11/02/56

1

3. อเลกตรอน โปรตอน ไอออนและโฟตอน ในชวตประจาวน

ประยร สงสรฤทธกล ฟ สาขาวชาฟสกส

มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

เนอหา• มวล-พลงงาน

• ปฏกรยานวเคลยร• ปฏกรยานวเคลยร

• การประยกตใชปฏกรยานวเคลยร–ระเบดนวเคลยร

–โรงไฟฟานวเคลยร

11/02/56

2

Mass – Energy Equivalence

Mass – Energy Equivalence“เมอไรกตามทมการเอาพลงงานออกจากระบบ มวลทสงสรรคกบพลงงานดงกลาวจะถกนาออกจากระบบดวย ดงนนระบบจะมมวลลดลง”

11/02/56

3

ปฏกรยานวเคลยรปฏกรยานวเคลยร(Nuclear Reaction)

- นวเคลยรฟวชน (Nuclear Fusion)

- นวเคลยรฟชชน (Nuclear Fission)

ปฏกรยานวเคลยร – นวเคลยรฟวชน“เปนปฏกรยาทนวเคลยสของธาตทเบาสองนวเคลยสมารวมกน แลวกลายเปนนวเคลยสทหนกกวาพรอมกบมพลงมหาศาลออกมาดวย การเกดปฏกรยาน นวเคลยสเบานนจะมความเรวสงมากหรออยในสภาพทมความรอนสงมากหลาย รอยลานองศาจงจะรวมกนได ปจจบนธาตทเบาทเกดปฏกรยาฟวชนคอไฮโดรเจน”

11/02/56

4

ปฏกรยานวเคลยร – นวเคลยรฟวชนบนพระอาทตย

หรอ photon

ปฏกรยานวเคลยร - นวเคลยรฟชชน“เปนกระบวนการเกดขนทนวเคลยสของอะตอม ฟชชนเกดขนเมอนวเคลยสแบงออกเปนนวเคลยสทเลกลง 2 หรอ 3 นวเคลยส โดยทาใหเกดผลพลอยได (by product ) ในรปอนภาคหรอรงสออกมาดวย ฟชชนจะมการปลดปลอย(by-product ) ในรปอนภาคหรอรงสออกมาดวย ฟชชนจะมการปลดปลอยพลงงานปรมาณมากออกมา”

11/02/56

5

ปฏกรยานวเคลยร - นวเคลยรฟชชนอะตอมอะตอมธาต ธาต A A

อะตอมอะตอมธาต ธาต B B

อะตอมอะตอมธาต ธาต C C

นวตรอนนวตรอน3 3 ตวตว

นวตรอนนวตรอน1 1 ตวตว

มวลทสญหายไป

ปฏกรยาลกโซของฟชชนปฏกรยาลกโซของฟชชนFission Chain Reaction

11/02/56

6

ปฏกรยาลกโซของฟชชนธาตทมกจะใชในการทาใหเกดปฏกรยานวเคลยรฟชชน คอ • ยเรเนยม (uranium) เปนธาตทหนกทสดทเกดขนตามธรรมชาต • พลโตเนยม (plutonium) เปนธาตทเกดปฏกรยาฟชชนเองได (spontaneous fission)

และมครงชวตสน แมวาจะมธาตทสามารถทาใหเกดฟชชนไดอก แตสองธาตนใชไดดทสด เนองจากมปรมาณมากพอและเกดฟชชนไดงาย

http://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html

11/02/56

7

ปฏกรยาลกโซของฟชชน - มวลวกฤตเมอเกดปฏกรยาในกอนมวลของยเรเนยมหรอวสดฟสไซลอนกตาม จะมนวตรอนเกดขนมา นวตรอนบางสวนจะจบกบนวเคลยสอนของยเรเนยมทาใหเกดฟชชนขนอก ขณะทนวตรอนอกบางสวนจะหลดออกไปจากกอนมวล หรอถกดดกลนโดยนวเคลยสของธาตอนทไมทาให ฟ เกดฟชชน • ถาจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดใหมตอจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดเดม

มคานอยกวา 1ปฏกรยาลกโซของฟชชนจะเกดลดลงแบบเอกซโปเนนเชยล • ถาจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดใหมตอจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชนชดเดม

