หน่วยที่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ เอกสารประกอบการเรียน 1_65

เอกสารประกอบการเรียน 19-4000-1301วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยุกต์ 3(3-0-6) (Science for Applied Technology) หน่วยการเรยี นรทู้ ี่ 5 เรื่อง พลังงานนวิ เคลียร์ อรนุช กอสวัสดิพ์ ฒั น์

2 หน่วยการเรียนที่ 5 พลังงานนิวเคลยี ร์ หวั เรื่อง 1. บทนำ Introduction 2. ชนิดของกัมมันตภาพรงั สี 3. ปฏิกริ ยิ านิวเคลียร์ 4. เวลาครง่ึ ชวี ิต 5. พลงั งานยดึ เหนีย่ วของนวิ เคลียส 6. ปฏิกริ ยิ าฟิชชันและปฏิกริ ิยาฟวิ ชัน 1. บทนำ Introduction พลงั งานนิวเคลยี รเ์ ป็นพลังงานท่เี กดิ จากการเปล่ยี นแปลงของนิวเคลียสของอะตอมของธาตุบางธาตุ พลงั งาน นวิ เคลียรส์ ามารถปลดปลอ่ ยรงั สี และอนุภาคต่างๆ เช่น รงั สเี อกซ์ รังสีแกมมา อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา อนุภาคโปรตอน และถ้ามกี ารปลดปลอ่ ยอนภุ าคอิเลก็ ตรอนท่ีอยรู่ อบนวิ เคลียสดว้ ย ถือวา่ เปน็ การ เปลยี่ นแปลงของอะตอมซึ่งมชี ือ่ ภาษาไทยว่า ปรมาณู จงึ เรยี กพลงั งานชนิดนวี้ า่ พลงั งานปรมาณู พลังงานนิวเคลียรม์ ีท้ังทีเ่ กิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เชน่ ในดวงอาทิตย์ ในพนื้ ดิน และทีเ่ กดิ จากการกระทำของ มนุษย์ พลงั งานนวิ เคลยี ร์นอกจากสามารถปลดปลอ่ ยออกมาในรูปของรังสี และอนุภาค ซงึ่ บางครั้งเราเรียก รวมๆ กนั วา่ รงั สี ตามท่กี ลา่ วมาแล้ว ยงั สามารถปลดปลอ่ ยพลังงานชนิดอ่ืนออกมาด้วย เชน่ พลงั งานความร้อน พลงั งานแสง วิธีการปลดปลอ่ ยพลงั งานมี 3 ลกั ษณะ คอื 1) พลังงานนิวเคลียรท์ ่ีถกู ปลดปลอ่ ยออกมาในลักษณะเฉยี บพลนั 2) พลงั งานจากปฏิกิริยานิวเคลยี รซ์ งึ่ ควบคุมได้ และ 3) พลงั งานนิวเคลียรจ์ ากสารกมั มันตรงั สี เราจงึ เลอื กใชล้ ักษณะการปลดปล่อยพลังงานใหเ้ หมาะสมกบั การใชง้ าน เช่น การปลดปล่อยแบบเฉยี บพลนั ใชใ้ นการขดุ หลุมลกึ ขนาดใหญ่ การขุดทำโพรงใตด้ นิ สำหรบั การกระตนุ้ แหลง่ น้ำมัน หรือกา๊ ซธรรมชาติ พลงั งาน นิวเคลียรท์ ี่ควบคมุ ได้ เช่น เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู หรอื เครอื่ งปฏิกรณน์ วิ เคลยี ร์ ทใี่ ชผ้ ลิตสารกมั มนั ตรังสี และ โรงไฟฟา้ นิวเคลยี ร์ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรู้ท่ี 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

3 ประเทศไทยเป็นประเทศแรก ในภูมิภาคเอเชียตะวนั ออกเฉยี งใต้ ที่มีเครอ่ื งปฏกิ รณ์ปรมาณูวิจยั โดยมี การใช้ประโยชนใ์ นดา้ นการวจิ ัยด้านนวิ เคลียร์ฟสิ ิกส์ อันไดแ้ ก่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ท่เี กดิ จากนวิ ตรอน ในนวิ เคลียส ของธาตุต่างๆ -งานผลติ ไอโซโทปรงั สี เพอ่ื ใชใ้ นการแพทย์ โดยการใชร้ ังสีจากไอโซโทป สำหรบั การตรวจวินจิ ฉัยโรค และการบำบดั รักษาโรค -งานถ่ายภาพวสั ดุ เพ่ือตรวจสอบดลู กั ษณะภายในของวัสดวุ า่ เป็นโพรง มฟี องอากาศ รอยรา้ ว รอยร่ัว โดยไม่ต้องทำลายช้ินงาน -งานเปลย่ี นสีของอญั มณี เชน่ พลอยประเภทโทแพซ และทวั ร์มาลีน เพอ่ื เพม่ิ มลู ค่า ไดม้ ีการนำรงั สี หรอื สารกมั มนั ตรงั สี โดยใชเ้ ทคโนโลยนี ิวเคลยี ร์ทีไ่ ดม้ กี ารคดิ ค้น และปรบั ปรุง เพอื่ ประโยชนใ์ น ดา้ นต่างๆ คือ การแพทยแ์ ละอนามยั อตุ สาหกรรม การเกษตร และสงิ่ แวดลอ้ ม การคน้ พบกัมมันตภาพรงั สี ปลายครสิ ตศ์ ตวรรษท่ี 19 ในปี ค.ศ. 1896 ออ็ งตวน อ็องรี เบคเคอเรล ( Antoine Henri Becquerel ) ค้นพบว่า เกลือของแรย่ เู รเนียมมรี ังสปี ระหลาดสามารถทำให้ฟลิ ม์ ถ่ายรปู ดำได้ ทำให้เขาเปน็ คน แรกที่ค้นพบกมั มนั ตภาพรังสี เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาตซิ ึง่ มีมาต้งั แต่ดึกดำบรรพ์ ท่มี า : https://th.wikipedia.org/wiki/ เบคเคอเรล เป็นคนแรกที่ทำการทดลองเกีย่ วกบั การแผร่ ังสีเอกซจ์ ากสารชนดิ ต่าง ๆ โดยการนำฟลิ ม์ ถา่ ยรูปห่อสารประกอบยูเรเนียมแล้วใช้กระดาษหอ่ ทับไวอ้ กี ช้นั หนึ่งเพอ่ื ไมใ่ หแ้ สงเขา้ เมอ่ื นำชดุ การทดลองไปวาง เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

4 ไวก้ ลางแจ้งใหร้ บั ความรอ้ นจากแสงแดด แล้วนำฟิลม์ ไปลา้ ง พบวา่ ฟิล์มจะดำทุกครง้ั ตอนแรกเบคเคอเรลคิดวา่ การดำของฟลิ ม์ เกดิ จากรงั สเี อกซ์ท่ีแผอ่ อกมาจากสารประกอบยเู รเนียม เมื่อถูกความรอ้ นจากแสงแดด แตม่ คี รงั้ หน่งึ เขาลืมชุดการทดลองไวใ้ นล้นิ ชกั ซึง่ ไมถ่ ูกแสงเลย ปรากฏวา่ ฟลิ ม์ ทห่ี อ่ ชดุ การทดลองดำคลา้ ย ๆ กบั ฟลิ ม์ ที่ ถกู แสง เมอ่ื ทำการทดลองซำ้ หลาย ๆ ครงั้ ผลทป่ี รากฏเป็นเชน่ เดมิ และยังพบวา่ รอยดำจะมากหรอื น้อยขนึ้ อยกู่ บั จำนวนอะตอมในสารประกอบรังสีท่แี ผอ่ อกมานี้ มีสมบัติเหมือนกบั รงั สเี อกซ์ กลา่ วคือ มคี วามเข้มน้อยกว่ารงั สี เอกซ์ และแผ่ออกมาตลอดเวลาโดยไมจ่ ำเปน็ ต้องมีโฟตอนของแสงภายนอกมาให้พลงั งาน ทงั้ ยงั ทำใหอ้ ากาศแตก ตัวเปน็ ออิ อนได้ดกี วา่ รงั สเี อกซ์ รังสดี ังกล่าวไดช้ ่ือวา่ กัมมนั ตภาพรงั สี และธาตทุ แี่ ผร่ ังสนี ้อี อกมาเรยี กว่า ธาตุ กมั มนั ตรังสี มาดาม มารี คูร่ี (MADAM MARIE CURIE) เชอ่ื วา่ รงั สปี ระหลาดมาจากธาตเุ คมใี นแร่ยเู รเนยี ม และได้ ทำการทดลองคน้ คว้าอยา่ งอดทน จนพบและแยกธาตุนั้นออกได้ แลว้ ใหช้ ือ่ ว่า เรเดียม ซึ่งแปลวา่ ธาตุส่องแสง สมบัตทิ ี่น่าทงึ่ ของเรเดียมคือ ความสามารถในการปลอ่ ยพลงั งานออกมาในสภาพรงั สไี ดต้ ลอดเวลา เมื่อไดศ้ ึกษา การปล่อยรังสีของเรเดยี มและยเู รเนียมอย่างละเอยี ด พบว่าเรเดยี มมีน้ำหนักลดไปเลก็ นอ้ ยหลงั จากท้ิงไว้นาน ๆ ทม่ี า : https://th.wikipedia.org/wiki/ https://sites.google.com/site/ home/madam-ma-ri- khu-ri เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นร้ทู ่ี 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

5 ค.ศ. 1899 เออร์เนสต์ รัทเธอรฟ์ อร์ด (Ernest Rutherford) พบวา่ ธาตยุ ูเรเนียมแผร่ งั สไี ด้ 2 ชนดิ และ ได้ตั้งชื่อรงั สที ีม่ ีอำนาจทะลทุ ะลวงต่ำกว่า รงั สแี อลฟา และรงั สที มี่ อี ำนาจทะลทุ ะลวงสงู วา่ รังสีบีตา เออร์เนสต์ รัทเธอรฟ์ อร์ด (Ernest Rutherford) ท่ีมา : https://th.sciencenetnews.com/ ค.ศ. 1900 พอล อูริช วลิ ลาร์ด (Paul Ulrich Villard) นกั ฟิสกิ สฝ์ รงั่ เศส พบรังสีแกมมา ซึง่ มีอำนาจทะลุ ทะลวงสงู กว่ารังสีบตี า พอล อูริช วลิ ลาร์ด (Paul Ulrich Villard) ทม่ี า : http://gammaraysatitpm.blogspot.com/ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลังงานนวิ เคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

6 ค.ศ. 1900 เบคเคอเรล พบวา่ รงั สีบีตาคอื อนภุ าคอิเล็กตรอนท่มี ีความเร็วสงู มาก Henri Becquerel การสลายตัวให้รงั สบี ีตา ทีม่ า : https://biografia.fandom.com/pl/wiki/Henri_Becquerel ค.ศ. 1903 แรมเชย์ และซอดดี พบวา่ รังสแี อลฟาคอื อะตอมของฮีเลียมทีข่ าดอเิ ลก็ ตรอนไป 2 ตวั หรอื นิวเคลียสของฮีเลยี ม และรงั สแี กมมาคือคล่นื แมเ่ หล็กไฟฟา้ ทมี่ ีความถส่ี งู มาก (โดยมคี วามถส่ี งู กวา่ รงั สเี อกซ์) วิลเลียม แรมเซย์ William Ramsay เฟรเดอรคิ ซอดดี Frederick Soddy ที่มา : https://th.wikipedia.org/wiki/ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรทู้ ี่ 5 พลังงานนวิ เคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )

7 เลขมวล เลขอะตอมและสัญลกั ษณ์ของ Nucleus นิวคลีออน คือ อนภุ าคทีร่ วมกันอยูภ่ ายในนิวเคลียส ซ่งึ หมายถึง โปรตอน (Proton, 11H) และ นิวตรอน (Neutron, 01n) สญั ลกั ษณข์ อง Nucleus เขยี นไดเ้ ป็น zAX X เปน็ สญั ลักษณ์ของธาตชุ นดิ นั้น หรือ สญั ลักษณ์ของ Nucleus นน้ั พบไดใ้ นตารางธาตุ เป็นตวั ย่อ ภาษาองั กฤษพมิ พใ์ หญ่ หรอื อาจมพี มิ พเ์ ล็กเขยี นประกอบดว้ ย เชน่ N หมายถึงธาตคุ ารบ์ อน Na หมายถึงธาตุ โซเดยี ม U หมายถงึ ยูเรเนียม เป็นตน้ A เป็นเลขมวลของธาตุ หมายถึง จำนวนนวิ คลอี อน (Nucleon) ภายในนวิ เคลียส (Nucleus) หรอื เป็น เลขจำนวนเต็มทมี่ คี า่ ใกล้เคียงกับมวล atom ในหนว่ ย u ของธาตุนัน้ Z เปน็ เลขอะตอม หมายถงึ จำนวนโปรตอนภายในนิวเคลยี สของอะตอม Nucleus ตารางธาตุ (Periodic Table of the Elements) ท่มี า : https://blog.startdee.com/ เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรียนรูท้ ี่ 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

