Sejarah Bom Nuklir (Bom Atom)

Bom nuklir, seperti namanya pastilah dalam benak anda adalah sebuah senjata yang dapat meledak dengan daya ledakan yang sangat luas. Sebenarnya bom nuklir atau yang sering disebut oleh orang awam bom atom adalah sebuah senjata physics (fisika) yang mengubah rantai atom Uranium-235(U-235) menjadi rantai atom Krypton-92(Kr-92) dan Barium-141(Ba-141) dengan sebuah neutron (n-1) dan menghasilkan sebuah energi dan 3 neutron yang baru akibat rantai pemecahan atom U-235 tersebut, nama peristiwa ini disebut sebagai peristiwa fisi nuklir (nuclear fision) yakni peristiwa pemecahan atom tunggal dengan menggunakan media penembak atom (baik itu neutron, positron, sinar alfa, beta, maupun gamma).

Setelah mengetahui dasar-dasar prinsip kerja bom nuklir anda pasti berpikir, bagaimana sih bom nuklir pertama kali dibuat?, siapa sajakah orang yang berada dibalik pembuatan bom ini, dan kenapa sih ketika perang dunia kedua bom tersebut dijatuhkan di daerah pulau-pulau sekitar selatan Jepang (Hiroshima-Nagasaki)? berikut adalah latar belakang hal tersebut 

LATAR BELAKANG

Seperti yang diketahui perkembangan teknologi manusia dalam kurun 100 tahun dimulai dari akhir abad 19 hingga awal abad 21 ini mengalami kemajuan yang sangat cepat dan bisa dibilang sangat luar biasa perkembangannya dibandingkan abad-abad sebelum hukum Newton ditemukan (abad pertengahan antara abad 1-15), apalagi perkembangan ilmu fisika modern tidak lepas dari penemuan sinar-X oleh Sir Wilhem Roentgen dan radiasi radioakif dari partikel yang diluruhkan (pengaktifan sebuah material dengan menggunakan media penembak atom) oleh Pierre Curie dan isrinya Marie Curie mengakibatkan para penguasa disetiap tempat berlomba-lomba mengembangkan senjata dengan prinsip tersebut, namun hingga akhir tahun 1910-an masih belum ada yang mampu menyempurnakannya, hingga ketika terjadinya perang dunia pertama hal tersebut diabaikan. 

PROYEK PENELITIAN NUKLIR

Ketika perang dunia pertama berakhir, akibat dampak buruk yang dihasilkan olehnya banyak yang berpikir agar memenangkan perang tanpa perlu menghabiskan banyak materi sehingga hanya 1 senjata saja sudah cukup untuk mengalahkan pihak musuh. Pada tahun 1924 Perdana Menteri Inggris yang baru digantikan Winston Churchill mengatakan "Might not a bomb no bigger than an orange be found to possess a secret power to destroy a whole block of buildings—nay to concentrate the force of a thousand tons of cordite and blast a township at a stroke? " yang artinya "apakah ada sebuah bom yang sebesar buah jeruk yang memiliki kekuatan rahasia untuk menghancurkan sebuah bangunan-bangunan gedung atau menitik beratkan sebuah gaya berjumlah ribuan ton dan menjatuhkan sebuah kota dalam sekali serang?" mengantarkan hal ini kepada hal yang saya jelaskan diatas.

Kemudian akibat perkembangan senjata yang semakin bertambah maju dengan perkembangan ilmu yang semakin disempurnakan disekitar Eropa memungkinkan untuk membuat senjata yang dikatakan oleh PM Inggris yang lalu sehingga pada tahun 1938 Adolf Hitler menerima sebuah laporan yang membuatnya kaget yakni riset pengembangan senjata fisika yang dilakukan oleh 2 ilmuwan nya yakni Otto Hahn dan Fritz Strassmann yang dalam penelitiannya pemecahan rantai atom U-235 oleh neutron dan menjadi energi akibat teori mekanika kuantum yang dikembangkan oleh Albert Einstein. Hal tersebut membuatnya untuk mengembangkan sebuah senjata berdasarkan prinsip tersebut dan membuatnya menang dalam perang dunia, namun pada tahun 1940 ketika Einstein kabur dari kampung halamannya di Jerman dan memberitahukan berita ini kepada presiden Amerika Roosevelt mengakibatkan perancangan senjata yang sama.

