nuclear physics

PHYSICS NUCLEAR PHYSICS

KHEMAPIRATARAM SCHOOL DEPARTMENT OF SCIENCE

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ฟ สิ ก ส บทที่ 20 ฟ สิ ก ส นิ ว เคลี ย ร !

ปูพน้ื ฐานการเขียนสัญลักษณแทนอะตอมเบือ้ งตน อนุภาค ประจุ (C) ตัวแทน มวล (kg) มวล (amu) +1.6 x 10–19 1.672 x 10–27 โปรตรอน (p) +1 1.007285 –19 –31 –1.6 x 20 9.108 x 10 อิเล็กตรอน (e) –1 0.000549 0 1.674 x 10–27 นิวตรอน (n) 0 1.008665 หมายเหตุ 1 amu = 1.66 x 10–27 kg สัญลักษณแทน เลขมวล (A) = จํานวน p + จํานวน n 4 = จํานวนนิวคลีออน

2 He !

!

เลขอะตอม (Z) = จํานวน p

1. จากรูปอะตอมของธาตุชนิดนีม้ เี ลขมวล และเลขอะตอมเทาใด 1. 7 , 2 2. 5 , 3 (ขอ 3) 3. 5 , 2 4. 3 , 3 วิธที าํ

!

!

2. ขอใดหมายถึงนิวคลีออน (Nucleon) 1. อิเล็กตรอน + โปรตรอน 3. นิวเคลียส + อิเล็กตรอน วิธที าํ

2. นิวตรอน + อิเล็กตรอน 4. นิวตรอน + โปรตรอน

(ขอ 4.)

!

3. ดีบกุ มีเลขอะตอม = 50 และ เลขมวล 120 จะมีจาํ นวนนิวคลีออนเทาไร ก. 50 ข. 70 ค. 120 ง. 170 วิธที าํ ! ! !

"#!

(ขอ ค.)

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ควรทราบ 1. เลขอะตอม = จํานวนโปรตรอน = ลําดับของธาตุในตารางธาตุ ดังนัน้ หากทราบเลขอะตอมจะบอกไดวาเปนธาตุอะไร 2. อะตอมปกติ จํานวน p = จํานวน e หากอะตอมปกติรบั e เพิม่ เขาตัว จะมีประจุรวมเปนลบ หากอะตอมปกติเสีย e ออกไป จะมีประจุรวมเปนบวก สัญลักษณแทน เลขมวล (A) 4 ?! บอกประจุ (K)

2 He !

เลขอะตอม (Z) 3. สูตรตอไปนีใ้ ชหาจํานวน p , n , e จากสัญลักษณอะตอม จํานวน p = Z จํานวน n = A – Z จํานวน e = Z – K !

4. คําชี้แจง ใชตารางตอไปนีต้ อบคําถาม อะตอม จํานวนโปรตรอน จํานวนนิวตรอน จํานวนอิเล็กตรอน A 9 7 9 B 9 8 9 C 9 9 9 D 9 9 9 (ขอ 4.) อะตอมใดเปนอะตอมของธาตุเดียวกัน 1. A และ B 2. B และ C 3. C และ D 4. A , B , C และ D !

"$!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

5. จงหาจํานวนโปรตรอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน จากสัญลักษณของอะตอมตอไปนี้ 40 Ar 1. 18 P =………

N = ………… e = ………….

39 K 2. 19

P =………

N = …………

e = ………….

235 U 3. 92

P =………

N = …………

e = ………….

31 P 3 4. 15

P =………

N = …………

e = ………….

6. จงหาจํานวนโปรตรอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน จากสัญลักษณของอะตอมตอไปนี้ 1. 83 P =………

N = ………… e = ………….

36 Kr

232 Th 2. 90

2− 3. 17 8 O

35 Cl1− 4. 17 5. 94 Be 2+

210 Po 7. อะตอมของ 84 ก. มีจาํ นวนนิวคลีออน ข. มีจาํ นวนอิเล็กตรอน ค. มีจาํ นวนอิเล็กตรอน ง. มีจาํ นวนนิวคลีออน

P =………

N = …………

e = ………….

P =………

N = …………

e = ………….!

P =………

N = …………

e = ………….!

P =………

N = …………

e = ………….

= = = =

จํานวนนิวตรอน จํานวนนิวตรอน จํานวนโปรตรอน = จํานวนอิเล็กตรอน

= 84 = 126 84 = 126

210 84 126 210

(ขอ ข.)

วิธที าํ !

8. ธาตุ A มีจาํ นวนอิเล็กตรอน และนิวตรอนเทากัน 13 และ 14 ตามลําดับ ธาตุ A มีเลข อะตอม และเลขมวลเทาไร (ขอ 3.)

1. 14 , 27 2. 13 , 14 3. 13 , 27 4. 27 , 13 วิธที าํ !

9(มช 32) อะตอมของธาตุ 78Pt196 และ 79Au197 จะมีจาํ นวนอะไรเทากัน ก. นิวคลีออน ข. นิวตรอน ค. โปรตรอน ง. อิเล็กตรอน

วิธที าํ ! !

"%!

(ขอ ข.)

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

!!!ตอนที่ 1 กัมมันตภาพรังสี! กัมมันตภาพรังสี กัมมันตภาพรังสี เปนปรากฏการณทน่ี วิ เคลียส ของโอโซโทปทีไ่ มเสถียรเกิดการปรับตัวเพือ่ ใหมี เสถียรภาพโดยการปลอยอนุภาคบางชนิด หรือ ! ! พลังงานออกมาในรูปของรังสี และ ธาตุทม่ี สี มบัตใิ นการแผรงั สีไดเองนีเ้ รียกวา ธาตุกมั มันตรังสี!

10. ปรากฏการณกัมมันตภาพรังสี คือ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ธาตุกัมมันตรังสี คือ.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ รังสีที่คายออกมาจากธาตุกัมมันตรังสี เมื่อนําไปแยกในสนามแมเหล็กจะแยกได 3 ชนิด คือ 1. รังสีแอลฟา (Alpha particte , α) เปนนิวเคลียสของอะตอมของธาตุฮเี ลียม มีมวลเทากับ 4 และมีประจุไฟฟา +2 เขียน สัญลักษณจึงได 42 He โดยทั่วไปรังสีมีพลังงาน 4 –10 MeV เนือ่ งจาก มีมวล............ ทําใหตัวกลางแตกตัว............ อัลฟาจะเสียพลังงาน............

!

ทําใหอํานาจในการเคลื่อนทะลุทะลวง............. (เคลือ่ นได 3 – 5 Cm ในอากาศ) รังสีแอลฟา อาจเรียกชือ่ วา อนุภาคแอลฟา 11. รังสีอัลฟา มีมวล = ……….. มีประจุ = ............. เนือ่ งจากมีมวลมาก → ทําใหตวั กลางแตกตัวได.......... → เสียพลังงาน........... → ทะลุทลวงได.......

2. รังสีบีตา (Beta paticle , β) เปนลําของอิเลคตรอนที่มีพลังงานสูงในชวงประมาณ 0.025 – 3.5 MeV เขียนเปน สัญลักษณจะได 0-1 e

เนือ่ งจากมีมวล............ → ทําใหตวั กลางแตกตัว.............. → เสียพลังงาน.......... → ทําใหอํานาจในการเคลื่อนที.่ .........กวาอัลฟา

นอกจากนี้รังสีบีตายังเบี่ยงเบนในสนามแมเหล็กไดมากกวารังสีแอลฟา เพราะอัตราเร็ว ของการเคลื่อนที่สูงกวาอัลฟา !