8 การเกิดกมั มันตภาพรงั สี 1. เกดิ จากนิวเคลียสในภาวะพ้นื ฐานรับพลงั งานจำนวนมากทำให้นวิ เคลียสกระโดดไปสรู่ ะดบั พลงั งานที่ สูงข้ึนกอ่ นกลบั ส่ภู าวะพื้นฐานนิวเคลียสจะคายพลงั งานออกในรูปโฟตอนทม่ี พี ลงั งานสงู ย่านความถ่รี ังสี แกมมา 2. เกิดจากการทน่ี ิวเคลียสบางอัน อยใู่ นสภาพไมเ่ สถียร คือ มีอนภุ าคบางอนภุ าคมากหรอื นอ้ ยเกินไป ลกั ษณะนี้นวิ เคลยี สจะปรบั ตัว คายอนุภาคแอลฟาหรอื เบตาออกมา สมมติฐานของ Rutherford และ Soddy เก่ยี วกับการสลายตัวของธาตกุ มั มันตรังสี 1. ธาตุกัมมันตรงั สจี ะแตกตัวออกเปน็ สารใหมด่ ้วยการปลดปลอ่ ยอนุภาคแอลฟาหรือบตี า ธาตุใหมท่ ไี่ ดจ้ าก การแตกตวั จะเปน็ อะตอมของธาตุใหม่ ซงึ่ มสี มบัติทางเคมผี ดิ แผกไปจากอะตอมของธาตเุ ดมิ และใน บางครง้ั อะตอมของธาตใุ หมจ่ ะเป็นธาตกุ มั มันตรงั สซี งึ่ สามารถแยกกมั มันตรงั สตี อ่ ๆ ไปอีก 2. การสลายตัวทเ่ี กดิ ขึ้นของธาตุกมั มันตรังสีไม่ข้ึนกับอิทธิพลของสภาพแวดลอ้ มภายนอกของนิวเคลียสเลย เชน่ ความดนั อุณหภูมิ แตก่ ารสลายตัวนจ้ี ะเป็นไปตามหลกั ของทางสถิติท่ีเกี่ยวกบั โอกาส และ กระบวนการสุ่มและอัตราการสลายตัวของนิวเคลยี สของธาตุกมั มันตรงั สี เป็นสัดส่วนโดยตรงกบั จำนวน ของนวิ เคลยี สท่พี ร้อมจะเกิดการสลายตัว กจิ กรรม 1 คำถามที่ 1 ทำไมฟลิ ม์ ที่แบคเคอเรลทง้ิ ไว้ในหอ้ งทดลอง โดยไม่ถกู แสงแดดเลยจงึ ปรากฏดำเขม้ กว่าฟลิ ม์ ทไี่ ด้จาก ชุดการทดลองทน่ี ำไปวางไวก้ ลางแดด แนวคำตอบ เพราะการสลายตัวของรงั สี (ซงึ่ ทำให้ฟลิ ม์ กลายเปน็ สีดำเข้ม หรือ เสยี ) ไม่ไดข้ ้นึ กับความร้อน หรือแสงแดดแตอ่ ยทู่ เ่ี วลาเทา่ น้ัน คำถามที่ 2 เบคเคอเรลทราบไดอ้ ยา่ งไรว่ารงั สที ี่ออกมาจากสารประกอบของยูเรเนียมไมใ่ ช่รงั สเี อกซ์ แนวคำตอบ เพราะรงั สเี อกซ์จะหมดไปทนั ทีถ้าไม่มไี ฟฟ้าแรงสูงปอ้ นเขา้ ไป คำถามที่ 3 เบคเคอเรลคน้ พบกมั มนั ภาพรงั สจี ากสารประกอบในขอ้ ใด 1. ทอเรียม 2. ตะก่ัว 3. เรเดียม 4. ยเู รเนยี ม เฉลย ขอ้ ท่ีถกู ตอ้ งคอื ขอ้ 4 ยเู รเนียม เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรียนรู้ที่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )

9 คำถามที่ 4 จงตอบคำถามต่อไปน้ีให้ถกู ตอ้ ง 1. ต้นกำเนดิ ของกมั มนั ตรงั สเี กิดทสี่ ่วนใดของอะตอม แนวคำตอบ เกดิ ท่ีนิวเคลียส 2. ผคู้ น้ พบกมั มนั ตรังสีคนแรก คอื ใคร แนวคำตอบ เบคเคอเรล หรอื ชื่อเตม็ คอื ออ็ งตวน ออ็ งรี เบคเคอเรล ( Antoine Henri Becquerel ) 3. เบคเคอเรล ได้เตรียมมการทดลองเก่ียวกับสารประกอบของยูเรเนยี มอย่างไร เพ่ือให้สารประกอบของ ยูเรเนียมแผร่ งั ออกมา แนวคำตอบ เขาเตรียมสารประกอบยเู รเนยี มไว้กับฟลิ ์มซงึ่ หอ่ กระดาษดำ บางชดุ เกบ็ ไวใ้ นห้องทดลอง และบางชดุ นำไปตากแดดไว้ คำถามท่ี 5 จากการทดลองหากมั มันตภาพรงั สีของสาร A โดยใช้วธิ ีของเบคเคอเรล ปรากฏว่าไมม่ ีรอยดำบนฟิลม์ เม่ือนำฟลิ ม์ นน้ั ไปลา้ ง แสดงว่า A เป็นสารอย่างไร 1. เสถียร 2. เสถยี รหรอื แผร่ ังสีแอลฟา 3. ไม่เสถยี รหรอื แผร่ งั สีบีตา 4. แผ่รังสแี อลฟาและรงั สบี ตี า เฉลยข้อทีถ่ ูกต้องคอื ข้อ 2 เสถียรหรอื แผร่ งั สแี อลฟา ชนดิ ของกัมมันตภาพรงั สี กมั มันตภาพรงั สมี ี 3 ชนิด คือ รงั สีแอลฟา (alpha) รงั สบี ีตา (Beta) และรงั สีแกมมา (gamma) สมบัตขิ องกมั มันตภาพรงั สี รงั สีแอลฟา (alpha) คือ นวิ เคลียสของอะตอมของธาตฮุ ีเลยี มซ่งึ ประกอบด้วยโปรตอน 2 อนุภาค และ นิวตรอน 2 อนุภาค มมี วลประมาณ 4U และมีประจุ +2e โดยเฉล่ยี มพี ลังงานประมาณ 4 – 10 MeV เมอ่ื เคล่ือนทผี่ า่ นอากาศจะทำให้อากาศทร่ี งั สีผ่านเกิดการแตกตวั เป็นอิออนไดจ้ ำนวนมาก (เพราะอนุภาคแอลฟามี ขนาดใหญแ่ ละมีประจมุ ากกว่ารงั สีชนิดอ่ืน จงึ เกิดชนและเหน่ียวนำอะตอมของอากาศใหแ้ ตกตวั ไดม้ าก) ทำให้ เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรยี นร้ทู ่ี 5 พลังงานนวิ เคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

10 อนภุ าครังสีแอลฟามกี ารสูญเสยี พลังงานอยา่ งรวดเรว็ จงึ มอี ำนาจการทะลผุ ่านนอ้ ย (สามารถวิ่งผา่ นอากาศไปได้ ไกลเปน็ ระยะทางประมาณ 3-5 เซนติเมตรเท่านนั้ ) ดงั นั้นเพียงกระดาษแผ่นบาง ๆ ก็จะสามารถกนั้ รงั สีชนิดนี้ ไมใ่ หผ้ ่านได้ รังสีบีตา (Beta) คอื อเิ ลก็ ตรอน เป็นอนภุ าคมีมวล, มีประจุไฟฟา้ ลบ, เคลอื่ นทด่ี ว้ ยความเร็วสูงมากเกือบเท่า ความเร็วแสง, มมี วลนอ้ ยมากเมอ่ื เทยี บกบั อำนาจทะลุทะลวงปานกลาง 1. การสลายตวั ใหบ้ ีตาบวก (หรอื โพซติ รอน (positron)) เกดิ จากการที่ proton 1 ตวั ภายใน Nucleus เปลยี่ นสภาพกลายเป็น Neutron 1 ตัว ทำให้ Nucleus ใหม่ท่เี กิดมีเลข atom ลดลง 1 แตเ่ ลขมวลคง เดิมพรอ้ มกบั ใหโ้ พซิตรอนออกมา 2. การสลายตัวใหบ้ ตี าลบ (หรอื electron) เกดิ จากการที่ neutron 1 ตัว ภายใน Nucleus เปลี่ยนสภาพ กลายเปน็ proton 1 ตัว ภายใน Nucleus ทำให้ Nucleus ทเี่ กดิ ใหม่มีเลข atom เพ่ิมข้ึนแต่เลข มวลคงเดมิ พรอ้ มกบั ใหอ้ เิ ลก็ ตรอนออกมา เม่ือเคลือ่ นท่ีผ่านอากาศจะทำใหอ้ ากาศแตกตวั เป็นอิ ออนได้แต่นอ้ ยกวา่ รังสีแอลฟาและสามารถวิง่ ฝ่าอากาศได้เปน็ ระยะทางประมาณ 1-3 เมตร รงั สบี ตี าจงึ ต้องใชก้ ระดาษหนา ๆ หรอื แผ่นอะลมู ิเนียมบาง ๆ ก้นั ภาพความสามารถในการเคลอื่ นทผ่ี า่ นสิ่งกดี ขวางของรงั สี ทม่ี า : https://kruannchemistry.wordpress.com/2012/09/26/ธาตกุ มั มันตรงส/ี รงั สีแกมมา (Gamma rays) เป็นคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟ้ามีความยาวช่วงคล่นื สนั้ มาก, ความถสี่ งู (มากกวา่ รงั สี X) มีความเร็วเท่ากับแสงในสญุ ญากาศ, มอี ำนาจทะลวงสงู , ไมม่ ีประจไุ ฟฟ้า จงึ ไมเ่ บยี่ งเบนในสนามไฟฟ้า หรอื ในสนามแมเ่ หลก็ ผ่านคอนกรีตหนา 1/3 เมตร ได้เชน่ เดยี วกบั รังสเี อกซ์ เนอื่ งจากรงั สีแกมมาเป็นรงั สที ี่ไม่มี มวลและประจไุ ฟฟ้า จงึ ทำใหส้ สารทร่ี งั สนี ผี้ ่านเกิดการแตกตัวไดน้ อ้ ยมาก การสลายตัวให้รงั สแี กมมา (Gamma decay ) รงั สเี กิดจากการเปลีย่ นระดบั พลงั งานใน Nucleus ถ้า Nucleus อยใู่ นระดบั พลงั งานสงู กอ่ นทจี่ ะกลับสู่ภาวะพื้นฐาน Nucleus จะตอ้ งคายพลงั งานออกในรปู ของรังสี Gamma เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรียนร้ทู ่ี 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

11 ธรรมชาติของกัมมนั ตรังสี 1. ทำปฏิกริ ยิ ากบั สารเคมีท่ฉี าบไวท้ ฟ่ี ลิ ์มถ่ายรปู เชน่ เดยี วกบั แสง 2. ทำให้เกิดประจุไฟฟา้ ขึน้ โดยรอบในอากาศเพราะรงั สที ำให้อะตอมของอากาศเกิด Ionization 3. ทำให้เกดิ การเรอื งแสงขน้ึ ท่สี ารบางชนดิ ได้ 4. มีผลทางกายภาพตอ่ สง่ิ มชี วี ิต เชน่ สามารถฆา่ แบคทีเรยี ได้ 5. จะแผร่ งั สอี ยตู่ ลอดเวลาและตัวเองจะเปลย่ี นเปน็ ธาตอุ ื่น ตามเวลาทเี่ ปลีย่ นไป การตรวจสอบรังสี 1. ใช้ฟลิ ม์ ถา่ ยรูปซง่ึ เรยี กว่า Film Badges เป็นกลกั สเี่ หลี่ยมบรรจฟุ ลิ ม์ ไว้ film badges for radiation ทีม่ า : http://www.jzimaging.com/film_badge.htm 2. ใช้ Electroscope (ถ้าเปน็ Dosimeter จะบอกปรมิ าณรงั สบี นสเกลด้วย) Direct Reading Pocket Dosimeters เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลงั งานนิวเคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )

12 ที่มา : https://www.supertechx- ray.com/RadiationSurveyMeters/DirectReadingPocketDosimeters.php 3. Geiger – Muller Counter Geiger Muller Counter' ซ่ึงเรียกสัน้ ๆ วา่ 'เคาน์เตอร์ GM' ทมี่ า : https://byjus.com/physics/geiger-counter/ https://en.wikipedia.org/wiki/Geiger_counter เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลงั งานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

