ฟิสิกส์นิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear energy)

หมายถึงพลังงานไม่ว่าในลักษณะใดซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยออกมาเมื่อมีการแยก รวมหรือแปลงนิวเคลียส (หรือแกน) ของ ปรมาณู คำที่ใช้แทนกันได้คือพลังงานปรมาณู (Atomic energy) ซึ่งเป็นคำที่เกิดขึ้นก่อนและใช้กันมาจนติดปาก โดย อาจเป็นเพราะมนุษย์เรียนรู้ถึงเรื่องของปรมาณู (Atom) มานานก่อนที่จะเจาะลึกลงไปถึงระดับนิวเคลียส แต่การใช้ศัพท์ ที่ ถูกต้องควร ใช้คำว่า พลังงานนิวเคลียร์ อย่างไรก็ดีคำว่า Atomic energy ยังเป็นคำที่ใช้กันอยู่ ในกฏหมาย ของหลายประเทศ สำหรับประเทศไทยได้กำหนดความหมายของคำว่าพลังงานปรมาณู ไว้ในมาตรา 3 แห่ง พ.ร.บ. พลังงานปรมาณูเพื่อสันติ พ.ศ.2504 ในความหมายที่ตรงกับคำว่า พลังงานนิวเคลียร์ และ ต่อมาได้บัญญัติไว้ในมาตรา3 ให้ครอบคลุมไปถึง พลังงาน รังสีเอกซ์ด้วย การที่ยังรักษาคำ พลังงานปรมาณูไว้ในกฎหมายโดยไม่เปลี่ยนไปใช้คำว่า พลังงานนิวเคลียร์ แทนจึงน่าจะยังคง มีประโยชน์ อยู่บ้างเพราะในในวิชาการถือว่า พลังงานเอกซ์ ไม่ใช่ พลังงานนิวเคลียร์ การกล่าวถึง พลังงานนิวเคลียร์ ในเชิง ปริมาณ ต้องใช้หน่วยที่เป็นหน่วยของพลังงานโดยส่วนมากจะนิยมใช้หน่วย eV, KeV (เท่ากับ1,000 eV) และ MeV (เท่ากับ 1,000,000 eV) เมื่อกล่าวถึงพลังงานนิวเคลียร์ปริมาณน้อย และนิยมใช้หน่วย กิโลวัตต์- ชั่วโมง หรือ เมกะวัตต์-วัน เมื่อกล่าวถึง พลังงานปริมาณมากๆ โดย: 1MWd=เมกะวัตต์-วัน = 24,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และ 1MeV=1.854x10E-24 MWdพลังนิวเคลียร์ (Nuclear power) เป็นศัพท์คำหนึ่งที่มีความหมายสับสนเพราะโดยทั่วไป มักจะมีผู้นำไปใช้ปะปนกับคำว่า พลังงานนิวเคลียร์ โดยถือเอาว่า เป็นคำที่มีความหมายแทนกันได้ แต่ในทางวิศวกรรมนิวเคลียร์เราควรจะใช้คำพลังนิวเคลียร์เมื่อกล่าวถึงรูปแบบ หรือวิธีการ เปลี่ยนพลังงานจากรูปหนึ่งไปสู่อีกรูปหนึ่งเช่น โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ย่อมหมายถึงโรงงานที่ใช้เปลี่ยนรูป พลังงานนิวเคลียร์มา เป็นพลังงานไฟฟ้า หรือ เรือขับเคลื่อนด้วย พลังนิวเคลียร์ ย่อมหมายถึงเรือที่ขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนรูป พลังงานนิวเคลียร์มา เป็นพลังกล เป็นต้น พลังนิวเคลียร์เป็นคำที่มาจาก Nuclear power ในภาษาอังกฤษ แต่ในภาษาอังกฤษเอง เมื่อกล่าว ถึงเรื่องที่เกี่ยวกับดุลอำนาจระหว่างประเทศ (Nuclear power) กลับหมายถึง มหาอำนาจนิวเคลียร์ หรือประเทศที่มี อาวุธ นิวเคลียร์สะสมไว้เพียงพอที่จะใช้เป็นเครื่องมือทางการเมืองได้ (โดยเฉพาะเมื่อใช้เป็นพหูพจน์) การเน้นให้เห็นถึงความ แตกต่าง ระหว่างคำ พลังนิวเคลียร์ และ พลังงานนิวเคลียร์ ก็เพราะในด้านวิศวกรรม พลัง ควรมีความหมาย เช่น เดียวกับ กำลัง ดังนั้นเมื่อกล่าวถึงพลังในเชิงปริมาณจะต้องใช้หน่วยที่เป็นหน่วยของกำลัง เช่น "โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ ขนาด 600 เมกะวัตต์ (ไฟฟ้า) โรงนี้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด (BWR) ขนาด 1,800 เมกะวัตต์ (ความร้อน) เป็นเครื่องกำเนิด ไอน้ำแทน เตาน้ำมัน" เป็นต้น
พลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear energy) หมายถึงพลังงานไม่ว่าในลักษณะใดซึ่งเกิดจากการปลดปล่อยออกมาเมื่อมีการแยก รวมหรือแปลงนิวเคลียส (หรือแกน) ของ ปรมาณู คำที่ใช้แทนกันได้คือพลังงานปรมาณู (Atomic energy) ซึ่งเป็นคำที่เกิดขึ้นก่อนและใช้กันมาจนติดปาก โดย อาจเป็นเพราะมนุษย์เรียนรู้ถึงเรื่องของปรมาณู (Atom) มานานก่อนที่จะเจาะลึกลงไปถึงระดับนิวเคลียส แต่การใช้ศัพท์ ที่ ถูกต้องควร ใช้คำว่า พลังงานนิวเคลียร์ อย่างไรก็ดีคำว่า Atomic energy ยังเป็นคำที่ใช้กันอยู่ ในกฏหมาย ของหลายประเทศ สำหรับประเทศไทยได้กำหนดความหมายของคำว่าพลังงานปรมาณู ไว้ในมาตรา 3 แห่ง พ.ร.บ. พลังงานปรมาณูเพื่อสันติ พ.ศ.2504 ในความหมายที่ตรงกับคำว่า พลังงานนิวเคลียร์ และ ต่อมาได้บัญญัติไว้ในมาตรา3 ให้ครอบคลุมไปถึง พลังงาน รังสีเอกซ์ด้วย การที่ยังรักษาคำ พลังงานปรมาณูไว้ในกฎหมายโดยไม่เปลี่ยนไปใช้คำว่า พลังงานนิวเคลียร์ แทนจึงน่าจะยังคง มีประโยชน์ อยู่บ้างเพราะในในวิชาการถือว่า พลังงานเอกซ์ ไม่ใช่ พลังงานนิวเคลียร์ การกล่าวถึง พลังงานนิวเคลียร์ ในเชิง ปริมาณ ต้องใช้หน่วยที่เป็นหน่วยของพลังงานโดยส่วนมากจะนิยมใช้หน่วย eV, KeV (เท่ากับ1,000 eV) และ MeV (เท่ากับ 1,000,000 eV) เมื่อกล่าวถึงพลังงานนิวเคลียร์ปริมาณน้อย และนิยมใช้หน่วย กิโลวัตต์- ชั่วโมง หรือ เมกะวัตต์-วัน เมื่อกล่าวถึง พลังงานปริมาณมากๆ โดย: 1MWd=เมกะวัตต์-วัน = 24,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง และ 1MeV=1.854x10E-24 MWdพลังนิวเคลียร์ (Nuclear power) เป็นศัพท์คำหนึ่งที่มีความหมายสับสนเพราะโดยทั่วไป มักจะมีผู้นำไปใช้ปะปนกับคำว่า พลังงานนิวเคลียร์ โดยถือเอาว่า เป็นคำที่มีความหมายแทนกันได้ แต่ในทางวิศวกรรมนิวเคลียร์เราควรจะใช้คำพลังนิวเคลียร์เมื่อกล่าวถึงรูปแบบ หรือวิธีการ เปลี่ยนพลังงานจากรูปหนึ่งไปสู่อีกรูปหนึ่งเช่น โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ย่อมหมายถึงโรงงานที่ใช้เปลี่ยนรูป พลังงานนิวเคลียร์มา เป็นพลังงานไฟฟ้า หรือ เรือขับเคลื่อนด้วย พลังนิวเคลียร์ ย่อมหมายถึงเรือที่ขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนรูป พลังงานนิวเคลียร์มา เป็นพลังกล เป็นต้น พลังนิวเคลียร์เป็นคำที่มาจาก Nuclear power ในภาษาอังกฤษ แต่ในภาษาอังกฤษเอง เมื่อกล่าว ถึงเรื่องที่เกี่ยวกับดุลอำนาจระหว่างประเทศ (Nuclear power) กลับหมายถึง มหาอำนาจนิวเคลียร์ หรือประเทศที่มี อาวุธ นิวเคลียร์สะสมไว้เพียงพอที่จะใช้เป็นเครื่องมือทางการเมืองได้ (โดยเฉพาะเมื่อใช้เป็นพหูพจน์) การเน้นให้เห็นถึงความ แตกต่าง ระหว่างคำ พลังนิวเคลียร์ และ พลังงานนิวเคลียร์ ก็เพราะในด้านวิศวกรรม พลัง ควรมีความหมาย เช่น เดียวกับ กำลัง ดังนั้นเมื่อกล่าวถึงพลังในเชิงปริมาณจะต้องใช้หน่วยที่เป็นหน่วยของกำลัง เช่น "โรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ ขนาด 600 เมกะวัตต์ (ไฟฟ้า) โรงนี้ใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด (BWR) ขนาด 1,800 เมกะวัตต์ (ความร้อน) เป็นเครื่องกำเนิด ไอน้ำแทน เตาน้ำมัน" เป็นต้น
การใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศไทย
………..สมพร จองคำ กองฟิสิกส์ พปส.พลังงานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของพลังงานแสง เสียง ความร้อน แม่เหล็ก ไฟฟ้า หรือพลังงานชนิดอื่นๆ ตัวอย่างเช่น พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตยื มีความจำเป็นต่อขบวนการเมตาบอลิสซึมในร่างกายของมนุษย์และสัตว์ พลังงานแสงมีความจำเป็นต่อขบวนการสังเคราะห์แสงของพืช เป็นต้น บ่อเกิดของพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติใช้กันมาเป็นเวลายาวนาน ก็คือ ดิน น้ำ ลม และ ไฟ ในดินมีถ่านหิน น้ำมัน ความร้อนใต้พิภพ พลังงานจากน้ำตก การสร้างเขื่อน กระแสน้ำ และจากความต่างระดับของน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานจากลมและก๊าซธรรมชาติ ไฟ คือ พลังงานความร้อนที่ได้จากการลุกไหม้หรือจากดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยังมีพลังงานอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเกิดจากธรรมชาติเช่นกัน แต่เพิ่งมีการค้นพบ จากการทดลองทางวิทยาศาสตร์ คือ พลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งถือได้ว่าเป็นพลังงานที่ยิ่งใหญ่ตามทฤษฎี Big Bang และเป็นบ่อเกิดของพลังงานชนิดอื่นทั้งปวงดังที่ได้กล่าวมาข้างต้นอีกด้วยพลังงานนิวเคลียร์จะถูกปล่อยออกมาในลักษณะพลังงานจลน์ของอนุภาคต่างๆ เช่น อนุภาค อัลฟา อนุภาคเบตา นิวตรอน รังสีแกมม่า หรือ รังสีเอกซ์ เป็นต้น นอกจากนั้น ยังให้ผลตามมาเป็นพลังงานในรูปอื่นอีกด้วย เช่น พลังงานแสง พลังงานความร้อน พลังงานของคลื่นแม่เหล็กและไฟฟ้าเป็นต้น1. รูปแบบของพลังงานนิวเคลียร์สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามลักษณะวิธีการปลดปลิอยพลังงานออกมา คือ1.1 พลังงานนิวเคลียร์ที่ถูกปลดปล่อยออกมาในลักษณะเฉียบพลันเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุมไม่ได้ (Uncontrolled reactions) พลังงานของปฏิกิริยาจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นเหตุให้เกิดการระเบิด (Nuclear Explosion) สิ่งประดิษฐ์ที่ใช้หลักการเช่นนี้ ได้แก่ ระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) หรือระเบิดไฮโดรเจน และหัวรบนิวเคลียร์ แบบต่างๆ การใช้ระเบิดนิวเคลียร์ในโครงการด้านสันติ เช่นการขุดหลุมลึก (Cratering) ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เคยมีโครงการจะนำมาใช้ขุดคลองที่คอคอดกระ จังหวัดระนอง เพื่อทำเป็นคลองน้ำลึก สำหรับให้เรือสินค้า เรือเดินสมุทรแล่นผ่านโดยไม่ต้องอ้อมประเทศมาเลเซีย การขุด อ่างเก็บน้ำ การทำท่าเรือน้ำลึก และการตัดช่องเขา เป็นต้น การขุดทำโพรงใต้ดิน(Contained Explosion) สำหรับกระตุ้นแหล่งน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติในชั้นหินลึก และในการผลิตแหล่งแร่ เป็นต้น1.2 พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้ในปัจจุบัน ปฏิกิริยานิวเคลียร์ซึ่งควบคุมได้ตลอดเวลา (Controlled nuclear reaction) ซึ่งมนุษย์ได้นำเอาหลักการมาพัฒนาขึ้น จนถึงขั้นที่นำมาใช้ประโยชน์ในระดับขั้นการค้า หรือบริการสาธารณูปโภคได้แล้ว มีอยู่แบบเดียวคือ ปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของไอโซโทปยูเรเนียม-235 และของไอโซโทปที่แตกตัวได้ (Fissile isotopes) อื่นๆอีก 2 ชนิด (ยูเรเนียม-238 และพลูโตเนียม 239) ส่วนปฏิกิริยาการรวมตัว (Fusion) ของไอโซโทปต่างๆ ของไฮโดรเจนหรือที่เรียกกันอีกอย่างหนึ่งว่า ปฏิกิริยา เทอร์โมนิวเคลียร์นั้น มนุษย์ยังคงค้นพบวิธีควบคุมได้ เฉพาะในบรรยากาศพิเศษของห้องทดลอง ดังนั้น จึงยังไม่อาจนำมาใช้ประโยชน์ในทางสันติ ในเชิงการค้าได้ สิ่งประดิษฐ์ซึ่งทำงานโดยหลักการของปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (Nuclear reactors) หรือที่บางท่านอาจนิยมเรียกว่า เตาปฏิกรณ์ฯ หรือเตาปรมาณู การที่มีผู้นิยมเรียกเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ว่า “เตาปรมาณู” นั้น อาจกล่าวได้ว่าเป็นไปตามแนวคิดที่ถูกทาง เพราะเมื่อมองในแง่ของการใช้งานแล้ว เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ก็คือ ระบบอุปกรณ์ที่ใช้ปลดปล่อยพลังงานที่ถูกกักไว้ในแกนกลาง (นิวเคลียส) ของปรมาณูของไอโซโทปที่แตกตัว ได้ให้ออกมาเป็นพลังความร้อนซึ่งเราอาจนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้นั่นเองโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประโยชน์ของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูที่นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในปัจจุบันนี้ คือ ใช้ในการผลิตไฟฟ้าปริมาณมากให้เพียงพอกับความต้องการพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามสภาพความเป็นอยู่ของสังคมปัจจุบันพลังงานลม น้ำ และแสงแดด สามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ แต่ศักยภาพในการผลิตไม่สูงนัก แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเท่าที่สำรวจในประเทศมีไม่มาก และยังมีปัญหาด้านโครงสร้างสำหรับการผลิตไฟฟ้าปริมาณมาก ดังนั้น ความหวังที่จะพึ่งพาพลังงานทั้งสามชนิดสำหรับความต้องการกำลังผลิตไฟฟ้ากำลังสูง เพื่อการพัฒนาประเทศซึ่งกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงค่อนข้าง เลือนลาง และอาจประสบความขาดแคลนได้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อการผลิตไฟฟ้า จำเป็นต้องมีเวลาเตรียมความพร้อมก่อนการดำเนินการผลิตประมาณ 10-15 ปี มิใช่เพียง 5-8 ปี เช่น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานอื่น เพราะจะต้องมีการเตรียม ความพร้อมทั้งด้านกำลังคน และโครงสร้างเศรษฐกิจพื้นฐาน ตลอดถึงนโยบายการพัฒนาอุตสาหกรรมของประเทศ และการควบคุมความปลอดภัย ความสมบูรณ์ของปัจจัยเหล่านี้ เกื้อกูลให้ การนำเทคโนโลยีพลังงานชนิดใหม่เข้ามาใช้ในประเทศไทย ประสบความสำเร็จการเลือกสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ควบคู่ไปกับโรงไฟฟ้าถ่านหิน จะเป็นการกระจายชนิดเชื้อเพลิงที่ได้ ซึ่งช่วยลดแรงกระทบจากความผันผวนของตลาดเชื้อเพลิง เช่น เหตุการณ์น้ำมันที่ผ่านมา การรบกวนสิ่งแวดล้อม และความสกปรก ที่เกิดจากโรงไฟฟ้าถ่านหินที่เต็มไปด้วยสารประกอบอ๊อกไซด์ ของไนโตรเจนและกำมะถันซึ่งจะกลายเป็นฝนกรด (Acid rain) ต่อไปจะไม่เกิดขึ้นเมื่อใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์สิ่งที่เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ คือ ปัญหาเรื่องเงินลงทุนสูง นอกจากราคาตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เองแล้ว รัฐบาลยังจะต้องจัดสรรงบประมาณจำนวนหนึ่ง เพื่อพัฒนากำลังคน อันได้แก่ การขยายการศึกษา และการฝึกอบรมด้านพลังงานนิวเคลียร์ ในระดับต่างๆ และการพัฒนาโครงสร้างเศรษฐกิจพื้นฐาน รวมทั้งยกระดับมาตรฐานอุตสาหกรรมต่างๆ ที่จะเข้ามารองรับงานก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย เมื่อวันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2505 เวลา 18:32 น. ปฏิกิริยาฟิชชันห่วงโซ่ ได้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรก ในภูมิภาคเอเชียอาคเนย์ เมื่อเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ของประเทศไทยได้รับการบรรจุเชื้อเพลิงจนสามารถเดินเครื่องได้เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ได้ปฏิบัติงานเพื่อประโยชน์ของการพัฒนาประเทศ จำแนกเป็นหัวข้อใหญ่ๆได้ ดังนี้- ใช้เป็นเครื่องมือศึกาเกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิสิกส์ ฟิสิกส์ของเครื่องปฏิกรณ์ฯ นิวเคลียร์ เคมี และรังสีวิทยา- ใช้เป็นเครื่องมือผลิตนิวตรอน เพื่อประโยชน์ในด้านประยุกต์ เช่น การผลิตสารไอโซโทปรังสี เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ การเกษตร และอุตสาหกรรม หรือเพื่อการอาบรังสีนิวตรอนในการวิเคราะห์โดยเทคนิคเชิงนิวเคลียร์- เป็นแหล่งกำเนิดรังสีแกมม่าอย่างแรง ซึ่งสามารถใช้ในการศึกษาผลของรังสีต่อวัตถุและคุณภาพของวัตถุ เช่นการเพิ่มคุณค่าของอัญมณีจำพวกพลอยโทพาส เป็นต้น- เป็นสถานที่ฝึกอบรมเจ้าหน้าที่ในเทคนิคต่างๆ เกี่ยวกับการปฏิบัติงานกับเครื่องปฏิกรณ์ฯ โดยเฉพาะด้านการจัดการเดินเครื่องปฏิกรณ์ และความปลอดภัย เป็นการเตรียมการเพื่อการดำเนินการใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ให้ได้อย่างจริงจัง และปลอดภัยในอนาคต เช่น การมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เป็นต้นเครื่องเร่งอนุภาค สิ่งประดิษฐ์อีกแบบหนึ่ง ซึ่งให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ควบคุมได้ คือ เครื่องเร่งอนุภาค (Accelerator) ซึ่งให้อนุภาคหลายชนิด และหลายระดับออกมา อนุภาคที่มีประจุ จะถูกเร่งให้มีพลังงานสูงโดยวิธีทางแม่เหล็กและไฟฟ้า สามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อมวลมนุษย์ ทั้งทางตรงและทางอ้อม เครื่องเร่งอนุภาค เช่น Cyclotron, Electron beam, Van de Graaff เป็นต้น สำหรับผลิตอนุภาคพลังงานสูงหลายระดับ เช่น KeV, MeV, GeV อนุภาคที่ถูกเร่ง เช่นอิเล็คตรอน โปรตอน โพสิตรอน ไพออน มิวออน และ นิวเคลียสของธาตุต่างๆ นอกจากนั้น ยังให้รังสีพลอยได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์อีก เช่น แกมม่า รังสีเอกซ์ และนิวตรอน เป็นต้น ทั้งนี้ประโยชน์ในการใช้งานจึงกว้างขวาง และแตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องอนุภาคที่ผลิตและระดับพลังงาน ซึ่งเครื่องเร่งอนุภาคที่ขอบเขตสามารถทำงานได้1.3 พลังงานนิวเคลียร์จากสารกัมมันตรังสีสารกัมมันตรังสี หรือสารรังสี (Radioactive material) คือสารที่องค์ประกอบส่วนหนึ่งมี ลักษณะเป็นไอโซโทปที่มีโครงสร้างปรมาณูไม่คงตัว (Unstable isotope) และจะสลายตัวโดย การปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีอัลฟา รังสีเบตา รังสีแกมมา หรือรังสีเอกซ์ รูปใดรูปหนึ่ง หรือมากกว่าหนึ่งรูปพร้อมๆกัน ไอโซโทปที่มีคุณสมบัติดังกล่าวนี้ เรียกว่า ไอโซโทป กัมมันตรังสี หรือ ไอโซโทปรังสี ( Radioisotope) คุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่งของไอโซโทปรังสี คืออัตราการสลายตัวด้วยค่าคงตัวที่เรียกว่า”ครึ่งชีวิต(Half life)” ซึ่งหมายถึง ระยะเวลาที่ไอโซโทปจำนวนหนึ่ง จะสลายตัวลดลงเหลือ เพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนเดิม ตัวอย่างเช่น ทอง-198 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่ใช้รังสีแกมมารักษาโรค มะเร็ง มีครึ่งชีวิต 2.7 วัน หมายความว่า ถ้าท่านซื้อทอง-198 (ทองที่สามารถสลายตัวได้) มา 10 กรัม หลังจากนั้น 2.7 วัน ท่านจะมีทองเหลืออยู่เพียง 5 กรัม แล้วต่อไปอีก 2.7 วัน ก็จะเหลืออยู่เพียง 2.5 กรัม2. ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ในกิจการต่างๆ2.1 กิจการอุตสาหกรรมการใช้วัสดุกัมมันตรังสี และเทคนิคทางรังสีในทางอุตสาหกรรม ซึ่งเรียกว่า เทคนิคเชิงนิวเคลียร์ เป็นการนำพลังงานปรมาณูมาใช้ประโยชน์ในทางสันติ สำหรับประเทศไทย ได้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกิจการต่างๆ ดังนี้- ใช้วัดระดับของไหล สารเคมีต่างๆ ในขบวนการผลิตในโรงงานเส้นใยสังเคราะห์ด้วยรังสีแกมมา- ใช้ตรวจสอบระดับเศษไม้ในหม้อนึ่งภายใต้ความดันสูง ในการผลิตไม้อัดแผ่นเรียบด้วยรังสีแกมมา- ควบคุมการไหลผ่านของส่วนผสมในการผลิตปูนซีเมนต์- วัดความหนาแน่นของน้ำปูนกับเส้นใยหิน ในขบวนการผลิตกระเบื้องกระดาษ- วัดความหนาแน่นในการดูดสินแร่ในทะเล เพื่อคำนวณหาปริมาณแร่ที่ดูดผ่าน- วัดและควบคุมความหนาแน่นของน้ำโคลนที่จะใช้ในการขุดเจาะอุโมงค์ส่งน้ำใต้ดิน- ควบคุมขบวนการผลิต ผลิตภัณฑ์เครื่องแก้วให้มีความหนาสม่ำเสมอ- วัดหาปริมาณสารตะกั่วหรือธาตุกำมะถันในผลิตภัณฑ์น้ำมันปิโตเลียม- ควบคุมความหนาของเนื้อยางที่เคลือบบนแผ่นผ้าใบในขบวนการผลิตยางรถยนต์- ควบคุมน้ำหนักของกระดาษต่อหน่วยพื้นที่ในอุตสาหกรรมผลิตกล่องกระดาษ- ใช้เป็นเครื่องขจัดประจุกระแสไฟฟ้าสถตย์บน แผ่นฟิล์ม ฟิล์มภาพยนต์ หลอดแก้วที่ใช้ บรรจุผลิตภัณฑ์ เวชภัณฑ์ต่างๆ- ใช้ตรวจสอบความรั่วซึมในการผนึกแน่นวงจรไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ IC, Semiconductor Watch module ต่างๆ ด้วยก๊าซ คริปตอน-85- ใช้ตรวจสอบและถ่ายรอยเชื่อมโลหะ หาความสึกหรอโดยวิธไม่ทำลายชิ้นงาน มีทั้งการใช้ X-rays, Gamma rays, และ Neutron radiography- ใช้ในการสำรวจหาแหล่งน้ำมันใต้ดิน ความชื้นใต้ดินฯลฯ ด้วยรังสีนิวตรอน- ใช้ทำสีเรืองแสง- ใช้วัดหาปริมาณเถ้าของลิกไนต์- การวิเคราะห์แร่ธาตุด้วยเทคนิคเชิงนิวเคลียร์ สำหรับการสำรวจทรัพยากรในประเทศ(Neutron activation and X-ray fluorescence analysis)- การใช้รังสีแกมมาเพื่อห่าเชื้อในเครื่องมือเวชภัณฑ์ เช่น กระบวนการฉีดยาสายน้ำเกลือ ถุงเลือด ถุงมือ2.2 ด้านการแพทย์และอนามัยเวชศาสตร์นิวเคลียร์ (Nuclear medicine) คือการนำเอาสารรังสีหรือ รังสีมาใช้ในการตรวจ การรักษา และด้านการค้นคว้าศึกษาการทำงานของระบบอวัยวะในร่างกายเพื่อช่วยในการตรวจวิเคราะห์หรือรักษาโรค บรรเทาความทุกข์ทรมานของผู้ป่วย และย่นระยะเวลาการรักษาในโรงพยาบาล ตัวอย่างบางส่วนของการใช้สารรังสี หรือรังสีด้านการแพทย์ เช่น- การรักษาโรคมะเร็งด้วย โคบอลต์-60- เม็ดทองคำ-198 ในการรักษามะเร็งผิวหนัง- ลวดแทนทาลัม-182 ในการรักษามะเร็งปากมดลูก- ไอโอดีน-131 ใช้ตรวจวินิจฉัยและรักษาโรคคอพอก และในรูป Labeled compound ใช้ตรวจวิเคราะห์การทำงานของไต ระบบโลหิต- เทคนิเชียม-99m ตรวจทางเดินน้ำดี ไต ต่อมน้ำเหลือง- แทลเลียม-201ตรวจสภาพหัวใจเมื่อทำงานเต็มที่ ตรวจสภาพการไหลของโลหิตเลี้ยงหัวใจ และตรวจสภาพกล้ามเนื้อในหัวใจ- แกลเลียม-67 ตรวจการอักเสบ่างๆ ที่เป็นหนอง เช่น ในช่องท้อง ตรวจมะเร็งในต่อมน้ำเหลือง- อินเดียม-111 ใช้ติดสลากเม็ดเลือดขาว ตรวจหาแหล่งอักเสบของร่างกาย ตรวจการอุดตันของไขสันหลัง ตรวจมะเร็งเต้านม รังไข่ ลำไส้- ไอโอดีน-123 ตรวจการทำงานของต่อม ไธรอยด์- คริปทอน-81m ตรวจการทำงานหัวใจ- ทอง-195m ตรวจการไหลเวียนโลหิต- การรักษาโรคมะเร็งในระดับตื้นของร่างกาย เช่น ลูกตา ด้วยรังสีโปรตอน- การรักษาโรคมะเร็งและเนื้องอกในส่วนลึกของร่างกายด้วยรังสีนิวตรอน2.3 ด้านการเกษตร ชีววิทยา และ อาหารประเทศไทยมีการเกษตรเป็นอาชีพหลักของประชากร โครงการใช้นิวเคลียร์เทคโนโลยี เพื่อส่งเสริมกิจการเกษตร เป็นต้นว่าการเพิ่มผลผลิตและเพิ่มคุณภาพ ของผลิตผลซึ่งกำลังแพร่ขยายออกไปสู่ชนบทมากขึ้น- การใช้เทคนิคนิวเคลียร์วิเคราะห์ดิน เพื่อการจำแนกพื้นที่ปลูก ทำให้ทราบว่า พื้นที่ที่ศึกษาเหมาะสมต่อการเพาะปลูกพืชชนิดใด ควรเพิ่มปุ๋ยชนิดใดลงไป- เทคนิคการสะกดรอยด้วยรังสีใช้ศึกษาเกี่ยวกับการดูดซึมแร่ธาตุ และปุ๋ยดดยต้นไม้และพืชเศรษฐกิจต่างๆ เพื่อการปรับปรุงการใช้ปุ๋ยให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น- การฉายรังสีแกมมาเพื่อฆ่าแมลงและไข่ในเมล็ดพืช ซึ่งเก็บไว้ในยุ้งฉาง และภายหลังจากบรรจุในภาชนะเพื่อการส่งออกจำหน่าย- การใช้รังสีเพื่อการกำจัดแมลงศัตรูพืชบางชนิดโดยวิธีทำให้ตัวผู้เป็นหมัน- การถนอมเนื้อสัตว์ พืชผัก และผลไม้ โดยการฉายรังสีเพื่อเก็บไว้ได้นานยิ่งขึ้น เป็นประโยชน์ในการขนส่งทางไกล และการเก็บอาหารไว้บริโภคนอกฤดูกาล- การใช้เทคนิครังสีเพื่อการขยายพันธุ์สัตว์เลี้ยง และการเพิ่มอาหารนม อาหารเนื้อ ในโค และ กระบือ- การนำเทคนิคทางรังสีด้านอุทกวิทยา ในการเสาะหาแหล่งน้ำสำหรับการเกษตร- การใช้เทคนิคการวิเคราะห์ด้วยวิธีอาบรังสี วิเคราะห์สารตกค้างในสิ่งแวดล้อมจากการใช้ยาปราบศัตรูพืช ยาฆ่าแมลง ซึ่งมีความสำคัญต่อผู้บริโภค- การเอาพลังงานปรมาณูมาใช้ฉายพันธุ์พืช เพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม(Induced Mutation) เช่นก. ข้าวขาวมะลิ 105 ซึ่งเป็นข้าวเจ้าจากผลการฉายรังสี มีการกลายพันธุ์ มาเป็นข้าวเหนียว มีกลิ่นหอมเหมือนขาวขาวมะลิข. ข้าวพันธุ์ กข15 ซึ่งก็เป็นผลจากการฉายรังสีข้าวขาวมะลิ105 แต่เป็นพันธุ์ที่เก็บเกี่ยวได้ไวกว่า และมีผลผลิตสูงกว่าขาวมะลิ 105ค. ปอแก้ว เมื่อนำเมล็ดมาฉายรังสีได้พันธุ์ที่มีความทนทานต่อโรคโคนเน่าง. ถั่วเหลือง ที่มีพันธุ์ทนทานต่อรา สนิม(Rust)2.4 ด้านสิ่งแวดล้อมพลังงานนิวเคลียร์ มีส่วนเกี่ยวข้องกับสิ่งแวดล้อมใน 2 ด้าน คือในด้านการรักษาและพัฒนาสภาพของสิ่งแวดล้อมให้ดีขึ้น อีกด้านหนึ่ง คือ การตรวจตรา และควบคุมปริมาณรังสีที่มีอยู่ในธรรมชาติ ในสิ่งแวดล้อมให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่อมวลมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไป ประโยชน์ของพลังงานนิวเคลียร์ในด้านสิ่งแวดล้อม ได้แก่- การใช้รังสีแกมมาฆ่าเชื้อโรคต่างๆ ในน้ำทิ้งจากชุมชน และจากโรงพยาบาล เพื่อป้องกันโรคระบาด- การใช้รังสีแกมมาฆ่าเชื้อโรคในขยะและตะกอน แล้วนำกลับมาทำเป็นปุ๋ยต่อไป- การใช้รังสีอิเล็กตรอน ในการกำจัดก๊าซอันตราย (SO2, NO2) จากปล่องควันโรงงานอุตสาหกรรม และการเผาถ่านหิน- การใช้เทคนิคทางนิวเคลียร์วิเคราะห์สารพิษต่างๆ ในดิน พืช อากาศ น้ำ และอาหาร- การใช้เทคนิคสารติดตามทางรังสีศึกษามลภาวะในสิ่งแวดล้อม- การวัดปริมาณรังสีในสิ่งแวดล้อม เช่น ที่อยู่อาศัย และสถานที่ทำงาน2.5 ด้านการศึกษาและวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ เป็นสิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยการใช้อนุภาคหรือรังสีที่มีพลังงานสูง วิ่งไปชนนิวเคลียสของธาตุต่างๆ การศึกษาวิจัยทั้งขั้นมูลฐานและขั้นประยุกต์เกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์และการให้ประโยชน์ ดังต่อไปนี้- แหล่งกำเนิดรังสี เช่น เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูหรือต้นกำเนิดรังสีแบบ ไอโซโทป เครื่องเร่งอนุภาค- วิศวกรรมนิวเคลียร์เกี่ยวกับการสร้างเครื่องฯ การเดินเครื่องฯ และการบำรุงรักษาระบบของเครื่องฯ- ลักษณะกายภาพของรังสีชนิดต่างๆ อันตรกิริยาของรังสีต่ออะตอมธาตุหรือต่อสสาร- ผลของรังสีที่มีต่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิต- เทคโนโลยีนิวเคลียร์ที่ประยุกต์ทางด้านการแพทย์ การเกษตร อุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อมและอื่นๆ3. สรุปเพื่อพลิกฟื้นสภาวะทางเศรษฐกิจ อันหมายถึง ความยากไร้ของประชาชนในชาติ ให้มีสถานะทัดเทียมกับมิตรประเทศ และก้าวหน้าไปสู่ความอยู่ดีกินดี อย่างจริงจัง เทคโนโลยีทางพลังงานนิวเคลียร์ จะเป็นกลไกอันหนึ่งที่ช่วยส่งเสริมการพัฒนาประเทศในด้านสำคัญ คือ การอุตสาหกรรม การเกษตร การแพทย์และอนามัย การพลังงาน สิ่งแวดล้อม และการจัดการทรัพยากร ดังที่ได้กล่าวมาทั้งทางตรง และทางอ้อม ปัจจุบัน สำนักงานพลังงานปรมาณูเพื่อสันติ จตุจักร กรุงเทพมหานคร มีโครงการใหม่ๆ ที่กำลังคิดค้นคว้าวิจัย เพื่อการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์แก่มวลมนุษยชาติ และการถ่ายทอด เทคโนโลยีทางนิวเคลียร์ ตลอดจนให้การศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับพลังงานนิวเคลียร์แก่ประชาชนผู้สนใจ แก่นิสิตนักศึกษา และบรรดานักเรียนระดับประถมศึกษาและมัธยมศึกษา เพื่อให้คนทั่วไปทุกระดับ เข้าใจถึงพลังงานนิวเคลียร์ และประโยชน์ที่ได้รับทุกรูปแบบอย่างถูกต้องและถ่องแท้ อันเป็นการพัฒนาคนให้มีความรู้พื้นฐาน ซึ่งจะส่งผลไปสู่การพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศไทยต่อไปในอนาคตอันใกล้