&'!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ตองทราบ 1) เมือ่ นิวตรอนใหนวิ เคลียสเกิดการแตกตัว จะใหอเิ ลคตรอนออกมา กลาย เปนรังสีบตี า ออกมานอกนิวเคลียส และยังจะใหโปรตรอนเหลืออยูใ นนิวเคลียสอีก 1 ตัว ทําใหนิวเคลียสมีโปรตรอนมากขึ้นแลวเปลี่ยนเปนนิวเคลียสของธาตุชนิดอื่น 2) เนือ่ งจากอิเลคตรอนทีอ่ อกมาจากนิวเคลียส มีมวลนอย ดังนัน้ มวลของ นิวเคลียสจึงคงเดิม 12. รังสีบตี า มีมวล = ……….. มีประจุ = ............. เนือ่ งจากมีมวลนอย → ทําใหตวั กลางแตกตัวได.........→ เสียพลังงาน.........→ ทะลุทลวงได.......

13. รังสีบตี า คือ อิเลคตรอนทีห่ ลุดออกมาจากนิวเคลียส เกิดจากการสลายตัวของ...................

14. เมือ่ นิวตรอนสลายตัว นอกจากไดอเิ ลคตรอนออกมาเปนรังสีบตี าแลว ยังจะได................

15. เมื่อนิวเคลียสคายรังสีบีตาออกมาแลว นิวเคลียสจะเกิดการเปลี่ยนแปลงชนิดของธาตุ เพราะจํานวน......................จะเพิ่มขึ้น 1 ตัว 16. เมื่อนิวเคลียสคายรังสีบีตาออกมา จํานวนนิวตรอนจะลดลงไป 1 ตัว แตจาํ นวนโปรตรอน จะเพิ่มขึ้น 1 ตัว จึงทําให.................ของนิวเคลียสคงเดิม 3. รังสีแกมมา (Gamma Rays γ) เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาชนิดหนึ่ง จึงเปนกลางทางไฟฟา เกิดจากการเปลี่ยนแปลงระดับ พลังงานของนิวเคลียส เพราะนิวเคลียสที่เกิดใหมในกัมมันตภาพรังสีนั้น จะอยูในภาวะ Excited Stated และ เมื่อนิวเคลียสลดระดับพลังงานลงมาอยูใน Ground Stated จะคายพลัง งานออกมาเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา ในระดับของรังสีแกมมานัน่ เอง เนื่องจากรังสีแกมมามี พลังงานสูงมากคือ ปริมาณ 0.04 – 3.2 MeV และทําใหเกิดการแตกตัวเปนอิออนของตัว กลางที่ผานนอยมาก ดังนัน้ Gamma Rays จึงมีอํานาจในการทะลุผานสูงมาก 17. รังสีที่คายออกมาจากนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรัวสีมี 3 ชนิด คือ อัลฟา , บีตา , แกมมา จงเรียงลําดับรังสี จากมวลมากไปนอย ................................................ ........ ........ .............. จงเรียงลําดับจากความสามารถทําใหตัวกลางแตกตัวจากมากไปนอย........ ........ ........ .......... จงเรียงลําดับอัตราการสูญเสียพลังงานจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... จงเรียงลําดับอํานาจในการทะลุทะลวงจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... จงเรียงลําดับพลังงานรังสีจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ !

&(!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

18. การแผรังสีชนิดใดที่มิไดมีแหลงกําเนิดจากนิวเคลียส ก. แอลฟา ข. เบตา ค. แกมมา วิธที าํ

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ง. รังสีเอกซ

(ขอ ง.)

!

19. รังสีตอ ไปนี้ รังสีใดมีประจุไฟฟา 1. รังสีเอกซ 2. รังสีแอลฟา 3. รังสีแกมมา 4. รังสีเบตา 5. รังสีคาโธด (ขอ ง.) คําตอบที่ถูกตองคือ ก. ขอ 1, 2, 3 ข. ขอ 2, 3, 4 ค. ขอ 3, 4, 5 ง. ขอ 2, 4, 5 วิธที าํ !

20. การเรียงรังสีจากสารกัมมันตรังสี โดยคุณสมบัติการทะลุทะลวงจากมากไปนอยคือ ก. แอลฟา เบตา แกมมา ข. แกมมา เบตา แอลฟา (ขอ ข.) ค. เบตา แอลฟา แกมมา ง. เบตา แกมมา แอลฟา วิธที าํ !

21. รังสีที่เบี่ยงเบนในสนามแมเหล็กไดมากที่สุดคือ ก. แอลฟา ข. เบตา ค. แกมมา วิธที าํ

ง. รังสีเอกซ

(ขอ ข.)

!

22(มช 35) ถาใหรังสีบีตา แกมมา และแอลฟา เคลือ่ นทีอ่ ยูใ นน้าํ และ รังสีบีตาทั้งสามชนิดมี (ขอ ง.) พลังงานเทากัน เราจะพบวารังสีบีตาเคลื่อนที่ไดระยะทาง ก. สั้นที่สุด ข. ไกลที่สุด ค. ไกลกวาแกมมาแตใกลกวาแอลฟา ง. ไกลกวาแอลฟาแตใกลกวาแกมมา วิธที าํ !

23. อนุภาคแอลฟามีพลังงานโดยเฉลี่ยสูงกวาอนุภาคเบตา และรังสีแกมมาแตเหตุใดจึงมี (ขอ ก.) อํานาจในการทะลุทะลวงไดนอยกวา ก. อนุภาคสูญเสียพลังงานเร็ว ข. อนุภาคแอลฟามีมวลมาก ค. อนุภาคแอลฟามีประจุมาก ง. อนุภาคแอลฟามีขนาดโต วิธที าํ !

!

&)!

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

24(มช 38) กระบวนการที่เกิดขึ้นในนิวเคลียส ซึ่งมีลักษณะ คลายกับการปลอยแสงของอะตอม (ขอ 1.) ที่อยูในสถานะกระตุน คือกระบวนการใด 1. การแผรงั สีแกมมา 2. การปลอยอนุภาคบีตา 3. การปลอยอนุภาคอัลฟา 4. การปลอยอนุภาคนิวตรอน วิธที าํ ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

ตอนที่ 2 สมการนิวเคลียร แนะนําใหทราบถึงสัญลักษณบางอยาง รังสีอัลฟา = α = 42 He รังสีแกมมา = γ นิวตรอน = n = 10 n ดิวเทอรอน = 12 H !

รังสีบตี า โปรตรอน โพซิตรอน ตริตรอน

= = = =

β = 0-1 e p = 11 H e+ = 10 e 3 1H

238 U สลายตัวใหรังสีอัลฟาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัวนี้ ตัวอยางที่ 1 กําหนด 92 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 238 234 4 92 U → 90 Th + 2 He

! ! ในสมการนี้ ทุกตัวแสดงถึงนิวเคลียสของอะตอม สมการนี้จึงเรียกสมการนิวเคลียร! !

! ! ! !

หลักในการเขียนสมการนิวเคลียร!

1) ผลรวมเลขมวล (เลขบน) กอนปฏิกิริยาและ ผลรวมเลขมวลหลังปฏิกริ ยิ า ตองมีคาเทากัน!

