PHYSICS NUCLEAR PHYSICS
KHEMAPIRATARAM SCHOOL DEPARTMENT OF SCIENCE
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ฟ สิ ก ส บทที่ 20 ฟ สิ ก ส นิ ว เคลี ย ร !
ปูพน้ื ฐานการเขียนสัญลักษณแทนอะตอมเบือ้ งตน 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 สัญลักษณแทน เลขมวล (A) = จํานวน p + จํานวน n 4 = จํานวนนิวคลีออน
2 He !
!
เลขอะตอม (Z) = จํานวน p
1. จากรูปอะตอมของธาตุชนิดนีม้ เี ลขมวล และเลขอะตอมเทาใด 1. 7 , 2 2. 5 , 3 (ขอ 3) 3. 5 , 2 4. 3 , 3 วิธที าํ
!
!
2. ขอใดหมายถึงนิวคลีออน (Nucleon) 1. อิเล็กตรอน + โปรตรอน 3. นิวเคลียส + อิเล็กตรอน วิธที าํ
2. นิวตรอน + อิเล็กตรอน 4. นิวตรอน + โปรตรอน
(ขอ 4.)
!
3. ดีบกุ มีเลขอะตอม = 50 และ เลขมวล 120 จะมีจาํ นวนนิวคลีออนเทาไร ก. 50 ข. 70 ค. 120 ง. 170 วิธที าํ ! ! !
"#!
(ขอ ค.)
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ควรทราบ 1. เลขอะตอม = จํานวนโปรตรอน = ลําดับของธาตุในตารางธาตุ ดังนัน้ หากทราบเลขอะตอมจะบอกไดวาเปนธาตุอะไร 2. อะตอมปกติ จํานวน p = จํานวน e หากอะตอมปกติรบั e เพิม่ เขาตัว จะมีประจุรวมเปนลบ หากอะตอมปกติเสีย e ออกไป จะมีประจุรวมเปนบวก สัญลักษณแทน เลขมวล (A) 4 ?! บอกประจุ (K)
2 He !
เลขอะตอม (Z) 3. สูตรตอไปนีใ้ ชหาจํานวน p , n , e จากสัญลักษณอะตอม จํานวน p = Z จํานวน n = A – Z จํานวน e = Z – K !
4. คําชี้แจง ใชตารางตอไปนีต้ อบคําถาม อะตอม จํานวนโปรตรอน จํานวนนิวตรอน จํานวนอิเล็กตรอน A 9 7 9 B 9 8 9 C 9 9 9 D 9 9 9 (ขอ 4.) อะตอมใดเปนอะตอมของธาตุเดียวกัน 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 ฟสิกสนิวเคลียร
5. จงหาจํานวนโปรตรอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน จากสัญลักษณของอะตอมตอไปนี้ 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 จากสัญลักษณของอะตอมตอไปนี้ 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
(ขอ ข.)
วิธที าํ !
8. ธาตุ A มีจาํ นวนอิเล็กตรอน และนิวตรอนเทากัน 13 และ 14 ตามลําดับ ธาตุ A มีเลข อะตอม และเลขมวลเทาไร (ขอ 3.) 1. 14 , 27 2. 13 , 14 3. 13 , 27 4. 27 , 13 วิธที าํ !
9(มช 32) อะตอมของธาตุ 78Pt196 และ 79Au197 จะมีจาํ นวนอะไรเทากัน ก. นิวคลีออน ข. นิวตรอน ค. โปรตรอน ง. อิเล็กตรอน
วิธที าํ ! !
"%!
(ขอ ข.)
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
!!!ตอนที่ 1 กัมมันตภาพรังสี! กัมมันตภาพรังสี กัมมันตภาพรังสี เปนปรากฏการณทน่ี วิ เคลียส ของโอโซโทปทีไ่ มเสถียรเกิดการปรับตัวเพือ่ ใหมี เสถียรภาพโดยการปลอยอนุภาคบางชนิด หรือ ! ! พลังงานออกมาในรูปของรังสี และ ธาตุทม่ี สี มบัตใิ นการแผรงั สีไดเองนีเ้ รียกวา ธาตุกมั มันตรังสี!
10. ปรากฏการณกัมมันตภาพรังสี คือ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ธาตุกัมมันตรังสี คือ.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........ รังสีที่คายออกมาจากธาตุกัมมันตรังสี เมื่อนําไปแยกในสนามแมเหล็กจะแยกได 3 ชนิด คือ 1. รังสีแอลฟา (Alpha particte , α) เปนนิวเคลียสของอะตอมของธาตุฮเี ลียม มีมวลเทากับ 4 และมีประจุไฟฟา +2 เขียน สัญลักษณจึงได 42 He โดยทั่วไปรังสีมีพลังงาน 4 –10 MeV เนือ่ งจาก มีมวล............ ทําใหตัวกลางแตกตัว............ อัลฟาจะเสียพลังงาน............
!
ทําใหอํานาจในการเคลื่อนทะลุทะลวง............. (เคลือ่ นได 3 – 5 Cm ในอากาศ) รังสีแอลฟา อาจเรียกชือ่ วา อนุภาคแอลฟา 11. รังสีอัลฟา มีมวล = ……….. มีประจุ = ............. เนือ่ งจากมีมวลมาก → ทําใหตวั กลางแตกตัวได.......... → เสียพลังงาน........... → ทะลุทลวงได.......
2. รังสีบีตา (Beta paticle , β) เปนลําของอิเลคตรอนที่มีพลังงานสูงในชวงประมาณ 0.025 – 3.5 MeV เขียนเปน สัญลักษณจะได 0-1 e
เนือ่ งจากมีมวล............ → ทําใหตวั กลางแตกตัว.............. → เสียพลังงาน.......... → ทําใหอํานาจในการเคลื่อนที.่ .........กวาอัลฟา
นอกจากนี้รังสีบีตายังเบี่ยงเบนในสนามแมเหล็กไดมากกวารังสีแอลฟา เพราะอัตราเร็ว ของการเคลื่อนที่สูงกวาอัลฟา !
&'!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ตองทราบ 1) เมือ่ นิวตรอนใหนวิ เคลียสเกิดการแตกตัว จะใหอเิ ลคตรอนออกมา กลาย เปนรังสีบตี า ออกมานอกนิวเคลียส และยังจะใหโปรตรอนเหลืออยูใ นนิวเคลียสอีก 1 ตัว ทําใหนิวเคลียสมีโปรตรอนมากขึ้นแลวเปลี่ยนเปนนิวเคลียสของธาตุชนิดอื่น 2) เนือ่ งจากอิเลคตรอนทีอ่ อกมาจากนิวเคลียส มีมวลนอย ดังนัน้ มวลของ นิวเคลียสจึงคงเดิม 12. รังสีบตี า มีมวล = ……….. มีประจุ = ............. เนือ่ งจากมีมวลนอย → ทําใหตวั กลางแตกตัวได.........→ เสียพลังงาน.........→ ทะลุทลวงได.......