คำศัพท์นิวเคลียร์กลุ่มคำที่1.รังสีและต้นกำเนิดรังสี activity curie radioactivity ionisingradiation source unsealed source sealed sourceกลุ่มคำที่2. การฉายรังสี gamma irradiation food irradiation irradiated food radappertization radicidation radurization sterile insect technique (SIT) radiation sprout inhibition radiolytic products radiation disinfestationกลุ่มคำที่3. ฟิสิกส์ของอนุภาค accelerator (particle accelerator) Van de Graaff Generator (accelerator) neutron generator cyclotron synchrotron betatron linear electron accelerator spallation neutron source (SNS)กลุ่มคำที่4. เวชศาสตร์นิวเคลียร์ radiopharmaceutics,radiopharmaceuticals radionuclide imaging PET SPECTกลุ่มคำที่ 5. ด้านอุตสาหกรรม nuclear gaugeกลุ่มคำที่ 6. พลังงานนิวเคลียร์ และเชื้อเพลิง fertile material and source material special nuclear material and nuclear materialภาคผนวก ชื่อหน่วยที่ใช้ในทางนิวเคลียร์ การแปลงหน่วยทางนิวเคลียร์ คำนำหน้าหน่วยแสดง ปริมาณด้วยตัวเลขข้อมูลจาก สารานุกรมศัพท์นิวเคลียร์ เล่ม 1 สำนักงานพลังงานปรมาณูเพื่อสันติ

การป้องกันอันตรายจากรังสีการป้องกันอันตรายจากรังสีจะประสบความสำเร็จตามเป้าหมายได้ ขึ้นอยู่กับการบริหารองค์กรความปลอดภัย (Safety organiza tion) ให้มีประสิทธิภาพสูง และประกอบกับผู้ปฏิบัติงานทางรังสีในหน่วยงานนั้น ตลอดจนผู้บังคับบัญชาที่รับ ผิดชอบ จะต้องร่วมมือกัน ให้การ สนับสนุน และให้ความสนใจอย่างต่อเนื่อง ตลอดจนติดตามการจัดการในทุกระดับชั้น อย่างระมัดระวัง โดยอาศัยมาตรการต่างๆดังต่อไปนี้1. การประเมินอันตราย (Hazard evaluation)การประเมินอันตรายเป็นขั้นตอนสำคัญ ในการกำหนด โครงการความปลอดภัยทางรังสี เราจะต้องทราบความเป็นมา และขอบเขต ของอันตรายที่จะเกิดขึ้นต่อสุขภาพ ในการปฏิบัติการใดๆ เกี่ยวกับต้นกำเนิดรังสี บนรากฐานเกี่ยวกับการประเมินอันตรายจากรังสี นี้ สถานที่ปฏิบัติ การทางรังสี จะต้องมีการวางแผนการป้องกันอันตรายจากรังสีเป็นอย่างดี ตลอดจนวางระเบียบปฏิบัติในการทำงานเกี่ยวกับสารรังสี เพื่อให้แน่ใจได้ ว่าระดับของปริมาณรังสี (Radiation dose) และความเข้มข้นของสารรังสีที่ปนเปื้อนอยู่ในอากาศและในน้ำอยู่ในระดับต่ำที่สุดเท่าที่จะ เป็น ไปได้ และไม่ว่า ในกรณีใดๆ จะไม่เกินค่าสูงสุดที่ยอมรับได้ (Maximum permissible values) ซึ่งกำหนดโดยคณะกรรมาธิการ นานาชาติ ว่าด้วยการป้องกันอันตรายจากรังสี (International Commission on Radiological Protection, ICRP) ได้มีการประชุมปรึกษาหารือ และทบทวนปรับปรุงระดับค่าต่างๆของวัสดุกัมมันตรังสีใน น้ำและอากาศ อยู่เสมอเป็นระยะๆ ความเจริญก้าว หน้าของวิชาการต่างๆ และข้อมูลใหม่ๆ ที่ได้รับมา ค่าต่างๆเหล่านี้ได้มีการกำหนดค่าไว้สำหรับกลุ่มบุคคลสองกลุ่ม คือผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวข้องกับสารรังสี และประชาชนทั่วไป โดยถือว่าถ้าร่างกายของคนทั้งสองกลุ่มนี้ได้รับรังสี หรือวัสดุกัมมันตรังสี เข้าไปไม่เกินค่าที่ ICRP กำหนดไว้สำหรับธาตุทาง รังสีแต่ละตัวแล้ว ความเสี่ยงอันตรายต่อภัยทางรังสีหรือความเสียหายที่จะเกิดขึ้นต่อสุขภาพของบุคคลนั้น ถือว่าอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับกันได้ และได้ นำค่าตัวเลขเหล่านี้มาใช้เป็นข้อมูลขั้นพื้นฐาน ในการออกแบบสถานที่ปฏิบัติการทางรังสี การพัฒนาระเบียบปฏิบัติการที่เหมาะสมอย่างไรก็ตาม ICRP ยังได้แนะนำว่า การได้รับรังสีทั้งหลายควรจะรักษาให้อยู่ในขีดจำกัดต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ระดับรังสีสูงสุดอันเป็นที่ยอมรับกันได้ สามารถใช้เป็นแนวทางในการวางแผนแต่ไม่ควรถือว่าเป็นระดับที่ผู้ปฏิบัติงานทางรังสีสามารถรับได้เป็นประจำ ซึ่งผิดเจตนารมณ์ที่แท้จริง ในทางปฏิ บัติแล้วผู้ปฏิบัติงานทางรังสีจะต้องพยายามให้ตัวเองและผู้อื่นได้รับรังสีน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาข้อโต้แย้งในทางกฎหมาย การใช้คำว่า ระดับสูงสุดที่อนุญาตให้รับได้ (Maximum permissible levels) นั้นประกอบกับปัญหาใน แง่ของจิตวิทยาแล้ว ถ้าใครได้รับรับรังสีมีค่าเกินค่าที่ ICRP ได้กำหนดไว้ จะต้องอยู่ในสภาวะที่เป็นอันตราย ซึ่งจะไม่เป็นความจริง ดังนั้นในการยกร่างเกี่ยวกับแนวปฏิบัติทางกฎหมาย ให้เลี่ยงไปใช้คำว่าขีดจำกัดในการปฏิบัติการหรือปริมาณรังสีอันเป็นที่ยอม รับ ได้ (Operational limits or acceptable dose) แทน ดูจะเหมาะสมกว่า2. การออกแบบสถานที่ปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ (Design of installations or devices)ในการออกแบบสถานที่ปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ สำหรับใช้เกี่ยวกับต้นกำเนิดรังสีด้วยความระมัดระวังก็เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งที่สำคัญ ในการ ป้องกันอันตรายจากรังสี โดยให้มีการผนวกเอาระบบของความปลอดภัย และการป้องกันอันตรายจากรังสีเข้าไว้ในแผน การออกแบบก่อสร้าง สถาน ปฏิบัติการหรืออุปกรณ์ อันเป็นการลดอิทธิพลความผิดพลาดที่อาจจะเกิดขึ้นจากความผิดพลาดที่มนุษย์เป็นผู้ก่อขึ้น ทำให้มีโอกาสได้รับรังสีจาก การ ปฏิบัติงานสูงกว่าปกติ ระบบของความปลอดภัยที่จะใช้ในการออกแบบจะมากหรือน้อยก็ขึ้นกับลักษณะของงานที่ทำเช่น ถ้าในกรณีที่มีการใช้ต้น กำเนิด รังสีที่มีความแรงรังสีสูงมาก ในทางการแพทย์ หรืออุตสาหกรรม ระบบของความปลอดภัยก็ย่อมต้องมีสูงตามไปด้วย และจะลดระดับลงถ้าใช้ ต้นกำเนิดรังสีที่มีความแรงรังสีต่ำลงมาดังนั้น จึงต้องมีการยกร่างระเบียบปฏิบัติอย่างระมัดระวัง และการควบคุมทางการบริหารที่เหมาะ สมควบคู่ กันไปด้วยการออกแบบสถานที่ปฏิบัติการ รวมทั้งทำเลที่ตั้ง การวางผัง และการกำบังรังสีพื้นที่บริเวณสถานที่ปฏิบัติงาน ในการที่จะบรรลุ การออก แบบ ที่เหมาะสมจะต้องมีการพิจารณาถึงองค์ประกอบอื่นๆ อีกหลายองคืประกอบ รวมทั้งประเภทและความแรงของต้นกำเนิดรังสีที่จะใช้ในระยะแรก และเผื่อไว้สำหรับในอนาคตที่อาจจะมีการขยายการใช้เพิ่มขึ้นด้วยหลักสามประการในการป้องกันอันตรายจากรังสีคือเวลา การปฏิบัติงานทางด้านรังสีต้องใช้เวลาน้อยที่สุดเพื่อป้องกันมิให้ร่างกายได้รับรังสีเกินมาตรฐานที่กำหนดไว้สำหรับบุคคลระยะทาง ความเข้มของรังสีจะเปลี่ยนแปลงลดลงไปตามระยะทางจากสารต้นกำเนิดรังสี สำหรับต้นกำเนิดรังสีที่เป็นจุดเล็กๆ ความเข้ม จะลดลงเป็นสัดส่วนกลับ กับระยะทางยกกำลังสองเครื่องกำบัง ความเข้มของรังสีเมื่อผ่านเครื่องกำบังจะลดลง จะมาก หรือ น้อย ขึ้นอยู่กับพลังงานของรังสี สมบัติ ความหนาแน่น และ ความ หนาของวัตถุที่ใช้เครื่องวัดรังสีเครื่องวัดรังสีที่นิยมใช้กันโดยทั่วไปได้แก่ เครื่องสำรวจรังสี เครื่องบันทึกรังสีประจำตัวบุคคล เครื่องวัดรังสีประจำตัวบุคคลชนิดเตือนภัย และเครื่องตรวจวัดรังสีประจำที่เครื่องสำรวจรังสีเป็นเครื่องตรวจหารังสีที่ใช้แบตเตอรีสะดวกต่อการพกพา เช่น Geiger Muller และ Ionization Chamberเครื่องบันทึกรังสีประจำตัวบุคคลเป็นเครื่องมือบันทึกปริมาณรังสีที่ร่างกายได้รับซึ่งเจ้าหน้าที่ที่ปฏิบัติงานด้านรังสีจำเป็นต้องพกติดตัว มีหลายชนิด เช่น pocket dosimeter, film badge, thermoluminescent dosimeter (TLD)เครื่องวัดรังสีประจำตัวบุคคลแบบเตือนภัยเป็นเครื่องวัดสำหรับพกพาติดตัว จะส่งเสียงหรือแสง เพื่อเตือนให้ทราบเมื่อระดับรังสีสูงเกินกว่าที่กำหนดไว้ในเครื่องเครื่องตรวจรังสีประจำที่เป็นเครื่องวัดรังสีชนิดติดตั้งประจำที่เมื่อตรวจพบรังสีที่สูงกว่าค่าที่กำหนดไว้จะส่งเสียงและแสงเตือน

