โจทย์

1. (O-NET 49) ข้อใดต่อไปนี้เป็นการกำจัดกากกัมมันตรังสีที่ดีที่สุด

      1.  เร่งให้เกิดการสลายตัวเร็วขึ้นโดยใช้ความดันสูงมาก ๆ      
      2.  เผาให้สลายตัวที่อุณหภูมิสูง                   
      3.  ใช้ปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนให้เป็นสารประกอบอื่น      
      4.  ใช้คอนกรีตตรึงให้แน่นแล้วฝังกลบใต้ภูเขา

2. (O-NET 49)ข้อใดถูกต้องสำหรับไอโซโทปของธาตุหนึ่ง ๆ
      1. มีเลขมวลเท่ากัน แต่เลขอะตอมต่างกัน                                                                                                  

      2. มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนต่างกัน                                                                          

      3. มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน แต่จำนวนโปรตอนต่างกัน                                                                          

      4. มีผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน

3. (O-NET 49) นักโบราณคดีตรวจพบเรือไม้โบราณลำหนึ่ง  ว่ามีอัตราส่วนของปริมาณ C-14 ต่อ C-12

    เป็น 25 % ของอัตราส่วนสำหรับสิ่งที่ยังมีชีวิต สันนิษฐานได้ว่าซากเรือนี้มีอายุประมาณกี่ปี กำหนดให้

     ครึ่งชีวิตของ C-14 เป็น 5,730 ปี
      1. 2,865                           2. 5,730                                3. 11,460                   4. 22,920

4. (O-NET 49) รังสีในข้อใดที่มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อสารได้น้อยที่สุด
      1. รังสีแอลฟา                   2. รังสีบีตา                           3. รังสีแกมมา             4. รังสีเอกซ์

5. (O-NET 49) ไอโอดีน-128 มีค่าครึ่งชีวิต 25 นาที ถ้าเริ่มต้นมีไอโอดีน-128 อยู่ 400 มิลลิกรัม ไอโอดีน-

    128 จะลดลงเหลือ 100 มิลลิกรัม เมื่อเวลาผ่านไปกี่นาที ( 50 นาที )

6. (O-NET 50) อนุภาคแอลฟา  อนุภาคบีตา  รังสีแกมมา  เมื่อเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก  ข้อใดไม่เกิด

     การเบน

     1. อนุภาคแอลฟา                                             2. อนุภาคบีตา

     3. รังสีแกมมา                                                   4. อนุภาคแอลฟาและบีตา

7. (O-NET 50) กิจกรรมการศึกษาที่เปรียบเทียบการสลายกัมมันตรังสีกับการทอดลูกเต๋านั้น  จำนวน

     ลูกเต๋าที่ถูกคัดออกเทียบได้กับปริมาณใด

      1. เวลาครึ่งชีวิต                                                2. จำนวนนิวเคลียสตั้งต้น

      3.จำนวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่                         4. จำนวนนิวเคลียสที่สลาย

8. (O-NET 51) ธาตุกัมมันตรังสีใดที่ใช้ในการคำนวณหาอายุของโบราณวัตถุ

       1.  I-131                          2.  Co-60                               3.  C-14                  4.  P-32

9. (O-NET 51) ข้อความใดต่อไปนี้ถูกต้องเกี่ยวกับรังสีแอลฟา  รังสีบีตาและรังสีแกมมา

      1. รังสีแอลฟามีประจุ +4

      2. รังสีแอลฟามีมวลมากที่สุดและอำนาจทะลุทะลวงผ่านสูงที่สุด

      3. รังสีบีตามีมวลน้อยที่สุดและอำนาจทะลุทะลวงผ่านต่ำที่สุด

      4. รังสีแกมมามีอำนาจทะลุทะลวงสูงที่สุด

10. (O-NET 51) ข้อใดถูกต้องเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ( fusion )

      1. เกิดที่อุณหภูมิต่ำ

      2. ไม่สามารถทำให้เกิดบนโลกได้

      3. เกิดจากนิวเคลียสของธาตุเบาหลอมรวมกันเป็นธาตุหนัก

      4. เกิดจากการที่นิวเคลียสของธาตุหนักแตกตัวออกเป็นธาตุเบา

11.  (มช.) ธาตุกัมมันตรังสี  หมายถึงธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสีได้เอง  และรังสีที่แผ่ออกมา