มคามากกวา 1 ปฏกรยาลกโซของฟชชนจะเกดเพมขนแบบเอกซโปเนนเชยล สภาวะทสดสวนจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชน เทากบ 1 เรยกวา สภาวะวกฤต (criticality) สดสวนจานวนนวตรอนททาใหเกดฟชชน เทากบ 1 เรยกวา สภาวะวกฤต (criticality) มวลททาใหเกดสภาวะนได เรยกวา มวลวกฤต (critical mass) ซงในความเปนจรง ทงมวลและรปรางของวสดฟสไซล ตางกมผลตอการเกดภาวะวกฤตได

http://www.nst.or.th/article/article493/article49302.html

มวลวกฤตทนอยทสดของ U-235 และของ Pu-239 มคา 52 kg และ 10 kg ตามลาดบ

ปฏกรยาลกโซของฟชชน - การใชประโยชน• โรงไฟฟานวเคลยร

– มการควบคมการเกดปฏกรยาลกโซของฟชชนในอตราท ฏ เหมาะสม

• ระเบดนวเคลยร– วสดเชอเพลงมมวลมากกวามวลวกฤต ทาใหปฏกรยา

ลกโซของฟชชนเพอมขนอยางรวดเรวลกโซของฟชชนเพอมขนอยางรวดเรว

11/02/56

8

ระเบดนวเคลยร (Nuclear Bomb):ระเบดนวเคลยร (Nuclear Bomb):Manhattan Project

Little Boy

Fat Man

(wikipedia)

11/02/56

9

ทอกลวงประดวยวงแหวนททาจาก U-235 9 วง มมวลรวม 38.5 kg

แผนวงแหวนททาจาก U-235 6 ชน มมวลรวม 25.6 kg

(wikipedia)

(wikipedia)

11/02/56

10

มวลของ Pu-239 ทใชทงหมด 6.2 kgประมาณ 17% หรอ 1 k ทเกดการฟชชนประมาณ 17% หรอ 1 kg ทเกดการฟชชน

1g ของ Pu-239 ทเกดฟชชนทาใหเกดพลงเทยบเทากบระเบด TNT ทมมวล 21kg

โรงไฟฟานวเคลยร (Nuclear Power Plant)

“โรงผลตกระแสไฟฟาทใชความรอนจากเตาป ป ป ไ ปฏกรณปรมณเปน แหลงพลงงานทสรางไอนาความดนสงในการขบเคลอนเครองปนไฟ”

11/02/56

11

โรงไฟฟานวเคลยร - แผนภาพU-235 เปนเชอเพลงของปฏกรยาลกโซของฟชชน

โรงไฟฟานวเคลยร - แผนภาพแสดงการทางาน

11/02/56

12

โรงไฟฟานวเคลยร - รนตางๆโรงไฟฟานวเคลยรแบงได 4 รน• รนท 1 เปนชวงเรมตน ซงเปนเครองตนแบบ• รนท 2 เปนรนทใชกนอยในปจจบน เรมสรางตอนชวงปลายของทศวรรต 90 อายการใชงานแรกเรมอยท 30-40 ป ตอมาไดขยายเปน 50-60 ป ดวยเหตผลทางเศรษฐกจ

• รนท 3 เปนรนทพฒนาขนจากรนท 2 โดยปรบปรงเชอเพลง ป ใ ป ประสทธภาพการใชความรอน ความปลอดภย และลดตนทน

• รนท 4 ยงอยในชวงการพฒนา

โรงไฟฟานวเคลยร – รนท 3

• ระบบความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยรรนท 3 เปนแบบ passive safety system ซงเปนระบบทหากมความผดพลาดใดๆ จะทาใหมการปดการเดนเครอง โดยอาศยกฎทางฟสกสคอการทาใหปฏกรยาลกโซของฟชชนหยดลง

11/02/56

13

โรงไฟฟานเคลยร

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหต

11/02/56

14

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทเชอรโนเบล• เกดเมอ 26 เม.ย. 2529 ทางตะวนออกของสหภาพโซเวยต (ประเทศยเครนในปจจบน)

• ความรนแรงระดบท 7 • สาเหตเกดจากการจงใจปลดระบบควบคมอตโนมตบางสวนออก เปนเหตใหแกนปฏกรณนวเคลยรขาดนาหลอเยน จงเกดการระเบดเนองจากแรงดนไอนา

• ผลทาใหสารกมมนตภาพรงสแพรกระจายในวงกวาง มผเสยชวต 31 คน และบาดเจบ 203 คนทนท

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา

11/02/56

15

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา

โรงไฟฟานวเคลยร – อบตเหตทฟกชมา