Page 13 - ฟิสิกส์นิวเคลียร์

12
20.5 เสถียรภาพของนิวเคลียส

จากสมมติฐานเรื่องโครงสร้างของนิวเคลียส ท าให้ทราบ องค์ประกอบของนิวเคลียส คือ โปรตอน

้
และนิวตรอน ปัญหา คือ เหตุใดอนุภาคเหล่านี้จึงรวมกันอยู่เป็นนิวเคลียสได้ทั้งๆ ที่มีแรงผลักทางไฟฟาระหว่าง
โปรตอน และมีแรงอะไรในนิวเคลียสที่ยึดอนุภาคเหล่านี้ไว้

20.5.1 แรงนิวเคลียร์

การทดลองเรื่องการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาโดยรัทเทอร์ฟอร์ดท าให้ทราบว่า นิวเคลียสมีประจุ
้
ไฟฟ้าบวก ยังพบว่าอนุภาคแอลฟาสามารถเขาใกล้นิวเคลียสของทองค าได้มากที่สุดที่ระยะ 3 × 10 −14 เมตร
เพราะมีแรงระหว่างไฟฟ้าผลักอนุภาคแอลฟาไว้ นักฟิสิกส์จึงไม่สามารถหาขนาดแท้จริงของนิวเคลียสจากการ

ทดลองนี้ได้ การที่จะให้อนุภาคเคลื่อนที่ถึงนิวเคลียสได้นั้น อนุภาคที่ใช้ต้องไม่มีประจุไฟฟ้า และจากการ
ทดลองของนักวิทยาศาสตร์หลายวิธีสามารถสรุปได้ว่า นิวเคลียสมีลักษณะเป็นทรงกลม และขนาดของ

นิวเคลียสขึ้นอยู่กับจ านวนนิวคลีอออนในนิวเคลียส ดังนี้

ถ้าให้ เป็นรัศมีของนิวเคลียสที่มีเลขมวล

1 3
⁄
จะได้ ∝
หรือ =
⁄
1 3
0
ท าให้ทราบว่า ไฮโดรเจนมีเลขมวล 1 มีรัศมีของนิวเคลียสเท่ากับ 1.2 × 10 −15 เมตร ส่วนทองท ามี
เลขมวล 197 รัศมีของนิวเคลียสเท่ากับ 7.0 × 10 −15 เมตร จะได้ว่า รัศมีของนิวเคลียสทั้งหลายมี
ค่าประมาณ 10 −15 เมตร ดังนั้นนิวเคลียสจึงมีขนาดเล็กกว่าอะตอมประมาณแสนเท่า

นิวเคลียสมีขนาดเล็กมาก ท าให้โปรตอนกับโปรตอนในนิวเคลียสอยู่ใกล้กันมากเป็นผลให้แรงผลัก
ไฟฟ้าระหว่างโปรตอนกับโปรตอนในนิวเคลียสมีค่าสูงมาก แรงยังมีค่ามากกว่าแรงดึงดูดระหว่างมวลมาก

ดังนั้น การที่นิวคลีออนสามารถยึดกันอยู่ในนิวเคลียสได้จะต้องมีแรงดึงดูดอีกประเภทหึ่งกระท าระหว่าง

นิวคลีออน แรงดังกล่าวนี้ต้องเป็นแรงดึงดูดและมีค่ามากกว่าแรงผลักระหว่างประจุไฟฟา แรงนี้เรียกว่า
้
แรงนิวเคลียร์ (nuclear force)

พิจารณาความหนาแน่นของนิวเคลียส เนื่องจากนิวเคลียสมีรัศมีประมาณ 10 −15 เมตร หรือม ี
ปริมาตรประมาณ 10 −45 ลูกบาศก์เมตร และมีมวลประมาณ 10 −75 กิโลกรัม ดังนั้นความหนาแน่นของ

นิวเคลียสจะมีค่าประมาณ 10 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ความหนาแน่นเมื่อเทียบกับความหนาแน่สูงสุด
18
ของออสเมียม เป็นธาตุที่มีความหนาแน่นมากที่สุด คือ 2.25 × 10 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร จะเห็นว่า
4
ความหนาแน่นของนิวคลีออนในนิวเคลียสอัดตัวกันอยู่อย่างหนาแน่นมาก ดังนั้นแรงนิวเคลียร์ต้องมีคา
่
มหาศาล