Nota Fizik T5 Bab 6: Fizik Nuklear SPM

Nota lengkap Fizik Nuklear Tingkatan 5 KSSM — reputan alfa, beta, gama, persamaan reputan, separuh hayat, graf lengkung reputan, pembelahan nukleus, pelakuran nukleus, cacat jisim, E=mc².

6.1 Reputan Radioaktif

Reputan radioaktif ialah proses nukleus tidak stabil menjadi nukleus stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif secara rawak dan spontan — tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan, atau faktor fizikal lain.

Tiga Jenis Sinaran Radioaktif

Persamaan Reputan Radioaktif

Reputan Alfa (α): Nombor proton −2, nombor nukleon −4

ᴬ𝓩X → ᴬ⁻⁴₍𝓩₋₂₎Y + ⁴₂He

Contoh: ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He

Reputan Beta (β): Nombor proton +1, nombor nukleon tidak berubah

¹₀n → ¹₁p + ⁰₋₁e (neutron → proton + elektron)

ᴬ𝓩X → ᴬ₍𝓩₊₁₎Y + ⁰₋₁e

Contoh: ²⁴₁₁Na → ²⁴₁₂Mg + ⁰₋₁e

Reputan Gama (γ): Tiada perubahan nombor proton atau nombor nukleon

ᴬ𝓩X* → ᴬ𝓩X + γ

Contoh: ⁶⁰₂₇Co → ⁶⁰₂₇Co + γ

Separuh Hayat (T½)

Separuh hayat, T½ ialah masa yang diambil untuk separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif dalam sampel mereput.

N = (½)ⁿ × N₀
A = (½)ⁿ × A₀

N = bilangan nukleus yang belum mereput
N₀ = bilangan asal nukleus
n = bilangan separuh hayat = t / T½
A = keaktifan (reputan per saat, s⁻¹)

Perubahan Bilangan Nukleus Setiap Separuh Hayat

Graf Lengkung Reputan Radioaktif

• Graf melengkung eksponen — N atau A menurun terhadap masa
• Separuh hayat ditentukan dengan membaca masa apabila N atau A mencapai separuh nilai
• Semakin singkat T½ → kadar reputan lebih tinggi

Pentarikhan Radioaktif (Uranium-238)

Uranium-238 (T½ = 4.5 × 10⁹ tahun) mereput menjadi Plumbum-206. Nisbah Pb-206 : U-238 dalam batu granit digunakan untuk menganggarkan usia batu-batuan dan usia Bumi.

• Nisbah Pb:U = 1:1 → 1 separuh hayat = 4.5 bilion tahun
• Nisbah Pb:U = 3:1 → 2 separuh hayat = 9.0 bilion tahun

6.2 Tenaga Nuklear

Pembelahan Nukleus (Fisi)

Satu nukleus berat membelah menjadi dua nukleus lebih ringan + tenaga banyak.

¹₀n + ²³⁵₉₂U → ²³⁶₉₂U → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3¹₀n + tenaga

• Tindak balas berantai jika neutron yang dibebaskan menyebabkan lebih banyak pembelahan
• Digunakan dalam reaktor nuklear dan bom atom

Pelakuran Nukleus (Fusi)

Dua nukleus ringan bercantum menjadi satu nukleus lebih berat + tenaga banyak.

²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n + tenaga

• Berlaku pada suhu dan tekanan yang amat tinggi (seperti dalam Matahari)
• Membebaskan tenaga lebih banyak per unit jisim berbanding fisi

Cacat Jisim dan Persamaan Einstein

Cacat jisim, Δm ialah perbezaan antara jumlah jisim bahan reaktan dengan jumlah jisim bahan produk dalam tindak balas nuklear.

Δm = (jumlah jisim reaktan) − (jumlah jisim produk)

E = Δm × c²

E = tenaga yang dibebaskan (J)
Δm = cacat jisim (kg)
c = laju cahaya = 3.00 × 10⁸ m s⁻¹

1 u.j.a = 1.66 × 10⁻²⁷ kg
1 MeV = 1.6 × 10⁻¹³ J

Contoh Pengiraan Cacat Jisim

Pembelahan U-235 menghasilkan Ba-141 dan Kr-92:

• Jumlah jisim sebelum = 236.053 u.j.a
• Jumlah jisim selepas = 235.867 u.j.a
• Cacat jisim = 0.186 u.j.a = 0.186 × 1.66 × 10⁻²⁷ kg
• Tenaga = Δm × c²

Rumus Penting Bab 6