Keradioaktifan

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

BAB 5 KERADIOAKTIFAN

5.1 Nukleus sesuatu atom

Komposisi nukleus suatu atom

 Nukleus suatu atom terdiri daripada nukleon-
nukleon.

 Nukleon terdiri daripada proton yang bercas positif
dan neutron tidak bercas.

+ Nukleon Nilai cas Jenis Jisim Jisim
++ + Proton (C) cas relatif sebenar

+1.6 x 10-19 Positif 1 (kg)
1.67 x 10-27

Neutron 0 Neutral 1 1.67 x 10-27

Model atom
Rutherford-Bohr

Nombor proton dan nombor nukleon

 Nombor proton suatu unsur ialah bilangan proton yang terdapat di dalam nukleus
atom unsur itu. Nombor proton diwakili oleh simbol Z.

 Nombor proton, Z juga dikenali sebagai nombor atom.

 Nombor nukleon suatu unsur ialah jumlah bilangan proton dan bilangan neutron
yang terdapat di dalam nukleus atom unsur itu. Nombor nukleon wakili oleh
simbol A.

 Nombor nukleon, A juga dikenali sebagai nombor jisim.
 Maka,

Bilangan neutron, N = nombor nukleon, A – nombor proton, Z

Definisi nuklid

 Nuklid ialah suatu spesies nukleus atom yang mempunyai bilangan proton dan
bilangan neutron yang tertentu.

 Simbol bagi suatu nuklid tertentu boleh dinyatakan dengan menggunakan simbol
nuklid berikut:

Nombor nukleon A X Simbol kimia
Nombor proton Z

 X ialah simbol kimia bagi suatu unsur. Contohnya H ialah simbol bagi hidrogen
dan C ialah simbol bagi karbon.

 Sub-sub atom seperti proton, neutron dan elektron juga boleh ditulis dalam
bentuk simbol nuklid.

 Simbol nuklid bagi proton ialah 11p , simbol nuklid bagi neutron ialah 01n dan

simbol nuklid bagi elektron ialah 0 e .
-1

 Bagi suatu atom yang neutral, bilangan proton adalah sama dengan bilangan
elektron. Maka bilangan elektron yang mengelilingi nukleus bagi suatu atom

neutral sama dengan nilai nombor proton, Z.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 1

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Tentukan nombor nukleon, nombor proton dan bilangan neutron bagi nuklid-nuklid
berikut:

Unsur Simbol unsur Nombor Nombor Bilangan
nukleon, A proton, Z neutron, N

Hidrogen 11H

Karbon 12 C
6

Oksigen 16 O
8

Helium 4 He
2

Uranium 238 U
92

Radium 226 Ra
88

Thorium 23920Th

Definisi Isotop

 Isotop adalah nuklid-nuklid (nukleus-nukleus atom) bagi suatu unsur yang sama
yang mempunyai bilangan proton, Z yang sama, tetapi nombor nukleon, A yang
berlainan.

 Unsur hidrogen mempunyai tiga jenis isotop yang wujud secara semula jadi iaitu
protium (hidrogen), deutrium dan tritium.

Nama Simbol Struktur Nombor Nombor Nombor
isotop isotop nukleus
nukleon, A proton, Z neutron, N

Protium 11H + 11
(hidrogen)

Deuterium 21H + 21

Tritium 31H + 31

 Isotop-isotop bagi suatu unsur yang sama menunjukkan sifat kimia yang sama
kerana bilangan proton dan bilangan elektron yang dimiliki oleh atom neutral

adalah sama.

 Bagaimanapun, isotop-isotop bagi suatu unsur yang sama menunjukkan sifat
fizik yang berlainan disebabkan oleh jisim yang berlainan.

Contoh : Simbol nuklid bagi satu nukleus Protactinium-231 diberikan seperti yang
berikut:

231 Pa
91

Tentukan bilangan proton dan bilangan neutron di dalam nukleus tersebut.
Penyelesaian:

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 2

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

5.2 Pereputan radioaktif

Keradioaktifan

 Keradioaktifan ialah proses pereputan nukleus yang tidak stabil dengan
memancarkan sinaran radioaktif untuk menjadi nukleus yang lebih stabil secara
spontan dan rawak.

 Proses pereputan radioaktif berlaku secara spontan kerana ia tidak dikawal dan
berlaku dengan sendiri serta tidak dipengaruhi oleh keadaan fizikal seperti suhu

dan tekanan.

 Proses pereputan radioaktif dikatakan berlaku secara rawak kerana sinaran yang
dipancarkan tidak berlaku pada selang masa yang sekata dan tidak boleh diramal

ia berlaku.

 Isotop-isotop yang mempunyai nukleus yang tidak stabil dikenali sebagai
radioisotop.

 Jadual berikut menunjukkan contoh-contoh isotop stabil dan radioisotopnya.
Lengkapkan jadual ini dengan simbol nuklid bagi setiap radioisotop.

