Sebuah atom yang menginspirasi

 

Atom dan nuklir

Atom dan nuklir. Ketika mendengar nama ini, sebagian besar orang langsung berpikir ke bom atom atau bom nuklir. Karena memang istilah atom lebih familiar di berbagai media massa sebagai bom atom. Bahkan sebagian orang trauma mendengar istilah ini. Hal ini disebabkan oleh serangkaian peristiwa dalam sejarah yang menyebabkan ribuan orang terpapar radiasi akibat bencana atom dan nuklir baik yang disebabkan oleh ledakan bom maupun akibat kecelakaan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Namun, atom dan nuklir sebenarnya berada di sekeliling kita karena atom merupakan penyusun terkecil dari sebuah materi. Meja, kursi, lantai, dinding, dan seluruh isi rumah terdiri atas materi yang tersusun oleh atom. Komputer, flashdisk, dan semua peralatan elektronik juga tersusun atas atom. Semua benda yang ada di bumi dan alam semesta termasuk air, tanah, udara, dan planet-planet semuanya tersusun atas atom. Oleh karena itu, kita tidak perlu khawatir dan takut dengan istilah atom. Sedangkan nuklir adalah bagian dari atom atau biasa disebut dengan inti atom. Tulisan ini akan mendeskripsikan tentang atom dan komponen yang membangun atom khususnya tentang tingkatan energi yang ada di dalam atom. Melalui penjelasan itu, kita akan mengambil banyak pelajaran untuk menumbuhkan rasa optimis dan semangat dalam kehidupan kita. Karena pada prinsipnya semua materi yang hidup dan mati tersusun oleh atom.

Atom dan strukturnya

Sebelum lebih jauh mengambil hikmah dari sebuah atom, kita akan mengenal lebih dekat tentang atom dan komponen-komponen penyusun atom. Batu besar yang ditumbuk akan menghasilkan kerikil-kerikil. Kerikil yang ditumbuk akan menjadi partikel-partikel yang kecil. Jika ditumbuk lagi akan menjadi partikel-partikel yang lebih kecil. Jika terus ditumbuk akan menjadi partikel-partikel yang sangat kecil dan akhirnya menjadi partikel yang lebih kecil lagi seperti debu dengan ukuran diameter kira-kira 1 mikrometer (1 mikro = 0.000001 m). Partikel yang paling kecil tersebut jika diamati menggunakan mikroskop dengan perbesaran 1 milyar kali (1.000.000.000 kali), maka akan nampak titik-titik kecil yang saling berikatan menyusun partikel debu. Titik-titik tersebut dinamakan dengan atom dan ikatan-ikatan antar atom disebut dengan molekul. Ilustrasi dari atom dan molekul penyusun materi sebagaimana di bawah ini,

Atom merupakan istilah yang berasal dari bahasa Yunani “Atomos” yang berarti sesuatu yang tidak dapat dibagi lagi. Maksud dari “tidak dapat dibagi” lagi adalah partikel terkecil tersebut masih mempunyai sifat-sifat kimiawi yang sama dengan partikel-partikel besarnya. Misalnya, oksigen dengan massa 1 ton, 100 kg, 1 kg, 1 g, 1 mg, dan massa terkecil 1 μg (berukuran 1 titik debu) mempunyai sifat-sifat kimiawi yang sama sebagai oksigen, walaupun mempunyai perbedaan massa. Jadi 1 titik debu tersebut masih mempunyai sifat-sifat kimiawi yang sama dengan oksigen dengan massa 1 ton. Satu contoh lagi, 100 komputer yang dilengkapi dengan hardware (perangkat keras seperti monitor, dan CPU) dan software (perangkat lunak seperti microsoft windows atau mac) mempunyai sifat-sifat yang sama dengan 10 komputer atau 1 komputer yang dilengkapi dengan hardware dan software yang sama. Namun apabila 1 komputer tersebut dibongkar bagian hardware nya (baterai, hardisk, kabel-kabel, memory, dan perangkat-perangkat dalam lainnya), maka baterai, hardisk, kabel-kabel, dan memory tersebut sudah tidak mempunyai sifat yang sama dengan dengan komputer.

Contoh-contoh di atas akan digunakan untuk memahami struktur komponen penyusun atom. Meskipun atom merupakan partikel yang tidak dapat dipecah lagi, atom masih tersusun atas partikel-partikel kecil yang disebut dengan elektron, proton dan neutron. Namun dekimikian, partikel-partikel tersebut mempunyai sifat-sifat yang berbeda dengan atom itu sendiri. Inilah yang dimaksud dengan atom merupakan partikel terkecil penyusun materi. Ilustrasi partikel penyusun atom adalah sebagamana di bawah ini,

Gambar 2 memperlihatkan partikel penyusun atom yaitu, elektron, proton, dan neutron. Proton dan neutron terletak di pusat atom dan lebih umum disebut dengan inti atom. Sedangkan elektron terletak pada bagian luar atom yang mengelilingi inti atom. Partikel elektron, proton dan neutron mempunyai sifat yang berbeda satu sama lain. Elektron merupakan partikel yang sangat kecil dan bermuatan negatif dengan ukuran massa 9.10938188 × 10^-31 kg. Sedangkan proton mempunyai massa yang lebih besar dengan ukuran 1.67262158 × 10^-27 kg dan mempunyai muatan yang berlawanan dengan elektron, yaitu bermuatan positif. Yang ketiga adalah neutron, merupakan partikel yang mirip dengan proton untuk ukuran massa nya. Namun, neutron tidak bermuatan sebagaimana elektron dan proton.

 Energi level

Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa atom terdiri atas partikel elektron, proton dan neutron. Energi level dari atom dibangun oleh energi potensial elektron dan juga gaya-gaya yang melibatkan orbital dan momentum anguler. Ilustrasi dari model energi level sebagaimana di bawah ini.

Garis-garis E1, E2, E3, dst menunjukkan tingkatan energi yang semakin naik. Setiap atom mempunyai energy level yang berbeda-beda. Atom hidrogen mempunyai energi level yang berbeda dengan atom oksigen, nitrogen, ataupun atom-atom lainnya. Jadi energi level ini merupakan representasi dari atom tersebut. Dengan mengetahui energi level atom, kita akan mengetahui jenis atom di dalam sebuat materi. Misalnya, di kursi yang sedang kita duduki saat ini, kita bisa mengetahui kandungan atomnya jika kita mengetahui level energy-level energi dari atom di dalamnya.

Di dalam energi level di atas, pada kondisi biasa ruangan (suhu 27 derajat), partikel elektron selalu berada di tingkatan yang paling rendah/tingkatan dasar yang biasa disebut dengan ground state. Elektron-elektron yang ada di tingkatan dasar tersebut akan akan naik ke tingkatan 2 atau 3 atau 4, jika sebuah energi (misalnya energi panas dengan suhu lebih dari 2000 derajat celcius) diberikan ke sebuat atom. Energi yang sudah naik ke tingkatan yang lebih tinggi, hanya akan tinggal dalam beberapa mikro detik kemudian akan segera turun kembali ke tingkatan dasar dengan memancarkan foton atau cahaya yang dihasilkan dari atom. Setiap atom akan memancarkan cahaya yang berbeda warna karena setiap atom mempunyai tingkatan energi yang berbeda-beda. Misalnya, garam (NaCl) yang dipanasi dengan lilin akan menghasilkan cahaya kuning yang sangat terang karena atom natrium (Na) akan memberikan warna kuning jika elektron di dalamnya kembali dari tingkatan energy yang lebih tinggi ke tingkatan energi dasar. Begitu juga dengan air (H₂O) akan menghasilkan cahaya merah jika dipanasi oleh panas dengan suhu sekitar 6000 derajat celcius karena atom hydrogen (H) akan menghasilkan warna merah. Sedangkan benda yang mengandung atom cupper (Cu) akan menghasilkan warna hijau jika dipanasi dengan dengan suhu sekitar 6000 derajat celcius. Jadi energy level atom tersebut merupakan salah satu dari karakteristik-karakteristik atom yang bisa digunakan untuk mengidentifikasi jenis atom dalam sebuah benda.

Perlu disampaikan juga bahwa semakin banyak elektron yang naik dari tingkatan dasar ke tingkatan yang lebih tinggi, maka akan semakin besar dan kuat cahaya yang dipancarkan oleh atom ketika kembali dari tingkatan energi tinggi ke tingakatan energi dasar.