2) ผลรวมเลขอะตอม (เลขลาง) กอนปฏิกิริยา และ ผลรวมเลขอะตอมหลังปฏิกิริยาตอง! ! มีคาเทากัน 222 Rn สลายตัวใหรังสีอัลฟาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัว ตัวอยางที่ 2 กําหนด 86 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 222 218 4 86 Rn → 84 Po + 2 He ! ! !

!

&*!

Physics Online VI

! !

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

210 Bi สลายตัวใหรังสีบีตาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัวนี้ ตัวอยางที่ 3 กําหนด 83 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 210 210 0 83 Bi → 84 Po + -1 e !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

234 Th สลายตัวใหรังสีบีตา และแกมมา ออกมา จงเขียนสมการแสดง ตัวอยางที่ 4 กําหนด 90 การแตกตัวนี้ วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 234 234 0 90 Th → 91 Pa + -1 e + γ

214 Bi) สลายใหรังสีบีตาลบ นิวเคลียสของธาตุใหมคือขอใด 25(En 41) เมื่อบิสมัท–214 (83 210 Pb 210 Bi 214 At 214 Po (ขอ 4.)

2. 83 3. 85 4. 84 1. 82 วิธที าํ !

26(มช 36) จากปฎิกิริยาตอไปนี้ 79Au197 + 1H2 → x + 2He4 (ขอ 1.) นิวเคลียส X จะมีจาํ นวนโปรตรอนและนิวตรอนอยางไร 1. โปรตอน 78 ตัว นิวตรอน 117 ตัว 2. โปรตอน 78 ตัว นิวตรอน 195 ตัว 3. โปรตอน 117 ตัว นิวตรอน 195 ตัว 4. โปรตอน 195 ตัว นิวตรอน 78 ตัว วิธที าํ !

27(มช 34) ไอโซโทปกัมมันตรังสี 11Na24 สามารถผลิตไดจากปฎิกิริยา 13Al27 + x → 11Na24 + 2He4 (ขอ ก.) ในสมการนี้อนุภาค X คือ ก. นิวตรอน ข. โปรตรอน ค. โปสิตรอน ง. อิเล็กตรอน วิธที าํ !

1 15 28(En 42/1) จากปฏิกิริยานิวเคลียร 14 7 N + 1 H → 7 N + x X คืออนุภาคใด (ขอ 4.)

1. นิวตรอน 2. อิเล็กตรอน 3. โปรตรอน 4. โพซิตรอน !

!

&+!

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

29(มช 35) นิวเคลียส 84Po216 สลายตัวไปเปนนิวเคลียส 82Pb212 จะใหรงั สีหรืออนุภาค ชนิดใดออกมา ก. แกมมา ข. บีตา ค. นิวตรอน ง. แอลฟา (ขอ ง.) วิธที าํ 238 U สลายตัวแบบอนุกรมได อนุกรมแอลฟา 30(En 38) จากธาตุไอโซโทปของยูเรเนียม 92 รวม 8 ตัว และ อนุภาคบีตาลบ รวม 6 ตัว และไดไอโซโทปของธาตุใหมอกี 1 ตัว (ขอ 4.) อยากทราบวาไอโซโทปของธาตุใหมมีเลขมวล และเลขอะตอมตรงกับขอใด ! ! 1. 91 , 234 2. 92 , 206 3. 234 , 91 4. 206 , 82 วิธที าํ !

!

สลายตัวสูไอโซโทปเสถียร ตามลําดับดังนี้ αγ βγ β 210 Pb → → →z x y 82 จํานวนนิวตรอนในไอโซโทปเสถียร Z เปนเทาไร วิธที าํ 31(En 36) นิวเคลียส

)(' $) !"

(124 ตัว)

!

226 Ra ตามแผนภาพ 32(มช 40) จากการสลายตัวของ 88 ขางลางนี้ A ควรจะเปนอะตอมของขอใด 214 Po 218 At 2. 85 1. 84 218 Ti 214 Bi (ขอ 4.)

3. 81 4. 83 33(En 44/1) จากรูปเปนแผนภาพแสดงบางสวนของอนุกรมการสลายของนิวเคลียสธาตุหนัก ในที่นี้นิวเคลียส ก. สลายเปนนิวเคลียส ข. และ นิวเคลียส ข. สลายเปนนิวเคลียส ค. ในระ หวางการสลายตัวจากนิวเคลียส ก→ข→ค จะปลอยอนุภาคเรียงลําดับไดดังนี้ 1. อนุภาคแอลฟา และอนุภาคบีตาบวก 2. อนุภาคบีตาลบ และอนุภาคแอลฟา 3. อนุภาคบีตาบวก และ อนุภาคแอลฟา (ขอ 4.)

4. อนุภาคแอลฟา และอนุภาคบีตาลบ !

&"!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

34(มช 43) จากภาพอนุกรมการสลายตัวของ 238U ดังรูปดานลาง ถา 222Rn สลายตัวได 210Po จะมีอนุภาค แอลฟาและ บีตาถูกปลอยออกมาเทาใด 1. มีอนุภาคบีตา 3 ตัว และ อนุภาคแอลฟา 3 ตัว 2. มีอนุภาคบีตา 3 ตัว และ อนุภาคแอลฟา 4 ตัว 3. มีอนุภาคบีตา 4 ตัว และ อนุภาคแอลฟา 3 ตัว 4. มีอนุภาคบีตา 4 ตัว และ ! (ขอ 3.) อนุภาคแอลฟา 4 ตัว วิธที าํ 35. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 232 Th → 208 Pb α , 4β β) (6α นิวเคลียสตอไปนี้ 90 82 วิธที าํ !

! !

36. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 237 Np → 209 Bi α , 4β β) (7α นิวเคลียสตอไปนี้ 93 83 วิธที าํ ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

ตอนที่ 3 การสลายตัวของนิวเคลียส

!

เมื่อนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไป จํานวนที่เหลืออยูยอมมีคาลดลง ! เราสามารถหาปริมาณที่เหลือไดเสมอ โดยอาศัยสมการดังนี!้ −t N = No . 2 T หรือ N = N0 e −λ t −t m = mo . 2 T หรือ m = m0 e −λ t −t A = Ao . 2 T หรือ A = A0 e −λ t

!

&&!

!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

! เมือ่ No = จํานวนนิวเคลียสของธาตุกมั มันตรังสีเริม่ แรกทีพ่ จิ ารณา (t = 0) N = จํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยูเมื่อเวลาผานไป t Ao = กัมมันตภาพขณะเริ่มตน (t = 0) A = กัมมันตภาพเมื่อเวลา t ใด ๆ นับจากเริม่ ตน mo = มวลขณะเริ่มตน (t = 0) m = มวลเวลาผานไป t e = 2.7182818 T = In2 = 0.693 T = ครึง่ ชีวติ λ λ λ = คาคงตัวการสลาย 37. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง มีเวลาครึ่งชีวิต 10 วัน ถาเก็บธาตุนั้น จํานวน 24x1018 อะตอม (3 x 1018) ไว 30 วัน จะเหลือธาตุนน้ั กีอ่ ะตอม วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !

38(มช 44) สารกัมมันตรังสีชนิดหนึง่ ขณะเริม่ ตน (t = 0) มีกัมมันตภาพ 12800 เบ็กเคอเรล มีครึง่ ชีวติ 6 วัน อยากทราบวาเวลาผานไปเทาใด กัมมันตภาพของสารนี้จะลดลงเหลือ (ขอ 2.)

