เคมีนิวเคลี -...
Transcript of เคมีนิวเคลี -...
![Page 1: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/1.jpg)
14 เคมีนิวเคลียร
14.1 ประวตัิและการคนพบ 14.2 สมบัตขิองนิวเคลียส 14.3 สัญลักษณนิวเคลียร 14.4 เสถียรภาพของนิวเคลยีส 14.5 สมบัตขิองอนุภาคและรังส ี14.6 การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาต ิ14.7 การเขียนสมการนิวเคลียร 14.8 การสลายตัวของนิวไคลดกัมมันรังสีและคร่ึงชีวติ 14.9 เคร่ืองมือวัดกัมมันตภาพรังสี 14.10 หนวยวัดปริมาณกัมมันตภาพรังสี 14.11 ปฏิกิริยานิวเคลียร 14.12 เตาปฏิกรณปรมาณู 14.13 ประโยชนของสารกัมมันตรงัสี
บทนํา ปฏิกิริยานิวเคลียรจะตางกับปฏิกิริยาเคมีหลายอยางเปนตนวาปฏิกิริยาเคมีนิวเคลียรเกิดที่นิวเคลียสแตปฏิกิริยาเคมีเกิดที่อิเล็กตรอน และธาตุเดิมจากสารตั้งตนในปฏิกิริยานิวเคลียรจะเปลี่ยนเปนธาตุใหมหลังเกิดปฏิกิริยาแตปฏิกิริยาเคมีจะไมมีการเปลี่ยนแปลงธาตุกอนและหลังปฏิกิริยาจะเก่ียวของกับการสลายและสรางพันธะของธาตุเทาน้ัน นอกจากนั้นพบวาปฏิกิริยานิวเคลียรยังใหพลังงานอยางมหาศาลหลังเกิดปฏิกิริยาซึ่งเปนที่มา
CM 103 เคมีนิวเคลียร 309
![Page 2: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/2.jpg)
14.1 ประวัตแิละการคนพบ ป ค.ศ.1896 เฮนรี เบคเคอเรล (Henri Becquerel) ไดคนพบวา ยูเรเนียม
(U) ในแรพิชเบลนด (Pitchblende) มีสมบัติที่ทําใหกระจกหรือฟลมถายรูปเปลี่ยนเปนสีดําและเรืองแสงไดในที่มืด และเรียกธาตุยูเรเนียม (U) ที่มีสมบัติดังกลาววา เปนสารกัมมันตรังสี (radio active element) และเรียกสมบัติของสารที่เกิดน้ีวา กัมมันตภาพรังสี(radio activity)
ป ค.ศ.1898 มาดามคูรี (Madam Curie) ไดคนพบสารกัมมันตภาพรังสีอ่ืน ๆ
อีกนอกจากยูเรเนียมคือ โพโลเนียม (Po) และเรเดียม (Ra) หลังจากที่พบเรเดียมแลวนักวิทยาศาสตรก็ไดนําไปใชประโยชนอยางมากมายตอมนุษย เชน ใชฆาเชื้อโรค ใชผสมกับซิงคซัลไฟล (ZnS) แลวเกิดการเรืองแสงบนหนาปทมนาฬิกา เน่ืองจากเรเดียมจะใหรังสีแกมมา
จากการคนควาของนักวิทยาศาสตรรุนหลังๆ พบวาธาตุที่ มีเลขอะตอมมากกวา 83 จะมีสมบัติเปนสารกัมมันตภาพรังสีทั้งสิ้น
14.2 สมบัติของนิวเคลียส นิวเคลียสประกอบดวยอนุภาคอยูตัว 3 ชนิด คือ นิวตรอน (n, ไมมีประจุ) และโปรตอน (p, ประจุบวก) อยูตรงกลางของอะตอม เรียกวานิวเคลียส และมีอิเล็กตรอน (e) ซึ่งมีประจุลบวิ่งอยูรอบๆ สมบัติของอนุภาคท้ังสามสรุปไดดังในตารางที่ 14.1
310 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 3: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/3.jpg)
ตารางท่ี 14.1 สมบัติของอนุภาคท่ีอยูตัวในนิวเคสียสดังรูปขางตน
อนุภาค สัญญลักษณ มวล (กรัม) ประจุ
นิวตรอน p 1.67x10-24 0 โปรตอน n 1.67x10-24 + อิเล็กตรอน e 9.11x10-28 -
14.3 สัญลักษณนิวเคลียร เน่ืองจากปฏิกิริยาทางนิวเคลียรนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส
ของอะตอม ดังน้ันจึงจําเปนจะตองทราบถึงจํานวนโปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู โดยจะเรียกอะตอมที่ระบุจํานวนโปรตอนและนิวตรอนนี้วา นิวไคลด (nuclide) สัญลักษณทั่วไปจะนิยมเขียนดังนี้
โดย X หมายถึง สัญลักษณทางเคมีของธาตุนั้น A หมายถึง ตัวเลขที่แสดงถึงจํานวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส เรียกวา เลขมวล (mass number)
CM 103 เคมีนิวเคลียร 311
![Page 4: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/4.jpg)