Fenomena energi level dalam atom ini memberikan banyak pelajaran yang bisa digunakan dalam menapaki kehidupan. Beberapa pelajaran yang bisa diambil diantaranya adalah,

1. Setiap individu mempunyai karakteristik dan sifat yang khusus dan unik

Sebagaimana dijelaskan di atas bahwa setiap atom mempunyai energi level yang berbeda antar satu dengan yang lainnya dan tidak ada satu atom pun yang sama persis energi levelnya. Fenomena ini mengingatkan kepada kita bahwa tidak manusia yang mempunyai sama persis karakter dan sifat antar satu dengan yang lainnya. Setiap manusia yang dilahirkan memang akan mewarisi sebagian karakter dari orang tuanya. Namun, sifat tersebut tidak ada yang sama persis dengan para pendahulunya. Begitu juga dengan anak kembar yang lahir, mereka tidak akan mempunyai sifat dan karakter yang sama persis secara keseluruhan. Tidak hanya sifat-sifat hereditas saja yang terkadang mempunyai perbedaan, bakat dan juga kecapakan juga terkadang sangat berbeda walaupun masih dalam satu keluarga. Oleh karena itu, dengan memahami kondisi seperti ini, sudah sepatutnya bagi setiap orang tua ataupun para pendidik serta orang-orang yang terlibat dalam memahami karakter manusia, untuk tidak menyamakan dalam memberikan treatment atau solusi antar satu dengan yang lainnya. Karena terkadang masih sering dijumpai para orang tua yang memaksakan keinginan kepada anaknya dalam hal cita-cita atau angan-angan ke depannya agar sesuai dengan permintaan orang tuanya.

Selain memberikan pelajaran dalam perbedaan karakter atau sifat manusia, fenomena energi level atom ini juga memberitahukan kepada kita bahwa setiap manusia mempunyai sifat-sifat yang unik yang bisa menjadikannya sukses apabila benar-benar mampu memahami dan mengenali potensi yang dimilikinya. Sebagaimana dalam fenomena energi level di atas, setiap atom mempunyai energi tingkatan yang berbeda antar satu dengan yang lain. Begitu pula manusia juga mempunyai kemampuan yang sangat berbeda dan unik antar satu dengan yang lain. Jika kemampuan dan potensi itu mampu dikenali sejak dini, maka kemungkinan seseorang untuk sukses dalam berkarya akan semakin besar. Oleh karena itu, alangkah lebih baiknya bagi kita untuk memulai memahami potensi, bakat dan kemampuan yang kita miliki untuk bisa berkarya yang lebih optimal dan maksimal. Setelah itu, kita mencoba untuk memahami karakter setiap manusia agar bisa menjalin komunikasi dan persahabatan dengan baik tanpa merendahkan potensi dan kemampuan seseorang.

2. Tingkatan-tingkatan kualitas dalam kehidupan

Fenomena energi level dalam atom juga memberikan pengetahuan kepada kita bahwa dalam kehidupan ini sebenarnya banyak terdapat tingkatan-tingkatan yang didasarkan pada kualitas seseorang. Sejak kecil bangku pendidikan kita sudah mengenalkan kepada kita tingkatan-tingkatan kelas. Kualitas pelajaran yang diterima di bangku kelas 1 dan 2 sampai 6 di sekolah dasar memiliki tingkatan kualitas yang berbeda. Begitu juga kualitas pelajaran untuk sekolah dasar dan sekolah menengah juga berbeda. Di ranah pekerjaan juga terlihat jelas perbedaan tingkatan-tingkatan kualitas pekerjaan yang disertai dengan perbedaan tingkat gaji. Oleh karena itu, fenomena energi level dalam atom tersebut sebenarnya merupakan hal yang bersifat alamiah dalam kehidupan kita.

3. Kesuksesan bisa diperoleh dengan usaha yang besar.

Dijelaskan dalam energi level atom bahwa semakin ke atas, maka tingkatan energi juga akan semakin besar. Tingkatan energi level atom ini bisa diibaratkan seperti gedung bertingkat yang terdiri atas beberapa lantai. Semakin tinggi lantai sebuah gedung, maka energi yang dibutuhkan akan semakin besar karena ketinggian gedung ini dipengaruhi oleh energi potensial atau energi yang disebabkan oleh ketinggian. Oleh karena itu, jika kita ingin naik ke lantai yang lebih tinggi, maka dibutuhkan energi yang lebih besar. Makanya, kita akan semakin capek dengan mengeluarkan banyak tenaga apabila kita naik ke lantai yang lebih tinggi dengan menggunakan tangga. Ketika kita naik ke lantai yang lebih atas dengan menggunakan tangga, maka energi atau usaha yang kita butuhkan semakin besar. Energi level atom ini bisa menjadi pelajaran bagi kita ketika ingin sukses dalam kehidupan ini. Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, semakin tinggi kualitas seseorang, maka akan semakin besar energi yang harus dikeluarkan untuk meraihnya. Begitu juga dengan kesuksesan baik kesuksesan dalam karir maupun kesuksesan dalam hidup, ini sangat berkaitan dengan erat dengan kualitas seseorang yang semakin baik. Untuk menjadi tenaga ahli di sebuah perusahaan atau institusi permerintah, seseorang harus mengeluarkan tenaga, pikiran, dan financial dengan menapaki semua jenjang pendidikan yang sebidang dan mengeluarkan semua ketrampilan yang sesuai dengan bidang professional yang akan dikejar. Untuk menjadi seorang pendidik yang ahli, maka tenaga, pikiran, dan hal-hal yang menunjang harus dikeluarkan secara maksimal demi merealisasikannya. Oleh karena itu, kesuksesan tanpa ada sebuah energi atau tenaga adalah hal yang mustahil karena secara alamiah kesusksesan membutuhkan pengorbanan energi sebagaimana diperlihatkan dalam tingkatan energi atom.

4. Ketika sudah berada dipuncak tidak melupakan di bawah dan banyak memberikan kontribusi.

Atom mempunyai karakteristik yang sangat menarik. Sebagaimana telah dijelaskan di atas, ketika atom diberi cukup energi, maka elektron yang ada di dalam atom akan naik dari tingkatan dasar ke tingkatan di atasnya. Elektron hanya tinggal beberapa mikro detik (0.000001 detik) di tingkatan energi atas untuk kemudian turun kembali ke tingkatan energi dasar dengan memancarkan foton atau cahaya dengan energi pancar yang sama dengan jarak antara energi tingkatan dasar dengan energi tingkatan atasnya. Fenomena ini mengajarkan kepada kita bahwa secara alamiah, ketika seseorang sudah mencapai puncak kesuksesan yakni berada di tingkatan atas, maka sudah sepatutnya tidak terlena dengan nikmat sukses yang dialaminya. Namun, seseorang sudah sepatutnya memperhatikan golongan yang ada di bawahnya dengan memberikan banyak kontribusi yang bermanfaat kepada bawahnya. Hal ini selaras dengan fitrah manusia sebagai makhluk sosial yang saling membantu jika saudara kita mengalami berbagai persoalan.

5. Kebersamaan akan membawa efek yang lebih besar dalam kemanfaatan dan kebaikan.

Di dalam atom, elektron akan terpopulasi (bersama-bersama menempati) di energi level atom tingkatan dasar. Apabila diberi energi tertentu, maka elektron bersama-sama akan naik ke tingkatan energi di atasnya dan kemudian turun kembali dengan memancarkan energi yang sebanding dengan banyaknya elektron yang turun ke tingkatan energi dasar. Jadi semakin banyak elektron yang naik ke tingkatan energi yang lebih tinggi, maka akan semakin kuat cahaya yang dipancarkan oleh atom. Fenomena ini menyampaikan informasi kepada kita bahwa kebersamaan akan membuahkan hasil dan kemanfaatan yang lebih besar.

Inilah beberapa pelajaran yang bisa kita ambil dari fenomena ilmiah dalam atom. Masih banyak pelajaran yang bisa diambil dari fenomena-fenomena dalam sains yang bisa kita gunakan dalam kehidupan.

Muhammad Faiq Alhaitami

 Senin, 27 Pebruari 2012 M atau 5 Robiul Akhir 1433 H, pukul 21.44 JST (waktu Jepang) atau 19.44 WIB, Allah memberikan karunia yang agung kepada kami seorang anak. Putra pertama lahir dengan selamat, lancar dan normal di Fukui Kenritsu Byoin (Rumah Sakit Prefektur Fukui Jepang). Laki-laki dengan berat badan 2770 gram dan tinggi 46 cm melengkapi kebahagiaan keluarga kami setelah penantian lebih kurang 15 bulan pasca pernikahan. Sesaat setelah dilahirkan, dengan mengikuti sunnah Rosulullah saw, kami mengumandangkan adzan di telinga kanan akachan dan diakhiri dengan iqomat di telinga kiri. Sembari dipeluk oleh ibunda, bacaan ayat-ayat suci Al-Quran terus dikumandangkan di telinga akachan.

