บทที่ 20 ฟิสิกส์นิวเคลียร์ แก้ไขครั้งที่ 1

เอกสารประกอบการสอน ฟสกสนวเคลยร หนา 1

บทท 20 ฟสกสนวเคลยร

ทบทวนเรองอนภาคมลฐานของอะตอม ในปจจบนนเปนททราบกนแลววา อะตอมประกอบไปดวยอนภาคทส าคญสามชนด ไดแก อเลกตรอน

โปรตอน และนวตรอน อนภาคทงสามชนดนเรยกวา อนภาคมลฐานของอะตอม ซงมคณสมบตดงแสดงในตารางตอไปน

อนภาค ประจ ( C ) ตวแทน มวล (กรม) มวล (a.m.u) โปรตอน (p)

อเลกตรอน (e) นวตรอน (n)

+1.6 x 10–19 –1.6 x 10–19

0

+1 –1 0

1.672 x 10–24 9.108 x 10–28 1.674 x 10–24

1.007285 0.000549 1.008665

หมายเหต : 1 a.m.u = 1.66 x 10–24 กรม

สญลกษณของธาตทเขยนโดยแสดงรายละเอยดเกยวกบจ านวนอนภาคมลฐานของอะตอม

เรยกวาสญลกษณนวเคลยร รปแบบการเขยนเปนดงน เลขมวล (A) = จ านวนโปรตอน + นวตรอน

= จ านวนนวคลออน

เลขอะตอม (Z) = จ านวนโปรตอน

เลขอะตอม ( Z ) คอจ านวนโปรตอนทมในนวเคลยส และหากเปนอะตอมปกตจะเปนกลางทางไฟฟา ( ประจไฟฟารวมเปนศนย ) จ านวนโปรตอนจะเทากบจ านวนอเลกตรอน ดงนนเลขอะตอมจะเทากบจ านวนอเลกตรอนดวย

เลขมวล ( A ) คอมวลรวมของอะตอม ปกตแลวอเลกตรอนจะมมวลนอยมากเมอเทยบกบมวลโปรตอนและนวตรอน ดงนนมวลรวมของอะตอมจงเปนมวลของโปรตอนรวมกบมวลของนวตรอนนนเอง และเนองจากโปรตอนกบนวตรอนแตละตวจะมมวลเทากบ 1 มวลอะตอมรวม แลวจงเทากบจ านวนโปรตอนรวมกบจ านวนนวตรอน นนคอเลขมวลจะเทากบ จ านวนโปรตอน + จ านวนนวตรอน นนเอง

ขอควรทราบเกยวกบสญลกษณนวเคลยร 1. เลขอะตอม = จ านวนโปรตอน = ล าดบของธาตในตารางธาต ถารจ านวนโปรตอน จะรวาเปนธาตล าดบทเทาไรในตารางธาต และเปนธาตอะไร ถาจ านวนโปรตอนของอะตอมเปลยนไปชนดและสมบตของอะตอมจะเปลยนไป อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมจ านวนโปรตอนเทากน

สญลกษณของนวเคลยร (nuclear symbol)

หรอทเรยกวานวไคลด (nuclide) จะใชจ านวน

โปรตอนและนวตรอนในการระบชนดของ

นวไคลด ของธาต


2. อะตอมปกต จ านวน p = จ านวน e จะท าใหประจไฟฟารวม = 0 (เปนกลางทางไฟฟา)

หากอะตอมปกตรบอเลกตรอนเพมเขา 1 ตว ประจรวม = –1 เขยนสญลกษณเปน 𝑋𝑍𝐴 1−

หากรบอเลกตรอนเพมเขา 2 ตว ประจรวม = –2 เขยนสญลกษณเปน 𝑋𝑍𝐴 2−

หากเสยอเลกตรอนออกไป 1 ตว ประจรวม = +1 เขยนสญลกษณเปน 𝑋𝑍𝐴 1+

หากเสยอเลกตรอนออกไป 2 ตว ประจรวม = +2 เขยนสญลกษณเปน 𝑋𝑍𝐴 2+

3.จากสญลกษณนวเคลยร เลขมวล (A)

เลขอะตอม (Z) จะไดวา จ านวนโปรตอน ( p ) = Z

จ านวนนวตรอน ( n ) = A – Z จ านวนอเลกตรอน ( e ) = Z – K

แบบฝก จงหาจ านวนโปรตอน นวตรอน และ อเลกตรอน จากสญลกษณของอะตอมตอไปน

a) 𝐴𝑟1840 ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

b) 𝐾1939 ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

c) 𝑈92235 ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

d) 𝑃1531 3− ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

e) 𝐶𝑙1735 1− ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

f) 𝐵𝑒49 2+ ตอบ p = …….. n = ……..…. e = ……….

ลองคดเลนๆ 1. อะตอมของธาต 𝑷𝒕𝟕𝟖𝟏𝟗𝟔 และ 𝑨𝒖𝟕𝟗

𝟏𝟗𝟕 จะมจ านวนอะไรเทากน

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

2. จากรปอะตอมของธาตชนดนมเลขมวล และเลขอะตอมเทาใด 1. 7 , 2 2. 5 , 3 3. 5 , 2 4. 3 , 3 3. ขอใดหมายถงนวคลออน (Nucleon)

1. อเลกตรอน + โปรตอน 2. นวตรอน + อเลกตรอน 3. นวเคลยส + อเลกตรอน 4. นวตรอน + โปรตอน

4. ดบกมเลขอะตอม = 50 และ เลขมวล 120 จะมจ านวนนวคลออนเทาไร 1. 50 2. 70 3. 120 4. 170

