Bab 5 Keradioaktifan Naskah Guru

8/18/2019 Bab 5 Keradioaktifan Naskah Guru

1/23

135

BAB 5 KERADIOAKTIFAN (RADIOACTIVITY)

5.1 Nukleus suatu atom

Komposisi nukleus suatu atom

Model atom

Rutherford-Bohr

Nukleus suatu atom terdiri daripada nukleon-nukleon.

Nukleon terdiri daripada proton yang bercas positifdan neutron tidak bercas.

NukleonNilai cas

(C)Jeniscas

Jisimrelatif

Jisimsebenar

(kg)

Proton +1.6 x 10-19 Positif 1 1.67 x 10-27

Neutron 0 Neutral 1 1.67 x 10-27

Nombor proton dan nombor nukleon

Nombor proton suatu unsur ialah bilangan proton yang terdapat di dalam nukleusatom 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 neutronyang terdapat di dalam nukleus atom unsur itu. Nombor nukleon wakili olehsimbol A .

Nombor nukleon, A juga dikenali sebagai nombor jisim.

Maka,

Definisi nuklid

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

Simbol bagi suatu nuklid tertentu boleh dinyatakan dengan menggunakan simbolnuklid berikut:

XAZ

X ialah simbol kimia bagi suatu unsur. Contohnya H ialah simbol bagi hidrogendan C ialah simbol bagi karbon.

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

Simbol nuklid bagi proton ialah p11 , simbol nuklid bagi neutron ialah n10 dan

simbol nuklid bagi elektron ialah e01- .

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

neutral sama dengan nilai nombor proton, Z .

++

+

+

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

Nombor nukleon

Nombor protonSimbol kimia


2/23

136

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

Unsur Simbol unsurNombor

nukleon, A Nomborproton, Z

Bilanganneutron, N

Hidrogen H11 1 1 0

Karbon C126 12 6 6

Oksigen O168 16 8 8

Helium He42 4 2 2

Uranium U23892 238 92 146

Radium Ra22688 226 88 138

Thorium Th23290 232 90 142

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 yangberlainan.

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

Namaisotop

Simbolisotop

Strukturnukleus

Nombornukleon, A

Nomborproton, Z

Nomborneutron, N

Protium(hidrogen)

H11 1 1 0

Deuterium H21 2 1 1

Tritium H31 3 1 2

Isotop-isotop bagi suatu unsur yang sama menunjukkan sifat kimia yang samakerana bilangan proton dan bilangan elektron yang dimiliki oleh atom neutraladalah sama.

Bagaimanapun, isotop-isotop bagi suatu unsur yang sama menunjukkan sifatfizik yang berlainan disebabkan oleh jisim yang berlainan.

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

Pa23191 Tentukan bilangan proton dan bilangan neutron di dalam nukleus tersebut.Penyelesaian:

+

+

+

Bi langan proton = 91

Bilan gan neu tro n = 231 – 91= 140


3/23

137

5.2 Pereputan radioaktif

Keradioaktifan

Keradioaktifan ialah proses pereputan nukleus yang tidak stabil denganmemancarkan sinaran radioaktif untuk menjadi nukleus yang lebih stabil secara

spontan dan rawak.

Proses pereputan radioaktif berlaku secara spontan kerana ia tidak dikawal danberlaku dengan sendiri serta tidak dipengaruhi oleh keadaan fizikal seperti suhudan tekanan.

Proses pereputan radioaktif dikatakan berlaku secara rawak kerana sinaran yangdipancarkan tidak berlaku pada selang masa yang sekata dan tidak boleh diramalia berlaku.

Isotop-isotop yang mempunyai nukleus yang tidak stabil dikenali sebagairadioisotop.

