Kebo Sentuhan Teknik Tenaga Nuklir Pada Elektronika

KEBO SENTUHAN TEKNIK TENAGA NUKLIR PADA ELEKTRONIKA Ada tiga jenis reaktor nuklir dilihat dari tujuan penggunaannya. Pertama adalah reaktor yang digunakan untuk tujuan penelitian yang lazim disebut reaktor penelitian (research reactor). Kedua adalah reaktor yang dirancang untuk menghasilkan listrik yang lazim disebut reaktor daya (power reactor) dan digunakan dalam Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN). Ketiga adalah reaktor yang dirancang berperan ganda, yaitu sebagai penghasil listrik (berperan sebagai reaktor daya) dan produksi bahan bakar fisi (membiakkan bahan bakar nuklir) yang lazim dikenal sebagai reaktor pembiak (breeder reactor). Reaktor penelitian mempunyai peran yang sangat besar dalam rangka pemanfaatan teknik nuklir di luar energi. Reaktor jenis ini hanya memanfaatkan neutron hasil reaksi fisi nuklir, sedang panas yang keluar dari reaksi nuklir itu akan dibuang. Karena memanfaatkan neutron, reaktor penelitian dirancang mempunyai fluks neutron yang cukup besar sehingga cocok sebagai sarana untuk melakukan irradiasi dengan neutron. Agar fluks neutronnya mencapai optimum, maka pada teras reaktor dikelilingi balok berlillium (Be) dan beberapa baris elemen Be sebagai pemantul neutron. Selain itu, karena panasnya tidak dimanfaatkan, maka reaktor penelitian dirancang berdaya thermal rendah, yaitu berkisar dari beberapa ratus kilo Watt (kW) hingga puluhan Mega Watt (MW). Pemanfaatan teknik nuklir di luar sektor energi dapat dilakukan dengan melibatkan reaktor penelitian maupun tanpa melibatkan reaktor penelitian secara langsung. Pemanfaatan yang melibatkan reaktor penelitian umumnya adalah dengan melakukan irradiasi neutron di dalam teras reaktor. Proses irradiasi neutron ini banyak dimanfaatkan untuk penelitian dalam bidang kedokteran, fisika, kimia, biologi, pertanian, industri, studi lingkungan, metalurgi bahan dan sebagainya. Sedang pemanfaatan teknik nuklir yang tidak melibatkan reaktor penelitian secara langsung biasanya dilakukan dengan memanfaatakan radiasi yang dipancarkan oleh radioisotop. Dengan teknik ini, irradiasi bisa dilakukan di luar teras reaktor. Sedang radioisotopnya sendiri diproduksi dengan teknik irradiasi neutron di dalam teras reaktor. Irradiasi gamma dengan radioisotop banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang. Teknologi irradiasi telah diaplikasikan dalam proses-proses kimia suatu industri. Tanpa disadari sebetulnya banyak produkproduk industri yang dipakai dalam kehidupan sehari-hari mengandung komponen yang proses pembuatannya melibatkan teknologi irradiasi. Barang-barang dari plastik untuk keperluan rumah tangga dapat dibuat melalui proses irradiasi. Produk berupa pesawat televisi maupun mobil misalnya, mengandung komponen-komponen maupun kabel yang pembungkusnya diperkuat oleh proses irradiasi.

