Reaktor nuklir alam
Reaktor nuklir alam merupakan salah satu penemuan dalam bidang geologi yang ditemukan pada tahun 1972. Saat itu, di fasilitas pengolahan bahan bakar nuklir Pierrelatte, Ilmuwan Prancis bernama Bougzigues sedang bekerja melakukan analisis rutin terhadap uranium yang telah diekstrak dari biji uranium. kemudian ia menyadari sesuatu yang aneh dari biji uranium yang ditelitinya.
1. Zona reaktor nuklir
2. Batu pasir
3. Lapisan bijih Uranium
4. Granit
Uranium memiliki tiga isotop yang memiliki massa atom yang berbeda dengan proporsi yang berbeda, yaitu: U 238 sebanyak 99.274%, U 235 sebanyak 0.720% dan U 234 sebanyak 0.005%.
Uranium-235 adalah uranium yang paling dicari diseluruh dunia karena kemampuannya menahan reaksi nuklir dan uranium inilah yang dipakai di reaktor nuklir modern. Dimanapun di bumi ini, atom uranium 235 membentuk 0,720 persen dari total uranium. Namun sampel yang dipegang olehnya hanya memiliki 0,717 persen. Ini menunjukkan bahwa sampel uranium ini pernah mengalami reaksi pelepasan energi (reaksi fisi). Badan tenaga atom Prancis segera bergerak untuk menyelidiki penyebabnya. Sampel itu dilacak hingga ke sebuah pertambangan di Oklo, Gabon, Afrika. Para ilmuwan bergegas ke Oklo. Penelitian lanjutan yang dilakukan menemukan ada enam belas lokasi yang berfungsi sama seperti reaktor nuklir modern dan reaktor purba itu diperkirakan berumur 2 miliar tahun.
Badan tenaga atom Prancis berusaha mencari fungsinya. Dan kemudian mereka mendapatkan jawabannya dari sebuah tulisan tahun 1956 yang dibuat oleh Paul Kazuo Kuroda, seorang ahli kimia dari Universitas Arkansas. Kuroda mengatakan apabila jumlah U235 cukup banyak dan ada moderator neutron seperti aliran air tanah, maka reaktor nuklir alam bisa terjadi. Kondisi pertambangan Oklo menyerupai apa yang diprediksi Kuroda.[1]
Oklo adalah satu-satunya lokasi yang diketahui merupakan reaktor nuklir alam di seluruh dunia dan terdiri dari 16 situs yang pernah mengalami reaksi fisi nuklir "dengan sendirinya" kira-kira 1,7 milyar tahun lalu, dan berjalan selama beberapa ratus ribu tahun, dengan rata-rata 100 kW tenaga termal selama waktu itu.[2][3]
Mekanisme
suntingReaktor nuklir alam Oklo terbentuk saat deposit mineral kaya uranium terbanjiri oleh air tanah, yang dapat berfungsi sebagai moderator untuk neutron yang terbentuk oleh fisi nuklir. Sebuah reaksi berantai nuklir terjadi, menghasilkan panas yang menyebabkan air tanah mendidih. Tanpa adanya moderator yang memperlambat neutron, reaksi melambat atau berhenti. Hal tersebut membuat reaktor tesebut memiliki koefisien reaktifitas void negatif, yang umumnya digunakan sebagai sistem keamanan pada reaktor nuklir buatan manusia. Setelah deposit mineral mendingin, air tanah kembali membanjiri deposit, dan reaksi nuklir terjadi kembali, menyelesaikan siklus penuh setiap tiga jam. Siklus ini berlanjut hingga ratusan ribu tahun, dan berakhir saat deposit kehabisan material fisi dan penumpukan racun neutron sehingga tidak bisa menjalankan reaksi nuklir. Fisi uranium umumnya menghasilkan lima isotop yang diketahui dari gas produk peluruhan xenon; kelimanya ditemukan pada sisa-sisa dari reaktor nuklir tersebut dengan konsentrasi yang beragam. Konsentrasi isotop xenon yang ditemukan di bentukan mineral yang terperangkap 2 miliar tahun kemudian, memungkinkan perhitungan interval waktu spesifik dari reaktor Oklo: sekitar 30 menit tingkat kritis dilanjut dengan 150 menit pendinginan.[4]
