Kumpulan Contoh Soal Bongkar Rahasia Reaksi Inti: Kumpulan Soal Fisika Paling Menantang + Kunci Jawaban!
Pilihan Ganda
1. 1. Berikut ini adalah pernyataan yang benar mengenai defek massa inti:
A. Defek massa adalah selisih massa inti atom dengan massa total proton dan neutron penyusunnya.
B. Defek massa adalah jumlah massa inti atom dengan massa total proton dan neutron penyusunnya.
C. Defek massa adalah selisih massa inti atom dengan massa elektron di sekitarnya.
D. Defek massa adalah energi yang diperlukan untuk memecah inti atom.
2. 2. Inti ⁸⁸₂₂⁶Ra meluruh dengan memancarkan partikel alfa. Inti baru yang terbentuk adalah…
A. ⁸⁶₂₂²Rn
B. ⁹⁰₂₂⁶Th
C. ⁸⁸₂₂²Ra
D. ⁸⁶₂₂⁴Rn
3. 3. Jika suatu zat radioaktif memiliki waktu paruh 10 hari, berapa bagian dari zat tersebut yang tersisa setelah 30 hari?
A. 1/2
B. 1/4
C. 1/8
D. 1/16
4. 4. Reaksi inti di mana sebuah inti berat pecah menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut reaksi…
A. Fusi
B. Fisi
C. Peluruhan
D. Transmutasi
5. 5. Energi ikat inti adalah energi yang…
A. Dilepaskan saat inti pecah.
B. Diperlukan untuk membentuk inti dari nukleon-nukleon penyusunnya.
C. Dilepaskan saat nukleon-nukleon bergabung membentuk inti.
D. Diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom.
6. 6. Salah satu contoh reaksi fusi yang terjadi secara alami adalah…
A. Ledakan bom atom
B. Pembangkit listrik tenaga nuklir
C. Reaksi di dalam Matahari
D. Peluruhan uranium
7. 7. Partikel yang dipancarkan dalam peluruhan beta negatif (β⁻) adalah…
A. Elektron
B. Positron
C. Proton
D. Neutron
8. 8. Perangkat yang digunakan untuk mendeteksi radiasi pengion seperti sinar alfa, beta, dan gamma adalah…
A. Spektrometer massa
B. Mikroskop elektron
C. Pencacah Geiger-Müller
D. Resistor variabel
9. 9. Isotop radioaktif ⁶⁰₂₇Co banyak digunakan dalam terapi kanker karena memancarkan…
A. Sinar alfa
B. Sinar beta
C. Sinar gamma
D. Neutron
10. 10. Dalam reaksi inti, jumlah nomor massa (A) dan nomor atom (Z) harus selalu…
A. Berkurang
B. Bertambah
C. Tetap (kekal)
D. Berubah secara acak
11. 11. Satuan energi yang sering digunakan dalam fisika inti adalah MeV. 1 MeV setara dengan…
A. 1,6 × 10⁻¹⁹ Joule
B. 1,6 × 10⁻¹³ Joule
C. 931,5 eV
D. 931,5 Joule
12. 12. Inti atom yang stabil umumnya memiliki perbandingan neutron terhadap proton (n/p) mendekati 1 untuk inti ringan, dan untuk inti berat cenderung…
A. n/p < 1
B. n/p ≈ 1
C. n/p > 1
D. n/p = 0
13. 13. Reaksi inti ¹³₂⁷Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + X. Partikel X adalah…
A. Neutron (¹₀n)
B. Proton (¹₁H)
C. Elektron (⁰₋₁e)
D. Deuteron (²₁H)
14. 14. Moderator dalam reaktor nuklir berfungsi untuk…
A. Mempercepat neutron
B. Menyerap neutron
C. Memperlambat neutron
D. Menghasilkan neutron
15. 15. Bahan bakar utama yang digunakan dalam reaktor nuklir fisi adalah…
A. Plutonium-239
B. Uranium-235
C. Thorium-232
D. Deuterium
16. 16. Deret radioaktif yang berawal dari ²³⁸U dan berakhir pada ²⁰⁶Pb disebut deret…
A. Thorium
B. Neptunium
C. Uranium
D. Aktinium
17. 17. Sinar gamma (γ) memiliki daya tembus yang paling besar dibandingkan sinar alfa (α) dan beta (β) karena…
A. Bermuatan positif
B. Bermuatan negatif
C. Tidak bermassa dan tidak bermuatan
D. Memiliki massa terbesar
18. 18. Waktu paruh suatu isotop radioaktif adalah 8 hari. Jika semula terdapat 100 gram isotop tersebut, berapa massa yang tersisa setelah 24 hari?
