Materi dan pembahasan soal fisika inti

MATERI FISIKA INTI

DEFEK MASSA

Yaitu berkurangnya massa inti atom karena berubah menjadi energi.



Keterangan:
Δm = defek massa.
Z = nomor atom = banyak proton/elektron.
N = banyak neutron.
ΣmP = jumlah massa proton.
ΣmN = jumlah massa neutron.
mi = massa inti.

ENERGI IKAT

Adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan partikel-partikel penyusun inti menjadi partikel-partikel terpisah.

REAKSI INTI

Secara umum reaksi inti dinotasikan dengan:
A + X → B + Y + E
Dengan E menyatakan energi reaksi. Besar energi reaksi:



Keterangan:
mA = massa partikel A
mY = massa partikel Y
mB = massa partikel B
mX = massa partikel X

RADIOAKTIVITAS

Yaitu peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa, partikel beta, atau radiasi gamma. Sinar-sinar yang dipancarkan disebut sinar radioaktif. Sedangkan, zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut zat radioaktif.



Dengan T1/2 = waktu paruh dan λ = konstanta peluruhan.
Dengan mengetahui waktu paruh, jumlah inti radioaktif dan aktivitas dapat ditentukan.



Keterangan:
N = jumlah inti yang tersisa.
N0 = jumlah inti mula-mula.
A = aktivitas radioaktif (Bq).
A0 = aktivitas radioaktif mula-mula (Bq).
t = waktu.
T1/2 = waktu paruh.

Suatu keping tipis jika diterobos sinar radioaktif maka intensitas sinar tersebut (I) setelah meninggalkan keping akan berkurang.



Keterangan:
I = intensitas akhir.
I0 = intensitas mula-mula.
d = tebal lapisan.
HVL = 0,693 / µ = Lapisan harga paruh.
µ = koefisien pelemahan.

MANFAAT ZAT RADIOAKTIF

Bidang kedokteran

1) Pengujian fungsi kelenjar gondok dengan isotop I-131, I-123, atau Tc-99
2) Mensterilkan alat-alat kesehatan dan membunuh sel-sel kanker dengan radioisotop Co-60
3) Mendeteksi kerusakan jantung dengan Tc-99 dan Ti-201.
4) Mendeteksi penyumbatan dalam peredaran darah dengan menggunakan larutan garam yang mengandung Na-24.
5) Mendeteksi kerusakan tulang dan paru-paru dengan menggunakan radioisotop Tc-99
6) Uji faal ginjal dengan menggunakan isotop I-131.

Bidang pertanian dan peternakan

1) Pemuliaan tanaman untuk menghasilkan bibit unggul dengan teknologi iradiasi bibit tanaman.
2) Pengendalian hama tanaman yaitu menjadikan hama jantan yang steril (mandul).
3) Menghasilkan makanan tambahan ternak yang dapat meningkatkan berat badan ternak.
4) Menghasilkan vaksin untuk mencegah penyakit berak darah pada ayam.

Bidang industri

1) Sebagai perunut yaitu untuk mengamati kebocoran tangki dan pipa serta mengamati kebocoran bendungan.
2) Untuk mengetahui keretakan pada pesawat terbang dan gedung.
3) Untuk vulkanisir karet alam, pelapisan permukaan kayu, serta pembuatan zat aditif untuk industri sepatu.

Bidang arkeologi

Mengatur umur fosil dan benda-benda purbakala dengan menggunakan radioisotop C-14.

Bidang hidrologi

1) Mempelajari kecepatan aliran sungai.
2) Mengetahui rembesan air laut ke darat.
3) Mengukur pendangkalan di pelabuhan, danau, dan sungai.

