Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi radioaktivitas! Halaman ini dirancang khusus untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep-konsep inti dalam fisika nuklir, mulai dari peluruhan alfa, beta, dan gamma, waktu paruh, hingga aplikasi radioaktivitas dalam kehidupan sehari-hari dan dampaknya. Dengan berbagai jenis soal seperti pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, Anda akan mendapatkan pengalaman belajar yang komprehensif. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan untuk memastikan Anda tidak hanya mengetahui jawaban yang benar, tetapi juga memahami alasan di baliknya. Persiapkan diri Anda untuk ujian, tingkatkan pemahaman Anda tentang materi radioaktivitas, dan kuasai topik penting ini dengan mudah. Mari mulai berlatih dan jadikan fisika radioaktivitas sebagai materi yang menyenangkan dan mudah dikuasai!
Contoh Soal soal fisika materi radioaktivitas
A. Pilihan Ganda
1. Partikel yang dipancarkan saat sebuah inti radioaktif meluruh secara alfa adalah…
- Elektron
- Neutron
- Inti helium
- Foton energi tinggi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Inti helium
Pembahasan: Peluruhan alfa melibatkan pemancaran inti helium (partikel alfa) yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron.
2. Jika sebuah inti mengalami peluruhan beta minus (β⁻), bagaimana perubahan nomor atom (Z) dan nomor massa (A) inti tersebut?
- Z bertambah 1, A tetap
- Z berkurang 1, A tetap
- Z tetap, A berkurang 4
- Z bertambah 1, A bertambah 1
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Z bertambah 1, A tetap
Pembahasan: Dalam peluruhan beta minus, neutron diubah menjadi proton, elektron (partikel beta minus), dan antineutrino. Oleh karena itu, nomor atom (jumlah proton) bertambah 1, sedangkan nomor massa (jumlah total proton dan neutron) tetap.
3. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti-inti radioaktif suatu sampel meluruh disebut…
- Waktu paruh
- Waktu hidup rata-rata
- Konstanta peluruhan
- Waktu aktivasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Waktu paruh
Pembahasan: Waktu paruh (t½) adalah periode waktu yang dibutuhkan agar jumlah inti radioaktif dalam sampel berkurang menjadi setengah dari jumlah awalnya.
4. Sinar radiasi yang memiliki daya tembus paling kuat dan tidak bermuatan listrik adalah…
- Sinar alfa
- Sinar beta
- Sinar gamma
- Sinar-X
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Sinar gamma
Pembahasan: Sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik (foton) berenergi tinggi, tidak bermuatan, dan memiliki daya tembus paling kuat dibandingkan alfa dan beta.
5. Satuan standar internasional (SI) untuk aktivitas radioaktif adalah…
- Curie (Ci)
- Roentgen (R)
- Becquerel (Bq)
- Rad (Radiation Absorbed Dose)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Becquerel (Bq)
Pembahasan: Becquerel (Bq) adalah satuan SI untuk aktivitas radioaktif, yang didefinisikan sebagai satu peluruhan per detik. Curie (Ci) adalah satuan lama.
6. Reaksi nuklir di mana sebuah inti berat terpecah menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan disebut…
- Fusi nuklir
- Fisi nuklir
- Peluruhan alfa
- Transmutasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Fisi nuklir
Pembahasan: Fisi nuklir adalah proses pemecahan inti atom berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan sejumlah besar energi.
7. Alat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi dengan prinsip ionisasi gas adalah…
- Spektrometer massa
- Geiger-Müller counter
- Mikroskop elektron
- Kamera termal
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Geiger-Müller counter
Pembahasan: Pencacah Geiger-Müller adalah alat detektor radiasi yang bekerja berdasarkan ionisasi gas di dalam tabung oleh partikel radiasi.
