หน่�วยการเรยน่ร��ที่� 4

เร��อง พลั�งงาน่ (Energy)

วิ�ทยาศาสตร์ ( วิ 40216) ฟิ�ส�กส ม.6

พลั�งงาน่น่�วเคลัยร� (nuclear energy)

1. พลั�งงาน่น่�วเคลัยร� (nuclear energy) 2. ก�มม�น่ตภาพร�งสี (radioactivity)

ผลัการเรยน่ร�� 1. อธิ�บายปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ ปฏิ�ส�มพั�นิธิร์ะหวิ�าง

สสาร์แลีะพัลี�งงานิได้" 2. อธิ�บายถึ$งปร์ะโยชนิของพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์ได้"

1. พลั�งงาน่น่�วเคลัยร�(nuclear energy)

1. พลั�งงาน่น่�วเคลัยร� (nuclear energy) 1. องค�ประกอบของน่�วเคลัยสี 2. การเขยน่ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร� 3. ร�ศมของน่�วเคลัยสี 4. ชน่�ดของน่�วเครยสี 5. พลั�งงาน่ย&ดเหน่�ยวน่�วเคลัยร� 6. เสีถียรภาพของน่�วเคลัยสี 7. ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร�ประด�ษฐ์� 8. ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+ชช�น่ 9. ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+วช�น่ 10. การใช�พลั�งงาน่น่�วเคลัยร�

1. องค�ประกอบของน่�วเคลัยสี

http://www.enchantedlearning.com/chemistry/glossary/nucleus.shtml

Sir James Chadwick

(b. Oct. 20, 1891, Manchester, Eng.--d. July 24, 1974, Cambridge, Cambridgeshire),

English physicist who received the Nobel Prize for Physics in 1935

for the discovery of the neutron.

http://www.britannica.com/nobel/micro/114_22.html

The Proton-Proton Chain, The Sun generates energy in its core by co

nverting hydrogen to helium.

http://zebu.uoregon.edu/~imamura/122/feb9/solarpp.html

http://zebu.uoregon.edu/~imamura/122/feb9/solarpp.html

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

The periodic table is labeled by its rows, which are called Periods,

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

The columns of the Periodic Table are called Groups or Families,

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

A molecule is depicted in various ways; here are a few:

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

2. การเขยน่ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร� การเขยน่ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร�.  การ์เข�ยนิปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์จะแตกต�างจากการ์เข�ยนิปฏิ�ก�ร์�ยาเคม� การเขยน่ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร�ม�ข�+นิตอนิ ด้�งนิ�+ 1. เข�ยนิธิาต, ร์�งส�หร์-ออนิ,ภาคท�/เก�/ยวิข"องท�/เก�/ยวิข"องในิร์1ป

ส�ญลี�กษณ์ 2. ท5าให"เลีขอะตอมแลีะเลีขมวิลีท�+งสองข"างเท�าก�นิ ส�ญลี�กษณ์ของธิาต,ท�/วิไป ค-อ เม-/อ A ค-อ เลีขมวิลี หมายถึ$ง อนิ,ภาคท�/อย1�ภายในินิ�วิเคลี�ยส ซึ่$/งได้"แก�

โปร์ตอนิแลีะ นิ�วิตร์อนิ บางคร์�+งเร์�ยกเลีขมวิลีนิ�+วิ�า น่�วคลัออน่ Z ค-อ เลีขอะตอม หมายถึ$งจ5านิวินิโปร์ตอนิท�/อย1�ภายในินิ�วิเคลี�ยส

ธิาต,แต�ลีะชนิ�ด้จะม�จ5านิวินิโปร์ตอนิต�างก�นิ ถึ"าม�จ5านิวินิเท�าก�นิ แสด้งวิ�าเป7นิธิาต,ชนิ�ด้เด้�ยวิก�นิ

