เกรด 11 · ฟิสิกส์นิวเคลียร์
นิวเคลียสของอะตอมและกัมมันตภาพรังสี
องค์ประกอบของนิวเคลียส ส่วนพร่องมวล พลังงานยึดเหนี่ยว และกฎการสลายกัมมันตรังสี
อ่านเนื้อหาทฤษฎีของบทเรียนทั้งหมดได้ที่นี่โดยไม่ต้องมีบัญชี ในบทเรียนแบบโต้ตอบ เนื้อหาเดียวกันจะแบ่งเป็นการ์ด ตามด้วยคำถามพร้อมคำอธิบายหลังตอบและโจทย์ฝึก ระบบจะบันทึกความก้าวหน้าของคุณ
ค่อย ๆ ทำความเข้าใจทีละขั้น
ลองบวกมวลของโปรตอนและนิวตรอนอิสระ แล้วเทียบกับมวลนิวเคลียสที่ประกอบด้วยอนุภาคชุดเดียวกัน นิวเคลียสเบากว่า ทั้งที่จำนวนนิวคลีออนเท่าเดิม เราจะเชื่อมโยงผลนี้กับพลังงาน และแยกองค์ประกอบที่ระบุแน่นอนได้ออกจากเวลาสลายที่เป็นแบบสุ่ม
นิวเคลียสประกอบด้วยอะไร
ประจุบวกของอะตอมรวมอยู่ในนิวเคลียสขนาดเล็ก โดยมีอิเล็กตรอนอยู่รอบ ๆ โปรตอนมีประจุบวก ส่วนนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า ทั้งสองชนิดเรียกรวมว่านิวคลีออน นิวเคลียสทั่วไปที่มีหลายนิวคลีออนประกอบด้วยอนุภาคทั้งสองชนิด แต่ไฮโดรเจน-1 เป็นกรณีขอบเขตที่สำคัญ คือมีโปรตอนเพียงตัวเดียวและไม่มีนิวตรอน จึงต้องพิจารณาองค์ประกอบของแต่ละนิวเคลียส ไม่ใช่กำหนดว่าอะตอมทุกชนิดต้องมีนิวตรอน
ตัวเลขในสัญลักษณ์นิวเคลียร์
ในการนับอนุภาค ให้ Z เป็นจำนวนโปรตอน N เป็นจำนวนนิวตรอน และเลขมวล A=Z+N ดังนั้น N=A-Z จำนวนเต็มไร้มิติเหล่านี้ไม่ใช่มวลที่วัดได้ Z ระบุชนิดธาตุ นิวเคลียสที่มี Z เท่ากันแต่ N ต่างกันเป็นไอโซโทป การเพิ่มนิวตรอนทำให้ A เพิ่มขึ้น 1 แต่ยังเป็นธาตุเดิม การเพิ่มหรือนำอิเล็กตรอนออกเปลี่ยนประจุของอะตอม แต่ไม่เปลี่ยนตัวเลขของนิวเคลียสเหล่านี้
อนุภาคแอลฟา
อ่าน ^{4}_{2}\mathrm{He} ด้วยหลักการนับเดียวกัน คือมีนิวคลีออนสี่ตัว เป็นโปรตอนสองตัว จึงเหลือนิวตรอนอีกสองตัว นี่คืออนุภาคแอลฟาหรือนิวเคลียสฮีเลียม ในการสลายแบบแอลฟา อนุภาคนี้นำ A=4 และ Z=2 ออกจากนิวเคลียสเดิม ทำให้ตัวเลขดังกล่าวของนิวเคลียสที่เหลือลดลงตามลำดับ การตรวจผลรวมก่อนและหลังแสดงการอนุรักษ์จำนวนนิวคลีออนและประจุไฟฟ้า อนุภาคที่เขียนด้วยสัญลักษณ์นี้ไม่มีชั้นอิเล็กตรอน
การสลายแบบบีตาลบ
