Reaktor Nuklir Ciptaan Tuhan

Oleh: Kirana Yuniati Putri

Tuhan membangun reaktor nuklir?? Lelucon apa ini? Mungkin itulah yang ada di kepala anda ketika membaca judul di atas. Namun ini bukan lelucon. Benar adanya bahwa Tuhan telah membangun suatu reaktor nuklir, meskipun tidak dalam artian harfiah. Di waktu yang telah lama berlalu, pernah terdapat suatu sistem reaksi (reaktor) nuklir yang bekerja secara natural, alami, tanpa campur tangan manusia, sehingga bisa dikatakan bahwa reaktor ini diciptakan dan bekerja atas kehendak Tuhan. Bagaimana mungkin? Nah, marilah kita ikuti kisahnya berikut ini.

Ada tiga isotop uranium yang terjadi secara alami, bernomor massa 234, 235, dan 238, namun kelimpahan isotop 234 dapat diabaikan. Pada awal terbentuknya bumi, ²³⁵U dan ²³⁸U memiliki suatu nilai rasio tertentu. Rasio ini berubah secara signifikan seiring berjalannya waktu karena kedua isotop tersebut meluruh dengan umur paro yang berbeda. Umur paro ²³⁵U 700 juta tahun, sedangkan ²³⁸U memiliki umur paro 4,5 miliar tahun. Sehingga, jumlah ²³⁵U berkurang lebih cepat. Setiap isotop memiliki umur paro sama, di manapun ia berada, sehingga derajat perubahan rasio isotop akan sama selama miliaran tahun. Hingga 1972, rasio ²³⁵U dalam bijih uranium selalu ditemukan sebesar 0,7202%.

Pada awal 1956, Dr. Paul Kuroda dari Universitas Arkansas mencetuskan pemikiran mengenai adanya  suatu reaktor alam di masa lampau. Dua miliar tahun lalu, kelimpahan ²³⁵U dalam uranium alam diperkirakan mencapai 3%. Konsentrasi ini biasa digunakan dalam Light Water Reactor (PWR),  suatu tipe reaktor nuklir dengan moderator air ringan (H₂O). Sehingga suatu reaktor alam mungkin beroperasi dengan bahan bakar uranium alam ini serta moderator air biasa.

Pada pertengahan 1972, seorang insinyur Perancis bernama Bougzigues menemukan suatu anomali pada sampel uranium yang berasal dari tambang uranium di Oklo, Gabon. Bougzigues menemukan bahwa rasio isotop ²³⁵U dalam bijih uranium sebesar  0,7171%. Meskipun perbedaan ini cukup kecil, namun para ahli tertarik untuk meneliti lebih lanjut. Mereka terkejut ketika menemukan sampel yang memiliki kelimpahan hanya 0,621%; 0,44%; bahkan 0,292%.

sumber: US DoE

Para ilmuwan meyakinkan bahwa tidak ada bahan bakar nuklir bekas yang disimpan di area tersebut. Beberapa pihak memberikan teori-teori lain, seperti adanya benturan suatu pesawat luar angkasa atau adanya peradaban kuno yang memanfaatkan energi nuklir. Namun pada akhirnya, ilmuwan Perancis yang bernama Perrin, menemukan sisa reaktor nuklir alam kuno di Oklo. Hingga saat ini, sebanyak 17 reaktor alam telah ditemukan. Dalam penelitian lebih lanjut ditemukan beberapa produk fisi dalam jumlah melimpah di sekitar area tersebut. Produk fisi merupakan bahan-bahan radioaktif akibat reaksi pembelahan U-235 yang terjadi di reaktor nuklir.

Cadangan uranium di Oklo diperkirakan berusia dua miliar tahun dengan ketebalan 5-10 meter dan lebar 600-900 meter yang dialiri sungai purba. Berdasar jumlah produk fisi, para ilmuwan berpendapat bahwa reaktor alam ini dapat melepaskan energy 15 GWy (gigawatt years) yang berarti reaktor ini bekerja pada 100 kiloWatt selama 150 juta tahun. Reaktor Oklo tidak hanya mengkonsumsi ²³⁵U, namun reaktor ini juga menghasilkan ²³⁵U tambahan melalui proses neutron capture. Jadi reaktor Oklo termasuk reaktor tipe breeder yang dapat menghasilkan bahan bakar tambahan untuk digunakan sendiri.