Z หมายถึง ตัวเลขที่แสดงถึงจํานวนโปรตอนในนิวเคลียส(หรือจํานวนอิเล็กตรอนที่อยูนอกนิวเคลียส) เรียกวา เลขอะตอม (atomic number) ตัวอยาง เชน
จากจํานวนโปรตอนและ นิวตรอนของอะตอมที่ทราบจากสัญลักษณนิวเคลียรนี้จะสามารถแบงอะตอมไดเปน 3 ประเภท ดังนี้
1. ไอโซโทป (Isotope) เปนอะตอมที่มีคาเลขอะตอม (Z) เทากันแตมวลอะตอม (A) ตางกัน โดยอะตอมเหลาน้ีจะมีสมบัติทางเคมีที่เหมือนกันแตตางกันทางเคมีนิวเคลียร เชน
O168 O17
8 O188
2. ไอโซบาร (Isobar) หมายถึงอะตอมที่มีมวลอะตอม (A) เทากัน แตเลขอะตอม (Z) ตางกัน เชน
B125 C12
6 N127
3. ไอโซโทน (Isotone) หมายถึงอะตอมที่มีนิวตรอนเทากัน แตมีทั้งเลขอะตอมและมวลอะตอมตางกัน เชน
Be124 B11
5 C126
14.4 เสถียรภาพนิวเคลียส ไอโซโทป เปนอะตอมของธาตุที่มีจํานวนนิวตรอนไมเทากัน แตมี
จํานวนโปรตอนเทากัน บางไอโซโทปของอะตอมก็จะเสถียร บางชนิดก็จะไมเสถียรและใหกัมมันตภาพรังสีออกมา การพิจารณาถึงความเสถียรของไอโซโทปของธาตุตางๆ ไดจากเง่ือนไขตอไปน้ี
312 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 5: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/5.jpg)
1. เลขมหัศจรรย นิวเคลียสของอะตอมที่มีจํานวนโปรตอนหรือจํานวนนิวตรอนเทากับ 2 ,8,20,50,82 หรือ 126 ซึ่งเรียกวาเลขมหัศจรรย จะเปนนิวเคลียสที่เสถียร
เชน จะไมเกิดการสลายตัวใด ๆ 42 He Ca40
20
2. จํานวนโปรตอนและนิวตรอนเปนเลขคู ธาตุที่มีจํานวนโปรตอนและนิวตรอนเปนเลขคูจะมีความเสถียรมากกวาเลขคี่
3. ธาตุที่เลขอะตอม (z) นอยกวา 83 พบวาธาตุที่มีจํานวนโปรตอนนอยกวา 83 จะมีไอโซโทปที่เสถียร (อยางนอยหน่ึงตัว) เสมอ
4. แถบเสถียรภาพ (band of stability) นิวเคลียสของธาตุที่เสถียรจะมีอัตราสวนจํานวนนิวตรอนตอโปรตอน (n/p) ในแนวเสนเสถียรภาพดังรูปที่ 14.1
รูปท่ี 14.1 แสดงเสนเสถียรภาพของนิวเคลียส
CM 103 เคมีนิวเคลียร 313
![Page 6: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/6.jpg)
จากรูปที่ 14.1 แสดงใหเห็นวาธาตุที่มีเลขอะตอมเทากับ 20 หรือนอยกวา 20 จะมีนิวไคลดที่มีความเสถียรเม่ืออัตราสวน (n/p) เทากับหนึ่ง (เสนทึบ) ซึ่งเปนเสนตรง แตสําหรับธาตุที่มีเลขอะตอมมากกวา 20 จํานวนนิวตรอนจะมีมากกวาโปรตอนทําใหแนวเสถียรจะคอยๆเบี่ยงจากเสนตรงจนถึงตอนปลายของเสนโคงที่เบี่ยงจากเสนตรงที่เลขอะตอมเทากับ
83 ซึ่งเปน ที่มีอัตราสวนจํานวน n/p เทากับ 1.5 ดังน้ันจึงสรุปไดวานิวเคลียสของธาตุใดๆ ที่มีเลขอะตอมนอยกวา 84 ที่อยูแนวเสถียรจะมีอัตราสวน n/p เทากับ 1-1.5 โดยนิวเคลียสเหลาน้ีจะไมใหกัมมันตภาพรังสี แตถานิวเคลียสของธาตุมีอัตราสวน n/p ไมเปนไปดังนี้ก็จะจัดเปนนิวเคลียสที่ไมเสถียรหรือเปนนิวไคลดกัมมันตรังสี นิวเคลียสพวกนี้จะพยายามปรับตัวใหเขาใกลเสนเสถียรภาพ ความพยายามในการปรับอัตรา n/p ของนิวเคลียสดังกลาวนี้จะกอใหเกิดการสลายตัวใหกัมมันตภาพรังสีไดหลายแบบโดยขึ้นกับเง่ือนไขของอัตราสวน n/p ของนิวเคลียสดังน้ี
Bi20983
1. กรณี n/p มีคาสูงกวาคาแนวเสถียร (n>p) พิจารณาจาก รูปที่
14.1 จะเปนนิวเคลียสที่มี n/p ใตแถบเสนเสถียรภาพ เชน (มีโปรตอน = 6 และนิวตรอน = 8) อัตราสวน n/p จะมากกวา 1 เน่ืองจากนิวตรอนมากไปหรือโปรตอนนอยไป วิธีการที่จะปรับให n/p = 1 ใหไดโดยการเปลี่ยนนิวตรอนเปนโปรตอนแลวไดธาตุเสถียรขึ้นโดยการใหอนุภาคเบตา (β) ดังสมการ
C146
→ n10 eP 0
111 −+
ถาแทน e ดวย จะไดสมการการสลายตัวประเภทนี้ เชน 01−
−β
→ C146 +N14
7−β
2. กรณี n/p มีคาต่ํากวาแนวเสถียร (p >n) จากรูปที่ 14.1 จะเปน