สัญลักษณ์ ^{0}_{-1}\mathrm{e} แทนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในการสลาย β⁻ คือไม่มีนิวคลีออนและมีประจุลบในหน่วย |e| ภายในนิวเคลียส นิวตรอนเปลี่ยนเป็นโปรตอนพร้อมปล่อยอิเล็กตรอนและแอนตินิวทริโน ดังนั้น A คงเดิม แต่ Z เพิ่มขึ้น 1 อิเล็กตรอนไม่ได้ซ่อนอยู่ภายในในฐานะนิวคลีออนอีกตัว แต่เกิดขึ้นในกระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้ หากไม่กล่าวถึงแอนตินิวทริโน ก็จะอธิบายทั้งผลิตผลและการกระจายพลังงานได้ไม่ครบถ้วน
โฟตอนแกมมา
นิวเคลียสในสถานะกระตุ้นสามารถปล่อยพลังงานโดยไม่เปลี่ยนจำนวนโปรตอนและนิวตรอน โฟตอนที่ปล่อยออกมาเขียนเป็น ^{0}_{0}\gamma ซึ่งไม่นำพานิวคลีออนหรือประจุไฟฟ้า A และ Z จึงคงเดิม แต่นิวเคลียสอยู่ในสถานะพลังงานต่ำลง เมื่อเทียบกับการสลายแบบแอลฟาและบีตา จะเห็นว่าการบอกเพียงว่านิวเคลียสแผ่รังสียังไม่พอที่จะทำนายว่าธาตุเปลี่ยนหรือไม่ ต้องทราบชนิดของการเปลี่ยนแปลงด้วย
หน่วยมวลอะตอม
มวลที่วัดได้มักเขียนในหน่วยมวลอะตอม u หรือ а.е.м. ซึ่งเท่ากับหนึ่งในสิบสองของมวลอะตอมคาร์บอน-12 ที่เป็นอิสระ เป็นกลาง อยู่นิ่ง และอยู่ในสถานะพื้น โดย 1 u≈1,66·10⁻²⁷ кг นี่คือหน่วยมวลจริง ๆ ส่วน A เป็นจำนวนอนุภาค ตัวเลขอาจใกล้เคียงกันสำหรับบางนิวเคลียส แต่ใช้เลขมวลแทนมวลที่แม่นยำไม่ได้ เพราะผลต่างมวลเล็กน้อยนี้เองที่ใช้หาพลังงานยึดเหนี่ยว
มวลของอนุภาคแต่ละชนิด
ใช้มวลจากตาราง m_p\approx1{,}00728\,u, m_n\approx1{,}00866\,u, m_e\approx0{,}00055\,u ดัชนี p, n และ e หมายถึงโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตอนกับนิวตรอนมีมวลใกล้เคียงกันแต่ไม่เท่ากัน หากปัดทั้งสองเป็น 1 u ตั้งแต่แรก ผลต่างเล็กน้อยที่ต้องการหาอาจผิดเพี้ยนหรือหายไป ในโจทย์ส่วนพร่องมวลจึงต้องเก็บจำนวนหลักให้เพียงพอก่อนลบ แล้วค่อยปัดคำตอบตามความละเอียดของข้อมูล
จากมวลอะตอมสู่มวลนิวเคลียส
ตารางมักให้มวลอะตอมเป็นกลาง m_ат แต่สูตรพลังงานยึดเหนี่ยวต้องใช้มวลนิวเคลียส อะตอมมีอิเล็กตรอน Z ตัว ถ้าละเลยพลังงานยึดเหนี่ยวของอิเล็กตรอน จะได้ m_{\text{яд}}\approx m_{\text{ат}}-Zm_e ต้องใช้หน่วยเดียวกันสำหรับมวลทุกค่า นี่เป็นการประมาณ เพราะชั้นอิเล็กตรอนก็ถูกยึดเหนี่ยวและมีส่วนต่อพลังงานเช่นกัน ไอออนมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างออกไป การลบมวลอิเล็กตรอน Z ตัวโดยไม่ตรวจว่าอะตอมเป็นกลางหรือไม่จึงผิด
