FIZIK TINGKATAN 5 Disunting oleh SMK Changkat Beruas, Perak Dengan kolaborasi bersama SMK Seri Mahkota, Kuantan Cikgu Desikan Cikgu Khairul Anuar
Apa anda buat hari ini Boleh memperbaiki semua hari anda yang telah berlalu ..... 1. Memahami nukleus bagi suatu atom 2. Menganalisis reputan radioaktif 3. Memahami penggunaan radioisotop 4. Memahami tenaga nuclear 5. Menyedari kepentingan pengurusan bahan radioaktif yang betul SPM FIZIK 2017 Bab 10 Keradioaktifan 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 P1 3 3 3 3 3 3 4 3 P2 A 1 1 1 1 1 1 1 1 B - 1 1 - - - - - C - - - - 1 - - - P3 A - - - - - - - - B - - - - - - - - Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas Objektif Pembelajaran: Pelajar-pelajar yang dikasihi,
BERHENTI beringin…. MULA lakukan !!! Keradioaktifan Nukleus atom Pereputan radioaktiviti Tenaga Nuklear Pengurusan bahan radioaktif Pelakuran Nukleus Pembelahan Nukleus Radioistop Komposisi Nukleus Ciri-ciri Pancaran Radioaktif Kuasa Pengionan Kuasa Penembusan Pengesan Radioaktiviti Separuh Hayat Graf reputan Aplikasi Tindakbalas berantai E=mc2 Unit Jisim Atomik Kesan Negatif Langkah Berjaga-jaga Pengurusan Sisa Nuklear Bab 10 Keradioaktifan Pelajar-pelajar yang dikasihi, Peta Konsep
10.1 Nukleus suatu Atom • Jirim terdiri daripada zarah-zarah yang sangat kecil yang dipanggil ____________. • Setiap atom mempunyai teras yang sangat kecil dan sangat padat dipanggil nukleus. Kebanyakan jisim atom terkandung dalam nukleus • _____________ mengelilingi nukleus dalam orbitnya. • Terdapat banyak ruang kosong di dalam suatu atom. • Nukleus terdiri daripada beberapa proton dan neutron. • Proton dan neutron juga dikenali sebagai nukleon. • Proton mempunyai satu unit cas positif. • _____________ adalah zarah yang tidak bercas dengan jisim yang hampir sama dengan proton. • Atom adalah neutral kerana ia mengandungi bilangan elektron bercas negatif yang sama dengan proton. Oleh itu cas bersih adalah _____________. 4 • Nombor Proton, Z, ditakrifkan sebagai bilangan proton dalam nukleus • Bilangan elektron = __________________ • Suatu unsur dikenal pasti dengan nombor protonnya • Nombor nukleon, A ditakrifkan sebagai jumlah bilangan proton dan neutron dalam nukleus. • Bilangan neutron, N = Kandungan Nukleus
Apa itu nuklid? Nuklid ialah nukleus suatu atom dengan bilangan proton dan neutron tertentu. Suatu nuklid dirujuk dengan bilangan nukleon. Notasi X A Z p 1 1 n 1 0 e 0 -1 A = Nombor nukleon Z = Nombor proton X = Simbol kimia suatu unsur Nombor Proton Karbon = 6, nukleus Karbon mempunyai 6 proton. Nombor Nukleon Karbon ialah 12. Bilangan nombor neutron dalam nukleus Karbon ialah 12 – 6 = 6 Contoh C 12 6 5
Isotop • Isotop adalah atom dengan nombor proton yang ________ tetapi nombor nukleon yang _____________. Isotop unsur mengandungi jumlah proton yang sama dan bilangan elektron yang sama. • Sifat kimia isotop-isotop suatu unsur adalah ______ kerana kesemua isotop itu mempunyai nombor proton yang sama dan menduduki tempat yang sama dalam jadual berkala. • Walau bagaimanapun, setiap isotop bagi unsur tertentu mempunyai sifat fizikal yang ____________ kerana jisimnya _____________. • Sesetengah isotop wujud secara semulajadi. Isotop juga boleh dihasilkan secara buatan. Contoh Hidrogen Deuterium H 1 1 H 2 1 Tritium H 3 1 10.2 Reputan Radioaktif 1. Keradioaktifan ialah proses pereputan nukleus yang tidak __________ dengan memancarkan sinaran radioaktif untuk menjadi nukleus yang lebih stabil secara _____________ dan rawak. 2. Nukleus-nukleus sesetengah atom adalah tidak stabil. Nukleus atom tidak stabil akan mereput menjadi lebih stabil dengan memancarkan radiasi dalam bentuk zarah atau radiasi elektromagnet. Keradioaktifan kerana sinaran yang dipancarkan tidak berlaku pada selang masa yang sekata dan tidak boleh diramal ia berlaku. kerana ia tidak dikawal dan berlaku dengan sendiri serta tidak dipengaruhi oleh keadaan fizikal seperti suhu dan tekanan. 6 Karbon-12 Karbon-13 12 6 CKarbon-14 136 C14 6 C
