Tenaga Nuklear — Nota JomSkor

Definisi Tenaga Nuklear

Tenaga nuklear bermaksud tenaga yang terhasil daripada tindak balas di dalam nukleus atom. Tenaga nuklear ialah tenaga alternatif yang boleh menjanakan tenaga elektrik bagi menggantikan atau mengurangkan penggunaan petroleum dan arang batu. Tenaga yang dihasilkan adalah lebih besar dan efisien berbanding dengan sumber tenaga lain.

Penggunaan Tenaga Nuklear di Dunia

Kini terdapat lebih daripada 30 buah negara yang menggunakan tenaga nuklear sebagai sumber tenaga di negara mereka. Negara yang kurang mempunyai sumber tenaga lain (seperti petroleum dan arang batu) memerlukan tenaga nuklear sebagai sumber tenaga negara, kerana kos yang amat tinggi diperlukan jika mereka mengimport sumber tenaga dari negara lain.

Lebih daripada 30 buah negara menggunakan tenaga nuklear, antaranya Amerika Syarikat, Rusia, Perancis, Slovakia dan Jepun

Manfaat Tenaga Nuklear

Tenaga nuklear menghasilkan sinaran mengion yang digunakan dalam pelbagai bidang seperti perubatan (contoh radioterapi menggunakan kobalt-60 untuk merawat kanser), pertanian dan perindustrian, sekaligus dapat meningkatkan taraf kesihatan dan taraf hidup manusia. Tenaga nuklear juga membebaskan jumlah gas rumah hijau yang sedikit berbanding dengan sumber tenaga lain seperti petroleum dan arang batu, menjadikannya lebih mesra alam dari segi pelepasan karbon.

Kesan Buruk Sumber Tenaga Nuklear

Sisa radioaktif yang dihasilkan boleh menjejaskan kesihatan dan mengancam nyawa serta kehidupan. Tenaga yang dihasilkan oleh tenaga nuklear adalah sangat besar dan jika disalahgunakan, boleh menyebabkan kesan yang buruk kepada manusia, seperti dalam penghasilan senjata nuklear yang berkuasa pemusnahan tinggi.

Pembelahan Nukleus

Pembelahan nukleus merupakan proses pemecahan satu nukleus radioaktif yang berat kepada dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dan lebih stabil disertai dengan pembebasan tenaga. Pembelahan nukleus berlaku apabila satu neutron yang perlahan membedil satu nukleus radioaktif yang berat seperti uranium-235. Bedilan daripada neutron itu menyebabkan nukleus itu pecah kepada dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dan stabil, membebaskan tenaga yang banyak.

Neutron + Uranium-235 -> dua atau lebih nukleus yang lebih ringan + Tenaga

Tindak Balas Berantai

Pembelahan nukleus akan berlaku secara berterusan apabila satu neutron membedil dan membelah nukleus berjisim besar yang baharu. Tindak balas berlanjutan ini disebut sebagai tindak balas berantai. Proses ini membolehkan tenaga yang banyak dibebaskan secara berterusan dalam reaktor nuklear.

Pelakuran Nukleus

Pelakuran nukleus merupakan proses percantuman atau penggabungan dua nukleus radioaktif yang ringan membentuk satu nukleus yang lebih berat disertai dengan pembebasan tenaga. Sebagai contoh, dua nukleus kecil dan ringan seperti deuterium dan tritium (isotop hidrogen) bercantum dan membentuk satu nukleus yang lebih besar dan berat (helium). Proses ini berlaku pada suhu yang amat tinggi dan membebaskan tenaga nuklear yang lebih banyak berbanding dengan pembelahan nukleus.

Deuterium + Tritium -> Helium + Neutron + Tenaga

Pelakuran Nukleus di Matahari

Pelakuran nukleus berlaku secara berterusan di Matahari. Hal ini demikian kerana Matahari mempunyai isotop-isotop hidrogen dan suhu yang amat tinggi. Tenaga yang dibebaskan daripada proses ini merupakan sumber tenaga utama untuk kehidupan di Bumi.

Stesen Jana Kuasa Tenaga Nuklear

Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear dilakukan di dalam stesen jana kuasa nuklear. Sebuah stesen jana kuasa nuklear terdiri daripada reaktor nuklear dan penjana. Reaktor nuklear menghasilkan jumlah tenaga haba yang besar melalui proses pembelahan nukleus rod bahan api uranium.

Komponen Reaktor Nuklear

Rod pengawal boron mengawal kadar tindak balas pembelahan nukleus dengan menyerap neutron yang berlebihan. Moderator grafit memperlahankan neutron. Rod bahan api uranium membebaskan tenaga haba melalui pembelahan nukleus untuk memanaskan gas yang mengalir melalui teras reaktor. Perisai konkrit mengelakkan kebocoran sinaran radioaktif daripada reaktor. Agen penyejuk menyerap haba hasil tindak balas nuklear.

