เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 1

บทท 4 ฟสกสนวเคลยร

ฟสกสนวเคลยร (Nuclear Physics) เปนสาขาหนงของวชาฟสกสทศกษาสมบตของนวเคลยส และกระบวนการเปลยนแปลงทเกยวของกบนวเคลยสทเรยกวา ปฏกรยานวเคลยร นวเคลยสของอะตอม คอ อนภาคทอยตรงกลางของอะตอม ประกอบดวยอนภาค 2 ชนด คอ โปรตอน (proton) และนวตรอน (neutron) นวคลออน ( Nucleon ) คอ อนภาคทเปนองคประกอบของนวเคลยส = จ านวนโปรตอน + จ านวนนวตรอน สญลกษณของนวเคลยส X

สญลกษณของนวเคลยร (nuclear symbol) หรอทเรยกวานวไคลด (nuclide) ชนดหนงของธาต จะใชจ านวนโปรตอนและนวตรอนในการระบชนดของนวไคลด ดงตอไปน

A X

Z

โดย Z แทน เลขอะตอม (atomic number) คอ จ านวนของโปรตอนในนวเคลยสนน n แทน เลขนวตรอน (neutron number) คอ จ านวนของนวตรอนในนวเคลยสนน A แทน เลขมวล (mass number) คอ จ านวนนวคลออนทงหมดในนวเคลยสนน หรอ A = Z + n X แทน สญลกษณทางเคม (chemical symbol) คอ สญลกษณของธาตทางเคม

แบบฝกหดท 4.1 1. อะตอมของธาต ยเรเนยม U235

92 จงหา ก. จ านวนนวคลออน ข. จ านวนอเลกตอน ค. จ านวนโปรตอน ง. จ านวนนวตรอน 2. (มช.) อะตอมของ Po210

84 ขอใดถกตอง ก. มจ านวนนวคลออน = 210 จ านวนนวตรอน = 84 ข. มจ านวนอเลกตรอน = 84 จ านวนนวตรอน = 126 ค. มจ านวนอเลกตรอน = 126 จ านวนโปรตอน = 84 ง. มจ านวนนวคลออน = 210 จ านวนอเลกตรอน = 126 3. (Ent) จ านวนนวตรอนในนวเคลยส lA27

13 คอ ก. 13 ข. 14 ค. 27 ง. 40 4. (มช.) ดบกมเลขอะตอม = 50 และเลขมวล 120 จะมจ านวนนวคลออนเทาไร ก. 20 ข. 70 ค. 120 ง. 170 5. (มช.) อะตอมของธาต Pt196

78 กบ Au197

79 จะมจ านวนอะไรเทากน ก. นวคลออน ข. นวตรอน ค. โปรตอน ง. อเลกตรอน

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 2

การคนพบกมมนตภาพรงส เบกเคอเรล ทดลองพบวา ธาตยเรเนยมจะปลอยรงสออกมาจากธาตยเรเนยมตลอดเวลาแมไมโดนแสงแดด และพบวารงสยงสามารถผานวตถทบแสงออกมาภายนอกได จากการทดลองพบวาคณสมบตของธาตยเรเนยมมสมบตเหมอนรงสเอกซ เชน

1. สามารถวงผานวตถตาง ๆ ได 2. ท าใหอากาศรอบนอกแตกตวเปนไอออน 3. เกดการแผรงสเกดเองตลอดเวลาแตรงสเอกซเกดเองไมได ปแอรและมาร คร ไดท าการทดลองพบวายงมธาตอน เชน ทอเรยม เรเดยม บอโลเรยม

สามารถแผรงสออกมาไดเชนเดยวกน

รป 4.1 แสดงการเคลอนทของรงสทง 3 ชนด ผานสนามแมเหลก

รงสแบงออกเปน 3 ชนด 1. รงสแอลฟา สญลกษณ หรอ He4

2 (ประจบวก)

2. รงสบตา สญลกษณ หรอ e0

1 (ประจลบ) 3. รงสแกมมา สญลกษณ (เปนกลางทางไฟฟา) เปรยบเทยบสมบตของ , และ 1. มวลและประจไฟฟา 2. พลงงาน 3. การท าใหอากาศแตกตวเปนไอออน 4. อ านาจทะลทะลวงผานอากาศ

สญลกษณของธาตและอนภาคบางอยางทควรทราบ

แอลฟา () = He42 ไฮโดรเจนหรอโปรตอน = H1

1

บตา ( - ) = e01 ดวเทอรอน = H2

1

บตา (+ ) = e01 ตรตรอน = H3

1 แกมมา () = นวตรอน = n1

0

ยเรเนยม = U23592 ตะกว = Pb206

82

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 3

ไอโซโทป ( Isotope) ไอโซโทป หมายถง นวเคลยสของธาตชนดเดยวกน ทมเลขอะตอม Z เทากน แตเลขมวล A

