| ปล่อยอนุภาคแอลฟา หรืออนุภาคเบตา ออกมา ทำให้โครงสร้างของนิวเคลียสเปลี่ยนไป เกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ กระบวนการนี้ เรียกว่า การสลายกัมมันตรังสี (radioactive decay) การที่นิวเคลียสของธาตุหนึ่ง เกิดการสลายเป็นนิวเคลียสใหม่ เราเรียกนิวเคลียสที่เกิดการสลายว่า นิวเคลียสตั้งต้น (parent nucleus) นิวเคลียสใหม่ที่เกิดจากการสลายตัว เรียกว่า นิวเคลียสลูก (daughter nucleus) นิวเคลียสลูกและรังสีที่ปล่อยออกมา เราเรียกว่า ผลผลิตการสลาย (decay products) ตัวอย่างการสลายกัมมันตรังสี แบ่งได้ 3 ประเภทใหญ่ ดังนี้ 1. การสลายตัวให้รังสีแอลฟา (Alpha Ray) เมื่อนิวเคลียสของฮีเลียม ( สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแอลฟา เป็นดังนี้ ตัวอย่าง การสลายตัวของนิวเคลียสให้รังสีแอลฟา ยูเรเนียม 238 สลายตัวให้ธอเรียม 234 และอนุภาคแอลฟา หมายเหตุ :: การหาจำนวนอนุภาคแอลฟาและเบตาจากการสลายของนิวเคลียส หรือการรวมตัวของนิวเคลียส เพื่อให้เกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ จะมีหลักว่า 1. ผลรวมของเลขอะตอมก่อนและหลังการสลายจะต้องเท่ากัน 2. ผลรวมของเลขมวลก่อนและหลังการสลายจะต้องเท่ากัน 2. การสลายตัวให้รังสีเบตา แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ เบตาลบ(b-)และ เบตาบวก (b+) 2.1 การสลายตัวให้เบตาลบ (b- หรือ สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีเบตาลบ เป็นดังนี้ ตัวอย่าง การสลายตัวของนิวเคลียสให้รังสีเบตา บิธมัส 210 สลายตัวให้โปโลเนียม 210 และรังสีเบตาลบ 2.2 การสลายตัวให้เบตาบวก (b+ หรือ สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีเบตาบวก เป็นดังนี้ ตัวอย่าง การสลายตัวของนิวเคลียสให้รังสีเบตาบวก ออกซิเจน 14 สลายตัวให้ไนโตรเจน 14 และรังสีเบตาบวก 3. การสลายตัวให้รังสีแกมมา (g) ในการสลายกัมมันตรังสี มักมีรังสีแกมมาออกมาด้วย ทั้งนี้เพราะ นิวเคลียสจะมีการเปลี่ยนระดับพลังงานมาสู่ระดับที่ต่ำกว่า จึงทำให้มีการแผ่รังสีแกมมา ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนเลขมวลและเลขอะตอมแต่อย่างใด สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแกมมา เป็นดังนี้ ตัวอย่าง การสลายตัวของนิวเคลียสให้รังสีแกมมา รังสีแกมมาเกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของนิวเคลียส จากสภาวะกระตุ้นไปสู่สภาวะพื้น ดังตัวอย่างการสลายตัวของบิธมัส บางครั้งนิวเคลียสของแทลเลี่ยม จะอยู่ในสภาวะกระตุ้น ดังสมการจะได้ จะเห็นว่าพลังงานจลน์ของอนุภาคแอลฟามีค่าน้อยกว่าเดิมอยู่ 0.472 MeV พลังงานจำนวนนี้จะถูกเก็บอยู่ในนิวเคลียสของแทลเลี่ยม ในเวลาต่อมานิวเคลียสนี้จะคายพลังงานจำนวนนี้ออกมา และนิวเคลียสก็จะกลับมาสู่สภาวะพื้นพลังงานที่คายออกมานี้เรียกว่ารังสีแกมมา ดังสมการ (สภาวะกระตุ้น) (สภาวะพื้น ) ตัวอย่างที่ 