เมอ A คอเลขมวล Z คอเลขอะตอม K คอเลขบอกประจไฟฟา

𝐻𝑒24 1+

บอกประจ (K)


แบบฝกหดท 20.1

1. อะตอมของธาต ยเรเนยม U23592 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

กมมนตภาพรงส

กมมนตภาพรงส เปนปรากฏการณทนวเคลยสของโอโซโทปทไมเสถยร เกดการปรบตวเพอใหมเสถยรภาพ โดยการปลอยอนภาคบางชนดหรอพลงงานออกมาในรปของรงส ธาตทมสมบตในการแผรงสไดเองนเรยกวาธาตกมมนตรงส รงสทคายออกมาจากธาตกมมนตรงสเมอน าไปแยกในสนามแมเหลกจะแยกได 3 ชนดคอ 1. รงสแอลฟา (Alpha particte , )

เปนนวเคลยสของอะตอมของธาตฮเลยม มมวลเทากบ 4 และมประจไฟฟา +2 เขยนสญลกษณจงได 𝐻𝑒2

4 มพลงงาน 4 –10 MeV เนองจากรงสแอลฟามมวลมาก เมอเคลอนไปชนอนภาคตวกลางใดๆ จะท าใหอนภาคตวกลางแตกตวไดด แตตวรงสแอลฟาจะสญเสยพลงงานไปมากจงท าใหอ านาจในการทะลทะลวงไปขางหนาต า ( เคลอนทได 3 – 5 เซนตเมตร ในอากาศ ) เนองจากรงสแอลฟามองคประกอบเปนอนภาค จงอาจเรยกเปนอนภาคแอลฟากได


2. รงสบตา ( Beta paticle , ) เปนอเลกตรอนทมพลงงานสงในชวงประมาณ 0.025 – 3.5 MeV เขยนเปนสญลกษณจะได 𝑒−1

0 เนองจากรงสบตามมวลนอย เมอเคลอนไปชนอนภาคตวกลางใดๆ จะท าใหอนภาคตวกลางแตกตวไดนอย สญเสยพลงงานไมมากจงท าใหอ านาจในการทะลทะลวงไปขางหนาสงกวารงสแอลฟา ( เคลอนได 1 – 3 เมตร ในอากาศ ) นอกจากนรงสบตายงเบยงเบนในสนามแมเหลกไดมากกวารงสแอลฟา เพราะอตราเรวของการเคลอนทสงกวาแอลฟา รงสบตาเกดจากการแตกตวของนวตรอนในนวเคลยส ซงเมอนวตรอนแตกตวจะได โปรตอน 1 ตวและอเลกตรอน 1 ตว อเลกตรอนนจะหลดออกมาจากนวเคลยสแลวเกดเปน รงสบตา สวนโปรตอนจะยงคงอยในนวเคลยส ดวยเหตนในนวเคลยสจะมโปรตอนเพม1 ตว เสมอเมอมการคายรงสบตา อกประการหนงอเลกตรอนในคายออกมานนมมวลนอยมาก ดงนน การคายรงสบตาจงไมท าใหมวลของนวเคลยสเปลยนแปลง

3. รงสแกมมา ( Gamma Rays , ) เปนคลนแมเหลกไฟฟาชนดหนง จงเปนกลางทางไฟฟา ( ไมมประจ ) เกดจากการเปลยนแปลงระดบ

พลงงานของนวเคลยส เพราะนวเคลยสทเกดใหมในกมมนตภาพรงสนน จะอยในภาวะถกกระตน ( Excited Stated ) มพลงงานสงมาก ซงจะตองมการคายพลงงานออกมาบางสวน พลงงานทคายออกมานนจะเปนคลนแมเหลกไฟฟา ในระดบของรงสแกมมานนเองเนองจากรงสแกมมามพลงงานสงมาก ( 0.04 – 3.2 MeV ) และท าใหเกดการแตกตวเปนไอออนของตวกลางทผานนอยมาก ดงนน รงสแกมมาจงมอ านาจในการทะลผานสงมาก

ฝกท า รงสแอลฟา มมวล = ……….. มประจ = ............. เนองจากมมวลมาก ท าใหตวกลางแตกตวได........ เสยพลงงาน........... ทะลทะลวงได.......

ฝกท า รงสบตา มมวล = ……….. มประจ = ............. เนองจากมมวลนอย ท าใหตวกลางแตกตวได....... เสยพลงงาน........... ทะลทะลวงได........

ลองคดเลนๆ 1.รงสบตาคออเลกตรอนทหลดออกมาจากนวเคลยส เกดจากการสลายตวของขอใดตอไปน

1. โปรตอน 2. นวตรอน 3. อเลกตรอน 4. นวเคลยส 2. เมอนวเคลยสคายรงสบตาออกมาแลวนวเคลยสจะเกดการเปลยนแปลงชนดของธาตเพราะเหตในขอใด

1. จ านวนโปรตอนในนวเคลยสลดลง 1 ตว 2. จ านวนโปรตอนในนวเคลยสเพมขน 1 ตว 3. จ านวนนวตรอนในนวเคลยสลดลง 1 ตว 4. จ านวนอเลกตรอนในนวเคลยสลดลง 1 ตว

3. เหตใดเมอนวเคลยสคายรงสบตาออกมาแลว มวลของนวเคลยสจะยงคงมคาเทาเดม 1. เพราะจ านวนโปรตอนในนวเคลยสมเทาเดม 2. เพราะจ านวนนวตรอนในนวเคลยสมเทาเดม 3. เพราะรงสบตาทคายออกมานน คออเลกตรอนซงมมวลนอยมาก 4. เพราะนวตรอนทสลายไปนนมมวลนอยมาก


ฝกท า. รงสทคายออกมาจากนวเคลยสของธาตกมมนตรงส ไดแก แอลฟา , บตา , แกมมา 1. จงเรยงล าดบรงส จากมวลมากไปนอย ....................................................... ........ ......... 2. จงเรยงล าดบจากความสามารถท าใหตวกลางแตกตวจากมากไปนอย..... ........ ........ ..... 3. จงเรยงล าดบอตราการสญเสยพลงงานจากมากไปนอย........ ........ ......... ....... ........ ......... 4. จงเรยงล าดบอ านาจในการทะลทะลวงจากมากไปนอย........ ........ ...... ........ ........ ........ 5. จงเรยงล าดบพลงงานรงสจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ...... ........ ........ .

