ฟิสิกส์

แบบฝึกหัดเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์

สร้างเมื่อ 26 เม.ย. 2555 11:27:29

ระดับม.6
6,278 view

หน้าแรกบทเรียน

หน้าหมวดวิชา

Facebook

โจทย์แบบฝึกหัดบทที่ 20
คำถาม

1. ในการศึกษาการแผ่รังสีเอกซ์ แบ็กเกอเรลใช้สารประกอบของยูเรเนียมทำการทดลองอย่างไรบ้าง

2. เพราะเหตุใดฟิล์มถ่ายรูปที่แบ็กเกอเรลทิ้งไว้ในลิ้นชักซึ่งมีสารประกอบของยูเรเนียมด้วย จึงปรากฏสีดำเข้มกว่าฟิล์มที่นำไปรับแสงอาทิตย์

3. แบ็กเกอเรลทราบได้อย่างไรว่า รังสีที่ปล่อยออกมาจากสารประกอบของยูเรเนียมไม่ใช่รังสีเอกซ์

4. ทำไมเราถึงทราบว่ารังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมามีประจุไฟฟ้าบวก ลบ และไม่มีประจุไฟฟ้าตามลำดับ

5. ข้อใดเป็นสมบัติของรังสีแอลฟา บีตา และแกมมา

ก. มีอำนาจทะลุทะลวงสูงสุด

ข. มีความสามารถทำให้แก๊สแตกตัวเป็นไอออนได้ดี

ค. ต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นมากในการกั้นรังสีชนิดนั้น

ง. ไม่เบี่ยงเบนเมื่อผ่านเข้าในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก

จ. เมื่อเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก แนวการเคลื่อนที่จะเป็นแนวโค้ง

ฉ. อัตราส่วนระหว่างประจุไฟฟ้าต่อมวลมีค่ามากที่สุด

6. ในนิวเคลียสต่อไปนี้ มีจำนวนโปรตอน นิวตรอน และนิวคลีออนอย่างละเท่าใด

นิวเคลียส	จำนวนโปรตอน	จำนวนนิวตรอน	จำนวนนิวคลีออน
$\displaystyle {}_1^1 H$ $\displaystyle {}_1^2 H$ $\displaystyle {}_2^4 He$ $\displaystyle {}_3^7 Li$ $\displaystyle {}_6^{13}$ $\displaystyle {}_{82}^{206} Pb$ $\displaystyle {}_{82}^{208} Pb$ $\displaystyle {}_{90}^{234}Th$ $\displaystyle {}_{92}^{238} U$

7. อนุภาคแอลฟาประกอบด้วยอนุภาคใดบ้าง

8. ธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งสลายให้รังสีบีตา ธาตุใหม่ที่ได้มีเลขอะตอม และเลขมวลเปลี่ยนไปจากธาตุเดิมเท่าใด

9. นิวเคลียสของธาตุชนิดหนึ่ง คือ $\displaystyle {}_Z^A X$ เมื่อสลายให้รังสีแกมมาแล้ว นิวเคลียสของธาตุนั้นจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างนิวเคลียสที่หายไป (N) กับเวลา (t) คือข้อใด

10. อนุภาคที่ได้จากการสลายตัวของ $\displaystyle {}_6^{14} C$ เป็น $\displaystyle {}_7^{14} N$ คืออะไร

11. เมื่อนิวเคลียสของเรเดียม -226 สลายตัวเป็นนิวเคลียสของเรดอน -222 จะให้รังสีชนิดใด

12. เมื่อนิวเคลียสของบิสมัท -210 สลายให้รังสีบีตา นิวเคลียสของบิสมัท -210 จะเปลี่ยนไปเป็นนิวเคลียสของธาตุใด

13. มีธาตุกัมมันตรังสี 3 ชนิด A B และ C ครึ่งชีวิตของ A มากกว่าครึ่งชีวิตของ B และครึ่งชีวิต B มากกว่าครึ่งชีวิตของ C ที่เวลาเริ่มต้นธาตุทั้ง 3 มีจำนวนนิวเคลียสเท่ากันคือ $\displaystyle N_0$

