Biografi Albert Einsten

Albert Einstein (14 Maret 1879–18 April 1955) adalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistik, dan kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek fotoelektrik dan "pengabdiannya bagi Fisika Teoretis". Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasan atau bahkan jenius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia. Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Orang Abad Ini" oleh majalah Time. Kepopulerannya juga membuat nama "Einstein" digunakan secara luas dalam iklan dan barang dagangan lain, dan akhirnya "Albert Einstein" didaftarkan sebagai merk dagang. Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein.

1. Masa Muda
Einstein dilahirkan di Ulm di Württemberg, Jerman; sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart. Bapaknya bernama Hermann Einstein, seorang penjual ranjang bulu yang kemudian menjalani pekerjaan elektrokimia, dan ibunya bernama Pauline. Mereka menikah di Stuttgart-Bad Cannstatt. Keluarga mereka keturunan Yahudi; Albert disekolahkan di sekolah Katholik dan atas keinginan ibunya dia diberi pelajaran biola. Pada umur lima, ayahnya menunjukkan kompas kantung, dan Einstein menyadari bahwa sesuatu di ruang yang "kosong" ini beraksi terhadap jarum di kompas tersebut; dia kemudian menjelaskan pengalamannya ini sebagai salah satu saat yang paling menggugah dalam hidupnya. Meskipun dia membuat model dan alat mekanik sebagai hobi, dia dianggap sebagai pelajar yang lambat, kemungkinan disebabkan oleh dyslexia, sifat pemalu, atau karena struktur yang jarang dan tidak biasa pada otaknya (diteliti setelah kematiannya).
Dia kemudian diberikan penghargaan untuk teori relativitasnya karena kelambatannya ini, dan berkata dengan berpikir dalam tentang ruang dan waktu dari anak-anak lainnya, dia mampu mengembangkan kepandaian yang lebih berkembang. Pendapat lainnya, berkembang belakangan ini, tentang perkembangan mentalnya adalah dia menderita Sindrom Asperger, sebuah kondisi yang berhubungan dengan autisme. Einstein mulai belajar matematika pada umur dua belas tahun. Ada gosip bahwa dia gagal dalam matematika dalam jenjang pendidikannya, tetapi ini tidak benar; penggantian dalam penilaian membuat bingung pada tahun berikutnya. Dua pamannya membantu mengembangkan ketertarikannya terhadap dunia intelek pada masa akhir kanak-kanaknya dan awal remaja dengan memberikan usulan dan buku tentang sains dan matematika. Pada tahun 1894, dikarenakan kegagalan bisnis elektrokimia ayahnya, Einstein pindah dari Munich ke Pavia, Italia (dekat Milan). Albert tetap tinggal untuk menyelesaikan sekolah, menyelesaikan satu semester sebelum bergabung kembali dengan keluarganya di Pavia. Kegagalannya dalam seni liberal dalam tes masuk Eidgenössische Technische Hochschule (Institut Teknologi Swiss Federal, di Zurich) pada tahun berikutnya adalah sebuah langkah mundur;j dia oleh keluarganya dikirim ke Aarau, Swiss, untuk menyelesaikan sekolah menengahnya, di mana dia menerima diploma pada tahun 1896, Einstein beberapa kali mendaftar di Eidgenössische Technische Hochschule. Pada tahun berikutnya dia melepas kewarganegaraan Württemberg, dan menjadi tak bekewarganegaraan.
Pada 1898, Einstein menemui dan jatuh cinta kepada Mileva Maric, seorang Serbia yang merupakan teman kelasnya (juga teman Nikola Tesla). Pada tahun 1900, dia diberikan gelar untuk mengajar oleh Eidgenössische Technische Hochschule dan diterima sebagai warga negar Swiss pada 1901. Selama masa ini Einstein mendiskusikan ketertarikannya terhadap sains kepada teman-teman dekatnya, termasuk Mileva. Dia dan Mileva memiliki seorang putri bernama Lieserl, lahir dalam bulan Januari tahun 1902. Lieserl, pada waktu itu, dianggap tidak legal karena orang tuanya tidak menikah.