1600 เบ็กเคอเรล 1. 12 วัน 2. 18 วัน 3. 21 วัน 4. 24 วัน วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !

&#!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

39. ทิ้งน้ํายาซึ่งเปนสารกัมมันตรังสีไวเปนเวลานาน วัดกัมมันตภาพได 4200 ครัง้ /วินาที ถาน้ํายานี้เปนของใหม จะวัดกัมมันตรังสีได 16800 ครัง้ /วินาที ถาชวงครึ่งชีวิตของสาร (16 วัน) ในน้ํายานี้เปน 8 วัน จงหาวาทิ้งน้ํายาไวเปนเวลานานเทาใด วิธที าํ ! ! ! ! ! !

40(มช 35) ไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดหนึง่ มีคา ครึง่ ชีวติ 30 นาที อยากทราบวาจะตองใช เวลากี่นาที จึงจะมีปริมาณลดลงเหลือเพียง 1/10 ของปริมาณเมือ่ ตอนเริม่ ตน (100 นาที) วิธที าํ ! ! ! ! ! !

41. เศษไมโบราณเมื่อนําไปวัดกัมมันตภาพจะได 12.5 ตอนาที ของคารบอน –14 แตไมชนิด เดียวกัน ซึ่งมีชีวิตและอบแหงแลวเปนปริมาณเทากันวัดได 100 ตอนาที อยากทราบวา เศษ (16800 นาที) ไมโบราณไดตายมากี่ปแลว กําหนดเวลาครึง่ ชีวติ ของ 14 C เทากับ 5600 ป วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !

42(En 43/2) สารกัมมันตรังสีโคบอลต –60 สลายตัวใหรังสีเบตา และรังสีแกมมา โดยมีครึง่ ชีวิต 5.30 ป จงหาเปอรเซ็นตของสารกัมมันตรังสีทเ่ี หลือยูเ มือ่ เวลาผานไป 15.9 ป (ขอ 2.)

1. 6.25 % 2. 12.5 % 3. 18.75 % 4. 25 % วิธที าํ ! !

&$!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

43(En 41/2) ในการทดลองวัดปริมาณรังสีจากธาตุ กัมมันตรังสีชนิดหนึง่ เมื่อเขียนกราฟแสดงความ สัมพันธระหวางมวล ของ ธาตุกัมมันตรังสีที่เวลา ผานไป t ใดๆ กับเวลาที่ผานไป t จะไดผลดัง รูป แสดงวาที่เวลาผานไป 8 ชัว่ โมง นับจาก ตอนตนธาตุกัมมันตรังสีนี้จะเหลืออยูกี่มิลลิกรัม 1. 6.25 mg 2. 3.13 mg 3. 1.56 mg วิธที าํ

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

4. 0.78 mg

(ขอ 1.)

! ! ! ! ! ! !

44(En 34) ไอโอดีน –131 มีคาคงตัวของการสลายเทากับ 0.087 ตอวัน ถามีไอโอดีน –131 อยู 10 กรัม ตอนเริม่ ตนเมือ่ เวลาผานไป 24 วัน จะมีไอโอดีน –131 เหลืออยูเ ทาไร (ขอ 2.) (กําหนดให In2 = 0.693) 1. 0.63 กรัม 2. 1.25 กรัม 3. 2.50 กรัม 4. 5.00 กรัม วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !

45(มช 37) คาคงตัวของการสลายของธาตุกมั มันตรังสีซง่ึ เริม่ ตนมีจาํ นวนอะตอม 24 x 1018 (ขอ 3.) อะตอม เมือ่ เวลาผานไป 90 วัน จะเหลือ 3 x 1018 อะตอม คือขอใด 1. 0.069/วัน 2. 0.035 /วัน 3. 0.023 / วัน 4. 0.017 / วัน วิธที าํ ! ! ! !

&%!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

46(มช 42) สารกัมมันตรังสี A มีคา กัมมันตภาพในตอนเริม่ ตนอยู 1.28 คูรี ขณะที่สารกัมมัน– ตรังสี B มีคากัมมันตภาพอยู 160 มิลลิคูรี เมือ่ เวลาผานไป 36 ชัว่ โมง สารทั้ง 2 เหลือ คากัมมันตภาพอยู 20 มิลลิคูรี เทากัน จงหาอัตราสวนของคาคงทีข่ องการสลายของสาร A (ขอ 3.) ตอสาร B (λA /λB ) 1. 0.5 2. 1 3. 2 4. 4 วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !

คากัมมันตภาพ (A) คากัมมันตภาพ คือ อัตราการสลายตัว ณ เวลาหนึง่ (นิวเคลียสตอวินาที , Bq) A = dN dt คากัมมันตภาพ อาจใชหนวยเปนนิวเคลียสตอวินาที เรียกอีกอยางหนึง่ Bq หรือ อาจใช หนวยเปน คูรี (Ci) 1 Ci = 3x1010 Bq เราอาจหาคากัมมันตภาพ (A) ไดจากสมการ A = λN เมือ่ A = กัมมันตภาพ (นิวเคลียสตอวินาที , ฺBq) λ = คาคงตัวการสลาย (ตอวินาที) N = จํานวนนิวเคลียส ณ. เวลานั้น ๆ (นิวเคลียส) 47(En 44/2) ธาตุกมั มันตรังสีจาํ นวนหนึง่ มีกัมมันตภาพ 1 ไมโครคูรี และมีครึ่งชีวิตเทากับ 1000 วินาที จํานวนนิวเคลียสกัมมันตรังสีขณะนั้นเปนเทาใด (1 คูรี = 3.7x1010 Bq ) (ขอ 2.)

1. 3.7x107 2. 5.3 x107 3. 3.7x109 4. 5.3x109 วิธที าํ ! !

#'!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

48(En42/2)(En 43/1) ถาธาตุ x มีจาํ นวนอะตอมเปน 2 เทาของธาตุ y แตมีกัมมันตภาพเปน 3 เทาของธาตุ y ครึง่ ชีวติ ของธาตุ x จะเปนกีเ่ ทาของธาตุ y (ขอ 2.)

2. 23 เทา 3. 23 เทา 1. 16 เทา 4. 6 เทา วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

49. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งครึ่งชีวิต 15 วัน และเริม่ ตนของธาตุนม้ี กี มั มันตภาพ 10 ไมโครคูรี จํานวนอนุภาคที่ปลดปลอยออกมาใน 1 วินาที เปนเทาใด เมื่อทิ้งธาตุนี้ไวเปนเวลา 30 วัน (9.25x 104 นิวเคลียส) (กําหนด 1 คูรี = 3.7x1010 s–1) วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !

50(มช 38) คนไขคนหนึง่ ตองการไดรบั รังสีแกมมาจากโคบอลด–60 แตปริมาณรังสีแกมมาที่ ใชมีมากเกินไปนําแผนตะกั่วมากั้น จะตองใชแผนตะกั่ว 3 แผนมากั้น จึงจะไดปริมาณรังสี แกมมาที่พอดี ถาตะกั่ว 1 แผน สามารถกั้นรังสีแกมมามาไมใหผานมาได 90 เปอรเซ็นต อยากทราบวาปริมาณรังสีแกมมาทีอ่ อกมาไดพอดีจะคิดเปนกีเ่ ปอรเซ็นตของปริมาณเดิม (ขอ 2.)

