Physics 2 For Engineering

| 233 รูปท่ี 6.10 แสดงสเปกตรัมของอนุกรมตา่ งๆ [6.7] ตารางท่ี 6.1 แสดงสูตรทใ่ี ช้หาความยาวคล่ืนสเปกตรัมของอนุกรมต่างๆ ช่ืออนุกรม สูตรทใี่ ช้หาความยาวคลื่น (λ) ไลมาน (Lyman) บลั เมอร์ (Balmer) =1 RH 1 − 1  พาสเชน (Paschen) λ  12 n2  แบรกเกต (Bracket) ฟุนด์ (Pfund) =1 RH  1 − 1  λ  22 n2  =1 RH  1 − 1  λ  32 n2  =1 RH  1 − 1  λ  42 n2  =1 RH  1 − 1  λ  52 n2  ข้อสังเกต 1. มีเพยี งสเปกตรัมในช่วงอนุกรมบลั เมอร์เทา่ น้นั ท่ีสามารถมองเห็นดว้ ยตาเปล่าได้ 2. ในช่วงน้ียงั ไม่มีใครสามารถอธิบายไดถ้ ึงที่มาของสมการคาํ นวณหาความยาวคล่ืนของ สเปกตรัมและท่ีมาของอนุกรมต่าง ๆ จนกระทง่ั ประมาณปี ค.ศ. 2456 (Bohr) ไดต้ ้งั สมมติฐานแบบจาํ ลอง

234 | อะตอมและสามารถอธิบายการเกิดสเปกตรัมต่าง ๆ ไดอ้ ย่างชดั เจน หากนกั ศึกษาสนใจสามารถคน้ หาเพ่ิมเติม จากเวบ็ ไซต์ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/bohr.html#c4

| 235 Web Guide: [6.1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod6.html [6.2] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod1.html [6.3] http://electrons.wikidot.com/compton-effect [6.4] https://www.nyu.edu/classes/tuckerman/adv.chem/lectures/lecture_3/node1.html [6.5] http://physics.tutorvista.com/modern-physics/rutherford-s-gold-foil-experiment.html [6.6] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems3.html [6.7] http://www.mwit.ac.th/~physicslab/hbase/hyde.html **นกั ศึกษาสามารถหาขอ้ มูลเพิม่ เติมไดจ้ าก Website ท่ีแนะนาํ ไวข้ า้ งตน้ และจากรายชื่อหนงั สือท่ีใชป้ ระกอบการสอน**

236 | กจิ กรรมที่ 6 การหาค่า q/m ของลาํ อเิ ลก็ ตรอน คําสั่ง กจิ กรรมความคิดรวบยอด 1. ใหแ้ ตล่ ะกลุ่มวาดรูปและอธิบายหลกั การทาํ งานของหลอดรังสีแคโทด 2. วาดรูปและอธิบายส่ิงท่ีเกิดข้ึนกบั ลาํ อิเลก็ ตอนเม่ือผา่ นสนามแม่เหลก็ โดยกาํ หนดใหท้ ิศทางของลาํ อิเล็กตรอนเคล่ือนท่ีต้งั ฉากกบั สนามแม่เหลก็

| 237 3. วาดรูปและอธิบายส่ิงที่เกิดข้ึนกบั ลาํ อิเล็กตอนเม่ือผา่ นสนามแม่เหล็ก โดยกาํ หนดใหท้ ิศทางของลาํ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไม่ต้งั ฉากกบั สนามแมเ่ หล็ก 4. กาํ หนดใหแ้ รงดนั ไฟฟ้าท่ีใช้เร่งอนภุ าคอิเล็กตรอนมีคา่ เทา่ กบั 250 V และใช้สนามแมเ่ หล็กขนาด 0.178 T ซงึ่ ทําให้อิเลก็ ตรอนเคล่ือนทีเป็นวงกลมรัศมี 0.03 cm จงคาํ นวณคา่ q/m ของลาํ อิเล็กตรอนน้ี โดย สตู รหาคา่ ประจตุ อ่ มวล q = 2V m B2R2 …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

238 | แบบฝึ กหดั เพมิ่ พูนประสบการณ์ จงเลือกคาํ ตอบทถ่ี ูกต้องทส่ี ุดและแสดงวธิ ีทาํ เพ่ือให้ได้คาํ ตอบ 1. ขอ้ แตกต่างระหวา่ งทฤษฎีอะตอมของดอลตนั กบั ทฤษฎีอะตอมของอิโมคริตุส คือดอลตนั คิดวา่ อยา่ งไร 1. หน่วยยอ่ ยที่สุดของสสารคือ โมเลกลุ 2. สสารประกอบดว้ ยหน่วยยอ่ ยท่ีสุดแบ่งแยกต่อไปไมไ่ ดอ้ ีกเรียกวา่ อะตอม 3. สสารตา่ งชนิดกนั อะตอมตอ้ งต่างกนั 4. สสารท่ีต่างชนิดกนั การจดั ตวั ของอะตอมจะตา่ งกนั 2. ในการวดั ความเร็วของอนุภาครังสีแคโทดจากการทดลองของทอมสันเพื่อหาอตั ราส่วน ������ พบวา่ ถา้ ������ ใช้สนามแม่เหล็กซ่ึงมีความเขม้ 3 × 10−3 เทสลา และสนามไฟฟ้าในทิศต้งั ฉากกบั สนามแม่เหล็ก ซ่ึงเกิดจากการต่อแผน่ โลหะขนานกนั 2 แผน่ ที่มีระยะห่างกนั 1 เซนติเมตร เขา้ กบั ความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้า 600 โวลต์ แลว้ อนุภาครังสีแคโทดสามารถเคลื่อนที่ไดใ้ นแนวเส้นตรง ความเร็วของอนุภาคดงั กล่าวน้ี จะมีค่าเทา่ ไร 1. 0.5 × 10−7 ������������/������ 2. 0.5 × 10−5 ������������/������ 3. 2 × 105 ������������/������ 4. 2 × 107 ������������/������ 3. ในการศึกษารังสีแคโทด หากมีสนามแม่เหล็ก B มีค่า 0.25 × 10−3 เทสลา ทาํ ให้รังสีเบี่ยงเบนดงั รูป ดว้ ยรัศมีความโคง้ R ถา้ ผา่ นกระแสไฟฟ้าเพื่อให้เกิดสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะ 4.5 × 10−3 โวลตต์ อ่ เมตร ทาํ ใหร้ ังสีแคโทดพุ่งเป็ นเส้นตรงไม่เบ่ียงเบน จงคาํ นวณหาค่า R (กาํ หนดให้ระยะห่าง ������ ระหวา่ งแผน่ โลหะเท่ากบั 1 เซนติเมตร และ ������ เทา่ กบั 1.8 × 1011 คูลอมบต์ ่อกิโลกรัม) + �������⃑������ 1. 0.1 ������������ XXXXX X 2. 0.2 ������������ XXXXX X 3. 0.3 ������������ XXXXX X 4. 0.4 ������������ − ������������

| 239 4. ในการทดลองวดั อตั ราส่วนประจุไฟฟ้าต่อมวลของอิเล็กตรอนโดยวธิ ีของทอมสัน โดยคร้ังแรกใหร้ ังสี แคโทดเกิดการเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก แต่เมื่อใส่สนามไฟฟ้าเขา้ ไปเพื่อหักลา้ งการเบ่ียงเบนของ รังสีแคโทด กลบั ปรากฏวา่ รังสีแคโทคกลบั เบี่ยงเบนมากยง่ิ ข้ึน ผทู้ าํ การทดลองควรจะทาํ อยา่ งไร 1. ลดความเขม้ ของสนามแมเ่ หล็ก 2. ลดความเขม้ ของสนามไฟฟ้า 3. เพิ่มความเขม้ ของสนามไฟฟ้า 4. กลบั ทิศทางของสนามไฟฟ้า 5. ในการทดลองหยดน้าํ มนั ของมิลลิแกน ปรากฎว่าเม่ือยงั ไม่ไดใ้ ส่สนามไฟฟ้าเขา้ ไป หยดน้าํ มนั ตกลง ดว้ ยความเร็วคงตวั ค่าหน่ึง เม่ือใส่สนามไฟฟ้าเขา้ ไปเพื่อจะให้หยดน้าํ มนั ลอยน่ิงอยกู่ บั ที่ กลบั ปรากฎ วา่ หยดน้าํ มนั กลบั ตกลงดว้ ยความเร็วสูงกวา่ เดิม เหตุผลใดตอ่ ไปน้ีถูกตอ้ งที่สุด 1. หยดน้าํ มนั หยดน้าํ น้นั มีประจุไฟฟ้าลบ 2. ความเขม้ ขน้ ของสนามไฟฟ้าต่าํ เกินไป 3. ความเขม้ ขน้ ของสนามไฟฟ้าสูงเกินไป 4. ทิศทางของสนามไฟฟ้ากลบั กนั กบั ที่ควรจะเป็น 6. ในบริเวณที่มีสนามไฟฟ้า 160 โวลตต์ ่อเมตร และมีทิศในแนวด่ิงจากบนลงล่าง ปรากฏวา่ ละอองน้าํ หยดหน่ึ งซ่ึ งมีประจุอิสระ −6.4 × 10−18 คูลอมบ์ เคลื่อนที่ลงในแนวดิ่งด้วยความเร่ ง 2 เมตรต่อวินาที2 มวลของละอองน้าํ มีคา่ เทา่ ใดในหน่วยของ 10−18 กิโลกรัม 1. 128 2. 160 3. 640 4. 320 7. ค่าความยาวคลื่นตรงขีดจาํ กดั ต่าํ สุดของอนุกรมบลั เมอร์ของสเปกตรัมเส้นของอะตอมไฮโดรเจนมีค่า เทา่ ไร 1. 652 nm 2. 486 nm 3. 434 nm 4. 364 nm 8. โฟตอนของแสงท่ีมีความยาวคล่ือน 618.75 นาโนเมตร จะมีพลงั งานเทา่ ไร 1. 4.5 eV 2. 4.0 eV 3. 3.0 eV 4. 2.0 eV

240 | 9. ถา้ พลงั งานในสถานะพ้ืนของอะตอมไฮโดรเจนมีค่า -13.6 อิเล็กตรอนโวลต์ พลงั งานระดบั ที่ n = 8 จะมีคา่ เทา่ ไร 1. 0 eV 2. -0.21 eV 3. -0.28 eV 4. -0.54 eV 10. อิเล็กตรอนตวั หน่ึงถูกเร่งดว้ ยความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้า 13.2 โวลต์ เขา้ ชนกบั อะตอมไฮโดรเจนที่อยู่ใน สถานะพ้ืน การชนคร้ังน้ีจะสามารถทาํ ให้อะตอมไฮโดรเจนอยู่ในระดบั พลงั งานสูงสุดในระดบั n เท่าใด ( พลงั งานสถานะพ้นื ของไฮโดรเจนเทา่ กบั -13.6 อิเล็กตรอนโวลต์ ) 1. n = 7 2. n = 6 3. n = 5 4. n = 4 11. หลอดรังสีเอกซ์ให้รังสีเอกซ์ออกมาขณะที่ให้ความต่างศกั ยไ์ ฟฟ้าหลอด 80 กิโลโวลต์ อยากทราบ วา่ โฟตอนของรังสีเอกซ์จะมีพลงั งานสูงสุดเท่าไร 1. 60 keV 2. 70 keV 3. 80 keV 4. 90 keV 12. ฉายแสงความยาวคล่ืน 400 นาโนเมตร ตกกระทบแผ่นแบเรียมซ่ึงมีฟังก์ชันงานเท่ากับ 2.5 อิเลก็ ตรอนโวลต์ อิเลก็ ตรอนท่ีหลุดจากผวิ แบเรียมจะมีพลงั งานจลน์สูงสุดเทา่ ไร 1. 0.59 eV 2. 0.53 eV 3. 0.47 eV 4. 0.0 eV 13. จากปัญหาขอ้ 12 ความต่างศกั ยห์ ยดุ ย้งั มีคา่ เท่าไร 1. 0.59 eV 2. 0.53 eV 3. 0.47 eV 4. 0.0 eV

