ตัวอย่างคำถามฟิสิกส์นิวเคลียร์ 9 ข้อ เกี่ยวกับปฏิกิริยาฟิวชันและพลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอม
1. สังเกตปฏิกิริยาฟิวชั่นนิวเคลียร์ต่อไปนี้:
1H2 + 1H3 → 2He4 + 0n1 + E
ถ้ามวล 1H2 = 2,014 amu, มวล 1H3 ถ้ามวลของอนุภาคอัลฟาเท่ากับ 3,016 amu มวลของอนุภาคอัลฟาเท่ากับ 4,0026 amu และมวลของนิวตรอนเท่ากับ 1,0084 amu พลังงานที่ผลิตได้คือ…. (1 amu เท่ากับ 931 MeV)
A. 18,62 MeV
B. 17,69 MeV
C. 16,76 MeV
ง. 15,73 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E. 14,89 MeV
การอภิปราย
มวลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์:
มวลของสารตั้งต้น (ม.)สารตั้งต้น) = 2,014 วินาที + 3,016 วินาที = 5,03 วินาที
มวลของผลิตภัณฑ์ (ม.)produk) = 4,0026 วินาที + 1,0084 วินาที = 5,011 วินาที
มวลที่สูญเสียไปในระหว่างปฏิกิริยา:
Δm = mสารตั้งต้น - เมตรproduk
Δm = 5,03 สม่า – 5,011 สม่า
Δm = 0,019 sma
มวลที่สูญเสียไปในปฏิกิริยาฟิวชันคือ 0,019 amu
1 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 931 MeV 0,019 amu เทียบเท่ากับ 0,019 x 931 MeV = 17,689 MeV = 17,69 MeV
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
2. โปรดสังเกตปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อไปนี้!
6C13 + 1H2 → 6C14 + 1H1 + พลังงาน
ถ้าทราบมวลของนิวเคลียส:
6C13 = 13,0033 sma
1H2 = 2,0141 sma
6C14 = 14,0030 sma
1H1 = 1,0078 sma
ถ้ามวล 1 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 931 MeV ดังนั้นพลังงานที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยานิวเคลียร์คือ...
A. 5.5860 MeV
B. 6.1446 MeV
C. 6.1412 MeV
ง. 6.2320 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E. 6.2377 MeV
การอภิปราย
มวลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์:
มวลของสารตั้งต้น (ม.)สารตั้งต้น) = 13,0033 วินาที + 2,0141 วินาที = 15,0174 วินาที
มวลของผลิตภัณฑ์ (ม.)produk) = 14,0030 วินาที + 1,0078 วินาที = 15,0108 วินาที
มวลที่สูญเสียไปในระหว่างปฏิกิริยา:
Δm = สารตั้งต้น – ผลิตภัณฑ์
Δm = 15,0174 สม่า – 15,0108 สม่า
Δm = 0,0066 sma
มวลที่สูญเสียไปในปฏิกิริยานิวเคลียร์คือ 0,0066 amu
1 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 931 MeV 0,0066 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 0,0066 x 931 MeV = 6,1446 MeV
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
3. โปรดสังเกตปฏิกิริยาฟิวชั่นต่อไปนี้!
เป็นที่ทราบกันว่า:
มวล 1H1 = 1,0078 sma
มวล 1d2 = 2,01410 sma
มวล = 0,00055 amu
1 amu = 931 MeV
ค่าของ E (พลังงานที่ผลิตได้) ในปฏิกิริยาฟิวชันคือ…
A. 0,44 MeV
B. 0,88 MeV
C. 0,98 MeV
ง. 1,02 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E. 1,47 MeV
การอภิปราย
มวลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ :
มวลของสารตั้งต้น (ม.)สารตั้งต้น) = 1,0078 วินาที + 1,0078 วินาที = 2,0156 วินาที
มวลของผลิตภัณฑ์ (ม.)produk) = 2,01410 วินาที + 0,00055 วินาที = 2,01465 วินาที
มวลที่สูญเสียไปในระหว่างปฏิกิริยา :
Δm = mสารตั้งต้น - เมตรproduk
Δm = 2,01560 สม่า – 2,01465 สม่า
Δm = 0,00095 sma
มวลที่สูญเสียไปในปฏิกิริยาฟิวชันคือ 0,00095 amu
1 sma เทียบเท่ากับ Energi มากถึง 931 MeV 0,00095 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 0,00095 x 931 MeV = 0,88445 MeV
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
ข้อสังเกต:
Amu = หน่วยมวลอะตอม
MeV = เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (หน่วยของพลังงาน)
4. มวลแกนกลาง 4Be9 มวลของอะตอมคือ 9,0121 amu, มวลของโปรตอนคือ 1,0078 amu และมวลของนิวตรอนคือ 1,0086 amu ถ้า 1 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 931 MeV ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอมคือ 4Be9 เป็น…
A. 51,39 MeV
B. 57,82 MeV
C. 62,10 MeV
ง. 90,12 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E. 90,74 MeV
การอภิปราย
มวลของอะตอมไม่เท่ากับมวลรวมของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่ประกอบกันเป็นอะตอม เมื่อโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างอะตอม อะตอมที่ได้จะมีมวลน้อยกว่าผลรวมของมวลทั้งหมดของโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นอะตอม เนื่องจากมีการสูญเสียมวลไปบางส่วน มวลที่สูญเสียไปนั้นเทียบเท่ากับพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการก่อตัวของอะตอม ในทางกลับกัน ต้องใช้พลังงานเท่ากับพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการก่อตัวของอะตอมเพื่อแยกอะตอมออกจากกันจนกระทั่งโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่ประกอบกันเป็นอะตอมแยกออกจากกัน พลังงานจำนวนนี้เท่ากับ... พลังงานยึดเหนี่ยวอะตอม.