8. Manakah di antara berikut ini yang BUKAN merupakan aplikasi radioisotop?
- Sterilisasi alat medis
- Penentuan umur fosil (karbon-14 dating)
- Pencitraan MRI
- Terapi kanker
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Pencitraan MRI
Pembahasan: MRI (Magnetic Resonance Imaging) menggunakan medan magnet dan gelombang radio, bukan radioisotop atau radiasi pengion.
9. Dosis radiasi yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan sel dan jaringan tubuh. Efek stochastic dari radiasi adalah…
- Kerontokan rambut
- Mual dan muntah
- Katarak
- Kanker
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Kanker
Pembahasan: Efek stochastic (acak) adalah efek yang probabilitasnya meningkat seiring dosis, tetapi keparahannya tidak tergantung dosis, seperti kanker dan mutasi genetik. Efek deterministik (non-stochastic) memiliki ambang batas dan keparahannya tergantung dosis, seperti kerontokan rambut, mual, dan katarak.
10. Jika waktu paruh suatu unsur radioaktif adalah 2 jam, berapa banyak sisa unsur tersebut setelah 6 jam jika massa awalnya 80 gram?
- 40 gram
- 20 gram
- 10 gram
- 5 gram
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: 10 gram
Pembahasan: Setelah 2 jam (1 waktu paruh): 80 g → 40 g. Setelah 4 jam (2 waktu paruh): 40 g → 20 g. Setelah 6 jam (3 waktu paruh): 20 g → 10 g.
11. Defek massa adalah perbedaan antara…
- Massa inti atom dengan jumlah massa proton dan neutron penyusunnya
- Massa atom dengan jumlah massa elektron dan inti atom
- Massa proton dengan massa neutron
- Massa inti atom sebelum dan sesudah peluruhan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Massa inti atom dengan jumlah massa proton dan neutron penyusunnya
Pembahasan: Defek massa adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti dalam keadaan bebas dengan massa inti yang terbentuk. Defek massa ini diubah menjadi energi ikat inti.
12. Dalam persamaan reaksi inti, hukum kekekalan yang harus dipenuhi adalah kekekalan…
- Massa dan energi
- Nomor atom dan nomor massa
- Muatan dan momentum
- Semua di atas
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Semua di atas
Pembahasan: Dalam reaksi inti, berlaku hukum kekekalan nomor atom (muatan), nomor massa (jumlah nukleon), energi, dan momentum.
13. Isotop adalah atom-atom yang memiliki…
- Nomor atom sama, nomor massa berbeda
- Nomor massa sama, nomor atom berbeda
- Jumlah neutron sama, nomor atom berbeda
- Jumlah proton dan neutron sama
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Nomor atom sama, nomor massa berbeda
Pembahasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (jumlah proton atau nomor atom sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, sehingga nomor massanya berbeda.
14. Peluruhan gamma terjadi ketika inti atom…
- Memancarkan partikel alfa
- Memancarkan elektron atau positron
- Berada dalam keadaan tereksitasi dan kembali ke keadaan dasar
- Menangkap elektron dari kulit atom
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Berada dalam keadaan tereksitasi dan kembali ke keadaan dasar
Pembahasan: Peluruhan gamma adalah proses di mana inti atom yang berada dalam keadaan energi tinggi (tereksitasi) memancarkan foton (sinar gamma) untuk kembali ke keadaan dasar yang lebih stabil, tanpa mengubah nomor atom maupun nomor massa.
15. Uranium-238 (²³⁸U) meluruh menjadi Torium-234 (²³⁴Th). Jenis peluruhan yang terjadi adalah…
- Peluruhan alfa
- Peluruhan beta minus
- Peluruhan beta plus
- Peluruhan gamma
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Peluruhan alfa
Pembahasan: Dari ²³⁸U menjadi ²³⁴Th, nomor massa berkurang 4 (238 – 234 = 4) dan nomor atom (U=92, Th=90) berkurang 2 (92 – 90 = 2). Ini adalah ciri khas peluruhan alfa (pemancaran inti He, ⁴₂He).