X ค-อช-/อของธิาต,นิ�+นิๆ

XAZ

ค-าจำ-าก�ดความ Isotope ค-อ นิ�วิเคลี�ยสท�/ม�จ5านิวินิโปร์ตอนิเท�าก�

นิ (หร์-อ Z เท�าก�นิ) Isotone ค-อ นิ�วิเคลี�ยสท�/ม�จ5านิวินินิ�วิตร์อนิเท�าก�นิ

(หร์-อ A-Z เท�าก�นิ) Isobar ค-อ นิ�วิเคลี�ยสท�/ม�เลีขมวิลีเท�าก�นิ (หร์-อ A เท�า

ก�นิ)

http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/lectures/lec_2.html

3. ร�ศมของน่�วเคลัยสี ร์�ศม�ของนิ�วิเคลี�ยส แปร์ผั�นิตร์งก�บร์ากท�/สามของเลีขมวิลี

เข�ยนิสมการ์ ได้"ด้�งนิ�+ สี�ตร   ร์�ศม�ของนิ�วิเคลี�ยส

R = r0 A1/3

เม-/อ r0  =   1.5 x 10-15 m R =  ร์�ศม�ของนิ�วิเคลี�ยส A = เลีขมวิลี

4. ชน่�ดของน่�วเคลัยสี เร์าอาจจ5าแนิกนิ�วิเคลี�ยสได้" 2 ชนิ�ด้ ค-อ 1. นิ�วิเคลี�ยสเสถึ�ยร์ (stable nucleus) เป7นิ

นิ�วิเคลี�ยสท�/ไม�สลีายต�วิ จะคงสภาพัเด้�มไวิ"ตลีอด้เวิลีา พับอย1�ตามธิร์ร์มชาต�

2. นิ�วิเคลี�ยสไม�เสถึ�ยร์ (unstable nucleus) เป7นินิ�วิเคลี�ยสท�/สลีายต�วิ เร์าเร์�ยกวิ�า นิ�วิเคลี�ยสก�มม�นิตร์�งส�

stable nucleus

http://www.biochemj.org/bj/356/0297/bj3560297.htm

unstable nucleus

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Blocking Radiation Alpha particles are 8,000

times as heavy as beta particles.

Paper or clothing will blockalpha particles, while betaparticles require a few sheets of aluminum foil.

Gamma radiation is extremely dangerous--a thousand times more potent than xrays.

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

5. พลั�งงาน่ย&ดเหน่�ยวน่�วเคลัยร� พัลี�งงานิย$ด้เหนิ�/ยวินิ�วิเคลี�ยร์ (nuclear binding energy :

BE) ค-อ พัลี�งงานิท�/ใช"ด้$งด้1ด้นิ�วิคลี�ออนิให"ร์วิมอย1�ด้"วิยก�นิในินิ�วิเคลี�ยสของอะตอม

Question 1 If we were to completely convert 1 kg of oil into

energy, how much energy would we obtain?

The Solution

E = mc2  = 1 × (3 × 108)2  = 9 × 1016 J

(Nuclear binding energy = Δmc2)

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html

The Nuclear Binding Energy

The total energy required to break up a nucleus into its constituent protons and

neutrons can be calculated from , called nuclear binding energy. 

http://www.chem.latech.edu/~upali/chem281/281GRCc2.htm

Nuclear Forces

http://www.chem.latech.edu/~upali/chem281/281GRCc2.htm

6. เสีถียรภาพของน่�วเคลัยสี เร์าพับวิ�าม�นิ�วิเคลี�ยสท�+งหมด้ 2,500 นิ�วิเคลี�ยส ม�นิ�วิเคลี�ยสเสถึ�ยร์นิ"อยกวิ�า 300 นิ�วิเคลี�ยส ท�/เหลี-อเป7นินิ�วิเคลี�ยสท�/ไม�เสถึ�ยร์ท�+งหมด้ ซึ่$/งจะแผั�ร์�งส� 3 ชนิ�ด้ ค-อ