ตางกน เชน H11 H2

1 u23592 u238

92 u23992 แบงเปน 2 ชนด คอ

1. ไอโซโทปทไมแผรงส เรยกวา ไอโซโทปเสถยร 2. ไอโซโทปทแผรงสได เรยกวา ไอโซโทปกมมนตรงส

ในธรรมชาต สวนมากเปนไอโซโทปเสถยร

แบบฝกหดท 4.2 1. (มช.) ธาตกมมนตรงส หมายถงธาตทมสมบตในการแผรงสไดเอง และรงสทแผออกมา จะตองเปนรงสตอไปนเสมอ ก. รงสแอลฟา ข. รงสบตา รงสแกมมา ค. รงสแอลฟา รงสบตา รงสแกมมา ง. เปนรงสชนดใดกได 2. (มช.) คณสมบตทส าคญประการหนงของอนภาคแอลฟา กคอ ก. มอ านาจทะลทะลวงสง ข. มพลงงานจลนสงกวาอนภาคตวอน ค. ท าใหสารทผานแตกตวเปนไอออน ง. คลายกบรงสเอกซ (X-ray) 3. (Ent) รงสแอลฟามอ านาจในการทะลผานนอยกวารงสชนดอนทออกมาจากธาตกมมนตรงสเนองจาก ก. รงสแอลฟามพลงงานนอยกวารงสชนดอน ข. รงสแอลฟามคณสมบตในการท าใหสารทรงสผาน แตกตวเปนไอออนไดดกวา ค. รงสแอลฟาไมมประจไฟฟา ง. ถกทงขอ ก และ ข 4. (Ent) พจารณาขอความตอไปนส าหรบรงสแอลฟา บตา และแกมมา 1. มความสามารถในการท าใหกาซแตกตวเปนไอออนไดดกวา 2. ตองใชวสดทมความหนามากในการกนรงส 3. เมอเคลอนทผานบรเวณทมสนามแมเหลก แนวการเคลอนทเปนแนวโคง 4. อตราสวนประจตอมวลมคามากทสด ขอความใดเปนสมบตของรงสบตา ก. ขอ 1 และ 2 ข. ขอ 1 และ 3 ค. ขอ 2 และ 4 ง. ขอ 3 และ 4 5. (มช.) ขอความตอไปนขอใดถก ก. รงสบตามอ านาจทะลผาน สงกวารงสแกมมา แตนอยกวารงสเอกซ ข. รงสบตามอ านาจทะลผาน สงกวารงสเอก แตนอยกวารงสแอลฟา ค. รงสบตามอ านาจทะลผาน สงกวารงสแอลฟา แตนอยกวารงสแกมมา ง. รงสบตามอ านาจทะลผาน สงกวารงสอน ๆ ทกชนด 6. (มช.) ถารงสแอลฟา บตา และแกมมา เคลอนทอยในน า และรงสทงสามชนดม พลงงานเทากน เราจะพบวารงสบตาเคลอนทไดระยะทาง ก. สนทสด ข. ไกลทสด ค. ไกลกวาแกมมาแตใกลกวาแอลฟา ง. ไกลกวาแอลฟาแตใกลกวาแกมมา

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 4

7. (Ent) อนภาคแอลฟาประกอบไปดวย ก. 2 โปรตอน ข. 2 โปรตอน กบ 2 อเลกตรอน ค. 2 โปรตอน กบ 2 นวตรอน ง. 4 โปรตอน 8. (มช.) ไอโซโทป เปนชอเรยกนวเคลยสของธาตทมลกษณะดงน ก. มจ านวนนวคลออนเทากน ข. มจ านวนโปรตอนเทากบนวตรอน ค. มจ านวนโปรตอนตางกน แตมจ านวนนวตรอนเทากน ง. มจ านวนโปรตอนเทากน แตมจ านวนนวตรอนตางกน การสลายตวของธาตกมมนตรงส

เมอธาตกมมนตรงสสลายตวจะเปลยนเปนธาตใหมใชหลกการ Balance สมการ 1. ผลบวกของเลขมวลตอนกอน = ผลบวกของเลขมวลตอนหลง

A ตอนกอน = A ตอนหลง 2. ผลบวกของเลขอะตอมตอนกอน = ผลบวกของเลขอะตอมตอนหลง

Z ตอนกอน = Z ตอนหลง 2.1. สมมตธาตกมมนตรงสสลายตวใหแอลฟา () 1 ตว

XAZ He4

2 + Y4A2Z

จะไดธาตเลขมวลลดลงจากเดม 4 เลขอะตอมลดลง 2 2.2. สมมตธาตกมมนตรงสสลายตวใหบตา บตา ( - ) 1 ตว

XAZ e0

1 + YA1Z

จะไดธาตใหมเลขมวลของธาตเทาเดม แตเลขอะตอมเพมหนง 2.3. สมมตธาตกมมนตรงสสลายตวใหแกมมา () 1 ตว XA

Z + YAZ

จะไดธาตตวเดม เลขอะตอม เลขมวลไมเปลยนแปลง

แบบฝกหดท 4.3 1. (Ent) ธาต A สลายเปนธาต B โดยปลอยรงสบตาออกมา ธาตทงสองจะมจ านวนใดเทากน ก. นวตรอน ข. โปรตอน ค. ผลรวมของนวตรอนและโปรตอน ง. ผลตางของนวตรอนและโปรตอน 2. (Ent) จากธาตไอโซโทปของยเรเนยม U238

92 สลายตวแบบอนกรมไดอนภาคแอลฟารวม 8 ตว และ อนภาคบตารวม 6 ตว และไดไอโซโทปของธาตใหมอก 1 ตว อยากทราบวาไอโซโทปของธาตใหม มเลขมวลและเลขอะตอมตรงกบขอใด ก. 91 , 324 ข. 92 , 206 ค. 234 , 91 ง. 206 , 82