| 241 รูปแบบการสอนและวธิ ีการวดั ผล วธิ ีสอนและกจิ กรรม 1. (Week 12) อธิบายเกี่ยวกบั การนาํ ฟิ สิกส์ยคุ ใหม่อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ท่ีฟิ สิกส์ยุคเก่า ไม่สามารถอธิบายได้ เช่น ปรากฏการณ์โฟโตอิเลก็ ตริก โดยการแสดงรูปภาพ การทาํ โจทย์ รูปแบบการสอน ตวั อยา่ งและยกตวั อยา่ งการนาํ ไปใชใ้ นชีวิตประจาํ วนั และส่ือทใ่ี ช้ 2. (Week 13) อธิบายเกี่ยวกบั พฒั นาการของแบบจาํ ลองอะตอมแบบต่างๆ และสเปกตรัมของ ธาตุไฮโดรเจน โดยใชแ้ ผนภาพ โจทยต์ วั อยา่ งและยกตวั อยา่ งการนาํ ไปใชใ้ นชีวิตประจาํ วนั งานที่มอบหมาย 3. ใหน้ กั ศึกษาแบ่งกลุ่มและทาํ กิจกรรมใบงานที่ 5 เรื่อง การหาค่า q/m ของลาํ อิเลก็ ตรอน โดย การวดั ผล การสาธิตจากหลอดรังสีแคโทด ให้นักศึกษาช่วยกนั ทาํ ใบงานและนาํ ทฤษฏีฟิ สิกส์เขา้ มา เกี่ยวขอ้ ง 4. ใหน้ กั ศึกษาสรุปความรู้ท่ีไดจ้ ากการเรียนหน่วยท่ี 5 และการนาํ ไปประยกุ ตใ์ ชใ้ นสาขาวิชา ของตนเอง ** ทุกสปั ดาห์มีการสอดแทรกคุณธรรมและแลกเปล่ียนความคิดเห็นในช่วงทา้ ยชวั่ โมง** รูปแบบการสอน 1. การเรียนแบบแกป้ ัญหา (Problem-solving) 2. การเรียนแบบสร้างแผนผงั ความคิด (Concept Mapping) 3. การสอนแบบการต้งั คาํ ถาม (Questioning) 4. การสอนโดยใชเ้ ทคนิคการระดมพลงั สมอง (Brainstorming) 5. การเรียนรู้แบบ TEAMS Work 6. การสอนแบบ Project Based Learning สื่อทใ่ี ช้ เคร่ืองฉายภาพ คอมพิวเตอร์ โปรแกรมนาํ เสนอ Power Point, ภาพยนตร์ วิดีโอ ใบงาน หลอดรังสีแคโทด กระดาษพรูฟ ปากกาเคมี อปุ กรณ์อ่ืน ฯลฯ 1. แบบฝึ กหดั เพ่ิมพนู ประสบการณ์ 2. ศึกษาเพ่ิมเติมจากเวบ็ ไซตท์ ่ีแนะนาํ 1. การตรงต่อเวลาของนกั ศึกษา 2. การสงั เกตจากการตอบคาํ ถาม การทาํ งานเป็นกลมุ่ การช่วยกนั แกป้ ัญหา และการนาํ เสนอ งานที่มอบหมายให้ 3. การยกตวั อยา่ งการนาํ ความรู้ที่ไดไ้ ปประยกุ ตใ์ ชใ้ นสาขาวิชาชีพของตน

หน่วยเรยี นที่ 7 ฟสิ ิกสน์ วิ เคลียร์ แผนการสอนในสัปดาหท์ ่ี : 14-15 (จานวน 6 ช่ัวโมง) จุดประสงค์การสอน 7.1 ฟิสกิ ส์นวิ เคลยี ร์เบื้องตน้ 7.1.1 อธิบายที่มาของการค้นพบกัมมนั ตภาพรงั สีและชนดิ ของกัมมันตภาพรังสีได้ 7.1.2 อธิบายคณุ สมบัติของรงั สีแต่ละชนิดได้ 7.2 การสลายตวั ของธาตุกมั มันตรงั สี 7.2.1 เขียนอนุกรมการสลายตัวและคานวณการสลายตัวของธาตกุ ัมมันตรังสีได้ 7.3 กมั มันตภาพรงั สแี ละพลงั งานนวิ เคลียร์ 7.3.1 อธิบายสญั ลักษณน์ วิ เคลียร์และคานวณหาพลังงานนิวเคลียร์ได้ 7.3.2 อธิบายความแตกต่างระหว่างปฏกิ ริ ิยาฟิชชั่นและปฏิกิริยาฟวิ ช่นั ได้ 7.3.3 อธิบายความแตกตา่ งของโรงงานไฟฟ้าถ่านหินและโรงงานไฟฟ้าพลงั งานนิวเคลียร์ได้ 7.4 ประโยชน์และและโทษของกัมมันตภาพรงั สีและพลงั งานนิวเคลยี ร์ 7.4.1 อธบิ ายประโยชน์และโทษของกัมมันตภาพรังสีและพลงั งานนิวเคลียร์ได้ 7.4.2 อธิบายวิธปี ้องกนั อันตรายจากกัมมนั ตภาพรังสีได้



| 243 หน่วยเรียนท่ี 7 ฟสิ ิกส์นวิ เคลียร์ 7.1 ฟิสกิ ส์นิวเคลยี ร์เบ้ืองต้น 7.1.1 การคน้ พบกมั มันตภาพรังสี หลังจากเรินเกนต์ (Ruengen) ค้นพบรังสีเอกซ์ (X-Ray) ทาให้เกิดการต่ืนตัวในวงการวิทยาศาสตร์ ทางด้านรังสีเป็นอย่างมากเพราะเป็นการค้นพบรังสีแรกของโลก ต่อมาเบ็กเคอเรล (Becquerel) นักฟิสิกส์ชาว ฝรั่งเศส ได้ทาการทดลองศึกษาการปลดปล่อยรังสีเอกซ์จากสารเรืองแสงต่าง ๆ หลายชนิด โดยใช้แสงอาทิตย์ เป็นตัวกระตุ้น และตรวจสอบการปลดปล่อยรังสีเอกซ์จากการทาปฏิกิริยาบนแผ่นฟิล์มท่ีบรรจุในซองกระดาษ ดาทึบแสงและวางไว้ใต้สารเรืองแสงนน้ั เขาคาดว่าถา้ สารนั้นปล่อยรังสีเอกซ์ รังสีเอกซ์จะทะลุซองกระดาษไป ยังฟิล์ม ซึ่งทาใหเ้ กดิ รอยดาเมื่อนาฟิล์มไปลา้ ง รูปท่ี 7.1 การเกดิ รอยดาบนฟิล์ม [7.1]

244 | ในการทดลองกับสารประกอบยูเรเนียม พบว่ามีรอยดาปรากฏบนฟิล์มดังที่คาดไว้ แสดงว่าต้องมีรังสี แผ่ออกมาจากสารประกอบยูเรเนียมและรังสีน้ีทะลุผ่านกระดาษดาทึบแสงไปยังฟิล์มทาให้เกิดรอยดาบนฟิล์ม ดังรูป 7.1 แต่เนื่องจากยังไม่มีการตรวจสอบสมบัติของรังสีน้ีอย่างละเอียด จึงยังสรุปไม่ได้ว่ารังสีนี้เป็นรังสี เอกซ์หรือไม่ ในการทดลองซ้าในช่วงท่ีไม่มีแสงอาทิตย์ เขาได้เก็บชุดการทดลองน้ีไว้หลายวัน เม่ือนาฟิล์มมา ล้างซ่ึงคาดวา่ จะเกดิ รอยจางๆ เทา่ น้ันเพราะไม่มีแสงอาทิตย์เป็นตัวกระตุ้น แต่ผลปรากฏว่า รอยดาบนแผ่นฟิล์ม มีมากกว่าปกติ ทาใหแ้ บ็กเกอแรลสงสัยว่ารังสที ่เี กิดขึ้นไม่น่าจะใช่รังสเี อกซ์ จากการศกึ ษาสมบตั ขิ องรงั สีท่ไี ด้จากสารประกอบยเู รเนยี มอย่างละเอยี ดทาให้รู้ว่าสารประกอบยูเรเนียม ทุกชนิดสามารถปล่อยรังสีออกมาตลอดเวลา โดยไม่ต้องมีพลังงานกระตุ้นและรังสีท่ีแผ่ออกมาน้ีมีสมบัติบาง ประการคล้ายกับรังสีเอกซ์ เช่น สามารถทะลุผ่านวัตถุต่าง ๆ และทาให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนได้ ขณะท่ี รงั สเี อกซ์จะเกิดข้ึนเองตามธรรมชาติไม่ได้ การท่ีเบ็กเคอเรลพบรังสีดังกล่าว ทาให้นักวิทยาศาสตร์มีความสงสัยว่าธาตุอ่ืน ๆ จะสามารถแผ่รังสี เชน่ เดียวกบั ธาตยุ ูเรเนยี มหรือไม่ ต่อมา ปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส และมารี กูรี (Marie Curie) นักฟสิ ิกส์ชาวโปแลนด์ ไดพ้ บว่านอกจากธาตุยูเรเนียมแล้ว ยังมีธาตุชนิดอ่ืน ๆ อีกท่ีแผ่รังสีได้เองอย่าง ต่อเนื่องตามธรรมชาติ เช่น ทอเรียม เรเดียม พอโลเนียม โดยเรียกปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองตาม ธรรมชาตินี้ว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) และเรียกธาตุท่ีแผ่รังสีเองได้นี้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive elements) 7.1.2 ชนิดของกมั มันตภาพรังสี จากการศึกษารังสีท่ีปล่อยออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีอย่างละเอียดในเวลาต่อมาพบว่ารังสีที่ แผ่ ออกมามี 3 ชนิด ซึ่งแสดงความแตกต่างกันอย่างชัดเจนเมื่อเคลื่อนท่ีผ่านบริเวณท่ีมีสนามแม่เหล็ก จากรูป 7.2 เมื่อนาธาตุกัมมันตรังสีซึ่งอยู่ในภาชนะท่ีเป็นตะก่ัว (รังสีไม่สามารถทะลุผ่านตะกั่วท่ีหนา ๆ ได้) รังสี ที่ปลอ่ ยออกมาจะถูกบงั คบั ให้เคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรง ถ้าไม่มีสนามแม่เหล็กB ลารังสีจะตกไปบนแผ่นฟิล์ม ท่ตี าแหนง่ ตรงกลาง (เมื่อนาฟิล์มไปล้างจะเกิดรอยดาจุดเดียว) แต่ถ้ามีสนามแม่เหล็กจะเกิดรอยดาบนแผ่นฟิล์ม 3 ตาแหนง่ แสดงวา่ มีรงั สเี กิดขนึ้ 3 ชนิด คือ 1. รังสีแอลฟา (alpha rays, ) จากแนวการเคล่ือนที่ของรังสี (เบนไปทางซ้าย) แสดงว่าต้องมีประจุ ไฟฟ้าบวก 2. รงั สบี ตี า (beta rays, ) จากแนวการเคลื่อนท่ีของรังสี (เบนไปทางขวา) แสดงว่าต้องมีประจุไฟฟ้า ลบ

| 245 3. รังสีแกมมา (gamma rays, ) ไม่มีการเบ่ียงเบนจากแนวเดิม แสดงว่าต้องมีสภาพเป็นกลางทาง ไฟฟา้ รปู ที่ 7.2 แสดงแนวทางเดินของรังสีท้ัง 3 ชนิด ในสนามแม่เหล็ก B ข้อสังเกต จากความรู้เรื่องการเคลื่อนท่ีของอนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก เราสามารถทราบ ทิศของแรงทีก่ ระทากบั อนุภาคที่ไดจ้ ากกฎมอื ขวา F  qv B (7-1) โดยเร่ิมจากมือขวานิ้วชี้คือทิศการเคลื่อนท่ีของอนุภาค v  น้ิวกลางคือทิศของสนามแม่เหล็กB น้ิวหัวแม่มอื จะชที้ ศิ ของแรงท่ีกระทากับประจไุ ฟฟา้ บวก ดงั รูป 7.3 (สาหรบั ประจุไฟฟ้าลบ แรงกระทาจะอยู่ใน ทิศตรงข้ามโดยใช้มือซ้ายแทน)