นิวเคลียสที่มี n/p อยูเหนือแถบเสนเสถียรภาพ เชน (มีโปรตอน = 6 และมีนิวตรอน = 5) อัตราสวน n/p จะนอยกวา 1 เพ่ือปรับ n/p ใหเทากับ 1 นิวเคลียสอาจใชวิธีการปรับคาน้ีได 2 แบบ คือ
C116
2.1 เปลี่ยนโปรตอนใหเปนนิวตรอนแลวใหอนุภาคโพสิตรอน ( ) ดังสมการ
+β
→ P11 en 0
110 +
314 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 7: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/7.jpg)
ถาแทน 0 e ดวย ( ) จะไดสมการการสลายตัวประเภทนี้ เชน 1+β
→ C116 +B11
7+β
2.2 เปลี่ยนโปรตอนเปนนิวตรอนโดยการดึงอิเล็กตรอนจาก 1s ออรบิตัล (ใกลนิวเคลียส) อาจเรียกการสลายตัวแบบนี้วา electron capture (E.C.) ดังสมการ
01
11 −+ P → n1
0
เชน AreK 4018
01
4019 ⎯⎯⎯ →⎯+ −
−capturee
กรณีนี้จะมีรังสีเอ็กซเกิดขึ้นดวยเนื่องจากอิเล็กตรอนที่อยูชั้นถัดจาก 1s ออรบิตัล จะเคลื่อนเขามาแทนที่อิเล็กตรอนที่ถูกจับเขาไปอยูในนิวเคลียส
สําหรับธาตุที่เลขอะตอมมากกวา 83 ก็เกิดการสลายตัวในแบบอ่ืน เชน การใหอนุภาคอัลฟา โดยนิวเคลียสจะมีเลขอะตอมลดไป 2 และเลขมวลลดไป 4 ดังสมการ
→ XAZ Y4
2 +−−
Az He4
2
เชน (ไมเสถียร) → U23892 Th234
90 He42+
14.5 สมบัติของอนุภาคและรังสี ชนิดของกัมมันตภาพรังสี ที่สลายตัวจากธาตุกัมมันตภาพรังสี สรุปในตารางที่ 14.2 ชนิดที่สําคัญที่จะกลาวถึง อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบตา และรังสีแกมมา ซึ่งมีสมบัติตางๆดังนี้
1. อนุภาคอัลฟา (alpha particles , α) เขียนแทนดวยสัญลักษณ
นิวเคลียสของฮีเลียมเปน 42 He มีประจุเปนบวกและความเร็วเปน 1ใน 10 ของความเร็วแสง
อํานาจการทะลุทะลวงจึงคอนขางต่ํา
CM 103 เคมีนิวเคลียร 315
![Page 8: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/8.jpg)
2. อนุภาคเบตา (beta particles , β) เขียนแทนดวยสัญลักษณ
นิวเคลียสอิเล็กตรอน คือ e ซึ่งมีประจุเปนลบและความเร็วเกือบเทากับแสง อํานาจการทะลุทะลวงปานกลาง
01−
3. รังสีแกมมา (gamma ray , γ) เขียนแทนดวยสัญลักษณ γ นิวเคลียสไมมีประจุ ความเร็วเกือบเทาแสงจึงมีอํานาจการทะลุทะลวงสูงมาก
00
รูปที่ 14.2 แสดงใหเห็นสมบัติการทะลุทะลวงของ แกมมา(γ) > เบตา (β) > อัลฟา (α) และอัลฟาจะมีประจุบวก โดยเบนเขาหาขั้วไฟฟาลบ เบตาจะมีประจุลบจึงเบนเขาหาขั้วไฟฟาบวก สวนแกมมาไมมีประจุ(ไมมีการเบี่ยงเบน)
รูปท่ี 14.2 แสดงสมบัติของอนุภาคและกัมมันตภาพรังสี
316 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 9: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/9.jpg)
ตารางท่ี 14.2 สมบัติของอนุภาคและรังสีตางๆท่ีปลอยจากธาตุกัมมันตรังสี
ชนิดการสลายตัว สัญลักษณ ประจุ ชนิดท่ีเปน
α (อัลฟา) 42 He 2+ อนุภาค
β ( 01− e 1- เบตา) อนุภาค
γ (แกมมา) 00 γ
0 รังสีแมเหล็กไฟฟา
n10 0 n (นิวตรอน) อนุภาค
β+ (โพสิตรอน) 01 e 1+ อนุภาค
p (โปรตอน) 11H +1 อนุภาค
14.6 การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติ ธาตุที่มีเลขอะตอมมากกวา 83 มักเปนธาตุกัมมันตรังสีและสลายตัวตาม
ธรรมชาติ โดยจะใหรังสีจนเปนนิวไคลดที่เสถียรเรียกการสลายตัวแตละแบบวา “อนุกรมการสลายตัว” ซึ่งแบงไดเปน 4 อนุกรม ดังนี้
1. อนุกรมยูเรเนียม (นิวไคลดทุกตัวมีเลขมวลอนุกรม 4n+2) ดังในรูปที่ 14.3
ให β 6 คร้ัง , α 8 คร้ัง U -238 Pb -206 เร่ิม ส้ินสุด
2. อนุกรมทอเรียม (นิวไคลดทุกตัวมีเลขมวลอนุกรม 4n)
สลายตัว 10 ขั้น Th -232 Pb -208
ให β 6 คร้ัง , α 8 คร้ัง
เร่ิม ส้ินสุด ให β 4 คร้ัง , α 6 คร้ัง
3. อนุกรมแอกทีเนียม หรืออนุกรมแอกนิโน – ยูเรเนียม (นิวไคลดทุกตัวมีเลขมวลอนุกรม 4n+3) U -235 Pb -207 เร่ิม ส้ินสุด