Perbandingan 3 jenis pancaran radioaktif Ciri-ciri Alfa Beta Gama Sifat semulajadi Jisim Cas Kelajuan Kuasa pengionan Kuasa Penembusan Dihentikan oleh Dipesongkan oleh medan magnet & elektrik Jenis sinaran radioaktif 7
Kesan pengionan • Sinaran radioaktif seperti zarah alfa (α), zarah beta (β) dan sinar gama (γ) boleh mengionkan molekul-molekul udara di sekelilingnya ketika bergerak merentasi molekul-molekul udara. • Kuasa pengionan ialah 8 Zarah Neutron Proton Elektron Elektron Proton Neutron Elektron + - + Contoh kesan pengionan oleh zarah alfa, α terhadap molekul udara:
• Zarah alfa (α) mempunyai kuasa pengionan yan paling ____________kerana ia mempunyai jisim yang paling ___________berbanding zarah beta (β) dan sinar gama (γ). • Sinar gama (γ) mempunyai kuasa pengionan yang paling ___________kerana sinar gama (γ) tidak mempunyai jisim dan merupakan gelombang elektromagnet yang membawa tenaga yang tinggi. 9 Kuasa penembusan Alfa Beta Gama Kertas Aluminium Plumbum • 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.
10 • Zarah __________pula boleh dihalang dengan menggunakan kepingan logam nipis seperti aluminium setebal 3 mm. • Sinar gama () mempunyai kuasa penembusan paling _________tidak dapat dihalang sepenuhnya tetapi keamatannya boleh dikurangkan dengan menggunakan kepingan plumbum atau dinding konkrit yang cukup tebal. Kesan 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. • Pemesongan zarah beta () lebih ketara daripada pemesongan zarah alfa (). Ini kerana jisim zarah beta () adalah jauh lebih __________daripada jisim zarah alfa (). • Inersia zarah beta () yang lebih ____________ menyebabkan zarah beta () lebih mudah dipesongkan. - - - - - - + + + + + + Sampel bahan radioaktif dalam blok Plumbum
• 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 ______________. • Zarah beta () mengalami pemesongan yang lebih ketara kerana jisim relatif yang ____________berbanding zarah alfa (). • Sinar gama () tidak dipesongkan oleh medan magnet kerana tidak membawa sebarang ______________. • Arah pesongan sinaran ditentukan dengan menggunakan Petua Tangan Kiri Fleming. Kesan medan magnet 11 X = Medan Magnet ke dalam kertas Sampel bahan radioaktif dalam blok Plumbum Sampel bahan radioaktif dalam blok Plumbum = Medan Magnet ke dalam kertas
Alat pengesan sinaran radioaktif Elektroskop bercas • Elektroskop bercas ialah alat yang paling sesuai untuk mengesan zarah alfa kerana kuasa pengionan yang ___________berbanding dengan zarah beta dan sinar gama. • 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 emas __________________. 12 http://www.schoolphysics.co.uk/
13 Kebuk awan • Kebuk awan boleh mengesan _______________________ jenis sinaran radioaktif. • Apabila sinar radioaktif melalui ruang di bahagian atas ia mengionkan molekul-molekul udara di sepanjang lintasannya. • Wap yang tepu lampau ____________________ pada ion-ion itu untuk membentuk titisantitisan 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. http://spmphysics.onlinetuition.com.my/
14 runut-runut lurus dan tebal yang hampir sama panjang. runut-runut yang lebih halus dan bengkang-bengkok. runut-runut yang halus, pendek, dan mempunyai bentuk yang tidak tetap. Sinaran radioaktif yang berbeza dapat dikenal pasti seperti berikut: • Kuasa pengionan zarah alfa yang tinggi menghasilkan 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 beta yang sederhana menyebabkan runut kelihatan kurang padat. • Jisim beta yang kecil menyebabkan ia dipesongkan oleh molekulmolekul 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.
