Pelajari lebih dalam tentang materi reaksi inti fisika dengan kumpulan latihan soal komprehensif ini. Reaksi inti adalah fenomena fundamental dalam fisika nuklir yang menjelaskan transformasi inti atom, menghasilkan energi yang luar biasa. Materi ini mencakup konsep-konsep penting seperti peluruhan radioaktif (alfa, beta, gamma), reaksi fisi dan fusi nuklir, waktu paruh, defek massa, dan energi ikat inti. Memahami reaksi inti sangat krusial karena aplikasinya yang luas, mulai dari pembangkit listrik tenaga nuklir, kedokteran nuklir, hingga penanggalan karbon. Kumpulan soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda terhadap prinsip-prinsip dasar, perhitungan, dan aplikasi praktis dari reaksi inti, membantu Anda mempersiapkan diri untuk ujian dan memperdalam pengetahuan fisika inti Anda.
Contoh Soal soal fisika materi reaksi inti
A. Pilihan Ganda
1. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Jumlah total proton dan neutron dalam inti disebut…
- Nomor atom
- Nomor massa
- Jumlah elektron
- Massa atom
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Nomor massa
Pembahasan: Nomor massa (A) adalah jumlah total proton (Z) dan neutron (N) dalam inti atom (A = Z + N).
2. Peristiwa pemancaran partikel alfa (α) dari inti atom radioaktif akan menyebabkan…
- Nomor atom berkurang 1 dan nomor massa tetap
- Nomor atom bertambah 1 dan nomor massa tetap
- Nomor atom berkurang 2 dan nomor massa berkurang 4
- Nomor atom bertambah 2 dan nomor massa bertambah 4
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Nomor atom berkurang 2 dan nomor massa berkurang 4
Pembahasan: Partikel alfa adalah inti helium (₂⁴He). Ketika inti memancarkan partikel alfa, nomor atomnya berkurang 2 dan nomor massanya berkurang 4.
3. Peluruhan beta minus (β⁻) terjadi ketika sebuah neutron dalam inti berubah menjadi…
- Proton dan elektron
- Proton, elektron, dan neutrino
- Proton, elektron, dan antineutrino
- Neutron, elektron, dan neutrino
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Proton, elektron, dan antineutrino
Pembahasan: Dalam peluruhan beta minus, neutron (₀¹n) berubah menjadi proton (₁¹p), elektron (₋₁⁰e atau β⁻), dan antineutrino (ν̄e).
4. Jika suatu isotop X memiliki waktu paruh 10 jam, berapa bagian dari sampel awal yang tersisa setelah 30 jam?
- 1/2
- 1/4
- 1/8
- 1/16
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: 1/8
Pembahasan: Jumlah waktu paruh (n) = 30 jam / 10 jam = 3. Bagian yang tersisa = (1/2)ⁿ = (1/2)³ = 1/8.
5. Reaksi inti yang terjadi ketika inti berat terpecah menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan disebut…
- Fusi nuklir
- Peluruhan alfa
- Fisi nuklir
- Transmutasi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Fisi nuklir
Pembahasan: Fisi nuklir adalah proses pemecahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi besar.
6. Defek massa adalah perbedaan antara…
- Massa atom dengan massa elektron
- Massa proton dengan massa neutron
- Massa inti sebenarnya dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
- Massa atom dengan massa inti
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Massa inti sebenarnya dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
Pembahasan: Defek massa adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti dan massa inti yang terukur sebenarnya. Selisih massa ini diubah menjadi energi ikat inti.
7. Energi ikat inti adalah energi yang…
- Dibutuhkan untuk memisahkan elektron dari atom
- Dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti
- Dilepaskan selama peluruhan radioaktif
- Dibutuhkan untuk memulai reaksi fisi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti
Pembahasan: Energi ikat inti adalah energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya, atau energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti.
8. Pada reaksi fusi nuklir, dua inti ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat. Contoh reaksi fusi yang paling umum adalah penggabungan…
- Uranium dan Plutonium
- Karbon dan Oksigen
- Deuterium dan Tritium
- Helium dan Hidrogen
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Deuterium dan Tritium
Pembahasan: Reaksi fusi yang paling dikenal dan menjadi target penelitian untuk pembangkit energi adalah penggabungan isotop hidrogen, Deuterium (₁²H) dan Tritium (₁³H), membentuk Helium (₂⁴He) dan neutron.
9. Satuan standar untuk aktivitas radioaktif adalah Becquerel (Bq), yang didefinisikan sebagai…
- Satu peluruhan per menit
- Satu peluruhan per jam
- Satu peluruhan per detik
- Satu peluruhan per hari
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Satu peluruhan per detik
Pembahasan: Satu Becquerel (Bq) sama dengan satu peluruhan (transisi nuklir) per detik.
10. Partikel yang memiliki nomor massa 0 dan nomor atom -1 adalah…
- Proton
- Neutron
- Positron
- Elektron (partikel beta)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Elektron (partikel beta)
Pembahasan: Elektron (e⁻) atau partikel beta (β⁻) memiliki nomor massa 0 dan nomor atom -1 (muatan -1).