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 C126 Karbon-14 C14

6

Natrium-23 Na2311 Natrium-24 Na2411

Kobalt-59 Co5927 Kobalt-60 Co6027

Plumbum-207 Pb20782 Plumbum-210 Pb21082

Tiga jenis sinaran radioaktif yang boleh dikeluarkan oleh nukleus yang tidakstabil semasa reputan radioaktif ialah:

(a) Zarah alfa ( )

Zarah alfa ialah nukleus helium ( He42 ) dan bercas positif

(b) Zarah beta ( )

Zarah beta ialah elektron ( e01- ) yang bergerak dengan laju dan bercas negatif

(c) Sinar gama ()Sinar gama ialah gelombang elektromagnet yang berfrekuensi tinggi dan tidakbercas.

Perbandingan ciri-ciri bagi tiga jenis sinaran radioaktif

Perbandingan tiga jenis sinaran radioaktif boleh dibuat dengan membincangkansifat 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 radioaktiftertentu seperti pembilang bunga api, kebuk awan dan tiub Geiger-Müller.


4/23

138

(a) Kesan pengionan

Sinaran radioaktif seperti zarah alfa ( ), zarah beta ( ) dan sinar gama () bolehmengionkan molekul-molekul udara di sekelilingnya ketika bergerak merentasimolekul-molekul udara.

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

Contoh kesan pengionan oleh zarah alfa, terhadap molekul udara:

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 yangmembawa tenaga yang tinggi.

(b) Kuasa penembusan

Kuasa penembusan sinaran radioaktif merujuk kepada keupayaan sinaran ituuntuk melepasi dan menembusi sesuatu halangan.

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

Zarah alfa ( ) boleh dihentikan dengan menggunakan sehelai kertas sahajakerana kuasa penembusan zarah alfa yang sangat rendah.

Zarah beta ( ) pula boleh dihalang dengan menggunakan kepingan logam nipisseperti aluminium setebal 3 mm.

Sinar gama () mempunyai kuasa penembusan paling tinggi tidak dapat dihalangsepenuhnya tetapi keamatannya boleh dikurangkan dengan menggunakan

kepingan plumbum atau dinding konkrit yang cukup tebal.

Elektron

Proton

Neutron

Zarah

Neutron

Elektron

Proton

+ –

Zarah alfa ( )

Zarah beta ( )

Sinar gama ()

Kertas aluminium Plumbum


5/23

139

(c) Pemesongan oleh medan elektrik

Apabila suatu sinaran melalui suatu medan elektrik, lintasan sinaran radioaktiftersebut 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 merupakangelombang elektromagnet dan tidak bercas.

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 mudahdipesongkan.

(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 keranamembawa 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 membawasebarang cas.

Arah pesongan sinaran ditentukan dengan menggunakan Petua Tangan KiriFleming.

Arah medan magnet

masuk ke arah kertas

Arah medan magnet

keluar dari arah kertas

( – )

( + )

Sumber bahan

radioaktif


6/23

140

Ciri-ciri sinaran radioaktif

Ciri-ciri Zarah alfa ( ) Zarah beta ( ) Sinar gama ()

Sifat semulajadi

Nukleus helium ElekronSinaran

elektromagnet

Simbol He42 atau e01- atau

Cas Positif(+2e)

Negatif(-1e)

Tidak bercas

Kuasa pengionan Menghasilkanbanyak ion udara

(Tinggi)

Bilangan ion yangterhasil kurang

daripada zarah .(Sederhana)

Bilangan ionkurang daripada

zarah dan zarah.(Lemah)

Kuasa penembusan Lemah Sederhana Tinggi

Julat pancaran diudara

Beberapacentimeter

Beberapa meter Beberapa ratusmeter

Kesan medanelektrik

Terpesong ke arahplat negatif

Terpesong ke arahplat positif

Tidak terpesong

Kesan medanmagnet

Terpesong denganmagnitud kecil

Terpesong denganmagnitud besar

Tidak terpesong

Halaju0.1 c 0.3 – 0.9 c Halaju cahaya, c

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 mengesanketiga-tiga jenis sinaran radioaktif.

Argentum bromide yang peka kepada cahayadan sinaran radioaktif disalutkan padapermukaan plat fotograf.

