Sains di Sebalik Reaktor Nuklear..

Oleh : Mohamad Hairie Rabir

Satu-satunya reaktor nuklear di Malaysia adalah Reaktor TRIGA PUSPATI, sebuah reaktor penyelidikan yang telah beroperasi lebih dari 27 tahun yang terletak di Agensi Nuklear Malaysia (ANM), Bangi Selangor . Reaktor jenis TRIGA Mark-II dengan kuasa 1Mega Watt (haba) dengan nilai fluks neutron maksimum 1E13 n/cm^2/s. Selain digunakan untuk aktiviti penyinaran neutron dan eksperimen pancaran neutron ia juga digunakan untuk kajian tentang reaktor itu sendiri yang terdiri daripada fizik reaktor, kejuruteraan reaktor dan kejuruteraan nuklear, hidraulik haba (thermalhydraulic) dan core analysis.

Di Malaysia, di Agensi Nuklear Malaysia tempat di mana penyelidikan-penyelidikan ini dijalankan. Bagi fizik reaktor pula, satu-satunya kumpulan di negara ini yang berkait (penyelidikan dan khidmat teknikal) secara langsung adalah Seksyen Fizik Nuklear Dan Reaktor, Bahagian Kuasa Nuklear, Agensi Nuklear Malaysia. Rencana ringkas ini menceritakan apakah sebenarnya yang dilakukan oleh kumpulan penyelidik dalam bidang ini.

Fizik reaktor adalah bidang kajian terperinci secara teori dan eksperimen tentang kelakuan neutron dalam satu-satu sistem/himpunan yang mengandungi bahan yang boleh mencetuskan tindakbalas berantai (chain reaction) mempunyai tenaga nuklear (fissile) Objektif asas teori reaktor adalah untuk menyediakan kaedah matematik dan formulasi bagi menjelaskan taburan neutron dan tenaga di dalam reaktor. Dengan itu, kadar tindakbalas neutron dalam pelbagai bahan dapat ditentukan. Namun, masalahnya tindakbalas nuklear di dalam reaktor sangat kompleks ditambah pula dengan konfigurasi geometri bagi komponen-komponennya, menyukarkan analisis secara teoritikal dilakukan dan selalunya mustahil. Pertimbangan terpaksa dibuat dengan hanya mengambil kira penghampiran mudah, bergantung kepada sistem yang berbeza-beza. Tapi pemodelan matematik secara kasar adalah mencukupi bagi peringkat awal pemilihan skema reaktor dengan mengecilkan skop rekabentuk dalam had yang luas (contohnya hanya mempertimbangkan komponen asas yang ringkas dengan ciri-ciri yang agak fleksibel dalam pelbagai parameter pengoperasian reaktor).

Pembangunan model matematik dengan pemilihan data input yang sesuai merupakan antara cabaran utama dan masalah yang perlu diselesaikan. Pengiraan mendalam dijalankan bagi aspek yang berkaitan bergantung kepada isu yang ingin diselesaikan (contohnya taburan fluks neutron, kadar pembelahan, nilai keff, di dalam teras, dalam perisai, dalam moderator dan lain lain) namun bagi sistem yang kompleks seperti reaktor, bukan semua keadaan dapat dianalisa dengan lengkap. Walaubagaimanapun dengan bertambahnya kemajuan kaedah pengkomputeran kini, dengan penggunaan processor kelajuan tinggi, cluster computer, HPC atau high performance computing, dengan itu kemampuan untuk menjalankan pengiraan terperinci semakin meningkat.

Penentuan saiz dan jisim genting merupakan masalah penting dan pelbagai kaedah pengiraan boleh diperolehi bergantung kepada jenis sistem dan ketepatan yang diperlukan (samada untuk pengiraan keselamatan atau keperluan data teknikal bagi kendalian reaktor). Secara umumnya, masalah yang agaknya lebih sukar adalah pengiraan taburan ketumpatan neutron dalam satu-satu himpunan. Pengiraan ini adalah perlu jika kita ingin menentukan taburan kuasa dalam reaktor di mana, ia sangat penting dalam aspek pemindahan haba dalam reaktor kuasa dan aspek eksperimen bagi reaktor penyelidikan. Bagi kawalan dan keselamatan reaktor pula, pengiraan dilakukan bagi meramal perubahan populasi neutron dalam keadaan normal dan abnormal. Begitu juga bagi perubahan jangka masa panjang dalam komposisi bahan api reaktor (pengiraan burnup), dan berdasarkan ini pengiraan dibuat untuk menentukan jangka hayat bahan api tersebut sebelum penukaran dijalankan. Berkaitan dengan masalah ini ialah analisis strategi bagi program penyusunan semula konfigurasi bahan api dalam teras reaktor (core reshuffling).

