រូបវិទ្យានុយក្លេអ៊ែ

ស្រមៃថាមានឆ្នាំងសម្ពាធមួយដែលមានស្នាមប្រេះតូចមួយ ។ ទោះបីគ្មាននរណាប៉ះវា ចំហាយក៏នៅតែហូរចេញរាល់ពេល ។ អាតូមវិទ្យុសកម្មក៏ដូច្នេះ ៖ ស្នូលរបស់វាមិនស្ថិតលំនឹង ដូច្នេះវាបញ្ចេញភាគល្អិត ឬកាំរស្មីដោយខ្លួនឯង ។ ការបញ្ចេញនេះមិនអាស្រ័យនឹងសីតុណ្ហភាព សម្ពាធ ឬថាវានៅក្នុងសារធាតុរឹង រាវ ឬឧស្ម័នទេ ។ ដូច្នេះគេមិនអាច «បង្កើន» ឬ «បិទ» វិទ្យុសកម្មបានដោយកំដៅ ដោយចុចសម្ពាធ ឬដោយបន្ថែមសារធាតុគីមីឡើយ ។ នេះជាភាពខុសគ្នាធំរវាងបាតុភូតនុយក្លេអ៊ែ និងបាតុភូតគីមី ។

តាមសៀវភៅ ៖ វិទ្យុសកម្ម គឺជាបាតុភូតនុយក្លេអ៊ែកើតឡើងក្នុងណ្វៃយូអាតូម ដែលមានអំពើលើណ្វៃយូអាតូម ហើយមិនអាស្រ័យនឹងធម្មជាតិនៃសម្ព័ន្ធគីមីរវាងអាតូមនិងអាតូម ព្រមទាំងមិនអាស្រ័យនឹងការចែករាយធាតុ (រឹង រាវ និងឧស្ម័ន) សីតុណ្ហភាព ឬសម្ពាធទេ ។

ប្រភពវិទ្យុសកម្មអាចបញ្ចេញភាគល្អិត និងកាំរស្មី $\gamma$ (កាំរស្មីនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិច ដែលមានធម្មជាតិដូចពន្លឺ) ។ ភាគល្អិត និងកាំរស្មីដែលណ្វៃយូអាតូមបានបញ្ចេញមានបីប្រភេទ ៖ $\alpha$, $\beta$ និងកាំរស្មី $\gamma$ ។

ស្រមៃផ្ទះមួយ ។ លេខផ្ទះប្រាប់ថាផ្ទះនោះនៅផ្លូវណា — នោះជាធាតុគីមីអ្វី ។ ចំនួនមនុស្សសរុបក្នុងផ្ទះប្រាប់ថាផ្ទះនោះធំប៉ុណ្ណា — នោះជាចំនួននុយក្លេអុង ។ ចំនួនកុមារ គឺចំនួនមនុស្សសរុបដកចំនួនមនុស្សធំ ។ ក្នុងស្នូល ៖ នុយក្លេអុង = ប្រូតុង + ណឺត្រុង ដូច្នេះ $N=A-Z$ ។

• ចំនួនម៉ាស $A$ ៖ ជាចំនួននុយក្លេអុងរបស់ល្បី (ប្រូតុង + ណឺត្រុង) ។
• ចំនួនបន្ទុក $Z$ ៖ ជាចំនួនប្រូតុងរបស់ល្បី; វាក៏ជាលេខលំដាប់អាតូម ដែលស្មើនឹងចំនួនអេឡិចត្រុងនៃអាតូមណឺត ។
• ចំនួនណឺត្រុង $N$ ៖ $N=A-Z$ ។

គេតាងនុយក្លអីតដោយ ${}_Z^A\mathrm{X}$ ដែល $\mathrm{X}$ ជានិមិត្តសញ្ញានៃធាតុ ។ ឧទាហរណ៍ អាលុយមីញ៉ូមមាន $Z=13$ ដូច្នេះល្បី ${}_{13}^{27}\mathrm{Al}$ មាន 27 នុយក្លេអុង និង $N=27-13=14$ ណឺត្រុង ។

