ฟสกสนวเคลยรเบองตนฟสกสนวเคลยรเบองตน

องคประกอบและสมบตตางๆ ของนวเคลยสๆ

1

การคนพบกมมนตภาพรงส

ป ค.ศ.1896 แบกเกอแรลไดทดลองศกษาวา เมอสารใดๆ เกดการเรองแสง ไจะปลอยรงสเอกซออกมาพรอมกบปรากฏการณเรองแสงหรอไม

พบวา สารประกอบยเรเนยมทกชนดปลอยรงสชนดหนงออกมาตลอดเวลาโดยไมจาเปนตองพงพาแสงแดด และรงสชนดนสามารถทะลผานวตถทบ

แสงไดสมบตของรงสทไดจากสารประกอบยเรเนยม

สามารถทะลผานวตถตางๆ ไดสามารถทะลผานวตถตางๆ ได สามารถทาใหอากาศแตกตวเปนไอออนได

ไ 2

การแผรงสชนดนเกดขนไดเองตลอดเวลา Antoine Henri Becquerel Nobel Prize in Physics 1903

การพบกมมนตภาพรงส

ตอมา ปแอรและมาร กร ไดทดลองกบธาต ทอเรยม (Th) เรเดยม (Ra) โ พอโลเนยม (Po) และพบวามการแผรงสเชนเดยวกบธาตยเรเนยม

ปรากฏการณทธาตแผรงสไดเองอยางตอเนอง เรยกวา กมมนตภาพรงสธาตทมสมบตสามารถแผรงสไดเอง เรยกวา ธาตกมมนตรงส

Pierre Curie และ Marie Curie ทาวจยดานกมมนตภาพรงสและไดรบรางวลโนเบลรวมกบ และไดรบรางวลโนเบลรวมกบ Becquerel ป 1903

3

ชนดของรงส

X X X X X X X X X Xγα βX X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X

β

แผนตะกว แผนตะกว

X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X

แผนตะกว แผนตะกว

ภาชนะตะกวธาตกมมนตรงส

คาถาม แนวการเบยงเบนของรงสทง 3 ชนดน ทาใหเราสามารถบอก

ภาชนะตะกว

4ชนดของประจไฟฟาของรงสเหลานไดหรอไม อยางไร

ชนดของรงส

รงสแอลฟา เปนนวเคลยสของธาตฮเลยม มมวล 6.67 x 10-27 kg และมไ ใ ไ ประจไฟฟา +2e มพลงงานประมาณ 4-10 MeV เคลอนทในอากาศไดเพยง

3-5 cm บางครงเรยกวา อนภาคแอลฟารงสบตา คอ อเลกตรอน มพลงงานประมาณ 0.025 - 3.5 MeV เคลอนทในอากาศได 1-3 m บางครงเรยกวา อนภาคบตารงสแกมมา เปนคลนแมเหลกไฟฟา มพลงงาน 0.04 - 3.2 MeV มอานาจทะลผานมากทสดในบรรดารงสทงสามชนด

5

การเปลยนสภาพนวเคลยส

จากการศกษาธาตกมมนตรงส พบวา เวลามการแผรงสแอลฟาหรอบตา จะมธาตใหมเกดขนเสมอ

ทอเรยม เรเดยม + อนภาคแอลฟาการเปลยนแปลงมวลอะตอมเปนผลมาจากการเปลยนมวลของนวเคลยส

ฟ ป ไป ป

แสดงวา อนภาคแอลฟาเกดจากการเปลยนนวเคลยสของทอเรยมไปเปนเรเดยม

ตะกว บสมท + อนภาคบตาอนภาคบตาเกดจากผลการเปลยนสภาพของนวเคลยส

6การแผรงสแกมมา เกดจากการเปลยนของสภาพนวเคลยส

องคประกอบของนวเคลยส

นวเคลยสของไฮโดรเจนเปนองคประกอบของธาตตางๆรทเทอรฟอรดทาการทดลองยงอนภาคแอลฟาพงชนกบนวเคลยสของไนโตรเจน พบวา มนวเคลยสของออกซเจนและไฮโดรเจนเกดขนรทเทอรฟอรดเรยก นวเคลยสของไฮโดรเจน วา โปรตอน

