fbpx

ฟิสิกส์ นิวเคลียร์

ฟิสิกส์ นิวเคลียร์

สรุปเนื้อหา ฟิสิกส์นิวเคลียร์ คืออะไร

ฟิสิกส์นิวเคลียร์ คือ สาขาวิชาที่ศึกษาองค์ประกอบต่าง ๆ และปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันของนิวเคลียสทั้งหลายของอะตอม การประยุกต์ใช้ฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ทราบกันดีที่สุดคือ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีอาวุธนิวเคลียร์ แต่การวิจัยได้ประยุกต์ไปในหลายสาขา เช่น เวชศาสตร์นิวเคลียร์และการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก การปลูกฝังไอออนในวิศวกรรมศาสตร์วัสดุ และการหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสีในวิชาภูมิศาสตร์และโบราณคดี อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เราต้องรู้จักก่อนในเบื้องต้นคือ นิวเคลียสของอะตอมคืออะไร นิวคลีออนคืออะไร ไอโซโทป และความหมายของปฏิกิริยานิวเคลียร์ รวมไปถึงเรื่องสัญลักษณ์นิวเคลียร์ด้วย ดังนี้

  • นิวเคลียสของอะตอม คือ อนุภาคที่อยู่ตรงกลางของอะตอม ประกอบด้วยอนุภาค 2 ชนิดคือ โปรตอน (proton) และนิวตรอน (neutron)
  • นิวคลีออน (Nucleon) คือ อนุภาคที่เป็นองค์ประกอบของนิวเคลียส = จํานวนโปรตอน + จํานวนนิวตรอน
  • ปฎิกิริยานิวเคลียร์ คือ กระบวนการที่นิวเคลียสเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบหรือระดับพลังงาน ในทุกสมการปฏิกิริยานิวเคลียร์ ผลบวกของเลขอะตอมทั้งก่อนและหลังปฏิกิริยาจะต้องเท่ากัน ซึ่งแสดงว่าประจุไฟฟ้ารวมมีค่าคงตัว และผลบวกของเลขมวลก่อนและหลังปฏิกิริยาก็จะต้องเท่ากันด้วย ซึ่งแสดงว่า จำนวนนิวคลียสรวมก่อนและหลังปฏิกิริยาจะต้องคงตัว
  • สัญลักษณ์ของนิวเคลียร์ (nuclear symbol) หรือที่เรียกว่า นิวไคลด์ (nuclide) ชนิดหนึ่งของธาตุจะใช้จํานวนโปรตอนและนิวตรอนในการระบุชนิดของนิวไคลด์ ดังต่อไปนี้
สัญลักษณ์ของนิวเคลียร์
สัญลักษณ์ของนิวเคลียร์
  • ไอโซโทป ( Isotope) นิวเคลียสของธาตุชนิดเดียวกัน ทีมีเลขอะตอม Z เท่ากัน แต่เลขมวล A ต่างกัน โดยไอโซโทปที่ไม่แผ่รังสี เรียกว่า ไอโซโทปเสถียร ส่วนไอโซโทปที่แผ่รังสีได้ เรียกว่า ไอโซโทปกัมมันตรังสี

 

กัมมันตภาพรังสีถูกค้นพบได้อย่างไร

  • ปี ค.ศ. 1896 เบ็กเคอเรล ( Henri Becquerel ) ได้ทำการทดลองการเรืองแสงของสารต่าง ๆ และได้พบว่าสารประกอบของยูเรเนียมสามารถ แผ่รังสีชนิดหนึ่งออกมาได้เองตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเลย และจากการศึกษาเบื้องต้นของเบ็กเคอเรล เขาได้พบว่า รังสีนี้มีสมบัติบางประการคล้ายรังสีเอกซ์ เช่น สามารถทะลุผ่านวัตถุบางชนิดและทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนได้
  • ปีแอร์ คูรี ( Pierre Curie ) และมารี คูรี ( Maric Curie ) ได้ทำการทดลองกับธาตุอื่น ๆ อีกหลายชนิด และพบว่าธาตุบางชนิดมีการแผ่รังสีเช่นเดียวกับธาตุยูเรเนียม ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องนี้ เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) และธาตุที่มีการแผ่รังสีได้ เองเรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive element) จากการศึกษารังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีทั่วไป
รังสี 3 ชนิด
รังสี 3 ชนิด
สัญลักษณ์ของธาตุและอนุภาค
สัญลักษณ์ของธาตุและอนุภาค

 