Unsur argentum akan menghitamkan platfotograf apabila sinaran menembusinya.

Plat fotograf digunakan sebagai lencana khasyang dipakai oleh pekerja semasamengendalikan bahan radioaktif di makmal danreaktor nuklear kerana alat ini bolehmenunjukkan dos sinaran yang terdedah padaseseorang pekerja.

–


7/23

141

(2) Elektroskop bercas

Elektroskop bercas ialah alat yang paling

sesuai untuk mengesan zarah alfa ( ) keranakuasa pengionan yang tinggi berbanding

dengan zarah beta ( ) dan sinar gama ().

Apabila satu sumber alfa dibawa mendekaticeper sebuah elektroskop yang bercas positif,didapati pencapahan kerajang emas akanberkurang.

Ini kerana zarah alfa mengionkan molekul-molekul udara di sepanjang lintasannya danmenghasilkan pasangan-pasangan ion.

Ion-ion negatif yang terhasil akan tertarikkepada ceper elektroskop yang bercas positifitu dan menyahcaskannya. Maka, kerajangemas menguncup.

(3) Pembilang bunga api

Pembilang bunga api sesuai digunakan untukmengesan zarah alfa ( ) kerana mempunyaikuasa pengionan yang tinggi.

Apabila sumber alfa didekatkan dengan kasadawai, bunga api dilihat dan bunyi percikandidengari.

Ini kerana zarah alfa mengionkan molekul-molekul udara di ruang antara kasa dawaidengan dawai halus. Ion positif dan ion negatiftertarik kepada terminal masing-masing yangbertentangan cas.

Pengionan sekunder terjadi apabila ion-ionberlanggar dengan molekul-molekul udara yanglain menyebabkan bunga api terhasil.

Bilangan bunga yang terhasil memberikan satusukatan keamatan sinar itu.

(4) Tiub Geiger-Müller

Tiub Geiger-Müller boleh digunakan untukmengesan zarah alfa, zarah beta dan sinargama.

Apabila satu sinar radioaktif memasuki tiub GM

sinaran itu mengionkan molekul-molekul gasneon di dalamnya.

Ion positif dipecutkan ke katod manakala ion-ion negatif dipecutkan ke anod.

Perlanggaran ion-ion dengan atom-atom neonyang lain menyebabkan pengionan sekunderberlaku.

Pergerakan ion-ion ke elektrod masing-masingmenghasilkan satu denyutan arus yang kecil.

Denyutan ini akan diperkuatkan oleh satuamplifier dan dibilang oleh sebuah pembilang.

Pembilang akan merekodkan bilangan

denyutan arus dalam satu selang masatertentu.

+

+ + + + + +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

Sumber

radioaktif

Kerajang

emas

menguncup

Pengionan

molekul udara

+ + + +

– – – – –

Kasa

dawai

Bunga api

Sumber alfa

Dawai halus

3 kV –

+

Sumber

radioaktif Tiub GM Pembilang

Katod

Gas neonPembilang

Mica

450 V

Anod


8/23

142

(5) Kebuk awan

Kebuk awan boleh mengesan ketiga-tiga jenissinaran radioaktif.

Apabila sinar radioaktif melalui ruang dibahagian atas ia mengionkan molekul-molekul

udara di sepanjang lintasannya. Wap yang tepu lampau mengkondensasi pada

ion-ion itu untuk membentuk titisan-titisan airyang halus dan kelihatan sebagai runut-runutputih.

Cahaya disinarkan di sisi kebuk itu supayarunut-runut putih itu dapat diperhatikan.

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

Pandangan atas:Runut yang dihasilkan dalam

kebuk awan

(a) Runut dihasilkan oleh zarah alfa Kuasa pengionan zarah alfayang tinggi menghasilkanbanyak pasangan ion, makarunut kelihatan padat.

Jisim zarah alfa yang besarmenyebabkan ia tidak

terpesong oleh molekuludara dalam lintasannya,maka kelihatan lurus.

