ฟิสิกส์นิวเคลียร์(Nuclear Physics)

Slides:



Advertisements
งานนำเสนอที่คล้ายกัน
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
Advertisements

R2R and B2B: a Successful Experience
A1 Real Numbers (จำนวนจริง).
Conic Section.
Cellular Respiration 18,25 ก.ย. 56
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
Mass Spectrum of three isotopes of neon.
บทที่ 9 ฟิสิกส์นิวเคลียร์
เลเซอร์(Laser) Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
โครงสร้างอะตอม (Atomic structure)
อิเล็กตรอนและโครงสร้างอะตอม Electron & Atomic Structure อ
1 CHAPTER 1 Introduction A. Aurasopon Electric Circuits ( )
การเคลื่อนที่และพลังงาน และพลังงานนิวเคลียร์
Definition and organization
5FORCE Analysis Kleokamon boonyeun
บทที่17 พลังงานจากนิวเคลียส 1. อะตอมและนิวเคลียส 2. Nuclear Fission
ครูรุจิรา ทับศรีนวล. “Christmas Day” * อ่านเรื่องแล้วสรุป ใจความสำคัญได้ ครูรุจิรา ทับศรีนวล.
มวลอะตอม (Atomic mass)
D 1 E 1 S E M N G ม. I G I T Traveling A L 4.0.
INTRODUCTION TO SEMICONDUCTORS
แสง เสียง และรังสี ในชีวิตประจำวัน
ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Element)
รายละเอียดตัวชี้วัดตาม คำรับรองการปฏิบัติราชการ
ระบบการจัดการสิ่งแวดล้อม (Environmental Management System
A Powerful Purpose – Part 1
ไฟฟ้าคืออะไร หนังสือวิทยาศาสตร์ หรือเว็บไซต์ต่างๆ ให้ความหมายที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น - ไฟฟ้า คือ พลังงานรูปหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นได้
วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ Electronic Engineering
ไฟฟ้าเคมี ชุดที่ 2 อ.ศราวุทธ
เคมีเพิ่มเติม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๔ ภาคการศึกษาต้น ปีการศึกษา ๒๕๕๘
Tides.
“ชีวิตที่ไร้กังวล” A WORRY FREE LIFE. “ชีวิตที่ไร้กังวล” A WORRY FREE LIFE.
โครงสร้างอะตอม ชุดที่3 อ.ศราวุทธ
Information System Development
ฟิสิกส์นิวเคลียร์(Nuclear Physics)
ฟิสิกส์นิวเคลียร์.
Adjective Clause (Relative Clause) An adjective clause is a dependent clause that modifies head noun. It describes, identifies, or gives further information.
พลังงาน (Energy).
บทที่ 11 กิจกรรมพัฒนาตนเองและทีมงานคุณภาพเพื่อประสิทธิภาพในการทำงาน
เดือนครอบครัวแข็งแกร่ง
การปกครองท้องถิ่น.
Principles of Accounting II
Nuclear Physics I นิวเคลียร์ ฟิสิกส์ 1
ระบบการจัดการสิ่งแวดล้อม (Environmental Management System
การวิเคราะห์กิจการเพื่อการวางแผน
หน่วยการเรียนรู้ที่ ๔ อิศรญาณภาษิต By Pratchanee P. 2/2015.
คำเทศนาชุด: ท่านมีของประทาน
การจัดทำคำขอตั้งงบประมาณ รายละเอียดงบประมาณจำแนกตามงบรายจ่าย
รูปแบบและขั้นตอนการเขียนเอกสารประกอบการสอน
I WISH YOU A GREAT DAY! ฉันขอให้คุณ มีความสุขมากๆในวันนี้ นะคะ!
ฟิสิกส์นิวเคลียร์ และอนุภาคมูลฐาน
Scholarships Chayooth Theeravithayangkura
ตอนที่ 3 - โดยฤทธิ์เดชแห่งการอธิษฐาน Part 3 - By the Power of Prayer
รายงาน เรื่อง ฟิสิกส์นิวเคลียร์ จัดทำโดย นายนัฐวุฒิ สมพฤกษ์ เลขที่ 3
การสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต
ออยเกน โกลด์ชไตน์ ( Eugen Goldstein )
OXIDATIVE PHOSPHORYLATION
Family assessment.
งานและพลังงาน.
วิชาวรรณกรรมปัจจุบัน
หน่วยที่ 9 เครื่องโทรศัพท์.
การทรงสร้างและการล้มลง
“เคลื่อนไปสู่ชีวิตใหม่” Moving Into the Newness of Life
1. พระเยซูทรงต้องการให้เราเป็น เหมือนพระองค์
Nuclear Symbol kru piyaporn.
แพทย์หญิงประนอม คำเที่ยง
ศัพท์บัญญัติ.
Thai Customs Civics M.5 AJ.Poupe’.
สรุปผลการตรวจสอบ รายงานการจัดการพลังงาน ประจำปี 2554มี ความครบถ้วนและถูกต้องตามที่กฎกระทรวงฯ และประกาศกระทรวงฯ กำหนดทุกประการ.
ใบสำเนางานนำเสนอ:

ฟิสิกส์นิวเคลียร์(Nuclear Physics) ศึกษาสมบัติของนิวเคลียส โครงสร้างของนิวเคลียสและผลจากระบวนการต่างๆเกี่ยวกับนิวเคลียส

การค้นพบกัมมันตภาพรังสี(radioactivity) ค้นพบรังสีจากนิวเคลียสเป็นคนแรก จากการหาว่ามีสารใดดูดกลืนแสงแดดแล้วปล่อยพลังงานเป็น x-ray โดยใช้สารประกอบของยูเรเนียม กัมมันตภาพรังสี(radioactivity) คือ รังสีที่แผ่ออกมาจากสารกัมมันตรังสี(radioactive element) Henri Becquerel

Marie Curie พบกัมมันตภาพรังสีจาก โพโลเนียม และเรเดียม รังสีจากสารกัมมันตรังสีเกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส นิวเคลียสที่ไม่เสถียร จะสลายตัวจนกว่าจะเสถียร

ชนิดกัมมันตภาพรังสี

กระบวนการสลายแอลฟา

กระบวนการสลายบีตา

ค่าเปรียบเทียบรังสีทั้งสาม ความสามารถในการทำให้อากาศแตกตัวเป็นอิออน , ,  อำนาจการทะลุทะลวง , ,  มวล , ,  ความเร็ว , ,  พลังงาน , , 

โครงสร้างของนิวเคลียส สมมติฐานโปรตอน-อิเล็กตรอน นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนโดยมีจำนวนโปรตอนเป็นสองเท่าของอิเล็กตรอน รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอว่ามีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าในนิวเคลียสให้ชื่อว่านิวตรอน(neutron)ซึ่งเป็นการยึดกันของโปรตอนและอิเล็กตรอนอย่างแนบแน่น จากหลักความไม่แน่นอน อิเล็กตรอนอยู่ในนิวเคลียสไม่ได้เพราะ อิเล็กตรอนจะมีความเร็วมากกว่าแสง

การค้นพบนิวตรอน รังสีที่ได้ James Chadwick รังสีที่ได้  + รังสีที่ได้ชนโปรตอนในพาราฟินหลุดออกด้วยพลังงานประมาณ 5 MeV ตอนแรกคิดว่ารังสีที่ได้เป็นรังสีแกมมา แต่จากการคำนวณถ้าเป็นรังสีแกมมา จะต้องมีพลังงานถึง 55 MeV พลังงานระดับนี้จะทำให้อากาศแตกตัวเป็นอิออน คิดการชนแบบยืดหยุ่นอนุภาคใหม่นี้มีมวลใกล้เคียงโปรตอนมาก และเป็นกลาง

