Jabarkan Produksi semasa Proyek Manhattan dari Plutonium

Semasa Perang Dunia II, pemerintah AS mencanangkan Proyek Manhattan yang ditugaskan untuk mengembangkan bom atom. Tiga tempat penelitian dan produksi utama dari proyek ini adalah fasilitas produksi plutonium di tempat yang sekarang menjadi Situs Hanford, fasilitas pengayaan uranium di Oak Ridge, Tennessee, dan laboratorium penelitian dan desain senjata yang sekarang ini dikenal sebagai Laboratorium Nasional Los Alamos.

Reaktor produksi pertama yang memproduksi plutonium-239 adalah Reaktor Grafit X-10. Ia mulai bekerja pada tahun 1943 dan dibangun di sebuah fasilitas di Oak Ridge yang kemudian menjadi Laboratorium Nasional Oak Ridge.

Pada bulan Januari 1944, para pekerja meletakkan fondasi untuk gedung pemisahan bahan kimia pertama, Pabrik T yang berlokasi di 200-West. Pabrik T dan fasilitas saudaranya di 200-West, Pabrik U, selesai pada bulan Oktober. (Pabrik U hanya digunakan untuk pelatihan selama Proyek Manhattan.) Gedung pemisahan di 200-East, Pabrik B, selesai pada Februari 1945. Fasilitas kedua yang direncanakan untuk 200-East dibatalkan. Dijuluki Queen Marys oleh para pekerja yang membangunnya, bangunan pemisah itu adalah struktur seperti ngarai yang mengagumkan dengan panjang 800 kaki, lebar 65 kaki, dan tinggi 80 kaki yang berisi empat puluh kolam proses. Interiornya memiliki kualitas yang menakutkan karena operator di balik pelindung beton setinggi tujuh kaki memanipulasi peralatan kendali jarak jauh dengan melihat melalui monitor televisi dan periskop dari galeri atas. Bahkan dengan penutup beton masif pada kolam proses, tindakan pencegahan terhadap paparan radiasi diperlukan dan memengaruhi semua aspek desain pabrik.

Pada 5 April 1944, Emilio Segrè yang berada di Los Alamos menerima sampel pertama plutonium yang dihasilkan oleh reaktor dari Oak Ridge. Dalam waktu sepuluh hari, dia menemukan bahwa plutonium yang dihasilkan itu memiliki konsentrasi isotop plutonium-240 yang lebih tinggi daripada plutonium yang dihasilkan dari siklotron. Plutonium-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi dan akan meningkatkan tingkat neutron latar sampel plutonium. Senjata plutonium jenis bedil asli, dengan nama kode "Thin Man", terpaksa dibatalkan karena peningkatan jumlah neutron spontan akan meningkatkan probabilitas terjadinya pradetonasi nuklir.

Desain senjata plutonium yang dikerjakan di Los Alamos kemudian diubah menjadi bentuk delakan yang lebih rumit, diberi nama kode "Fat Man". Dengan senjata delakan, plutonium dikompresi hingga kepadatan tinggi dengan lensa ledak—tugas yang secara teknis lebih menakutkan daripada desain jenis bedil sederhana, tetapi perlu menggunakan plutonium untuk keperluan senjata. Sebaliknya, uranium yang diperkaya dapat digunakan dengan kedua metode tersebut.

Konstruksi Reaktor B Hanford, reaktor nuklir berskala industri yang pertama untuk keperluan produksi bahan, diselesaikan pada Maret 1945. Reaktor B memroduksi bahan fisil yang digunakan untuk senjata plutonium yang digunakan semasa Perang Dunia II. B, D dan F adalah reaktor awal yang dibangun di Hanford, dan enam reaktor penghasil plutonium tambahan dibangun kemudian di lokasi tersebut.

Pada akhir Januari 1945, plutonium yang sangat murni menjalani konsentrasi lebih lanjut di gedung isolasi kimia yang telah selesai, di mana pengotor yang tersisa berhasil dihilangkan. Los Alamos menerima plutonium pertamanya dari Hanford pada tanggal 2 Februari. Meskipun masih belum jelas bahwa plutonium yang cukup dapat diproduksi untuk digunakan dalam bom pada akhir perang, Hanford beroperasi pada awal 1945. Hanya dua tahun telah berlalu sejak Kolonel Franklin Matthias pertama kali mendirikan markas sementaranya di tepi Sungai Columbia.

Menurut Kate Brown, pabrik produksi plutonium di Hanford dan Mayak di Rusia, selama empat dekade, "keduanya telah melepaskan lebih dari 200 juta curie isotop radioaktif ke lingkungan sekitarnya—dua kali jumlah yang dikeluarkan dalam bencana Chernobyl di setiap kejadian". Sebagian besar kontaminasi radioaktif ini selama bertahun-tahun merupakan bagian dari operasi normal, tetapi kecelakaan tak terduga memang terjadi dan manajemen pabrik merahasiakan hal ini, karena polusi terus berlanjut.

Pada tahun 2004, sebuah brankas ditemukan selama penggalian parit pemakaman di situs nuklir Hanford. Di dalam brankas tersebut terdapat berbagai barang, termasuk botol kaca besar berisi bubur keputihan yang kemudian diidentifikasi sebagai sampel plutonium tingkat senjata tertua yang diketahui ada. Analisis isotop yang dilakukan oleh Laboratorium Nasional Pacific Northwest menunjukkan bahwa plutonium dalam botol tersebut diproduksi di Reaktor Grafit X-10 di Oak Ridge pada tahun 1944.

