Fizik Nuklear — Nota JomSkor
6.2 Tenaga Nuklear Tenaga nuklear ialah tenaga atom yang dibebaskan semasa tindak balas nuklear seperti reputan radioaktif, pembelahan nukleus dan pelakuran nukleus. Pembelahan nukleus melibatkan satu nukleus berat membelah kepada dua atau lebih nukleus ringan, manakala pelakuran nukleus melibatkan dua nukleus ringan bercantum membentuk satu nukleus berat. Kedua-dua proses membebaskan tenaga yang banyak akibat cacat jisim, dengan hubungan tenaga dan jisim diberikan oleh E = mc². Reputan Radioaktif Reputan radioaktif ialah proses rawak dan spontan di mana nukleus tidak stabil memancarkan sinaran radioaktif (zarah alfa, beta, atau sinar gama) untuk menjadi lebih stabil. Proses ini menyebabkan perubahan pada nombor proton dan/atau nombor nukleon nukleus. Separuh hayat adalah masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif mereput.
Fizik · Tingkatan 5
6.2 Tenaga Nuklear Tenaga nuklear ialah tenaga atom yang dibebaskan semasa tindak balas nuklear seperti reputan radioaktif, pembelahan nukleus dan pelakuran nukleus. Pembelahan nukleus melibatkan satu nukleus berat membelah kepada dua atau lebih nukleus ringan, manakala pelakuran nukleus melibatkan dua nukleus ringan bercantum membentuk satu nukleus berat. Kedua-dua proses membebaskan tenaga yang banyak akibat cacat jisim, dengan hubungan tenaga dan jisim diberikan oleh E = mc². Reputan Radioaktif Reputan radioaktif ialah proses rawak dan spontan di mana nukleus tidak stabil memancarkan sinaran radioaktif (zarah alfa, beta, atau sinar gama) untuk menjadi lebih stabil. Proses ini menyebabkan perubahan pada nombor proton dan/atau nombor nukleon nukleus. Separuh hayat adalah masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif mereput.
Pembelahan Nukleus
Satu nukleus berat (uranium-235) dibedil neutron dan membelah menjadi dua nukleus lebih ringan (barium-141 dan kripton-92), membebaskan neutron dan tenaga.
$^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{236}_{92}U \rightarrow {}^{141}_{56}Ba + {}^{92}_{36}Kr + 3^1_0n + \text{tenaga}$
Pelakuran Nukleus
Dua nukleus kecil dan ringan (deuterium dan tritium) bercantum membentuk satu nukleus helium yang lebih berat, berlaku pada suhu dan tekanan amat tinggi.
$^2_1H + {}^3_1H \rightarrow {}^4_2He + {}^1_0n + \text{tenaga}$
Cacat Jisim dan Tenaga Nuklear
Kehilangan jisim (cacat jisim) semasa tindak balas nuklear ditukar kepada tenaga, dengan c ialah laju cahaya. Unit jisim atom (u.j.a) digunakan untuk mengukur jisim atom yang sangat kecil.
$E = mc^2$
Reaktor Nuklear
Menggunakan tindak balas pembelahan nukleus berantai yang dikawal untuk menjana haba bagi penjanaan kuasa elektrik.
Reputan Radioaktif
Proses nukleus tidak stabil menjadi nukleus stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif. Proses ini berlaku secara rawak dan spontan.
Reputan Alfa (α)
Nukleus memancarkan zarah alfa (nukleus helium), menyebabkan nombor proton berkurang 2 dan nombor nukleon berkurang 4.
$^A_Z X \rightarrow ^{A-4}_{Z-2} Y + ^4_2 He$
Reputan Beta (β)
Sebiji neutron terurai menjadi proton dan elektron (zarah beta). Elektron dipancarkan, menyebabkan nombor proton bertambah 1 manakala nombor nukleon tidak berubah.
$^A_Z X \rightarrow ^A_{Z+1} Y + ^0_{-1} e$
Reputan Gama (γ)
Nukleus membebaskan tenaga lebihan dalam bentuk sinaran elektromagnet (sinar gama) untuk menjadi lebih stabil, tanpa perubahan pada nombor proton atau nombor nukleon.
$^A_Z X^* \rightarrow ^A_Z X + \gamma$
Separuh Hayat ($T_{1/2}$)
Masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif bagi suatu sampel radioaktif mereput. $N$ ialah bilangan nukleus yang belum mereput, $N_0$ ialah bilangan asal, $n$ ialah bilangan separuh hayat, dan $t$ ialah masa.
$N = (\frac{1}{2})^n N_0$ di mana $n = \frac{t}{T_{1/2}}$
Contoh soalan
Bandingkan pembelahan nukleus dengan pelakuran nukleus dari segi nukleus yang terlibat dan hasil tindak balas.
- Pembelahan nukleus: satu nukleus berat membelah menjadi dua atau lebih nukleus ringan.
- Pelakuran nukleus: dua nukleus ringan bercantum menjadi satu nukleus berat.
- Kedua-dua proses membebaskan tenaga akibat cacat jisim, tetapi pelakuran memerlukan suhu dan tekanan yang jauh lebih tinggi.
Pembelahan nukleus = pembelahan nukleus berat; Pelakuran nukleus = pencantuman nukleus ringan; kedua-dua membebaskan tenaga nuklear.
- Mengelirukan arah tindak balas: pembelahan (berat → ringan) dengan pelakuran (ringan → berat).
- Tidak menyeimbangkan nombor proton dan nombor nukleon dalam persamaan nuklear.
- Menganggap pelakuran nukleus mudah dicapai pada suhu bilik, padahal memerlukan suhu dan tekanan amat tinggi (seperti di teras Matahari).
- Mengelirukan perubahan nombor nukleon dan nombor proton antara reputan alfa dan beta.
- Kesilapan dalam mengira bilangan separuh hayat apabila masa dan separuh hayat diberikan dalam unit yang berbeza.
- Tidak memahami bahawa reputan gama tidak mengubah komposisi nukleus, hanya membebaskan tenaga.
- Menganggap reputan radioaktif sebagai proses yang boleh diramal atau dipengaruhi oleh faktor fizikal.
- Hafal contoh persamaan pembelahan uranium-235 dan pelakuran deuterium-tritium.
- Pastikan jumlah nombor proton (subskrip) dan nombor nukleon (superskrip) seimbang di kedua-dua belah persamaan.
- Kaitkan cacat jisim dengan tenaga yang dibebaskan menggunakan E = mc².
- Fahami dan hafal definisi reputan radioaktif, separuh hayat, dan keaktifan.
- Hafal persamaan am bagi reputan alfa, beta, dan gama serta kesan setiap reputan terhadap nombor proton dan nombor nukleon.
- Latih pengiraan separuh hayat menggunakan formula $N = (\frac{1}{2})^n N_0$ atau $A = (\frac{1}{2})^n A_0$.
- Fahami cara melukis dan mentafsir graf lengkung reputan radioaktif untuk menentukan separuh hayat.
- pembelahan nukleus
- pelakuran nukleus
- cacat jisim
- unit jisim atom
- reaktor nuklear
- tenaga nuklear
- Reputan radioaktif
- Zarah alfa
- Zarah beta
- Sinar gama
- Separuh hayat
- Radioisotop
- Keaktifan sampel radioaktif