Oleh kerana masih mustahil pendekatan teori secara lengkap bagi reaktor dibuat, adalah perlu pengesahan secara eksperimen dilakukan untuk pelbagai bentuk pemodelan matematik. Biasanya keputusan dari eksperimen menjadi keutamaan dalam penyediaan data input yang mana tidak selalunya mampu diterbitkan secara lengkap dari mana-mana data asas keratan rentas nuklear. Walaupun pendekatan teori/pemodelan matematik mampu dibuat secara terperinci, data keratan rentas yang digunakan adalah tidak cukup tepat, jadi pengukuran/eksperimen menjadi satu keperluan utama. Oleh itu semakin besar penghampiran dalam pengiraan fizik reaktor, semakin tinggi keutamaan data eksperimen/pengukuran bagi memastikan tahap keyakinan terhadap pengiraan tersebut (selalunya ini disebut benchmark experiment/calculation). Inilah sedikit sebanyak apa yang dilakukan oleh ahli fizik reaktor yang bertugas di Agensi Nuklear Malaysia.

Catatan // Terima kasih kepada penulis kerana menyumbang artikel ini. Pengunjung boleh mengikuti kupasan mendalam tentang teknologi reaktor nuklear oleh penulis di http://reaktor-nuklear.blogspot.com/

Rahsia Keagungan Al-Quran di sebalik Teori Kerelatifan Einstein..

Oleh : Aida Baharuddin

Mungkin ada yang akan beranggapan bahawa artikel ini hanya akan memperkayakan lagi fahamanBucaillisme atau gejala tumpang sekaki (meminjam istilah yang gunakan oleh Profesor Dr. Shaharir Mohamad Zain) di kalangan umat Islam. Namun ia tidaklah menjadi suatu kesalahan sekiranya kita ingin melihat keagungan Al-Quran di sebalik kajian-kajian saintifik sains moden dalam mengesahkan kebenaran Al-Quran sebagai kalamullah.

Dalam Surah An-Naml ayat 88, Allah berfirman,

Dan engkau melihat gunung –ganang, engkau menyangkanya tetap membeku, padahal ia bergerak cepat seperti bergeraknya awan, demikianlah perbuatan Allah yang telah membuat tiap-tiap sesuatu dengan serapi-rapi dan sebaik-baiknya. Sesungguhnya Ia amat mendalam pengetahuannya akan apa yang kamu lakukan.

Seawal abad ke-2 sebelum masehi, ahli falsafah terkemuka Aristotle telah mengemukakan model geosentrikuntuk menerangkan keadaan bumi di alam semesta. Model geosentrik ini menyatakan kedudukan bumi adalah pusat alam semesta, statik, dan diorbit oleh matahari serta planet lain. Pendapat ini turut disokong oleh model matematik yang di kemukan oleh Ptolemy bagi mengesahkan sokongan beliau terhadap model geosentrik ini.

Model ini bertahan sehingga abad ke 16 sehingga seorang ahli sains terkemuka pada waktu itu, Nicholas Copernicus memperkenalkan model heliosentrik yang menyangkal idea yang dibawa oleh Aristotle melalui model geosentrik. Model heliosentrik ini menyatakan bahawa matahari adalah pusat alam semesta dan setiap planet termasuk bumi bergerak mengelilingi matahari. Model heliosentrik ini terbukti kebenarannya dengan sokongan ahli sains selepas beliau yang mengemukakan teori-teori yang mengesahkan model ini. Penciptaan teleskop juga memudahkan pencerapan alam semesta yang turut membuktikan kesahihan model tersebut.

Hari ini, tiada siapa pun di dunia ini yang akan mengatakan bahawa bumi ini adalah pusat alam semesta. Melalui teori-teori yang dikemukan oleh saintis zaman ini dan melalui pencerapan bintang, kita memahami bahawa bumi kita bergerak mengelilingi matahari dan bumi turut berputar di atas paksinya sendiri.