A. 50 gram
B. 25 gram
C. 12,5 gram
D. 6,25 gram
19. 19. Apabila massa inti ⁴₂He adalah 4,0026 sma, massa proton 1,0078 sma, dan massa neutron 1,0086 sma, maka defek massa inti helium adalah…
A. 0,0302 sma
B. 0,0304 sma
C. 0,0306 sma
D. 0,0308 sma
20. 20. Dampak biologis radiasi pengion pada sel hidup yang dapat menyebabkan perubahan genetik atau kanker disebut efek…
A. Somatik
B. Genetik
C. Teratogenik
D. Stokastik
Isian Singkat
1. 1. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti atom radioaktif meluruh disebut…
2. 2. Dalam reaksi peluruhan beta negatif, sebuah neutron berubah menjadi proton dan memancarkan partikel…
3. 3. Fungsi utama batang kendali (control rods) dalam reaktor nuklir adalah untuk menyerap…
4. 4. Reaksi fusi yang terjadi di Matahari mengubah hidrogen menjadi…
5. 5. Satuan aktivitas radioaktif dalam Sistem Internasional (SI) adalah…
Uraian
1. 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan defek massa dan bagaimana hubungannya dengan energi ikat inti!
2. 2. Sebutkan dan jelaskan perbedaan mendasar antara reaksi fisi dan reaksi fusi!
3. 3. Jelaskan mekanisme kerja reaktor nuklir untuk menghasilkan energi listrik!
4. 4. Suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 6 jam. Jika massa awalnya 200 gram, hitunglah sisa massa sampel setelah 18 jam!
5. 5. Sebutkan dan jelaskan tiga jenis bahaya atau dampak negatif radiasi pengion terhadap makhluk hidup!
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah berikut dengan definisinya yang tepat:
1. Fisi
2. Fusi
3. Waktu Paruh
4. Defek Massa
A. Penggabungan inti-inti ringan
B. Selisih massa nukleon dengan massa inti
C. Pemecahan inti berat
D. Waktu peluruhan setengah inti radioaktif
2. Cocokkan jenis radiasi berikut dengan karakteristiknya:
1. Sinar Alfa (α)
2. Sinar Beta (β)
3. Sinar Gamma (γ)
A. Daya tembus paling tinggi, tidak bermassa, tidak bermuatan
B. Partikel bermuatan negatif (elektron), daya tembus sedang
C. Partikel bermuatan positif (inti helium), daya tembus rendah
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. A
Pembahasan: Defek massa (Δm) adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) yang menyusun inti dengan massa inti atom sesungguhnya. Defek massa ini kemudian dikonversi menjadi energi ikat inti.
2. A
Pembahasan: Peluruhan alfa (α) berarti inti memancarkan partikel ⁴₂He. Jadi, nomor massa (A) berkurang 4 dan nomor atom (Z) berkurang 2. Dari ⁸⁸₂₂⁶Ra menjadi ⁸⁸⁻⁴₂₂⁶⁻²X = ⁸⁶₂₂²Rn. Unsur dengan Z=86 adalah Radon (Rn).
3. C
Pembahasan: Jumlah waktu paruh (n) = Waktu total ÷ Waktu paruh = 30 hari ÷ 10 hari = 3. Bagian yang tersisa = (1/2)ⁿ = (1/2)³ = 1/8.
4. B
Pembahasan: Reaksi fisi adalah proses pemecahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, biasanya dipicu oleh penembakan neutron, dan menghasilkan energi besar.
5. C
Pembahasan: Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon (proton dan neutron) bergabung membentuk inti atom, atau energi yang dibutuhkan untuk memecah inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.
6. C
Pembahasan: Reaksi fusi adalah penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat. Reaksi fusi adalah sumber energi utama Matahari dan bintang-bintang lain.
7. A
Pembahasan: Peluruhan beta negatif (β⁻) terjadi ketika sebuah neutron dalam inti berubah menjadi proton, melepaskan sebuah elektron (partikel beta) dan sebuah antineutrino.
8. C
Pembahasan: Pencacah Geiger-Müller (Geiger Counter) adalah alat yang umum digunakan untuk mendeteksi keberadaan radiasi pengion.
9. C
Pembahasan: Kobalt-60 (⁶⁰₂₇Co) adalah sumber sinar gamma yang kuat dan sering digunakan dalam radioterapi untuk mengobati kanker karena daya tembusnya yang tinggi.
10. C
Pembahasan: Dalam setiap reaksi inti, berlaku hukum kekekalan nomor massa dan kekekalan nomor atom. Jumlah nomor massa sebelum dan sesudah reaksi harus sama, begitu pula dengan jumlah nomor atom.
11. B
Pembahasan: 1 elektronvolt (eV) = 1,602 × 10⁻¹⁹ Joule. Jadi, 1 MeV = 10⁶ eV = 10⁶ × 1,602 × 10⁻¹⁹ Joule = 1,602 × 10⁻¹³ Joule.
12. C
Pembahasan: Untuk inti yang lebih berat, diperlukan lebih banyak neutron relatif terhadap proton untuk mengimbangi tolakan Coulomb antar proton dan menjaga stabilitas inti. Oleh karena itu, n/p cenderung lebih besar dari 1.
13. A
Pembahasan: Kekekalan nomor massa: 27 + 4 = 30 + Aₓ → 31 = 30 + Aₓ → Aₓ = 1.