16. Yang berperan sebagai moderator dalam reaktor nuklir adalah…
- Batang kendali (kadmium/boron)
- Air berat atau grafit
- Uranium yang diperkaya
- Pendingin (misalnya air)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Air berat atau grafit
Pembahasan: Moderator berfungsi untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari fisi agar menjadi neutron termal, yang lebih efektif dalam memicu fisi inti uranium lainnya. Contoh moderator adalah air berat (D₂O) dan grafit.
17. Prinsip dasar dari Carbon-14 dating untuk menentukan umur benda purbakala adalah…
- Waktu paruh Karbon-14 yang sangat panjang
- Perbandingan konsentrasi Karbon-14 dan Karbon-12 dalam sampel
- Massa atom Karbon-14 yang berbeda dari Karbon-12
- Aktivitas radioaktif Karbon-14 yang meningkat seiring waktu
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Perbandingan konsentrasi Karbon-14 dan Karbon-12 dalam sampel
Pembahasan: Selama makhluk hidup masih bernapas, rasio ¹⁴C/¹²C dalam tubuhnya konstan karena pertukaran dengan atmosfer. Setelah mati, ¹⁴C meluruh tanpa diganti, sehingga rasionya berkurang dan dapat digunakan untuk menghitung umur.
18. Gaya yang mengikat proton dan neutron di dalam inti atom adalah…
- Gaya gravitasi
- Gaya elektromagnetik
- Gaya nuklir kuat
- Gaya nuklir lemah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Gaya nuklir kuat
Pembahasan: Gaya nuklir kuat adalah gaya terkuat di alam semesta, bertanggung jawab untuk mengikat proton dan neutron (nukleon) di dalam inti atom, mengatasi tolakan elektrostatik antar proton.
19. Reaksi berantai dalam fisi nuklir dapat terjadi jika…
- Semua neutron yang dihasilkan diserap oleh moderator
- Jumlah neutron yang dihasilkan cukup untuk memicu fisi inti lain
- Energi kinetik neutron terlalu rendah
- Massa bahan fisil lebih kecil dari massa kritis
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Jumlah neutron yang dihasilkan cukup untuk memicu fisi inti lain
Pembahasan: Reaksi berantai terjadi ketika neutron yang dihasilkan dari satu peristiwa fisi memicu peristiwa fisi lainnya, menghasilkan lebih banyak neutron dan seterusnya. Ini membutuhkan massa bahan fisil yang cukup (massa kritis) agar neutron tidak lolos begitu saja.
20. Jika sebuah inti radioaktif memiliki konstanta peluruhan λ, maka waktu paruhnya (t½) dapat dinyatakan sebagai…
- t½ = λ / ln(2)
- t½ = ln(2) / λ
- t½ = 1 / λ
- t½ = 2λ
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: t½ = ln(2) / λ
Pembahasan: Hubungan antara waktu paruh (t½) dan konstanta peluruhan (λ) adalah t½ = ln(2) / λ, di mana ln(2) ≈ 0,693.
B. Isian Singkat
1. Nama lain dari partikel beta minus (β⁻) adalah ________.
Jawaban: Elektron
2. Alat yang paling umum digunakan untuk mendeteksi keberadaan radiasi, seperti sinar alfa, beta, dan gamma, adalah pencacah ________.
Jawaban: Geiger-Müller
3. Proses penggabungan dua inti atom ringan untuk membentuk inti yang lebih berat sambil melepaskan energi disebut reaksi ________ nuklir.
Jawaban: Fusi
4. Sinar _______ adalah bentuk radiasi elektromagnetik berenergi tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan.
