6.2 Tenaga Nuklear 2021

FIZIK TINGKATAN 5

FIZIK NUCLEAR

6.2 TENAGA NUKLEAR

• Matahari membekalkan tenaga
cahaya dan tenaga haba kepada
Bumi. Tindak balas pelakuran
nukleus hidrogen berlaku dalam
teras matahari pada tekanan
dan suhu yang sangat tinggi.
• Dua nukleus hidrogen akan
bercantum membentuk satu
nukleus helium dan
membebaskan tenaga nuklear.
Tenaga ini dipancarkan ke
permukaan Matahari dalam
bentuk tenaga cahaya dan
tenaga haba.

STANDARD
PEMBELAJARAN 1

6.2.1 Berkomunikasi tentang
tindak balas nuklear

(i) Pembelahan nukleus

(ii) Pelakuran nukleus

• Tenaga nuclear dikenali
sebagai tenaga atom yang
dibebaskan semasa tindak
balas nuclear seperti
reputan radioaktif,
pembelahan nucleus dan
pelakuran nucleus.

Agensi Nuklear
Malaysia (ANM)

o Sejarah tenaga nuklear di
Malaysia bermula dengan
penubuhan sebuah Pusat
Penyelidikan Atom Tun Ismail
(PUSPATI) di bawah
Kementerian Sains,
Teknologi dan Alam Sekitar
pada 19 September 1972.

o Kini, pusat ini dikenali
sebagai Agensi Nuklear
Malaysia (ANM)

Aktivit1 1 Tujuan: Membanding pembelahan dan pelakuran nukleus

Pembelahan nucleus ialah tindak balas nuclear apabila sat nucleus
yang berat membelah menjadi dua atau lebih nucleus yang lebih
ringan dengan membebaskan tenaga yang banyak.

A slow neutron hitting/bombarded a uranium nucleus,
causing it to split producing Barium 141, krypton-92.
and 3 neutrons + energy.

U235 01n15461Ba 3962Kr 301n  energy U235 01n15443Xe3980Sr 301n  energy

92 92



Aktivit1 1 Tujuan: Membanding pembelahan dan pelakuran nukleus

Pelakuran nukleus ialah tindak balas nuklear apabila nukleus yang
kecil dan ringan bercantum untuk membentuk satu nukleus yang
berat dengan membebaskan tenaga yang banyak. Tindak balas ini
berlaku pada keadaan suhu yang amat tinggi.

Pelakuran nucleus
melibatkan deuterium
dan tritium bagi
menghasilkan nucleus
helium yang lebih berat.
Tenaga dan satu neutron
turut dibebaskan.



Tindak balas pelakuran di matahari:

+ → + +
Nukleus Nukleus Nukleus Neutron

Deuterium tritium Helium

 Matahari merupakan sebuah bebola gergasi
…………… Di dalam matahari, atom …………
dipanaskan secara melampau sehingga ia
bertukar menjadi …………………, di mana
elektron tidak lagi mengorbit proton dalam
nukleus atom.

 Nukleus yang bebas tersebut kemudiannya
…………… untuk membentuk atom
……………. dan ……………

 Proses pelakuran nukleus ini menghasilkan
letupan …………… yang besar.

• Pelakuran nucleus hydrogen berlaku
secara semula jadi dalam teras Matahari
pada suhu kira-kira 15.6 juta Kelvin dan
tekanan 250 billion kali ganda tekanan
atmosfera Bumi. Lebih 560 juta tan
hydrogen bercantum menjadi helium
dalam masa sesaat. Tenaga nuclear yang
dibebaskan dalam tindak balas pelakuran
tersebut merupakan sumber tenaga
cahaya dan haba bagi Matahari dan
bintang di angkasa lepas.

Tenaga masa depan.

• Kini, para saintis telah berjaya mereka
bentuk reactor pelakuran Tokamak yang
bersaiz kecil di dalam makmal. Tenaga
haba yang terhasil melalui tindak balas
nuclear (pelakuran nuclear) digunakan
untuk menjana kuasa elektrik. Jika
teknologi sedemikian dapat dikomersialkan,
kebergantungan kepada penggunaan
sumber bahan api seperti petroleum dan
arang batu dalam penjanaan kuasa elektrik
dapat diatasi pada masa depan.

Activity 2 Aim: Comparison between nuclear fission and nuclear fusion.