ក្នុងភូមិមួយ មានគ្រួសារដែលមាននាមត្រកូលដូចគ្នា តែមានសមាជិកច្រើនខុសៗគ្នា ។ អ៊ីសូតូបក៏ដូច្នេះ ៖ ល្បីដែលមានចំនួនបន្ទុក $Z$ ដូចគ្នា តែចំនួនម៉ាស $A$ ខុសគ្នា ហៅថា អ៊ីសូតូប ។ ដោយ $Z$ ដូចគ្នា ពួកវាមានគុណភាពគីមីដូចគ្នា (អេឡិចត្រុងដូចគ្នា) តែមានម៉ាសខុសគ្នា ព្រោះចំនួនណឺត្រុងខុសគ្នា ។ ឧទាហរណ៍ អ៊ីសូតូបអ៊ីដ្រូសែន ៖ ${}_1^1\mathrm{H}$, ${}_1^2\mathrm{H}$, ${}_1^3\mathrm{H}$ ។

មួយគីឡូក្រាមមិនសមស្របសម្រាប់វាស់អាតូមមួយទេ — ដូចជាយើងមិនវាស់ម្សៅដោយតោនដែរ ។ ដូច្នេះគេយកខ្នាតម៉ាសអាតូម $u$ ដែលស្មើនឹង $\frac{1}{12}$ នៃម៉ាសអាតូមកាបូន ${}^{12}\mathrm{C}$ ។ ដើម្បីភ្ជាប់ $u$ ទៅគីឡូក្រាម គេប្រើចំនួនអាវ៉ូកាដ្រូ $N_A$ ជាចំនួនអាតូមក្នុងមួយម៉ូល ។ ដូចគ្រួសារដែលទិញពងមាន់ជា «ដប់ពីរ» មួយដុំ ៖ គេមិនរាប់ពងមួយៗទេ គេរាប់ជាដុំ ។ នៅទីនេះ «ដុំ» គឺមួយម៉ូល ។

តាមសៀវភៅ ៖ $1\mathrm{u}=1.6605402\times 10^{-27}\mathrm{kg}$ ហើយ $N_A=6.0221367\times 10^{23}$ អាតូម/ម៉ូល ។ ម៉ាសនៃនុយក្លេអុងមានតម្លៃប្រហែលមួយខ្នាតនៃម៉ាស ។

ស្រមៃអ្នកបើកបរម្នាក់ចេញដំណើរជាមួយឥវ៉ាន់ 10 គីឡូក្រាម តែពេលមកដល់គាត់ថ្លឹងបាន 9.99 គីឡូក្រាម ។ ឥវ៉ាន់ 0.01 គីឡូក្រាម «បាត់» ព្រោះវាបានក្លាយជាថាមពល ។ ក្នុងប្រតិកម្មនុយក្លេអ៊ែ ម៉ាសសរុបមុន និងក្រោយមិនស្មើគ្នាទេ ។ បើម៉ាសថយចុះ ថាមពលត្រូវបញ្ចេញ; បើម៉ាសកើន ថាមពលត្រូវស្រូប ។ គេហៅភាពខុសគ្នានេះថា បម្រែបម្រួលម៉ាស $\Delta m=m_f-m_i$ ហើយថាមពលដែលត្រូវគ្នាគឺ $E_{\ell }=\left|\Delta m\right|c^2$ ដែល $c$ ជាល្បឿនពន្លឺក្នុងសុញ្ញាកាស ។ ដោយ $c^2$ ធំណាស់ ម៉ាសតូចបន្តិចក៏ឲ្យថាមពលធំដែរ ។ ចែកនឹង $A$ គេបានថាមពលស្មើនឹងក្នុងមួយនុយក្លេអុង $\epsilon =\frac{E_{\ell }}{A}$ ។