1. 0.01% 2. 0.1 % 3. 3% 4. 30% วิธที าํ ! !

#(!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

51(En 35) คาคงที่ของการสลายตัวของธาตุธอเรียม–232 เทากับ 1.6x10–18 ตอวินาที ธาตุ (1.92 ลานอะตอม/วินาที) นัน้ จํานวน 464 กรัม จะสลายตัวกี่ลานอะตอมตอวินาที วิธที าํ ! ! ! ! !

52(En 43/2) ในการทดลองทอดลูกเตาเพื่อเปรียบเทียบกับการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตรังสี นักเรียนคนหนึง่ ใชลกู เตา 6 หนา จํานวน 600 ลูก โดยแตมสีไวหนึ่งหนาทุกลูก และหยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกทุกครั้งที่ทอด จงประมาณวาหลังจากการทอดลูกเตาครั้งที่ 3 เมือ่ หยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกแลว นาจะเหลือลูกเตากี่ลูก (ขอ 4) 1. 250 ลูก 2. 300 ลูก 3. 350 ลูก 4. 400 ลูก วิธที าํ ! ! ! ! !

53(En 41) ในการทดลองอุปมาอุปไมยการทอดลูกเตากับการสลายของธาตุกมั มันตรังสี โดยการโยน ลูกเตาแลวคัดหนาทีไ่ มแตมสีออกไป ถาลูกเตามี 6 หนา มีหนาทีแ่ ตมสี 2 หนา และมีจาํ นวน 90 ลูก จงหาวาถาทําการโยนลูกเตาทัง้ หมด 2 ครั้ง โดยสถิตจิ ะเหลือจํานวนลูกเตาเทาใด (ขอ 1) 1. 10 ลูก 2. 30 ลูก 3. 40 ลูก 4. 56 ลูก

วิธที าํ ! ! ! ! ! !

!

!!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

#)!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ตอนที่ 4 แรงนิวเคลียร และพลังงานยึดเหนี่ยว รัศมีนวิ เคลียส เราสามารถหารัศมีนิวเคลียสของอะตอมธาตุใ ด ๆ ไดจากสมการ 1 R = r0 A 3 เมือ่ ro ≈ (1.2 x 10 –15) – (1.5 x 10–15) เมตร A = เลขมวล 54. จงหารัศมีของนิวเคลียส 64 30 Zn กําหนด ro = 1.2x10 –15 เมตร วิธที าํ

(4.8 x 10–15)

! ! !

55(En 33) ถารัศมีนิวเคลียสธาตุไฮโดรเจนเปน 1.4x10 –15 เมตร รัศมีนิวเคลียสของธาตุ 27Al จะเปน กี่เมตร 1. 4.2x10–15 เมตร 2. 5.6x10–15 เมตร (ขอ 1.)

3. 12.6x10–15 เมตร 4. 27x10–15 เมตร วิธที าํ ! ! ! !

28 56. ธาตุไอโซโทปของ 224 88 Ra จะมีรศั มีเปนกีเ่ ทาของธาตุไอโซโทปของ 11 Na 1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !

#*!

(ขอ 1.)

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

แรงนิวเคลียร แรงทีเ่ กีย่ วของกับนิวคลีออนในนิวเคลียส 1) แรงผลักระหวางประจุไฟฟา (มีคามาก) 2) แรงดึงดูดระหวางมวล (มีคา นอย) 3) แรงนิวเคลียร คอยผูกมัดนิวคลีออนตาง ๆ เอาไวมิใหฟุง กระจายออกมานอกนิวเคลียส (มีคามหาศาล เมื่อเทียบกับ แรงผลักประจุ) ลักษณะของแรงนิวเคลียร 1) เปนแรงดึงดูดระยะสัน้ 2) ไมเกี่ยวกับชนิดของประจุ 3) มีคามากกวาแรงผลักระหวางประจุไฟฟา !

57(มช 33) ขอตอไปนีข้ อ ใดอธิบายธรรมชาติของแรงนิวเคลียรไดถกู ตองทีส่ ดุ ก. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับระยะทางกําลังสองผกผันและไม ขึ้นกับชนิดประจุไฟฟา ข. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับระยะทางกําลังสองผกผันและขึ้น กับชนิดประจุไฟฟา ค. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะยาว , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับชนิดของประจุไฟฟา และขนาด ใหญกวาแรงโนมถวงมาก ง. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ไมขึ้นอยูกับชนิดประจุไฟฟา และขนาด (ขอ ง.) ใหญกวาแรงไฟฟามาก วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !

#+!

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

พลังงานยึดเหนีย่ ว (binding energy , B E.) คือพลังงานที่ใชในการยึดเหนี่ยวนิวคลีออนทั้งหมดเอาไวดวยกัน พลังงานยึดเหนี่ยวเกิด จากมวลทีพ่ รองไปของนิวคลีออน เมือ่ นิวคลีออนเหลานัน้ เขาไปอยูใ นนิวเคลียส เราสามารถหา คาพลังงานยึดเหนี่ยวไดจาก มวล p = 1.007276 u B. E = m.c2 มวล n = 1.008665 u เมือ่ m = = 1u = c = B.E. =

มวลพรอง (kg) มวลรวมของทุกนิวคลีออน – มวลนิวเคลียส 1.66 x 10–27 kg ความเร็วแสง = 3 x 108 m/s พลังงาน (จูล)

!

มวล p+n = 2.015941 u มวลเมื่ออยูในนิวเคลียส = 2.013553 u

!

มวลที่หายไป = มวลพรอง

B.E = 931 m เมือ่ B.E. = พลังงาน (MeV) m = มวลพรอง (u) 931 คือ พลังงานของมวล 1 u

= 2.015941 – 2.013553 = 0.002388 u 1 MeV = 1.6x10–13 จูล

58. กําหนด มวลของโปรตรอน = 1.007825 u มวลของนิวตรอน = 1.008665 u และเมือ่ โปรตรอนกับนิวตรอนกันรวมอยูใ นนิวเคลียสของดิวเทอรอนจะมีมวลรวมเทากับ 2.013553 จงหาพลังงานยึดเหนี่ยวทั้งหมด และพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน ( 2.22 MeV , 1.11 MeV ) วิธที าํ

!

#"!

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

59(มช 34) นิวเคลียส 10Ne20 มีมวลอะตอม 19.992434 จะมีพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน กี่ MeV กําหนดมวลนิวตรอน 1 ตัว = 1.008665 amu มวลโปรตรอน 1 ตัว = 1.007825 amu (ขอ ค.) ก. 160.652 ข. 16.065 ค. 8.033 ง. 5.335 วิธที าํ

60(En 34) ธาตุตริเดียมซึง่ มีเลขอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอม 3.016049 u มี คาพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออนเทากับเทาใดในหนวย MeV (ทศนิยม 2 ตําแหนง) กําหนด มวลอะตอมของไฮโดรเจน = 1.007825 u มวลของนิวตรอน = 1.008665 u (2.82 MeV) และ 1u = 930 MeV วิธที าํ

!!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

ตอนที่ 5 ปฏิกิริยานิวเคลียร ปฏิกิริยานิวเคลียร คือ กระบวนการทีน่ วิ เคลียสเกิดการเปลีย่ นแปลงองคประกอบ หรือ ระดับพลังงาน

การเขียนรูป X (a, b) Y 14 N + 4 He 7 2 เปา!