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 5

3. (Ent) ในการสลายตวตอ ๆ กนของธาตกมมนตรงส โดยเรมจาก U23892 เมอสลายใหอนภาค

ทงหมดเปน 2 , 2 , และ 2 จะท าใหไดนวเคลยสใหม มจ านวนโปรตอนและนวตรอนเทาใด ก. จ านวนโปรตอน 88 จ านวนนวตรอน 140 ข. จ านวนโปรตอน 90 จ านวนนวตรอน 140 ค. จ านวนโปรตอน 88 จ านวนนวตรอน 142 ง. จ านวนโปรตอน 90 จ านวนนวตรอน 142 4. (Ent) เมอบสมท Bi214

83 สลายตวใหรงสบตาลบ นวเคลยสของธาตใหมคอ ก. Pb210

82 ข. Bi210

83 ค. At214

85 ง. Po214

84 5. (Ent) นวเคลยส Pb210

82 สลายตวไอโซโทปเสถยรตามล าดบดงน Pb210

82 X Y Z จ านวนนวตรอนในไอโซโทปเสถยร Z เปนอยางไร , , เวลาครงชวต( Half Life )

ตอนแรกมมวลเรมตน N0 เมอเวลาผานไป 1 ชวงครงชวตเหลอ N = 2

N1

0

ตอนแรกมมวลเรมตน N0 เมอเวลาผานไป 2 ชวงครงชวตเหลอ N = 2

N2

0

ตอนแรกมมวลเรมตน N0 เมอเวลาผานไป n ชวงครงชวตเหลอ N = 2

Nn

0 …………(4.1)

เวลาผานไป T วนาท คดเปน 1 ชวงครงชวต

เวลาผานไป t วนาท คดเปน T

tn ชวงครงชวต ................................ (4.2)

แทน (4.2) ใน (4.1) จะได n

0 2

1

N

N

จะได T

t

0 2

1

N

N

….................... (4.3)

เมอ N0 คอ มวลเรมตน N คอ มวลทเหลอ t คอ เวลาผานไป T คอ เวลาครงชวต

แบบฝกหดท 4.4 1. (Ent) ธาตไอโอดน - 126 มครงชวต 12 วน นาย ข ไดรบธาตไอโอดน - 126 เขาไปในรางกาย 16 กรม เปนเวลานานกวนไอโอดน – 126 ในรางกายของนาย ข จงลดลงเหลอ 2 กรม ก. 12 วน ข. 24 วน ค. 36 วน ง. 48 วน 2. (Ent) สารกมมนตรงสชนดหนงมคากมมนตภาพ 256 คร พบวาเวลาผานไป 6 นาท กมมนภาพลดลง เหลอ 32 คร จงหาครงชวตและคากมมนภาพทเหลออยหลงจากเวลาผานไปอก 8 นาท ก. 2 นาท 2 คร ข. 2 นาท 30 คร ค. 4 นาท 8 คร ง. 4 นาท 24 คร 3. (Ent) ไอโซโทปของโซเดยม Na24

11 มครงชวต 15 ชวโมง จงหาวาเวลาผานไป 75 ชวโมง นวเคลยส ของไอโซโทปนจะสลายไปแลวประมาณกเปอรเซนตของจ านวนสารทตงตน ถาตอนเรมแรกมนวเคลยส ของไอโซโทปนมคา 5 คร ก. 75 % ข. 87 % ค. 94 % ง. 97 %

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 6

4. (Ent) สารกมมนตรงสโคบอลต - 60 สลายตวใหรงสบตาและรงสแกมมา โดยมครงชวต 5.3 ป จงหา เปอรเซนตของสารกมมนตรงสทเหลออยเมอเวลาผานไป 15.9 ป ก. 6.25 % ข. 12.5 % ค. 18.75 % ง. 25 % 5. (Ent) ตองใชเวลานานเทาใด ธาตกมมนตรงสทมครงชวตเทากบ 30 ป จงจะมปรมาณเหลอเพยง รอยละ 10 ของของเดม

ก. 80 ป ข. 100 ป ค. 120 ป ง. 240 ป 6. (Ent) ในการหาอายของวตถโบราณชนหนงโดยการวดปรมาณของคารบอน - 14 ซงมครงชวต 5,570 ป พบวามปรมาณคารบอน - 14 ทเหลออยในปจจบนเทากบ 1/8 เทาของปรมาณทมอยในตอนแรก วตถ โบราณชนนมอายเทาไร