Polimerisasi Radiasi Penggunaan teknologi irradiasi yang cukup besar adalah dalam proses kimia suatu industri. Karena membawa energi yang cukup tinggi, radiasi dapat bertindak sebagai katalis untuk merangsang terjadinya perubahan kimia suatuÆÒhan, salah satunya adalah untuk merubah bahan kimia sejenis cairan dari senyawa organik dalam golongan monomer menjadi polimer. Salah satu sifat dari monomer ini adalah apabila menerima paparan radiasi dapat berubah menjadi bahan baru yang disebut polimer, yaitu bahan padat yang sangat keras pada suhu kamar. Teknik pembuatan polimer dengan bantuan radiasi ini disebut polimerisasi radiasi. Dalam bidang industri, teknologi polimerisasi radiasi dapat dipakai untuk memproduksi plastik bermutu tinggi karena sifatnya yang sangat kuat serta tahan terhadap panas. Secara umum dapat dikatakan bahwa polimerisasi merupakan usaha untuk memadukan beberapa unsur

menjadi satu zat yang berpadu. Pemanfaatan polimer hasil irradiasi dalam industri yang paling banyak adalah untuk pembuatan bahan isolasi kabel listrik. Irradiasi menyebabkan rantai molekul panjang pada polimer bergandengan pada tempat-tempat tertentu yang prosesnya dikenal sebagai pengikatan silang (crosslinking). Energi radiasi dapat merangsang terjadinya ikatan silang antar polimer sehingga terbentuk jaringan tiga dimensi yang dapat mengubah sifat polimer. Peristiwa inilah yang sebenarnya menyebabkan bahan isolasi kabel lebih tahan terhadap panas dan listrik tegangan tinggi. Kabel tidak pernah dapat dipisahkan dari listrik. Hampir pada setiap barang elektronik dapat kita jumpai kabel di dalamnya. Secara umum, kabel yang kita kenal biasanya terdiri atas satu atau lebih logam konduktor yang dibungkus dengan bahan isolator. Kabel jenis ini sering kita temui baik untuk transmisi arus listrik maupun pengiriman pulsa listrik dalam telekomunikasi. Isolasi kabel listrik umumnya dibuat dari bahan plastik polietilen atau polivinil chlorida (PVC). Kedua polimer ini merupakan jenis linier, yaitu polimer yang melunak atau leleh apabila dipanaskan. Kelemahan bahan isolasi ini tentu tidak diinginkan untuk kabel yang digunakan pada alat atau instalasi tertentu. Logam-logam konduktor yang saat ini digunakan untuk kabel transmisi listrik masih memiliki tahanandalam, sehingga menyebabkan sebagian arus listrik yang dialirkannya berubah menjadi panas yang dikenal sebagai pemanasan Joule. Semakin tinggi temperatur, semakin tinggi pula tahanan-dalamnya, sehingga semakin banyak energi listrik yang dialirkannya berubah menjadi panas. Karena pemanasan Joule itu pula, maka kuat arus yang mengalir dalam kabel harus dibatasi. Itulah sebabnya, barangbarang elektronik tertentu, komputer misalnya, dilengkapi dengan kipas angin untuk mengeluarkan panas yang terjadi dalam sirkuit-sirkuitnya. Plastik PVC yang dibuat dari bahan polimer hasil irradiasi dapat mempertahankan kepadatannya pada temperatur yang jauh lebih tinggi dibandingkan plastik PVC biasa (hasil proses kimia). Dengan teknologi irradiasi ini, bahan isolasi kabel menjadi lebih kuat, lebih elastis, dan lebih tahan terhadap minyak serta larutan kimia lainnya. Kelebihan ini dapat dicapai tanpa menyebabkan perubahan sifat kelistrikan maupun daya isolasinya. Teknologi irradiasi juga dapat memodifikasi polietilen menjadi produk polimer yang dapat menyusut volumenya apabila diberi perlakuan panas yang sering disebut sebagai heat shrinkable tube. Produk ini banyak digunakan dalam industri listrik untuk mengisolasi sambungan-sambungan listrik. Heat shrinkable tube juga sering digunakan dalam industri telekomunikasi untuk membungkus satuan-satuan kabel seperti satuan kabel telepon, agar terlindung dari pengaruh luar, lebih awet, aman serta dapat ditanam di bawah tanah. Teknologi irradiasi sangat efisien dan ekonomis untuk pembuatan polimer bahan isolasi kabel berdiameter kecil yang banyak dipakai dalam industri elektronika yang memerlukan akurasi tinggi, seperti komputer dan pesawat telekomunikasi. Untuk beberapa jenis produk barang elektronik, penggunaan kabel bermutu tinggi ini seringkali menjadi syarat mutlak, sehingga produk yang dihasilkannya benar-benar dapat diandalkan dan berdaya saing. Lapisan permukaan sangat tipis (membran) pada baterai perak oksida yang digunakan dalam jam digital maupun kalkulator, demikian juga permukaan floppy disks dan pita rekam video tape, diproses menggunakan teknologi irradiasi. Peneliti dari Jepang telah berhasil membuat membran polimer dari selulosa yang digunakan untuk sistim akustik mikrofon atau pembesar suara. Membran berkualitas tinggi ini sedang dikembangkan nilai komersialnya untuk pembuatan sound systems dan alat musik bermutu tinggi. Dalam bidang energi, polimer elektrolit padat (solid polymer electrolyte) dapat digunakan untuk pembuatan sel fotoelektro kimia. Polimer ini dibuat dari polietilen oksida (PEO) yang dikopel dengan kalium jodida (KJ) dan jodium (J2). Penelitian dalam bidang ini masih terus dikembangkan untuk mendapatkan suatu sistim polimer elektrolit padat yang kelak dapat digunakan sebagai baterai untuk keperluan sistim pembangkit listrik bertenaga matahari (solar energy).