1 → 17 8 O + 1H ตัวเกิดใหม! ตัวคายหลังชน!

ตัวชนเปา!

17 14 สมการนี้ อาจเขียนเปน 14 7 N (α!,!-) 8 O อานวา ปฏิกริ ยิ าอัลฟาโปรตรอนของ 7 N !

#&!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

ดังนัน้ ปฏิกิริยา X + a →!!!Y + b อาจเขียนเปน X (a , b) Y อานวาปฏิกิริยา a , b ของ X เมือ่ X = นิวเคลียสที่ใชเปนเปา a = อนุภาคที่ใชยิงเขาไปชนเปา Y = นิวเคลียสของธาตุใหม b = อนุภาคที่ปลดปลอยออกมาหลังชน 61. พิจารณาสมการนิวเคลียรดังนี้ 27 4 13 Al + 2 He

14 Si

ก. ปฏิกิริยานี้เขียนแบบยอไดอยางไร วิธที าํ

30 + H1 1 ข. ปฏิกิริยานี้มีชื่อเรียกวาอยางไร

! ! !

62. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ ก. 73 Li (α , n) 105 B วิธที าํ

ข. 94 Be (p , α ) 63 Li

! ! ! !

63. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ 23 Na (d , p) 24 Na ก. 11 11 วิธที าํ

27 Al (!n!, γ ) 28 Al ข. 13 13

! ! ! !

197 64(En 35) ปฏิกิริยานิวเคลียร 198 80 Hg (!n!, Y ) 79 Au ถามวา Y คืออนุภาคอะไร 1. ดิวเทอรอน 2. อนุภาคแอลฟา 3. โปรตอน 4. ทริทอน (ขอ 1.) วิธที าํ ! ! ! !

##!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

การหาพลังงานเกีย่ วกับปฏิกริ ยิ านิวเคลียร 1. หาจากมวลที่เปลี่ยน (∆m) ใชสมการ ∆E = 931 . ∆m ∆m = มวลกอน – มวลหลัง

เงื่อนไขการใชสมการนี้ 1. หาก ∆E เปนบวก แสดงวาปฏิกิริยาเปน แบบคายพลังงาน เกิดเมื่อ *มวลรวมหลัง ปฏิกริ ยิ ามีคา นอยกวามวลรวมกอนปฏิกริ ยิ า 2. หาก ∆E เปนลบ แสดงวาปฏิกิริยาเปน 2. หาจากพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส (B.E) แบบดูดพลังงาน เกิดเมื่อ *มวลรวมหลัง ปฏิกริ ยิ ามีคา มากกวามวลรวมกอนปฏิกริ ยิ า ใชสมการ ∆E = BEกอน – BEหลัง 3. การใชคา B.E. ของนิวเคลียสมาคํานวณ ตองใชคา B.E. มาเปนลบ

ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ปฏิกิริยาที่ไดเปนปฏิกิริยาคายพลังงานทั้งหมด พลังงานที่ปลอยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร เรียกวา พลังงานนิวเคลียร (nuclear energy) ซึ่งพลังงานนี้อาจอยูในรูปพลังงานจลนของอนุภาคหรือในรูปคลื่นแมเหล็กไฟฟาก็ได 65(มช 36) พลังงานนิวเคลียรที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่กําหนดใหนี้จะมีคากี่ MeV (9.31 MeV) X + a → Y + b ในที่นี้ X มีมวล 196.966600 u Y มีมวล 194.968008 u a มีมวล 2.014012 u b มีมวล 4.002604 u และ มวล 1.0 u = 931 MeV วิธที าํ ! ! ! !

27 Al เพื่อใหเกิดปฏิกิริยา 27 Al (n . p) 27 Mg 66. ในการยิงนิวตรอนเขาชนอลูมเิ นียม 13 13 12 เราจะตองใชนวิ ตรอนซึง่ มีพลังงานจลนอยางนอยเทาใด กําหนดใหมวลอะตอมของ 27 27 13 Al = 26.981535 12 Mg = 26.984346 1 H = 1.007825 1 n = 1.008665 (1.84 MeV) 1 0 วิธที าํ ! ! ! ! !

#$!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

4 He + 9 Be → 12 C + 1 n 67. จากปฏิกิริยานิวเคลียร 2 4 6 0 จงหาพลังงานและบอกดวยวาเปนปฏิกิริยาประเภทใด กําหนด B.E ของ 42 He , 94 Be , 12 C คือ 28.3 MeV , 58.1 MeV และ 92.1 MeV ตามลําดับ (5.7 MeV) 6 วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !

20 Ne ออกมาเปนแอลฟา 2 อนุภาค และ 12 C 68. จงหาพลังงานที่ใชในการแยกนิวเคลียส 10 6 20 1 นิวเคลียส กําหนดใหพลังงานที่ยึดเหนี่ยวตอนิวคลีออนในนิวเคลียสของ 10 Ne , 42 He (11.88 MeV) และ 12 6 C เปน 8.03 , 7.07 และ 7.68 MeV ตามลําดับ วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !

69. ในการเกิดปฏิกิริยา 42 He + 42 He → 11 H + 73 Li พบวาตองใชพลังงาน 17.2 MeV ถาพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส 73 Li = –39.2 MeV (28.2 MeV) จงหาพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส 42 He วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !

#%!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

235 U ทําใหเกิดฟชชัน ไดพลังงานทั้งสิ้น 70. ในการทดลองระเบิดนิวเคลียรลูกหนึ่งใช 92 (10–4) 9.0 x 1012 จูล หลังจากการระเบิดมวลที่หายไปทั้งสิ้นกี่กิโลกรัม วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !

ฟชชัน คือ ปฏิกิริยานิวเคลียรที่เกิดจากนิวเคลียสของธาตุหนักเกิดการแตกตัวออกเปน 2 สวนที่มีขนาดใกลเคียงกันจะทําใหไดนิวเคลียสใหม ซึ่งมีพลังยึดเหนี่ยวตอนิวคลีออนเพิ่มขึ้น ตัวอยางปฏิกิริยาที่เกิดจากการยิงนิวตรอนเขาไปในนิวเคลียสของยูเรเนียม ดังสมการ 92u235 + on1 → 56Ba141 + 36Kr92 + 3on1 + พลังงาน นักเรียนจะเห็นวาผลของปฏิกิริยานี้ จะไดนิวเคลียสใหม 2 ตัว ตัวหนึง่ มีเลขอะตอมอยู ระหวาง 30 ถึง 63 และอีกตัวอยูระหวาง 72 ถึง 158 และปฏิกิริยานี้ยังใหพลังงานออกมา อยางมหาศาล และใหนวิ ตรอนอีก 3 ตัว ซึ่งถานิวตรอนเหลานี้มีพลังงานสูงพอ ก็จะวิ่งเขาชน นิวเคลียสของยูเรเนียมอะตอมตอๆ ไป กอใหเกิดปฏิกริ ยิ าอยางตอเนือ่ งทีเ่ รียกวา ปฏิกิริยาลูกโซ เฟรมี เปนนักวิทยาศาสตรคนแรกที่สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาลูกโซใหสม่ําเสมอได โดยใชเครือ่ งมือทีเ่ รียกวา เครือ่ งปฏิกรณนวิ เคลียร ซึง่ ควบคุมอัตราการเกิดฟงชันโดยการควบ คุมจํานวนนิวตรอนทีเ่ กิดขึน้ ฟวชัน คือ ปฏิกิริยาที่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุเบา 2 ธาตุ แลวยังผลใหเกิดธาตุซึ่ง หนักกวาและมีการปลดปลอยพลังงานนิวเคลียรออกมาดวย ตัวอยางเชน 41H1 → 2He4 + 2 1 e 0 + 26 MeV

