nuclear chemistry n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
?????????????? ( Nuclear chemistry) PowerPoint Presentation
Download Presentation
?????????????? ( Nuclear chemistry)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 51

?????????????? ( Nuclear chemistry) - PowerPoint PPT Presentation


  • 1134 Views
  • Uploaded on

เคมีนิวเคลียร์ ( Nuclear chemistry). การค้นพบกัมมันตภาพรังสี. กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) คือการปลดปล่อยรังสีออกมาเองโดยไม่ต้องกระตุ้น ซึ่งค้นพบโดย Becquerel ในปี ค.ศ. 1896. Antoine Henri Becquerel.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '?????????????? ( Nuclear chemistry)' - sheba


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2
การค้นพบกัมมันตภาพรังสีการค้นพบกัมมันตภาพรังสี
  • กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) คือการปลดปล่อยรังสีออกมาเองโดยไม่ต้องกระตุ้น ซึ่งค้นพบโดย Becquerel ในปี ค.ศ. 1896

Antoine Henri Becquerel

  • ในการค้นพบกัมมันตภาพรังสีนี้ Marie Curie มีส่วนร่วมในการทดลองด้วยหลายครั้ง และทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกันในปี ค.ศ. 1903
  • จากการทดลองพบว่ากัมมันตภาพรังสีเกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสที่ไม่มีเสถียรภาพ

Marie Curie

slide3

อนุภาคมูลฐานของอะตอม

อะตอม = นิวเคลียส + อิเล็กตรอน

= (โปรตอน+นิวตรอน) + อิเล็กตรอน

อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีจำนวน p เท่ากัน

สมบัติบางประการของอนุภาคมูลฐาน

slide5

อะตอม แบ่งเป็น 3 ประเภทตามจำนวน p, n และ นิวคลีอออน

1. p เท่ากันไอโซโทป (Isotope)

2. n เท่ากันไอโซโทน (Isotone)

3. นิวคลีออน เท่ากัน (A หรือ เลขมวล เท่ากัน) ไอโซบาร์(Isobar)

slide6

ปฏิกิริยานิวเคลียร์แตกต่างจากปฏิกิริยาเคมีอย่างไร ?

ปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอน (ซึ่งอยู่นอกนิวเคลียส)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจำนวนอนุภาค p & n (ซึ่งอยู่ในนิวเคลียส)

slide7

ตารางเปรียบเทียบปฏิกิริยาเคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ตารางเปรียบเทียบปฏิกิริยาเคมีกับปฏิกิริยานิวเคลียร์

slide8

สมบัติของนิวเคลียส

1. ขนาดของนิวเคลียส

การทดลองของ Rutherford

“ปริมาตรของนิวเคลียส(VNC ) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนนิวคลีออน (เลขมวล) ในนิวเคลียส”

VNCARNC3

RNC(A)1/3

 RNC= R0(A)1/3

where R0 = const, RNC=รัศมีของนิวเคลียส

อะตอมและนิวเคลียสส่วนใหญ่ มีลักษณะใกล้เคียงทรงกลม

RNC 10-4Ratom to 10-5Ratom

slide9

2. รูปร่างของนิวเคลียส

“Magic Number”

นิวเคลียสที่มี n หรือ p = 2, 8, 20, 50, 82 และ 126

นิวเคลียสที่มี n หรือ p = Magic Number มีรูปเป็นทรงกลม

นิวเคลียสที่มี n หรือ p ออกห่าง Magic Number มีรูปเป็นทรงรักบี้

3. แรงนิวเคลียร์

แรงคูลอมบ์= แรงผลักระหว่างอนุภาคที่มีประจุเหมือนกัน

“กำแพงคูลอมบ์” ทำหน้าที่กั้นไม่ให้อนุภาคประจุบวกเข้ามาในนิวเคลียส

แรงคูลอมบ์แปรผกผันกับระยะห่างระหว่างนิวเคลียส

เมื่ออนุภาคที่มีประจุเข้ามาใกล้นิวเคลียสน้อยกว่า RNC(ซ้อนเหลื่อมกัน) แรงผลักจะไม่มีความหมาย โดยอนุภาคที่มีประจุนั้นจะเข้าไปรวมตัวกับนิวคลีออนในนิวเคลียส เกิดแรงนิวเคลียร์ยึดระหว่างนิวคลีออนทั้งหมดไว้ด้วยกัน

slide10

กัมมันตภาพรังสี(Radioactivity) = การแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุที่มีหลายไอโซโทป (p เท่ากัน, n ต่างกัน)