     จะต้องเป็นรังสีต่อไปนี้เสมอ

      ก.  รังสีแอลฟา                                                                ข.   รังสีบีตา  รังสีแกมมา

      ค.  รังสีแอลฟา  รังสีบีตา  รังสีแกมมา                         ง.   เป็นรังสีชนิดใดก็ได้

12.  (มช.) คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของอนุภาคแอลฟา  ก็คือ

      ก.   มีอำนาจทะลุทะลวงสูง                                            ข.   มีพลังงานจลน์สูงกว่าอนุภาคตัวอื่น

      ค.   ทำให้สารที่ผ่านแตกตัวเป็นไอออน                      ง.   คล้ายกับรังสีเอกซ์  (X-ray)

13.   (Ent) รังสีแอลฟามีอำนาจในการทะลุผ่านน้อยกว่ารังสีชนิดอื่นที่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีเนื่องจาก                                

      ก.  รังสีแอลฟามีพลังงานน้อยกว่ารังสีชนิดอื่น

      ข.  รังสีแอลฟามีคุณสมบัติในการทำให้สารที่รังสีผ่าน  แตกตัวเป็นไอออนได้ดีกว่า

      ค.  รังสีแอลฟาไม่มีประจุไฟฟ้า                                    ง.  ถูกทั้งข้อ ก และ ข

14.    (Ent) พิจารณาข้อความต่อไปนี้สำหรับรังสีแอลฟา  บีตา  และแกมมา

       1.  มีความสามารถในการทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนได้ดีกว่า

       2.  ต้องใช้วัสดุที่มีความหนามากในการกั้นรังสี

       3.  เมื่อเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก  แนวการเคลื่อนที่เป็นแนวโค้ง

       4.  อัตราส่วนประจุต่อมวลมีค่ามากที่สุด

      ข้อความใดเป็นสมบัติของรังสีบีตา

       ก.   ข้อ 1 และ 2              ข.   ข้อ 1 และ 3                     ค.  ข้อ 2 และ 4             ง.   ข้อ 3 และ 4

15.    (มช.) ข้อความต่อไปนี้ข้อใดถูก

        ก.   รังสีบีตามีอำนาจทะลุผ่าน  สูงกว่ารังสีแกมมา   แต่น้อยกว่ารังสีเอกซ์

        ข.   รังสีบีตามีอำนาจทะลุผ่าน  สูงกว่ารังสีเอ็ก   แต่น้อยกว่ารังสีแอลฟา

        ค.   รังสีบีตามีอำนาจทะลุผ่าน  สูงกว่ารังสีแอลฟา  แต่น้อยกว่ารังสีแกมมา

        ง.   รังสีบีตามีอำนาจทะลุผ่าน  สูงกว่ารังสีอื่น ๆ ทุกชนิด

ปฏิกิริยาฟิวชัน

ปฏิกิริยาฟิวชั่น (Fusion) เป็นปฏิกิริยาหลอมตัวของนิวเคลียสและมีพลังงานคายออกมาด้วย  นิวเคลียสที่ใช้หลอดจะต้องเป็นนิวเคลียสเล็กๆ (A<20) หลอมรวมกลายเป็นนิวเคลียสเบาที่ใหญ่กว่าเดิม  ในปัจจุบันเชื่อกันว่าบนดาวฤกษ์ต่างๆ พลังงานมหาศาลที่ปล่อยออกมาเกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่นทั้งสิ้น

ปฏิกิริยาฟิวชัน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาฟิวชั่นที่ทำได้ในห้องปฏิบัติการ

1.

2.

3.

4.

ตัวอย่างของปฏิกิริยาฟิวชั่นที่เกิดขึ้นบนดาวฤกษ์

1.

2.

3.

4.