Isotop stabil Simbol Radioisotop Simbol
Karbon-12 Karbon-14
12 C
Natrium-23 6 Natrium-24

Kobalt-59 2131Na Kobalt-60

Plumbum-207 59 Co Plumbum-210
27

207 Pb
82

 Tiga jenis sinaran radioaktif yang boleh dikeluarkan oleh nukleus yang tidak

stabil semasa reputan radioaktif ialah:

(a) Zarah alfa ()

Zarah alfa ialah nukleus helium ( 4 He ) dan bercas positif
2

(b) Zarah beta ()

Zarah beta ialah elektron ( 0 e ) yang bergerak dengan laju dan bercas negatif
-1

(c) Sinar gama ()
Sinar gama ialah gelombang elektromagnet yang berfrekuensi tinggi dan tidak
bercas.

Perbandingan ciri-ciri bagi tiga jenis sinaran radioaktif

 Perbandingan tiga jenis sinaran radioaktif boleh dibuat dengan membincangkan
sifat semulajadi mereka iaitu dari segi:
(a) Kesan pengionan
(b) Kuasa penembusan
(c) Pemesongan oleh medan elektrik
(d) Pemesongan oleh medan magnet
(e) Julat pancaran di dalam udara

 Perbezaan sifat-sifat semulajadi sinaran radioaktif ini membolehkan kita
mengesan sinaran radioaktif dengan menggunakan pengesan sinaran radioaktif

tertentu seperti pembilang bunga api, kebuk awan dan tiub Geiger-Müller.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 3

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(a) Kesan pengionan

 Sinaran radioaktif seperti zarah alfa (), zarah beta () dan sinar gama () boleh
mengionkan molekul-molekul udara di sekelilingnya ketika bergerak merentasi
molekul-molekul udara.

 Kuasa pengionan ialah keupayaan sesuatu sinaran radioaktif menyesarkan
elektron daripada molekul udara bagi menghasilkan satu pasangan ion.

 Contoh kesan pengionan oleh zarah alfa,  terhadap molekul udara:

Elektron + –

Elektron

Zarah  Proton Proton

Neutron Neutron

 Zarah alfa () mempunyai kuasa pengionan yan paling tinggi kerana ia
mempunyai jisim yang paling besar berbanding zarah beta () dan sinar gama ().

 Sinar gama () mempunyai kuasa pengionan yang paling rendah kerana sinar
gama () tidak mempunyai jisim dan merupakan gelombang elektromagnet yang
membawa tenaga yang tinggi.

(b) Kuasa penembusan
 Kuasa penembusan sinaran radioaktif merujuk kepada keupayaan sinaran itu

untuk melepasi dan menembusi sesuatu halangan.

 Kuasa penembusan dipengaruhi oleh kuasa pengionan. Semakin tinggi kuasa
pengionan, semakin rendah kuasa penembusan sesuatu sinaran.

 Zarah alfa () boleh dihentikan dengan menggunakan sehelai kertas sahaja
kerana kuasa penembusan zarah alfa yang sangat rendah.

 Zarah beta () pula boleh dihalang dengan menggunakan kepingan logam nipis
seperti aluminium setebal 3 mm.

 Sinar gama () mempunyai kuasa penembusan paling tinggi tidak dapat dihalang
sepenuhnya tetapi keamatannya boleh dikurangkan dengan menggunakan
kepingan plumbum atau dinding konkrit yang cukup tebal.

Zarah alfa ()
Zarah beta ()
Sinar gama ()

Kertas aluminium Plumbum

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 4

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(c) Pemesongan oleh medan elektrik
 Apabila suatu sinaran melalui suatu medan elektrik, lintasan sinaran radioaktif

tersebut boleh mengalami perubahan arah.

 Zarah alfa () yang bercas positif akan dipesongkan ke arah plat negatif dan zarah
beta () yang bercas negatif akan dipesongkan ke arah plat positif.

 Sinar gama () tidak dipengaruhi oleh medan elektrik kerana ia merupakan
gelombang elektromagnet dan tidak bercas.
(–)

Sumber bahan 
radioaktif 



(+)
 Pemesongan zarah beta () lebih ketara daripada pemesongan zarah alfa (). Ini

kerana jisim zarah beta () adalah jauh lebih kecil daripada jisim zarah alfa ().

 Inersia zarah beta () yang lebih kecil menyebabkan zarah beta () lebih mudah
dipesongkan.

(d) Pemesongan oleh medan magnet
 Cas yang dibawa oleh suatu sinaran radioaktif menyebabkan sinaran tersebut

terpesong di dalam suatu medan magnet.

 Zarah alfa () dan zarah beta () dipesongkan pada arah yang berbeza kerana
membawa cas yang berlainan.

 Zarah beta () mengalami pemesongan yang lebih ketara kerana jisim relatif yang
kecil berbanding zarah alfa ().

 Sinar gama () tidak dipesongkan oleh medan magnet kerana tidak membawa
sebarang cas.

