Radioaktivitas merupakan salah satu materi penting dalam fisika modern yang sering muncul dalam ujian dan latihan soal SMP, SMA, hingga tingkat perguruan tinggi. Radioaktif berkaitan dengan peluruhan inti atom yang tidak stabil menjadi inti atom yang lebih stabil disertai pelepasan radiasi berupa partikel alfa, beta, atau sinar gamma. Memahami konsep ini sangat penting karena penerapannya luas, mulai dari energi nuklir, kedokteran nuklir, hingga penelitian fisika partikel. Artikel ini akan menyajikan 15 contoh soal radioaktif fisika lengkap dengan pembahasan, sehingga pembaca dapat memahami konsep, rumus, dan penerapan secara menyeluruh.
Baca juga:Download Contoh Soal MAPSI SD Lengkap untuk Kelas 4, 5,
1. Soal Radioaktif Dasar
Soal: Sebuah inti radioaktif memiliki waktu paruh 2 jam. Jika awalnya terdapat 80 gram, tentukan sisa inti setelah 6 jam.
Pembahasan:
Rumus sisa inti: N = N₀ × (1/2)^(t/T), dengan T = waktu paruh, t = waktu.
N = 80 × (1/2)^(6/2) = 80 × (1/2)^3 = 80 × 1/8 = 10 gram.
2. Menghitung Waktu Paruh
Soal: Dari 200 gram unsur radioaktif, hanya tersisa 25 gram setelah 12 jam. Tentukan waktu paruhnya.
Pembahasan:
Gunakan N = N₀ × (1/2)^(t/T) → 25 = 200 × (1/2)^(12/T) → 1/8 = (1/2)^(12/T) → (1/2)^3 = (1/2)^(12/T) → 12/T = 3 → T = 4 jam.
3. Aktivitas Radioaktif
Soal: Sebuah sampel memiliki 160 gram dengan waktu paruh 8 jam. Hitung aktivitas awal (A₀) jika λ = ln2/T.
Pembahasan:
λ = ln2 / 8 = 0,08664 jam⁻¹. Aktivitas: A = λ N → A₀ = 0,08664 × 160 = 13,86 gram/jam (atau disesuaikan dalam satuan Bq jika N dalam jumlah inti).
4. Soal Peluruhan Alfa
Soal: Inti Uranium-238 mengalami peluruhan alfa. Tulis reaksi peluruhan dan tentukan inti hasil.
Pembahasan:
Peluruhan alfa: ²³⁸U → ⁴He + ²³⁴Th. Inti hasil adalah Thorium-234.
5. Soal Peluruhan Beta
Soal: Inti Carbon-14 mengalami peluruhan beta. Tentukan inti hasilnya.
Pembahasan:
Peluruhan beta: ¹⁴C → ¹⁴N + e⁻ + ν̅ₑ. Inti hasil adalah Nitrogen-14.
6. Radioaktif dan Energi Peluruhan
Soal: 1 gram inti Polonium-210 melepaskan energi total 5,3 × 10¹³ J. Tentukan energi rata-rata per inti jika jumlah inti ≈ 2,5 × 10²¹.
Pembahasan:
Energi per inti: E = 5,3 × 10¹³ / 2,5 × 10²¹ ≈ 2,12 × 10⁻⁸ J.
7. Soal Campuran Radioaktif
Soal: Sebuah sampel mengandung dua isotop radioaktif A dan B dengan waktu paruh masing-masing 2 jam dan 4 jam. Hitung sisa masing-masing setelah 4 jam jika awalnya masing-masing 80 gram.
Pembahasan:
A: N = 80 × (1/2)^(4/2) = 80 × (1/2)^2 = 20 gram.
B: N = 80 × (1/2)^(4/4) = 80 × (1/2)^1 = 40 gram.
8. Soal Radioaktif dan Aktivitas Campuran
Soal: Hitung aktivitas total dari campuran isotop di atas jika λ₁ = ln2/2, λ₂ = ln2/4.