7รปแสดงการเปลยนสภาพนวเคลยสของไนโตรเจนเนองจากการยงดวยอนภาคแอลฟา

การพบนวตรอน

ป ค.ศ.1920 รทเทอรฟอรด ไดเสนอความเหนวา อเลกตรอนและโปรตอนในนวเคลยสอาจรวมตวกนเปนอนภาคทเปนกลางทางไฟฟาเรยกวา ในนวเคลยสอาจรวมตวกนเปนอนภาคทเปนกลางทางไฟฟาเรยกวา นวตรอนการทดลองยงอนภาคแอลฟาการทดลองยงอนภาคแอลฟาใหพงชนนวเคลยสของธาตเบรลเลยม (Be)

ป พบวามการปลอยรงสทมสมบตคลายกบรงสแกมมา มพลงงาน 10 MeV

เมอใหรงสนกระทบพาราฟนซงประกอบดวยอะตอมของไฮโดรเจน พบวา มโปรตอนพลงงาน 5 MeV กระเดนหลดจากพาราฟน

8

จากการคานวณพบวา รงสนไมใชรงสแกมมา (ถาเปนรงสแกมมาตองมพลงงาน 50 MeV)

การพบนวตรอน

แชดวก ไดวเคราะหวา รงสทออกมานนนาจะเปนอนภาคนวตรอนแชดวกไดทาการทดลองการชนระหวางอนภาคทคดวาเปนนวตรอนกบพาราฟน เพอวดความเรวของโปรตอนทกระเดนหลดออกมาและทดลองการชนระหวางอนภาคทคดวาเปนนวตรอนกบนวเคลยสของไนโตรเจน แลววดความเรวของนวเคลยสของไนโตรเจน

James Chadwick

Nobel Prize in Physics 1935

9

การพบนวตรอน

แชดวกคานวณหามวลของอนภาคนวตรอนพบวามคาใกลเคยงกบมวลของโโปรตอนมากแชดวกสรปวาอนภาคทไดจากการชนกนของอนภาคแอลฟาและเบรลเลยม คอ อนภาคนวตรอนแชดวกไดตง สมมตฐานโปรตอน – นวตรอน วา นวเคลยสประกอบดวย ฐโปรตอนและนวตรอน เปนองคประกอบของนวเคลยส เรยกวา นวคลออน และเรยกวา ผลรวมของจานวนโปรตอนกบนวตรอนวา เลขมวล (A) และเรยกจานวนโปรตอนในนวเคลยสวา เลขอะตอม (Z)

10

การเขยนสญลกษณนวเคลยส

จานวนโปรตอน + จานวนนวตรอน = เลขมวล (A)โจานวนโปรตอน = เลขอะตอม (Z)

เลขมวลของธาตเปนจานวนเตมมคาใกลเคยงกบมวลอะตอมของธาตนน เชน U มเลขมวล 238 มมวลอะตอม 238.05 u (1 u = 1.66 x 10-27 kg)

การเขยนสญลกษณนวเคลยสของธาต X ทมเลขมวล A และเลขอะตอม A 238Z เปน เชน

อนภาคแอลฟา สญลกษณ อนภาคบตา สญลกษณ42He

AZ X

23892U

01e−

อนภาคโปรตอน สญลกษณ อนภาคนวตรอน สญลกษณรงสแกมมา สญลกษณ γ

10n1

1H

11

γ

ไอโซโทป (isotope)

นวเคลยสทมจานวนโปรตอนเทากน แตมจานวนนวตรอนตางกน เรยกวา ไอโซโทปของธาตเดยวกนไอโซโทปของธาตเดยวกนไอโซโทปของยเรเนยม เชน U – 234, U – 235, U – 238ไ โ โ ไ โ โ ไ โ โ ไอโซโทปของธาตมทงไอโซโทปกมมนตรงส และ ไอโซโทปเสถยรไอโซโทปของตะกว เชน Pb – 210, Pb – 214, Pb – 206ไอโซโทปของธาตเดยวกนมสมบตทางเคมเหมอนกน แตสมบตทางกายภาพตางกน

คาถาม แลวเราจะวเคราะหไอโซโทปไดอยางไร

12

แมสสเปกโตรมเตอร (mass spectrometer)