Tiub Geiger-Müller Catatan: Radiasi latar belakang menyebabkan bacaan pada tiub GM walaupun tidak ada sumber radioaktif. Radiasi latar belakang sentiasa wujud disebabkan keradioaktifan semula jadi di dalam tanah, bata atau bangunan dan radiasi kosmik. 15 • Tiub Geiger-Müller boleh digunakan untuk mengesan zarah alfa, zarah beta dan sinar gama. • 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 menghasilkan satu denyutan arus yang kecil. • Denyutan ini akan diperkuatkan oleh satu amplifier dan dibilang oleh sebuah pembilang. • Pembilang akan merekodkan bilangan denyutan arus dalam satu selang masa tertentu. http://www.bbc.co.uk/
Pembilang bunga api 16 • Pembilang bunga api sesuai digunakan untuk mengesan zarah_________kerana mempunyai kuasa pengionan yang ________________. • Apabila sumber alfa didekatkan dengan kasa dawai, ______ __________dilihat dan _______ percikan didengari. • Ini kerana zarah alfa _______________________ molekul-molekul udara di ruang antara kasa dawai dengan dawai halus. • Ion _____________dan ion _____________ 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. • _______________bunga api yang terhasil memberikan satu sukatan _______________sinar itu.
Reputan Radioaktif 1. Proses di mana nukleus atom yang tidak stabil mengeluarkan zarah-α, zarah-β dan sinar-γ untuk membentuk nukleus yang lebih stabil 2. Nuklid yang reput disebut sebagai nuklid induk dan nukleus yang baharu terbentuk akibat reputan dipanggil nuklid anak. 3. Terdapat tiga jenis reputan radioaktif iaitu reputan alfa, reputan beta dan reputan gama. Reputan Alfa Reputan Beta Reputan Gama Zarah-α ialah nukleus helium yang mempunyai 2 proton dan 2 neutron. Apabila satu atom mereput melalui sinaran-α, nombor nukleonnya berkurang sebanyak 4 dan nombor protonnya berkurang sebanyak 2. Apabila satu zarah beta mereput, neutron bertukar menjadi satu proton dan satu elektron.Proton yang terhasil itu masih berada dalam nukleus dan menyebabkan nombor proton nukleus anak bertambah sebanyak satu. Nombor nukleonnya tetap sama kerana jumlah nombor proton dan neutron tetap sama. Elektron dikeluarkan dari nukleus sebagai zarah-β berhalaju tinggi. Apabila atom yang tidak stabil mereput melalui pengeluaran zarah-α atau zarah-β, atom itu kadang-kadang masih mempunyai tenaga berlebihan. Tenaga yang berlebihan ini dikeluarkan sebagai gelombang elektromagnet berfrekuensi tinggi yang dikenali sebagai sinar-γ. Pengeluaran sinar-γ tidak mempunyai kesan ke atas sama ada nombor nukleon atau nombor proton dalam nukleus. 17 X Y A Z A Z A A - 4 4 Z Z - 2 2 X Y He A A 0 Z Z + 1 -1 X Y e
Reputan Alfa Reputan Beta Reputan Gama e 0 Ra -1 226 Th 88 230 90 He 4 2 + Tenaga N 14 C 7 14 6 Tenaga Pb 206 Po 82 210 84 4 2He Th 234 U 90 238 92 He 4 2 + Tenaga e 0 Bi -1 209 Pb 83 209 82 + Tenaga Co 60 27 Co 60 27 Siri reputan 1. Sesetengah nukleus tidak menjadi stabil walaupun ia telah melalui proses reputan. Ini kerana nukleus baru yang terhasil masih tidak stabil. 2. Oleh yang demikian, satu siri reputan akan berlaku sehingga nukleus asal mereput menjadi satu nukleus yang stabil. 3. Berikut ialah satu contoh siri reputan: 18 U Th Pa U Th Pb .... 238 234 234 234 210 206 92 90 91 92 84 82
Uranium-238 mereput menjadi Torium dengan memancarkan zarah alfa. Nyatakan nombor nukleon dan nombor proton Torium. Tulis persamaan untuk reputan ini. U 238 92 [ Uranium-238 = ] Pb Bi e 0 -1 210 82 Lengkapkan : Strontium-90 mereput menjadi Yttrium-90 dengan mengeluarkan zarah radioaktif. a) Menulis persamaan untuk pereputan ini. b) Apa zarah dipancarkan semasa pereputan ini? Sr 90 38 [ Strontium-90 = , Yttrium-90 = Y ] 90 39 19 1. 2. 3. Latihan 10.2.1
Th 232 90 [ Thorium-232 = , Plumbum-208 = ] Suatu isotop Uranium mereput menjadi suatu isotop Plumbum yang stabil dengan memancarkan 8 zarah alfa dan 6 elektron berturut-turut. Apakah nombor proton dan bilangan nukleon isotop Plumbum? Pb 208 82 U 238 92 [ Uranium-238 = ] 20 4. 5. Thorium-232 mereput menjadi Plumbum-208, dengan memancarkan zarah alfa dan zarah beta. Tentukan bilangan zarah alfa dan zarah beta yang dipancarkan?