เหตุใดนิวเคลียสที่ยึดเหนี่ยวกันจึงเบากว่า
เมื่อนิวคลีออนอิสระรวมเป็นนิวเคลียสที่ยึดเหนี่ยวกัน จะปล่อยพลังงานออกมา ทำให้ระบบที่เกิดขึ้นมีพลังงานนิ่งลดลง มวลของระบบจึงน้อยกว่าผลรวมมวลของอนุภาคอิสระ ผลต่างนี้เรียกว่าส่วนพร่องมวล Δm หากต้องการแยกอนุภาคชุดเดิมออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ต้องใส่พลังงานยึดเหนี่ยวเข้าไป นิวคลีออนไม่ได้หายไป แต่สถานะอันตรกิริยาของมันเปลี่ยนไป การแยกชิ้นส่วนที่ติดกันช่วยเปรียบเทียบเรื่องพลังงานที่ต้องใช้ได้ แต่การยึดเหนี่ยวในนิวเคลียสมีกลไกทางฟิสิกส์เฉพาะของมัน
การคำนวณส่วนพร่องมวล
เริ่มจากหาผลรวมมวลของอนุภาคอิสระ แล้วลบมวลนิวเคลียส: \Delta m=Zm_p+Nm_n-m_{\text{яд}} ในที่นี้ N ยังคงเป็นจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสหนึ่งตัว สำหรับสถานะที่ยึดเหนี่ยวกันเมื่อเทียบกับการแยกเป็นนิวคลีออนทั้งหมด จะมี Δm>0 หาก Δm=0 ก็ไม่มีการลดพลังงานนิ่งในลักษณะนี้ ทุกพจน์ต้องใช้หน่วยเดียวกันและอ้างอิงนิวเคลียส ไม่ใช่เผลอนับอิเล็กตรอนของอะตอมเป็นกลางรวมเข้าไป
พลังงานยึดเหนี่ยวในหน่วยจูล
พลังงานที่ต้องใช้แยกนิวเคลียสออกจากกันอย่างสมบูรณ์คือ E_{\text{св}}=\Delta m c^2 เมื่อ Δm มีหน่วยกิโลกรัมและ c≈3·10⁸ м/с จะได้คำตอบเป็นจูล หากส่วนพร่องมวลเพิ่มเป็นสองเท่า พลังงานยึดเหนี่ยวก็เพิ่มเป็นสองเท่า ตัวคูณ c² ที่ใหญ่มากทำให้มวลเพียงเล็กน้อยมีพลังงานสมมูลมาก ข้อความนี้ไม่ได้บอกว่าสสารหายไป แต่เปรียบเทียบพลังงานรวมของอนุภาคชุดเดียวกันในสองสถานะ พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนใช้เปรียบเทียบได้ แต่ไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่ตัดสินว่าการสลายแบบใดเกิดขึ้นได้
พลังงานยึดเหนี่ยวในหน่วย MeV
หาก Δm อยู่ในหน่วยมวลอะตอม ใช้ E_{\text{св}}=\Delta m\cdot931\,\frac{\text{МэВ}}{\text{а.е.м.}} ได้โดยตรง MeV หมายถึงหนึ่งล้านอิเล็กตรอนโวลต์ โดย 1 МэВ≈1,60·10⁻¹³ Дж หน่วยมวลตัดกัน เหลือหน่วยพลังงาน นี่คือความสัมพันธ์ Δmc² เดิม ตัวคูณ 931 ผ่านการปัดเศษแล้ว คำตอบจึงเป็นค่าประมาณ ห้ามระบุผลจากการคูณนี้ว่าเป็นจูล ต้องใช้ชุดหน่วยให้สอดคล้องกันตลอด