246 | รปู ที่ 7.3 แสดงการใช้กฏมือขวาในการหาทิศทางของประจุไฟฟ้าบวก [7.2] จากรูป 7.3 การเคลื่อนที่มีทิศขึ้น v  สนามแม่เหล็กมีทิศพุ่งเข้ากระดาษ B ดังนั้นจากกฎมือขวาแรง กระทาจึงมีทิศทางซ้ายมือสาหรับประจุไฟฟ้าบวก และจะมีแรงกระทาไปทางขวามือสาหรับประจุไฟฟ้าลบ และจะไมเ่ กดิ แรงกระทา เมือ่ อนภุ าคเป็นกลางทางไฟฟา้ การศึกษาเก่ียวกับรังสีทั้ง 3 ชนิด ทาให้เราเข้าใจสมบัติต่าง ๆ ของรังสีเหล่าน้ีดีขึ้น สมบัติท่ีสาคัญของ รังสีทั้งสามชนดิ สามารถสรุปไดด้ ังรูปท่ี 7.4 และตารางที่ 7.1 รปู ท่ี 7.4 แสดงการทะลุผ่านตวั กลางของรังสีแต่ละชนิด [7.3]

| 247 ตารางท่ี 7.1 แสดงคณุ สมบัติของรังสแี ต่ละชนิด รงั สี แอลฟา เบตา แกมมา นวิ ตรอน β ประจุ α -1 γ n มวล 0 0 0 พลังงาน +2 ปานกลาง 0 1 ความเรว็ 4u เกอื บเท่าความเร็วแสง - Vary อานาจทะลทุ ะลวง สูงสดุ ปานกลาง (1-3 m) ความเร็วแสง Vary Shielding 1/15 ความเรว็ แสง พลาสตกิ หนาหรือ สูงสดุ สูง ตา่ (3-5 cm) คอนกรีต คอนกรีตหนา หรือ นา้ และพาราฟิน กระดาษ ตะกวั่ 7.1.3 การเปล่ยี นสภาพของนิวเคลยี ส ในการแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสีโดยการปลดปล่อยรังสีแอลฟาหรือเบตา จะทาให้เกิดธาตุใหม่ ซ่ึง ธาตุใหมท่ ่เี กดิ ข้ึนจะมีเลขมวลและเลขอะตอมเปล่ียนไป เช่น ธาตุทอเรียม เม่ือปล่อยรังสีแอลฟาจะได้ธาตุใหม่ ทม่ี เี ลขมวลลดลง 4 เลขอะตอมลดลง 2 คอื ธาตุเรเดียม ดังสมการ 22970Th  28283Ra  4 He (7-2) 2 เน่อื งจากมวลอะตอมของธาตมุ ีคา่ ใกล้เคียงกับมวลของนิวเคลียส ดังน้ันการเปลี่ยนแปลงมวลอะตอมจึง เป็นผลมาจากการเปล่ียนแปลงของนิวเคลียส สาหรับการปลดปล่อยรังสีเบตาจะได้ธาตุใหม่ที่มีประจุไฟฟ้า เพ่ิมขึน้ ดังสมการ 28121Pb  28131Bi  10e (7-3) เน่อื งจากรังสีเบตาที่ปล่อยมีพลังงานสูงมากกว่าพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสมาก ดังน้ัน รังสนี น้ี ่าจะเปน็ ผลจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส สาหรับรังสแี กมมาเปน็ คล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าที่มพี ลงั งานสงู มากเมื่อเทียบกับรังสีเอกซ์ท่ีปลดปล่อยออกมา ในระดับอะตอม ดังนั้นจงึ กลา่ วไดว้ ่า รังสแี กมมาเป็นรังสที ีป่ ลดปล่อยออกมาจากภายในนวิ เคลียส

248 | จากเหตุผลที่ว่ามวลอะตอมธาตุใหม่ท่ีเกิดขึ้นลดลงถึง 4 u สาหรับการปล่อยรังสีแอลฟา และพลังงาน ของรังสีทั้งสามสูงมากในระดับเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) จึงสรุปได้ว่า รังสีแอลฟา รังสีเบตา และรังสี แกมมา เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภายในนิวเคลียส 7.1.4 การค้นพบนวิ ตรอน เน่ืองจากอิเล็กตรอนอยู่ภายในนิวเคลียสไม่ได้ แต่มีการปลดปล่อยรังสีเบตาซึ่งเป็นอนุภาคอิเล็กตรอน จากนิวเคลียส ดังนั้นรัทเทอร์ฟอร์ดจึงเสนอแนวคิดท่ีว่า อิเล็กตรอน e  และโปรตอน  p อาจจะอยู่ภายใน นิวเคลยี สได้ โดยการรวมตวั กันเปน็ อนุภาคทีเ่ ปน็ กลางทางไฟฟา้ และตัง้ ช่อื อนุภาคนนั้ วา่ นวิ ตรอน หลังจากนั้น นักวิทยาศาสตร์ท่ีสนใจแนวความคิดของรัทเทอร์ฟอร์ดได้พยายามทดลองค้นหาอนุภาค นิวตรอน โดยการศึกษาในแนวทางเดียวกับรัทเทอร์ฟอร์ด คือ การยิงอนุภาคแอลฟาไปยังนิวเคลียสต่าง ๆ แล้ว ศึกษานิวเคลียสใหม่ท่ีเกิดข้ึน พร้อมพลังงานที่เกิดขึ้นภายหลังจากการเกิดปฏิกิริยาแล้ว ในแนวทางการศึกษา หนึง่ ได้ใชร้ ังสีแอลฟายงิ ไปยังนิวเคลียสของเบริลเลียม ดังสมการ 9 Be  4 He  163C  ? (7-4) 4 2 จะเกิดรังสีตัวใหม่ ? ท่ีมีสมบัติคล้ายรังสีแกมมามาก คือมีค่าเป็นกลางทางไฟฟ้า ผ่านวัตถุได้ดีมาก มีพลังงานสูง 10 MeV เม่ือนารังสีนี้ไปชนกับพาราฟิน (paraffin) จะเกิดโปรตอน  1 H  ออกมามีพลังงาน 5 1 MeV ซึ่งถ้ารังสีนี้เป็นรังสีแกมมาต้องเป็นรังสีแกมมาท่ีมีพลังงานสูงถึง 50 MeV เพื่อชนพาราฟินให้เกิด โปรตอน 5 MeV แต่รังสีตวั ใหม่มพี ลังงานสูงเพียง 10 MeV จงึ กล่าวว่ารังสีน้ไี ม่ใช่รงั สแี กมมา แชดวิก (James Chadwick) นกั ฟิสกิ สช์ าวองั กฤษ ได้วิเคราะหก์ ารทดลอง โดยคิดว่ารังสีตัวใหม่นี้น่าจะ เป็นนิวตรอนตามแนวคิดของรัทเทอร์ฟอร์ด เขาทาการทดลองโดยในตอนแรกให้รังสีที่คาดว่าเป็นนิวตรอน พงุ่ เข้าชนอะตอมของไฮโดรเจนในพาราฟิน และทาการวัดความเร็วของอะตอมไฮโดรเจนที่หลุดออกมา จากนั้น เขาทาการทดลองต่อโดยให้รังสีนี้วิ่งชนนิวเคลียสของไนโตรเจน  14 N  วัดความเร็วนิวเคลียสไนโตรเจนท่ีถูก 7 ชน และคดิ วา่ การชนกันในแต่ละคร้ังเป็นการชนแบบยืดหยุ่น

| 249 รปู ที่ 7.5 แสดงแผนภาพการทดลองของแชดวิก [7.4] แล้วใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์พลังงาน เพ่ือคานวณหามวลของอนุภาคดังกล่าว พบว่ามีค่าใกล้เคียงมวลของโปรตอนมาก เขาจึงสรุปว่าอนุภาคท่ีได้จากการชนของอนุภาคแอลฟาและ เบรลิ เลียม คือ อนุภาคนิวตรอน ซง่ึ ผลการศึกษานี้เป็นการสนับสนุนความคิดของรัทเทอร์ฟอร์ดท่ีว่า มีอนุภาค นวิ ตรอนอย่ใู นนวิ เคลียส เม่ือแชดวิกพบอนุภาคนิวตรอนแล้ว ได้มีการต้ังสมมติฐานเรื่องโครงสร้างของนิวเคลียสใหม่ เรียกว่า สมมติฐานโปรตอน-นิวตรอน ว่า ภายในนิวเคลียสประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอน โดยที่ 1. อนุภาคซึ่งเป็นองค์ประกอบของนิวเคลียส (โปรตอนและนิวตรอน) รวมเรียกว่า นิวคลีออน (nucleon) และผลรวมของจานวนโปรตอนและนิวตรอนทอี่ ยใู่ นนิวเคลียส เรยี กว่า เลขมวล (A) 2. จานวนโปรตอนในนวิ เคลยี ส เรยี กวา่ เลขอะตอม (Z) 3. สัญลักษณ์นิวเคลียสของธาตุ X สามารถเขียนได้เป็น  A X  หรือ X - A เช่น  238 U  แสดงว่า ธาตุ z 92 U (ในท่ีนี้คือยเู รเนียม) U-238 Z=92, A=238, A-Z = 238 – 92 =146 หมายความวา่ นิวเคลียสของธาตุชนิดน้ี มีโปรตอน 92 ตัว มนี ิวตรอน 146 ตวั 7.2 การสลายตัวของกัมมันตภาพรงั สี การสลายตัวของธาตกุ มั มนั ตรงั สี (radioactive decay) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า การสลายตัว (decay) คือการ เปล่ียนสภาพนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี ทาให้เกิดนิวเคลียสของธาตุใหม่พร้อมกับปล่อยรังสีหรืออนุภาค ออกมาดว้ ยเสมอ

250 | 1. การสลายตัวให้รังสีแอลฟา α รังสีแอลฟา αคือ นิวเคลียสของฮีเลียม (He)ในกรณีที่นิวเคลียส ของธาตุหนึ่งท่ีปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา จะมีการเปล่ียนสภาพของนิวเคลียสโดยท่ีเลขมวลลดลง 4 และเลข อะตอมลดลง 2 ทาให้เกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ นั่นคือ นิวเคลียสของธาตุใหม่ น่ันคือ นิวเคลียสของธาตุ เดมิ ไดส้ ลายไปเปน็ นวิ เคลียสของธาตุใหม่ พรอ้ มกับมีการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา ดังสมการ A X  YA-4 + 4 He (7-5) Z 2 Z-2 เช่น 238 U  23940Th + 4 He + 4.2 MeV (7-6) 92 2 23920Th  228 Ra + 4 He + 4 MeV (7-7) 88 2 ข้อสังเกต 1. จากสมการจะเห็นว่าผลรวมของเลขมวล (A) และผลรวมของเลขอะตอม (Z) จะมีค่าเท่ากัน ท้ังกอ้ นและหลังการสลายตวั 2. การสลายตวั ให้รังสแี อลฟา บางคร้งั กม็ ีรงั สีเบตาและแกมมาตามมาดว้ ย 3. พลงั งานท่ีเกดิ ขนึ้ คือพลงั งานของรงั สแี อลฟานนั่ เอง 2. การสลายตัวให้รังสีบีตา β รังสี เบ ตา β  ส ามารถเขียนสัญลักษ ณ์ได้เป็น  0 e  ซึ่งหมายถึง -1 อิเล็กตรอนท่ีมีประจุไฟฟ้า -1e และมีเลขมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของธาตุใด ๆ จึงถือว่าเลขมวลเป็นศูนย์ เมอ่ื นวิ เคลยี สของธาตใุ ดสลายตวั ใหร้ ังสีเบตาจะเกิดนิวเคลียสของธาตุใหม่ ท่ีมีเลขมวลเท่าเดิม แต่เลขอะตอมจะ เพิ่มขนึ้ 1 ดงั สมการ A X  YA + 0 e (7-8) Z -1 Z+1 เช่น 14 C  14 N + -01e+Q (7-9) 6 7 214 Pb  214 Bi + -01e + r (7-10) 82 83 ขอ้ สงั เกต พลังงานทเี่ กดิ ขึน้ ก็คือพลงั งานรงั สีเบตาน่นั เอง

| 251 3. การสลายตัวให้รังสีแกมมา γ รังสีแกมมาγ คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกปลดปล่อยออกมาจาก นิวเคลียส ซึ่งเกิดภายหลังจากการสลายตัวให้รังสีแอลฟาหรือเบตาแล้ว นิวเคลียสท่ีเกิดใหม่จะอยู่ในสถานะ กระตุ้น (excited state) จึงปรับตัวเองโดยการปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมา เพ่ือให้นิวเคลียสกลับมาสู่สถานะ พ้ืน (ground state) 212 Bi  20881Tl*  4 He (7-11) 83 2 Tl อยู่ในสถานะกระตุ้น 212 Bi  20881Tl  4 He+ γ (7-12) 83 2 Tl อยู่ในสถานะพน้ื 7.2.1 อนกุ รมการสลายตวั ของกมั มันตภาพรงั สี รูปท่ี 7.6 แสดงแผนภาพอนุกรมการสลายตัวของธาตุยูเรเนยี ม (uranium series) [7.5]

