10/02/54

1

เคมนวเคลยรเคมนวเคลยรFebruary 06

1

สาขาเคมสาขาเคมคณะศลปศาสตรและวทยาศาสตรคณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร

AlchemistAlchemist การเลนแรแปรธาต การเปลยนตะกวใหเปนทอง การเปลยนธาตชนดหนงใหเปนอกชนดหนง

2

เคมนวเคลยรเคมนวเคลยร กระบวนการทวไปทศกษาสนใจในเคมเปนกระบวนการทมการเปลยนแปลงการจดเรยงตวของอะตอม ปฏกรยาทเกดขนเกดเนองจากการเปลยนแปลงการจดเรยงตวของอเลกตรอนของอะตอม แตไมมการเปลยนแปลงเกดขนกบนวเคลยสของแตละอะตอม

ป ป ป

3

เคมนวเคลยรเปนการศกษาเกยวกบการเปลยนแปลงทเกดขนกบนวเคลยสของอะตอมโดยตรง จานวนโปรตอน (เปลยนชนดของอะตอม) จานวนนวตรอน การเปลยนแปลงจานวนอเลกตรอนในออรบทลเพยงอยางเดยว

ไมใชการเปลยนแปลงทางนวเคลยร

ปฏกรยาเคมและปฏกรยานวเคลยรปฏกรยาเคมและปฏกรยานวเคลยร ความแตกตางระหวางปฏกรยาเคมและปฏกรยานวเคลยร

ปฏกรยาเคม ปฏกรยานวเคลยรอะตอมจดเรยงตวใหม มการสลายและสรางพนธะ

ธาตเปลยนเปนธาตใหม หรอไอโซโทปใหม(ธาตเดม)

อเลกตรอนในออรบทลเทานนท โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน

4

อเลกตรอนในออรบทลเทานนทเกยวของกบการสรางพนธะ

โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอนเกยวของกบการเปลยนแปลง

มการดดหรอคายพลงงานปรมาณไมมากนก

มการดดหรอคายพลงงานปรมาณมหาศาล

อตราการเกดปฏกรยาขนกบอณหภม ความดน ความเขมขน และตวเรงปฏกรยา

อตราการเกดปฏกรยาไมขนกบอณหภม ความดน และตวเรงปฏกรยา

องคประกอบของอะตอมองคประกอบของอะตอม

5

อนภาคมลฐานหลกๆอนภาคมลฐานหลกๆ อนภาคยอยๆทเปนองคประกอบของนวเคลยส Nucleon: อนภาคโปรตอนหรอนวตรอนในนวเคลยส

อนภาคParticles

มวลMass

(grams)

มวลMass (amu)

ประจCharge(amu)

6

(grams) (amu)

ProtonProton (p)(p) 1.6726x10-24 1.00728 +1

Neutron (n)Neutron (n) 1.6749x10-24 1.00866 0

Electron (eElectron (e––)) 9.1094x10-28 0.0005486 -1

Positron (ePositron (e++)) 9.1094x10-28 0.0005486 +1

10/02/54

2

สญลกษณอะตอม สญลกษณอะตอม ((Atomic SymbolsAtomic Symbols))

เลขอะตอม (Z) = 92 เลขมวล (A) = 238 จานวนโปรตอน = Z = 92

U23892

XAZ

Element symbolAtomic

number

Mass number

จานวนนวคลออนจานวนโปรตอน

7

จานวนโปรตอน = Z = 92 จานวนนวตรอน = AZ = 146 จานวนอเลกตรอน = Zประจ = 92

Z หรอจานวนโปรตอนเปนตวบงชนดของธาต มวลทระบในตารางธาตเปนมวลเฉลย ไมใชเลข

มวล

มวลเฉลย

นวไคลด นวไคลด (Nuclide)(Nuclide)

อะตอมอาจมจานวนโปรตอน(Z) และจานวนนวตรอน(N)ตางๆกนไป อะตอมทคา Z และ A (A=N+Z) เฉพาะเรยกวา nuclide ถา nuclide ม

8

Z เหมอนกน: Isotope (N ไมเทากน) A เหมอนกน: Isobar (Z และ N ไมเทากน) N เหมอนกน: Isotone (Z และ A ไมเทากน)