ស្រមៃរថយន្តដឹកទំនិញដែលចង់ស្រាលជាងមុន ។ វាអាចចោលប្រអប់ធំមួយ (នោះជា $\alpha$) ឬចោលកញ្ចប់តូចមួយ (នោះជា $\beta$) ឬគ្រាន់តែបញ្ចេញកំដៅចេញ (នោះជា $\gamma$) ។ ស្នូលក៏ដូច្នេះ ៖

• ការបំបែក $\alpha$ ៖ ស្នូលចោលមួយភាគល្អិត ${}_2^4\mathrm{He}$ ដូច្នេះ $A$ ថយ 4 និង $Z$ ថយ 2 ។
• ការបំបែក ${\beta }^{-}$ ៖ ស្នូលបញ្ចេញអេឡិចត្រុង ${}_{-1}^{0}e$ ដូច្នេះ $A$ ដដែល តែ $Z$ កើន 1 ។
• ការបំបែក ${\beta }^{+}$ ៖ ស្នូលបញ្ចេញប៉ូស៊ីតុង ${}_1^{0}e$ ដូច្នេះ $A$ ដដែល តែ $Z$ ថយ 1 ។
• ការបំភាយ $\gamma$ ៖ ស្នូលញាច (មិនស្ថិត) បញ្ចេញតែថាមពលជាកាំរស្មី; $A$ និង $Z$ មិនប្រែប្រួលទេ ។

គ្រប់ករណី ចំនួនបន្ទុកសរុប និងចំនួននុយក្លេអុងសរុបត្រូវរក្សា ។

ស្រមៃហាងមួយបញ្ចុះតម្លៃ 50% រៀងរាល់ 10 នាទី ។ ចាប់ផ្តើម 100 ដុល្លារ; ក្រោយ 10 នាទី 50; ក្រោយ 20 នាទី 25; ក្រោយ 30 នាទី 12.5 ។ តម្លៃមិនដែលដល់ 0 ទេ តែថយជាប់ៗ ។ វិទ្យុសកម្មក៏ដូច្នេះ ៖ ក្នុងរយៈពេល $T_{1/2}$ មួយ ល្បីពាក់កណ្តាលបំបែក ។ ក្រោយ $n$ ដងនៃ $T_{1/2}$ ចំនួនល្បីនៅសល់ $N=N_0{\left(\frac{1}{2}\right)}^n$ ដែល $n=\frac{t}{T_{1/2}}$ ។ ដោយហេតុនេះ សកម្មភាពក៏ថយតាមច្បាប់ដូចគ្នា ។

ប្រតិកម្មបំបែក គឺដូចជាការបែកចានមួយជាពីរបំណែក ពេលគេចោលដុំថ្មតូចមួយចូល ។ ណឺត្រុងមួយបុកល្បីធ្ងន់ (ឧ. ${}_{92}^{235}\mathrm{U}$) ធ្វើឲ្យវែកជាល្បីពីរស្រាល ហើយបញ្ចេញណឺត្រុង 2 ឬ 3 ទៀត ។ ណឺត្រុងថ្មីទាំងនោះទៅបុកល្បីដទៃ បង្កើតបានជាប្រតិកម្មដំណរ ដូចដាប់ដាប់ភ្លើងដែលឆេះរាលដាល ។

ប្រតិកម្មរលាយបញ្ចូលគ្នា គឺផ្ទុយគ្នា ៖ ល្បីស្រាលពីររួមគ្នាជាល្បីថ្មីមួយ ដូចដំណក់ទឹកពីររលាយចូលគ្នាជាដំណក់ធំមួយ ។ ឧទាហរណ៍ ${}_1^2\mathrm{H}+{}_1^2\mathrm{H}\to {}_1^3\mathrm{H}+{}_1^1\mathrm{P}$ ។