Rosulullah saw berpesan kepada setiap orang tua untuk memberikan nama terbaik kepada anaknya. Hal ini dikarenakan seseorang akan mempunyai keterkaitan yang sangat erat dengan namanya. Rasulullah saw bersabda

أَسلَمُ سَالَمَهَا اللَّهُ وَ غِفَارُ غَفَرَ اللّهُ لَهَا وَعُصَيَّةُ عَصَتِ اللَّهَ وَ رَسُولَهُ

“Aslam (nama orang -ed) semoga Allah mendamaikan hidupnya, Ghifaar (nama orang -ed), semoga Allah mengampuninya dan ‘Ushayyah (nama orang -ed) telah durhaka terhadap Allah dan Rasul-Nya.” (HR. Bukhari dan Muslim)

Demikian juga sabda Rasulullah shallallahu ‘alaihi wa sallam ketika beliau melihat Sahl bin Amr datang pada hari perjanjian Hudaibiyah,

سَهلَ أمْرَكُمْ

“Urusan kalian menjadi sahl (mudah).” HR. Bukhari

Untuk menyempurnakan kebahagiaan dengan mengikuti sunnah Rosulullah saw tersebut, kami menganugerahkan nama terbaik untuk putra kami,

 Muhammad Faiq Alhaitami

Bukan tanpa alasan kami memberi nama tersebut. Tiga kata yang menginspirasi untuk menjadi serangkaian nama putra kami yakni, Muhammad, faiq, dan alhaitami.

Muhammad

Muhammad adalah nama seorang nabi dan rosul. Beliu pemimpin sekaligus penutup nabi dan rosul. Hanya beliau nabi dan rosul yang memiliki umat terbanyak dikarenakan nabi dan rosul selain beliau hanya diutus untuk kaum tertentu. Beliau manusia terbaik ciptaan Allah swt. Akhlaknya adalah Al-Quran. Beliau adalah suri tauladan dalam beriman dan berislam. Mencintai beliau adalah bagian dari keimanan. Mengikuti beliau adalah bagian dari perintah Allah. Nabiyullah Adam as pasca diciptakan diperintahkan oleh Allah untuk bersaksi atas nama Allah sebagai ilah dan Muhammad sebagai utusan. Terinspirasi atas semua yang ada pada diri beliau dan dalam rangka mengikuti sunnah Rosulullah saw, kami menganugerahkan nama Muhammad sebagai pembuka nama putra pertama. Rosulullah saw berpesan dalam sebuah hadits shahih dari al-Mughirah bin Syu’bah radhiallahu ‘anhu dari nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam, beliau bersabda, “Mereka dahulu suka memakai nama para nabi dan orang-orang shalih yang hidup sebelum mereka.” (HR. Muslim no. 2135)

Semoga dengan nama Muhammad, putra pertama kami akan termotivasi untuk meniru, mencontoh, dan selalu ittiba^`kepada Muhammad Rosulullah saw.

 Faiq

Kalimah arab sebagai isim fail dari lafaz faaqa, mempunyai makna mumtaz, excellent, superior to all others, going far beyond ordinary limits, tertinggi, paling unggul, dan berkualitas. Diharapkan dengan nama tersebut, putra pertama kami akan senantiasa berikhtiar optimal untuk menjadi orang yang paling berkualitas dalam mendalami ayat-ayat kauliyah dan kauniyah Allah swt dan mengamalkan dengan bersungguh-sungguh ilmu yang telah diperolehnya untuk menjadi orang yang bermanfaat, khoirunnas anfa^{`</sup>uhum linnas tanpa melalaikan dirinya sebagaimana sabda Rosulullah saw, matsalul <sup>`}alimilladzhi yuallimunnasa al khoiro wayansa nafsah, kamatsalissiroja yudhiu linnasi wayuhriku nafsah.

Alhaitami

Terinspirasi oleh nama orang besar yang dimiliki oleh umat Islam di tahun 965-1040 M, yakni Abu Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham, dikenal dengan nama Ibn al-Haytham dan nama latin Alhazen. Beliau adalah seorang ilmuwan muslim yang memiliki kemampuan luar biasa dengan menguasai segala bidang keilmuan. Beliau telah memberikan kontribusi signifikan kepada dunia Islam dan dunia ilmu pengetahuan khususnya bidang optik, fisika, astronomi, matematika, ophthalmology, filosofi, dan juga metode penelitian. Beliau adalah orang pertama yang mendeskripsikan prinsip kerja mata (bagaimana mata bisa melihat) yang diderivasikan menjadi teknologi kamera saat ini. Beliau juga memberikan kontribusi besar sebagai orang pertama yang mengusulkan metode saintifik eksperimen untuk mengkonfirmasi teori yang telah ditemukannya. Pada saat sebelum beliau, fisika hanya bersifat filsafat tanpa eksperimen. Beliau dikenal sebagai Ptolemy kedua karena kemampuannya menguasai berbagai cabang keilmuan penting. Terinspirasi dari nama beliau, kami menganugerahkan nama Alhaitami sebagai bagian dari nama putra kami.

Semoga dengan nama Muhammad Faiq Alhaitami, ananda akan menjadi putra yang sholeh, berbakti kepada Allah, orang tua, dan bermanfaat untuk diri, keluarga, masyarakat, dan ummat. Amin ya robbal alamin.

Fukui, 1 Maret 2012 M/8 Robiul Akhir 1433 H

Ali Khumaeni-Khusnul Aini

Can LIBS Help Japan with its Nuclear Crisis?

 

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is an emerging analytical technique that offers advantages over established techniques for certain types of analysis. It can analyze materials without any sample preparation, and because it consumes only a tiny amount of material, it is considered virtually nondestructive. LIBS also is very fast, and can be used for remote analysis of up to 10–100 m for many applications.

The versatility of LIBS is currently being explored, and the technique has been used in many different applications, such as forensics, manufacturing process control, and even space exploration. One developing application area for LIBS is the characterization of nuclear material. LIBS is already being used at nuclear energy sites in the United Kingdom. So could LIBS help Japan with its current nuclear crisis? To find out, we spoke to Andy Whitehouse, managing director of Applied Photonics Ltd (Skipton, North Yorkshire, UK).

Spectroscopy: Could LIBS be useful to detect contamination from the recent nuclear accident at the Fukushima Daiichi power plant in Japan?

Whitehouse: I believe so. As a material characterization technique, LIBS is not in direct competition with conventional nuclear measurement techniques such as gamma-ray spectroscopy for most cases (such as for the detection of specific radionuclides like cesium-137), but LIBS could offer unique capabilities in certain areas where conventional techniques are unsuitable or are otherwise unable to provide useful information.

One such application scenario would be the remote and in-situ detection of uranium or mixed oxide (MOX) fuel, damaged or otherwise, located in hard-to-reach places such as inside the reactor pressure vessel, or submerged in water or sludge. Gamma spectroscopy would struggle to do this for a number of reasons, the prime reason being that gamma spectroscopy cannot easily detect uranium or plutonium because of the low gamma yield of these materials, especially in an environment that has a high gamma field as a result of the presence of fission products, such as cesium-137, either within the uranium or plutonium fuel or dispersed in the form of contamination. LIBS is essentially immune to the effects of ionizing radiation (gamma, neutron, etc.), so LIBS can, and has been, deployed in environments of extreme levels of radiation such as within a high-level waste vitrification plant.

Spectroscopy: Could a standard LIBS instrument be used in such an environment?

Whitehouse: Yes, but in my opinion it would be the fiber-optic probe version of our LIBS technology that would have the most potential at Fukushima since it is able to operate in limited-access and high radiation areas and can also be used to identify materials submerged in water or sludge. The use of seawater to cool the overheating nuclear fuel at Fukushima, both within the reactor pressure vessel and the spent-fuel storage pond, will, I understand, result in the formation and accumulation of a sludge-like material as the seawater evaporates. This will make future inspection of the damaged reactor components and fuel considerably more difficult. Should there be a need to pinpoint the location of the melted nuclear fuel within the damaged structure, then our submersible LIBS probe could provide a unique solution.

Spectroscopy: Has LIBS ever been used before at a nuclear accident site?

Whitehouse: About 12 years ago, a team of scientists and engineers from Chernobyl visited us to learn more about our fiber-optic LIBS probe with a view to using it at Chernobyl to identify the location of fragments of melted nuclear fuel (primarily uranium). At the time, that was important to them because removal of the fuel from the wreckage of the reactor would significantly reduce the overall radioactivity content of the damaged structure, because most of the radioactivity is tied up in the fuel. In the end, however, a decision was made to leave the fuel inside the damaged structure. I believe, however, that the latest plans are to go back and remove the fuel before replacing the temporary confinement structure that was built over the damaged reactor to prevent the spread of radioactive contamination into the environment, because the confinement structure is now in an unsafe condition. Of course, the LIBS technology, whether standoff or fiber optic, has improved considerably over the intervening 12 years.

Spectroscopy: Can standoff LIBS be used to identify nuclear residues at a distance? If so, at what standoff distance can this be done?

