Soal dan Penyelesaian Radioaktivitas dan Fisika Inti

Soal dan Penyelesaian Fisika - Fisika Inti adalah materi yang membahas tentang partikel-partikel pembentuk inti atom yaitu proton dan neutron. Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon.
Inti atom tersusun atas :

• Proton: partikel bermuatan positif .
• Neutron: partikel tak bermuatan (netral)
• massa suatu atom terkonsentrasi pada inti atom.

Secara umum lambang atom dituliskan:\[\LARGE _ZX^A\]

• A = nomor massa
• Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar
• N = A - Z = jumlah neutron di dalam inti atom

SOAL DAN PENYELESAIAN FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS

---

Soal 1. Partikel penyusun inti atom adalah...
A. elektron dan proton
B. proton dan neutron
C. neutron dan elektron
D. proton, neutron, dan elektron
E. ion positif dan ion negatif
Penyelesaian Fisika Inti: D
Atom terdiri dari tiga partikel yaitu proton, elektron, dan neutron. Atom berbentuk bola dengan semua proton dan neutron berkumpul di dalam inti atom.

---

Soal 2. Berikut ini adalah sifat gaya inti, kecuali...
A. tolak-menolak pada jangkauan pendek
B. tarik-menarik pada jarak jauh
C. tidak dipengaruhi muatan partikel
D. menyebabkan elektron jatuh ke inti
E. gaya terkuat dari gaya yang ada pada atom
Penyelesaian Fisika Inti: D
Gaya Inti adalah gaya tarik menarik antara partikel penyusun inti dengan sifat-sifat:

• Gaya inti tidak disebabkan oleh muatan partikel atau bukan merupakan gaya listrik.
• Gaya harus jauh lebih besar dari gaya elektrostatis
• Gaya inti hanya bekerja jika kedua partikel dalam inti cukup dekat.
• Gaya inti tidak bekerja pada jarak yang sangat dekat sekali, karena pada keadaan ini akan berubah menjadi gaya tolak.
• Gaya inti antara dua partikel tidak tergantung pada jenis partikelnya. Artinya gaya inti terjadi pada proton-proton, proton-neutron, dan neutron-neutron.

---

Soal 3. Deret radioaktif alam yang nomor massanya dapat dinyatakan dalam bentuk 4n+1 adalah...
A. deret torium
B. deret neptunium
C. deret uranium
D. deret aktinium
E. deret plutonium
Penyelesaian Fisika Inti: B
Unsur-unsur radioaktif mengalami peluruhan dengan cara memancarkan sinar alfa, beta, dan gamma yang menghasilkan unsur baru yang pada umumnya juga masih bersifat radioaktif.

Unsur hasil transmutasi ini akan meluruh lebih lanjut sehingga terjadi deret peluruhan (deret radioaktif) yang berakhir setelah terbentuk unsur stabil.

Empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret thorium, neptunium, uranium, dan aktinium.

1. Deret Thorium: Deret thorium atau deret 4n dimulai dari inti induk $\small _{90}Th^{232}$ dan berakhir pada inti $\small _{83}Pb^{208}$, nomor massanya selalu kelipatan 4.
2. Deret Neptunium: Deret Neptunium atau deret (4n+1) dimulai dari induk $\small _{93}Np^{237}$ dan berakhir pada inti $\small _{83}Bi^{208}$, nomor massanya dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.
3. Deret Uranium:  Deret uranium atau deret (4n+2) dimulai dari inti induk $\small _{92}U^{238}$ dan berakhir pada $\small _{82}Pb^{206}$, nomor massanya  dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2.
4. Deret Aktinium: Deret aktinium atau deret (4n+3) dimulai dari inti induk $\small _{92}U^{235}$ dan berakhir pada $\small _{82}Pb^{207}$, nomor massanya dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 3.

---

Soal 4. Urutan berdasarkan penurunan daya tembus pada sinar-sinar radioaktif adalah...
A. alfa, beta, gamma
B. gamma, alfa, beta
C. beta, alfa, gamma
D. alfa, gamma, beta
E. gamma, beta, alfa
Penyelesaian Fisika Inti: E
Urutan berdasarkan penurunan daya tembus pada sinar-sinar radioaktif adalah gamma, beta, dan alfa.