13. รังสีบตี า คือ อิเลคตรอนทีห่ ลุดออกมาจากนิวเคลียส เกิดจากการสลายตัวของ................... 14. เมือ่ นิวตรอนสลายตัว นอกจากไดอเิ ลคตรอนออกมาเปนรังสีบตี าแลว ยังจะได................ 15. เมื่อนิวเคลียสคายรังสีบีตาออกมาแลว นิวเคลียสจะเกิดการเปลี่ยนแปลงชนิดของธาตุ เพราะจํานวน......................จะเพิ่มขึ้น 1 ตัว 16. เมื่อนิวเคลียสคายรังสีบีตาออกมา จํานวนนิวตรอนจะลดลงไป 1 ตัว แตจาํ นวนโปรตรอน จะเพิ่มขึ้น 1 ตัว จึงทําให.................ของนิวเคลียสคงเดิม 3. รังสีแกมมา (Gamma Rays γ) เปนคลื่นแมเหล็กไฟฟาชนิดหนึ่ง จึงเปนกลางทางไฟฟา เกิดจากการเปลี่ยนแปลงระดับ พลังงานของนิวเคลียส เพราะนิวเคลียสที่เกิดใหมในกัมมันตภาพรังสีนั้น จะอยูในภาวะ Excited Stated และ เมื่อนิวเคลียสลดระดับพลังงานลงมาอยูใน Ground Stated จะคายพลัง งานออกมาเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา ในระดับของรังสีแกมมานัน่ เอง เนื่องจากรังสีแกมมามี พลังงานสูงมากคือ ปริมาณ 0.04 – 3.2 MeV และทําใหเกิดการแตกตัวเปนอิออนของตัว กลางที่ผานนอยมาก ดังนัน้ Gamma Rays จึงมีอํานาจในการทะลุผานสูงมาก 17. รังสีที่คายออกมาจากนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรัวสีมี 3 ชนิด คือ อัลฟา , บีตา , แกมมา จงเรียงลําดับรังสี จากมวลมากไปนอย ................................................ ........ ........ .............. จงเรียงลําดับจากความสามารถทําใหตัวกลางแตกตัวจากมากไปนอย........ ........ ........ .......... จงเรียงลําดับอัตราการสูญเสียพลังงานจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... จงเรียงลําดับอํานาจในการทะลุทะลวงจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ...... จงเรียงลําดับพลังงานรังสีจากมากไปนอย........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ !
&(!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
18. การแผรังสีชนิดใดที่มิไดมีแหลงกําเนิดจากนิวเคลียส ก. แอลฟา ข. เบตา ค. แกมมา วิธที าํ
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ง. รังสีเอกซ
(ขอ ง.)
!
19. รังสีตอ ไปนี้ รังสีใดมีประจุไฟฟา 1. รังสีเอกซ 2. รังสีแอลฟา 3. รังสีแกมมา 4. รังสีเบตา 5. รังสีคาโธด (ขอ ง.) คําตอบที่ถูกตองคือ ก. ขอ 1, 2, 3 ข. ขอ 2, 3, 4 ค. ขอ 3, 4, 5 ง. ขอ 2, 4, 5 วิธที าํ !
20. การเรียงรังสีจากสารกัมมันตรังสี โดยคุณสมบัติการทะลุทะลวงจากมากไปนอยคือ ก. แอลฟา เบตา แกมมา ข. แกมมา เบตา แอลฟา (ขอ ข.) ค. เบตา แอลฟา แกมมา ง. เบตา แกมมา แอลฟา วิธที าํ !
21. รังสีที่เบี่ยงเบนในสนามแมเหล็กไดมากที่สุดคือ ก. แอลฟา ข. เบตา ค. แกมมา วิธที าํ
ง. รังสีเอกซ
(ขอ ข.)
!
22(มช 35) ถาใหรังสีบีตา แกมมา และแอลฟา เคลือ่ นทีอ่ ยูใ นน้าํ และ รังสีบีตาทั้งสามชนิดมี (ขอ ง.) พลังงานเทากัน เราจะพบวารังสีบีตาเคลื่อนที่ไดระยะทาง ก. สั้นที่สุด ข. ไกลที่สุด ค. ไกลกวาแกมมาแตใกลกวาแอลฟา ง. ไกลกวาแอลฟาแตใกลกวาแกมมา วิธที าํ !
23. อนุภาคแอลฟามีพลังงานโดยเฉลี่ยสูงกวาอนุภาคเบตา และรังสีแกมมาแตเหตุใดจึงมี (ขอ ก.) อํานาจในการทะลุทะลวงไดนอยกวา ก. อนุภาคสูญเสียพลังงานเร็ว ข. อนุภาคแอลฟามีมวลมาก ค. อนุภาคแอลฟามีประจุมาก ง. อนุภาคแอลฟามีขนาดโต วิธที าํ !
!
&)!
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
24(มช 38) กระบวนการที่เกิดขึ้นในนิวเคลียส ซึ่งมีลักษณะ คลายกับการปลอยแสงของอะตอม (ขอ 1.) ที่อยูในสถานะกระตุน คือกระบวนการใด 1. การแผรงั สีแกมมา 2. การปลอยอนุภาคบีตา 3. การปลอยอนุภาคอัลฟา 4. การปลอยอนุภาคนิวตรอน วิธที าํ ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
ตอนที่ 2 สมการนิวเคลียร แนะนําใหทราบถึงสัญลักษณบางอยาง 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 สลายตัวใหรังสีอัลฟาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัวนี้ ตัวอยางที่ 1 กําหนด 92 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 238 234 4 92 U → 90 Th + 2 He
! ! ในสมการนี้ ทุกตัวแสดงถึงนิวเคลียสของอะตอม สมการนี้จึงเรียกสมการนิวเคลียร! !
! ! ! !
หลักในการเขียนสมการนิวเคลียร! 1) ผลรวมเลขมวล (เลขบน) กอนปฏิกิริยาและ ผลรวมเลขมวลหลังปฏิกริ ยิ า ตองมีคาเทากัน! 2) ผลรวมเลขอะตอม (เลขลาง) กอนปฏิกิริยา และ ผลรวมเลขอะตอมหลังปฏิกิริยาตอง! ! มีคาเทากัน 222 Rn สลายตัวใหรังสีอัลฟาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัว ตัวอยางที่ 2 กําหนด 86 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 222 218 4 86 Rn → 84 Po + 2 He ! ! !