เปนเครองมอจาแนกมวลอะตอมของธาตตางๆ

Bqvrmv ′=

2

r

vrBqm′

=v

rEBqBm

′=E

13

การแผรงสของนวเคลยสของธาตกมมนตรงส

การสลายใหอนภาคแอลฟา

238 234 492 90 2U Th He→ +

การสลายใหอนภาคบตา214 214 0Pb Bi e γ→ + +

ในการสลายใหอนภาคแอลฟาและบตามกมรงสแกมมาออกมาดวย เพราะ

82 83 1Pb Bi e γ−→ + +

งนวเคลยสเกดการเปลยนระดบพลงงานมาสระดบพลงงานทตากวา

14

อนกรมการสลายตวของธาตกมมนตรงส

ชออนกรม นวเคลยสตงตน (ไมเสถยร) นวเคลยสสดทาย (เสถยร) ( ) ( )1.ยเรเนยม 238

92U20682Pb

2.แอกทเนยม

23592U

20782Pb

232 208Pb3.ทอเรยม

4.เนปทเนยม 237Np 209Bi

23290Th

20882Pb

4.เนปทเนยม 93Np 83Biหมายเหต : อนกรม 1-3 เกดจากการสลายตวของธาตกมมนตรงสในธรรมชาต

15

อนกรม 4 เกดจากการสลายตวของธาตกมมนตรงสทนกวทยาศาสตรสรางขน

การสลายตวของธาตกมมนตรงสในอนกรม ของยเรเนยม – 238

ธาต สญลกษณ ครงชวตยเรเนยม – 238

4.51 x 109 ป23892U

αทอเรยม – 234

24.1 วน23490Th

β, γโพรแทกทเนยม – 234

1.18 นาท23491Pa

β, γ

β, γยเรเนยม – 234

2.48 x 105 ป23492U

β γ

α

16ทอเรยม – 230

8.0 x 104 ป23090Th

α

การสลายตวของธาตกมมนตรงสในอนกรม ของยเรเนยม – 238 (ตอ)

ธาต สญลกษณ ครงชวตทอเรยม – 230

8.0 x 104 ป23090Th

α, γเรเดยม – 226

1620 ป22688Ra

γ

α, γเรดอน – 222

3.82 วน22286Rn

, γ

αพอโลเนยม – 218

3.05 นาท21884Po

α

17ตะกว – 214

26.8 นาท21482Pb

α

การสลายตวของธาตกมมนตรงสในอนกรม ของยเรเนยม – 238 (ตอ)

ธาต สญลกษณ ครงชวตตะกว – 214

26.8 นาท21482Pb

β, γบสมท – 214

20.7 นาท21483Bi

β γ

β, γพอโลเนยม – 214

1.64 x 10-4 วนาท21484Po

β, γ

αตะกว – 210

20.4 ป21082Pb

β γ

18บสมท – 210

5.0 วน21083Bi

β, γ

การสลายตวของธาตกมมนตรงสในอนกรม ของยเรเนยม – 238 (ตอ)

ธาต สญลกษณ ครงชวตบสมท – 210

5.0 วน21083Bi

β, γพอโลเนยม – 210

138.4 วน21084Po

β γ

α, γตะกว – 206

-20682Pb

, γ

19

การสลายตวของนวเคลยสกมมนตรงส

ป 1902 รทเทอรฟอรด และ ซอดด ไดตงสมมตฐานเพอใชอธบายการ ไ สลายของธาตกมมนตรงส ไวดงน

1. ธาตกมมนตรงสจะสลายกลายเปนธาตใหมดวยการปลอยอนภาคแอลฟา หรออนภาคบตา ธาตใหมทเกดขนจะมสมบตทางเคมตางจากธาตเดมและ

อาจเปนสารกมมนตรงสกได2. การสลายของธาตกมมนตรงสไมขนกบสภาพแวดลอมภายนอกนวเคลยส แตจะเปนไปตามหลกการทางสถตทเกยวกบโอกาสและกระบวนการแบบสม

20

การสลายตวของนวเคลยสกมมนตรงส

อตราการสลายของนวเคลยสของธาตกมมนตรงสจะแปรผนตรงกบ จานวนนวเคลยสของธาตกมมนตรงสทมอยขณะนน