1. การแผรงสชนดใดทมไดมแหลงก าเนดจากนวเคลยส 1. แอลฟา 2. บตา 3. แกมมา 4. รงสเอกซ

2. รงสตอไปน รงสใดมประจไฟฟา

ก. รงสเอกซ ข. รงสแอลฟา ค. รงสแกมมา ง. รงสบตา จ. รงสคาโธด ค าตอบทถกตองคอ

1. ขอ ก , ข , ค 2. ขอ ข , ค , ง 3. ขอ ค , ง , จ 4. ขอ ข , ง , จ 3. ถาใหรงสบตา แกมมา และแอลฟา เคลอนทอยในน า และรงสทงสามชนดมพลงงานเทากน เราจะพบวารงสบตาเคลอนทไดระยะทางเปนอยางไรเมอเทยบกบรงสอนๆ

1. สนทสด 2. ไกลทสด 3. ไกลกวาแกมมาแตใกลกวาแอลฟา 4. ไกลกวาแอลฟาแตใกลกวาแกมมา

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 แสดงการเคลอนทของรงสทง 3 ชนด ผานสนามแมเหลก


รงสแบงออกเปน 3 ชนด

1. รงสแอลฟา สญลกษณ หรอ He42 (ประจบวก)

2. รงสบตา สญลกษณ หรอ e0

1 (ประจลบ)

3. รงสแกมมา สญลกษณ (เปนกลางทางไฟฟา)

เปรยบเทยบสมบตของ , และ

1. มวลและประจไฟฟา

2. พลงงาน

3. การท าใหอากาศแตกตวเปนไอออน

4. อ านาจทะลทะลวงผานอากาศ


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 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

การเปลยนสภาพนวเคลยส

สมการนวเคลยร กอนทจะศกษาถงเรองตอไป นกเรยนควรท าความรจกสญลกษณบางอยางตอไปน

สญลกษณของธาตและอนภาคบางอยางทควรทราบ

แอลฟา () = He42 ไฮโดรเจนหรอโปรตอน = H1

1

บตา ( - ) = e01 ดวเทอรอน = H2

1

บตา (+ ) โพซตรอน = e01 ตรตรอน = H3

1

แกมมา () = นวตรอน = n10

ยเรเนยม = U23592 ตะกว = Pb206

82

การแตกตวคายรงสของนวเคลยสกมมนตรงสนน เราสามารถเขยนแสดงเปนสมการได สมการแสดงการแตกตวดงกลาว เรยก สมการนวเคลยร หลกในการเขยนสมการนวเคลยร

1. ตองใหผลรวมเลขมวลกอนปฏกรยา และผลรวมเลขมวลหลงปฏกรยามคาเทากน 2. ตองใหผลรวมเลขอะตอมกอนปฏกรยา และผลรวมเลขอะตอมหลงปฏกรยาเทากน


ตวอยาง ก าหนด 𝑈92238 สลายตวใหรงสแอลฟาออกมา จงเขยนสมการแสดงการแตกตวน

วธท า สมการเบองตนอยางงาย คอ นวเคลยสเรมตน นวเคลยสเกดใหม + รงสทคาย

𝑈92238 + 𝐻𝑒2

4 1. เนองจาก ผลรวมเลขมวลกอนปฏกรยา = ผลรวมเลขมวลหลงปฏกรยา

จะได 238 = เลขมวลใน � + 4 234 = เลขมวลใน �

2. เนองจาก ผลรวมเลขอะตอมกอนปฏกรยา = ผลรวมเลขอะตอมหลงปฏกรยา จะได 92 = เลขอะตอมใน � + 2

90 = เลขมวลใน เมอดจากตารางธาตธาตทมเลขอะตอม 90 คอธาตล าดบท 90 ในตารางธาตคอ Th

ดงนน นวเคลยสใน � จงเปน 𝑇ℎ90234 และสมการการแตกตวน คอ

𝑈92238 𝑇ℎ90

234 + 𝐻𝑒24

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

XAZ + YA

Z จะไดธาตตวเดม เลขอะตอม เลขมวลไมเปลยนแปลง


ฝกท า จงเขยนสมการการสลายตวของนวเคลยสของธาตตอไปน A. นวเคลยสของยเรเนยม –234 ใหอนภาคแอลฟา

B. นวเคลยสของธอเรยม –229 ใหอนภาคแอลฟา

C. นวเคลยสของเรเดยม –228 ใหอนภาคเบตา

D. นวเคลยสของธอเรยม –231 ใหอนภาคเบตา

จากปฏกรยาตอไปน 79Au197 + 1H2 → X + 2He4 นวเคลยส X จะมจ านวนโปรตอนและ

นวตรอนอยางไร ตอบ โปรตอน .................. ตว นวตรอน .......................... ตว

จากสมการนวเคลยรทก าหนดใหตอไปน จงหาวา X คออะไร

1) 27Co60 → 28 Ni60 + X ตอบ X คอ .........................

