Tabel periodik

Plutonium-239 (Pu-239)

Plutonium 239 adalah isotop fisil yang diperoleh dengan menyinari uranium 238 dengan neutron. Waktu paruhnya 24.100 tahun, massa kritisnya sekitar sepertiga massa uranium 235, dan ia terbentuk di setiap reaktor uranium baik dikehendaki maupun tidak.

Dibuat, bukan ditemukan

Plutonium tidak ada di alam dalam jumlah berarti. Apa yang dimiliki Bumi saat terbentuk sudah lama meluruh; jejak yang ada sekarang berasal dari penangkapan neutron dalam bijih uranium, pada kadar bagian per triliun.

Ia dibuat di Berkeley pada 1940 oleh kelompok Glenn Seaborg, dengan menembaki uranium memakai deuteron. Mereka mengenali unsur 94 dan, mengikuti Neptunus, menamainya dari Pluto.

Dalam dua tahun menjadi jelas bahwa plutonium 239 bersifat fisil, bahwa ia dapat diproduksi besar-besaran dalam reaktor, dan bahwa itu jalan menuju senjata yang lebih mudah daripada memperkaya uranium.

⚠️ Proyek Manhattan karena itu menjalankan dua program sekaligus. Oak Ridge memisahkan uranium 235 dengan cara fisik; Hanford membiakkan plutonium dalam reaktor dan memisahkannya secara kimia — yang jauh lebih mudah, karena keduanya unsur yang berbeda.

Alasan implosi

Little Boy adalah meriam: dua potong uranium ditembakkan saling bertumbukan di dalam laras. Cukup sederhana untuk dipakai tanpa uji coba lebih dulu.

Plutonium tak dapat dirakit begitu, dan alasannya bernama plutonium 240.

Setiap plutonium yang dibuat dalam reaktor mengandungnya, terbentuk ketika inti 239 menangkap neutron tambahan alih-alih membelah. Plutonium 240 membelah secara spontan dan memancarkan neutron dengan sendirinya.

Dalam rakitan meriam, yang memakan milidetik, neutron liar itu memulai reaksi ketika kedua bagian masih saling mendekat. Bahannya memanas, memuai dan berhamburan sebelum sebagian besarnya bereaksi — kegagalan sebagian, dengan sepersekian daya yang direncanakan.

⚠️ Implosi menyelesaikannya lewat kecepatan. Lensa peledak memampatkan bola subkritis sampai superkritis dalam mikrodetik, lebih cepat daripada yang dapat dirusak neutron liar. Memperoleh gelombang kejut yang simetris adalah salah satu persoalan rekayasa tersulit dalam proyek itu, dan karena itulah Trinity diuji: meriam uranium tak perlu diuji, implosi plutonium perlu.

Pembedaan tingkat

Lama bahan bakar berada dalam reaktor menentukan plutonium yang keluar.

Penyinaran singkat menghasilkan plutonium yang sebagian besar 239, dengan kurang dari sekitar 7 % 240 — tingkat senjata. Penyinaran panjang, yang dilakukan reaktor daya karena ia berusaha mengambil energi, menumpuk 240 dan menghasilkan tingkat reaktor.

Itulah dasar praktis pengawasan non-proliferasi. Reaktor yang dioperasikan secara ekonomis menghasilkan plutonium yang sulit dijadikan senjata. Reaktor yang bahan bakarnya sering diganti setelah penyinaran singkat sedang melakukan hal lain, dan penanganannya terlihat.

⚠️ Plutonium tingkat reaktor bukan tak dapat dipakai — perangkat dapat dibangun darinya, dengan daya yang berkurang dan tak terduga. Pembedaannya soal kesulitan, bukan soal fisika, dan memperlakukannya sebagai mutlak telah menimbulkan kekeliruan ke dua arah.

Bagaimana wujudnya sebenarnya

Plutonium adalah logam yang aneh bahkan bila radioaktivitasnya dikesampingkan. Ia punya enam ragam alotropi pada tekanan biasa, lebih banyak daripada unsur mana pun, dengan kerapatan yang berbeda sampai 25 %. Sebuah cetakan dapat retak saat mendingin hanya karena berganti fase.