Separuh Hayat Tentukan separuh hayat dari lengkung reputan. Aktiviti (bilangan per saat) Masa (Jam) 256 128 0 3 6 9 12 21 • 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.
Atom-atom radioaktif dalam suatu bahan mereput menjadi atom-atom yang stabil. Didapati bahawa selepas 288 s, 6.25% atom-atom belum mereput. Apakah separuh hayat bahan itu? The half-life of iodine-131 is 8 days. A radioactive sample contains 64 g of iodine-131. Determine the mass of iodine that has decayed and has not decayed after 24 days. 22 Latihan 10.2.2 1. 2.
Satu sampel Plumbum-211 berjisim 96 g mempunyai separuh hayat 36.1 minit. (a) Apakah pecahan sampel itu belum reput selepas 108.3 minit? (b) Apakah jisim produk yang telah reput selepas tempoh ini? Rajah menunjukkan lengkung pereputan untuk sampel radioaktif. a) Apakah separuh hayat sampel? b) Nyatakan nilai T. 23 3. 4. Aktiviti (Bilangan per saat) Masa (min) 1600 800 800 1000 1200 1400 0 25 T 400 200 600
10.3 Kegunaan Radioisotop • Radioisotop ialah isotop yang tidak stabil dan mengalami pereputan radioaktif. • Radioisotop akan mereput dengan memancarkan zarah alfa, zarah beta atau sinaran gama. • Radioisotop wujud secara semula jadi dan boleh juga dihasilkan dengan menyinarkan bahan dengan neutron di dalam reaktor nuklear. Radioisotop yang dihasilkan sebegini dikenali radioisotop buatan . Ia juga boleh dihasilkan dengan membedil suatu nukleus yang stabil menggunakan zarah yang bertenaga tinggi seperti proton atau neutron. • 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. • Radioisotop mempunyai banyak kegunaan dalam pelbagai bidang seperti • bidang perubatan, • bidang pertanian, • bidang perindustrian, dan • bidang arkeologi. Bidang-bidang ini kebanyakannya menggunakan radioisotop tiruan. 24
1. Industri • Mengandungi sumber radioaktif yang lemah seperti Americium-241. • Zarah alfa yang dipancarkan dari sumber mengionkan molekul udara. Molekul udara yang terion mengkonduksi elektrik dan arus kecil mengalir dalam pengesan asap. • Apabila asap memasuki pengesan, zarah jelaga dalam asap menyerap beberapa zarah alfa. • Ini menyebabkan penurunan dalam arus yang mengalir dalam pengesan asap dan mengaktifkan penggera. • Americium-241 mempunyai separuh hayat yang panjang, 460 tahun . Oleh itu, supaya bahan itu akan bertahan lebih lama. i) Pengesan Asap 25 http://palmablanca.mx/
ii) Kawalan ketebalan • Pancaran radiasi dari bahan radioaktif melalui lembaran yang keluar dari barisan pengeluaran. • Radiasi beta digunakan untuk lembaran nipis. • Pengesan sinaran di sebelah lain lembaran mengukur keamatan radiasi yang melalui lembaran. • Jumlah radiasi yang diterima oleh pengesan bergantung kepada ketebalan lembaran getah. • Jika lembaran terlalu tipis, bacaan pengesan meningkat. • Isyarat dihantar dari sistem kawalan roller ke penggelek untuk mengurangkan tekanan pada lembaran. • Jika lembaran terlalu tebal, bacaan pengesan menurun. • Isyarat dihantar dari sistem kawalan roller ke penggelek untuk menambah tekanan pada lembaran. 26 http://apphysicsc.com/
iii) Mengesan kebocoran paip air bawah tanah • Bahan radioaktif yang memancarkan zarah beta (cth : Natrium-24) ditambah ke dalam cecair dalam saluran paip untuk mencari kawasan kebocoran. • Radiasi yang dihasilkan oleh bahan radioaktif dapat dikesan dengan pembilang GM yang diletakkan di atas tanah. • Peningkatan yang lebih besar dalam bacaan pembilang GM akan menunjukkan bahawa terdapat kebocoran di kawasan itu. 27 http://www.nbu.bg/ Radiasi dikesan dengan Pembilang Radioaktiviti Geiger Muller yang tinggi menunjukkan kawasan kebocoran Radiasi beta
