Judul:  Asas Fizik Nuklear

Penulis: Haider F. Abdul Amir

Penerbit: Dewan Bahasa dan Pustaka

Harga: RM50

Pengulas: Hafizul bin Adnen

FIZIK nuklear pada masa kini terdiri daripada pelbagai bidang, merangkumi kajian yang bermula daripada satu partikel (neutron dan proton) kecil dalam nukleus atom hingga kepada objek astrofizik dalam kosmos. Sains nuklear dan teknologinya, serta peralatan dan instrumennya digunakan secara meluas bagi mengatasi masalah besar dalam perubatan, perlindungan sempadan, keselamatan negara, forensik nuklear, teknologi tenaga dan kaji cuaca.

Asas fizik nuklear oleh Haider F. Abdul Amir, seperti mana tajuk bukunya menyediakan konsep asas yang telah dibangunkan oleh ahli-ahli fizik nuklear dalam usaha mereka untuk memahami nukleus. Pelajar-pelajar yang tertarik dalam subjek ini akan menemui beberapa topik pengenalan, sementara yang lain mungkin dapat memahami konsep utama cabang fizik ini untuk kegunaan dalam bidang sains yang lain.

Penulis memberi pendahuluan secara ringkas tentang definisi fizik nuklear dan bab-bab dalam buku ini sendiri memberikan pengertiannya. Bermula dengan kronologi ringkas pencapaian dalam pengembangan fizik nuklear yang dimulai pada tahun 1896 sebagai tahun kelahiran fizik nuklear. Jika tidak disebabkan Becquerel menemui keradioaktifan dalam sebatian uranium yang tidak stabil, maka tiadalah sarjana-sarjana fizik nuklear terkenal seperti J.J Thompson, pasangan Currie, Ernest Rutherford dan lain-lain. Paling diingati sekali sudah tentu kelahiran bom atom pertama dunia pada tahun 1945. Bidang fizik nuklear terus berkembang pada masa kini dengan adanya permerhatian Boson Higgs di CERN (European Organization for Nuclear Research) sekitar tahun 2011-2013.

Jenis-jenis sinaran.

Dalam bab pertama penulis menjelaskan perkara teras dalam bidang fizik iaitu struktur model atom. Ia seperti mengimbas kembali apa yang pernah kita pelajari dahulu dalam kelas pertama fizik sewaktu zaman persekolahan tetapi sedikit terperinci. Bab ini memberikan gambaran bagaimana idea dibangunkan lebih seratus tahun dahulu bermula dengan konsep atom oleh John Dalton (1803), kemudian dikembangkan oleh J.J Thompson. Seterusnya, ditambah baik oleh Ernest Rutherford, bekas pelajarnya sendiri. Kelemahan konsep Rutherford dibaiki pula oleh Niels Bohr yang diguna pakai pada masa kini. Perkara ini termasuklah model mekanik kuantum yang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1926.

Ibarat menceraikan enjin kereta kepada kompenan yang lebih kecil, Model atom dibongkarkan kepada nukleus yang sangat halus. Daripada nukleus tersebut, bab kedua menerangkan sifat-sifat yang ada padanya seperti saiz, jisim, tenaga ikatan, tenaga pemisahan nukleon dan lain-lain.

Setelah kita dibawa untuk memahami atom dan nukleus. Jadi di dalam bab ketiga, skala dikecilkan lagi kepada elemen yang terdapat dalam nukleus atau dengan apa yang digelar sebagai nukleon (proton dan neutron). Peranan mereka di dalam nukleus sangat besar kerana perilaku paduan nukleus dipengaruhi oleh perilaku setiap nukleon dan daripada sini akan membentuk model struktur nuklear. Sama seperti model atom, struktur nuklear muncul dengan tiga model utama seperti yang difokuskan dalam bab ini, iaitu model titisan cecair, model petala nukleus dan model kolektif.

Perubahan komposisi dan tenaga dalaman akibat perubahan nukleus secara spontan menghasilkan tindak balas yang dikenali sebagai keradioaktifan yang menjadi perbincangan utama dalam bab keempat. Maka berlakulah proses reputan radioaktif yang berkadar dengan masa. Ertinya semakin bertambah masa, semakin banyak reputan yang terjadi. Reputan radioaktif dengan pemancaran zarah alfa dan beta akan memecahkan atom asal (atom induk) kepada atom anak (subatom). Daripada fenomena reputan radioaktif ini juga kita dapat menentukan usia sesuatu bahan organik (kayu, fosil, batuan) atau pentarikhan radioaktif yang banyak digunakan dalam bidang arkeologi dan geologi. Pentarikhan radioaktif bersandarkan pada pengukuran radioisotop ¹⁴C (karbon-14) yang disimpan dan diserap oleh setiap makhluk hidup sehingga ia mati. Jadi, masa kematian objek organik dapat diketahui melalui baki keaktifan ¹⁴C. Selain itu, pereputan alfa, beta dan gama turut diterangkan.