(b) Runut dihasilkan oleh zarah beta Kuasa pengionan yangsederhana menyebabkanrunut kelihatan kurangpadat.

Jisim yang kecilmenyebabkan iadipesongkan oleh molekul-molekul udara dalam

lintasannya dan kelihatantidak lurus.

(c) Runut dihasilkan oleh sinar gama Kuasa pengionan sinar gamayang sangat rendahmenghasilkan sedikitpasangan ion menyebabkanrunut kelihatan pendek danberselerak.

Sinar gama tidak mempunyai jisim.

Ruang tepu

dengan wap

alkohol

Ais kering

Span

Sumber alfa

Kepingan felt

Sumber alfa ( )

Sumber beta ( )

Sumber gama ()


9/23

143

Reputan radioaktif

Reputan radioaktif ialah proses di mana nukleus yang tidak stabil berubahmenjadi nukleus yang lebih stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif.

Terdapat tiga jenis reputan radioaktif iaitu reputan alfa, reputan beta dan reputangama.

(1) Reputan alfa ( )

Reputan alfa berlaku apabila suatu unsur radioaktif mereput dengan

memancarkan satu zarah alfa ( ) iaitu nukleus helium, He42 .

Z = nombor proton N = nombor neutron

Dalam proses reputan ini, satu zarah alfa (nukleus helium He42 ) dengan 2

proton dan 2 neutron dipancarkan. Maka atom baru Y yang terbentukmempunyai nombor proton, Z yang berkurang sebanyak 2 unit dan nombornukleon, A yang berkurang sebanyak 4 unit.

Perubahan dalam nombor nukleon dan nombor proton boleh diwakili olehpersamaan berikut:

He YX 424A2Z

AZ

Contoh-contoh persamaan reputan alfa:

(i) HeThU42

23490

23892 (ii) HeRnRa

42

22286

22688

Lengkapkan persamaan-persamaan di bawah:

(a) Th23490 Ra + He42 (b) Ra22688 Rn + He42

(c) Po21284 Pb

20882 + (d) Hg

22280 + He

42

(e) Po

218

84 + He4

2 (f)Th234

90 Pt210

78 +He4

2

Z

N

Z – 2

N – 2

2p

2n

Zarah alfa ( )

mereput

Atom X Atom Y

230

88

222

86

Pb 206

82

6Rn 222

86

He 4

2


10/23

144

(2) Reputan beta ( )

Reputan beta berlaku apabila suatu unsur radioaktif mereput dengan

memancarkan satu zarah beta ( ) iaitu elektron yang berhalaju tinggi.

Z = nombor proton N = nombor neutron

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

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

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

Perubahan dalam nombor nukleon dan nombor proton boleh diwakili olehpersamaan berikut:

e YX 01-A1Z

AZ

Contoh-contoh persamaan reputan beta :

(i) ePaTh01-

23491

23490 (ii) eUPa

01-

23492

23491

Lengkapkan persamaan-persamaan di bawah:

(a) Pb21082 Bi e

01- (b) Na

2411 Mg e

01-

(c) Na2411 e

01- (d) U

23992 e

01-

(e) PbTh20882

23290 He

42 e

01-

Z

Nmereput

Atom X

Zarah beta ( )

–Z + 1

N – 1

Atom Y

210

83

24

12

6 4

Ne 24

10 Pa 239

91


11/23

145

(3) Reputan gama ()

Dalam proses reputan gama, tenaga dibebaskan dalam bentuk sinaranelektromagnet.

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 menyusunsemula untuk menjadi lebih stabil, tenaga lebihan padanya akan dikeluarkansebagai sinaran elektromagnet berfrekuensi amat tinggi yang dinamakan sinargama.

