การหลอมนิวเคลียสและห่วงโซ่การสลาย

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง การหลอมนิวเคลียสและห่วงโซ่การสลาย

การหลอมนิวเคลียส vs. ห่วงโซ่การสลาย

้นโค้งพลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียส, นิวคลีออน (หมายถึงองค์ประกอบของนิวเคลียส หมายถึงโปรตอนหรือนิวตรอน) ที่มีมวลสูงถึง Iron-56 โดยทั่วไปจะปลดปล่อยพลังงานออกมา ส่วนพวกที่หนักกว่านั้นโดยทั่วไปจะดูดซับพลังงาน ดวงอาทิตย์จะผลิตพลังงานออกมาโดยการหลอมนิวเคลียสของไฮโดรเจนจนกลายเป็นฮีเลียม ในแกนกลางของมัน ดวงอาทิตย์จะหลอมไฮโดรเจน 620 ล้านเมตริกตันทุกวินาที การหลอมนิวเคลียส (nuclear fusion) ในทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์อย่างหนึ่งที่นิวเคลียสของอะตอมหนึ่งตัวหรือมากกว่าเข้ามาอยู่ใกล้กัน แล้วชนกันที่ความเร็วสูง รวมตัวกันกลายเป็นนิวเคลียสของอะตอมใหม่ที่หนักขึ้น ในระหว่างกระบวนการนี้ มวลของมันจะไม่เท่าเดิมเพราะมวลบางส่วนของนิวเคลียสที่รวมต้วจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานโปรตอน การหลอมนิวเคลียสสองนิวเคลียสที่มีมวลต่ำกว่าเหล็ก-56 (ที่ พร้อมกับนิกเกิล-62 มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนที่ใหญ่ที่สุด) โดยทั่วไปจะปลดปล่อยพลังงานออกมา ในขณะที่การหลอมนิวเคลียสที่หนักกว่าเหล็กจะ "ดูดซับ" พลังงาน การทำงานที่ตรงกันข้ามเรียกว่า "การแบ่งแยกนิวเคลียส" ซึ่งหมายความว่าโดยทั่วไปองค์ประกอบที่เบากว่าเท่านั้นที่สามารถหลอม เช่นไฮโดรเจนและฮีเลียม และในทำนองเดียวกันโดยทั่วไปองค์ประกอบที่หนักกว่าเท่านั้นที่สามารถแบ่งแยกได้ เช่นยูเรเนียมและพลูโทเนียม มีเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์แบบสุดขั้วอย่างมากที่สามารถนำไปสู่​​ช่วงเวลาสั้น ๆ ของการหลอมด้วยนิวเคลียสที่หนักกว่า นี้เป็นกระบวนการที่ก่อให้เกิด nucleosynthesis ที่เป็นการสร้างธาตุหนักในช่วงเหตุการณ์ที่เรียกว่ามหานวดารา หลังการค้นพบ "อุโมงค์ควอนตัม" โดยนักฟิสิกส์ นายฟรีดริช ฮุนท์ ในปี 1929 นายโรเบิร์ต แอตกินสันและนายฟริตซ์ Houtermans ใช้มวลขององค์ประกอบเบาที่วัดได้ในการคาดการณ์ว่าจำนวนมากของพลังงานสามารถที่จะถูกปลดปล่อยจากการทำหลอมนิวเคลียสขนาดเล็ก การหลอมในห้องปฏิบัติการของไอโซโทปของไฮโดรเจน เมื่อสร้างขึ้นระหว่างการทดลองการแปรนิวเคลียสโดยเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ที่ได้ดำเนินการมาหลายปีก่อนหน้านี้ ก็ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกโดยนายมาร์ค Oliphant ในปี 1932 ในช่วงที่เหลือของทศวรรษนั้น ขั้นตอนของวงจรหลักของการหลอมนิวเคลียสในดวงดาวได้รับการทำงานโดยนายฮันส์ Bethe การวิจัยในหลอมเพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารเริ่มต้นขึ้นในช่วงต้นของทศวรรษที่ 1940 เมื่อเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนแฮตตัน การหลอมก็ประสบความสำเร็จในปี 1951 ด้วยการทดสอบนิวเคลียร์แบบ "รายการเรือนกระจก" การหลอมนิวเคลียสในขนาดที่ใหญ่ในการระเบิดครั้งหนึ่งได้มีการดำเนินการครั้งแรกในวันที่ 1 พฤศจิกายน 1952 ในการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนรหัสไอวีไมก์ (Ivy Mike) การวิจัยเพื่อการพัฒนา thermonuclear fusion ที่ควบคุมได้สำหรับวัตถุประสงค์ทางพลเรือนก็ได้เริ่มขึ้นอย่างจริงจังในปี 1950 เช่นกัน และยังคงเป็นไปจนทุกวันนี้. ในฟิสิกส์นิวเคลียร์ ห่วงโซ่การสลาย (Decay chain) คือ การสลายให้กัมมันตรังสีของผลผลิตจากการสลายที่มีกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร เป็นกระบวนการที่ต่อเนื่องแบบห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงไอโซโทปของผลผลิตนั้น กระบวนการเปลี่ยนแปลงเป็นห่วงโซ่นี้บางครั้งเรียกว่า "การลดหลั่นของกัมมันตรังสี" (radioactive cascades) ไอโซโทปรังสีส่วนใหญ่จะไม่สลายตัวโดยตรงไปสู่สถานะที่เสถียร แต่มีการสลายตัวโดยลำดับจนกระทั่งในที่สุดไอโซโทปนั้นจะเสถียร ขั้นตอนการสลายตัวจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของพวกมันที่มีต่อขั้นตอนก่อนหน้านี้หรือขั้นตอนถัดไป ไอโซโทปพ่อแม่เป็นพวกที่มีการสลายจนกลายเป็นไอโซโทปลูกสาว หนึ่งในตัวอย่างนี้คือยูเรเนียม (เลขอะตอม 92) สลายกลายเป็นทอเรียม (เลขอะตอม 90) ไอโซโทปลูกสาวอาจจะเสถียรหรืออาจจะสลายต่อไปเป็นไอโซโทปลูกสาวของตัวมันเอง ไอโซโทปลูกสาวของลูกสาวบางครั้งเรียกว่าไอโซโทปหลานสาว เวลาที่ใช้สำหรับอะตอมพ่อแม่หนึ่งตัวที่จะสลายไปเป็นอะตอมหนึ่งตัวของไอโซโทปลูกสาวของมันอาจแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวาง ไม่เพียงแต่สำหรับห่วงโซ่พ่อ-ลูกที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังสำหรับการจับคู่ที่เหมือนกันของไอโซโทปของพ่อแม่และลูกสาวอีกด้วย ในขณะที่การสลายตัวของอะตอมเดี่ยวจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติ การสลายตัวของประชากรเริ่มต้นของอะตอมที่เหมือนกันในช่วงเวลา t ตามด้วยการกระจายของการสลายแบบเอ๊กโปเนนเชียล e-λt เมื่อ λ เป็นค่าคงที่การสลายตัว เนื่องจากธรรมชาติของเอ๊กโปเนนเชียลนี้ หนึ่งในคุณสมบัติของไอโซโทปคือครึ่งชีวิตของมัน ครึ่งชีวิตเป็นเวลาที่ครึ่งหนึ่งของจำนวนเริ่มต้นของไอโซโทปรังสีผู้พ่อแม่ที่เหมือนกันได้มีการสลายตัวไปเป็นลูกสาวของพวกมัน ครึ่งชีวิตได้มีการกำหนดในห้องปฏิบัติการสำหรับหลายพันของไอโซโทปรังสี (หรือนิวไคลด์รังสี (radionuclide)) ครึ่งชีวิตเหล่านี้สามารถมีช่วงเวลาจากเกือบทันทีจนนานมากถึง 1019 ปีหรือมากกว่า ในขั้นตอนกลางแต่ละช่วง จะมีการปล่อยกัมมันตภาพรังสีจำนวนเดียวกันกับไอโซโทปดั้งเดิม (แต่ไม่ใช่พลังงานเดียวกัน) เมื่อมีความสมดุล ไอโซโทปหลานจะปรากฏให้เห็นในสัดส่วนโดยตรงกับครึ่งชีวิตของมัน แต่เนื่องจากกิจกรรมของมันเป็นสัดส่วนผกผันกับครึ่งชีวิตของมัน นิวไคลด์แต่ละตัวในห่วงโซ่การสลายในที่สุดก็ก่อให้เกิดกัมมันตภาพรังสีมากเท่ากับส่วนหัวของห่วงโซ่ แม้ว่าจะไม่ใช่พลังงานเดียวกัน ยกตัวอย่างเช่นยูเรเนียม-238 มีกัมมันตรังสีอย่างอ่อน แต่ pitchblende ซึ่งเป็นแร่ยูเรเนียมดิบ มีกัมมันตรังสีมากกว่าเป็น 13 เท่าของโลหะยูเรเนียมบริสุทธิ์ในปริมาณที่เท่ากันเพราะมันประกอบด้วยเรเดียมและไอโซโทปลูกสาวอื่น.