Pembuatan Bahan Semikonduktor Hampir semua alat maupun perkakas sedikit atau banyak bertumpu pada teknologi elektronika. Oleh sebab itu, hampir semua aspek kehidupan manusia dipengaruhi oleh penggunaan bahan semikonduktor dalam produk-produk elektronik. Penggunaan semikonduktor dalam berbagai peralatan elektronik akan meningkat seiring dengan semakin canggihnya produk elektronik. Semikonduktor diperkirakan paling banyak dipakai oleh industri komputer (57 %), peralatan komunikasi (17 %), peralatan elektronik rumah tangga (15 %) dan sisanya sekitar 11 % untuk keperluan lainnya, seperti peralatan militer, otomotif dan mesin industri. Reaktor penelitian seringkali dilengkapi dengan berbagai fasilitas, salah satunya adalah fasilitas doping untuk memproduksi bahan semikonduktor. Pembuatan bahan baru dengan struktur yang berbeda dari bahan aslinya dapat dilakukan dengan teknik irradiasi neutron. Karena penyerapan neutron itu, maka kestabilan inti atom bahan menjadi terganggu dan bahan akan berubah menjadi isotop lain dengan sifat fisika yang berbeda dari unsur aslinya. Teknik ini ternyata dapat dimanfaatkan untuk memproduksi bahan semikonduktor, terutama mengubah karakteristik silikon (Si) murni menjadi silikon yang tercangkok dengan phosphor (P) dengan kadar tertentu, sehingga berperan sebagai bahan semikonduktor yang sangat baik. Fasilitas doping dengan transmutasi neutron (neutron doping facility) pada suatu reaktor nuklir dapat digunakan untuk melakukan irradiasi neutron pada sampel semikonduktor Si yang umumnya terdapat di alam dengan nomor atom 30. Karena proses irradiasi ini maka sebagian sangat kecil inti atom 30Si akan menyerap neutron dan berubah menjadi inti atom radioaktif 31Si, selanjutnya 31Si meluruh menjadi 31P. Dengan teknik irradiasi neutron ini dapat diperoleh bahan semikonduktor Si yang tercangkok P melalui reaksi inti sebagai berikut : 30Si + 1n Æ [31Si]* —> 31P + bDalam abad moderen saat ini, semikonduktor merupakan komponen yang sangat penting dan merupakan bagian utama dari hampir semua rangkaian elektronik. Semikonduktor Si dengan dopan P ini banyak digunakan untuk pembuatan transistor, thyristor tegangan tinggi maupun CCD untuk kamera video. Komputer elektronik generasi baru dikembangkan dengan menggunakan mikroprosesor yang makin renik sehingga secara fisik tampil dengan ukuran yang lebih kecil, namun dengan kecepatan kerja yang jauh lebih tinggi. Semakin reniknya komponen elektronik juga menuntut semakin murninya bahan semikonduktor yang digunakannya. Teknologi irradiasi neutron ternyata mampu memenuhi tuntutan tersebut, bahkan merupakan metode terbaik yang ada saat ini untuk memproduksi bahan semikonduktor dengan tingkat kemurnian sangat tinggi. Perkembangan teknologi telah mengantarkan elektronika beralih dari orde mikro ke nano, yang berarti komponen elektronika kelak dapat dibuat dalam ukuran seribu kali lebih kecil dibandingkan generasi mikroelektronika sebelumnya. Proses pembuatan bahan semikonduktor dengan teknik irradiasi neutron dapat dilakukan dengan hasil yang sangat baik, sehingga mendukung ke arah terealisasinya teknologi nano elektronika di masa mendatang. Kadar dopan P dapat diatur dengan teknik pengaturan waktu irradiasi yang tepat. Komponen elektronik seperti transistor biasanya sangat peka terhadap pengotoran, misal pengotoran Si pada saat pabrikasi. Dengan teknik irradiasi neutron, kehadiran pengotor-pengotor lainnya yang tidak dikehendaki dalam produksi komponen berbahan semikonduktor dapat dihindari sejak sebelum proses irradiasi.  Mukhlis Akhadi, Ahli Peneliti Muda bidang fisika di Badan Tenaga Nuklir Nasional