ร์�งส�แอลีฟิา (α) ร์�งส�บ�ตา (β) ร์�งส�แกมมา (γ)

6. เสีถียรภาพของน่�วเคลัยสี เสีถียรภาพของน่�วเคลัยสี ค-อ การ์ท�/เลีขอะตอมมาก

ข$+นิ จ5านิวินินิ�วิตร์อนิจะม�มากกวิ�าจ5านิวินิโปร์ตอนิ เส"นิกร์าฟิจะเป7นิเส"นิโค"งเบนิออกจากเส"นิตร์ง เร์�ยก

วิ�า เส"นิเสถึ�ยร์ภาพั (Stability line)

Stability line

http://www.cyberphysics.pwp.blueyonder.co.uk/topics/physics/radioact/why.htm

กราฟิแสีดงความสี�มพ�น่ธ์�ระหว�างพลั�งงาน่ย&ดเหน่�ยวต�อน่�วคลัออน่ก�บเลัขมวลั

http://universe-review.ca/option2.htm

The Nuclear Binding Energy

http://www.world-mysteries.com/sci_9.htm

7. ปฏิ�ก�ร�ยาน่�วเคลัยร�ประด�ษฐ์� Ernest Rutherford

nitrogen nucleus + alfa particles =

proton + oxygen nucleus

http://www.nzedge.com/heroes/rutherford.html

Rutherford พบโปรตอน่ จำากการย�งอน่3ภาคแอลัฟิา เข�าชน่อะตอมไน่โตรเจำน่ แลัะเก�ดน่�วเคลัยสีใหม�เป5น่ออกซิ�เจำน่

http://www.nzedge.com/heroes/rutherford.html

Enrico Fermi (1901 - 1954)

Enrico Fermi (พั.ศ. 2444-2497) นิ�กฟิ�ส�กสชาวิอ�ตาลี�ม�ควิามสนิใจอนิ,ภาคนิ�วิตร์อนิเป7นิอ�นิมาก

ในิป: พั.ศ. 2481 เขาได้"ร์�บร์างวิ�ลีโนิเบลีจากผัลีงานิการ์ค"นิพับธิาต,ก�มม�นิตร์�งส�ชนิ�ด้ใหม� โด้ยการ์ย�งนิ�วิตร์อนิไปย�งย1เร์เนิ�ยม

นิอกจากนิ�+เค"าย�งเป7นิผั1"ให"ก5าเนิ�ด้เคร์-/องปฏิ�กร์ณ์นิ�วิเคลี�ยร์

http://www.radiomarconi.com/marconi/marconi-einstein.html

การผลั�ตพลั�โที่เน่ยม ด�วยการใช� น่�วตรอน่ ย�งน่�วเคลัยสีย�เรเน่ยม

http://www.lagreid.gs.hl.no/radioaktivitet/farar.htm

8. ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+ชช�น่ (Fission reaction)

ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+ชช�น่ (Fission reaction) ค-อ ปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ท�/เก�ด้ข$+นิ เนิ-/องจากการ์ย�งอนิ,ภาคนิ�วิตร์อนิเข"าไปย�งนิ�วิเคลี�ยสของธิาต,หนิ�ก แลี"วิท5าให"นิ�วิเคลี�ยร์แตกออกเป7นินิ�วิเคลี�ยร์ท�/เลี;กลีงสองส�วินิ ก�บให"อนิ,ภาคนิ�วิตร์อนิ 2-3 อนิ,ภาค แลีะคายพัลี�งงานิมหาศาลีออกมา

http://61.19.145.7/student/science401/chem/chem11/main5.html

Fission reaction

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Fission reaction

http://nasaexplores.com/show_912_student_st.php?id=021220141116

Albert Einstein and Mass-Energy Equivalence

Mass is energy :  E = mc2   

Energy is mass :  m = E /c2

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

The First Atomic Bomb : "Little Boy", two feet in diameter, ten feet long, 9000 pounds, dropped on Hiroshima, Japan, was a uranium bomb, equivalent to 20,000 tons of explosive.

