บทเรียน เรื่อง การสลายของธาตุกัมมันตรังสี

1. Radioactive decay
การสลายของธาตุกัมมันตรังสี

2. ทําไมธาตุกัมมันตรังสีจึงเกิดการสลาย

3. การสลายให้อนุภาคแอลฟา
- มักจะเกิดขึ้นกับอะตอมของธาตุหนักที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 83 ขึ้นไป
- หลังจากสลายให้อนุภาคแอลฟาแล้ว นิวคลีออนจะยังอยู่ในสถานะ
กระตุ้น จึงมีการปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมาเพื่อกลับสู่สถานะพื้น
คือ นิวเคลียสเริ่มต้น
คือ อนุภาคแอลฟา
คือ นิวเคลียสใหม่

4. การสลายให้อนุภาคแอลฟา (ต่อ)

5. การสลายให้อนุภาคบีตา
- เกิดขึ้นกับนิวไคลด์ที่มีนิวตรอนมากเกินไป (Neutron excess) ทําให้
เกิดความไม่สมดุลในนิวเคลียส
- นิวตรอนจะเปลี่ยนเป็นโปรตอน พร้อมทั้งให้บีตาและแอนตินิวทริโน
(⊽) ออกมา
การสลายให้อนุภาคบีตาจะทําให้นิวเคลียสลูกมีเลขอะตอมเพิ่มขึ้น 1

6. การสลายให้อนุภาคบีตา (ต่อ)

7. การสลายให้อนุภาคบีตาบวกหรือโพสิตรอน
- ปลดปล่อยจากนิวไคลด์ที่ไม่เสถียร เนื่องจากมีโปรตอนมากเกินไป
(proton excess)
- โปรตอนจะเปลี่ยนไปเป็นนิวตรอน พร้อมทั้งให้โพสิตรอนและ
นิวทริโน (v) ออกมา
สมการทั่วไปของการสลายให้อนุภาคโพสิตรอน แสดงได้ดังนี้

8. การสลายให้อนุภาคบีตาบวกหรือโพสิตรอน (ต่อ)
ตัวอย่างการสลายให้อนุภาคโพสิตรอน

9. การสลายให้รังสีแกมมา
- จะเกิดขึ้นพร้อม ๆ กับการสลายให้กัมมันตภาพรังสีชนิดอื่น โดย
นิวเคลียสใหม่จะอยู่ในสถานะกระตุ้นแล้วกลับสู่สถานะพื้นด้วย
การคายพลังงานออกมาเป็นรังสีแกมมา
- รังสีแกมมาที่ปลดปล่อยออกมามีค่าพลังงานได้หลายค่า
- การสลายให้รังสีแกมมานั้นไม่มีผลต่อเลขอะตอม และเลขมวล
ทั้งก่อนและหลังการสลาย

10. การสลายให้รังสีแกมมา (ต่อ)

11. อนุกรมการสลาย (Decay series)
เมื่อนิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีเกิดการสลายไปเป็นธาตุอื่น
แต่นิวเคลียสที่เกิดใหม่นั้นยังไม่เสถียร ก็จะเกิดการสลายต่อไป
เรื่อย ๆ จนกว่านิวเคลียสที่เกิดขึ้นใหม่จะเสถียร การสลายจึงจะหยุดลง
เรียกการสลายเช่นนี้ว่า อนุกรมการสลาย (Decay series)

12. อนุกรมทอเรียม
(Thorium series)

13. อนุกรมเนปทูเนียม
(Neptunium series)

14. อนุกรมยูเรเนียม
(Uranium series)

15. อนุกรมแอกทิเนียม
(Actinium series)

16. อนุกรมการสลาย (Decay series) (ต่อ)

