menghasilkan tritium dan heium-4, litium-7 ditambah sebuah netron yang menghasilkan tritium, helium-4 dan sebuah netron). Artinya tritium tidak akan bisa disimpan didalam bom. Akhirnya, Stanislaw Ulam mengenalkan bahwa radiasi utama yang dilepaskan didalam sebuah reaksi fisi adalah sinar-X, dan sinar-X ini bisa menghasilkan temperatur dan tekanan tinggi yang dibutuhkan untuk memulai fusi. Oleh karena itu, dengan menggabungkan sebuah bom fisi didalam bom fusi, beberapa masalah akan bisa dipecahkan.

Perancangan Bom Fusi Teller-Ulam

Untuk mengerti rancangan bom ini, bayangkan bahwa didalam sebuah kotak bom anda memiliki bom fisi berdaya ledak tinggi dan sebuah tempat berbentuk silinder yang berisi uranium-238 (tamper). Didalam tamper ada lithium deuteride (bahan bakar) dan sebuah batang plutonium-239 yang berlubang di tengah-tengah silinder. Silinder terpisah dari bom peledak adalah sebuah pelindung uranium-238 dan busa plastik mengisi ruangan tersisa didalam kotak bom. Ledakan bom disebabkan oleh kejadian-kejadian berikut ini:

1. Bom fisi meledak, melepaskan sinar-X2. Sinar-X ini dipanaskan didalam bom dan tamper, perisai mencegah ledakan pada bahan bakar sebelum

waktunya3. Panas menyebabkan tamper memuai dan terbakar, desakan tekanan kedalam berlawanan dengan litium

deuterate4. Litium deuterate ditekan sampai sekitar 30 lipatan5. Tekanan yang dihasilkan gelombang kejut memulai proses fisi didalam batang plutonium.6. Batang tersebut melepaskan radiasi, panas dan beberapa netron7. Netron-netron pergi menuju litium deuterate, bergabung dengan litium lalu membuat tritium8. Kombinasi temperatur dan tekanan tinggi cukup untuk memunculkan reaksi fusi tritium-deuterium dan

deuterium-deuterium, menghasilkan panas berlebih, radiasi, dan beberapa netron.9. Netron-netron yang berasal dari reaksi fusi diinduksi oleh proses fisi didalam potongan uranium-238

pada tamper dan perisai10. Fisi pada tamper dan perisai menghasilkan lebih banyak radiasi dan panas

11. Bom meledak

Semua kejadian ini terjadi hanya dalam 600 milyar detik (550 milyar detik dari ledakan bom fisi, 50 milyar detik untuk kejadian fusi). Hasil ledakannya 700 kali lebih dahsyat dibandingkan dengan daya ledak fisi: ledakannya memiliki hasil 10.000 kiloton.

Akibat dari Ledakan Nuklir

Ledakan sebuah bom nuklir diatas sebuah sasaran populasi kota menyebabkan kerusakan yang sangat besar. Derajat kerusakan bergantung pada jarak dari pusat ledakan bom, yang dinamakan hipocenter. Semakin dekat dengan hipocenter, semakin hebat kerusakan yang ditimbulkannya. Kerusakan ini disebabkan oleh beberapa hal ini:

Sebuah gelombang dengan panas yang sangat hebat dari ledakan Tekanan dari gelombang kejut dihasilkan oleh letusan Radiasi Jatuhan radioaktif (awan-awan yang berisi debu-debu partikel dan reruntuhan bom yang jatuh kembali

ke tanah)

Pada hipocenter, semuanya dengan cepat menguap dengan temperatur tinggi (lebih dari 500 juta derajat fahrenheit atau 300 juta derajat celcius). Diluar dari hipocenter, banyak kasus yang disebabkan oleh kebakaran yang berasal dari panas, reruntuhan gedung yang jatuh akibat dari efek gelombang kejut, tingkat radiasi yang sangat tinggi sehingga menyebabkan cacat. Diluar wilayah letusan, banyak kasus yang disebabkan oleh panas, radiasi, dan api yang berasal dari gelombang panas. Untuk jangkap panjang, radioaktif yang jatuh bisa tersebar jauh karena ditiup angin. Partikel-partikel radioaktif yang jatuh masuk ke dalam persediaan air minum kemudian diminum oleh orang dengan jarak yang cukup jauh dari sumber ledakan.

Resiko Kesehatan

Para peneliti telah mempelajari kesehatan orang-orang yang selamat pada pristiwa bom di Hiroshima dan Nagasaki untuk memahami efek jangka pendek dan jangka panjang akibat ledakan nuklir. Radiasi dan radioaktif yang jatuh menyebabkan sel-sel di dalam tubuh terganggu. Beberapa kondisi kesehatan yang terganggu antara lain:

Mual, muntah, dan diare Katarak Rambut rontok Kehilangan sel-sel darah merah

Para ilmuwan dan fisikawan masih mempelajari orang-orang yang selamat dari pristiwa bom nuklir tahun 1945 di jepang dan berharap mendapatkan hasil yang lebih lagi.

Tahun 1980-an, para ilmuwan menaksir efek-efek yang diakibatkan oleh perang nuklir (banyak bom nuklir yang meledak di seluruh bagian dunia ini) dan mengusulkan teori bahwa sebuah musim nuklir bisa muncul. Didalam skenario musim nuklir , ledakan bom-bom akan meningkatkan awan-awan berisi bahan radioaktif yang besar dan mampu naik sampai atmosfer bumi. Awan-awan ini akan menahan sinar matahari. Apabila sinar matahari berkurang maka temperatur permukaan planet ini akan mengecil dan mengurangi proses fotosintesis yang

dihasilkan oleh tumbuhan dan bakteri. Pengurangan proses fotosintesis akan memutuskan rantai makanan, dan menyebabkan kepunahan (termasuk manusia). Skenario ini sama dengan hipotesa asteroid yang menjelaskan kepunahan dinosaurus. Pendukung skenario musim nuklir ini diperlihatkan pada saat gunung St. Helens di Amerika serikat dan gunung Pinatubo di filipina meletus sambil membawa awan debu dan puing-puing dengan jarak yang lumayan jauh.