Ia menghantarkan panas dan listrik dengan buruk untuk ukuran logam, rapuh pada sebagian fase dan liat pada fase lain, dan mudah berkarat di udara.

Perancang senjata menstabilkannya dengan memadukannya bersama sedikit galium, yang menahan fase delta sampai suhu ruang.

⚠️ Ia juga hangat bila disentuh. Satu kilogram melepaskan beberapa watt dari peluruhan alfanya sendiri — cukup untuk terasa, dan asal-usul gambaran bahwa bola plutonium terasa seperti benda hidup.

Soal toksisitas

Plutonium memancarkan partikel alfa, yang menempuh beberapa sentimeter di udara dan tak menembus kulit. Sepotong yang tersegel aman didekati dan dapat ditangani dengan sarung tangan.

Terhirup sebagai debu oksida halus itu perkara lain. Butirannya bersarang di paru dan mengantarkan radiasi alfa ke volume jaringan yang kecil secara terus-menerus, dan plutonium juga mencari tulang begitu terserap.

⚠️ Pernyataan bahwa beberapa kilogram cukup membunuh seluruh manusia di Bumi muncul berulang kali dan merupakan aritmetika, bukan toksikologi. Ia membagi dosis mematikan yang terhirup ke dalam sebuah massa dan mengandaikan penyebaran sempurna, yang tak disediakan mekanisme apa pun. Plutonium sungguh termasuk bahan yang paling berbahaya untuk dihirup; ia bukan zat paling beracun yang dikenal, dan racun kimia mengunggulinya dengan mudah.

Bahaya plutonium yang sesungguhnya adalah proliferasi dan kesulitan melacaknya — bukan satu gram yang tercecer di laboratorium.

Identitas

Proton
94
Neutron
145
Nomor massa
239
Massa
239.1 ± 1.2 u
Kelebihan massa
48.588 MeV
Spin
1/2+*

Kestabilan

Waktu paruh: 2.41 × 10⁴ tahun

Keberadaan di alam

Tidak ditemukan di alam

Meluruh menjadi

Dihasilkan oleh

FAQ

Dari mana plutonium 239 berasal?
Uranium 238 menangkap neutron dan menjadi uranium 239, yang meluruh menjadi neptunium 239 lalu plutonium 239 dalam sekitar empat hari. Ini berlangsung terus-menerus di setiap reaktor uranium, sehingga plutonium terbentuk dengan sendirinya dan pada akhir siklus menyumbang bagian besar dari energinya.
Mengapa Nagasaki menuntut implosi sedangkan Hiroshima tidak?
Plutonium reaktor selalu mengandung sedikit plutonium 240, yang membelah secara spontan dan memancarkan neutron. Rakitan meriam terlalu lambat: neutron liar itu akan memulai reaksi sebelum kedua bagian bertemu, dan perangkatnya akan gagal. Implosi memampatkan terasnya dalam mikrodetik, cukup cepat untuk mendahului, dan jauh lebih sulit dibangun.
Apa itu plutonium tingkat reaktor?
Plutonium dengan proporsi plutonium 240 tinggi, terbentuk bila bahan bakar lama berada dalam reaktor. Tingkat senjata berada di bawah sekitar 7 % plutonium 240, yang menuntut bahan bakar ditarik setelah penyinaran singkat. Perbedaan itu penting bagi proliferasi: reaktor yang dioperasikan normal menghasilkan plutonium yang sulit — bukan mustahil — dijadikan senjata.
Seberapa berbahaya menangani plutonium?
Ia memancarkan partikel alfa, yang tak menembus kulit: sepotong yang tersegel aman didekati. Terhirup sebagai debu halus ia termasuk bahan paling berbahaya yang dikenal, karena pancaran alfanya diantarkan langsung ke jaringan paru. Pernyataan yang sering diulang bahwa beberapa kilogram cukup membunuh seluruh manusia adalah aritmetika, bukan toksikologi: ia mengandaikan penyebaran yang tak dimungkinkan mekanisme apa pun.

Semua isotop plutonium