2) 82410 Po → 82309 Bi + X ตอบ X คอ .........................

3) He 42 + 94 Be → 163 C + X ตอบ X คอ .........................

4) 12 H + 12 H → 32 He + X ตอบ X คอ .........................

5) Be 94 + H 11 → 84 Be + X ตอบ X คอ .........................

6) K 39 19 + He 42 → 2402 Ca + X ตอบ X คอ .........................

7) 1224 Mg + 12 H → X + 1212 Na ตอบ X คอ .........................

8) Li 63 + n 10 → X + He 42 ตอบ X คอ .........................

9) X + B 10 5 → Li 73 + He 42 ตอบ X คอ .........................

10) 151 Be + X → 10 n + 174 N ตอบ X คอ .........................



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

2. (Ent) จากธาตไอโซโทปของยเรเนยม U23892 สลายตวแบบอนกรมไดอนภาคแอลฟารวม 8 ตว และ

อนภาคบตารวม 6 ตว และไดไอโซโทปของธาตใหมอก 1 ตว อยากทราบวาไอโซโทปของธาตใหม มเลขมวลและเลขอะตอมตรงกบขอใด ก. 91 , 324 ข. 92 , 206 ค. 234 , 91 ง. 206 , 82 3. (Ent) เมอบสมท Bi214

83 สลายตวใหรงสบตาลบ นวเคลยสของธาตใหมคอ ก. Pb210

82 ข. Bi210

83 ค. At214

85 ง. Po214

84

4. (Ent) ในการสลายตวตอ ๆ กนของธาตกมมนตรงส โดยเรมจาก U23892 เมอสลายใหอนภาคทงหมด

เปน 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 5. (Ent) นวเคลยส Pb210

82 สลายตวไอโซโทปเสถยรตามล าดบดงน

Pb210

82 X Y Z จ านวนนวตรอนในไอโซโทปเสถยร Z เปนอยางไร

, ,


การสลายของนวเคลยสกมมนตรงส เมอนวเคลยสของธาตกมมนตรงสสลายตวไป ปรมาณทเหลออยยอมมคาลดลง เราสามารถหาปรมาณ

ทเหลอได โดยอาศยสมการตอไปน

เมอ No คอ จ านวนนวเคลยสของธาตกมมนตรงสเรมแรกทพจารณา (t = 0 ) N คอ จ านวนนวเคลยสทเหลออยเมอเวลาผานไป t Ao คอ กมมนตภาพขณะเรมตน ( t = 0 ) A คอ กมมนตภาพเมอเวลา t ใดๆ นบจากเรมตน mo คอ มวลขณะเรมตน ( t = 0 ) m คอ มวลเวลาผานไป t e = 2.7182818 T คอ ครงชวต

และ ครงชวตอาจหาคาไดจากสมการ

เมอ = คาคงตวการสลาย แบบฝก A. ธาตกมมนตรงสชนดหนงมเวลาครงชวต 10 วน ถาเกบธาตนนจ านวน 24 x 1018 อะตอม ไว 30 วน

จะเหลอธาตนนกอะตอม 1. 1.5 x 1017 อะตอม 2. 3 x 1017 อะตอม 3. 1.5 x 1018 อะตอม 4. 3 x 1018 อะตอม

B. สารกมมนตรงสโคบอลต-60 สลายตวใหรงสบตาและรงสแกมมา โดยมครงชวต5 ป เมอเวลาผานไป 15 ป จะเหลอจ านวนอะตอมสารนอยกเปอรเซนต 1. 6.25 % 2. 12.5 % 3. 18.75 % 4. 25 %

C. มธาตไอโอดน-131 ซงมครงชวต 8 วน อยจ านวน 1 กรม จะใชเวลานานเทาใด จงจะ เหลอธาตดงกลาวเพยง 0.125 กรม 1. 16 วน 2. 24 วน 3. 32 วน 4. 64 วน


D. สารกมมนตรงสชนดหนงขณะเรมตน (t = 0) มกมมนตภาพ 10,000 เบคเคอรอล มครงชวต 6 วน อยากทราบวาเวลาผานไปเทาใด กมมนตภาพของสารนจะลดลงเหลอ 1,250 เบคเคอรอล 1. 12 วน 2. 18 วน 3. 21 วน 4. 24 วน

E. ทงน ายาซงเปนสารกมมนตรงสไวเปนเวลานาน วดกมมนตภาพได 4,200 ครง/วนาท ถาน ายานเปนของใหมจะวดกมมนตรงสได 16,800 ครง/วนาท ถาชวงครงชวตของสารในน ายานเปน 8 วน จงหาวาทงน ายาไวเปนเวลานานกวน

F. เศษไมโบราณเมอน าไปวดคากมมนตภาพจะได12.5 ตอนาท ของ C-14 แตไมชนดเดยวกนซงมชวต

และอบแหงแลวเปนปรมาณเทากนวดได 100 ตอนาท อยากทราบวา เศษไมโบราณไดตายมากปแลว ก าหนดเวลาครงชวตของ C-14 เทากบ 5600 ป