Jawaban: Gamma
5. Suatu inti atom yang tidak stabil dan cenderung meluruh secara spontan disebut inti ________.
Jawaban: Radioaktif
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah fisika nuklir berikut dengan definisinya yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Waktu Paruh | Waktu yang dibutuhkan agar setengah inti radioaktif meluruh |
| Fisi Nuklir | Reaksi pemecahan inti berat menjadi inti ringan |
| Fusi Nuklir | Reaksi penggabungan inti ringan menjadi inti berat |
| Isotop | Atom dengan nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda |
2. Jodohkan jenis radiasi berikut dengan karakteristik utamanya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Sinar Alfa | Partikel bermuatan positif, daya tembus rendah |
| Sinar Beta | Partikel bermuatan negatif (elektron), daya tembus sedang |
| Sinar Gamma | Gelombang elektromagnetik, tidak bermuatan, daya tembus tinggi |
| Neutron | Partikel tidak bermuatan, daya tembus tinggi |
D. Uraian
1. Jelaskan secara singkat perbedaan utama antara peluruhan alfa, beta, dan gamma dalam hal partikel yang dipancarkan, perubahan nomor atom, dan nomor massa.
Peluruhan alfa: Memancarkan partikel alfa (inti helium, ⁴₂He). Nomor atom (Z) berkurang 2, nomor massa (A) berkurang 4. Daya tembus paling rendah. Peluruhan beta: Terbagi menjadi beta minus (β⁻) dan beta plus (β⁺). Beta minus (β⁻): Memancarkan elektron. Neutron berubah menjadi proton. Nomor atom (Z) bertambah 1, nomor massa (A) tetap. Beta plus (β⁺): Memancarkan positron. Proton berubah menjadi neutron. Nomor atom (Z) berkurang 1, nomor massa (A) tetap. Daya tembus sedang. Peluruhan gamma: Memancarkan foton energi tinggi (sinar gamma). Tidak ada perubahan pada nomor atom (Z) maupun nomor massa (A), inti hanya melepaskan energi ekstra. Daya tembus paling tinggi.
2. Bagaimana konsep waktu paruh digunakan dalam penentuan usia benda purbakala seperti fosil atau artefak kuno? Jelaskan prinsip kerjanya dengan contoh Karbon-14.
Konsep waktu paruh sangat penting dalam penentuan usia benda purbakala melalui metode penanggalan radiokarbon (Karbon-14 dating). Prinsipnya adalah sebagai berikut: 1. Di atmosfer, neutron kosmik bereaksi dengan nitrogen membentuk isotop radioaktif Karbon-14 (¹⁴C). 2. Makhluk hidup (tumbuhan dan hewan) menyerap ¹⁴C dari atmosfer atau makanan, sehingga rasio ¹⁴C terhadap ¹²C dalam tubuh mereka konstan selama hidup. 3. Setelah makhluk hidup mati, pertukaran ¹⁴C dengan lingkungan berhenti. ¹⁴C yang ada dalam tubuh mulai meluruh menjadi Nitrogen-14 (¹⁴N) dengan waktu paruh sekitar 5.730 tahun. 4. Dengan mengukur rasio ¹⁴C yang tersisa dalam sampel purbakala (misalnya tulang, kayu, atau kain) dan membandingkannya dengan rasio ¹⁴C yang diharapkan pada saat makhluk hidup itu mati (yaitu rasio di atmosfer), serta mengetahui waktu paruh ¹⁴C, ilmuwan dapat menghitung berapa banyak waktu paruh yang telah berlalu dan dengan demikian menentukan usia sampel tersebut.