รูป 20.24 สำหรับแบบฝึกหัดข้อ 13

14. ในการทดอุปมาอุปมัยการทอดลูกเต๋ากับการสลายของธาตุกัมมันตรังสีโดยใช้ลูกเต๋า 6 หน้าและมีหน้าที่แต้มสีไว้ 2 หน้า เมื่อเขียนกราฟระหว่างจำนวนลูกเต๋าที่เหลือกับจำนวนครั้งที่ทอดจะได้กราฟ A ถ้าลูกเต๋านั้นแต้มสีไว้เพียงหน้าเดียว กราฟที่ได้จะเป็น B หรือ C

รูป 20.25 กราฟสำหรับแบบฝึกหัดข้อ 14

15. จากปฏิกิริยานิวเคลียร์

$\displaystyle {}_2^4 He + {}_4^9 Be \to {}_6^{12} C + x$ X คืออะไร

17. จากการสลายของธาตุกัมมันตรังสี จงพิจารณาข้อความต่อไปนี้ ว่าข้อใดถูกต้อง

ก. ธาตุกัมมันตรังสีเมื่อสลายเป็นธาตุใหม่ ธาตุใหม่นี้อาจเป็นธาตุกัมมันตรังสีหรือธาตุเสถียรก็ได้

ข. ขณะที่มีการสลาย อนุภาคแอลฟา บีตา และรังสีแกมมาจะถูกปล่อยมาพร้อมกัน

ค. อนุภาคและรังสีที่ปล่อยออกมาทุกชนิดจะเบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก

ง. ธาตุที่เกิดหลังจากการสลายจะมีเลขอะตอมลดลง

18. จงเติมนิวเคลียสที่เหมาะสมในวงเล็บ เพื่อทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์สมบูรณ์

               ก. $\displaystyle {}_5^{10} B + {}_2^4 He \to \left( {} \right) + {}_1^1 H$
              ข. $\displaystyle {}_{11}^{23} Na + {}_2^4 He \to \left( {} \right) + {}_1^1 H$
              ค. $\displaystyle \left( {} \right) + {}_2^4 He  \to {}_{17}^{35} Cl + {}_1^1 H$
              ง. $\displaystyle \left( {} \right) + {}_2^4 He  \to {}_{20}^{40} Ca + {}_1^1 H$
             จ. $\displaystyle {}_4^9 Be + {}_1^1 H  \to {}_2^4 He + \left( {} \right)$
             ฉ. $\displaystyle {}_4^9 Be + {}_1^1 H  \to \left( {} \right) + {}_1^2 H$

ปัญหา

1. เรเดียม - 226 มีจำนวน $\displaystyle 2.66x10^{21}$ อะตอม มีครึ่งชีวิต 1600 ปี จงคำนวณหาอะตอมของเรเดียมที่เหลืออยู่เมื่อเวลาผ่านไป 8000 ปี

2. ในการทดลองอุปมาอุปมัยการทอดลูกเต๋ากับการสลายของธาตุกัมมันตรังสี ถ้าลูกเต๋ามี 20 หน้า และหน้าที่แต้มสี 3 หน้า

ก. จงหาโอกาสที่ลูกเต๋าจะหงายหน้าที่แต้มสีไว้

ข. ถ้าใช้ลูกเต๋าเดียวกันนี้ จำนวน 200 ลูก มาทดลอง แล้วคัดลูกเต๋าที่หงายหน้าแต้มสีออก จงหาจำนวนครั้งของการทอดที่ทำให้ลูกเต๋าเหลือ 50 ลูก

3. ฟอสฟอรัส -32 มีครึ่งชีวิต 14 วัน จะต้องใช้เวลานานเท่าใด จึงจะเหลือฟอสฟอรัส 25%

4. สารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่งสลายโดยมีปริมาณลดลง 10% ในเวลา 10 ปี อยากทราบว่าอีก 10 ปีถัดไป จะมีสารกัมมันตรังสีสลายไปอีกกี่เปอร์เซ็นต์จากปริมาณเริ่มต้น

5. เรเดียม -226 มีครึ่งชีวิต 1600 ปี จะต้องใช้เวลานานเท่าใดจึงจะสลายไป 15/16 เท่าของเรเดียมที่มีอยู่เดิม

6. ทริเทียม $\displaystyle {}_1^3 H$ เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 12.5 ปีได้ สลายให้อนุภาคบีตา
ก. หลังจาก $\displaystyle {}1^3 H$ สลายแล้วจะกลายเป็นธาตุอะไร
ข. เมื่อเวลาผ่านไป 25 ปี จะเหลือ $\displaystyle {}1^3 H$ กี่เปอร์เซ็นต์ของปริมาณเดิม9. ในการทดลองหาครึ่งชีวิตของสารกัมมันตรังสี โดยตรวจนับกัมมันตภาพ ได้ผลการทดลองดังข้อมูลในตาราง ครึ่งชีวิตมีค่าเท่าใดโดยประมาณา

7. ถ้า $\displaystyle {}_{82}^{214} Pb$ มีมวล $\displaystyle 3x10^{-14}$ กิโลกรัม และมีกัมมันตภาพ 1 มิลลิคูรี จงหาค่าคงตัวการสลาย

8. ธาตุกัมมันตรังสี x มีอะตอมที่พร้อมสลาย $\displaystyle 8x10^{13}$ อะตอม และมีครึ่งชีวิต 10 ปี ได้สลายเป็นธาตุ y ที่เสถียร หลังจากเริ่มสลายไปแล้ว 30 ปี สาร x และสาร y จะมีจำนวนอะตอมเป็นเท่าใด
จำนวนอะตอมของสาร x  จำนวนอะตอมของสาร y
                   ก. $\displaystyle 4x10^{13}$    $\displaystyle 4x10^13$
                    ข. $\displaystyle 1x10^{13}$    $\displaystyle 7x10^13$
                   ค. $\displaystyle 1x10^6$    0
                   ง. 0     $\displaystyle 8x10^6$

เวลานับจากเริ่มต้น (นาที)

กัมมันตภาพที่นับได้

(ต่อวินาที)

116

ก. 4 นาที

ข. 6 นาที

ค. 8 นาที

ง. 10 นาที

10. $\displaystyle {}1^3 H$ มวล 1 กิโลกรัม สลายให้อนุภาคแอลฟา โดยมีครึ่งชีวิต $\displaystyle 4.5x10^9$ ปี จงหากัมมันตภาพของธาตุนี้

11. จงคำนวณหารัศมีของนิวเคลียสต่อไปนี้โดยให้ $\displaystyle r_0$ เท่ากับ $\displaystyle 1.4x10^{-15}$ เมตร
ก. $\displaystyle {}_{48}^{112} Cd$
ข. $\displaystyle {}_{92}^{238} U$

12. ถ้ามวลอะตอมของ    $\displaystyle {}_{20}^{40} Ca$ เท่ากับ 39.9751 u จงคำนวณหา
                     ก. พลังงานยึดเหนี่ยวของ $\displaystyle {}_{20}^{40} Ca$
                    ข. พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน $\displaystyle {}_{20}^{40} Ca$

13. จงคำนวณหาความหนาแน่นของนิวเคลียส $\displaystyle {}_{13}^{27} Al$ โดยให้ $\displaystyle r_0$ เท่ากับ $\displaystyle 1.4x10^{-15}$    เมตรและอะลูมิเนียมมีมวลอะตอมเท่ากับ 27.0 u จากนั้นจงเปรียบเทียบผลที่คำนวณได้กับความหนาแน่นของโลหะอลูมิเนียมซึ่งมีค่าเท่ากับ 2.7 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