G. สารกมมนตรงสชนหนง มกมมนตภาพ 32 x 1011 เบคเคลเรล 5 ชวโมงตอมากมมนตภาพ ลดลงเหลอ

1.0 x 1011 เบคเคอเรล สารนมเวลาครงชวตกชวโมง

H. ไอโซโทปกมมนตรงสชนดหนงมคาครงชวต 30 นาท อยากทราบวาจะตองใชเวลากนาท จงจะม

ปรมาณลดลงเหลอเพยง 1 / 10 ของปรมาณเมอตอนเรมตน

I. ไอโอดน-131 มคาคงตวของการสลายเทากบ 0.087 ตอวน ถามไอโอดน-131 อย 100 กรม ตอน

เรมตน เมอเวลาผานไป 16 วน จะมไอโอดน-131 เหลออยกกรม

J. คาคงตวของการสลายของธาตกมมนตรงสซงเรมตนมจ านวนอะตอม 16 x 1018 อะตอม เมอเวลาผานไป 60 วน จะเหลอ 2 x 1018 อะตอม คอขอใด 1. 0.069 /วน 2. 0.035 /วน 3. 0.023 /วน 4. 0.017 /วน

คากมมนตภาพ( A ) คอ อตราการสลายตว ณ เวลาหนง

นนคอ A = 𝒅𝑵

𝒅𝒕 =

Δ𝑁

Δ𝑡

คากมมนตภาพ มหนวยเปนนวเคลยสตอวนาท เรยกเปนเบคเคอรอล ( Bq ) หรออาจใช หนวยเปน คร ( Ci )

โดยท 1 Ci มคาเทากบ 3 x 1010 Bq ( นวเคลยส/วนาท )

เราอาจหาคากมมนตภาพ (A) ไดจากสมการ A = N


เมอ A คอ กมมนตภาพ (นวเคลยสตอวนาท , Bq)

คอ คาคงตวการสลาย ( วนาท-1, ตอวนาท ) N คอ จ านวนนวเคลยส ณ. เวลานน ๆ (นวเคลยส )

แบบฝก

A. คาคงทของการสลายตวของธาตทอเรยม-232 เทากบ 1.6 x 10–18 ตอวนาท ธาตทอเรยมจ านวน 464 กรม จะสลายตวกลานอะตอมตอวนาท ( NA = 6 x 1023 อะตอมตอโมล )

B. ธาตกมมนตรงสจ านวนหนงมกมมนตภาพ 3.7 x 104 เบเคอเรล และมครงชวตเทากบ 1,000 วนาท จ านวนนวเคลยสกมมนตรงสนนเปนเทาใด

1. 3.7 x 107 2. 5.3 x 107 3. 3.7 x 109 4. 5.3 x 109

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 …………(20.1)

เวลาผานไป T วนาท คดเปน 1 ชวงครงชวต

เวลาผานไป t วนาท คดเปน T

tn ชวงครงชวต ................................ (20.2)

แทน (20.2) ใน (20.1) จะได n

0 2

1

N

N

จะได T

t

0 2

1

N

N

….................... (20.3)

เมอ N0 คอ มวลเรมตน N คอ มวลทเหลอ

t คอ เวลาผานไป T คอ เวลาครงชวต



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 กมตมนภาพ

ลดลง 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 % 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

วตถโบราณชนนมอายเทาไร 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 ……………(20.4)

โดย = คาคงทของการสลายตว

N = จ านวนนวเคลยสของธาตกมมนตภาพรงสทมอยขณะนน

- Δt

ΔN = A = อตราการสลายตวของนวเคลยส

มเครองหมายเปนลบแสดงวาเปนอตราการลด

หนวยกมมนตรงส

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

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 ………….…….. (20.5)

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 …………….. (20.6)


แบบฝกหดท 20.5-6

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

2. (Ent) ธาตกมมนตรงสจ านวนหนง มกมมนตภาพ 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 กรมตอนเรมตนเมอเวลาผานไป 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

ครงชวตของธาต 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


แบบฝก

A. ในการทดลองทอดลกเตาเพอเปรยบเทยบกบการสลายตวของนวเคลยสกมมนตรงส นกเรยนคนหนงใชลกเตา 6 หนา จ านวน 300 ลก โดยแตมสไวหนงหนาทกลกและหยบลกทขนหนาสออกทกครงททอด จงประมาณวาหลงจากการทอดลกเตาครงท 3 เมอหยบลกทขนหนาสออกแลวนาจะเหลอลกเตากลก 1. 173 ลก 2. 208 ลก 3. 220 ลก 4. 250 ลก

B. ในการทดลองอปมาอปมยการทดลองลกเตา การสลายตวของธาตกมมนตรงสโดยการโยนลกเตาแลวคดหนาทแตมสออกไป ถาลกเตาม 6 หนา มหนาทแตมส 2 หนาและมจ านวน 180 ลก จงหาวา ถาท าการโยนลกเตาทงหมด 2 ครง โดยสถตจะคดลกเตา ออกกลก 1. 10 ลก 2. 20 ลก 3. 80 ลก 4. 100 ลก

C. (แนว Pat2) ลกเตา 6 หนา แตละหนามหมายเลข 1 ถง 6 เขยนไว เรมตนโยนลกเตานจ านวน 100 ลก พรอมกน และคดลกทออกเลข 1 ออกไป แลวน าลกเตาท เหลอมาโยนใหมและคดออกโดยใชเกณฑเดม คาครงชวตของลกเตามคาเทาใด

D. ลกเตา 16 หนา แตมสไวทหนาหนง จ านวน 800 ลก น ามาทอดและคดลกทหงายหนาแตมสออก ตองทอดกครงจงจะเหลอลกเตา 400 ลก 1. 8 ครง 2. 9 ครง 3. 10 ครง 4. 11 ครง

E. ลกทขนหนาสออกทกครงททอด จงประมาณวาหลงจากการทอดลกเตาครงท 3 เมอหยบลกทขนหนาสออกแลว นาจะเหลอลกเตากลก 1. 250 ลก 2. 300 ลก 3. 350 ลก 4. 400 ลก