ก. 11,140 ป ข. 16,710 ป ค. 22,280 ป ง. 44,560 ป

การสลายตวของนวเคลยสกบกมมนตรงส

รทเธอรฟอรดและซอดดไดตงสมมตฐานเพอใชอธบายการสลายตวของธาตกมมนตภาพรงสไวดงน 1. ธาตกมมนตรงสจะแตกตวออกใหอนภาคแอลฟาหรอบตาไดสารใหม และสารใหมทเกดขนนอาจจะมการแผกมมนตภาพรงสตอไปไดอก 2. ในการสลายตวของธาตกมมนตรงส เราไมสามารถจะบอกไดวานวเคลยสใดจะสลายกอนหรอหลงแตเราสามารถบอกไดเพยงวานวเคลยสทกตวมความนาจะเปนทจะสลายตวเทากนหมดและอตราการสลายจะขนอยกบจ านวนนวเคลยส ( นวเคลยสทพรอมจะสลาย ) ในขณะนน ถาทเวลา t1 ใหธาตกมมนตรงสมจ านวนนวเคลยสอย N1 และทเวลา t2 ใหธาตกมมนตรงสมจ านวนนวเคลยสอย N2 อตราการลดของนวเคลยส =

t

N

= 12

12

tt

NN

โดย ΔN = N2 - N1 = การเปลยนแปลงของนวเคลยส t = t2

- t1 = เวลาทผานไป จากสมมตฐานขอ 2 จะไดอธบายอตราการสลายขนอยกบจ านวนนวเคลยสทมอยขณะนน

-Δt

ΔN N

-Δt

ΔN = A = N ……………(4.4)

โดย = คาคงทของการสลายตว N = จ านวนนวเคลยสของธาตกมมนตภาพรงสทมอยขณะนน

- Δt

ΔN = A = อตราการสลายตวของนวเคลยส มเครองหมายเปนลบแสดงวาเปนอตรา

การลด

หนวยกมมนตรงส

1 คร(ci) = 3.7 x 10 10 เบคเคอเรล (Bq )

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 7

ความสมพนธของอตราการสลายตวของกมมนตภาพรงสกบครงชวต

จาก dt

dN = - N

dt

dN = - dt

N

N0N

dN =

t

0

dt …………………..1

จากสมการ Integrate N

dN จะได n N

สมการ 1 เขยนใหมได n N = -t t0

แทนคาขดจ ากดบน Upper Limit และขดจ ากดลาง Lower Limit จะได n N - n N0 = - 0t

n0N

N = -

เขยนในรปเลขชก าลงจะได e-t = 0N

N

N = N0e-t ………….…….. (4.5)

โดย N0 = จ านวนนวเคลยสของธาตกมมนตภาพรงสทเวลา t = 0 N = จ านวนนวเคลยสของธาตกมมนตภาพรงสทเวลา t = t e = คาคงท = 2.718 อตราการสลายตวของกมมนตภาพรงสกบครงชวต จากสตร N = N0e

-t

เมอเวลาผานไปครงชวต t = T จ านวนนวเคลยสเหลอ 2

NN 0

แทนคา 2

N 0 = N0e-T

2

1 = e-T

2 = e T เขยนในรปของ log จะได log e 2 = T

log 2 = elog

log2 = log2.718

log2 = 0.693 = T

T = λ

0.693 …………….. (4.6)

แบบฝกหดท 4.5 1. (Ent) ถาม Ra226

88 จ านวน N นวเคลยส มกมมนภาพ A มลลคร คาคงตวของการสลายตวตอวนาท

คอขอใด (ก าหนดให 1 ครเทากบการสลาย 3.7 x 10 10 ตอวนาท )

ก. 3.7 x 10 7 N

A ข. 3.7 x 10 7 A

N ค. N3.7x10

A7

ง. A3.7x10

N7

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 8

2. (Ent) ธาตกมมนตรงสจ านวนหนง มกมมนภาพ 1 ไมโครคร และมครงชวตเทากบ 1,000 วนาท

จ านวนนวเคลยสกมมนตรงสขณะนนเปนเทาใด (1 คร = 3.7 x 10 10 เบคเคอเรล )

ก. 3.7 x 10 7 ข. 5.3 x 10 7 ค. 3.7 x 10 9 ง. 5.3 x 10 9 3. (Ent) คาคงทของการสลายตว ของ Th232

90 เทากบ 1.6 x 10 -18 (วนาท -1 ) ถาม Th232

90 อย 1 กโลกรม

ใหหาอตราการสลายตวเปนอะตอมตอวนาท ( NA = 6 x 10 23 ตอโมล )

ก. 4.1 x 10 3 ข. 9.6 x 10 5 ค. 4.1 x 10 6 ง. 9.6 x 10 8 4. (Ent) ไอโอดน - 131 มคาคงตวของการสลายตวเทากบ 0.087 ตอวน ถาม ไอโอดน - 131 อย 10 กรม ตอนเรมตนเมอเวลาผานไป 24 วน จะม ไอโอดน - 131 เหลออยเทาใด ก. 0.63 กรม ข. 1.25 กรม ค. 2.50 กรม ง. 5.00 กรม 5 (Ent) ถาธาต X มจ านวนอะตอมเปน 2 เทาของธาต Y แตมกมมนคภาพเปน 3 เทาของธาต Y ครงชวต ของธาต X จะเปนกเทาของธาต Y

ก. 6

1 เทา ข. 3

2 เทา ค. 2

3 เทา ง. 6 เทา

การทดลองอปมาอปมย การทอดลกเตากบการสลายของธาตกมมนตรงส

T

t

0 2

1

N

N

เมอ N0 คอ จ านวนลกเตาตอนแรก N คอ จ านวนลกเตาทเหลอ t คอ จ านวนครงททอดลกเตา T คอ จ านวนครงททอดแลวลกเตาเหลอครงหนงของเดม

