1.เสถียรภาพของนิวเคลียส

PHYSICS BY KRUBOOM

สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์

เสถยี รภาพของนิวเคลยี ส

แรงนิวเคลยี ร์

ิฮเด ิก ยุกะวะ (Hideki Yukawa) แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหวา่ งโปรตอนกบั

โปรตอน นิวตรอนกบั นิวตรอน และโปรตอนกบั นิวตรอน ใน

นิวเคลียส โดยแรงนิวเคลียร์ไม่ข้ึนกบั ประจุและมวลของนิวคลี
ออน แรงนิวเคลียร์ระหวา่ งคูน่ ิวคลีออนเหล่าน้ีจึงมีคา่ เ่่ากนั
นอกจากน้ี แรงนิวเคลียร์ส่งผลเฉพาะในระยะใกลม้ าก

นิวตรอน โปรตอน แรงนิวเคลียร์

นิวเคลยี สเสถยี ร (Stable Nucleus)

แรงนิวเคลียร์่าใหน้ ิวเคลียสของธาตุและ
ไอโซโ่ปของธาตุประมาณ 270 ชนิดมี
เสถียรภาพ เรียกวา่ นิวเคลียสเสถียร แตก่ ย็ งั
มีธาตุและไอโซโ่ปของธาตอุ ีกหลายร้อย
ชนิด่่ีถึงแมจ้ ะมีแรงนิวเคลียร์ แต่ไม่มี
เสถียรภาพ

ตวั อย่าง ไอโซโทปที่เสถยี ร

1 u = 1.660540 × − kg = 1 ของมวลอะตอมของคาร์บอน-12 ไอโซโทปท่ีเส ีถยร
12

ตัวอ ่ยาง

กจิ กรรมลองทาดู

แกน x จานวนโปรตอน แกน y จานวนนิวตรอน

สิ่งทีไ่ ด้จากกราฟ

Z < 20

จานวนนิวตรอนประมาณเ่่ากบั จานวนโปรตรอน

Z > 20

จานวนนิวตรอนมากกวา่ จานวนโปรตรอน

Z > 83

ไมม่ ีนิวเคลียส่ี่มีเสถียรภาพอีกตอ่ ไป

กราฟระหว่างจานวนนิวตรอนกบั จานวนโปรตอนของนิวเคลยี สท่ีเสถียร

ไอโซโทป

ความหมาย 136C 146C

อะตอมของธาตุเดียวกนั ่ี่มีเลขมวลตา่ งกนั

ตัวอย่าง

116C 126C

สัญลกั ษณ์นิวเคลียร์ ช่ือไอโซโทป ชื่อนิวเคลยี สของไอโซโทป ่ืชอไอโซโทปของ H ่ืชอ ินวเค ีลยสของไอโซโทป

11H โปรเ่ียม โปรตอน
12H ดิวเ่อเรียม ดิวเ่อรอน
31H ่ริเ่ียม ่ริ่อน

164C = คารบ์ อน − 14
32He = ฮีเลยี ม − 3

พลงั งานยดึ เหน่ียว

พลงั งานยดึ เหน่ียว (Binding Energy)

ความหมาย รังสีแกมมา โปรตอน
พลงั งาน 2.22 MeV ดิวเ่อรอน
พลงั งานยดึ เหนย่ี ว หมายถึง พลงั งาน่่ีพอดี่าให้
นิวคลีออน่้งั หมดในนิวเคลียสแยกออกจากกนั นิวตรอน

ตัวอย่าง

เม่ือฉายรังสีแกมมาไป่่ีดิวเ่อรอน พบวา่ รังสี
แกมมาตอ้ งมีพลงั งานไมน่ อ้ ยกวา่ 2.22 MeV จึงสามารถ
่าใหโ้ ปรตอนและนิวตรอนของดิวเ่อรอนแยกออกจาก
กนั ไดพ้ อดี ดงั น้นั พลงั งานยดึ เหน่ียวของดิวเ่อรอนจึงมี
คา่ เ่่ากบั 2.22 MeV

พลงั งานยดึ เหน่ียวของนิวเคลยี ส

สัญลกั ษณ์ ชนิดของ มวล (u) = (∆ )
นิวเคลยี ร์ อนุภาค

11H โปรตอน 1.007276 พลงั งานยดึ เหนี่ยว อตั ราเร็วของแสง
10n นิวตรอน 1.008665 c=2.997925 × 108 m/s
−01e อิเลก็ ตรอน 0.000549 ส่วนพร่องมวล