N Nα∆∆t∆

อตราการสลายของนวเคลยสของธาตกมมนตรงสdN Ndt

λ− =

เมอ –dN/dt คอ อตราการแผรงส หรอ เรยกวา กมมนตภาพ (A)

λ คอ คาคงตวการสลาย

21

λ คอ คาคงตวการสลาย

N คอ จานวนนวเคลยสทเวลา t

ครงชวต (Half life)

tN N e λ−=dN Nλ= 0N N e=

เมอ N = จานวนนวเคลยสทเวลา t = 0

Ndt

λ− =

เมอ N0 จานวนนวเคลยสทเวลา t 0

N = จานวนนวเคลยสทเวลา t

ชวงเวลาของการสลายทจานวนนวเคลยสลดลงเหลอ ครงหนงของจานวนเรมตนเรยกวา ครงชวต (T1/2)

0.693T22

1/ 20.693T

λ=

กมมนตภาพ (radioactivity )ในระบบเอสไอ กมมนตภาพ (A) มหนวยเปน เบกเคอเรล (Bq)ในทางปฏบตนยมวดกมมนตภาพเปนหนวยคร (Ci)

1 Ci = 3.7 x 1010 Bq1 mCi = 3.7 x 107 Bq1 µCi = 3 7 x 104 Bq1 µCi = 3.7 x 10 Bq

คาถาม ถาธาตกมมนตรงสชนดหนง สลายโดยปลอยรงสบตา ขณะทมกมมนตภาพ 1 Ci จะสลายใหอนภาคบตากตวตอวนาท

คาตอบ 3 7 1010 ตวตอวนาท23

คาตอบ 3.7 x 1010 ตวตอวนาท

การวดกมมนตภาพ

การวดกมมนตภาพใชเครองวดรงสใหแกสแตกตวเปนไอออนอตราการแตกตวเปนไอออนจะแปรผนตรงกบกมมนตภาพ

24แผนภาพแสดงหลกการทางานของเครองวดไกเกอร มลเลอรเครองวดไกเกอร มลเลอร

ครงชวตของธาตกมมนตรงสบางธาต

ธาตกมมนตรงส ครงชวตธาตกมมนตรงส ครงชวตโซเดยม – 24ไ โ

15 ชวโมงไอโอดน – 131

ฟอสฟอรส – 328 วน14 วน

กามะถน – 35โคบอลต – 60

87 วน5 3 ปโคบอลต 60

คารบอน – 145.3 ป

5570 ป

25

ครงชวต

คาถาม ครงชวตเกยวของกบโอกาสของการสลายตวของนวเคลยสอยางไร

โพรแทกทเนยม - 234 สลายไปเปนยเรเนยม - 234 มครงชวต 1.18 นาท

ดงนน λ = 0.693/(1.18 x 60) = 1/100 ตอวนาท

แสดงวา ในเวลา 1 วนาท โอกาสของการสลายของนวเคลยสเปน 1 ใน 100

คาคงตวการสลาย แสดงถง โอกาสของการสลายของนวเคลยสใน 1 หนวยเวลา

แสดงวา ในเวลา 1 วนาท โอกาสของการสลายของนวเคลยสเปน 1 ใน 100

26

การคานวณหากมมนตภาพ

ในทางปฏบตการวดหาจานวนนวเคลยสโดยตรงทาไดยาก แตสามารถ ใ ไ บอกเปนปรมาณกมมนตภาพและมวลทเวลาใดๆ ได

0tA A e λ−= 0

0tm m e λ−= 0

เมอ A0 คอ กมมนตภาพทเวลาเรมตน (t=0)

A คอ กมมนตภาพทเวลา t

m0 คอ มวลของธาตกมมนตรงสทเวลาเรมตน มจานวนนวเคลยสเปน N0

27

m0 คอ มวลของธาตกมมนตรงสทเวลาเรมตน มจานวนนวเคลยสเปน N0

m คอ มวลของธาตกมมนตรงสทเวลา t มจานวนนวเคลยสเปน N

ตวอยาง

ธาตกมมนตรงสไอโอดน – 126 มครงชวต 13.3 วน ถาในขณะหนงไ โ ไอโอดนนมมวล 10 กรม จงหา1. จะตองใชเวลานานเทาใด จงเหลอไอโอดน – 126 จากการสลายเทากบ 2.5 กรม (26.6 วน)2. ถาเวลาผานไป 20 วน จะมไอโอดน – 126 เหลออยกกรม (3.53 กรม)

