Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Fisika Fusi! 32 Soal Latihan Lengkap & Kunci Jawaban Dijamin Paham!
Pilihan Ganda
1. 1. Apa yang dimaksud dengan reaksi fusi nuklir?
A. Pemecahan inti atom berat menjadi inti yang lebih ringan.
B. Penggabungan inti atom ringan menjadi inti yang lebih berat.
C. Perubahan inti atom menjadi energi murni.
D. Pelepasan elektron dari inti atom.
2. 2. Reaksi fusi yang paling umum terjadi di Matahari adalah penggabungan inti hidrogen menjadi inti…
A. Karbon
B. Oksigen
C. Helium
D. Litium
3. 3. Agar reaksi fusi dapat terjadi, diperlukan suhu yang sangat tinggi. Mengapa demikian?
A. Untuk mempercepat pergerakan neutron.
B. Untuk mengatasi gaya tolak-menolak elektrostatik antar inti.
C. Untuk meningkatkan massa inti yang bereaksi.
D. Untuk mengurangi energi aktivasi reaksi.
4. 4. Dua isotop hidrogen yang paling sering digunakan dalam reaksi fusi di laboratorium adalah…
A. Protium dan Deuterium
B. Deuterium dan Tritium
C. Tritium dan Protium
D. Deuterium dan Helium
5. 5. Energi yang dilepaskan dalam reaksi fusi berasal dari…
A. Perubahan massa menjadi energi (sesuai E=mc²).
B. Pelepasan elektron dari atom.
C. Perubahan energi potensial gravitasi.
D. Pembentukan ikatan kimia baru.
6. 6. Gaya apakah yang bertanggung jawab untuk menyatukan inti-inti atom dalam reaksi fusi?
A. Gaya gravitasi
B. Gaya elektromagnetik
C. Gaya nuklir kuat
D. Gaya nuklir lemah
7. 7. Materi pada kondisi suhu sangat tinggi yang diperlukan untuk fusi disebut…
A. Gas
B. Cairan
C. Padatan
D. Plasma
8. 8. Perangkat berbentuk donat yang digunakan untuk menampung plasma panas dalam medan magnet kuat untuk tujuan fusi disebut…
A. Reaktor fisi
B. Tokamak
C. Partikel akselerator
D. Kalorimeter
9. 9. Jika massa total produk reaksi fusi lebih kecil dari massa total reaktan, selisih massa ini disebut…
A. Massa atom relatif
B. Defek massa
C. Massa kritis
D. Massa jenis
10. 10. Reaksi fusi Deuterium (²₁H) + Tritium (³₁H) → Helium (⁴₂He) + neutron (¹₀n) melepaskan energi sekitar 17,6 MeV. Ini adalah salah satu reaksi fusi yang paling potensial karena…
A. Menghasilkan produk yang sangat stabil.
B. Membutuhkan suhu aktivasi yang relatif lebih rendah.
C. Tritium sangat melimpah di alam.
D. Neutron yang dihasilkan mudah ditangkap.
11. 11. Perbedaan utama antara fusi dan fisi nuklir adalah…
A. Fusi membutuhkan suhu rendah, fisi suhu tinggi.
B. Fusi menggabungkan inti, fisi memecah inti.
C. Fusi menghasilkan limbah radioaktif, fisi tidak.
D. Fusi terjadi di reaktor, fisi di matahari.
12. 12. Manakah pernyataan yang benar mengenai produk sampingan reaksi fusi D-T?
A. Menghasilkan limbah radioaktif berumur panjang.
B. Menghasilkan helium yang stabil dan neutron.
C. Menghasilkan produk yang tidak berbahaya sama sekali.
D. Menghasilkan isotop uranium.
13. 13. Kurva energi ikat per nukleon menunjukkan bahwa reaksi fusi melepaskan energi ketika…
A. Inti ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat menuju puncak kurva (Fe).
B. Inti berat terpecah membentuk inti yang lebih ringan menuju puncak kurva (Fe).
C. Inti ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat menjauhi puncak kurva.
D. Inti berat terpecah membentuk inti yang lebih ringan menjauhi puncak kurva.
14. 14. Salah satu tantangan dalam pengembangan reaktor fusi D-T adalah ketersediaan Tritium. Mengapa?