!
&*!
Physics Online VI
! !
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
210 Bi สลายตัวใหรังสีบีตาออกมา จงเขียนสมการแสดงการแตกตัวนี้ ตัวอยางที่ 3 กําหนด 83 วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 210 210 0 83 Bi → 84 Po + -1 e !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
234 Th สลายตัวใหรังสีบีตา และแกมมา ออกมา จงเขียนสมการแสดง ตัวอยางที่ 4 กําหนด 90 การแตกตัวนี้ วิธที าํ สมการเบื้องตนอยางงาย ตัวเริม่ ตน → ตัวเกิดใหม + รังสีที่คาย 234 234 0 90 Th → 91 Pa + -1 e + γ
214 Bi) สลายใหรังสีบีตาลบ นิวเคลียสของธาตุใหมคือขอใด 25(En 41) เมื่อบิสมัท–214 (83 210 Pb 210 Bi 214 At 214 Po (ขอ 4.) 2. 83 3. 85 4. 84 1. 82 วิธที าํ !
26(มช 36) จากปฎิกิริยาตอไปนี้ 79Au197 + 1H2 → x + 2He4 (ขอ 1.) นิวเคลียส X จะมีจาํ นวนโปรตรอนและนิวตรอนอยางไร 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 สามารถผลิตไดจากปฎิกิริยา 13Al27 + x → 11Na24 + 2He4 (ขอ 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 (ขอ 4.) 1. นิวตรอน 2. อิเล็กตรอน 3. โปรตรอน 4. โพซิตรอน !
!
&+!
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
29(มช 35) นิวเคลียส 84Po216 สลายตัวไปเปนนิวเคลียส 82Pb212 จะใหรงั สีหรืออนุภาค ชนิดใดออกมา ก. แกมมา ข. บีตา ค. นิวตรอน ง. แอลฟา (ขอ ง.) วิธที าํ 238 U สลายตัวแบบอนุกรมได อนุกรมแอลฟา 30(En 38) จากธาตุไอโซโทปของยูเรเนียม 92 รวม 8 ตัว และ อนุภาคบีตาลบ รวม 6 ตัว และไดไอโซโทปของธาตุใหมอกี 1 ตัว (ขอ 4.) อยากทราบวาไอโซโทปของธาตุใหมมีเลขมวล และเลขอะตอมตรงกับขอใด ! ! 1. 91 , 234 2. 92 , 206 3. 234 , 91 4. 206 , 82 วิธที าํ !
!
สลายตัวสูไอโซโทปเสถียร ตามลําดับดังนี้ αγ βγ β 210 Pb → → →z x y 82 จํานวนนิวตรอนในไอโซโทปเสถียร Z เปนเทาไร วิธที าํ 31(En 36) นิวเคลียส
)(' $) !"
(124 ตัว)
!
226 Ra ตามแผนภาพ 32(มช 40) จากการสลายตัวของ 88 ขางลางนี้ A ควรจะเปนอะตอมของขอใด 214 Po 218 At 2. 85 1. 84 218 Ti 214 Bi (ขอ 4.) 3. 81 4. 83 33(En 44/1) จากรูปเปนแผนภาพแสดงบางสวนของอนุกรมการสลายของนิวเคลียสธาตุหนัก ในที่นี้นิวเคลียส ก. สลายเปนนิวเคลียส ข. และ นิวเคลียส ข. สลายเปนนิวเคลียส ค. ในระ หวางการสลายตัวจากนิวเคลียส ก→ข→ค จะปลอยอนุภาคเรียงลําดับไดดังนี้ 1. อนุภาคแอลฟา และอนุภาคบีตาบวก 2. อนุภาคบีตาลบ และอนุภาคแอลฟา 3. อนุภาคบีตาบวก และ อนุภาคแอลฟา (ขอ 4.) 4. อนุภาคแอลฟา และอนุภาคบีตาลบ !
&"!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
34(มช 43) จากภาพอนุกรมการสลายตัวของ 238U ดังรูปดานลาง ถา 222Rn สลายตัวได 210Po จะมีอนุภาค แอลฟาและ บีตาถูกปลอยออกมาเทาใด 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 ! (ขอ 3.) อนุภาคแอลฟา 4 ตัว วิธที าํ 35. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 232 Th → 208 Pb α , 4β β) (6α นิวเคลียสตอไปนี้ 90 82 วิธที าํ !
! !
36. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 237 Np → 209 Bi α , 4β β) (7α นิวเคลียสตอไปนี้ 93 83 วิธที าํ ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
ตอนที่ 3 การสลายตัวของนิวเคลียส
!
เมื่อนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไป จํานวนที่เหลืออยูยอมมีคาลดลง ! เราสามารถหาปริมาณที่เหลือไดเสมอ 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 ฟสิกสนิวเคลียร
! เมือ่ No = จํานวนนิวเคลียสของธาตุกมั มันตรังสีเริม่ แรกทีพ่ จิ ารณา (t = 0) N = จํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยูเมื่อเวลาผานไป t Ao = กัมมันตภาพขณะเริ่มตน (t = 0) A = กัมมันตภาพเมื่อเวลา t ใด ๆ นับจากเริม่ ตน mo = มวลขณะเริ่มตน (t = 0) m = มวลเวลาผานไป t e = 2.7182818 T = In2 = 0.693 T = ครึง่ ชีวติ λ λ λ = คาคงตัวการสลาย 37. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง มีเวลาครึ่งชีวิต 10 วัน ถาเก็บธาตุนั้น จํานวน 24x1018 อะตอม (3 x 1018) ไว 30 วัน จะเหลือธาตุนน้ั กีอ่ ะตอม วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !
38(มช 44) สารกัมมันตรังสีชนิดหนึง่ ขณะเริม่ ตน (t = 0) มีกัมมันตภาพ 12800 เบ็กเคอเรล มีครึง่ ชีวติ 6 วัน อยากทราบวาเวลาผานไปเทาใด กัมมันตภาพของสารนี้จะลดลงเหลือ (ขอ 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 ฟสิกสนิวเคลียร
39. ทิ้งน้ํายาซึ่งเปนสารกัมมันตรังสีไวเปนเวลานาน วัดกัมมันตภาพได 4200 ครัง้ /วินาที ถาน้ํายานี้เปนของใหม จะวัดกัมมันตรังสีได 16800 ครัง้ /วินาที ถาชวงครึ่งชีวิตของสาร (16 วัน) ในน้ํายานี้เปน 8 วัน จงหาวาทิ้งน้ํายาไวเปนเวลานานเทาใด วิธที าํ ! ! ! ! ! !