สมบัติต่าง ๆ ของรังสีทั้ง 3 ชนิด

  • รังสีแอลฟา มีส่วนประกอบเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมมีมวลประมาณ 4u มีประจุไฟฟ้า +2e มีพลังงานประมาณ 4-10 MeV รังสีแอลฟาสามารถทำให้สารที่รังสีผ่านแตกตัวเป็นไอออนได้ดีจึงเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว รังสีแอลฟาจึงมีอำนาจทะลุผ่านน้อยมาก กล่าวคือ สามารถวิ่งผ่านอากาศได้ประมาณ 3-5 เซนติเมตร และเมื่อใช้แผ่นกระดาษบาง ๆ กั้น รังสีแอลฟาก็ทะลุผ่านไม่ได้ เนื่องจากรังสีนี้คือนิวเคลียสที่เป็นอนุภาค บางครั้งจึงเรียกรังสีแอลฟาว่า อนุภาคแอลฟา
  • รังสีบีตา เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า -1e มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน รังสีบีตา คือ อิเล็กตรอน (ที่มาจากการสลายของนิวเคลียส ไม่ใช่อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส) มีพลังงานตั้งแต่ 0.04-3.2 MeV รังสีบีตาสามารถวิ่งผ่านไปในอากาศได้ประมาณ 1-3 เมตร อำนาจทะลุผ่าน ของรังสีบีตาจึงมากกว่ารังสีแอลฟา บางครั้งเรียกรังสีบีตาว่า อนุภาคบีตา
  • รังสีแกมมา เป็นรังสีที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแกมมามีพลังงานประมาณ ตั้งแต่ 0.04-3.2 MeV สามารถทะลุผ่านแผ่นอะลูมิเนียมที่หนาหลายเซนติเมตรได้ จึงมีอำนาจทะลุผ่านมากที่สุดในบรรดารังสีทั้งสามชนิด

 

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี คือ การที่ธาตุกัมมันตรังสีมีปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีออกมา ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นภายในนิวเคลียส ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้บางครั้งจะมีธาตุใหม่เกิดขึ้น หรือบางครั้งอาจไม่มีธาตุใหม่เกิดขึ้นก็ได้ ดังนี้

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี
การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี

 

Half Life หรือ เวลาครึ่งชีวิต คืออะไร

เวลาครึ่งชีวิต คือ ช่วงเวลาที่จำนวนนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีสลายจนเหลือครึ่งหนึ่งของจำนวนเริ่มต้น

เวลาครึ่งชีวิต
เวลาครึ่งชีวิต

 

การสลายตัวของนิวเคลียสกับกัมมันตรังสี

สมมติฐานของรัทเธอร์ฟอร์ดและซอดดี เพื่อใช้อธิบายการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี มีดังนี้

  1. ธาตุกัมมันตรังสีจะแตกตัวออกให้อนุภาคแอลฟาหรือบีตาได้สารใหม่ และสารใหม่ที่เกิดขึ้นนี้อาจจะมีการแผ่กัมมันตภาพรังสีต่อไปได้อีก
  2. ในการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เราไม่สามารถจะบอกได้ว่านิวเคลียสใดจะสลายก่อนหรือหลังแต่เราสามารถบอกได้เพียงว่านิวเคลียสทุกตัวมีความน่าจะเป็นที่จะสลายตัวเท่ากันหมดและอัตราการสลายจะขึ้นอยู่กับจํานวนนิวเคลียส (นิวเคลียสที่พร้อมจะสลาย) ในขณะนั้น
การสลายตัวของนิวเคลียสกับกัมมันตรังสี
การสลายตัวของนิวเคลียสกับกัมมันตรังสี

 

พลังงานยึดเหนี่ยว (B.E.) คืออะไร

พลังงานยึดเหนี่ยว
พลังงานยึดเหนี่ยว

 

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

สําหรับการชนระหว่างนิวเคลียสกับนิวเคลียส หรือนิวเคลียสกับอนุภาคนั้นเขียนเป็นปฏิกิริยานิวเคลียสได้ ดังนี้

ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์

 

ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction)

เกิดจากธาตุหนักถูกยิงด้วยนิวตรอน แล้วแตกเป็นธาตุเบา ปฏิกิริยาฟิชชันเป็นปฏิกิริยาแยกตัวของนิวเคลียส โดยมีนิวตรอนเป็นตัววิ่งเข้าชนนิวเคลียสหนักๆ( A > 230 ) เป็นผลทําให้นิวเคลียสที่มีขนาดปานกลาง และมีนิวตรอนที่มีความเร็วสูงเกิดขึ้นประมาณ2-3 ตัว อีกทั้งมีการคายพลังงานออกมาด้วย

 

ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง ฟิสิกส์นิวเคลียร์

1. ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสีได้เอง และรังสีที่แผ่ออกมาจะต้องเป็นรังสีต่อไปนี้เสมอ

ก. รังสีแอลฟา
ข. รังสีบีตา รังสีแกมมา
ค. รังสีแอลฟา รังสีบีตา รังสีแกมมา
ง. เป็นรังสีชนิดใดก็ได้