ข้อสังเกต

จะเห็นว่าในแต่ละปฏิกิริยาของฟิชชั่นและฟิวชั่นเมื่อเทียบพลังงานแล้ว  ในฟิชชั่นหนึ่งปฎิกิริยาจะให้พลังงานมากกว่าฟิวชั่นหนึ่งปฏิกิริยา  แต่ในขนาดมวลที่พอกันของสารที่ทำให้เกิดฟิวชั่น กับ สารที่ทำให้เกิดฟิชชั่น จำนวนปฏิกิริยาฟิวชั่นจะมากกว่าฟิชชั่นมากเป็นผลทำให้พลังงานรวมที่ได้จากฟิวชั่นมากกว่าฟิชชั่นนั่นเอง

ข้อควรจำ

1)  ปฏิกิริยาฟิชชั่น 1 ปฏิกิริยา  จะให้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชั่น 1 ปฏิกิริยา

2)  ขนาดของมวลนิวเคลียสที่เท่ากันเข้ากันทำปฏิกิริยาฟิชชั่นและปฏิกิริยาฟิวชั่น  พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่นจะมากกว่าพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชั่น

ปฏิกิริยาฟิชชัน

ปฏิกิริยาฟิชชั่น (Fission)  เป็นปฏิกิริยาแยกตัวของนิวเคลียส  โดยมีนิวตรอนเป็นตัววิ่งเช้าชนนิวเคลียสหนัก (A>230) เป็นผลทำให้ได้นิวเคลียสที่มีขนาดปานกลาง  และมีนิวตรอนที่มีความเร็วสูงเกิดขึ้นประมาณ 2-3 ตัว  ทั้งมีการคายพลังงานออกมาด้วย  เช่น ปฏิกิริยาลูกโซ่

การเกิดปฏิกิริยาการแตกตัว

ตัวอย่างการแบ่งแยกนิวเคลียส เช่น การยิงนิวตรอนไปยังนิวเคลียสของ   ซึ่งจะแตกออกเป็น 2 ส่วนเกือบเท่ากัน คือ เกิดนิวเคลียสของแบเรียมและคริปตัน ดังสมการ

เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear Reactor)  เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์  โดยที่เราสามารถควบคุมการเกิดฟิชชั่นและปฏิกิริยาลูกโซ่ได้  พลังงานที่ได้เราสามารถนำไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear Reaction)  คือ กระบวนการที่นิวเคลียสเกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบซึ่งเกิดจากการยิงด้วยนิวคลีออน   หรือกลุ่มนิวคลีออน หรือรังสีแกมมา แล้วทำให้มีนิวคลีออนเพิ่มเข้าไปในนิวเคลียสหรือออกไปจากนิวเคลียสหรือเกิดการเปลี่ยนแปลงจัดตัวใหม่ภายในนิวเคลียส สามารถเขียนสมการของปฏิกิริยาได้ดังนี้

    หรือ     

            โดยที่ X เป็นนิวเคลียสที่เป็นเป้า ,  a คืออนุภาคที่วิ่งเข้าชนเป้า , b คืออนุภาคที่เกิดขึ้นใหม่หลังจากการชน และ Y คือนิวเคลียสของธาตุใหม่หลังจากการชน

เช่น  แสดงถึงว่า   เป็นนิวเคลียสเป้าหมายที่ถูกยิง   เป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เกิดขึ้น n คือนิวตรอนเป็นอนุภาคที่ใช้ในการยิง และ เป็นรังสีที่เกิดขึ้นใหม่ เป็นต้น

ปฏิกิริยานิวเคลียร์  ส่วนมากเกิดจากการยิงอนุภาคแอลฟา  โปรตอนและนิวตรอนเข้าไปในชน Nucleus ทำให้  Nucleus แตกออก  ปฏิกิริยานิวเคลียร์ มีส่วนสำคัญคือ
1.  ปฏิกิริยา Nuclear เกิดในนิวเคลียส ต่างจากปฏิกิริยาเคมี  ซึ่งเกิดกับอิเลกตรอนภายในอะตอม
2.  ปฏิกิริยา Nuclear ต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมากเพื่อจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียส
3.  แรงจากปฏิกิริยา Nuclear เป็นแรงแบบใหม่ เรียก แรงนิวเคลียร์  ซึ่งมีอันตรกริยาสูง  และอาณาเขตกระทำสั้นมากและแรงนี้เกิดระหว่างองค์ประกอบของนิวเคลียสเท่านั้น
4.  ในปฏิกิริยานิวเคลียส  เราสามารถนำกฎต่างๆ มาใช้ได้เป็นอย่างดี  คือ กฎการคงที่ของพลังงาน  กฎทรงมวล  และการคงที่ของประจุไฟฟ้า