252 | จากรูป 7.6 แสดงแผนภาพการสลายตัวของนิวเคลียสยูเรเนียม -238 พบว่า การสลายตัวจะได้ทอเรียม -234 โดยปลดปล่อยรังสีแอลฟา แลว้ ทอเรียม -234 ยงั สลายตัวต่อเป็นโพรแทกทิเนียม -234 โดยการปลดปล่อย รังสีบตี า และโพรแทกทิเนียมยังสลายตัวต่อไปเรื่อย ๆ จนสุดท้ายจะได้ตะกั่ว -206 ซ่ึงเป็นธาตุที่เสถียร (stable element) การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติเป็นการเปลี่ยนจากธาตุกัมมันตรังสีหน่ึงไปเป็นอีกธาตุ กมั มันตรังสหี นงึ่ เป็นลาดบั ไป ในลักษณะอนุกรมการสลายตัว ซ่ึงอนุกรมการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี จะ แสดงให้เห็นถึงลาดับของธาตุท่ีเกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิด เวลาครึ่งชีวิตของกา สลายตวั และการปลดปล่อยอนุภาคหรือรงั สใี นการสลายตัวแต่ละคร้งั 7.2.2 กฎการสลายตวั ของกมั มนั ตภาพรงั สี ในปี พ.ศ. 2445 รัทเทอร์ฟอร์ดและซอดดีได้ต้ังสมมติฐานเพื่อใช้การอธิบายการสลายตัวของธาตุ กัมมนั ตรงั สีขน้ึ ดงั น้ี 1. ธาตุกัมมันตรังสีจะสลายตัวกลายเป็นธาตุใหม่โดยการปลดปล่อยอนุภาคแอลฟาหรืออนุภาคเบตา และธาตใุ หม่ท่เี กดิ ข้ึนจากการสลายตัวอาจเป็นธาตุกัมมันตรังสี ซึง่ สามารถแผร่ ังสีออกไปอีกก็ได้ 2. การสลายตวั ของธาตกุ ัมมนั ตรังสีไม่ขึ้นกบั สภาพแวดล้อมภายนอกนิวเคลียส เช่น อุณหภูมิหรือความ ดัน แต่ข้ึนอยู่กับหลักการทางสถิติท่ีเก่ียวกับโอกาสและกระบวนการแบบสุ่มท่ีนิวเคลียสใดนิวเคลียสหนึ่งจะ สลายตัว โดยมีกฎการสลายตัวดังน้ี “อัตราการสลายตัวของนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีขณะใดขณะหนึ่ง จะ แปรผันตรงกับจานวนนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรงั สที ่ีมอี ยู่ขณะน้ัน” ถ้าให้ N เป็นจานวนนิวเคลียสของธาตุกัมมนั ตรงั สที ี่มีอยู่ ณ เวลา t N เปน็ จานวนนิวเคลียสท่ีสลายตวั ไปในช่วงเวลาสนั้ ๆ t จากเวลา t ดังนนั้ อตั ราการสลายตวั ของนิวเคลียส (จานวนนวิ เคลียสท่ีสลายตัวไปในหน่วยเวลา)  ΔN Δt จากกฎการสลายตัวจะได้ ΔN α N (7-13) Δt หรอื ΔN = -λN (7-14) Δt

| 253 โดย เป็นค่าคงท่ี เรียกว่า ค่าคงท่ีของการสลายตัว และเนื่องจากนิวเคลียสมีการสลายตัว ดังน้ัน พิจารณาในชว่ งเวลาสั้น ๆ t  0 เราสามารถใช้ความรแู้ คลคูลสั เขียนใหม่ไดเ้ ป็น lim ΔN = dN = -λN (7-15) dt t 0 Δt กาหนดให้ A คือ กัมมนั ตภาพ (activity) แทนอตั ราการสลายตัวของนิวเคลียสจะได้ A = - dN = λN (7-16) dt ปริมาณกัมมันตภาพ (A) คือ จานวนนิวเคลียสที่สลายตัวต่อวินาที สาหรับหน่วยที่ใช้วัดปริมาณ กัมมันตภาพนี้นิยมใช้อยู่ 2 หน่วย คือ - แบก็ เกอเรล (Bq) เปน็ หนว่ ยในระบบ SI คือ จานวนของนิวเคลียสที่สลายตัวต่อวินาที ดังน้ัน 1 Bq คอื อัตราการสลายตวั ของนวิ เคลียส 1 นิวเคลียสต่อวนิ าที - ครู ี (Ci) เป็นหนว่ ยทีน่ ยิ มใช้มากกวา่ โดยกาหนดว่า Ci = 3.7×1010 Bq (7-17) หมายความว่า ถา้ ธาตุกมั มนั ตรงั สีชนดิ หนึ่ง สลายตัวโดยปล่อยรังสีเบตา ในขณะท่ีธาตุนี้มีกัมมันตภาพ 1 Ci แสดงว่าธาตชุ นิดน้ีจะสลายตวั ให้อนุภาคเบตา3.71010 ตวั ตอ่ วินาที 7.2.3 การคานวณการสลายตัวของกมั มนั ตภาพรงั สี จากสมการแสดงอัตราการสลายตัว dN = -λN (7-18) dt ซึ่งสามารถสรุปเปน็ สมการที่แสดงความสัมพนั ธ์ระหว่าง N กับ t ได้วา่ N = N0e-λt (7-19)

254 | เมอ่ื N0 คือ จานวนนวิ เคลียสของธาตกุ ัมมันตรงั สีเม่อื เร่ิมพจิ ารณา (t = 0) N คือ จานวนนิวเคลียสของธาตกุ ัมมันตรังสที เี่ หลอื อยู่เมอ่ื เวลาผ่านไป t e = 2.7182818 ข้อสังเกต จากสมการการสลายตัวถ้าตอ้ งการทราบจานวนนวิ เคลยี สท่เี กิดข้นึ ใหม่สามารถหาไดจ้ าก จานวนนิวเคลียสที่เกดิ ใหม่ = N0- N = N0 - N0e-λt (7-20) รปู ท่ี 7.7 แสดงตวั อยา่ งกราฟการสลายตัวของนวิ เคลียสธาตุคาร์บอน 14 สามารถเขียนกราฟได้ดังน้ี รูปท่ี 7.7 แสดงกราฟการสลายตวั ของนิวเคลียสธาตุคาร์บอน 14 [7.6] จากกราฟจะเห็นว่าจานวนนิวเคลียสจะเหลือน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป และต้องใช้เวลานานมากกว่า ที่นิวเคลียสกัมมันตรังสีจะสลายตัวจนหมด เรียกช่วงเวลาของการสลายตัวที่จานวนนิวเคลียสลดลงเหลือ

| 255 คร่ึงหนึ่งของจานวนเริ่มต้นว่า คร่ึงชีวิต (half-life ,t1/2 ) ธาตุกัมมันตรังสีจะมีค่าครึ่งชีวิตคงตัว และมีค่าไม่ซ้า กบั คร่ึงชีวิตของธาตกุ มั มนั ตรงั สีอน่ื ๆ สามารถสรปุ สมการการหาค่ารังสีหรือมวลท่ีเหลือของธาตุกัมมันตรังสีได้ ดังนี้ 0.693t (7-20) A = A0e t1/2 กาหนดให้ A0 เป็นกัมมนั ตภาพขณะเริ่มตน้ ( t = 0 ) A เป็นกัมมันตภาพที่เวลา t ใด ๆ นับจากเร่ิมตน้ t เปน็ เวลาที่ตอ้ งการหา t1/2 ค่าคร่งึ ชวี ิตของธาตุกัมมันตรังสี ตวั อย่างท่ี 7.1 มีธาตุ I-131 ซง่ึ มีครึง่ ชวี ิต 8 วนั อยู่จานวน 1 g จะใช้เวลานานเทา่ ใดจงึ จะเหลอื ธาตุดงั กลา่ วเพยี ง 0.125 g แนวคิด กาหนดตวั แปรทที่ ราบคา่ t1/2= 8 , A0= 1 g A = 0.125 g แทนคา่ ลงในสมการ (7-20) -0.693t A = A0 e t1/2 0.693t 0.125 1 e 8 0.125 = e-0.087t -2.08 = - 0.087 t t = 23.91 ต้องใช้เวลานานประมาณ 24 วนั ถงึ จะทาให้ธาตุ I-131 มีธาตเุ หลือ 0.125 g จาก 1 g ตอบ

256 | 7.3 กมั มันตภาพรังสีและพลังงานนวิ เคลียร์ 7.3.1 สัญลกั ษณ์นิวเคลียร์ (Nuclear symbol) สัญลักษณ์นิวเคลียร์ (Nuclear symbol) เป็นส่ิงท่ีใช้เขียนแทนโครงสร้างของอะตอม โดยบอก รายละเอียดเกย่ี วกับ จานวนอนภุ าคมลู ฐานของอะตอม วธิ ีการเขยี นตามข้อตกลงสากลคือ เขียนเลขอะตอมไว้มุม ลา่ งซา้ ย และเลขมวลไวม้ ุมบนซ้ายของสัญลักษณ์ของธาตุ เขียนเปน็ สูตรทวั่ ๆ ไปดงั น้ี สญั ลักษณน์ วิ เคลยี ร์ = A X (7-21) Z X คือ สญั ลกั ษณ์ของธาตุ A คอื เลขมวล Z คือ เลขอะตอม ถ้าให้ n = จานวนนิวตรอน จะสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างเลขอะตอม เลขมวล และจานวน นิวตรอนไดด้ งั น้ี เลขมวล = เลขอะตอม + จานวนนิวตรอน A = Z+n ดงั น้นั สญั ลกั ษณ์นวิ เคลียร์จงึ ทาใหท้ ราบว่าธาตดุ ังกลา่ วน้ันมีอเิ ลก็ ตรอนโปรตอน และนิวตรอน อยา่ งละเทา่ ใด ไอโซโทป (Isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีเลขมวล ตา่ งกนั หรอื กล่าวได้อกี อยา่ งหนงึ่ ว่า มีโปรตอนเทา่ กันแตม่ ีนวิ ตรอนตา่ งกนั ไอโซบาร์ (Isobar) หมายถึง อะตอมของธาตุที่มีเลขมวลเท่ากันแต่เลขอะตอมต่างกัน หรือกล่าวได้ว่า อะตอมของธาตทุ ่มี ผี ลรวมของโปรตอนกับนวิ ตรอนเท่ากัน ไอโซโทน (Isotone) หมายถึง อะตอมของธาตทุ ี่มผี ลตา่ งของเลขมวลกับเลขอะตอมเท่ากันหรือกล่าวได้ วา่ อะตอมของธาตุท่มี ีจานวนนวิ ตรอนเทา่ กนั

| 257 รูปท่ี 7.8 แสดงตารางธาตนุ ิวไคลด์ [7.7] การจาแนกธาตุไอโซโทป ไอโซบาร์และไอโซโทน สามารถสรปุ ดงั ตารางท่ี 7.2 ไดด้ งั น้ี ตารางท่ี 7.2 แสดงคุณสมบตั ิของไอโซโทป ไอโซบารแ์ ละไอโซโทน ชนดิ ธาตุ เลขมวล (A) เลขอะตอม (Z) หมายเหตุ ตัวอยา่ ง Isotope ไมเ่ ท่ากนั เทา่ กนั - Isobar เท่ากัน ไมเ่ ทา่ กัน /9493Tc 9483Tc Isotone ไมเ่ ทา่ กัน ไม่เทา่ กนั - /9493Tc 9495Rh /9493Tc 4928Mo จน.นวิ ตรอน เทา่ กนั