Kekekalan nomor atom: 13 + 2 = 15 + Zₓ → 15 = 15 + Zₓ → Zₓ = 0.
Partikel dengan nomor massa 1 dan nomor atom 0 adalah neutron (¹₀n).
14. C
Pembahasan: Moderator (seperti air berat, grafit) digunakan untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi agar menjadi neutron termal yang lebih efektif dalam memicu fisi inti uranium lainnya.
15. B
Pembahasan: Uranium-235 (²³⁵U) adalah bahan bakar fisi utama karena dapat dengan mudah membelah diri (fisi) ketika menyerap neutron termal.
16. C
Pembahasan: Deret radioaktif ²³⁸U → ²⁰⁶Pb dikenal sebagai deret Uranium.
17. C
Pembahasan: Sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik berenergi tinggi, tidak memiliki massa dan muatan, sehingga interaksinya dengan materi sangat kecil dan daya tembusnya sangat tinggi.
18. C
Pembahasan: Jumlah waktu paruh (n) = Waktu total ÷ Waktu paruh = 24 hari ÷ 8 hari = 3. Massa yang tersisa = Massa awal × (1/2)ⁿ = 100 gram × (1/2)³ = 100 gram × 1/8 = 12,5 gram.
19. B
Pembahasan: Inti ⁴₂He memiliki 2 proton dan 2 neutron. Massa total nukleon = (2 × 1,0078) + (2 × 1,0086) = 2,0156 + 2,0172 = 4,0328 sma. Defek massa = Massa total nukleon – Massa inti = 4,0328 sma – 4,0026 sma = 0,0302 sma.
20. D
Pembahasan: Efek stokastik adalah efek radiasi yang probabilitas terjadinya bergantung pada dosis, tetapi tingkat keparahannya tidak. Contohnya adalah kanker dan mutasi genetik.
Isian Singkat
1. Waktu paruh
2. Elektron (partikel beta)
3. Neutron
4. Helium
5. Becquerel (Bq)
Uraian
1. Defek massa adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) yang menyusun inti atom dengan massa inti atom yang sebenarnya. Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon penyusunnya. Selisih massa ini (defek massa) dikonversi menjadi energi sesuai persamaan Einstein E=mc², yang dikenal sebagai energi ikat inti. Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti, atau energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.
2. Reaksi fisi adalah proses pemecahan inti atom berat (misalnya uranium-235) menjadi inti-inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi dan neutron. Reaksi ini merupakan dasar kerja bom atom dan reaktor nuklir. Reaksi fusi adalah proses penggabungan dua atau lebih inti atom ringan (misalnya hidrogen) membentuk inti yang lebih berat, juga disertai pelepasan energi yang sangat besar. Reaksi ini terjadi di Matahari dan bintang-bintang, serta merupakan target pengembangan energi bersih masa depan.
3. Dalam reaktor nuklir, inti uranium-235 (bahan bakar) ditembak dengan neutron. Ini menyebabkan ²³⁵U membelah (fisi) menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi panas, dan menghasilkan beberapa neutron baru. Neutron-neutron baru ini kemudian diperlambat oleh moderator (misalnya air berat) agar dapat memicu fisi inti ²³⁵U lainnya, menciptakan reaksi berantai yang terkendali. Batang kendali (terbuat dari kadmium atau boron) menyerap kelebihan neutron untuk menjaga reaksi tetap stabil. Panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air, menghasilkan uap bertekanan tinggi. Uap ini kemudian memutar turbin, yang terhubung ke generator untuk menghasilkan listrik.
4. Diketahui: Waktu paruh (T½) = 6 jam, Massa awal (N₀) = 200 gram, Waktu total (t) = 18 jam.
Langkah 1: Hitung jumlah waktu paruh (n). n = t / T½ = 18 jam / 6 jam = 3.
Langkah 2: Gunakan rumus sisa massa N = N₀ × (1/2)ⁿ. N = 200 gram × (1/2)³ = 200 gram × (1/8) = 25 gram.
Jadi, sisa massa sampel setelah 18 jam adalah 25 gram.
5. 1. **Efek Somatik**: Dampak yang terjadi langsung pada individu yang terpapar radiasi, seperti luka bakar radiasi, kerontokan rambut, mual, muntah, hingga kematian pada dosis tinggi.
2. **Efek Genetik**: Kerusakan pada materi genetik (DNA) sel reproduksi yang dapat diwariskan kepada keturunan. Ini bisa menyebabkan mutasi, kelainan bawaan, atau peningkatan risiko penyakit tertentu pada generasi mendatang.
3. **Karsinogenik**: Peningkatan risiko terjadinya kanker. Radiasi dapat merusak DNA sel tubuh, memicu pertumbuhan sel yang tidak terkontrol dan menyebabkan berbagai jenis kanker seperti leukemia, kanker tiroid, atau kanker paru-paru, seringkali dengan masa laten yang panjang.
Mencocokkan
1. 1-C, 2-A, 3-D, 4-B
2. 1-C, 2-B, 3-A