A. Tritium sangat mahal untuk diproduksi.
B. Tritium adalah unsur yang sangat langka di Bumi.
C. Tritium memiliki waktu paruh yang sangat pendek.
D. Tritium adalah gas mulia yang sulit ditangani.
15. 15. Metode fusi yang menggunakan laser berkekuatan tinggi untuk mengkompresi dan memanaskan target kecil bahan bakar fusi disebut…
A. Fusi kurungan magnetik
B. Fusi kurungan inersia
C. Fusi dingin
D. Fusi gravitasi
16. 16. Dalam penelitian fusi, kondisi ‘break-even’ (Q=1) tercapai ketika…
A. Energi yang dihasilkan fusi sama dengan energi yang dimasukkan untuk memanaskan plasma.
B. Energi yang dihasilkan fusi lebih besar dari energi yang dimasukkan.
C. Reaksi fusi dapat dipertahankan secara berkelanjutan.
D. Tidak ada energi yang dibutuhkan untuk memulai reaksi fusi.
17. 17. Proyek kolaborasi internasional terbesar di bidang fusi nuklir yang sedang dibangun di Prancis adalah…
A. JET
B. NIF
C. ITER
D. KSTAR
18. 18. Mengapa energi fusi dianggap sebagai sumber energi masa depan yang sangat menjanjikan?
A. Bahan bakarnya sangat melimpah dan murah.
B. Menghasilkan limbah radioaktif berumur pendek.
C. Prosesnya sangat efisien dan mudah dikendalikan.
D. Semua jawaban di atas benar.
19. 19. Selain suhu tinggi, syarat lain agar fusi dapat terjadi adalah…
A. Tekanan sangat rendah
B. Tekanan sangat tinggi
C. Kehadiran katalis kimia
D. Medan listrik yang kuat
20. 20. Hingga saat ini, reaktor fusi komersial yang menghasilkan listrik secara berkelanjutan…
A. Sudah beroperasi di beberapa negara maju.
B. Sedang dalam tahap pengujian akhir.
C. Belum ada, masih dalam tahap penelitian dan pengembangan.
D. Hanya ada di film fiksi ilmiah.
Isian Singkat
1. 1. Isotop hidrogen yang memiliki satu proton dan dua neutron disebut __________.
2. 2. Satuan energi yang sering digunakan dalam fisika nuklir, setara dengan 1,602 × 10⁻¹³ Joule, adalah __________.
3. 3. Proses di mana atom kehilangan elektronnya akibat suhu tinggi, membentuk plasma, disebut __________.
4. 4. Gaya tolak-menolak antara inti atom bermuatan positif disebut gaya __________.
5. 5. Konsep yang mengukur seberapa efisien sebuah reaktor fusi dalam menghasilkan energi dibandingkan dengan energi yang dimasukkan adalah __________.
Uraian
1. 1. Jelaskan secara ringkas perbedaan mendasar antara reaksi fusi nuklir dan reaksi fisi nuklir, termasuk contoh aplikasinya masing-masing.
2. 2. Sebutkan dan jelaskan dua kondisi utama yang harus dipenuhi agar reaksi fusi nuklir dapat terjadi secara berkelanjutan di laboratorium.
3. 3. Mengapa energi fusi nuklir dianggap sebagai ‘energi masa depan’ yang menjanjikan, meskipun pengembangannya menghadapi banyak tantangan? Sebutkan setidaknya tiga keuntungan utamanya.
4. 4. Jelaskan konsep defek massa dan bagaimana hal itu berkaitan dengan pelepasan energi dalam reaksi fusi nuklir.
5. 5. Sebutkan dan jelaskan secara singkat dua pendekatan utama untuk mengurung plasma dalam reaktor fusi.
Mencocokkan
1. 1. Pasangkan istilah di kolom kiri dengan deskripsi yang tepat di kolom kanan.
- A. Deuterium
- B. Plasma
- C. Tokamak
- D. Defek Massa
Pilih pasangan yang benar:
- 1. Kondisi materi terionisasi pada suhu sangat tinggi.
- 2. Isotop hidrogen dengan satu neutron.
- 3. Perangkat fusi kurungan magnetik berbentuk donat.
- 4. Selisih massa yang diubah menjadi energi dalam reaksi nuklir.
2. 2. Pasangkan konsep di kolom kiri dengan karakteristiknya di kolom kanan.
- A. Fusi Nuklir
- B. Fisi Nuklir
- C. Q-faktor > 1
- D. E = mc²
Pilih pasangan yang benar:
- 1. Reaksi pemecahan inti atom berat.
- 2. Persamaan yang menghubungkan massa dan energi.
- 3. Reaksi penggabungan inti atom ringan.
- 4. Kondisi di mana reaktor fusi menghasilkan energi bersih.
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Reaksi fusi nuklir adalah proses di mana dua atau lebih inti atom ringan bergabung membentuk inti atom yang lebih berat, melepaskan energi yang sangat besar.
2. C
Pembahasan: Di Matahari, reaksi fusi utama adalah siklus proton-proton, di mana inti hidrogen (proton) bergabung membentuk inti helium.
