Nuclear Binding Energy

พลังงานการยึดเหนี่ยวนิวเคลียส (Nuclear binding energy)

พลังงานการยึดเหนี่ยวนิวเคลียส (Nuclear binding energy) (BE) คือ พลังงานที่ใชในการแยกโปรตอนและ นิวตรอนจากนิวเคลียส

BE + 19F 9

91p + 10 01n 1

E = mc2 BE = 9 x (p mass) + 10 x (n mass) – 19F mass BE (amu) = 9 x 1.007825 + 10 x 1.008665 – 18.9984 BE = 0.1587 amu

1 amu = 1.49 x 10-10 J

BE = 2.37 x 10-11J binding energy binding energy per nucleon = number of nucleons 2.37 x 10-11 J = 1.25 x 10-12 J = 19 nucleons

Nuclear binding energy per nucleon vs Mass number

nuclear binding energy nucleon

nuclear stability

จลนศาสตรของการสลายตัวกัมมันตรังสี (Kinetics of Radioactive Decay) N

daughter

∆N rate = ∆t

rate = λN

∆N = λN ∆t N = N0exp(-λt)

lnN = lnN0 - λt

N = จํานวนอะตอมที่เวลา t N0 = จํานวนอะตอมที่เวลา t = 0

λ = คาคงที่การสลายตัว(decay constant) ln2

λ =t ½

Kinetics of Radioactive Decay ln[N] = ln[N]0 - λt

ln [N]

[N]

[N] = [N]0exp(-λt)

Radiocarbon Dating 14N 7 14C 6

+ 01n

14C 6 14N 7

+ 11H

+-10β + ν

t½ = 5730 years

Uranium-238 Dating 238U 206Pb + 8 4α + 6 0β 92 82 2 -1

t½ = 4.51 x 109 years

x

การแปรนิวเคลียส (Nuclear Transmutation)

14N 7

+ 24α

27 Al 13 14N 7

+ 11p

เครื่องเรงอนุภาคชนิดไซโคลตรอน (Cyclotron Particle Accelerator)

+ 24α

17O 8

+ 11p

30P 15 11C 6

+ 01n

+ 42α

Nuclear Transmutation

พลังงาน พลังงาน

Nuclear Fission

Nuclear Fission

235U 92

+ 1n 0

90 Sr 38

+ 143Xe + 31n + Energy 54

0

Energy = [mass 235U + mass n – (mass 90Sr + mass 143Xe + 3 x mass n )] x c2

Energy = 3.3 x 10-11J per 235U = 2.0 x 1013 J per mole 235U

การเผาไหมของถานหิน 1 ตัน = 5 x 107 J

Nuclear Fission Representative fission reaction 235U + 1n 90Sr + 143Xe + 31n + Energy 0 38 0 54 92

Nuclear Fission ปฏิกริ ย ิ าลูกโซนิวเคลียร (Nuclear chain reaction) เปนปฏิกิริยา nuclear fission ทีเ่ กิดตอเนื่อง มวลวิกฤติ (critical mass) = มวลนอยที่สุดที่ทําใหเกิด nuclear chain reaction

Non-critical

Critical

Nuclear Fission

แผนภาพของ เครื่องปฏิกรณแยก นิวเคลียส (nuclear fission reactor)

Nuclear Fission 35,000 tons SO2

Annual Waste Production

4.5 x 106 tons CO2

3.5 x 106 ft3 ash

1,000 MW coal-fired power plant

70 ft3 vitrified waste

1,000 MW nuclear power plant

Nuclear Fission

Hazards of the radioactivities in spent fuel compared to uranium ore

From “Science, Society and America’s Nuclear Waste,” DOE/RW-0361 TG

Nuclear Fusion Fusion Reaction 2H + 2H 3H + 1H 1 1 1 1 2H 1 6Li 3

+ 13H + 12H

4He 2

Energy Released 6.3 x 10-13 J

+ 01n 2.8 x 10-12 J

2 24He

Tokamak magnetic plasma confinement

3.6 x 10-12 J

ไอโซโทปกัมมันตรังสี (Radioisotopes) ในทางการเเพทย •

1 ใน 3 ของผูปวยถูกรักษาดวยไอโซโทปกัมมันตรังสี

•

24Na,

•

131I,

t½ = 14.8 hr, β emitter, ตรวจสอบตอมไทรอยด

•

123I,

t½ = 13.3 hr, γ−ray emitter, ถายภาพสมอง

•

t½ = 1.8 hr, β+ emitter, positron emission tomography (body scanning)

•

99mTc,

t½ = 14.8 hr, β emitter, ติดตามการไหลของเลือด

18F,

t½ = 6 hr, γ−ray emitter, imaging agent

Brain images with 123I-labeled compound Alzheimer’s disease

ไกเกอรมูเลอรเคาเตอร

(Geiger-Müller Counter)