40(มช 35) ไอโซโทปกัมมันตรังสีชนิดหนึง่ มีคา ครึง่ ชีวติ 30 นาที อยากทราบวาจะตองใช เวลากี่นาที จึงจะมีปริมาณลดลงเหลือเพียง 1/10 ของปริมาณเมือ่ ตอนเริม่ ตน (100 นาที) วิธที าํ ! ! ! ! ! !
41. เศษไมโบราณเมื่อนําไปวัดกัมมันตภาพจะได 12.5 ตอนาที ของคารบอน –14 แตไมชนิด เดียวกัน ซึ่งมีชีวิตและอบแหงแลวเปนปริมาณเทากันวัดได 100 ตอนาที อยากทราบวา เศษ (16800 นาที) ไมโบราณไดตายมากี่ปแลว กําหนดเวลาครึง่ ชีวติ ของ 14 C เทากับ 5600 ป วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !
42(En 43/2) สารกัมมันตรังสีโคบอลต –60 สลายตัวใหรังสีเบตา และรังสีแกมมา โดยมีครึง่ ชีวิต 5.30 ป จงหาเปอรเซ็นตของสารกัมมันตรังสีทเ่ี หลือยูเ มือ่ เวลาผานไป 15.9 ป (ขอ 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 สัมพันธระหวางมวล ของ ธาตุกัมมันตรังสีที่เวลา ผานไป t ใดๆ กับเวลาที่ผานไป t จะไดผลดัง รูป แสดงวาที่เวลาผานไป 8 ชัว่ โมง นับจาก ตอนตนธาตุกัมมันตรังสีนี้จะเหลืออยูกี่มิลลิกรัม 1. 6.25 mg 2. 3.13 mg 3. 1.56 mg วิธที าํ
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
4. 0.78 mg
(ขอ 1.)
! ! ! ! ! ! !
44(En 34) ไอโอดีน –131 มีคาคงตัวของการสลายเทากับ 0.087 ตอวัน ถามีไอโอดีน –131 อยู 10 กรัม ตอนเริม่ ตนเมือ่ เวลาผานไป 24 วัน จะมีไอโอดีน –131 เหลืออยูเ ทาไร (ขอ 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) คาคงตัวของการสลายของธาตุกมั มันตรังสีซง่ึ เริม่ ตนมีจาํ นวนอะตอม 24 x 1018 (ขอ 3.) อะตอม เมือ่ เวลาผานไป 90 วัน จะเหลือ 3 x 1018 อะตอม คือขอใด 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 ฟสิกสนิวเคลียร
46(มช 42) สารกัมมันตรังสี A มีคา กัมมันตภาพในตอนเริม่ ตนอยู 1.28 คูรี ขณะที่สารกัมมัน– ตรังสี B มีคากัมมันตภาพอยู 160 มิลลิคูรี เมือ่ เวลาผานไป 36 ชัว่ โมง สารทั้ง 2 เหลือ คากัมมันตภาพอยู 20 มิลลิคูรี เทากัน จงหาอัตราสวนของคาคงทีข่ องการสลายของสาร A (ขอ 3.) ตอสาร B (λA /λB ) 1. 0.5 2. 1 3. 2 4. 4 วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !
คากัมมันตภาพ (A) คากัมมันตภาพ คือ อัตราการสลายตัว ณ เวลาหนึง่ (นิวเคลียสตอวินาที , Bq) A = dN dt คากัมมันตภาพ อาจใชหนวยเปนนิวเคลียสตอวินาที เรียกอีกอยางหนึง่ Bq หรือ อาจใช หนวยเปน คูรี (Ci) 1 Ci = 3x1010 Bq เราอาจหาคากัมมันตภาพ (A) ไดจากสมการ A = λN เมือ่ A = กัมมันตภาพ (นิวเคลียสตอวินาที , ฺBq) λ = คาคงตัวการสลาย (ตอวินาที) N = จํานวนนิวเคลียส ณ. เวลานั้น ๆ (นิวเคลียส) 47(En 44/2) ธาตุกมั มันตรังสีจาํ นวนหนึง่ มีกัมมันตภาพ 1 ไมโครคูรี และมีครึ่งชีวิตเทากับ 1000 วินาที จํานวนนิวเคลียสกัมมันตรังสีขณะนั้นเปนเทาใด (1 คูรี = 3.7x1010 Bq ) (ขอ 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 ฟสิกสนิวเคลียร
48(En42/2)(En 43/1) ถาธาตุ x มีจาํ นวนอะตอมเปน 2 เทาของธาตุ y แตมีกัมมันตภาพเปน 3 เทาของธาตุ y ครึง่ ชีวติ ของธาตุ x จะเปนกีเ่ ทาของธาตุ y (ขอ 2.) 2. 23 เทา 3. 23 เทา 1. 16 เทา 4. 6 เทา วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
49. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งครึ่งชีวิต 15 วัน และเริม่ ตนของธาตุนม้ี กี มั มันตภาพ 10 ไมโครคูรี จํานวนอนุภาคที่ปลดปลอยออกมาใน 1 วินาที เปนเทาใด เมื่อทิ้งธาตุนี้ไวเปนเวลา 30 วัน (9.25x 104 นิวเคลียส) (กําหนด 1 คูรี = 3.7x1010 s–1) วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !
50(มช 38) คนไขคนหนึง่ ตองการไดรบั รังสีแกมมาจากโคบอลด–60 แตปริมาณรังสีแกมมาที่ ใชมีมากเกินไปนําแผนตะกั่วมากั้น จะตองใชแผนตะกั่ว 3 แผนมากั้น จึงจะไดปริมาณรังสี แกมมาที่พอดี ถาตะกั่ว 1 แผน สามารถกั้นรังสีแกมมามาไมใหผานมาได 90 เปอรเซ็นต อยากทราบวาปริมาณรังสีแกมมาทีอ่ อกมาไดพอดีจะคิดเปนกีเ่ ปอรเซ็นตของปริมาณเดิม (ขอ 2.) 1. 0.01% 2. 0.1 % 3. 3% 4. 30% วิธที าํ ! !
#(!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
51(En 35) คาคงที่ของการสลายตัวของธาตุธอเรียม–232 เทากับ 1.6x10–18 ตอวินาที ธาตุ (1.92 ลานอะตอม/วินาที) นัน้ จํานวน 464 กรัม จะสลายตัวกี่ลานอะตอมตอวินาที วิธที าํ ! ! ! ! !
