Nota Sains Tingkatan 4 Bab 12: Tenaga Nuklear
RINGKASAN
Ringkasan (Nota Sains Tingkatan 4 Bab 12: Tenaga Nuklear)
Tenaga nuklear ialah tenaga yang terhasil daripada tindak balas di dalam nukleus atom. Ia merupakan sumber tenaga alternatif yang berpotensi menggantikan atau mengurangkan penggunaan petroleum dan arang batu, dengan kelebihan menghasilkan tenaga yang lebih besar dan efisien serta membebaskan gas rumah hijau yang sedikit. Kini, lebih daripada 30 buah negara, termasuk Amerika Syarikat, Rusia, Perancis, Slovakia, dan Jepun, menggunakan tenaga nuklear.
Penghasilan tenaga nuklear berlaku melalui dua proses utama:
1. Pembelahan Nukleus: Proses pemecahan satu nukleus radioaktif yang berat (seperti uranium-235) kepada dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dan stabil. Proses ini berlaku apabila satu neutron membedil nukleus radioaktif, menyebabkan ia pecah dan membebaskan tenaga yang banyak serta neutron baharu. Neutron baharu ini akan membedil nukleus lain, mewujudkan satu tindak balas berantai yang berterusan.
2. Pelakuran Nukleus: Proses percantuman atau penggabungan dua nukleus radioaktif yang ringan (seperti deuterium dan tritium, isotop hidrogen) untuk membentuk satu nukleus yang lebih berat dan stabil, disertai pembebasan tenaga yang lebih besar berbanding pembelahan nukleus. Proses ini berlaku secara semula jadi di Matahari pada suhu yang amat tinggi.
Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear dilakukan di dalam stesen jana kuasa nuklear. Di dalam reaktor nuklear, tindak balas pembelahan nukleus uranium dikawal untuk menghasilkan haba. Haba ini memanaskan gas yang mengalir, yang kemudiannya memanaskan air untuk menghasilkan stim. Stim bertekanan tinggi ini memutarkan turbin, yang disambungkan kepada penjana elektrik untuk menghasilkan arus elektrik.
Walaupun bermanfaat, penggunaan tenaga nuklear mempunyai impak yang signifikan. Dari segi negatif, ia boleh digunakan untuk menghasilkan senjata nuklear yang dahsyat, seperti yang terbukti dalam pengeboman di Hiroshima dan Nagasaki semasa Perang Dunia Kedua. Ujian nuklear juga memberi kesan buruk kepada hidupan dan persekitaran melalui penyebaran radiasi, yang boleh menyebabkan kesan somatik (keletihan, katarak, leukemia) dan kesan genetik (kecacatan pada bayi, mutasi sel, kanser).
Di Malaysia, Agensi Nuklear Malaysia (dahulunya dikenali sebagai Institut Penyelidikan Teknologi Nuklear Malaysia, MINT) menjalankan penyelidikan dan pembangunan teknologi nuklear. Terdapat perdebatan mengenai kewajaran pembinaan stesen jana kuasa nuklear di negara ini, dengan mengambil kira faktor-faktor seperti permintaan tenaga yang meningkat, kos bahan api fosil yang semakin naik, serta isu keselamatan dan pengurusan sisa radioaktif.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Tenaga Nuklear | Tenaga yang terhasil daripada tindak balas yang berlaku di dalam nukleus atom. |
| Pembelahan Nukleus | Proses pemecahan satu nukleus radioaktif yang berat kepada dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dan stabil, disertai dengan pembebasan tenaga. |
| Pelakuran Nukleus | Proses percantuman atau penggabungan dua nukleus radioaktif yang ringan untuk membentuk satu nukleus yang lebih berat, disertai dengan pembebasan tenaga. |
| Reaktor Nuklear | Bahagian utama dalam stesen jana kuasa nuklear di mana tindak balas pembelahan nukleus yang terkawal berlaku untuk menghasilkan haba. |
| Tindak Balas Berantai | Satu tindak balas berterusan di mana neutron yang terbebas daripada satu pembelahan nukleus akan membedil nukleus berjisim besar yang lain. |
| Rod Pengawal Boron | Komponen dalam reaktor nuklear yang berfungsi mengawal kadar tindak balas pembelahan nukleus dengan menyerap neutron yang berlebihan. |
| Moderator Grafit | Komponen dalam reaktor nuklear yang berfungsi untuk memperlahankan pergerakan neutron. |
| Perisai Konkrit | Struktur tebal yang mengelilingi reaktor nuklear untuk mengelakkan kebocoran sinaran radioaktif ke persekitaran. |
| Penjana Elektrik | Peranti yang menjanakan arus elektrik melalui proses aruhan elektromagnet apabila magnet berputar dalam suatu gegelung. |
| Turbin | Alat yang mempunyai bilah-bilah yang akan diputarkan oleh aliran stim bertekanan tinggi untuk menggerakkan penjana. |
| Kondensor | Alat yang menyejukkan dan mengkondensasikan stim yang telah melalui turbin kembali menjadi air. |
| Impak Ujian Nuklear | Kesan buruk terhadap hidupan dan persekitaran akibat penyebaran radiasi daripada ujian senjata nuklear. |
| Kesan Somatik | Kesan radiasi yang dialami oleh individu yang terdedah, seperti keletihan, loya, katarak, leukemia, dan keguguran rambut. |
| Kesan Genetik | Kesan radiasi yang menyebabkan kerosakan pada sel pembiakan dan boleh diwarisi, seperti kecacatan pada bayi, mutasi sel, dan kanser. |
| Sisa Radioaktif | Bahan-bahan buangan daripada proses nuklear yang mengeluarkan sinaran radioaktif dan berbahaya kepada hidupan. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan KBAT (Kemahiran Berfikir Aras Tinggi)
1. Soalan: Proses pelakuran nukleus membebaskan tenaga yang jauh lebih banyak berbanding pembelahan nukleus. Mengapakah reaktor nuklear di seluruh dunia pada masa kini menggunakan pembelahan nukleus dan bukannya pelakuran nukleus untuk menjana elektrik?