Rod pengawal boron, moderator grafit, rod bahan api uranium, perisai konkrit, agen penyejuk

Proses Penjanaan Elektrik daripada Tenaga Nuklear

Gas sejuk dipam masuk ke dalam reaktor dan dipanaskan oleh rod bahan api uranium melalui pembelahan nukleus, menghasilkan gas panas. Gas panas ini digunakan untuk menukarkan air menjadi stim panas. Stim panas memutarkan turbin, dan apabila turbin diputarkan, magnet di dalam penjana elektrik turut diputarkan. Penjana elektrik menjanakan arus elektrik melalui proses aruhan elektromagnet apabila magnet berputar dalam suatu gegelung. Kondensor menyejuk dan mengkondensasikan stim menjadi air semula, yang kemudiannya dipam kembali ke dalam sistem.

Rod bahan api uranium -> gas panas -> stim panas -> turbin -> penjana elektrik -> arus elektrik

Sejarah Penjanaan Elektrik Nuklear

Arco di Idaho, Amerika Syarikat merupakan bandar pertama di dunia yang menggunakan kuasa elektrik yang dijanakan oleh stesen kuasa nuklear. Hal ini berlaku pada 17 Julai 1955, dengan kuasa yang dijanakan reaktor BORAX-III yang dibina di Makmal Nasional Argonne.

Reaktor Nuklear di Malaysia (TRIGA PUSPATI)

Malaysia memiliki sebuah reaktor nuklear berkuasa 1 MegaWatt milik Agensi Nuklear Malaysia, iaitu Reaktor TRIGA PUSPATI (RTP), yang mula beroperasi pada 28 Jun 1982. RTP merupakan jenis kolam dengan direka bentuk supaya eksperimen boleh dijalankan di bahagian teras reaktor tersebut. Namun, reaktor ini hanya untuk tujuan latihan, penyelidikan dan penghasilan radioisotop sahaja. Malaysia perlu membina sebuah reaktor nuklear yang mampu menjanakan tenaga 1000 MegaWatt jika mahu menjalankan penjanaan elektrik bersumberkan tenaga nuklear secara besar-besaran.

Reaktor Triga Puspati: 1 MegaWatt; mula beroperasi 28 Jun 1982

Agensi Nuklear Malaysia

Agensi Nuklear Malaysia, yang dahulunya dikenali sebagai Institut Penyelidikan Teknologi Nuklear (MINT), terletak di Bangi, Selangor. Agensi ini dipertanggungjawabkan untuk menjalankan aktiviti berteraskan sains dan teknologi nuklear serta berkaitan dengannya. Aktiviti utama yang dijalankan di sini ialah penyelidikan dan pembangunan teknologi nuklear bagi pembangunan negara dengan kerjasama antarabangsa.

Faktor Negara Memilih Tenaga Nuklear

Kurang sumber tenaga lain — kebanyakan negara yang menggunakan tenaga nuklear kurang sumber tenaga lain seperti gas asli dan petroleum, dan kos amat tinggi jika diperlukan untuk mengimport sumber tenaga dari negara lain. Keluasan negara yang besar serta kepadatan penduduk yang tinggi — contohnya negara China mempunyai keluasan dan kepadatan penduduk yang tinggi, kuasa tenaga yang dihasilkan oleh tenaga nuklear cukup besar sehingga mampu untuk menjanakan tenaga elektrik ke seluruh negara. Sumber pendapatan negara — contohnya Slovakia mampu menghasilkan tenaga elektrik yang melebihi keperluan negaranya, lalu membekalkan tenaga elektrik itu kepada negara-negara jiran dan mendapat keuntungan yang lumayan. Teknologi yang canggih — kajian dan pembangunan sentiasa dilakukan oleh negara-negara yang menggunakan tenaga nuklear, sehingga kini mereka telah berjaya memiliki teknologi yang lebih canggih serta mampu mengurangkan risiko-risiko berkaitan reaktor nuklear, contohnya pembinaan Makmal Nasional Argonne yang dimiliki oleh Amerika Syarikat.

Impak Penggunaan Senjata Nuklear

Pada sekitar tahun 1940-an, penyelidikan awal tentang tenaga nuklear dijalankan dan akhirnya menghasilkan bom atom. Hasil sampingan daripada pembelahan nukleus di dalam reaktor nuklear, iaitu plutonium, boleh digunakan untuk membuat bom atom. Teknologi ini menyaksikan satu malapetaka yang amat dahsyat apabila digunakan untuk menjanakan senjata nuklear. Senjata nuklear pernah digunakan semasa Perang Dunia Kedua oleh Amerika Syarikat terhadap Hiroshima dan Nagasaki.

