ข้อสอบฟิกส์นิวเคลียร์

1. ข้อใดเป็นการกำจัดกากกัมมันตรังสีที่ดีที่สุด

ก. เร่งให้เกิดการสลายตัวเร็วขึ้นโดยใช้ความดันสูงมาก ๆ

ข. เผาให้สลายตัวที่อุณหภูมิสูง

ค. ใช้ปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนให้เป็นสารประกอบอื่น

ง. ใช้คอนกรีตตรึงให้แน่นแล้วฝังกลบใต้ภูเขา

แนวคำตอบ กากธาตุกัมมันตรังสีนั้นยังมีกัมมันตภาพรังสีค้างอยู่วิธีที่ดีที่สุดในการทำลายคือ การที่ทำไม่ให้เกิดการสลายตัวของธาตุกัมตรังสีได้นั่นเอง จึงต้องทำโดยการใช้คอนกรีตตรึงให้แน่นเนื่องจากว่ากัมมันตภาพรังสีมีอำนาจทะลุทะลวงคอนกรีตได้น้อยหรือ บางชนิดของกัมมันตภาพรังสีไม่สามารถทะลุผ่านได้เลย และยังนำมาฝังกลบใต้ภูเขาอีกย่อมทำให้เกิดการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีได้น้อยมาก จนกระทั่งไม่ก่อให้เกิดอันตรายได้ ส่วนวิธีการอื่นเป็นการทำให้เกิดการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีได้อยู่ จึงไม่เหมาะที่จะนำมาทำใช้ในการกำจัดกากธาตุเหล่านั้น ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ค. ครับ

 2. ข้อใดถูกต้องสำหรับไอโซโทปของธาตุหนึ่ง ๆ

ก. มีเลขมวลเท่ากัน แต่เลขอะตอมต่างกัน

ข. มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนต่างกัน

ค. มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน แต่จำนวนโปรตอนต่างกัน

ง. มีผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน

แนวคำตอบ ก่อนอื่นต้องเข้าใจแล้วว่า ไอโซโทป ไอโซโทน ไอโซบาร์ หมายความว่าอย่างไร ในข้อนี้เป็นไอโซโทป ซึ่งหมายความว่า กลุ่มของนิวไคลด์ที่มีเลขอะตอมเท่ากัน ดังนั้นถ้าธาตุกลุ่มใดที่มีเลขอะตอมเท่ากันให้เราสรุปได้เลยว่าเป็นไอโซโทปกัน แต่ในตัวเลือกนี้ไม่มีที่บอกว่าเลขอะตอมเท่ากันแต่เราเองก็รู้มาอีกว่าเลขอะตอมเป็นการบอกจำนวนของโปรตอน ดังนั้นก็สรุปได้อีกว่าจำนวนโปรตอนจะต้องเท่ากันด้วยส่วนจำนวนของอนุภาคอื่นจะไม่เท่ากัน เราก็จะสามารถตอบข้อสอบข้อนี้ได้ว่าข้อ ข. ครับ

3. นักโบราณคดีตรวจพบว่าเรือไม้โบราณลำหนึ่งว่ามีอัตราส่วนของปริมาณ C-14 ต่อ C-12 เป็น 25% ของอัตราส่วนสำหรับสิ่งที่ยังมีชีวิต สันนิษฐานได้ว่าซากเรือนี้มีอายุประมาณกี่ปี (กำหนดให้ครึ่งชีวิตของ C-14 เป็น 5,730 ปี)

ก. 2,865 ปี

ข. 5,730 ปี

ค. 11,460 ปี

ง. 11,460 ปี

แนวคำตอบ เป็นเรื่องที่ไม่ยากอย่างที่คิดเลยนะครับ ลองใช้คำที่บอกว่าครึ่งชีวิตที่เราเข้าใจกันคือ เมื่อถึงเวลาครึ่งชีวิตแล้วธาตุนั้นจะมีปริมาตรลดลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นข้อนี้ก็ทำเพียงแค่ เดิมมีอยู่ 100 ลดลงเหลือ 50 และลดลงเหลือ 25 เท่ากับโจทย์ที่ให้มาแล้ว ซึ่งเราก็รู้แล้วว่าลดลง 2 ช่วง ดังนั้นเราก็หาได้แล้วว่าเรือลำนี้มีอายุผ่านมาแล้วกี่ปี 2 ช่วง คูณด้วยเวลาครึ่งชีวิต ได้ 11,460 ปี ครับ ไม่ต้องจำสูตรในการคำนวณเลยครับ ซึ่งมันมีสูตรมากเลยและก็เข้าใจยากด้วย สำหรับขั้นสอบ O-NET นั้นไม่มีนอกเหนือจากที่กล่าวมาเลยครับ ถ้าจะทำให้สวยงามทำดังนี้ได้เลย

