การแตกตัวของนิวเคลียสและการหลอมนิวเคลียส
| English | ไทย |
|---|---|
| fission/ˈfɪʃn/ | การแตกตัว |
| chain reaction/tʃeɪn rɪˈækʃn/ | ปฏิกิริยาลูกโซ่ |
| fusion/ˈfjuːʒn/ | การหลอมรวม |
พลังงานในนิวเคลียส
- นิวเคลียสเก็บพลังงานมหาศาลไว้
- เราปลดปล่อยพลังงานนี้ด้วยสองวิธีตรงข้ามกัน: การแตกตัว ของนิวเคลียสหนัก หรือ การรวมตัว ของนิวเคลียสเบา
- พลังงานนี้ขับเคลื่อนโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์บนโลกและดวงดาวทุกดวงบนท้องฟ้า
การแตกตัวทางนิวเคลียร์ (Nuclear fission)
- ในกระบวนการ ฟิชชัน, นิวเคลียสหนัก一个吸收中子后分裂成两个较小的核，释放出2或3个中子和大量能量。
- นิวตรอนเหล่านี้สามารถทำให้แตกตัวนิวเคลียสอื่นได้อีก → เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์จะควบคุมไว้
ปฏิกิริยาลูกโซ่จากการแตกตัว
นิวตรอนทำให้นิวเคลียสยูเรเนียมแตกตัว ปล่อยพลังงาน AND นิวตรอนเพิ่มเติม — นิวตรอนเหล่านั้นจะไปทำให้นิวเคลียสอื่นแตกตัวต่อไป และ seterusไป
การแตกตัวของนิวเคลียสเกิดขึ้นเมื่อ:
การแตกตัว = การแยกนิวเคลียสหนัก (หลังจากดูดกลืนนิวตรอนแล้ว) เป็นนิวเคลียสขนาดเล็กสองตัว บวกกับนิวตรอน 2–3 ตัวและพลังงาน
การรวมตัวทางนิวเคลียร์ (Nuclear fusion)
- ในกระบวนการ ฟิวชัน, นิวเคลียสเบาสองตัวจะรวมตัวกัน เพื่อสร้างนิวเคลียสที่หนักขึ้น并同时释放能量。
- ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงานด้วยวิธีนี้ โดยรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม ปฏิกิริขาล่างนี้ — รูปแบบหนักของไฮโดรเจนสองชนิด (ดี्यूเตอเรียมและไตรเทียม) — คือปฏิกิริยาที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันบนโลก:
- ฟิวชันต้องการอุณหภูมิและความดันมหาศาล นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมจึงทำได้ยากมากบนโลก
ในการรวมตัวทางนิวเคลียร์ นิวเคลียสเบาสองตัวจะรวมตัวเป็นนิวเคลียสที่หนักขึ้น ปล่อยนิวตรอนและพลังงานออกมา — ปฏิกิริยาดี्यूเตอเรียม–ไตรเทียมที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน
การหลอมนิวเคลียสเกิดขึ้นเมื่อ:
การหลอมนิวเคลียส = การรวมนิวเคลียสเบาสองตัวเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ปล่อยพลังงานออกมา เป็นแหล่งพลังงานของดวงอาทิตย์
กระบวนการใดที่ทำให้ดวงอาทิตย์มีพลังงาน?
ดวงอาทิตย์หลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม ปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา
มวลเปลี่ยนเป็นพลังงาน และการดุลสมการ
- ในทั้งฟิชชันและฟิวชัน มี มวลเล็กน้อยสูญเสียไป และเปลี่ยนเป็น พลังงาน
- ในสมการนิวเคลียร์ใด ๆ ตัวเลขด้านบน (เลขมวล) จะสมดุลกัน และ similarly ตัวเลขด้านล่าง (เลขอะตอม/จำนวนโปรตอน) ก็สมดุลเช่นกัน
- สิ่งนี้ช่วยให้เราหาค่าที่หายไปได้ — เช่น จำนวนนิวตรอนที่ถูกปล่อยออกมา
การแตกตัวทางนิวเคลียร์ของนิวเคลียส U-235
ใน $^{235}_{\ 92}\text{U} + {}^{1}_{0}\text{n} \rightarrow {}^{141}_{\ 56}\text{Ba} + {}^{92}_{36}\text{Kr} + x\,{}^{1}_{0}\text{n}$ มีนิวตรอน $x$ ถูกปล่อยออกมาเท่าไหร่?
เลขนิวคลีออนต้องสมดุล: $235 + 1 = 141 + 92 + x$, ดังนั้น $236 = 233 + x$ และ $x = 3$
ในการแตกตัวและการหลอมนิวเคลียส มวลเล็กน้อยจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน
ทั้งสองกระบวนการสูญเสียมวลเล็กน้อย ซึ่งถูกปล่อยออกมาเป็นพลังงานจำนวนมาก
คุณเข้าใจแล้ว
- ฟิชชัน: นิวเคลียสหนักแตกตัว → นิวเคลียสเล็กสองตัว + นิวตรอน + พลังงาน (ปฏิกิริยาลูกโซ่)
- ฟิวชัน: นิวเคลียสเบาสองตัวรวมตัว → นิวเคลียสหนักขึ้น + พลังงาน (เป็นแหล่งพลังงานของดวงอาทิตย์)
- ทั้งสองแปลงมวลเล็กน้อยให้เป็นพลังงาน
- สมการนิวเคลียร์จะสมดุลทั้งตัวเลขด้านบน (เลขมวล) และตัวเลขด้านล่าง (เลขอะตอม)