T = λ

0.693

เมอ T คอ จ านวนครงททอดแลวลกเตาเหลอครงหนง คอ โอกาสหงายหนาทแตมส โอกาสหงายหนาทแตมส ( ) = จ านวนหนาทแตมส / จ านวนหนาทงหมด

แบบฝกหดท 4.6 1. (Ent) ลกเตา 16 หนา แตมสไวทหนาหนงจ านวน 100 ลก น ามาทอดและคดลกทหงายหนาแตมสออก ทอดกครงจงจะเหลอลกเตา 50 ลก ก. 8 ครง ข. 9 ครง ค. 10 ครง ง. 11 ครง 2. (Ent) ในการทดลองอปมาอปมยของการทอดลกเตากบการสลายตวของธาตกมมนตรงส โดยการโยนลกเตา แลวคดหนาทไมแตมสออกไป ถาลกเตาม 6 หนา มหนาทแตมส 2 หนา และมจ านวน 90 ลก จงหาวา ถาท าการโยนลกเตาทง 2 ครง โดยสถตจะเหลอจ านวนลกเตาเทาใด ก. 10 ลก ข. 30 ลก ข. 40 ลก ง. 56 ลก

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 9

รศมนวเคลยส

รศมนวเคลยส R 3

1

A

จะได R = ro3

1

A …………………….(4.7)

เมอ R คอ รศมนวเคลยส A คอ เลขมวล ro คอ 1.2 x 10 -15 เมตร

แบบฝกหดท 4.7

1. (Ent) ถารศมนวเคลยสของธาตไฮโดเจนเปน 1.4 x 10 -15 เมตร รศมนวเคลยสของธาต Al27 จะเปนกเมตร

ก. 4.2 x 10 -15 เมตร ข. 5.6 x 10 -15 เมตร ค. 12.6 x 10 -15 เมตร ง. 27 x 10 -15 เมตร 2. (Ent) รศมนวเคลยสของ U238 มคาประมาณกเทาของรศมนวเคลยสของ He4 ก. 4 เทา ข. 8 เทา ค. 16 เทา ง. 60 เทา 3. (Ent) ไอโซโทปของธาต Ra224

88 มรศมเปนกเทาของธาตไอโซโทปของ Na28

11 ก. 2 เทา ข. 3 เทา ค. 4 เทา ง. 5 เทา

พลงงานยดเหนยว (B.E.) มวลของนวเคลยส เกดจากมวลของโปรตอนและนวตรอนรวมกน แตจากการทดลองพบวา มวลของนวเคลยส มวลของโปรตอน + มวลของนวตรอน มมวลหายไปบางสวนเรยกวามวลพรอง สตรมวลพรอง มวลพรอง Δm = มวลของโปรตอน + มวลของนวตรอน – มวลนวเคลยส มวลพรอง Δm = มวลของไฮโดรเจน + มวลของนวตรอน – มวลอะตอม ΔE = Δm x 931 หรอ ΔE = Δm x 930 หนวย MeV พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน (พลงงานยดเหนยวตอเลขมวล)

A

BE A

Δmx931 มหนวยเปน MeV

แบบฝกหดท 4.8 1. (Ent) ถานวเคลยสของธาต A มมวล 4.0020 u และนวเคลยสของธาต A นประกอบขนดวยโปรตอน และนวตรอนอยางละ 2 ตว ( มวลของโปรตอน = 1.0073 U , มวลของนวตรอน = 1.0087 u มวล 1 u เทยบเทากบพลงงาน 930 MeV ) พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของธาต A มคา ก. 2 MeV ข. 7 MeV ค. 14 MeV ง. 28 MeV 2. (Ent) ธาตตรเทยมซงมเลขมวลอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอมเทากบ 3.016049 u จะมพลงงานยดเหนยวเทากบเทาใด ก าหนดให เลขมวลของไฮโดรเจน = 1.007825 u มวลนวตรอน = 1.008655 u และ 1 u = 930 MeV

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 10

ปฏกรยานวเคลยร ส าหรบการชนระหวางนวเคลยสกบนวเคลยส หรอนวเคลยสกบอนภาคนน เขยนเปนปฏกรยา นวเคลยสไดดงน สมการแบบเตม x + a y + b สมการแบบยอ x (a , b ) y ก าหนดให x คอ นวเคลยสทใชเปนเปา a คอ อนภาคทวงเขามาชนเปา b คอ นวเคลยสของธาตใหมทเกดขนภายหลงกนชน