14. จงคำนวณพลังงานที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อไปนี้ $\displaystyle {}_7^{14} N + {}_1^2 H \to {}_7^{15}H + {}_1^1 H$
กำหนดมวลอะตอม $\displaystyle {}_7^{14} N  =  14.003074 u$
$\displaystyle {}_1^2 H   =  2.014102 u$
$\displaystyle {}_7^{15} N  =  15.000108 u$
$\displaystyle {}_1^1 H   =  1.007825 u$

15. ในปฏิกิริยาฟิชชันของ $\displaystyle {}_{92}^{235} U$ ที่มีการจับนิวตรอน นิวเคลียสที่เกิดจากฟิชชัน คือ $\displaystyle {}_{57}^{139} La$ และ $\displaystyle {}_{42}^{95} Mo$ ซึ่งอาจเขียนเป็นสมการได้ดังนี้
$\displaystyle {}_{92}^{235} U + {}_0^1 n \to {}_{57}^{139} La + {}_{42}^{95} Mo + 2\left( {{}_0^1 n} \right) + 7\left( {{}_{ - 1}^0 e} \right)$
ถ้ามวลอะตอมของ $\displaystyle {}_{57}^{139} La$ และ $\displaystyle {}_{92}^{235} U$ เท่ากับ 138.8061, 94.9057 และ 235.0439 u ตามลำดับ จงคำนวณว่ามีพลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจากฟิชชันนี้เท่าใด (ให้ถือว่ามวลของอนุภาคบีตาทั้งเจ็ดนี้มีค่าน้อยมากจนไม่ต้องนำมาคิด)

16. เมื่อนิวเคลียส $\displaystyle {}_{92}^{235} U$ เกิดฟิชชันจะให้พลังงานประมาณ 200 MeV จงคำนวณว่าจะต้องเกิดปฏิกิริยาฟิชชันจำนวนเท่าใดใน 1 วินาทีจึงจะได้กำลัง 10 เมกะวัตต์จูล/วินาที มวลของดวงอาทิตย์จะลดลงในอัตราเท่าใด

17. ปฏิกิริยาฟิวชันในดวงอาทิตย์เปลี่ยนไฮโดรเจนจำนวนมากให้เป็นฮีเลียม ในกรนี้จะมีพลังงานโดยแผ่ออกมาทุกวินาที ถ้าพลังงานที่แผ่ออกมาเท่ากับ $\displaystyle 3.90x10^{26}$

16. ยิงนิวตรอนพุ่งชนอะตอมของ $\displaystyle {}_{92}^{235} U$ ทำให้นิวเคลียส $\displaystyle {}_{92}^{235} U$ แตกตัวเป็น $\displaystyle {}_{54}^{139} Xe$     1 อะตอม และ $\displaystyle {}_{38}^{94} Sr$ 1 อะตอม อนุภาคที่เกิดจากปฏิกิริยานี้คือข้อใด
                         ก. $\displaystyle 2{}_0^1 n$
                          ข. $\displaystyle 3}_0^1 n$
                          ค. $\displaystyle {}_2^4 He$
                          ง. $\displaystyle {}_1^1 H$

บทเรียนที่เกี่ยวข้อง

	การพบกัมมันตภาพรังสี
	การเปลี่ยนสภาพนิวเคลียส
	การสลายของนิวเคลียสกัมมันตรังสี
	ไอโซโทป
	เสถียรภาพของนิวเคลียส
	ปฏิกิริยานิวเคลียร์
	ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสีและพลังงานนิวเคลียร์
	กัมมันตภาพรังสีในธรรมชาติ อันตรายจากกัมมันตภาพรังสีและการป้องกัน
	แบบฝึกหัดเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์
	สัญญาณไฟฟ้า
	ตัวอย่างการนำความรู้ทางอิเล็กทรอนิกส์ไปใช้งานทางวิทยาศาสตร์การแปลงสัญญาณไฟฟ้าแบบอนาลอกให้เป็นแบบดิจิตอล