CM 103 เคมีนิวเคลียร 317
![Page 10: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/10.jpg)
ตัวอยางการสลายตัวของอนุกรมยูเรเนียม ดังในรูปที่ 14.3
รูปท่ี 14.3 แสดงการสลายตัวของอนุกรมยูเรเนียม
14.7 การเขียนสมการนิวเคลียร ปฏิกิริยาหลักที่เกิดในสมการนิวเคลียร พบวาจะใหอนุภาคอัลฟา
อนุภาคเบตา และรังสีแกมมา ซึ่งมีผลทําใหคาเลขอะตอม (atomic number) และเลขมวล (mass number) ในนิวเคลียสของอะตอมเริ่มตนเกิดการเปลี่ยนไป ดังสรุปในตารางที่ 14.3
318 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 11: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/11.jpg)
ตารางท่ี 14.3 แสดงการเปล่ียนคาเลขมวลและเลขอะตอมเมื่อมีการสลายตัวใหอนุภาคและ กัมมันตภาพรังสี
การเปลี่ยนแปลงทีเ่กิดในนิวเคลียส ชนิดการสลายตัว สัญลักษณ
เลขมวล เลขอะตอม
α 42 He ลดลง 4 ลดลง 2
β 01− e ไมเปลี่ยน เพ่ิมขึ้น 1
γ 00 γ ไมเปลี่ยน ไมเปลี่ยน
การเขียนสมการการสลายตัวใหเบตาจะทําใหนิวเคลียสของธาตุ มีเลขอะตอมเพ่ิมขึ้น 1 สวนเลขมวลไมเปลี่ยน ดังนี้
→XAZ eYA
Z011 −+ +
เชน →Kr8736 eRb 0
18737 −+
หลักการในการเขียนสมการนิวเคลียรคือใหผลรวมของเลขอะตอมทางดานซายเทากับผลรวมของเลขอะตอมทางดานขวามือ และ ผลรวมของเลขมวล (A) ทางดานซายมือและขวามือของสมการเทากัน เชนกัน ความสัมพันธในรูปสมการเขียนไดดังนี้
จาก →XAZ
1
1YA
Z2
2
ΣZ กอนปฏิกิริยา = ΣZ หลังปฏกิิริยา
ΣA กอนปฏิกิริยา = ΣA หลังปฏกิิริยา
ตัวอยาง จากปฏิกิริยาการสลายตัวของ Ra -226 ดังสมการตอไปนี้ ใหหาวาธาตุ x ที่เกิดจะมีคาเลขมวลและเลขอะตอมเทาใด
(Ra22688 HeX 4
2+ab แอลฟา)
CM 103 เคมีนิวเคลียร 319
![Page 12: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/12.jpg)
ΣA 1 กอนปฏิกิริยา = ΣA2 หลังปฏิกิริยา 226 = a + 4
∴ a = 226 - 4 = 222
ΣZ1 กอนปฏิกิริยา = ΣZ2 หลังปฏิกิริยา 88 = b + 2
∴ b = 82 - 2 = 86
∴ ไอโซโทปธาตุ x ที่ไดคือ 86 ซึ่งเม่ือพิจารณาจากเลขอะตอม 86 จากตารางธาตุ
สมการนิวเคลียสสมบูรณขางตนที่เกิดคือ
222 X
14.8 การสลายตัวของนิวไคลดกัมมนัตรังสีและครึ่งชีวิต กําหนดให คือ นิวไคลดกัมมันตรังสี N
k คือ คาคงที่การสลายตัว
เน่ืองจากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีนั้นเปนแบบอันดับหนึ่ง ดังน้ันจะเขียนเปนกฏอัตราจะไดเปนสมการความสัมพันธดังนี้
dtdN
− = kN
∫ − NdN
= ∫dtk
Nln− = ckt +
ให N0 คือ จํานวนนิวไคลดกัมมันตรังสีที่เวลา t = 0
N คือ จํานวนนิวไคลดกัมมันที่เวลา t = t
∴ เม่ือ t = 0 = c Nln−
320 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 13: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/13.jpg)
เม่ือ t = t = Nln− 0ln Nkt −
0
lnNN
− = kt หรือ สมการ 1 kteNN −= 0
2.303 log 0(N N ) = kt−
Nlog = 0log N tk2.303
−
ถาให t1/2 (half life ,คร่ึงชีวิต) หมายถึงระยะเวลาที่นิวไคลดของสารกัมมันตรังสีสลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมเร่ิมตน แทนคาในสมการ 1 จะไดดังนี้
0N
N = 21
= 21kt
e−
21t = k
2ln = k
0.693
ในทางปฏิบัตินิยมวัดอัตราการแตกสลายตัวในเทอมแอกติวิตี (A) คือ หรือ k dtdN N
จาก = N kteN −0
= tA kteA −0
นั่นคือ = t
0
logAA 2.303
kt−
หรือ = tA
A0log2.303
kt
ความสัมพันธนี้ใชในการหาอายุของซากโบราณตาง ๆได โดยให A0 เปนอัตราสวนเริ่มแรกของ 14C กับ 12C และ A เปนอัตราสวน 14C กับ 12C ขณะที่กําลังทําการหาอายุซากโบราณ