Bom atom Trinity dan Fat Man

Uji bom atom pertama, diberi nama kode "Trinity" dan didetonasi pada 16 Juli 1945 dekat Alamogordo, New Mexico, menggunakan plutonium sebagai bahan fisilnya. Desain delakan "gadget", sebagaimana perangkat Trinity diberi nama kode, menggunakan lensa-lensa ledak yang digunakan untuk mengompres bola plutonium agar mencapai massa superkritis, yang secara bersamaan dihujani dengan neutron dari "Urchin", sebuah inisiator yang terbuat dari polonium dan berilium (sumber neutron: reaksi (α, n)). 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. Sekitar 20% plutonium yang digunakan dalam senjata Trinity mengalami fisi, menghasilkan ledakan dengan energi yang setara dengan kira-kira 20.000 ton TNT.

Desain identik yang digunakan pada bom atom "Fat Man" yang dijatuhkan di Nagasaki, Jepang, pada 9 Agustus 1945, menewaskan 35.000–40.000 orang dan menghancurkan 68%–80% produksi perang di Nagasaki. Hanya setelah pengumuman bom atom pertama inilah keberadaan dan nama plutonium diketahui publik oleh Laporan Smyth milik Proyek Manhattan.

Penggunaan pada Perang Dingin dan limbah

Sejumlah besar timbunan plutonium tingkat senjata diproduksi oleh Uni Soviet dan Amerika Serikat selama Perang Dingin. Reaktor-reaktor milik Amerika Serikat di Hanford dan Situs Sungai Savannah di Carolina Selatan memroduksi 103 ton plutonium, dan diperkirakan 170 ton plutonium tingkat militer diproduksi di Uni Soviet. Setiap tahun, sekitar 20 ton unsur ini masih diproduksi sebagai produk sampingan industri tenaga nuklir. Sebanyak 1000 ton plutonium masih berada dalam penyimpanan, dengan 200 ton di antaranya berada di dalam atau diekstraksi dari senjata nuklir.

SIPRI memperkirakan stok plutonium dunia pada tahun 2007 sekitar 500 ton, dibagi rata antara stok senjata dan sipil.

Kontaminasi radioaktif di Pabrik Rocky Flats terutama dihasilkan dari dua kebakaran plutonium besar pada tahun 1957 dan 1969. Konsentrasi isotop radioaktif yang jauh lebih rendah dilepaskan selama masa operasional pabrik dari tahun 1952 hingga 1992. Angin yang bertiup dari pabrik membawa kontaminasi udara ke selatan dan timur, ke daerah berpenduduk di barat laut Denver. Kontaminasi wilayah Denver oleh plutonium dari kebakaran dan sumber lainnya tidak dilaporkan secara terbuka hingga tahun 1970-an. Menurut sebuah studi tahun 1972 yang ditulis bersama oleh Edward Martell, "Di daerah yang lebih padat penduduknya di Denver, tingkat kontaminasi Pu di permukaan tanah beberapa kali lipat", dan kontaminasi plutonium "tepat di sebelah timur pabrik Rocky Flats berkisar hingga ratusan kali lipat dari uji coba nuklir". Seperti yang dicatat oleh Carl Johnson dalam Ambio, "Paparan populasi besar di wilayah Denver terhadap plutonium dan radionuklida lainnya dalam asap buangan dari pabrik berasal dari tahun 1953." Produksi senjata di pabrik Rocky Flats dihentikan setelah serangan gabungan FBI dan EPA pada tahun 1989 dan protes selama bertahun-tahun. Pabrik tersebut telah ditutup, dengan bangunannya sepenuhnya dihancurkan dari lokasi tersebut.

Di A.S., beberapa plutonium yang diekstrak dari senjata nuklir yang dibongkar dileburkan untuk membentuk gelondongan kaca plutonium oksida seberat dua ton. Kaca tersebut terbuat dari borosilikat yang dicampur dengan kadmium dan gadolinium. Gelondongan-gelodongan ini direncanakan ditutup dengan baja nirkarat dan disimpan sejauh  di bawah tanah dalam lubang bor yang akan ditimbun kembali dengan beton. A.S. berencana untuk menyimpan plutonium dengan cara ini di repositori limbah nuklir Gunung Yucca, yang berjarak sekitar  sebelah timur laut Las Vegas, Nevada.

Pada tanggal 5 Maret 2009, Menteri Energi A.S. Steven Chu mengatakan pada sidang Senat "situs Gunung Yucca tidak lagi dipandang sebagai pilihan untuk menyimpan limbah reaktor". Mulai tahun 1999, limbah nuklir yang dihasilkan militer dikubur di Pabrik Percontohan Isolasi Limbah di New Mexico.

Dalam Memorandum Presiden tertanggal 29 Januari 2010, Presiden Obama membentuk Komisi Pita Biru untuk Masa Depan Nuklir Amerika. Dalam laporan akhir mereka, Komisi tersebut menyampaikan rekomendasi untuk mengembangkan strategi komprehensif yang harus dilakukan, termasuk:

"Rekomendasi #1: Amerika Serikat harus melakukan program pengelolaan limbah nuklir terpadu yang mengarah pada pengembangan tepat waktu dari satu atau lebih fasilitas geologi dalam permanen untuk pembuangan bahan bakar bekas dan limbah nuklir tingkat tinggi secara aman".