2. Kerja dan Gelar Doktor
Pada saat kelulusannya Einstein tidak dapat menemukan pekerjaan mengajar, keterburuannya sebagai orang muda yang mudah membuat marah professornya. Ayah seorang teman kelas menolongnya mendapatkan pekerjaan sebagai asisten teknik pemeriksa di Kantor Paten Swiss dalah tahun 1902. Di sana, Einstein menilai aplikasi paten penemu untuk alat yang memerlukan pengatahuan fisika. Dia juga belajar menyadari pentingnya aplikasi dibanding dengan penjelasan yang buruk, dan belajar dari direktur bagaimana "menjelaskan dirinya secara benar". Dia kadang-kadang membetulkan desain mereka dan juga mengevaluasi kepraktisan hasil kerja mereka. Einstein menikahi Mileva pada 6 Januari 1903. Pernikahan Einstein dengan Mileva, seorang matematikawan, adalah pendamping pribadi dan kepandaian; Pada 14 Mei 1904, anak pertama dari pasangan ini, Hans Albert Einstein, lahir. Pada 1904, posisi Einstein di Kantor Paten Swiss menjadi tetap. Dia mendapatkan gelar doktor setelah menyerahkan thesis "Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen" ("On a new determination of molecular dimensions") dalam tahun 1905 dari Universitas Zürich.
Di tahun yang sama dia menulis empat artikel yang memberikan dasar fisika modern, tanpa banyak sastra sains yang dapat ia tunjuk atau banyak kolega dalam sains yang dapat ia diskusikan tentang teorinya. Banyak fisikawan setuju bahwa ketiga thesis itu (tentang gerak Brownian), efek fotoelektrik, dan relativitas spesial) pantas mendapat Penghargaan Nobel. Tetapi hanya thesis tentang efek fotoelektrik yang mendapatkan penghargaan tersebut. Ini adalah sebuah ironi, bukan hanya karena Einstein lebih tahu banyak tentang relativitas, tetapi juga karena efek fotoelektrik adalah sebuah fenomena kuantum, dan Einstein menjadi terbebas dari jalan dalam teori kuantum. Yang membuat thesisnya luar biasa adalah, dalam setiap kasus, Einstein dengan yakin mengambil ide dari teori fisika ke konsekuensi logis dan berhasil menjelaskan hasil eksperimen yang membingungkan para ilmuwan selama beberapa dekade. Dia menyerahkan thesis-thesisnya ke "Annalen der Physik". Mereka biasanya ditujukan kepada "Annus Mirabilis Papers" (dari Latin: Tahun luar biasa). Persatuan Fisika Murni dan Aplikasi (IUPAP) merencanakan untuk merayakan 100 tahun publikasi pekerjaan Einstein di tahun 1905 sebagai Tahun Fisika 2005.
3. Gerakan Brownian
Di artikel pertamanya di tahun 1905 bernama "On the Motion—Required by the Molecular Kinetic Theory of Heat—of Small Particles Suspended in a Stationary Liquid", mencakup penelitian tentang gerakan Brownian. Menggunakan teori kinetik cairan yang pada saat itu kontroversial, dia menetapkan bahwa fenomena, yang masih kurang penjelasan yang memuaskan setelah beberapa dekade setlah ia pertama kali diamati, memberikan bukti empirik (atas dasar pengamatan dan eksperimen) kenyataan pada atom. Dan juga meminjamkan keyakinan pada mekanika statistika, yang pada saat itu juga kontroversial. Sebelum thesis ini, atom dikenal sebagai konsep yang berguan, tetapi fisikawan dan kimiawan berdebat dengan sengit apakah atom benar suatu benda yang nyata. Diskusi statistik Einstein tentang kelakuan atom memberikan pelaku eksperimen sebuah cara untuk menghitung atom hanya dengan melihat melalui mikroskop biasa. Wilhelm Ostwald, seorang pemimpin sekolah anti-atom, kemudian memberitahu Arnold Sommerfeld bahwa ia telah berkonversi kepada penjelasan komplit Einstein tentang gerakan Brownian