Pemancaran sinar gama tidak mengubah nombor proton dan nombor nukleonsesuatu atom seperti persamaan berikut:

XX AZAZ (Sinar gama)

Contoh persamaan reputan gama :

(a) CoCo6027

6027 (b) eBiPb

01-

21483

21482

(c) HeThU42

23490

23892

Lengkapkan persamaan-persamaan berikut:

(a) Ba13756 (b) Dy

15266

(c) Ir 19277 e

01-

Siri reputan

Sesetengah nukleus tidak menjadi stabil walaupun ia telah melalui prosesreputan. Ini kerana nukleus baru yang terhasil masih tidak stabil.

Oleh yang demikian, satu siri reputan akan berlaku sehingga nukleus asalmereput menjadi satu nukleus yang stabil.

Berikut ialah satu contoh siri reputan:

PbPoUPaThU

206

82

210

84

234

92

234

91

234

90

238

92

....

Ba 137

56

Pt 192

78

Dy 152

66


12/23

146

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

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 daripadasiri reputan radioaktif tersebut.

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

Separuh hayat

Separuh hayat suatu unsur radioaktif ditakrifkan sebagai masa yang diambiluntuk separuh daripada nukleus unsur asal mereput menjadi nukleus unsur baru.

Separuh hayat juga boleh ditakrifkan sebagai masa yang diambil untuk keaktifanunsur 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.

Nombor nukleon, A

Nombor proton, Z

He Th U 2 234

90

238

92

4

3 2


13/23

147

Konsep separuh hayat boleh digambarkan seperti berikut:

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

Unsur radioaktif Separuh hayat

Uranium-238 4 500 juta tahun

Karbon-14 5 730 tahunRadium-226 1 620 tahun

Kobalt-60 5.3 tahun

Fosforus-32 15 hari

Iodin-131 8 hari

Natrium-24 15 jam

Protactinium-234 72 saat

Radon-220 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.

Contoh penyelesaian masalah:Satu sampel radioaktif mempunyai separuh hayat 20 minit. Berapa pecahan daripadabilangan atom asal yang belum mereput selepas 1 jam?

Masa/ saat

Keaktifan/Bilangan per saat

Ao

2

1Ao

4

1

Ao

2

1T

2

12T

2

1No

4

1No

N

Masa/ saat

No

2

1T

2

12T

No

21

T

21

2T

2

1

No

4

1 No

2

1

2

1

T 3min i t 60

min i t 20 T

asal.atombil daripada 8

1

mereput belummasih yang Pecahan

N 8

1 N

4

1 N

2

1 N 0 T 0 T 0 T 0

2

1

2

1

2

1


14/23

148

Latihan 5.4 Penyelesaian masalah melibatkan separuh hayat

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

(2) Jika masa yang diambil untuk keaktifan suatu sampel bahan radioaktif mereputdari 960 kepada 120 bilangan per minit ialah 168 saat, berapakah separuh hayatbahan radioaktif itu?

(3) 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?

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

(5) Tentukan separuh hayat sampel radioaktif daripada graf susutan keaktifanmelawan masa berikut:

%87.5

%12.5 -%100 mereput telah ng Peratus y a

12.5%25%50%100%hari 10 T hari 10 T hari 10 T

2

1

2

1

2

1

saat 36 3

saat 168

T

saat 1683T

120 240 480 960

2

1

2

1

T T T

2

1

2

1

2

1

saat per bi langan 200 ialah hari 16 selepasKeakti fan

200 400 800 hari 8T hari 8T

2

1

2

1

hari 30 ialah 75%sebanyak mereput untuk diambi l yang Masa

25%50%100% 0 hari 15 T hari 15 T 2

1

2

1

jam 2 T

2

1

Keaktifan/Bilangan per saat

800

600

400

200

1 2 3 4 5 6 7 8 Masa/jam


15/23

149

5.3 Kegunaan radioisotop

Radioisotop ialah isotop dengan nukleus yang tidak stabil. Radioisotop akanmereput 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-60digunakan untuk membunuh selkanser.

Sinar gama dipancarkan daripadalubang seni pada bongkah plumbumsupaya satu alur sinar yang halusdan ditujukan tepat kepada sel kanseruntuk mengelak kerosakan kepadatisu-tisu yang sihat.

