Plutonium: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k bot Mengubah: vi:Plutoni |
Tidak ada ringkasan suntingan |
||
Baris 1:
{{unsur|Plutonium|Pu|94}
Ia merupakan unsur [[radioaktif]] [[transuranium]] yang langka dan merupakan logam [[aktinida]] dengan penampilan berwarna putih keperakan. Ketika terpapar dengan udara, ia akan mengusam oleh karena pembentukan [[plutonium(IV) oksida]] yang menutupi permukaan logam. Unsur ini pada dasarnya memiliki enam [[alotrop]] dan empat [[keadaan oksidasi]]. Ia bereaksi dengan [[karbon]], [[halogen]], [[nitrogen]], dan [[silikon]]. Ketika terpapar dengan kelembaban udara, ia akan membentuk [[oksida]] dan [[hidrida]] dengan volume 70% lebih besar dan menjadi bubuk yang dapat menyala secara spontan. Ia juga merupakan [[keracunan radiasi|racun radiologis]] yang dapat berakumulasi dalam [[sumsum tulang]]. Oleh karena sifat-sifat seperti inilah, proses penanganan plutonium cukup berbahaya, walaupun tingkat toksisitas keseluruhan logam ini kadang-kadang terlalu dibesar-besarkan.
Istotop terpenting [[plutonium]] adalah plutonium-239 yang memiliki [[umur paruh]] 24.100 tahun. Plutonium-239 merupakan [[fisil]], yakni ia dapat [[fisi nuklir|memecah]] ketika dibombardir oleh [[neutron]] termal, melepaskan energi, [[radiasi gamma]], dan [[radiasi neutron|neutron yang lebih banyak]]. Oleh karena itu, dia dapat mempertahankan [[reaksi rantai nuklir]] setelah mencapai [[massa kritis]]. Sifat-sifat inilah yang memungkinkan plutonium digunakan sebagai [[senjata nuklir]] dan digunakan pada beberapa [[reaktor nuklir]]. Isotop paling stabil plutonium adalah plutonium-244, dengan umur paruh sekitar 80 juta tahun. Umur paruh ini cukup panjang untuk bisa ditemukan secara alami dalam jumlah kecil. Plutonium-238 memiliki umur paruh 88 tahun dan memancarkan [[partikel alfa]]. Ia adalah sumber panas pada [[generator termolistrik radioisotop]] (digunakan pada beberapa [[pesawat antariksa]]). Plutonium-240 memiliki laju [[fisi spontan]] yang tinggi sehingga akan meningkatkan tingkat neutron latar pada sampel. Keberadaan Pu-240 akan membatasi potensi daya dan senjata suatu sampel. Ia juga digunakan sebagai titik tolok penentuan tingkat (''grade'') plutonium: tingkat senjata (< 7%), tingkat bahan bakar (7–19%), dan tingkat reaktor (> 19%). Pu-238 dapat disintesis dengan membombardir [[uranium-238]] dengan [[deuteron]], sedangkan Pu-239 dengan disintesis dengan membombardir [[uranium-238]] dengan [[neutron]].
Baris 69 ⟶ 9:
== Karakteristik ==
=== Fisik ===
Sama seperti logam-logam lainnya, plutonium memiliki penampilan perak mengkilat. Namun ketika terpapar dengan udara bebas, [[plutonium(IV) oksida]] akan terbentuk dengan cepat dan membuat logam tersebut menjadi kusam kelabu. Selain itu warna kuning dan hijau zaitun juga pernah dilaporkan. Pada suhu kamar, plutonium berada dalam bentuk [[alotrop plutonium|alotop alfanya]]. Bentuk alotrop inilah yang merupakan bentuk yang paling umum dan memiliki tingkat kekerasan seperti [[besi cor]], terkecuali apabila ia dialoi dengan logam lainnya dan membuatnya menjadi lunak dan dapat dengan mudah diubah bentuk.<ref name = "WISER"/> Berbeda dengan kebanyakan jenis logam, plutonium bukanlah konduktor panas dan listrik yang baik.<ref name = "WISER"/> Ia memiliki [[titik leleh]] yang rendah (640 °C) dan [[titik didih]] yang sangat tinggi (3,327 °C).<ref name = "WISER"/>
[[Peluruhan alfa|Emisi partikel alfa]] yang merupakan pelepasan inti [[helium]] berenergi tinggi adalah bentuk radiasi paling umum yang dipancarkan oleh plutonium.<ref name = "NNDC"/> Panas yang dilepaskan selama pelepasan dan deselerasi partikel-partikel alfa ini membuat plutonium dengan ukuran sebesar bola [[sofbol]] terasa hangat ketika disentuh, sedangkan untuk massa plutonium yang lebih besar, ia dapat mendidihkan satu [[liter]] air dalam waktu beberapa menit (bervariasi tergantung pada komposisi isotop).