CM 103 เคมีนิวเคลียร 321
![Page 14: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/14.jpg)
คร่ึงชีวิต (half life, t1/2 ) หมายถึง ระยะเวลาที่ใชในการสลายตัวสารกัมมันตรังสีจนมีปริมาณเหลืออยูครึ่งหน่ึงของเดิม คาน้ีไมขึ้นกับจํานวนอะตอมแตขึ้นกับคาอัตราคงที่ (rate constant, k) ใชบอกเสถียรภาพของไอโซโทปตางๆ โดย ถา t1/2 สั้น จะสลายไดเร็วขึ้น คาคร่ึงชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีตางๆ มี ดังตาราง 14.4
ตาราง 14.4 แสดงตัวอยางคาคร่ึงชีวิตของบางไอโซโทปกัมมันตรังสี
ไอโซโทป t1/2 ชนิดที่สลาย พลังงาน (Mev)
α γ β α
4.8 1.33 1.71 5.3
Ra-226 Co-60 P-32 Po-210
1620 ป 5.27 ป 14.3 วัน 138 วัน
คาคร่ึงชีวิตนี้ใชประโยชนในการหาปริมาณสารกัมมันตรังสีที่เหลืออยูเม่ือปลอยใหสลายตัวในเวลาที่ผานไป เน่ืองจากเปนเวลาที่ทิ้งไวแลวสารกัมมันตรังสีจะสลายตัวแลวเหลือปริมาณอยูคร่ึงหนึ่งจากปริมาณเดิม ดังแสดงในตารางที่ 14.5 และรูปที่ 14.4
ตารางท่ี 14.5 แสดงปริมาณที่เหลือหลังจากเวลาผานไปเทากับครึ่งชีวิตส่ีครั้ง
เม่ือส้ินสุดคร่ึงชีวิตท่ี (%) ปริมาณสารท่ีเหลือ (%) 0 1 2 3 4
100 50 25
12.5 6.25
322 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 15: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/15.jpg)
รูปท่ี 14.4 แสดงความสัมพันธครึ่งชีวิตและปริมาณสารกัมมันตรังสี
14.9 เครื่องมือวัดกัมมันตภาพรังสี เครื่องมือวัดกัมมันตภาพรังสี มีหลายแบบดังนี้
1. Film badges เปนวิธีการวัดที่ใชมากและราคาไมแพงโดยใชแผนฟลมที่ไวตอรังสีแลวทําใหแผนฟลมมีสีเขมขึ้น นิยมใชกับนักวิทยาศาสตรหรือชางเทคนิคที่ทํางานเก่ียวกัมมันตภาพรังสี หลักการโดยกัมมันตภาพรังสีจะไปกระตุนเงินเฮไลด (AgX) ถูกรีดิวซเปนเงิน (Ag) แลวไดสีดําบนฟลม ซึ่งใชเทียบบอกปริมาณสารจากความดํา
ถูกรีดิวซ AgX Ag ไดสีดํา บอกปริมาณสาร เงินเฮไลด (เงิน) บนฟลม
2. Geiger counter โดยใชหลักการที่กัมมันตภาพรังสีผานไปสูหลอดวัดจะกอใหเกิดไอออน จากนั้นเคร่ืองจะตรวจวัดไอออนดวยการวัดไฟฟาที่เกิด ดังแสดงในรูปที่ 14.5
CM 103 เคมีนิวเคลียร 323
![Page 16: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/16.jpg)
รูปท่ี 14.5 แสดงสวนประกอบเครื่อง Geiger counter
3. ตัววัดเรียกวา scintillator ประกอบดวยสารที่เรืองแสงไดเม่ือกระทบกับโฟตอนหรืออนุภาคไดแก สารพวก โซเดียมและแทลเลียมไอโอไดด (TeI) หรือซิงคซัลไฟด โดยสารพวกนี้จะฉาบอยูผิวดานในของหลอดโทรทัศน แสงที่ปลอยออกจากสารเรืองแสงนี้จะถูกเปลี่ยนเปนสัญญาณไฟฟา โดย phototube
14.10 หนวยวัดปริมาณกัมมนัตภาพรังสี หนวยที่ใชวัดปริมาณกัมมันตภาพรังสี มีหลายแบบ
1. รันตเจน (ตัวยอ R) ใชวัดรังสีเอ็กซและรังสีแกมมา ที่เกิดในอากาศเทาน้ัน โดย 1 รันตเจนจะเทากับ รังสีที่ทําใหอากาศแหง 1 ลูกบาศกเซนติเมตร ภายใต
324 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 17: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/17.jpg)
2. แรด (rad) 1 แรด คือปริมาณรังสีที่เทียบกับพลังงาน 100 เอิรกตอกรัมของสารที่รับรังสีนั้นเขาไป
3. เรน (ren) เปนหนวยที่บอกถึงความเสียหายทางชีวภาพที่เกิดขึ้นกับคนที่ไดรับรังสี ซึ่งเกิดจากรังสีเอ็กซ 1 รันตเจน
4. คูรี ตัวยอคือ Ci เปนหนวยนับจากจํานวนอนุภาคที่ถูกปลอยจากแหลงของรังสีตอวินาที 1 คูรีคือ ปริมาณของสารกัมมันตภาพรังสีที่มีอัตราการสลายตัว เทากับ อัตราการสลายตัวของเรเดียม 1 กรัม โดย 1 คูรี (Ci) จะมีคาเทากับ 3.7×1010 วินาที