Pada tahun 1942 perancangan senjata tersebut telah dilakukan disekitar laboratorium di Los Alamos dan disebut juga sebagai Manhattan Project (Proyek Manhattan) yang dipimpin oleh ilmuwan bernama Julius Robert Oppenheimer. Pada proyek tersebut adalah proyek yang meneliti bagaimana mengubah uranium yang tidak berpotensi fisi (U-238 adalah material uranium yang banyak ditemukan di alam) menjadi uranium berpotensi fisi (U-235 adalah material uranium yang dibuat oleh manusia, dan sangat jarang berada di alam bebas [hanya berjumlah 0.72% yang ada di alam]). Kemudian berdasarkan perhitungan Enrico Fermi U-238 bisa dijadikan U-235 dengan mengurangi massa atom nya dengan penggunaan teori pembuangan isotop menggunakan pembuangan elektromagnetik dan menggabungkan U-238 dengan partikel neutron sehingga berubah menjadi atom baru yakni Pu-239 yang digunakan sebagai bahan dasar untuk nuclear weapon .

Julius Robert Oppenheimer 

(sumber : en.wikipedia.org/wiki/history_of_nuclear_weapons)

Kemudian pada tahun 1943-1944 proyek Manhattan menambahkan proyeknya didalamnya yakni Trinity Project (Proyek Trinity) yang membahas perancangan kinerja mekanisme senjata ini sebagai sebuah bom yang terdiri dari 3 buah rancangan yakni "Little Boy", "Thin Man" dan "Fat Man". Dalam poyek ini penggunaan mekanisme kinerja bom adalah menggunakan kinerja seperti prinsip pistol yaitu menembakkan partikel neutron ke material induk dan terjadilah ledakan.

Lalu ketika Jerman menyerah dalam perang pada 8 Mei 1945, sekutunya yang tersisa hanya Jepang yang menguasai perang Asia Pasifik. Hal ini membuat wakil presiden Amerika Harry S Truman menjalankan proyek Trinity dengan melakukan uji coba ledakan di Alamogordo, New Mexico, Amerika. Ledakan yang dihasilkannya setara dengan 19000 ton TNT (trinitrotoluena [dimana ledakan 1 kg TNT setara 4200 Joule]). 

PELAKSANAAN PENGEBOMAN KE JEPANG

Berdasarkan hal tersebut hanya dengan ledakan seperti itu bisa membuat Jepang kalah dalam perang hanya dalam sekali serangan, namun hal ini ditentang oleh para ilmuwan karena akan berdampak negatif bagi penduduk sipil nantinya, namun berdasarkan keputusan yang diambil oleh Truman, para ilmuwan tidak bisa berbuat banyak dalam menghentikan serangan tersebut. Sehingga ketika pulau daerah selatan Jepang yang banyak menjadi medan perang antara sekutu dengan Jepang dijadikan target launching bom tersebut dengan menitikberatkan kepada wilayah yang sangat berpotensi dalam memproduksi senjata milik Jepang.

Wilayah yang sangat strategis untuk menjatuhkan bom tersebut adalah wilayah Hiroshima yang menjadi wilayah penghasil amunisi bagi Jepang dan wilayah Nagasaki yang sering disebut sebagai lumbung pangan bagi wilayah selatan Jepang yang mengakibatkan hampir 250000 orang tewas dan puluhan ribu orang berpotensi terkena kanker dan penyakit keturunan lainnya akibat mutasi radioaktif. 

Pemandangan Hiroshima setelah di bom

Pemandangan Hiroshima Dome dimana titik utama tempat dijatuhkannya bom

Video diatas menjelaskan dampak yang dihasilkan dari bom nuklir terhadap manusia yang terkena radiasi bom tersebut. (sumber en.wkipedia.org)

   

Turbin Gas (Gas Turbine)

PENDAHULUAN

Apa sih turbin gas itu? mungkin dalam benak orang-orang semacam kincir yang putar kan oleh angin atau partikel gas?. Mungkin hal tersebut memang benar namun tidak disebut sebagai jawaban yang tepat, seperti yang diterapkan dalam ilmu termodinamika turbin gas adalah sebuah perangkat yang mengubah sebuah sistem pembakaran akibat adanya sistem kompresi yang dihasilkan oleh kompresor menjadi sebuah gaya dorong (gaya laju) yang memiliki arah dan berupa besaran vektor.

