1 แรงนิวเคลียร์
นิวเคลียสมีลักษณะเป็นทรงกลม ขนาดของนิวเคลียสขึ้นอยู่กับจำนวนนิวคลีออนในนิวเคลียส นิวคลีออน คือ จำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสนั่นเอง
ถ้าให้ เป็นรัศมีของนิวเคลียสที่มีเลขมวล
จะได้
หรือ
เมื่อ แทน รัศมีของนิวเคลียส
แทน เลขมวลของนิวเคลียส
ในปัจจุบันยังวัดได้ไม่แน่นอน แต่พอจะประมาณได้ว่ามีค่าตั้งแต่ 1.2 ×10-15 เมตร ถึง 1.5 ×10-15 เมตร (ค่า 1.2 × 10-15 เมตร เป็นค่ารัศมีนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน)
แรงนิวเคลียร์ เป็นแรงที่ยึดนิวคลีออนไว้ด้วยกันที่ นิวเคลียสแรงนี้มีค่ามากพอที่จะต้านแรง ผลักระหว่างประจุไฟฟ้า ของนิวคลีออน ซึ่งมีค่าสูงมาก เนื่อง จากนิวเคลียสมีขนาดเล็กมากนั่นเอง ขณะเดียวกันความหนาแน่นของนิวเคลียส มีค่าประมาณ 1018 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ในขณะที่ ความหนาแน่น ของธาตุที่มีความหนาแน่นมากที่สุด (ธาตุออสเมียม) มีค่าเท่ากับ 2 × 1014 กิโลกรัม ต่อลูกบาศก์เมตร เปรียบเทียบกันจะเห็นว่า นิวคลีออน ในนิวเคลียสอยู่อย่างหนาแน่นมาก แรงนิวเคลียร์จึงเป็นแรงที่มีค่าสูงมาก
2 พลังงานยึดเหนี่ยว
พลังงานยึดเหนี่ยว คือ พลังงานที่ยึดนิวคลีออนไว้ด้วยกัน ในนิวเคลียสการที่จะกระทำ ให้นิวคลีออนแยกตัวออกจากกันต้องให้พลังงานแก่นิวเคลียสเท่ากับ พลังงานยึดเหนี่ยว เป็นต้นว่า ธาตุดิวเทอเรียมประกอบด้วย โปรตอน 1 ตัวกับนิวตรอน 1 ตัว เมื่อให้ รังสีแกมมาพลังงาน 2.22 MeV กระทบนิวเคลียสของธาตุดิวเทอเรียม ผลก็คือ ได้โปรตอนกับนิวตรอน ออกมาจากนิวเคลียสธาตุ ดิวเทอเรียมแสดงว่านิวเคลียส ของธาตุดิวเทอเรียมมีพลังงานยึดเหนี่ยว 2.22 MeV สรุปว่านิวเคลียส ของธาตุทุกชนิดมีโปรตอนอยู่รวมกันได้ทั้ง ๆ ที่เกิดแรงผลักกันอย่างมหาศาล ตามกฎของคูลอมบ์ ก็ เนื่องจากมวลนิวเคลียสน้อยกว่าผลรวมของมวลโปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบด้วยกันเป็นนิวเคลียส
มวลพร่อง (Mass Defect = )
มวลพร่อง คือ ผลต่างของมวลรวมโปรตอนและนิวตรอน กับมวลของนิวเคลียส มวลนี้สามารถ เปลี่ยน เป็นพลังงานได้ตามหลักของไอน์สไตน์ ค่าพลังงานที่ได้เป็นพลังงานยึดเหนี่ยว โปรตรอนและ นิวตรอนไว้ในนิวเคลียส
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวกับเลขมวล
รูปที่ 8 กราฟระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวกับเลขมวล
ลักษณะกราฟในรูปที่ 8 เกือบเป็นเส้นตรง ประมาณได้ว่า พลังงานยึดเหนี่ยวแปรผันตรงกับ จำนวนนิวคลีออน ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน บอกให้ทราบว่านิวเคลียสมีเสถียรภาพมาก หรือน้อย เช่น
รูปที่ 9 ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนกับเลขมวล A
จากกราฟในรูปที่ 9 Fe - 56 มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนมากกว่า U-235 แสดงว่า Fe-56 เสถียรภาพสูงกว่า U-235 หากทำให้ Fe-56 แตกตัวเป็นโปรตอนกับนิวตรอนต้องใช้พลังงานต่อ นิวคลีออน มากกว่า U-235
ถ้าใช้ความสัมพันธ์ระหว่างมวล และ พลังงาน ของไอน์สไตน์ที่ว่า เมื่อ เป็นอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ เราสามารถหามวลพร่อง เทียบกับพลังงาน ดังนี้
หรือ
|