Bab 8: Fisika Nuklir dan Radioaktivitas

Jawaban Benar: A. Karena menunjukkan bahwa atom dapat dibagi lagi menjadi partikel lebih kecil Pembahasan: Penemuan elektron oleh Thomson menunjukkan bahwa atom tidak bersifat indivisible seperti anggapan Dalton. Ia membuktikan adanya partikel bermuatan negatif yang bergerak di dalam atom. Hal ini membuka jalan bagi penemuan partikel penyusun lainnya seperti proton dan neutron.

Jawaban Benar: C. Sinar katode merupakan aliran partikel bermuatan negatif Pembahasan: Hasil percobaan Thomson menunjukkan bahwa sinar katode dibelokkan oleh medan listrik menuju kutub positif. Hal ini membuktikan bahwa partikel penyusunnya bermuatan negatif, yaitu elektron. Temuan ini memperkuat pemahaman bahwa atom memiliki struktur internal.

Jawaban Benar: B. Dengan menemukan partikel bermuatan positif (proton) Pembahasan: Goldstein menemukan sinar anode atau sinar kanal yang bergerak berlawanan arah dengan sinar katode. Sinar ini terdiri atas partikel bermuatan positif yang kemudian disebut proton. Penemuan ini melengkapi konsep bahwa atom tersusun atas partikel bermuatan positif dan negatif.

Jawaban Benar: B. Karena sebagian besar ruang dalam atom kosong Pembahasan: Percobaan Rutherford menunjukkan bahwa sebagian besar partikel α melewati lempeng emas tanpa mengalami pembelokan. Hal ini berarti atom tidak padat, melainkan memiliki ruang kosong yang luas. Hanya sebagian kecil partikel yang membelok karena menumbuk inti atom yang padat dan bermuatan positif.

Jawaban Benar: C. Inti atom sangat kecil dan padat Pembahasan: Rutherford menemukan bahwa sebagian kecil partikel α memantul kembali ke arah sumbernya. Ini menunjukkan adanya bagian atom yang sangat padat dan bermuatan positif, yaitu inti atom. Temuan ini menandai awal teori atom modern dengan konsep inti.

Jawaban Benar: C. Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan Pembahasan: Proton membawa muatan positif, sedangkan neutron bersifat netral tanpa muatan listrik. Keduanya berada di dalam inti atom dan berperan menentukan massa atom. Namun hanya proton yang menentukan nomor atom dari suatu unsur.

Jawaban Benar: D. Karena ketidakseimbangan menyebabkan ketidakstabilan energi inti Pembahasan: Jika jumlah proton dan neutron tidak seimbang, gaya nuklir di dalam inti menjadi tidak stabil. Ketidakstabilan ini menyebabkan inti memancarkan energi atau partikel agar mencapai keadaan yang lebih stabil. Proses tersebut dikenal sebagai peluruhan radioaktif.

Jawaban Benar: A. Karena memiliki jumlah elektron yang sama tetapi massa berbeda Pembahasan: Isotop memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, sehingga sifat kimianya tetap sama. Namun, perbedaan jumlah neutron menyebabkan perbedaan massa atom. Oleh karena itu, isotop dapat memiliki sifat fisika seperti titik didih dan massa jenis yang berbeda.

Jawaban Benar: A. Isobar memiliki nomor massa sama, isotop memiliki nomor atom sama Pembahasan: Isobar adalah atom dengan jumlah proton dan neutron berbeda tetapi memiliki jumlah total (massa) yang sama. Sementara isotop memiliki jumlah proton sama namun neutron berbeda. Perbedaan ini membuat isobar tidak berasal dari unsur yang sama seperti halnya isotop.

Jawaban Benar: D. Nomor atom selalu sama dengan jumlah elektron Pembahasan: Pada atom netral, jumlah muatan positif dari proton seimbang dengan jumlah muatan negatif dari elektron. Oleh karena itu, jumlah elektron selalu sama dengan nomor atom. Hubungan ini memastikan atom dalam keadaan netral secara listrik.

Jawaban Benar: A. Karena menunjukkan atom tidak padat dan memiliki inti Pembahasan: Percobaan Rutherford mengubah pandangan tentang atom yang sebelumnya dianggap padat menjadi struktur yang sebagian besar kosong dengan inti di tengah. Ia memperkenalkan konsep inti atom yang menjadi pusat massa dan muatan positif. Model ini menjadi dasar bagi teori atom modern selanjutnya.