การสลายของนิวเคลียสแต่ละตัว
นิวเคลียสที่ไม่เสถียรสามารถเปลี่ยนเป็นนิวเคลียสอื่นหรือสถานะอื่นได้เอง พร้อมปล่อยอนุภาคหรือรังสี นี่คือการสลายกัมมันตรังสี เราไม่อาจทำนายเวลาสลายที่แน่นอนของนิวเคลียสตัวใดตัวหนึ่งได้ การเตรียมเหมือนกันไม่ได้ทำให้ทุกตัวมีกำหนดเวลาตรงกัน แต่สำหรับนิวเคลียสชนิดเดียวกันจำนวนมาก เราทำนายสัดส่วนที่เหลือโดยเฉลี่ยได้ กฎเชิงสถิติจึงอธิบายกลุ่มอนุภาคได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยไม่ต้องทำนายแต่ละเหตุการณ์อย่างแน่นอน
ครึ่งชีวิต
ครึ่งชีวิต T คือเวลาที่ทำให้จำนวนนิวเคลียสเดิมที่ยังไม่สลายเหลือครึ่งหนึ่งโดยเฉลี่ย เมื่อผ่านไปอีก T จะเหลือครึ่งหนึ่งของกลุ่มที่เหลืออยู่ ไม่ใช่ลบออกอีกครึ่งหนึ่งของจำนวนตั้งต้น ดังนั้นนิวเคลียสที่อยู่รอดมาหนึ่งครึ่งชีวิตจึงไม่จำเป็นต้องสลายทันทีหลังจากนั้น T อธิบายสถิติของกลุ่ม ไม่ใช่ตัวตั้งเวลาเหมือนกันในนิวเคลียสทุกตัว
จำนวนนิวเคลียสเปลี่ยนอย่างไร
เมื่อเริ่มต้นด้วยจำนวน N₀ กฎคือ N=N_0\,2^{-t/T} ตอนนี้ N นับนิวเคลียสเดิมที่ยังเหลือในตัวอย่าง ไม่ใช่นิวตรอนในนิวเคลียสหนึ่งตัว เมื่อ t=0 ได้ N₀ เมื่อ t=T เหลือครึ่งหนึ่ง และเมื่อ t=2T เหลือหนึ่งในสี่ ต้องใช้หน่วยเดียวกันสำหรับ t และ T เพื่อให้เลขชี้กำลังไร้มิติ หากเพิ่มจำนวนตั้งต้นเป็นสองเท่าและพิจารณาเวลาเท่าเดิม จำนวนที่คาดว่าจะเหลือก็เพิ่มเป็นสองเท่า แต่สัดส่วนที่เหลือไม่เปลี่ยน
ขอบเขตของแบบจำลอง
แบบจำลองสมมติว่านิวเคลียสทั้งหมดเป็นชนิดเดียวกัน และไม่มีนิวเคลียสตั้งต้นเพิ่มเข้ามา สูตรนับเฉพาะนิวเคลียสชนิดนี้ ผลิตผลการสลายอาจยังอยู่ในตัวอย่าง จึงไม่ได้บอกจำนวนอนุภาคทั้งหมดหรือมวลรวมของตัวอย่าง สำหรับกลุ่มเล็ก ความผันผวนแบบสุ่มจากค่าเฉลี่ยจะเห็นชัดเป็นพิเศษ เมื่อ t มาก ค่า N ที่คาดหมายอาจเป็นเศษส่วนได้ นั่นคือค่าเฉลี่ยจากการทำซ้ำหลายครั้ง ไม่ใช่การมีนิวเคลียสเป็นชิ้นส่วนจริง ๆ ในภาชนะหนึ่งใบ
ลองทำทีละขั้น
ตัวอย่างเริ่มต้นมีนิวเคลียสไม่เสถียรชนิดเดียวกัน 1000 ตัว ครึ่งชีวิตเท่ากับ 5 ชั่วโมง คาดว่าจะมีนิวเคลียสเดิมเหลือกี่ตัวหลัง 10 ชั่วโมง?
ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 1
เวลา t = 10 ч และครึ่งชีวิต T = 5 ч ใช้หน่วยเดียวกัน อัตราส่วน t/T = 10/5 = 2 แสดงว่าผ่านไปแล้วสองครึ่งชีวิต
ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 2
หลังครึ่งชีวิตแรก คาดว่าจะเหลือนิวเคลียสเดิมที่ยังไม่สลาย 1000/2 = 500 ตัว
ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 3
หลังครึ่งชีวิตที่สอง ให้หาครึ่งหนึ่งของจำนวนที่เหลือ: 500/2 = 250 สูตรก็ให้ผลเดียวกัน คือ N = 1000·2⁻² = 250
ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ · 4
นี่คือจำนวนที่คาดหมายโดยเฉลี่ย จำนวนที่เหลือจริงในตัวอย่างหนึ่งอาจต่างออกไปจากความสุ่ม นิวเคลียสที่สลายเปลี่ยนเป็นผลิตผล ไม่ได้หายไปตามกำหนดเวลาร่วมกัน
ตรวจสอบผลลัพธ์
โดยเฉลี่ยจะเหลือนิวเคลียสเดิมที่ยังไม่สลาย 250 ตัว หรือหนึ่งในสี่ของ 1000 นี่คือค่าคาดหมายเชิงสถิติ ไม่ใช่จำนวนที่ต้องได้ตรงกันทุกการทดลอง
ใจความสำคัญ · 1
จำนวนนิวคลีออน มวลอะตอม และมวลนิวเคลียสเป็นคนละปริมาณ ต้องแยกให้ชัดเมื่อต้องคำนวณส่วนพร่องมวล
ใจความสำคัญ · 2
พลังงานยึดเหนี่ยวสัมพันธ์กับมวลที่ต่ำกว่าของสถานะยึดเหนี่ยว และต้องคำนวณด้วยหน่วยที่สอดคล้องกัน
ใจความสำคัญ · 3
กฎครึ่งชีวิตทำนายสัดส่วนนิวเคลียสเดิมที่เหลือในกลุ่ม ไม่ใช่อายุของนิวเคลียสแต่ละตัวหรือมวลรวมของผลิตผล
เรียนอะไรต่อ
จบหลักสูตรแล้ว: เชื่อมโยงสิ่งที่สังเกตกับแบบจำลอง ตรวจเงื่อนไขของแบบจำลอง แล้วจึงคำนวณ
แนวคิดพื้นฐาน
นิวเคลียสของอะตอม
ส่วนกลางของอะตอมที่มีประจุบวก นิวเคลียสทั่วไปประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ส่วนนิวเคลียสไฮโดรเจน-1 มีโปรตอนเพียงตัวเดียวและไม่มีนิวตรอน
จำนวนโปรตอน Z ระบุชนิดธาตุ ส่วนเลขมวล A คือจำนวนโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน
ส่วนพร่องมวล
ผลรวมมวลนิวคลีออนอิสระลบด้วยมวลนิวเคลียสที่ยึดเหนี่ยวกัน
นิวเคลียสที่ยึดเหนี่ยวกันมีมวลน้อยกว่าผลรวมมวลของนิวคลีออนที่แยกจากกัน ผลต่างพลังงานที่สอดคล้องกันเท่ากับ Δmc²
พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียส
พลังงานที่จำเป็นในการแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนอิสระอย่างสมบูรณ์
ยิ่งพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนมาก ก็ยิ่งต้องใช้พลังงานเฉลี่ยต่อนิวคลีออนมากในการแยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนอิสระทั้งหมด