ไอโซโทปที่ไม่เสถียร จะมีการคายพลังงานออกมาในรูปของการแผ่รังสีและการแตกสลายตัว

Radioactive Decay

(นิวเคลียสไม่เสถียร)

นิวไคลด์กัมมันตรังสี(Radio nuclide)

ไอโซโทปกัมมันตรังสี(Radio isotope)

สารกัมมันตรังสี(Radioactive)

slide11

การแผ่รังสีและการแตกสลายตัวของนิวไคลด์กัมมันตรังสีการแผ่รังสีและการแตกสลายตัวของนิวไคลด์กัมมันตรังสี

“Parent”  “Daughter”

Alpha decay – การสลายตัวให้อนุภาค Alpha

Beta decay - การสลายตัวให้อนุภาค Beta หรือ e-

Positron decay – การสลายตัวให้Positron

Electron capture – การจับยึดอิเล็กตรอน เพื่อเปลี่ยน p n

Gamma emission – การแผ่รังสีแกมมา () เพื่อคายพลังงาน

หลักการในการเขียนสมการนิวเคลียร์เพื่อดูการแผ่รังสีและการแตกสลายตัว

slide12

Alpha decay – การสลายตัวให้อนุภาค Alpha or 42He

  • อนุภาค Alpha คือ นิวเคลียสของ He ประกอบด้วย 2p + 2n = อนุภาคประจุบวก (+2)
  • อำนาจทะลุทะลวงต่ำไม่สามารถผ่านกระดาษ หรือแผ่นโลหะบางๆได้
  • เบี่ยงเบนไปทางขั้วลบของสนามไฟฟ้า และขั้ว S ในสนามแม่เหล็ก

ปฏิกิริยาการสลายตัวให้

นิวไคลด์ใหม่ที่เกิดขึ้น จะมี p ลดลง 2 และ n ลดลง 2

(A ลดลง 4 )

Note :

การที่อะตอมมี p เปลี่ยนไป จะกลายเป็น

นิวไคลด์ใหม่ซึ่งจะเป็นธาตุใดดูได้จาก

ตารางธาตุ

เช่น ธาตุที่ 82 ในตารางธาตุคือ Pb

slide13

Beta decay - การสลายตัวให้อนุภาค Beta 0-1 or -หรือ e-

  • อนุภาค Beta คือ อิเล็กตรอน = อนุภาคประจุลบ (-1)
  • อำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า  จึงสามารถผ่านกระดาษ หรือแผ่นโลหะบางๆ ได้
  • เบี่ยงเบนไปทางขั้วบวกของสนามไฟฟ้า และขั้ว N ในสนามแม่เหล็ก

ปฏิกิริยาการสลายตัวให้อนุภาค Beta

สารตั้งต้นต้องมี n > p

นิวไคลด์ใหม่ที่เกิดขึ้น จะมี p เพิ่มขึ้น 1 และ n ลดลง 1

(A ไม่เปลี่ยน)

slide14

Positron decay – การสลายตัวให้ Positron ( 0+1 or +)

  • อนุภาค positron คือ อนุภาค beta ที่มีประจุบวก (+1) และไม่เสถียร

ปฏิกิริยาการสลายตัวให้

สารตั้งต้นต้องมี p > n

นิวไคลด์ใหม่ที่เกิดขึ้น จะมี p ลดลง 1 และ n เพิ่มขึ้น 1

(A ไม่เปลี่ยน)

slide15

Electron capture – การจับยึดอิเล็กตรอน เพื่อเปลี่ยน p n

เนื่องจากนิวไคลด์ตั้งต้น มีพลังงานไม่พอที่จะเปลี่ยน p n โดยการสลายให้positron ดังนั้นนิวเคลียสนั้นจึงต้องจับอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสนั้น

ปฏิกิริยาการจับยึดอิเล็กตรอน

สารตั้งต้นต้องมี p > n

นิวไคลด์ใหม่ที่เกิดขึ้น จะมี p ลดลง 1 และ n เพิ่มขึ้น 1 (A ไม่เปลี่ยน)