หลกการ Balance สมการ 1. ผลบวกของเลขมวลตอนกอน = ผลบวกของเลขมวลตอนหลง

A ตอนกอน = A ตอนหลง 2. ผลบวกของเลขอะตอมตอนกอน = ผลบวกของเลขอะตอมตอนหลง

Z ตอนกอน = Z ตอนหลง

แบบฝกหดท 4.9

1. (Ent)จากปฏกรยานวเคลยร H21 + X He4

2 + n X ควรเปนอนภาคใด ก. อเลกตรอน ข. โปรตอน ค. ดวเทอรอน ง. ทรทอน

2. (Ent)จากปฏกรยานวเคลยร N147 + H1

1 N157 + X X คออนภาคใด

ก. อเลกตรอน ข. โปรตอน ค. นวตรอน ง. โพซตรอน

3. (Ent)จากปฏกรยานวเคลยร Hg19880 (n , y) Au197

79 ถามวา y คออนภาคใด ก. อนภาคแอลฟา ข. โปรตอน ค. ดวเทอรอน ง. ทรทอน

ปฏกรยาฟชชน (Fission reaction) เกดจากธาตหนกถกยงดวยนวตรอน แลวแตกเปนธาตเบา ปฏกรยา ฟชชนเปนปฏกรยาแยกตวของนวเคลยส โดยมนวตรอนเปนตววงเขาชนนวเคลยสหนกๆ ( A 230 ) เปนผล ท าใหนวเคลยสทมขนาดปานกลาง และมนวตรอนทมความเรวสงเกดขนประมาณ 2-3 ตว ทงมการคายพลงงานออกมาดวย ดงตวอยางปฏกรยาตอไปน U235

92 + n10 Ba141

56 + rK9236 + n31

0 + E

U23592 + n1

0 Xe14054 + Sr94

38 + n2 10 + + 200 MeV

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 11

รป 4.2 แสดงการเกดฟชชนของยเรเนยม -235

ปฏกรยาลกโซ (Chain reaction) เปนปฏกรยานวเคลยรแบบฟชชนทเกดขนอยางตอเนอง โดยอาศยนวตรอนทเกดขนเปนตวยงนวเคลยสของธาตตอไป

รป 4.3 การเกดปฏกรยาลกโซ

ปฏกรยาฟวชน (Fision reaction) เกดจากธาตเบาตงแตสองธาตรวมกนกลายเปนธาตหนก ปฏกรยาฟวชน เปนปฏกรยาหลอมตวของนวเคลยสและมพลงงานคายออกมาดวย นวเคลยสทใชหลอมจะตองเปนนวเคลยสเลกๆ ( A < 20 ) หลอมรวมกลายเปนนวเคลยสเบาทใหญกวาเดม

ตวอยางของปฏกรยาฟวชนทท าไดในหองปฏบตการ H2

1 + H21 H3

1 + H11 + 4 MeV

H21 + H2

1 eH32 + n1

0 + 3.3 MeV

H21 + H3

1 He42 + n1

0 + 17.6 MeV H2

1 + eH32 He4

2 + H11 + 18.3 MeV

ตวอยางของปฏกรยาฟวชนทเกดขนบนดาวฤกษ H1

1 + H11 H2

1 1 0.4e0 MeV H2

1 + H21 eH3

2 + n10 + 5.5 MeV

eH32 + eH3

2 He42 + H21

1 + 12.9 MeV N15

7 + H11 C12

6 + He4

2 + 4.9 MeV

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 12

ตาราง เปรยบเทยบ Fission และ Fusion

แบบฟชชน แบบฟวชน 1. เปนปฏกรยาคายพลงงาน 2. เปนการแตกตวนวเคลยสของธาตทมเลขมวลมากได 2 เสยง

3. เกดทอณหภมปกตได 4. ใหพลงงานตอปฏกรยามากกวาแบบฟวชน 5. ใหพลงงานตอมวลนอยกวาแบบฟวชน 6. สามารถควบคมใหเกดฟชชนและปฏกรยาลกโซได เครองมอผลตพลงงานนวเคลยรทสามารถควบคมอตราการเกดฟชชนและปฏกรยาลกโซได เรยกวา เครองปฏกรณนวเคลยร (Nuclear Reactor)

1. เปนปฏกรยาคายพลงงาน 2. เปนการหลอมรวมนวเคลยสของธาตทมเลขนอย

สองธาต 3. เกดทอณหภมสงมาก เชน เกดขนบนดวงอาทตย 4. ใหพลงงานตอปฏกรยานอยกวาแบบฟชชน 5. ใหพลงงานตอมวลมากกวาแบบฟวชน 6. ยงไมสามารถควบคมปฏกรยาเพอน าไปใช

ประโยชนได

ประโยชนของกมมนตภาพรงส 1. ทางอตสาหกรรม ใชหารอยรวของทอ รอยราวของแผนโลหะ หรอใชควบคมความหนาแนนของแผนโลหะ 2. ทางการเกษตร ใชปรบปรงพนธพช วจยปย ( P32

15 ) วจยโคนม ( I13153 ) การถนอมอาหาร หรอ

ศกษาการปรงอาหารของพช 3. ทางการแพทย ใชรกษาโรคมะเรง ( Co60

27 ) ตรวจการไหลเวยนของโลหต ( Na2411 )

4. การหาวตถโบราณ หรอการหาอายโลก จะใชคารบอน – 14 และยเรเนยม (Uranium-lead dating) อนตรายจากกมมนตภาพรงส กมมนตภาพรงส เมอผานเขาไปในเนอเยอของสงมชวตท าใหเกดการเปลยนแปลงภายในเนอเยอ ท าใหเนอเยอตายทนท หรอมการเปลยนแปลงไปจากเดมท าใหเกดโรคมะเรง การปองกนอนตรายจากกมมนตภาพรงส 1. เนองจากปรมาณกมมนตภาพรงสทเราไดรบขนกบเวลา ดงนนถาจ าเปนตองเขาใกลบรเวณทมธาตกมมนตรงส ควรใชเวลาสนทสดเทาทจะท าได 2. เนองจากปรมาณกมมนตภาพรงสจะลดลง ถาบรเวณนนอยหางแหลงก าเนดกมมนตภาพรงสมากขน ดงนนจงควรอยหางบรเวณทมธาตกมมนตรงสใหมากทสดเทาทจะมากได 3. เนองจากปรมาณกมมนตภาพรงสชนดตาง ๆ มอ านาจทะลผานวตถไดตางกน ดงนนจงควรใชวตถทกมมนตภาพรงสผานไดยากเปนเครองก าบง เชน มกใชตะกว คอนกรต ก าบงรงสแกมมาและรงสบตาได นยมใชน าเปนเครองก าบงนวตรอน เปนตน