Radiasi Dalam Kehidupan Sehari-hari

Sadarkah jika tiap hari tubuh selalu menerima radiasi?. Buktinya ada saat membuka jendela kamar di pagi hari. Kehangatan sinar mentari merasuki setiap kehidupan. Sinar atau cahaya yang dipancarkan sang surya itu dikenal dengan radiasi inframerah. Orang-orang yang hidup di daerah sub-tropis pada musim panas atau bila berkunjung ke daerah tropis sebagai turis gemar menjemur diri di pantai untuk mendapatkan radiasi ultraviolet agar kulit tubuhnya berwarna kecoklatan. Saat ini, manusia dengan rekannya yang terpisah jauh dapat berkomunikasi dengan suara ataupun gambar. Itu juga berkat jasa berkat radiasi gelombang pendek (microwave).
Begitu pula hubungan antara seorang astronot yang ada di ruang angkasa dengan operator di pusat pengendali bumi. Bukan hal yang aneh pula hampir setiap dapur di negara-negara maju dilengkapi dengan alat memasak yang disebut microwave. Nah, artinya kita telah banyak memanfaatkan berbagai jenis radiasi untuk memudahkan dan meningkatkan kualitas hidup di bumi.
Kalau begitu bisa dikatakan radiasi adalah hal yang sudah akrab dengan kehidupan manusia. Wajar saja, sebab radiasi sudah ada di bumi sebelum kehidupan ini lahir. Bahkan, ia sudah hadir di ruang angkasa sebelum bumi itu sendiri nongol. Radiasi merupakan bagian dari big-bang yang sejauh kita ketahui lahir kurang lebih dua puluh milyar tahun yang lalu. Sejak itu radiasi menyelimuti ruang angkasa dan merupakan bagian dari bumi.
Pada 1892 ilmuwan berkebangsaan Prancis, Antoine Henri Becquerel meletakkan beberapa lempeng film fotografi di dalam laci. Bersama itu pula ditaruh mineral yang mengandung uranium. Saat film fotografi dicuci dalam larutan pengembang, ia terkejut karena adanya pengaruh mineral uranium pada film fotografi itu. Sejak itu Becquerel dikenal sebagai penemu uranium.
Berikutnya, pada 1898, suami Marie Currie, pionir pemakai kata radioaktivitas, yaitu Pierre menemukan bahwa uranium mengeluarkan radiasi dan ada elemen misterius lainnya. Salah satunya adalah apa yang mereka sebut sebagai polonium.
Berkat semua itu, ketiganya dianugrahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1903. Yang jelas, penemuan radioaktivitas akhirnya menjadi semacam babak baru dari era fisika modern. Terutama sejak ditemukan Polonium itu berhasil mengubah banyak hal dan membangkitkan pertanyaan. Misalnya, apa yang menyebabkan atom-atom meluruh, terbuat dari apa atom-atom itu, gaya-gaya apa yang bekerja di dalamnya? Hasilnya, pada abad berikutnya manusia pun menemukan banyak hal tentang radiasi dan fenomena lainnya dalam fisika.
Pada abad ke-20, manusia telah mengenal berbagai jenis radiasi lainnya, yang disebut radiasi pengion. Radiasi pengion ini juga sudah banyak dimanfaatkan secara luas dalam bidang kedokteran. Satu diantaranya dipakai untuk membuat foto organ tubuh manusia (rontgen). Di bidang industri, radiasi pengion ini dipakai untuk mengukur ketebalan kertas atau pelat besi agar hasil produksinya memiliki ketebalan yang akurat. Bisa pula untuk mendeteksi kebocoran air di bendungan, atau deteksi adanya potensi kebakaran dalam detektor asap dan lain sebagainya. Pemakaian radiasi pengion pun telah banyak memberi keuntungan bagi kehidupan manusia.
Radiasi pengion dihasilkan oleh atom-atom yang sangat kecil dan tak kasat mata . Menurut Erwansyah Lubis, Kepala Bidang Keselamatan Kerja dan Lingkungan, Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif (P2PLR), BATAN, di alam terdapat benda hidup (manusia, hewan dan tumbuhan) yang secara kimiawi tersusun oleh pelbagai jenis atom yang sangat kecil. “Di alam, atom-atom ada yang stabil dan ada yang tidak stabil.”.Karena punya kelebihan energi di dalam inti, lanjutnya, atom-atom itu ada yang tak stabil. Akibatnya atom ini akan melepaskan kelebihan energinya (meluruh) untuk jadi jenis atom lain yang stabil. Kelebihan energi ini dilepaskan dalam bentuk radiasi pengion. “Atau gampangnya, radiasi dan atom yang tidak stabil ini dikenal dengan sebutan radionuklida alam,” .
Berdasarkan asal usulnya, radionuklida alam dibagi menjadi dua, primordial dan kosmogenik. Radionuklida primordial adalah radionuklida purba yang ada di bumi dan terjadinya berkaitan erat dengan terbentuknya bumi itu sendiri. Dari sudut radioekologi, radionuklida primordial yang penting adalah unsur-unsur berat dan mempunyai deret peluruhan yang panjang seperti halnya deret uranium (U-238), aktimium (U-235) dan torium (Th-232).
Radionuklida kosmogenik adalah radionuklida yang dihasilkan dari reaksi antara sinar kosmik dengan inti-inti atom yang terdapat di atmosfer, tanah dan air. Umumnya, radionuklida ini memiliki konsentrasi yang sangat rendah di alam hingga memerlukan prosedur yang rumit untuk sampling (pengambilan contoh untuk dianalisis) dan analisisnya.