 
 



Arah medan magnet Arah medan magnet
masuk ke arah kertas keluar dari arah kertas

 Arah pesongan sinaran ditentukan dengan menggunakan Petua Tangan Kiri
Fleming.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 5

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Ciri-ciri sinaran radioaktif

Ciri-ciri Zarah alfa () Zarah beta () Sinar gama ()
Sifat semulajadi

–
1

Nukleus helium Elekron Sinaran
elektromagnet

Simbol 4 He atau  0 e atau  
Cas 2 -1 Tidak bercas

Kuasa pengionan Positif Negatif Bilangan ion
kurang daripada
(+2e) (-1e) zarah  dan zarah

Menghasilkan Bilangan ion yang .
(Lemah)
banyak ion udara terhasil kurang Tinggi
Beberapa ratus
(Tinggi) daripada zarah .
meter
(Sederhana) Tidak terpesong

Kuasa penembusan Lemah Sederhana Tidak terpesong
Beberapa Beberapa meter
Julat pancaran di centimeter Halaju cahaya, c
udara Terpesong ke arah Terpesong ke arah
plat negatif plat positif
Kesan medan Terpesong dengan
elektrik magnitud kecil Terpesong dengan
magnitud besar
Kesan medan 0.1 c  0.3 – 0.9 c
magnet

Halaju

Alat pengesan sinaran radioaktif
 Sifat-sifat sinaran radioaktif yang membolehkannya dikesan ialah:

(a) Sinaran radioaktif boleh menghitamkan filem atau plat fotograf.
(b) Sinaran radioaktif boleh mengionkan atom-atom udara.

(1) Filem atau plat fotograf

 Filem atau plat fotograf boleh mengesan
ketiga-tiga jenis sinaran radioaktif.

 Argentum bromide yang peka kepada cahaya
dan sinaran radioaktif disalutkan pada
permukaan plat fotograf.

 Unsur argentum akan menghitamkan plat
fotograf apabila sinaran menembusinya.

 Plat fotograf digunakan sebagai lencana khas
yang dipakai oleh pekerja semasa
mengendalikan bahan radioaktif di makmal dan
reaktor nuklear kerana alat ini boleh
menunjukkan dos sinaran yang terdedah
kepada seseorang pekerja.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 6

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(2) Elektroskop bercas Sumber
 radioaktif
 Elektroskop bercas ialah alat yang paling 
+ + + + + Pengionan
sesuai untuk mengesan zarah alfa () kerana – – – – – molekul udara
kuasa pengionan yang tinggi berbanding
++ + ++ + Kerajang
dengan zarah beta () dan sinar gama (). + + emas
+ menguncup
 Apabila satu sumber alfa dibawa mendekati +
ceper sebuah elektroskop yang bercas positif, + +
didapati pencapahan kerajang emas akan +
berkurang.
+
 Ini kerana zarah alfa mengionkan molekul- +
molekul udara di sepanjang lintasannya dan +
menghasilkan pasangan-pasangan ion. +

 Ion-ion negatif yang terhasil akan tertarik +
kepada ceper elektroskop yang bercas positif
itu dan menyahcaskannya. Maka, kerajang Sumber alfa –
emas menguncup.
Kasa 3 kV
(3) Pembilang bunga api dawai
+
 Pembilang bunga api sesuai digunakan untuk Bunga api
Dawai halus
mengesan zarah alfa () kerana mempunyai
kuasa pengionan yang tinggi.

 Apabila sumber alfa didekatkan dengan kasa
dawai, bunga api dilihat dan bunyi percikan
didengari.

 Ini kerana zarah alfa mengionkan molekul-
molekul udara di ruang antara kasa dawai
dengan dawai halus. Ion positif dan ion negatif
tertarik kepada terminal masing-masing yang
bertentangan cas.

 Pengionan sekunder terjadi apabila ion-ion
berlanggar dengan molekul-molekul udara yang
lain menyebabkan bunga api terhasil.

 Bilangan bunga yang terhasil memberikan satu
sukatan keamatan sinar itu.

(4) Tiub Geiger-Müller

 Tiub Geiger-Müller boleh digunakan untuk

mengesan zarah alfa, zarah beta dan sinar Sumber Pembilang

gama. radioaktif Tiub GM 450 V
Pembilang
 Apabila satu sinar radioaktif memasuki tiub GM

sinaran itu mengionkan molekul-molekul gas

neon di dalamnya.

 Ion positif dipecutkan ke katod manakala ion-

ion negatif dipecutkan ke anod.

 Perlanggaran ion-ion dengan atom-atom neon

yang lain menyebabkan pengionan sekunder

berlaku.

 Pergerakan ion-ion ke elektrod masing-masing Katod

menghasilkan satu denyutan arus yang kecil.

 Denyutan ini akan diperkuatkan oleh satu Mica
amplifier dan dibilang oleh sebuah pembilang.
Gas neon
 Pembilang akan merekodkan bilangan Anod
denyutan arus dalam satu selang masa

tertentu.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 7

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(5) Kebuk awan Ruang tepu Kepingan felt
dengan wap Sumber alfa
 Kebuk awan boleh mengesan ketiga-tiga jenis alkohol
sinaran radioaktif.
Ais kering
 Apabila sinar radioaktif melalui ruang di
bahagian atas ia mengionkan molekul-molekul Span
udara di sepanjang lintasannya.

 Wap yang tepu lampau mengkondensasi pada
ion-ion itu untuk membentuk titisan-titisan air
yang halus dan kelihatan sebagai runut-runut
putih.

 Cahaya disinarkan disisi kebuk itu supaya
runut-runut putih itu dapat diperhatikan.

 Rupa bentuk runut yang terhasil bagi ketiga-
tiga sinaran radioaktif adalah berbeza.

