ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 ·...
Transcript of ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 ·...
![Page 1: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/1.jpg)
ฟสกสนวเคลยร
( NUCLEAR PHYSICS)
1
ดร. ราชศกด ศกดานภาพ
![Page 2: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/2.jpg)
สมบตของนวเคลยส
-นวเคลยสประกอบไปดวย โปรตอน และ นวตรอน
-นวเคลยสมมวลมากกวาอเลกตรอนประมาณ 2000 เทา
-นวเคลยสมขนาดเลกมากเมอเทยบกบอะตอม
โxAz
z : atomic number ( เลขอะตอม) แสดงจานวนโปรตอน
A : mass number ( เลขมวล) แสดงจานวนนวคลออน
Al27 13Al13 จานวน p = 13
จานวน e = 13
27 13 14จานวน n = 27-13 = 14
![Page 3: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/3.jpg)
ตระกลทางนวเคลยร
กลมของนวเคลยสทมเลขอะตอม (จานวนโปรตรอน) เทากนเรยกวา กลมของนวเคลยสทมเลขอะตอม (จานวนโปรตรอน) เทากนเรยกวา
“ไอโซโทป” (Isotope) เชน 125I, 127I, 131I
กลมของนวเคลยสทมเลขมวล (จานวนโปรตรอนบวกนวตรอน) เทากนเรยกวา
“ไอโซบาร” (Isobar) เชน 131I, 131Xe, 131Cs
“ไ โ โ ” กลมของนวเคลยสทมจานวนของนวตรอนเทากนเรยกวา “ไอโซโทน”
(Isotone) เชน 13153I,
13254 Xe, 133
55Cs53 54 55
33
![Page 4: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/4.jpg)
ขนาดและโครงสรางของนวเคลยส
จากการทดลองของ Rutherford ในบางกรณอนภาคอลฟาจะเคลอนชนแบบ head-on ระหวาง
อนภาคกบนวเคลยสของอะตอม
พลงงานจลนของการเคลอนทของอนภาคอลฟา = พลงงานศกยทางไฟฟาระหวางประจ
d
Zeekrqqkmv ee
221 212
4
2
24mv
Zekd e4
![Page 5: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/5.jpg)
ขนาดและโครงสรางของนวเคลยส
ขอสรปจากการทดลองทละเอยดขนพบวานวเคลยสมรปทรงเปนทรงกลมและม
โ ขนาดโดยเฉลย:
Arr 3/1
mr
Arr
102.1 150
0
NumberMassA :0
55
![Page 6: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/6.jpg)
แรงนวเคลยร (NUCLEAR FORCE)
นวเคลยสเสถยรไดอยางไรทงทโปรตอน มาอยรวมกน ทาใหมแรงคลอมบ ผลกกน
ระหวางประจบวก?
ลกษณะของแรงนวเคลยร
-เปนแรงดงดดระยะสนเปนแรงดงดดระยะสน
-ไมขนกบชนดของประจ
66
![Page 7: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/7.jpg)
NUCLEAR STABILITY
• นวเคลยสของธาตเบาเสถยรไดเมอ
จานวน โปรตอนเทากบนวตรอน
• นวเคลยสของธาตหนกเสถยรเมอจานวน
ของนวตรอนมากกวาจานวนของโปรตอนของนวตรอนมากกวาจานวนของโปรตอน
• นวเคลยสทไมเสถยรจะปรบตวเองโดย
การปลดปลอยรงสออกมา เรยกวา การ
7
ปลดปลอยกมมนตภาพรงส
7(Radioactivity)
![Page 8: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/8.jpg)
BINDING ENERGY
Particle Mass (kg) Mass (U)atom 1.99 265 × 10-27 12.000 000C12
6
Proton 1.67 262 × 10-27 1.007 276
6
Neutron 1.67 493 × 10-27 1.008 665
มวลของ ควรจะเทากบ 6×(1.007 276) + 6×(1.008 665) = 12.095 646 UC126
Um 095646.0000000.12095646.12
88
![Page 9: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/9.jpg)
BINDING ENERGY
พลงงานยดเหนยว (Binding Energy) คอ พลงงานทตองใชในการแยกนวคลออนออกจากกน
494.931)]()([)( XMNmHZMMeVE Aznb
นวเคลยสทม พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนสง จะมเสถยรภาพสงกวานวเคลยสทม
พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนตา
99
![Page 10: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/10.jpg)
มวลอะตอมของไอโซโทปของธาตตางๆ
ไอโซโทปมวลอะตอม
ไอโซโทปมวลอะตอม
ไอโซโทป(หนวย u )
e 0 000549
ไอโซโทป(หนวย u )
4He 4 002603e 0.000549
n 1.008665
He 4.002603
5Li 5.0125
1H 1.007825
2H 2 014102
6Li 6.01512
7Li 7 016004H 2.014102
3H 3.016050
Li 7.016004
12C 12.000000
3He 3.016030 13C 13.003354
![Page 11: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/11.jpg)
ตวอยาง นกเกล 62 ( ) มมวลเทากบ 61 928349 U จงคานวณหาNi62ตวอยาง นกเกล 62 ( ) มมวลเทากบ 61.928349 U จงคานวณหา
1. พลงงานยดเหนยวของ Ni (545.26 MeV)
2 พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของ Ni (8 945 MeV)
Ni28
2. พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของ Ni (8.945 MeV)
1111
![Page 12: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/12.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
ธาตทไมเสถยรจะปลดปลอยรงสเหลาน
รงสแอลฟา •รงสแอลฟา