CCC 146

136

126

NBC 127

125

126

NBC 137

115

126

อนภาคมลฐานชนดอนๆอนภาคมลฐานชนดอนๆ นอกจากอนภาคมลฐานหลกๆในนวเคลยส ยงมอนภาคมลฐานชนดอนทเกยวของกบปฏกรยาเคมอกมากมาย

9

เสถยรภาพของนวเคลยสเสถยรภาพของนวเคลยส

นวเคลยสโปรตอน + นวตรอน เพมจานวนโปรตอน เพมแรงผลกระหวางประจบวก แรงผลกระหวางประจบวกของโปรตอนมคามหาศาล เพมจานวนนวตรอน ลดแรงผลกระหวางประจบวก นวตรอนมความหนาแนนประมาณ 2x1014 g/cm3

10

นวตรอนมความหนาแนนประมาณ 2x10 g/cm แรงทางนวเคลยรอยางแรงเปนแรงระยะสน (1.4 fm) ยดโปรตอนเขาไวดวยกน ยดนวตรอนเขาไวดวยกน ยดโปรตอนกบนวตรอนไวดวยกน

โปรตอน

นวตรอน

แรงพนฐานในธรรมชาตแรงพนฐานในธรรมชาต

Strong interaction Weak interaction Electrostatic interaction Gravitation interaction

11

เสถยรภาพของนวเคลยสเสถยรภาพของนวเคลยส นวเคลยสทมจานวนโปรตอนเปน 2, 8, 20, 50, 82 หรอ 152 จะเสถยรมากเปนพเศษและมจานวนไอโซโทปจานวนมาก เชน ดบก(Sn) ม 10 ไอโซโทปทเสถยร

นวไคลดทมจานวนโปรตอนหรอนวตรอนเปนเลขคมกจะเสถยร จานวนนวไคลดทเสถยรในธรรมชาต

12

# Neutron # Proton Number Exampleeven even 168 12Ceven odd 57 9Beodd even 53 7Liodd odd 9 14N

Total 287

10/02/54

3

เสถยรภาพของนวเคลยสเสถยรภาพของนวเคลยส

ความเสถยรของธาตเกยวพนกนกบอตราสวนระหวางจานวนโปรตอนและนวตรอน (n:p)

ไอโซโทปทเสถยร ธาตทม Z 20 (Ca) จะม n:p 1

13

ธาตทม 20 Z 83 (Bi) จะม 1.52 n:p 1 ไอโซโทปของธาตทม Z 84 (Po) ไมเสถยร

แถบเสถยรภาพ แถบเสถยรภาพ ((Belt of StabilityBelt of Stability)) แถบเสถยรภาพ แสดงนวไคลดทเสถยรในธรรมชาต

นวไคลดทอยเหนอแถบเสถยร- ภาพจะม n:p สงเกนทาใหไมเสถยร

14

นวไคลดทอยใตแถบเสถยร- ภาพจะม n:p ตาเกนทาใหไมเสถยร

นวไคลดทไมเสถยรจะเกดการเปลยนแปลงทางนวเคลยรเพอใหเสถยรขน

นวไคลดทเสถยรนวไคลดทไมเสถยร

พลงงานยดเหนยวของนวเคลยสพลงงานยดเหนยวของนวเคลยส เมอนาอนภาคมลฐาน (โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน) มารวมกนเพอ

สรางนวเคลยส จะมมวลบางสวนหายไป หรอเรยกวามวลพรอง (mass defect)

มวลทหายไปเนองจากเปลยนเปนพลงงาน และมคาเทากบพลงงานทปลดปลอยเมออนภาคมารวมตวกนเปนนวเคลยสหรอเรยกวาพลงงานยด

nneeppatom mnmnmnmm

15

ปลดปลอยเมออนภาคมารวมตวกนเปนนวเคลยสหรอเรยกวาพลงงานยดเหนยวของนวเคลยส (nucleus binding energy)

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออน (binding energy per nucleons) จะบอกใหทราบความเสถยรของนวเคลยส (ยงมาก ยงเสถยร)

