บทที่ 14 ฟิสิกส์นิวเคลียร์

ฟิสิกส์นิวเคลียร์

นิวเคลียสและชนิดของนิวเคลียส

( )

0

1,e e 9.1095 x 10-28 -1 e

1

1,p H 1.6726 x 10-24 +1e 1

0,n n 1.6749 x 10-24 0 1e = 1.6 x 10-19 C (coulomb) = 4.8 x 1010 esu (electrostatic unit)


(nucleus species) (nuclide)

A

NX A

Z X A

Z X X

Z (atomic number) A (mass number) N (neutron number)


A Z N Z A N N A Z (nucleon)

( )A = 17 ( )Z = 8 ( )N = 17-8 = 9 = 17 17

8O


(nuclear stability) 2 (stable nuclide) (radioactive nuclide or radionuclide)


(isotope) 3 1 2 3, ,H H H 4 11 12 13 14, , ,C C C C (isobar) 29 29 29, ,Al Si P (isotone) 14 15 16, ,C N O 8


(isodiaphere) N Z 30 32 34, ,Si P S 3 N Z 2 (isomer) ( ) (m, metastable state) 59 59,Co Co

มวลและพลงังาน

(atomic mass unit) amu u

1 amu 1

12( 12C )

1.6605655 x 10-27 kg

มวลและพลงังาน

amu (amu)

0.000548 1.007276 1.008665

m c (2.9979 x 108 m/s) 1 amu E 2mc . (1 amu) (1.66056 x 10-27 kg) (2.9979 x 108 m/s)2 1.492412 x 10-10 J 931.48 MeV 1 amu 931.5 MeV

ขนาดของนิวเคลียส

( A )

R 34

3R

R 1

3A

R 1

30R A

0R 1.35 x 10-15 m 1 (Fermi) 10-15 m

R 1.351

3A Fermi

ขนาดของนิวเคลียส

65

30 Zn 238

92U

(15-3)

1

31.35 (65) 5.428 Fermi

1

31.35 (238) 8.366 Fermi

พลงังานยดึเหน่ียว

(deuteron) (deuterium, 2

1H ) 1 1 ( )nm 1.008665 amu ( )pm 1.007276 amu

n pm m 1.008665 1.007276 amu 2.015941 amu 2.013554 amu


amu 2E mc 0.002387 amu x 931.5 MeV/amu 2.2235 MeV

(binding energy, . .B E )

931.5. . p nB E Zm A Z m m MeV

Z A A Z m amu


M em M em Zm em M Zm

931.5. . p nB E Zm A Z m m MeV

. .B E 931.5p n eZm A Z m M Zm MeV

. .B E 931.5H nZM A Z m M MeV

HM 1.007825 amu


209

83Bi 208.980388 amu

. .B E 931.5H nZM A Z m M MeV

[83(1.007825) + (209 – 83)(1.008665) – 208.980388] 931.5 MeV 1640.215 MeV

การคน้พบกมัมนัตภาพรังสี

กฎการสลายตวั

(decay) (activity) N A

dN

A Ndt

s-1 1 1


A SI (Becquerel) 1 s (1 event/sec 1 disintegration/sec) 1 (Bq) 1 s-1 (Curie, Ci) (226

88 Ra ) 1 g 1 Ci = 3.70 1010 Bq

(t = 0) = 0N t

0

tN N e

กฎการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (law of radioactive decay)


(half-life)

1

2

0.693T

(average lift time, )

1


(activity) 1000 g 3.8 60%

1

2

0.693

T

0.693

3.8 86, 400( )( / )d s d

2.1 10-6 s -1 = 222 amu

N 27

-610 kg

-(222amu)(1.66 10 kg/amu)

2.7 1018


1 g

A N (2.1 10-6 s-1)(2.7 1018 nuclei) 5.7 10-12 Bq 60% N

0

tN e

t 01ln

N

N

N (1 - 0.6) = 0.4 0N

t 3.8d 1ln

0.693 0.4

5.02 5.02 60%


-14 2.8 107 Bq -14 5730 . s-1 . -14 . 1000 . 4

. 1

2

0.693

T

7

0.693

5730 315 10( )( / )y s y

3.84 10-12 s-1


. 0A N 0N -14

0N 7

12 1

2.8 10

3.84 10

Bq

s

7.3 1018 . N

0

tN e

( 2.8107 Bq )exp(-(3.8410-12s-1)(3.151010s) 2.5 107 Bq


. -14 4

N 4

0

1

2N

1.7 106 Bq

ประเภทการสลายตวัของอะตอมกมัมนัตรังสี

การสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา 4 4

2 2

A A

Z ZP D He Q

Z

A P (parent nuclide) 4

2

A

Z D

(daughter nuclide)

239 235 4

94 92 2Pu U He 235 231 4

92 90 2U Th He 232 228 4

90 88 2Th Ra He 226 222 4

88 86 2Ra Rn He


การสลายตัวให้อนุภาคบีตา ( -particle, 0

1e) 0.00055 amu -1 e

(neutron excees)

0

1 1

A A

Z ZP D e Q

32 32 0

15 16 1P S e 27 27 0

12 13 1Mg Al e 60 60 0

27 28 1Co Ni e 140 140 0

56 57 1Ba La e


การสลายตัวให้อนุภาคโพซติรอน ( -particle, 0

1e) 0.00055 amu

(proton excees)

0

1 1

A A

Z ZP D e Q

13 13 0

7 6 1N C e 12 22 0

11 10 1Na Ne e 30 30 0

15 14 1P Si e 59 59 0

29 28 1Cu Ni e


การจับอเิลก็ตรอน (electron capture) 1.02 MeV

0

1 1

A A

Z ZP e D Q


การสลายตัวให้รังสีแกมมา (isomeric transition)

Am A

Z ZX X

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

หลักการของปฏิกริิยานิวเคลียร์ (bombardment) 1 1

14 4 17 1

7 2 8 1N He O H

14 17

7 8( , )N p O A x B y

( , )A x y B


Q

[( ) ( )] 931.5MeVA x B yQ m m m m

Am , Bm A , B xm ,

ym

Q Q


Q 9 12

4 6( , )Be n C

Q 931.5[ ( )]Be c nm m m m MeV

[9.01219 + 4.00260 – (12.0000 + 1.00867)] 931.5 + 5.70 MeV Q


กระบวนการแบ่งแยกตัว (Nuclear fission)


กระบวนการหลอมตัว (Nuclear Fusion)

บทที่ 14 ฟิสิกส์นิวเคลียร์

Documents

Transcript of บทที่ 14 ฟิสิกส์นิวเคลียร์