[[Resistivitas]] plutonium pada suhu kamar sangatlah tinggi jika dibandingkan dengan logam lain dan ia akan semakin tinggi ketika temperatur diturunkan.<ref name = "Miner1968p544"/> Tren peningkatan resistivitas ini akan diteruskan sampai dengan 100 [[Kelvin|K]]. Di bawah temperatur ini, resistivitas akan menurun drastis.<ref name = "Miner1968p544"/> Ketika temperatur menurun sampai dengan 20 K, resistivitas meningkat kembali oleh karena kerusakan radiasi (laju peningkatan sesuai dengan komposisi isotop).<ref name = "Miner1968p544"/>
Oleh karena swa-iradiasi (''self-irradiation'') plutonium, ia akan memperlihatkan kelelahan (''fatigue'') pada keseluruhan struktur kristalnya, yang berarti bahwa penataan atom pada kristal akan dikacaukan oleh radiasi tersebut dari waktu ke waktu.<ref name = "HeckerPlutonium" /> Namun, swa-iradiasi juga dapat mengakibatkan [[Pelunakan (metalurgi)|pelunakan]] yang dapat mengimbangi beberapa efek lelah ketika temperatur ditingkatkan di atas 100 K.
=== Alotrop ===
{{main|Alotrop plutonium}}
[[Berkas:Pu-phases.png|thumb|Plutonium memiliki enam alotrop pada tekanan biasa: '''alfa''' (α), '''beta''' (β), '''gamma''' (γ), '''delta''' (δ), '''delta prime''' (δ′), & '''epsilon''' (ε)<ref name = "Baker1983"/>]]</div>
Plutonium umumnya mempunyai enam [[alotrop]]. Pada temperatur yang tinggi dan jangka tekanan tertentu, alotrop ketujuh (zeta, ζ) dapat terbentuk. Alotrop-alotrop ini memiliki [[energi internal|tingkat energi]] yang hampir sama, namun [[densitas]] dan [[struktur kristal]] yang sangat berbeda. Hal ini membuat plutonium sangat sensitif terhadap perubahan temperatur, tekanan, dan lingkungan kimiawi. Selain itu, perubahan volume yang dramatis selama [[transisi fase]] dari satu alotrop ke alotrop lainnya juga memungkinkan.Tidak seperti bahan-bahan lainnya, densitas plutonium akan ''meningkat'' ketika ia meleleh (sebesar 2,5%). Namun cairan logam plutonium itu sendiri menunjukkan penurunan secara linear pada densitasnya seiring dengan meningkatnya temperatur.<ref name="Miner1968p544">{{harvnb|Miner|1968|p = 544}}</ref> Densitas berbagai alotrop plutonium berkisar dari 16,00 g/cm<sup>3</sup> sampai dengan 19,86 g/cm<sup>3</sup>.<ref name="CRC2006p4-27" />
Keberadaan banyak alotrop ini membuat pemrosesan plutonium sangat sulit. Sebagai contohnya bentuk α plutonium terbentuk pada suhu kamar dan ia memiliki karakteristik yang mirip dengan [[besi cor]], namun akan berubah menjadi seperti plastik dan mudah diubah bentuk ketika ia berubah menjadi alotrop β (''beta'') pada temperatur yang sedikit lebih tinggi.<ref name = "Miner1968p542"/> Alasan mengapa plutonium memiliki diagram fase yang rumit belumlah sepenuhnya diketahui.
Baris 155 ⟶ 26:
=== Fisi nuklir ===
Plutonium merupakan logam [[aktinida]] radioaktif. Isotop [[plutonium-239]] (Pu-239) merupakan salah satu dari tiga isotop fisil utama<ref name = "Stwertka1998"/> (sisanya adalah [[uranium-233]] dan [[uranium-235]]).
[[Berkas:Plutonium ring.jpg|left|100px|thumb|Plutonium tingkat senjata]]
Pu-239 memiliki [[Rumus empat faktor|faktor penggandaan]] (k) yang positif. Hal ini berarti bahwa jika logam tersebut tersedia dalam jumlah massa yang mencukupi dan dalam bentuk geometri yang tepat, ia dapat membentuk [[massa kritis]].Selama fisi, sebagian [[energi ikat]] yang mengikat inti agar tetap bersama dilepaskan sebagai energi panas, energi kinetik, dan energi elektromagnetik dalam jumlah yang besar. Satu kilogram Pu-239 dapat menghasilkan ledakan yang setara dengan 20,000 ton [[Trinitrotoluena|TNT]].<ref name = "Heiserman1992"/> Jumlah energi yang sangat besar ini membuat Pu-239 sangat berguna pada [[reaktor nuklir|reaktor]] dan [[senjata nuklir]].
Keberadaan isotop [[plutonium-240]] (Pu-240) pada suatu sampel akan membatasi potensial bom nuklir plutonium. Hal ini dikarenakan Pu-240 memiliki laju [[fisi spontan]] yang tinggi (~440 fisi per detik per gram setiap 1.000 neutron per detik per gram<ref>Samuel Glasstone and Leslie M. Redman, ''[http://www.doeal.gov/opa/docs/RR00171.pdf An Introduction to Nuclear Weapons]'' (Atomic Energy Commission Division of Military Applications Report WASH-1038, June 1972), p. 12.</ref>), sehingga meningkatkan tingkat neutron latar, yang pada akhirnya akan meningkatkan risiko pradetonasi. Plutonium dapat dikategorikan ke dalam berbagai tingkatan, yaitu tingkat senjata, tingkat bahan bakar, dan tingkat reaktor, bergantung pada persentase Pu-240 pada suatu sampel. Plutonium tingkat senjata memiliki kadar Pu-240 kurang dari 7%, plutonium tingkat bahan bakar mengandung 7% - 19% Pu-240, dan plutonium tingkat reaktor mengandung lebih dari 19% Pu-240.