Whitehouse: We have designed and built standoff LIBS instruments with a range capability in excess of 100 m for the defense market. We have used a transportable standoff LIBS instrument with 20-m range capability at the Sellafield nuclear site in Cumbria, UK, where it was used to characterize radioactive materials within a hot cell by directing the laser beam through a lead-glass shield window. I believe we were the first to deploy a LIBS instrument in this way.

Spectroscopy: Would LIBS on a robot be useful in such a scenario?

Whitehouse:For some applications, the deployment of our fiber-optic LIBS probe requires some form of remote manipulator or robotic device in order to position the probe where required. In the UK nuclear industry, we have used so-called master-slave manipulators to deploy a LIBS probe within a process cell at the Sellafield high-level waste vitrification plant. In other applications, all that is necessary is a simple rod or pole which may be used by hand to position the LIBS probe where required — for example within a storage pond.

Spectroscopy: Would LIBS be useful for detecting nuclear contamination in matrices such as soil, water used at a nuclear plant, seawater, plants, fish?

Whitehouse: The application scenarios you have listed would best be served by conventional nuclear measurement techniques (gamma spectroscopy, alpha spectroscopy, neutron detection techniques) because these techniques are orders of magnitude more sensitive than LIBS and so would be appropriate for detecting low and medium levels of radioactivity in the environment. LIBS would be better suited to applications where radiation levels are very high or where physical access is limited.

Spectroscopy: For most elements, LIBS cannot distinguish between stable and radioactive isotopes of the same material; rather, it can detect the presence of an element associated with nuclear radiation, such as plutonium. How does that affect how you would apply LIBS to analyzing radioactive contamination?

Whitehouse: To be correct, LIBS can in principle detect specific isotopes assuming a suitably high-resolution optical spectrograph is used, although this would perhaps not be its most useful feature in the given application since there are many other techniques which offer higher sensitivity. LIBS has been used to distinguish different isotopes of various elements, including uranium (235 and 238), plutonium (239 and 241) and isotopes of certain lighter elements such as lithium. To the best of my knowledge, LIBS has not been used to detect cesium-137 — a common and abundant fission product in irradiated nuclear fuel — most probably because the specific activity of cesium-137 is so high that only a vanishingly small quantity of this radionuclide would be needed to be radiologically significant (i.e., potentially harmful) and LIBS would not be able to detect such vanishingly small quantities of material. In general, radiologically significant quantities of radionuclides of relatively high specific activity (such as cesium-137, strontium-90, and iodine-129) are best monitored and detected using conventional nuclear measurement techniques. On the other hand, radiologically significant quantities of radionuclides of relatively low specific activity (such as uranium-235, uranium -238, plutonium-239, plutonium-241, and technetium-99) may be amenable to monitoring and detection by LIBS. In particular, their presence could be confirmed by LIBS in cases where conventional nuclear measurement techniques are not appropriate or practical, such as in material submerged in water or sludge, in limited-access environments, or in high gamma field environments, as mentioned earlier.

Spectroscopy: Can LIBS provide quantitative analysis of radioactive elements?

Whitehouse: For the given application, my view is that LIBS is best suited to detecting the presence of a specific material, such as uranium fuel fragments submerged in seawater sludge, rather than measuring the quantity of the material present — the latter being totally impractical for the type of scenarios I envisage at the Fukushima plant.

Spectroscopy: Could LIBS be useful for a possible nuclear crisis at a site where they use nuclear power plants of a type different from those used at Fukushima?

Whitehouse: Possibly, but I believe that LIBS has significantly more potential in certain areas of nuclear decommissioning where huge quantities of radioactive waste of largely unknown inventory exists, such as at redundant nuclear processing facilities (both military and civilian), redundant spent-fuel storage ponds, and temporary radioactive waste storage facilities.

One only has to make a cursory review of the open literature on some of the redundant facilities in the UK (such as Sellafield) and the USA (such as the Hanford site) to understand the magnitude of the problem of characterizing the huge quantities of miscellaneous radioactive waste that are currently stored under less-than-ideal conditions. The Fukushima plant may now be regarded as a nuclear decommissioning site since it seems highly unlikely that it will operate again and the mess will have to be cleaned up sooner rather than later.

Spectroscopy: Can you tell us more about how LIBS is now being used in the UK’s nuclear energy industry?

Whitehouse: My company has used LIBS in the UK nuclear industry for a variety of applications within operational plants. Examples include the identification of advanced gas-cooled reactor (AGR) superheater tubes manufactured from a rogue batch of stainless steel, determining the chromium content of economizer tubes in an AGR steam generator as part of an erosion-corrosion inspection, and remote characterization of high-level radioactive waste at a nuclear reprocessing plant.

For more than 10 years, we have been promoting LIBS technology for nuclear decommissioning applications, but despite our best efforts we have not yet undertaken a real-world application. During the last year, we have received an increased level of interest from this sector, but we have come to accept that things move very slowly in nuclear decommissioning, especially where uptake of new technology is concerned. We have not given up hope though!

 

Sesuatu yang telah diberikan, kita pikir itu MILIK kita sesuatu yang telah didapatkah, kita pikir itu MILIK kita sesuatu yang diperoleh, kita pikir itu adalah MILIK kita semua MILIK kita, PUNYA kita dan menjadi HAK kita

Tanpa kita sadari begitu kita terpisah darinya begitu sakit rasanya… begitu dalam penderitaannya… begitu besar kehilangannya begitu dalam jurang kesedihannya….

Ia datang tanpa diundang…

Ia pun pergi tanpa berbekas…

Ia yang datang dan pergi semua bukan milik kita dan tidak perlu kita menderita karena melekatinya

 

Selagi bersama, bahagialah

Selagi memiliki, hargailah

Selagi ada, rasakanlah

Sewaktu berpisah, kenanglah

Sewaktu pergi, relakanlah

Sewaktu kehilangan, lepaskanlah.

Saat jodoh telah berakhir, relakanlah, lepaskanlah…

Setiap orang terlahir di dunia ini dengan tangan kosong.

Ketika perannya berakhir,

Sampai di sanalah skenario kehidupannya.

Semoga bermanfaat Tips dan Trik diatas sebagai salah satu syarat, ciri-ciri Ikhlas, Ketulusan, petunjuk perbuatan tanpa pamrih, kekusyu’kan ibadah yg sebenarnya, serta menjadi tolak ukur parameter berserah diri.

Meneropong Atom Dalam Material Dengan Menggunakan Laser Spektroskopi

 

1. Problematika

Setiap hari kita mengkonsumsi nasi sebagai makanan pokok. Namun, selama ini kita tidak mengetahui apakah beras yang dikonsumsi mengandung unsur logam berat seperti cadmium (Cd) atau chrome (Cr) dikarenakan adanya polusi tanah atau polusi air oleh logam berat. Perlu diketahui, jika kita mengkonsumsi beras yang mengandung Cd melebihi batas normal, tubuh kita akan terkena penyakit ginjal dan penyakit-penyakit organ tubuh lainnya. Menurut The Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization Expert Committee on Food Additives (JECFA), ambang batas kandungan Cd yang diperkenankan untuk dikonsumsi tubuh manusia setiap sepekan tidak boleh melebihi 7μg/kg.

Pada tahun 2004, Indonesia dikagetkan dengan dugaan munculnya penyakit minamata yang diderita sebagian warga desa Buyat Minahasa Sulawesi Utara. Penyakit ini disebabkan oleh pencemaran air oleh logam berat merkuri (Hg) yang dihasilkan dari penambangan emas. Kadar merkuri dalam darah yang melebihi batas normal, 8 mikrogram perliter, dapat menimbulkan efek membahayakan bagi kesehatan manusia terutama gangguan sistem syaraf, iritasi kulit dan disfungsi ginjal. Mungkinkah di sekitar kita juga tercemari oleh logam-logam berat seperti di atas? Bagaimana caranya mengetahui kandungan unsur dalam material seperti beras, air, dan material-material lainnya? Salah satu ilmu yang dapat digunakan untuk meneropong unsur dalam material adalah ilmu spektroskopi. Ayo kita belajar bersama ilmu ini.