(a) Runut dihasilkan oleh zarah alfa Pandangan atas:
Sumber alfa () Runut yang dihasilkan dalam

(b) Runut dihasilkan oleh zarah beta kebuk awan
Sumber beta ()
 Kuasa pengionan zarah alfa
(c) Runut dihasilkan oleh sinar gama yang tinggi menghasilkan
Sumber gama () banyak pasangan ion, maka
runut kelihatan padat.

 Jisim zarah alfa yang besar
menyebabkan ia tidak
terpesong oleh molekul
udara dalam lintasannya,
maka kelihatan lurus.

 Kuasa pengionan yang
sederhana menyebabkan
runut kelihatan kurang
padat.

 Jisim yang kecil
menyebabkan ia
dipesongkan oleh molekul-
molekul udara dalam
lintasannya dan kelihatan
tidak lurus.

 Kuasa pengionan sinar
gama yang sangat rendah
menghasilkan sedikit
pasangan ion
menyebabkan runut
kelihatan pendek dan
berselerak.

 Sinar gama tidak
mempunyai jisim.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 8

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Reputan radioaktif

 Reputan radioaktif ialah proses di mana nukleus yang tidak stabil berubah
menjadi nukleus yang lebih stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif.

 Terdapat tiga jenis reputan radioaktif iaitu reputan alfa, reputan beta dan reputan
gama.

(1) Reputan alfa ()

 Reputan alfa berlaku apabila suatu unsur radioaktif mereput dengan

memancarkan satu zarah alfa () iaitu nukleus helium, 4 He .
2

Z Z–2 2p

N mereput N–2 2n
Zarah alfa ()

Atom X Atom Y

Z = nombor proton N = nombor neutron

 Dalam proses reputan ini, satu zarah alfa (nukleus helium 4 He dengan 2
2

proton dan 2 neutron dipancarkan. Maka atom baru Y yang terbentuk

mempunyai nombor proton, Z yang berkurang sebanyak 2 unit dan nombor

nukleon, A yang berkurang sebanyak 4 unit.

 Perubahan dalam nombor nukleon dan nombor proton boleh diwakili oleh
persamaan berikut:

A XAZ42Y42 He
Z

 Contoh-contoh persamaan reputan alfa:

(i) 29328U23940Th42He (ii) 28286Ra28262 Rn 4 He
2

Lengkapkan persamaan-persamaan di bawah:

(a) 23940Th  Ra + 4 He (b) 28286Ra  Rn + 4 He
2 2

(c) 28142Po  208 Pb + (d)  28202Hg + 4 He
82 2

(e)  28148Po + 4 He (f) 23940Th  210 Pt + 4 He
2 78 2

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 9

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(2) Reputan beta ()
 Reputan beta berlaku apabila suatu unsur radioaktif mereput dengan
memancarkan satu zarah beta () iaitu elektron yang berhalaju tinggi.

Z Z+1 –
Zarah beta ()
N mereput N–1

Atom X Atom Y

Z = nombor proton N = nombor neutron

 Dalam proses reputan beta, satu daripada neutron-neutron dalam nukleus itu
akan bertukar menjadi satu proton dan elektron.

 Proton yang terhasil itu kekal di dalam nukleus, manakala elektron yang
terhasil dipancarkan sebagai zarah beta berhalaju tinggi.

 Atom Y yang terbentuk mempunyai nombor proton, Z yang bertambah
sebanyak 1 unit dan nombor nukleon, A tidak berubah.

 Perubahan dalam nombor nukleon dan nombor proton boleh diwakili oleh
persamaan berikut:

A XZA1Y-01e
Z

 Contoh-contoh persamaan reputan beta :

(i) 23940Th23941Pa-01e (ii) 23941Pa29324 U-01e

Lengkapkan persamaan-persamaan di bawah:

(a) 28120Pb  Bi -01e (b) 2141Na  Mg -01e

(c)  2141Na -01e (d)  29329U -01e

(e) 23920Th28028Pb  4 He  -01e
2

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 10

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(3) Reputan gama ()

 Dalam proses reputan gama, tenaga dibebaskan dalam bentuk sinaran
elektromagnet.

 Selepas pengeluaran zarah alfa dan zarah beta, sesetengah nukleus masih
berada dalam keadaan bertenaga yang lebih tinggi daripada biasa.

 Pada ketika proton-proton dan neutron-neutron dalam nukleus itu menyusun
semula untuk menjadi lebih stabil, tenaga lebihan padanya akan dikeluarkan

sebagai sinaran elektromagnet berfrekuensi amat tinggi yang dinamakan sinar
gama.

 Pemancaran sinar gama tidak mengubah nombor proton dan nombor nukleon
sesuatu atom seperti persamaan berikut:

A XAZ X   (Sinar gama)
Z

 Contoh persamaan reputan gama :

(a) 60 Co2670 Co   (b) 28124Pb28134Bi-01e  
27

(c) 29328U23940Th 4 He  
2

Lengkapkan persamaan-persamaan berikut:

(a) 15367Ba   (b) 16562Dy  
(c) 17972Ir  -01e  

Siri reputan
 Sesetengah nukleus tidak menjadi stabil walaupun ia telah melalui proses

reputan. Ini kerana nukleus baru yang terhasil masih tidak stabil.

 Oleh yang demikian, satu siri reputan akan berlaku sehingga nukleus asal
mereput menjadi satu nukleus yang stabil.

