bab 10 - keradioaktifan modul fizik spm bahasa melayu
TRANSCRIPT
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
1/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 1
BAB 5 KERADIOAKTIFAN
5.1 Nukleus sesuatu 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
2/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 2
Tentukan nombor nukleon, nombor proton dan bilangan neutron bagi nuklid-nuklidberikut:
Unsur Simbol unsurNombor
nukleon, A Nomborproton, Z
Bilanganneutron, N
Hidrogen H11
Karbon C126
Oksigen O168
Helium He42
Uranium U23892
Radium Ra22688
Thorium Th23290
Definisi Isotop
Isotop adalah nuklid-nuklid (nukleus-nukleus atom) bagi suatu unsur yang sama
yang mempunyai bilangan proton, Zyang 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
Deuterium H21 2 1
Tritium H31 3 1
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-231diberikan seperti yangberikut:
Pa23191
Tentukan bilangan proton dan bilangan neutron di dalam nukleus tersebut.Penyelesaian:
+
+
+
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
3/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 3
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
Natrium-23 Na2311 Natrium-24
Kobalt-59 Co5927 Kobalt-60
Plumbum-207 Pb20782 Plumbum-210
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-Mller.
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
4/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 4
(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 iamempunyai jisim yang paling besar berbanding zarah beta () dan sinar gama ().
Sinar gama () mempunyai kuasa pengionan yang paling rendah kerana sinargama () 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
5/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 5
(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 zarahbeta () 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 (). Inikerana 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 yangkecil 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
6/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 6
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
Halaju 0.1 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 terdedahkepada seseorang pekerja.
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
7/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 7
(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-Mller
Tiub Geiger-Mller 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 GMPembilang
Katod
Gas neonPembilang
Mica
450 V
Anod
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
8/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 8
(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 padaion-ion itu untuk membentuk titisan-titisan airyang halus dan kelihatan sebagai runut-runutputih.
Cahaya disinarkan disisi 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 sinargama yang sangat rendahmenghasilkan sedikitpasangan ionmenyebabkan runutkelihatan 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 ()
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
9/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 9
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:
HeYX 424A2Z
AZ
Contoh-contoh persamaan reputan alfa:
(i) HeThU42
23490
23892 (ii) HeRnRa
42
22286
22688
Lengkapkan persamaan-persamaan di bawah:
(a) Th234
90 Ra + He42 (b) Ra
22688 Rn+ He
42
(c) Po21284 Pb
20882 + (d) Hg
22280 + He
42
(e) Po21884 + He42 (f) Th23490 Pt21078 + He42
Z
N
Z 2
N 2
2p
2n
Zarah alfa ()mereput
Atom X Atom Y
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
10/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 10
(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:
eYX 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
11/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 11
(3) Reputan gama () Dalam proses reputan gama, tenaga dibebaskan dalam bentuk sinaran
elektromagnet.
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) Ir19277 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
....
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
12/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 12
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-Mller dan pembilang.
Nombor nukleon, A
Nombor proton, Z
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
13/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 13
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:(1) Satu sampel radioaktif mempunyai separuh hayat 20 minit. Berapa pecahan
daripada bilangan atom asal yang belum mereput selepas 1 jam?
No
21T
212T
2
1No
4
1No
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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
14/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 14
(2) Separuh hayat satu bahan radioaktif ialah 10 hari. Berapakah peratus atomradioaktif asal yang telah mereput selepas 30 hari.
(3) 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?
(4) 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?
(5) Fosforus-32 mempunyai separuh hayat 15 hari. Berapa lamakah masa yangdiambil untuk 75% daripada atom-atom satu sampel fosforus-32 mereput?
(6) Tentukan separuh hayat sampel radioaktif daripada graf susutan keaktifanmelawan masa berikut:
Keaktifan/Bilangan per saat
800
600
400
200
1 2 3 4 5 6 7 8Masa/jam
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
15/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 15
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 Pewarna yang mengandungi
radioisotop seperti barium-138disuntik ke dalam badan pesakituntuk mengesan tumor pada kepala.
Radioisotop natrium-24 disunti kedalam badan pesakit untuk mengesantempat pembekuan darah.
Radioisotop iodine-131 digunakanuntuk memeriksa keadaan kelenjartiroid.
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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
16/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 16
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 akanmember 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 berbanding tempat lain adalah
tempat kemungkinan besarkebocoran berlaku.
Pembilang
Paip bawah tanah
Pengesan
Sumber radioaktif
Pembilang meter
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
17/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 17
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 yangterperangkap 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 dengan
12
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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
18/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 18
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 isim(dalam unit kg)
c= halaju cahaya iaitu 3.0 108 ms-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 42222
86226
88
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)= 0.033 u.j.a
(ii) 1 u.j.a. = 1.66 10-27 kg
Maka, m = 0.033 1.66 10-27 kgm = 5.5 10-29 kg
Tenaga yang dibebaskan, E= mc2
= 5.5 10-29 (3.0 108)2= 4.95 10-12 J
Jisim atom Ra226
88 = 226.54 u.j.a Jisim atom Rn222
86 = 222.018 u.j.a
Jisim zarah He42 = 4.003 u.j.a
E= mc
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
19/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 19
Proses-proses penghasilan tenaga nuklear
(a) Pembelahan Nukleus (Nuclear f iss ion )
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:
tenagan3KrBaUnU 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
20/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 20
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:
tenaganHeHH 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:
tenaganHeHH 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 kgHalaju cahaya, c = 3.0 108 ms-1
Berdasarkan maklumat yang diberikan, hitungkan:(a) Kehilangan jisim.
(b) Tenaga yang dibebaskan dalam proses pelakuran itu.
Tenaga
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
21/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 21
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 dalam kapal laut,kapal selam, sumber tenaga satelit dan digunakan untuk pengekstrakan minyakdaripada tanah dan pembersihan minyak.
Kos penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear lebih murah daripadapembakaran bahan api fosil.
Penjanaan tenaga elektrik daripada tenaga nuklear tidak mengeluarkan bahanpencemar seperti gas karbon dioksida.
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
ang 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
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
22/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan. 22
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 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
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.
-
7/27/2019 Bab 10 - KERADIOAKTIFAN Modul Fizik SPM Bahasa Melayu
23/23
Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 5 Tahun 2013
Cik Kh i l A SMK S i M hk t K t 23