Tabel periodik

Uranium-235 (U-235)

Uranium 235 adalah satu-satunya nuklida alami yang membelah dengan neutron lambat, sehingga menjadi bahan bakar setiap reaktor dan bahan bom atom pertama. Ia merupakan 0,72 % uranium alam, dan pengayaannya adalah langkah yang memisahkan program sipil dari program militer.

Penemuan yang tak seorang pun duga

Pada Desember 1938, Otto Hahn dan Fritz Strassmann menembaki uranium dengan neutron di Berlin dan menemukan barium dalam residunya. Barium punya 56 proton; uranium punya 92. Tidak ada dalam fisika masa itu yang membolehkan sebuah inti kehilangan sebanyak itu.

Hahn menulis kepada Lise Meitner, rekannya selama tiga puluh tahun, yang mengungsi ke Swedia musim panas itu untuk lolos dari undang-undang rasial Nazi. Saat Natal, berjalan di salju di Kungälv bersama keponakannya Otto Frisch, ia memahaminya: inti itu terbelah dua, dan massa yang hilang menjadi energi.

Meitner dan Frisch menerbitkan tafsirannya pada Januari 1939 dan memberinya nama yang dipinjam dari biologi — fisi.

⚠️ Hahn menerima Nobel Kimia pada 1944. Sendirian. Meitner, yang telah memberikan penjelasannya, disingkirkan. Kelalaian itu kini dianggap salah satu yang terburuk dalam sejarah komite.

Angka yang menentukan segalanya

Uranium alam terdiri dari 99,27 % uranium 238 dan 0,72 % uranium 235. Hanya 0,72 % itu yang membelah dengan neutron lambat.

Pecahan itu terlalu kecil untuk mempertahankan reaksi berantai pada kebanyakan susunan, sehingga hampir segala yang dibangun di sekitar uranium bertujuan mengubahnya. Reaktor air ringan meminta 3 sampai 5 %. Senjata meminta di atas 90 %.

Memekatkan pecahan itu sama dengan memisahkan dua atom yang identik secara kimia. Keduanya membentuk senyawa yang sama, larut sama, bereaksi sama. Satu-satunya pegangan adalah massa: 235 lawan 238, selisih 1,3 %.

Proyek Manhattan mencoba empat metode sekaligus karena tidak tahu mana yang akan berhasil: difusi gas, pemisahan elektromagnetik, difusi termal, dan sentrifugasi. Tiga yang pertama menyumbang pada Little Boy.

⚠️ Sentrifugasi akhirnya menang dan itulah yang dipakai setiap program pengayaan hari ini. Kaskade modern memutar ribuan mesin pada puluhan ribu putaran per menit, masing-masing menggeser keseimbangan sepersekian persen.

Setengah abad rencana

Indonesia memiliki tiga reaktor riset — Bandung sejak 1965, Yogyakarta, dan yang terbesar di Serpong, beroperasi sejak 1987. Semuanya untuk penelitian dan produksi radioisotop, bukan listrik.

Pembangkit listrik tenaga nuklir sudah direncanakan sejak 1970-an.

Kajian tapak di Semenanjung Muria, Jawa Tengah, berlangsung berulang kali sejak 1980-an. Rencananya ditunda setelah Chernobyl, dihidupkan lagi, ditunda lagi setelah krisis 1998, dan ditunda sekali lagi setelah Fukushima.

⚠️ Perdebatannya bukan soal kemampuan. Indonesia punya insinyur nuklir, reaktor yang berjalan, dan kerangka pengawasan lewat Bapeten. Yang menghambat adalah kegempaan — Indonesia berada di Cincin Api — biaya modal yang besar, dan penerimaan masyarakat yang tidak pernah kokoh.

Pertimbangan yang jarang disebut: negara tanpa pengayaan sendiri bergantung pada pemasok asing untuk bahan bakarnya selama enam puluh tahun umur reaktor. Itu pilihan kebijakan luar negeri sebanyak pilihan energi.

Mengapa pengayaan jadi persoalan diplomatik

Kaskade yang sama menghasilkan bahan bakar reaktor dan bahan militer. Hanya lama pengoperasian yang berbeda.

