Contoh soal fisika inti dan pembahasannya

Soal 1
Perhatikan reaksi inti berikut!
₇N¹⁴ + Y → ₈O¹⁷ + ₁H¹
Pada reaksi di atas Y itu adalah .. ..

Jawab;
Misalkan nomor atom dan nomor massa dari X adalah a dan b, maka:
₇N¹⁴ + _pY^q → ₈O¹⁷ + ₁H¹
Operasikan nomor atom dan nomor massanya.
7 + p = 8 + 1
p = 2
14 + q = 17 + 1
q = 4
Dengan demikian, struktur adalah:
_2Y⁴
Struktur tersebut sama dengan helium atau partikel alfa.
₂He⁴  atau  ₂α⁴

Soal 2;
Massa inti atom ₂₀Ca⁴⁰  adalah 40,078 sma. Jika massa proton adalah 1,0078 sma dan neutron  1,0087 sma, tentukan defek massa pembentukan  ₂₀Ca⁴⁰.

Jawab;

Diketahui: A = 40; Z = 20; N = A – Z = 40 – 20 = 20; m_i = 40,078 sma; m_P = 1,0078 sma; m_N = 1,0087

Dengan menggunakan hubungan,
Δm = [(Z . m_P + N . m_N) – m_i]
       = [(20 . 1,0078 + 20 . 1,0087) – 40,078]
       = (20,156 + 20,174) – 40,078
Δm = 40,33 – 40,078 = 0,252 sma

Soal 3
Inti atom yang terbentuk memenuhi reaksi fusi berikut ini:
₁H¹ + ₁H¹ → ₁d² + ₁e⁰ + E
Jika diketahui massa ₁H¹ = 1,00780 sma, massa ₁d²  = 2,01410 sma, massa ₁e⁰  = 0,00055 sma dan 1 sma = 931 MeV. Tentukan Nilai E (energi yang dihasilkan) pada reaksi fusi tersebut.

Jawab;
E = jumlah massa ruas kiri – ruas kanan
   = 1,00780 + 1,00780 – (2,0140 + 0,00055)
   = (2,01560 – 2,01465) sma
   = 0,000950 sma
   = 0,000950 × 931 MeV
E = 0,88 MeV

Soal 4
Jika massa inti Li = 7,01822 sma, tentukan energi ikat inti Litium ( ⁷₃ Li).

Jawab;
Diaketahui; A = 7; Z = 3; m_p = 1,007825 sma; m_n = 1,008665 sma; m_i = 7,01822 sma
E = Δm . 931 MeV (Δm dinyatakan dalam sma)
Δm = {Z . m_p + (A – Z) . m_n} – m_i
Energi ikat inti Litium ( ⁷₃ Li)
E = ({Z . m_p + (A – Z) . m_n} – m_i) . 931 MeV
   = {(3 . 1,007825 + 4 . 1,008665) – 7,01822} . 931 MeV
E = 37,105005 MeV

Soal 5
Di matahari terjadi reaksi fusi seperti di bawah.
₂He³ + ₂He³ → ₂He⁴ + 2₁H¹ + E
Diketahui massa inti ₁H¹ = 1,0081 sma; massa inti ₂He³ = 3,0169 sma; massa inti ₂He⁴ = 4,0089 sma. Bila 1 sma setara dengan energi 931 MeV, tentukan energi yang dihasilkan pada setiap reaksi fusi di atas.

Jawab;
Massa pereaksi m₀ : m₀ = 2 . m(₂He³); m₀ = 2 . 3,0169 ; m₀ = 6,0338 sma
Maka massa hasil reaksi m
m = m(₂He⁴) + 2 . m(₁H¹ )
m = 4,0039 + 2 . 1,0081
m = 6,0201 sma
Perubahan massa dalam reaksi inti sebesar:
Δm = m₀ – m
Δm = 6,0338 – 6,0201
Δm = 0,0137 sma
energi yang dihasilkan sebesar
E = Δm . 931
   = 0,0157 . 931
E = 12,7547 MeV

Soal 6
Apabila massa inti ₆C¹² = 12, massa proton = 1,00783 sma, dan massa neutron = 1,008665 sma (1 sma = 931 MeV), maka tentukan energi ikat inti tersebut.

Jawab;
m_P = 1,00783 sma; m_N = 1,008665 sma; m ₆C¹² = 12 sma
defek massa dapat kita hitung dengan menggunakan
Δm = [(Z . mP + N . mN) – mi]
       = [(6 . 1,00783 + 6 . 1,008665) – 12]
       = (6,04698 + 6,05199) – 12
Δm = 12,09897– 12 = 0,09897 sma
maka energi ikat intinya adalah
E = Δm . 931 MeV = 0,09897 . 931 MeV
E = 92,141 MeV

Soal 7;
Perhatikan reaksi fusi berikut:
₁H² + ₁H² → ₁H³+ ₁H¹ + energi
Jika massa inti ₁H² = 2,0141 sma, ₁H³ = 3,0160 sma dan ₁H¹ = 1,0078 sma, tentukan maka energi yang dihasilkan pada reaksi fusi tersebut.

Jawab;
E = (m ₁H² + m ₁H² ) – (m ₁H³ + m ₁H¹ ) 931 MeV
    = (2,0141 + 2,0141) – (3,0160 + 1,0078) 931 MeV
    = (4,0282 – 4,0238) 931 MeV
E = 4,0964 MeV