5. เกร (gray) โดย 1 เกร จะมีคาเทากับ 100 แรด
14.11 ปฏิกิริยานิวเคลียร ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอม เกิดการเปลี่ยนเปนนิวเคลียสของอะตอมอ่ืนที่เปนสารกัมมันตภาพรังสีและใหพลังงานออกมา ปฏิกิริยานิวเคลียสมี 2 ประเภท
1. ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน 2. ปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชัน
1. ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน (Nuclear fission) เปนปฏิกิริยาที่เกิดเม่ือยิงนิวเคลียสที่มีมวลอะตอมสูงดวยนิวตรอนแลว เกิดการแตกตัวและใหพลังงานออกมาเม่ือถูกยิงดวยนิวตรอน การทดลองน้ีไดเร่ิมเม่ือป คศ. 1939 โดย Hahn และ Strassmann รวมกับนักวิทยาศาสตรอ่ืน โดยยิงยูเรเนียม-235 ดวยนิวตรอนชา นิวเคลียสจะถูกแบงเปนสองสวนที่เบากวายูเรเนียมและเกิดนิวตรอนใหมอีก 2 ตัว แลวเกิดเปนปฏิกิริยาลูกโซตอไป ตัวอยาง ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน เกิดดังน้ี
nU 10+
23592 ( )+++ nKrBa 1
09236
14156 พลังงาน
CM 103 เคมีนิวเคลียร 325
![Page 18: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/18.jpg)
ถาใช U-235 2-3 ปอนด จะมีผลแรงเทากับระเบิด TNT หลายหมื่นตัน
ปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชันที่เกิดน้ีเปนแบบลูกโซซึ่งแสดงใหเห็นแผนผังการเกิดดังแสดงในรูป 14.6 ที่ใชในการประดิษฐระเบิดนิวเคลียรแบบอะตอมมิกบอมบซึ่งประดิษฐครั้งแรกโดยการพัฒนาของโครงการแมนฮัตตัน
รูปท่ี 14.6 แสดงตัวอยางแผนผังของการเกิดปฏิกิริยาลูกโซแบบนิวเคลียรฟชชัน
326 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 19: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/19.jpg)
ระเบิดปรมาณู (Atomic bomb)
ใชหลักการของนิวเคลียรฟชชัน โดยปจจัยสําคัญที่สุดคือการหามวลวิกฤตของระเบิด จากเหตุผลที่วา ระเบิดปรมาณูลูกเล็กมีอํานาจทําลายลางเทา TNT 20,000 ตัน
และ TNT 1 ตัน จะคายพลังงานไดเทากับ 4 ×109 จูล
ดังนั้น TNT 20,000 ตัน จะคายพลังงาน 4 ×109 ×2×104 จูล = 8×1013 จูล
เน่ืองจาก U-235 1 โมล (255 g) จะคายพลังงาน = 2×1013 จูล
ถาจะใหไดพลังงานระเบิดปรมาณูเทียบกับ TNT 2000 ตัน ตองใช U-235
= 13
13
102108255
××× =1×103 กรัม
เน่ืองจาก 1×103 g เทากับ 1 kg ดังน้ันเพ่ือความปลอดภัยปริมาณ U-235 ที่ประกอบดวยระเบิดตองมีมวลไมถึงมวลวิกฤต คือ นอยกวา 1 กิโลกรัม แลวใช TNT ผลัก U-235 รวมกันเม่ือตองการใหระเบิด ดังรูปที่ 14.7
รูปท่ี 14.7 แสดงสวนประกอบของอะตอมมิกบอมบ ซึ่งเคยใชท่ีฮิโรจิมา (วัตถุดิบ U-235) และท่ีนางาซากิ (วัตถุดิบ คือ P-239)
CM 103 เคมีนิวเคลียร 327
![Page 20: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/20.jpg)
ผลเสียของระเบิดปรมาณูที่มนุษยนํามาทําลายลางกันจะใหผลที่สําคัญ คือ ความสั่นสะเทือน ความรอนถึง 300 0 เซลเซียส
นอกจากน้ียังเกิดฝุนธุลีกัมมันตภาพรังสี (fall-out) ซึ่งพบวาประกอบดวยกัมมันตภาพรังสีหลายชนิดที่มีคาคร่ึงชีวิตยาว ๆ และกอใหเกิดปญหาตอสุขภาพมนุษย ผลิตภัณฑที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชันไดดังรูปที่ 14.8
รูปท่ี 14.8 แสดงผลิตภัณฑท่ีเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน
ผลิตภัณฑฟชชันที่ไดจากปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชันจะมีคาเลขอะตอม (Z) 36 ถึง 56 และปฏิกิริยาการแยกสลายจะมีมากกวา 40 แบบ และใหผลผลิต 80 นิวไคลดใหม ซึ่งแบงได 3 กลุม ตามคาเลขมวลไดดังนี้ 1. กลุมเลขมวลเบาเปนพวกมีเลขมวล 80-110 2. กลุมเลขมวลหนักเปนพวกมีเลขมวล 130-155 3. กลุมที่ไดมากที่สุดคือเลขมวล 95 และ 140
