Tenaga Nuklear

Tenaga nuklear ialah tenaga yang dibebaskan daripada perubahan dalam nukleus atom.

Keradioaktifan ialah pereputan spontan nukleus tak stabil yang memancarkan tiga jenis sinaran:

• Alfa — pengionan tinggi, penembusan rendah, dihalang kertas.
• Beta — pengionan sederhana, dihalang aluminium nipis.
• Gama — pengionan rendah, penembusan tinggi, dihalang plumbum tebal.

Separuh hayat ialah masa untuk separuh nukleus tak stabil mereput.

Dua tindak balas nuklear utama:

• Pembelahan nukleus — nukleus berat seperti uranium-235 berpecah menjadi nukleus kecil sambil membebaskan tenaga besar; digunakan dalam reaktor nuklear.
• Pelakuran nukleus — nukleus ringan bergabung menjadi nukleus lebih berat; berlaku di matahari.

Kegunaan: penjanaan elektrik, radioterapi merawat kanser, pengesan asap, pensterilan peralatan perubatan dan penentuan usia fosil.

Kesan buruk: sinaran boleh merosakkan sel dan menyebabkan kanser, serta sisa radioaktif yang sukar dilupuskan dengan selamat.

Separuh hayat ialah masa yang diambil oleh separuh daripada bilangan nukleus radioaktif dalam sesuatu sampel untuk mereput. Nilainya tetap bagi setiap isotop dan tidak dipengaruhi oleh suhu atau tekanan.

• Selepas satu separuh hayat, jisim atau keaktifan sampel tinggal ½; selepas dua separuh hayat tinggal ¼, dan seterusnya.
• Sampel radioaktif tidak pernah mereput sepenuhnya dalam dua separuh hayat.

Tenaga nuklear berasal daripada cacat jisim, iaitu jumlah jisim hasil tindak balas nuklear lebih kecil daripada jumlah jisim asal. Jisim yang hilang ditukar kepada tenaga mengikut persamaan Einstein E = mc². Kerana c sangat besar, jisim yang sangat kecil menghasilkan tenaga yang sangat besar.

Tindak balas berantai berlaku dalam pembelahan uranium-235: setiap pembelahan membebaskan beberapa neutron yang boleh membelah nukleus uranium lain.

Komponen utama reaktor nuklear:

• Rod bahan api — mengandungi uranium.
• Moderator (contohnya air atau grafit) — memperlahankan neutron supaya lebih mudah menyebabkan pembelahan.
• Rod kawalan (contohnya boron atau kadmium) — menyerap neutron untuk mengawal kadar tindak balas berantai.
• Bahan penyejuk — memindahkan haba untuk menghasilkan stim yang memutarkan turbin penjana elektrik.
• Perisai konkrit tebal — menghalang sinaran terlepas.

Pekerja yang terdedah kepada sinaran memakai lencana filem untuk memantau dos sinaran yang diterima.

Kesilapan lazim dan tip menjawab:

• Menganggap sampel habis mereput selepas dua separuh hayat. Selepas dua separuh hayat masih tinggal ¼.
• Lupa menguasaduakan c. c² = (3 × 10⁸)² = 9 × 10¹⁶ m² s⁻².
• Menggunakan jisim dalam gram atau unit jisim atom dalam E = mc². Jisim mesti dalam kilogram untuk mendapat tenaga dalam joule.
• Tertukar pembelahan dengan pelakuran. Pembelahan memecahkan nukleus berat; pelakuran menggabungkan nukleus ringan.

Tip: bagi soalan separuh hayat, kira bilangan separuh hayat dahulu, kemudian bahagi dua berulang kali atau gunakan formula.