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Atomic Bomb Targets

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Chain reaction : น่�วตรอน่ที่�เก�ดจำาก fission reaction ข&7น่ 2-3 ต�วซิ&�งมพลั�งงาน่สี�งจำะว��งไปชน่น่�วเคลัยสีของอะตอมที่�อย��ใกลั�เคยง ที่-าให�เก�ดปฏิ�ก�ร�ยาต�อเน่��องไปเป5น่ลั�กโซิ� ซิ&�งเรยกว�า ปฏิ�ก�ร�ยาลั�กโซิ� ซิ&�งที่-าให�ได�พลั�งงาน่มหาศาลั

http://www.btinternet.com/~j.doyle/SR/Emc2/Fission.htm

9. ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+วช�น่ (Fusion reaction)

ปฏิ�ก�ร�ยาฟิ+วช�น่ (Fussion reaction) ค-อ ปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ท�/นิ�วิเคลี�ยสของธิาต,เบาหลีอมร์วิมก�นิเข"าเป7นินิ�วิเคลี�ยสท�/หนิ�กกวิ�า

ม�การ์ปลี�อยพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์ออกมา (พัลี�งงานิเก�ด้ข$+นิจากมวิลีส�วินิหนิ$/งหายไป)

พัลี�งงานิจากปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ฟิ�วิช�นิม�ค�ามากกวิ�าพัลี�งงานิจากปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ฟิ�ชช�นิ เม-/อเปร์�ยบเท�ยบจากมวิลีส�วินิท�/เข"าท5าปฏิ�ก�ร์�ยา

ปฏิ�ก�ร์�ยาฟิ�วิช�นิท�/ร์1 "จ�กก�นิในินิาม ลี1กร์ะเบ�ด้ไฮโด้ร์เจนิ (Hydrogen bomb) พัลี�งงานิจากด้วิงอาท�ตยเก�ด้จากปฏิ�ก�ร์�ยานิ�วิเคลี�ยร์ฟิ�วิช�นิ ค-อ นิ�วิเคลี�ยส

ของไฮโด้ร์เจนิ 4 ต�วิหลีอมร์วิมก�นิได้"นิ�วิเคลี�ยสของฮ�เลี�ยม อนิ,ภาคโพัส�ตร์อนิ ม�มวิลีส�วินิหนิ$/งหายไป มวิลีส�วินิท�/หายไปเปลี�/ยนิไปเป7นิพัลี�งงานิจ5านิวินิมหาศาลี

Fusion reaction

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Hot Fusion and Cold Fusion Reaction Paths Compared

http://www.newenergytimes.com/Reports/FusionReactionPathsCompared.htm

fusion reaction

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=59

Fusion in Stars : 10 million degrees at the

core causes fusion of hydrogen into helium.

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

ว�ธ์ที่-า จากสมการ์ปฏิ�ก�ร์�ยาท�/โจทยก5าหนิด้ให" ท5าการ์ร์วิมสมการ์เข"าด้"วิยก�นิท�+ง 2 ข"าง จะได้"

MeV จากสมการ์ด้�วิท�เร์�ยม 3 อะตอม เก�ด้ฟิ�วิช�นิให"พัลี�งงานิ =

= 3.6 x 1019 MeV พัลี�งงานิท�/เก�ด้จากฟิ�วิช�นิ = 3.6 x 1019 x 1.6 x 10-19

x 1016

= 5.76 x 1016 จ1ลี

6.213 10

11

42

21 nHHeH

3

1056.21 18

Fusion versus Fission

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html

10. การใช�พลั�งงาน่น่�วเคลัยร� แหลี�งก5าเนิ�ด้ของพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์ท�/มนิ,ษยใช"ในิป=จจ,บ�นิ ม� 2