258 | 7.3.2 แรงนิวเคลียร์ จากสมมติฐานโปรตอน-นิวตรอน “ภายในนิวเคลียสจะประกอบไปด้วยโปรตอนและนิวตรอน” จึงเกิดข้อสงสัยว่าโปรตอนและนิวตรอนอัดแน่นอยู่ในบริเวณแคบ ๆ ได้อย่างไร (รัศมีนิวเคลียสมีค่าประมาณ 1015 เมตร) โดยที่โปรตอนไม่หลุดออกจากนิวเคลียสด้วยแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้าของโปรตอน แสดงว่า ภายในนวิ เคลียสตอ้ งมีแรงยดึ เหนีย่ วระหวา่ งกันสูงมาก เรียกแรงยึดเหนี่ยวระหว่างนิวคลีออนน้ีว่า แรงนิวเคลียร์ (nuclear force) ลกั ษณะโดยทวั่ ไปของนิวเคลียส สามารถสรปุ ได้ดังน้ี 1. นิวเคลียสมีลักษณะเป็นทรงกลม มีพ้ืนท่ีน้อยมาก มีขนาดข้ึนอยู่กับจานวนนิวคลีออนภายใน นิวเคลียส 2. มวลนิวเคลียสขึ้นกับจานวนนิวคลีออน หรือเลขมวล (A) มีค่าใกล้เคียงมวลอะตอม เช่น U-238 มี เลขมวลอะตอม = 238.5 U (1U = 1 atomic mass unit = 1.661027 kg ) 3. ขนาดของนวิ เคลียส รศั มีของนวิ เคลียส (R) แปรผนั ตรงกบั รากท่สี ามของเลขมวล (A) 1 (7-22) (7-23) R α A3 1 R = r0A3 เมื่อ เป็นรศั มขี องนิวเคลยี สที่เล็กที่สุด และเบาทสี่ ุดคอื ไฮโดรเจน ซึง่ มคี ่าเท่ากบั 1.21015 เมตร 4. ความหนาแน่นของนิวเคลียส มีค่าประมาณ 1018 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งเม่ือเทียบกับความ หนาแน่นสูงสุดของสารธรรมดา ซึ่งมีค่าประมาณ 1.2104กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร จะเห็นว่ามีความ แตกต่างกันอย่างมาก แสดงว่านิวคลีออนภายในนิวเคลียสต้องอัดรวมตัวกันอย่างหนาแน่น ซ่ึงถ้าเป็นเช่นนี้ แสดงว่า แรงนิวเคลียสต้องมีค่ามหาศาล จากลักษณะโดยทั่วไปของนิวเคลียสทาให้เราสามารถสรุปลักษณะ ของนิวเคลียสได้วา่ “เป็นแรงดงึ ดูดที่มีค่าสงู มาก ท่ยี ดึ เหน่ยี วนิวคลอี อนภายในนวิ เคลียสไว้” พลังงานยึดเหน่ียวสาหรับการศึกษาธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์ วิธีหนึ่งที่สามารถทาได้คือ การให้ พลังงานแก่นิวเคลียส เพ่ือให้นิวเคลียสแยกออกจากกัน พลังงานที่พอดีทาให้นิวคลีออนแยกออกจากกันน้ี เรียกว่า พลังงานยึดเหน่ียว (binding energy) โดยการศึกษาพลังงานยึดเหนี่ยวน้ี กระทาโดยการยิงรังสีท่ีมี พลังงานสูงไปยังนิวเคลียส เพื่อทาให้นิวเคลียสแตกตัว และศึกษาผลที่เกิดข้ึนภายหลังการเปล่ียนแปลง ใ น เ บ้ื อง ต้ น ได้ ท า ก า ร ศึ กษ านิ วเ ค ลี ย สที่ ง่า ย ท่ี สุ ด คื อ นิว เค ลีย ส ข อง ดิ ว เ ทอ ร อ น  2 H  เ พ รา ะ เ ป็ นนิ วเ คลี ย ส 1 ท่เี ลก็ ทส่ี ดุ โดยภายในนิวเคลียสมีจานวนโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 1 ตัว โดยใช้รังสีแกมมา γ พลังงานสูง

| 259 ถึง 2.22 MeV ยิงเข้าไปยังนิวเคลียสของดิวเทอรอน ทาให้นิวเคลียสแตกตัวแยกออกเป็น โปรตอน  1 H  และ 1 นิวตรอน 01n ดังสมการ 2 H + γ(2.22MeV) 11 H + 10n (7-24) 1 แสดงว่าในนวิ เคลียสของดวิ เทอรอนมีพลังงานยดึ เหนี่ยวสูงถึง 2.22 MeV จาการศึกษาภายในนิวเคลียสของดวิ เทอรอน จะได้ มวลของอะตอมของดวิ เทอรอน  2 H  = 2.014102 u 1 มวลของอเิ ล็กตรอน 1 ตัว = 0.000549 u มวลนวิ เคลียสของดิวเทอรอน = 2.013553 u เน่อื งจากภายในนิวเคลียสของดวิ เทอรอนมี 1 โปรตอน และ 1 นิวตรอน มวล 1 โปรตอน = 1.007276 u มวล 1 นวิ ตรอน = 1.008615 u = 2.015941 u ผลรวมของมวล 1 โปรตอนและ 1 นวิ ตรอน จ ะ สั ง เ ก ต เ ห็ น ว่ า ม ว ล นิ ว เ ค ลี ย ส ข อ ง  2 H  มี ค่า น้ อ ย ก ว่ า ผ ล ร ว ม ข อ ง มว ล โ ป ร ตอ น แ ล ะ นิ ว ต ร อ น 1 มวลที่หายไปนี้ เรียกว่า มวลพร่อง (mass defect : m) ดังนั้น มวลพร่องก็คือข้อแตกต่างระหว่าง มวลนิวเคลียสกับผลรวมของนิวคลีออน ที่ประกอบเป็นนิวเคลียส ตามหลักของไอน์สไตน์ มวลและพลังงาน สามารถเปล่ยี นรูปได้ด้วยสมการ E = mc2 (7-25) สาหรบั พลังงานที่เทียบเทา่ มวล 1u หาได้จาก มวล m = 1 u = 1.661027 กโิ ลกรัม , ความเรว็ แสง c = 3108 เมตรต่อวนิ าที   จาก E = mc2 = 1.661027 3108 2 = 1.4923  1010 จูล หรือประมาณ = 931.44 MeV 1 u = 931 MeV สาหรบั ดวิ เทอรอน  2 H  ค่ามวลพร่อง m = mp + n  mn 1

260 | Δm   =   2.015941 -2.013553 = 0.002388 u พลังงานที่เทยี บเท่ามวล 0.002388 u = E = mc2 E = 0.002388931 = 2.22 MeV จะสังเกตเห็นวา่ พลังงาน E ที่เกดิ จากมวลพรอ่ งจะเทา่ กบั พลังงานที่รังสีแกมมา γ ไปทาให้นิวเคลียส ของดิวเทอรอนแตกเป็นโปรตอนและนิวตรอนพอดี น่ันคือ พลังงานยึดเหน่ียวเปล่ียนรูปมาจากมวลพร่อง นัน่ เอง 7.3.3 การคานวณหาพลังงานยึดเหน่ียวและมวลพรอ่ ง พลังงานยึดเหน่ียวอาจหาได้จากมวลอะตอมเลยก็ได้ โดยไม่ต้องนามวลอิเล็กตรอนมาลบออก เพราะ มวลของอิเลก็ ตรอนน้นั มีค่านอ้ ยมาก จึงสามารถใช้มวลอะตอม แทนมวลของนิวเคลียสไดเ้ ลย ดังสมการ มวลพร่อง [มในวลนโวิ ปเครลตยีอสน มใวนลนนวิ วิเคตลรียอสน] มวลอะตอม (7-26) (7-27) Δm  =   Zmp +A - Z mm  - M ดังนน้ั พลังงานยึดเหน่ียว (binding energy , B.E.) สามารถหาไดจ้ าก B.E.  (931) m MeV (7-28) เมอ่ื A คือ เลขมวล (ผลรวมของโปรตอนและนวิ ตรอนในนวิ เคลยี ส) Z คือ เลขอะตอม (จานวนโปรตอนในนวิ เคลียส) A-Z คือ จานวนนวิ ตรอนในนิวเคลยี ส คือ มวลของโปรตอน = 1.007825 u คือ มวลของนิวตรอน = 1.008665 u M คือ มวลของอะตอมของธาตุในหนว่ ย u

| 261  ตวั อยา่ งท่ี 7.2 จงหาพลังงานยดึ เหน่ียวของฮเี ลียม ลเิ ทียม คาร์บอน และยเู รเนยี ม เมื่อมวลอะตอมของ U238 92 4 He = 4.002604u, มวลอะตอมของ 7 Li = 7.016005u. มวลอะตอมของ 2 3 12 C = 12.000000u. และ มวลอะตอมของ U238 = 238.0508u. 6 92 แนวคิด จากสูตร  B.E. = 931 Zmp +A - Z Mn - M สาหรบั ฮเี ลียม 4 He พลงั งานยึดเหน่ยี ว (B.E) เทา่ กับ 2 B.E. = 93121.007825+4  21.008665- 4.002604 = 28.24 เมกกะอิเลก็ ตรอนโวลต์ สาหรบั ลเิ ทยี ม  7 Li  พลงั งานยึดเหนี่ยว (B.E) เท่ากับ 3 B.E. = 93131.007825+7 31.008665- 7.016005 = 39.233 เมกกะอเิ ล็กตรอนโวลต์ สาหรับคารบ์ อน  12 C พลังงานยึดเหนย่ี ว (B.E) เท่ากบั 6 B.E. = 93161.007825+12  61.008665- 12.000000 = 92.1 เมกกะอิเล็กตรอนโวลต์ สาหรบั ยูเรเนียม  238 U  พลงั งานยึดเหน่ียว (B.E) เทา่ กับ 92 B.E. = 931921.007825+238  921.008665- 238.0508 = 1800.73 เมกกะอิเล็กตรอนโวลต์ ตอบ

262 | 7.3.4 ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลียร์และการเขยี นสมการ ปฏกิ ิริยานวิ เคลียร์ (nuclear reaction) คือ กระบวนการท่ีนิวเคลยี สเกิดการเปล่ียนแปลงองคป์ ระกอบ หรอื ระดบั พลังงาน ปฏกิ ิริยานิวเคลียรส์ ามารถเกดิ ได้ 2 กรณี คือ 1. เกดิ จากการสลายตวั เองตามธรรมชาติ เชน่ การสลายตัวของยูเรเนยี ม -238 U238  23940Th + 4 He (7-29) 92 2 2. เกิดจากการแตกตัวของนวิ เคลยี สทเี่ สถยี ร เม่ือรังสีหรืออนุภาคที่มีพลังงานสูงมากพอว่ิงเข้าชนทาให้ นิวเคลยี สแตกตัว การทาให้นวิ เคลียสแตกตวั ในลกั ษณะน้ีมีความสาคัญมากเพราะ - ทาให้สามารถศึกษาถึงองค์ประกอบในนิวเคลียสได้ชัดเจนมากขึ้น (เพราะทาให้ทราบว่า โปรตอนและนิวตรอนเปน็ องคป์ ระกอบของนิวเคลียส) 2 H + γ  2.22 MeV   1 H +  1 n (7-30) 1 1 0 14 N + 4 He  17 O + 1 n (7-31) 7 2 8 0 - ทาใหส้ ามารถผลิตไอโซโทปกัมมนั ตรังสีซง่ึ ไม่มีอยู่ในธรรมชาตเิ กดิ ขึน้ เชน่ - สามารถใช้ในการสรา้ งนวิ เคลียสของธาตุใหม่ เช่น ทาใหป้ รอท (Hg) เปน็ ทองคา (Au) ดังน้ี 199 Hg + 2 H  197 Au + 4 He (7-32) 80 1 79 2 199 Hg + 1 n  197 Au + 2 H (7-33) 80 0 79 1 199 Hg + γ       197 Au +  1 H (7-34) 80 79 1 แต่ในการเปล่ียนปรอทให้เปน็ ทองคานี้ต้องเสยี ค่าใชจ้ า่ ยสูงมาก เมื่อเปรยี บเทียบคา่ ใช้จ่ายในการผลิต กับมูลค่าทองคาแล้ว พบว่าไม่คุ้มกับการลงทนุ แต่อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาน้ีแสดงให้เห็นวา่ สามารถทาความฝนั ของนักเลน่ แปรธาตุในยุคโบราณเป็นจริงไดท้ าให้เกดิ นวิ เคลียสของธาตุใหม่ ๆ ทไี่ ม่มีในธรรมชาติ เชน่ ธาตุท่ี มเี ลขอะตอม (Z) ตั้งแต่ 93 ขึน้ ไป

| 263 ข้อสงั เกต ข้อแตกต่างระหวา่ งปฏิกริ ิยาเคมีและปฏกิ ิริยานิวเคลียร์ - ปฏกิ ริ ิยานิวเคลียรเ์ ปน็ ปฏิกิรยิ าทีเ่ กิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลยี ส แตป่ ฏิกิริยาเคมี เกดิ จากนอกนวิ เคลียส (โดยเก่ียวขอ้ งกับอิเล็กตรอน) - พลงั งานของปฏกิ ิริยานวิ เคลยี ร์ (อยู่ในระดับเมกะอิเล็กตรอนโวลต)์ จะสงู กวา่ พลงั งานจาก ปฏกิ ิริยาเคมี (อยู่ในระดบั อิเล็กตรอนโวลต์) มากถงึ ประมาณ 1 ลา้ นเท่า การเขียนสมการนวิ เคลยี ร์ ในการชนกันระหว่างนวิ เคลียสกับนวิ เคลียส หรือนิวเคลียสกับอนุภาค อาจเขยี นไดเ้ ป็นสมการดังน้ี (7-35) เป้า อนภุ าคชน นวิ เคลยี สใหม่ อนุภาคใหม่ เขียนสมการใหมโ่ ดยย่อ X(a , b)Y เรียกปฏิกิริยานวิ เคลียร์นี้วา่ ปฏิกิริยา (a , b) ของนิวเคลียส X ตารางท่ี 7.3 แสดงตัวอย่างปฏกิ ิริยานิวเคลียร์ ตวั อยา่ งปฏกิ ิรยิ า เขียนโดยยอ่ ชอ่ื ปฏกิ ริ ยิ า 9 Be + 4 He  12 C + 1 n 9 Be (α,n) 12 C ของ(α,n) 9 Be 4 2 6 0 4 6 4 198 Hg + γ  197 Au +  1 H 198 Hg(γ,p) 197 Au ของ(γ,p) 198 Hg 80 79 1 80 79 80 196 Pt + 2 H  197 Au + 1 n 196 Pt(d,n) 197 Au ของ(d,n) 196 Pt 78 1 79 0 78 79 78 หลักในการพิจารณาสมการปฏกิ ริ ิยานิวเคลียร์ มดี ังนี้ 1. ผลรวมของเลขอะตอมทง้ั กอ่ นหนา้ และหลงั ปฏิกิริยาจะมีคา่ เทา่ กนั 2. ผลรวมของเลขมวลก่อนและหลงั ปฏิกริ ิยาจะมีคา่ เท่ากัน ซ่ึงแสดงวา่ จานวนนวิ คลีออนมีค่าคงตัว

