Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi fusi dan fisi nuklir! Topik ini merupakan salah satu cabang fisika modern yang menarik dan memiliki dampak besar dalam kehidupan kita, mulai dari pembangkitan energi hingga aplikasi medis. Reaksi fusi adalah penggabungan inti atom ringan menjadi inti yang lebih berat, seperti yang terjadi di Matahari, melepaskan energi yang sangat besar. Sebaliknya, reaksi fisi adalah pembelahan inti atom berat menjadi inti yang lebih ringan, proses yang dimanfaatkan dalam reaktor nuklir dan senjata atom. Kedua reaksi ini melibatkan konsep penting seperti massa defek dan energi ikat inti, yang menjelaskan bagaimana energi dilepaskan sesuai dengan persamaan Einstein E=mc². Melalui latihan soal ini, Anda akan diajak untuk menguji pemahaman Anda tentang prinsip-prinsip dasar fusi dan fisi, perbedaan keduanya, serta aplikasi dan implikasinya. Persiapkan diri Anda untuk menguasai materi fisika inti ini!
Contoh Soal soal fisika materi fusi fisi
A. Pilihan Ganda
1. Proses penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti yang lebih berat dengan melepaskan energi disebut…
- A. Fusi nuklir
- B. Fisi nuklir
- C. Peluruhan radioaktif
- D. Reaksi berantai
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Fusi nuklir adalah proses di mana dua inti atom ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat, melepaskan sejumlah besar energi. Ini adalah prinsip di balik energi Matahari.
2. Reaksi pembelahan inti atom berat menjadi inti-inti yang lebih ringan dengan memancarkan neutron dan energi disebut…
- A. Fusi nuklir
- B. Fisi nuklir
- C. Peluruhan alfa
- D. Penangkap neutron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Fisi nuklir adalah proses pemecahan inti atom berat (misalnya Uranium-235) menjadi inti-inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi dan neutron.
3. Sumber energi utama Matahari berasal dari reaksi…
- A. Fusi nuklir
- B. Fisi nuklir
- C. Pembakaran kimia
- D. Geotermal
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Matahari menghasilkan energinya melalui reaksi fusi nuklir, di mana inti hidrogen bergabung membentuk helium.
4. Dalam reaksi fisi Uranium-235, neutron yang dihasilkan dapat memicu reaksi fisi pada inti Uranium-235 lainnya. Proses ini dikenal sebagai…
- A. Reaksi endoterm
- B. Reaksi eksoterm
- C. Reaksi fusi terkendali
- D. Reaksi berantai
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Reaksi berantai terjadi ketika neutron yang dihasilkan dari satu reaksi fisi memicu reaksi fisi lainnya, menghasilkan lebih banyak neutron dan energi.
5. Aplikasi utama dari reaksi fisi nuklir yang terkendali adalah…
- A. Bom hidrogen
- B. Matahari
- C. Pembangkit listrik tenaga nuklir
- D. Mesin MRI
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Reaktor nuklir menggunakan reaksi fisi yang terkendali untuk menghasilkan panas yang kemudian diubah menjadi listrik.
6. Isotop Uranium yang paling umum digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor fisi nuklir adalah…
- A. Uranium-238
- B. Uranium-235
- C. Uranium-234
- D. Uranium-239
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Uranium-235 adalah isotop yang dapat membelah (fisil) dan paling sering digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor nuklir.
7. Perbedaan massa antara total massa nukleon penyusun inti atom dengan massa inti atom sesungguhnya disebut…
- A. Massa atom relatif
- B. Massa defek
- C. Massa ekuivalen
- D. Massa kritis
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Massa defek adalah selisih antara massa total nukleon bebas dengan massa inti atom yang terbentuk. Selisih massa ini diubah menjadi energi ikat inti.
8. Energi yang diperlukan untuk memisahkan inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya disebut…
- A. Energi kinetik
- B. Energi potensial
- C. Energi ikat inti
- D. Energi ambang
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Energi ikat inti (binding energy) adalah energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti, atau energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi nukleon-nukleonnya.
9. Menurut persamaan Einstein E=mc², energi yang dilepaskan dalam reaksi nuklir berasal dari…
- A. Perubahan massa (massa defek)
- B. Perubahan volume
- C. Perubahan suhu
- D. Perubahan tekanan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Persamaan E=mc² menunjukkan bahwa massa (m) dapat diubah menjadi energi (E), dan dalam reaksi nuklir, massa defek (perubahan massa) diubah menjadi energi.
10. Salah satu tantangan utama dalam mengembangkan reaktor fusi nuklir adalah…
- A. Ketersediaan bahan bakar
- B. Limbah radioaktif yang sangat banyak
- C. Reaksi berantai yang sulit dikendalikan
- D. Mencapai dan mempertahankan suhu serta tekanan ekstrem
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Untuk mencapai fusi, inti-inti harus dipanaskan hingga suhu sangat tinggi (jutaan derajat Celsius) dan dikurung dalam waktu yang cukup lama. Ini adalah tantangan teknologi yang sangat besar.