100 → 50 → 25

เราสามารถใช้ได้เลยนะครับในเรื่องเวลาครึ่งชีวิตนะครับ ดังนั้นข้อนี้ตอบ ข้อ ค. ครับ

4. รังสีในข้อใดที่มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อสารได้น้อยที่สุด

ก. รังสีแอลฟา

ข. รังสีบีตา

ค. รังสีแกมมา

ง. รังสีเอกซ์

แนวคำตอบ อำนาจทะลุทะลวงของรังสีชนิดต่าง ๆ จะมากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับมวลของรังสีนั้น ๆ ฉะนั้นเราจะได้ว่ารังสีแอลฟามีมวลมากที่สุดจะเคลื่อนที่ได้ใกล้ที่สุดอำนาจทะลุทะลวงจึงน้อยที่สุด ดังนั้นคำตอบคือข้อ ก. ครับ

5. อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา รังสีแกมมา เมื่อเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กข้อใดไม่เกิดการเบน

ก. อนุภาคแอลฟา

ข. อนุภาคบีตา

ค. รังสีแกมมา

ง. อนุภาคแอลฟาและบีตา

แนวคำตอบ อนุภาคที่ไม่เบนในสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าคืออนุภาคที่ไม่มีประจุ อนุภาคแอลฟามีประจุ +2 มีมวล 4 อนุภาคบีตา มีประจุ +- 1 มีมวล 0 ส่วนรังสีแกมมา ไม่มีประจุไม่มีมวล จึงไม่เบนเมื่อเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า คำตอบคือ ข้อ ค. ครับ 

6. กิจกรรมการศึกษาที่เปรียบเทียบการสลายกัมมันตรังสีกับการทอดลูกเต๋านั้นจำนวนลูกเต่าที่ถูกคัดออกเทียบได้กับปริมาณใด

ก. เวลาครึ่งชีวิต

ข. จำนวนนิวเคลียสตั้งต้น

ค. จำนวนนิวเคลียสที่เหลืออยู่

ง. จำนวนนิวเคลียสที่สลาย

แนวคำตอบ จากการทดลอง จำนวนลูกเต๋าที่คัดออกมานั้นเป็นการสุ่มตามที่เราตั้งเอาไว้ ถ้าเปรียบกับการสลายตัวของกัมมันตรังสีนั้นหมายความว่า เป็นการนำนิวเคลียสที่สลายตัวออกไปเรื่อย ๆ ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ง. ครับ

7. เครื่องหมายดังรูปแทนอะไร

ก. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยกังหันลม

ข. การเตือนว่ามีอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี

ค. การเตือนว่ามีอันตราจากสารเคมี

ง. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยเซลล์แสงอาทิตย์

แนวคำตอบ สัญลักษณ์ที่ภาพนั้นเป็นการเตือนถึงว่ามีอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี ซึ่งจะพบเจอกันตามสถานที่มีการใช้สารกัมมันตภาพรังสี ที่เห็นบ่อยก็คือห้องเอกซ์เล ตามโรงพยาบาลต่าง ๆ นั่นเอง ดันนั้นคำตอบคือ ข้อ ข. ครับ

8. นิวเคลียสของเรเดียม-226 (²²⁶₈₈Ra) มีการสลายโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา 1 ตัว และรังสีแกมมาออกมา จะทำให้ (²²⁶₈₈Ra) กลายเป็นธาตุใด

ก. ²¹⁸₈₄Po

ข. ²²²₈₆Rn

ค. ²³⁰₉₀Th

ง. ²³⁴₉₂U

แนวคำตอบ การสลายตัวแล้วปล่อยอนุภาคแอลฟา และอนุภาคแกมมานั้น จะทำให้นิวเคลียสเปลี่ยนไปเฉพาะที่สลายตัวให้แอลฟาเท่านั้นส่วนแกมมาไม่ทำให้นิวเคลียสของธาตุเปลี่ยนไปเนื่องจากไม่มีมวลและไม่มีประจุ การสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา ทำให้มวลของธาตุลดลง 4 และประจุลดลง 2 ดังนั้นจะได้ว่าธาตุตัวใหม่ที่มีเลขอะตอมลดลง 2 และมวลลดลง 4 จะได้ธาตุตัวใหม่ที่มีเลขอะตอม 86 และเลขมวล 222 ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ข. ²²²₈₆Rn ถ้าจะให้เข้าใจเพิ่มเติมลองกลับไปอ่านเรื่องการสลายตัวอีกรอบนะครับ จะได้เข้าใจเพิ่มเติมว่าการสลายตัวให้อนุภาคแต่ละตัวมีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้าง