28

กจกรรมการทดลองเรอง การทอดลกเตากบการสลายของธาตกมมนตรงสการทอดลกเตากบการสลายของธาตกมมนตรงส

คาถาม การทอดลกเตาเกยวของกบการสลายของธาตกมมนตรงสอยางไร

ผลการทดลองหล

อ แตมส 1 หนา

ลกเตาท

เห

แตมส 2 หนา

จานว

นล แตมส 2 หนา

30จานวนครงททอด

ผลการทดลอง

จานวนลกเตาทเหลอจากการทอดแตละครงเทยบไดกบจานวนนวเคลยสทเหลอจากการสลาย

จานวนครงททอดลกเตาเทยบไดกบชวงเวลาทเกดการสลายของนวเคลยสจานวนครงททอดแลวทาใหมลกเตาเหลอเพยงครงหนงของจานวนเรมตนเทยบไดกบครงชวต

31

สรปและอภปรายผล

ครงชวตของการทอดลกเตาแตมส 1 หนา และ 2 หนา มคาไมเทากน โดย การทอดลกเตาแตมส 1 หนา มครงชวตมากกวา

คาคงตวการสลายจากการทดลองทงสองตอนมคาไมเทากนคาคงตวการสลายในการทอดลกเตาแตมส 1 หนา หมายถง โอกาสทลกเตาจะหงายหนาแตมสชดลกเตาแตมส 1 หนาเปรยบไดกบนวเคลยสกมมนตรงสชนดหนง สวนชดลกเตาแตมส 2 หนา เปรยบไดกบนวเคลยสกมมนตรงสอกชนดหนงชดลกเตาแตมส 2 หนา เปรยบไดกบนวเคลยสกมมนตรงสอกชนดหนง

32

เสถยรภาพของนวเคลยสคาถาม เพราะเหตใดโปรตอนและนวตรอนจงรวมตวกนอยเปนนวเคลยสได ทงๆ ทโปรตอนออกแรงทางไฟฟาผลกกนได ทงๆ ทโปรตอนออกแรงทางไฟฟาผลกกน

33

แรงนวเคลยร (Nuclear force)

รทเทอรฟอรด ทดลองยงอนภาคแอลฟาเขาใกลนวเคลยสของทองคาไ 14ไดมากทสด ~ 3x10-14 mนวเคลยสมลกษณะเปนทรงกลมและขนาดของนวเคลยสขนอยกบจานวนนวคลออน

1/3R Aα 1/30R r A=

โดยท 1.2 x 10-15 m < r0 < 1.5 x 10-15 mไฮโดรเจน (A=1) มรศมนวเคลยส เทากบ 1.2 x 10-15 m( )ทองคาขาว (A=197) มรศมนวเคลยส เทากบ 7.0 x 10-15 mศ ส ป 10-15 ศ

34

รศมของนวเคลยสมคาประมาณ 10-15 m นอยกวารศมของอะตอมประมาณแสนเทา

แรงนวเคลยร

แรงนวเคลยร เปนแรงดงดดทยดนวคลออนอยในนวเคลยส มคามากกวา ไ แรงดงดดระหวางมวลและแรงทางไฟฟา

คาถาม นวเคลยสมความหนาแนนมากแคไหนคาถาม แลวเราจะศกษาธรรมชาตของแรงนวเคลยรไดอยางไรคาตอบ ใหพลงงานแกนวเคลยสเพอใหนวคลออนแยกออกจากกนคาตอบ ใหพลงงานแกนวเคลยสเพอใหนวคลออนแยกออกจากกน

35

พลงงานยดเหนยว (Binding Energy)

พลงงานททาใหนวคลออนแยกออกจากกนพอด เรยกวา พลงงานยดเหนยว

อนภาคดวเทอรอน เปนอนภาคทประกอบดวย โปรตอนและนวตรอนอยางละ 1 ตว มพลงงานยดเหนยว 2.22 MeVคาถาม ในการแตกตวของดวเทอรอนเปนโปรตอนและนวตรอน มวลของดวเทอรอนกอนการแตกตวเทากบมวลหลงการแตกตวหรอไม

deuteron +

36

กอนแตกตว หลงแตกตว

พลงงานยดเหนยวมวลของดวเทอรอนโดยหกมวลของอเลกตรอน 1 ตว ออกจากมวลของดวเทอเรยม

มวลของดวเทอเรยม = 2.014102 uมวลของอเลกตรอน = 0.000549 uมวลของดวเทอรอน = 2.013553 u