52(En 43/2) ในการทดลองทอดลูกเตาเพื่อเปรียบเทียบกับการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตรังสี นักเรียนคนหนึง่ ใชลกู เตา 6 หนา จํานวน 600 ลูก โดยแตมสีไวหนึ่งหนาทุกลูก และหยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกทุกครั้งที่ทอด จงประมาณวาหลังจากการทอดลูกเตาครั้งที่ 3 เมือ่ หยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกแลว นาจะเหลือลูกเตากี่ลูก (ขอ 4) 1. 250 ลูก 2. 300 ลูก 3. 350 ลูก 4. 400 ลูก วิธที าํ ! ! ! ! !
53(En 41) ในการทดลองอุปมาอุปไมยการทอดลูกเตากับการสลายของธาตุกมั มันตรังสี โดยการโยน ลูกเตาแลวคัดหนาทีไ่ มแตมสีออกไป ถาลูกเตามี 6 หนา มีหนาทีแ่ ตมสี 2 หนา และมีจาํ นวน 90 ลูก จงหาวาถาทําการโยนลูกเตาทัง้ หมด 2 ครั้ง โดยสถิตจิ ะเหลือจํานวนลูกเตาเทาใด (ขอ 1) 1. 10 ลูก 2. 30 ลูก 3. 40 ลูก 4. 56 ลูก
วิธที าํ ! ! ! ! ! !
!
!!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
#)!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ตอนที่ 4 แรงนิวเคลียร และพลังงานยึดเหนี่ยว รัศมีนวิ เคลียส เราสามารถหารัศมีนิวเคลียสของอะตอมธาตุใ ด ๆ ไดจากสมการ 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) ถารัศมีนิวเคลียสธาตุไฮโดรเจนเปน 1.4x10 –15 เมตร รัศมีนิวเคลียสของธาตุ 27Al จะเปน กี่เมตร 1. 4.2x10–15 เมตร 2. 5.6x10–15 เมตร (ขอ 1.) 3. 12.6x10–15 เมตร 4. 27x10–15 เมตร วิธที าํ ! ! ! !
28 56. ธาตุไอโซโทปของ 224 88 Ra จะมีรศั มีเปนกีเ่ ทาของธาตุไอโซโทปของ 11 Na 1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !
#*!
(ขอ 1.)
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
แรงนิวเคลียร แรงทีเ่ กีย่ วของกับนิวคลีออนในนิวเคลียส 1) แรงผลักระหวางประจุไฟฟา (มีคามาก) 2) แรงดึงดูดระหวางมวล (มีคา นอย) 3) แรงนิวเคลียร คอยผูกมัดนิวคลีออนตาง ๆ เอาไวมิใหฟุง กระจายออกมานอกนิวเคลียส (มีคามหาศาล เมื่อเทียบกับ แรงผลักประจุ) ลักษณะของแรงนิวเคลียร 1) เปนแรงดึงดูดระยะสัน้ 2) ไมเกี่ยวกับชนิดของประจุ 3) มีคามากกวาแรงผลักระหวางประจุไฟฟา !
57(มช 33) ขอตอไปนีข้ อ ใดอธิบายธรรมชาติของแรงนิวเคลียรไดถกู ตองทีส่ ดุ ก. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับระยะทางกําลังสองผกผันและไม ขึ้นกับชนิดประจุไฟฟา ข. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับระยะทางกําลังสองผกผันและขึ้น กับชนิดประจุไฟฟา ค. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะยาว , ดึงดูด , ขึ้นอยูกับชนิดของประจุไฟฟา และขนาด ใหญกวาแรงโนมถวงมาก ง. แรงนิวเคลียรเปนแรงระยะสัน้ , ดึงดูด , ไมขึ้นอยูกับชนิดประจุไฟฟา และขนาด (ขอ ง.) ใหญกวาแรงไฟฟามาก วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !
#+!
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
พลังงานยึดเหนีย่ ว (binding energy , B E.) คือพลังงานที่ใชในการยึดเหนี่ยวนิวคลีออนทั้งหมดเอาไวดวยกัน พลังงานยึดเหนี่ยวเกิด จากมวลทีพ่ รองไปของนิวคลีออน เมือ่ นิวคลีออนเหลานัน้ เขาไปอยูใ นนิวเคลียส เราสามารถหา คาพลังงานยึดเหนี่ยวไดจาก มวล p = 1.007276 u B. E = m.c2 มวล n = 1.008665 u เมือ่ m = = 1u = c = B.E. =
มวลพรอง (kg) มวลรวมของทุกนิวคลีออน – มวลนิวเคลียส 1.66 x 10–27 kg ความเร็วแสง = 3 x 108 m/s พลังงาน (จูล)
!
มวล p+n = 2.015941 u มวลเมื่ออยูในนิวเคลียส = 2.013553 u
!
มวลที่หายไป = มวลพรอง
B.E = 931 m เมือ่ B.E. = พลังงาน (MeV) m = มวลพรอง (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 นนิวเคลียสของดิวเทอรอนจะมีมวลรวมเทากับ 2.013553 จงหาพลังงานยึดเหนี่ยวทั้งหมด และพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน ( 2.22 MeV , 1.11 MeV ) วิธที าํ
!
#"!
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
59(มช 34) นิวเคลียส 10Ne20 มีมวลอะตอม 19.992434 จะมีพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน กี่ MeV กําหนดมวลนิวตรอน 1 ตัว = 1.008665 amu มวลโปรตรอน 1 ตัว = 1.007825 amu (ขอ ค.) ก. 160.652 ข. 16.065 ค. 8.033 ง. 5.335 วิธที าํ
60(En 34) ธาตุตริเดียมซึง่ มีเลขอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอม 3.016049 u มี คาพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออนเทากับเทาใดในหนวย MeV (ทศนิยม 2 ตําแหนง) 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 นแปลงองคประกอบ หรือ ระดับพลังงาน
การเขียนรูป X (a, b) Y 14 N + 4 He 7 2 เปา!
1 → 17 8 O + 1H ตัวเกิดใหม! ตัวคายหลังชน!
ตัวชนเปา!
17 14 สมการนี้ อาจเขียนเปน 14 7 N (α!,!-) 8 O อานวา ปฏิกริ ยิ าอัลฟาโปรตรอนของ 7 N !
#&!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
ดังนัน้ ปฏิกิริยา X + a →!!!Y + b อาจเขียนเปน X (a , b) Y อานวาปฏิกิริยา a , b ของ X เมือ่ X = นิวเคลียสที่ใชเปนเปา a = อนุภาคที่ใชยิงเขาไปชนเปา Y = นิวเคลียสของธาตุใหม b = อนุภาคที่ปลดปลอยออกมาหลังชน 61. พิจารณาสมการนิวเคลียรดังนี้ 27 4 13 Al + 2 He
14 Si
ก. ปฏิกิริยานี้เขียนแบบยอไดอยางไร วิธที าํ
30 + H1 1 ข. ปฏิกิริยานี้มีชื่อเรียกวาอยางไร
! ! !
62. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ ก. 73 Li (α , n) 105 B วิธที าํ
ข. 94 Be (p , α ) 63 Li
! ! ! !
63. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ 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 ถามวา Y คืออนุภาคอะไร 1. ดิวเทอรอน 2. อนุภาคแอลฟา 3. โปรตอน 4. ทริทอน (ขอ 1.) วิธที าํ ! ! ! !
##!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
การหาพลังงานเกีย่ วกับปฏิกริ ยิ านิวเคลียร 1. หาจากมวลที่เปลี่ยน (∆m) ใชสมการ ∆E = 931 . ∆m ∆m = มวลกอน – มวลหลัง
เงื่อนไขการใชสมการนี้ 1. หาก ∆E เปนบวก แสดงวาปฏิกิริยาเปน แบบคายพลังงาน เกิดเมื่อ *มวลรวมหลัง ปฏิกริ ยิ ามีคา นอยกวามวลรวมกอนปฏิกริ ยิ า 2. หาก ∆E เปนลบ แสดงวาปฏิกิริยาเปน 2. หาจากพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส (B.E) แบบดูดพลังงาน เกิดเมื่อ *มวลรวมหลัง ปฏิกริ ยิ ามีคา มากกวามวลรวมกอนปฏิกริ ยิ า ใชสมการ ∆E = BEกอน – BEหลัง 3. การใชคา B.E. ของนิวเคลียสมาคํานวณ ตองใชคา B.E. มาเปนลบ
ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ปฏิกิริยาที่ไดเปนปฏิกิริยาคายพลังงานทั้งหมด พลังงานที่ปลอยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร เรียกวา พลังงานนิวเคลียร (nuclear energy) ซึ่งพลังงานนี้อาจอยูในรูปพลังงานจลนของอนุภาคหรือในรูปคลื่นแมเหล็กไฟฟาก็ได 65(มช 36) พลังงานนิวเคลียรที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่กําหนดใหนี้จะมีคากี่ 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 เพื่อใหเกิดปฏิกิริยา 27 Al (n . p) 27 Mg 66. ในการยิงนิวตรอนเขาชนอลูมเิ นียม 13 13 12 เราจะตองใชนวิ ตรอนซึง่ มีพลังงานจลนอยางนอยเทาใด กําหนดใหมวลอะตอมของ 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 ฟสิกสนิวเคลียร
4 He + 9 Be → 12 C + 1 n 67. จากปฏิกิริยานิวเคลียร 2 4 6 0 จงหาพลังงานและบอกดวยวาเปนปฏิกิริยาประเภทใด 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 ออกมาเปนแอลฟา 2 อนุภาค และ 12 C 68. จงหาพลังงานที่ใชในการแยกนิวเคลียส 10 6 20 1 นิวเคลียส กําหนดใหพลังงานที่ยึดเหนี่ยวตอนิวคลีออนในนิวเคลียสของ 10 Ne , 42 He (11.88 MeV) และ 12 6 C เปน 8.03 , 7.07 และ 7.68 MeV ตามลําดับ วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !
69. ในการเกิดปฏิกิริยา 42 He + 42 He → 11 H + 73 Li พบวาตองใชพลังงาน 17.2 MeV ถาพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส 73 Li = –39.2 MeV (28.2 MeV) จงหาพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส 42 He วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! !
#%!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
235 U ทําใหเกิดฟชชัน ไดพลังงานทั้งสิ้น 70. ในการทดลองระเบิดนิวเคลียรลูกหนึ่งใช 92 (10–4) 9.0 x 1012 จูล หลังจากการระเบิดมวลที่หายไปทั้งสิ้นกี่กิโลกรัม วิธที าํ ! ! ! ! ! ! !
ฟชชัน คือ ปฏิกิริยานิวเคลียรที่เกิดจากนิวเคลียสของธาตุหนักเกิดการแตกตัวออกเปน 2 สวนที่มีขนาดใกลเคียงกันจะทําใหไดนิวเคลียสใหม ซึ่งมีพลังยึดเหนี่ยวตอนิวคลีออนเพิ่มขึ้น ตัวอยางปฏิกิริยาที่เกิดจากการยิงนิวตรอนเขาไปในนิวเคลียสของยูเรเนียม ดังสมการ 92u235 + on1 → 56Ba141 + 36Kr92 + 3on1 + พลังงาน นักเรียนจะเห็นวาผลของปฏิกิริยานี้ จะไดนิวเคลียสใหม 2 ตัว ตัวหนึง่ มีเลขอะตอมอยู ระหวาง 30 ถึง 63 และอีกตัวอยูระหวาง 72 ถึง 158 และปฏิกิริยานี้ยังใหพลังงานออกมา อยางมหาศาล และใหนวิ ตรอนอีก 3 ตัว ซึ่งถานิวตรอนเหลานี้มีพลังงานสูงพอ ก็จะวิ่งเขาชน นิวเคลียสของยูเรเนียมอะตอมตอๆ ไป กอใหเกิดปฏิกริ ยิ าอยางตอเนือ่ งทีเ่ รียกวา ปฏิกิริยาลูกโซ เฟรมี เปนนักวิทยาศาสตรคนแรกที่สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาลูกโซใหสม่ําเสมอได โดยใชเครือ่ งมือทีเ่ รียกวา เครือ่ งปฏิกรณนวิ เคลียร ซึง่ ควบคุมอัตราการเกิดฟงชันโดยการควบ คุมจํานวนนิวตรอนทีเ่ กิดขึน้ ฟวชัน คือ ปฏิกิริยาที่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุเบา 2 ธาตุ แลวยังผลใหเกิดธาตุซึ่ง หนักกวาและมีการปลดปลอยพลังงานนิวเคลียรออกมาดวย ตัวอยางเชน 41H1 → 2He4 + 2 1 e 0 + 26 MeV
จะเห็นวาปฏิกิริยานี้เกิดจาก 1H1 4 ตัว รวมกันเปน 2He4 1 ตัว แลวมีการปลอยอนุภาค ที่มีประจุบวกและมีมวลใกลเคียงกับอิเลคตรอน เรียกวา โพชิตรอนอีก 1 ตัว ปฏิกิริยานี้มีการ ปลดปลอยพลังงานออกมากมายเชนกัน ปฏิกิริยานี้เปนปฏิกิริยาที่เกิดบนดวงอาทิตย หรือ บน ดาวฤกษ ที่มีพลังงานสูงทั้งหลาย สําหรับบนโลกเราปฏิกิริยาฟวชันสามารถทําใหเกิดขึ้นไดใน หองปฏิบัติการ !