2cmEnb

nuclides

nb

npnb n

E

nn

cmE

2

/

การคานวณพลงงานยดเหนยวการคานวณพลงงานยดเหนยว อะตอม หนก 18.9984 amu จงคานวณหาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออน ประกอบดวย 9 p + 9 e + 10 n นาหนกของอนภาค

p หนก 1.00728 amu n หนก 1 00866

F199

F199

16

n หนก 1.00866 amu e หนก 0.0005486 amu

มวลพรองเทากบ

amu 1587.015708.199984.18

amu 00866.1100005486.0900728.199984.18

nneeppatom mnmnmnmm

น.น.ของอะตอม F น.น.รวมของ 9 p, 9 e-, 10 n

พลงงานยดเหนยวนวเคลยรเทากบ

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนเทากบ

J 1037.2

/smamu 1043.1

m/s 1083.00amu 1587.0

11

2216

2

2

cmEnb

17

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนเทากบ

J/nucleon 102474.1910

J 1037.2 12

11

/

pn

nbpnb nn

EE

* การสรางฟลออรน 1 อะตอม จากอนภาคพนฐานจะคายพลงงาน 2.37 x 10-11 J ในการสรางฟลออรนอะตอม 1 โมล (19.9984 g) จะคายพลงงานเทากบ 2.37 x 10-11 J x6.022x1023 /mol =1.43x1010 kJ

ความเสถยรของธาตขนกบเลขมวลความเสถยรของธาตขนกบเลขมวล กราฟระหวางพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของธาตทเลขมวลตางๆกน (ไอโซโทปทเสถยรทสด)

18

10/02/54

4

ปฏกรยานวเคลยรปฏกรยานวเคลยร

ปฏกรยานวเคลยรอาจแบงออกไดเปน

การแผกมมนตภาพรงส (radioactivity)เกดขนไดเอง(spontaneous)กบนวไคลดทไมเสถยร

19

เกดขนไดเอง(spontaneous)กบนวไคลดทไมเสถยร

การแปรนวเคลยส(nuclear transmutation) การเปลยนจากนวไคลดชนดหนงเปนนวไคลดชนดอน โดยการกระตนดวยการระดมยง(bombarding)ดวยอนภาค หรอใสพลงงาน

สมการเคมนวเคลยรสมการเคมนวเคลยร(Nuclear reaction) คอสมการทแสดงปฏกรยานวเคลยรทเกดขน โดยมเงอนไขคอ

เลขมวล(A)และเลขอะตอม(Z)ของสารตงตนและผลตภณฑตองดล***

ประจรวมของสารตงตนและผลตภณฑตองดล

20

ประจรวมของสารตงตนและผลตภณฑตองดล กฎอนรกษพลงงาน จานวนอะตอมของธาตแตละชนดไมจาเปนตองดล

HeThU 42

23490

23892

อนภาค alpha ( ) คอนวเคลยสของ Helium มประจ+2 และมมวลสง สามารถทาใหอนภาคหลดออกจากนวเคลยสไดด อานาจทะลทะลวงตา อนภาค beta ( )

คออเลกตรอน มประจ–1และมมวลตา(0) อานาจทะลทะลวงปานกลาง รงส gamma ( )

ชนดของอนภารทเกดในปฏกรยานวเคลยรชนดของอนภารทเกดในปฏกรยานวเคลยร

e01,

0

He24,

21

รงส gamma ( )เปนพลงงาน ไมมมวล อานาจทะลทะลวงสง เกดจากการเปลยนระดบพลงงานของนวคลออนในนวเคลยส มกเกดควบคกบกระบวนการแผรงสชนดอน อนภาคนวตรอน ( )

มมวลสง แตไมมประจทาใหสามารถเขาใกลนวเคลยสไดด อนภาค positron ( )

เปนอนภาคตอตาน (antiparticle)ของอเลกตรอน มประจ +1 และมมวลเทากบอเลกตรอน (0) เมอรวมตวกบอเลกตรอนจะเกดพลงงาน

0,

e01,

nn 10,

**ไมใชโปรตอน ( ) p11

สารกมมนตภาพสารกมมนตภาพ นวไคลดทไมเสถยร (อยนอกแถบเสถยรภาพ หรอม

Z > 83) จะเรยกวาสารกมมนตภาพ (radioactive หรอ radionuclide) สารเหลานจะเกดการเปลยนแปลงทางนวเคลยรเพอใหมความเสถยร