Jawaban Benar: C. Karena tidak dapat dilihat oleh mata manusia Pembahasan: Sinar radioaktif seperti sinar α, β, dan γ tidak tampak oleh mata manusia. Oleh karena itu, diperlukan alat seperti pencacah Geiger, kamar kabut Wilson, atau detektor sintilasi untuk mendeteksinya. Alat ini bekerja dengan menangkap interaksi sinar radioaktif dengan bahan lain dan mengubahnya menjadi sinyal terukur.

Jawaban Benar: B. Berdasarkan ionisasi uap jenuh oleh sinar radioaktif Pembahasan: Kamar kabut Wilson bekerja dengan mengamati jejak lintasan partikel bermuatan yang mengionisasi uap jenuh. Ion-ion tersebut membentuk kondensasi yang terlihat sebagai jejak kabut. Jejak ini menunjukkan lintasan partikel radioaktif yang lewat.

Jawaban Benar: B. Karena bahan ini dapat mengubah energi radiasi menjadi cahaya Pembahasan: Sintilator adalah bahan yang mengeluarkan cahaya ketika terkena radiasi berenergi tinggi. Cahaya yang dihasilkan sebanding dengan intensitas sinar radioaktif yang mengenainya. Dengan demikian, detektor sintilasi dapat mengukur energi dan jumlah radiasi dengan akurat.

Jawaban Benar: A. Untuk mengurangi energi dan mencapai kestabilan Pembahasan: Inti atom yang tidak stabil memiliki kelebihan energi atau ketidakseimbangan antara proton dan neutron. Untuk mencapai keadaan stabil, inti tersebut melepaskan energi dalam bentuk radiasi. Proses pelepasan energi inilah yang disebut radioaktivitas.

Jawaban Benar: C. 10 g Pembahasan: Setiap 4 jam massa berkurang setengah. Setelah 12 jam (3 kali waktu paruh): $m=80\times (1/2{)}^3=10,g$

Jawaban Benar: A. 500 Bq Pembahasan: 24 hari = 3 waktu paruh, maka $A=4000\times (1/2{)}^3=500,Bq$

Jawaban Benar: A. 8 : 1 Pembahasan: 30 menit = 3 waktu paruh → $N_t=N_0(1/2{)}^3$ Maka $N_0:N_t=8:1$

Jawaban Benar: E. Reaksi fisi berlangsung terlalu cepat karena neutron tidak diperlambat Pembahasan: Moderator berfungsi memperlambat gerakan neutron agar reaksi fisi terjadi secara terkendali. Jika moderator tidak bekerja, neutron akan tetap bergerak cepat dan dapat menyebabkan reaksi berantai yang tidak stabil. Akibatnya, energi yang dihasilkan menjadi tidak terkendali dan berpotensi menimbulkan ledakan.

Jawaban Benar: A. 6,25% Pembahasan: 20 hari = 4 waktu paruh → sisa = $(1/2{)}^4=1/16=6,25$

Jawaban Benar: B. 8 jam Pembahasan: $A_t/A_0=(1/2{)}^{t/T_{1/2}}\Rightarrow 50/400=(1/2{)}^{24/T_{1/2}}$ $1/8=(1/2{)}^3\Rightarrow T_{1/2}=8,jam$

Jawaban Benar: C. 17.190 tahun Pembahasan: $(1/8)=(1/2{)}^3\Rightarrow 3\times 5730=17.190,tahun$

Jawaban Benar: E. positron Pembahasan: Ketika proton berubah menjadi neutron, proses ini disebut peluruhan beta positif. Dalam proses ini, proton memancarkan partikel bermuatan positif yang disebut positron serta neutrino. Jadi, partikel yang dipancarkan adalah positron.

Jawaban Benar: A. elektron Pembahasan: Ketika neutron berubah menjadi proton, proses ini disebut peluruhan beta negatif. Dalam peluruhan ini, neutron memancarkan partikel bermuatan negatif yang disebut elektron serta antineutrino. Jadi, partikel yang dipancarkan adalah elektron.

Jawaban Benar: D. Reaktor pengubah (converter reactor) Pembahasan: Reaktor pengubah berfungsi menghasilkan bahan bakar nuklir baru dari isotop yang ada, sehingga cocok digunakan untuk penelitian pengembangan bahan bakar. Jenis reaktor ini berbeda dari reaktor tenaga yang berfokus menghasilkan energi listrik. Dengan demikian, pilihan paling tepat untuk menciptakan bahan bakar nuklir baru adalah reaktor pengubah.