3. B
Pembahasan: Suhu tinggi memberikan energi kinetik yang cukup bagi inti-inti bermuatan positif untuk mengatasi gaya tolak-menolak Coulomb (elektrostatik) dan mendekat cukup dekat agar gaya nuklir kuat dapat bekerja.
4. B
Pembahasan: Reaksi fusi Deuterium-Tritium (D-T) adalah yang paling menjanjikan karena memiliki penampang lintang reaksi terbesar pada suhu yang ‘relatif’ lebih rendah dibandingkan reaksi fusi lainnya.
5. A
Pembahasan: Dalam reaksi fusi, total massa produk sedikit lebih kecil dari total massa reaktan. Selisih massa ini (defek massa) diubah menjadi energi sesuai dengan persamaan relativitas Einstein, E=mc².
6. C
Pembahasan: Gaya nuklir kuat adalah gaya fundamental yang paling kuat, bekerja pada jarak yang sangat pendek untuk mengikat proton dan neutron di dalam inti atom, mengatasi gaya tolak-menolak elektrostatik antar proton.
7. D
Pembahasan: Pada suhu ekstrem yang dibutuhkan untuk fusi, atom-atom terionisasi, membentuk gas elektron bebas dan inti atom, yang dikenal sebagai plasma.
8. B
Pembahasan: Tokamak adalah jenis perangkat fusi magnetis yang paling banyak diteliti, menggunakan medan magnet kuat untuk mengurung plasma.
9. B
Pembahasan: Defek massa adalah perbedaan antara massa total nukleon penyusun inti dan massa inti atom itu sendiri, yang diubah menjadi energi ikat inti. Dalam konteks reaksi, ini adalah selisih massa sebelum dan sesudah reaksi yang menjadi energi.
10. B
Pembahasan: Reaksi D-T memiliki penampang lintang reaksi terbesar pada energi terendah (suhu paling rendah) dibandingkan dengan reaksi fusi lainnya yang praktis.
11. B
Pembahasan: Fusi adalah penggabungan inti ringan, sedangkan fisi adalah pemecahan inti berat.
12. B
Pembahasan: Reaksi D-T menghasilkan helium (⁴₂He) yang stabil dan neutron (¹₀n). Neutron ini dapat menginduksi radioaktivitas pada dinding reaktor, tetapi bukan limbah radioaktif berumur panjang seperti pada fisi.
13. A
Pembahasan: Inti-inti ringan memiliki energi ikat per nukleon yang lebih rendah. Ketika mereka bergabung membentuk inti yang lebih berat (menuju puncak kurva di sekitar Fe-56), energi ikat per nukleon meningkat, dan selisih energinya dilepaskan.
14. B
Pembahasan: Tritium (³₁H) adalah isotop radioaktif hidrogen dengan waktu paruh sekitar 12,3 tahun dan sangat langka di alam. Ini harus diproduksi dari litium di dalam reaktor fusi itu sendiri.
15. B
Pembahasan: Fusi kurungan inersia (ICF) melibatkan penggunaan laser atau berkas partikel untuk memampatkan dan memanaskan pelet bahan bakar fusi hingga kondisi yang diperlukan untuk reaksi fusi.
16. A
Pembahasan: Break-even (Q=1) adalah titik di mana energi termal yang dihasilkan oleh reaksi fusi di dalam plasma sama dengan energi yang dimasukkan untuk memanaskan plasma tersebut.
17. C
Pembahasan: ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) adalah proyek reaktor fusi tokamak eksperimental raksasa yang bertujuan untuk menunjukkan kelayakan ilmiah dan teknologi energi fusi.
18. A
Pembahasan: Bahan bakar fusi (Deuterium) melimpah di air laut, dan Tritium dapat diproduksi dari Litium. Meskipun ada tantangan teknis, potensi bahan bakar melimpah dan limbah relatif aman menjadikannya menjanjikan.
19. B
Pembahasan: Tekanan sangat tinggi diperlukan untuk menjaga inti-inti tetap berdekatan dan meningkatkan probabilitas tumbukan yang menghasilkan fusi, terutama dalam kurungan inersia. Dalam kurungan magnetik, kerapatan partikel yang tinggi juga penting.
20. C
Pembahasan: Meskipun ada kemajuan signifikan, reaktor fusi komersial yang dapat menghasilkan listrik secara berkelanjutan dan efisien belum ada. Ini masih merupakan area penelitian dan pengembangan intensif.