=== Isotop dan sintesis ===
{{main|Isotop plutonium}}
Terdapat setidaknya dua puluh [[radioisotop|isotop radioaktif]] plutonium yang telah diidentifikasi.Isotop radioaktif sisanya memiliki umur paruh kurang dari 7.000 tahun.<ref name = "NNDC"/> Unsur ini juga memiliki delapan [[keadaan meta]]stabil, walaupun tidak ada satupun yang benar-benar stabil dan hanya memiliki umur paruh kurang dari satu detik.<ref name = "NNDC"/>
Isotop plutonium memiliki [[bilangan massa]] yang berkisar dari 228 sampai dengan 247.<ref name = "NNDC"/> [[Peluruhan radioaktif|Modus peluruhan]] utama isotop dengan bilangan massa yang lebih rendah daripada isotop paling stabil Pu-244 adalah [[fisi spontan]] dan [[emisi alfa]]. Kebanyakan akan menjadi isotop uranium (92 [[proton]]) dan [[neptunium]] (93 proton) sebagai [[produk peluruhan]] (dengan mengabaikan anang inti (''daughter nuclei'') yang dihasilkan selama proses fisi).<ref name = "NNDC"/> Modus peluruhan utama isotop yang memiliki bilangan massa lebih tinggi daripada Pu-244 adalah [[emisi beta]], kebanyakan akan menjadi isotop [[amerisium]] (95 proton) sebagai produk peluruhan.<ref name = "NNDC"/> Pu-241 merupakan [[isotop induk]] [[deret peluruhan neptunium]], meluruh menjadi amerisium-241 via emisi beta maupun elektron.<ref name = "Heiserman1992"/>
Pu-238 dan Pu-239 adalah isotop yang paling sering disintesis.<ref name = "Heiserman1992"/> Pu-239 disintesis via reaksi berikut yang menggunakan uranium (U) dan neutron (n) via peluruhan beta (β<sup>−</sup>) dengan neptunium (Np) sebagai zat antara:
Dengan kata lain, neutron yang berasal dari fisi U-235 [[tangkapan neutron|ditangkap]] oleh inti U-238, menjadi U-239; [[peluruhan beta]] akan menambahkan sebuah proton, menjadi Np-239 (umur paruh 2.36 hari), dan peluruhan beta lebih lanjut akan mengubahnya menjadi Pu-239.
Pu-238 disintesis dengan membombardir U-238 dengan [[deuteron]] (D, inti [[hidrogen]] berat) menurut berbagai macam reaksi
Pada persamaan ini, deuteron menghantam U-238 dan menghasilkan dua neutron berserta Np-238. Np-238 secara spontan meluruh dengan memancarkan partikel beta negatif menjadi Pu-238.
Baris 232 ⟶ 46:
=== Sifat kimiawi dan senyawa plutonium ===
[[Berkas:Plutonium in solution.jpg|thumb|right|300px|Berbagai keadaan oksidasi Pu dalam larutan]]
Pada suhu kamar, plutonium murni berwarna perak dan ia akan mengusam ketika teroksidasi.
* Pu(III), as Pu<sup>3+</sup> (biru lavender)
* Pu(IV), as Pu<sup>4+</sup> (kuning coklat)
* Pu(V), as PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> (merah jambu)<ref group = catatan>Ion PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> tidak stabil dalam larutan dan akan berdisproporsionasi menjadi Pu<sup>4+</sup> dan PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>; Pu<sup>4+</sup> kemudian akan mengoksidasi PuO<sub>2</sub><sup>+</sup> sisanya menjadi PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>, dan ia sendiri akan tereduksi menjadi Pu<sup>3+</sup>. Oleh karena itu, larutan plutonium cenderung berubah menjadi campuran Pu<sup>3+</sup> dan PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup>.
:
* Pu(VI), as PuO<sub>2</sub><sup>2+</sup> (merah mudah oranye)
* Pu(VII), as PuO<sub>5</sub><sup>3−</sup> (hijau)– ion heptavalen ini sangat jarang
Warna larutan yang ditampilkan oleh larutan plutonium bergantung pada keadaan oksidasi dan sifat-sifat [[anion]] asam.
{Anion asam akan mempengaruhi derajat kompleksasi plutonium.
Logam plutonium dihasilkan dengan mereaksikan plutonium(IV) fluorida dengan [[barium]], [[kalsium]] ataupun [[litium]] pada suhu 1200 °C.Ia akan diserang oleh [[asam]], [[oksigen]], dan [[uap]], namun tidak oleh [[alkali]] dan akan larut dengan mudahnya ke dalam [[asam klorida]], [[asam iodat]], dan [[asam perklorat]] pekat.<ref name = "Miner1968p545">{{harvnb|Miner|1968|p = 545}}</ref> Lelehan logam plutonium harus disimpan dalam keadaan vakum ataupun pada atmosfer inert untuk menghindari terjadinya reaksi dengan udara.<ref name = "Miner1968p542">{{harvnb|Miner|1968|p = 542}}</ref> Pada suhu 135 °C, logam plutonium akan menyala dan meledak jika diletakkan dalam [[karbon tetraklorida]].<ref name = "Emsley2001"/>
[[Berkas:Plutonium pyrophoricity.jpg|thumb|left|Sifat piroforik plutonium dapat menyebabkannya tampak seperti bara api yang menyala.]]
Plutonium merupakan logam yang reaktif. Pada kelembaban udara ataupun [[argon]], logam ini akan teroksidasi dengan cepat, menghasilkan campuran [[oksida]] dan [[hidrida]].