$'!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
1H2 +1H2 → 1H3 + 1H2 + 1H2 → 1H3 +
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
1H1 + 4 MeV 0n1 + 3.2 MeV
71(มช 40) จากการคํานวณพบวาในน้ําทะเล 1 ลิตร ประกอบดวยโมเลกุลของน้าํ จํานวน 3.3 x 1023 โมเลกุล และพบวาในทุก ๆ 6600 โมเลกุล ของน้าํ นีจ้ ะมีดวิ ทีเรียมอยู 1 อะตอม เมือ่ นําดิวทีเรียมทัง้ หมดทีม่ อี ยูใ นน้าํ 1 ลิตรนี้ มาหลอมละลายเปนปฏิกิริยาฟวชันดังสมการ 2 2 3 1 H + 1 H → 2 He + n + 3.3 MeV จะมีพลังงานปลดปลอยออกมาทั้งหมดกี่เมกกะจูล (MJ) (ขอ 3.) 1. 0.48 2. 6.6 3. 13.2 4. 26.4 วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! !
72. ในการทําปฏิกิริยาฟวชั่นโดยใชดิวเทอรอน ( )( H) พบวามีปฏิกิริยาดังนี้ 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 อยากทราบวาถาในน้ําทะเลมีดิวเทอเรียมประมาณ 5x1018 อะตอม ถานํามาทําใหเกิด ฟวชันทั้งหมดจะไดพลังงานเทาใด (3.6 x 1019 MeV) วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
$(!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
73(En 41) ปฏิกิริยาฟชชันของธาตุชนิดหนึ่ง ใหมวลรวมของธาตุหลังเกิดปฏิกิริยาลดลง 0.025 u จงคํานวณวาจะตองเกิดฟชชันกีค่ รัง้ ตอวินาที จึงจะทําใหกําลังงาน 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 (ขอ 1.) 3. 7.5 x 1014 ครัง้ 4. 1.0 x 1015 ครัง้ วิธที าํ ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
74. วัตถุที่ใชเปนเชื้อเพลิงปรมาณูในปจจุบัน นอกจาก U – 235 แลว ยังมี (ขอ ค.) ก. U – 238 ข. Au – 198 ค. Pu – 239 ง. Na – 34 วิธที าํ 75(มช 37) ขอความตอไปนี้ ขอความใดถูก 1. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรที่ใชผลิตไฟฟาในปจจุบัน ไดพลังงานจากฟวชันไปทําใหน้ํา กลายเปนไอ ไอน้าํ ไปหมุนกังหัน ทําใหเครื่องกําเนิดไฟฟาผลิตกระแสไฟฟาออกมา 2. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรที่ใชผลิตไฟฟาในปจจุบันได พลังงานจากปฏิกิริยาที่ นิวเคลียสของธาตุหนักแตกตัวออกเปน 2 สวนขนาดใกลเคียงกัน และปฏิกิริยาลูกโซ 3. เครื่องปฏิกรณนิวเคลียรจะสามารถทํางานไดตลอดไป เนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่ เกิดขึ้น จึงไมตอ งมีการเติมแทงเชือ้ เพลิง! ! ! 4. ถาแทงเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณนิวเคลียรคือ U – 235 แลวที่เกิดขึ้นหลัง ! ! ! ปฏิกิริยานิวเคลียรเปนสารเสถียรไมอันตราย!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! (ขอ 2.)! วิธที าํ ! ! ! !!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
!
$)!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
แบบฝ ก หั ด ฟ สิ ก ส บทที่ 20 ฟ สิ ก ส นิ ว เคลี ย ร กัมมันตภาพรังสี 1(En 36) พิจารณาขอความตอไปนี้สําหรับรังสีแอลฟา บีตา และ แกมมา ก. มีความสามารถในการทําใหกาซแตกตัว เปนไอออนไดดกี วา ข. ตองใชวัสดุที่มีความหนามากในการกั้นรังสี ค. เมือ่ เคลือ่ นทีผ่ า นบริเวณทีม่ สี นามแมเหล็กแนวการเคลือ่ นทีเ่ ปนแนวโคง ง. อัตราสวนระหวางประจุตอมวลมีคามากที่สุด ขอความใดเปนสมบัติของรังสีบีตา 1. ก และ ง 2. ก และ ค 3. ข และ ง 4. ค และ ง
(ขอ 4)
2(En 39) ธาตุ A สลายเปนธาตุ B โดยปลอยรังสีบีตา ลบออกมาธาตุทั้งสองจะมีจํานวนใดเทากัน 1. นิวตรอน 3. ผลรวมของนิวตรอนและโปรตอน
2. โปรตอน 4. ผลตางของนิวตรอนและโปรตอน
(ขอ 3)
สมการนิวเคลียร 238 U เมื่อสลายให 3(En 43/1) ในการสลายตัวตอ ๆ กันของธาตุกัมมันตรังสี โดยเริม่ จาก 92 อนุภาคทัง้ หมดเปน 2α , 2β– และ 2γ จะทําใหไดนวิ เคลียสใหมมจี าํ นวนโปรตอน และจํานวนนิวตรอนเทาใด 1. จํานวนโปรตอน 88 จํานวนนิวตรอน 2. จํานวนโปรตอน 90 จํานวนนิวตรอน 3. จํานวนโปรตอน 88 จํานวนนิวตรอน 4. จํานวนโปรตอน 90 จํานวนนิวตรอน
140 140 142 142
(ขอ 2)
4(มช 32) X+ อนุภาคนิวตรอน → Y+ อนุภาคแอลฟา Z+อนุภาคบีตา ถา Z ในปฎิกิริยานิวเคลียรนี้มีเลขมวลเปน 2 เทาของเลขอะตอมนิวเคลียสของธาตุ X คือ (ขอ ข) ก. 14Si31 ข. 15P31 ค. 16S31 ง. 17Cl31 !