11. Produk utama dari reaksi fusi Deuterium (²H) dan Tritium (³H) adalah…
- A. Helium dan neutron
- B. Lithium dan proton
- C. Karbon dan elektron
- D. Oksigen dan positron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Reaksi fusi Deuterium-Tritium menghasilkan Helium-4 dan sebuah neutron.
12. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pembangkit listrik tenaga fisi nuklir memiliki karakteristik…
- A. Tidak berbahaya dan mudah diurai
- B. Memiliki waktu paruh yang sangat pendek
- C. Berbahaya dan memerlukan penanganan khusus jangka panjang
- D. Dapat didaur ulang sepenuhnya menjadi bahan bakar baru
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Limbah radioaktif dari fisi nuklir sangat berbahaya dan memiliki waktu paruh yang sangat panjang, sehingga memerlukan penyimpanan jangka panjang yang aman.
13. Moderator dalam reaktor fisi nuklir berfungsi untuk…
- A. Menyerap neutron berlebih
- B. Memperlambat neutron
- C. Mendinginkan reaktor
- D. Menjaga tekanan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Moderator (misalnya air berat atau grafit) digunakan untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari fisi agar lebih efektif dalam memicu fisi inti Uranium-235 lainnya.
14. Batang kendali dalam reaktor fisi nuklir terbuat dari bahan yang berfungsi untuk…
- A. Menyerap neutron
- B. Mempercepat neutron
- C. Menghasilkan energi
- D. Melindungi dari radiasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Batang kendali (misalnya Kadmium atau Boron) berfungsi menyerap neutron berlebih sehingga laju reaksi berantai dapat dikendalikan.
15. Salah satu keuntungan potensial dari energi fusi dibandingkan energi fisi adalah…
- A. Ketersediaan bahan bakar melimpah dan limbah radioaktif yang lebih sedikit
- B. Teknologi yang sudah matang dan mudah diimplementasikan
- C. Tidak memerlukan suhu yang ekstrem
- D. Lebih mudah dikendalikan daripada reaksi fisi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Bahan bakar fusi (Deuterium) sangat melimpah di air laut, dan produknya (Helium) tidak radioaktif, serta menghasilkan limbah radioaktif yang jauh lebih sedikit dibandingkan fisi.
16. Inti atom yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron yang berbeda disebut…
- A. Isobar
- B. Isoton
- C. Isotop
- D. Isomer
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (jumlah proton sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda.
17. Dalam reaksi fisi, energi dilepaskan karena…
- A. Inti atom menyerap energi
- B. Massa total produk lebih kecil dari massa total reaktan
- C. Massa total produk lebih besar dari massa total reaktan
- D. Terjadi perubahan wujud zat
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi dilepaskan dalam reaksi fisi karena massa total produk reaksi lebih kecil dari massa total reaktan (massa defek), yang kemudian diubah menjadi energi.
18. Reaktor nuklir biasanya menggunakan pendingin untuk…
- A. Mempercepat reaksi
- B. Mengurangi jumlah neutron
- C. Menambah massa defek
- D. Mentransfer panas yang dihasilkan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Pendingin (misalnya air atau gas) digunakan untuk menyerap panas yang dihasilkan dari reaksi fisi dan membawanya keluar dari teras reaktor untuk menghasilkan uap yang menggerakkan turbin.
19. Bom hidrogen bekerja berdasarkan prinsip…
- A. Fusi nuklir
- B. Fisi nuklir
- C. Reaksi kimia eksoterm
- D. Penangkap elektron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Bom hidrogen (atau bom termonuklir) menggunakan reaksi fusi nuklir yang tidak terkendali, dipicu oleh reaksi fisi.
20. Salah satu bahan bakar potensial untuk reaktor fusi adalah Deuterium (²H), yang dapat ditemukan melimpah di…
- A. Atmosfer Bumi
- B. Air laut
- C. Inti Bumi
- D. Batuan vulkanik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Deuterium adalah isotop hidrogen yang melimpah di air laut, menjadikannya sumber bahan bakar yang hampir tak terbatas untuk fusi.
B. Isian Singkat
1. Reaksi nuklir yang terjadi di Matahari adalah reaksi ____.
Jawaban: Fusi
2. Satuan energi yang sering digunakan dalam fisika nuklir, terutama untuk energi ikat inti, adalah ____.
Jawaban: Megaelektronvolt (MeV)
3. Isotop hidrogen yang terdiri dari satu proton dan dua neutron disebut ____.
Jawaban: Tritium
4. Untuk mengendalikan reaksi berantai pada reaktor fisi, digunakan batang kendali yang terbuat dari bahan penyerap neutron seperti ____ atau ____.