ฟิสิกส์อะตอม

แบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) โบร์ได้ปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการตั้งสมมติฐานขึ้น 2 ข้อ สมมติฐานข้อที่ 1 อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยที่ในวงโคจรพิเศษนี้อิเล็กตรอนจะมีโมเมนตัมเชิงมุม L คงตัว โมเมนตัมเชิงมุมนี้มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวมูลฐาน ( เมื่อ h แทนค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) = 6.63x10-34 Js) สมมติฐานข้อที่ 2 อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจรพิเศษ

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่จุดศูนย์กลางเรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก และเขาคำนวณพบว่า นิวเคลียสมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ถึง 10-14 เมตร ในขณะที่อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงว่า ขนาดอะตอมจึงใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณหนึ่งแสนเท่า แต่ก็มีข้อบกพร่องเพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมประจุบวกจึงรวมกันอยู่ในนิวเคลียส และทำไมอิเล็กตรอนจึงสามารถโคจรรอบนิวเคลียสได้ทั้งที่สูญเสียพลังงานจลน์ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมก

การทดลองของทอมสัน (Joseph J. Thomson) เขาทดลองเพิ่มเติมจากแนวความคิดของครูกส์ พบว่า รังสีแคโทดเป็นลำอนุภาคที่มีประจุลบ หรือเรียกว่า อนุภาครังสีแคโทด (Cathode Ray Particle) ต่อมาเรียกใหม่ว่า "อิเล็กตรอน (Electron) " และถือว่า "ทอมสันเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ค้นพบอิเล็กตรอน" ทอมสันสามารถค้นพบค่าประจุต่อมวล q/m มีค่าเท่ากับ 1.76x 1011 คูลอมบ์ต่อกิโลกรัมการทดลองหยดน้ำมันของมิลลิแกน (Robert A.Millikan) เป็นการทดลองเพื่อต่อยอดความรู้ของทอมสัน ทำให้มิลลิแกนสรุปได้ว่า "ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีขนาดเท่ากับ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ " และนิยมใช้สัญลักษณ์ "e" แทนค่าประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน และยังสามารถค่า "มวลของอิเล็กตรอนได้เท่ากับ 9.1 x 10-31 กิโลกรัม"หลังจากที่มีการค้นพบอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของอะตอม ทำให้ขัดแย้งกับทฤษฎีอะตอมในอดีตที่เข้าใจว่า อะตอมแบ่งแยกไม่ได้ ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอมขึ้นมาเรียงตามความเชื่อถือ ดังต่อไปนี้แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบกระจายกันอยู่ เหมือนเม็ดแตงโม แต่ไม่สามารถอธิบายการทดลองได้ จึงทำให้ล้มเหลวในที่สุด

ฟิสิกส์อะตอมคำว่า "อะตอม" เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าวต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่าสสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไปธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่นสารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัวน้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกันแบบจำลองอะตอม ( Atomic model )เป็นภาพทางความคิดที่แสดงให้เห็น รายละเอียดของโครงสร้างอะตอมที่สอดคล้อง กับผลการทดลองและใช้อธิบายปรากฎการณ์ ของอะตอมได้ ซึ่งหลังจากสมัยของดาลตัน ผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ในรุ่นต่อมาได้ค้นพบว่าอะตอมมีโครงสร้างที่สลับซับซ้อน มีธรรมชาติที่เป็นไฟฟ้าเกี่ยวข้องอยู่ด้วย และสามารถแบ่งแยกให้เล็กลงได้อีกในบางอะตอม ดังนั้นจึงมีแบบจำลองอะตอมของนักวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นมาอีกหลายแบบ ได้แก่ในปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ได้มีการค้นพบรังสีชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า รังสีแคโทด (cathode ray) ที่ได้จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Julius Plicker ซึ่งใช้หลอดแก้วที่สูบอากาศออก และมีอิเล็กโตรด 2 อันอยู่คนละข้าง (แอโนดเป็นขั้วไฟฟ้าบวก และแคโทดเป็นขั้วไฟฟ้าลบ) ของหลอดแก้ว และต่อไปยังไฟฟ้าที่มีศักย์สูง ทำให้เกิดรังสีขึ้นภายในหลอดแก้ว เรียกว่า รังสีแคโทดและในปี 1897 ได้มีผู้ทำการทดลองเกี่ยวกับรังสีแคโทดนี้ โดยค้นพบว่ามีอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งต่อมาเรียกว่า "อิเล็กตรอน" จากรังสีแคโทด เขาผู้นี้คือ เซอร์โจเซฟ จอห์น ทอมสัน ( Sir Joseph John Thomson ) ดังนั้นความเชื่อที่เข้าใจกันว่าอะตอมแบ่งแยกอีกไม่ได้ จึงไม่ถูกต้องอีกต่อไป และ ทอมสันได้เสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นใหม่ ดังนี้ "อะตอมมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุไฟฟ้าลบ อะตอมโดยปกติอยู่ในสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้ทั้งสองประจุนี้มีจำนวน เท่ากันและกระจายอยู่ทั่วไปอย่างสม่ำเสมอภายในอะตอม โดยมีการจัดเรียงที่ทำให้อะตอมมีสภาพเสถียรมากที่สุด" ดังรูปแต่แบบจำลองอะตอมของทอมสันนี้ยังไม่สามารถอธิบายข้อสงสัยบางอย่างได้ เช่น ประจุไฟฟ้าบวก อยู่กันได้อย่างไรในอะตอม และ ไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติอื่นๆของอะตอม ตัวอย่างเช่น สเปกตรัมที่แผ่ออกมาจากธาตุ จึงมีนักวิทยาศาสตร์รุ่นต่อมาค้นคว้าและทดลองเพื่อหาข้อเท็จจริงต่อมา และปัจจุบันก็ได้ทราบว่าแบบจำลองนี้ไม่ถูกต้องเออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟา ( นิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม ) ไปที่แผ่นโลหะบาง ในปี พ.ศ.2449 และพบว่าอนุภาคนี้ สามารถวิ่งผ่านได้เป็นจำนวนมาก แต่จะมีเพียงส่วนน้อยที่เป็นอนุภาคที่กระเจิง ( การที่อนุภาคเบนจากแนวการเคลื่อนที่จากที่เดิมไปยังทิศทางต่างๆกัน ) ไปจากแนวเดิมหรือสะท้อนกลับทางเดิมจากการทดลองนี้ รัทเธอร์ฟอร์ดจึงได้เสนอแบบจำลองอะตอมว่า " อะตอมมีลักษณะโปร่ง ประกอบด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่ที่ศูนย์กลางเรียกว่า นิวเคลียส ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมของมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆนิวเคลียสด้วยระยะห่างจากนิวเคลียสมาก เมื่อเทียบกับขนาดของนิวเคลียส และระหว่างนิวเคลียสกับอิเล็กตรอนเป็นที่ว่างเปล่า"แต่แบบจำลองนี้ยังมีข้อกังขาที่ยังไม่สามารถหาคำตอบได้คือ1.อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่โดยมีความเร่งจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา ทำให้พลังงานจลน์ลดลง ทำไมอิเล็กตรอนวิ่งวนรอบนิวเคลียสตามแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด จึงไม่สูญเสียพลังงาน และไปรวมอยู่ที่นิวเคลียส2. อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัว เมื่อวิ่งวนรอบนิวเคลียสจะจัดการเรียงตัวอย่างไร3. ประจุบวกที่รวมกันอยู่ในนิวเคลียส จะอยู่กันได้อย่างไร ทั้งๆที่เกิดแรงผลักนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามศึกษาเรื่องเกี่ยวกับอะตอม โดยได้เสนอ แบบจำลองอะตอมจากการทดลองที่เกิดขึ้น ซึ่งแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ดได้รับการยอมรับแต่ก็ยังไม่สมบูรณ์ จึงมีผู้พยายามหาคำอธิบายเพิ่มเติม โดยในปี 1913 นีล โบร์ (Niels Bohr) ได้นำทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมมาประยุกต์ใช้ในการทดลอง เพื่อพัฒนาแบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด แต่ในการทดลองของเขาสามารถอธิบายได้เฉพาะอะตอมของไฮโดรเจนที่มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว โดยได้เสนอแบบจำลองอะตอมของไฮโดรเจนว่า1. อิเล็กตรอนจะวิ่งวนเป็นวงกลมรอบนิวเคลียส โดยมีวงโคจรบางวงที่มีอิเล็กตรอนไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในวงโคจรดังกล่าว2. อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานออกมา เมื่อมีการเปลี่ยนวงโคจรที่กล่าวในข้อที่ 1 พลังงานที่อิเล็กตรอนรับหรือปล่อยออกมาจะอยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งสมมติฐานของโบร์ สามารถอธิบายปัญหาปรากฏการณ์ของอะตอมไฮโดรเจนได้ คือ1. เหตุผลที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของไฮโดรเจนได้โดยไม่แผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพราะอิเล็กตรอนโคจรในระดับพลังงานของอะตอมบางวง ซึ่งวงในสุดจะเสถียร2. สเปกตรัมของไฮโดรเจนเกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของอิเล็กตรอน จากสถานะกระตุ้นมายังสถานะต่ำกว่า หรือสถานะพื้น จะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา อาจเห็นเป็นเส้นสว่างที่ไม่ต่อเนื่อง และอาจมีความถี่อื่นๆ อีกที่ตามองไม่เห็น