13 ภาพความสามารถในการเคลอื่ นทผี่ ่านส่งิ กีดขวางของรงั สี ที่มา : http://dev1.colorpack.net/most/main/th/news/news-clipping กจิ กรรมที่ 2 จงเลือกขอ้ ความใหเ้ หมาะสมทส่ี ุดกบั กมั มันตรงั สี แอลฟา, บีตา, แกมมา 1. มีอำนาจทะลทุ ะลวงสงู สุด ตอบ รงั สแี กมมา 2. ถกู ดูดกลืน (ผ่านไมไ่ ด)้ โดยง่าย โดยแผ่นอะลมู เิ นียมบาง ตอบ รงั สีแอลฟา 3. มคี วามสามารถในการทำให้แกส๊ มกี ารแตกตวั เปน็ ไอออนไดด้ ี ตอบ รงั สีแอลฟา 4. ต้องใช้วัสดุหนาในการกั้นรงั สี ชนดิ น้ัน ตอบ รงั สีแกมมา 5. ไม่สามารถเบ่ยี งเบนด้วยสนามไฟฟา้ ตอบ รงั สแี กมมา 6. ระหวา่ ง รงั สแี อลฟา กบั รงั สบี ีตา แนวทางเคลอื่ นท่ีโค้ง ซง่ึ มรี ศั มคี วามโคง้ มาก เม่ือเคลือ่ นทผี่ ่าน สนามแมเ่ หล็ก ตอบ รงั สแี อลฟา (รงั สมี าก แปลวา่ เบนน้อย) 7. ระหว่าง รงั สีแอลฟา กบั รงั สบี ีตา (ถา้ ไม่คิดเครือ่ งหมาย) อัตราสว่ นระหว่างประจไุ ฟฟา้ กบั มวล (q/m) มี ค่ามากทีส่ ดุ ตอบ รังสีบตี า เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรียนรทู้ ี่ 5 พลงั งานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

14 กิจกรรม 3 คำถามท่ี 1 ทำไมเราจงึ ทราบว่ารงั สี แอลฟา, บีตา, แกมมา มีประจุไฟฟา้ บวก, ลบ และเปน็ กลาง ตอบ ดจู ากการเบนของรงั สีในสนามแมเ่ หลก็ โดยรงั สแี กมมาจะไมเ่ บนในสนามแมเ่ หล็กจึงไมม่ ปี ระจุ ไฟฟ้า รงั แอลฟาจะเบนในสนามแมเ่ หล็กเหมอื นประจบุ วกทว่ั ไป และรังสีบีตาจะเบนในสนามแม่เหลก็ แตม่ ีทิศตรง ขา้ มกับรงั สแี อลฟาจึงเปน็ ประจไุ ฟฟ้าลบ และรงั สีบีตาจะเบนมากท่ีสุด รัศมีความโคง้ ส้ัน คำถามที่ 2 จงพิจารณาขอ้ ความตอ่ ไปน้ขี อ้ ใดท่ีเปน็ สมบัติของรงั สีแอลฟา 1. เม่อื เคลอ่ื นทผ่ี า่ นบรเิ วณทม่ี สี นามแม่เหลก็ แนวการเคลอ่ื นทเี่ ป็นแนวโคง้ 2. มีความสามารถในการทำใหแ้ ก๊สแตกตัวเปน็ อิออนได้ 3. สามารถทะลผุ า่ นแผ่นกระดาษ หนา ๆ ได้ คำตอบทถ่ี กู ตอ้ งคอื 1. ข้อ A เทา่ น้ัน 2. ขอ้ B เทา่ นนั้ 3. ข้อ A, B 4. ขอ้ A, B และ C เฉลย ข้อทถ่ี ูกต้องคือ ข้อ 3 เพราะสมบัตขิ องรังสแี อลฟาจะเคลื่อนทผี่ ่านบรเิ วณท่มี สี นามแมเ่ หล็ก แนวการ เคล่ือนทเี่ ปน็ แนวโคง้ และมคี วามสามารถในการทำใหแ้ กส๊ แตกตวั เป็นออิ อนได้ คำถามที่ 3 จงพจิ ารณาขอ้ ความตอ่ ไปน้ขี ้อใดเก่ยี วข้องกบั การเกดิ ของอนภุ าคบตี าลบ 1. อเิ ลก็ ตรอนที่มอี ยเู่ ดิมในนวิ เคลียส 2. อเิ ลก็ ตรอนท่วี ิ่งวนรอบนิวเคลยี ส 3. การเปลี่ยนแปลงโปรตอนเป็นนวิ ตรอนในนิวเคลียส 4. การเปลีย่ นแปลงนิวตรอนเปน็ โปรตอนในนิวเคลยี ส เฉลยขอ้ ทีถ่ ูกต้องคอื ข้อ 4 อนภุ าคบีตาลบ เพราะเกิดจากการเปล่ียนแปลงนิวตรอนเป็นโปรตอนใน นวิ เคลียส คำถามที่ 4 ธาตกุ ัมมนั ตรงั สีชนิดหนง่ึ ใหร้ งั สชี นดิ หนง่ึ ออกมาโดยมีคณุ สมบัติดงั น้ี 1. เมอื่ ตรวจสอบด้วยเครอื่ งไกเกอรเ์ คาวเ์ ตอร์จะไมท่ ำงาน 2. เมื่อวดั ระยะการผา่ นทะลสุ ่ิงกดี ขวางจะได้ไกลประมาณ 60 มิลลิเมตร ในอากาศ 3. ตอ้ งใช้สนามแมเ่ หล็กทมี่ ีความเขม้ ของสนามแมเ่ หลก็ (Flux density) สงู มาก ๆ จงึ จะทำใหร้ งั สที ี่แผ่ ออกมาจากธาตนุ ี้เบยี่ งเบนได้ รงั สีชนิดนี้ คอื ข้อใด เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรียนรูท้ ่ี 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

15 1. รังสีแอลฟา 2. รงั สบี ีตา 3. รงั สีแกมมา 4. ท้ังรงั สแี อลฟา และรังสีแกมมา เฉลยขอ้ ทถี่ กู ตอ้ งคอื ขอ้ 2 รงั สีบีตา เพราะสามารถเบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแมเ่ หล็กได้ มี ความเรว็ สงู มากเกือบเทา่ แสง และอำนาจทะลทุ ะลวงปานกลางสามารถว่งิ ฝ่าอากาศไดเ้ ปน็ ระยะทางประมาณ 1-3 เมตร รงั สบี ีตาจงึ ตอ้ งใชก้ ระดาษหนา ๆ หรอื แผน่ อะลมู เิ นยี มบาง ๆ กั้น ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลยี ร์ ปฏิกริ ิยานิวเคลยี ร์ คือ กระบวนการเกดิ การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบท่นี ิวเคลียส โดยทวั่ ไปปฏกิ ิริยา นิวเคลียรเ์ กดิ จากการยงิ อนภุ าคต่าง ๆ เช่น นวิ ตรอน, โปรตอน, ดวิ เทอรอน, แอลฟา ท่ีถูกเรง่ ให้มคี วามเร็วสงู ชน เป้าซงึ่ เป็นนิวเคลียสของธาตุ ทำใหเ้ ปล่ยี นองคป์ ระกอบของนิวเคลียสเดมิ หรอื เกดิ นวิ เคลยี สของธาตุใหม่ข้นึ เชน่ ยงิ ดิวเทอรอน ไปท่ี C – 12 126C + 21H -----> 137N + 10n ปฏิกิรยิ านี้ อนุภาคทว่ี ง่ิ เขา้ ชน คือ 21H นวิ เคลยี สที่เป็นเปา้ คือ 126C นวิ เคลียสของธาตุใหม่ คอื 137N อนุภาคที่เกิดขนึ้ มา คือ 10n จึงเขยี นเป็นสมการไดว้ ่า x + a ---> y + b หรอื เขยี นย่อ ๆ ว่า x(a, b)y และเรยี กชือ่ ปฏิกิรยิ านี้ว่า (a, b) ของนิวเคลียส x ดงั นนั้ สมการตอนแรก ย่อมเรียก ชือ่ ปฏิกริ ิยาว่า (d, n) ของนิวเคลียส 126C การเกิดปฏิกริ ยิ านิวเคลยี ร์ ตอ้ งเป็นไปตามหลักดังน้ี 1. หลกั การคงท่ขี องจำนวนนิวคลีออน คอื ผลบวกของเลขมวลกอ่ นและหลงั ปฏิกริ ิยาต้องเท่ากัน 2. หลกั การคงที่ของประจุไฟฟา้ 3. หลักการคงที่ของมวลและพลงั งาน คอื ผลรวมมวลและพลังงานก่อนปฏกิ ริ ยิ ากบั หลงั ปฏิกริ ิยาต้องเท่ากัน 4. หลกั การคงทขี่ องโมเมนตมั เชงิ เส้น เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 5 พลงั งานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

16 ไอโซโทปของไฮโดรเจนมี 3 ชนดิ ได้แก่ 1. ไฮโดรเจนธรรมดามอี ยู่ 99.985 % ในธรรมชาติ มีมวล 1.0078 u 2. ดวิ ทเี รยี ม (Deuterium) มอี ยู่ 0.015% ในธรรมชาติ มมี วล 2.0141 u 3. ทริเตียม (Tritium) ส่วนใหญ่เกิดจากปฏกิ ริ ิยานิวเคลยี ร์ มมี วล 3.0160 u ไอโซโทปสามตัวของไฮโดรเจน ทีม่ า : https://www.istockphoto.com/th/ เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรียนรูท้ ี่ 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

17 เพ่ือความสะดวกในการเรียก นกั วทิ ยาศาสตร์ นยิ ามสญั ลกั ษณดงั ตอ่ ไปนี้ 1. ใชส้ ัญลักษณ์ A แทนจำนวนนวิ คลอี อนในนวิ เคลยี ส เรียกว่า เลขมวล mass number 2. ใช้สญั ลักษณ์ Z แทนจำนวนโปรตอนในนวิ เคลยี ส ซงึ่ เท่ากบั จำนวนอิเลก็ ตรอนในอะตอม ดังน้นั Z คือ เลขอะตอม atomic number 3. ให้ n แทน จำนวนนิวตรอนในนิวเคลยี ส 4. ทัง้ โปรตอนและนวิ ตรอนเรียกรวม ๆ กนั วา่ นวิ คลอี อน (nucleon) 5. นวิ เคลยี สของอะตอมไฮโดรเจนปกติ ไมม่ ีนิวตรอนและมโี ปรตอน 1 อนุภาค เรียกว่า โปรตอน (p) 6. นวิ เคลยี สของ “ดิวทีเรยี ม” อะตอมไฮโดรเจนท่มี นี ิวตรอน 1 อนภุ าค และมโี ปรตอน 1 อนภุ าค เรยี กวา่ ดิวเทอรอน (deuteron, d) 7. นิวเคลยี สของ “ทรเิ ตียม” อะตอมไฮโดรเจนท่ีมีนิวตรอน 2 อนภุ าค และมีโปรตอน 1 อนุภาค เรยี กวา่ ทรติ อน (triton, t) 8. สญั ลักษณ์นิวเคลยี ร์ หรอื เรียกสญั ลกั ษณ์ทใ่ี ช้แทนนวิ ไคลด์ คอื AZX ท่คี วรทราบได้แก่ 11H หมายถงึ ไฮโดรเจนนิวเคลียส หรือ โปรตอน 21H หมายถึง ดิวทเี รยี มนวิ เคลียส หรอื ดวิ ทีรอน 31H หมายถงึ ทรเิ ตยี มนิวเคลยี ส หรอื ทรติ อน 10n หมายถึง นิวตรอน 0-1e หมายถึง อเิ ลก็ ตรอน 0+1e หมายถงึ โพสติ รอน 32H หมายถงึ Helium-3 เปน็ ไอโซโทปของฮเี ลยี ม 42H หมายถงึ นิวเคลียสของฮีเลยี มปกติ กจิ กรรม 4 คำถามที่ 1 ความสัมพันธร์ ะหวา่ งคา่ ของเลขมวล A มวลอะตอม Z ของธาตุ X เม่อื จำนวนนิวตรอนในนวิ เคลียส เท่ากบั N คอื ข้อใด 1. N = A - Z 2. A = Z – N 2. Z = N - A 4. A = N – Z เฉลย คำตอบที่ถูกตอ้ งคอื ข้อ 1 เพราะ เลขมวล A = จำนวนโปรตอน Pเขยี นแทนด้วย (Z) + จำนวน นวิ ตรอน n และโจทยก์ ำหนดให้ N คอื จำนวนนิวตรอน ดังนัน้ จำนวนนิวตรอน = เลขมวล – เลขอะตอม หรอื N=A–Z เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นรู้ท่ี 5 พลังงานนิวเคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