Radiasi yang dilepaskan oleh radionuklida alam dapat berupa sinar-x dan sinar gamma. Dapat pula berupa partikel yang mempunyai energi tinggi, seperti partikel alfa, beta dan proton. Radiasi pengion ini bila menumbuk atau mengenai benda-hidup ataupun benda tak-hidup memiliki kemampuan untuk menguraikan atom-atom stabil yang ada dalam benda-benda itu menjadi ion-ion positif dan negatif. Bila radiasi ini mengenai organ atau jaringan tubuh manusia maka akan terbentuk ion-ion postif dan negatif. Buntutnya, bakal jadi penyebab kerusakan sel-sel pada organ atau jaringan itu. Nah, jika kerusakan sel-sel ini terjadi dalam jumlah yang relatif banyak dan berlangsung secara terus menerus, kesehatan manusia pun dapat terganggu.
“Untuk itu, jumlah radiasi pengion yang dapat diterima oleh manusia dibatasi. Ini berguna agar gangguan kesehatan dalam diri manusia akibat radiasi dapat dicegah,” sebut Erwansyah. Ukuran jumlah radiasi pengion yang diterima manusia disebut dosis radiasi. Komisi Internasional Perlindungan Bahaya Radiasi (International Commission on Radiological Protection/ICRP) merekomendasi dosis radiasi yang dapat diterima oleh manusia dari pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) nuklir adalah seribu micro sievert (uSv) atau 1,0 mili sievert (mSv) per tahunnya.
Menurut Handbook of Environmental Radiation, radionuklida alam terdapat dalam pelbagai komponen lingkungan hidup hingga dapat menyebabkan terjadinya paparan radiasi, eksternal (dari luar) dan internal (dari dalam). Manusia menerima paparan radiasi yang berasal dari luar tubuh (eksternal) seperti dari permukaan tanah, dinding rumah dan bahan-bahan lainnya yang ada di sekitar kehidupan manusia. Sedang paparan radiasi secara internal (dalam tubuh) bisa melalui udara yang terhirup (inhalasi) dan berbagai bahan makanan atau minuman yang dikonsumsi (ingesi). Beberapa paparan radiasi alam relatif konstan dan merata diterima oleh penduduk bumi.
RADON DI SEKITAR KITA
Secara rata-rata, manusia di muka bumi menerima paparan radiasi alam dari sinar kosmis dan permukaan bumi (terrestrial) sekitar 2400 uSv per tahun. Perbandingannya 35 persen dari paparan eksternal dan sisanya berasal dari paparan internal. Dari hasil kajian United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR), dosis eksternal dari sinar kosmik dan sumber radiasi yang ada di permukaan tanah yang diterima oleh penduduk bumi adalah sekitar 840 uSv. Di daerah tertentu, ada sebagian penduduknya menerima paparan radiasi alam relatif sangat tinggi ketimbang lainnya. Sebut saja di daerah Pocal de Caldas dan Guarapari (Brazil). Penduduk di Pocal de Caldas bisa menerima paparan radiasi hingga 250 mSv per tahun. Di Kerala dan Tamil Nadu (India) dosis radiasi alam yang diterima warga lokal dapat mencapai 17 mSv per tahun. Tapi bagi warga Ramsar (Iran), lokasi ini terkenal dengan konvensi lahan basah dunia, dosis sebesar 400 mSv per tahun mau tak mau harus mereka serap.
Meski di beberapa tempat, manusia menerima paparan radiasi alam yang tinggi, tapi hingga kini belum ada laporan yang menyatakan warga di daerah itu menderita suatu kelainan akibat radiasi. Bisa jadi, tubuh mereka mampu beradaptasi dengan kondisi lingkungan sekitar. Selain itu, mampu memperbaiki atau mengganti sel-sel yang rusak di dalam tubuhnya untuk tingkat paparan radiasi tersebut.
“Berdasar asal dan jenisnya, radiasi pengion memiliki sifat (energi) yang berlainan. Radiasi ini dapat mudah kita kenali dan ukur,” sebut Erwansyah. Caranya bisa dengan alat ukur radiasi yang disebut Surveymeter. Untuk mengukur dosis radiasi alam yang diterima seseorang secara kumulatif dapat diukur dengan Dosimeter. Alat-alat ini mudah diperoleh dan banyak dipakai dalam survey dan penelitian. Di laboratorium BATAN, peralatan ini dipakai dalam monitoring keselamatan lingkungan, kerja radiasi dan pekerja radiasi dalam pemanfaatan iptek nuklir.
Saat ini, paparan radiasi alam yang berasal dari muka bumi mendapat perhatian yang lebih serius. Sebab merupakan sumber paparan radiasi yang utama bagi manusia melalui daur eksterna dan interna. Kontribusi dosis radiasi alam yang terbesar dari kerak bumi adalah berasal dari Radon. Besarnya 1300 uSv (53 %) dari total dosis yang diterima dari alam per tahun.
Radon adalah unsur berupa gas yang tak dapat dirasa (nir-rasa), tak berbau (nir-bau) dan tak terlihat (nir-warna). Ia merupakan gas mulia yang memiliki berat sekitar 7,5 kali berat udara. Menurut perkiraan UNSCEAR radon dan hasil luruhannya memberi kontribusi sekitar tiga per empat dari dosis ekivalen efektif tahunan yang diterima manusia dari radiasi alam.
Gas radon memiliki dua radionuklida, yaitu radon-222 (Ra-222) dan radon–220 (Ra-220). Ra-222 berasal dari perubahan atau Uranium–238 di alam dan Ra-220 berasal dari perubahan atom Thorium-232. “Tapi agar lebih mudah dalam prakteknya, kedua-duanya disebut sebagai radon saja.”
Bila radon itu terhirup, biasanya lewat saluran pernafasan kita, sebagian kecil radon akan tertinggal dalam paru-paru. Kalau sudah mengendap, ia akan menimbulkan kanker paru-paru. Singkatnya, makin tinggi konsentrasi radon dalam gedung/rumah akan meningkatkan kemungkinan terjadinya kanker paru-paru bagi penghuninya. Jadi siapa sangka tinggal di dalam ruanganpun dapat terkena penyakit berat.(rdk)