พลังงานยดึ เหน่ียวของนิวเคลียส มี ∆ = มวลรวมของนวิ คลอี อนในนิวเคลยี ส–
มวลของนิวเคลยี ส

ความสมั พนั ธ์กบั ส่วนตา่ งระหวา่ งมวลของ มวลนิวเคลียส = มวลอะตอม - มวลรวมของอิเลก็ ตรอนในอะตอม

นิวเคลียสกบั มวลรวมของนิวคลีออนในนิวเคลียส มวลรวมนิวคลีออนในนิวเคลียส = มวลรวมของโปรตอน + มวลรวมของนิวตรอน

พลงั งานยดึ เหน่ยี ว (Binding Energy)

ตวั อย่าง 1 จงหาส่วนพร่องมวลของดิวเ่อเรียม ∆ = มวลรวมของนิวคลอี อนในนวิ เคลยี ส – มวลของนวิ เคลยี ส

มวลรวมนิวคลีออนในนิวเคลียส = มวลรวมของโปรตอน + มวลรวมของนิวตรอน

มวลนิวเคลียส = มวลอะตอม - มวลรวมของอิเลก็ ตรอนในอะตอม

สัญลกั ษณ์นวิ เคลยี ร์ ชนดิ ของอนุภาค มวล (u)
โปรตอน 1.007276
11H ดิวเ่อเรียม 2.014102
12H นิวตรอน 1.008665
10n อิเลก็ ตรอน 0.000549
−01e

พลงั งานยดึ เหนี่ยว (Binding Energy)

ตวั อย่าง 2 จงหาส่วนพร่องมวลของคาร์บอน-12 ∆ = มวลรวมของนิวคลอี อนในนิวเคลยี ส – มวลของนิวเคลยี ส –

มวลรวมนิวคลีออนในนิวเคลียส = มวลรวมของโปรตอน + มวลรวมของนิวตรอน

มวลนิวเคลียส = มวลอะตอม - มวลรวมของอิเลก็ ตรอนในอะตอม

สัญลกั ษณ์นวิ เคลยี ร์ ชนิดของอนุภาค มวล (u)
โปรตอน 1.007276
11H คาร์บอน-12 12.000000
162C นิวตรอน 1.008665
01n อิเลก็ ตรอน 0.000549
−01e

เพม่ิ เตมิ ส่วนพร่องมวล

∆ = มวลรวมของนิวคลอี อนในนวิ เคลยี ส – มวลของนิวเคลยี ส

มวลรวมนิวคลีออนในนิวเคลียส = มวลรวมของโปรตอน + มวลรวมของนิวตรอน

มวลนิวเคลียส = มวลอะตอม - มวลรวมของอิเลก็ ตรอนในอะตอม

∆ = มวลรวมขององค์ประกอบอะตอม - มวลอะตอม

หน่วยสาหรับระดบั พลงั งานในนิวเคลยี ส

=

= . × − . × /

= . × −

= . × −
= (∆ )( . )
931.5 MeV เป็ นพลงั งานท่ีเทยี บเท่ากบั มวล 1 U

ตวั อย่าง

3. จงหาพลงั งานยดึ เหน่ียวของ 3157Cl

สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ ชนดิ ของอนุภาค มวล (u)
โปรตอน 1.007276
11H คลอรีน-35 34.968853
3175Cl นิวตรอน 1.008665
10n อิเลก็ ตรอน 0.000549
−01e

ตวั อย่าง

4. จงหาพลงั งานยดึ เหน่ียวของ 5255Mn สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ ชนิดของ มวล (u)
อนุภาค
11H โปรตอน 1.007276
2555Mn แมงกานีส-55 54.938048
นิวตรอน 1.008665
01n อิเลก็ ตรอน 0.000549
−10e

พลังงานยึดเห ่นียว ่ตอนิวคลีออน (MeV/nucleon) พลงั งานยดึ เหน่ียวต่อนิวคลอี อน

= ∆



= ∆ ( . )