264 | 1) ปฏกิ ิรยิ าทด่ี ดู กลืนพลงั งาน ปฏิกิริยาท่ีดูดกลืนพลังงาน (endothermic reaction) เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ต้องให้พลังงานเข้าไป จงึ จะเกิดปฏกิ ิรยิ าได้ มีสมบัตดิ งั นี้ - มวลหลงั ปฏิกริ ยิ ามากกวา่ มวลก่อนปฏิกริ ิยา - พลังงานจลน์ของทกุ อนุภาคก่อนปฏกิ ิริยามากกวา่ พลงั งานจลน์ของอนุภาคหลงั ปฏิกริ ิยา - พลังงานยึดเหนยี่ วก่อนปฏิกิริยามากกว่าพลังงานยดึ เหน่ียวหลงั ปฏิกริ ิยา ปฏกิ ิรยิ านิวเคลยี รป์ ระเภทนี้มีประโยชน์ในการศึกษาองค์ประกอบภายในนวิ เคลียส เชน่  14 4  17 + 1 (7-36) 2 8 1 7 N + He + 1.2 MeV O H มวลของปฏิกิรยิ า = mn + mHe - มวลก่อนปฏกิ ิริยา = 14.0030 + 4.0026 = 18.0056 u - มวลก่อนปฏิกิริยา = mo + mH = 16.9991 + 1.0078 = 18.0069 u มวลหลงั ปฏิกิริยามีค่ามากกว่ามวลกอ่ นปฏกิ ิริยา = 18.00069 - 18.0056 = 0.0013 u อนุภาคหลงั พลงั งานจลน์ก่อนปฏกิ ิริยาสงู กวา่ หลังปฏิกริ ิยา = 9310.0013 = 12 MeV พลังงานยึดเหน่ียวในนิวเคลียสของปฏิกริ ิยา - พลงั งานยดึ เหนี่ยวก่อนปฏิกิริยา = B.E + B.E n He = 104.67 + 28.24 = 132.9 MeV - พลงั งานยดึ เหน่ียวหลงั ปฏิกริ ิยา = B.E O = 131.7 MeV ดังน้ัน พลังงานยึดเหนี่ยวก่อนปฏิกิริยามากกวา่ พลงั งานยึดเหนยี่ วหลงั ปฏิกริ ิยา = 132.9 – 131.7 = 1.2 MeV

| 265 2) ปฏกิ ริ ิยาท่ีปลดปล่อยพลังงาน ปฏิกิรยิ าที่ปลดปล่อยพลังงาน (exothermic reaction) เป็นปฏกิ ริ ิยานิวเคลียร์ท่ีใหพ้ ลงั งานออกมา ภายหลงั ปฏกิ ิริยา มสี มบัตดิ ังนี้ - มวลก่อนปฏิกิริยามากกวา่ มวลหลงั ปฏกิ ิริยา - พลังงานจลน์ของอนุภาคหลังปฏกิ ิริยามากกวา่ พลังงานยึดเหนี่ยวก่อนปฏิกิริยา - พลงั งานยดึ เหน่ียวหลงั ปฏิกริ ิยามากกวา่ พลังงานยึดเหน่ียวก่อนปฏกิ ิริยา ปฏิกิริยานวิ เคลียร์ประเภทน้ีมปี ระโยชน์ในการนาพลงั งานมาใช้มาก เช่น 7 Li + 1 H  4 He + 4 He + 17.3 MeV (7-37) 3 1 2 2 มวลของปฏิกิรยิ า = mLi + mH = 7.0160 + 1.0078 - มวลก่อนปฏิกิริยา = 18.0238 u - มวลหลังปฏิกริ ิยา = mHe + mHe = 4.0026 + 4.0026 = 8.0052 u มวลก่อนปฏิกิริยามากกว่ามวลหลังปฏกิ ิริยา = 8.0238 - 8.0052 = 0.0186 u อนุภาคมีพลงั งานจลน์หลังปฏกิ ริ ิยาสูงกว่าก่อนปฏิกริ ิยา = 9310.0186 = 17.3 MeV พลังงานยึดเหนี่ยวในนิวเคลียสของปฏิกิริยา = B.E + B.E - พลงั งานยึดเหนี่ยวก่อนปฏิกิริยา Li H = 39.23 + 0 = 39.23 MeV - พลังงานยดึ เหน่ียวหลงั ปฏิกิริยา = B.E + B.E He He = 28.28 + 28.28 = 56.56 MeV ดงั นน้ั พลังงานยดึ เหน่ียวหลังปฏิกิริยามากกวา่ พลังงานยึดเหน่ยี วก่อนปฏกิ ิรยิ า = 56.56 – 39.23 = 17.33 MeV

266 | 3) ฟชิ ชัน ปฏกิ ิริยาฟิชชนั (fission) เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ท่ีเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสขนาดใหญ่ โดยใช้ นิวตรอนวางเข้าชน ผลท่ีได้คือนิวเคลียสขนาดกลางและนิวตรอนความเร็วสูง พร้อมทั้งมีการปล่อยพลังงาน ออกมา เชน่ ปฏิกริ ิยาฟชิ ชนั ของยูเรเนียม ดังสมการ พลังงาน2351n  141 + 92 1 n + (7-38) 92 0 56 36 0 U + Ba Kr + 3 ซ่งึ 15461Ba และ 92 Kr เป็นไอโซโทปกัมมันตรังสี ซ่ึงจะสลายตัวต่อไป 36 การคานวณพลงั งานท่ีปลดปล่อยจากปฏิกริ ิยาฟิชชนั มวลกอ่ นปฏกิ ิริยา  mu + mn   235.043925 + 1.008665 มวลหลงั ปฏิกิริยา  236.05259 u   mBa + mKr  mn  140.9144 + 91.9263 + 31.008665  235.866695 u มวลกอ่ นปฏิกิรยิ ามากกวา่ มวลหลงั ปฏกิ ิริยา  236.05259  235.866695 ปฏิกริ ิยานป้ี ลดปล่อยพลงั งาน  0.185895 u  9310.185895  173.1 MeV รูปท่ี 7.9 แสดงการยงิ นิวตรอนเขา้ ชนนิวเคลียสของ 235 U เกดิ 3 นวิ ตรอน และรงั สีแกมมาγ [7.8] 92

| 267 จากสมการการเกดิ ปฏิกริ ิยาฟิชชัน จะเหน็ วา่ ในการเกิดปฏิกิริยาทุกครัง้ จะมนี ิวตรอนปล่อยออกมาครงั้ ละ 3 ตัว นิวตรอนเหลา่ น้ีจะไปชนนวิ เคลยี สของยูเรเนียมท่ีอยู่ใกล้เคียง ทาให้เกดิ ปฏิกิริยาอยา่ งเดียวกัน ตอ่ เนอื่ ง เรียกปฏกิ ิริยานว้ี ่า ปฏกิ ริ ิยาลกู โซ่ (chain reaction) ชนครง้ั ที่ 1 เกิดนวิ ตรอน 31 ตัว เกิดพลงั งาน 173 MeV ชนครง้ั ที่ 2 เกดิ นวิ ตรอน 32 ตัว เกิดพลงั งาน (173)3 MeV ชนคร้งั ที่ 3 เกิดนิวตรอน 33 ตัว เกดิ พลังงาน (173)9 MeV ชนคร้งั ท่ี 4 เกิดนวิ ตรอน 34 ตัว เกดิ พลังงาน (173)27 MeV ชนครั้งท่ี n เกิดนวิ ตรอน 3n ตัว เกดิ พลงั งาน 1733n -1 MeV รปู ที่ 7.10 แสดงการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ [7.9] เนื่องจากปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดข้ึนในช่วงเวลาสั้นมาก พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์จึงมีค่ามหาศาล เฟร์มิ (Fermi) นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีเป็นคนแรกท่ีสามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ โดยควบคุม จานวนและพลังงานของนิวตรอนที่ทาให้เกิดพลังงานฟิชชัน เรียกอุปกรณ์ที่ผลิตพลังงานนิวเคลียร์ท่ี นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมอัตราการเกิดฟิชชัน และปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ สาหรับ การใชป้ ระโยชน์จากพลงั งานทเ่ี กิดขน้ึ จะกลา่ วในหัวข้อถดั ไป

268 | 4) ฟวิ ชนั ปฏกิ ิริยาฟิวชัน (fusion) คือ ปฏกิ ริ ยิ านิวเคลียรซ์ ง่ึ เกดิ จากนวิ เคลียสธาตุเบาหลอมรวมเป็นนิวเคลียสธาตุ ที่หนักกว่าพร้อมกับปล่อยพลังงานออกมา การเกิดปฏิกิริยาฟิวชันสามารถเกิดได้เองตามธรรมชาติ (บนดวง อาทติ ย)์ และสามารถเกดิ ได้ในห้องปฏบิ ตั ิการ - การเกิดฟิวชันในดวงอาทิตย์ บนดวงอาทิตย์พบว่าประกอบด้วยแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็น ส่วนมาก มวลท้ังสองรวมกันได้ 99 เปอร์เซ็นต์ของมวลดวงอาทิตย์ มวลของไฮโดนเจนมีอยู่ประมาณ 2 เท่า ของมวลฮีเลยี ม ที่อุณหภูมิ107 เคลวิน โปรตอนหรือนิวเคลียสของไฮโดรเจนในดวงอาทิตย์จะมีพลังงานสูงมาก จงึ อาจวง่ิ เขา้ ชนและรวมกันเป็นดวิ เทอรอน ดังสมการ 1 H + 1 H  2 H + 01e (7-39) 1 1 1 ดิวเทอรอนทีเ่ กิดข้ึนจะเข้ารวมกับโปรตอนอีกตวั หน่ึง ดังสมการ 2 H + 1 H  3 He (7-40) 1 1 2 3 He + 3 He  4 He + 211He (7-41) 2 2 2 เมอื่ รวมสมการทั้งหมดจะได้ รงั สีบีตา 411H  4 He + 2 01e + 25.7 MeV (7-42) 2 สมการนเ้ี กิดจากอะตอมของไฮโดรเจน 4 อะตอม รวมกันเปน็ นิวเคลียสของฮเี ลียม 1 ตวั ( ) และ รงั สีเบตา (positron) พรอ้ มท้ังปลอ่ ยพลงั งาน = 931 [4(1.007825) – { (4.002604) + 2(0.000549) = 931(0.027598) = 25.7 MeV ฟชิ ชนั บนดวงอาทติ ยส์ ามารถส่งพลังงานจานวนมากมายมหาศาลออกไปเปน็ เวลายาวนาน จนกว่า ไฮโดรเจนบนดวงอาทิตยจ์ ะหมดลง

| 269 รูปท่ี 7.11 แสดงการเกิดปฏิกิริยาฟิวชนั [7.10] - การเกิดฟิวชันในห้องปฏิบัติการ ฟิวชันในห้องปฏิบัติการต้องทาท่ีอุณหภูมิสูงถึง106 108 เคลวิน ซึ่งทาได้โดยใช้ความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชันของยูเรเนียมหรือพลูโทเนียมซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 106 เคลวิน แต่ยังไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยานี้ได้ ระเบิดไอโดรเจนเป็นผลจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน ซง่ึ มพี ลังงานสงู กวา่ ระเบิดนิวเคลียร์มาก เพราะไฮโดรเจน 1 กรัม ทาให้เกิดฟิวชันท่ีมีพลังงานสูงกว่ายูเรเนียม 1 กรัม ถงึ 10 เท่า สมการรวมตัวของดิวเทอรอนในห้องปฏิบตั กิ ารคือ 2 H + 2 H  3 H + 1 H + 4 MeV (7-43) 1 1 1 1 2 H + 2 H  3 H + 1 n + 3.3 MeV (7-44) 1 1 2 1 2 H + 3 H  4 H + 1 n + 17.6 MeV (7-45) 1 1 2 0 2 H + 3 He  4 H + 1 H + 18.3 MeV (7-46) 1 2 2 1 ฟวิ ชนั ของดิวเทอรอนกับทริทอนเกดิ ขึ้นเรว็ มาก พลงั งานรวมที่เกดิ จากการใชด้ วิ เทอรอน 6 ตวั มีค่า 43.2 MeV 6 2 H  6 4 He + 2 11 H + 2 1 n + 43.2 MeV (7-47) 1 2 0 สาหรบั ดิวเทอรอน 1 กิโลกรัม จะใหพ้ ลงั งานถงึ 3.451014 จูล