ข้อควรจำ

1. ในสมการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ทั้งหลายที่เกิดขึ้น ผลรวมของเลขอะตอมก่อนเกิดปฏิกิริยาและภายหลังปฏิกิริยาย่อมเท่ากัน และผลรวมของมวลอะตอมก่อนเกิดปฏิกิริยาและภายหลังปฏิกิริยาย่อมเท่ากัน เช่น ปฏิกิริยา  

 เขียนได้เป็น                   

                     

เลขอะตอมคือ                7   +   2                    =                     8  +   1

มวลอะตอมคือ              14  +   4                     =                     17  +  1

2. ในปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นพลังงาน หรือ มวล-พลังงาน (mass – energy) ก่อนปฏิกิริยาและหลังปฏิกิริยาจะต้องเท่ากันเสมอ ซึ่งเป็นไปตามกฎทรงพลังงาน ดังเช่น ในการยิงอนุภาคโปรตอนไปยังนิวเคลียสของลิเทียมแล้วทำให้เกิดนิวเคลียสของฮีเลียม 2 นิวเคลียส ดังสมการ

                      

โดยที่   มีมวล  7.0160 u           มีมวล  4.0026 u

  มีมวล  4.0026 u

มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา            =        7.0160 u + 1.0078 u      =      8.0238 u

มวลหลังเกิดปฏิกิริยา         =         4.0026 u + 4.0026 u     =      8.0052 u

มวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยามากกว่ามวลรวมหลังปฏิกิริยา      =    8.0238 u – 8.0052 u      =      0.0186 u

แต่มวลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้โดย    E     =       0.0186 u × 931 MeV       =     17.32 MeV

โดยพลังงานที่ให้ออกมาอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ จึงเรียก ว่าพลังงานนิวเคลียร์ ดังนั้นเขียนสมการข้างต้นใหม่ได้ว่า

                

ปฏิกิริยานิวเคลียร์บางปฏิกิริยาต้องดูดพลังงานเข้าไปจึงจะเกิดปฏิกิริยาขึ้นได้ เช่น ปฏิกิริยา  เขียนเป็นสมการได้

              

                    โดยที่    มีมวล   =  14.003074 u         มีมวล   =    4.002603 u

                                 มีมวล   =  18.005677 u          มีมวล    =   1.007825 u

มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา      =   14.003074 u + 4.002603 u      =    18.005677 u

มวลหลังเกิดปฏิกิริยา         =  18.005677 u + 1.007825 u       =    18.006958 u

ผลต่างของพลังงานก่อนเกิดปฏิกิริยากับหลังเกิดปฏิกิริยามีค่าดังนี้

E        =        (18.005677 u – 18.006958 u) × 931MeV    =    -1.193 MeV

ดังนั้น เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้ขึ้นจะต้องให้พลังงานแก่   โดยเขียนเป็นสมการได้

            

 สรุปปฏิกิริยานิวเคลียร์

1. การหานิวเคลียสของธาตุจากปฏิกิริยา  ใช้หลักดังนี้

-ผลรวมของประจุทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน

- จำนวนนิวคลีออนทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน

2.  การคำนวณพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์   มีหลักดังนี้

- ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา > มวลรวมหลักเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะคายพลังงาน

ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา < มวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะดูดพลังงาน

-พลังงานที่คายหรือดูดจะหาได้จาก  ผลต่างของมวลรวมก่อนทำปฏิกิริยากับหลังทำปฏิกิริยาคูณด้วย 931 โดยมวลอยู่ในหน่วย amu และพลังงานอยู่ในหน่วย MeV

-มวลที่ใช้อาจเป็นมวลนิวเคลียสโดยตรง หรือ มวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้

นิวเคลียสก็ต้องเป็นนิวเคลียสหมด  หรือมวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้