ENERGI NUKLIR SALAH SATU SOLUSI KRISIS ENERGI LISTRIK

Abstraksi

             Kebutuhan energi   listrik  dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan perkembangan peradaban manusia. Sementara penyediaan dan pemanfaatan energi listrik dari  batu bara dan minyak bumi  mengalami keterbatasan-keterbatasan dan juga menimbulkan pencemaran lingkungan dalam jangka panjang. Di sisi lain, energi listrik dari sumber terbarukan seperti tenaga surya, panas bumi, angin, biomassa, arus laut hingga ombak belum bisa dimanfaatkan secara maksimal. Penggunaan energi listrik alternatif (PLTN) sangatlah dibutuhkan untuk menopang keterbatasan-keterbatasan pada sumber energi yang berasal dari minyak bumi dan batu bara. Energi nuklir dapat digunakan jutaan tahun sedangkan batu bara, minyak bumi,dan gas alam hanya mampu digunakan hanya dalam rentang ratusan tahun. Pemanfaatan teknologi nuklir untuk pembangkit tenaga listrik adalah solusi terbaik manakala belum ada teknologi baru yang mampu menyediakan energi listrik secara besar-besaran dengan aman dan ekonomis. Bayangan akan Bom Atom dan kecelakaan radiasi nuklir sudah selayaknya dibuang jauh-jauh dan dijadikan sebuah pelajaran berharga dalam penggunaan energi nuklir, tidak lagi dijadikan alasan yang dapat menghambat pemanfaatan energi nuklir sebagai alternatif pasokan kebutuhan energi listrik dunia.

Pendahuluan

             Kebutuhan energi  dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan perkembangan peradaban manusia. Sementara penyediaan dan pemanfaatan energi  batu bara dan minyak bumi  mengalami keterbatasan-keterbatasan dan juga menimbulkan pencemaran lingkungan dalam jangka panjang. Berdasarkan data dari United Nation Long-Range World Population Projections, pada 2001, bumi yang sudah sangat tua ini dihuni oleh 6 milyar jiwa, populasi dunia pada 2015 akan bertambah menjadi 7.2 milyar jiwa, pada 2025 naik menjadi hampir 8 milyar jiwa dan akan menjadi 9.3 milyar jiwa di tahun 2050. Pertumbuhan penduduk dunia yang cepat ini akan berakibat pada penyusutan sumber daya alam tak terbarukan secara cepat pula. Hal ini disebabkan pemenuhan kebutuhan energi dunia, di mana kebutuhan energi primer global mencapai 87% dan energi listrik sebesar 63%, berasal dari bahan bakar fosil. Oleh karenanya minyak bumi dengan kapasitas yang tersedia secara global sebesar 1.195 triliun barel, dapat digunakan hingga 43 tahun. Batu bara, dengan cadangan global 1.316 triliun ton akan habis digunakan selama 231 tahun. Sementara gas alam mempunyai cadangan global 144 triliun m³, dapat digunakan tidak lebih dari 62 tahun. Cadangan global uranium diperkirakan sekitar 4.36 juta ton. Dalam reaktor nuklir, bahan bakar nuklir yang sudah dipergunakan dapat didaur ulang, jika hal ini dilakukan pada pembangkit listrik tenaga nuklir di dunia, semua sisa uranium dapat menjadi suplai energi untuk ribuan tahun. Selain itu di dunia juga diketahui tersedia kurang lebih 4 miliar ton uranium dalam konsentrasi rendah di lautan dan terdapat thorium, zat lain yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir, sebanyak tiga kali jumlah uranium. Oleh karenanya energi nuklir dapat digunakan hingga jutaan tahun sedangkan batu bara, minyak bumi,dan gas alam hanya mampu digunakan hanya sampai ratusan tahun ^[1].

Data kontribusi Sumber daya energi untuk pembangkit listrik dan energi primer skala dunia

             Densitas energi yang di hasilkan dari bahan baker nuklir sangat tinggi, lebih tinggi dibandingkan dengan batu bara ataupun minyak bumi. Sebagai ilustrasi, dalam 1 kg uranium dapat menghasilkan energi listrik sebesar 50.000 kWh bahkan dengan proses lebih lanjut dapat mencapai 3.500.000 kWh^[1]..Reaksi pembelahan Uranium 235 bisa menghasilkan energi thermal sebesar 17 miliar kilo kalori atau setra dengan energi dari pembakaran 2,4 jta ton batu bara ^[2]. Sementara 1 kg batu bara dan 1 kg minyak bumi hanya dapat menghasilkan energi sebesar 3 kWh dan 4 kWh . Pada sebuah pembangkit listrik non-nuklir berkapasitas 1000 MWe diperlukan 2.600.000 ton batu bara atau 2,000,000 ton minyak bumi sebagai bahan bakarnya. Sementara pada pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas listrik yang sama hanya memerlukan 30 ton uranium dengan teras reaktor 10 m³, sebagai bahan bakarnya. Saat ini, kontribusi energi nuklir terhadap pasokan kebutuhan energi primer dunia sekitar 6% dan pasokan kebutuhan energi listrik global sekitar 17%^[1]. Satu kilogram uranium setara dengan 1000 - 3000 ton batu bara atau setara dengan 160 truk tangki minyak diesel yang berkapasitas 6.500 liter^[5]. Energi termal yang dihasilkan dari hasil pembelahan atom ini luar biasa besar. 