Jika logam tersebut terpapar cukup lama dengan sejumlah uap air, permukaan berbentuk bubuk [[Plutonium(IV) oksida|PuO<sub>2</sub>]] yang membungkus logam akan terbentuk.<ref name = "WISER"/> Selain itu, juga terbentuk [[plutonium hidrida]]. Apabila terpapar dengan uap air yang berlebihan, hanya akan terbentuk PuO<sub>2</sub>.<ref name = "Miner1968p545"/>
Dengan adanya pembungkusan hidrida ini, logam plutonium bersifat [[piroforik]], yang berarti ia akan menyala secara spontan. Oleh karena itu, logam plutonium biasanya ditangani dalam atmosfer yang inert dan kering (misalnya argon dan nitrogen).<ref name = "WISER"/> Oksigen akan memperlambat efek-efek yang disebabkan oleh kelembaban dan berperan sebagai agen [[pemasifan]].<ref name = "WISER"/>
Baris 290 ⟶ 72:
=== Keberadaan ===
Sejumlah kecil isotop plutonium (Pu-239 dan Pu-244) dapat ditemukan di alam. Pu-244 dapat ditemukan dalam jumlah kecil karena ia merupakan produk minor peluruhan pada [[bijih uranium]] dan mempunyai umur paruh sekitar 80 juta tahun yang cukup panjang.
Sejumlah kecil plutonium juga dapat ditemukan pada tubuh manusia oleh karena [[uji nuklir]] di atas daratan dan beberapa kecelakaan nuklir besar yang pernah terjadi.<ref name = "Emsley2001">{{harvnb|Emsley|2001}}</ref> Kebanyakan uji nuklir atsmosferik telah dihentikan sejak tahun 1963, namun Perancis masih terus melakukannya sampai dengan tahun 1980-an. Selain itu, beberapa negara juga masih terus melakukan uji nuklir tersebut setelah tahun 1963. Oleh karena Pu-239 merupakan hasil peluruhan radioaktif bijih uranium serta isotop plutonium yang paling banyak dibuat, ia merupakan isotop yang paling melimpah.
== Sejarah ==
=== Penemuan ===
Pada tahun 1934, [[Enrico Fermi]] dan sekelompok ilmuwan [[Universitas Roma La Sapienza]] melaporkan bahwa mereka telah menemukan unsur 94.
Plutonium (Pu-238) pertama kali diproduksi dan diisolasi pada tanggal 14 Desember 1940 oleh Dr. [[Glenn T. Seaborg]], [[Edwin McMillan|Edwin M. McMillan]], [[Joseph W. Kennedy|J. W. Kennedy]], [[Zachary M. Tatom|Z. M. Tatom]], dan [[Arthur Wahl|A. C. Wahl]] dengan menembakkan uranium dengan [[deuteron]]. Unsur ini kemudian berhasil diidentifikasi secara kimiawi pada 23 Februari 1941.Pada percobaan tahun 1940, [[neptunium]]-238 berhasil dihasilkan secara langsung dengan penghantaman, tetapi ia kemudian meluruh dengan mamancarkan emisi beta dua hari kemudian. Hal ini mengindikasikan terbentuknya unsur 94.<ref name =
Sebuah laporan ilmiah yang mendokumentasikan penemuan unsur plutonium kemudian dipersiapkan oleh para ilmuwan [[Universitas California, Berkeley]] tersebut dan dikirim ke jurnal ''[[Physical Review]]'' pada Maret 1941.<ref name = "Emsley2001"/> Tetapi laporan tersebut ditarik kembali sebelum publikasi, setelah ditemukan bahwa isotop unsur baru tersebut (Pu-239) dapat menjalani fisi nuklir yang dapat digunakan pada [[bom atom]]. Publikasi penemuan unsur tersebut kemudian ditunda setahun setelah akhir [[Perang Dunia II]] oleh karena kekhawatiran pada masalah keamanan dunia.<ref name = "Stwertka1998">{{harvnb|Stwertka|1998}}</ref>
Edwin McMillan yang sebelumnya telah menamai unsur transuranium pertama dengan nama [[neptunium]] (berasal dari nama planet ''Neptunus'') mengajukan bahwa unsur 94, sebagai unsur transuranium kedua, dinamakan dari planet ''[[Pluto]]''.<ref name = "Heiserman1992">{{harvnb|Heiserman|1992}}</ref><ref group = "catatan">Edwin McMillan bukanlah yang pertama kali mengajukan bahwa sebuah unsur dinamakan sebagai "plutonium." Satu dekade setelah barium ditemukan, seorang Profesor Universitas Cambridge mengajukan bahwa unsur barium tersebut diganti namanya menjadi "plutonium". Ia beralasan bahwa unsur barium yang tidak termasuk unsur berat, memiliki akar kata dari [[Bahasa Yunani]] ''barys'' yang berarti "berat", dan oleh karena barium dihasilkan dari teknik [[elektrolisis]], ia haruslah memiliki nama yang mewakili unsur [[api]]. Ia kemudian mengajukan bahwa unsur Barium tersebut diganti namanya menjadi "plutonium" (dari nama dewa Romawi ''[[Pluto]]''). {{harv|Heiserman|1992}}</ref> Seaborg pada awalnya mempertimbangkan nama "plutium", namun kemudian merasa bahwa nama tersebut tidak sebagus "plutonium".