แหลี�ง แหลี�งแร์กได้"จากร์ะเบ�ด้นิ�เคลี�ยร์ ซึ่$/งพัลี�งงานินิ�+ได้"จากการ์ร์ะเบ�ด้นิ�+

ม�อ5านิาจในิการ์ท5าลีายอย�างมหาศาลี ต�วิอย�าง ของการ์นิ5าพัลี�งงานิร์1ปแบบนิ�+ไปใช" ได้"แก� การ์ข,ด้คลีอง แลีะการ์ทหาร์ เป7นิต"นิ

แหลี�งก5าเนิ�ด้อ�กปร์ะเภทหนิ$/งได้"จากฟิ�ชช�นิซึ่$/งนิ5าไปใช"ผัลี�ตกร์ะแสไฟิฟิ>าในิโร์งไฟิฟิ>าพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์

โร์งไฟิฟิ>าพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์ม�หลี�กการ์ผัลี�ตกร์ะแสไฟิฟิ>าคลี"ายก�บโร์งไฟิฟิ>าใช"เคร์-/องจ�กร์ไอนิ5+าท� /วิๆ ไป ซึ่$/งใช"เช-+อเพัลี�งฟิอสซึ่�ลี (fossil) อ�นิได้"แก� ถึ�านิห�นิ นิ5+าม�นิ หร์-อแก?สธิร์ร์มชาต�

แต�พัลี�งงานินิ�+ใช"ผัลี�ตไอนิ5+าในิโร์งไฟิฟิ>าพัลี�งงานินิ�วิเคลี�ยร์นิ�+นิ ได้"จากเช-+อเพัลี�งนิ�วิเคลี�ยร์ เช�นิ ย1เร์เนิ�ยม

Low Energy Muons : the Moderator

http://lmu.web.psi.ch/lem/moderator.html

A Nuclear Reactor

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

การใช�พลั�งงาน่น่�วเคลัยร�

http://www.sn.ac.th/web61_3/useful_2.htm

มอเดอร�เรเตอร� (moderator)

มอเด้อเร์เตอร์เป7นิสาร์ท�/ผัสมอย1�ในิเช-+อเพัลี�งย1เร์เนิ�ยม ม�หนิ"าท�/ท5าให"นิ�วิตร์อนิพัลี�งงานิส1ง (far neutron)

เปลี�/ยนิเป7นินิ�วิตร์อนิพัลี�งงานิต5/า (slow neutron) เพั-/อจะได้"เก�ด้ฟิ�ชช�นิได้"ด้�

ในิกร์ณ์�ท�/ใช" 23592U เป7นิเช-+อเพัลี�ง มอเด้อเร์เตอร์ท�/ใช" ค-อ นิ5+า (H2O)

ถึ"าใช" 23592U เป7นิเช-+อเพัลี�ง นิ5+าชนิ�ด้หนิ�ก (heavy water 2H2O) จะถึ1กใช"เป7นิมอเด้อเร์เตอร์

References พั1นิศ�กด้�@ อ�นิทวิ� แลีะจ5านิง ฉายเช�ด้. หน่�งสี�อเรยน่สีาระการ

เรยน่ร��พ�7น่ฐ์าน่ กลั3�มสีาระการเรยน่ร��ว�ที่ยาศาสีตร� ว�ที่ยาศาสีตร� : ฟิ+สี�กสี� ม.4-ม.6. กร์,งเทพัฯ : อ�กษร์เจร์�ญท�ศนิ, 2547. 262 หนิ"า.

http://www.kr.ac.th/ebook03.html http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%9E

%E0%B8%A5%E0%B8%B1%E0%B8%87%E0%B8%87%E0%B8%B2%E0%B8%99%E0%B8%99%E0%B8%B4%E0%B8%A7%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A5%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%A3%E0%B9%8C

http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/physics17/chapter14/chapter14.html

Thank you

Miss Lampoei PuangmalaiDepartment of science

St. Louis College Chachoengsao