Itulah kesulitan di jantung setiap perundingan tentang program nuklir. Negara yang memperkaya sampai 5 % melakukan apa yang dilakukan seratus negara lain. Mesin untuk mencapai 90 % adalah mesin yang sudah dimilikinya.

⚠️ IAEA menetapkan 20 % sebagai ambang uranium diperkaya tinggi, bukan karena senjata pada 20 % itu praktis, melainkan karena kerja pemisahan dari 0,72 % ke 20 % merupakan bagian terbesar dari upaya. Setelah itu, langkah yang tersisa pendek.

Rezim inspeksi karena itu menghitung sentrifugal dan mengukur aliran bahan, alih-alih mencoba menilai niat.

Oklo, reaktor yang berjalan sendiri

Uranium 235 meluruh lebih cepat daripada 238 — 704 juta tahun berbanding 4.468 juta. Proporsinya karena itu lebih tinggi di masa lalu.

Sekitar 1.700 juta tahun lalu proporsinya mendekati 3 %, persis kadar yang kini dicapai lewat pengayaan. Di Oklo, Gabon, air tanah merembes ke endapan yang luar biasa kaya dan berperan sebagai moderator. Reaksi berantai menyala dengan sendirinya.

Ia berjalan tersendat-sendat selama ratusan ribu tahun, menguapkan moderatornya sendiri lalu menyala lagi ketika air kembali, dalam siklus sekitar tiga jam.

⚠️ Ia ditemukan pada 1972 karena sebuah sampel menunjukkan 0,717 % alih-alih 0,720 % yang lazim. Yang kurang itu adalah uranium yang sudah terbakar, dua miliar tahun sebelum siapa pun terpikir membakarnya.

Identitas

Proton
92
Neutron
143
Nomor massa
235
Massa
235.0 ± 1.2 u
Kelebihan massa
40.919 MeV
Spin
7/2-*

Kestabilan

Waktu paruh: 7.04 × 10⁸ tahun

Keberadaan di alam

0.720 % uranium

Meluruh menjadi

Dihasilkan oleh

FAQ

Mengapa uranium 235 membelah sedangkan 238 tidak?
Karena pemasangan neutron. Uranium 235 memiliki 143 neutron, bilangan ganjil; saat menangkap satu neutron ia menjadi 144, genap, dan energi yang dilepaskan pemasangan itu saja sudah cukup membelah inti. Uranium 238 sudah memiliki 146, genap: penangkapan tidak memberinya apa pun dan neutron yang datang harus membawa lebih dari satu megaelektronvolt. Reaktor sengaja memperlambat neutron di bawah ambang itu.
Apa beda uranium tingkat reaktor dan tingkat senjata?
Proporsi uranium 235. Uranium alam mengandung 0,72 %. Reaktor air ringan memerlukan 3 sampai 5 %. Senjata memerlukan di atas 90 %, meski perangkat kasar mungkin dibuat dari 20 %, ambang yang IAEA sebut pengayaan tinggi. Kaskade sentrifugal yang sama menghasilkan ketiganya; hanya lama pengoperasian yang berbeda.
Apakah Indonesia punya reaktor nuklir?
Punya tiga reaktor riset — Bandung, Yogyakarta dan Serpong — tetapi belum satu pun pembangkit listrik tenaga nuklir. Rencana PLTN sudah dibahas sejak 1970-an, dengan kajian tapak di Semenanjung Muria, Jawa Tengah, dan berulang kali ditunda. Perdebatannya menyangkut kegempaan, biaya dan penerimaan masyarakat, bukan kemampuan teknis.
Mengapa pengayaan begitu sulit?
Kedua isotop identik secara kimia: tidak ada proses kimia yang memisahkannya. Satu-satunya perbedaan yang bisa dimanfaatkan adalah massa, 235 lawan 238, yaitu 1,3 %. Sentrifugal yang berputar puluhan ribu putaran per menit menggeser molekul yang sedikit lebih berat ke arah dinding; diperlukan ribuan mesin berderet untuk beranjak dari 0,72 % ke 4 %, dan jauh lebih banyak untuk mencapai 90 %.

Semua isotop uranium