เหมือนการสลายตัวให้positron

slide16

Gamma emission – การแผ่รังสีแกมมา () เพื่อคายพลังงาน

  • รังสีคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความยาวคลื่น 0.001 – 1.5 pm
  • (ความยาวคลื่นน้อยกว่า X-ray ดังนั้น มีพลังงานมากกว่า X-ray)
  • อำนาจทะลุทะลวงสูง สามารถผ่านโลหะหนาได้
  • ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็ก

การแผ่รังสี

เป็นการเปลี่ยนระดับพลังงานในนิวเคลียสจาก สภาวะเร้า เป็นสภาวะพื้น

ไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำนวน p และ n ดังนั้นสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จะเป็นตัวเดียวกัน

slide19
อันตรายจากรังสี
  • เมื่อสสารดูดกลืนรังสีจะทำให้เกิดความเสียหายต่อสสาร โดยระดับของความเสียหายจะขึ้นอยู่กับพลังงานของรังสีและสมบัติของสสาร
  • ความเสียหายต่อโลหะที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูจะเกิดจากการชนด้วยนิวตรอนซึ่งจะทำให้โลหะอ่อนแอหรือสมบัติของโลหะที่ถูกชนเปลี่ยนไป
  • ความเสียหายต่ออวัยวะของสิ่งมีชีวิตจะขึ้นอยู่กับผลของการไอโอไนซ์ในเซลล์ของอวัยวะ ซึ่งจะทำให้การทำงานของอวัยวะเปลี่ยนไป
  • ความเสียหายจากรังสีจะขึ้นอยู่กับอำนาจการทะลุทะลวงของรังสีด้วย
slide20
หน่วยของการวัดรังสี
  • คูรี (curie, Ci) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดกัมมันตภาพ(activity) หรือความแรงของสารรังสี โดยสารรังสีที่มีกัมมันตภาพ 1 Ciจะสามารถปล่อยรังสีได้ 3.7 x 1010ครั้ง/วินาที
  • เบ็กเคอเรล (becquerelย่อว่า Bq) เป็นหน่วยที่ใช้วัดกัมมันตภาพมีค่าเท่ากับการสลายของนิวไคลด์กัมมันตรังสี 1 ครั้งต่อวินาที หรือ 1 ดีพีเอส (dpsย่อมาจาก disintegration per second) เบ็กเคอเรลเป็นหน่วยที่มาแทนที่หน่วยคูรี มีขนาดเล็กกว่าหน่วยคูรีเป็น อันมาก กล่าวคือ 1 Ci =3.7x1010Bq
  • เรินต์เกน (roentgen, R) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณรังสี ที่สามารถผลิตประจุไฟฟ้าจำนวน 3.33 x 10-10 C ในอากาศปริมาตร 1 ลบ.ซม. ภายใต้สภาวะปกติ หรือเป็นปริมาณรังสีที่สามารถถ่ายทอดพลังงาน 8.78 mJให้กับอากาศแห้งมวล 1 kg ที่สภาวะปกติ
slide21
แร็ด (radiation absorbed dose, rad) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดพลังงานที่ถูกดูดกลืนโดยวัตถุ โดย 1 rad คือพลังงานที่วัตถุดูดกลืนจำนวน 10 mJ/kg
  • เรม (radiation equivalent in man, rem) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณรังสีดูดกลืนเปรียบเทียบระหว่างชนิดของรังสี ทั้งนี้เพราะผลกระทบทางชีววิทยาของชนิดรังสีจะแตกต่างกัน

ปริมาณรังสีในหน่วย rem = ปริมาณรังสีในหน่วย rad x RBE

RBE=Radio Biological Effect ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันสำหรับรังสีต่างชนิดกัน

slide22

แฟคเตอร์ RBE ของรังสีชนิดต่างๆ จะเป็นดังตาราง

slide23
ระดับของรังสีที่ปลอดภัยระดับของรังสีที่ปลอดภัย
  • รังสีจากธรรมชาติ เช่น ถ่านหิน ดิน หรือ รังสีคอสมิคจากดวงอาทิตย์ ซึ่งถือเป็น background จะมีค่าประมาณ 0.31 rem/yr
  • ระดับของรังสีที่ยอมรับได้คือ 0.5 rem/yr (ไม่รวม background)
  • สำหรับผู้ทำงานทางรังสีระดับรังสีที่ยอมรับได้ทั้งร่างกายคือ 5 rem/yr
  • 50% ของผู้รับรังสี 400-500 rem จะเสียชีวิต
slide24