          Di sisi lain, energi terbarukan seperti tenaga surya, panas bumi, angin, biomassa, arus laut hingga ombak belum bisa dimanfaatkan secara maksimal.  Penggunaan energi nuklir sebagai energi alternatif sangatlah efisien untuk menggantikan sumber energi yang tidak terbarukan (minyak bumi dan batu bara) dengan segalaketerbatasannya.  Namun pemanfaatan energi nuklir pembangunannya membutuhkan persiapan yang matang dan lama, karena memerlukan system keselamatan dan keamanan yang canggih, serta memerlukan ilmu pengetahuan dan teknologi yang tinggi agar tidak menimbulkan masalah besar pada massa pra operasi, oprerasi dan pasca operasi. Bayangan akan Bom Atom dan kecelakaan radiasi nuklir sudah selayaknya dibuang jauh-jauh dan dijadikan sebuah pelajaran berharga tidak lagi dijadikan alasan yang dapat menghambat pemanfaatan energi nuklir sebagai alternatif pasokan kebutuhan energi listrik dunia.

Reaktor nuklir merupakan sumber radiasi yang lengkap, karena selain macam radiasinya, (yaitu alfa, beta, gamma, deutron, proton sampai netron cepat dan netron lambat, juga intensitas dan fluknya cukup besar^[6].  Radiasi dari nuklir sangat kompleks, karena penggunaannya harus direncanakan dengan seksama. Kebutuhan manusia dalam konsep humanistik akan rasa aman dari radiasi, kemungkinan kebocoran limbah nuklir, gangguan human error, kemungkinan hancurnya reaktor oleh gempa tektonik dan rasa tentram tidak mengalami gangguan psikologis (stres) berkepanjangan karena dekat dengan lokasi reaktor adalah faktor- faktor yang harus diperhatikan  manakala pembangunan reaktor akan dimulai.

Dalam kesempatan ini kami akan mengkaji pemanfaatan energi nuklir untuk pembangkit tenaga listrik (PLTN) sebagai satu solusi penyediaan kebutuhan energi dimasa mendatang. Hal ini dikarenakan  penyediaan kebutuhan akan energi yang terus meningkat seiring dengan berkembangnya peradaban manusia. Dilain pihak eksploitasi penyediaan  energi non nuklir selama ini mengalami keterbatasan-keterbatasan baik material maupun teknologinya. Kondisi inilah yang menyebabkan ketertarikan kami membahas pemanfaatan energi nuklir sebagai satu solusi krisis energi yang dihasilkan dari reaksi fisi nuklir. Reaksi fisi ini dipilih karena sudah lama dikembangkan dan dimanfaatkan  oleh sebagian negara di dunia sebagai pemasok energi untuk kebutuhan pembangkit tenaga listrik.

Bahan Bakar Nuklir

                 Bahan bakar nuklir adalah semua jenis material yang dapat digunakan untuk menghasilkan  energi nuklir, demikian bila dianalogikan dengan bahan bakar kimia yang dibakar untuk menghasilkan energi. Hingga saat ini, bahan bakar nuklir yang umum dipakai adalah unsur berat fisil (uranium) yang dapat menghasilkan reaksi nuklir berantai di dalam reaktor nuklir.

Bahan bakar nuklir fissil yang sering 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. Tidak semua bahan bakar nuklir digunakan dalam reaksi fisi berantai,  sebagai contoh ²³⁸Pu digunakan untuk menghasilkan sejumlah daya nuklir melalui proses peluruhan radio aktif dalam generator radio thermal.Bahan bakar nuklir tradisional yang digunakan di USA dan beberapa negara yang tidak melakukan mendaur ulang bahan bakar nuklir bekas mengikuti empat tahapan seperti yang tampak dalam gambar di bawah. Proses di bawah berdasarkan siklus bahan bakar nuklir. Pertama, uranium diperoleh dari pertambangan. Kedua, uranium di proses menjadi "yellow cake". Langkah berikutnya bisa berupa mengubah "yellow cake"  menjadi UF₆ guna proses pengkayaan dan kemudian diubah menjadi uranium dioksida, atau tanpa proses pengkayaan untuk kemudian langsung ke tahap 4^[3].

Gambar 1. Bahan bakar nuklir untuk reaksi fisi

1. Uranium core - material dasar bahan bakar nuklir                          

2 Yellowcake bentuk uranium guna dikirim ke pabrik pengkayaan Uranium                                                               

   

3 UF6 - uranium  dalam pengkayaan

 

4 Bahan bakar nuklir - berbentuk padat, secara kimia bersifat inert

  

Reaksi Nuklir

               Dalam  fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah sebuah proses dimana dua nuklei atau  partikel subatomik bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari produk awal. Secara garis besar reaksi fisi yang terjadi antara neutron dengan isotop uranium (²³⁵U) dalam reaktor nuklir dapat digambarkan sebagai berikut: Neutron dengan energi berkisar 0,025 eV akan bereaksi dengan atom ²³⁵U menjadi ²³⁶U yang sangat tidak stabil, kemudian dalam waktu sangat singkat ²³⁶U pecah (fision) menjadi dua buah produk fisi X₁ dan X₂ serta neutron dan energi ( gb. 2 ). Reaksi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:                        n  +  ²³⁵U  →   ²³⁶U  →  X₁  +  X₂  +  n  +  E

Energi dari reaksi fisi (E) sebagian besar akan dibawa oleh produk fisi dalam bentuk energi kinetik yang terdeposisikan di dalam medium bahan bakar nuklir dalam bentuk panas akibat pergerakan produk fisi. Energi panas ini kemudian diambil untuk pembangkitan energi listrik pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Pengambilan panas dari inti reaktor bisa dengan mempergunakan media air, seperti yang umum dipergunakan pada PLTN saat ini^[3].