9. อนุภาคใดในนิวเคลียส ²³⁶₉₂U และ ²³⁴₉₀Th  มีจำนวนเท่ากัน

ก. โปรตอน

ข. อิเล็กตรอน

ค. นิวตรอน

ง. นิวคลีออน

แนวคำตอบ โปรตอนดูได้จากเลขอะตอม ดังนั้นโปรตอนจึงไม่ถูก อิเล็กตรอนเท่ากับโปรตอน นิวตรอนหาได้จากเลขมวลลบด้วยเลขอะตอม ซึ่งในที่นี้ผลต่างเท่ากันจึงมีจำนวนนิวตรอนเท่ากันครับ ส่วนนิวคลีออนคือจำนวนโปรตอนรวมกับนิวตรอน ก็คือเลขมวลอะตอมนั่นเองดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ค. ครับ

10. ในธรรมชาติ ธาตุคาร์บอนมี 3 ไอโซโทป คือ ¹²₆C ¹³₆C ¹⁴₆C ข้อใดต่อไปนี้ถูกต้อง

ก. แต่ละไอโซโทปมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างกัน

ข. แต่ละไอโซโทปมีจำนวนโปรตอนต่างกัน

ค. แต่ละไอโซโทปมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

ง. แต่ละไอโซโทปมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนนิวตรอน

แนวคำตอบ จำนวนโปรตอน คือ เลขอะตอม อิเล็กตรอน คือ เลขอะตอม ซึ่งแต่ละไอโซโทปมีจำนวนเท่ากัน ส่วนจำนวนนิวตรอน คือ เลขมวลอะตอมลบด้วยเลขอะตอม ซึ่งแต่ละไอโซโทปแตกต่างกัน ดังนั้นข้อ ค. เป็นข้อที่ถูกต้องมากที่สุด

11. รังสีใดที่นิยมใช้ในการอาบรังสีผลไม้

ก. รักสีเอกซ์

ข. รังสีแกมมา

ค. รังสีบีตา

ง. รังสีแอลฟา

แนวคำตอบ รังสีที่นิยมในการฉายรังสีในผลไม้ไม่ให้ผลไม้นั้นเสียง่ายเป็นรังสีแกมมา ซึ่งไม่มีมวลและไม่มีประจุจึงไม่ทำให้ผลไม้นั้นเสียสภาพจากการอาบรังสี และไม่มีรังสีเหลืออยู่ในอาหารที่อาบด้วยรังสีนี้ ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ข. ครับ

12. ไอโซโทปกัมมันตรังสีของธาตุไอโอดีน -128 มีครึ่งชีวิต 25 นาที ถ้ามีไอโอดีน -128 อยู่ทั้งหมด 256 กรัม จะใช้เวลานานเท่าใดจึงจะเหลือไอโอดีน -128 อยู่ 32 กรัม

ก. 50 นาที

ข. 1 ชั่วโมง 15 นาที

ค. 1 ชั่วโมง 40 นาที

ง. 3 ชั่วโมง 20 นาที

แนวคำตอบ เวลาครึ่งชีวิต คือ เมื่อเวลาผ่านไปเท่ากับเวลาครึ่งชีวิตแล้วธาตุนั้นจะเหลืออยู่จำนวนครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ดังนั้นข้อนี้สามารถทำได้ดังนี้

256 → 128 → 64 → 32

การสลายตัวของธาตุได้ทั้งหมด 3 ช่วง ดังนั้นจะใช้เวลาในการสลายตัวทั้งหมด 3 ช่วง เวลา

ที่ใช้ไปคือ 3*25 = 75 นาที หรือ 1 ชั่วโมง 15 นาที ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ข. ครับ ไม่ได้แนะนำการใช้สูตรเนื่องจากว่าความยากง่ายยังไม่ต้องใช้สูตรก็สามารถหาได้ง่ายกว่ากันด้วยนะครับ

13. นิวเคลียสของเรเดียม -226 มีการสลายดังสมการข้างล่าง x คืออะไร

                               ²²⁶₈₈Ra→²²²₈₆Rn+x

ก. รังสีแกมมา

ข. อนุภาคบีตา

ค. อนุภาคนิวตรอน

ง. อนุภาคแอลฟา

แนวคำตอบ วิธีทำง่าย ๆ คือ ทั้งสองฝั่งของสมการต้องเท่ากัน ดังนั้นเลขอะตอมก่อนสลายเท่ากับเลขอะตอมหลังสลายรวมกัน และเลขมวลก่อนสลายเท่ากับเลขมวลหลังสลายรวมกัน จากสมการเลขอะตอมเหลืออีก 2 ส่วนเลขมวลเหลือ 4 ซึ่งเป็นสมบัติของอนุภาคแอลฟา ดังนั้นตอบข้อ ง. ครับ