2. Semua benda di alam semesta tersusun oleh atom

Sebelum kita belajar spektroskopi atom, kita akan sedikit mengulas pengetahuan tentang atom. Atom merupakan penyusun terkecil dari materi. Batu besar yang ditumbuk akan menghasilkan kerikil-kerikil. Kerikil yang ditumbuk akan menjadi partikel-partikel yang kecil. Jika ditumbuk lagi akan menjadi partikel-partikel yang lebih lembut. Jika terus ditumbuk akan menjadi partikel-partikel yang sangat kecil dan akhirnya menjadi partikel yang lebih kecil lagi dan tidak bisa dipecah lagi yang disebut dengan atom. Atom terdiri atas proton dan neutron yang ada di inti atom dan elektron yang mengelilingi inti atom. Ilmuwan Denmark, Niels Bohr, menawarkan dua aturan baru tentang elektron di dalam atom, yaitu a) elektron bisa mengorbit hanya pada jarak tertentu dari inti atom, dan b) atom memancarkan energi jika turun dari orbit energi yang lebih tinggi ke orbit energi yang lebih rendah. Atom mempunyai tingkatan-tingkatan energi yang berbeda antara atom satu dengan yang lain. Misalnya, atom hidrogen (H) mempunyai tingkatan energi yang berbeda dengan karbon (C). Ilustrasi dari tingkat energi atom H ditunjukkan di gambar 1 (sebelah kiri). N=1 biasa disebut dengan level energi dasar (ground state) dan N=2, N=3, dst disebut dengan level energi eksitasi (excited state). Elektron akan berkumpul di ground state jika tidak ada gangguan dari luar. Jika atom H diberikan energi tertentu dari luar, maka elektron dari N=2 akan naik (tereksitasi) ke level N=3 dan akan turun kembali ke level N=2 dengan memancarkan energi yang mempunyai panjang gelombang 656 nm. Apabila energi dari luar tersebut cukup besar, maka ada kemungkinan akan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi misalnya ke N=2, N=3 dst dan kemudian akan kembali lagi ke level energi N=2 dengan memancarkan energi yang mempunyai panjang gelombang sebagaimana di gambar 1.

3. Spektroskopi emisi atom

Spektroskopi merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang spektrum yang dihasilkan oleh sebuah materi. Ilmu ini telah berkembang sejak abad ke-17. Cahaya putih (polikromatik) yang terdispersi menjadi spektrum warna (monokromatik) ketika dilewatkan sebuah prisma menjadi dasar dari cikal bakal lahirnya ilmu spektroskopi. Untuk menguji kebenaran bahwa cahaya putih benar-benar terdispersi, silahkan melakukan percobaan dengan menggunakan prisma. Kalau tidak mempunyai prisma bagaimana? karena harga prisma quartz saat ini cukup mahal. Jangan khawatir, kita coba menggunakan akuarium plastik yang bening dan berbentuk kotak. Akuarium tersebut diisi air sampai 1/2 bagian atau penuh. Salah satu sudut akuarium bisa berfungsi sebagai prisma. Coba lihat gambar 2 di bawah ini.

Sekarang kita akan mempelajari spektroskopi emisi atom. Spektroskopi emisi atom merupakan spektroskopi yang didasarkan pada cahaya yang dipancarkan ketika elektron turun dari level energi tinggi ke energi yang lebih rendah. Sebagaimana telah dijelaskan di atas bahwa jika ada energi dari luar yang mengganggu atom, misalnya energi termal dari flame, arc atau spark yang dihasilkan tegangan tinggi, dan laser pulsa berdaya tinggi, maka elektron dalam atom akan naik dari ground state ke level energi eksitasi dikarenakan absorbsi dari energi yang mengganggu. Elektron kemudian turun kembali ke level ground state dengan memancarkan cahaya atau ilmuwan menyebutnya dengan foton. Nah, cahaya yang dipancarkan oleh atom tersebut mempunyai karakteristik khusus sesuai dengan atomnya. Misalnya, atom hidrogen (H) akan menghasilkan panjang gelombang 656, 486, 434 nm dll sebagaimana di perlihatkan di gambar 1.

4.��� Spektroskopi emisi atom dengan menggunakan laser daya tinggi

Sekarang kita sudah memahami prinsip kerja dari spektroskopi emisi atom. Sebagaimana disebutkan dibagian 3, elektron bisa naik ke level energi yang lebih tinggi dan kemudian menghasilkan foton jika kita memberi energi dari luar. Salah satu energi yang bisa digunakan untuk mengeksitasi atom adalah dengan menembakkan laser pulsa berdaya tinggi (energi ~ 20 mJ) ke permukaan material sebagaimana diperlihatkan di gambar 3.

Jika sebuah laser pulsa (CO₂ laser) ditembakkan ke permukaan sebuah material, maka permukaan material akan terablasi dan atom serta molekul keluar dengan menghasilkan sebuah cahaya plasma sebagaimana diperlihatkan di gambar 3. Cahaya plasma tersebut mempunyai temperatur yang sangat tinggi sekitar 10,000 K. Karena temperatur yang tinggi, atom yang ada di dalam plasma tersebut tereksitasi. Dengan menggunakan fiber optik (digunakan untuk mengirimkan cahaya ke spektrometer) dan spektrometer (digunakan untuk mendispersi cahaya seperti cara kerja prisma) akan diperoleh spektrum hubungan panjang gelombang dan intensitas sebagaimana di gambar 3. Panjang gelombang ini merupakan atom-atom yang teridentifikasi dari material yang ditembak. Dengan menggunakan teknik ini kita bisa mengetahui atom yang terkandung dalam material dalam waktu yang sangat cepat kurang dari 1 menit. Dengan karakteristik khusus yang dimiliki oleh atom, yaitu setiap atom mempunyai panjang gelombang yang berbeda satu sama lain, kita akan bisa mengetahui kandungan semua atom dalam semua material baik itu gas, padat, serbuk, dan cair.

Jabir ibn Hayyan

Beliau mempunyai nama lengkap Abu Musa Jabir ibn Hayyan. Di daratan Eropa dan barat, beliau lebih dikenal dengan nama Geber. Jabir ibn Hayyan dilahirkan di Tus, Iran pada tahun 721 M dan meninggal di Kufah, Iraq tahun 815 M. Beberapa guru yang telah mendidik beliau diantaranya adalah Imam Ja`far Sadiq dan Khalifah Khalid ibn Yazid Bani Umayyah. Beliau masyhur dalam sejarah Islam dan barat sebagai �bapak kimia� dan ahli praktik medis dan ilmu kedokteran.

Peran terbesar Jabir ibn Hayyan di bidang kimia adalah dengan memperkenalkan sebuah metode baru �pendekatan ekperimen� dan laboratorium sebagai tempat eksperimen. Melalui metode ini, beliau telah mengubah �ilmu kimia klasik� menjadi ilmu kimia modern. Terkait dengan peran penting eksperimen, ibn Hayyan berkata �hal pertama yang paling penting dalam kimia adalah anda harus melakukan kerja praktik dan eksperimen. Seorang ilmuwan yang tidak melakukan kerja praktik atau eksperimen, maka dia tidak akan pernah mencapai puncak profesionalitas dalam bidangnya. Wahai anakku, lakukan eksperimen sehingga kamu akan menyerap dan menguasai ilmu pengetahuan secara sempurna. Seorang ilmuwan mencapai titik kesenangan dan kepuasan bukan karena melimpahnya kekayaan yang dimiliki, namun ilmuwan mencapai puncak kebahagiaannya karena cerdas dalam metode eksperimennya.�

Jabir ibn Hayyan telah mencurahkan usahanya untuk mengembangkan metode-metode dasar dalam ilmu kimia dan mempelajari berbagai mekanisme reaksi kimia. Dengan usahanya tersebut, beliau telah memberi sumbangan besar terhadap evolusi ilmu kimia menjadi ilmu kimia modern. Jabir juga menekankan bahwa kuantitas berbagai jenis bahan tertentu terlibat dalam suatu reaksi kimia. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa beliau telah membuka jalan dalam meletakkan dasar hukum konstanta keseimbangan.

Beberapa prestasi besar di bidang kimia yang dilahirkan oleh Jabir ibn Hayyan adalah penemuan mineral dan berbagai senyawa-senyawa asam. Selain itu, beliau juga telah mengembangkan aplikasi proses kimia, yang kemudian menjadi pionir di bidang aplikasi sains. Hasil pengembangan aplikasi proses kimia diantaranya adalah preparasi beberapa metal, pengembangan baja, penggunaan manganese dioksida dalam pembuatan gelas, pencegahan karat, penulisan karakter di logam emas, identifikasi paints, grease dan lain-lain. Selain itu, beliau juga mengembangkan aqua regia untuk melarutkan emas. Kontribusi lain yang dihasilkan beliau diantaranya adalah dengan memberikan sumbangan teknik-teknik saintifik seperti kristalisasi, distilasi, kalsinasi, sublimasi dan penguapan, dan pengembangan beberapa instrumen dan peralatan eksperimen yang berkaitan dengan berbagai teknik tersebut. Jabir ibn Hayyan telah menyumbangkan penemuan dan pengembangan beberapa instrumentasi laboratorium yang masih digunakan sampai hari ini seperti gelas alembic yang digunakan untuk proses distilasi menjadi lebih mudah, aman dan efisien. Melalui distilasi dari berbagai garam dengan asam sulfur, beliau telah menemukan asam hidroklorik dan asam nitrat. Beliau juga telah sukses membuat skala yang mempunyai ketelitian sangat tinggi sekitar 1/6480 kilogram.