កាលណាភាគល្អិត $\alpha$, $\beta$ និងកាំរស្មី $\gamma$ ដែលបញ្ចេញដោយធាតុវិទ្យុសកម្មឆ្លងកាត់រូបធាតុរបាំង ពួកវាបង្កើតអ៊ីយ៉ុង ។ អ៊ីយ៉ុងទាំងនេះបំផ្លាញកោសិកា ហើយអាចគ្រោះថ្នាក់ដល់ជីវិត ។ ដូច្នេះ សកម្មភាពវិទ្យុសកម្មនាំមកនូវបញ្ហាដល់សុខភាព ដូចជាបណ្តាលឱ្យមានជំងឺមហារីក និងបម្រែបម្រួលក្នុងការបង្កើតកូន ។

ស្រមៃសម្លៀកបំពាក់ផ្សេងៗគ្នាសម្រាប់ភ្លៀងផ្សេងៗគ្នា ៖ ភ្លៀងតូចគ្រប់អាវស្តើង តែខ្យល់ព្យុះត្រូវការអាវក្រាស់ ។ ដូចគ្នាដែរ គេជ្រើសរបាំងតាមប្រភេទវិទ្យុសកម្ម ៖

• សម្រាប់វិទ្យុសកម្ម $\alpha$ ៖ គេអាចបញ្ចោសបានដោយប្រើអេក្រង់ក្រដាសកាតុង ឬស្រទាប់ឈើ ដែលមានកម្រាស់ប្រហែល 3 ទៅ 4 សង់ទីម៉ែត្រ ។
• សម្រាប់ភាគល្អិត $\beta$ ៖ គេអាចបញ្ចោសបានដោយអេក្រង់ដែលធ្វើពី អាលុយមីញ៉ូម ។
• សម្រាប់កាំរស្មី $\gamma$ ៖ គេអាចចាត់ទុកវាបានដោយអេក្រង់ សំណ ។

វិទ្យុសកម្ម គឺជាបាតុភូតនុយក្លេអ៊ែកើតឡើងក្នុងណ្វៃយូអាតូម ដែលមានអំពើលើណ្វៃយូអាតូម ហើយមិនអាស្រ័យនឹងធម្មជាតិនៃសម្ព័ន្ធគីមីរវាងអាតូមនិងអាតូមទេ ។ បាតុភូតនេះមិនអាស្រ័យនឹងការចែករាយធាតុ (រឹង រាវ និងឧស្ម័ន) សីតុណ្ហភាព ឬសម្ពាធទេ ។

ភាគល្អិត និងកាំរស្មីដែលណ្វៃយូអាតូមបញ្ចេញមានបីប្រភេទ ៖ $\alpha$ (ល្បី ${}_2^4\mathrm{He}$), $\beta$ (អេឡិចត្រុង ឬប៉ូស៊ីតុង) និងកាំរស្មី $\gamma$ (រលកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិច) ។

ចំនួនម៉ាស (តាងដោយ $A$) ជាចំនួននុយក្លេអុងរបស់ល្បី ។ នុយក្លេអុងមួយអាចជាប្រូតុង ឬជាណឺត្រុង ។ ដូច្នេះ $A$ ជាចំនួនគត់ ហើយមិនមែនម៉ាសគិតជាគីឡូក្រាមទេ — វាជា «ចំនួនរាប់» ។

ចំនួនបន្ទុក (តាងដោយ $Z$) ជាចំនួនប្រូតុងរបស់ល្បី ។ ចំនួននេះកំណត់ថាល្បីនោះជាធាតុគីមីអ្វី ។ ចំពោះអាតូមណឺត លេខលំដាប់អាតូម $Z$ ស្មើនឹងចំនួនអេឡិចត្រុង ។

ធាតុគីមី គឺជាសំណុំអាតូម អ៊ីយ៉ុង និងល្បី ដែលមានលេខលំដាប់ $Z$ ដូចគ្នា ។ ដូច្នេះ អ៊ីសូតូបទាំងអស់នៃធាតុមួយ ជាធាតុគីមីតែមួយ ។