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 13

แบบทดสอบบทท 4 เรอง ฟสกสนวเคลยร (O-NET)

1. (O-NET 49) คารบอนเปนธาตทเปนสวนส าคญของสงมชวต สญลกษณนวเคลยส แสดงวา นวเคลยสของคารบอนนมอนภาคตามขอใด 1. โปรตอน 12 ตว นวตรอน 6 ตว 2. โปรตอน 6 ตว นวตรอน 12 ตว 3. โปรตอน 6 ตว อเลกตรอน 6 ตว 4. โปรตอน 6 ตว นวตรอน 6 ตว 2. (O-NET 49) ขอใดตอไปนเปนการก าจดกากกมมนตรงสทดทสด 1. เรงใหเกดการสลายตวเรวขนโดยใชความดนสงมาก ๆ 2. เผาใหสลายตวทอณหภมสง 3. ใชปฏกรยาเคมเปลยนใหเปนสารประกอบอน 4. ใชคอนกรตตรงใหแนนแลวฝงกลบใตภเขา 3. (O-NET 49)ขอใดถกตองส าหรบไอโซโทปของธาตหนง ๆ 1. มเลขมวลเทากน แตเลขอะตอมตางกน 2. มจ านวนโปรตอนเทากน แตจ านวนนวตรอนตางกน 3. มจ านวนนวตรอนเทากน แตจ านวนโปรตอนตางกน 4. มผลรวมของจ านวนโปรตอนและนวตรอนเทากน 4. (O-NET 49) นกโบราณคดตรวจพบเรอไมโบราณล าหนง วามอตราสวนของปรมาณ C-14 ตอ C-12 เปน 25 % ของอตราสวนส าหรบสงทยงมชวต สนนษฐานไดวาซากเรอนมอายประมาณกป ก าหนดให ครงชวตของ C-14 เปน 5,730 ป 1. 2,865 2. 5,730 3. 11,460 4. 22,920 5. (O-NET 49) รงสในขอใดทมอ านาจในการทะลทะลวงผานเนอสารไดนอยทสด 1. รงสแอลฟา 2. รงสบตา 3. รงสแกมมา 4. รงสเอกซ 6. (O-NET 49) ไอโอดน-128 มคาครงชวต 25 นาท ถาเรมตนมไอโอดน-128 อย 400 มลลกรม ไอโอดน- 128 จะลดลงเหลอ 100 มลลกรม เมอเวลาผานไปกนาท ( 50 นาท ) 7. (O-NET 50) อนภาคแอลฟา อนภาคบตา รงสแกมมา เมอเคลอนทในสนามแมเหลก ขอใดไมเกด การเบน 1. อนภาคแอลฟา 2. อนภาคบตา 3. รงสแกมมา 4. อนภาคแอลฟาและบตา 8. (O-NET 50) กจกรรมการศกษาทเปรยบเทยบการสลายกมมนตรงสกบการทอดลกเตานน จ านวน ลกเตาทถกคดออกเทยบไดกบปรมาณใด 1. เวลาครงชวต 2. จ านวนนวเคลยสตงตน 3.จ านวนนวเคลยสทเหลออย 4. จ านวนนวเคลยสทสลาย 9. (O-NET 50) อนภาคใดในนวเคลยส U236

92 และ Th23490 ทมจ านวนเทากน

1. โปรตอน 2. อเลกตรอน 3. นวตรอน 4. นวคลออน

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 14

10. (O-NET 50) เครองหมายดงรปแทนอะไร

1. เครองก าหนดไฟฟาโดยกงหนลม 2. การเตอนวามอนตรายจากกมมนตภาพรงส 3. การเตอนวามอนตรายจากสารเคม 4. เครองก าหนดไฟฟาโดยเซลลแสงอาทตย 11. (O-NET 50) นวเคลยสของเรเดยม-226 ( Ra226