 

Gambar 2. Serangkaian kinerja Jabir ibn Hayyan tentang woodcuts of chemical dan perangkat penyulingan, (a)Sublimasi di Athanor, (b) Fiksasi dan sublimasi, (c) Descension furnace, (d) distilasi, (e) kalsinasi, (f) tempat air (water bath), (g) penampungan, dan (h) fiksasi dan sublimasi (sumber: http://www.alchemywebsite.com/bookshop/prints_series_geber.html)

 

Berdasarkan pada sifat-sifatnya, beliau mengkategorikan material menjadi 3 bagian. Yakni, material yang menguap oleh panas seperti arsen dan ammonia chlorida. Kedua, material bahan metal seperti emas, perak, lead (Pb), tembaga dan besi. Dan yang ketiga adalah compound (senyawa) yang bisa diubah ke serbuk. Beliau kemudian menklasifikasi semua material tersebut menjadi tiga jenis yaitu metal, non-metal dan bahan yang mudah menguap (volatile substance).

Jabir telah menulis lebih dari 100 risalah yang terdiri atas berbagai bidang ilmu pengetahuan yang 22 diantaranya adalah tentang ilmu Kimia (Alkemi). Beberapa karya beliau di bidang kimia diantaranya Kitab al Kimya dan Kitab al-Sabeen yang banyak diterjemahkan ke bahasa latin dan bahasa eropa lainnya. Kitab Alkhawwas al-kabir (the great book of chemical properties) yang berisi tentang karakteristik kimia), Kitab Almawazin yang berisi tentang berat dan pengukuran (weights dan measures), Kitab Al-Mizaj yang berisi tentang kombinasi kimia (chemical combination), dan Kitab Al-Asbagh yang berisi tentang bahan-bahan celupan (dyes). Terjemahan kitab-kitab tersebut berpengaruh besar terhadap evolusi kimia modern di wilayah benua Eropa.

Selain di bidang ilmu kimia, Jabir ibn Hayyan juga telah memberikan kontribusi penting untuk bidang ilmu kedokteran, astronomi, dan ilmu-ilmu lainnya. Sayangnya, hanya sedikit dari buku-bukunya telah disunting dan diterbitkan, dan lebih sedikit lagi yang tersedia dalam terjemahan.

Aplikasi Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) untuk bidang keamanan [LIBS for security]

Tanggal 15-20 Desember 2010 telah berlangsung sebuah konferensi akbar bidang chemistry, physics, and biology di Hawaii, USA. Konferensi yang berlangsung setiap 5 tahun sekali ini dihadiri oleh sekitar 13 ribu peserta baik dari kalangan ilmuwan, praktisi, perusahaan, dan mahasiswa. Ada 13 bidang kategori yang dipresentasikan dan salah satunya adalah bidang keamanan. Alhamdulillah paper yang telah didaftarkan terpilih sebagai pemenang untuk bidang kategori keamanan. Beberapa surat kabar Indonesia telah mempublikasikan diantaranya adalah detiknews.com, vivanews.com, dan koran suroboyo.com. Abstraksi dari paper yang dipresentasikan adalah sebagai berikut,

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has recently become an emerging analytical technique for rapid quantitative analysis. However, it is known that powder is difficult sample to be analyzed by using standard LIBS technique due to the serious blow-off of powder sample. In order to solve this problem, the powder is usually prepared in the form of pellet prior to the analysis. In such a case, a large amount of powder is necessary. The other solution is the use of double-pulse laser technique. Unfortunately, this technique requires expensive equipment. In an effort to facilitate the application of LIBS to a tiny amount of powder samples, we have developed a unique technique utilizing the special characteristics of a transversely excited atmospheric (TEA) CO₂ laser. In the case of a TEA CO₂ laser, a strong and high-temperature gas plasma was produced when the laser was focused on the metal surface, while the metal itself was never ablated and damaged. This phenomenon never occurs in case of standard LIBS technique, in which a Nd: YAG laser is employed as an energy source. When the strong gas plasma was induced in He surrounding gas by the TEA CO₂ laser, a lot of metastable He atoms were produced in the gas plasma region. Those metastable He atoms can effectively be used for atomic excitation source (1). In this present technique, a tiny amount of powder sample (2 mg) was homogeneously mixed with 2 mg of silicon grease to avoid the blow-off of the powder. The mixture powder sample was then homogeneously pasted with a very thin layer of approximately 0.10 mm and a dimension of approximately 1 x 1 cm² on a nickel metal plate. The TEA CO₂ laser (750 mJ, 10 Hz, 200 ns) was directly focused onto the mixture sample layer (spot size of laser irradiation of 1 x 1 mm²) in He surrounding gas as shown in Fig 1(a). After 3 shots of laser irradiation, a strong He gas plasma was induced because the laser beam directly impinged on the metal surface. Figure 1(b) displays a photograph of the mixture sample after being irradiated by several laser shots. It is hypothesized that once the strong gas plasma is induced, a lot of He atoms are highly ionized. The He ions then recombine with electrons, gaining a lot of metastable He atoms populated in the gas plasma region. During the time, the mixture sample is vaporized and enters into the gas plasma region to be dissociated and excited via metastable He atoms (excitation energy of 19.8 eV).

Figure 2 shows emission spectra taken from explosive powder material of fireworks. It can clearly be observed that high emission intensities of K I 746.9 nm and K I 749.9 nm appear together with O I 777.9 nm as presented in Fig. 2(a). The similar spectrum profile was also obtained when we used KNO₃ powder in place of the fireworks. Furthermore, this present technique can also be employed to identify poisonous or hazardous elements in a tiny amount of powder sample with a detection limit of several ppm. The detail experimental results will be presented in the session.

References

[1] A. Khumaeni, K. Kagawa et.al., J. Korean Physic. Society. 55, 2441 (2009)

Semoga memberikan manfaat, amin.

Dari Kendal Menuju Dunia

Jurnal Nasional, jakarta | Mon 04 Oct 2010
by : Grathia Pitaloka

Satu lagi anak negeri yang berhasil mengukir sukses di kancah dunia. Ali Khumaeni, pemuda asal Kendal yang berhasil memperoleh penghargaan tingkat internasional bidang aplikasi laser plasma spectroscopy atau laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) di Amerika Serikat (AS). Bagaimana awal mula karier Ali sehingga bisa menjadi ilmuan tingkat dunia? Simak penuturannya berikut ini.

Bisa dijelaskan mengenai penelitian Anda sehingga memperoleh penghargaan tingkat internasional di Amerika Serikat (AS)?

Di LIBS conference 2010, kami mempresentasikan aplikasi LIBS untuk analisis material dalam bentuk powder. Kami melakukan penelitian tentang powder analysis khususnya makanan powder dan multivitamin serta herb medicine powder dengan menggunakan teknik laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) dengan memanfaatkan TEA CO2 laser. Di dalam teknik LIBS, high power laser ditembakkan ke material sampel termasuk sampel padat (seperti batu, keramik, dll), cair (polusi air dll) ataupun gas (polusi udara) untuk menghasilkan plasma yang di dalamnya terkandung atom atau molekul dari sampel. Dengan teknik ini, kita bisa mendeteksi dan menganalisis atom dan molekul yang terkandung di dalam material sampel secara cepat.

Di dalam teknik LIBS, para peneliti biasanya menggunakan laser pulsa Nd:YAG laser. Namun, laser jenis ini tidak bisa digunakan untuk analisis powder secara langsung karena powder akan membuncah atau menyebar dan tidak menghasilkan plasma jika laser ditembakkan secara langsung. Oleh karena itu untuk mengatasi permasalahan ini, powder harus dibuat padat (pellet) terlebih dahulu sebelum dianalisis.

Di laboratorium, kami mencoba melakukan analisis powder secara langsung dengan memodifikasi dan membangun teknik baru sehingga memungkinkan seseorang untuk analisis powder secara langsung, yaitu dengan membuat plasma menggunakan TEA CO2 laser dengan bantuan permukaan metal. Di teknik ini, TEA CO2 laser ditembakkan ke permukaan metal untuk menghasilkan plasma. Plasma yang terbentuk tidak mengandung atom atau molekul dari metal karena densitas energi laser di permukaan sampel lebih rendah dibanding permukaan sampelnya.

Dengan gelombang kejut yang dihasilkan dari plasma, partikel powder akan membuncah dan masuk ke dalam plasma untuk terdisosiasi dan tereksitasi di plasma. Dengan metode ini kita bisa mendeteksi atom-atom mineral dan nutrisi yang bermanfaat untuk manusia yang terkandung dalam sampel dengan lebih cepat dan efisien.