270 | 7.4 ประโยชน์และโทษของกมั มนั ตภาพรังสีและพลงั งานนิวเคลยี ร์ การศกึ ษานวิ เคลยี สและกมั มันตภาพรงั สี นาไปสกู่ ารนาความร้ทู ่ไี ด้มาใช้ประโยชนใ์ น 2 แนวทาง คือ 1. การนากัมมันตภาพรังสีมาใชง้ าน 2. การใชพ้ ลังงานนวิ เคลยี ร์ 7.4.1 ประโยชนข์ องกัมมนั ตภาพรงั สี 1) การใชก้ มั มนั ตภาพรังสใี นเกษตรกรรม - ใช้ถนอมรักษาอาหาร โดยการนาเอาอาหารประเภทเนื้อสัตว์และผลไม้ไปอาบรังสีในปริมาณท่ี พอเหมาะจะทาใหเ้ นอ้ื สัตวแ์ ละผลไมย้ ดื อายกุ ารเน่าเสยี ลง - ใช้ปรับปรุงพันธุ์พืชบางชนิด โดยการใช้รังสีที่แผ่จากธาตุกัมมันตรังสีไปทาให้โครโมโซมในเมล็ด พนั ธ์พืชเปลีย่ นไป ถ้าได้พนั ธุ์พชื ทดี่ ีกน็ าไปขยายพันธุ์ต่อไป แตถ่ ้าไดพ้ ันธพ์ุ ชื ท่ไี มด่ ีก็จะนาไปทาลาย - ใช้ศึกษาการดูดซึมปุ๋ยของพันธุ์ไม้ โดยใส่ปุ๋ยท่ีมีธาตุกัมมันตรังสีปะปนอยู่ เช่น ฟอสฟอรัส -32 (P-32) และตรวจสอบรังสบี ีตาท่ีปล่อยจากฟอสฟอรัส -32 ที่ใบของต้นไม้ ทาให้ทราบอัตราการดูดซึมของปุ๋ยที่ นาไปใช้ในการสรา้ งอาหาร - ใช้ศกึ ษาเก่ียวกับการผลิตไข่และน้านมของสัตว์ เน่ืองจากต่อมไทรอยด์ และการผลิตน้านมของโคมี ความสัมพันธ์กัน ถ้าทราบการทางานของต่อมไทรอยด์ก็จะทราบการผลิตน้านม ในการศึกษาการทางานของ ต่อมไทรอยด์จะใช้ไอโอดีน -131 (I -131) ซึ่งเป็นธาตุกัมมันตรังสีผสมลงในอาหารสัตว์ ไอโอดีน -131 จะถูก ต่อมไทรอยด์จับไว้ เม่ือตรวจวดั กัมมันตรังสีทแ่ี ผ่จากต่อมไทรอยด์จะทาให้ทราบถึงการทางานของตอ่ มไทรอยด์ 2) การใช้กัมมันตภาพรงั สีในการแพทย์ - ใชร้ ักษาโรคมะเร็ง โดยการฉายรงั สีแกมมาทไี ด้จากโคบอลต์ -60 (Co - 60) เข้าไปทาลายเซลล์มะเร็ง  60Co 60 Ni + 01e 28 27 Ni 60 60 Ni + γ 28 28 - ตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดยฉดี โซเดียม -24 (Na - 24) ในรปู NaCl และตรวจวัดปรมิ าณ รังสีเบตาท่ีได้จากการสลายของโซเดียม -24 - ตรวจความผิดปกติของต่อมไทรอยด์ ต่อมไทรอยด์สามารถจับไอโอดีน -131 (I - 131) ได้ดี ดังนั้น จึงใช้ไอโอดีน -131 ตรวจสอบการทางานของต่อมไทรอยด์ เมื่อต่อมไทรอยด์จับไอโอดีน -131 แล้ววัดรังสีท่ี แผ่ออกมานาไปวเิ คราะห์ จะบอกความผิดปกติของต่อมไทรอยด์ได้

| 271 I131  131 Xe + 0 e (7-48) 54 1 53 3) การใช้กัมมนั ตภาพรงั สใี นด้านอุตสาหกรรม ตัวอย่างของการใชร้ งั สีจากธาตกุ ัมมนั ตภาพรังสใี นอุตสาหกรรม - ควบคุมความหนาแน่นของแผ่นโลหะ โดยใช้รังสีบีตาผ่านแผ่นแม่เหล็กในแนวตั้งฉาก และวัด ปริมาณรังสีท่ีทะลุผ่านแผ่นเหล็กด้วยเคร่ืองตรวจวัดรังสี เคร่ืองตรวจวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปยังเคร่ืองควบคุม ความหนา ถา้ ความหนาของแผ่นโลหะที่รีดผิดไปจากกค่าทีต้ังไว้ เคร่ืองตรวจวัดรังสีจะส่งสัญญาณต่างไปจาก เดิมสเู่ ครือ่ งควบคมุ ความหนา เคร่อื งควบคมุ ความหนาจะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังเคร่ืองรีดเพ่ือปรับการรีดให้ได้ มาตรฐาน - ตรวจความเรียบร้อยในการเช่ือมโลหะ โดยใช้รังสีเอกซ์หรือรังสีแกมมา ยิงผ่านบริเวณรอยเช่ือมต่อ ของท่อสง่ น้ามัน ทอ่ สง่ แกส๊ หรอื อตุ สาหกรรมการกอ่ สรา้ ง แลว้ รังสเี หลา่ นจ้ี ะตกบนแผ่นฟิล์มท่ีอยู่ตรงข้ามกัน เมอื่ นาแผ่นฟิลม์ ไปลา้ งแล้ววิเคราะห์ จะสามารถบอกไดว้ ่ารอยเช่ือมตอ่ แข็งแรงสมบูรณ์หรือไม่ 4) การใชก้ มั มันตภาพรงั สีหาอายุของวตั ถุโบราณ การหาอายุวัตถุโบราณมีความสาคัญมากในการศึกษาโบราณคดีและธรณีวิทยา การหาอายุของ โบราณวัตถุนี้อาศัยหลักการที่ว่า องค์ประกอบสาคัญของส่ิงมีชีวิตท้ังหลายคือ คาร์บอน -12 ซ่ึงเป็นธาตุเสถียร และจะมีคาร์บอน -14 เปน็ ธาตุกัมมันตรงั สีปนอยเู่ ลก็ น้อย เมื่อคารบ์ อนทงั้ สองชนิดรวมกับแก๊สออกซิเจน จะได้ แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ ซ่งึ พชื ใชใ้ นการปรงุ อาหาร ในขณะที่พืชมีชีวิตอยู่ พบว่า อัตราส่วนระหว่างคาร์บอน -14 ต่อคาร์บอน -12 (C-14) : (C-12) จะคง ตวั และเมอ่ื พชื ตายลงไป อัตราสว่ นนี้จะลดลง เพราะคาร์บอน -14 จะสลายโดยมีเวลาคร่ึงชีวิต 5,760 ปี ดังน้ัน ถ้าเราทราบอัตราส่วน C-14 : C-12 ทีเ่ หลอื อยู่ ก็สามารถคานวณหาอายุของพืชหรอื ตน้ ไม้นัน้ ได้ ในสัตว์ก็สามารถคิดได้เช่นเดียวกัน เพราะสัตว์อาศัยพืชเป็นอาหาร เม่ือมีชีวิตอัตราส่วน C-14 : C12 จะคงตวั เชน่ กัน และเมื่อสตั วต์ ายอัตราสว่ นนี้จะลดลง ดงั นั้นเม่ือกระดูกของสัตว์นั้นมาวัดอัตราส่วน C-14 : C- 12 ที่เหลืออยู่ ก็จะทราบอายุของสตั วน์ ั้น ๆ 7.4.2 การใชพ้ ลังงานนวิ เคลียร์ การใช้พลงั งานนวิ เคลียร์อาจแบ่งออกได้เปน็ 2 ประเภท คือ - พลังงานนวิ เคลียร์ทถ่ี กู ปลดปลอ่ ยออกมาในลกั ษณะเฉยี บพลนั เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ท่ีควบคุมไม่ได้ พลังงานของปฏกิ ริ ยิ าจะเพ่ิมข้นึ อยา่ งรวดเร็ว เป็นเหตุทาให้เกิดการระเบิด ได้แก่ระเบิดปรมาณู (atomic bomb)

272 | ระเบิดไอโดรเจน และหัวรบนิวเคลียร์แบบต่าง ๆ การใช้ระเบิดนิวเคลียร์ในโครงการด้านสันติ ได้แก่ การขุด หลมุ ลึกขนาดใหญ่ เช่น การขุดอ่างเก็บน้า การทาท่าเรือน้าลึก การตัดช่องเขา และการขุดโพรงใต้ดินสาหรับ กระตุ้นแหล่งนา้ มัน หรอื แกส๊ ธรรมชาติในช้ันหินลึก รวมท้ังในการผลิตเหม่งน้ามัน หรือแก๊สธรรมชาติในชั้น หนิ ลกึ รวมท้งั ในการผลติ เหมืองแร่ รูปที่ 7.12 แสดงการเกิดปฏิกริ ิยาฟวิ ชัน [7.11] - พลังงานจากปฏิกิริยาซ่ึงควบคุมได้ ในปัจจุบันปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้ตลอดเวลา และ นามาใช้ประโยชน์ได้คือ ปฏิกิริยาฟิชชัน ห่วงโซ่ของไอโซโทปยูเรเนียม -235 ใช้ในการผลิตไฟฟ้าปริมาณ มากเพ่อื ใหเ้ พยี งพอต่อความต้องการพลงั งานไฟฟา้ ซง่ึ เพม่ิ ข้ึนอยา่ งรวดเร็ว การผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ ใช้หลักการเดียวกับโรงงานไฟฟ้าเครื่องจักรไอน้า แต่ แทนทจ่ี ะใช้ถ่านหินหรือแก๊สธรรมชาติเป็นเช่ือเพลิงท่ีให้ความร้อนกับน้า เปลี่ยนมาใช้ยูเรเนียม -235 เป็นเช้ือ เพลงแทน ยเู รเนยี ม -235 จะแฝงตัวอยู่ในตัวมอเดอเรเตอร์ (moderator) และมีแท่งควบคุม (control rod) ซึ่งทา หน้าท่ีควบคุมอัตราการเกิดฟิชชัน เม่ือฟิชชันภายในเคร่ืองปฏิกรณ์นิวเคลียร์ พลังงานจะถูกปล่อยในรูปของ ความรอ้ น และถูกถา่ ยโอนออกจากเคร่อื งปฏิกรณ์นวิ เคลียรโ์ ดยของเหลว ของเหลวจะนาความร้อนไปยังเครื่อง

| 273 ถ่ายโอนความร้อน นาไปต้มน้าให้กลายเป็นไอ แล้วนาไอน้าไปหมุนกังหันของเคร่ืองกาเนิดไฟฟ้าเพ่ือผลิต กระแสไฟฟ้าต่อไป มีแผนภูมดิ งั รูป 7.13 รูปท่ี 7.13 แสดงแผนภูมิโรงไฟฟ้าพลังงานนวิ เคลียร์ [7.12] 7.4.3 กัมมนั ตภาพรังสีในธรรมชาติ ในชีวิตประจาวันเราได้รับรังสีจากภายนอกตลอดเวลา เช่น รังสีจากนอกโลก ซึ่งเรียกว่า รังสีคอสมิก (โดยแหลง่ กาเนดิ ทใี่ หญ่ท่ีสดุ ของรังสนี ี้คือดวงอาทิตย์) รังสีจากโลก (พ้ืนดิน น้า อากาศ) ซ่ึงมีปริมาณแตกต่าง กนั ออกไปตามสภาพภมู ศิ าสตร์ แต่รังสีทีได้รับตามธรรมชาตเิ หลา่ นม้ี ีปริมาณท่ไี ม่เป็นอนั ตรายต่อร่างกาย แต่ผู้ท่ี ต้องทางานเกี่ยวกบั รงั สี หรือมีเหตจุ ะตอ้ งได้รับรังสมี ากกวา่ ในธรรมชาติอาจทาให้เกิดอันตรายได้ดังรูปที่ 7.14