หน่วยวัดรังสีในระบบ SI แบบใหม่คือ gray (Gy) แทน rad และ Sievert (Sv) แทน rem

slide26

The Uraium Decay Series

การแตกสลายตัวของนิวไคลด์กัมมันตรังสี

ในแต่ละขั้น “Parent”  “Daughter”

ถ้า N = จำนวนนิวไคลด์กัมมันตรังสี

= ค่าคงที่การสลายตัว (decay constant)

A (Activity) = อัตราการสลายตัวของนิวไคลด์กัมมันตรังสี

= จำนวนการแตกสลายตัวของสาร/เวลา

อัตราการสลายตัว =

หรือแอกทิวิตี้(A)

เมื่ออินทิเกรต จะได้

เมื่อN0และ N = จำนวนนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่ t = 0 และ t = t

A0และ A = แอกทิวิตี้ของกัมมันตรังสีที่ t = 0 และ t = t

slide27

ลักษณะกราฟ

lnA = lnA0 -  t

A= A0exp(-t)

slide28

ครึ่งชีวิต (Half-life)

เวลาที่นิวไคลด์กัมมันตรังสีแตกสลายตัวจนเหลือจำนวนครึ่งหนึ่งของปริมาณเริ่มต้น

Uranium-238 Dating

ประโยชน์ของครึ่งชีวิต

1. ใช้ในการทำนายชนิดของกัมมันตรังสี

2. ใช้ในการทำนายอายุของวัตถุโบราณ

or Dating (see more later)

slide29

นิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear fission)

การยิงนิวเคลียสหนัก ด้วยนิวตรอนช้า

เพื่อให้แตกสลายตัวได้นิวเคลียสขนาดลดลง

เช่น การระดมยิงนิวเคลียสของ U-235 ด้วยนิวตรอนช้า ปฏิกิริยาหนึ่งที่จะเกิดได้เช่น

(โดยปกติจะเกิดปฏิกิริยาได้หลายแบบ)

คำนวณจาก BEพลังงาน = ( BE ของผลิตภัณฑ์-  BE ของสารตั้งต้น)

คำนวณจากมวลพร่อง “มวลพร่อง 1 amuคิดเป็น 931 MeVหรือ 1.49 x 10-10 J”

slide30

ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ (Nuclear chain reaction)

เป็นปฏิกิริยา nuclear fission ที่เกิดต่อเนื่อง

มวลวิกฤติ (critical mass) = มวลน้อยที่สุดที่ทำให้เกิด nuclear chain reaction

Non-critical – No chain reaction

ปริมาณของสารตั้งต้นมีน้อยกว่ามวลวิกฤต จึงไม่

เพียงพอที่จะจับกับนิวตรอนที่ปล่อยออกมา

ในแต่ละขั้นได้จึงไม่เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่

  • Critical – Chain reaction
  • ปริมาณของ สารตั้งต้นมีมากพอ ที่จะจับกับนิวตรอนที่ปล่อยออกมาในแต่ละขั้นได้จึงเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่
slide31

A chain reaction of 235U

ข้อดี

-ไอโซโทปชนิดใหม่ๆ มากมาย

- พลังงานมหาศาล

ข้อเสีย

ระเบิดปรมณู

slide32

ปฏิกิริยาลูกโซ่

  • นิวตรอนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวมีโอกาสถูกดูดกลืนโดยนิวเคลียสอื่นๆ ของ 235Uซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction)
  • ถ้าไม่มีการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ จะนำไปสู่การระเบิด ซึ่งเป็นหลักการของระเบิดปรมาณู
  • ถ้าสามารถควบคุมได้จะสามารถนำพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาไปใช้ประโยชน์ในทางสันติ เช่น ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า
slide33
เตาปฏิกรณ์ปรมาณู
  • Enrico Fermi ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1938 เป็นคนแรกที่สามารถพัฒนาเตาปฏิกรณ์ปรมาณูดังรูปได้สำเร็จในปี ค.ศ.1942
slide34