การสลายกัมมันตรังสี
การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสไม่เสถียร พร้อมปล่อยอนุภาคหรือรังสี
เวลาสลายของนิวเคลียสแต่ละตัวเป็นแบบสุ่ม แต่สำหรับนิวเคลียสจำนวนมาก ครึ่งชีวิตอธิบายอัตราของกระบวนการได้อย่างแม่นยำ
ปริมาณทางฟิสิกส์
เลขมวล
Aจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในนิวเคลียส
หน่วย: ปริมาณไร้มิติ
จำนวนโปรตอน
Zจำนวนโปรตอน ซึ่งเป็นเลขประจุของนิวเคลียสด้วย
หน่วย: ปริมาณไร้มิติ
จำนวนนิวตรอน
Nจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส
หน่วย: ปริมาณไร้มิติ
พลังงานยึดเหนี่ยว
E_{\text{св}}พลังงานที่ต้องใช้แยกนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออน
หน่วย: จูล · \mathrm{Дж}
ส่วนพร่องมวล
\Delta mผลรวมมวลนิวคลีออนลบด้วยมวลนิวเคลียส
หน่วย: กิโลกรัม · \mathrm{кг}
มวลโปรตอน
m_pมวลโปรตอนอิสระ
หน่วย: หน่วยมวลอะตอม · \mathrm{а.е.м.}
มวลนิวตรอน
m_nมวลของนิวตรอนอิสระ
หน่วย: หน่วยมวลอะตอม · \mathrm{а.е.м.}
มวลอิเล็กตรอน
m_eมวลของอิเล็กตรอนอิสระ
หน่วย: หน่วยมวลอะตอม · \mathrm{а.е.м.}
มวลนิวเคลียส
m_{\text{яд}}มวลของนิวเคลียสอะตอม
หน่วย: หน่วยมวลอะตอม · \mathrm{а.е.м.}
มวลอะตอม
m_{\text{ат}}มวลของอะตอมที่เป็นกลาง
หน่วย: หน่วยมวลอะตอม · \mathrm{а.е.м.}
จำนวนนิวเคลียสที่ยังไม่สลาย
Nจำนวนนิวเคลียสกัมมันตรังสี ณ เวลาที่พิจารณา
หน่วย: ปริมาณไร้มิติ
จำนวนนิวเคลียสตั้งต้น
N_0จำนวนนิวเคลียสกัมมันตรังสี ณ เวลาเริ่มต้น
หน่วย: ปริมาณไร้มิติ
ครึ่งชีวิต
Tเวลาที่ทำให้นิวเคลียสตั้งต้นครึ่งหนึ่งสลายโดยเฉลี่ย
หน่วย: วินาที · \mathrm{с}
สูตรบทเรียน
อนุภาคแอลฟา
{}^{4}_{2}\mathrm{He}อนุภาคแอลฟาคือนิวเคลียสฮีเลียมที่มีโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว
อนุภาคบีตา
{}^{0}_{-1}\mathrm{e}อนุภาคบีตาลบคืออิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียส
โฟตอนแกมมา
{}^{0}_{0}\mathrm{\gamma}โฟตอนแกมมาเป็นโฟตอนพลังงานสูงที่ไม่มีประจุไฟฟ้า
เลขมวลนับอะไรบ้าง
A=Z+Nเลขมวลเท่ากับจำนวนโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน
จำนวนนิวตรอน
N=A-Zจำนวนนิวตรอนเท่ากับเลขมวล A ลบเลขประจุ Z
พลังงานยึดเหนี่ยวจากส่วนพร่องมวล
E_{\text{св}}=\Delta mc^2พลังงานยึดเหนี่ยวเท่ากับส่วนพร่องมวลคูณอัตราเร็วแสงยกกำลังสอง