Similarities
Berlaku dalam nukleus

Membebaskan tenaga sebagai haba
disebabkan cacat jisim

Tenaga yang dihasilkan dihitung dengan
menggunakan persamaan jisim tenaga

Einstein E = mc2:

Activity 2 Aim: Comparison between nuclear fission and nuclear fusion.

Pembelahan Nukleus Pelauran Nukleus

Proses di mana nukleus yang lebih Proses di mana nucleus yang lebih

berat dan tidak stabil terbelah ringan bergabung untuk

menjadi nucleus lebih ringan membentuk satu nucleus yang

lebih berat.

Boleh dikawal Sukar untuk dikawal

Digunakan dalam reactor nuklear Berlaku pada permukaan matahari

Tindak balas berantai: neutron Nukleus yang ringan pada laju

bergerak perlahan menghentam tinggi dan suhu yang sangat tinggi

dan memecahkan nucleus uranium mengatasai daya tolakan dan

lalu menghasilkan neutron untuk bergabung membentuk satu

memecahkan nucleus uranium nucleus tunggal.

lain.

STANDARD
PEMBELAJARAN 2

6.2.2 Memerihalkan hubungan
antara tenaga yang
dibebaskan semasa tindak
balas nuclear dengan
cacat jisim: E = mc2

Aktivit1 2 Hubungan antara tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas
nuclear dengan cacat jisim menurut persamaan E = mc2

1. Nyatakan definasi unit jisim atom (u.j.a)

• Unit jisim atom (u.j.a) digunakan sebagai ukuran jisim suatu
atom. Jisim satu atom adalah sangat kecil dan sukar diukur
menggunakan unit seperti gram atau kilogram.
• Maka, perbandingan relative di antara jisim atom lain dengan
jisim satu atom karbon-12 telah digunakan.
• Isotop karbon-12 digunakan sebagai rujukan kerana karbon
terkandung dalam banyak sebatian yang ditemui di Bumi.

Unit jisim atom = 1 daripada jisim 1 atom karbon-12
12

Aktivit1 2 Hubungan antara tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas
nuclear dengan cacat jisim menurut persamaan E = mc2

2. Unit jisim atom menggunakan jisim satu atom karbon-12 & nombor Avogadro

 Number Avogadron = bilangan atom dalam 1 mol karbon-12

NA = 6.02 x 1023 atom

 Jisim satu atom karbon-12 ditetapkan sebagai 12 u.j.a

 Jisim 1 mol karbon-12 = 12 g = 0.012 kg
 Jisim bagi satu atom karbon-12 = _ 0.012 _= 1.993 x 10-26 kg

6.02 x 1023
 1 u.j.a = 1 jisim atom karbon-12.

12
1 u.j.a = 1 x 1.993 x 10-26 = 1.66 x 10-27 kg

12

1 u.j.a = 1.66 x 10-27 kg

Jumlah jisim selepas reputan radioaktif adalah sentiasa kurang
daripada jumlah sebelum reptuan radioaktif. Kehilangan jisim ini
dikenali sebagai cacat jisim, m.

Aktivit1 2 Hubungan antara tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas
nuclear dengan cacat jisim menurut persamaan E = mc2

3.Kedua-dua tindak balas pembelahan dan pelakuran nucleus
membebaskan tenaga yang sangat banya.

(a) Namakan tenaga yang dihasilkan itu.. Tenaga nuklear

(b) Nyatakan bagaimana tenaga ini dihasilkan.
Daripada cacat jisim

4.Bandingkan jumlah jisim sebelum tindak balas dengan jumlah jisim
selepas tindak balas.
Jumlah jisim sebelum > jumlah jisim selepas

5. Tulis persamaan untuk mencari cacat jisim
Cacat jisim, m = jisim sebelum tindak balas – jisim selepas tindak balas

Aktivit1 2 Hubungan antara tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas
nuclear dengan cacat jisim menurut persamaan E = mc2

6.Tulis kenyataan Einstein yang menghubungkan
jisim yang hilang dengan tenaga.
Kenyataan Einstein: Kehilangan jisim dalam tindak balas
nuklear menyebabkan ianya bertukar menjadi tenaga.