เตาปฏิกรณ์ปรมาณู

  • เตาปฏิกรณ์ปรมาณูแบบที่ใช้น้ำเป็นตัวลดทอนพลังงาน (moderator) เป็นแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งมีลักษณะดังรูป
  • เตาปฏิกรณ์แบบนี้จะใช้ 235U ซึ่งมีความเข้มข้นประมาณ 3% เป็นเชื้อเพลิง (แร่ยูเรเนียมในธรรมชาติจะมี 238U 99.3% และ235U 0.7%)
  • เนื่องจากปฏิกิริยาลูกโซ่ในแท่งเชื้อเพลิงจะทำให้อุณหภูมิของน้ำที่อยู่ใน primary loop ร้อนจัด ซึ่งต้องควบคุมน้ำภายใต้ความดัน
  • น้ำใน primary loop จะถูกปั๊มไปยัง heat exchanger เพื่อนำความร้อนไปสู่น้ำใน secondary loop
  • น้ำใน secondary loop จะกลายเป็นไอน้ำ เพื่อนำไปหมุน turbine ทำให้เกิดการผลิตกระแสไฟฟ้าตามต้องการ
slide35

นิวเคลียร์ฟิวชัน (Nuclear Fusion)

ปฏิกิริยาการหลอมรวมนิวเคลียสเพื่อให้นิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และเสถียรมากขึ้น

พลังงานต่อกรัม

34 x 1010 J

10 x 1010 J

31 x 1010 J

นิวเคลียร์ฟิวชัน เป็นปฏิกิริยาที่มี Eaสูง (เนื่องจากเป็นการรวมตัวกันของ p และ n)

ดังนั้นจะเกิดได้ที่อุณหภูมิสูงมากเป็นร้อยล้านองศา  ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์

(Thermonuclear reaction)

เช่นปฏิกิริยาบนดวงอาทิตย์

15 ล้าน C

slide36
เตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน
  • เนื่องจากเงื่อนไขของอุณหภูมิและความหนาแน่น ทำให้ p-p cycle ไม่สามารถเป็นไปได้ในเตาปฏิกรณ์บนโลก
  • ปฏิกิริยาที่อาจเป็นไปได้ในเตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน คือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ ดิวเทอเรียม (deuterium) และทริเทียม (tritium) :
  • ข้อได้เปรียบของเตาปฏิกรณ์ชนิดนี้คือการมีเชื้อเพลิงไม่จำกัดเพราะเราสามารถผลิตดิวเทอเรียม 0.12 g จากน้ำ 1 แกลลอน และมีค่าใช้จ่ายประมาณ 2 บาท
slide37
ลักษณะเตาปฏิกรณ์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันลักษณะเตาปฏิกรณ์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน
slide38

การหาอายุของซากสิ่งมีชีวิตและวัตถุโบราณ (Radiocarbon dating)

  • สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ และมี14C/12Cคงที่ขณะที่มีชีวิตอยู่
  • เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง การเกิดการสลายตัวของ 146C147N + 0-1eดังนั้น 14C/12Cลดลง
  • ครึ่งชีวิตของ 14C เท่ากับ 5730 ปี

5730 ปี

14C14Cลดลงครึ่งหนึ่ง

14C/12C14C/12Cลดลงครึ่งหนึ่ง

เมื่อ A = ปริมาณรังสีที่วัดได้ต่อนาทีต่อกรัม (การแตกสลาย/นาที.กรัม)

= จำนวนครั้งของการแตกสลายของ 14C ต่อนาทีต่อกรัม (การแตกสลาย/นาที.กรัม)

slide39

Ex. หินที่เกิดจากซากต้นไม้ที่ตายวัดกัมมันตภาพรังสี (แอกทิวิตี้,A) ของ14Cได้ 7.0 การแตกสลายต่อนาทีต่อกรัมของ 14Cในขณะที่ ต้นไม้ที่ ยังมีชีวิตในปัจจุบันวัดได้15.3 การแตกสลายต่อนาทีต่อกรัมของ 14C จงหาว่าต้นไม้ที่กลายเป็นหินตายมาแล้วกี่ปี

กําหนดt½ ของ 14Cเท่ากับ 5730 ปี

วิธีทำ

ln A = lnA0 - t

ln 7 = ln 15.3 – (1.21x104)t

t = (ln 15.3 - ln 7)/ (1.21x104)

t = 6,462 ~ 6.5x103 yr Ans.

slide40

วิธีทำ

ln A = lnA0 - t

t = (lnA0 - ln A)/= ln (A0 /A)/

t = ln (A0 / 0.0045A0)/(1.21x104)

t = 44,658 ~ 4.47x104yr Ans.

