Soal dan Pembahasan (Fisika Inti & Radioaktivitas)

 
Soal 1: Inti Atom

Soal: Jelaskan secara rinci struktur inti atom, komponen-komponennya, serta peran masing-masing komponen tersebut dalam stabilitas inti atom!

Pembahasan: Struktur inti atom terdiri dari dua komponen utama, yaitu proton dan neutron, yang berada di dalam inti atom.

    Proton adalah partikel subatom yang memiliki muatan positif dan massa yang hampir sama dengan neutron. Jumlah proton dalam inti menentukan identitas unsur (nomor atom) dan sifat kimia unsur tersebut. Misalnya, jika sebuah inti memiliki 6 proton, maka unsur tersebut adalah karbon. Jumlah proton juga berhubungan langsung dengan gaya elektromagnetik yang bekerja dalam atom.

    Neutron adalah partikel subatom yang tidak bermuatan listrik (netral) dan memiliki massa hampir sama dengan proton. Neutron berperan penting dalam menstabilkan inti atom. Neutron mengurangi gaya tolak-menolak antara proton yang bermuatan positif, karena proton-proton yang berada dalam inti akan saling tolak-menolak akibat interaksi elektromagnetik. Neutron memberikan gaya tarik tambahan melalui gaya nuklir kuat (strong nuclear force) yang bekerja di jarak sangat dekat antara partikel-partikel dalam inti.

    Gaya Nuklir Kuat adalah gaya yang sangat kuat namun hanya bekerja pada jarak yang sangat kecil (di dalam inti). Gaya ini bertanggung jawab untuk mempertahankan inti atom agar tetap stabil, mengatasi gaya tolak-menolak antara proton yang bersifat elektrostatik. Tanpa adanya neutron yang membantu menstabilkan gaya nuklir kuat, inti atom akan menjadi tidak stabil.

    Nomor Massa adalah jumlah total proton dan neutron dalam inti, yang memberikan informasi mengenai isotop dari unsur tersebut. Misalnya, karbon-12 (C-12) memiliki 6 proton dan 6 neutron, sementara karbon-14 (C-14) memiliki 6 proton dan 8 neutron.

Inti atom akan stabil jika jumlah proton dan neutron dalam inti berada dalam keseimbangan yang tepat. Jika keseimbangan ini terganggu, inti atom menjadi tidak stabil dan dapat mengalami peluruhan radioaktif.
Soal 2: Radioaktivitas

Soal: Apa yang dimaksud dengan peluruhan alfa, dan bagaimana proses tersebut mempengaruhi inti atom serta energi yang dihasilkan?

Pembahasan: Peluruhan alfa adalah salah satu jenis peluruhan radioaktif di mana inti atom yang tidak stabil mengeluarkan partikel alfa. Partikel alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron, yang secara fisik identik dengan inti atom helium-4. Proses peluruhan alfa dapat dijelaskan sebagai berikut:

    Proses Peluruhan Alfa:
        Pada peluruhan alfa, inti atom yang tidak stabil akan mengeluarkan partikel alfa untuk mencapai stabilitas.
        Sebagai contoh, uranium-238 (U-238) yang memiliki 92 proton dan 146 neutron akan mengalami peluruhan alfa menjadi thorium-234 (Th-234) dengan melepaskan sebuah partikel alfa. Reaksi tersebut dapat dituliskan sebagai: U238→Th234+α\text{U}^{238} \rightarrow \text{Th}^{234} + \alpha Di mana α\alpha adalah partikel alfa yang terdiri dari dua proton dan dua neutron.

    Dampak Peluruhan Alfa pada Inti Atom:
        Ketika sebuah inti melepaskan partikel alfa, jumlah proton dalam inti berkurang dua, dan jumlah neutron berkurang dua. Hal ini menyebabkan inti yang dihasilkan memiliki nomor atom yang lebih rendah (2 lebih sedikit) dan nomor massa yang juga berkurang 4.
        Sebagai contoh, dalam peluruhan alfa uranium-238 menjadi thorium-234, nomor atom uranium yang awalnya 92 berkurang menjadi 90 pada thorium, dan nomor massa berkurang dari 238 menjadi 234.

    Energi yang Dihasilkan:
        Selama proses peluruhan alfa, sejumlah energi dilepaskan. Energi ini berasal dari massa yang hilang selama peluruhan. Menurut hukum kekekalan energi dan massa (E=mc2E=mc^2), kehilangan massa inti yang terlibat dalam peluruhan alfa diubah menjadi energi.
        Energi ini biasanya dilepaskan dalam bentuk radiasi kinetik partikel alfa, serta energi gamma yang dapat dihasilkan setelah inti yang baru terbentuk berada dalam keadaan energi tinggi.

Kesimpulan: Peluruhan alfa adalah mekanisme yang digunakan oleh inti atom yang besar dan tidak stabil untuk melepaskan energi dan mencapai kestabilan. Partikel alfa yang dihasilkan memiliki daya tembus rendah, sehingga dapat dihentikan oleh kertas atau bahkan kulit manusia, tetapi proses ini mengubah sifat dan komposisi inti atom yang terlibat.