5 จากสมการต่อไปนี้ X และ Y คือ อนุภาคอะไร มีสัญลักษณ์อย่างไร วิธีทำ จากสมการ 1 เขียนใหม่ได้ จากสมการ จะได้ 241 = 241+ A \ A = 0 และ 94 = 95+ Z Z = -1 นั่นคือ จากสมการ 2 เขียนใหม่ได้ จากสมการจะได้ 241 = 237+ A A = 4 และ 95 = 93 +Z Z = 2 \ \ X คือ b = ตัวอย่างที่ 6 ในการสลายตัวของ วิธีทำ ให้ Na และ Nb ตัว ตามลำดับ ซึ่งเขียนสมการได้ดังนี้ จากสมการ ผลรวมของเลขมวลซ้ายมือ = ผลรวมของเลขมวลขวามือ \ 235 = 211+4Na Na = ผลรวมของเลขอะตอมซ้ายมือ = ผลรวมของเลขอะตอมขวามือ 92 = 82+2Na - Nb 92 = 82+ ( 2´ 6) -Nb Nb = 2 นั่นคือ ในการสลายตัวนี้จะได้อนุภาค b = 2 ตัวและอนุภาค a = 6 ตัว ตอบ
3.2 อนุกรมการสลาย ในการสลายกัมมันตรังสี ถ้านิวเคลียสที่เกิดใหม่ยังคงไม่เสถียรก็จะเกิดการสลายต่อไป จนได้นิวเคลียสเสถียร การสลายจึงจะยุติ เช่น การสลายของยูเรเนียม-238 ให้ทอเรียม-234 ซึ่งไม่เสถียรจะสลายต่อให้นิวเคลียส โพรแทกทิเนียม-234 ต่อไป จนในที่สุดจะได้ตะกั่ว-206 ซึ่งเป็นธาตุสุดท้ายและเป็นธาตุเสถียร (stable element) ซึ่งไม่มีการสลายต่อไป ทั้งนี้ เราสามารถเขียนลำดับการสลายตัวได้เป็น อนุกรม(series) ตารางที่ 3 การสลายตัวของอนุกรม Uranium นิวเคลียสสลายตัวให้ กลายเป็น ชื่อนิวเคลียส เวลาครึ่งชีวิต ธอเรียม โพรแตกดิเนียม ยูเรเนียม ธอเรียม เรเดียม เรดอน โพโลเนียม ตะกั่ว บิสมัธ ตะกั่ว บิสมัธ ตะกั่ว 4.51 x 109 ปี 24.1 วัน 1.18 ปี 2.48 x 10 5 ปี 8.0 x 104 ปี 1620 ปี 3.82 วัน 3.05 นาที 26.8 นาที 1.64 x 10-4 วินาที 21.4 ปี 138.4 วัน
ทำนองเดียวกันการสลายตัวของนิวเคลียสในอนุกรม Actinium, Thorium และ Neptunium ตารางที่ 4 การสลายตัวของนิวเคลียสในอนุกรม Actinium, Thorium และ Neptunium อนุกรม ชื่อ ธาตุเริ่มต้น ธาตุสุดท้าย สัญลักษณ์ ครึ่งชีวิต 4n Thorium 232Th 1.39´1010 ปี 4n+1 Neptunium 237Np 2.25´106 ปี 4n+2 Uranium 238U 4.51´109 ปี 4n+3 Actinium 235U 7.07´108 ปี เมื่อ n เป็นจำนวนเต็ม อนุกรม Thorium ทุกๆ นิวเคลียสในอนุกรมนี้ มีค่าเลขมวล A = 4n อนุกรม Neptunium ทุกๆ นิวเคลียสในอนุกรมนี้ มีค่าเลขมวล A = 4n+1 อนุกรม Uranium ทุกๆ นิวเคลียสในอนุกรมนี้ มีค่าเลขมวล A = 4n+2 อนุกรม Actinium ทุกๆ นิวเคลียสในอนุกรมนี้ มีค่าเลขมวล A = 4n+3 นิวเคลียสสุดท้ายของแต่ละอนุกรม จะเป็นนิวเคลียสที่มีเสถียรภาพสูง คือจะไม่มีการสลายตัวต่อไป และนิวเคลียสต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในแต่ละอนุกรมได้แสดงไว้ดังภาพที่ 3 รูปที่ 2 การสลายตัวของนิวเคลียสในอนุกรมต่าง ๆ ภาพที่ 3 อนุกรมการสลายของธาตุกัมมันตรังสี จากภาพที่ 3 จะได้แกนตั้งแสดงจำนวนนิวตรอน และแกนนอนแสดงจำนวนโปรตอน |
โจทย์การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี พร้อมเฉลย
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 th.ketajaman Inc.