3. Sebutkan dan jelaskan tiga aplikasi radioisotop dalam bidang kedokteran atau industri.
Tiga aplikasi radioisotop dalam bidang kedokteran atau industri: 1. Kedokteran (Diagnostik): Teknesium-99m (⁹⁹mTc) adalah radioisotop yang umum digunakan dalam pencitraan medis. Ia memiliki waktu paruh yang pendek dan memancarkan sinar gamma, sehingga ideal untuk mendeteksi kelainan organ seperti tulang, jantung, atau otak tanpa menyebabkan dosis radiasi yang berlebihan pada pasien. Ia disuntikkan ke dalam tubuh dan aktivitasnya dipantau oleh kamera gamma. 2. Kedokteran (Terapi): Kobalt-60 (⁶⁰Co) atau Iodium-131 (¹³¹I) digunakan dalam terapi radiasi untuk mengobati kanker. ⁶⁰Co memancarkan sinar gamma yang dapat membunuh sel kanker dengan merusak DNA-nya. ¹³¹I digunakan untuk mengobati kanker tiroid karena tiroid secara selektif menyerap iodium, sehingga ¹³¹I dapat menghancurkan sel kanker tiroid secara lokal. 3. Industri (Sterilisasi): Sinar gamma dari Kobalt-60 (⁶⁰Co) juga digunakan untuk sterilisasi alat-alat medis, makanan, dan produk farmasi. Radiasi gamma dapat membunuh bakteri, virus, dan mikroorganisme lain tanpa menaikkan suhu produk secara signifikan atau meninggalkan residu kimia, sehingga menjaga kualitas produk.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan reaksi fisi berantai dan bagaimana reaksi ini dikendalikan dalam sebuah reaktor nuklir.
Reaksi fisi berantai adalah serangkaian reaksi fisi nuklir yang terjadi secara berkelanjutan. Ketika sebuah inti berat (misalnya Uranium-235) menyerap neutron dan mengalami fisi, ia terpecah menjadi inti-inti yang lebih ringan dan melepaskan energi serta beberapa neutron baru. Jika neutron-neutron baru ini kemudian memicu fisi pada inti-inti Uranium-235 lainnya, maka terjadilah reaksi berantai. Dalam sebuah reaktor nuklir, reaksi fisi berantai ini harus dikendalikan agar tidak terjadi pelepasan energi yang tidak terkontrol (misalnya ledakan). Pengendalian dilakukan dengan: 1. Moderator: Bahan seperti air berat atau grafit digunakan untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari fisi menjadi neutron termal. Neutron termal lebih efektif dalam memicu fisi inti uranium. 2. Batang Kendali: Batang yang terbuat dari bahan penyerap neutron (misalnya kadmium atau boron) dimasukkan ke dalam teras reaktor. Dengan menaikkan atau menurunkan batang kendali, jumlah neutron bebas yang tersedia untuk memicu fisi dapat diatur, sehingga laju reaksi berantai dapat dikendalikan. Jika terlalu banyak neutron diserap, reaksi akan melambat; jika terlalu sedikit, reaksi akan dipercepat.
5. Uraikan bahaya-bahaya utama paparan radiasi pengion terhadap makhluk hidup dan tindakan pencegahan apa yang dapat dilakukan untuk meminimalkan risiko tersebut.
Bahaya paparan radiasi pengion terhadap makhluk hidup dapat dibagi menjadi dua kategori utama: 1. Efek Somatik (Deterministik): Terjadi jika dosis radiasi melampaui ambang batas tertentu. Keparahannya tergantung dosis. Contohnya termasuk mual, muntah, diare, kerontokan rambut, luka bakar kulit, katarak, dan sindrom radiasi akut yang parah hingga kematian. 2. Efek Stokastik (Acak): Probabilitas terjadinya meningkat seiring dosis, tetapi keparahannya tidak tergantung dosis. Ini termasuk kanker (misalnya leukemia, kanker tiroid) dan efek genetik (mutasi pada DNA yang dapat diturunkan ke generasi berikutnya). Tindakan pencegahan untuk meminimalkan risiko paparan radiasi: 1. Jarak (Distance): Menjaga jarak sejauh mungkin dari sumber radiasi. Intensitas radiasi berkurang secara kuadratik dengan jarak. 2. Waktu (Time): Meminimalkan waktu paparan terhadap sumber radiasi. Semakin singkat waktu paparan, semakin kecil dosis radiasi yang diterima. 3. Perisai (Shielding): Menggunakan bahan pelindung yang sesuai, seperti timbal, beton, atau air, untuk menyerap radiasi. Ketebalan dan jenis perisai disesuaikan dengan jenis dan energi radiasi.