Pengeboman Hiroshima dan Nagasaki

Mengikut beberapa kajian dan risalah, bom atom Little Boy telah digugurkan oleh pihak tentera Amerika Syarikat di Hiroshima pada 6 Ogos 1945, dan diikuti satu lagi bom atom Fat Man di Nagasaki pada 9 Ogos 1945. Letusan tenaga nuklear oleh bom atom menghasilkan satu gelombang letupan yang amat kuat sehingga mengorbankan kira-kira 70000 nyawa orang awam secara serta-merta. Pengeboman ini menyebabkan keadaan seluruh bandar raya itu menjadi amat panas sehingga mencairkan struktur besi. Letusan bom nuklear juga mengganggu atmosfera, kesan daripada gelombang terhasil di samping luruhan radioaktif yang dikeluarkan. Pada ketika itu, seluruh sistem perhubungan di bandar raya itu terputus. J.Robert Oppenheimer dikenali sebagai Father of the Atomic Bomb kerana beliau merupakan individu pertama yang mencipta bom atom dunia.

Bom atom Little Boy di Hiroshima: 6 Ogos 1945 | Bom atom Fat Man di Nagasaki: 9 Ogos 1945

Perjanjian Pengawalan Senjata Nuklear

Kini, sudah banyak negara yang mula mencipta dan mengeluarkan senjata nuklear masing-masing. Namun, mereka masih terikat di bawah Perjanjian Pengawalan Senjata Nuklear yang mengawal dan tidak membenarkan mana-mana negara menggunakan senjata nuklear dengan sewenang-wenangnya.

Impak Ujian Nuklear

Sebelum senjata nuklear digunakan, ujian nuklear perlu dilakukan untuk memastikan sama ada senjata itu berfungsi atau tidak. Ujian nuklear dilakukan sama ada di atmosfera terbuka, di darat atau di bawah laut. Ujian nuklear ini memberikan impak buruk kepada hidupan dan persekitaran. Ujian nuklear di bawah tanah contohnya akan menyebabkan kesan radiasi terhadap tanah dan sumber air. Begitu juga di laut, akan berlaku kemusnahan hidupan dan juga pencemaran yang teruk.

Kesan Somatik dan Kesan Genetik Ujian Nuklear

Bagi manusia dan hidupan di darat, kesan penyebaran radiasi daripada ujian nuklear boleh menyebabkan kesan somatik dan kesan genetik. Kesan somatik termasuk keletihan, loya, katarak, leukemia dan keguguran rambut. Kesan genetik termasuk kecacatan pada bayi, mutasi sel dan kanser.

Kesan somatik: keletihan, loya, katarak, leukemia, keguguran rambut | Kesan genetik: kecacatan pada bayi, mutasi sel, kanser

Sumber Tenaga Malaysia dan Kewajaran Pembinaan Stesen Nuklear

Di Malaysia, 70 peratus daripada sumber tenaganya dijana daripada gas asli. Petroleum, gas asli dan arang batu merupakan bahan api fosil yang tidak boleh diperbaharui. Beberapa orang murid telah ditanya tentang kewajaran pembinaan stesen jana kuasa nuklear di Malaysia — sesetengah berpendapat Malaysia perlu membina stesen jana kuasa nuklear untuk menampung permintaan pengguna terhadap tenaga elektrik yang semakin meningkat, manakala yang lain kurang bersetuju kerana reaktor nuklear menghasilkan sisa radioaktif yang berbahaya kepada manusia dan alam sekitar jika tidak dikendalikan dengan cermat.

70 peratus sumber tenaga Malaysia dijana daripada gas asli; selebihnya petroleum dan arang batu

Faktor Perlu Diambil Kira untuk Pembinaan Stesen Jana Kuasa Nuklear

Bahan api fosil seperti arang batu, gas asli, petroleum yang akan habis kosnya semakin meningkat. Kesan pencemaran oleh tenaga nuklear juga adalah lebih rendah berbanding dengan sumber bahan api fosil. Kawasan bagi membangunkan stesen jana kuasa nuklear mestilah kawasan yang sangat strategik, kawasannya mestilah berhampiran dengan punca air bagi memudahkan proses penyejukan berlaku. Kadar tenaga yang dikeluarkan oleh sumber tenaga nuklear adalah jauh lebih besar daripada sumber bahan api fosil.

Contoh soalan

Nyatakan dua buah negara selaku pengguna utama tenaga nuklear di dunia, dan jelaskan dua kelebihan sumber tenaga nuklear berbanding dengan sumber tenaga lain.

• Dua buah negara selaku pengguna utama tenaga nuklear: Amerika Syarikat dan Rusia (atau Perancis, Slovakia, Jepun).
• Kelebihan pertama: tenaga nuklear menghasilkan tenaga elektrik yang lebih besar dan efisien berbanding dengan sumber tenaga lain seperti petroleum dan arang batu.
• Kelebihan kedua: tenaga nuklear membebaskan jumlah gas rumah hijau yang sedikit berbanding dengan sumber tenaga lain, menjadikannya lebih mesra alam.