ฟิสิกส์นิวเคลียร์

ฟิสิกส์นิวเคลียร์ (Nuclear physics) หรือฟิสิกส์ของนิวเคลียส เป็นสาขาหนึ่งของวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาองค์ประกอบต่าง ๆ และปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันของนิวเคลียสทั้งหลายของอะตอม การประยุกต์ใช้ฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ทราบกันดีที่สุดคือ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีอาวุธนิวเคลียร์ แต่การวิจัยได้ประยุกต์ในหลายสาขา เช่น เวชศาสตร์นิวเคลียร์และการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก การปลูกฝังไอออนในวิศวกรรมศาสตร์วัสดุ และการหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสีในวิชาภูมิศาสตร์และโบราณคดี นิวเคลียสเป็นสิ่งที่ยังไม่เป็นที่เข้าใจทางทฤษฏี เพราะมันประกอบไปด้วยอนุภาคจำนวนมาก (เช่น โปรตอน และนิวตรอน) แต่ไม่มีขนาดใหญ่พอที่จะอธิบายลักษณะได้ถูกต้องเหมือนอย่างผลึก จึงมีการใช้แบบจำลองของนิวเคลียสซึ่งใช้ศึกษาพฤติกรรมทางนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ได้ โดยอาจใช้เป็นวิธีการเดียวหรือร่วมกับวิธีการอื่น.

การหลอมนิวเคลียสและฟิสิกส์นิวเคลียร์ · ฟิสิกส์นิวเคลียร์และห่วงโซ่การสลาย · ดูเพิ่มเติม »