จะเห็นวาปฏิกิริยานี้เกิดจาก 1H1 4 ตัว รวมกันเปน 2He4 1 ตัว แลวมีการปลอยอนุภาค ที่มีประจุบวกและมีมวลใกลเคียงกับอิเลคตรอน เรียกวา โพชิตรอนอีก 1 ตัว ปฏิกิริยานี้มีการ ปลดปลอยพลังงานออกมากมายเชนกัน ปฏิกิริยานี้เปนปฏิกิริยาที่เกิดบนดวงอาทิตย หรือ บน ดาวฤกษ ที่มีพลังงานสูงทั้งหลาย สําหรับบนโลกเราปฏิกิริยาฟวชันสามารถทําใหเกิดขึ้นไดใน หองปฏิบัติการ !

$'!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

1H2 +1H2 → 1H3 + 1H2 + 1H2 → 1H3 +

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

1H1 + 4 MeV 0n1 + 3.2 MeV

71(มช 40) จากการคํานวณพบวาในน้ําทะเล 1 ลิตร ประกอบดวยโมเลกุลของน้าํ จํานวน 3.3 x 1023 โมเลกุล และพบวาในทุก ๆ 6600 โมเลกุล ของน้าํ นีจ้ ะมีดวิ ทีเรียมอยู 1 อะตอม เมือ่ นําดิวทีเรียมทัง้ หมดทีม่ อี ยูใ นน้าํ 1 ลิตรนี้ มาหลอมละลายเปนปฏิกิริยาฟวชันดังสมการ 2 2 3 1 H + 1 H → 2 He + n + 3.3 MeV จะมีพลังงานปลดปลอยออกมาทั้งหมดกี่เมกกะจูล (MJ) (ขอ 3.)

1. 0.48 2. 6.6 3. 13.2 4. 26.4 วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !

72. ในการทําปฏิกิริยาฟวชั่นโดยใชดิวเทอรอน ( )( H) พบวามีปฏิกิริยาดังนี้ 2 2 3 1 1 H + 1 H → 1 H + 1 H + 4 MeV 2 1 3 4 1 H + 1 H → 2 He + 0 n + 17.6 MeV อยากทราบวาถาในน้ําทะเลมีดิวเทอเรียมประมาณ 5x1018 อะตอม ถานํามาทําใหเกิด ฟวชันทั้งหมดจะไดพลังงานเทาใด (3.6 x 1019 MeV) วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

$(!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

73(En 41) ปฏิกิริยาฟชชันของธาตุชนิดหนึ่ง ใหมวลรวมของธาตุหลังเกิดปฏิกิริยาลดลง 0.025 u จงคํานวณวาจะตองเกิดฟชชันกีค่ รัง้ ตอวินาที จึงจะทําใหกําลังงาน 930 วัตต กําหนดให 1 u = 930 MeV และ 1 MeV = 1.6x10–13 J 1. 2.5 x 1014 ครัง้ 2. 5.0 x 1014 ครัง้ (ขอ 1.)

3. 7.5 x 1014 ครัง้ 4. 1.0 x 1015 ครัง้ วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

74. วัตถุที่ใชเปนเชื้อเพลิงปรมาณูในปจจุบัน นอกจาก U – 235 แลว ยังมี (ขอ ค.) ก. U – 238 ข. Au – 198 ค. Pu – 239 ง. Na – 34 วิธที าํ 75(มช 37) ขอความตอไปนี้ ขอความใดถูก 1. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรที่ใชผลิตไฟฟาในปจจุบัน ไดพลังงานจากฟวชันไปทําใหน้ํา กลายเปนไอ ไอน้าํ ไปหมุนกังหัน ทําใหเครื่องกําเนิดไฟฟาผลิตกระแสไฟฟาออกมา 2. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรที่ใชผลิตไฟฟาในปจจุบันได พลังงานจากปฏิกิริยาที่ นิวเคลียสของธาตุหนักแตกตัวออกเปน 2 สวนขนาดใกลเคียงกัน และปฏิกิริยาลูกโซ 3. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรจะสามารถทํางานไดตลอดไป เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่ เกิดขึ้น จึงไมตอ งมีการเติมแทงเชือ้ เพลิง! ! ! 4. ถาแทงเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณนิวเคลียรคือ U – 235 แลวที่เกิดขึ้นหลัง ! ! ! ปฏิกิริยานิวเคลียรเปนสารเสถียรไมอันตราย!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! (ขอ 2.)! วิธที าํ ! ! ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

!

$)!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

แบบฝ ก หั ด ฟ สิ ก ส บทที่ 20 ฟ สิ ก ส นิ ว เคลี ย ร กัมมันตภาพรังสี 1(En 36) พิจารณาขอความตอไปนี้สําหรับรังสีแอลฟา บีตา และ แกมมา ก. มีความสามารถในการทําใหกาซแตกตัว เปนไอออนไดดกี วา ข. ตองใชวัสดุที่มีความหนามากในการกั้นรังสี ค. เมือ่ เคลือ่ นทีผ่ า นบริเวณทีม่ สี นามแมเหล็กแนวการเคลือ่ นทีเ่ ปนแนวโคง ง. อัตราสวนระหวางประจุตอมวลมีคามากที่สุด ขอความใดเปนสมบัติของรังสีบีตา 1. ก และ ง 2. ก และ ค 3. ข และ ง 4. ค และ ง

(ขอ 4)

2(En 39) ธาตุ A สลายเปนธาตุ B โดยปลอยรังสีบีตา ลบออกมาธาตุทั้งสองจะมีจํานวนใดเทากัน 1. นิวตรอน 3. ผลรวมของนิวตรอนและโปรตอน

2. โปรตอน 4. ผลตางของนิวตรอนและโปรตอน

(ขอ 3)

สมการนิวเคลียร 238 U เมื่อสลายให 3(En 43/1) ในการสลายตัวตอ ๆ กันของธาตุกัมมันตรังสี โดยเริม่ จาก 92 อนุภาคทัง้ หมดเปน 2α , 2β– และ 2γ จะทําใหไดนวิ เคลียสใหมมจี าํ นวนโปรตอน และจํานวนนิวตรอนเทาใด 1. จํานวนโปรตอน 88 จํานวนนิวตรอน 2. จํานวนโปรตอน 90 จํานวนนิวตรอน 3. จํานวนโปรตอน 88 จํานวนนิวตรอน 4. จํานวนโปรตอน 90 จํานวนนิวตรอน

140 140 142 142

(ขอ 2)

4(มช 32) X+ อนุภาคนิวตรอน → Y+ อนุภาคแอลฟา Z+อนุภาคบีตา ถา Z ในปฎิกิริยานิวเคลียรนี้มีเลขมวลเปน 2 เทาของเลขอะตอมนิวเคลียสของธาตุ X คือ (ขอ ข) ก. 14Si31 ข. 15P31 ค. 16S31 ง. 17Cl31 !