Pemilihan simbol "Pu" oleh Seaborg pada awalnya hanyalah sebagai lelucon, namun ternyata simbol tersebut kemudian tanpa disadari telah terdaftar ke dalam tabel periodik.
Nama-nama alternatif lainnya yang pernah Seaborg dan ilmuwan lainnya pertimbangkan adalah "ultimum" ataupun "extremium" karena terdapat kepercayaan bahwa mereka telah menemukan [[unsur kimia|unsur]] terakhir pada [[tabel periodik]].
=== Penelitian awal ===
Sifat-sifat kimiawi plutonium ditemukan mirip dengan uranium setelah dilakukan kajian awal selama beberapa bulan.<ref name = "Emsley2001"/> Penelitian kemudian dilanjutkan di laboratorium rahasia di [[Universitas Chicago]]. Pada 18 Agustus 1942, sejumlah kecil unsur ini diisolasi dan diukur untuk pertama kalinya. Sekitar 50 mikrogram plutonium-239 beserta uranium dan produk fisi diproduksi, namun hanya 1 mikrogram yang diisolasi.<ref name = "Miner1968p541">{{harvnb|Miner|1968|p = 541}}</ref> Prosedur ini mengijinkan para kimiawan menentukan massa atom unsur baru ini.
Pada November 1943, beberapa plutonium trifluorida berhasil direduksi dan menghasilkan sampel logam plutonium yang pertama.<ref name = "Miner1968p541"/> Plutonium yang dihasilkan cukup banyak dan membuat plutonium sebagai unsur pertama yang dihasilkan secara sintetik yang dapat dilihat dengan mata telanjang.<ref name = "Miner1968p540">{{harvnb|Miner|1968|p = 540}}</ref>
Baris 408 ⟶ 96:
=== Produksi semasa Proyek Manhattan ===
Semasa Perang Dunia II, pemerintah AS mencanangkan [[Proyek Manhattan]] yang ditugaskan untuk mengembangkan bom atom. Tiga tempat riset dan produksi utama proyek ini adalah fasilitas produksi plutonium [[Hanford Site]], fasilitas [[penggayaan uranium]] di [[Oak Ridge, Tennessee]], dan laboratorium riset dan desain senjata yang sekarang ini dikenal sebagai [[Laboratorium Nasional Los Alamos]].
Reaktor produksi pertama yang memproduksi plutonium-239 adalah [[Reactor Grafit X-10]]. Ia mulai bekerja pada tahun 1943 dan dibangun di sebuah fasilitas di Oak Ridge yang kemudian menjadi [[Laboratorium Nasional Oak Ridge]].<ref name = "Emsley2001"/><ref group = "catatan">Semasa Proyek Manhattan, plutonium sering dirujuk sebagai "49": nomor 4 adalah digit terakhir 94 (bilangan atom plutonium), dan 9 adalah digit terakhir dari Pu-249 (isotop yang digunakan dalam bom nuklir).
Dalam waktu sepuluh hari, ia menemukan bahwa plutonium yang dihasilkan itu memiliki konsentrasi isotop Pu-240 yang lebih tinggi daripada plutonium yang dihasilkan dari [[siklotron]]. Pu-240 memiliki laju [[fisi spontan]] yang tinggi dan akan meningkatkan tingkat neutron latar sampel plutonium. Desain senjata plutonium awal yang diberi kode nama "[[Bom nuklir Thin Man|Thin Man]]" terpaksa dibatalkan karena peningkatan jumlah neutron spontan akan meningkatkan probabilitas terjadinya pra-detonasi.
Desain senjata plutonium yang dikerjakan di Los Alamos kemudian diubah menjadi bentuk implosi yang lebih rumit, diberi kode nama "[[Fat Man]]." Senjata implosi (''implosion'') ini memiliki desain plutonium berbentuk bola padat yang dikompres menjadi bertekanan tinggi dengan lensa yang mudah meledak.<ref name="AtomicTimeline"/>
Konstruksi [[reaktor B]] Hanford, reaktor nuklir berskala industri yang pertama, diselesaikan pada Maret 1945.
Reaktor B memproduksi bahan fisil yang digunakan untuk senjata plutonium yang digunakan semasa Perang Dunia II.<ref group=catatan>The American Society of Mechanical Engineers (ASME) established B Reactor as a National Historic Mechanical Engineering Landmark in September 1976.
:Oleh karena keberadaan Pu-240 pada plutonium yang dihasilkan oleh reaktor, desain implosi dikembangkan pada senjata "[[Fat Man]]" dan ''[[Uji Trinity test|Trinity]]"]]
Uji bom atom pertama, diberi kode nama [[Uji Trinity|"Trinity"]] dan didetonasi pada 16 Juli 1945 dekat [[Alamogordo, New Mexico]], menggunakan plutonium sebagai bahan fisilnya.<ref name = "Miner1968p541"/> Desain implosi senjata ini menggunakan lensa-lensa peledak yang digunakan untuk mengompres bola plutonium agar mencapai massa superkritis. Bola plutonium tersebut kemudian dihujani neutron yang dihasilkan oleh inisiator yang dibuat dari [[berilium]] dan [[polonium]].<ref name = "Emsley2001"/> Dengan demikian, ia akan menjamin terjadinya reaksi berantai dan ledakan. Keseluruhan senjata ini memiliki berat lebih dari 4 ton, walaupun plutonium yang digunakan pada inti senjata hanyalah seberat 6,2 kg.