i) Penyurih • Apabila radioisotop lemah dalam kuantiti yang sedikit disuntik ke dalam suatu sistem, pergerakannya boleh dikesan dengan menggunakan pengesan sinaran radioaktif seperti pembilang Geiger-Muller atau alat pengesan sinaran radioaktif yang lain. • Gumpalan darah boleh dikesan kedudukannya dengan menyuntik Natrium-25 ke dalam saluran darah dan kemudiannya menggunakan pengesan untuk menentukan kedudukan di mana pengaliran berhenti. • Fosforus-32 digunakan untuk mengesan kemungkinan wujudnya tumor otak sebelum peringkat bahaya. • Iodin-131 ditambah kepada badan manusia untuk menentukan kadar penyerapan iodin oleh tiroid. 2) Bidang Perubatan ii) Pensterilan • Sinar gama dari kobalt-60 boleh digunakan untuk membasmi kuman pada pembalut, baju bedah, picagari, dan alat-alat perubatan lain yang mesti bebas daripada kuman. • Pensterilan melalui dedahan kepada sinaran gama lebih cepat, lebih berkesan, dan lebih murah berbanding pensterilan menggunakan haba. iii) Radioterapi • Sinaran gama yang dikeluarkan oleh Kobalt-60 dapat digunakan untuk memusnahkan sel-sel barah di dalam tumor malignan dalam badan pesakit kanser. • Untuk menghalang sel-sel yang sihat daripada turut dimusnahkan, sumber Kobalt-60 diputarkan dalam satu bulatan dengan sel-sel barah berada tepat-tepat pada pusat bulatan itu supaya ia menerima jumlah maksimum sinar gama itu. • Sel-sel sihat hanya akan menerima sinaran minimum yang tidak akan menyebabkan kerosakan padanya. 28
• Penyurih digunakan untuk menentukan kuantiti baja yang diperlukan oleh tanaman. • Fosforus-23 yang radioaktif ditambah ke dalam baja dan kadar penyerapan baja oleh tumbuhan boleh ditentukan dengan menggunakan pembilang G-M. 3) Pertanian 29 i) Penyurih • Buah-buahan dan makanan didedahkan kepada sinaran radioaktif bagi memanjangkan jangka hayatnya. • Kentang dirawat dengan menggunakan sinaran radioaktif dalam dos rendah bagi mengelak kan kentang daripada bertunas. ii) Agen Pengawet • Sinar gama digunakan untuk menghasilkan spesies tanaman yang baru. • Ini dilakukan dengan mendedahkan biji benih kepada dos kecil sinar gama supaya sel-sel pada biji benih dapat mengalami proses mutasi. • Proses ini mungkin menghasilkan spesies baru yang lebih kuat dan lebih produktif. iii) Agen Mutasi
• Karbon dioksida di dalam atmosfera mengandungi dua isotop: yang biasa dan stabil iaitu karbon-12, dan yang jarang ditemui iaitu karbon-14 radioaktif. • Tumbuh-tumbuhan menyerap dan membebaskan karbon dioksida. Hal ini menyebabkan peratusan karbon-14yang hadir dalam tisu tumbuhan sentiasa tetap. • Apabila tumbuhan mati, karbon-14 yang terperangkap dalam tumbuhan akan mulai mereput dengan mengeluarkan zarah beta yang mempunyai setengah hayat 5 730 tahun. • Usia suatu sampel bahan purba boleh ditentukan lebih tepat dengan mengukur keaktifan karbon-14 dalam sampel arkeologi dan membandingkannya dengan keaktifan sampel organisma hidup. • Kaedah ini disebut pentarikhan karbon dan digunakan oleh ahli arkeologi untuk menentukan usia bahan purba seperti fosil. 4) Arkeologi 30 • Radioisotop digunakan untuk mengawal serangga perosak yang merosakkan tanaman. • Serangga perosak jantan dibiakkan dan didedahkan kepada dos kecil sinar gama untuk tujuan pemandulan. • Serangga perosak jantan yang telah dimandulkan kemudiannya dibebaskan untuk membiak seperti biasa tetapi tanpa menghasilkan anak. ii) Agen Pensterilan