1.ทฤษฎีอะตอมความคิดที่ว่าสสารประกอบด้วยอะตอมได้เริ่มตั้งแต่ก่อนคริสต์กาลประมาณ 400 ปีมาแล้ว และได้มีการปรับปรุงแก้ไขจนเป็นทฤษฎิอะตอมขึ้นซึ่งเรียงลำดับได้ดังนี้1.1 ดีโมครีตุส (Democritus)เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีอะตอมของสสารขึ้น ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้1. สารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแยกต่อใปได้อีก เรียกว่าอะตอม และอะตอมนี้จะไม่มีการสูญหายหรือเกิดขึ้นใหม่ได้2. อะตอมของสารทุกชนิดจะเหมือนกันหมดแต่โครงสร้างการจับตัวของอะตอมของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน ดังนั้นสารต่างชนิดกันจึงมีอะตอมเหมือนกัน แต่การจับตัวของอะตอมต่างกันเท่านั้น3. ที่ว่างระหว่างอะตอม (Void) อะตอมสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระในที่ว่างนี้1.2 อริสโตเติล (Aristotle)เป็นผู้ที่ไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุส ที่กล่าวว่าระหว่างอะตอมจะมีที่ว่าง เขาได้เสนอความคิดเห็นได้ดังนี้ สารทุกชนิดสามารถถูกแบ่งให้เล็กลงไปได้ โดยไม่มีที่สิ้นสุดและธาตุแท้ของสารทั้งหลายมีเพียงสี่อย่างเท่านั้นคือ " ดิน น้ำ ลม ไฟ " เนื่องจากขณะนั้นอริสโตเติลมีคนเลื่อมใสมากจึงทำให้ทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุสซบเซาไปเกือบสองพันปีทฤษฎีอะตอมเริ่มกลับมาสู่ความเชื่อถือใหม่อีกครั้งหนึ่ง ประมาณต้นคริสต์ศตวรรษที่ 17 โดยมีสาเหตุดังต่อไปนี้1.ทอริเชอรี่ (Torricelli) สามารถประดิษฐ์เครื่องสูบอากาศ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสูญอากาศหรือสภาพว่างเปล่านั้นมีจริง2.ทฤษฎีกลศาสตร์ของกาลิเลโอและนิวตันแสดงให้เห็นว่าคำสอนของอริสโตเติลหลายตอนไม่เป็นจริงทำให้ความเชื่อถือในคำสอนของอริสโตเติลเสื่อมคลายลง3.โรเบิตบอยล์ (Robert Boyle ) ได้ทำการทดลองและสรุปไว้ว่า "ที่อุณหภูมิคงที่ความดันของก๊าซจะแปรผันกลับกับปริมาตรของก๊าซและเบอนูลี่ (Bernoulli) ได้ทำการพิสูจน์กฏของบอยล์ โดยสมมติให้ก๊าซประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ(ซึ่งเรียกว่าโมเลกุล) วิ่งด้วยอัตราเร็วสูงและเกิดการชนกันตามกฏของนิวตัน ปรากฏว่าได้ผลออกมาตรงกับกฏของบอยล์ จึงเป็นการยืนยันได้ว่าอะตอมนั้นมีจริง4.จากความเจริญของวิชาเคมี ได้มีการตั้งกฎทรงมวลและกฎสัดส่วนพหุคูณของปฏิกิริยาเคมีขึ้น จากกฎทั้งสองนี้ทำให้ดาลตันทำให้ดาลตันสร้างทฤษฎีอะตอมขึ้นสำเร็จประมาณต้นศตวรรษที่ 191.3 ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน (Dalton) มีรายละเอียดดังนี้1. สสารประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้2. อะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีลักษณะต่างกัน อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการ 3. อะตอมของธาตุชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นอะตอมของธาตุชนิดอื่นไม่ได้4. หน่วยย่อยของสารประกอบคือโมเลกุล จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่วนที่แน่นอน5. ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ อะตอมจะสูญหาย หรือ เกิดขึ้นใหม่ไม่ได้แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรียงตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เกิดเป็นสารประกอบใหม่ขึ้น2. อิเล็กตรอนในปี ค.ศ. 1874 G.J. Stoney ได้อธิบายถึงลักษณะของอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารโดยกล่าวว่าอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารนั้นเป็นอนุภาคเล็กๆ และอนุภาคเหล่านั้นอยู่ร่วมกันกับอะตอม Stoney ได้เสนอชื่อของอนุภาคนั้นว่าอิเล็กตรอน(Electron ) แต่นั่นเป็นเพียงการกล่าวถึงอิเล็กตรอนเท่านั้น จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1879 Sir William Crookes ได้ทำการทดลองค้นพบอนุภาคไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กตรอนได้และต่อมาในปี ค.ศ. 1897 Sir J.J.Thomson ได้ทำการทดลอง และหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1909 R.A. Millikan จึงสามารถหาประจุและมวลของอิเล็กตรอนได้สำเร็จ3.การทดลองของครูกส์ (Sir William Crookes)ในปี ค.ศ.1894 Sir William Crookes ได้สร้างเครื่องมือชนิดหนึ่งขึ้นมาเป็นหลอดแก้วมีแผ่นโลหะ 2 แผ่น เรียกว่า อิเล็กโตรด ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง แผ่นโลหะที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าลบเรียกว่าคาโธด(Cathode) ส่วนแผ่นที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าบวกเรียกว่าอาโนด (Anode) จัดให้เกิดความต่างศักย์ที่สูงมากระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง สูบก๊าซออกเกือบหมดแสงสว่างนั้นจะหายไป ภายในหลอดจะมืดแต่เกิดเรืองแสงสีเขียวอ่อนที่ปลายหลอดแก้วด้านตรงข้ามกับคาโธด แสงนี้เกิดจากรังสีที่พุ่งมาจากคาโธด และเพื่อที่จะทดลองให้เห็นว่ารังสีคาโธดนี้เดินเป็นเส้นตรง ให้จัดแผ่นโลหะรูปกากบาทวางตั้งไว้ภายในหลอดจะปรากฏผลเป็นรูปกากบาทเกิดขึ้นที่ปลายหลอดแก้วด้านมีแสงเรืองดังรูปที่ 1 แสดงว่ารังสีที่มาจากคาโธดเดินเป็นเส้นตรงและผ่านทะลุแผ่นกากบาทนั้นไปไม่ได้ จึงไม่กระทบแก้วในส่วนที่กากบาทยังอยู่ เนื่องจากรังสีนี้พุ่งออกมาจากคาโธด จึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีคาโธด (Cathode ray )รูปที่ 1 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นตรง รูปที่ 2 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นโค้งในสนามแม่เหล็กนอกจากนั้นยังได้มีการศึกษาสมบัติอื่นๆ ของรังสีคาโธดอีก เช่นพบว่ารังสีนี้สามารถทำให้ซิงซัลไฟด์ ( ZnS ) มีแสงเรืองขึ้น ถ้าเอาแผ่นโลหะหรือแผ่นกระดาษซิงซัลไฟด์มาวางในทิศทางเดินของเส้นรังสีจะเห็นเส้นเรืองสีเขียวปรากฏบนแผ่นนั้น ด้วยเหตุนึ้จึงอาจใช้ฉากซิงซัลไฟด์เป็นเครื่องบอกทิศทางเดินของรังสีคาโธด ถ้าหากเอาแท่งแม่เหล็กเข้ามาใกล้ๆรังสีคาโธดจะทำให้สำแสงรังสีคาโธดเบนโค้งเข้าหาแท่งแม่เหล็กดังรูปที่ 2 และเมื่อกลับขั้วแม่เหล็กลำแสงจะเบนในทิศตรงข้าม ถ้าเอาแท่งแม่เหล็กออกแล้วใส่สนามไฟฟ้าแทนจะได้แนวรังสีเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าจากการทดลองของครูกส์สรุปได้ว่า1.การที่ต่อแผ่นโลหะเข้ากับขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่ แล้วทำให้เกิดเงาที่ฉากแสดงว่าจะต้องมีลำแสงออกมาจากขั้วลบและพยายามวิ่งเข้าหาขั้วบวก แต่มีแสงบางส่วนวิ่งตรงไปตั้งฉากทำให้เกิดเงากากบาทบนฉากขึ้นครูกส์เรียก ลำแสงที่ออกจากขั้วลบนี้ว่ารังสีคาโธด2.เมื่อนำแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำแสง จะทำให้เงากากบาทเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ แสดงว่าลำแสงมีการเบี่ยงเบนจึงสรุปได้ว่า รังสีคาโธดจะต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและจากทิศทางที่เบี่ยงเบนไปทำให้ทราบว่าเป็นประจุลบซึ่งเรียกว่า อิเล็กตรอน4.การทดลองของทอมสัน (J.J. Thomson)ในปี ค.