ฟฟสกสนวเคลยรเบ ... -...
TRANSCRIPT
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