 Berikut ialah satu contoh siri reputan:

29328U23940Th23941Pa29324U  ....28140Po28026Pb

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 11

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Berikut ialah siri reputan radioaktif uranium-238 ke Radium-226 yang lebih stabil.

Nombor nukleon, A

Nombor proton, Z

Berdasarkan rajah siri reputan radioaktif di atas,
(i) Tuliskan persamaan reputan uranium-238 ke Torium-234.

(ii) Tentukan bilangan zarah alfa dan bilangan zarah beta yang terhasil daripada
siri reputan radioaktif tersebut.

Bilangan zarah alfa = ......................... Bilangan zarah beta =...........................

Separuh hayat
 Separuh hayat suatu unsur radioaktif ditakrifkan sebagai masa yang diambil

untuk separuh daripada nukleus unsur asal mereput menjadi nukleus unsur baru.

 Separuh hayat juga boleh ditakrifkan sebagai masa yang diambil untuk keaktifan
unsur itu berkurang menjadi separuh daripada keaktifan asalnya.

 Keaktifan suatu unsur radioaktif biasanya diukur dalam unit ‘bilangan per saat’.
Bilangan per saat merujuk kepada bilangan reputan yang berlaku dalam satu saat.

 Keaktifan atau kadar reputan suatu unsur radioaktif itu dapat ditentukan dengan
menggunakan tiub Geiger-Müller dan pembilang.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 12

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

 Konsep separuh hayat boleh digambarkan seperti berikut:
No

T1 1 No 2T 1
2
2  2 
1 No
4

 Unsur-unsur radioaktif yang berlainan mempunyai separuh hayat yang berbeza.

Unsur radioaktif Separuh hayat
Uranium-238 4 500 juta tahun
Karbon-14
Radium-226 5 730 tahun
Kobalt-60 1 620 tahun
Fosforus-32
Iodin-131 5.3 tahun
Natrium-24 15 hari
8 hari
Protactinium-234 15 jam
Radon-220 72 saat
56 saat
Polonium-214
0.164 saat

 Nilai separuh hayat boleh ditentukan daripada graf lengkung keaktifan melawan
masa atau graf bilangan atom, N radioaktif melawan masa.

Keaktifan/Bilangan per saat N

Ao No

1 Ao 1 No
2 2

1 Ao 1 No
4 4

T1 2T1 Masa/ saat T1 2T1 Masa/ saat

22 22

Contoh penyelesaian masalah:
(1) Satu sampel radioaktif mempunyai separuh hayat 20 minit. Berapa pecahan

daripada bilangan atom asal yang belum mereput selepas 1 jam?

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 13

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

(2) Separuh hayat satu bahan radioaktif ialah 10 hari. Berapakah peratus atom
radioaktif asal yang telah mereput selepas 30 hari.

(3) Jika masa yang diambil untuk keaktifan suatu sampel bahan radioaktif mereput
dari 960 kepada 120 bilangan per minit ialah 168 saat, berapakah separuh hayat
bahan radioaktif itu?

(4) Satu sampel iodin-131 didapati mempunyai keaktifan 800 bilangan per saat.
Berapakah keaktifan sampel iodin-131 selepas 16 hari jika separuh hayat iodin-
131 ialah 8 hari?

(5) Fosforus-32 mempunyai separuh hayat 15 hari. Berapa lamakah masa yang
diambil untuk 75% daripada atom-atom satu sampel fosforus-32 mereput?

(6) Tentukan separuh hayat sampel radioaktif daripada graf susutan keaktifan
melawan masa berikut:

Keaktifan/Bilangan per saat

800 Masa/jam
600
400
200

1 2 34567 8

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 14

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

5.3 Kegunaan radioisotop

 Radioisotop ialah isotop dengan nukleus yang tidak stabil. Radioisotop akan
mereput dengan memancarkan zarah alfa, zarah beta atau sinaran gama.

 Sinaran radioaktif yang dikeluarkan membolehkan radioisotop tertentu digunakan
dengan meluas dalam bidang perubatan, pertanian dan perindustrian.

 Antara ciri-ciri sinaran radioaktif ialah
 Sinar radioaktif boleh dikesan menggunakan pengesan tertentu.
 Sinar radioaktif mempunyai kuasa penembusan tertentu.
 Sinar radioaktif mempunyai kuasa pengionan tertentu.
 Sinar radioaktif boleh membunuh sel.

Bidang perubatan

Rawatan kanser/Radioterapi

 Sinar gama daripada Cobalt-60
digunakan untuk membunuh sel
kanser.

 Sinar gama dipancarkan daripada
lubang seni pada bongkah plumbum
supaya satu alur sinar yang halus
dan ditujukan tepat kepada sel kanser
untuk mengelak kerosakan kepada
tisu-tisu yang sihat.

 Isotop fosforus-32 dan strontium-90
mengeluarkan zarah beta dapat
merawat kanser kulit.

Sinar gama dipancarkan
kepada sel kanser

Penyurihan radioaktif

 Pewarna yang mengandungi
radioisotop seperti barium-138
disuntik ke dalam badan pesakit
untuk mengesan tumor pada kepala.

 Radioisotop natrium-24 disunti ke
dalam badan pesakit untuk mengesan
tempat pembekuan darah.

 Radioisotop iodine-131 digunakan
untuk memeriksa keadaan kelenjar
tiroid.