11. Dalam reaksi inti, hukum kekekalan yang selalu berlaku adalah…
- Kekekalan massa dan kekekalan energi
- Kekekalan nomor massa dan kekekalan nomor atom
- Kekekalan momentum dan kekekalan muatan
- Semua jawaban benar
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Kekekalan nomor massa dan kekekalan nomor atom
Pembahasan: Dalam setiap reaksi inti, jumlah nomor massa (A) dan jumlah nomor atom (Z) sebelum dan sesudah reaksi harus tetap sama (kekal).
12. Jika inti ₉₂²³⁸U meluruh dengan memancarkan partikel alfa, inti baru yang terbentuk adalah…
- ₉₁²³⁸Pa
- ₉₀²³⁴Th
- ₉₂²³⁴U
- ₉₃²⁴²Np
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: ₉₀²³⁴Th
Pembahasan: Ketika ₉₂²³⁸U memancarkan partikel alfa (₂⁴He), nomor atom berkurang 2 (92-2=90) dan nomor massa berkurang 4 (238-4=234). Inti yang terbentuk adalah Thorium (Th).
13. Reaksi berantai tak terkendali dapat terjadi pada…
- Pembangkit listrik tenaga nuklir
- Reaktor penelitian
- Bom atom
- Akselerator partikel
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Bom atom
Pembahasan: Reaksi berantai tak terkendali adalah prinsip dasar dari bom atom, di mana sejumlah besar energi dilepaskan dalam waktu sangat singkat.
14. Apa fungsi moderator dalam reaktor nuklir?
- Menyerap neutron berlebih
- Menghasilkan energi listrik
- Memperlambat neutron cepat menjadi neutron termal
- Mendinginkan inti reaktor
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Memperlambat neutron cepat menjadi neutron termal
Pembahasan: Moderator (seperti air berat, air ringan, atau grafit) berfungsi untuk memperlambat neutron cepat yang dihasilkan dari fisi agar menjadi neutron termal, yang lebih efektif dalam memicu fisi inti uranium lainnya.
15. Sinar gamma (γ) adalah…
- Partikel bermuatan positif
- Partikel bermuatan negatif
- Inti helium
- Gelombang elektromagnetik berenergi tinggi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Gelombang elektromagnetik berenergi tinggi
Pembahasan: Sinar gamma adalah foton berenergi tinggi, yaitu gelombang elektromagnetik, yang dipancarkan dari inti yang tereksitasi setelah peluruhan alfa atau beta.
16. Isotop adalah atom-atom yang memiliki…
- Nomor massa sama tetapi nomor atom berbeda
- Nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda
- Jumlah proton dan neutron sama
- Jumlah elektron dan proton berbeda
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda
Pembahasan: Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama (nomor atom Z sama) tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda, sehingga nomor massanya (A) berbeda.
17. Aplikasi reaksi inti dalam bidang kedokteran meliputi…
- Penciptaan vaksin baru
- Sterilisasi peralatan medis dengan suhu tinggi
- Terapi radiasi dan diagnosis pencitraan (misalnya PET scan)
- Pengembangan obat-obatan antibiotik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Terapi radiasi dan diagnosis pencitraan (misalnya PET scan)
Pembahasan: Radioisotop banyak digunakan dalam kedokteran untuk terapi radiasi (misalnya Co-60 untuk kanker) dan diagnosis (misalnya I-131 untuk tiroid, PET scan menggunakan positron emitter).
18. Jika massa sebuah inti lebih kecil dari jumlah massa nukleon penyusunnya, selisih massa ini disebut defek massa. Energi yang setara dengan defek massa ini adalah…
- Energi kinetik
- Energi potensial
- Energi ikat inti
- Energi termal
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Energi ikat inti
Pembahasan: Berdasarkan persamaan Einstein E=mc², defek massa (Δm) dikonversi menjadi energi ikat inti (ΔE = Δm c²), yang merupakan energi yang mengikat nukleon-nukleon dalam inti.
19. Reaksi inti ₁²H + ₁³H → ₂⁴He + ₀¹n adalah contoh dari…
- Reaksi fisi
- Peluruhan alfa
- Reaksi fusi
- Peluruhan beta
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Reaksi fusi
Pembahasan: Reaksi ini menggabungkan dua inti ringan (deuterium dan tritium) menjadi inti yang lebih berat (helium) dan sebuah neutron, yang merupakan ciri khas reaksi fusi.
20. Apa yang dimaksud dengan waktu paruh suatu zat radioaktif?
- Waktu yang dibutuhkan agar semua inti atom meluruh
- Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti atom radioaktif meluruh
- Waktu yang dibutuhkan untuk memulai peluruhan
- Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi maksimum
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti atom radioaktif meluruh
Pembahasan: Waktu paruh (T½) adalah waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti atom radioaktif dalam suatu sampel meluruh menjadi inti lain.
