พลังงานการยึดเหนี่ยวนิวเคลียส(Nuclear binding energy)

พลังงานการยดึเหนี่ยวนิวเคลียส (Nuclear bindingenergy) (BE) คอื พลังงานที่ใชในการแยกโปรตอนและนิวตรอนจากนิวเคลียส

BE + 19F 91p + 10 1n9 1 0

BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass

E = mc2

BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984

BE = 0.1587 amu 1 amu = 1.49 x 10-10 J

BE = 2.37 x 10-11J

binding energy per nucleon = binding energynumber of nucleons

= 2.37 x 10-11 J19 nucleons

= 1.25 x 10-12 J

Nuclear binding energy per nucleon vs Mass number

nuclear binding energynucleon nuclear stability

จลนศาสตรของการสลายตัวกัมมันตรังสี(Kinetics of Radioactive Decay)

N daughter

rate = -∆N∆t rate = λN

∆N∆t = λN-

N = N0exp(-λt) lnN = lnN0 - λtN = จํ านวนอะตอมที่เวลา tN0 = จํ านวนอะตอมที่เวลา t = 0

λ = คาคงที่การสลายตัว(decay constant)

ln2= t½λ

Kinetics of Radioactive Decay

[N] = [N]0exp(-λt) ln[N] = ln[N]0 - λt

[N]

ln [

N]

Radiocarbon Dating

14N + 1n 14C + 1H7 1 6 0

14C 14N + 0β + ν6 7 -1t½ = 5730 years

Uranium-238 Dating238U 206Pb + 8 4α + 6 0β92 -182 2

t½ = 4.51 x 109 years

x

การแปรนิวเคลียส (Nuclear Transmutation)

(Cyclotron Particle Accelerator)

14N + 4α 17O + 1p7 2 8 1

27 Al + 4α 30P + 1n13 2 15 0

14N + 1p 11C + 4α7 1 6 2

เครื่องเรงอนุภาคชนิดไซโคลตรอน

Nuclear Transmutation

พลงังาน

พลงังาน

Nuclear Fission

Nuclear Fission

235U + 1n 90 Sr + 143Xe + 31n + Energy92 5438 0 0

Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2

Energy = 3.3 x 10-11J per 235U

= 2.0 x 1013 J per mole 235U

การเผาไหมของถานหิน 1 ตัน = 5 x 107 J

Nuclear Fission

235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy92 54 38 0 0

Representative fission reaction

Nuclear Fission

ปฏกิริยิาลูกโซนิวเคลียร (Nuclear chain reaction)เปนปฏิกิริยา nuclear fission ทีเ่กิดตอเนื่อง

มวลวิกฤติ (critical mass)= มวลนอยที่สุดที่ทํ าใหเกิด nuclear chain reaction

Non-critical

Critical

Nuclear Fission

แผนภาพของเครื่องปฏิกรณแยกนวิเคลียส (nuclearfission reactor)

Annual Waste Production35,000 tons SO2

4.5 x 106 tons CO2

1,000 MW coal-firedpower plant

3.5 x 106

ft3 ash

1,000 MW nuclearpower plant

70 ft3

vitrifiedwaste

Nuclear Fission

Nuclear Fission

Hazards of theradioactivities in

spent fuelcompared touranium ore

From “Science, Society and America’s Nuclear Waste,” DOE/RW-0361 TG

Nuclear Fusion

2H + 2H 3H + 1H1 1 1 1

Fusion Reaction Energy Released

2H + 3H 4He + 1n 1 1 2 0

6Li + 2H 2 4He3 1 2

6.3 x 10-13 J

2.8 x 10-12 J

3.6 x 10-12 J

Tokamakmagneticplasma

confinement

ไอโซโทปกมัมนัตรังสี (Radioisotopes) ในทางการเเพทย• 1 ใน 3 ของผูปวยถูกรักษาดวยไอโซโทปกมัมันตรังสี

• 24Na, t½ = 14.8 hr, β emitter, ติดตามการไหลของเลือด

• 131I, t½ = 14.8 hr, β emitter, ตรวจสอบตอมไทรอยด

• 123I, t½ = 13.3 hr, γ−ray emitter, ถายภาพสมอง

• 18F, t½ = 1.8 hr, β+ emitter, positron emissiontomography (body scanning)

• 99mTc, t½ = 6 hr, γ−ray emitter, imaging agent

Brain images with123I-labeled compound

Alzheimer’s disease

ไกเกอรมูเลอรเคาเตอร(Geiger-Müller Counter)