Surihan tiroid

Penstrilan

 Sinar gama daripada Cobalt-60
digunakan untuk membasmikan
bakteria dalam proses penstrilan alat-
alat perubatan seperti termometer,
alat bedah, jarum suntikan, picagari
dan sebagainya.

Peralatan perubatan yang didedahkan
dengan sinar gama

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 15

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Bidang pertanian

Pengawalan serangga perosak

 Sinar gama digunakan untuk
membunuh kumbang dan serangga
perosak dalam bidang pertanian.

 Dos sinar gama yang kecil digunakan
untuk menjadikan serangga perosak
itu mandul dan pembiakannya dapat
dikawal.

Mengkaji kadar penyerapan baja Lalat buah
tumbuhan Penentuan kadar penyerapan baja

 Radioisotop seperti fosforus-32 dan
nitrogen-15 dicampurkan ke dalam
baja.

 Selepas baja itu disiram, kadar
penyerapan dan jumlah yang diserap
oleh tumbuhan dapat ditentukan
dengan mengesan kuantiti
radioisotop yang terkandung dalam
daun dan batangnya menggunakan
pembilang Geiger Muller.

Bidang perindustrian

Penyemak aras pengisian tin dan Sumber radioaktif
bungkusan

 Di kilang menbuat makanan, tin-tin

atau bungkusan-bungkusan yang

telah diisi akan diangkut di atas satu

tali sawat yang melalui satu punca

sinar beta dan alat pengesan seperti

tiub GM.

 Jika terdapat bungkusan atau tin

yang kurang penuh, tiub GM akan

member satu bacaan yang lebih Pembilang meter
tinggi daripada nilai bacaan piawai.

Mengesan kebocoran paip di bawah Pembilang Pengesan
tanah Paip bawah tanah

 Radioisotop yang mempunyai
setengah hayat pendek seperti
natrium-24 dimasukkan ke dalam
saluran paip air atau gas yang disyaki
bocor.

 Alat pengesan seperti tiub GM
kemudian digerakkan di atas
permukaan tanah di sepanjang paip
itu.

 Tempat di mana tiub GM
menunjukkan bacaan yang paling
tinggi berbanding tempat lain adalah
tempat kemungkinan besar
kebocoran berlaku.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 16

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Mengesan ketebalan bahan Pengesan
 Keseragaman ketebalan sesuatu
Pengelek Kepingan Sumber
bahan seperti kertas, kepingan bahan beta
aluminium boleh disemak dengan
melalukan bahan-bahan itu di antara
satu punca beta dan sebuah alat
pengesan tiub GM.
 Bacaan alat pengesan itu akan
berkurang jika ketebalan kepingan
bahan itu bertambah.

Pengawetan makanan
 Sinar gama boleh digunakan untuk

membunuh mikroorganisma seperti
bakteria dan spora kulat yang
terperangkap dalam makanan supaya
tempoh penyimpanan makanan
dalam bungkusan dan tin dapat
dilanjutkan.
 Kaedah ini adalah mudah, selamat
dan tidak mengubah nilai zat
makanan itu.
 Buah-buahan dan makanan dalam tin
biasa menggunakan kaedah ini.

5.4 Tenaga Nuklear

Unit Jisim Atom (u.j.a.)

 Jisim satu atom adalah sangat kecil dan sukar diukur dalam unit ukuran jisim
biasa seperti gram atau kilogram.

 Maka, satu unit yang menggunakan perbandingan (relatif) di antara jisim atom
lain dengan jisim satu atom karbon-12 telah digunakan.

 Isotop karbon-12 digunakan sebagai rujukan kerana ia terkandung dalam banyak
sebatian yang ditemui di Bumi.

 Unit untuk pengukuran jisim atom ini dinamakan unit jisim atom (u.j.a).

 Jisim satu atom karbon-12 = 1.993  10-26 kg.

 1 u.j.a. ditakrifkan sebagai jisim yang sama dengan 1 daripada jisim atom
12

karbon-12, iaitu:

1 u.j.a. = 1  jisim satu atom isotop karbon-12
12

1 u.j.a. = 1  1.993  10-26 kg
12

1 u.j.a. = 1.66  10-27 kg

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 17

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Tenaga nuklear

 Dalam suatu tindak balas nuklear atau reputan radioaktif, didapati jumlah jisim
nukleus atom baru dan zarah yang terhasil adalah sentiasa kurang daripada jisim
nukleus atom asal.

 Kehilangan atau penyusutan jisim ini telah bertukar menjadi tenaga. Tenaga
dalam bentuk haba telah dibebaskan semasa tindak balas nuklear atau pereputan

berlaku.

 Albert Einstein, seorang ahli fizik yang terkemuka telah mengemukakan satu
prinsip yang mengaitkan hubungan antara jisim dengan tenaga, iaitu Prinsip
Keabadian Jisim-Tenaga Einstein yang menyatakan bahawa jisim dan tenaga
boleh saling bertukar antara satu sama lain.