Bab kelima mungkin topik paling berat dalam buku ini, iaitu dimuatkan dengan formula-formula fiziknya tetapi menariknya ia menjelaskan interaksi sinaran pengionan (ionization) dengan jirim yang memberikan kesan pada tingkah laku fizikal, kimia dan biologi. Pengionan terhasil daripada tenaga yang dibebaskan daripada pelanggaran zarah bercas dengan elektron atau nukleus. Apabila zarah bercas melalui sesuatu bahan (jirim), ia mampu menarik atau menolak eletron keluar daripada atom bahan. Susulan itu, sinaran pengionan yang diserap oleh bahan boleh menyebabkan kerosakan tisu dan DNA yang teruk.Tahap kerosakan pula bergantung pada jenis dan tenaga sinaran dan sifat-sifat bahan penyerap (jirim).

Alat pengukur yang lazim digunakan untuk mengukur sinaran pengionan ialah dosimeter dan kadar pendedahan sinaran diukur dalam unit rad (Radiation Absorbed Dose) (Dos Sinaran Terserap), rbe (Relative Biological Effectiveness) (Keberkesanan Biologi Relatif) dan rem (Roentgen Equivalent in Man) (Roetgen Setara Manusia).

Mereka yang terdedah dengan sinaran pengion berlebihan akan mengalami simptom seperti keletihan, mual dan keguguran rambut. Gejala tersebut dikenali sebagai penyakit sinaran (radiation sickness) yang biasa kita lihat dalam kes-kes bencana reaktor nuklear terutamanya tragedi Chernobyl, bencana nuklear paling teruk dalam sejarah. Malah, kematian boleh berlaku sekiranya manusia menyerap dos setinggi 400 rem dalam tempoh masa dedahan yang singkat.

Di sebalik kesan buruk, sinaran pengionan dapat memberikan manfaat jika kita mampu mengawal sinaran bagi meminimumkan kesan sampingan. Dalam industri perubatan, ia digunakan untuk radioterapi, penyurih radioaktif dan pengimejan sinaran terutama sinar-X untuk tujuan klinikal atau pemeriksaan kesihatan. Oleh kerana deria manusia tidak dapat mengesan zarah bertenaga yang dipancarkan apabila nukleus radioaktif mereput, pelbagai jenis instrumen telah dicipta untuk mengesannya demi perlindungan. Bahagian terakhir bab kelima menjelaskan jenis-jenis pengesan yang biasa digunakan.

Jika kita menyangkakan bahawa nukleon ialah struktur terkecil seperti yang dibincangkan dalam bab kedua, sila tunggu hingga bab keenam kerana ini merupakan bab yang membongkar struktur dalam atom yang paling asas atau zarah asas, yang paling terkecil sekali. Umumnya, zarah asas terbahagi kepada dua kelas, iaitu fermion dan boson. Zarah asas dalam kelas fermion yang membentuk struktur nuklear dan atom ialah lepton (elektron salah satu jenis lepton) dan kuark (membentuk nukleon). Masing-masing mempunyai enam jenisnya. Sementara itu, kelas boson pula merangkumi foton (kuantum), boson W, boson Z, gluon, boson Higgs dan graviton. Mereka bertindak sebagai medium daya asas (graviti, elektromagnet, daya nukleus lemah dan daya nukleus kuat) antara kelas fermion.

Tumpuan utama bab terakhir ialah tenaga yang terbebas hasil daripada dua jenis tindak balas nuklear (pembelahan dan pelakuran). Hakikatnya, ia berlaku dalam kehidupan harian kita secara semula jadi apabila sinar kosmik “menyentuh” jirim. Tetapi ia juga dapat dilakukan oleh manusia bagi menjana tenaga nuklear seperti tindak balas berantai yang berlaku dalam reaktor nuklear. Reaktor nuklear yang semakin banyak dibina pada hari ini bergantung pada fungsi dan ciri reka bentuk. Terdapat dua tujuan utama, iaitu reaktor untuk penyelidikan dan perubatan; dan reaktor kuasa untuk penjanaan elektrik. Komponen dalam reaktor nuklear dan jenis-jenis reaktor yang ada menjadi pelengkap kepada bab terakhir ini.

Fizik nuklear akan terus berkembang kerana masih banyak lagi persoalan besar yang belum terjawab. Adakah nukleus sudah wujud sejak bermulanya masa? Adakah terdapat elemen lain dalam alam semesta yang tidak wujud di Bumi?

“One cannot predict future events exactly if one cannot even measure the present state of the universe precisely!”.

Stephen Hawking.