Jawaban: Kadmium, Boron
5. Reaksi fisi yang tidak terkendali digunakan dalam pembuatan ____.
Jawaban: Bom atom
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah-istilah berikut dengan definisi yang tepat:
| Premis | Respon |
|---|---|
| Fusi Nuklir | Penggabungan inti ringan |
| Fisi Nuklir | Pembelahan inti berat |
| Massa Defek | Selisih massa nukleon dan inti |
| Energi Ikat Inti | Energi untuk memisahkan nukleon |
| Reaksi Berantai | Neutron memicu fisi berikutnya |
2. Jodohkan komponen/istilah reaktor nuklir dengan fungsinya:
| Premis | Respon |
|---|---|
| Moderator | Memperlambat neutron |
| Batang Kendali | Menyerap neutron berlebih |
| Bahan Bakar | Sumber inti fisil (U-235) |
| Pendingin | Mentransfer panas |
| Perisai | Melindungi dari radiasi |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara reaksi fusi dan fisi nuklir, serta berikan contoh aplikasinya masing-masing.
Perbedaan mendasar: Reaksi fusi adalah penggabungan inti atom ringan menjadi inti yang lebih berat, sedangkan reaksi fisi adalah pembelahan inti atom berat menjadi inti yang lebih ringan. Keduanya melepaskan energi. Aplikasi: Fusi terjadi di Matahari dan menjadi dasar bom hidrogen; aplikasi terkendali sedang dalam pengembangan untuk pembangkit listrik. Fisi digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir dan bom atom (tidak terkendali).
2. Bagaimana konsep massa defek dan energi ikat inti berperan dalam pelepasan energi pada reaksi nuklir?
Massa defek adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti atom dengan massa inti atom sesungguhnya. Selisih massa ini menunjukkan bahwa sebagian massa telah diubah menjadi energi saat inti terbentuk. Energi ikat inti adalah energi yang setara dengan massa defek ini (sesuai E=mc²), yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti. Semakin besar energi ikat per nukleon, semakin stabil inti tersebut. Dalam reaksi nuklir (fusi atau fisi), inti-inti baru yang terbentuk memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi daripada inti-inti reaktan, sehingga melepaskan kelebihan energi dalam bentuk panas dan radiasi.
3. Diskusikan tantangan dan potensi penggunaan energi fusi sebagai sumber energi masa depan.
Tantangan utama energi fusi meliputi: 1) Mencapai dan mempertahankan suhu ekstrem (jutaan derajat Celsius) yang diperlukan untuk fusi. 2) Mengurung plasma panas ini dalam waktu yang cukup lama (menggunakan medan magnet atau inersia). 3) Mengembangkan material reaktor yang tahan terhadap kondisi ekstrem tersebut. Potensi: Sumber bahan bakar (Deuterium dari air laut) melimpah dan hampir tak terbatas. Menghasilkan limbah radioaktif yang jauh lebih sedikit dan berumur pendek dibandingkan fisi. Tidak ada risiko reaksi berantai yang tidak terkendali. Merupakan sumber energi bersih dan aman dengan potensi untuk memenuhi kebutuhan energi global.
4. Jelaskan peran moderator dan batang kendali dalam reaktor fisi nuklir.
Moderator (misalnya air berat, grafit) berfungsi untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari reaksi fisi. Neutron cepat kurang efektif dalam memicu fisi U-235, sehingga perlu diperlambat menjadi neutron termal agar probabilitas fisi meningkat, menjaga kelangsungan reaksi berantai. Batang kendali (misalnya Kadmium, Boron) berfungsi untuk menyerap neutron berlebih dalam teras reaktor. Dengan mengatur posisi batang kendali, jumlah neutron yang tersedia untuk memicu fisi dapat dikontrol, sehingga laju reaksi berantai dan daya yang dihasilkan reaktor dapat diatur atau dihentikan.
5. Mengapa reaksi fusi disebut sebagai sumber energi ‘bersih’ dibandingkan fisi, meskipun keduanya menghasilkan energi yang sangat besar?
Reaksi fusi disebut ‘bersih’ karena beberapa alasan: 1) Bahan bakar utama seperti Deuterium melimpah di air laut dan Tritium dapat dihasilkan di dalam reaktor, sehingga tidak memerlukan penambangan intensif. 2) Produk utama reaksi fusi Deuterium-Tritium adalah Helium-4, yang merupakan gas inert dan tidak radioaktif. 3) Meskipun struktur reaktor fusi akan menjadi radioaktif karena paparan neutron, limbah radioaktif yang dihasilkan jauh lebih sedikit dan memiliki waktu paruh yang lebih pendek dibandingkan dengan limbah dari reaksi fisi, yang mengandung produk fisi berumur panjang dan sangat berbahaya. 4) Tidak ada risiko pelelehan inti (meltdown) atau pelepasan bahan radioaktif secara besar-besaran seperti pada reaktor fisi.