Gambar 2. Reaksi Fisi

Energi  Nuklir

  Untuk menghitung energi yang dihasilkan dari reaksi nuklir, perubahan massa isotop sebelum dan sesudah reaksi  diperhitungkan. Dimana jumlah massa yang hilang dikalikan dengan kuadrat kecepatan cahaya, hasilnya sama dengan energi yang dilepaskan dalam reaksi itu. Berikut contoh perhitungan energi yang dihasilkan dari reaksi fisi^[3]:

Tabel Isotop

No	Isotop	Massa (sma)
1 2 3 4 5	235U 1n 95Mo 39La 21n	235,124      1,009    94,946 138,995     2,018

Sumber: Energi yang dipancarkan oleh fisi

U235 + n1       U236            Mo95  + La139 + 2n1 + b

               235,124 + 1,009               94,946 + 138,995 + 2,018

               236,133                           235,919     

Massa hilang         = 236,133- 235,919

                              = 0,214 sma                                              

                    E        = mc2  

                     c2      = 21,48 Mt TNT/Kg

 Massa 1 sma akan setara dengan 931.5 MeV

               E = 0,214   x   931.5 MeV

               E = 199,2 MeV  

               E = 200 MeV            (dibulatkan

U235 + n1      U236     Mo95  + La139 + 2n1 + b + 199,2 MeV

Massa yang hilang sebanyak 0,09 %<?xml:namespace prefix = o />

               0,09 % x faktor c2 (21,48 Mt TNT/Kg) = 1,95 kt/kg

Jadi jumlah energi yang bisa dihasilkan melalui reaksi fisi nuklir berbahan materi 

U235 + n1 = 1,95 kt/kg = 1950 ton TNT/kg

Rata-rata kandungan energi nuklir

Berikut adalah jumlah energi fisi nuklir yang bisa dihasilkan per kg materi:

   Uranium-233:        =  17800  Ton TNT/ kg

   Uranium-235:        =  17600 Ton TNT/ kg

   Plutonium-239:   =  17300 Ton TNT/ kg

Reaktor Nuklir

Dalam reaktor nuklir terjadi proses pemecahan inti atom atau yang lebih dikenal dengan proses fisi, yaitu bahan bakar dipecah dengan penembakan neutron. Pemecahan ini menghasilkan energi dan partikel-partikel. Energi yang dihasilkan sangat besar, yaitu sekitar 200 MeV, dan partikel dasar yaitu photon, elektron, dan neutron. Neutron yang baru terbentuk ini akan menembak atom disampingnya. Demikian seterusnya sehingga reaksi ini dinamakan reaksi berantai (chain reaction) [3].   

Tipe reaktor nuklir di dunia yang sering digunakan adalah tipe LWR (Light Water Reactor), tipe ini menggunakan air biasa sebagai moderator (pengontrol kecepatan neutron) sekaligus menghasilkan uap air yang kemudian digunakan untuk menggerakan turbin. Di Amerika, BWR (Boiling Water Reactor) dan PWR (Pessurized Water Reactor) adalah jenis LWR yang banyak digunakan.

Daya nuklir menghasilkan energi yang digunakan untuk pembangkit panas dan pembangkit listrik. Penggunaan daya nuklir guna kepentingan manusia saat ini masih terbatas pada reaksi fisi nuklir dan peluruhan radioaktif.

Gambar 3. Bagan reaktor Nuklir

Gambar 4. Reaktor Nuklir 

Teras sebuah reaktor kecil yang digunakan untuk penelitian

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai, diatur dan dijaga kesinambungannya pada laju yang tetap (berlawanan dengan bom nuklir dimana reaksi berantai terjadi pada orde pecahan detik, reaksi ini tidak terkontrol) dijaga kesinambungannya pada laju yang tetap. Reaktor nuklir digunakan untuk banyak tujuan. Saat ini, reaktor nuklir paling banyak digunakan untuk membangkitkan listrik dan reaktor penelitian yang digunakan untuk pembuatan radio isotop (isotop radioaktif) dan untuk penelitian. Awalnya, reaktor nuklir pertama digunakan untuk memproduksi plutonium sebagai bahan senjata nuklir.

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe^[3].

Pada prinsipnya sistem kerja pembangkit listrik tenaga nuklir atau PLTN tidak ubahnya seperti prinsip kerja dari sebuah pembangkit listrik yang memanfaatkan panas sebagai pembangkit uap. Uap air yang bertekanan tinggi digunakan untuk menggerakkan turbin, kemudian turbin menggerakkan generator, dan generator menghasilkan listrik.

