Dalam pembelahan, nukleus berat berpecah kepada yang lebih kecil, dan dalam pelakuran, nukleus ringan bergabung membentuk yang lebih berat. Dalam kedua-dua kes, pengukuran teliti menunjukkan jumlah jisim selepasnya sedikit kurang daripada sebelumnya. Jisim yang hilang ini dipanggil cacat jisim.
Jisim dan tenaga ialah dua bentuk perkara yang sama, dihubungkan oleh hubungan Einstein E = mc kuasa dua. Oleh sebab laju cahaya c begitu besar, dan ia dikuasa duakan, walaupun sedikit kehilangan jisim membebaskan tenaga yang amat banyak. Itulah sebabnya tindak balas nuklear membebaskan jauh lebih banyak tenaga bagi setiap kilogram bahan api berbanding membakar arang batu atau minyak, yang hanya menyusun semula elektron.
Pembelahan menggerakkan reaktor nuklear, manakala pelakuran ialah yang membuat Matahari bersinar, menggabungkan hidrogen menjadi helium dan kehilangan jisim dalam prosesnya.
Dalam SPM, anda patut mengaitkan tenaga yang dibebaskan dengan cacat jisim melalui E = mc kuasa dua dan membezakan pembelahan daripada pelakuran.
Salah faham biasa
- Jisim dimusnahkan dalam tindak balas nuklear -> Jisim ditukar kepada tenaga; kedua-duanya setara, dan jumlah jisim-tenaga terpelihara.
- Tindak balas nuklear dan kimia membebaskan tenaga yang serupa -> Tindak balas nuklear membebaskan jauh lebih banyak bagi setiap kilogram kerana ia menukar jisim, bukan sekadar menyusun semula elektron.
- Pembelahan dan pelakuran ialah proses yang sama -> Pembelahan memecahkan nukleus berat; pelakuran menggabungkan nukleus ringan; kedua-duanya boleh membebaskan tenaga.
Fizik di sebaliknya
Dalam tindak balas nuklear, jumlah jisim hasil sedikit kurang daripada jumlah jisim bahan mula. Jisim yang hilang ini ialah kecacatan jisim, dan ia ditukar kepada tenaga menurut hubungan Einstein: tenaga dibebaskan sama dengan kecacatan jisim didarab laju cahaya kuasa dua.
Laju cahaya c ialah kira-kira 3.0 × 10⁸ m s⁻¹, dan kerana ia dikuasa duakan, kehilangan jisim yang amat kecil pun memberi tenaga yang besar. Jika kecacatan jisim 0.001 kg ditukar, tenaga dibebaskan = 0.001 kg × (3.0 × 10⁸ m s⁻¹)² = 0.001 × 9.0 × 10¹⁶ = 9.0 × 10¹³ J, dengan tenaga dalam joule (J).
Inilah sebabnya tindak balas nuklear membebaskan jauh lebih banyak tenaga per kilogram bahan api berbanding pembakaran arang atau minyak, yang hanya menyusun semula elektron. Dalam pembelahan nukleus berat berpecah kepada yang lebih kecil; dalam pelakuran nukleus ringan bergabung membentuk yang lebih berat.
Kedua-duanya menunjukkan kecacatan jisim, dan kedua-duanya membebaskan tenaga.
Lihat dalam kehidupan harian
Tenaga yang sampai kepada anda daripada Matahari datang daripada pelakuran nuklear. Jauh di terasnya, nukleus hidrogen bergabung membentuk helium, dan jisim kecil yang hilang pada setiap langkah dibebaskan sebagai tenaga yang akhirnya keluar sebagai cahaya matahari dan kehangatan.
Setiap tumbuhan yang membesar dan setiap panel suria yang mengecas, pada akhirnya, dikuasakan oleh jisim yang bertukar menjadi tenaga di dalam sebuah bintang.
Lebih dekat di rumah, stesen kuasa nuklear menggunakan pembelahan. Nukleus unsur berat dibelah, membebaskan tenaga yang memanaskan air menjadi stim; stim itu kemudian memutar turbin dan penjana untuk menghasilkan elektrik.
Jisim bahan api yang amat kecil menghasilkan tenaga yang sangat banyak, sebab itu bahan api yang sangat sedikit diperlukan berbanding stesen arang batu.
Fizik yang sama mendasari kehangatan lembut Matahari dan keluaran hebat sebuah reaktor: kecacatan jisim kecil yang ditukar melalui hubungan Einstein.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2 anda kerap diminta mengaitkan tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas nuklear dengan kecacatan jisim melalui hubungan Einstein, dan mengira tenaga yang dibebaskan daripada kecacatan jisim yang diberi. Ingati hubungan itu sendiri kerana tiada helaian rumus, dan sentiasa kekalkan unit pada setiap baris.
Soalan sering meminta anda membezakan pembelahan dan pelakuran, dan menyatakan bahawa kedua-duanya melibatkan kehilangan jisim. Anda mungkin diminta memerihalkan tindak balas berantai pembelahan, atau menerangkan mengapa bahan api nuklear membebaskan jauh lebih banyak tenaga daripada bahan api kimia berjisim sama.
Ini berada di penghujung fizik nuklear, di sebelah reputan radioaktif dan setengah hayat, jadi bersedialah mengaitkan kecacatan jisim dengan tenaga yang menguasakan reaktor dan bintang, serta menukar jisim dalam kilogram kepada tenaga dalam joule.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)