---

Soal 5. Suatu zat radioaktif meluruh dengan waktu paruh 20 hari. Agar zat radioaktif hanya tinggal 1/8 bagian saja dari jumlah asalnya, maka diperlukan waktu peluruhan...
a. 27,5 hari
b. 30 hari
c. 40 hari
d. 48 hari
e. 60 hari
Penyelesaian Fisika Inti: E
$\begin{align*} M&=M_o\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{T_{\frac12}}}\\\frac18M_o&=M_o\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{20}}\\\left (\frac12 \right )^3&=\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{20}}\\t&=60\textrm{ hari}\end{align*}$

---

Soal 6. Apabila massa ₇Li³, ₁H¹, ₄He² berturut-turut adalah 7,016 sma; 1,008 sma; 4,003 sma; serta 1 sma = 931,5 MeV. Maka energi yang timbul pada reaksi $\small \begin{align*}_3Li^7+_1H^1\rightarrow 2._2He^4\end{align*}$ dalam satuan MeV adalah...
a. 16,77
b. 23,24
c. 34,12
d. -17,34
e. -23,14
Penyelesaian Fisika Inti: A
$\begin{align*}E&=(m_{Li}+m_H-2m_{He})\times 931,5\textrm{ MeV}\\E&=(7,016+1,008-2(4,003))\times 931,5\textrm{ MeV}\\E&=(0.018)\times 931,5\textrm{ MeV}\\E&=16,767\textrm{ MeV}\end{align*}$

---

Soal 7. Suatu bahan radioaktif memiliki konstanta peluruhan 1,386/hari. Bila aktivitas awalnya 400 Ci, maka aktivitasnya setelah dua hari adalah...
A. 25 Ci
B. 50 Ci
C. 75 Ci
D. 100 Ci
E. 200 Ci
Penyelesaian Fisika Inti: A
$\begin{align*}T_{\frac12}&=\frac{0,693}{\lambda }\\&=\frac{0,693}{1,386}=0,5\textrm{ hari}\end{align*}$
$\begin{align*}A&=A_o\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{t}{T_{\frac12}}}\\A&=400\left ( \frac{1}{2} \right )^{\frac{2}{0,5}}\\A&=400\left ( \frac{1}{8} \right )=25\textrm{ Ci}\end{align*}$  

---

Soal 8. Reaksi Fisi berantai adalah...

1. penggabungan proton dan neutron untuk membentuk inti atom
2. bergabungnya inti ringan untuk membentuk inti berat
3. pembelahan inti berat menjadi dua inti lebih ringan
4. pembelahan inti berat terus-menerus yang dipengaruhi oleh neutron-neutron yang dipancarkan oleh pembelahan inti berat lainnya
5. pembakaran uranium dalam suatu tungku khusus yang disebut reaktor atom

Penyelesaian Fisika Inti: D
Reaksi berantai adalah sederetan reaksi fisi atau reaksi pembelahan yang berlangsung spontan dan serta merta, disebabkan oleh neutron yang dilepaskan dari reaksi fisi sebelumnya bereaksi lagi dengan inti-inti yang lain

---

Soal 9. Proses ketika sebuah inti berat terpecahkan menjadi dua inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut...
A. fisi
B. fusi
C. reaksi berantai
D. transmutasi
E. peluruhan
Penyelesaian Fisika Inti: A
Proses ketika sebuah inti berat terpecahkan menjadi dua inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut reaksi fisi.

---

Soal 10. Hitunglah energi ikat per nukleon dari inti (Ne-20) jika mp=1,007 sma; mn =1,008 sma; mi= 20,000 sma; dan 1 sma = 931,5 MeV!
Penyelesaian Fisika Inti:
Ne-20 adalah unsur Neon dengan nomor atom Z=10, nomor massa A=20, sehingga jumlah neutronnya (A-Z) = 10.
Energi ikat:
$\small \begin{align*}E_i&=\left [Z{m_p}+(A-Z)m_n-m_i \right ]\times 931,5\textrm{ MeV}\\&=[10(1,007)+10(1,008)-20,000]\times 931,5\textrm{ MeV}\\&=(0,15)\times 931,5\textrm{ MeV}\\&=139,725\textrm{ MeV}\end{align*}$
Energi ikat pernukleon:
$\begin{align*}\frac{E_i}{A}&=\frac{139,725}{20}\textrm{ MeV}\\&=6,987\textrm{ MeV}\end{align*}$

---