22

เพมขน การเปลยนแปลงทางนวเคลยรทเปนไปได เปลยนแปลงจานวนโปรตอน, จานวนนวตรอน หรอ เลขมวล(ทงนวตรอนและโปรตอน) มการคายพลงงานเนองจากกระบวนการทางนวเคลยร

การแผกมมนตภาพรงสการแผกมมนตภาพรงส การแผกมมนตภาพรงส (Radioactivity) คอการปลดปลอยสสารหรอพลงงานออกจากนวเคลยสทไมเสถยร (radioactive) กระบวนการแผกมมนตภาพรงสทพบบอยคอ

23

สมการเคมของการแผกมมนตภาพรงสสมการเคมของการแผกมมนตภาพรงส Alpha decay สลายตวใหนวเคลยสของ helium Z–2; N–2; A–4

Beta decayHeThU 4

2234

9023892

particle

24

y ใหอเลกตรอนซงเกดจากการสลายตวของนวตรอนเปนโปรตอน Z+1; N–1; A

Positron emission ใหโพสตรอนซงเกดจากการสลายตวของโปรตอนเปนนวตรอน Z–1; N+1; A

ePaTh 01

23491

23490

particle

ePaB 01

84

85

+ particle

10/02/54

5

สมการเคมของการแผกมมนตภาพรงสสมการเคมของการแผกมมนตภาพรงส Gamma decay เปนการคายพลงงานในรปคลนแมเหลกไฟฟา (นวคลออนเปลยนระดบพลงงาน)

มกจะเกดควบคกบปฏกรยานวเคลยรอนๆ มกจะไมแสดงในปฏกรยาเคมนอกจากในปฏกรยา annihilation

25

Electron capture อเลกตรอนในออรบทลวงในสดถกดงเขาไปในนวเคลยสและรวมตวกบโปรตอนกลายเปนนวตรอน

Z–1; N+1; A

LieBe 73

01

74

สมการเคมของการแผกมมนตภาพรงสสมการเคมของการแผกมมนตภาพรงส Neutron emission นวตรอนหลดออกจากนวเคลยส เกดนอยมาก เฉพาะกบนวไคลดทม Z56

Spontaneous fission ป

nHeHe 10

72

82

26

นวเคลยสทม Z94 อาจเกดการแตกตวเปนนวเคลยสสองนวเคลยสทมขนาดใกลเคยงกน (fission)

Annihilation โพสตรอนรวมตวกบอเลกตรอนแลวสลายตวใหพลงงานอยางเดยว เปนปฏกรยาระหวาง matter(อเลกตรอน) และ antimatter(โพสตรอน)

nSrCeCm 10

9838

14858

25096 4

00

01

01 2 ee

อเลกตรอนและโพสตรอนอเลกตรอนและโพสตรอน

อเลกตรอนและโพสตรอนเกดจากการสลายตวของนวตรอนและโปรตอนในนวเคลยส

epn 01

11

10

27

มวลของอเลกตรอนและโพสตรอนนอยมากเมอเทยบกบนวคลออน

enp 01

10

11

0

กฎอนรกษพลงงานและปฏกรยานวเคลยรกฎอนรกษพลงงานและปฏกรยานวเคลยร

ในปฏกรยานวเคลยรจาเปนจะตองดลพลงงานดวย จากการทดลองพบวา การแผรงสอลฟา อนภาคอลฟาจะมพลงงานทแนนอน การแผรงสเบตา อนภาคเบตามพลงงานแบบตอเนอง(เปนได

28

หลายคา) ทาใหสนนษฐานวากระบวนการแผรงสเบตาควรจะมการปลดปลอยอนภาคอนออกมาดวย ซงอนภาคนไมมมวล ไมมประจ ตอมาอนภาคนถกคนพบและเรยกวา antineutrino ( ) กระบวนการแผรงสเบตาและโพสตรอนอาจเขยนใหสมบรณไดโดยการใสอนภาค antineutrino ในสมการเคม (โดยทวไปไมจาเปน)

ePaTh 01

23491

23490

แนวโนมการเกดปฏกรยาแผรงสแนวโนมการเกดปฏกรยาแผรงส สารกมมนตภาพจะเกดปฏกรยานวเคลยรเพอทาใหเกดความเสถยรเพมขนโดยการปรบคา n:p ใหเหมาะสม