Dari ayat di atas, telah Allah nyatakan kepada manusia bahawa kita menyangka gunung-ganang itu statik dan tidak bergerak, padahal, ianya bergerak dengan cepat seperti pergerakan awan. Apabila kita mengaitkan ayat tersebut dengan pergerakan bumi, berdasarkan pemerhatian kita seharian, kita akan mendapati ada sesuatu yang sangat penting perlu diberi perhatian dengan ayat Al-Quran tersebut. Tidak pernah sekalipun kita melihat gunung itu di suatu kedudukan tertentu dan melihat gunung tersebut di kedudukan lain pada keesokan harinya. Ayat tersebut menyatakan bahawa gunung-ganang itu bergerak, tetapi melalui pemerhatian kita setiap hari kepada gunung-ganang yang ada di sekeliling kita menunjukkan dengan jelas bahawa gunung-ganang itu tetap pada kedudukannya setiap hari. Jadi apakah yang Allah maksudkan dengan pergerakan ini. Melalui ayat itu juga Allah ada membuat perbandingan dengan pergerakan awan. Apa maksud Allah meletakkan perbandingan seperti ini. Perkara ini tentunya sesuatu yang menarik untuk dikaji perkaitannya.

Dari sini, jika kita semak semula ayat tersebut dengan Teori Kerelatifan Khas yang dikemukakan oleh saintis terkemuka Albert Einstein, kita akan melihat kebenaran kitab Al-Quran itu sendiri melalui ayat yang dinyatakan di atas. Teori Kerelatifan Khas menyatakan bahawa, setiap pergerakan adalah relatif antara satu sama lain, yakni setiap pemerhatian akan dilakukan berdasarkan kepada titik rujukan dengan mengabaikan kesan graviti.

Mengambil anologi sebuah keretapi yang bergerak di platform, teori ini dapat dijelaskan dengan lebih mudah lagi. Katakan kita meletakkan A yang sedang menimbang bola dengan tangannya di satu kedudukan di dalam keretapi dan B di platform. Keretapi itu bergerak dengan halaju v. Bagi pemerhatian ini, kita akan mendapati terdapat 2 titik rujukan, iaitu titik rujukan bagi A iaitu di dalam keretapi dan titik rujukan bagi B iaitu di platform. Bagi keretapi yang sedang bergerak, menggunakan titik rujukan di B, beliau (B) akan membuat kesimpulan dengan menyatakan bahawa A sedang bergerak, kerana kedudukan A telah berubah dari satu koordinat ke koordinat lain berikutan pemerhatian itu dibuat dengan berpandukan titik rujukan di B, tetapi apabila kita menggunakan titik rujukan A, beliau (A) akan menyatakan bahawa beliau tidak bergerak berikutan tiada perbezaan koordinat beliau dengan bola yang ditimbangnya, iaitu beliau berada pada kedudukan yang sama seperti sebelum keretapi tadi bergerak.

Kita tentu sekali pernah merasai pengalaman seperti ini di lampu isyarat. Di mana kita tidak bergerak sebenarnya, tetapi pergerakan oleh kereta bersebelahan menyebabkan kita menyangka bahawa kita bergerak dan kereta sebelah itu statik. Begitu juga sebaliknya bagi orang yang berada di dalam kereta sebelah kita tersebut.

Merujuk kembali kepada ayat di atas, dengan mengambil bumi sebagai titik rujukan, kita dan gunung- ganang tersebut berada dalam titik rujukan yang sama, jadi, kita tidak dapat merasai sebarang perubahan atau pergerakan. Namun begitu, jika kita meletakkan seorang manusia lain (D) di awan misalnya, beliau (D) akan menyatakan bahawa beliau melihat kita bergerak mengikut pergerakan bumi dan beliau dalam keadaan statik. Namun bagi kita di bumi, kita akan mengandaikan bahawa kita adalah statik dan D sedang bergerak bersama sama awan. Di sini, sekiranya kita meletakkan seorang yang lain (E) di kedudukan bersebelahan bukit tersebut, beliau juga akan turut menyatakan kesimpulan seperti kita bahawa tiada perubahan pada gunung-ganang tersebut kerana beliau (E) turut berada dalam titik rujukan yang sama dengan kita dan gunung-ganang tersebut. Perubahan ini hanya boleh dikesan oleh seseorang yang berada di luar titik rujukan tersebut.

Einstein hanya mengemukakan teori ini selepas tahun 1905 masehi. Nabi Muhammad telah di ajar oleh Allah berkenaan perihal ini pada 610 masehi. Mana mungkin Nabi Muhammad yang buta huruf pada waktu itu dapat menghasilkan satu kesimpulan yang jitu dan disokong oleh teori-teori kompleks yang dikemukakan oleh saintis-saintis terkemuka dunia. Ini merupakan satu bukti bahawa Al-Quran itu bukannya ditulis sendiri oleh Nabi Muhammad dan ada kuasa Maha Agung yang mengawal alam semesta ini yang mengajar beliau. Sesungguhnya amat benarlah kata-kata Allah.

Catatan :// Penulis merupakan seorang Pegawai Sains yang berkhidmat di Universiti Kebangsaan Malaysia