10.4 Tenaga Nuklear Unit Jisim Atom (u.j.a.) 1. Unit jisim atom adalah unit jisim untuk atom dan zarah subatomik seperti proton, neutron dan elektron. 2. 1 unit jisim atom atau 1 u ialah 1/12 daripada jisim satu atom karbon-12 3. Jisim satu atom karbon-12 = 1.99265 x 10-26 kg Pembelahan Nukleus (Nuclear fission) 1. Pembelahan nuklear adalah ____________________nukleus berat menjadi _______ atau lebih nukleus yang baru yang lebih _______________. 2. Pembelahan berlaku apabila nukleus dibedil dengan _______________. 3. Apabila proses ini berlaku terdapat penyusutan____________dan jisim yang telah hilang itu berubah kepada tenaga ______________ yang besar. Contoh proses pembelahan nukleus Neutron yang perlahan menghentam nukleus uranium-235, menyebabkan ia berpecah menjadi Strontium-90, Xenon-143 dan tiga neutron dan tenaga. 31 1 u.j.a. = 1.66 10-27 kg 1 u.j.a. = 1.99265 10-27 kg 1 12 U n Xe Sr Tenaga n 235 1 143 90 1 + + + + 92 0 54 38 0 3
Perbezaan antara pembelahan nukleus dan pereputan radioaktif Satu lagi tindak balas: 32 Pembelahan Nukleus Pereputan Radioaktif Neutron Pembelahan Neukleus Neutron yang terbebas U n Ba Kr Tenaga n 235 1 141 92 1 + + + + 92 0 56 36 0 3
Tindak Balas Berantai 1. Dalam tindak balas pembelahan, satu neutron memulakan proses pembelahan nukleus, tetapi tiga neutron dihasilkan. 2. Sekiranya salah satu daripada neutron ini menghentam nukleus uranium-235 yang lain maka lebih banyak tindak balas akan berlaku, melepaskan lebih banyak neutron. Tindak balas berantai dihasilkan. 3. Tindak balas berantai adalah tindak balas yang mampan, di mana produk tindak balas dapat memulakan tindak balas yang serupa. 4. Oleh kerana atom-atom uranium terus berpecah, sejumlah tenaga haba yang besar terhasil semasa setiap reaksi. Haba yang dibebaskan digunakan untuk menjana tenaga elektrik. 5. Tindak balas berantai terkawal berlaku di stesen janakuasa nuklear 6. Tindak balas berantai tidak terkawal digunakan dalam bom nuklear. 33 Untuk tindak balas berantai berlaku, jisim uranium-235 mesti melebih satu nilai yang tertentu yang dipanggil ___________________. Contoh Tindak Balas Berantai
Pelakuran Nukleus Contoh 1 satu proses di mana dua nuklid __________ bersatu untuk menjadi satu nukleus yang lebih _________ dengan pembebasan kuantiti tenaga yang amat besar. Apabila dua nukleus hidrogen-2 bergerak pada kelajuan tinggi berlanggar, mereka boleh bergabung bersama untuk menghasilkan nukleus yang lebih berat. Sejumlah haba yang besar dihasilkan. Pelakuran nukleus dipercayai berlaku di permukaan Matahari dan menjadi punca tenaga Matahari. 34 Bom hidrogen menggunakan prinsip Pelakuran Nukleus dalam reka bentuknya. Nukleus Deuterium Nukleus Deuterium Nukleus Helium Neutron H He He H Tenaga 2 3 4 1 + + + 1 2 2 1 Contoh 2 H H He n Tenaga 2 2 3 1 + + + 1 1 2 0