29

กมมนตภาพรงสในธรรมชาตกมมนตภาพรงสในธรรมชาต เมอสารกมมนตภาพสลายตว ผลทไดอาจไมเสถยรและสามารถสลายตวตอไปไดอก การสลายตวจะดาเนนไปจนกวาจะไดผลตภณฑทเสถยร การสลายตวแบบนเรยกวาอนกรมของการสลายตว (decay series) อนกรมยเรเนยม (4n+2) 238U 206Pb

30

อนกรมทอเรยม (4n) 232Th 208Pb อนกรมเนปทเนยม (4n+1) 237Np 205Tl อนกรมแอกทเนยม (4n+3) 235U 207Pb

10/02/54

6

31Uranium decay series

Thorium (4n)

Neptunium (4n+1)

β

32

Uranium (4n+2)

Actinium (4n+3)

β

จลนศาสตรของกมมนตภาพรงสจลนศาสตรของกมมนตภาพรงส การสลายตวของสารกมมนตภาพเปนปฏกรยาอนดบ 1 อตราการสลายตวไมขนกบความดนหรออณหภมและไมขนกบวาสารกมมนตภาพรงสอยในสารประกอบหรออยในสภาพบรสทธ แอกทวต(a) คอจานวนอนภาคทสลายตวไปตอวนาท

33

หนวย bq (becquerel) คอจานวนอนภาคทสลายตวตอวนาท โดยทวไปหนวยทใชมากกวาคอ Ci (curie)

1 Ci = 3.7x1010 Bq

N = จานวนนวเคลยสของสารk = คาคงทอตราอนดบ 1bq kN

dt

dNractivity

ครงชวตครงชวต

เราสามารถหาครงชวตไดเชนเดยวกนกบปฏกรยาอนดบ 1 อนๆ คาครงชวตแตกตางตามชนดของนวไคลด (ขนกบคา k)

Decay of 14C kNdN

ractivity

34

y

kt

ktN

N

N

N

activity

activity

kNdt

ractivity

t

693.0

ln

21

0

00

การคานวณการสลายตวการคานวณการสลายตว จงคานวณหา activity ของ Plutonium dioxide (PuO2) 2.7 g ซงประกอบดวย 238U โดยครงชวตของ 238U คอ 87.8 ป 2.7 g PuO2 mol PuO2 mol Pu atoms Pu

mol 10

g/mol 270

g 7.2 g 7.2 2

2 PuO

35

ครงชวต 87.8 ป = 2.77x109 s

Activity

1109

2/1

s 1050.2s 1077.2

693.02ln

kt

k

atoms 1002.61002.610 mol 10 mol 10 212322-2

2- PuPuO

Pu/s atoms 105.1

atom 1002.6s 1050.212

21110

kNactivity

การตรวจวดกมมนตภาพรงสการตรวจวดกมมนตภาพรงส Geiger counter อปกรณทใชในการวดปรมาณกมมนตภาพรงส (activity)

กมมนตภาพรงสทถกแผออกมาจะทาใหโมเลกลของแกสอารกอนในกระบอกวดแตกตวเปนไอออนและอเลกตรอนอสระซงสามารถนากระแสไฟฟาได และทาใหเกดสญญาณไฟฟาซง

36

ญญตรวจวดได

10/02/54

7

CarbonCarbon--14 14 DatingDating Carbon-14 dating คอเทคนคในการบอกอายของวตถโบราณโดยอาศยการตรวจวดอตราสวนของคารบอน 14 (14C) ตอคารบอน 12 (12C) ทเหลออยในวตถนนๆ

14C เกดในสภาพบรรยากาศชนบนเนองจากปฏกรยาระหวางไนโตรเจนกบนวตรอนอสระซงเกดจากปฏกรยาระหวางรงส

