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