Selain itu, kita juga bisa mendeteksi atom-atom logam berat seperti chrom (Cr) dan lead (Pb) yang berbahaya bagi tubuh manusia ketika terkandung dalam makanan atau powder dengan konsentrasi yang tinggi. Teknik yang kami bangun mempunyai orisinalitas di LIBS karena menggunakan TEA CO2 laser dan bisa mengusulkan teknik baru yang lebih cepat untuk analisis sampel powder dengan sensitivitas deteksi yang cukup tinggi.

Bisa diceritakan mengenai ide awal dan latar belakang penelitian tersebut?

Riset tentang powder sebenarnya telah dilakukan sejak 2007, yaitu sejak kedatangan kali pertama saya untuk studi di Jepang. Sejak kedatangan tersebut, pembimbing utama saya memberikan penekanan riset ke powder analysis untuk tesis saya. Selama tiga tahun kami telah membangun beberapa teknik baru di LIBS dan telah dipublikasikan di jurnal internasional. Riset yang terakhir ini adalah penyempurnaan dari riset-riset sebelumnya dan untuk sementara yang paling optimal.

LIBS biasanya sulit diaplikasikan untuk analisis material yang berbentuk powder karena laser tidak bisa ditembakkan langsung ke powder untuk menghasilkan plasma. Oleh karena itu, para peneliti biasanya memadatkan sampel terlebih dahulu sebelum melakukan analisis. Proses seperti ini membutuhkan waktu yang cukup lama. Karena ini merupakan sebuah tantangan dan peluang yang cukup bagus untuk mencari orisinalitas, maka saya dan profesor pembimbing mencoba untuk terus mendesain dan membangun teknik baru agar analisis powder secara langsung bisa benar-benar terealisasi. Dengan teknik baru yang kita usulkan ini, waktu analisis bisa dihemat tanpa mengurangi sensitivitas deteksi.

Apa kendala yang dihadapi saat melakukan penelitian?

Di teknik LIBS, reproduksibilitas intensitas garis atom terkadang tidak stabil dikarenakan plasma yang dihasilkan tidak stabil. Ini adalah sebuah tantangan bagi kami untuk memecahkannya. Secara bertahap kami terus mencoba untuk menyempurnakan teknik ini untuk mendapatkan reprodusibilitas intensitas emisi atom.

Apa manfaat hasil penelitian Anda?

Dengan menggunakan teknik yang kami bangun, waktu analisis sampel powder menggunakan LIBS bisa dihemat dan sensitivitas deteksi lebih tinggi dibanding teknik-teknik lain yang dibangun di bidang LIBS. Selain itu, teknik ini bisa digunakan untuk mendeteksi atom-atom ringan seperti boron. Saat ini belum ada perusahaan di Indonesia yang menggunakan teknik LIBS. Mayoritas menggunakan X-ray flouresecence (XRF) padahal teknik ini tidak bisa mendeteksi atom-atom ringan seperti boron yang kurang baik bagi tubuh jika terkandung dalam makanan dengan konsentrasi tinggi.

Bagaimana prospeknya di pasaran?

Teknik LIBS saat ini secara umum (dengan menggunakan Nd:YAG laser) sedang berkembang cepat sebagai teknik komersial untuk deteksi emisi atom dengan sistem yang sudah kompak (terdiri atas laser Nd:YAG, OMA-optical multichannel analyzer untuk menghasilkan garis emisi atom, fiber optic, dan display komputer).

Teknik yang kami bangun menggunakan peralatan yang sama namun beda sumber energi (yaitu dengan menggunakan laser TEA CO2). Selain itu, kami juga membangun teknik baru untuk memungkinkan analisis secara langsung. Secara bertahap kami sedang menyempurnakan untuk skala laboratorium dan besar kemungkinan ke depan bisa diaplikasikan secara langsung. Teknik baru ini mempunyai peluang yang besar untuk bersaing dengan teknik-teknik analisis yang sudah ada seperti X-ray flourescence dan inducetively coupled plasma-mass spectrometry ( ICP MS).

Bisa anda ceritakan perjalanan Anda dari Kendal ke Fukoi?

Saya mulai belajar formal di SDN 1 Tanjunganom, SMPN 2 Weleri, dan SMAN 1 Weleri di kecamatan weleri kabupaten Kendal. Sejak SMA, saya sangat tertarik untuk belajar ke luar negeri dengan beasiswa. Makanya, meskipun di Weleri belum ada internet saat itu, saya sering bolak-balik ke Semarang untuk searching di internet tentang beasiswa luar negeri.

Setelah tamat pendidikan menengah di Weleri, saya melanjutkan studi di Jurusan Fisika Universitas Diponegoro. Selama di Fisika Undip, saya belajar tentang LIBS sejak tahun ke-3 di bawah bimbingan Prof Wahyu Setiabudi dan Drs K Sofjan Firdausi. Selain itu, saya juga dibimbing oleh Dr Hendrik Kurniawan, kepala Maju Makmur Mandiri Research Center (M3RC Jakarta Barat), untuk lebih mendalami LIBS.

Ketika riset di Jakarta, saya bertemu dengan seorang Profesor, yaitu Prof Kiichiro Kagawa, ahli LIBS di Asia dan dunia dari Jepang. Karena sejak awal saya sangat tertarik dengan bidang ini, saya mencoba untuk terus mengontak Prof Kagawa pascariset di Jakarta sampai lulus S1 di Undip. Setelah lulus dari Undip, saya memperkuat niat untuk melanjutkan studi tentang LIBS di Jepang di bawah bimbingan Prof Kiichiro Kagawa.

Ketika ada kesempatan beasiswa mambukagakusho (beasiswa pemerintah Jepang) saya mengirimkan aplikasi ke Jepang dengan diberikan rekomendasi yang kuat dari Prof Wahyu Setiabudi, Dr Hendrik Kurniawan, dan Prof Kiichiro Kagawa. Sejak 2007, saya mulai belajar sebagai mahasiswa peneliti (research student) dan saat ini sedang S2 tahun ke-2 di University of Fukui.

Apakah menjadi ilmuwan merupakan cita-cita Anda sejak kecil?

Saya senang belajar fisika karena saya melihat semua aktivitas keseharian itu berhubungan dengan ilmu fisika, tidak terkecuali di dalam permainan dan olahraga seperti tenis meja dan permainan karambol. Dengan memahami hukum-hukum mekanika di fisika (seperti hukum tumbukan, hukum gerak melengkung) yang telah diajarkan di SMP, saya mencoba mengaplikasikan langsung di permainan-permainan tersebut. Hasilnya, saya menjadi juara kampung untuk permainan karambol dan tenis meja. Keinginan untuk menganalisis mulai tumbuh cepat ketika di Undip dengan mengikuti beberapa lomba ilmiah mulai PKM Dikti, LKTI Dikti, dan lain-lain. Sebenarnya cita-cita saya tidak murni sebagai ilmuwan. Namun berusaha memahami konsep-konsep fisis yang ada di alam kemudian bisa mengaplikasikan untuk kemanfaatan.

Apakah Anda berpikir untuk kembali ke Tanah Air dan meniti karier di sini?

Saya berpikir sejak awal ingin kembali ke Tanah Air setelah keilmuan di bidang LIBS dan fisika dirasa mencukupi. Setelah itu, saya mempunyai harapan besar untuk menjadi guru dengan mengajar dan mendidik serta mendedikasikan ilmu yang telah diperoleh melalui aktivitas riset.

Saya sangat berharap besar bisa menimba ilmu di bidang LIBS dan pendidikan fisika secara optimal dengan mengikuti aktivitas-aktivitas di forum internasional. Untuk jangka pendek, semoga Allah memudahkan langkah saya melanjutkan studi S3. Insya Allah dengan bekal tersebut, semoga Allah memudahkan saya untuk menjadi guru yang baik yang bisa optimal dalam mendidik dan tetap melanjutkan aktivitas riset.

Apa kegiatan Anda di waktu senggang?

Selama di Jepang, saya melakukan aktivitas di kampus (kuliah dan riset) mulai Senin sampai Sabtu sekitar pukul 9 pagi sampai pukul 7-8 malam. Setelah itu, waktu malam digunakan untuk membaca dan belajar ilmu agama dan istirahat. Setiap bulan, saya mempunyai 4-5 hari libur (setiap Ahad). Dua hari Ahad digunakan untuk kegiatan pengajian agama dan 2-3 hari Ahad digunakan untuk refreshing dan shopping dengan teman-teman Indonesia di Fukui.

Untukmu adek-adekku

Yang sedang berjuang di Jalan Allah�.

Saudaraku yang semoga dirohmati Allah�..

