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.