F. (En42/2) ในการทอดลกเตา 6 หนาทมการแตมส 1 หนาเหมอนกนทกลก จ านวน 180 ลก ถาทอดแลวท าการคดลกเตาทมหนาแตมสหงายขนออกไปถาท าการทอด 2 ครง โดยเฉลยจะคดลกเตาออกจ านวนกลก 1. 60 ลก 2. 55 ลก 3. 30 ลก 4. 25 ลก



1. (Ent) ลกเตา 16 หนา แตมสไวทหนาหนงจ านวน 100 ลก น ามาทอดและคดลกทหงายหนาแตมสออกทอดกครงจงจะเหลอลกเตา 50 ลก

ก. 8 ครง ข. 9 ครง ค. 10 ครง ง. 11 ครง 2. (Ent) ในการทดลองอปมาอปมยของการทอดลกเตากบการสลายตวของธาตกมมนตรงส โดยการ

โยนลกเตาแลวคดหนาทไมแตมสออกไป ถาลกเตาม 6 หนา มหนาทแตมส 2 หนา และมจ านวน 90 ลก จงหาวาถาท าการโยนลกเตาทง 2 ครง โดยสถตจะเหลอจ านวนลกเตาเทาใด

ก. 10 ลก ข. 30 ลก ข. 40 ลก ง. 56 ลก

เสถยรภาพของนวเคลยส

แรงนวเคลยร ปกตแลวนวเคลยสของอะตอมจะมขนาดเลกมาก ถาให R เปนรศมของนวเคลยสทมเลขมวลเปน A

แลว จะไดวา รศมนวเคลยส R 3

1

A

จะได R = ro 3

1

A …………………….(20.7)

เมอ R คอ รศมนวเคลยส A คอ เลขมวล ro มคาประมาณ 1.2 x 10 –15 ถง 1.5 x 10–15 เมตร ( ยงไมทราบคาทแนนอน ) ดวยเหตทนวเคลยสมขนาดเลกมาก จงท าใหแรงผลกไฟฟาระหวางโปรตอนกนโปรตอน ในนวเคลยสมคาสงมาก นอกจากนนแรงนยงมคามากกวาแรงดงดดระหวางมวลเปนอนมากดวย ดงนน การทนวคลออนสามารถยดกนอยในนวเคลยสไดจะตองมแรงอกประเภทหนงคอยยดเหนยวนวคลออนเหลานนเอาไวดวยกน แรงยดเหนยวนเรยกวา แรงนวเคลยร แรงทเกยวของกบนวคลออนในนวเคลยส

1. แรงผลกระหวางประจไฟฟา (มคามาก) 2. แรงดงดดระหวางมวล (มคานอย) 3. แรงนวเคลยร คอยผกมดนวคลออนตาง ๆ เอาไวมใหฟงกระจายออกมานอกนวเคลยส (มคามหาศาล เมอเทยบกบแรงผลกประจ)

ลกษณะของแรงนวเคลยร คอ 1. เปนแรงดงดดระยะสน 2. ไมเกยวกบชนดของประจ 3. มคามากกวาแรงผลกระหวางประจไฟฟา


แบบฝก

A. รศมของนวเคลยส 30 Zn64 มขนาดเทากบกเมตร ก าหนด ro = 1.2 x 10 –15 เมตร 1. 1.2 x 10–15 2. 4.8 x10–15 3. 3.6 x 10–14 4. 7.7 x 10–14

B. ธาตไอโซโทปของ 88Ra224 จะมรศมเปนกเทาของธาตไอโซโทปของ 11Na28

1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา

C. ขอตอไปนขอใดอธบายธรรมชาตของแรงนวเคลยรไดถกตองทสด ก. เปนแรงระยะสน, ดงดด, ขนอยกบระยะทางก าลงสองผกผนและไมขนกบชนดประจไฟฟา ข. เปนแรงระยะสน, ดงดด, ขนอยกบระยะทางก าลงสองผกผนและขนกบชนดประจไฟฟา ค. เปนแรงระยะยาว, ดงดด, ขนอยกบชนดของประจไฟฟา และขนาดใหญกวาแรงโนมถวงมาก ง. เปนแรงระยะสน, ดงดด, ไมขนอยกบชนดประจไฟฟา และขนาดใหญกวาแรงไฟฟามาก


1. ถารศมนวเคลยสของธาตไฮโดเจนเปน 1.4 x 10 -15 เมตร รศมนวเคลยสของธาต Al27 จะเปนกเมตร ก. 4.2 x 10 -15 ข. 5.6 x 10 -15 ค. 12.6 x 10 -15 ง. 27 x 10 -15 2. รศมนวเคลยสของ U238 มคาประมาณกเทาของรศมนวเคลยสของ He4 ก. 4 เทา ข. 8 เทา ค. 16 เทา ง. 60 เทา 3. 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 มมวลหายไปบางสวน เรยกวา มวลพรอง

สตรมวลพรอง

มวลพรอง Δm = มวลของโปรตอน + มวลของนวตรอน – มวลนวเคลยส มวลพรอง Δm = มวลของไฮโดรเจน + มวลของนวตรอน – มวลอะตอม


พลงงานยดเหนยว ( binding energy ) คอ พลงงานทใหเขาไปแกนวเคลยส เพอใหนวคลออนแยกออก

จากกน เราสามารถหาคาพลงงานยดเหนยวไดจาก B. E = m C2

เมอ B.E. คอ พลงงานยดเหนยว ในหนวย จล

m คอ มวลพรอง = มวลรวมของทกนวคลออน – มวลนวเคลยส ( กโลกรม ) C = 3 x 108 เมตร/วนาท ( คอความเรวแสง )