18 คำถามท่ี 2 จงพิจารณาอะตอมของ 21084Po ข้อใดถูกต้อง 1. มจี ำนวนนิวคลีออน = 210 จำนวนนวิ ตรอน = 84 2. มีจำนวนอเิ ล็กตรอน = 84 จำนวนนิวตรอน = 126 3. มีจำนวนอเิ ล็กตรอน = 126 จำนวนโปรตรอน =84 4. มีจำนวนนวิ คลอี อน =210 จำนวนอิเลก็ ตรอน = 126 เฉลยคำตอบทถ่ี กู ตอ้ งคอื ขอ้ 2 21084Po แสดงวา่ เลขอะตอมเป็น 84 มจี ำนวนโปรตอน 84 ตวั (มจี ำนวน อเิ ลก็ ตรอน 84 ตัว ในอะตอมทเ่ี ป็นกลาง) และมีนวิ ตรอนเทา่ กับ 210 – 84 =126 ตัว (ตามสมการ A-Z=n) คำถามท่ี 3 จงพิจารณาขอ้ ความตอ่ ไปนี้ ขอ้ ใดกลา่ วถูกตอ้ ง เกย่ี วกับเลขอะตอมของธาตุ A จำนวนอเิ ลก็ ตรอนทอี่ ยู่นอกนิวเคลยี สในอะตอมของธาตุทเ่ี ปน็ กลาง B จำนวนโปรตอนที่อยใู่ นนิวเคลยี ส C ผลตา่ งระหว่างจำนวนนิวเคลยี สกบั จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส 1. ขอ้ A, B และ C 2. ข้อ A และ B 3. ข้อ B และ C 4. ขอ้ B เฉลย คำตอบทถี่ ูกตอ้ งคือ ข้อ 1 เลขอะตอมของธาตุ แทนจำนวนโปรตอนในนิวเคลยี ส ซ่ึงจะมคี า่ เท่ากบั จำนวนอิเลก็ ตรอนทีอ่ ยนู่ อกนิวเคลียสในอะตอมของธาตทุ ี่เปน็ กลาง และมคี า่ เทา่ กบั ผลตา่ งระหว่างจำนวน นิวเคลยี สกบั จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส คำถามท่ี 4 ธาตุทีม่ ีมวลมากกว่ายูเรเนียมทำใหเ้ กดิ ได้ ตามข้อใด 1. ทำให้นวิ เคลียสยูเรเนยี มจบั กบั ดวิ ทรี อน 2. ทำให้นวิ เคลียสยเู รเนียมจบั โปรตอนแล้วสลายใหโ้ พสติ รอน 3. ทำให้นวิ เคลยี สยูเรเนยี มจบั นิวตรอนแล้วสลายให้อิเล็กตรอน 4. ทำให้นิวเคลียสยเู รเนยี มจบั นวิ ตรอนแล้วสลายใหโ้ พสติ รอน เฉลย คำตอบทถ่ี กู ต้องคือ ขอ้ 3 ธาตุทีม่ มี วลมากกวา่ ยูเรเนยี ม ทำใหเ้ กิดได้โดยทำให้นวิ เคลียสยเู รเนยี มจบั นิวตรอนแลว้ สลายให้อเิ ลก็ ตรอน คำถามที่ 5 23892U สลายตัวใหแ้ อลฟา 1 อนภุ าค และบีตา 2 อนภุ าค จะได้ธาตใุ หมท่ ่ีมเี ลขมวลและเลขอะตอม เป็นเทา่ ไร 1. เลขมวล 234 และเลขอะตอม 92 2. เลขมวล 92 และเลขอะตอม 235 2. เลขมวล 242 และเลขอะตอม 92 4. เลขมวล 242 และเลขอะตอม 91 เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรียนร้ทู ี่ 5 พลงั งานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

19 เฉลยคำตอบทถี่ กู ต้องคอื ข้อ 1 23892U -----> 23492X + 42He + 2 0-1e คำถามที่ 6 ยงิ นิวตรอนตวั หนง่ึ เขา้ กบั นวิ เคลยี สของ 23692X ซงึ่ จะทำใหเ้ กิดสนามนิวตรอน นิวเคลียส 14156Y และนวิ เคลยี สของอะตอม Z จงหาคา่ เลขมวล และเลขอะตอมของ Z 1. 50, 36 2. 92, 33 2. 94, 33 4. 92, 36 เฉลยคำตอบท่ีถูกต้องคอื ขอ้ 4 23692X ----> 14156Y + 9236Z + 310n คำถามที่ 7 อะตอมของธาตุ 19678Pt และ 19779Au จะมจี ำนวนอะไรเท่ากนั 1. นิวคลีออน 19678Pt มีนิวตรอน เท่ากบั 196 – 78 = 118 ตวั 2. นิวตรอน 3. โปรตอน 4. อเิ ลก็ ตรอน เฉลยคำตอบทีถ่ ูกตอ้ งคือ ข้อ 2 19779Au มีนวิ ตรอน เทา่ กบั 197 – 79 = 118 ตวั คำถามที่ 8 ถา้ สว่ นหน่งึ ของการสลายตวั ของนวิ เคลยี สกัมมนั ตรังสี เป็นดงั น้ี 23892U ---> 23490Th ---> 23491Pa ---> 23492U รังสีทไี่ ดจ้ ากการสลายตวั ตามลำดับ คือข้อใด 1. แอลฟา, บีตา, บีตา 2. แอลฟา, บตี า, แอลฟา 3. บตี า, บีตา, แอลฟา 4. บีตา, แอลฟา, บีตา เฉลย คำตอบทถี่ ูกต้องคือ ข้อ4 ถา้ มวลลดลง 4 amu. จะปลอ่ ยรงั สแี อลฟา 1 ตัว (ซึ่งจะทำให้ประจุลดลง 2 ดว้ ย) ถา้ มวลเท่าเดิม แต่ประจุเพม่ิ 1 จะปลอ่ ยอเิ ลก็ ตรอน 1 ตวั เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นรทู้ ี่ 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

20 เวลาคร่ึงชีวติ คือ เวลาทีส่ ารนน้ั ใช้ในการสลายตัวไปจนเหลือครงึ่ หนง่ึ ของปริมาณเดมิ สมมตสิ ารกมั มันตรังสี อยา่ งหน่งึ มมี วล No กิโลกรมั มีเวลาคร่ึงชีวติ = t ชัว่ โมง หมายความวา่ ในเวลา t ช่วั โมง ตอ่ ไป จะเหลอื N0 /2 กโิ ลกรัม ในเวลา t ชว่ั โมง ต่อไป จะเหลอื (N0 /2)/2 = N0 /22 กโิ ลกรัม ในเวลา t ช่ัวโมง ต่อไป จะเหลอื (N0 /22 )/2 = N0 /23 กิโลกรมั ในเวลา n = ช่วงของเวลาครง่ึ ชวี ติ (Half life) จะเหลือ N0 /2n จะได้ N = N0 /2n N คอื มวลที่เหลอื N0 คอื มวลในตอนแรก n คอื จำนวนชว่ งของ เวลาครึ่งชวี ติ (Half life) หมายเหตุ ถ้าเวลาครงึ่ ชวี ิตเป็น T ชวั่ โมง เวลา t ชวั่ โมง จะเป็นกีช่ ่วงของ เวลาคร่ึงชวี ติ (Half life) T ช่วั โมง เปน็ 1 ชว่ งดงั นนั้ t ชว่ั โมง เป็น t /T ช่วง จะได้ จำนวนชว่ ง เวลาครงึ่ ชวี ิต (Half life) (n) = t /T การคำนวณ เวลาคร่ึงชีวติ (Half life) ท่ไี มเ่ ปน็ คร่ึงหนงึ่ พอดี ถา้ เวลาคร่ึงชีวิตของสารกมั มนั ตรังสเี ป็น T วนั ดงั นั้น จะไดว้ า่ t วนั ย่อมเปน็ t /T ชว่ ง (ของเวลาครง่ึ ชวี ิต (Half life)) N = N0 /2n N/N0 = 1/2n = (1/2)n จะได้ N/N0 = (1/2)t/T กฎการสลายตัว การสลายตัว คือ การท่ีนวิ เคลยี สของสารอยูใ่ นสภาวะถกู กระตุ้น จะปล่อยอนภุ าคออกมาแลว้ เปล่ยี นเปน็ นิวเคลยี สของธาตุใหม่ กมั มันตภาพ (Activity) คือ อัตราการสลายตัวของสารกมั มันตรงั สี ค.ศ. 1902 รทั เทอรฟ์ อร์ดและซอดดี (Soddy) ไดต้ ้งั กฎการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีว่า การสลายตัว ของนิวเคลียสน้ัน ไม่สามารถบอกได้ว่านิวเคลยี สตัวใดจะสลายตวั เมอ่ื ใด บอกได้เพยี งความน่าจะเป็น หรือเป็น (Probability) ของการสลายตัวของนิวเคลียสเท่าน้ัน เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรียนรู้ท่ี 5 พลงั งานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

21 อย่างไรกต็ าม พบว่า การสลายตัวของธาตุกมั มนั ตรงั สี จะเปน็ ไปตามหลกั สถติ ขิ องโอกาสและกระบวนการ สุ่ม คอื ในขณะทีจ่ ำนวนนวิ เคลียสธาตกุ มั มันตรงั สนี น้ั มีอยูม่ ากนวิ เคลียสท่สี ลายตวั จะมจี ำนวนมากและเม่ือ จำนวนนิวเคลียสมอี ยนู่ ้อย นวิ เคลียสท่สี ลายตวั กจ็ ะมจี ำนวนนอ้ ย นิวเคลียสจะไม่ไดส้ ลายตวั พรอ้ มกันหมด แต่ ทกุ ๆ นวิ เคลยี สจะมโี อกาสในการสลายตัวเท่า ๆ กนั ดงั นนั้ ทเี่ วลาหนงึ่ ๆ อัตราการสลายตวั ของนิวเคลียสธาตุกัมมันตรงั สี จะแปรผันโดยตรงกบั จำนวนของ นวิ เคลียสธาตกุ ัมมันตรงั สีชนดิ น้ันที่มอี ยู่ในขณะนั้น ถา้ ใหท้ ี่เวลา t ใด ๆ มจี ำนวนนวิ เคลียสของธาตกุ ัมมนั ตรงั สอี ยู่จำนวน N นิวเคลียส (อะตอม) เมอ่ื เวลา ผ่านไปชว่ งเวลาสั้น ๆ เป็น Δt มีนวิ เคลียสสลายตัวไปเปน็ จำนวน ΔN (ในช่วงเวลา Δt นัน้ ) อตั ราการสลายตัว คือ จำนวนนิวเคลียสท่สี ลาย (ΔN) ต่อเวลาท่ีใช้ (Δt) จะแปรผันตรงกบั จำนวนนิวเคลียส (N) ขณะน้ัน อตั ราการสลายตัว = ΔN/Δt แปรผันตรงกบั N หรือเขียนเป็นสมการไดค้ ือ ΔN/Δt = - λN เมือ่ λ คอื ค่าคงตัวของการสลายตัวของนวิ เคลียสธาตุกัมมันตรงั สี (ซ่งึ จะขึน้ กบั ชนิดของธาตุกมั มันตรงั สี หนง่ึ ๆ) เรยี กว่า คา่ คงตัวการสลายตัว (decay constant หนว่ ยเปน็ ต่อวนิ าที หรือ s-1) ส่วนเครอ่ื งหมายลบ ใน สมการแสดงถึงการสลายตวั ท่ีเปน็ การเปล่ยี นแปลงแบบลดจำนวนลงของนิวเคลยี ส นกั วิทยาศาสตร์ พบว่า มชี ่วงเวลาอันหนง่ึ เป็นช่วงเวลาทค่ี งทส่ี ำหรับการสลายตัวของธาตุกัมมนั ตรงั สี คือ เวลาทีจ่ ะทำใหธ้ าตกุ มั มนั รงั สสี ลายตวั จนเหลอื ครง่ึ หน่งึ ของจำนวนตั้งตน้ (คือ เปน็ เวลาท่ีจะทำให้ m = m0 /2) ช่วงเวลาดังกลา่ วนี้จะเรยี กว่า เวลาครึ่งชวี ิต Half life ใช้สัญลกั ษณ์เปน็ T1/2) กลา่ วคือ เมอื่ เวลาผา่ นไป เท่ากบั เวลาคร่ึงชีวิต (t = T1/2 ) จะทำใหธ้ าตกุ ัมมันตรงั สสี ลายตัวจนเหลอื ครงึ่ หนงึ่ ของจำนวนตง้ั ตน้ (m = m0 /2) และเวลาครง่ึ ชวี ติ จะสมั พันธ์กับคา่ คงทีก่ ารสลายตวั ตามสูตร T1/2 = 0.693/ λ และเน่ืองจากค่าคงตัวการสลายเปน็ ค่าคงท่ีสำหรบั ธาตุกมั มันตรงั สีชนดิ หนง่ึ ๆ ดังนั้น ช่วงเวลาคร่ึงชวี ิต (T1/2) จงึ ตอ้ งเป็นคา่ ทค่ี งทส่ี ำหรบั ธาตุกัมมันตรงั สีชนดิ หนงึ่ ๆ ดว้ ย กล่าวคือ ไม่ว่าจำนวนธาตกุ ัมมันตรงั สเี ริ่มต้นจะเปน็ เทา่ ไรช่วงเวลาทจ่ี ะสลายจนเหลอื ครง่ึ หน่ึงของจำนวนเรม่ิ ต้นนั้นจะเท่ากันเสมอ เชน่ ถา้ มกี ัมมันตรังสชี นิดหนง่ึ เรม่ิ ตน้ มีอยู่ 200 หน่วย สลายตัวจนเหลอื ครงึ่ หน่งึ คอื 100 หน่วย จะใชเ้ วลาเท่ากนั กบั การสลายตัวจาก 100 หน่วยไปจนเหลอื ครงึ่ หน่งึ คือ 50 หน่วย และจะใชเ้ วลาเท่ากันกับการสลายตัวจาก 50 หนว่ ยไปจนเหลือครง่ึ คอื 25 หน่วย (ชว่ งเวลาดงั กล่าวจงึ เรยี กว่า เวลาครง่ึ ชวี ิต) กจิ กรรมที่ 5 ครง่ึ ชีวิต คำถามท่ี 1 ข้อใดตอ่ ไปน้ีคอื ความหมายของคา่ สลายตัวคงที่ 1. อตั ราการแผร่ งั สขี องอะตอมกมั มันตภาพรงั สีจำนวน 1 โมล 2. โอกาสท่ี 1 นวิ เคลียสจะแผร่ ังสไี ด้ใน 1 หนว่ ยเวลา เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรียนรู้ที่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