Contoh soal fisika inti dan pembahasan

Pembahasan soal defek massa

Nomor 1
Massa inti atom 20Ca40 adalah 40,078 sma. Jika massa proton = 1,0078 sma dan neutron = 1,0087 sma, defek massa pembentukan 20Ca40 adalah.....
A. 0,165 sma
B. 0,252 sma
C. 0,262 sma
D. 0,320 sma
E. 0,330 sma

Pembahasan:
Diketahui:
Z = 20
A = 40
N = A – Z = 40 – 20 = 20
mi = 40,078 sma
mP = 1,0078 sma
mN = 1,0087
Ditanya: Δm = ...
Jawab:
Δm = [(Z . mP + N . mN) – mi]
Δm = [(20 . 1,0078 + 20 . 1,0087) – 40,078]
Δm = (20,156 + 20,174) – 40,078
Δm = 40,33 – 40,078 = 0,252 sma

Pembahasan soal energi ikat inti

Apabila massa inti 6C12 = 12, massa proton = 1,00783 sma, dan massa neutron = 1,008665 sma (1 sma = 931 MeV), maka energi ikat inti tersebut adalah...
A. 41,107 MeV
B. 47,110 MeV
C. 72,141 MeV
D. 92,141 MeV
E. 107,92 MeV

Pembahasan:
Diketahui:
mP = 1,00783 sma
mN = 1,008665 sma
m 6C12 = 12 sma
Ditanya: E = ...
a. Terlebih dahulu hitung Δm.
Δm = [(Z . mP + N . mN) – mi]
Δm = [(6 . 1,00783 + 6 . 1,008665) – 12]
Δm = (6,04698 + 6,05199) – 12
Δm = 12,09897– 12 = 0,09897 sma
b. Menghitung E.
E = Δm . 931 MeV = 0,09897 . 931 MeV
E = 92,141 MeV
Jawaban: D

Pembahasan soal energi reaksi inti

Nomor1
Perhatikan reaksi fusi berikut.
1H1 + 1H1→ 1H2 + 1e0 + E
Jika massa atom 1H1 = 1,009 sma, 1H2 = 2,014 sma, 1e0 = 0,006 sma dan 1 sma setara dengan energi 931 MeV, maka energi yang dihasilkan dari reaksi ini adalah.....
A. 1,862 MeV
B. 1,892 MeV
C. 1,982 MeV
D. 2,289 MeV
E. 2,298 MeV

Pembahasan:
Diketahui:
m 1H1 = 1,009 sma
m 1d2 = 2,014 sma
m 1e0 = 0,006 sma
Ditanya: E = ...
Jawab:
E = [(m 1H1 + m 1H1) – (m 1d2 + m 1e0)] 931 MeV
E = [(1,009 + 1,009) – (2,014 + 0,006)] 931 MeV
E = (2,018 – 2,02) 931 MeV
E = – 0,002 . 931 MeV = – 1,862 MeV
Jawaban: A

Nomor 2
Jika Nitrogen ditembak dengan partikel alfa , maka dihasilkan sebuah inti Oksigen dan sebuah proton seperti terlihat pada reaksi inti berikut ini:
2H4 + 7N14 → 8O17 + 1H1
Diketahui massa inti :
2H4 = 4,00260 sma
7N14 = 14,00307 sma
8O17 = 16,99913 sma
1H1 = 1,00783 sma
Jika 1 sma setara dengan energi 931 Mev, maka pada reaksi diatas....
A. dihasilkan energi 1,20099 Mev
B. diperlukan energi 1,20099 Mev
C. dihasilkan energi 1,10000 Mev
D. diperlukan energi 1,10000 Mev
E. diperlukan energi 1,00783 Mev

Pembahasan:
Diketahui: lihat soal
Ditanya: E = ...
Jawab:
E = = [(m 2H4 + m 7N14) – (m 8O17 + m 1H1)] 931 MeV
E = [(4,00260 + 14,00307) – (16,99913 + 1,00783)] 931 MeV
E = (18,00567 – 18,00696) 931 MeV
E = – 1,20099 (memerlukan energi)
Jawaban: B

Nomor 3
Pada saat 2α4 ditembakkan kepada atom 7N14 dihasilkan proton sebagaimana reaksi:
2α4 + 7N14 → 1p1 + X
Jumlah proton dan neutron atom X adalah...
A. 7 dan 9
B. 8 dan 9
C. 9 dan 9
D. 9 dan 7
E. 9 dan 9

