Fizik Nuklear

Keradioaktifan ialah pereputan spontan nukleus tidak stabil sambil memancarkan sinaran.

• Alfa (α) — nukleus helium, cas +2, kuasa pengionan paling tinggi tetapi kuasa penembusan paling rendah (dihalang kertas).
• Beta (β) — elektron berhalaju tinggi, cas −1, penembusan sederhana (dihalang aluminium nipis).
• Gama (γ) — gelombang elektromagnet, tiada cas, penembusan paling tinggi (dihalang plumbum tebal).

Separuh hayat ialah masa untuk separuh nukleus tak stabil mereput; ia tetap bagi setiap isotop dan tidak dipengaruhi suhu atau tekanan.

Dalam tindak balas nuklear, kehilangan jisim ditukar kepada tenaga mengikut E = mc²:

• Pembelahan nukleus — nukleus berat seperti uranium-235 berpecah kepada nukleus lebih kecil, digunakan dalam reaktor nuklear.
• Pelakuran nukleus — nukleus ringan bergabung menjadi nukleus lebih berat, sumber tenaga matahari.

Reputan radioaktif ialah proses rawak dan spontan apabila nukleus tidak stabil memancarkan sinaran untuk menjadi nukleus yang lebih stabil, dan persamaannya mesti seimbang dari segi nombor nukleon (A) dan nombor proton (Z).

• Reputan alfa — nukleus kehilangan zarah ⁴₂He, jadi A berkurang 4 dan Z berkurang 2. Contohnya, radium-226 (Z = 88) mereput menjadi radon-222 (Z = 86).
• Reputan beta — satu neutron bertukar menjadi proton dan elektron, lalu elektron dipancarkan. A tidak berubah, Z bertambah 1.
• Reputan gama — nukleus teruja membebaskan tenaga lebihan; A dan Z tidak berubah.
• Pengiraan separuh hayat — selepas n separuh hayat, bahan yang tinggal ialah N = N₀(½)ⁿ, dengan n = t ÷ T½. Graf reputan ialah lengkung menurun yang tidak pernah mencecah sifar.
• Cacat jisim — jumlah jisim hasil kurang daripada jumlah jisim bahan tindak balas; perbezaan ini ditukar kepada tenaga, E = mc².

Reaktor nuklear menggunakan pembelahan uranium-235 secara terkawal:

• Tindak balas berantai berlaku kerana setiap pembelahan membebaskan neutron baharu yang boleh membelah nukleus lain.
• Rod pengawal (boron atau kadmium) menyerap neutron untuk mengawal kadar tindak balas.
• Moderator (grafit atau air) memperlahankan neutron supaya lebih mudah menyebabkan pembelahan uranium-235.
• Bahan penyejuk memindahkan haba dari teras untuk menghasilkan stim yang memutarkan turbin.

• Separuh hayat tidak berubah dengan jisim sampel, suhu atau tekanan; nilainya tetap bagi setiap isotop.
• Reputan bukan linear — bahan berkurang separuh bagi setiap tempoh separuh hayat. Selepas dua separuh hayat, yang tinggal ialah satu perempat, bukan sifar.
• Unit dalam E = mc² — tukar u kepada kg terlebih dahulu dan jangan lupa mengkuasaduakan c.
• Persamaan reputan tidak seimbang — semak bahawa jumlah A dan jumlah Z di sebelah kiri sama dengan di sebelah kanan.