Contoh soalan

Bezakan antara proses pembelahan nukleus dengan proses pelakuran nukleus, dan berikan satu contoh bahan radioaktif yang terlibat bagi setiap satu proses.

• Pembelahan nukleus ialah proses pemecahan SATU nukleus radioaktif yang berat kepada DUA atau lebih nukleus yang lebih ringan dan stabil disertai pembebasan tenaga. Contoh: uranium-235 yang dibedil oleh neutron perlahan.
• Pelakuran nukleus ialah proses percantuman atau penggabungan DUA nukleus radioaktif yang ringan membentuk SATU nukleus yang lebih besar dan berat disertai pembebasan tenaga. Contoh: deuterium dan tritium (isotop hidrogen) bercantum membentuk helium.
• Pelakuran nukleus memerlukan suhu yang amat tinggi untuk berlaku, dan membebaskan tenaga nuklear yang lebih banyak berbanding pembelahan nukleus.
• Pembelahan nukleus berlaku secara berterusan melalui tindak balas berantai, iaitu apabila satu neutron membedil dan membelah nukleus berjisim besar yang baharu.

Contoh soalan

Rajah menunjukkan sebahagian daripada stesen jana kuasa nuklear. Namakan komponen K yang mengawal kadar tindak balas pembelahan nukleus, dan terangkan fungsi tiga komponen lain dalam reaktor nuklear.

• K ialah rod pengawal boron, yang berfungsi mengawal kadar tindak balas pembelahan nukleus dengan menyerap neutron yang berlebihan.
• Moderator grafit berfungsi memperlahankan neutron.
• Rod bahan api uranium berfungsi membebaskan tenaga haba melalui pembelahan nukleus untuk memanaskan gas yang mengalir melalui teras reaktor.
• Perisai konkrit berfungsi mengelakkan kebocoran sinaran radioaktif daripada reaktor.
• Agen penyejuk berfungsi menyerap haba hasil tindak balas nuklear.
• Ciri keselamatan tambahan: pemeriksaan berkala struktur K bagi mengelakkan kebocoran dan memastikan rod pengawal boron berfungsi dengan baik.

Contoh soalan

Terangkan secara ringkas bagaimana tenaga nuklear ditukarkan kepada tenaga elektrik di dalam stesen jana kuasa nuklear.

• Pembelahan nukleus rod bahan api uranium membebaskan tenaga haba yang besar, memanaskan gas sejuk yang mengalir melalui teras reaktor menjadi gas panas.
• Gas panas ini digunakan untuk menukarkan air menjadi stim panas melalui agen penyejuk.
• Stim panas memutarkan turbin, dan apabila turbin diputarkan, magnet di dalam penjana elektrik turut diputarkan dalam suatu gegelung.
• Penjana elektrik menjanakan arus elektrik melalui proses aruhan elektromagnet apabila magnet berputar.
• Kondensor menyejuk dan mengkondensasikan stim semula menjadi air, yang dipam kembali ke dalam sistem secara berterusan.

Contoh soalan

Nyatakan tarikh dan nama bom atom yang digugurkan di Hiroshima dan Nagasaki, dan terangkan dua kesan buruk akibat pengeboman tersebut.

• Bom atom Little Boy digugurkan di Hiroshima pada 6 Ogos 1945; bom atom Fat Man digugurkan di Nagasaki pada 9 Ogos 1945.
• Kesan pertama: letusan tenaga nuklear menghasilkan gelombang letupan yang amat kuat sehingga mengorbankan kira-kira 70000 nyawa orang awam secara serta-merta.
• Kesan kedua: pengeboman menyebabkan keadaan seluruh bandar raya menjadi amat panas sehingga mencairkan struktur besi, serta mengganggu atmosfera akibat luruhan radioaktif yang dikeluarkan.

Contoh soalan

Bezakan antara kesan somatik dengan kesan genetik akibat ujian nuklear, dan berikan dua contoh bagi setiap satu.

• Kesan somatik ialah kesan yang dialami secara langsung oleh tubuh badan individu yang terdedah kepada radiasi. Contoh: keletihan dan loya (atau katarak, leukemia, keguguran rambut).
• Kesan genetik ialah kesan yang melibatkan perubahan pada bahan genetik dan boleh diwarisi oleh generasi akan datang. Contoh: kecacatan pada bayi dan mutasi sel (atau kanser).
• Kedua-dua kesan ini berlaku akibat penyebaran radiasi daripada ujian nuklear yang dijalankan di atmosfera terbuka, di darat atau di bawah laut.