Faktor utama yang membuat reaksi berantai ini mungkin adalah, pada saat reaktor ini mencapai Massa kritis 1.7 miliar tahun lalu, jumlah isotop fisil 235U pada deposit uranium alami mencapai 3.1% (sisanya adalah 238U non-fisil dan sekitar 55 ppm 235U) yang membuatnya serupa dengan jumlah yang digunakan oleh reaktor masa kini. Karena isotop ini lebih cepat meluruh daripada 238U, jumlah 235U pada deposit uranium masa kini hanyak 0.72%. Oleh karena itu, reaktor nuklir alami di Bumi tidak mungkin terjadi lagi tanpa air deuterium atau grafit.[5]
Faktor lain yang dapat berkontribusi dalam mulainya reaktor nuklir alami Oklo adalah maraknya kondisi aerobik yang disebabkan oleh meningkatnya kadar oksigen di atmosfer Bumi sekitar 2 miliar tahun lalu.[6] Uranium hanya dapat terlarut dalam air dengan adanya oksigen. Oleh karena itu, meningkatnya kadar oksigen di atmosfer dapat memperkenankan uranium untuk terlarut lalu terbawa oleh air tanah ke lokasi dengan konsentrasi cukup tinggi, dimana mereka akan terakumulasi, membentuk deposit kaya uranium.
Deposit uranium di Oklo adalah satu-satunya situs reaktor nuklir alami yang pernah ditemukan. Deposit uranium lainnya juga memiliki uranium yang cukup untuk mempertahankan reaksi nuklir pada saat itu. Namun sejauh yang kita tahu, kombinasi elemen-elemen seperrti kombinasi air dan uranium serta kondisi fisik yang ada di deposit Oklo sangat unik, dan hanya pernah terjadi di situs ini. Namun hal tersebut tidak menutup kemungkinan bahwa situs-situs lainnya pernah terbentuk, namun sudah terganggu secara geologis berkali-kali sehingga tidak bisa dikenali, kemungkinan bahkan "mengencerkan" uranium tersebut sehingga isotopnya tidak bisa digunakan sebagai penanda. Ditambah, hanya sedikit kerak benua dan tidak ada kerak lautan sama sekali yang mencapai usia deposit Oklo, maupun usia saat ratio uranium alami dapat mempertahankan reaksi nuklir berantai dengan air sebagai moderator.
Lihat pula
suntingReferensi
sunting- ^ Kuroda, P. K. (1956). "On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals". Journal of Chemical Physics. 25 (4): 781–782; 1295–1296. Bibcode:1956JChPh..25..781K. doi:10.1063/1.1743058.
- ^ Meshik, A. P. (November 2005). "The Workings of an Ancient Nuclear Reactor". Scientific American.
- ^ Gauthier-Lafaye, F.; Holliger, P.; Blanc, P.-L. (1996). "Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system". Geochimica et Cosmochimica Acta. 60 (25): 4831–4852. Bibcode:1996GeCoA..60.4831G. doi:10.1016/S0016-7037(96)00245-1.
- ^ Meshik, A. P.; et al. (2004). "Record of Cycling Operation of the Natural Nuclear Reactor in the Oklo/Okelobondo Area in Gabon". Physical Review Letters. 93 (18): 182302. Bibcode:2004PhRvL..93r2302M. doi:10.1103/PhysRevLett.93.182302. PMID 15525157.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, hlm. 1257, ISBN 0-7506-3365-4
- ^ Gauthier-Lafaye, F.; Holliger, P.; Blanc, P.-L. (1996). "Natural fission reactors in the Franceville Basin, Gabon: a review of the conditions and results of a "critical event" in a geologic system". Geochimica et Cosmochimica Acta. 60 (23): 4831–4852. Bibcode:1996GeCoA..60.4831G. doi:10.1016/S0016-7037(96)00245-1.