slide42

การหาอายุของหิน

  • คำนวณจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิดที่มีในหิน เช่น 238U206Pb
  • เมื่อเวลาผ่านไป 238U ลดลง ในขณะที่206Pbเพิ่มขึ้น โดยถือว่าน้ำหนักทั้งหมดของ 206Pbที่วัดได้มาจากการสลายตัวของ 238U
  • ครึ่งชีวิตของ 238U เท่ากับ 4.5 x 109ปี

238U206Pb

ที่เวลาเริ่มต้น X+Yโมล 0 โมล

เวลาผ่านไป - Y โมล +Y โมล

ณ เวลาt X โมล Y โมล

ln N= ln N0 -  t

เมื่อ N = จำนวนโมลของ 238U ที่เวลา t

N0 = จำนวนโมลของ 238U ที่เวลาเริ่มต้น

ln(X) = ln (X+Y) - t

slide43

Ex. ตัวอย่างหินแร่ชนิดหนึ่ง มี 238U 2.499 กรัม และ Pb 2.169 กรัม จงหาอายุของหินแร่นี้

วิธีทำ ครึ่งชีวิตของ 238U เท่ากับ 4.5 x 109ปี

238U206Pb

ที่เวลาเริ่มต้น X+Yโมล 0 โมล

เวลาผ่านไป - Y โมล +Y โมล

ณ เวลาt X โมล Y โมล

ln(X) = ln (X+Y) - t

ln(2.499/238.03) = ln (2.499/238.03+2.169/207.2) – 1.54x10-10t

 อายุของหินแร่ (t)= 4,491,507,361 ~4.5x109ปี Ans.