22 3. ส่วนกลบั ของครง่ึ ชวี ิตที่มหี นว่ ยเป็นต่อวนิ าที 4. กัมมนั ตภาพของเรเดียม -226 จำนวน 1 กรมั เฉลย คำตอบทีถ่ กู ตอ้ ง คือ ขอ้ 2 เพราะ ค่าสลายตวั คงที่ คอื โอกาสท่ี 1 นิวเคลียสจะแผร่ งั สีไดใ้ น 1 หนว่ ยเวลา คำถามที่ 2 ละอองกัมมนั ตรังสีทป่ี นเปอื้ นมากบั นมผงลอยลมจากรสั เชีย ทำให้ประเทศยโุ รปผลติ นมเปอ้ื นสารรงั สี ส่งมาขายยงั ประเทศไทย สารกมั มันตรงั สที ปี่ นเปื้อนมหี ลายชนิด สมมติว่าทุกชนิดมีปริมาณของละอองใกลเ้ คียง กันสารที่มคี รง่ึ ชีวิตเท่าใดทจ่ี ะเป็นปญั หามากทีส่ ดุ (นมผงทมี่ รี ังสปี นเปื้อนมาถงึ ไทยใช้เวลา ประมาณ 4 เดอื น) 1. ยเู รเนยี ม -235 7.1 x 102 ปี 2. ไอโอดีน -131 8.0 x 100 วนั 3. ซเี ซยี ม -137 3.0 x 101 ปี 4. เงิน -110 2.4 x 101 วนิ าที เฉลย คำตอบทถี่ กู ตอ้ ง คือ ข้อ 3 เพราะ ขอ้ 2, 4 สลายหมดเรว็ อนั ตรายน้อย (เพราะสลายไปมาก ก่อน ถงึ ประเทศไทย) ขอ้ 1 แผใ่ ชเ้ วลานานเกินไป จงึ แผ่ออกมานอ้ ยมาก ข้อ 3 แผร่ ังสีออกมาค่อนข้างมาก ในชว่ งเวลา 3 ป,ี 6 ปี คำถามที่ 3 ข้อใดกลา่ วถกู ต้องเกย่ี วกบั ความหมายของ ไอโซโทปชนดิ หนงึ่ มีครึ่งชวี ติ 8 ปี 1. เวลาผ่านไป 1 ปี 1/8 ของไอโซโทปไดส้ ลายตวั ไป 2. เวลาผ่านไป 1 ปี 1/8 ของไอโซโทปยังคงเหลอื อยู่ 3. เวลาผ่านไป 4 ปี 1/4 ของไอโซโทปได้สลายตัวไป 4. เวลาผา่ นไป 16 ปี ไอโซโทปยงั คงเหลืออยู่ เฉลย คำตอบที่ถกู ตอ้ ง คือ ข้อ 4 เพราะเหลืออกี 1/4 ของเดมิ พลังงานยึดเหนย่ี วของนิวเคลียส เมอ่ื เราใหพ้ ลงั งานท่ีพอเหมาะแก่นิวเคลียส จะสามารถทำให้นิวคลอี อนทปี่ ระกอบเปน็ นิวเคลยี สนั้น แยกตวั ออกจากกนั เปน็ อนุภาคเด่ยี ว ๆ เมอื่ อนุภาคโปรตอน และนวิ ตรอน (ซงึ่ เปน็ นวิ คลีออน) เกิดการรวมตวั กันขนึ้ เปน็ นิวเคลียสของอะตอมกจ็ ะเกดิ การคายพลงั งานสว่ นหนงึ่ ออกมา พลังงานทที่ ำให้นวิ เคลยี สแยกตัวออก และพลงั งานทีค่ ายออกมาเมอ่ื นวิ คลอี อนรวมตวั เปน็ นวิ เคลียสจะมีคา่ เท่ากัน คา่ พลงั งานน้เี รียกวา่ พลังงานยึด เหนย่ี ว (Binding energy, BE.) จะพบว่าจากการที่ไดศ้ ึกษาพลงั งานยดึ เหน่ียวจะทำให้เราทราบวา่ พลงั งานยดึ เหนีย่ วเกิดขนึ้ ไดอ้ ยา่ งไร ก็ พบวา่ เมอ่ื เปรยี บเทียบมวลของโปรตอนและนิวตรอนทรี่ วมตวั กันเพ่อื เกดิ เป็นนวิ เคลียส กับมวลของนวิ เคลียสที่ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรู้ที่ 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

23 เกิดจากการรวมตวั นน้ั มีคา่ ไม่เท่ากนั กลา่ วคือ มวลของโปรตอนและนิวตรอนทรี่ วมกันจะมคี า่ มากกว่ามวลของ นวิ เคลยี สท่ีเกิดขึน้ จากการรวมตัวน้ันเสมอ แสดงวา่ การรวมกนั ของนวิ คลีออนเพ่อื เกดิ เปน็ นิวเคลยี สจะมมี วลส่วน หนง่ึ หายไป มวลทหี่ ายไปนเี้ รยี กว่า มวลพรอ่ ง (mass defect ใช้สัญลักษณ์ยอ่ เปน็ Δm) ซงึ่ มวลทห่ี ายไปน้ี ไอน์สไตน์อธบิ ายวา่ จะเปล่ียนไปเป็นพลงั งานตามทฤษฎีสมั พทั ธภาพของเขาที่ว่า E = mc2 และพลงั งานทไี่ ด้ นีก้ ็คือพลงั งานยึดเหนยี่ วของนิวคลีออนท่ปี ระกอบกันเปน็ นวิ เคลยี สน่นั เอง พจิ ารณานิวเคลยี สธาตุ AZX ทม่ี เี ลขมวล A เลขอะตอม Z นวิ เคลยี สนป้ี ระกอบดว้ ยโปรตอน Z ตัว และ นิวตรอนจำนวน (A – Z) ตวั เขยี นเป็นปฏกิ ริ ิยาการรวมตวั ของโปรตอน และนวิ ตรอนเกิดเป็นนวิ เคลียสของธาตุ X คือ Z(11H) + (A –Z) 10n ---> AZX ถา้ ให้โปรตอนมมี วล mp ให้นิวตรอนมีมวล mn และนิวเคลยี สธาตุ X มมี วล mx มวลพร่องหรอื มวลที่ หายไปในการรวมตัวของโปรตอนกับนิวตรอนเพ่อื เป็นนิวเคลยี ส X จะเทา่ กบั มวลรวมของโปรตอนกบั นวิ ตรอน ลบด้วยมวลนิวเคลียส เขียนเป็นสมการ คอื Δm = (Z(mp) + (A – Z) mn) - mx มวลพรอ่ ง ท่ีเกดิ ข้ึนจะกลายเป็นพลังงานท่คี ายออกมา ซ่งึ จะเปน็ พลังงานยึดเหน่ียว (BE.) ของนวิ เคลยี สตาม สมการ BE. = (Δm)c2 เม่ือ c คือความเรว็ แสง = 3 x 108 m/s หมายเหตุ จากทฤษฎีสมั พทั ธภาพของไอน์สไตน์ มวลและพลงั งานสามารถจะเปลย่ี นรูปกนั ไดต้ ามความสมั พันธ์ E = mc2 เมอื่ c คือความเรว็ แสงในสญุ ญากาศ น่นั คือ ถ้ามีมวล m = 1 กิโลกรมั หายไปจะกลายเปน็ พลังงานทีม่ คี า่ E = (1)(3 x 108)2 = 9 x 1016 จลู ในทำนองกลบั กนั พลังงานจำนวน 9 x 1016 จลู ถ้าหายไปก็จะกลายเป็นมวลขนาด 1 กโิ ลกรมั แต่ในระดบั ของอะตอม มวลทห่ี ายไปจะน้อยมากมหี น่วยเปน็ u (unified atomic mass unit) จึงอาจคิด คา่ พลังงานเทยี บกบั มวลในหนว่ ยของ u คอื สำหรับมวล 1 u = 1.6605 x 10-27 กโิ ลกรมั เมอื่ เปล่ยี นกลายเปน็ พลังงานจะเทยี บเทา่ กับพลงั งาน E = (1.6605 x 10-27)(2.9979 x 108)2 = 1.4923 x 10-10 จลู เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรทู้ ี่ 5 พลังงานนวิ เคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )

24 เม่ือเปล่ยี นเป็นหน่วย eV; E = (1.4923 x 10-10)/(1.6022 x 10-19) = 931.44 x 106 = 931 MeV ดังนน้ั มวล 1 u จะเทยี บเทา่ กบั พลงั งานประมาณ 931 MeV ดงั น้นั ถ้ามีมวล (Δm) u หายไปจะกลายเปน็ พลงั งานตามความสัมพันธ์ BE. = (Δm)(931) MeV สิง่ ทค่ี วรรู้ ค่ามวลท่นี ำมาคำนวณค่าพลังงานยึดเหน่ยี วน้นั (Δm) จะตอ้ งเปน็ มวลของนิวเคลยี สจรงิ ๆ (คอื มวล อะตอมลบดว้ ยมวลอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมนัน้ ) แต่ในทางปฏบิ ตั ิเราสามารถใชม้ วลอะตอมมาคำนวณได้เลย เพราะ ในการรวมตวั นน้ั ทงั้ สองข้างสมการจะตอ้ งมปี ระจเุ ท่ากนั คอื มวลอะตอมทัง้ สองข้างจะถกู ลบดว้ ยอเิ ลก็ ตรอนใน จำนวนทเี่ ทา่ กัน ทำให้การนำมวลอะตอมมาคำนวณจงึ ไมต่ า่ งกบั การนำมวลนิวเคลียสมาคำนวณ จากการคำนวณคา่ พลงั งานยึดเหน่ยี วของนวิ เคลยี สธาตตุ ่าง ๆ พบวา่ ค่าพลังงานยดึ เหนย่ี วจะแปรผนั ตรง กับจำนวนนิวคลอี อนท่เี พม่ิ ขึ้น ซึ่งแสดงวา่ นวิ คลีออนท่ีเพ่ิมขนึ้ จะไมท่ ำใหค้ วามสมั พนั ธร์ ะหวา่ งนิวคลีออนเดิม เปลี่ยนแปลง ทำให้ไดข้ อ้ สรปุ วา่ แรงนวิ เคลยี รซ์ ึง่ เป็นแรงยดึ เหนี่ยวระหว่างนิวคลีออนในนิวเคลยี สนั้น จะเป็น แรงท่กี ระทำเฉพาะนวิ คลอี อนทต่ี ดิ กนั เท่าน้ัน (คอื เปน็ แรงในชว่ งส้ัน ๆ พน้ จากระยะนีแ้ ลว้ อำนาจดงึ ดูดของแรงจะ หมดไป) ดงั นน้ั การจะพิจารณาวา่ นิวเคลียสใดมเี สถยี รภาพมากกว่ากัน (นิวเคลียสทมี่ เี สถยี รภาพมากคือ นวิ คลอี อ นของนิวเคลียสหลุดออกไปได้ยาก หรอื ต้องใช้พลังงานสงู ในการแยกนวิ คลีออน) จึงต้องพจิ ารณาจากพลังงานยดึ เหน่ยี วต่อนวิ คลอี อนของนิวเคลยี สน้ัน นวิ เคลียสทมี่ พี ลงั งานยึดเหน่ยี วตอ่ นวิ คลอี อนสงู กวา่ ก็จะมเี สถียรภาพ มากกวา่ (แตกตวั ได้ยากกว่า) พลังงานยดึ เหนยี่ วตอ่ นิวคลอี อน (BE./nucleon) = (พลังงานยดึ เหนยี่ วของนิวเคลียส)/(จำนวนนิวคลี ออนในนวิ เคลยี ส) สรุปพลงั งานยึดเหนย่ี ว(Binding Energy) การที่โปรตอนและนิวตรอนสามารถอยกู่ ันไดใ้ นนิวเคลยี ส เพราะมพี ลังงานยึดเหน่ียว 1. มวลของนิวเคลยี สน้อยกว่า ผลรวมของมวลโปรตอนและนิวตรอน (ในสภาพอสิ ระ) ทปี่ ระกอบเปน็ นวิ เคลยี สเสมอ 2. มวลสว่ นทห่ี ายไป เรยี กว่า มวลพรอ่ ง (mass defect) 3. เทยี บมวลเปน็ พลังงานไดจ้ าก E = mc2 เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