Ku rangkai huruf-huruf ini agar menjadi sebuah kata-kata yang bermakna. Kata-kata yang mampu mengingatkan diriku dan antum akan eksistensi sang pencipta, Allah swt. Tahukan antum bahwa Allah sangat perhatian kepada kita, Allah sangat cinta kepada kita, Allah sangat sayang kepada kita. Sebuah perhatian, cinta dan kasih sayang yang hakiki melebihi perhatian, cinta, dan kasih sayang seorang ibu kepada anaknya. Allah sedang memberikan kesempatan kepada kita yang tidak bisa dirasakan oleh semua hambaNya. Allah memberikan kesempatan kepada kita untuk bisa mengurai kebesaran Allah melalui ilmuNya. Allah sedang memberi kesempatan kepada kita untuk menelusuri hakikat sebuah penciptaan.

Saudaraku yang semoga dirohmati Allah�..

Waktu yang telah diberikan Allah swt kepada kita tidak akan pernah bisa dijumpai di masa datang, karena waktu yang diberikan pada hakikatnya akan senantiasa berkurang. Sekali kita mensiakan waktu, maka penyesalan yang mendalam yang akan kita peroleh. Nabi saw. bersabda,�Tidak ada satu hari pun yang fajarnya menyinsing kecuali ia pasti mengatakan,�wahai anak Adam, aku adalah ciptaan baru yang menjadi saksi atas amal perbuatan kalian. Berbekallah dengan menggunakan kesenpatan yang ada, karena sesungguhnya aku tidak akan kembali lagi hingga hari kiamat.� Oleh karena itu wahai saudaraku, kita harus bisa mengelola waktu dengan baik. Kita harus bisa merencanakan setiap maksud/cita dengan baik. Ingat saudaraku, kita hanya diberi kesempatan selama 4 tahun saja untuk S1 atau 3 tahun saja untuk D3 (bukan 7 tahun) untuk bisa menyelesaikan studi formal kita. Sekali kita menundanya, maka semua maksud/cita kita akan tertunda Cita untuk membalas budi dan membahagiakan orang tua. Cita untuk hidup mandiri. Cita untuk mendapatkan barokah dalam kehidupan. Cita untuk menegakkan dan mensyiarkan dinul haq ke area yang lebih luas. Dan cita-cita yang lainnya. Namun, itu semua tidak berarti kita harus melupakan amanah. Melupakan kewajiban sebagai da`i dan da`iyah. Karena tidak ada alasan bagi para jundi untuk tetap menegakkan dan mensyiarkan dinullah disertai dengan menuntut ilmu. Kalau membicarakan waktu, diriku sangat malu dengan orang jepang. Hitungan detik sungguh bermakna. Terlambat 5 detik pintu kereta, pintu bus, ataupun pintu kelas sudah tertutup. Mereka tidak beragama, tapi mereka menggunakan nurani dan fitrah kemanusiaan. Kita punya agama yang syumul dan fitrah manusia yang sama sudah seharusnya lebih memanfaatkan waktu dengan sebaik2nya.

Saudaraku yang semoga dirohmati Allah�..

Banyak diantara kita yang mengabaikan pentingnya ilmu sains di bidang kita, sehingga harus �tidak memprioritaskan� dengan alasan padat agenda �berdakwah�. Sebuah alasan yang kurang rasional. Coba kita menengok, madah tarbiyah kita yang mengajarkan ilmu Allah. Allah telah mengaruniakan manusia 2 ilmu. Yang satu ilmu syariat yang kita jadikan minhajul hayah (pedoman hidup) dan yang satu lagi ilmu basyariyah (melalui eksperiment ataupun pengalaman) yang kita jadikan wasilah al hayah (perantara hidup). Coba kita perhatikan apakah ada salah satu yang tidak penting? Tidak, semuanya sangat penting bagi kita. Wasilah hayah untuk menolong ubudiyah. Minhajul hayah untuk memperoleh kemenangan hakiki. Oleh karena itu wahai saudaraku, sudah sepatutnya bagi kita mengoptimalkan potensi dalam diri serta memanfaatkan waktu yang telah diberi untuk mengejar kedua ilmu tadi.

Saudaraku yang semoga dirohmati Allah�..

Beberapa hari lagi antum akan menghadapi sebuah evaluasi (ujian semester). Sekali antum gagal dalam evaluasi maka antum harus menunda keberhasilan antum selama 1 tahun. Dan pada intinya antum mengurangi dengan menyiakan usia antum selama 1 tahun. Usia kita tidak lama di dunia ini. Kalau Allah memberi jatah 63 tahun, maka sebenarnya kita hanya punya waktu 42 tahun. Karena kita telah membuang waktu selama 21 tahun untuk tidur (seandainya tidur 8 jam sehari). Belum kita potong untuk masa kanak-kanak kita ataupun kebercandaan kita.

Saudaraku yang semoga dirohmati Allah�..

Keberhasilan dalam studi, insya Allah akan lebih memudahkan pendekatan ke mad`u dan memudahkan pencapaian harapan-harapan. Oleh karena itu saudaraku, persiapkan ujian semester dengan baik. Karena ujian semester bagian dari perjalanan studi. Belajar optimal, perbanyak mendekatkan diri kepada Allah. Karena pada intinya keberhasilan kita sangat tergantung pada usaha optimal kita, dan Allah mengabulkan doa hambaNya, bagi yang mau berusaha.

Saudaramu…

Buah Tarbiyah dan Dakwah

Pagi hari itu aku sedang mendengarkan ceramah seorang ustadz di sebuah majelis taklim yang diselenggarakan pada saat musim dingin di negeri Sakura. Beliau seorang doctor engineering alumni universitas bergengsi di Jepang sekaligus sebagai orang penting di sebuah hizb.

Kali pertama sebelum penyampaian materi, beliau menceritakan sejarah singkat perjalanan hidupnya dari putra orang kampung yang kemudian menjadi seorang doctor engineering. Perjalanan pendidikan sampai mendapat predikat seorang doctor adalah bagian dari buah tarbiyah dan dakwah yang telah beliau tekuni sejak belia. Support dari ukhuwah membawa banyak kemudahan dalam menyelesaikan tesis dan disertasinya. Aktifitas dakwah ilallah yang padat memberikan ide-ide brilian dalam risetnya. Benar janji Allah, barangsiapa menolong agama Allah, maka Allah akan menolong dan mengokohkan langkahnya. Untaian cerita di atas telah menyadarkan sekaligus mengingatkan diri yang dho`if ini bahwa Allah memberikan keindahan perjalanan hidup ini melalui wasilah/perantara tarbiyah dan dakwah.

Aku ingat betul ketika itu seorang aktifis kampus menghampiri diriku yang lugu ini di saat melakukan registrasi mahasiswa baru di kampus bergengsi di Jawa Tengah. Aktifis yang telah mendidikku tentang jalan yang haq dan bathil.� Aktifis yang telah `menceburkan` diriku ke biah/lingkungan Islami di sebuah kampus negeri. Beliau yang telah `menjerumuskanku` untuk bisa beretorika, memaksaku untuk beraktifitas di wajihah/ organisasi, melatih melantangkan lantunan ilahi dan mensyiarkannya. Sederetan peristiwa itu telah memberikan kontribusi besar dalam memuluskan perjalanan untuk karir akademik dan menuntut ilmuku di bidang laser spektroskopi. Dari aktifitas tarbiyah dan dakwah, Allah telah memudahkan dalam berurusan dengan akademik. Keaktifan di organisasi keislaman telah mendekatkan diriku kepada seseorang yang telah memberikan rekomendasi kuat untuk melanjutkan studi di luar negeri. Keaktifan menuntunku untuk pandai merangkai kata membuat research plan. Allah telah mengamanahkan diri yang dhoif ini untuk tetap meningkatkan kualitas melalui ilmu.

Saudaraku,

Sadarkah, keberadaan kita sekarang ini adalah bagian kecil dari buah aktifitas tarbiyah dan dakwah yang telah kita jalankan. Menikmati kursi empuk dan fasilitas gaji perusahaan. Mengajar adek-adek merangkai huruf di sekolah islam. `Berkoar` menyuarakan keadilan di berbagai media. Menjadi aktifis LSM dan parpol. Menjadi penggiat voluntier. Menikmati studi lanjut. Menjadi seorang interpreneur tangguh, penulis handal. Menjadi orang-orang penting di `dunia` nya. Dan lain seterusnya.

Saudaraku,

Ingatkah, di waktu itu kita dituntun oleh para dai untuk menjadi penggiat agama suci. Aktifitas rutin taklim dan syiar menjadikan kita orang yang berkualitas. Melalui itu, Allah mengaruniakan banyak kemudahan. Allah tidak pernah `mensiakan` hambaNya yang sholeh sholehah menjadi hamba yang `terlantar`, menjadi hamba yang tidak `dipakai` oleh ummat. Di manapun kita berada, Allah pasti akan selalu mengamanahkan diri kita menjadi penggerak tarbiyah dan dakwah.

Saudaraku,

Teruslah berjuang dan memperjuangkan Agama Suci. Yakinlah Allah akan selalu memberi nikmat untuk kehidupan dunia dan akhirat.