ใบความรู้
ฟิสิกส์นิวเคลียร์
เรื่อง แรงนิวเคลียร์
รายวิชา ฟิสิกส์ 5 รหัสวิชา ว 40205
------------------------------------------------------------------------------------------
แรงนิวเคลียร์ คือ แรงที่ใช้ยึดเหนี่ยวนิวคลีออนเข้าด้วยกัน ซึ่งไม่ใช่ทั้งแรงระหว่างประจุและแรงดึงดูดระหว่างมวลแต่เป็นแรงที่เกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคเมซอนระหว่างนิวคลีออนในนิวเคลียส
แรงนิวเคลียร์ตอนแรกเรียกแรงแข็ง (strong force) แต่เมื่อค้นพบทฤษฎีควาร์ก นักฟิสิกส์ใช้แรงแข็งกับแรงระหว่างควาร์กส่วนแรงเป็นแรงระหว่างนิวคลีออน และแรงนิวเคลียร์เป็นผลทุติยภูมิของแรงแข็ง
แรงนิวเคลียร์ตอนแรกเรียกแรงแข็ง (strong force) แต่เมื่อค้นพบทฤษฎีควาร์ก นักฟิสิกส์ใช้แรงแข็งกับแรงระหว่างควาร์กส่วนแรงเป็นแรงระหว่างนิวคลีออน และแรงนิวเคลียร์เป็นผลทุติยภูมิของแรงแข็ง
ลักษณะของแรงนิวเคลียร์พอสรุปได้ดังนี้
1.แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหว่าง โปรตอน-โปรตอน โปรตอน-นิวตรอน นิวตรอน-นิวตรอน
1.แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหว่าง โปรตอน-โปรตอน โปรตอน-นิวตรอน นิวตรอน-นิวตรอน
2. แรงดึงดูดระหว่างโปรตอน กับโปรตอน เป็นแรงที่ส่งผลในระยะที่สั้นมาก (ต่ำกว่ารัศมีของนิวเคลียส)
แรงนิวเคลียร์มีสมบัติดังนี้
1. เป็นแรงที่เกิดในระยะสั้น (short range force) หมายความว่าเป็นแรงที่เกิดเมื่ออนุภาคเข้ามาอยู่ใกล้กันมากๆ ระดับหนึ่ง
1. เป็นแรงที่เกิดในระยะสั้น (short range force) หมายความว่าเป็นแรงที่เกิดเมื่ออนุภาคเข้ามาอยู่ใกล้กันมากๆ ระดับหนึ่ง
2. เป็นแรงดึงดูดอย่างเดียว โดยไม่ขึ้นกับชนิดของประจุ
3. เป็นแรงที่ขึ้นอยู่กับโมเมนตัมเชิงมุม ที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของนิวเคลียส
3. เป็นแรงที่ขึ้นอยู่กับโมเมนตัมเชิงมุม ที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของนิวเคลียส
ภาพแสดง : โปรตอนที่กระจุกอยู่ในนิวเคลียสมีแรงไฟฟ้าผลักกันและแรงนิวเคลียร์ดูดกัน |
ภาพแสดง : กราฟพลังงานศักย์เมื่อโปรตรอน-โปรตรอนใกล้กัน และเมื่อโปรตรอน-นิวตรอนใกล้กัน
อนุภาคเมซอน
เพื่อให้ผลการพยากรณ์ของยูกาวาได้รับการยอมรับ นักฟิสิกส์ได้เริ่มทดลองค้นหาเมซอน โดยศึกษารังสีคอสมิกที่พุ่งเข้ามาในบรรยากาศโลก
เพื่อให้ผลการพยากรณ์ของยูกาวาได้รับการยอมรับ นักฟิสิกส์ได้เริ่มทดลองค้นหาเมซอน โดยศึกษารังสีคอสมิกที่พุ่งเข้ามาในบรรยากาศโลก
ในปี 1937 คาร์ล แอนเดอร์สัน (Carl Anderson) และทีมงานได้ค้นพบอนุภาคมวล 106 MeV/c2 หรือประมาณ 207 เท่าของมวลอิเล็กตรอน ซึ่งเชื่อกันว่าคือเมซอนของยูกาวา อย่างไรก็ดีการทดลองต่อ ๆ มาชี้ให้เห็นว่าอนุภาคนี้เกิดอันตรกิริยาอ่อนมากกับสสาร ดังนั้นจึงไม่อาจเป็นอนุภาคสนามของแรงนิวเคลียร์ได้สภาวะที่ชวนให้งวยงง สับสนนี้เป็นแรงบันดาลใจให้นักทฤษฎีหลายคนพยายามเสนอว่าเมซอน มี 2 ชนิด มีมวลต่างกันเล็กน้อย แต่ก็เท่ากับประมาณ 200 เท่า ของอิเล็กตรอน ชนิดหนึ่งนั้นค้นพบแล้วโดยแอนเดอร์สันและคนอื่น ๆ ส่วนที่ยูกาวาพยากรณ์ไว้นั้น เป็นอีกชนิดหนึ่งที่ยังไม่มีใครค้นพบ แนวคิดนี้ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องในปี 1947 จากการค้นพบไพออน (pion) หรือไพ – เมซอน อนุภาคที่แอนเดอร์สันค้นพบในปี 1937 ซึ่งตอนแรกคิดว่าเป็นเมซอนของยูกาวานั้นจริง ๆ แล้วไม่ใช่ (เราจะกล่าวถึงเงื่อนไขพื้นฐานของอนุภาคที่จะเป็นเมซอนได้ในหัวข้อที่ 4) มันกลับมีส่วนในอันตรกิริยาอ่อน (weak interaction) กับอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าและปัจจุบันนี้เรียก มิวออน (muon) หรือมิว – เมซอน
สูตรการหาสมการ
R=r0A1/3 |
โดย A คือเลขมวล
R คือรัศมีของนิวเคลียส
r0 คือรัศมีของนิวเคลียสไฮโดรเจน(โปรตอน)
R คือรัศมีของนิวเคลียส
r0 คือรัศมีของนิวเคลียสไฮโดรเจน(โปรตอน)
ตัวอย่าง ถ้ามวลของนิวคลีออนมีค่า 1.67x10-27kg และให้r0 = 1.3 x 10-15 m จงหาความหนาแน่นของนิวคลีออน ( หน่วย kg/m3 )
วิธีทำ จากสูตรหารัศมีของนิวเคลียส ; R = r0 A1/3
รัศมีของนิวคลีออน ; R = r0A1/3 = r0
= 1.3x10-15 m
รัศมีของนิวคลีออน ; R = r0A1/3 = r0
= 1.3x10-15 m
ดังนั้น ปริมาตรของนิวคลีออน ; V = = x x (1.3x10-27)3
= 9.2 x10-45 m3
ดังนั้น ความหนาแน่นของนิวคลีออน ; p = =
= 9.2 x10-45 m3
ดังนั้น ความหนาแน่นของนิวคลีออน ; p = =
= 1.82 x 1018 kg/m3
****เอกสารอ้างอิง http://www.sripatum.ac.th/online/physics5http://www.doodaw.com/articlehttp://classroom.psu.ac.thhttp://www.rsu.ac.th/science/physicsคู่มือเตรียมสอบฟิสิกส์ ระบบแอดมิชชั่น O-NET และ A-NET
ความคิดเห็น
ขอบคุณครับ
^^