Gas turbine sering kita jumpai di beberapa aplikasi seperti mesin jet, mesin pembangkit listrik dengan menggunakan media perantara berupa gas yang berada di udara. berikut contoh gambar pada turbin gas yakni :

gambar 1 Turbin gas power plant (mesin pembangkit listrik).

 gambar 2 Turbine gas pada mesin jet

Seperti yang dilihat pada gambar dapatkah anda melihat perbedaan antara kedua gas turbin diatas?. sekilas hampir sama, namun ada perbedaan pada baling-baling kompresor didepan nya,pada gambar pertama tidak ada kipas kompresor besar didepan nya, nah jenis ini disebut sebagai turbin gas turboshaft dimana jenis ini lebih dikhususkan untuk pembangkit listrik tenaga gas dan pengambilan gas di udara bebas tidak begitu di prioritaskan sehingga tidak diperlukan kipas kompresor didepan perangkat turbin gas tersebut (soalnya sistem kompresi sudah ada didepan cerobong masuk udara), sedangkan pada gambar kedua memiliki kipas kompresor yang besar didepan nya yang tergolong jenis turbofan dimana penangkapan gas (terutama oksigen) sangat diprioritaskan demi penambahan gaya laju.

PENGOLONGAN 

Seperti yang sudah dijelaskan pada kedua gambar diatas, dapat kita golongkan turbin gas dalam beberpa jenis seperti pada gambar beikut :

gambar 3 Jenis turbine gas (sumber :en.wikipedia.org)

pada gambar dapat kita bedakan menjadi :

1. Turbojet
2. Turboprop
3. Turboshaft (electrical generator power plant)
4. Turbofan
5. low-bypass afterburning

KETERKAITAN ILMU TERMODINAMIKA

Berdasarkan ilmu termodinamika, gas turbine memiliki sirklus yang hampir sama dengan internal combustion engine (mesin pembakaran dalam, atau istilah untuk keren nya motor bakar) yakni :

gambar 4 Gas turbine cycle (Ideal Brayton cycle).

1. Pada tabel P-v dapat kita lihat sirklus nilai v mengalami penurunan akibat terjadinya pemampatan volume, namun nilai P mengalami kenaikan akibatnya pemampatan tersebut, peristiwa ini disebut sebagai sistem kompresi udara (compression) oleh kompresor.
2. kemudian pada tahap ini udara yang telah dikompresikan oleh kompresor mengalami kenaikan volume, namun pada tahap ini nilai T dan s pada tabel T-s mengalami kenaikan akibat bertambahnya energi kedalam nya dengan jumlah volume bertambah. Peristiwa ini disebut peristiwa pembakaran (combustion) didalam ruang pembakaran yang telah ditambahkan dengan bahan bakar untuk meningkatkan tekanan,suhu, daya dan gaya laju.
3. lalu pada tahap ini gas yang telah mengalami tahap pembakaran dan kompresi mendadak mengalami penurunan pada tekanan dan suhu, namun nilai energi yang dihasilkan tetap dengan penambahan volume. Dalam hal ini peristiwa yang terjadi disebut sebagai ekspansi/perluasan (expansion) yang terjadi didalam turbin aksial (axis turbine).
4. namun pada tahap ini terjadi pengembalian ketahap awal dimana gas yang ada diudara bebas ditangkap untuk menghasilkan brayton cycle. Dalam tahap ini disebut sebagai tahap pengembalian ke awal .

sehingga dalam hal ini rumus yang berkaitan adalah rumus tentang nilai efesiensi pada dalam keadaan ADIABATIK adalah :

 efesiensi = 1 - T1 / T2 = [ 1 - P1 / P2 ]^y-1/y

dimana

• T1 dan T2 adalah suhu sebelum dan sesudah pembakaran
• P1 dan P2 adalah tekanan sebelum dan sesudah pembakaran
• y adalah koefisien adiabatik pada udara bebas

sehingga dalam proses dalam termodinamika proses ini hampir sama dengan proses Otto pada motor bakar.

sekian dari pembahasan turbin gas kali, mudah-mudahan info ini bermanfaat bagi orang teknik maupun umum yang ingin mengetahui proses kerja sebuah turbin, mungkin post berikutnya saya akan menjelaskan sistem kinerja turbine gas pada mesin pembangkit listrik (gas turbine power plant) dan pesawat tebang komersil (civilian plane).