Perhitungan efisiensi ini didasarkan pada fakta bahwa fisi 1 kg Pu-239 (ataupun U-235) menghasilkan pelepasan energi yang setara dengan 17 kiloton TNT,
Desain identik yang digunakan pada bom atom "[[Fat Man]]" dijatuhkan ke [[Nagasaki, Nagasaki|Nagasaki, Jepang]] pada 9 Agustus 1945, menewaskan 70.000 orang dan mencederai 100.000 lainnya.<ref name = "Emsley2001"/> Bom "[[Little Boy]]" yang dijatuhkan ke [[Hiroshima]] tiga hari sebelumnya menggunakan [[uranium-235]], dan bukannya plutonium. Jepang menyerah tanpa syarat pada 15 Agustus, secara efektif mengakhiri perang. Hanya setelah pengumuman bom atom pertama inilah keberadaan unsur plutonium diberitakan kepada publik.
=== Penggunaan pada Perang Dingin dan limbah nuklir ===
Sejumlah besar timbunan plutonium tingkat senjata diproduksi oleh [[Uni Soviet]] dan [[Amerika Serikat]] selama [[Perang Dingin]]. Reaktor-reaktor milik Amerika Serikat di Hanford dan [[Savannah River Site]] di Carolina Selatan memproduksi 103 ton plutonium,
Kebanyakan plutonium ini digunakan untuk membuat inti senjata termonuklir [[desain Teller-Ulam|Teller-Ulam]]. Senjata yang disebut sebagai 'bom hidrogen' ini merupakan varian senjata nuklir yang menggunakan bom fisi untuk memicu [[fusi nuklir]] [[hidrogen]] berat. Kerusakan yang disebabkan oleh senjata ini umumnya setara dengan jutaan ton TNT, bandingkan dengan senjata nuklir yang hanya menggunakan fisi nuklir dan menghasilkan kerusakan setara dengan ribuan ton TNT.{{harv|Emsley|2001}}</ref> Setiap tahun, sekitar 20 ton unsur ini masih diproduksi sebagai produk samping industri [[tenaga nuklir]].<ref name = "CRC2006p4-27">{{harvnb|CRC|2006|p = 4–27}}</ref> Sebanyak 1000 ton plutonium masih dalam penyimpanan, dengan 200 ton di antaranya berada di dalam atau diekstraksi dari senjata nuklir.<ref name = "Emsley2001"/>
[[Berkas:Yucca Mountain emplacement drifts.jpg|thumb|Desain terowongan penyimpan limbah nuklir yang diajukan untuk pusat penyimpanan limbah nuklir [[Gunung Yucca]].]]
Sejak berakhirnya Perang Dunia, timbunan plutonium ini telah menjadi fokus utama [[proliferasi nuklir]]. Di Amerika Serikat, beberapa plutonium yang diekstraksi dari senjata nuklir yang telah dibongkar dilebur menjadi dalam bentuk gelondongan gelas plutonium oksida seberat dua ton.<ref name = "Emsley2001"/> Gelas ini dibuat dari [[borosilikat]] yang dicampur dengan [[kadmium]] dan [[gadolinium]].<ref group = catatan>[[Gadolinium zirkonium oksida]] ({{chem|Gd|2|Zr|2|O|7}}) juga telah dikaji karena ia dapat menampung plutonium selama 30 juta tahun.{{harv|Emsley|2001}}</ref> Gelondongan-gelodongan ini direncanakan ditutup dengan [[baja]] dan di simpan di lubang bawah tanah sejauh 4 km yang ditopang oleh [[beton]].<ref name = "Emsley2001"/> Sampai dengan tahun 2008, hanya tempat penyimpanan limbah nuklir Gunung Yucca yang dijadwalkan untuk menyimpan plutonium dengan cara demikian.
=== Percobaan medis ===
Semasa dan setelah berakhirnya Perang Dunia II, para ilmuwan yang terlibat dalam Proyek Manhattan dan proyek-proyek riset senjata nuklir lainnya melakukan berbagai kajian pada efek plutonium terhadap hewan dan manusia.<ref name = "Injection"/> Pada kajian hewan, ditemukan bahwa beberapa miligram plutonium per kilogram jaringan tubuh merupakan dosis yang mematikan.<ref name="PuHealth"/>
Sedangkan pada kasus percobaan pada manusia, disuntikkan larutan yang mengandung lima mikrogram plutonium ke tubuh pasien rumah sakit yang telah menderita sakit parah ataupun yang memiliki tingkat harapan hidup yang lebih kecil dari sepuluh tahun baik oleh karena usia maupun kondisi penyakit yang kronis.<ref name = "Injection"/> Kadar suntikan ini diturunkan menjadi satu mikrogram pada Juli 1945 setelah dari data percobaan hewan, ditemukan bahwa cara plutonium mendistribusikan dirinya pada tulang ternyata lebih berbahaya daripada [[radium]].
Delapan belas subjek percobaan manusia disuntikkan plutonium tanpa sepengetahuan mereka.<ref name = "Injection"/> Percobaan ini dilakukan untuk mengembangkan alat diagnostik yang dapat menentukan kadar penyerapan plutonium dalam tubuh, sehingga dapat dikembangkan sebuah standar keamaan pekerjaan yang melibatkan plutonium.
Pada zaman sekarang, percobaan pada manusia ini dianggap sebagai pelanggaran kode etik kedokteran dan [[sumpah Hippokrates]] yang serius.