สําหรับฝุนธุลีกัมมันตภาพรังสีชนิดที่เปนอันตรายมากคือ Sr-90 เน่ืองจากสามารถสะสมในโครงสรางของสิ่งมีชีวิตที่มีแคลเซียม เชน กระดูก และใหกัมมันตภาพรังสี
328 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 21: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/21.jpg)
2. ปฏิกิริยานิวเคลียรฟวชัน (Nuclear fussion) เปนปฏิกิริยาที่ไอโซโทปเบา 2 ตัว หลอมรวมกันเปนไอโซโทปใหญและใหพลังงาน ตัวอยาง
→+ HH 31
21 + nHe 0
042 + พลังงาน
พลังงานความรอนที่ไดจากฟวชันของไอโซโทปคูหน่ึงจะไปชวยใหเกิดปฏิกิริยาฟวชันของไอโซโทปคูอ่ืน ทําใหเกิดระเบิดไฮโดรเจน หรือระเบิดเทอรโมนิวเคลียร
ปฏิกิริยาที่เกิดเปนปฏิกิริยาเลียนแบบบนดวงอาทิตยซึ่งมีความรอนถึง 4×106 0C ซึ่งรอนพอจะใหเกิดการหลอมเหลวดังนี้
∆H = - 0.43 Mev eHHH 01
21
11
11 +→+
∆H = - 4.96 Mev HeHH 32
11
21 →+
∆H = - 19.30 Mev eHHH 01
42
11
32 +→+
ปฏิกิริยารวม ∆H = - 24.69 Mev e2He H4 01
42
11 +→
ปริมาณความรอนที่ดวงอาทิตยสองมาที่โลก เทากับ 1.5 × 108 k cal *
14.12 เตาปฏกิรณปรมาณู เตาปฏิกรณปรมาณู (Nuclear reactor) เปนเคร่ืองมือสําหรับควบคุม
ปฏิกิริยาลูกโซของปฏิกิริยานิวเคลียรฟชชัน มีสวนประกอบดังนี้
1. เชื้อเพลิงปรมาณู นิยมใช หรือ รวมกับ (โดย
บรรจุยูเรเนียมในกลองอลูมิเนียม) เชื้อเพลิงชนิดอ่ืนคือ สําหรับเชื้อเพลิง U นั้นพบวาในธรรมชาติจะเปนไอโซโทป U-238 99.28 % ผสมกับ U-235 0.72 % ดังน้ันการจะใช U-235 จะตองผานกรรมวิธีที่จะเพ่ิมความเขมขนของ U-235 จากสารตั้งตนดวย
U235 U238 U235
Pu239
CM 103 เคมีนิวเคลียร 329
![Page 22: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/22.jpg)
2. โมเดอเรเตอร (moderator) เปนตัวลดความเร็วของอนุภาคนิวตรอน โดยสมบัติของตัวลดความเร็วตองไมดูดนิวตรอนเลยและมีน้ําหนักใกลเคียงนิวตรอน ไดแก น้ําหนัก (D2O) , น้ํา (H2O), กราไฟท
3. แทงควบคุมนิรภัย (control rod) ใชควบคุมปฏิกิริยาไดโดยจับนิวตรอนไดอยางแนนหนา เชน ธาตุ โบรอน (B) ธาตุแคดเมียม (Cd)
4. ตัวระบายความรอน (coollant) ที่เกิดจากระบบ ไดแก น้ํา,โลหะโซเดียมเหลว
5. ฉากปองกันกัมมันตภาพรังสี (shielding) ที่ เ กิดจากปฏิ กิริยานิวเคลียส ไดแก คอนกรีต น้ํา ตะกั่ว
รูปท่ี 14.9 เตาปฏิกรณปรมาณู
14.13 ประโยชนของสารกัมมนัตรังสี ประโยชนของสารกัมมันตรังสี สารกัมมันตรังสีไดถูกนํามาใชประโยชนแก
มนุษยหลายดานทางสันติ แบงไดดังนี้
1. ดานการแพทย ใชประโยชนทั้งการตรวจวินิจฉัยและรักษาโรค ดังเชน กรณีรักษาโรค แตเดิมเคยใชเรเดียม (Ra) ซึ่งใหแกมมาในการรักษาโรคมะเร็งแตเน่ืองจาก
330 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 23: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/23.jpg)
ตารางท่ี 14.6 แสดงตัวอยางนิวไคลดท่ีใชทางการแพทย
นิวไคลด t1/2 รังสีท่ีให ใชประโยชน
Ba-131 11.6 γ วัน ตรวจเนื้องอกในกระดูก Au-198 64.8 β ชั่วโมง ประเมินผลการทํางานของไต I-131 8.05 β วัน วัดอัตราการรับไอโอดีนของตอมไทรอยด
γ Te-99(technetium) 6.0 ชั่วโมง ตรวจวัดการแข็งตัวของเลือด P-32 14.3 β วัน ตรวจมะเร็งในเตานม
รูปท่ี 14.10 การใช I-131 เพ่ือดูการทํางานของตอมไทรอยด
2. การถนอมอาหาร การนําอาหารมาอาบดวยรังสีแกมมาในอาหาร ที่ตองการเก็บรักษาเพ่ือทําลายแมลงหรือจุลินทรียที่ทําใหเกิดการเนาเสียดวยแกมมา ใชมากในประเทศแถบยุโรป แคนาดา และอเมริกาในพืช ผัก ผลไม ประเภทตางๆ เชน มันฝรั่ง หอมใหญ สตรอเบอรี