Alam Oklo menyediakan kombinasi yang sesuai. Kondisi geometri dan kelimpahan ²³⁵U sangat sesuai dan mencukupi untuk terjadinya reaksi fisi. Air berperan sebagai moderator. Sementara itu, kandungan bahan-bahan yang dapat menyerap netron (racun netron) juga rendah. Faktor lain yang berpengaruh terhadap operasi reaktor alam Oklo adalah fakta bahwa uranium larut dalam air hanya jika ada oksigen. Kandungan uranium di Gabon mungkin terangkat sampai ke permukaan dikarenakan aktivitas vulkanis. Sekitar 1,7 miliar tahun yang lalu ada cukup oksigen di atmosfer untuk oksidasi uranium. Meningkatnya kandungan oksigen dalam atmosfer bumi membantu menjelaskan mengapa reaktor alam ini mulai beroperasi sekitar 2 miliar tahun yang lalu dan tidak sebelumnya, karena kelimpahan ²³⁵U 3% atau lebih sepanjang waktu sebelum reaktor mulai beroperasi.

sumber: US DoE

Para ilmuwan mennyatakan bahwa cadangan uranium di Oklo memiliki massa kritis yang menyebar. Air sebagai moderator netron meresap mengisi celah antara deposit uranium dan memperlambat laju netron sehingga memperbesar kemungkinan terjadinya reaksi fisi. Hal yang sama kembali terjadi pada netron hasil fisi. Terjadilah reaksi berantai. Reaksi ini tidak berlangsung terus menerus. Saat laju fisi meningkat, lebih banyak panas yang dihasilkan sehingga penguapan air menjadi lebih besar. Seiring berkurangnya jumlah moderator, reaktor menjadi subkritis dan oleh karena itu laju fisi menurun. Periode ini disebut periode pendinginan. Air yang tadi menguap kembali mengembun dan menyusup ke dalam batuan sehingga membuat reaktor kritis kembali. Rutinitas seperti ini berlangsung selama sekitar 1,5 juta tahun.

Reaksi berantai alami ini tidak mungkin lagi terjadi di alam pada masa sekarang, karena proporsi ²³⁵U fisile tidak lagi cukup tinggi. Hal ini dikarenakan selama selang waktu hampir dua miliar tahun itu, telah cukup umur paro yang dilewati sehingga proporsi uranium fisile pada deposit alam terlalu rendah untuk terjadinya reaksi berantai. Dewasa ini, kita harus melakukan pengayaan terhadap uranium alam.

Oklo juga memiliki penghalang geologis yang dapat mengisolasi limbah radioaktif yang dihasilkan selama rentang waktu beroperasinya reaktor alam ini. Lima ton produk fisi dan 1,5 ton plutonium bersama transuranium lainnya tetap terkurung hingga sekarang di dalam perut bumi, sekitar 500-1000 meter di bawah permukaan bumi, oleh granit, batu pasir, dan lempung yang mengelilingi area reaktor. Plutonium hanya berpindah kurang dari 10 kaki dari tempat terbentuknya dua miliar tahun yang lalu. Produk fisi non volatil juga hanya berpindah sejauh beberapa sentimeter. Ini memberikan pelajaran tentang bagaimana isotop radioaktif berpindah melalui kulit bumi, area yang penting dalam kontroversi pembuangan limbah nuklir karena ditakutkan bocoran limbah yang disimpan dapat mencemari cadangan air atau terbawa ke lingkungan. Penelitian mengenai struktur dan komposisi geologis di sekitar reaktor alam Oklo dapat membantu menentukan mineral apa, yang dapat memerangkap limbah radioaktif, mineral mana yang dapat memperlambat laju limbah, dan pada kondisi apa ini semua terjadi. Para ilmuwan berharap dengan reaktor alam Oklo sebagai contoh, dapat ditemukan pemecahan terhadap masalah di mana serta bagaimana menyimpan limbah radioaktif.