នុយក្លអីត គឺជាសំណុំល្បីដែលមានចំនួនប្រូតុង និងចំនួនណឺត្រុងដូចគ្នា ។ វាមានលក្ខណៈសំគាល់ដោយចំនួននុយក្លេអុង $A$ និងចំនួនប្រូតុង $Z$ ។ គេតាងនុយក្លអីតដោយ ${}_Z^A\mathrm{X}$ ដែល $\mathrm{X}$ ជានិមិត្តសញ្ញានៃធាតុ ។

នុយក្លអីតដែលមានចំនួនបន្ទុក $Z$ ដូចគ្នា តែចំនួនម៉ាស $A$ ខុសគ្នា ហៅថា អ៊ីសូតូប ។ ល្បីអ៊ីសូតូបមានចំនួនណឺត្រុងខុសគ្នា តែមានចំនួនប្រូតុងដូចគ្នា ។

ខ្នាតម៉ាសអាតូម $u$ ស្មើនឹង $\frac{1}{12}$ នៃម៉ាសអាតូមកាបូនមួយ (${}^{12}\mathrm{C}$) ។ មួយម៉ូលនៃ $\mathrm{C}$ មានម៉ាស $12\mathrm{g}$ ។ ដូច្នេះមួយអាតូម ${}^{12}\mathrm{C}$ មានម៉ាស $\frac{12}{N_A}\mathrm{g}$ ដែល $N_A$ ជាចំនួនអាវ៉ូកាដ្រូ ។

សំគាល់ ៖ ម៉ាសល្បី និងម៉ាសអាតូមរបស់ល្បីនោះ ខុសគ្នាតែបន្តិចបន្តួច ។ ម៉ាសនៃនុយក្លេអុងមានតម្លៃប្រហែល 2000 ដង ចំណុះម៉ាសអេឡិចត្រុង ដូច្នេះគេអាចចោលម៉ាសអេឡិចត្រុង ធៀបនឹងម៉ាសនុយក្លេអុង ។

កន្លះជីវិត $T_{1/2}$ នៃវិទ្យុសកម្មអ៊ីសូតូបមួយ គឺជារយៈពេលដែលល្បីមិនស្ថិតលំនឹងបំបែកអស់មួយភាគពីរ នៃចំនួនដើម $N_0$ ។ ឧទាហរណ៍ កន្លះជីវិតនៃរ៉ាដ្យូម 226 គឺ 1620 ឆ្នាំ ។ $1\mathrm{g}$ នៃអ៊ីសូតូបនឹងបំបែកទៅ $0.5\mathrm{g}$ ក្នុងរយៈពេល 1620 ឆ្នាំ; នៅសល់ $0.25\mathrm{g}$ ក្នុងរយៈពេល $2\times 1620$ ឆ្នាំ; នៅសល់ $0.125\mathrm{g}$ ក្នុងរយៈពេល $3\times 1620$ ឆ្នាំ ។

ប្រតិកម្មបំបែក គឺជាប្រតិកម្មនុយក្លេអ៊ែ ដែលបណ្តាលមកពីការទទួលរងនូវល្បីគ្រាប់មួយ (ជាធម្មតា ណឺត្រុងមួយ) ហើយបំបែកល្បីនោះជាពីរ ឬច្រើន ។

ប្រតិកម្មដំណរ គឺជាប្រតិកម្មបំបែក ដែលកើតឡើងដោយការទទួលរងណឺត្រុងមួយ បន្ទាប់មកល្បីកូនដែលបែកចេញពីល្បីនោះ (និងណឺត្រុងដែលបញ្ចេញ) ទៅទទួលរងចូលនឹងល្បីដទៃទៀត ហើយប្រតិកម្មកើតឡើងបន្តបន្ទាប់គ្នា ។