88 ) มการสลายโดยการปลอยอนภาคแอลฟา 1 ตว และ รงสแกมมาออกมาจะท าให Ra226

88 กลายเปนธาตใด 1. Po218

84 2. Rn22286

3. Th23090 4. U234

94 12. (O-NET 50) ในธรรมชาตธาตคารบอนม 3 ไอโซโทป คอ C12

6 C136 และ C14

6 ขอใดตอไปนถก 1. แตละไอโซโทปมจ านวนอเลกตรอนตางกน 2. แตละไอโซโทปมจ านวนโปรตอนตางกน 3. แตละไอโซโทปมจ านวนนวตรอนตางกน 4. แตละไอโซโทปมจ านวนโปรตอนเทากบจ านวนนวตรอน 13. (O-NET 50) รงสใดทนยมใชในการอาบรงสผลไม 1. รงสเอกซ 2. รงสแกมมา 3. รงสบตา 4. รงสแอลฟา 14. (O-NET 51) ไอโซโทปกมมนตรงสของธาตไอโอดน – 128 มครงชวต 25 นาท ถามไอโอดน –128 ทงหมด 256 กรม จะใชเวลาเทาไรจงจะเหลอไอโอดน –128 อย 32 กรม 1. 50 นาท 2. 1 ชวโมง 15 นาท 3. 1 ชวโมง 40 นาท 4. 3 ชวโมง 20 นาท 15. (O-NET 51) ธาตกมมนตรงสใดทใชในการค านวณหาอายของโบราณวตถ 1. I-131 2. Co-60 3. C-14 4. P-32 16. (O-NET 51) ขอความใดตอไปนถกตองเกยวกบรงสแอลฟา รงสบตาและรงสแกมมา 1. รงสแอลฟามประจ +4 2. รงสแอลฟามมวลมากทสดและอ านาจทะลทะลวงผานสงทสด 3. รงสบตามมวลนอยทสดและอ านาจทะลทะลวงผานต าทสด 4. รงสแกมมามอ านาจทะลทะลวงสงทสด 17. (O-NET 51) ขอใดถกตองเกยวกบปฏกรยานวเคลยรฟวชน ( fusion ) 1. เกดทอณหภมต า 2. ไมสามารถท าใหเกดบนโลกได 3. เกดจากนวเคลยสของธาตเบาหลอมรวมกนเปนธาตหนก 4. เกดจากการทนวเคลยสของธาตหนกแตกตวออกเปนธาตเบา

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 15

18. (O-NET 51) ในการสลายตวของ 146C นวเคลยสของ C-14 ปลอยอเลกตรอนออกหนงตว นวเคลยส

ใหมจะมประจเปนกเทาของประจโปรตอน 1. 5 2. 7 3. 13 4. 15 19. (O-NET 51) อตราการสลายตวของกลมนวเคลยสกมมนตรงส A ขนกบอะไร 1. อณหภม 2. ความดน 3. ปรมาณ 4. จ านวนนวเคลยส A ทมอย 20. (O-NET 51) นวเคลยสของเรเดยม-226 มการสลายดงสมการขางลาง x คออะไร 226

88Ra 22286Rn + x

1. รงสแกมมา 2. อนภาคบตา 3. อนภาคนวตรอน 4. อนภาคแอลฟา 21. (O-NET 52) ขอใดถกตองเกยวกบไอโซโทปสองไอโซโทปของธาตชนดเดยวกน 1. มจ านวนนวคลออนเทากน 2. มเลขมวลเทากน 3. มเลขอะตอมเทากน 4. มจ านวนนวตรอนเทากน 22. (O-NET 52) ธาตหรอไอโซโทปในขอใดทไมมสวนเกยวของในปฏกรยานวเคลยรฟวชนทเกดขนท ดวงอาทตย 1. ไฮโดรเจน 2. ดวเทอเรยม 3. ทรเทยม 4. ฮเลยม 23. (O-NET 52) รงสในขอใดใชส าหรบฉายฆาเชอโรคในเครองมอทางการแพทย 1. รงสแกมมา 2. รงสบตา 3. รงสอนฟราเรด 4. รงสแอลฟา 24. (O-NET 53) โปรตอนและนวตรอนสามารถอยรวมกนเปนนวเคลยสได ดวยแรงใด 1. แรงดงดดระหวางมวล 2. แรงไฟฟา 3. แรงแมเหลก 4. แรงนวเคลยร 25. (O-NET 53) ในทางการแพทย ไอโอดน-131 น ามาใชเพอวตถประสงคตามขอใด 1. ตรวจการไหลเวยนของโลหตในรางกาย 2. ตรวจการท างานของตอมไทรอยด 3. รกษาโรคมะเรง 4. รกษาเนองอกในสมอง 26. (O-NET 54) ขอใดเปนสมบตของรงสแอลฟา 1. เปนอเลกตรอน 2. เปนคลนแมเหลกไฟฟา 3. เปนนวเคลยสของอะตอมฮเลยม 4. เปนโปรตอน

เอกสารประกอบการสอนเรองฟสกสนวเคลยร เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง 16

27. (O-NET 54) ธาตทมสญลกษณนวเคลยร K40

19 มกถกเรยกชอยอวาอะไร 1. โปแตสเซยม-19 2. โปแตสเซยม-21 3. โปแตสเซยม-40 4. โปแตสเซยม-59

28. (O-NET 54) เหตใดโรงไฟฟานวเคลยรในปจจบนจงตองสรางใกลแหลงน าธรรมชาต 1. เพอใหมน าเพยงพอตอการดบไฟ กรณไฟไหมเตาปฏกรณปรมาณ 2. ใชน าปรมาณมากในการถายเทความรอนจากเตาปฏกรณไปยงกงหนไอน า 3. ใชน าปรมาณมากในการท าใหเกดปฏกรยาลกโซของปฏกรยานวเคลยร 4. ตองใชนวตรอนจ านวนมากจากน าในการเรมปฏกรยานวเคลยร