พลังงานยึดเหนี่ยวในหน่วยเมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E_{\text{св}}\approx\Delta m\cdot931\,\frac{\mathrm{МэВ}}{\text{а.е.м.}}พลังงานยึดเหนี่ยวมีหน่วยเป็น MeV เมื่อแทนส่วนพร่องมวลในหน่วยมวลอะตอม สัมประสิทธิ์ 931 МэВ/а.е.м. เป็นค่าของ c² ในหน่วยเหล่านี้ที่ปัดเศษสำหรับการคำนวณระดับโรงเรียน
เงื่อนไข: ส่วนพร่องมวลอยู่ในหน่วยมวลอะตอม หากให้มาเป็นกิโลกรัม ให้ใช้ Eсв = Δmc² โดย c มีหน่วยเมตรต่อวินาที แล้วจะได้พลังงานเป็นจูล
ส่วนพร่องมวลของนิวเคลียส
\Delta m=Zm_p+Nm_n-m_{\text{яд}}ส่วนพร่องมวลเท่ากับผลรวมมวลนิวคลีออนอิสระลบด้วยมวลนิวเคลียส
มวลของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน
m_p\approx1{,}00728\,\mathrm{а.е.м.},\quad m_n\approx1{,}00866\,\mathrm{а.е.м.},\quad m_e\approx0{,}00055\,\mathrm{а.е.м.}ค่ามวลอนุภาคจากตารางที่ปัดเศษแล้วแสดงในหน่วยมวลอะตอม
มวลนิวเคลียสจากมวลอะตอม
m_{\text{яд}}\approx m_{\text{ат}}-Zm_eมวลนิวเคลียสประมาณได้จากมวลอะตอมเป็นกลางลบผลรวมมวลอิเล็กตรอน หากต้องการค่าที่แม่นยำกว่า ต้องบวกพลังงานยึดเหนี่ยวของชั้นอิเล็กตรอนหารด้วย c² เข้ากับผลต่างนี้
เงื่อนไข: อะตอมเป็นกลางมีอิเล็กตรอน Z ตัว ในความสัมพันธ์โดยประมาณนี้ถือว่าผลของพลังงานยึดเหนี่ยวอิเล็กตรอนต่อมวลมีค่าน้อยจนละเลยได้
กฎการสลายกัมมันตรังสี
N=N_0\cdot2^{-t/T}จำนวนนิวเคลียสที่ยังไม่สลายลดลงครึ่งหนึ่งโดยเฉลี่ยในแต่ละครึ่งชีวิต
ทดลองความสัมพันธ์
คาดการณ์ก่อน ปุ่มทดลองจะเปลี่ยนปริมาณที่ระบุ จากนั้นเปรียบเทียบผลและสำรวจค่าอื่น
ครึ่งชีวิต
N = N₀ · 2^(−t/T½)
นิวเคลียสไม่เสถียรชนิดเดียวและเป็นอิสระ มีความน่าจะเป็นสลายต่อหน่วยเวลาคงตัว เส้นเรียบเป็นค่าคาดหมายของกลุ่ม ไม่ใช่ตารางสลายของแต่ละนิวเคลียส เวลาเป็นชั่วโมงและการเล่นถูกเร่ง
เมื่อครึ่งชีวิตเท่าเดิม ถ้าลดจำนวนนิวเคลียสเริ่มต้นจาก 800 เป็น 400 จำนวนคาดหมายหลัง 2 h จะเปลี่ยนอย่างไร?
ค่าเริ่มต้น
ผลการคำนวณ
- N
- 800
- N₀ − N
- 0
อธิบายผล
ทุกครึ่งชีวิตเหลือนิวเคลียสครึ่งหนึ่งของที่มีอยู่ ไม่ได้ลดลงด้วยจำนวนคงที่ ค่าคาดหมายอาจเป็นเศษส่วนได้ แต่จำนวนที่วัดจริงเป็นจำนวนเต็มและมีความสุ่ม
สูตรที่เกี่ยวข้อง
สูตรเดียวกันในคู่มืออ้างอิง พร้อมสัญลักษณ์และหน่วย
โจทย์ในหัวข้อนี้
โจทย์ ตัวเลือกคำตอบ และวิธีทำ