Isotop fosforus-32 dan strontium-90mengeluarkan zarah beta dapatmerawat kanser kulit.

Sinar gama dipancarkankepada sel kanser

Penyurihan radioaktif Natrium-24 yang memancar sinar

gama digunakan mengesankedudukan salur darah tersumbatakibat daripada pembekuan darah.

Fosforus-32 yang memancar sinarbeta digunakan untuk menentukankedudukan tumor otak.

Iodin-131 yang memancar sinar gamadiguna untuk menentukan aktivitikelenjar tiroid.

Surihan tiroidPenstrilan

Sinar gama daripada Cobalt-60digunakan untuk membasmikanbakteria dalam proses penstrilan alat-alat perubatan seperti termometer,alat bedah, jarum suntikan, picagaridan sebagainya.

Peralatan perubatan yang didedahkandengan sinar gama

Sinar gama


16/23

150

Bidang pertanian

Pengawalan serangga perosak

Sinar gama digunakan untukmembunuh kumbang dan seranggaperosak dalam bidang pertanian.

Dos sinar gama yang kecil digunakanuntuk menjadikan serangga perosakitu mandul dan pembiakannya dapatdikawal.

Lalat buah

Mengkaji kadar penyerapan bajatumbuhan

Radioisotop seperti fosforus-32 dannitrogen-15 dicampurkan ke dalambaja.

Selepas baja itu disiram, kadarpenyerapan dan jumlah yang diserapoleh tumbuhan dapat ditentukandengan mengesan kuantitiradioisotop yang terkandung dalamdaun dan batangnya menggunakanpembilang Geiger Muller.

Penentuan kadar penyerapan baja

Bidang perindustrian

Penyemak aras pengisian tin danbungkusan

Di kilang menbuat makanan, tin-tinatau bungkusan-bungkusan yang

telah diisi akan diangkut di atas satutali sawat yang melalui satu puncasinar beta dan alat pengesan sepertitiub GM.

Jika terdapat bungkusan atau tinyang kurang penuh, tiub GM akanmemberi satu bacaan yang lebihtinggi daripada nilai bacaan piawai.

Mengesan kebocoran paip di bawahtanah

Radioisotop yang mempunyaisetengah hayat pendek sepertinatrium-24 dimasukkan ke dalamsaluran paip air atau gas yang disyakibocor.

Alat pengesan seperti tiub GMkemudian digerakkan di ataspermukaan tanah di sepanjang paipitu.

Tempat di mana tiub GMmenunjukkan bacaan yang palingtinggi adalah tempat kemungkinan

besar kebocoran berlaku.

Pembilang

Paip bawah tanah

Pengesan

Sumber radioaktif

Pembilang meter


17/23

151

Mengesan ketebalan bahan

Keseragaman ketebalan sesuatubahan seperti kertas, kepinganaluminium boleh disemak denganmelalukan bahan-bahan itu di antara

satu punca beta dan sebuah alatpengesan tiub GM.

Bacaan alat pengesan itu akanberkurang jika ketebalan kepinganbahan itu bertambah.

Pengawetan makanan

Sinar gama boleh digunakan untukmembunuh mikroorganisma sepertibakteria dan spora kulat yangterdapat dalam makanan supayatempoh penyimpanan makanan

dalam bungkusan dan tin dapatdilanjutkan.

Kaedah ini adalah mudah, selamatdan tidak mengubah nilai zatmakanan itu.

Buah-buahan dan makanan dalam tinbiasa 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 jisimbiasa seperti gram atau kilogram.

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

Isotop karbon-12 digunakan sebagai rujukan kerana ia terkandung dalam banyaksebatian 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 dengan12

1daripada jisim atom

karbon-12, iaitu:

1 u.j.a. =12

1 jisim satu atom isotop karbon-12

1 u.j.a. =12

1 1.993 10-26 kg

1 u.j.a. = 1.66 10

-27

kg

Sumber

beta

Pengesan

Kepingan

bahanPengelek


18/23

152

Tenaga nuklear

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

Kehilangan atau penyusutan jisim ini telah bertukar menjadi tenaga. Tenagadalam bentuk haba telah dibebaskan semasa tindak balas nuklear atau pereputanberlaku.