หรอ B.E = 931 m เมอ B.E. คอ พลงงานยดเหนยว ในหนวย เมกะอเลกตรอนโวลต ( MeV )

m คอ มวลพรอง = มวลรวมของทกนวคลออน – มวลนวเคลยส ( หนวย u ) 931 คอ พลงงานของมวล 1 u

หมายเหต ; มวล 1 u = 1.66 x 10–27 กโลกรม พลงงาน 1 MeV = 1.6 x 10–13 จล

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน (พลงงานยดเหนยวตอเลขมวล) A

BE A

931Δm มหนวยเปน MeV


1. (Ent) ถานวเคลยสของธาต A มมวล 4.0020 u และนวเคลยสของธาต A นประกอบขนดวยโปรตอนและนวตรอนอยางละ 2 ตว ( มวลของโปรตอน = 1.0073 U , มวลของนวตรอน = 1.0087 u มวล 1 u เทยบเทากบพลงงาน 930 MeV ) พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของธาต A มคา

1. 2 MeV 2. 7 MeV 3. 14 MeV 4. 28 MeV 2. (Ent) ธาตตรเทยมซงมเลขมวลอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอมเทากบ 3.016049 u จะ

มพลงงานยดเหนยวเทากบเทาใด ก าหนดให เลขมวลของไฮโดรเจน = 1.007825 u มวลนวตรอน = 1.008655 u

และ 1 u = 930 MeV 3. ก าหนด มวลของโปรตรอน 1 ตว = 1.007825 u มวลของนวตรอน 1 ตว = 1.008665 u

เมอโปรตอนกบนวตรอนกนรวมอยในนวเคลยสของดวเทอรอนจะมมวลรวมเทากบ 2.013553 จงหาพลงงานยดเหนยวทงหมด

1. 1.11 MeV 2. 2.22 MeV 3. 4.44 MeV 4. 8.88 MeV

4. จากขอทผานมา จงหาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน 1. 1.11 MeV 2. 2.22 MeV 3. 4.44 MeV 4. 8.88 MeV


ปฏกรยานวเคลยร

ปฏกรยานวเคลยร คอกระบวนการทนวเคลยสเกดการเปลยนแปลงองคประกอบ หรอระดบพลงงาน เชนการสลายตวของยเรเนยม-238 ไปเปนทอเรยม-234 และรงสแอลฟา เปนตน ส าหรบการชนกนระหวางนวเคลยสกบนวเคลยส หรอระหวางนวเคลยสกบอนภาคนน อาจเขยนปฏกรยานวเคลยรได ดงน สมการแบบเตม X + a Y + b สมการแบบยอ X (a , b ) Y อานวา ปฏกรยา a , b ของ X

ก าหนดให x คอ นวเคลยสทใชเปนเปา y คอ นวเคลยสของธาตใหม

a คอ อนภาคทวงเขามาชนเปา b คอ อนภาคทปลอยออกมาภายหลงกนชน

เชน 𝑁 + 𝐻𝑒 → 𝑂 + 𝐻11

817

24

714

อาจเขยนเปน 7N14 ( , p) 8O17 อานวา ปฏกรยาแอลฟาโปรตอนของ 7N14

แบบฝก

A. พจารณาสมการนวเคลยรดงน 13Al27 + 2He4 14Si30 + 1H1

ก. ปฏกรยานเขยนแบบยอไดอยางไร ข. ปฏกรยานมชอเรยกวาอยางไร

B. จงเขยนสมการปฏกรยานวเคลยรตอไปน

1. 3Li7 (α , n) 5B10

2. 4Be9 (p , α ) 3Li 6

3. 11Na23 (d , p) 11 Na 24

4. 13Al27 (n, ) 13Al28

เปา ตวชนเปา ตวเกดใหม

ตวทคายหลงชน


C. (แนว En) ปฏกรยานวเคลยร 13Al27 ( , Y ) 14Si30 ถามวา Y คออนภาคอะไร 1. ดวเทอรอน 2. อนภาคแอลฟา 3. โปรตอน 4. ทรทอน


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

การหาพลงงานเกยวกบปฏกรยานวเคลยร สามารถหาไดจากสมการตอไปน

E = 931 m

เมอ E คอ พลงงาน ในหนวยเมกะอเลกตรอนโวลต ( MeV)

m = mหลงปฏกรยา – m กอนปฏกรยา ( หนวย u )

931 คอ พลงงานของมวล 1 u

หรอ E = BEกอน – BEหลง

BEหลง คอ พลงงานยดเหนยวของทกนวเคลยสหลงปฏกรยารวมกน

BEกอน คอ พลงงานยดเหนยวของทกนวเคลยสกอนปฏกรยารวมกน

หมายเหต ; ถา E มคาเปนบวก แสดงวา เปนพลงงานทดดเขาไป

ถา E มคาเปนลบ แสดงวา เปนพลงงานทคายออกมา


ในการสลายตวของธาตกมมนตรงส ปฏกรยาทไดเปนปฏกรยาคายพลงงานทงหมด พลงงานทปลอยออกมาจากปฏกรยานวเคลยร เรยกวาพลงงานนวเคลยร (nuclear energy) ซงพลงงานนอาจอยในรปพลงงานจลนของอนภาคหรอในรปคลนแมเหลกไฟฟากได