slide44

ให้นิสิตอ่านเพิ่มเติมให้นิสิตอ่านเพิ่มเติม

การประยุกต์ใช้รังสี

ชนิดของการประยุกต์ใช้รังสี

  • การประยุกต์ทางการเกษตร
  • การประยุกต์ทางการแพทย์
  • การประยุกต์ทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทป
  • การประยุกต์ทางการผลิตกระแสไฟฟ้า
slide45
การประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตรการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตร
  • ผลผลิตทางการเกษตร (พืชและสัตว์) มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ เพราะใช้เป็นอาหาร เครื่องนุ่งห่ม ที่อยู่อาศัย และยารักษาโรค
  • ในอดีตเคยมีพันธุ์พืชนับพันล้านชนิด แต่ปัจจุบันเหลือน้อยมาก เพราะถูกทำลายด้วยแมลงและโรคระบาด
  • การเน่าเปื่อยของเนื้อสัตว์ตามกาลเวลาและการระบาดของเชื้อโรคและพยาธิในเนื้อสัตว์ ทำให้มนุษย์มีข้อจำกัดในการใช้ประโยชน์
  • นอกเหนือจากการตากในแสงแดด การอบด้วยความร้อย การอุ่นหรือต้มด้วยคลื่นไมโครเวฟแล้ว ยังสามารถใช้รังสีในกระบวนการผลิตและถนอมอาหารด้วย
slide46
ผลที่เกิดขึ้นจากการฉายรังสีพืชหรืออาหารผลที่เกิดขึ้นจากการฉายรังสีพืชหรืออาหาร
  • เมื่อฉายรังสีกับพืชหรืออาหารจะทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานแก่โมเลกุลของพืชหรืออาหาร ทำให้โมเลกุลถูกไอโอไนซ์กลายเป็นโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าและอนุมูลอิสระ
  • อนุมูลอิสระจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นๆ และโมเลกุลของน้ำซึ่งมีอยู่ในพืชและอาหารกลายเป็นโมเลกุลใหม่ที่มีสมบัติทางชีวเคมีเปลี่ยนไป
  • โมเลกุลเหล่านั้นอาจทำหน้าที่เพี้ยนไปทำให้เซลล์ของพืชตายไปหรืออาจรบกวนการแบ่งเซลล์ของพืชทำให้จุลชีพที่อยู่ในพืชหรืออาหาร เช่น บักเตรี เชื้อรา พยาธิและแมลง ตายหรือเป็นหมันได้
  • การฉายรังสีพืชหรืออาหารจึงมีประโยชน์ต่อกระบวนการผลิตหรือถนอมอาหารและสามารถเปลี่ยนแปลงพันธุ์พืชด้วยการกลายพันธุ์ได้
slide47
ชนิดของรังสีที่ใช้ในการฉายรังสีชนิดของรังสีที่ใช้ในการฉายรังสี
  • องค์การอนามัยโลก (WHO) องค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) และทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) มีความเห็นร่วมกันว่าการฉายรังสีในประมาณไม่เกิน 10 kgray ไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ
  • ชนิดของรังสีที่อนุญาตให้ฉายได้ คือ
  • รังสีแกมมาจาก Co-60 และ Cs-137
  • รังสีเอ็กซ์จากเครื่องผลิตรังสีที่ใช้ความต่างศักย์ไม่เกิน 5 ล้านโวลต์
  • อิเล็กตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ความต่างศักย์ไม่เกิน 5 ล้านโวลต์
slide48
ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตรลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตร
  • ควบคุมการงอกของพืช-ผัก เช่น หอมหัวใหญ่ กระเทียมและมันฝรั่งในระหว่างการเก็บรักษา
  • ควบคุมการแพร่พันธุ์ของแมลงเช่น ในข้าวสาร ถั่วเขียวและมะขามหวาน ในระหว่างการเก็บรักษา
  • ยืดอายุการเก็บรักษาอาหารสด เช่น อาหารทะเล เนื้อสัตว์และผลไม้
  • ทำลายเชื้อโรคและพยาธิในอาหาร เช่น เชื่อ Salmonella เพื่อป้องกันโรคอุจจาระร่วงและพยาธิตัวกลม
  • เหนี่ยวนำให้กลายพันธุ์เพื่อคัดเลือกลักษณะเด่นของพืชเอาไว้และกำจัดลักษณะด้อยทิ้งไป เช่น ในข้าว ข้าวสาลี มันฝรั่ง และข้าวโพด
slide49
ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการแพทย์ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการแพทย์
  • เพื่อการตรวจและวินิจฉัย เช่น การตรวจฮอร์โมนและเอนไซม์ในเลือด การตรวจโรคคอหอยพอกด้วย I-125 และการทำงานของต่อมธัยรอยด์ และการเอกซ์เรย์ปอดและกระดูก
  • เพื่อการบำบัดรักษา เช่น ใช้รังสีแกมมาจากCo-60รักษาโรคมะเร็ง และใช้ I-131 รักษาโรคต่อมธัยรอยด์
  • เพื่อการทำปลอดเชื้อผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ เช่น การปลอดเชื้อในเข็มเย็บแผล เข็มฉีดยา ผ้าปิดแผล ทำการปลอดเชื้อในเภสัชภัณฑ์ เช่นการปลอดเชื้อในยาปฏิชีวนะและสเตียรอยด์ และการปลอดเชื้อในเนื้อเยื่อสำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะ เช่น การปลูกถ่ายกระดูกและการปลูกถ่ายผิวหนัง
slide50
ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทปลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทป
  • เพื่อศึกษาวิจัยในการสร้างเครื่องมือตรวจสอบวัสดุหรือสารชนิดต่างๆ เช่น
  • วัตถุระเบิด ยาเสพติดและของผิดกฎหมาย
  • ตรวจหาแหล่งน้ำมัน ถ่านหินและแร่ต่างๆ
  • ตรวจระดับกัมมะถันในอากาศรอบๆ โรงไฟฟ้าถ่านหิน
  • เพื่อการผลิตไอโซโทปที่ใช้ในทางการแพทย์ เช่น การผลิต I-131โดยอาศัยเตาปฏิกรณ์ปรมาณู
slide51
ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการผลิตกระแสไฟฟ้าลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการผลิตกระแสไฟฟ้า
  • การผลิตกระแสไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ซึ่งมี U-235 ความเข็มข้น 3.5% เป็นเชื้อเพลิง
  • ข้อดีของการผลิตกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าการผลิตโดยพลังงานน้ำตก น้ำมันเตาและแก๊สธรรมชาติ
  • ข้อเสียของการผลิตกระแสไฟฟ้าดังกล่าวคือความปลอดภัยและปัญหาในการกำจัดกากเชื้อเพลิงปรมาณูที่มีอายุนานนับล้านปี
  • การผลิตกระแสไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาหลอมตัวในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูแบบเทอร์โมนิวเคลียร์