CM 103 เคมีนิวเคลียร 331
![Page 24: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/24.jpg)
3. ทางเคมี ใชในงานวิจัย วิเคราะหสารโดยอาศัยสารกัมมันตภาพรังสี วิธีการคราวๆ สรุปไดดังนี้
โดยนําสารตัวอยางวิเคราะหมาเติมสารกัมมันตภาพรังสี ที่ทราบปริมาณแนนอน แยกสารวิเคราะหออกมา
วัด % กัมมันตภาพรังสีที่เหลือ คํานวณหาความเขมขนเริ่มตนของสารที่วิเคราะห
4. โรงงานไฟฟานิวเคลียร โดยใชความรอนจากปฏิกิริยานิวเคลียรเพ่ือขับเคลื่อนใบพัดที่จะไปขับเคลื่อนเคร่ืองจักรตอและกอใหเกิดไฟฟา ดังในรูปที่ 14.11
รูปท่ี 14.11 แสดงสวนประกอบของการกําเนิดไฟฟาของโรงไฟฟานิวเคลียร
332 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 25: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/25.jpg)
5. การหาอายุวัตถุโบราณ (C-14 dating) การหาอายุวัตถุโบราณทําโดยวัดอัตราสวน C-14 / C-12 วิธีนี้อาจเรียกวา Radio carbon dating เน่ืองจาก C-14 ในธรรมชาติเกิดจากไนโตรเจนและนิวตรอน จากรังสีคอสมิก แลวเกิดปฏิกิริยาใหเบตาไดดังสมการ
( )n10
→+ n N 10
147 P C 1
114
6 +
→ C146 14 N +7
e01−
ดังน้ันในสิ่งมีชีวิตจึงมี C-14 รวมกับ C-12 อยูในรูปของ 14CO2 และ 12CO 2 ที่หายใจเขาไป
เม่ือตายลงก็หยุดการรับ C-14 เหลือแตการสลายตัวของ C-14 สลายตัวใหเบตา ( ) ซึ่งมีคาครึ่งชีวิตเทากับ 5730 ป ดังนั้นถารูคาของ 14C / 12C ก็จะหาอายุซากส่ิงมีชีวิตได
e01−
CM 103 เคมีนิวเคลียร 333
![Page 26: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/26.jpg)
ตัวอยาง ซากสิ่งมีชีวิตมีคาแอกติวิตี 14C / 12C = 0.209 เทาของที่พบในสิ่งมีชีวิต ดังน้ันซากส่ิงมีชีวิตจะมีอายุเทากับเทาใด ( C-14 = 5730 ป)
21t
จาก 2
1t0.693k =
∴ 1-4101.2157300.693k ป
ป −×==
จาก 2.303
ktAAlog
t
0 =
0.679log4.780.2091.000log ==⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
∴ ( )2.303
t101.210.679-14 ป−×
=
∴ 18,921t = ป
∴ ซากส่ิงมีชีวิตมีอายุ = 18,921 ป
6. ทําสัญญาณไฟไหม โดยจะบรรจุ ในกลองที่จะตรวจวัดสัญญาณซึ่งมีลักษณะเครื่องมือและการทํางานดังรูปที่ 14.10 หลักการทํางานคือ ในสภาวะปกติสัญญาณนี้จะมีกระแสไฟฟาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากอนุภาคอัลฟาท่ีเกิดจากการสลายตัวของ Am -241(อะเมอริเซียม-241) ดังสมการดังนี้
Am24195
→ Am24195 + He4
2 Np23793
อิเล็กตรอนที่เกิดจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวกของเครื่อง เม่ือมีควันไฟเกิดในบริเวณนี้จะมีอนุภาคมลสารจากควันไฟเขาไปในเครื่องและไปรบกวนกระแสไฟฟาดังกลาวน้ีแลวกอใหเกิดเสียงขึ้น
334 เคมีนิวเคลียร CM 103
![Page 27: เคมีนิวเคลี - e-book.ram.edue-book.ram.edu/e-book/c/CM103(50)/CM103-14(50).pdf · ประวัติและการค นพบ 14.2. สมบัติของนิวเคลียส](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022030909/5b55d1807f8b9adf7d8bcf0d/html5/thumbnails/27.jpg)
รูปท่ี 14.12 แสดงการทํางานเครื่องมือสัญญาณไฟไหมโดยใช Am -241
7. การควบคุมคุณภาพสินคา เชน ควบคุมความหนาของแผนเหล็กที่ถูกผลิตจากโรงงาน โดยผานแผนเหล็กที่ผลิตไดไปยังแหลงที่ใหสารกัมมันตรังสี แลววัดความแรงกัมมันตภาพรังสีที่ผานอีกดานหน่ึงดวยเคร่ืองวัดรังสี ถาแผนเหล็กหนาเทากัน คากัมมันตภาพรังสีที่อานไดจะตองเทากัน หรือ ใชตรวจสอบความหนาของทอสงกาซ
นํ้ามันหรือแกส
Detector
source
CM 103 เคมีนิวเคลียร 335