 Hubungan antara jisim dengan tenaga telah dirumuskan dalam persamaan
Einstein iaitu:

E = mc2

Dengan:

E = jumlah tenaga yang dibebaskan akibat penyusutan jisim (dalam unit Joule)
m = jisim yang telah menyusut yang disebut cacat jisim (dalam unit kg)
c = halaju cahaya iaitu 3.0  108 ms-1

 Contoh penyelesaian masalah (1):
Persamaan di bawah menunjukkan isotop radium-226 mereput menjadi radon-222
dengan memancarkan zarah alfa. Hitungkan :
(i) Kehilangan jisim atau cacat jisim, m.
(ii) Tenaga yang dibebaskan.

226 Ra  222 Rn  4 He
88 86 2

Jisim atom 226 Ra = 226.54 Jisim atom 222 Rn = 222.018 u.j.a
88 86

Jisim zarah 4 He = 4.003 u.j.a
2

Penyelesaian: 18
(i) Kehilangan jisim, m

= Jumlah jisim awal – jumlah jisim akhir
= 226.54 u.j.a – (222.018 u.j.a + 4.003 u.j.a)
= 0.033 u.j.a

(ii) 1 u.j.a. = 1.66  10-27 kg
Maka, m = 0.033  1.66  10-27 kg
m = 5.5  10-29 kg

Tenaga yang dibebaskan, E = mc2
= 5.5  10-29  (3.0  108)2
= 4.95  10-12 J

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan.

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Proses-proses penghasilan tenaga nuklear
(a) Pembelahan Nukleus (Nuclear fission)

 Pembelahan nukleus ialah satu tindak balas di mana satu nukleus yang berjisim
besar dipecahkan kepada dua atau lebih nukleus yang baru yang lebih ringan dan
lebih stabil.

 Apabila proses ini berlaku terdapat penyusutan jisim dan jisim yang telah hilang itu
berubah kepada tenaga haba yang besar.

 Contoh proses pembelahan nukleus ialah pembelahan radioisotop Uranium-235.

Nukleus
tak stabil

 Apabila satu nukleus uranium-235 dibedil oleh satu neutron, satu nukleus baru

yang tidak stabil, seperti uranium-236 terhasil.

 Pembelahan nukleus terus berlaku supaya menghasilkan nukleus yang lebih stabil.

 Nukleus-nukleus barium-141 dan kripton-92 yang lebih stabil serta tiga neutron

baru dihasilkan.
 Jisim yang telah hilang berubah kepada tenaga haba mengikut persamaan E= mc2.

 Tindak balas di atas ditunjukkan dalam persamaan berikut:

235 U  01n  236 U  15461Ba  92 Kr  301n  tenaga
92 92 36

Tindak balas berantai (Chain reaction)

 Proses pembelahan satu nukleus uranium menghasilkan tiga neutron yang baru.

 Jika tiga neutron yang dibebaskan itu membedil pada nukleus uranium-235 yang
lain, proses pembelahan nukleus akan berulang, maka semakin besar tenaga
dihasilkan.

 Rajah di bawah menunjukkan satu contoh tindak balas berantai.

Neutron

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 19

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

 Tenaga haba yang dibebaskan semasa tindak balas berantai boleh digunakan
untuk:
(a) Menjana tenaga elektrik (tindak balas secara terkawal dalam sebuah reaktor
nuklear)
(b) Membuat bom atom (tindak balas berantai tidak terkawal).

(b) Proses pelakuran nukleus (Nuclear fussion)

 Pelakuran nukleus berlaku apabila dua atom yang ringan bercantum untuk

membentuk satu atom yang lebih besar di samping membebaskan tenaga haba

yang besar.

 Pelakuran nukleus hanya berlaku pada keadaan suhu yang amat tinggi.

 Contoh proses pelakuran nukleus ditunjukkan dalam persamaan berikut:

21H  31H  4 He  01n  tenaga
2

 Nukleus deuterium dan tritium yang berhalaju tinggi berlanggar lalu bercantum
pada suhu yang sangat tinggi.

 Satu nukleus helium-4 yang lebih besar terbentuk dan satu neutron dibebaskan
seperti dalam rajah di bawah.

Tenaga

 Tenaga haba yang dibekalkan daripada matahari merupakan haba yang dibebaskan
akibat proses pelakuran nukleus yang berlaku di permukaan matahari.

Contoh penyelesaian masalah (2):

Persamaan berikut menunjukkan proses pelakuran isotop hidrogen:

21H  21H  3 He  01n  tenaga
2

Maklumat berikut mengenai zarah-zarah yang terlibat dalam persamaan di atas:

Jisim deuterium = 2.015 u.j.a Jisim helium-3 = 3.017 u.j.a
1 u.j.a = 1.66  10-27 kg
Jisim neutron = 1.009 u.j.a
Halaju cahaya, c = 3.0  108 ms-1

Berdasarkan maklumat yang diberikan, hitungkan:
(a) Kehilangan jisim.

(b) Tenaga yang dibebaskan dalam proses pelakuran itu. 20
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan.

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear

 Kegunaan tenaga nuklear yang utama ialah dalam penjanaan tenaga elektrik di
stesen janakuasa yang menggunakan reaktor nuklear.

 Terdapat dua proses yang boleh menghasilkan tenaga nuklear iaitu pembelahan
nukleus dan pelakuran nukleus.

 Walau bagaimanapun, hanya proses pembelahan nukleus digunakan untuk
menghasilkan tenaga nuklear di dalam reaktor nuklear kerana proses pelakuran
nukleus sukar dikawal dan memerlukan suhu yang amat tinggi.