เลขมวล สรุป
นิวเคลียส่ี่มีเลขมวลอยใู่ นช่วง

55-70 มีเสถียรภาพมากกวา่ นิวเคลียส
อื่นๆ

คาถามชวนคดิ : จากกราฟการ่าใหน้ ิวคลีออนของเหลก็ แยกออกจากกนั ง่าย
หรือยากกวา่ การ่าใหน้ ิวคลีออนของโซเดียมแยกออกจากกนั เพราะเหตุใด

ตวั อย่าง

5. จงหาพลงั งานยดึ เหน่ียวต่อนิวคลีออนของ 5266Fe สัญลกั ษณ์นวิ เคลยี ร์ ชนดิ ของอนุภาค มวล (u)

11H ไฮโดรเจน 1.007825
2566Fe เหลก็ -56 55.934935
10n นิวตรอน 1.008665
−10e อิเลก็ ตรอน 0.000549

ตวั อย่าง

6. จงหาพลงั งานยดึ เหน่ียวต่อนิวคลีออนของ 23928U สัญลักษณ์นิวเคลยี ร์ ชนิดของอนุภาค มวล (u)

11H ไฮโดรเจน 1.007825
23928U ยเู รเนียม-238 238.050787
10n นิวตรอน 1.008665
−01e อิเลก็ ตรอน 0.000549

แบบฝึ กหัด

1. กาหนดมวลอะตอมของยเู รเนียม-238 (23928U) เ่่ากบั 238.050787 u จงหาปริมาณต่อไปน้ี (คาตอบเป็นตวั เลข่ศนิยม 6 ตาแหน่ง)
ก. ส่วนพร่องมวลของ 23928U
ข. พลงั งานยดึ เหน่ียวของ 23928U
ค. พลงั งานยดึ เหนี่ยวต่อนิวคลีออนของ 23982U

แบบฝึ กหัด

2. กาหนดมวลอะตอมของแคลเซียม (4200Ca) เ่่ากบั 39.962591 u จงหาปริมาณตอ่ ไปน้ี (คาตอบเป็นตวั เลข่ศนิยม 6 ตาแหน่ง)
ก. ส่วนพร่องมวลของ 2400Ca
ข. พลงั งานยดึ เหนี่ยวของ 2400Ca
ค. พลงั งานยดึ เหนี่ยวต่อนิวคลีออนของ 4200Ca

แบบฝึ กหัด

3. จากขอ้ 1 และขอ้ 2 นิวเคลียสของธาตใุ ดมีเสถียรภาพมากกวา่ เพราะเหตใุ ด

แบบฝึ กหัด

4. พลงั งานยดึ เหน่ียวต่อนิวคลีออนของนิวเคลียสของฮีเลียม (42He) มีค่าเ่่ากบั 6.82 MeV/nucleon จงหาส่วนพร่องมวลของฮีเลียมม

แบบฝึ กหัด

5.โปรตอนแต่ละอนุภาค่ี่อยใู่ นนิวเคลียสของลิเ่ียม (73Li) ถูกยดึ เหน่ียวไวด้ ว้ ยพลงั งานเฉล่ียเ่่าไร กาหนดใหม้ วลอะตอมของลิเ่ียม
เ่่ากบั 7.016005 u

แบบฝึ กหัด

6. เพราะเหตใุ ดแรงผลกั ่างไฟฟ้าระหวา่ งโปรตอนในนิวเคลียสจึงไม่สามารถ่า ใหโ้ ปรตอนแยกออกจากกนั

แบบฝึ กหัด

7. เพราะเหตใุ ดนิวเคลียสของไอโซโ่ป่่ีเสถียรมีเลขอะตอมระหวา่ ง 20 ถึง 83 จึงมีจานวนนิวตรอนมากกวา่ จานวนโปรตอน

แบบฝึ กหัด

8. จงใหค้ วามหมายของพลงั งานยดึ เหนี่ยวและส่วนพร่องมวล

แบบฝึ กหัด

9. พลงั งานยดึ เหน่ียวมีความสมั พนั ธ์กบั ส่วนพร่องมวลอยา่ งไร

แบบฝึ กหัด

10. พลงั งานยดึ เหนี่ยวต่อนิวคลีออนของนิวเคลียสมีความสมั พนั ธ์กบั เสถียรภาพของนิวเคลียสอยา่ งไร

Thank You