Albert Einstein, seorang ahli fizik yang terkemuka telah mengemukakan satuprinsip yang mengaitkan hubungan antara jisim dengan tenaga, iaitu PrinsipKeabadian Jisim-Tenaga Einstein yang menyatakan bahawa jisim dan tenagaboleh saling bertukar antara satu sama lain.

Hubungan antara jisim dengan tenaga telah dirumuskan dalam persamaanEinstein iaitu:

Dengan:

E = jumlah tenaga yang dibebaskan akibat penyusutan jisim (dalam unit Joule)m = jisim yang telah menyusut yang disebut cacat j is im (dalam unit kg)

c = halaju cahaya iaitu 3.0 108 m s-1

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

HeRnRa 4222286

22688

Penyelesaian:(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)= 0.519 u.j.a

(ii) 1 u.j.a. = 1.66 10-27 kg

Maka, m = 0.519 1.66 10-27 kg

m = 8.6154 10-28 kg

Tenaga yang dibebaskan, E = mc 2

= 8.6154 10-28 (3.0 108)2

= 7.75386 10-11 J

Jisim atom Ra226

88 = 226.54 Jisim atom Rn222

86 = 222.018 u.j.a

Jisim zarah He42 = 4.003 u.j.a

E = mc


19/23

153

Proses-proses penghasilan tenaga nuklear

(a) Pembelahan Nukleus (Nuclear f ission )

Pembelahan nukleus ialah satu tindak balas di mana satu nukleus yang berjisimbesar 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 ituberubah kepada tenaga haba yang besar.

Contoh proses pembelahan nukleus ialah pembelahan radioisotop Uranium-235.

Apabila satu nukleus uranium-235 dibedil oleh satu neutron, satu nukleus baruyang 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 neutronbaru dihasilkan.

Jisim yang telah hilang berubah kepada tenaga haba mengikut persamaan E = mc

2

. Tindak balas di atas ditunjukkan dalam persamaan berikut:

tenagan3Kr BaUnU 109236

14156

23692

10

23592

Tindak balas berantai (Chain react ion )

Proses pembelahan satu nukleus uranium menghasilkan tiga neutron yang baru.

Jika tiga neutron yang dibebaskan itu membedil pada nukleus uranium-235 yanglain, proses pembelahan nukleus akan berulang, maka semakin besar tenagadihasilkan.

Rajah di bawah menunjukkan satu contoh tindak balas berantai.

Nukleus

tak stabil

Neutron


20/23

154

Tenaga haba yang dibebaskan semasa tindak balas berantai boleh digunakanuntuk:(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 untukmembentuk satu atom yang lebih besar di samping membebaskan tenaga habayang besar.

Pelakuran nukleus hanya berlaku pada keadaan suhu yang amat tinggi.

Contoh proses pelakuran nukleus ditunjukkan dalam persamaan berikut:

tenaga nHeHH 1042

31

21

Nukleus deuterium dan tritium yang berhalaju tinggi berlanggar lalu bercantumpada suhu yang sangat tinggi.

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

Tenaga haba yang dibekalkan daripada matahari merupakan haba yang dibebaskanakibat proses pelakuran nukleus yang berlaku di permukaan matahari.

Contoh penyelesaian masalah (2):Persamaan berikut menunjukkan proses pelakuran isotop hidrogen:

tenaga nHeHH 1032

21

21

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.aJisim neutron = 1.009 u.j.a 1 u.j.a = 1.66

10-27 kg

Halaju cahaya, c = 3.0 108 m s-1

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

(b) Tenaga yang dibebaskan dalam proses pelakuran itu.