Jawapan: Berdasarkan teks, proses pelakuran nukleus hanya berlaku pada suhu yang amat tinggi, seperti yang terjadi di Matahari. Teknologi manusia pada masa kini masih belum berjaya membina reaktor yang mampu menahan suhu yang sangat tinggi ini secara stabil dan ekonomik untuk kegunaan komersial. Sebaliknya, proses pembelahan nukleus boleh dimulakan dan dikawal pada keadaan yang boleh dicapai oleh teknologi semasa menggunakan rod pengawal, menjadikannya pilihan yang lebih praktikal untuk penjanaan tenaga elektrik pada masa ini.
2. Soalan: Teks menyatakan bahawa salah satu sebab negara memilih tenaga nuklear adalah untuk mengurangkan kebergantungan kepada sumber tenaga lain seperti arang batu dan petroleum. Huraikan dua kelemahan sumber tenaga arang batu dan petroleum yang menjadikan tenaga nuklear sebagai alternatif yang menarik.
Jawapan: Teks menyatakan bahawa kos untuk mengimport sumber tenaga seperti arang batu dan petroleum adalah sangat tinggi. Ini menjadikan negara bergantung kepada pasaran global yang tidak menentu. Keduanya, walaupun tidak dinyatakan secara langsung, pembakaran bahan api fosil seperti arang batu dan petroleum diketahui umum menghasilkan gas rumah hijau yang banyak, manakala teks menyatakan tenaga nuklear membebaskan gas rumah hijau yang sedikit. Oleh itu, kelemahan kos import yang tinggi dan impak alam sekitar yang negatif (pencemaran) menjadikan tenaga nuklear sebagai alternatif yang menarik.
3. Soalan: Pengeboman di Hiroshima dan Nagasaki menunjukkan kemusnahan dahsyat akibat senjata nuklear. Selain daripada letupan awal dan kemusnahan fizikal, jelaskan impak jangka panjang terhadap mangsa yang terselamat dan persekitaran berdasarkan konsep yang dibincangkan dalam teks.
Jawapan: Impak jangka panjang adalah disebabkan oleh luruhan radioaktif yang terhasil daripada letusan bom. Berdasarkan teks mengenai kesan penyebaran radiasi, mangsa yang terselamat akan terdedah kepada risiko kesihatan yang serius. Mereka boleh mengalami kesan somatik seperti keletihan kronik, katarak, dan leukemia. Lebih membimbangkan, mereka dan keturunan mereka boleh mengalami kesan genetik, termasuk mutasi sel, kanser, dan kecacatan pada bayi yang dilahirkan. Persekitaran pula akan tercemar dengan bahan radioaktif untuk tempoh yang lama, menjadikan kawasan tersebut tidak selamat untuk didiami.
4. Soalan: Bayangkan sebuah stesen jana kuasa nuklear mengalami kerosakan pada rod pengawal boronnya sehingga gagal berfungsi. Ramalkan rantaian peristiwa yang akan berlaku di dalam reaktor dan impaknya.
Jawapan: Rod pengawal boron berfungsi untuk mengawal kadar tindak balas pembelahan nukleus dengan menyerap neutron yang berlebihan. Jika ia gagal berfungsi, neutron yang berlebihan tidak dapat diserap. Ini akan menyebabkan tindak balas berantai berlaku tanpa kawalan. Kadar pembelahan nukleus akan meningkat secara mendadak, membebaskan jumlah tenaga haba yang sangat besar dalam masa yang singkat. Ini boleh menyebabkan teras reaktor menjadi terlalu panas dan melebur (a meltdown), yang berpotensi memecahkan perisai konkrit dan melepaskan bahan radioaktif yang sangat berbahaya ke alam sekitar, mengakibatkan malapetaka nuklear.
5. Soalan: Berdasarkan faktor-faktor yang dibincangkan dalam teks, wajarkan mengapa pemilihan lokasi untuk stesen jana kuasa nuklear adalah sangat strategik dan kritikal.
Jawapan: Teks menyatakan bahawa kawasan bagi membangunkan stesen jana kuasa nuklear mestilah sangat strategik. Tiga faktor kritikal boleh dijustifikasikan. Pertama, ia perlu berhampiran dengan punca air yang besar kerana air diperlukan dalam kuantiti yang banyak sebagai agen penyejuk untuk kondensor dan mengawal suhu reaktor. Kedua, ia mesti jauh daripada kawasan berpenduduk padat untuk meminimumkan risiko kepada orang ramai sekiranya berlaku kemalangan atau kebocoran radiasi. Ketiga, lokasi tersebut mestilah stabil dari segi geologi, bebas daripada risiko gempa bumi atau bencana alam lain yang boleh merosakkan struktur reaktor yang sensitif.