นิวตรอนไม่ใช่เป็นการยึดกันของโปรตอนและอิเล็กตรอนเพราะ นิวตรอน โปรตอนและอิเล็กตรอนต่างมีสปินแม่เหล็กเท่ากับ ½ ถ้านิวตรอนเป็นการยึดกันของโปรตอนและอิเล็กตรอน นิวตรอนมีสปินแม่เหล็กเท่ากับ 0 หรือ 1 (จากการที่สปินหันตรงกันข้ามหรือหันทางเดียวกัน) จะเป็น ½ ไม่ได้ อีกทั้งนิวตรอนและโปรตอนมีโครงสร้างต่างกัน uud udd

โครงสร้างโปรตอนและนิวตรอน

อนุกรมการสลาย

การสลายกัมมันตรังสี เป็นไปตามสถิติหรือโอกาสตามธรรมชาติ คือ อัตราการสลายตัว N คือ จำนวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่ N0 คือ จำนวนนิวเคลียสตั้งต้น เครื่องหมายลบ แสดงถึงการลดลง  ค่าคงตัวในการสลายตัว

สมการการสลายกัมมันตรังสี เวลาที่สารกัมมันตรังสีใช้ในการสลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของเดิม เมื่อตั้งต้นเรียกว่า เวลาครึ่งชีวิต(half – life ), T1/2 หรือ

A0 เป็นกัมมันตภาพขณะเริ่มต้น A เป็นกัมมันตภาพที่เวลา t ใดๆ จาก เมื่อ ดังนั้น A0 เป็นกัมมันตภาพขณะเริ่มต้น A เป็นกัมมันตภาพที่เวลา t ใดๆ กัมมันตภาพมีหน่วยเป็นคูรี(Ci) 1 คูรี(Ci) =3.7  1010 เบคเคอเรล(นิวเคลียสต่อวินาที),Bq

ตัวอย่าง สารกัมมันตรังสีชิ้นหนึ่งมี. อะตอม 1018 อะตอม มีเวลา ตัวอย่าง สารกัมมันตรังสีชิ้นหนึ่งมี อะตอม 1018 อะตอม มีเวลา ครึ่งชีวิต 2 วัน เมื่อเวลาผ่านไป 5 วัน จงหา ก. จำนวนอะตอมที่เหลือ ข. กัมมันตภาพของสาร

แรงนิวเคลียร์(Nuclear Force) Mesons: Protons and neutrons are held together in the nucleus by the "strong" nuclear force, which involves the exchange of short-lived particles called mesons. There is also a "weak" nuclear force responsible for radioactive decay.

แรงนิวเคลียร์คือแรงลักษณะใด เป็นแรงที่ดึงดูดนิวคลีออนในนิวเคลียสไว้ด้วยกันมีค่ามากกว่าแรงคูลอมบ์ไม่น้อยกว่า 100 เท่า เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคไพ-มีซอน(มีมวลประมาณ 273 เท่าอิเล็กตรอน)ระหว่างนิวคลีออนที่อยู่ใกล้ๆกัน

หลักสำคัญของแรงนิวเคลียร์ เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคไพ-มีซอน(นิวคลีออนอยู่ห่างกันไม่เกิน 9 10- 15 เมตร)ในระยะทางสั้นๆ10- 15 เมตร(1 เฟอร์มี)หรือน้อยกว่า ไม่ขึ้นกับประจุไฟฟ้า เป็นแรงกระทำระหว่างนิวคลีออนและ เป็นอันตรกิริยาแบบ แรง 4 นิวคลีออนตัวหนึ่งๆจะมีแรงกระทำกับตัวที่อยู่ติดกันเท่านั้น ไม่มีแรงกระทำกับนิวคลีออนตัวที่อยู่ถัดไป