17. อนุกรมการสลาย (Decay series) (ต่อ)
การสลายตัวของนิวเคลียสในอนุกรมกัมมันตรังสีต่าง ๆ จํานวนของ
นิวเคลียสเริ่มต้นจะเปลี่ยนไปเป็นนิวเคลียสตัวอื่นเรื่อย ๆ โดยนิวเคลียส
เก่าจะมีจํานวนลดลงเท่ากับจํานวนนิวเคลียสที่เกิดขึ้นใหม่

21. ข้อสอบแนว O-Net
จากแผนภาพแสดงบางส่วนของอนุกรมการสลายของนิวเคลียส
ธาตุหนัก ในที่นี้นิวเคลียส ก สลายเป็นนิวเคลียส ข และ นิวเคลียส ข
สลายเป็นนิวเคลียส ค ในระหว่างการสลายจากนิวเคลียส ก → ข → ค จะ
ปล่อยอนุภาคเรียงลําดับได้ตามข้อใด
1. อนุภาคแอลฟาและอนุภาคบีตาบวก
2. อนุภาคบีตาลบและอนุภาคแอลฟา
3. อนุภาคบีตาบวกและอนุภาคแอลฟา
4. อนุภาคแอลฟาและอนุภาคแกมมา
5. อนุภาคแอลฟาและอนุภาคบีตาลบ

22. ข้อสอบแนว O-Net

23. อัตราการสลายของธาตุกัมมันตรังสี
- การสลายของนิวเคลียสที่ไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไปจํานวน
ของนิวเคลียสจะค่อย ๆ ลดลง
- ไม่สามารถระบุได้ว่านิวเคลียสตัวใดจะสลายก่อนหรือหลัง
ทําการศึกษาโดยใช้หลักการทางสถิติและความน่าจะเป็น
- การสลายของนิวเคลียสจะพิจารณาจาก อัตราการสลายของ
ธาตุกัมมันตรังสี หรือเรียกว่า กัมมันตภาพ (Activity : A)
- เมื่อ จํานวนนิวเคลียสที่ไม่เสถียร (N) มีมาก จะส่งผลให้
อัตราการสลายของธาตุกัมมันตรังสี (A) มีมากเช่นกัน หรือ
เขียนได้ว่า

24. อัตราการสลายของธาตุกัมมันตรังสี (ต่อ)
กัมมันตภาพ 1 เบ็กเคอเรล (1 Bq = 1 s-1
) คือ จํานวนอนุภาคที่แผ่
ออกมา 1 อนุภาคใน 1 วินาที
กัมมันตภาพมีหน่วยเดิม คือ คูรี(curie : Ci)
โดย 1 คูรี = 3.70 x 1010
เบ็กเคอเรล

25. จํานวนนิวเคลียสที่เหลือ ( N )

26. กัมมันตภาพที่เหลือ ( A )

27. มวลที่เหลือ ( m )

28. กราฟความสัมพันธ์ระหว่างจํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่ (N) กับเวลา (t)
ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายไปจนมีปริมาณ
เหลืออยู่ครึ่งหนึ่งของปริมาณที่มีอยู่ในตอนเริ่มต้น

29. กราฟความสัมพันธ์ระหว่างจํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่ (N) กับเวลา (t)

30. กราฟความสัมพันธ์ระหว่างจํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่ (N) กับเวลา (t)
จะได้

31. กราฟความสัมพันธ์ระหว่างจํานวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่ (N) กับเวลา (t)
และ

36. กิจกรรมที่ 4.1 การเปรียบเทียบการทอดลูกเต๋า
กับการสลายของสารกัมมันตรังสี
จุดประสงค์
เพื่อศึกษาการสลายของสารกัมมันตรังสีเปรียบเทียบกับการทอดลูกเต๋า
ตัวอย่างตารางบันทึกผลการทดลอง

37. กิจกรรมที่ 4.1 การเปรียบเทียบการทอดลูกเต๋า
กับการสลายของสารกัมมันตรังสี (ต่อ)

41. กิจกรรมตรวจสอบการเรียนรู้
เรื่อง การสลายของธาตุกัมมันตรังสี