Tenaga

Kehi langan j is im, m

= Jum lah j is im awal – jumlah j is im akh ir

= (2.015 + 2.015) – (3.017 + 1.009)

= 4.030– 4.026 = 0.404 u .j.a

= 0.004

1.66

10 -27 kg = 6.64

10 -30 kg

E = mc 2

= 6.64 10 -30

(3.0 10 8

) 2

= 5.976 10 -13

J


21/23

155

Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear

Kegunaan tenaga nuklear yang utama ialah dalam penjanaan tenaga elektrik distesen janakuasa yang menggunakan reaktor nuklear.

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

Walau bagaimanapun, hanya proses pembelahan nukleus digunakan untukmenghasilkan tenaga nuklear di dalam reaktor nuklear kerana proses pelakurannukleus sukar dikawal dan memerlukan suhu yang amat tinggi.

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

Rajah reaktor nuklear

Dalam reaktor nuklear, proses pembelahan nukleus uranium-235 membebaskantenaga haba yang banyak.

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

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

Selain daripada menjana elektrik, tenaga nuklear juga digunakan sebagai sumbertenaga dalam kapal laut, kapal selam dan satelit serta digunakan untukpengekstrakan minyak daripada tanah dan pembersihan minyak.

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

Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear tidak mengeluarkan bahanpencemar seperti gas karbon dioksida dan gas karbon monoksida.

Kemalangan nuklear yang mengakibatkan kematian adalah pada tahap yangrendah.

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

Rod pengawal BoronMengawal kadar tindak balas

dengan menyerap neutron

yang berlebihan

Rod UraniumMenghasilkan tenaga nuklear

melalui proses pembelahan

nukleus

Teras grafitMengawal kadar tindak balas

dengan memperlahankan

neutron yang terhasilDinding konkrit tebal

Melindungi alam sekitar

daripada sinaran radioaktif

Stim dialirkan untuk

memutarkan turbin

Air sejuk dialirkan

untuk dididihkan

Air panasMenyerap tenaga haba

daripada tindak balas berantai

untuk menghasilkan stim


22/23

156

5.5 Kepentingan pengurusan bahan radioaktif

Kesan negatif bahan radioaktif

Tenaga nuklear boleh menjadi suatu ancaman yang serius terhadap keselamatandan kesihatan orang ramai kerana sinaran radioaktif boleh terbocor jikaberlakunya kemalangan dalam logi nuklear.

Sinaran radioaktif 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 plumbumsetebal beberapa sentimeter.

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

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

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

5. Sumber radioaktif yang lemah boleh dikendalikan dengan menggunakanpenyepit.

6. Pakaian pelindungan dan sarung tangan harus digunakan semasa bekerja denganbahan 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 industriyang menggunakan bahan radioaktif yang ditinggalkan selepas sesuatu prosespereputan radioaktif. Sisa ini masih mampu mengeluarkan sinaran radioaktif.

Sisa-sisa ini wujud dalam bentuk pepejal, cecair atau gas yang mempunyaiseparuh 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 begituberbahaya dan mempunyai separuh hayat yang pendek. Dilupuskan dengankaedah pembakaran dan ditanam.

2. Sisa radiaktif paras sederhana – Sumber stesen jana kuasa nuklear. Mempunyai keaktifan yang agak tinggidan separuh hayat yang panjang. Ia dikeraskan dalam blok kontrit ataubitumen sebelum dibuang. Sisa yang mempunyai separuh hayat melebihi 30tahun ditanam di bawah tanah yang dalam.

3. Sisa radioaktif paras tinggi – Sumber stesen jana kuasa nuklear seperti rod uranium. Mempunyai keaktifanyang sangat tinggi dan separuh hayat yang sangat panjang. Sisa disimpan

dalam bekas keluli tebal kemudian ditanam pada kedalaman 600 m daripermukaan bumi di kawasan yang bebas daripada kejadian gempa bumi.


23/23

157

Documents

Bab 5 Keradioaktifan Naskah Guru