14. ธาตุกัมมันตรังสีใดที่ใช้ในการคำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ คือ

ก. I -131

ข. Co-60

ค. C-14

ง. P-32

แนวคำตอบ ธาตุที่ใช้ในการคำนวณหาอายุของวัตถุโบราณใช้ C-14 ครับ ดังนั้นคำตอบคือข้อ ค. ครับ

15. ข้อความใดต่อไปนี้ถูกต้องเกี่ยวกับรังสีแอลฟา รังสีบีตาและรังสีแกมมา

ก. รังสีแอลฟามีประจุ +4

ข. รังสีแอลฟามีมวลมากที่สุดและมีอำนาจทะลุทะลวงผ่านสูงสุด

ค. รังสีบีตามวลน้อยที่สุดและอำนาจทะลุทะลวงผ่านต่ำสุด

ง. รังสีแกมมามีอำนาจทะลุทะลวงสูงสุด

แนวคำตอบ  อนุภาคแอลฟา มีประจุ +2 มวล 4 อำนาจทะลุทะลวงต่ำสุด

อนุภาคบีตา มีประจุ +- 1 มวล 0 อำนาจทะลุทะลวงมากว่าแอลฟาน้อยกว่าแกมมา

อนุภาคแกมมา ไม่มีประจุ ไม่มีมวล อำนาจทะลุทะลวงสูงสุด

ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ง. ครับ

16. ข้อใดถูกต้องเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน (fusion)

ก. เกิดที่อุณหภูมิต่ำ

ข. ไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาบนโลกได้

ค. เกิดจากนิวเคลียร์ของธาตุเบาหลอมรวมกันเป็นธาตุหนัก

ง. เกิดจากการที่นิวเคลียสของธาตุหนักแตกตัวออกเป็นธาตุเบา

แนวคำตอบ  ปฏิกิริยาฟิวชัน เกิดจากการรวมตัวของธาตุเบาโดยต้องอาศัยพลังงานความร้อนสูง ๆ จึงจะเกิดปฏิกิริยาได้ และสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ในห้องทดลอง ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติคือดวงอาทิตย์

ปฏิกิริยาฟิชชัน เกิดจากการแตกตัวของธาตุหนัก  โดยยิงอนุภาคนิวตรอนผ่านธาตุหนักจะเกิดการแตกตัวเป็นธาตุตัวใหม่ ที่ให้พลังงานความร้อนออกมาพร้อมกับอนุภาคนิวตรอนจำนวนหนึ่งซึ่งสามารถที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง

ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ค. ครับ

17. ในการสลายตัวของ ¹⁴₆C นิวเคลียสของคาร์บอน -14 ปล่อยอิเล็กตรอนออกหนึ่งตัว นิวเคลียสใหม่ จะมีประจุกี่เท่าของประจุโปรตอน

ก. 5

ข. 7

ค. 13

ง. 15

แนวคำตอบ เมื่อเกิดการสลายตัวของคาร์บอน -14 แล้วให้อิเล็กตรอนออกมาหนึ่งตัวก็จะได้ธาตุตัวใหม่ที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 7 ซึ่งมีประ +7 ส่วน โปรตอนมีประจุ +1 ดังนั้นธาตุตัวใหม่มีประจุเป็น 7 เท่าของประจุโปรตอน สำหรับการสลายตัวของธาตุลองกลับไปทบทวนการสลายตัวของธาตุอีกสักรอบนะครับ แล้วเราก็จะสามารถวิเคราะห์ข้อสอบข้อนี้ได้ครับ ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ข. ครับ

18. อัตราการสลายตัวของกลุ่มนิวเคลียสกัมมันตรังสี A ขึ้นอยู่กับอะไร

ก. อุณหภูมิ

ข. ความดัน

ค. ปริมาตร

ง. จำนวนนิวเคลียส A ที่มีอยู่

แนวคำตอบ การสลายตัวของกัมมันตรังสีคือการสลายนิวเคลียสที่มีอยู่ไปเรื่อย ๆ ดังนั้นอัตราการสลายตัวก็ขึ้นอยู่กับจำนวนนิวเคลียสที่มีอยู่ในขณะนั้น ดังนั้นคำตอบคือ ข้อ ง. ครับ