B. Isian Singkat
1. Perbedaan antara massa nukleon penyusun inti yang terpisah dengan massa inti yang terbentuk disebut…
Jawaban: Defek massa
2. Isotop uranium yang paling umum digunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor fisi nuklir adalah…
Jawaban: Uranium-235 (²³⁵U)
3. Peluruhan yang melibatkan pemancaran elektron dari inti disebut peluruhan…
Jawaban: Beta minus (β⁻)
4. Sinar yang memiliki daya tembus paling tinggi di antara sinar alfa, beta, dan gamma adalah…
Jawaban: Sinar gamma
5. Reaksi inti yang menggabungkan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat sambil melepaskan energi sangat besar disebut…
Jawaban: Fusi nuklir
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah-istilah berikut dengan definisinya yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Fisi Nuklir | Pemecahan inti berat menjadi inti lebih ringan |
| Fusi Nuklir | Penggabungan inti ringan menjadi inti lebih berat |
| Waktu Paruh | Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti zat radioaktif meluruh |
| Defek Massa | Selisih antara massa inti sebenarnya dan total massa nukleon penyusunnya |
2. Jodohkan jenis partikel/sinar dengan karakteristiknya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Partikel Alfa (α) | Inti helium (₂⁴He) |
| Partikel Beta (β⁻) | Elektron (₋₁⁰e) |
| Sinar Gamma (γ) | Gelombang elektromagnetik berenergi tinggi |
| Neutron (₀¹n) | Partikel tak bermuatan dalam inti |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan mendasar antara reaksi fisi nuklir dan reaksi fusi nuklir, termasuk contohnya.
Reaksi fisi nuklir adalah proses pemecahan inti atom berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi dan beberapa neutron. Contohnya adalah pemecahan inti Uranium-235 oleh penembakan neutron. Sementara itu, reaksi fusi nuklir adalah proses penggabungan dua inti atom ringan menjadi inti yang lebih berat, juga melepaskan energi yang sangat besar. Contohnya adalah penggabungan Deuterium dan Tritium membentuk Helium dan neutron.
2. Suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 4 jam. Jika massa awal sampel adalah 100 gram, berapa massa sampel yang tersisa setelah 12 jam?
Massa sampel yang tersisa setelah 12 jam adalah 12,5 gram.
3. Apa yang dimaksud dengan defek massa dan bagaimana kaitannya dengan energi ikat inti? Jelaskan menggunakan konsep E=mc².
Defek massa adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti atom yang terpisah dengan massa inti atom tersebut yang sebenarnya terukur. Massa inti selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon penyusunnya. Selisih massa inilah yang disebut defek massa (Δm). Menurut persamaan kesetaraan massa-energi Einstein, E=mc², defek massa ini diubah menjadi energi. Energi yang setara dengan defek massa ini disebut energi ikat inti (ΔE = Δm c²), yaitu energi yang menjaga nukleon-nukleon tetap terikat dalam inti. Semakin besar energi ikat inti per nukleon, semakin stabil inti tersebut.
4. Sebutkan dan jelaskan tiga jenis peluruhan radioaktif utama serta partikel atau gelombang yang dipancarkannya.
Tiga jenis peluruhan radioaktif utama adalah:1. **Peluruhan Alfa (α):** Inti memancarkan partikel alfa (inti helium, ₂⁴He). Nomor atom (Z) berkurang 2 dan nomor massa (A) berkurang 4.2. **Peluruhan Beta (β⁻):** Neutron dalam inti berubah menjadi proton, memancarkan elektron (β⁻ atau ₋₁⁰e) dan antineutrino. Nomor atom (Z) bertambah 1 dan nomor massa (A) tetap.3. **Peluruhan Gamma (γ):** Inti berada dalam keadaan tereksitasi setelah peluruhan alfa atau beta, kemudian melepaskan energi dalam bentuk foton berenergi tinggi (gelombang elektromagnetik) tanpa mengubah nomor atom atau nomor massa. Inti hanya berpindah ke keadaan energi yang lebih rendah.
5. Mengapa reaksi fusi nuklir sulit untuk direalisasikan sebagai sumber energi komersial di Bumi, meskipun menjanjikan energi yang sangat besar dan bersih?
Reaksi fusi nuklir memerlukan kondisi ekstrem agar dapat terjadi. Inti-inti ringan yang akan difusikan harus memiliki energi kinetik yang sangat tinggi untuk mengatasi gaya tolak Coulomb antar inti bermuatan positif. Ini berarti membutuhkan suhu yang sangat tinggi (jutaan derajat Celsius, seperti di Matahari) dan tekanan yang sangat tinggi agar inti-inti dapat bertumbukan dan bergabung. Tantangan teknologi utama adalah menciptakan dan mempertahankan plasma pada suhu dan tekanan tersebut dalam waktu yang cukup lama, serta mengendalikan dan mengekstraksi energi yang dihasilkan. Material reaktor juga harus tahan terhadap kondisi ekstrem tersebut.