Baris 597 ⟶ 131:
=== Bahan peledak ===
[[Berkas:Nagasakibomb.jpg|thumb|150px|[[Pengeboman atom Hiroshima dan Nagasaki|Bom atom yang dijatuhkan ke Nagasaki, Jepang]] pada tahun 1945 mempunyai inti plutonium.]]
Oleh karena kemudahan isotop Pu-239 menjalani fisi dan ketersediaannya, ia merupakan komponen fisil utama dalam pembuatan [[senjata nuklir]]. Dengan membungkus bola plutonium padat dengan pemadat (lapisan tambahan yang dibuat dari bahan-bahan padat) akan menurunkan jumlah plutonium yang diperlukan untuk mencapai [[massa kritis]] dengan memantulkan kembali neutron yang lolos kembali ke inti plutonium. Hal ini akan menurunkan jumlah plutonium yang diperlukan dari 16 kg menjadi 10 kg, berupa bola berdiameter 10 cm.
Bom plutonium jenis "[[Fat Man]]" yang diproduksi semasa [[Proyek Manhattan]] menggunakan kompresi eksplosif plutonium untuk mendapatkan tingkat densitas plutonium yang lebih besar daripada biasanya dan menggabungkannya dengan sumber neutron untuk memulai reaksi dan meningkatkan efisiensi. Sehingga, hanya diperlukan 6,2 kg plutonium untuk mendapatkan [[Daya ledak senjata nuklir|daya ledak]] yang setara dengan 20 kiloton [[Trinitrotoluena|TNT]].
Secara teoritis, hanya diperlukan sejumlah kecil 4 kg plutonium (atau bahkan lebih kecil dari itu) untuk membuat bom atom dengan desain perakitan yang canggih.<ref name = "FASdesign"/>
=== Penggunaan limbah nuklir ===
[[PUREX]] (''P''lutonium–''UR''anium ''EX''traction) memroses ulang [[bahan bakar nuklir]] yang telah digunakan untuk mengekstraksi uranium dan plutonium dalam bentuk bahan bakar oksida campuran ([[Bahan bakar MOX|MOX]]) yang dapat digunakan kembali dalam reaktor nuklir. Plutonium tingkat senjata dapat kemudian ditambahkan ke campuran bahan bakar tersebut. Bahan bakar MOX digunakan pada [[reaktor air ringan]] dan terdiri dari 60 kg plutonium per ton bahan bakar. Setelah empat tahun, tiga per empat plutonium tersebut akan telah habis digunakan (berubah menjadi unsur lain).<ref name = "Emsley2001"/> [[Reaktor pembiak]] secara spesifik dirancang untuk mendapatkan bahan fisil dengan laju yang lebih cepat daripada laju konsumsi bahan tersebut.
Bahan bakar MOX telah digunakan sejak tahun 1980-an dan secara luas digunakan di Eropa.
Pada bulan September 2000, Amerika Serikat dan [[Rusia]] menandatangani Perjanjian Pengelolaan dan Disposisi Plutonium (''Plutonium Management and Disposition Agreement'') yang mana masing-masing pihak setuju untuk membuang 34 ton plutonium tingkat senjata.
Departemen Energi AS berencana membuang 34 ton plutonium tingkat senjata sebelum akhir 2019 dengan mengubahnya menjadi bahan bakar MOX yang dapat digunakan pada reaktor nuklir komersial.
Efisiensi juga bisa didapatkan melalui pemrosesan ulang, yakni batangan bahan bakar diproses untuk menghilangkan produk limbah yang mencapai 3% berat total batangan tersebut setelah tiga tahun penggunaan.<ref name = "Emsley2001"/> Isotop uranium dan plutonoum apapun yang dihasilkan selama tiga tahun tersebut ditinggalkan dan batangan tersebut kembali digunakan.<ref group = catatan>Komposisi plutonium pada batangan bahan bakar nuklir bekas: Pu-239 (~58%), Pu-240 (24%), Pu-241 (11%), Pu-242 (5%), dan Pu-238 (2%). {{harv|Emsley|2001}}</ref> Namun, keberadaan 1% [[galium]] per massa plutonium tingkat senjata memiliki potensi membatasi operasi jangka panjang reaktor air ringan.
<sup>241</sup>Am baru-baru ini telah diajukan untuk digunakan sebagai agen detanurasi batangan bahan bakar reaktor dengan membuat bahan bakar tersebut tidak dapat digunakan kembali lagi untuk konversi [[senjata nuklir]].
=== Sumber tenaga dan panas ===
[[Berkas:Plutonium pellet.jpg|thumb|150px|Pelet <sup>238</sup>PuO<sub>2</sub> yang berpijar]]
Isotop [[plutonium-238]] (Pu-238) memiliki umur paruh 87,5 tahun. Ia memancarkan sejumlah besar [[energi termal]] dengan tingkat pancaran [[sinar gama]] dan partikel [[fisi spontan|neutron spontan]] yang rendah. Sebagai pemancar [[partikel alfa]], ia memancarkan radiasi berenergi tinggi dengan tingkat penetrasi yang rendah, sehingga hanya diperlukan pemerisaian yang minimal. Selembar kertas dapat digunakan untuk memerisai partikel alfa yang dipancarkan oleh Pu-238 manakala satu [[kilogram]] isotop ini dapat menghasilkan 22 juta kilowat jam energi panas.<ref name = "
Sifat-sifat ini membuat isotop Pu-238 sangat cocok digunakan sebagai sumber listrik peralatan yang harus berfungsi tanpa pemeliharaan secara langsung selama seumur hayat manusia. Oleh karenanya, ia digunakan dalam [[pembangkit termolistrik radioisotop]] dan [[unit pemanas radioisotop]] yang digunakan pada misi penjelajahan luar angkasa [[Cassini–Huygens|Cassini]], [[Voyager]] dan [[New Horizons]].