37

คอสมกกบอนภาคของอากาศ

14C ม half-life เทากบ 5730 ป เมอ14C ในบรรยากาศเขาสสงมชวตโดยกระบวนการสงเคราะหแสง มนจะเรมสลายตว ถาเราทราบปรมาณ14C ทสลายตวไปเราจะทราบระยะเวลาได

HCnN 11

146

10

147

CarbonCarbon--14 14 DatingDating

n10

N147

C146

H11 14C ถกดดซมเขาไปในตนไมจาก

กระบวนการสงเคราะหแสง และอตราสวน 14C/12C จะสมดล

เมอตนไมตาย 14C จะไมถกดดซมเพม 14C และทมอยจะสลายตวไป

38

CO14

oxidation

CO12

1212

14

10 C

C

eNC 02

147

146

1212

14

10 C

C

อตราสวน 14C/12C จะลดลง

t1/2

การคานวณ การคานวณ CarbonCarbon--14 14 DatingDating

14C ในพชทมชวตจะมคา activity = 15.3 atom min-1 g-1

หมายความวา ในคารบอน 1 กรมในธรรมชาตจะม 14C ในปรมาณทแตกตวได 15.3 อนภาคตอนาท

00 Nactivity

39

2/1

00

00

693.0

lnln

tk

ktactivity

activity

N

N

Nactivity

y

t

ตวอยางการใช ตวอยางการใช CarbonCarbon--1414 Dead Sea scroll ถกคนพบในป 1947 ผาลนนทใชหอไดรบการตรวจสอบโดยใช carbon-14 dating พบวา activity ของ C-14 มคา 12 atom min-1 g-1 จงคานวณอายของผาทใชหอ

yr 1021.1yr10735

693.0693.0 1-43

tk

40

yr 100.2yr 1021.1

24.0

yr 1021.1g min atom 12

g min atom 3.15ln

ln

yr 1073.5

314

1411

11

0

2/1

t

t

ktactivity

activity

t

การแปรนวเคลยสการแปรนวเคลยส Nuclear transmutation คอการเปลยนจากนวไคลดหนงไปเปนนวไคลดชนดอน จากการปลอยกมมนตภาพรงส จากการระดมยงนวเคลยสเปาหมายดวยอนภาคหรอพลงงาน

Rutherford พบวาเมอใชอนภาคอลฟายงใสอะตอม N จะทาใหโปรตอนหลดออกมาจากนวเคลยสของอะตอมนน

41

โปรตอนหลดออกมาจากนวเคลยสของอะตอมนน

Chadwick พบวาเมอใชอนภาคอลฟายงใสอะตอม Be จะทาใหนวตรอนหลดออกมา

อนภาคทใชยงตองมพลงงานสงเพอใหสามารถเขาไปถงนวเคลยสได

pOFNHe 11

178

*189

147

42

nCCBeHe 10

126

*136

94

42

Bombarding ParticlesBombarding Particles อนภาคหลายชนดสามารถใชยงนวเคลยสของอะตอมเปาหมาย

(target atom)เพอกระตนใหเกดการเปลยนแปลงทางนวเคลยร

AlAlMgp

PuPun

pONHe

00

2713

*2713

2612

11

24094

23994

10

11

178

147

42

42

อนภาคทใชในการยงจะไดจากการสลายตวของธาตกมมนตภาพรงสหรอการกระตนอะตอมเพอใหเกดการ ionize

การเลอกอนภาคทใชในการยงตองคานงถง มวล ประสทธภาพในการชน พลงงาน อานาจทะลทะลวง ประจ แรงทางไฟฟา

nDsBiNi 10

272111

20983

6428

10/02/54

8

เครองเรงอนภาคเครองเรงอนภาค Cyclotron: A circular particle

accelerator in which charged subatomic particles generated at a central source are accelerated spirally outward in a plane perpendicular to a fixed magnetic field by an alternating electric field.

Synchrotron: A synchrotron is a particular type of cyclic particle accelerator in which the magnetic field (to turn the particles so they circulate) and the electric field (to accelerate the particles) are carefully synchronized with the traveling particle beam.