แบบฝก

A. พลงงานนวเคลยรทเกดจากปฏกรยานวเคลยรทก าหนดใหนจะมคากMeV

X + a Y + b ในทน X มมวล 196.966600 u Y มมวล 194.968008 u

a มมวล 2.014012 u b มมวล 4.002604 u และมวล 1.0 u = 931 MeV

B. ในการยงนวตรอนเขาชนอลมเนยม 13Al27 เพอใหเกดปฏกรยา 13Al27 ( n , p ) 12Mg27 เราจะตองใชนวตรอนซงมพลงงานจลนอยางนอยก MeV ก าหนดให มวลอะตอมของ 13Al27 = 26.981535 12Mg27 = 26.984346

1H1 = 1.007825 0n1 = 1.008665

C. จากปฏกรยานวเคลยร 2He4 + 4Be9→ 6C12 + 0n1 จงหาพลงงานและบอกดวยวาเปนปฏกรยาประเภทใด ก าหนด B.E ของ 2He4 , 4Be9 และ 6C12 คอ 28.3 MeV , 58.1 MeV และ 92.1 MeV ตามล าดบ

D. จงหาพลงงานทใชในการแยกนวเคลยส 10Ne20 ออกมาเปน แอลฟา 2 อนภาค และ 6C12 1 นวเคลยส ก าหนดใหพลงงานทยดเหนยวตอนวคลออนในนวเคลยสของ 10Ne20

2He4 และ 6C12

เปน 8.03 , 7.07 และ 7.68 MeV ตามล าดบ E. ขอความตอไปน ขอความใดถก

1. เครองปฏกรณนวเคลยรทใชผลตไฟฟาในปจจบน ไดพลงงานจากฟวชนไปท าใหน ากลายเปนไอ ไอน าไปหมนกงหน ท าใหเครองก าเนดไฟฟาผลตกระแสไฟฟาออกมา

2. เครองปฏกรณนวเคลยรทใชผลตไฟฟาในปจจบนได พลงงานจากปฏกรยาทนวเคลยสของธาตหนกแตกตวออกเปน 2 สวนขนาดใกลเคยงกน และปฏกรยาลกโซ

3. เครองปฏกรณนวเคลยรจะสามารถท างานไดตลอดไป เนองจากปฏกรยานวเคลยรทเกดขน จงไมตองมการเตมแทงเชอเพลง

4. ถาแทงเชอเพลงในเครองปฏกรณนวเคลยรคอ U – 235 แลวทเกดขนหลงปฏกรยานวเคลยรเปนสารเสถยรไมอนตราย


ปฏกรยาฟชชน (Fission reaction) เกดจากธาตหนกถกยงดวยนวตรอน แลวแตกเปนธาตเบา ปฏกรยาฟชชนเปนปฏกรยาแยกตวของนวเคลยส โดยมนวตรอนเปนตววงเขาชนนวเคลยสหนก ๆ

( A 230 ) เปนผลท าใหนวเคลยสทมขนาดปานกลาง และมนวตรอนทมความเรวสงเกดขนประมาณ 2-3 ตว ทงมการคายพลงงานออกมาดวย ดงตวอยางปฏกรยาตอไปน

U23592 + n1

0 Ba14156 + rK92

36 + n310 + E

U23592 + n1

0 Xe14054 + Sr94

38 + n2 10 + + 200 MeV

ปฏกรยาลกโซ (Chain reaction) เปนปฏกรยานวเคลยรแบบฟชชนทเกดขนอยางตอเนอง โดยอาศยนวตรอนทเกดขนเปนตวยงนวเคลยสของธาตตอไป เฟรม เปนนกวทยาศาสตรคนแรกทสามารถควบคมอตราการเกดปฏกรยาลกโซใหสม าเสมอได โดยใชเครองมอทเรยกวา เครองปฏกรณนวเคลยร ซงควบคมอตราการเกดฟงชนโดยการควบคมจ านวนนวตรอนทเกดขน

ปฏกรยาฟวชน (Fision reaction) เกดจากธาตเบา

ตงแตสองธาตรวมกนกลายเปนธาตหนก ปฏกรยาฟวชน เปนปฏกรยาหลอมตวของนวเคลยสและมพลงงานคายออกมา

ดวย นวเคลยสทใชหลอมจะตองเปนนวเคลยสเลกๆ ( A < 20 ) หลอมรวมกลายเปนนวเคลยสเบาทใหญกวาเดม

ปฏกรยานมการปลดปลอยพลงงานออกมากมายเชนกน ปฏกรยานเปนปฏกรยาทเกดบนดวงอาทตย หรอบนดาวฤกษ ทม

พลงงานสงทงหลาย ส าหรบบนโลกเราปฏกรยาฟวชนสามารถท าใหเกดขนไดในหองปฏบตการ

ตวอยางของปฏกรยาฟวชนทท าไดในหองปฏบตการ

H21 + H2

1 H31 + H1

1 + 4 MeV

H21 + H2

1 eH32 + n1

0 + 3.3 MeV

H21 + H3

1 He42 + n1

0 + 17.6 MeV

H21 + eH3

2 He42 + H1

1 + 18.3 MeV


ตวอยางของปฏกรยาฟวชนทเกดขนบนดาวฤกษ

H11 + H1

1 H21 1 0.4e0 MeV

H21 + H2

1 eH32 + n1

0 + 5.5 MeV

eH32 + eH3

2 He42 + H21

1 + 12.9 MeV

N157 + H1

1 C126

+ He42 + 4.9 MeV

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


แบบทดสอบบทท 20 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 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. Th230

90 4. U23494

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 18. (O-NET 51) ในการสลายตวของ 14

6C 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 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

Education

บทที่ 20 ฟิสิกส์นิวเคลียร์ แก้ไขครั้งที่ 1