Page 26 - ฟิสิกส์นิวเคลียร์

25

ในปี พ.ศ. 2485 เฟร์มีเป็นนักฟิสิกส์คนแรกที่สามารถควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ โดย

ควบคุมจ านวนและพลังานของนิวตรอนที่ท าให้เกิดฟิชชัน เรียกอุปกรณ์ที่ผลิตพลังงานนิวเคลียร์ที่ควบคุมอัตรา
การเกิดฟิชชันและปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (nuclear reactor)

ส าหรับปฏิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียม พบว่า การแตกตัวของยูเรเนียมหนึ่งนิวเคลียสจะให้พลังงาน

ื่
นิวเคลียร์ประมาณ 200 MeV พลังงานที่ปล่อยออกมานับว่าสูงมากเมอเทียบกับปฏิกิริยานิวเคลียร์อื่นๆ ซึ่งให้
พลังงานเพียง 10-20 MeV เทานั้น ส าหรับการน าพลังงานนี้ไปใช้ในกรณีต่างๆ จะกล่าวในหัวข้อต่อไป

20.6.2 ฟิวชัน

เราทราบมาแล้วว่า ถ้าสามารถท าให้นิวเคลียสขนาดเล็กสองนิวเคลียสรวมกันเป็นนิวเคลียสขนาดใหญ่
ิ
ขึ้น พลังงานยึดเหนี่ยวจะมีค่าสูงขึ้น ปฏิกิริยาที่เกดจากการหลอมรวมนิวเคลียสของธาตุเบาสองธาตุ แล้วท าให้
เกิดนิวเคลียสที่หนักกว่าเดิม และมีการปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ออกมาเรียกว่า ฟิวชัน (fusion)
ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุด และปฏิกิริยาของฟิวชันของไฮโดรเจน คือ แหล่งก าเนิดพลังงานที่ส าคัญ

ของดวงอาทิตย์และดาวฤกษอื่นๆ โดยเฉพาะบนดวงอาทิตย์นั้นพบว่าประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็น
์
ี
ส่วนใหญ่ เมื่อโปรตอน 4 ตัว หลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม จะมการปล่อยพลังงานออกมาและการ
ิ
ปล่อยอนุภาคที่มีมวลเทากับอเล็กตรอนแต่มีประจุไฟฟ้า +1e เรียกว่า โพซิตรอน (positron) ออกมาด้วย
พลังงานนิเคลียร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิวชันนี้สูงถึง 26 MeV การเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวมีหลายขั้นตอน เขียนเป็น

สมการได้ดังนี้
0
4
1 1 H → He + 2 e + 26MeV
1
2
พลังงาน 26 MeV ค านวณได้จากมวลที่หายไปในปฏิกิริยา ข้อมูลนี้ท าให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่ามวลของ
ดวงอาทิตย์นั้นลดลงอย่างช้าๆ
บนโลกเรานั้น ฟิวชันของไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการเท่านั้น โดยการหลอมรวม

ดิวเทอรอนไปเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ดังปฏิกิริยาต่อไปนี้

2 1 H + H → H + H + 4.0MeV
3
2
1
1
1
1
2
3
1
2 1 He + H → He + n + 3.3MeV
2
1
0
ปฏิกิริยาทั้งสองนี้มีโอกาสเกิดขึ้นเท่าๆ กัน ในปฏิกิริยาแรกของฟิวชันของดิวเทอรอน2 ตัว จะให้
ทริทอน ส่วนปฏิกิริยาที่สองจะให้ฮีเลียม-3 เมื่อดิวเทอรอนวิ่งทริทอนที่เกิดจากปฏิกิริยาแรกหรือฮีเลียม-3 ของ
ปฏิกิริยาที่สอง จะเกิดฟิวชันได้เป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ดังสมการต่อไปนี้
3 1 H + H → He + n + 17.6MeV
1
4
2
o
1
2
1
4
4
3 2 He + H → He + H + 18.3MeV
1
2
2

ทริทอน คือ นิวเคลียสของธาตุทริเทียม ซึ่งเป็นไฮโซโทปหนึ่งของไฮโดรเจนที่ไม่มีในธรรมชาติมัน

จะสลายไปเป็นฮีเลียม-3 โดยให้รังสีบีตา ทริทอนมีครึ่งชีวิตโดยประมาณ 12 ปี