Senjata-senjata nuklir sangat luar biasa, memiliki daya hancur dengan waktu lama dan melakukan berjalanan yang sangat jauh melebihi sasarannya sendiri. Oleh karenanya pemerintah dunia mencoba untuk mengendalikan penyebaran teknologi pembuatan bom nuklir dan bahan-bahannya. Pemerintah dunia juga mengurangi persenjataan nuklir selama perang dingin.

Apa itu Bom Hidrogen? Sejarah & Prinsip Kerja Bom Hidrogen

Bom hidrogen, sejauh ini, merupakan senjata paling merusak yang pernah diciptakan manusia.Bom ini merupakan jenis yang paling kuat dari bom nuklir, dengan kekuatan hingga 25.000 kali bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki.Tidak seperti bom atom konvensional (juga dikenal sebagai A-bombs), yang melepaskan energi dengan reaksi fisi dari inti atom berat seperti uranium dan plutonium, bom hidrogen melepaskan energi dengan menggabungkan bersama-sama inti ringan seperti deuterium atau tritium (fusi) yang mampu mengubah lebih banyak materi menjadi energi.

Ketika Presiden Truman menyetujui penjatuhan bom-A di Hiroshima dan Nagasaki, dia mengatakan bahwa senjata tersebut memiliki kekuatan yang sama dengan cara kerja matahari.

Tentu saja hal ini tidak benar. Bom-A maih menggunakan reaksi fisi. Bom yang mirip dengan cara kerja matahari adalah bom hidrogen yang menggunakan reaksi fusi.

Bom-bom nuklir yang menjadi tulang punggung persenjataan nuklir Amerika Serikat dan Rusia merupakan bom hidrogen.

Bom hidrogen bekerja melalui dua-tahap dimana bom fisi “primer” diledakkan menggunakan metode ledakan konvensional, yang kemudian memicu reaksi bahan bakar fusi “sekunder”.

Reaksi bahan bakar bom hidrogen (reaksi fusi) hanya bisa terjadi pada suhu yang amat tinggi. Untuk mencapai suhu tinggi yang diperlukan, sebuah bom fisi diledakkan terlebih dahulu yang kemudian memicu reaksi fusi berantai.

Sebagai hasil dari menggunakan reaksi fusi (bukan fisi), kekuatan bom menjadi jauh lebih tinggi.

Dalam bom fisi, sekitar 0,1% dari massa bahan bakar akan diubah menjadi energi, sedangkan di bom fusi, persentase ini menjadi 0,3%.

Prinsip bom hidrogen pertama kali diuji pada tanggal 9 Mei 1951 oleh militer Amerika Serikat.

Pada tes pertama ini didapat kesimpulan bahwa sebuah bom fisi dapat digunakan sebagai batu loncatan untuk sesuatu yang lebih merusak (bom fusi).

Sedangkan bom hidrogen yang sebenarnya pertama diuji coba pada tanggal 1 November 1952, diledakkan di Atol Enewetak di Pasifik, sebagai bagian dari Operasi Ivy. Bom hidrogen pertama ini dinamakan sebagai Ivy Mike.

Bom itu meledak dengan kekuatan setara 10,4 megaton TNT (lebih dari 450 kali lebih kuat dari bom atom yang dijatuhkan di Nagasaki selama Perang Dunia II).

Menggunakan deuterium cair sebagai bahan bakar, bom ini memerlukan 18 ton peralatan pendingin untuk menjaga deuterium tetap dalam bentuk cair.

Sebuah tes berikutnya yang diberi nama Castle Bravo, menggunakan deuterium lithium padat sehingga mampu memangkas berat peralatan pendingin, menjadikan bom hidrogen lebih praktis digunakan.

Castle Bravo merupakan senjata nuklir paling kuat yang pernah diuji oleh Amerika Serikat, dengan kuat ledakan setara 15 megaton TNT.

Deret Radioaktif

Seringkali suatu peluruhan isotop radioaktif menghasilkan isotop lain yang juga radioaktif. Inti anak yang radioaktif ini selanjutnya meluruh menghasilkan isotop ketiga yang juga radioaktif. Proses peluruhan radioaktif terus berlangsung sampai diperoleh isotop yang stabil.

Dalam proses peluruhan radioaktif, nomor massa (A) inti induk akan berubah dengan 4 satuan (proses peluruhan alpha) ataupun nomor massa (A) tidak berubah (proses peluruhan beta). Harga nomor massa (A) dari isotop-isotop anggota suatu peluruhan berantai berbeda dengan kelipatan 4. Dengan demikian kita harapkan ada 4 deret radioaktif yang mungkin dengan nomor massa (A) dapat dinyatakan dengan rumus 4n (deret Thorium), 4n+1 (deret Neptunium), 4n+2 (deret Uranium), 4n+3 (deret Actinium) dengan n adalah bilangan bulat.Para ahli percaya bahwa semua nuklida yang terdapt di bumi ini dibentuk bersamaan dengan terbentuknya bumi yaitu 5.000.000.000 tahun yang lalu. Deret Neptunium mempunyai waktu paruh jauh lebih kecil dari umur bumi. Sehingga saatini unsur Np237 sudah tidak terdapat lagi di alam. Ke-3 deret radiokatif lainnya mempunyai waktu paruh yang setara dengan umur bumi, karena itu ke-3 deret ini masih hadir saat ini di bumi