Pembebasan Tenaga dalam Tindak Balas Nuklear 1. Dalam suatu tindak balas nuklear atau reputan radioaktif, didapati jumlah jisim nukleus atom baru dan zarah yang terhasil adalah sentiasa__________daripada jisim nukleus atom asal. 2. Kehilangan atau penyusutan jisim ini telah bertukar menjadi ___________. Tenaga dalam bentuk haba telah dibebaskan semasa tindak balas nuklear atau pereputan berlaku. 3. Kehilangan atau penyusutan jisim 35 4. Jisim dan tenaga boleh saling bertukar antara satu sama lain. 5. Kehilangan jisim dalam tindak balas nuklear bermakna jisim telah berubah menjadi tenaga. 6. Hubungan antara jisim dan tenaga: _ di mana 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 x 108 ms-1
Pembelahan Nukleus 36 Pelakuran Nukleus Pembelahan Nukleus dan Pelakuran Nukleus
Berikut adalah persamaan untuk pereputan radium-226. Jisim atom - atom : Ra-226 = 226.02536 u.j.a. Rn-222 = 222.01753 u.j.a. He-4 = 4.00260 u.j.a. 1 u.j.a. = 1.66 x 10-27 kg 1 eV = 1.66 x 10-19 J (a) Cari penyusutan jisim dalam (i) u.j.a. (ii) kg (b) Kira jumlah tenaga haba yang terbebas dalam (i) J (ii) eV 37 Latihan 10.4 1. Tenaga
38
Kirakan jumlah tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas ini. Diberi U-235 = 235.04 u.j.a. Kr-92 = 91.93 u.j.a. Ba-141 = 140.91 u.j.a. Neutron = 1.01 u.j.a. 1 u.j.a. = 1.66 x 10-27 kg c = 3.0 x 108 m s-1 39 2. Berikut adalah persamaan yang bagi pembelahan Uranium-235 oleh neutron bergerak pantas Tenaga
Kirakan tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas dalam joule. H-2 = 2.014102 u H-3 = 3.016049 u H-1 = 1.007825 u 1 u = 1.66 x 10-27 kg c = 3.0 x 108 ms-1 40 Suatu tindak balas pelakuran nukleus yang mungkin boleh diwakilkan dengan persamaan berikut: 3.
Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear 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. 41 to turbine from turbine
Teras grafit Penukar haba Rod pengawal Boron atau Cadmium Dinding konkrit tebal Cecair Penyejuk Turbin Gegelung dan magnet 42 Reaktor Nuklear Rod Uranium
Proses 43 Gas yang melalui reaktor dipanaskan Tenaga haba dari gas panas mendidihkan air menjadi stim Aliran stim memacu turbin Turbin memutarkan gegelung dalam penjana untuk menghasilkan tenaga elektrik Stim memeluwap menjadi air semula Pembelahan nukleus uranium-235 menghasilkan tenaga dalam bentuk haba gas sejuk kembali ke teras reaktor untuk dipanaskan lagi
5.5 Kepentingan pengurusan bahan radioaktif 44 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 • Semua bahan radioaktif hendaklah disimpan di dalam bekas berdinding plumbum setebal beberapa sentimeter. • Reaktor nuklear mesti dilindungi dengan menggunakan dinding plumbum yang tebal dan dikelilingi oleh dinding konkrit beberapa meter tebalnya. • Label “sumber radioaktif” pada bekas yang mengandungi bahan radioaktif perlu dicatatkan dengan kelas menggunakan symbol radioaktif. • Sumber radioaktif yang kuat hendaklah dikendalikan dengan menggunakan alat kawalan jauh melalui skrin kaca berplumbum. • Sumber radioaktif yang lemah boleh dikendalikan dengan menggunakan penyepit. • Pakaian pelindungan dan sarung tangan harus digunakan semasa bekerja dengan bahan radioaktif. • Lencana filem perlu dipakai untuk memantau dos sinaran yang diterima oleh pekerja. • Sisa radioaktif hendaklah diuruskan mengikut kaedah yang telah ditetapkan.
Pengurusan sisa radioaktif • Sisa radioaktif merupakan bahan pembuangan daripada sesuatu aktiviti industry 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: 45 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.