Pembahasan:
λ₁ = 0,3466 jam⁻¹, λ₂ = 0,1733 jam⁻¹.
A_total = λ₁ N₁ + λ₂ N₂ = 0,3466 × 20 + 0,1733 × 40 = 6,932 + 6,932 ≈ 13,864 unit.
9. Radioaktif dan Setengah Umur
Soal: Jika setengah jumlah awal inti tersisa setelah 5 jam, tentukan waktu paruhnya.
Pembahasan:
N/N₀ = 1/2 → t = T → waktu paruh = 5 jam.
10. Soal Peluruhan Beruntun
Soal: Inti X mengalami peluruhan alfa menjadi Y, yang kemudian meluruh beta menjadi Z. Tuliskan persamaan lengkap.
Pembahasan:
X → Y + ⁴He, Y → Z + e⁻ + ν̅ₑ. Misalnya ²³⁸U → ²³⁴Th → ²³⁴Pa.
11. Soal Menghitung Jumlah Inti Sisa
Soal: 50 gram unsur radioaktif dengan waktu paruh 10 jam, berapa jumlah inti setelah 30 jam?
Pembahasan:
N = 50 × (1/2)^(30/10) = 50 × (1/2)^3 = 50 × 1/8 = 6,25 gram.
12. Soal Aktivitas dan Radioaktif Sisa
Soal: Aktivitas awal 500 Bq, waktu paruh 5 jam. Hitung aktivitas setelah 15 jam.
Pembahasan:
A = A₀ × (1/2)^(t/T) = 500 × (1/2)^(15/5) = 500 × (1/2)^3 = 500 × 1/8 = 62,5 Bq.
13. Soal Radioaktif dan Dosis Energi
Soal: Sebuah inti melepaskan energi 3 × 10⁻¹³ J tiap peluruhan. Jika 2 × 10¹⁵ inti meluruh, hitung total energi yang dilepaskan.
Pembahasan:
E_total = 3 × 10⁻¹³ × 2 × 10¹⁵ = 6 × 10² J.
14. Soal Radioaktif Menggunakan Logaritma
Soal: Jika jumlah inti berkurang menjadi 1/16 dari jumlah awal, berapa kali waktu paruh telah berlalu?
Pembahasan:
N/N₀ = (1/2)^n → 1/16 = (1/2)^n → n = 4. Artinya, waktu yang berlalu = 4 × T.
15. Soal Radioaktif Kombinasi Alfa, Beta, dan Waktu Paruh
Soal: Inti A mengalami peluruhan alfa dan memiliki waktu paruh 3 jam. Jika 24 gram awal tersisa 3 gram, tentukan jumlah waktu yang telah berlalu.
Pembahasan:
N = N₀ × (1/2)^(t/T) → 3 = 24 × (1/2)^(t/3) → 1/8 = (1/2)^(t/3) → (1/2)^3 = (1/2)^(t/3) → t/3 = 3 → t = 9 jam.
Baca juga:Rektor Universitas Teknokrat Indonesia Nasrullah Yusuf Lantik Lilik Ariyanto Ketua Program Studi Teknik Sipil
Kesimpulan
Dari 15 contoh soal radioaktif fisika lengkap dengan pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa pemahaman konsep waktu paruh, peluruhan alfa, beta, gamma, aktivitas radioaktif, dan jumlah inti sisa sangat penting dalam memecahkan berbagai soal fisika. Soal-soal ini menunjukkan penerapan rumus dasar N = N₀ × (1/2)^(t/T) dan A = λN secara berulang. Latihan soal ini membantu siswa memahami pola peluruhan radioaktif, hubungan antara energi dan aktivitas, serta konsep peluruhan beruntun. Dengan menguasai konsep dasar ini, siswa dapat menyelesaikan soal radioaktif dengan cepat, tepat, dan mudah dipahami.
Penulis:Maharani Noeralifa
Post Comment