Nota Fizik Tingkatan 5 Bab 6: Nuklear
Bab 6: Fizik Nuklear
Reputan Radioaktif & Tenaga Nuklear
6.1 Reputan Radioaktif
Reputan radioaktif ialah proses rawak dan spontan di mana nukleus yang tidak stabil memancarkan sinaran radioaktif untuk menjadi nukleus yang lebih stabil.
Zarah Alfa (α)
Nukleus Helium (2 proton, 2 neutron). Kuasa penembusan paling rendah (dihalang oleh kertas).
Zarah Beta (β)
Elektron yang bergerak laju. Kuasa penembusan sederhana (dihalang oleh aluminium 3mm).
Sinar Gama (γ)
Gelombang elektromagnet berfrekuensi tinggi. Kuasa penembusan paling tinggi (dihalang oleh plumbum tebal).
Simulasi Separuh Hayat ($T_{1/2}$)
Separuh hayat ialah masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan nukleus radioaktif asal mereput.
6.2 Tenaga Nuklear
1. Pembelahan Nukleus (Fission)
Proses pemecahan satu nukleus berat (seperti Uranium-235) kepada dua nukleus yang lebih ringan apabila dibedil oleh satu neutron. Menghasilkan tenaga yang besar dan neutron baharu (Tindak balas berantai).
2. Pelakuran Nukleus (Fusion)
Proses pencantuman dua nukleus ringan (seperti Isotop Hidrogen) untuk membentuk satu nukleus yang lebih berat. Memerlukan suhu terlampau tinggi (Berlaku di teras Matahari).
Persamaan Kesetaraan Jisim-Tenaga Einstein
- E = Tenaga nuklear yang dibebaskan (Joule)
- m = Cacat Jisim (kg). Perbezaan antara jumlah jisim sebelum dan selepas tindak balas.
- c = Laju cahaya dalam vakum ($3.0 \times 10^8$ m s-1)
Simulasi Pembelahan Nukleus (Fission)
Uranium-235 sedia untuk dibedil oleh neutron berkelajuan tinggi.
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 | 6 |
GLOSARI DIGITAL FIZIK NUKLEAR
Reputan Radioaktif
Proses rawak dan spontan di mana nukleus yang tidak stabil menjadi nukleus yang stabil dengan memancarkan sinaran.
Separuh Hayat ($T_{1/2}$)
Masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif bagi suatu sampel untuk mereput.
Keaktifan
Reputan per saat, iaitu bilangan zarah radioaktif yang dipancarkan oleh suatu sampel dalam satu saat.
Siri Reputan
Satu siri reputan berterusan yang dialami oleh nukleus tidak stabil sehingga nukleus stabil terbentuk.
Radioisotop
Isotop dengan nukleus tidak stabil yang memancarkan sinaran radioaktif.
Reputan Alfa
Nukleus helium yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron dipancarkan untuk mencapai kestabilan.
Reputan Beta
Elektron berkelajuan tinggi dipancarkan apabila neutron terurai menjadi proton dan elektron.
Reputan Gama
Pembebasan tenaga lebihan dalam bentuk sinaran elektromagnet frekuensi tinggi tanpa jisim atau cas.
u.j.a.
Unit jisim atom: Takrifan $1/12$ daripada jisim satu atom karbon-12.
Persamaan $E = mc^2$
Hubungan antara tenaga yang dibebaskan ($E$) dengan cacat jisim ($m$) dan laju cahaya ($c$).
Cacat Jisim
Kehilangan jisim semasa tindak balas nuklear yang ditukarkan kepada tenaga (Jisim Awal > Jisim Akhir).
Pembelahan Nukleus
Nukleus berat membelah menjadi dua atau lebih nukleus ringan sambil membebaskan tenaga yang banyak.
Pelakuran Nukleus
Nukleus kecil dan ringan bercantum membentuk nukleus berat (cth: berlaku di permukaan Matahari).
Moderator
Bahan (grafit/air) yang memperlahankan neutron pantas supaya pembelahan berlaku dengan berkesan.
Rod Pengawal
Rod boron/kadmium yang menyerap neutron berlebihan untuk mengawal kadar tindak balas.
Tindak Balas Berantai
Pembelahan nukleus berterusan di mana neutron hasil pembelahan membedil nukleus lain secara berulang.
CONTOH SOALAN KBAT
Bahagian ini mengandungi soalan-soalan yang memerlukan analisis dan penaakulan mendalam berdasarkan prinsip-prinsip Fizik Nuklear.
Wajarkah loji reaktor nuklear dibina di Malaysia sebagai sumber tenaga alternatif? Justifikasikan jawapan anda.
Hujah Menyokong
- • Penjanaan tenaga besar & konsisten.
- • Jejak karbon sifar (kurang pencemaran).
- • Meningkatkan kepakaran teknologi negara.
Hujah Menentang
- • Kos pembinaan sangat tinggi.
- • Risiko kebocoran sinaran radioaktif.
- • Cabaran pengurusan sisa radioaktif jangka panjang.
Mengapakah nisbah Uranium-238 kepada Plumbum-206 sesuai untuk menganggarkan usia Bumi berbanding radioisotop lain?
Kesesuaian ini berdasarkan Separuh Hayat ($T_{1/2}$):
Usia Bumi diukur dalam skala bilion tahun. Radioisotop dengan separuh hayat panjang masih mempunyai kuantiti yang boleh diukur. Jika separuh hayat pendek digunakan, bahan tersebut akan mereput sepenuhnya sebelum sempat diukur.
Apakah yang berlaku jika moderator gagal berfungsi tetapi rod pengawal berfungsi seperti biasa dalam teras reaktor?
Neutron bergerak terlalu pantas tanpa moderator.
Neutron pantas tidak efisien untuk membedil nukleus Uranium-235.
Mengapakah pelakuran nukleus masih belum digunakan secara komersial di Bumi walaupun ia lebih efisien?
Halangan utama adalah keadaan fizikal yang ekstrem:
- Suhu melampau (kira-kira 15.6 juta Kelvin).
- Tekanan 250 bilion kali ganda tekanan atmosfera.
- Masalah teknikal mengawal plasma ultra-tinggi secara stabil.
Kos pembinaan reaktor Tokamak komersial masih terlalu tinggi berbanding output tenaga yang dihasilkan.
Jika tindak balas A mempunyai cacat jisim 0.18 u.j.a dan B mempunyai 0.19 u.j.a, yang mana menghasilkan lebih banyak tenaga?
Tindak balas B menghasilkan lebih banyak tenaga. Menurut persamaan Einstein, tenaga yang dibebaskan ($E$) adalah berkadar terus dengan cacat jisim ($m$). Semakin besar kehilangan jisim, semakin besar tenaga yang dibebaskan.