Gambar 5 Pembangkit listrik Tenaga Nuklir

 

            Perbedaan utama antara PLTN dengan pembangkit listrik tenaga konvensional adalah terletak pada pemanfaatan bahan bakar yang digunakan untuk menguapkan air. Pada pembangkit listrik konvensinal untuk menghasilkan panas menggunakan bahan bakar berupa minyak, gas alam, ataupun batubara (energi fosil). Sementara pada PLTN menggunakan uranium ataupun plutonium yang direaksikan dengan neutron dalam sebuah reaksi fisi yang akan menghasilkan panas untuk kemudian membangkitkan uap bertekanan tinggi guna memutar turbin. Dalam pembangkit listrik konvensional, air diuapkan di dalam suatu ketel melalui pembakaran fosil (minyak, batubara, dan gas). Uap yang dihasilkan dialirkan ke turbin uap yang akan bergerak apabila ada tekanan uap. Perputaran turbin selanjutnya digunakan untuk menggerakkan generator, dan generator menghasilkan tenaga listrik. PLTN beroperasi dengan prinsip yang sama seperti PLK, hanya panas yang digunakan untuk menghasilkan uap tidak dihasilkan dari pembakaran bahan fosil, tetapi dihasilkan dari reaksi pembelahan inti bahan fisil (Uranium) di dalam suatu reaktor nuklir. Tenaga panas tersebut digunakan untuk membangkitkan uap di dalam sistem pembangkit uap (Steam Generator) dan selanjutnya sama seperti pada PLK, uap digunakan untuk menggerakkan turbin, turbin menggerakkan generator, dan generator menghasilkan listrik. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi.

Gambar 6.Pembangkit listrik Tenaga Nuklir  

Sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor nuklir di kungkung dalam

containment building silindris

Sebuah PLTN uap air non radio aktif keluar dari menara pendingin yang berbentuk hyperboloid.Reaktor nuklir terletak didalam containmentbuilding yang berbentuk silindris

Keuntungan dan kekurangan PLTN

Keuntungan PLTN dibandingkan dengan pembangkit daya utama lainnya adalah:

·         Tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca (selama operasi normal) gas rumah kaca hanya dikeluarkan ketika Generator Diesel Darurat dinyalakan dan hanya sedikit menghasilkan gas).

·         Tidak mencemari udara  tidak menghasilkan gas-gas berbahaya sepert karbon monoksida, sulfur dioksida, aerosol, mercury, nitrogen oksida, partikulate atau asap fotokimia.

·         Sedikit menghasilkan limbah padat (selama operasi normal).

·         Biaya bahan bakar rendah - hanya sedikit bahan bakar yang  diperlukan.

·         Ketersedian bahan bakar yang melimpah - sekali lagi, karena sangat sedikit bahan bakar yang diperlukan.

Kekurangan PLTN:

·         Resiko kecelakaan nuklir. Sebagai contoh kecelakaan nuklir terbesar adalah kecelakaan Chernobyl  (yang tidak mempunyai containment building).

·         Limbah nuklir. Limbah Nuklir tingkat tinggi yang dihasilkan dapat bertahan hingga ribuan tahun.

 Penutup

           Pemanfaatan teknologi nuklir untuk pembangkit tenaga listrik adalah solusi terbaik manakala belum ada teknologi baru yang mampu menyediakan energi listrik secara besar-besaran dengan aman dan ekonomis. Segala upaya telah dilakukan untuk meminimalisasi resiko kecelakaan nuklir dan limbah nuklir sehingga sesuai tujuan penggunaaan teknologi nuklir  bagi kehidupan manusia dalam konsep energi maupun dalam konsep humanistik akan rasa aman dari radiasi dapat terpenuhi. Investasi pada penelitian daur ulang bahan bakar nuklir terus berlanjut, dan dengan prediksi beberapa ahli akan kelangkaan listrik , peningkatan harga bahan bakar fosil dan perhatian akan emisi gas rumah kaca akan menyadarkan pada kita akan kebutuhan  menggunakan teknologi nuklir sebagai sumber energi. Negara-negara maju sedah mulai menggunakan teknologi nuklir, tinggal negara-negara berkembang untuk  mengikuti jejaknya. Iraha EUY Indonesia?

 Pustaka:

 [1]. Anang, Energi  Nuklir  Sebagai  Alternative  Pasokan  Energi  Listrik Dunia, Wikipedia, 2007

[2]. BATAN, Pengenalan PLTN, Wikipedia, 2007.

[3]. Ensiklopedi Bebas Berbahasa Indonesia, Siklus Bahan Bakar Nuklir, Wikipedia, 2007.

[4]. M. Nur GD, Bagaimana PLTN Menghasilkan Listrik, Pikiran Rakyat,1997.

[5]. Mochamad Wijanarko, Membaca Peta Konflik PLTN Muria, Suara Merdeka, 1997.

[6]. Sutiono Budiman Tamat, Sumber Radiasi, Dinamika Bandung, 1993.