สาหรบผลรวมของมวลโปรตอนและนวตรอนในดวเทอเรยมมวลของโปรตอน 1 ตว = 1.007276 uมวลของนวตรอน 1 ตว = 1.008665 u

ผลรวมของมวลทง 2 อนภาค = 2.015941 u

มวลหายไป 0.002388 u เรยกวา มวลพรอง (mass defect)

37

พลงงานยดเหนยวมวล 1 u = 1.6605 x 10-27 kg

1 931 44 M V 931 M Vพลงงานทเทยบเทากบมวล 1 u = 931.44 MeV ≈ 931 MeVพลงงานทเทยบกบมวลทหายไป 0.002388 u มคาเทากบ 2.22 MeV

ใ ป โปพลงงานของรงสแกมมาททาใหดวเทอรอนแตกตวเปนโปรตอนและนวตรอน มคาเทากบ 2.22 MeVในทางกลบกน ถายงนวตรอนไปชนนวเคลยสของไฮโดรเจน จะไดในทางกลบกน ถายงนวตรอนไปชนนวเคลยสของไฮโดรเจน จะไดดวเทอรอนและรงสแกมมาทมพลงงาน 2.22 MeV

+ 2 22 M V

สนบสนนความสมพนธระหวางมวลกบพลงงานของไอนสไตน

+ + 2.22 MeV

38

2E mc=

การคานวณพลงงานยดเหนยว

ใชมวลอะตอมแทนมวลของนวเคลยสใชมวลอะตอมไฮโดรเจนแทนมวลของโปรตอน

กรณ คารบอน – 12 ประกอบดวย โปรตอน 6 ตว อเลกตรอน 6 ตว และนวตรอน 6 ตว

มวลอะตอมของไฮโดรเจน 6 อะตอม = 6 x 1.007825 u = 6.046950 u

มวลของนวตรอน 6 ตว = 6 x 1.008665 u = 6.051990 u

ผลรวมของอนภาคทประกอบเปน คารบอน – 12 = 12.098940 u

แตมวลอะตอมของคารบอน – 12 = 12.000000 u

มวลพรอง = 0 098940 u

39

มวลพรอง = 0.098940 u

พลงงานทเทยบเทากบมวลทหายไป = 0.098940 u x 931 MeV/u = 92.1 MeV

พลงงานยดเหนยวพลงงานยดเหนยวมคามากขนเมอจานวนนวคลออนในนวเคลยสมากขน

ป ใ แรงนวเคลยรเปนแรงทกระทาในระยะสนเทานน เฉพาะนวคลออนทอยตดกนเทานน

40

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน

ธาตทมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนสงกวาจะมเสถยรภาพมากกวา

41

ปฏกรยานวเคลยร

กระบวนการทนวเคลยสเปลยนแปลงองคประกอบหรอระดบพลงงาน ป เรยกวา ปฎกรยานวเคลยร

2 1 11 1 0H H nγ+ → +

14 4 17 17 2 8 1N He O H+ → +

238 234 4238 234 492 90 2U Th He→ +

สาหรบทกสมการปฏกรยานวเคลยรสาหรบทกสมการปฏกรยานวเคลยรผลบวกของเลขอะตอมทงกอนและหลงปฎกรยาจะตองเทากน

42

ผลบวกของเลขมวลกอนและหลงปฏกรยาจะตองเทากน

ปฏกรยานวเคลยร

สาหรบการชนระหวางนวเคลยสหรอระหวางนวเคลยสกบอนภาค เขยน ไ ปฏกรยานวเคลยรไดเปน X + a Y + b หรอ X (a,b) Y

X แทนนวเคลยสทเปนเปาa แทนอนภาคทพงเขาชนเปาb แทนอนภาคทเกดขนใหมหลงการชนb แทนอนภาคทเกดขนใหมหลงการชนY แทนนวเคลยสของธาตใหมทเกดขนหลงการชน