25 กิจกรรมที่ 6 คำถามที่ 1 ข้อใดถกู ต้อง ถา้ พลงั งานยดึ เหนย่ี วในนวิ เคลยี สเมอื่ เทยี บกบั Ionization Energy ของอะตอม 1. น้อยกวา่ 2. เทา่ กัน 3. มากกว่า 4. อาจจะมากกวา่ หรอื น้อยกวา่ กไ็ ด้ เฉลย คำตอบทถี่ กู ตอ้ งคือขอ้ 3 พลงั งานยดึ เหนี่ยว BE. ในนิวเคลยี สมีคา่ ในหน่วย MeV เพราะประจอุ ยู่ ใกล้กนั มาก ต้องใช้พลังงานยึดเหนยี่ วมาก สว่ น Ionization Energy มีค่าในหน่วย eV เทา่ น้นั คำถามที่ 2 จงพจิ ารณาขอ้ ความตอ่ ไปนี้; ขอ้ ใดถกู ตอ้ ง A คา่ พลงั งานยึดเหน่ียวของนิวเคลยี สจะเพิ่มขน้ึ เมอ่ื จำนวนนวิ คลอี อนเพมิ่ ขนึ้ B นิวเคลียสทมี่ ีพลงั งานยึดเหนย่ี วตอ่ นวิ คลีออนสูงมเี สถยี รภาพดีกวา่ มพี ลงั งานยดึ เหนี่ยวรวมสูง 1. ขอ้ A และ B ถกู และ B เป็นเหตผุ ลของ A 2. ข้อ A และ B ถูก และ B ไม่เป็นเหตุผลของ A 3. ข้อ A ถกู ขอ้ B ผิด 4. ขอ้ A ผิด ขอ้ B ถูก เฉลย คำตอบท่ถี กู ตอ้ งคอื ขอ้ 3 ค่าพลังงานยึดเหนีย่ วของนิวเคลยี สจะเพ่ิมขนึ้ เมือ่ จำนวนนิวคลีออน เพมิ่ ข้ึน ปฏิกริ ยิ าฟิชชันและปฏิกิริยาฟวิ ชัน ในท่นี จ้ี ะขอกล่าวถงึ ปฏิกริ ยิ าของนิวเคลยี ส (Nuclear Reaction) กอ่ น ซง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าของนิวเคลียส สว่ นมากเกดิ จากการยงิ อนุภาคแอลฟา โปรตอนและนวิ ตรอนเขา้ ไปชน Nucleus ทำให้ Nucleus แตกออก ปฏิกิริยาของนิวเคลียส มสี ว่ นสำคญั คอื 1. ปฏิกิรยิ านวิ เคลียร์เกิดในนิวเคลยี ส Nucleus ตา่ งจากปฏิกริ ยิ าเคมี ซึง่ เกิดกบั electron ภายในอะตอม เท่าน้ัน ซง่ึ อยูน่ อกนิวเคลยี ส Nucleus 2. ปฏิกริ ยิ านิวเคลยี ร์ตอ้ งใช้พลงั งานเป็นจำนวนมากเพ่ือทำให้เกดิ การเปลย่ี นแปลงนวิ เคลียส Nucleus 3. แรงจากปฏกิ ริ ยิ านิวเคลยี ร์เป็นแรงแบบใหม่เรยี กวา่ แรง Nuclear ซงึ่ มีอตั รกริ ิยาสงู และอาณาเขต กระทำสน้ั มากและแรงนี้เกดิ ระหวา่ งองคป์ ระกอบของ Nucleus เทา่ นน้ั เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรยี นรทู้ ่ี 5 พลงั งานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

26 4. ในปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลียรเ์ ราสามารถนำกฎตา่ ง ๆ มาใชไ้ ด้เป็นอย่างดี คือ กฎการคงทข่ี องพลังงาน กฎทรง มวล และการคงท่ขี องประจุไฟฟ้า จากการศกึ ษาเรอ่ื งของพลงั งานนิวเคลยี รข์ องปฏิกริ ยิ านิวเคลยี ร์ เราสามารถสรปุ ไดว้ า่ ถา้ ผลรวมของ พลังงานยึดเหน่ยี วของนวิ เคลียสกอ่ นเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ามคี ่านอ้ ยกว่าผลรวมของพลังงานยึดเหน่ียวของนิวเคลยี ส หลงั เกดิ ปฏกิ ริ ิยา ปฏกิ ิรยิ านวิ เคลียร์นัน้ จะเป็นปฏิกริ ยิ าทคี่ ายพลงั งานใหแ้ กส่ ิ่งแวดลอ้ ม เมอื่ พจิ ารณาความสมั พนั ธ์ ของพลงั งานยึดเหนยี่ วต่อนวิ คลีออนกับเลขมวลนวิ เคลยี สธาตตุ ่าง ๆ ในธรรมชาติ จะแบ่งกลมุ่ ออกได้เป็น 3 กลมุ่ คือนิวเคลียสขนาดเล็ก เลขมวล 1 ถงึ 50) นวิ เคลียสขนาดกลาง(เลขมวล 51 ถึง 150) และ นวิ เคลยี สขนาดใหญ่ (เลขมวลมากกวา่ 150 ขน้ึ ไป) นิวเคลียสขนาดกลางจะมพี ลงั งานยึดเหนยี่ วต่อนวิ คลีออนมากกว่านวิ เคลยี สขนาด ใหญ่ และนวิ เคลยี สขนาดเล็ก ดังน้นั ธาตุในธรรมชาตจิ ะสามารถนำมาทำใหเ้ กิดปฏกิ ริ ยิ านิวเคลียรแ์ ล้วคาย พลงั งานออกมาใหเ้ ราได้ 2 แบบ คือ 1. ทำให้นวิ เคลยี สขนาดใหญ่ เช่น U – 235 แตกตัวออกเป็นนวิ เคลียสขนาดกลาง 2 นวิ เคลยี ส เรยี กว่า ปฏิกริ ิยานวิ เคลยี รแ์ บบฟชิ ชัน (fission) 2. ทำให้นวิ เคลยี สขนาดเล็ก เช่น ไฮโดรเจน หรอื ดวิ เทอเรียมรวมตวั กันเป็นนวิ เคลยี สที่ใหญ่ขน้ึ เรียกว่า ปฏิกริ ิยานิวเคลยี รแ์ บบฟิวชัน (fusion) ซง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าทั้ง 2 แบบขา้ งต้นจะเปน็ ปฏกิ ิรยิ าคายพลังงาน เพราะเปน็ การเปลยี่ นนิวเคลียสท่มี พี ลงั งานยึด เหนีย่ วนอ้ ยไปเปน็ นิวเคลยี สที่มพี ลงั งานยดึ เหน่ียวมาก หมายเหตุ การทำใหน้ ิวเคลียสขนาดกลางแตกตวั เปน็ นิวเคลียสขนาดเลก็ จะไมเ่ รียกว่าฟชิ ชนั หรอื การทำให้นิวเคลียส ขนาดกลางรวมตวั เป็นนิวเคลียสขนาดใหญ่ก็จะไมเ่ รยี กว่า ฟวิ ชัน เพราะ เป็นปฏริ ิยาทดี่ ดู พลงั งานจากส่ิงแวดล้อม ปฏกิ ิรยิ าฟชิ ชนั ในปี พ.ศ. 2477 เฟอรม์ ิ นกั ฟสิ ิกสช์ าวอติ าลีได้พบว่า เมอ่ื ยิงนวิ ตรอนไปยังนิวเคลยี สของยูเรเนยี มจะทำ ให้ยเู รเนียมแตกตวั ออกเปน็ 2 นวิ เคลียสทีม่ เี ลขมวลใกล้เคยี งกนั พร้อมกับปลดปลอ่ ยพลงั งานออกมาประมาณ 200 MeV ตอ่ หนงึ่ ปฏกิ ิรยิ า เราเรียกปฏกิ ริ ยิ าทม่ี ีนวิ ตรอนพงุ่ ชนนวิ เคลยี สของยเู รเนียม แล้วทำใหน้ วิ เคลียสของ ยเู รเนยี มแตกตวั เป็น 2 นวิ เคลียสขนาดกลางน้ีวา่ ปฏิกิริยานวิ เคลยี รแ์ บบฟิชชนั ส่ิงท่ีควรรู้ นวิ ตรอนท่จี ะทำให้เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าฟชิ ชัน จะต้องมพี ลงั งานที่เหมาะสม ในกรณฟี ิชชนั ของ U – 235 น้ี นวิ ตรอนต้องมพี ลงั งานตำ่ ประมาณ 1 eV. หรอื นอ้ ยกว่า เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรยี นรูท้ ี่ 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

27 ภาพการเกดิ ปฏิกิรยิ านวิ เคลยี รฟ์ วิ ชนั บริเวณใจกลางดวงอาทติ ย์ ทีม่ า : http://nso.narit.or.th/index.php/2017-11-25-10-50-19/2017-12-07-06-19-35/nuclear- physics/167-nuclear-fusion ในการเกิดปฏกิ ิรยิ าฟชิ ชันแตล่ ะปฏิกิรยิ าจะไดพ้ ลงั งานประมาณ 200 MeV. พลงั งานนี้แมจ้ ะมคี า่ มาก สำหรบั อะตอมหรืออนภุ าคเล็ก ๆ แต่สำหรบั ในชีวิตประจำวนั พลงั งานนี้ถือว่านอ้ ยมาก (200 MeV = 3.2 x 10- 11 จลู ) การจะใชพ้ ลงั งานจากปฏิกริ ิยาฟชิ ชนั จึงต้องทำใหเ้ กดิ ฟิชชันเปน็ จำนวน มาก ๆ ในเวลาเดยี วกนั ซงึ่ กต็ อ้ ง ใชจ้ ำนวนนวิ ตรอนเป็นจำนวนมากด้วย (การจะทำใหเ้ กดิ ฟชิ ชนั ไดต้ ้องยงิ นวิ ตรอนไปยงั นวิ เคลยี สเป้าหมาย) และ จากฟชิ ชนั ของ U – 235 จะสามารถใหน้ วิ ตรอนเกดิ ขนึ้ อกี 2-3 ตวั ดังนน้ั ถ้ายิงนวิ ตรอนตวั แรกไปยงั นิวเคลียส ของ U – 235 เมอ่ื เกดิ ฟิชชนั จะเกิดนวิ ตรอนขน้ึ 2-3 ตัว นวิ ตรอนเหล่านีจ้ ะถูกทำใหพ้ ลงั งานลดลงจนเหมาะสม แล้วว่ิงชนนวิ เคลยี สของ U – 235 ขา้ งเคียง ทำใหเ้ กดิ ฟชิ ชันต่อไป ทำใหเ้ กิดนิวตรอนเพมิ่ ขน้ึ อกี ซง่ึ จะวงิ่ ชน นิวเคลยี สของ U – 235 ข้างเคียงตอ่ ไป ทำใหเ้ กดิ ปฏิกริ ิยาฟิชชันอย่างต่อเนือ่ ง และมจี ำนวนปฏิกริ ิยาทเ่ี พมิ่ ข้นึ เรือ่ ย ๆ เรียกว่า เกิดเป็นปฏกิ ริ ิยาลกู โซ่ (chain reaction) ทำให้ได้พลงั งานจำนวนมหาศาลในเวลาส้นั ๆ อยา่ งไร กต็ ามในการเกิดปฏิกริ ยิ าฟชิ ชนั นิวเคลียสขนาดกลางท่ไี ดส้ ว่ นใหญเ่ ปน็ นวิ เคลียสกมั มนั ตรังสี ซึง่ จะสลายตัวและ แผ่รงั สอี อกมา ก่อใหเ้ กดิ อันตรายไดจ้ ึงตอ้ งมกี ารควบคุมและเก็บรกั ษาไว้อย่างดี ปฏิกริ ยิ าฟิวชัน เป็นปฏิกริ ยิ าการรวมตวั ของธาตุเบา คือ ไฮโดรเจน ทำให้เกดิ เปน็ นิวเคลียสทใ่ี หญ่ข้ึน ปฏกิ ริ ิยาการรวมตวั แบบฟวิ ชนั ของไฮโดรเจนนจี้ ะเกดิ ได้ตอ้ งใช้อณุ หภูมสิ งู มาก (มากกวา่ ลา้ นองศาเซลเซียส) เพราะนวิ เคลียสเปน็ ประจุบวกจะผลกั กนั ไม่สามารถมารวมกันได้งา่ ย ๆ การจะใหน้ วิ เคลียสรวมกันได้ต้องทำให้นิวเคลยี สมาอยู่ใกล้ ๆ เป็นระยะน้อยกวา่ 10-15 เมตร เพ่ือใหเ้ กดิ แรงนิวเคลยี รย์ ดึ อนภุ าคของนวิ เคลยี สเขา้ ไว้ด้วยกัน และเชอ่ื กนั ว่าดาว เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรูท้ ่ี 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