ศ. 1897 J.J. Thomson ได้ทำการทดลองเพื่อหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีคาโธด โดยการผ่านรังสีเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ทดลองมีลักษณะดังรูปที่ 3รูปที่ 3 แสดงการทดลองหา q/m ของทอมสันจากรูปรังสีคาโธดออกจากแผ่นคาโธด A วิ่งเข้าหาแผ่นอาโนด C ภายใต้ความต่างศักย์ V และวิ่งเป็นแนวตรงผ่านช่อง D และกระทบฉากซิงซัลไฟด์ ทำให้เกิดเรืองแสงขึ้นที่ฉากรูปที่ 4 แสดงการเคลื่อนที่ประจุในความต่างศักย์ Vพลังงานที่ A = พลังงานที่ C แทนค่า (-q) VA + 0 = (-q) VC + q ( VC - VA ) = q V = หรือ V = จากสมการจะเห็นได้ว่าเราจะหาค่า V ได้เมื่อทราบค่าอัตราส่วนของ q / m ดังนั้นสมการนี้จึงหาอัตราเร็วของประจุได้J.J. Thomson ทำการหาอัตราของประจุ โดยให้รังสีคาโธดที่ออกจากช่อง D ผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแล้วทำการปรับค่าสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าเพื่อให้รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรง ดังรูปที่ 5รูปที่ 5 รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ารูปที่ 6 แรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าสนามไฟฟ้าจากความต่างศักย์จะมีทิศพุ่งออกจากแผ่นบวกไปลบ ดังนั้นสนามไฟฟ้า (E ) มีทิศลงและแรงที่เกิดกับประจุลบในสนามไฟฟ้าจะมีทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าจึงมีทิศขึ้น ดังรูปและประจุลสบวิ่งตัดสนามแม่เหล็ก B จะทำให้เกิดแรงตามสมการ F = qv x B และจากสมการ Cross Vector หาทิศของแรงจะได้แรงมีทิศลงดังรูปจากรูป ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงตจะได้ = 0FE = FB Eq = qvB V = จากสมการแม่เหล็ก B หาได้จากการวัดและสนามไฟฟ้า E หาได้จากความต่างศักย์ตามสมการ E = Thomson ทำการหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลได้ โดยการให้รังสีคาโธดจากช่อง D วิ่งในสนามแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวแล้วทำการวัดหาค่ารัศมีของรังสีในสนามแม่เหล็ก ดังรูป รูปที่ 7 การเคลื่อนที่ของรังสีคาโธดในสนามแม่เหล็กลักษณะการเคลื่อนที่และแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กเขียนได้ดังรูป 8รูปที่ 8 การเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมจากรูป 8 FB = แทนค่า qvB = = - - - - - - - - - (1)แต่ v = แทนค่า v ในสมการ (1) จะได้ จากสมการค่า E , B และ R เป็นค่าที่ได้จากการวัด และเมื่อนำค่าที่วัดได้แทนค่าลงในสมการจะได้ค่า q / m มีค่าคงที่ดังนี้q / m = 1.76 x 1011 คูลอมบ์ / กิโลกรัมและไม่ว่าจะใช้โลหะชนิดใดเป็นคาโธดก็ตามจะได้ q / m มีค่าเท่ากับ 1.76 x 1011เสมอ จึงสรุปได้ว่าโลหะทุกชนิดจะให้อนุภาครังสีคาโธดเหมือนกันหมดและจากการทดลองหาค่า q / M ของไฮโดรเจนอิออน = พบว่ามีค่าเท่ากับ 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมq/ M ของโฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมหมายเหตุ ไฮโดรเจนอิออนคืออะตอมไฮโดรเจนที่เสียประจุลบไม่นั่นเอง ดังนั้นไฮโดรเจนอิออนจึงมีประจุเป็นบวก และมีขนาดประจุเท่ากับประจุในอนุภาคคาโธดการหาอัตราส่วนของมวลไฮโดรเจนอิออนต่อมวลของอนุภาครังสีคาโธดจาก q / m ของอนุภาคคาโธด = 1.76 x 1011 C / kgและ q / M ของไฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 C / kg= = 1840แสดงว่ามวลไฮโดรเจนอิออนมากกว่ามวลอิเล็กตรอน 1840 เท่า จากผลการทดลองของทอมสัน สรุปได้ว่า" อะตอมที่เข้าใจว่าแบ่งแยกไม่ได้นั้นความจริงสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก ซึ่งอย่างน้อยจะต้องมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ"สรุปผลการทดลองของ Thomsonการหาอัตราส่วนของ q/m ในอนุภาคนคาโธดแยกเป็นลำดับได้ดังนี้1.หาอัตราเร็วประจุโดยให้ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้FE = FBEq = qvBV = 2.การหาอัตราส่วน q / m สามารถหาได้ 2 แบบด้วยกันคือ2.1 โดยให้ประจุวิ่งในสนามแม่เหล็กอย่างเดียวทำการวัดหารัศมี R จะได้FE = หรือ qvB = 2.2 หาจากประจุวิ่งในความต่างศักย์เร่งประจุจาก mv2 = qV5.การหาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m)โดยใช้หลอดตาแมวหลอดตาแมวเป็นหลอดซึ่งใช้ในเครื่องรับวิทยุสามารถนำมาใช้หาอัตราส่วนประจุต่อมวลได้โดยประมาณรูปที่ 9 แสดงส่วนประกอบของหลอดตาแมวส่วนประกอบของหลอดตาแมวประกอบด้วยไส้หลอดห่อหุ้มด้วยคาโธด และมีอิเล็กโตรดล้อมรอบคาโธดทำหน้าที่คอยบังคับรังสี (รอบนอกของ อิเล็กโตรดมีอาโนด ซึ่งฉาบด้วยสารเรืองแสงล้อมรอบอยู่ดังรูป 9) ชิ้นส่วนที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดอยู่ในครอบแก้วสูญญากาศการทำงานของหลอดตาแมวเมื่อไส้หลอดถูกทำให้ร้อนด้วยความต่างศักดาไฟฟ้าประมาณ 6 โวลต์ คาโธดซึ่งห่อหุ้มไส้หลอดอยู่จะร้อนแดงไปด้วย และจะให้อิเล็กตรอนจำนวนมากออกมานอกผิวโลหะ เมื่ออาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกเทียบกับคาโธดประมาณ 125 โวลต์ ขึ้นไปทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเร่งให้อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาอาโนดและกระทบอาโนดทำให้เกิดแสงสีเขียว สำหรับอิเล็กโตรดบังคับรังสีทำหน้าที่กั้นอิเล็กตรอนบางส่วน ทำให้เกิดเงามืดในส่วนนั้นดังรูปที่ 10 (a)ถ้านำหลอดตาแมวจุ่มลงในขดลวดโซลีนอยด์ ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในแนวดิ่งและทำให้รังสีเบนไปจากแนวเดิม ปรากฏดังรูปที่ 10 (b)a. รังสีคาโธดเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก b. รังสีคาโธดเมื่อมีสนามแม่เหล็กรูปที่ 10 หลอดตาแมวอยู่ในสนามแม่เหล็กการคำนวณหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลม ทำให้วัดหารัศมี R ได้จากรูปจะได้ FB = แทนค่า qvB = = - - - - -- - - - -- - -(1)หาความเร็วประจุที่แผ่นอาโนดจาก = qVv = เราประมาณว่าอนุภาควิ่งด้วยอัตราเร็วเฉลี่ย = แทนค่าใน (1) จะได้ = ( )2 = = จากสมการค่า V,B และ R เป็นค่าที่วัดได้จากการทดลองดังนั้นค่า q / m ที่หาได้จากหลอดแมวจึงเป็นค่าประมาณเท่านั้นเพราะอนุภาครังสีคาโธดในสนามไฟฟ้าวิ่งด้วยอัตราเร็วไม่คงที่ตัวอย่างที่ 1 อิเล็กตรอนตัวหนึ่งถูกเร่งด้วยความต่างศักย์จนมีความเร็ว v = 107 m/s เข้าไปในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันดังรูป อยากทราบว่าสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะ สองแผ่นขนานกันดังรูป อยากทราบว่าสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองเป็นเท่าใด จึงจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากแผ่นโลหะขนานที่ปลายพอดีวิธีทำพิจารณาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจาก A BA B แนวราบ จาก sx = u xtแทนค่า 2 x 10-2 = 107tA B แนวดิ่งจากโจทย์ u = 0, s = 0.5 x 10-2 m ,t = 2 x 10-9 s , a = ?จาก s = ut + + at2 แทนค่าจะได้ 0.5 x 10-2 = 0 + a (2 x 10-9 ) 2a = = 2.5 x 1015 m/sแต่ประจุอยู่ในสนามไฟฟ้า a = E = = นั่นคือความเข้มสนามไฟฟ้า = 1.41 x 104 N/ C ตอบตัวอย่างที่ 2 ประจุ -1.6 x 10-19 คูลอมบ์ มวล 9 x 10-31 กก. วิ่งจากแผ่นโลหะ B (มีศักย์เป็นลบ) ไปยัง A (มีศักย์ไฟฟ้าเป็น บวก) โดยมีอัตราเร็วต้นเป็นศูนย์ ถ้าความต่างศักย์ระหว่าง AB เท่ากับ 405 โวลต์ และแผ่นทั้งสองห่างกัน 1.8 ซม. จงหาอัตราเร็วของประจุออกวิ่งจาก A ไป B ด้วยอัตราเร็ว 8 x 106 m/s ประจุนี้จะวิ่งไปได้ไกลเท่าใดจึงจะถอยหลังกลับวิธีทำ ประจุวิ่งจาก B A ด้วยความเร็วต้นเป็นศูนย์จากสมการพลังงาน (En)A = (En)Bแทนค่า (-1.6 x 10-19) VA+ = (-1.6 x 10-19) VB= 1.6 x 10-1 (VA - VB)= = 144 x 1012= 12 x 106 = 1.2 x 107 m/sถ้าประจุวิ่งจาก A ด้วยความเร็ว 8x106 m/s ให้ไปได้ไกล x จากจุด Cจากสมการพลังงานจะได้ (En)A = (En)cแทนค่า (-1.6 x 10-19 ) VA+ = (-1.6 x 10-19) VC + 0= (-1.6 x 10-19) (VA- VC)x 9 x 10-31 (8 x 106)2 = 1.6 x 10-19 VAC VAC = = 180 Voltแต่ E = = = 22,500 v/mพิจารณาสนามไฟฟ้าระหว่าง A และ C จาก E = หรือ x = = = 0.008 mนั่นคือประจุวิ่งได้ไกล = 8 mm ตอบตัวอย่างที่ 3 จากรูปมีอิเล็กตรอนเข้าไปบริเวณระหว่างแผ่นตัวนำ PP ด้วยอัตราเร็ว vx และเคลื่อนที่ตามทิศทางดังในรูป จงหาว่าอิเล็กตรอนจะกระทบฉากสูงจากแกน x เท่าใด เมื่อ m และ q คือ มวลและค่าประจุของอิเล็กตรอนตามลำดับวิธีทำ จากรูปอิเล็กตรอนจะกระทบฉากสูงจากแกน x = y1 + y2ให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ภายใน PP ใช้เวลา = tอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ภายใน PP เป็นแบบวิถีโค้ง แยกการพิจารณาเป็น 2 แนวดังนี้พิจารณาการเคลื่อนที่จาก O P แนวราบจากรูปจะได้ L = vxtt = - - - - - - - - - - -(1)พิจารณาการเคลื่อนที่จาก O P แนวดิ่งจากโจทย์ u = 0 , a = , t = , y1 = ?