274 | รูปท่ี 7.14 แสดงปรมิ าณของรงั สีทพ่ี บในชวี ติ ประจาวัน [7.13] 7.4.4 อนั ตรายจากกมั มันตภาพรังสี เม่ือกัมมันตภาพรังสีจากธาตุกัมมันตรังสีผ่านเข้าไปในเนื้อเย่ือของส่ิ งมีชีวิตจะทาให้เนื้อเยื่อ เปลยี่ นแปลง คือ อาจทาให้เน้ือเย่ือตายทันทีหรือเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจนาไปสู่สาเหตุของการเป็นโรคมะเร็ง ได้ ความรนุ แรงของอันตรายท่เี กิดขึ้นต่อร่างกายข้ึนกับปริมาณของกัมมันตภาพรังสีในช่วงเวลาที่ร่างกายได้รับ และสว่ นของรา่ งกายที่รบั กัมมันตภาพรงั สนี ัน้ รูปที่ 7.15 แสดงปรมิ าณของรงั สที ่ีพบในชีวิตประจาวัน [7.14]

| 275 7.4.5 การป้องกันอนั ตรายจากกมั มันตภาพรงั สี อาจกลา่ วไดโ้ ดยยอ่ ดงั น้ี 1. เน่ืองจากปริมาณกัมมันตภาพรังสีที่ร่างกายได้รับข้ึนกับเวลา ดังน้ันถ้าจาเป็นต้องเข้าใกล้บริเวณที่มี ธาตกุ มั มันตภาพรังสีควรใช้เวลาสน้ั ท่สี ุดเทา่ ทีจ่ ะทาได้ 2. เนอ่ื งจากปริมาณกมั มันตภาพรังสีจะลดลงถ้าบรเิ วณนน้ั อยู่หา่ งไกลจากแหลง่ กาเนิดมากขึ้น ดังน้ันจึง ควรอยู่ห่างบริเวณทีม่ ธี าตกุ ัมมันตรังสีให้มากที่สดุ 3. ใชเ้ ครอ่ื งกาบังรังสี เช่น ใช้ตะก่ัวหรือคอนกรีตเป็นเครื่องกาบังรังสีแกมมาและบีตา ใช้น้าเป็นเครื่อง กาบงั นวิ ตรอน เปน็ ตน้ 4. สาหรบั ผทู้ ่ที างานเกี่ยวกบั รังสีควรมเี ครอ่ื งมือสาหรับตรวจสอบปริมาณรังสีที่ติดตัวขณะทางาน โดย ปริมาณรังสีต้องไมเ่ กนิ เกณฑ์ทก่ี าหนด รปู ที่ 7.16 แสดงหลกั การป้องกนั อันตรายจากสารกัมมันตภาพรังสี [7.15]

276 | Web Guide: [7.1] https://web.lemoyne.edu/giunta/ea/BECQUERELann.HTML [7.2] http://www.physics.rutgers.edu/ugrad/227/L13%20Magnetic%20field%20Magnetic%20force%20on%20c harges.pdf [7.3] www.gla.ac.uk/media/media_214758_en.ppt [7.4] https://sites.google.com/site/chadwickexperiment/home [7.5] http://pubs.usgs.gov/of/2004/1050/uranium.htm [7.6] http://chemistry.tutorvista.com/nuclear-chemistry/radioactive-decay.html [7.7] http://www.docstoc.com/docs/4863750/CHART-OF-THE-NUCLIDES-plu-De-s-d-fic [7.8] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/u235chn.html [7.9] http://www.glogster.com/emilybelinda/fusion-vs-fission/g-6n47tpsdb3av7mduigmu49k [7.10] http://www.glogster.com/emilybelinda/fusion-vs-fission/g-6n47tpsdb3av7mduigmu49k [7.11] http://www.factslides.com/s-Atomic-Bomb [7.12] http://blog.school.net.th/blogs/prasitporn.php/2010/06/25/-288 [7.13] http://indiatoday.intoday.in/story/radioactive-exposure-effects-on-human-body/1/132532.html [7.14] http://www.veteranstoday.com/2011/11/09/catastrophic-effects-of-radiation-contamination/fig-15- birthdefs/ [7.15] http://www.slideshare.net/jyotimannath/radiation-protection-37647956 **นักศึกษาสามารถหาขอ้ มูลเพิ่มเติมได้จาก Website ที่แนะนาไว้ข้างต้นและจากรายชอ่ื หนงั สอื ที่ใชป้ ระกอบการสอน**

| 277 กจิ กรรมท่ี 7 กัมมนั ตภาพรังสีและการนาไปใช้ประโยชน์ คาสง่ั ให้นักศึกษาตอบคาถามตอ่ ไปนี้ โดยใช้ความรู้ทเี่ รยี นมาหรือหาแหล่งอา้ งองิ จากหนงั สือหรืออินเตอร์เน็ต กจิ กรรมความคดิ รวบยอด 1. ใหน้ กั ศึกษาระบชุ ่ือของสารกมั มันตภาพรงั สพี ร้อมประโยชนใ์ นด้านตา่ งๆให้ไดม้ ากที่สดุ a. ด้านเกษตรกรรม …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. b. ด้านการแพทย์ …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. c. ดา้ นโบราณคดีและสง่ิ แวดล้อม …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. d. ดา้ นอุตสาหกรรม …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

278 | 2. ใหน้ กั ศึกษาวาดรปู การทางานของโรงงานไฟฟ้าถา่ นหินและโรงงานไฟฟ้าพลังงงานนิวเคลยี ร์ (a) โรงไฟฟ้าถ่านหิน (b) โรงไฟฟา้ พลงั งานนวิ เคลียร์ 2.1 อธิบายการทางานของทัง้ 2 โรงงานและเปรยี บเทยี บข้อดีและข้อเสยี …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. 2.2 จงยกตัวอยา่ งเหตกุ ารณ์การระเบิดของโรงงานพลงั งานไฟฟ้านิวเคลียร์และผลกระทบที่เกิดขึน้ …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

| 279 2.3 นักศึกษาคิดว่าประเทศไทยพร้อมหรือยังสาหรับการสร้างโรงงานไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ จงอธบิ ายและใหเ้ หตผุ ล …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. 2.4 หากมีสารกมั มันตภาพรังสีท่เี ปน็ ลักษณะของแขง็ ตกหล่น ณ หน้าร้านกว๋ ยเต๋ียว ด้านล่างตึก บรหิ ารธุรกจิ ในฐานะที่นกั ศึกษาได้เรยี นรู้เกี่ยวกบั การป้องกันตนเองจากรงั สขี องสารกัมมันตภาพรังสี ให้นกั ศึกบอกขัน้ ตอนการเก็บกู้สารกมั มันตภาพรังสีระหว่างรอเจา้ หน้าจากกรม ปรมาณูเพือ่ สันติ …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. …………………………………............................................................................................................................. ………………………………….............................................................................................................................

280 | แบบฝึกหัดเพิ่มพนู ประสบการณ์ จงเลือกคาตอบทีถ่ กู ต้องทีส่ ดุ และแสดงวธิ ีทาเพอ่ื ให้ได้คาตอบ 1. จากรูปเป็นการศึกษาสมบัติของรังสีท่ีถูกส่งออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีในกล่องตะก่ัว หากนักเรียนพบว่ามี รงั สีเมอ่ื ว่ิงผ่านสนามแม่เหล็ก B อย่างตง้ั ฉาก แล้วเบ่ียงเบนไป 4 ทิศทาง A , B , C และ D ควรจะเป็นรังสีใน ขอ้ ใดตามลาดับ A B C กล่องตะก่วั D ฉาก 1. แอลฟา , นวิ ตรอน , แกมมา และเบตาลบ 3. เบตาลบ , แอลฟา , แกมมา และเบตาบวก 2. เบตาบวก , แอลฟา , แกมมา และเบตาลบ 4. เบตาบวก , แกมมา , เบตาลบ และนวิ ตรอน 2. จากรูปเป็นการทดลองของแชดวิกท่ีใช้รังสีแอฟาระดมยิงใส่เบริลเลียม สิ่งท่ีได้คือนิวตรอน เพราะเหตุใด แชดวิกจงึ ไม่เชอ่ื ว่าสิ่งทไ่ี ดค้ ือรงั สแี กมมา r 1. รังสแี กมมาเปน็ คลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้า a 2. รังสีแกมมาไมส่ ามารถชนโปรตอนของ กล่องตะกว่ั P พาราฟินให้กระเด็นออกมา เบรลิ เลยี ม 3. นวิ ตรอนไมม่ ปี ระจไุ ฟฟา้ 4. รงั สีแกมมามีอานาจทะลุทะลวงสงู พาราฟิน

| 281 3. 60 Co เปน็ สัญลักษณน์ วิ เคลยี สโคบอลต์ คา่ ของเลขอะตอม เลขมวล และจานวนนิวตรอน คอื ขอ้ ใด 27 1. 27 , 60 และ 33 2. 27 , 33 และ 60 3. 33 , 27 และ 60 4. 33 , 60 และ 27 4. จากสมการการสลายตวั นี้ 221 Fr  X + γ + Q 87 X เป็นนวิ เคลยี สใหม่ทีเ่ กดิ ขนึ้ Q เป็นพลังงานท่ีไดอ้ อกมา จงหาว่า X คอื นิวเคลียสในข้อใด 1. X217 2. X221 85 88 3. X220 4. X221 87 87 5. ในการสลายตัวต่อ ๆ กันของธาตุกัมมันตรังสี โดยเร่ิมจาก 238 U เมื่อสลายให้อนุภาคทั้งหมดเป็น 2α, 2β 92 และ 2γ จะทาใหไ้ ด้นิวเคลียสใหม่ มจี านวนโปรตอน และจานวนนวิ ตรอนเท่าใด 1. จานวนโปรตอน 88 จานวนนวิ ตรอน 140 2. จานวนโปรตอน 90 จานวนนิวตรอน 140 3. จานวนโปรตอน 88 จานวนนิวตรอน 142 4. จานวนโปรตอน 90 จานวนนิวตรอน 142 6. 144  140 4 Q จะเป็นเท่าไหร่ (กาหนดมวลของ Nd-144 , Ce-140 และอนุภาค 58 2 ค่า Q60 Nd Ce + He + แอลฟาเท่ากบั 143.90998 u , 139.90528 u และ 4.002604 u) 1. 2.10 MeV 2. 1.95 MeV 3. 1.50 MeV 4. 1.21 MeV 7. สารกัมมันตรังสี A , B และ C สลายตัวให้รังสีแกมมาด้วยค่าคงตัวการสลายตัวเป็น λ, λ และ 2λ 2 ตามลาดบั จากกราฟการสลายตัวดงั รปู สรปุ ไดว้ า่ N 1. กราฟ 1 , 2 และ 3 เปน็ กราฟแสดงการสลายตัวของสาร A , B และ C ตามลาดบั ������ 2. ครง่ึ ชวี ติ ของ C นอ้ ยกว่า B และน้อยกวา่ A 3 3. ครึ่งชวี ิตของ A มากกวา่ B แต่นอ้ ยกว่า C 12 4. ปริมาณของสารทีเ่ หลอื ของ A จะมากกวา่ C แตน่ อ้ ยกว่า B เม่ือเวลาผา่ นไปเท่ากัน t