Isian Singkat
1. Tritium
2. Mega elektron Volt (MeV)
3. Ionisasi
4. Coulomb (atau elektrostatik)
5. Q-faktor
Uraian
1. Reaksi fusi nuklir adalah proses penggabungan dua atau lebih inti atom ringan (misalnya hidrogen) menjadi inti yang lebih berat, melepaskan energi yang sangat besar. Contoh aplikasi alami adalah Matahari dan bintang-bintang. Aplikasi buatan manusia sedang dalam tahap pengembangan untuk pembangkit listrik. Sebaliknya, reaksi fisi nuklir adalah proses pemecahan inti atom berat (misalnya uranium atau plutonium) menjadi inti-inti yang lebih ringan, juga melepaskan energi. Contoh aplikasi fisi adalah pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini dan bom atom. Perbedaan utamanya terletak pada jenis inti yang terlibat (ringan vs. berat) dan prosesnya (penggabungan vs. pemecahan).
2. Dua kondisi utama adalah: 1. Suhu Sangat Tinggi: Diperlukan suhu puluhan hingga ratusan juta Kelvin (atau setara dengan puluhan keV energi kinetik). Suhu ekstrem ini memberikan energi kinetik yang cukup bagi inti-inti atom bermuatan positif untuk mengatasi gaya tolak-menolak elektrostatik (gaya Coulomb) dan mendekat cukup dekat sehingga gaya nuklir kuat dapat bekerja dan menyatukan inti. 2. Kerapatan dan Waktu Kurungan yang Cukup (Kriteria Lawson): Plasma harus memiliki kerapatan yang cukup tinggi (jumlah partikel per volume) dan harus dikurung (dipertahankan pada suhu tinggi) untuk waktu yang cukup lama. Ini memastikan bahwa ada cukup banyak tumbukan antar inti yang menghasilkan fusi sebelum plasma mendingin atau menghilang.
3. Energi fusi nuklir dianggap menjanjikan karena: 1. Bahan Bakar Melimpah: Deuterium dapat diekstraksi dari air laut dalam jumlah yang hampir tak terbatas. Tritium, meskipun langka, dapat diproduksi di dalam reaktor dari litium, yang juga cukup melimpah. 2. Limbah Radioaktif Minimal dan Berumur Pendek: Reaksi fusi menghasilkan helium yang stabil dan neutron. Meskipun neutron dapat menginduksi radioaktivitas pada material dinding reaktor, limbah yang dihasilkan jauh lebih sedikit dan memiliki waktu paruh yang jauh lebih pendek dibandingkan limbah fisi nuklir, sehingga lebih mudah dikelola. 3. Keamanan Inheren: Reaksi fusi tidak melibatkan reaksi berantai seperti fisi. Jika ada gangguan atau kegagalan, plasma akan mendingin dan reaksi akan berhenti secara otomatis, tanpa risiko peleburan inti atau pelepasan bahan radioaktif secara besar-besaran.
4. Defek massa adalah perbedaan antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun sebuah inti atom dan massa inti atom itu sendiri. Massa inti yang terikat selalu lebih kecil daripada jumlah massa nukleon-nukleon penyusunnya secara terpisah. Selisih massa ini, yang disebut defek massa (Δm), diubah menjadi energi ikat inti sesuai dengan persamaan relativitas Einstein, E = Δmc². Dalam konteks reaksi fusi, ketika inti-inti ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat, massa total produk reaksi sedikit lebih kecil daripada massa total reaktan. Selisih massa ini adalah defek massa reaksi, dan energi yang setara dengan defek massa tersebut dilepaskan sebagai energi kinetik partikel produk dan radiasi, menjadikan reaksi fusi sebagai sumber energi yang sangat kuat.
5. Dua pendekatan utama adalah: 1. Kurungan Magnetik (Magnetic Confinement Fusion – MCF): Metode ini menggunakan medan magnet yang sangat kuat untuk mengurung dan mengisolasi plasma panas dari dinding reaktor. Karena plasma terdiri dari partikel bermuatan (ion dan elektron), mereka dapat dikendalikan oleh medan magnet, dipaksa bergerak dalam lintasan spiral di sepanjang garis medan magnet. Tokamak adalah contoh paling umum dari perangkat kurungan magnetik, yang menciptakan medan magnet berbentuk donat untuk menjaga plasma tetap stabil. 2. Kurungan Inersia (Inertial Confinement Fusion – ICF): Metode ini melibatkan penggunaan berkas laser atau berkas partikel berenergi tinggi untuk memanaskan dan mengkompresi pelet kecil bahan bakar fusi (biasanya D-T) hingga kerapatan dan suhu ekstrem. Kompresi yang sangat cepat ini menciptakan kondisi fusi untuk waktu yang sangat singkat (beberapa nanodetik) sebelum pelet meledak. ‘Inersia’ mengacu pada fakta bahwa bahan bakar tetap dikurung oleh inersia massa sendiri selama waktu reaksi yang singkat.
Mencocokkan
1. A-2, B-1, C-3, D-4
2. A-3, B-1, C-4, D-2