43

SynchrotronSynchrotron

Argonne National Laboratory

Fermi Laboratory

44

CNRS and CEA national laboratories

Artificial TransmutationArtificial Transmutation ธาตทมเลขอะตอมตงแต 92 (U) ลงมาสามารถพบไดในธรรมชาต

(ยกเวน 43Tc และ 61Pm) ธาตทมเลขอะตอมมากกวา 92 เกดจากการสงเคราะหโดยมนษยทงสน และเราเรยนธาตเหลาน (Z>92) วา Transuranium elements

45

eAmPunPu

ePuUn01

24195

24194

10

23994

01

23994

23892

10

2

2

Nuclear FissionNuclear Fission Otto Hahn & Fritz Strassman ตรวจพบ 141Ba เมอยง 235U ดวยนวตรอน ตอมาไดมการสรปวา เมอยเรเนยมถกยงดวยนวตรอน (neutron capture) มนจะแตกตวออกเปนนวไคลดสองชนดและพลงงานปรมาณมหาศาล และเราเรยกกระบวนการลกษณะนวา Nuclear Fission

kJHnBaBaUUn 1010

9236

14156

23692

23892

10 1023

46

นวตรอนทเกดขนจากกระบวนการนจะอาจถกจบโดยโมเลกลอน หรออาจกอใหเกดปฏกรยาfission กบยเรเนยมตวอนอก

ถากระบวนการฟชชนเกดตอเนองไปเรอยๆ เราจะเรยกกระบวนการนวา Chain reaction

0365692920

U23598

ปฏกรยาลกโซปฏกรยาลกโซ

Ba14156

Sb13251

U23598

n10

Chain ReactionChain ReactionInitiated by neutron captureInitiated by neutron capture

47

U23598

U23592

n10

Kr9236

Nb10141

Xe14054

Sr9338

n10

n10

3 neutrons 2 x1010 kJ/mol

Atomic BombsAtomic Bombs ถาปรมาณ 235U มนอยเกนไปจะไมเกดปฏกรยาลกโซ เนองจากโอกาสทนวตรอนทเกดขนจะไปเจอ 235U มนอยและนวตรอนจะสญหายเมอถกธาตอนจบ ทาใหปฏกรยา fission เกดไมตอเนอง

48

ปรมาณ 235U ทเพยงพอใหเกดปฏกรยาแบบลกโซได เรยกวา มวลวกฤต (critical mass)

ถาเราทาใหกระบวนการฟชชนเกดอยางตอเนองแบบไมควบคมจะกอใหเกดการปลดปลอยพลงงานอยางรนแรง ซงเปนหลกในการสรางระเบดนวเคลยร

10/02/54

9

Nuclear ReactorsNuclear Reactors ถาเราสามารถควบคมปฏกรยาฟชชนใหเกดในอตราทเหมาะสม เราสามารถนาพลงงานความรอนมาใชได เชนในโรงงานไฟฟาพลงนวเคลยร

ปฏกรยาฟชชนสามารถควบคมไดโดย235U

Control rod

49

ปฏกรยาฟชชนสามารถควบคมไดโดยการควบคมปรมาณนวตรอนดวย แทงควบคม (control rod)เปนแทงโบรอนหรอแคดเมยมซงเปนตวจบนวตรอนทด

HeLiBn 42

73

105

10

Uranium oxide pellets

Nuclear Power PlantsNuclear Power Plants โรงไฟฟานวเคลยรจะใชความรอนจากปฏกรยาฟชชนเพอตมนา และนาไอนาไปปนกงหนเพอผลตกระแสไฟฟา

50

Nuclear FusionNuclear Fusion เมอนานวเคลยสขนาดเลกมารวมกนเพอใหเกดนวเคลยสขนาดใหญขนจะเกดการปลดปลอยพลงงานจานวนมหาศาล (เสถยรภาพเพมขน) เราเรยกกระบวนการนวา nuclear fusion (การหลอมรวมนวเคลยส)

k

kJ105.22490431

901

42

11

HeHeH

51

สารตงตนของปฏกรยาหาไดงาย จาเปนตองใชอณหภมสงมากในการเกดปฏกรยา (≥ 1x108

K) Cold fusion คอความพยายามทจะทาใหกระบวนการ

fusion เกดทอณหภมตา (ยงทาไมไดในปจจบน)

kJ109.1 901

42

32

11 HeHeHeHe