Plutonium-238 juga telah sukses digunakan untuk menenagai pemacu jantung buatan, sehingga mengurangi risiko pembedahan ulang.
Ia umumnya telah digantikan dengan sel primer berbasis [[litium]]. Namun, sampai dengan tahun 2003, masih terdapat sekitar 50 sampai dengan 100 pemacu jantung yang ditenagai plutonium yang masih ditanam dan berfungsi.
Plutonium-238 yang dicampur dengan berilium digunakan untuk menghasilkan neutron untuk tujuan riset.<ref name = "Emsley2001"/>
== Wewanti ==
=== Toksisitas ===
Isotop dan senyawa plutonium sangat beracun oleh karena radioaktivitasnya.
Dari sudut pandang [[toksisitas]] kimiawi, [[arsen]] dan [[sianida]] lebih beracun daripada plutonium, dan plutonium sama beracunnya dengan [[kafeina]].
Plutonium lebih berbahaya ketika terhirup daripada tertelan. Resiko [[kanker paru-paru]] meningkat seketika radiasi yang terhirup melebihi 400 [[sievert|mSv]].<ref name="Brown">{{cite journal | last=Brown | first=SC | coauthors=Schonbeck MF, McClure D et al. | title=Lung cancer and internal lung doses among plutonium workers at the Rocky Flats Plant: a case-control study | journal=American Journal of Epidemiology | volume=160 | issue=2 | pages=163–172 | publisher=Oxford Journals | date=July 2004 | url=http://aje.oxfordjournals.org/cgi/content/full/160/2/163 | pmid=15234938 | accessdate=2009-02-15 | doi=10.1093/aje/kwh192 }}</ref> Ia tidak akan diserap ke dalam tubuh secara efisien apabila tertelan; hanya sekitar 0,04% plutonium oksida yang diserap setelah ditelan.<ref name = "Emsley2001"/> Ketika plutonium diserap ke dalam tubuh, ia akan diekskresikan dengan sangat lambat, dengan [[waktu paruh hayati]] selama 200 tahun.
Radiasi [[partikel alfa|alfa]] yang dipancarkan plutonium tidak dapat menembus kulit, namun dapat mengiradiasi organ-organ dalam ketika plutonium terhirup ataupun tertelan.<ref name = "Emsley2001"/> Orang tubuh yang paling berisiko terkena iradiasi adalah [[tulang]] (di mana ia paling berkemungkinan diserap ke permukaan tulang) dan [[hati]] (di mana ia dikumpulkan dan menjadi terkonsentrasi).<ref name = "Miner1968p545"/>
Baris 757 ⟶ 170:
Selain permasalahan pada toksisitas plutonium, akumulasi sejumlah plutonium yang mencapai [[massa kritis]] juga harus dihindari, terutama karena massa kritis plutonium hanyalah sepertiga daripada massa kritis uranium-235.<ref name = "Heiserman1992"/> Plutonium yang mencapai massa kritis akan memancarkan sejumlah [[neutron]] dan [[sinar gama]] dalam kadar yang mematikan.<ref name = "Miner1968p546">{{harvnb|Miner|1968|p = 546}}</ref> Plutonium dalam larutan lebih berkemungkinan membentuk massa kritis daripada plutonium dalam bentuk padatan.<ref name = "CRC2006p4-27"/>
Dalam sejarahnya, telah terjadi beberapa kecelakaan yang melibatkan pembentukan massa kritis ini. Penanganan yang tidak hati-hati pada bata [[wolfram karbida]] yang diletakkan di sekitar 6,2 kg bola plutonium menyebabkan radiasi dengan dosis fatal pada tanggal 21 Agustus 1945 di [[Los Alamos National Laboratory|Los Alamos]], yang mana ilmuwan [[Harry K. Daghlian, Jr.]] menerima dosis yang diperkirakan setara dengan 5,1 [[Sievert]] dan meninggal 28 hari sesudahnya.
Pada bulan Desember 1958, selama proses pemurnian plutonium di Los Alamos, massa kritis terbentuk di dalam tabung pencampuran, menyebabkan kematian operator derek.
=== Kemudahbakaran ===
Logam plutonium juga merupakan bahan yang mudah terbakar. Ia akan bereaksi dengan oksigen dan air, yang akan menyebabkan akumulasi [[plutonium hidrida]]. Plutonium hidrida merupakan bahan piroforik dan akan menyala ketika terkena udara bebas pada suhu kamar. Plutonium akan mengembang melebihi 70% volume awal ketika ia teroksidasi, sehingga dapat merusak wadah penampung. Pasir magnesium oksida merupakan bahan yang paling efektif dalam memadamkan api plutonium. Ia mendinginkan bahan yang terbakar, dan bekerja sebagai [[sungap panas]] (''heat sink'') serta memblok oksigen. Untuk menghindari terjadinya kebakaran, penanganan yang khusus perlu diterapkan. Umumnya diperlukan penanganan dalam atomosfer inert.
| |||