•รงสเบตา
รงสแกมมา•รงสแกมมา
สามารถตรวจสอบไดโดยการปลอยรงสใหเคลอนท
ผานสนามแมเหลก
1212
![Page 13: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/13.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
หลกการพนฐานของการแผกมมนตภาพรงส
1. ผลรวมของ A ทงสองขางของสมการตองเทากน
2. ผลรวมของ Z ทงสองขางของสมการตองเทากน
3. จะตองเปนไปตามกฎอนรกษพลงงานและโมเมนตม
4 42 2
A AZ ZX Y He
1.การสลายตวทปลดปลอยรงสอลฟา
238 234 492 90 2U Th He
13
226 222 488 86 2Ra Rn He
13
![Page 14: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/14.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
2. การสลายตวทปลดปลอยรงสเบตาและการคนพบแอนตนวตรโน
AA 0
eYX AZ
AZ
011
ในการสลายใหเบตามอนภาคอกชนดหนงทนาพลงงานและโมเมนตมออกไป เพอใหเกดการอนรกษ
พลงงาน, โมเมนตมเชงมม และโมเมนตมเชงเสน
นวตรโน ไมมประจ มวลนงมคาเปนศนย สปนเทากบ1/2 มอยหลายชนด ชนดทถกปลอยออกมา
จากการสลายตวของเบตาเรยกวา แอนตนวตรโน (Anti-neutrino)
NC 147
146
14
CN
NC126
127
76
14
![Page 15: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/15.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
3. การสลายตวทปลดปลอยรงสเบตาบวกและ นวตรโน
โ Paul Dirac, 1902-1984 ทานายการมอยของปฎอนภาคของอเลกตรอน เรยกวา โพสตรอน
C.D.Anderson, 1905-1991 คนพบโพสตรอนจากการวงของรวสคอสมกในสนามแมเหลก
ซงมมวลเทากบอเลกตรอน แตมประจเปนบวก
Irean Joliot Curie และ Frederi Joliot Curie คนพบโพสตรอนจากการยงแอลฟาไปยงอะตอมของ Irean Joliot Curie และ Frederi Joliot Curie คนพบโพสตรอนจากการยงแอลฟาไปยงอะตอมของ
โบรอน แมกนเซยม และอลมเนยม
n PAlHe 10
3015
2713
42
SiP 03030
15
υ eSi P 01
3014
3015
15
![Page 16: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/16.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
4.การสลายตวทปลดปลอยรงสแกมมา
XX AZ
AZ *
เปนกระบวนการทนวเคลยสปรบตวจากสถานะกระตนกลบลงมายงสถานะพน
CB 126
125 *
CC 126
126
65
*
1616
![Page 17: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/17.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
Various Decay Pathwaysy yAlpha decay
Beta decay
HeYX AZ
AZ
42
42
eYX AA)( 1eBeta decay
Beta decay
eYX ZZ 11
eYX AZ
AZ 11
)( 1e
)( 1e
Electron capture
Gamma decay
YeX AZ
AZ 1
01
XX AAy XX ZZ
1717
![Page 18: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/18.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
d
อตราการสลายตวจะมคาแปรผนโดยตรงกบจานวนนวเคลยสในขณะนน
teNN 0NdtdN
N0: จานวนนวเคลยสท t= 0
λ : คาคงทการสลายตว (decay constant)
เวลาครงชวตของสารกมมนตรงส (Half-life)
คอเวลาทอะตอมของสารกมมนตรงสมการสลายตวไปครงหนงของสารกมมนตรงสทมอย
(ในระบบยงคงเหลออะตอมอกครงทยงไมสลายตว)
18693.02ln
2/1 T18
![Page 19: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/19.jpg)
การแผกมมนตภาพรงส (RADIOACTIVITY)
อตราการสลายตว A (หนวยเปน number of decay/s หรอ Bq)
อตราการสลายตว คอ จานวนตวทสลายตอวนาท
NA
tt eAeNdtdNA 00 A0: อตราการสลายตว t = 0
00 NA
NA NA
19
Bq 107.3 Ci 1 10
19
![Page 20: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/20.jpg)
สารชนดหนงม 11C เปนสวนประกอบอย 3.5mg โดย 11C มครงชวตเทากบ 20.4 นาท
(ก) จงหาจานวน nuclei ทเวลา t=0
(ข) จงหา activity ของสารท t=0 และ t=8 ชวโมง
2020
![Page 21: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/21.jpg)
ปฏกรยานวเคลยร (NUCLEAR REACTION)
เมอนวเคลยส สองตวเคลอนทฝาแรงคลอมบเขามาใกลกนภายในระยะของแรงนวเคลยร
อาจทาใหเกดการจดระเบยบการเรยงตวของนวคลออนภายในนวเคลยสขนใหม ผลทได
อาจกลายเปนหนงนวเคลยสใหมหรอมากกวากได เขยนปฏกรยานวเคลยรไดเปนฏ
X + a →Y + b หรอ X ( a ,b )Y
X = นวเคลยสทเปนเปา
21
a = อนภาคทชนเปา
Y = นวเคลยสธาตใหมทเกดขนหลงการชน21
b = อนภาคทเกดขนหลงการชน
![Page 22: ฟิสิกส์นิวเคลียร์ - AMI · 2015-03-31 · ตระกูลทางน ิวเคลียร์ กล่มของนุมของนวเคลยสทมเลขอะตอม](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022041815/5e5a2be305222e3e952bae32/html5/thumbnails/22.jpg)
ปฏกรยานวเคลยร (NUCLEAR REACTION)
X + a →Y + b
aXi mmm ปฏกรยาดดพลงงานถา if mm
bYf mmm ปฏกรยาคายพลงงานถา if mm
931)()( umMeVQ
2222