บทที่ 9 ฟิสิกส์นิวเคลียร์

งานนำเสนอเรื่อง: "บทที่ 9 ฟิสิกส์นิวเคลียร์"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 บทที่ 9 ฟิสิกส์นิวเคลียร์
องค์ประกอบของนิวเคลียส กัมมันตภาพรังสี อัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี Physics : James S Walker Physics for scientists and Engineers: Raymond A. Serway, Robert J. Beichner.

2 1. องค์ประกอบของนิวเคลียส
Neutron Proton 1. องค์ประกอบของนิวเคลียส อนุภาค มวล ( kg ) ( MeV/c2 ) ( u ) ประจุ โปรตอน × 10-27 938.28 +e นิวตรอน × 10-27 939.57 -e อิเล็กตรอน × 10-31 1u = × kg , 1e = × C 1u = MeV/c2

3 จาก พลังงานที่สมมูลกับมวล 1u คือ

4 รัศมีเฉลี่ยของนิวเคลียส r = ro A1/3 ro = 1.2 × 10-15 m
เลขมวล เลขอะตอม A = จำนวนโปรตอน + จำนวนนิวตรอน Z = จำนวนโปรตอน รัศมีเฉลี่ยของนิวเคลียส r = ro A1/3 ro = 1.2 × m

5 2. กัมมันตภาพรังสี (radioactivity)
กัมมันตภาพรังสี คือ ปรากฏการณ์ที่นิวเคลียสของธาตุที่ไม่เสถียรปลดปล่อยอนุภาคหรือโฟตอน (รังสี) แล้วกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ ธาตุที่แผ่รังสีได้เรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive element)

6 คุณสมบัติของรังสีที่มาจากการสลายนิวเคลียส
แอลฟา (a , ) เป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม มีสามารถทำให้สารที่รังสีผ่านแตกตัวเป็นไอออนได้ดี จึงเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว รังสีแอลฟามีอำนาจทะลุผ่านน้อยมาก วิ่งผ่านอากาศได้ประมาณ 5 cm ไม่สามารถทะลุผ่านแผ่นกระดาษบาง ๆ ได้ บีตา (b -, ) คือ อิเล็กตรอน ที่มาจากการสลายของนิวเคลียส หรือ (b + ) เรียกว่าโพสิตรอน มีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน และมีประจุ +e สามารถวิ่งผ่านอากาศได้ประมาณ 0.5 m ทะลุผ่านแผ่นอะลูมิเนียมได้ 2-3 mm แกมมา (g ) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า สามารถทะลุผ่านแผ่นตะกั่วที่หนาหลายเซนติเมตรได้

7 กระบวนการปลดปล่อยรังสี
การปล่อยรังสีแอลฟา (Alpha Decay) การปล่อยรังสีบีตา (Beta Decay) ถ้านิวเคลียสปล่อยอิเล็กตรอน (b - ) ถ้านิวเคลียสปล่อยโพสิตรอนตรอน (b +)

8 การปล่อยรังสีแกมมา (Gamma Decay)

9 3. อัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
3. อัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี l = decay constant กัมมันตภาพ [ decay/s], Bq 1 Ci = 3.7x Bq

10 จงพิสูจน์ว่าอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีเป็นดังสมการ และ
No T1/2 2T1/2 3T1/2 t No/2 No/4 No/8 N จงพิสูจน์ว่าอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีเป็นดังสมการ และ เมื่อ Ao คือ อัตราการสลายตัวตอนเริ่มต้น

11 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ของการสลายตัว (l) และค่าครึ่งชีวิต (T1/2)
จาก แทน t = T1/2 และ N = No/2 จะได้

12 การวัดอายุวัตถุโบราณ (Carbon Dating)
14C ไม่เสถียร เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในชั้นบรรยากาศโลกขณะที่มีการสลายตัวด้วยค่าครึ่งชีวิต 5730 ปี ทำให้อัตราส่วน 14C:12C=1.2 × สิ่งมีชีวิตทั้งหลายขณะที่มีชีวิตอยู่ มีการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ กับบรรยากาศรอบตัว จึงมีอัตราส่วน 14C:12C เดียวกัน ต่อเมื่อตายลง 14C จะสลายตัวด้วยค่าครึ่งชีวิต 5730 ปี

13 T1/2 = 5730 y = 1.811011 s  = 0.693/T1/2 = 1.2110-4 y-1 = 3.8310-12 s-1 12C จำนวน 1 g ประกอบด้วย = (6.021023) /12 = 5.02 1022 อะตอม และ 14C = (1.20 10-12)(5.02 1022) = 6.02 1010 อะตอม กัมมันตภาพของ C 1 กรัม คือ Ao = No = (3.8310-12 s-1)(6.02 1010) = Bq