Pembahasan:
Pada reaksi inti berlaku hukum kekekalan nomor atom dan nomor massa (jumlah nomor atom pereaksi = jumlah nomor atom hasil dan jumlah nomor massa pereaksi = jumlah nomor massa hasil) sehingga nomor atom dan nomor massa X adalah:
2α4 + 7N14 → 1p1 + 8X17
Jumlah proton X = 8
Jumlah neutron X = 17 – 8 = 9
Jawaban: b

Pembahasan soal waktu paruh

Nomor 1
Massa unsur radioaktif suatu fosil ketika ditemukan adalah 0,5 gram. Diperkirakan massa unsur radioaktif yang dikandung mula -mula adalah 2 gram. Jika waktu paruh unsur radioaktif tersebut 6000 tahun maka umur fosil tersebut adalah....
A. 18.000 tahun
B. 12.000 tahun
C. 9.000 tahun
D. 6.000 tahun
E. 2.000 tahun



Nomor 2
Suatu unsur radioaktif mempunyai massa 10 gram dan waktu paruh 30 menit. Banyaknya zat radioaktif yang meluruh sesudah 2 jam adalah...
A. 0,625 gram
B. 1,250 gram
C. 2,500 gram
D. 8,750 gram
E. 9,375 gram



Nomor 3
Setelah 40 hari massa suatu bahan radioaktif tinggal 1/32 massa semula, berarti waktu paruh bahan tersebut adalah...
A. 2 hari
B. 8 hari
C. 32 hari
D. 64 hari
E. 120 hari



Nomor 4
Perhatikan grafik peluruhan zat radioaktif dibawah ini.

Besar koefisien peluruhan adalah...
A. 0,0189 per hari
B. 0,0350 per hari
C. 0,0693 per hari
D. 0,6930 per hari
E. 34,650 per hari



Nomor 5
Seberkas sinar gamma melewati suatu lapisan setebal 1 cm dengan koefisien pelemahan 0,693 per cm. Jika intensitas sinar mula-mula = I0, maka intensitas sinar gamma yang diserap lapisan adalah...
A. 0,1 I0
B. 0,2 I0
C. 0,5 I0
D. 0,8 I0
E. 1,0 I0

 

Soal latihan fisika inti

No. 1
Massa inti 6C12 = 12,00 sma, massa proton dan neutron masing-masing 1,0078 sma dan 1,0087 sma. Defek massa dalam pembentukan inti 6C12 adalah...
A. 24,099 sma
B. 12,099 sma
C. 6,0516 sma
D. 6,0468 sma
E. 0,099 sma

No. 2

Massa inti 4Be9 = 9,0121 sma, massa proton = 1,0078 sma, dan massa neutron = 1,0087 sma. Bila 1 sma setara dengan energi sebesar 931 MeV, maka energi ikat atom 4Be9 adalah...
A. 51,39 MeV
B. 58,28 MeV
C. 62,10 MeV
D. 90,12 MeV
E. 90,74 MeV

No. 3

Apabila massa 1H3 = 3,016 sma, massa proton = 1,008 sma, massa neutron = 1,009 sma, dan 1 sma setara dengan 931 MeV, maka energi ikat inti 1H3 adalah...
A. 9,31 MeV
B. 93,10 MeV
C. 930,07 MeV
D. 2817,21 MeV
E. 5625,10 MeV

No. 4

Perhatikan reaksi fusi di bawah ini!
1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + Q
Jika : m H-2 = 2,01400 sma; m H-3 = 2,016000 sma; m He-4 = 4,002600 sma; m n = 1,008665 sma. Banyaknya energi yang dibebaskan reaksi adalah....
A. 774,4 MeV
B. 767,5 MeV
C. 931,5 MeV
D. 1568,4 MeV
E. 1862,2 MeV

No. 5

Inti atom yang terbentuk memenuhi reaksi fusi berikut di bawah ini:
1P1 + 1P1 → 1d2 + 1e0 + E
Diketahui :
Massa proton [1P1] = 1,0078 sma.
Massa deutron [1d2] = 2,01410 sma.
Massa elektron [1e0] = 0,00055 sma.
Nilai E (energi yang dibebaskan) pada reaksi fusi diatas adalah…..
A. 0,44 MeV
B. 0,68 MeV
C. 0,88 MeV
D. 1,02 MeV
E. 1,47 MeV