 Di dalam reaktor nuklear, tindak balas berantai yang terkawal berlaku dan tenaga
haba dibebaskan pada kadar yang tetap.

Rod pengawal Boron Air panas

Mengawal kadar tindak balas Menyerap tenaga haba
dengan menyerap neutron daripada tindak balas berantai
yang berlebihan
untuk menghasilkan stim

Stim dialirkan untuk
memutarkan turbin

Rod Uranium Air sejuk dialirkan
untuk dididihkan
Menghasilkan tenaga nuklear
melalui proses pembelahan

nukleus

Teras grafit Dinding konkrit tebal

Mengawal kadar tindak balas Melindungi alam sekitar
dengan memperlahankan daripada sinaran radioaktif
neutron yang terhasil

Rajah reaktor nuklear

 Dalam reaktor nuklear, proses pembelahan nukleus uranium-235 membebaskan
tenaga haba yang banyak.

 Tenaga haba kemudian memanaskan air. Air panas itu dialirkan ke luar reaktor
untuk mendidihkan air sejuk menjadi stim.

 Stim memutarkan turbin dan seterusnya memutarkan dinamo di dalam penjana
elektrik untuk menghasilkan tenaga elektrik.

 Selain daripada menjana elektrik, tenaga nuklear juga digunakan dalam kapal laut,
kapal selam, sumber tenaga satelit dan digunakan untuk pengekstrakan minyak
daripada tanah dan pembersihan minyak.

 Kos penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear lebih murah daripada
pembakaran bahan api fosil.

 Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear tidak mengeluarkan bahan
pencemar seperti gas karbon dioksida.

 Kemalangan nuklear yang mengakibatkan kematian adalah pada tahap yang
rendah.

 Walau bagaimanapun, kos pembinaan reaktor nuklear adalah tinggi dan
memerlukan teknologi dan kepakaran yang termaju.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 21

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2014

5.5 Kepentingan pengurusan bahan radioaktif

Kesan negatif bahan radioaktif

 Tenaga nuklear boleh menjadi suatu ancaman yang serius terhadap keselamatan
dan kesihatan orang ramai kerana sinaran radioaktif boleh terbocor jika
berlakunya kemalangan dalam logi nuklear.

 Sinaran nuklear yang terbocor akibat daripada kemalangan yang berlaku boleh :
(1) Mencemarkan alam sekikar
(2) Memusnahkan atau merosakan semua benda hidup
(3) Menyebabkan masalah genetik seperti mutasi sel.

Langkah-langkah keselamatan semasa mengendalikan bahan radioaktif

1. Semua bahan radioaktif hendaklah disimpan di dalam bekas berdinding plumbum
setebal beberapa sentimeter.

2. Reaktor nuklear mesti dilindungi dengan menggunakan dinding plumbum yang
tebal dan dikelilingi oleh dinding konkrit beberapa meter tebalnya.

3. Label “sumber radioaktif” pada bekas yang mengandungi bahan
radioaktif perlu dicatatkan dengan kelas menggunakan simbol
radioaktif.

4. Sumber radioaktif yang kuat hendaklah dikendalikan dengan
menggunakan alat kawalan jauh melalui skrin kaca berplumbum.

5. Sumber radioaktif yang lemah boleh dikendalikan dengan menggunakan
penyepit.

6. Pakaian pelindungan dan sarung tangan harus digunakan semasa bekerja dengan
bahan radioaktif.

7. Lencana filem perlu dipakai untuk memantau dos sinaran yang diterima oleh
pekerja.

8. Sisa radioaktif hendaklah diuruskan mengikut kaedah yang telah ditetapkan.

Pengurusan sisa radioaktif

 Sisa radioaktif merupakan bahan pembuangan daripada sesuatu aktiviti industri
yang menggunakan bahan radioaktif yang ditinggalkan selepas sesuatu proses
pereputan radioaktif. Sisa ini masih mampu mengeluarkan sinaran radioaktif.

 Sisa-sisa ini wujud dalam bentuk pepejal, cecair atau gas yang mempunyai
separuh hayat yang berbeza.

 Pengurusan sisa radioaktif dikelaskan kepada 3 paras:
1. Sisa radioaktif paras rendah
– Sumber hospital, makmal, kilang dan stesen jana kuasa nuklear. Tidak begitu
berbahaya dan mempunyai separuh hayat yang pendek. Dilupuskan dengan
kaedah pembakaran dan ditanam.
2. Sisa radiaktif paras sederhana
– Sumber stesen jana kuasa nuklear. Mempunyai keaktifan yang agak tinggi
dan separuh hayat yang panjang. Ia dikeraskan dalam blok kontrit atau
bitumen sebelum dibuang. Sisa yang mempunyai separuh hayat melebihi 30
tahun ditanam di bawah tanah yang dalam.
3. Sisa radioaktif paras tinggi
– Sumber stesen jana kuasa nuklear seperti rod uranium. Mempunyai keaktifan
yang sangat tinggi dan separuh hayat yang sangat panjang. Sisa disimpan
dalam bekas keluli tebal kemudian ditanam pada kedalaman 600 m dari
permukaan bumi di kawasan yang bebas daripada kejadian gempa bumi.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 22