2. รังสีแอลฟามีอํานาจในการทะลุผ่านน้อยกว่ารังสีชนิดอื่นที่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีเนื่องจากสาเหตุใด

ก. รังสีแอลฟามีพลังงานน้อยกว่ารังสีชนิดอื่น
ข. รังสีแอลฟามีคุณสมบัติในการทําให้สารที่รังสีผ่าน แตกตัวเป็นไอออนได้ดีกว่า
ค. รังสีแอลฟาไม่มีประจุไฟฟ้า
ง. ถูกทั้งข้อ ก และ ข

3. ธาตุ A สลายเป็นธาตุ B โดยปล่อยรังสีบีตาออกมา ธาตุทั้งสองจะมีจํานวนใดเท่ากัน

ก. นิวตรอน
ข. โปรตอน
ค. ผลรวมของนิวตรอนและโปรตอน
ง. ผลต่างของนิวตรอนและโปรตอน

4.สารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งมีค่ากัมมันตภาพ 256 คูรี พบว่าเวลาผ่านไป 6 นาที กัมมันภาพลดลงเหลือ 32 คูรี จงหาครึ่งชีวิตและค่ากัมมันภาพที่หลืออยู่หลังจากเวลาผ่านไปอีก 8 นาที

ก. 2 นาที 2 คูรี
ข. 2 นาที 30 คูรี
ค. 4 นาที 8 คูรี
ง. 4 นาที 24 คูรี

5. ต้องใช้เวลานานเท่าใด ธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 30 ปี จึงจะมีปริมาณเหลือเพียงร้อยละ 10 ของของเดิม

ก. 80 ปี
ข. 100 ปี
ค. 120 ปี
ง. 240 ปี

 

ฟิสิกส์ ม. ปลาย ต้องเรียนเรื่องอะไรบ้าง

การเรียนฟิสิกส์ ม.ปลาย ตั้งแต่ฟิสิกส์ ม.4 ฟิสิกส์ ม.5 หรือ ฟิสิกส์ ม.6 นอกจากเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่จะต้องเจอแล้ว การเรียนวิชานี้ยังครอบคลุมไปถึงเรื่องอื่น ๆ ด้วย ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกฎนิวตัน, การเคลื่อนที่แนวตรง, การเคลื่อนที่แบบต่าง ๆ, โมเมนตัม, งานและพลังงาน, การหมุน, แรงและกฏการเคลื่อนที่, การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย, การเคลื่อนที่แนวโค้ง, สมดุลกล, คลื่นกล, คลื่นเสียง, แสง, ของไหล, ความร้อน, ของแข็งและของไหล, ไฟฟ้าสถิต, ไฟฟ้ากระแสตรง, ไฟฟ้ากระแสสลับ, สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า, ฟิสิกส์อะตอม และอื่น ๆ ดังนั้น ใครที่กำลังเตรียมตัวจะเลือกเรียนสายวิทย์ หรือกำลังเรียนสายวิทย์อยู่ ก็จะต้องเจอกับการเรียนเรื่องต่าง ๆ เหล่านี้อย่างแน่นอน

 

ครู ฟิสิกส์

 

คอร์สเรียน Private ตัวต่อตัว

เป็นคอร์สเรียนที่ผู้เรียนสามารถออกแบบการเรียนให้เหมาะกับตัวเองได้เป็นอย่างดี ไม่ว่าจะเรียนเพื่อติวสอบปลายภาค, ติวเพิ่มเกรด, กวดวิชาเข้ามหาวิทยาลัย ก็สามารถเลือกได้ตามแบบที่เราต้องการได้ด้วยหลักสูตรจำนวน 10 ชม. แต่หากใครที่พื้นฐานอ่อนหรืออยากมาเรียนเนื้อหาล่วงหน้าก็สามารถเพิ่มชั่วโมงเรียนให้เหมาะสมกับเราได้

 

เรียน ติว ฟิสิกส์ นิวเคลียร์ ตัวต่อตัว
จำนวนนักเรียน จำนวนชั่วโมง

10 ชม.

20 ชม.

30 ชม.

40 ชม.
1 คน 8,000 ฿ 16,000 ฿ 24,000 ฿ 32,000 ฿
2 คน
( ประหยัดถึง 25% )
12,000 ฿ 24,000 ฿ 36,000 ฿ 48,000 ฿
3 คน
( ประหยัดถึง 40% )
14,400 ฿ 28,800 ฿ 43,200 ฿ 57,600 ฿
แถมฟรี 2 ชม. แถมฟรี 4 ชม.
หมายเหตุ :
คอร์สเรียนส่วนตัวออนไลน์ ผ่านทาง Zoom ผู้เรียนสามารถเลือกวันและเวลา เรียนเองได้