$*!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

5. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 238 U → 206 Pb α, 6β β) (8α นิวเคลียสตอไปนี้ 92 82 6. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 235 U → 207 Pb α, 4β β) (7α นิวเคลียสตอไปนี้ 92 82

การสลายตัวของนิวเคลียส 7. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง มีเวลาครึ่งชีวิต 5 วัน ถาเก็บธาตุนั้น จํานวน 64x1018 อะตอม ( 8x1018) ไว 15 วัน จะเหลือธาตุนน้ั กีอ่ ะตอม 8. ทิ้งน้ํายาซึ่งเปนสารกัมมันตรังสีไวเปนเวลานาน วัดกัมมันตภาพได 4200 ครัง้ /วินาที ถาน้ํายานี้เปนของใหม จะวัดกัมมันตรังสีได 16800 ครัง้ /วินาที ถาชวงครึ่งชีวิตของสาร (4 วัน) ในน้ํายานี้เปน 2 วัน จงหาวาทิ้งน้ํายาไวเปนเวลานานเทาใด 15 เทาของของเดิม 9. สารกัมมันตรังสีจาํ นวนหนึง่ เมือ่ ทิง้ ไว 2 ชัว่ โมง ปรากฏวาสลายไป 16 (1.386/ชัว่ โมง) จงหาคานิจของการสลายตัวของสารนี้ 10(En 31) ไอโซโทปของโซเดียม (24 11 Na ) มีครึง่ ชีวติ 15 ชัว่ โมง จงหาวาเวลาผานไป 75 ชัว่ โมง นิวเคลียสของไอโซโทปนี้จะสลายไปแลวประมาณกี่เปอรเซ็นตของจํานวนที่ ตัง้ ตน ถาตอนเริม่ แรกนิวเคลียสของไอโซโทปนีม้ คี า 5 คูรี (ขอ 4) 1. 75 % 2. 87.5 % 3. 94 % 4. 97 % 11(มช 32) สารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งมีคานิจของการสลายตัว 0.077 ตอป จะตองใชเวลานาน เทาไร จึงจะมีมวลลดลงจาก 40 กรัม เหลือเพียง 2.5 กรัม (ขอ ค) ก. 3 ป ข. 13 ป ค. 36 ป ง. 45 ป 12(มช 31) ธาตุชนิดหนึ่งมีมวล 10 กรัม ใชเวลา 20 วัน จึงจะมีมวลเหลืออยู 2.5 กรัม คานิจของการสลายตัวมีคาเปน ก. 0.069 ตอวัน ข. 0.035 ตอวัน (ขอ ก) ค. 0.054 ตอวัน ง. 0.015 ตอวัน

!

$+!

Physics Online VI

http://www.pec9.com

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

13(En 35) คาคงที่ของการสลายตัวของธาตุธอเรียม–232 เทากับ 1.6x10–18 ตอวินาที ธาตุ (1.92 ลานอะตอม/วินาที) นัน้ จํานวน 464 กรัม จะสลายตัวกี่ลานอะตอมตอวินาที 14(En 43/2) ในการทดลองทอดลูกเตาเพื่อเปรียบเทียบกับการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตรังสี นักเรียนคนหนึง่ ใชลกู เตา 6 หนา จํานวน 600 ลูก โดยแตมสีไวหนึ่งหนาทุกลูก และหยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกทุกครั้งที่ทอด จงประมาณวาหลังจากการทอดลูกเตาครั้งที่ 3 เมือ่ หยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกแลว นาจะเหลือลูกเตากี่ลูก (ขอ 4) 1. 250 ลูก 2. 300 ลูก 3. 350 ลูก 4. 400 ลูก 15(En 41) ในการทดลองอุปมาอุปไมยการทอดลูกเตากับการสลายของธาตุกมั มันตรังสี โดยการโยน ลูกเตาแลวคัดหนาทีไ่ มแตมสีออกไป ถาลูกเตามี 6 หนา มีหนาทีแ่ ตมสี 2 หนา และมีจาํ นวน 90 ลูก จงหาวาถาทําการโยนลูกเตาทัง้ หมด 2 ครั้ง โดยสถิตจิ ะเหลือจํานวนลูกเตาเทาใด (ขอ 1) 1. 10 ลูก 2. 30 ลูก 3. 40 ลูก 4. 56 ลูก

16(En42/2) ในการทอดลูกเตา 6 หนาที่มีการแตมสี 1 หนาเหมือนกันทุกลูก จํานวน 180 ลูก ถาทอดแลวทําการคัดลูกเตาที่มีหนาแตมสีหงายขึ้นออกไปถาทําการทอด 2 ครัง้ โดยเฉลีย่ จะ คัดลูกเตาออกกี่ลูก (ขอ 2) 1. 60 ลูก 2. 55 ลูก 3. 30 ลูก 4. 25 ลูก

แรงนิวเคลียร และพลังงานยึดเหนี่ยว 28 17. ธาตุไอโซโทปของ 224 88 Ra จะมีรศั มีเปนกีเ่ ทาของธาตุไอโซโทปของ 11 Na 1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา 18(En 34) จงหาเลขมวลของนิวเคลียสซึ่งมีรัศมีเปน 23 เทาของนิวเคลียส 27 13 Al 1. 8 2. 9 3. 16 4. 18

(ขอ 1.) (ขอ 1)

19(มช 34) นิวเคลียส 10Ne20 มีมวลอะตอม 19.992434 จะมีพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน กี่ MeV กําหนดมวลนิวตรอน 1 ตัว = 1.008665 amu มวลโปรตรอน 1 ตัว = 1.007825 amu (ขอ ค.) ก. 160.652 ข. 16.065 ค. 8.033 ง. 5.335 !

$"!

http://www.pec9.com

Physics Online VI

บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร

20(En 34) ธาตุตริเดียมซึง่ มีเลขอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอม 3.016049 u มี คาพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออนเทากับเทาใดในหนวย MeV (ทศนิยม 2 ตําแหนง) กําหนด มวลอะตอมของไฮโดรเจน = 1.007825 u มวลของนิวตรอน = 1.008665 u (2.82 MeV) และ 1u = 930 MeV

ปฏิกิริยานิวเคลียร 21. พิจารณาสมการนิวเคลียรดังนี้ 14 N + 4 He 7 2

1 → 17 8 O + 1H ก. ปฏิกิริยานี้เขียนแบบยอไดอยางไร ข. ปฏิกิริยานี้มีชื่อเรียกวาอยางไร

22. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ ก. 73 Li (α , n) 105 B ข. 94 Be (p , α ) 63 Li 23. ในปฎิกิริยา (n , γ) ของนิวเคลียส 47Ag109 นิวเคลียสที่เกิดใหมมีเลขมวลเทาใด ( 110 ) 24(มช 36) พลังงานนิวเคลียรที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่กําหนดใหนี้จะมีคากี่ MeV ( 9.31 MeV) X + a → Y + b ในที่นี้ X มีมวล 196.966600 u Y มีมวล 194.968008 u a มีมวล 2.014012 u b มีมวล 4.002604 u และ มวล 1.0 u = 931 MeV 4 He + 9 Be → 12 C + 1 n 25. จากปฏิกิริยานิวเคลียร 2 4 6 0 จงหาพลังงานและบอกดวยวาเปนปฏิกิริยาประเภทใด กําหนด B.E ของ 42 He , 94 Be , 12 C คือ 28.3 MeV , 58.1 MeV และ 92.1 MeV ตามลําดับ (5.7 MeV) 6 !

! ! !

!!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""

!

!

$&!