7. Tulis persamaan Einstein. E = mc2

E = …T…en…ag…a…d…ibe…b…as…ka…n,…d…al…am…u…ni…t j…oules, J

m = …C…ac…at…ji…sim…,…un…it…kg…………………..

c = …L…aju…c…a…ha…ya…=…3…x …10…8 m…/s

STANDARD
PEMBELAJARAN 3

6.2.3 Menyelesaikan masalah
yang melibatkan tenaga
nuclear daripada
pereputan radioaktif dan
tindak balas nuclear.

1. Persamaan di bawah adalah pereputan radium-226.

Jisim setiap atom: 226 Ra 28262Rn  4 He  energy
Ra-226 = 226.02536 u.j.a 88 2
Rn-222 = 222.01753 u.j.a

He-4 = 4.00260 u.j.a

1 u.ja = 1.66 x 10-27 kg

1 eV = 1.66 x 10-19 J (a)m = 226.02536 – [222.01753 + 4.00260]

c = 3.0 x 108 ms-1 = 0.00523 u

m = 0.00523 x 1.66 x 10-27 = 8.68 x 10-30 kg
(a)Hitung kehilangan jisim dalam unit

(i) u.j.a (ii) kg

(b) Hitung tenaga yang dibebaskan

(b) E = mc2 = 8.68 x 10-30 x (3 x 108)2
= 7.81 x 10-13 J

2. Persamaan di bawah melibatkan pembelahan Uranium-235 oleh neutron

berhalaju tinggi. U235 01n15461Ba3962Kr 301n  energy

92

Hitung jumlah tenaga yang dibebaskan oleh satu atom Uranium 235.

U-235 = 235.04 u.j.a Jisim sebelum tindak balas:
Kr-92 = 91.93 u.j.a = uranium 235 + 1 neutron
Ba-141 = 140.91 u.j.a = 235.04 + 1.01 = 236.05 u
Neutron = 1.01 u.j.a

1 u.j.a = 1.66 x 10-27 kg Jisim selepas tindak balas:

c = 3.0 x 108 m s-1 = Kripton 92 + Barium 29 + 3 neutron
= 91.93 + 140.91 + 3(1.01) = 235.87 u

Cacat jisim:

= 236.05 – 235.87 = 0.18 u

Tenaga dibebaskan: E = mc2
= 0.18 x 1.66 x 10-27 x (3.0 x 108 )2
= 2.69 x 10 -11 J

3. Satu tindak balas pelakuran nucleus yang mungkin berlaku

ditunjukkan dalam persamaan. 2 H 12H 13H 11H
H-2 = 2.014102 u.j.a 1
H-3 = 3.016049 u.j.a

H-1 = 1.007825 u.j.a

1 u.j.a = 1.66 x 10-27 kg

m = [2.014102 x 2] – [3.016049 + 1.007825]
= 0.00433 u

E = mc2 = [0.00433 x 1.66 x 10-27] x [9 x 1016]
= 0.064 x 10-11 = 6.4 x 10-13 J

STANDARD
PEMBELAJARAN 4

6.2.4 Memerihalkan penjanaan
tenaga elektrik dalam
reactor nuklear



Aktiviti 4 Tujuan: Huraikan penjanaan elektrik daripada pembelahan nukleus

1. Apakah stesyen kuasa nuklear?

Tempat untuk menjana elektrik
mengunakan tindakbalas pembelahan
nucleus.

2. Namakan tindak balas yang
menghasilkan tenaga yang sangat
banyak di dalam reactor nuclear.
Pembelahan nukleus

3. Nyatakan perubahan tenaga yang
berlaku di stesyen kuasa nuclear.

Tenaga nuclear ke tenaga haba ke
tenaga mekanikal ke tenaga elektrik

3. Pendidihan air hasilkan stim yang 4. Turbin diputarkan oleh stim dan
bertekanan tinggi. Stim ini disalurkan seterusnya memutarkan magnet atau
ke turbin. gegelung dalam penjana. Stim tersebut akan
terkondensasi menjadi air.

1.Pembelahan nucleus 5. Tenaga elektrik
uranium 235 dan tindak yang dijana
balas berantai hasilkan dihantar melalui
tenaga haba. sisem
penghantaran
bekalan kuasa
kepada pengguna

2. Air dipam ke dalam teras reactor bagi
menyerap tenaga haba yang dihasilkan oleh
pembelahan nucleus.

Di dalam reactor nuclear, tindak balas pembelahan nucleus uranium-235
menghasilkan dua nuklues anak, tiga neutron yang bergerak pantas dan
membebaskan tenaga yang besar. Neutron-neutron tersebut akan membedil
nucleus uranium-235 yang lain dan akan membebaskan neutron yang lebih
banyak melalui pembelahan nucleus yang berterusan. Tindak balas
berterusan ini dikenalai sebagai tindak balas berantai.