ป และเรยกปฏกรยานวา (a,b) ของนวเคลยส X

43

ปฏกรยานวเคลยร

นกวทยาศาสตรสามารถผลตไอโซโทปกมมนตรงสทไมมในธรรมชาตได196 1 19778 0 78Pt n Pt γ+ → +

สามารถใชปฏกรยานวเคลยรในการสรางนวเคลยสของธาตใหมไดสามารถใชปฏกรยานวเคลยรในการสรางนวเคลยสของธาตใหมได199 2 197 480 1 79 2Hg H Au He+ → +

196 2 197 178 1 79 0Pt H Au n+ → +

198 1 197 2H A H+ → +98 9780 0 79 1Hg n Au H+ → +

198 197 180 79 1Hg Au Hγ+ → +

44คาถาม การผลตทองคาดวยวธนคมกบการลงทนหรอไม

ปฏกรยานวเคลยร

การผลตนวเคลยสของธาตทมเลขอะตอมตงแต 93 ขนไปทาไดโดยการยง ไ อนภาคนวตรอนไปชนนวเคลยสของยเรเนยม

238 1 239U U238 1 23992 0 92U n U γ+ → +

239 239 0U Np e→ +92 93 1U Np e−→ +

45

การวเคราะหพลงงานในปฏกรยานวเคลยร14 4 17 17 2 8 1N He O H+ → +

17

กอนปฏกรยา หลงปฏกรยา

147N

178Oมมวล 14.003074 u มมวล 16.999134 u

มมวล 4 002604 u มมวล 1 007825 u4He 1Hมมวล 4.002604 u มมวล 1.007825 u

รวม 18.005678 u รวม 18.006959 u2He 1H

มวลหลง – มวลกอน = 0.001281 u คดเปนพลงงาน 1.19 MeV14 4 17 1

46

14 4 17 17 2 8 11.19N He MeV O H+ + → +

การวเคราะหพลงงานในปฏกรยานวเคลยร

พจารณาพลงงานยดเหนยวกอนและหลงการเกดปฏกรยาพลงงานยดเหนยวของ = 104.7 MeVพลงงานยดเหนยวของ = 28.3 MeV

147N42He

พลงงานยดเหนยวของ = 131.8 MeV2

178O

ผลรวมของพลงงานยดเหนยวหลง – ผลรวมของพลงงานยดเหนยวกอน = -1.2 MeV= พลงงานทใชในการเกดปฏกรยา

47

การวเคราะหพลงงานในปฏกรยานวเคลยร7 1 4 43 1 2 2Li H He He+ → +

4

กอนปฏกรยา หลงปฏกรยา

73Li

42Heมมวล 7.016005 u มมวล 4.002604 u

มมวล 1 007825 u มมวล 4 002604 u1H 4Heมมวล 1.007825 u มมวล 4.002604 u

รวม 8.023830 u รวม 8.005208 u1H 2He

มวลกอน – มวลหลง = 0.018622 u คดเปนพลงงาน 17.3 MeV7 1 4 4

48

7 1 4 43 1 2 2 17.3Li H He He MeV+ → + +

การวเคราะหพลงงานในปฏกรยานวเคลยรพจารณาพลงงานยดเหนยวกอนและหลงการเกดปฏกรยา

39 2 M V7Liพลงงานยดเหนยวของ = 39.2 MeVพลงงานยดเหนยวของ = 28.3 MeV

73Li42He

ผลรวมของพลงงานยดเหนยวหลง – ผลรวมของพลงงานยดเหนยวกอน = 17.4 MeV= พลงงานทปลอยออกมา

49

การวเคราะหพลงงานในปฏกรยานวเคลยร

พลงงานทเกดจากปฏกรยานวเคลยรเรยกวา พลงงานนวเคลยร อาจอยใ ไ ไ ในรปของพลงงานจลนของอนภาคหรอคลนแมเหลกไฟฟากไดผลรวมของพลงงานยดเหนยว(หลง) > ผลรวมของพลงงานยดเหนยว(กอน)เกดปฏกรยานวเคลยรทมการปลอยพลงงานออกมา