$*!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
5. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 238 U → 206 Pb α, 6β β) (8α นิวเคลียสตอไปนี้ 92 82 6. จงหาจํานวนอนุภาคแอลฟา ( 42 He ) และอนุภาคบีตา ( 0-1 e ) จากอนุกรมการสลายตัวของ 235 U → 207 Pb α, 4β β) (7α นิวเคลียสตอไปนี้ 92 82
การสลายตัวของนิวเคลียส 7. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง มีเวลาครึ่งชีวิต 5 วัน ถาเก็บธาตุนั้น จํานวน 64x1018 อะตอม ( 8x1018) ไว 15 วัน จะเหลือธาตุนน้ั กีอ่ ะตอม 8. ทิ้งน้ํายาซึ่งเปนสารกัมมันตรังสีไวเปนเวลานาน วัดกัมมันตภาพได 4200 ครัง้ /วินาที ถาน้ํายานี้เปนของใหม จะวัดกัมมันตรังสีได 16800 ครัง้ /วินาที ถาชวงครึ่งชีวิตของสาร (4 วัน) ในน้ํายานี้เปน 2 วัน จงหาวาทิ้งน้ํายาไวเปนเวลานานเทาใด 15 เทาของของเดิม 9. สารกัมมันตรังสีจาํ นวนหนึง่ เมือ่ ทิง้ ไว 2 ชัว่ โมง ปรากฏวาสลายไป 16 (1.386/ชัว่ โมง) จงหาคานิจของการสลายตัวของสารนี้ 10(En 31) ไอโซโทปของโซเดียม (24 11 Na ) มีครึง่ ชีวติ 15 ชัว่ โมง จงหาวาเวลาผานไป 75 ชัว่ โมง นิวเคลียสของไอโซโทปนี้จะสลายไปแลวประมาณกี่เปอรเซ็นตของจํานวนที่ ตัง้ ตน ถาตอนเริม่ แรกนิวเคลียสของไอโซโทปนีม้ คี า 5 คูรี (ขอ 4) 1. 75 % 2. 87.5 % 3. 94 % 4. 97 % 11(มช 32) สารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งมีคานิจของการสลายตัว 0.077 ตอป จะตองใชเวลานาน เทาไร จึงจะมีมวลลดลงจาก 40 กรัม เหลือเพียง 2.5 กรัม (ขอ ค) ก. 3 ป ข. 13 ป ค. 36 ป ง. 45 ป 12(มช 31) ธาตุชนิดหนึ่งมีมวล 10 กรัม ใชเวลา 20 วัน จึงจะมีมวลเหลืออยู 2.5 กรัม คานิจของการสลายตัวมีคาเปน ก. 0.069 ตอวัน ข. 0.035 ตอวัน (ขอ ก) ค. 0.054 ตอวัน ง. 0.015 ตอวัน
!
$+!
Physics Online VI
http://www.pec9.com
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
13(En 35) คาคงที่ของการสลายตัวของธาตุธอเรียม–232 เทากับ 1.6x10–18 ตอวินาที ธาตุ (1.92 ลานอะตอม/วินาที) นัน้ จํานวน 464 กรัม จะสลายตัวกี่ลานอะตอมตอวินาที 14(En 43/2) ในการทดลองทอดลูกเตาเพื่อเปรียบเทียบกับการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตรังสี นักเรียนคนหนึง่ ใชลกู เตา 6 หนา จํานวน 600 ลูก โดยแตมสีไวหนึ่งหนาทุกลูก และหยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกทุกครั้งที่ทอด จงประมาณวาหลังจากการทอดลูกเตาครั้งที่ 3 เมือ่ หยิบ ลูกที่ขึ้นหนาสีออกแลว นาจะเหลือลูกเตากี่ลูก (ขอ 4) 1. 250 ลูก 2. 300 ลูก 3. 350 ลูก 4. 400 ลูก 15(En 41) ในการทดลองอุปมาอุปไมยการทอดลูกเตากับการสลายของธาตุกมั มันตรังสี โดยการโยน ลูกเตาแลวคัดหนาทีไ่ มแตมสีออกไป ถาลูกเตามี 6 หนา มีหนาทีแ่ ตมสี 2 หนา และมีจาํ นวน 90 ลูก จงหาวาถาทําการโยนลูกเตาทัง้ หมด 2 ครั้ง โดยสถิตจิ ะเหลือจํานวนลูกเตาเทาใด (ขอ 1) 1. 10 ลูก 2. 30 ลูก 3. 40 ลูก 4. 56 ลูก
16(En42/2) ในการทอดลูกเตา 6 หนาที่มีการแตมสี 1 หนาเหมือนกันทุกลูก จํานวน 180 ลูก ถาทอดแลวทําการคัดลูกเตาที่มีหนาแตมสีหงายขึ้นออกไปถาทําการทอด 2 ครัง้ โดยเฉลีย่ จะ คัดลูกเตาออกกี่ลูก (ขอ 2) 1. 60 ลูก 2. 55 ลูก 3. 30 ลูก 4. 25 ลูก
แรงนิวเคลียร และพลังงานยึดเหนี่ยว 28 17. ธาตุไอโซโทปของ 224 88 Ra จะมีรศั มีเปนกีเ่ ทาของธาตุไอโซโทปของ 11 Na 1. 2 เทา 2. 3 เทา 3. 4 เทา 4. 5 เทา 18(En 34) จงหาเลขมวลของนิวเคลียสซึ่งมีรัศมีเปน 23 เทาของนิวเคลียส 27 13 Al 1. 8 2. 9 3. 16 4. 18
(ขอ 1.) (ขอ 1)
19(มช 34) นิวเคลียส 10Ne20 มีมวลอะตอม 19.992434 จะมีพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออน กี่ MeV กําหนดมวลนิวตรอน 1 ตัว = 1.008665 amu มวลโปรตรอน 1 ตัว = 1.007825 amu (ขอ ค.) ก. 160.652 ข. 16.065 ค. 8.033 ง. 5.335 !
$"!
http://www.pec9.com
Physics Online VI
บทที่ 20 ฟสิกสนิวเคลียร
20(En 34) ธาตุตริเดียมซึง่ มีเลขอะตอมเปน 1 เลขมวลเปน 3 และมวลอะตอม 3.016049 u มี คาพลังงานยึดเหนีย่ วตอนิวคลีออนเทากับเทาใดในหนวย MeV (ทศนิยม 2 ตําแหนง) กําหนด มวลอะตอมของไฮโดรเจน = 1.007825 u มวลของนิวตรอน = 1.008665 u (2.82 MeV) และ 1u = 930 MeV
ปฏิกิริยานิวเคลียร 21. พิจารณาสมการนิวเคลียรดังนี้ 14 N + 4 He 7 2
1 → 17 8 O + 1H ก. ปฏิกิริยานี้เขียนแบบยอไดอยางไร ข. ปฏิกิริยานี้มีชื่อเรียกวาอยางไร
22. จงเขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียรตอไปนี้ ก. 73 Li (α , n) 105 B ข. 94 Be (p , α ) 63 Li 23. ในปฎิกิริยา (n , γ) ของนิวเคลียส 47Ag109 นิวเคลียสที่เกิดใหมมีเลขมวลเทาใด ( 110 ) 24(มช 36) พลังงานนิวเคลียรที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรที่กําหนดใหนี้จะมีคากี่ 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 จงหาพลังงานและบอกดวยวาเปนปฏิกิริยาประเภทใด 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 !
! ! !
!!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!"!""
!
!
$&!