เป็นที่รู้จัก :
จำนวนโปรตอน = 4
จำนวนนิวตรอน = 9 – 4 = 5
มวลแกนกลาง 4Be9 = 9,0121 sma
มวลของโปรตอน = 1,0078 amu
มวลนิวตรอน = 1,0086 amu
1 amu เทียบเท่ากับพลังงาน 931 MeV
ถาม พลังงานยึดเหนี่ยวอะตอม 4Be9
จาวาบ :
มวลของโปรตอนและนิวตรอน :
มวลของโปรตอนทั้งหมด = 4 x 1,0078 amu = 4,0312 amu
มวลของนิวตรอนทั้งหมด = 5 x 1,0086 amu = 5,043 amu
มวลของโปรตอนและนิวตรอน = 4,0312 amu + 5,043 amu = 9,0742 amu
สูญหายจำนวนมาก :
มวลของโปรตอนและนิวตรอน – มวลของนิวเคลียส = 9,0742 amu – 9,0121 amu = 0,0621 amu
พลังงานที่ปล่อยออกมา = พลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอม :
0,0621 amu x 931 MeV = 57,82 MeV
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.
คำอธิบาย: sma = หน่วยมวลอะตอม, sMeV = เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (หน่วยพลังงาน)
5. นิวเคลียสอะตอมของยูเรเนียม 92U238 = 238,0508 amu มวลโปรตอน (m)p) = 1,0078 amu มวลนิวตรอน (mn) = 1.0086 sma (1 sma = 931 MeV) ดังนั้นพลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอมยูเรเนียมคือ 92U238 เป็น…
A. 9271,76 MeV
B. 2830,50 MeV
C. 2399,73 MeV
ง. 1922,24 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์
E. 1789,75 MeV
การอภิปราย
เป็นที่รู้จัก :
จำนวนโปรตอน = 92
จำนวนนิวตรอน = 238 – 92 = 146
มวลแกนกลาง = 238,0508 amu
มวลของโปรตอน = 1,0078 amu
มวลนิวตรอน = 1.0086 amu
ถาม พลังงานยึดเหนี่ยวอะตอม 4Be9
จาวาบ :
มวลของโปรตอนและนิวตรอน :
มวลของโปรตอนทั้งหมด = 92 x 1,0078 amu = 92,7176 amu
มวลของนิวตรอนทั้งหมด = 146 x 1,0086 amu = 147,2556 amu
มวลของโปรตอนและนิวตรอน = 92,7176 amu + 147,2556 amu = 239,9732 sma
สูญหายจำนวนมาก :
มวลของโปรตอนและนิวตรอน – มวลของนิวเคลียส = 239,9732 amu – 238,0508 amu = 1,9224 amu
พลังงานที่ปล่อยออกมา = พลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอม :
1,9224 amu x 931 MeV = 1789,75 MeV
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
6. ประโยชน์ของไอโซโทปรังสีต่อสิ่งมีชีวิต ได้แก่:
(1) ใช้เป็นตัวบ่งชี้การรั่วไหลของท่อ
(2) เพื่อใช้แทนเครื่องมือผ่าตัด
(3) สารกันบูดในอาหาร
(4) อุ่นอาหารได้อย่างรวดเร็ว
ประโยคที่ถูกต้องคือ…
ก. (1), (2) และ (3)
B. (1), (2) และ (4)
C. (2), (3) และ (4)
ง. (1) และ (3)
E. (2) และ (4)
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.
7. ข้อความต่อไปนี้:
(1) การรักษาด้วยรังสี
(2) การวัดปริมาณน้ำในดิน
(3) เป็นตัวติดตาม
(4) กำหนดอายุของฟอสซิล
การใช้ไอโซโทปรังสีในภาคสาธารณสุขคือ...
ก. (1). (2), (3) และ (4)
B. (1), (2) และ (3)
C. (1) และ (3)
ง. (2) และ (4)
E. (4)
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
8. ไอโซโทปรังสี C-14 สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ในด้านต่างๆ ดังนี้…
ก. การตรวจวัดการทำงานของต่อมไทรอยด์
ข. การรู้ถึงประสิทธิภาพของการทำงานของหัวใจ
ค. ทำลายเซลล์มะเร็ง
ง. การตรวจจับการปลอมแปลงเครื่องเซรามิก
E. การกำหนดอายุของฟอสซิล
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ E.
9. ไอโอดีน-131 ซึ่งเป็นไอโซโทปรังสี ถูกนำมาใช้โดยมนุษย์เพื่อ…
ก. การตรวจหาต่อมไทรอยด์
ข. ตรวจหาโรคกระดูก
ค. ทำลายเซลล์มะเร็ง
ง. การกำหนดอายุของฟอสซิล
E. ตรวจสอบวัสดุโดยไม่ทำให้เสียหาย
การอภิปราย
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.
ที่มาของคำถาม:
ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา
