ใบความรู้ เรื่อง ปฏิกิริยานิวเคลียร์

ใบความรู้ เรื่อง ปฏิกิริยานิวเคลียร์

    ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear Reaction)   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

            สมการ Nuclear  จะเขียนอยู่ในรูปของ

                                               x + a  à  y + b

             x  = นิวเคลียสที่เป็นเป้า        , y = นิวเคลียสที่เกิดใหม่

             a = อนุภาคที่วิ่งชน                , b = อนุภาคที่เกิดใหม่

จากข้างบน สามารถเขียนย่อได้ว่า  x(a,b)y  และเรียกปฏิกิริยาว่า (a,b)  ของ Nucleus x

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

 

  เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear Reactor)  เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์  โดยที่เราสามารถควบคุมการเกิดฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ได้  พลังงานที่ได้เราสามารถนำไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าได้

            ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion) เป็นปฏิกิริยาหลอมตัวของนิวเคลียสและมีพลังงานคายออกมาด้วย  นิวเคลียสที่ใช้หลอดจะต้องเป็นนิวเคลียสเล็กๆ (A<20) หลอมรวมกลายเป็นนิวเคลียสเบาที่ใหญ่กว่าเดิม  ในปัจจุบันเชื่อกันว่าบนดาวฤกษ์ต่างๆ พลังงานมหาศาลที่ปล่อยออกมาเกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันทั้งสิ้น

            ในแต่ละปฏิกิริยาของฟิชชันและฟิวชันเมื่อเทียบพลังงานแล้ว ในฟิชชันหนึ่งปฎิกิริยาจะให้พลังงานมากกว่าฟิวชันหนึ่งปฏิกิริยา   แต่ในขนาดมวลที่พอกันของสารที่ทำให้เกิดฟิวชัน (เช่น ¹H₁) กับ สารที่ทำให้เกิดฟิชชัน (เช่น U²³⁵) จำนวนปฏิกิริยาฟิวชันจะมากกว่าฟิชชันมากเป็นผลทำให้พลังงานรวมที่ได้จากฟิวชันมากกว่าฟิชชัน

สรุป

1) ปฏิกิริยานิวเคลียร์

    1.1  การหานิวเคลียสของธาตุจากปฏิกิริยา  ใช้หลักดังนี้

            1) ผลรวมของประจุทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน

            2) จำนวนนิวคลีออนทางซ้ายมือและขวามือของสมการมีค่าเท่ากัน

     1.2  การคำนวณพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์   มีหลักดังนี้

            1) ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา > มวลรวมหลักเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะคายพลังงาน

                 ถ้ามวลรวมก่อนเกิดปฏิกิริยา < มวลรวมหลังเกิดปฏิกิริยา ; ปฏิกิริยานี้จะดูดพลังงาน

              2) พลังงานที่คายหรือดูดจะหาได้จาก  ผลต่างของมวลรวมก่อนทำปฏิกิริยากับหลังทำปฏิกิริยาคูณด้วย 931 โดยมวลอยู่ในหน่วย amu และพลังงานอยู่ในหน่วย MeV

            3) มวลที่ใช้อาจเป็นมวลนิวเคลียสโดยตรง หรือ มวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้

                 นิวเคลียสก็ต้องเป็นนิวเคลียสหมด  หรือมวลอะตอมก็ต้องเป็นมวลอะตอมหมดจะปนกันไม่ได้

2) ปฏิกิริยาฟิชชัน เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการยิงนิวตรอนเข้าชนนิวเคลียสของธาตุหนัก (A>230) เป็นผลให้ได้นิวเคลียสที่มีขนาดปานกลาง 2 นิวเคลียส  พร้อมทั้งนิวตรอนประมาณ 2-3 ตัว  และการมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาด้วย

3) ปฏิกิริยาลูกโซ่ เป็นปฏิกิริยาฟิชชันสามารถเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่องหลังจากยิงนิวตรอนตัวแรกเข้าชนนิวเคลียสของธาตุหนัก

4) ปฏิกิริยาฟิวชัน เป็นปฏิกิริยาหลอมตัวของนิวเคลียสธาตุเบากลายเป็นนิวเคลียสธาตุเบาที่หนักกว่าเดิม และมีการคายพลังงานออกมาด้วย

ข้อควรจำ           1)  ปฏิกิริยาฟิชชัน 1 ปฏิกิริยา  จะให้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิวชัน 1 ปฏิกิริยา

                        2)  ขนาดของมวลนิวเคลียสที่เท่ากันเข้ากันทำปฏิกิริยาฟิชชั่นและปฏิกิริยาฟิวชั่น  พลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชั่นจะมากกว่าพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชั่น

JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