(a)Huraikan bagaimana tindak balas
berantai berlaku dalam tindak balas
pembelahan nucleus bagi satu atom
uranium

 Satu neutron memulakan proses
pembelahan, menyebabkan tiga
neutron dihasilkan.

 Salah satu daripada neutron ini
menghentam atom uranium-235 yang
lain. Maka banyak pembelahan akan
berlaku membebaskan neutron dan
tenaga.

 Suatu tindak balas berantai dihasilkan.

Proses tindak balas pengekalan yang mana hasil tindak
balas ini boleh memulakan tindak balas seterusnya.





Tindak balas berantai dalam teras reactor perlu dikawal. Reaktor perlu mempunyai struktur
binaan yang boleh menghalang kebocoran sinaran radioaktif ke persekitaran.

7. Bagaimanakah tenaga nuclear dihasilkan dalam sebuah reactor?
Satu neutron menghentam atom uranium. Terdapat kehilangan jisim
semasa tindak balas nuklear. Kehilangan jisim bertukar ke tenaga

8. Bagaimanakah tenaga haba ditukar menjadi tenaga kinetik dariapda
putaran turbin?
Tenaga nuclear yang dihasilkan diserap oleh air dalam bentuk tenaga haba.

9.Tenaga kinetik daripada putaran turbin dapat menghasilkan tenaga
elektrik. Bagaimanakah proses ini berlaku?
Proses aruhan elektromaget berlaku apabila turbin memutarkan
magnet atau gegelung menghasilkan pemotongan medan magnet.

10.biasanya, Menara penyejukan yang tinggi dibina di stesen jana
kuasa nuclear. Terangkan sebabnya.

Tenaga haba yang dihasilkan sangat tinggi suhu dan boleh
menyebabkan letupan jika tidak disejukkan.



STANDARD
PEMBELAJARAN 5

6.2.5 Mewajarkan penggunaan
tenaga nuclear sebagai
tenaga alternatif untuk
menjana elektrik.

Penggunaan tenaga nuclear sebagai tenaga
alternatif untuk menjana tenaga elektrik.

Di Malaysia, tenaga elektrik dijana
menggunakan sumber arang batu, gas
asli dan air. Empangan hidro di Bakun,
Sarawak merupakan empangan kedua
terbesar di Asia yang digunakan untuk
menjana tenaga elektrik. Namun, negara
seperti Amerika Syarikat, Jepun,
Perancis, India dan China telah
menggunakan tenaga nuclear bagi tujuan
penjanaan tenaga elektrik.

Sederhana sederhana Tinggi
Tinggi Rendah Rendah

Jauh dari penempatan Kawasan sungai atau Di tepi pantai. Perlu
supaya tidak terdedah empangan air yang bekalan air banyak
kepada pencemaran banyak untuk sejukkan loji.
udara.
Bersih tiada kesan
Bebaskan karbon ke Kemusnahan hutan kepada ekosistem dan
udara dengan banyak. dan system ekologi. jejak karbon.
Pencemaran udara Bersih dan tiada
tinggi. jejak karbon Tahap keselamatan dan
system penyimpanan
Isu keselamatan Dapat mengawal sangat tinggi. Risiko
rendah tetapi banjir. Tiada isu kebocoran tinggi.
akibatkan masalah kesihatan
kesihatan tinggi.

Tidak perlukan Perlu teknologi Perlu teknologi dan
kepakaran tinggi
teknologi tinggi. dan kepakaran dalam bidang
nuclear di samping
Perlukan kepakaran tinggi dalam kepakaran
tinggi dalam bidang bidang kejuruteraan lain.
keelektrikan.
kelektrikan. Hasilkan sisa yang
perlu kepakaran
Bahan sisa merkuri Tiada sisa untuk tinggi untuk
dan sulfur dioksida diuruskan menguruskannya.
yang perlukan

system kawalan

pencemaran udara

dan air yang mahal.

TUTORIAL 6.2









1

no proton + no neutron
3

Pelakuran nukleus

before = 2 x 2.01410

4 = 4.0282

after = 3.01603 + 1.00867
= 4.0247

Mass defect =
4.0282 – 4.0247 = 0.0035

E = 0.0035 x 1.6 x 10-27 x (3 x 108)2
= 5.229 x 10-13 J

100  50  25  12.5  6.25
4 x 5.27
= 21.08 years

Nukleus yang tidak stabil

3

Nukleus berat dipisahkan kepada
dua nukleus ringan

E = mc2
= 0.18606 x 1.66 x 10-27 x (3 x 108)2
= 2.78 x 10-11 J