ขนาดของนิวเคลียส การใช้อนุภาคแอลฟาในการทดลอง ของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่สามารถหา ขนาดของนิวเคลียสที่แท้จริงได้ เพราะอนุภาคแอลฟาไม่สามารถฝ่ากำแพงคูลอมบ์(coulomb barrier)เข้าไปถึงนิวเคลียสได้ จึงต้องใช้อนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานสูงหรือนิวตรอนเพื่อฝ่าแรงไฟฟ้าเข้าไปปะทะกับนิวเคลียสได้

ปริมาตรนิวเคลียสเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวน นิวคลีออน(เลขมวล)ที่มีอยู่ในนิวเคลียสนั้นๆ R0 = 1.2  10 -15 เมตร

จงหารัศมีของนิวเคลียสของอะลูมิ เนียม-27 และทองคำ-197 (3.6 และ 7.0 เฟมโตเมตร)

พลังงานยึดเหนี่ยว(binding energy) เป็นพลังงานที่ยึดเหนี่ยวอนุภาคภายในนิวเคลียสให้อยู่รวมกันได้

การหาค่าพลังงานยึดเหนี่ยว มวลของนิวเคลียสโดยทั่วไปน้อยกว่าผลบวกของมวลของอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสในสภาวะอิสระ เช่น ออกซิเจนมีมวล 15.994915 u ออกซิเจนประกอบด้วยนิวตรอนและโปรตอนอย่างละ 8 ตัว ออกซิเจนมีมวลน้อยกว่าผลบวกของนิวตรอนและโปรตอนเท่ากับ 0.1371055 u คิดเป็นพลังงานยึดเหนี่ยว 127.6 MeV พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน 7.98 MeV/ นิวคลีออน

พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนสูงสุดประมาณ 8.75 MeV

ตัวอย่าง จงหาค่าพลังงานยึดเหนี่ยวของ ไนโตรเจน (N - 14) N – 14 มีมวล = 14.003074 u

หลักสำคัญปฏิกิริยานิวเคลียร์ 1 ผลรวมของประจุไฟฟ้าและเลขมวลก่อนเกิดปฏิกิริยาและหลังปฏิกิริยาจะต้องเท่ากัน 2 กฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้นและโมเมนตัมเชิงมุม 3 หลักการสมมูลของมวลและพลังงาน ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ มวลสารและพลังงานทั้งหมดของระบบต้องคงตัว

ปฏิกิริยานิวเคลียร์(NUCLEAR REACTION)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์(NUCLEAR REACTION) เมื่อนิวเคลียส สองตัวเคลื่อนที่ฝ่าแรงคูลอมบ์เข้ามาใกล้กันภายในระยะของแรงนิวเคลียร์ อาจทำให้เกิดการจัดระเบียบการเรียงตัวของนิวคลีออนภายในนิวเคลียสขึ้นใหม่ ผลที่ได้อาจกลายเป็นหนึ่งนิวเคลียสใหม่หรือมากกว่าก็ได้ เขียนปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้เป็น X + a →Y + b หรือ X ( a ,b )Y ****** X = นิวเคลียสที่เป็นเป้า a = อนุภาคที่ชนเป้า Y = นิวเคลียสธาตุใหม่ที่เกิดขึ้นหลังการชน b = อนุภาคที่เกิดขึ้นหลังการชน

รัทเทอร์ฟอร์ดเป็นคนแรกที่พบปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยใช้อนุภาคแอลฟา 7 รัทเทอร์ฟอร์ดเป็นคนแรกที่พบปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยใช้อนุภาคแอลฟา 7.68 MeV ยิงนิวเคลียสไนโตรเจน แล้วได้กาซออกซิเจนกับโปรตอน  ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดจากการยิงนิวเคลียสด้วยอนุภาคของนิวเคลียสเบาเช่น นิวตรอน โปรตอน ดิวเทอรอน ไม่ใช้นิวเคลียสของธาตุหนัก หรืออาจใช้โฟตอนหรือแกมมาก็ได้