28 ฤกษแ์ ละดวงอาทิตยผ์ ลติ พลงั งานจำนวนมหาศาลดว้ ยวธิ ีการแบบน้ี และในหอ้ งปฏบิ ตั กิ ารบนโลกมนษุ ย์ ปฏิกริ ิยา ฟิวชนั ท่ีทำไดค้ อื การรวมตวั ของดิวเทอเรยี มไปเป็นฮเี ลยี ม จากความรูเ้ กย่ี วกบั ปฏิกริ ิยาฟิชชนั และปฏกิ ริ ยิ าฟวิ ชัน ซึ่งเป็นปฏิกริ ิยานิวเคลยี รท์ ส่ี ามารถให้พลงั าน จำนวนมากเมื่อเทยี บกบั มวลของเช้อื เพลงิ ปัจจบุ นั มกี ารใชพ้ ลงั งานนิวเคลียรใ์ น 2 รปู แบบ คือ ทำเปน็ ระเบิด นิวเคลียร์ ซงึ่ จะมอี ำนาจในการทำลายอย่างมหาศาล (สามารถทำได้ทงั้ แบบฟิชชันและฟิวชนั ) และทำเปน็ เคร่อื ง ปฏิกรณ์นวิ เคลียรท์ จี่ ะควบคมุ พลงั งานนวิ เคลยี รใ์ หเ้ กิดข้นึ ในขนาดท่ีพอเหมาะอยา่ งตอ่ เน่อื ง (ปจั จบุ ันสามารถทำ ไดเ้ ฉพาะแบบฟชิ ชนั เพราะแบบฟิวชนั ต้องใชอ้ ณุ หภูมิสูงมากในการควบคมุ ซง่ึ ยังควบคุมไม่ได้) มีการนำไปใชใ้ น การผลติ พลังงานไฟฟา้ ขับเคลื่อนเรอื ดำน้ำหรอื เรอื เดนิ สมทุ รทดแทนการใชพ้ ลงั งานจากเช้ือเพลงิ ฟอสซลิ เช่น นำ้ มัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ การใช้ประโยชน์ของพลงั งานนิวเคลียรด์ า้ นตา่ งๆ ตัวอย่างตอ่ ไปนี้ 1. การใชป้ ระโยชน์ของพลังงานนิวเคลยี ร์ในทางการแพทย์ มดี งั น้ี 1.1 รังสรี ักษา และมะเรง็ วิทยา Radiotherapy and Oncology วิชารงั สีวทิ ยามสี าขาท่เี กีย่ วข้องกับการใช้พลงั งานรงั สีชนิดตา่ งๆ รวมท้งั การใช้กมั มนั ตภาพรงั สีในการ รกั ษาโรคโดยเฉพาะโรคมะเรง็ เราเรียกวา่ รงั สรี กั ษาและมะเร็งวทิ ยา (Radiation Oncology)เป็นการนำ วิทยาการในด้านการฉายแสง โดยเครือ่ งท่ีถกู สร้างขึน้ มาเปน็ พเิ ศษ เช่นเครอื่ ง LINAC หรือ Linear Accelerator หรือเครือ่ ง Cobalt 60 นอกจากน้ยี ังมีวทิ ยาการในการใช้สารสารกมั มันตภาพรงั สสี อดใสเ่ ขา้ ไปในโพรงหรอื อวยั วะภายในรา่ งกาย หรือการใหส้ ารเคมบี ำบดั (chemotherapy) เพอ่ื กำจัดเซลลม์ ะเรง็ ใหห้ มดไปจากรา่ งกาย ของผู้ปว่ ย เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรยี นรทู้ ่ี 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

29 1.2 เวชศาสตรน์ วิ เคลยี ร์ ( Nuclear Medicine ) เวชศาสตร์นิวเคลียรเ์ ปน็ ศาสตร์ทแี่ ตกตา่ งจากรงั สีวินจิ ฉัยและรงั สีรกั ษาอย่างมากเพราะเป็นศาสตรท์ ่ี เกยี่ วข้องกบั การนำนวิ เคลียรเ์ ทคโนโลยมี่ าใชป้ ระโยชน์ในการตรวจวนิ ิจฉัยและรกั ษาโรคตา่ งๆ โดยใหส้ าร กัมมนั ตภาพรงั สเี ขา้ ไปในรา่ งกายโดยการฉีดหรอื รบั ประทานและตอ้ งเตรยี มเภสัชรงั สีใหเ้ หมาะสมกับการ ตรวจ รักษาโรคแตล่ ะชนดิ ตอ้ งมีการควบคมุ คณุ ภาพและใหป้ ลอดเชือ้ ตลอดจนการคำนวณขนาดของรงั สที จ่ี ะ ให้แกผ่ ปู้ ่วยแตล่ ะรายก่อนทจี่ ะมกี ารฉีดหรือให้ผปู้ ่วยรับประทาน แลว้ ศกึ ษาการทำงานของอวัยวะและระบบ ต่างๆ ของร่างกายตลอดจนกลไกพยาธิสรีรวทิ ยาอยา่ งละเอยี ด โดยการถา่ ยภาพทงั้ 2 มิติ และ 3 มิติ และยงั ใชใ้ น การตรวจโรคระบบโลหติ ตลอดจนการตรวจเลอื ด ปสั สาวะฯลฯ เพอื่ วัดระดับฮอร์โมน สารและยาตา่ งๆในรา่ งกาย จึงแตกต่าง จากการ วินิจฉัยโรคดว้ ยการเอกซเรยอ์ ยา่ งสนิ้ เชงิ จะต้องมมี าตรการปอ้ งกันอันตรายจากรงั สีเป็น พิเศษสำหรบั ผ้ปู ่วยและผปู้ ฏิบตั งิ าน ดงั นั้นผปู้ ฏบิ ตั งิ านดา้ นน้จี ะต้องมคี วามรู้ความ สามารถและไดร้ บั การ ฝกึ อบรมด้านนโ้ี ดยเฉพาะเพอ่ื การใช้สารกมั มันตรงั สที างการแพทยใ์ ห้เกดิ ประโยชนส์ งู สดุ และมีความปลอดภัย การตรวจวนิ จิ ฉัย และรักษาโรคด้วยวิทยาการทางนิวเคลยี ร์และเทคโนโลยี่ทเี่ กีย่ วขอ้ งมีความเจรญิ ก้าวหน้าและ ขยายออกไปอย่างรวดเรว็ และกวา้ งขวาง เนือ่ งจากการตรวจ วนิ จิ ฉัยโรคและการรกั ษาโรคทางด้านเวชศาสตร์ นวิ เคลียรไ์ ม่อาจทดแทนดา้ นการตรวจวินิจฉยั และการรักษาโรคโดยวธิ กี ารอน่ื ได้ เชน่ การตรวจการทำงานของ อวยั วะตา่ งๆ ไม่วา่ จะเป็น หวั ใจ ไต ตอ่ มธยั รอยด์ เปน็ ต้น หรอื การตรวจดูการแพรก่ ระจายของมะเรง็ ไปท่ี อวัยวะตา่ งๆ อยา่ งมปี ระสทิ ธภิ าพสูง ดว้ ยการตรวจดว้ ยสารกัมมันตภาพรังสีในเวชศาสตร์นิวเคลียร์ คอื SPECT( Single Photon Emission Tomography)และ PET (Positron Emission Tomography ) ตลอดจน การรกั ษาโรคตา่ งๆอย่างมปี ระสทิ ธิภาพสูง เช่นการรกั ษาโรคตอ่ มไทรอยดเ์ ป็นพษิ การรกั ษาโรคมะเรง็ ต่างๆ เช่น ต่อมธยั รอยด์ ต่อมหมวกไต ตบั เป็นตน้ รวมทง้ั โรคบางชนดิ ทางระบบโลหิตวิทยา ในปัจจบุ นั นมี้ กี ารนำภาพจาก เครื่องเอกซเรยค์ อมพวิ เตอร์ (CT) และเครือ่ งตรวจดว้ ย คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ (MRI) มาควบคู่กบั ภาพ SPECT และ PET ซ่ึงภาพจากเครอ่ื งเอกซเรย์ คอมพิวเตอร์และเคร่อื งตรวจด้วยคลน่ื แมเ่ หล็กไฟฟา้ จะแสดงขอ้ มลู ทางกาย วิภาคของอวยั วะสั้นๆ แล้วนำภาพทัง้ 2 ระบบมารวมกันกลายเปน็ ภาพ SPECT/CT ( Single Photon Emission Tomography/ Computed Tomography),PET/CT ( Positron Emission Tomography/Computed Tomography และ PET/MRI ( Positron Emission Tomography/Magnetic Resonance Imaging) ทำให้ ไดข้ อ้ มูลทงั้ ทางด้านสรรี วทิ ยา,ชวี วิทยาโมเลกลุ และกายวิภาคพร้อมในคราวเดยี วกนั - ด้านการตรวจและวนิ จิ ฉยั โรค เชน่ การถ่ายเอกซเรย์ เพอื่ ตรวจความผดิ ปกตขิ องอวัยวะ การตรวจการ ทำงานระบบอวยั วะ โดยให้ผปู้ ว่ ยรับประทาน หรือฉีดสารกมั มันตรงั สเี ขา้ ไปในร่างกาย แล้วทำการถา่ ยภาพ อวัยวะภายในต่างๆ ตัวอย่างเชน่ การใช้ไอโอดนี -131 ตรวจความผดิ ปกติของตอ่ มไทรอยด์ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรู้ที่ 5 พลังงานนวิ เคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

30 ไอโซโทปรงั สใี นการแพทย์ (Radioisotopes in Medicine) ท่ีมา : https://www.chulabhornhospital.com/page.php?name=1241 ศึกษาเรียนร้เู พม่ิ เติม ท่มี า : http://nkc.tint.or.th/nkc54/content-01/nstkc54-100.html เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วิทยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

31 - ดา้ นการบำบดั รักษาโรค โดยทัว่ ไปใช้รังสีในการรักษาโรคมะเรง็ และเนอ้ื งอก เช่น ใช้ฟอสฟอรสั -32 ในการ รักษาภาวะทมี่ เี ม็ดเลือดแดงมากเกนิ ไป สำหรบั ผ้ปู ่วยโรคมะเร็งเม็ดเลอื ดขาว - การเอกซเรยก์ ระดูก 1.3 ดา้ นการทำใหป้ ลอดเช้อื ของผลิตภัณฑท์ างการแพทย์ เชน่ ใชร้ งั สแี กมมาจากโคบอลต-์ 60 ในการ ทำให้ผลิตภัณฑ์ทไี่ มท่ นความรอ้ น มรี ปู รา่ งสลับซบั ซ้อน หรืออยูใ่ นภาชนะบรรจุข้นั สดุ ทา้ ยปลอดเช้อื วธิ นี ้ีจะชว่ ย ปอ้ งกันการปนเป้อื นทเ่ี กดิ จากการบรรจหุ ีบห่อ มีความปลอดภยั ตอ่ ผูป้ ฏิบัติงาน และคนไข้ 2. การใชป้ ระโยชนข์ องพลงั งานนวิ เคลยี รด์ า้ นการเพิ่มมลู ค่าอัญมณีและเครื่องประดับ เทคโนโลยีนิวเคลียรท์ ี่ใช้กับอญั มณีเปน็ เทคโนโลยที ี่ถือเปน็ วิธีการหนงึ่ ทช่ี ่วยเพม่ิ มูลคา่ ของอญั มณใี ห้ดียง่ิ ขนึ้ เชน่ สขี องอัญมณีท่ีวิบวับมากขึ้น ภาพ HOW TO ฉายอญั มณี ทมี่ า : https://intrend.trueid.net/article/how-to- เอกสารประกอบการเรียน หนว่ ยการเรยี นร้ทู ่ี 5 พลงั งานนวิ เคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )

32 ศกึ ษาเรยี นรูเ้ พ่ิมเตมิ ภาพ HOW TO ฉายอญั มณี ท่ีมา : https://intrend.trueid.net/article/how-to- 3. การใชป้ ระโยชนข์ องพลงั งานนวิ เคลียรใ์ นดา้ นอุตสาหกรรม ได้มกี ารนำพลงั งานนิวเคลยี ร์มาใช้ ให้เกิดประโยชน์ทางด้านอุตสาหกรรมอยา่ งแพรห่ ลาย จำแนกได้ 3 แบบ ตามวิธกี ารของเทคโนโลยนี ิวเคลียร์ ดังนี้ 3.1 อุตสาหกรรมดา้ นพลงั งาน เช่น การผลติ เรอื สินคา้ เรอื ตัดนำ้ แข็ง การสรา้ งโรงไฟฟา้ นิวเคลยี ร์ ศึกษาเพ่มิ เติม ศกึ ษาเพิ่มเติม การใชเ้ รือตดั นำ้ แข็งพลงั งานนวิ เคลยี ร์ ที่มา : https://hmong.in.th/wiki/Nuclear-powered_icebreaker เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรทู้ ่ี 5 พลงั งานนวิ เคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

33 . ภาพโรงงานพลงั งานนิวเคลยี ร์ ศกึ ษาเพิม่ เตมิ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ทมี่ า : https://pixabay.com/ ,Bru-no ทม่ี า : http://projectspdp2010.egat.co.th 2. อตุ สาหกรรมการฉายรงั สี เชน่ การฉายรงั สอี าหาร และผลติ ผลการเกษตร การทำใหผ้ ลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ ปลอดเชือ้ โรค การผลติ สารพวกพอลิเมอรต์ า่ งๆ เจ้าหนา้ ท่กี ำลงั ควบคุมการฉายรงั สอี าหารและผลิตผลการเกษตร ผลติ ภัณฑอ์ าหารฉายรังสี ทีม่ า : https://www.sciencepark.or.th/index.php/th/innovation-update/why-food-irradiation/ ศึกษาเรยี นรเู้ พมิ่ เติม ท่มี า : https://www.nst.or.th/article/notes01/article008.htm เอกสารประกอบการเรยี น หน่วยการเรียนร้ทู ่ี 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

34 3. การตรวจวดั และควบคมุ ในโรงงานอุตสาหกรรม โดยการใชเ้ ทคนคิ นวิ เคลียร์ ตรวจวดั ด้วยการใช้ วสั ดุกมั มนั ตรงั สี และเทคนิคทางรังสี ซึ่งเรยี กว่า “เทคนคิ นวิ เคลยี ร”์ มาใชป้ ระโยชน์ในระบบวัดและควบคุม ของโรงงานอตุ สาหกรรม การตรวจวัดและควบคุม โดยปจั จบุ ันมกี ารใช้อย่างแพรห่ ลาย ในประเทศไทย ซงึ่ มี ตวั อยา่ งดังตอ่ ไปน้ี - การใชร้ งั สแี กมมา วดั ระดบั ของไหลหรือสารเคมี ในกระบวนการผลติ เส้นใยสงั เคราะห์ - การใชร้ งั สแี กมมา วดั ระดบั เศษไม้ในหมอ้ นง่ึ เพอื่ การผลิตไม้อัดแผ่นเรยี บ - การใชร้ งั สีแกมมา วัดความหนาแนน่ ของนำ้ ปนู กบั เสน้ ใยหนิ เพอื่ การผลติ กระเบือ้ งกระดาษ - การใช้รงั สีแกมมา วัดและควบคมุ ความหนาแน่นของเนอ้ื ยาง ที่เคลอื บบนแผ่นผ้าใบเพ่ือผลิตยางรถยนต์ - การใช้รงั สแี กมมา วัดและควบคุมความหนาของแผน่ เหล็ก - การใช้รงั สบี ตี า วดั และควบคุมน้ำหนกั ของกระดาษ ในอุตสาหกรรมผลิตกระดาษ - การใช้รงั สเี อกซ์ วดั หาปรมิ าณตะกัว่ และกำมะถัน ในการกลน่ั นำ้ มนั ปิโตรเลยี ม - การใช้รงั สีนิวตรอน ในการสำรวจแหลง่ นำ้ มนั และก๊าซธรรมชาติใต้ดนิ - การใชร้ งั สีแกมมา ตรวจสอบรอยเชือ่ มโลหะ การหารอยร่วั รอยรา้ วของวสั ดุ - การใชร้ งั สีแกมมา วดั หาปรมิ าณเถ้าในถา่ นหนิ บนสายพานลำเลียง 4. การใช้ประโยชนข์ องพลังงานนิวเคลียรท์ างด้านการเกษตร มีการใช้เทคโนโลยีนวิ เคลยี รเ์ พือ่ กจิ การต่างๆ เช่น ส่งเสริมการเกษตร เพอื่ เพมิ่ ปรมิ าณเพมิ่ คณุ ภาพ ผลผลิตทางการเกษตร เชน่ ปรบั ปรงุ พันธพ์ุ ชื การถนอมอาหารด้วยรงั สี ศกึ ษาเก่ียวกบั การดูดซึมแร่ธาตแุ ละป๋ยุ ของตน้ ไมแ้ ละพืชเศรษฐกจิ ตา่ งๆ เพ่อื ปรบั ปรงุ การใช้ป๋ยุ ใหม้ ปี ระสิทธภิ าพยิง่ ข้นึ ทมี่ า : https://sites.google.com/site/sciencepmtech/bth-reiyn/ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรียนรูท้ ี่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วิทยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยกุ ต์ ( nuclear energy )

35 5. การใช้ประโยชนข์ องพลังงานนวิ เคลียร์ทางด้านส่งิ แวดลอ้ ม มี 2 ทาง คือ การรกั ษา และพฒั นาสภาพของสง่ิ แวดลอ้ มใหด้ ีขน้ึ และการตรวจและควบคมุ ปรมิ าณรงั สี ทมี่ ีอย่ใู น ธรรมชาติ ให้อยู่ในระดบั ทป่ี ลอดภยั ต่อมนุษย์ เชน่ การใชร้ ังสแี กมมาจากโคบอลต์-60 ฆ่าเช้ือโรคต่างๆ ในนำ้ ทิง้ จากชมุ ชน และโรงพยาบาล เพ่อื ป้องกนั โรคระบาด ศึกษาเรียนรู้เพิ่มเติมจาก วารสารปรมณูเพอ่ื สันติ 6. การใชป้ ระโยชนข์ องพลงั งานนิวเคลยี ร์ทางดา้ นหาอายวุ ตั ถโุ บราณ ววิ ัฒนาการของเทคโนโลยกี ารวัดอายุวัตถโุ บราณโดยใช้คาร์บอน -14 เปน็ วทิ ยาการวดั อายุของวตั ถุ โบราณด้วยธาตคุ าร์บอนกมั มันตรงั สี (radiocarbon dating) ซง่ึ เปน็ เทคนิคท่ีได้ปฏิรปู การวจิ ยั ด้านโบราณคดี ธรณีวิทยา ประวัติศาสตร์ ธรณีฟสิ ิกส์ และดกึ ดำบรรพ์วิทยา ทำให้ Willard Frank Libby ได้รับรางวัลโนเบล สาขาเคมปี ระจำปี 1960 นกั โบราณคดีกบั ชน้ิ ส่วนฟอสซลิ ไดโนเสาร์ (GULSHAN KHAN / AFP ) ศึกษาเรียนรู้เพม่ิ เติม วิวฒั นาการของเทคโนโลยีการวดั อายุวตั ถุโบราณโดยใช้คารบ์ อน-14 ที่มา : https://mgronline.com/science/detail/9610000101669 เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรยี นรู้ท่ี 5 พลงั งานนิวเคลยี ร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยีประยกุ ต์ ( nuclear energy )

36 รังสีจากพลงั งานนวิ เคลียร์มปี ระโยชนม์ ากมายตามท่กี ล่าวมาแล้ว แต่กม็ ีพิษภัยดว้ ยคือ สามารถก่อใหเ้ กดิ ความเสยี หายของเซลลส์ ง่ิ มชี วี ติ ถ้าได้รับรงั สีมาก อาจทำใหม้ ีอาการปว่ ยทางรังสจี นเสียชีวติ ได้ เชน่ ถา้ ไดร้ บั ถงึ 6,000 มลิ ลิซเี วิรต์ จะทำใหอ้ อ่ นเพลีย อาเจียน ท้องรว่ ง ภายใน 1 - 2 ชัว่ โมง เมด็ เลอื ดลดลงอย่างรวดเร็ว ผมรว่ ง มีไข้ อักเสบบรเิ วณปากและลำคออยา่ งรนุ แรง มเี ลอื ดออก และมีโอกาสเสยี ชีวิตถงึ รอ้ ยละ 50 ภายในเวลา 2 - 6 สปั ดาห์ จึงต้องมกี ารตราพระราชบัญญตั พิ ลงั งานปรมาณเู พอื่ สนั ตอิ อกบังคบั ใช้ ให้ผูใ้ ชพ้ ลังงานนวิ เคลยี รท์ ราบ และปฏบิ ตั ิตาม มกี ารออกกฎเกณฑ์ ระเบียบ ขอ้ บงั คับตา่ งๆท่ีกำหนดไว้ ตวั อยา่ งสาระสำคญั ของพระราชบญั ญัตแิ ละกฎกระทรวงท่เี กีย่ วขอ้ ง มดี งั นี้ -ผผู้ ลติ ผูใ้ ช้ ผคู้ รอบครอง การขนยา้ ย หรือนำเขา้ และสง่ ออกสารกัมมนั ตรงั สี และตน้ กำเนิดพลังงาน นวิ เคลยี ร์ชนดิ อนื่ ใด จะตอ้ งได้รับใบอนุญาตจากคณะกรรมการพลงั งานปรมาณเู พ่ือสันติ -ต้องมผี รู้ บั ผดิ ชอบดำเนนิ การทางด้านเทคนคิ ในเร่ืองรังสี มเี ครอื่ งมอื ตรวจรังสี และเคร่ืองมอื ระงบั หรอื ป้องกนั อันตรายจากรงั สี -ตอ้ งติดปา้ ยเตือนภัยอนั ตรายจากรงั สีอยา่ งชัดเจน -การทงิ้ หรอื กำจดั วสั ดกุ ัมมันตรงั สตี ้องปฏบิ ตั ติ ามวิธที ค่ี ณะกรรมการฯ เหน็ ชอบ โรงเก็บกากกัมมนั ตรงั สี เอกสารประกอบการเรยี น หนว่ ยการเรียนร้ทู ี่ 5 พลังงานนิวเคลียร์ รายวชิ า 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตร์เทคโนโลยีประยุกต์ ( nuclear energy )

37 แหล่งท่มี า กฤตนัย (สมชาย) จันทรจตุรงค.์ (มมป.). ฟิสกิ ส์ เรื่องที่ 17,18 ฟิสิกส์อะตอม,ฟสิ กิ สน์ วิ เคลยี ร์. นนทบรุ :ี ธรรมบณั ฑิต. ช่วง ทมทติ ชงค์ และคณะ. (2537). ฟสิ ิกส์ 5. กรงุ เทพฯ: ไฮเอด็ พับลชิ ชง่ิ . น้ำฝน โพธส์ิ งิ ห์ และคณะ. (2556). พลงั งานนวิ เคลียร์ . สืบคน้ เม่อื 6 พฤษภาคม 2563, จาก http://fondawnnanmar607.blogspot.com/2013/09/blog-post_5.html National Schools Observatory. (2560). ปฏกิ ริ ยิ านวิ เคลียร.์ สบื คน้ เม่ือ 6 พฤษภาคม 2563, จาก http://nso.narit.or.th/index.php/2017-11-25-10-50-19/2017-12-07-06-19-35/nuclear-physics/167- nuclear-fusion ธดิ ารตั น์ แสงฮวด. (2557). ธาตุกัมมันตรงั สี. สบื คน้ เมอ่ื 6 พฤษภาคม 2563, จาก https://kruannchemistry.wordpress.com/2012/09/26/ธาตุกมั มนั ตรงสี/ ทศั นพล บุณยรัตนสุนทร. (มมป). สมบัตขิ องธาตุและสารประกอบ. สบื ค้นเมอ่ื 6 พฤษภาคม 2563, จาก http://119.46.166.126/self_all/selfaccess10/m4/chemical4_2/Lesson4/Lesson4.php กมลชนก กันทะเดช . (2558). ความน่าจะเปน็ . สืบค้นเมอื่ 6 พฤษภาคม 2563, จาก https://tianmime.wordpress.com/ความน่าจะเป็น/ เอกสารประกอบการเรียน หน่วยการเรยี นรทู้ ่ี 5 พลังงานนวิ เคลียร์ รายวิชา 19-40000-1301 วทิ ยาศาสตรเ์ ทคโนโลยปี ระยุกต์ ( nuclear energy )