50

ปฏกรยานวเคลยรฟชชน

คาถาม จะเกดอะไรขนหากสามารถทาใหนวเคลยสของยเรเนยม – 235 ใ ไ แตกตวออกเปน 2 สวนทมขนาดใกลเคยงกนได

คาตอบ จะเกดปฏกรยานวเคลยรฟชชนฏ235 1 141 92 192 0 56 36 03U n Ba Kr n energy+ → + + +

ปฏกรยาทนวเคลยสของธาตหนกแตกตวเปนนวเคลยสขนาดเลกวา ฟชชน

ธาตเบา มเลขมวล 1 – 25

ธาตขนาดกลาง มเลขมวล 25 – 150

51

ธาตหนก มเลขมวล 150 ขนไป

ปฏกรยานวเคลยรฟชชน

52แผนภาพแสดงการเกดปฏกรยาลกโซของยเรเนยม – 235

ประวตความเปนมาของการศกษาฟชชน

รทเทอรฟอรด คนพบวธการผลตไอโซโทปรทเทอรฟอรด คนพบวธการผลตไอโซโทป

เฟรม ยงนวตรอนเขาชนนวเคลยสยเรเนยมแลวเกดธาตกมมนตรงสออกมาหลายธาต

ฮาหนและสตราสมานน ตรวจพบวาธาตทเกดขนใหม คอ Ba – 139 และ La – 140

53

ประวตความเปนมาของการศกษาฟชชน

ฮาหนและสตราสมานน อธบายวา นวเคลยสของธาตหนกเมอถกยงดวยนวตรอนแลวจะแตกตวเปนนวเคลยสขนาดกลาง

ไ ฟ ป ปไมทเนอรและฟรช อธบายวาปฏกรยาทเกดขนเปนปฏกรยานวเคลยรแบบฟชชน

54

ปฏกรยานวเคลยรฟชชน

ป 1942 เฟรม สามารถควบคมอตราการเกดปฏกรยาลกโซไดโดยควบคม ใ จานวนและพลงงานของนวตรอนทจะทาใหเกดฟชชน เรยกอปกรณนวา

เครองปฏกรณนวเคลยรการแตกตวของยเรเนยม 1 นวเคลยส ใหพลงงาน 200 MeV

55

ปฏกรยานวเคลยรฟวชน

ปฏกรยาทหลอมรวมนวเคลยสของธาตเบาสองธาต เกดเปนนวเคลยสท ป ฟ หนกกวาเดมและมการปลอยพลงงานนวเคลยรออกมา เรยกวา ฟวชน

แหลงพลงงานของดวงอาทตย มาจากปฏกรยานวเคลยรฟวชน1 4 01 2 14 2 26H He e MeV−→ + +

คาถาม เมอเวลาผานไปอตราสวนระหวางมวลของไฮโดรเจนตอมวลของฮเลยมบนดวงอาทตย จะเพมขนหรอลดลง

56

ปฏกรยานวเคลยรฟวชน

ฟวชนทสรางขนในหองปฏบตการ2 2 3 11 1 1 1 4H H H H MeV+ → + +

2 2 3 1 3 3H H H M V+ → + +2 2 3 11 1 2 0 3.3H H He n MeV+ → + +

3 2 4 11 1 2 0 17.6H H He n MeV+ → + +

ไ พลงงานรวมทไดจากฟวชนของดวเทอรอน 6 ตว = 43.2 MeVดวเทอเรยมจากนา 1 ลตร ใหพลงงาน 7.5 x 109 J เทยบไดกบพลงงาน

57

จากนามน 300 ลตร

ประโยชนของกมมนตภาพรงส

การใชกมมนตภาพรงสในการเกษตรกรรมการใชกมมนตภาพรงสในการแพทยการใชกมมนตภาพรงสในดานอตสาหกรรมการใชกมมนตภาพรงสหาอายของวตถโบราณการใชพลงงานนวเคลยรการใชพลงงานนวเคลยร

58

การปองกนกมมนตภาพรงส

ถาจาเปนตองเขาใกลบรเวณทมธาตกมมนตรงสควรใชเวลาสนทสดควรอยหางจากบรเวณธาตกมมนตรงสใหมากทสดควรใชวตถทกมมนตรงภาพรงสทะลผานไดยากมาเปนเครองกาบง

59