หลักสำคัญปฏิกิริยานิวเคลียร์ 1 ผลรวมของประจุไฟฟ้าและเลขมวลก่อนเกิดปฏิกิริยาและหลังปฏิกิริยาจะต้องเท่ากัน 2 กฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงเส้นและโมเมนตัมเชิงมุม 3 หลักการสมมูลของมวลและพลังงาน ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ มวลสารและพลังงานทั้งหมดของระบบต้องคงตัว

กระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียส

นิวเคลียสธาตุหนักถูกทำให้แบ่งตัว

กระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียสอธิบายได้ด้วยแบบจำลอง หยดของเหลว นั่นคือ เมื่อยิงนิวตรอนเข้าไปในนิวเคลียสธาตุหนัก นิวเคลียสนั้นจะดูดกลืนนิวตรอนไว้ทำให้เกิดการสั่นขึ้นภายในและทำให้สูญเสียสภาพที่เป็นทรงกลม แรงนิวเคลียร์ซึ่งเป็นแรงระยะสั้นจะเสียประสิทธิภาพในการยึดเหนี่ยว เนื่องจากนิวเคลียสมีพื้นที่ผิวมากขึ้น เมื่อเวลาผ่านไปแรงดึงดูดอ่อนแรงลง แรงผลักทางไฟฟ้าจะมีค่ามากกว่า นิวเคลียสก็จะเสียรูปทรงมากขึ้นๆ จนในที่สุดนิวเคลียสแตกเป็น 2 เสี่ยง

ขั้นตอนกระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียส 1 นิวเคลียสธาตุหนักจับนิวตรอน 2 ผลของการจับนิวตรอนนิวเคลียสธาตุหนักอยู่ในสถานะกระตุ้น มีการสั่นอย่างรุนแรง 3 แรงผลักระหว่างโปรตอนจะทำให้เกิดการบิดเบี้ยวยิ่งขึ้น 4 นิวเคลียสแตกออกเป็นสองส่วน โดยมีนิวตรอนจำนวนหนึ่ง 2-3 ตัว และพลังงาน

กระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียสจะมีนิวตรอนจำนวนหนึ่ง 2-3 ตัวในแต่ละปฏิกิริยา ซึ่งนิวตรอนใหม่นี้อาจวิ่งชนนิวเคลียสของยูเรเนียมต่อไป ทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อเนื่อง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่(chain reaction) ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาน้อยกว่า 10-6 วินาที จึงให้ค่าพลังงานมหาศาล

กระบวนการหลอมนิวเคลียส

Hans Bethe อธิบายว่า การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหลอมนิวเคลียสเกิดจากการหลอมตัวของนิวเคลียสเบาสองนิวเคลียสแล้วกลายเป็นนิวเคลียสหนักหนึ่งนิวเคลียส และปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา กระบวนการหลอมนิวเคลียสเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 10 ล้านเคลวิน ภายใต้ความดันสูง

1 วัฏจักรโปรตอน-โปรตอน(proton – proton cycle)

ขั้นตอนของวัฏจักรโปรตอน-โปรตอน หรือ นิวเคลียสของไฮโดรเจน 4 ตัว รวมกันได้อนุภาคแอลฟา 1 ตัว โปรตอน 2 ตัว และโพซิตรอนอีก 2 ตัว พร้อมกับให้พลังงานประมาณ 25 MeV

พลังงานที่ได้จากกระบวนการหลอมนิวเคลียสมีชื่อเรียกอีกอย่างว่า พลังงานเทอร์โมนิวเคลียร์ กระบวนการหลอมนิวเคลียสให้พลังงานมากกว่ากระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียสเมื่อเทียบต่อนิวคลีออนประมาณ 10 เท่า นอกจากวัฏจักรโปรตอน-โปรตอน(proton – proton cycle)แล้วยังมีวัฏจักรคาร์บอนที่เกิดขึ้นบนดาวที่มีอุณหภูมิสูงกว่าดวงอาทิตย์ โดยมีกระบวนการดังนี้