จาก h = ut + at2แทนค่า y1 = 0 + y1 = - - - - - - - - -- -(2)เมื่อ e หลุดจากแผ่นโลหะมันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจากรูป tan  = y2 = Dtan  - - - - - - - - - - -(3)แต่ tan  = หา vy จาก v = u + atแทนค่า vy = 0 + = ( ) = tan  = = = - - - - - - - - - -- -(4)แทน (4) ใน (3) จะได้ y2 = Dtan  = แทนค่าใน x = y1 + y2 = + = ตอบตัวอย่างที่ 4 ในการทดลองหา q / m ของทอมสัน เขาใช้ความต่างศักย์ 1,500 โวลต์ต่อเข้ากับขั้วหลอดใช้สนามแม่เหล็กขนาด 1.4 x 10-3 เทสลา ทำให้รังสีคาโธดเปลี่ยนจากเดินทางเส้นตรงเป็นเส้นโค้ง ซี่งมีรัศมีความโค้ง R ในการที่จะทำให้รังสีคาโธดกลับเดินทางเป็นเส้นตรงอย่างเดิม เขาใช้ความต่างศักย์ 320 โวลต์ต่อเข้ากับแผ่นโลหะ 2 แผ่นห่างกัน 1.0 ซม. จงหา1. สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง2. ความเร็วของอนุภาคในรังสีคาโธด3. q / m4. Rวิธีทำ จากข้อมูลโจทย์นำมาเขียนรูปแล้วคำนวณตามขั้นตอนต่อไปนี้1.หาสนามไฟฟ้าเนื่องจากความต่างศักย์ (V2) จาก E = = = 3.2 x 104 V/m ตอบ2.หาความเร็วของอนุภาคในรังสีคาโธด จากการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจาก = 0 จะได้ FE = FBแทนค่า EP = qvBv = = = 2.28 x 107 m/sนั่นคืออัตราเร็วประจุ = 2.28 x 107 m/s ตอบ3.หา q/m จากการเคลื่อนที่ประจุในสนามความต่างศักย์ (V1)จาก E k = qVจะได้ mv2 = qV1 หรือ = นั่นคืออัตราส่วนประจุต่อมวล = 1.73 x 1011 C/kg ตอบ4.หา R จากประจุเคลื่อนเป็นส่วนโค้งวงกลมในสนามแม่เหล็กจาก FB = จะได้ qvB = หรือ R = R = 0.94 x 10-1 mรัศมี R = 0.094 m ตอบตัวอย่างที่ 5 ในการทดลองวัดประจุต่อมวล e/m ของอิเล็กตรอนโดยนิวมานน์ ดังแสดงในรูปแผ่นโลหะขนาน มีความต่างศักย์ V ระยะจากขวาสุดของแผ่นโลหะขนานห่างจากฉาก O เท่ากับ a นิวมานน์ให้สนามแม่เหล็ก B พุ่งตั้งฉากกับแผ่นกระดาษนี้ทุกบริเวณ พบว่าลำอิเล็กตรอนเคลื่อนที่โค้งเป็นวงกลมไปตกบนฉากห่างจาก O เป็นระยะ b ในการนี้จะได้อัตราส่วน e/m เท่าไรวีธีทำ ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้ FE = FBแทนค่าจะได้ Eq = qvB หรือ v = - - - - - - - - - - - (1)ประจุวิ่งเป็นส่วนโค้งของวงกลมในสนามแม่เหล็กด้วยรังสี Rจากรูป R2 = a2 + ( R - b)2R2 = a2 + R2 - 2Rb + b2R = - - - - - - - - - - - (2)และจาก FB = หรือ qvB = = แทนค่า v และ R จะได้ = ( ) = ตอบตัวอย่างที่ 6 เร่งอิออนด้วยความต่างศักย์ V จาก S ให้ผ่าน A แล้วให้วิ่งผ่านสนามแม่เหล็กซึ่งอยู่ในบริเวณสามเหลี่ยมโค้งมุมยอด 60 องศา ดังรูป อิออนพุ่งไปชนฟิล์ม C จงหาอัตราส่วนของประจุต่อมวล (q/m)ของอิออนวิธีทำ สมมติว่าอิออนที่เคลื่อนที่เป็นอิออนบวกหาอัตราเร็วของอิออนที่ A จาก v = - - - - - - - - - - --(1)จากรูป A B + 60 + C E = 180 A B = C E = 60 จาก AOB จะได้ cos A B = แทนค่า cos 60 = R = - - - - - - - - - - - - (2)อิออนวิ่งเป็นส่วนโค้งวงกลมในสนามแม่เหล็กจาก FB = หรือ qvB = = แทนค่า v และ R จะได้ = ยกกำลังสอง ( )2 = ตอบ

เรื่องฟิสิกส์อะตอม

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมที่มีประจุบวก และมีอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้าลบกระจายกันอยู่ เหมือนเม็ดแตงโม แต่ไม่สามารถอธิบายการทดลองได้ จึงทำให้ล้มเหลวในที่สุด

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด อะตอมประกอบไปด้วยประจุไฟฟ้าบวกที่รวมกันอยู่จุดศูนย์กลางเรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งถือว่าเป็นที่รวมมวลเกือบทั้งหมดของอะตอม โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบๆ นิวเคลียสที่ระยะห่างจากนิวเคลียสมาก และเขาคำนวณพบว่า นิวเคลียสมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-15 ถึง 10-14 เมตร ในขณะที่อะตอมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-10 เมตร แสดงว่า ขนาดอะตอมจึงใหญ่กว่าขนาดของนิวเคลียสประมาณหนึ่งแสนเท่า แต่ก็มีข้อบกพร่องเพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมประจุบวกจึงรวมกันอยู่ในนิวเคลียส และทำไมอิเล็กตรอนจึงสามารถโคจรรอบนิวเคลียสได้ทั้งที่สูญเสียพลังงานจลน์ ตามทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกเวลล์

แบบจำลองอะตอมของโบร์ (Niels Bohr) โบร์ได้ปรับปรุงแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด โดยการตั้งสมมติฐานขึ้น 2 ข้อ สมมติฐานข้อที่ 1 อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบนิวเคลียสจะมีวงโคจรพิเศษที่อิเล็กตรอนไม่แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา โดยที่ในวงโคจรพิเศษนี้อิเล็กตรอนจะมีโมเมนตัมเชิงมุม L คงตัว โมเมนตัมเชิงมุมนี้มีค่าเป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวมูลฐาน ( เมื่อ h แทนค่าคงตัวของพลังค์ (Planck Constant) = 6.63x10-34 Js) สมมติฐานข้อที่ 2 อิเล็กตรอนจะรับหรือปล่อยพลังงานในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวงโคจรพิเศษ

ฟิสิกส์อะตอม
»
วิทยาศาสตร์
ม.4-6
Application
คำว่า “อะตอม” เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส (Leucippus) และดิโมคริตุส (Democritus) ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก (ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลอง เพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าว
ต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการ ทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า
สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป
ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น
สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว
น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน

1.ทฤษฎีอะตอมความคิดที่ว่าสสารประกอบด้วยอะตอมได้เริ่มตั้งแต่ก่อนคริสต์กาลประมาณ 400 ปีมาแล้ว และได้มีการปรับปรุงแก้ไขจนเป็นทฤษฎิอะตอมขึ้นซึ่งเรียงลำดับได้ดังนี้1.1 ดีโมครีตุส (Democritus)เป็นคนแรกที่เสนอทฤษฎีอะตอมของสสารขึ้น ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้1. สารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยที่เล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแยกต่อใปได้อีก เรียกว่าอะตอม และอะตอมนี้จะไม่มีการสูญหายหรือเกิดขึ้นใหม่ได้2. อะตอมของสารทุกชนิดจะเหมือนกันหมดแต่โครงสร้างการจับตัวของอะตอมของสารแต่ละชนิดจะไม่เหมือนกัน ดังนั้นสารต่างชนิดกันจึงมีอะตอมเหมือนกัน แต่การจับตัวของอะตอมต่างกันเท่านั้น3. ที่ว่างระหว่างอะตอม (Void) อะตอมสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระในที่ว่างนี้1.2 อริสโตเติล (Aristotle)เป็นผู้ที่ไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุส ที่กล่าวว่าระหว่างอะตอมจะมีที่ว่าง เขาได้เสนอความคิดเห็นได้ดังนี้ สารทุกชนิดสามารถถูกแบ่งให้เล็กลงไปได้ โดยไม่มีที่สิ้นสุดและธาตุแท้ของสารทั้งหลายมีเพียงสี่อย่างเท่านั้นคือ " ดิน น้ำ ลม ไฟ " เนื่องจากขณะนั้นอริสโตเติลมีคนเลื่อมใสมากจึงทำให้ทฤษฎีอะตอมของดีโมครีตุสซบเซาไปเกือบสองพันปีทฤษฎีอะตอมเริ่มกลับมาสู่ความเชื่อถือใหม่อีกครั้งหนึ่ง ประมาณต้นคริสต์ศตวรรษที่ 17 โดยมีสาเหตุดังต่อไปนี้1.ทอริเชอรี่ (Torricelli) สามารถประดิษฐ์เครื่องสูบอากาศ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสูญอากาศหรือสภาพว่างเปล่านั้นมีจริง2.ทฤษฎีกลศาสตร์ของกาลิเลโอและนิวตันแสดงให้เห็นว่าคำสอนของอริสโตเติลหลายตอนไม่เป็นจริงทำให้ความเชื่อถือในคำสอนของอริสโตเติลเสื่อมคลายลง3.โรเบิตบอยล์ (Robert Boyle ) ได้ทำการทดลองและสรุปไว้ว่า "ที่อุณหภูมิคงที่ความดันของก๊าซจะแปรผันกลับกับปริมาตรของก๊าซและเบอนูลี่ (Bernoulli) ได้ทำการพิสูจน์กฏของบอยล์ โดยสมมติให้ก๊าซประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ(ซึ่งเรียกว่าโมเลกุล) วิ่งด้วยอัตราเร็วสูงและเกิดการชนกันตามกฏของนิวตัน ปรากฏว่าได้ผลออกมาตรงกับกฏของบอยล์ จึงเป็นการยืนยันได้ว่าอะตอมนั้นมีจริง4.จากความเจริญของวิชาเคมี ได้มีการตั้งกฎทรงมวลและกฎสัดส่วนพหุคูณของปฏิกิริยาเคมีขึ้น จากกฎทั้งสองนี้ทำให้ดาลตันทำให้ดาลตันสร้างทฤษฎีอะตอมขึ้นสำเร็จประมาณต้นศตวรรษที่ 191.3 ทฤษฎีอะตอมของดาลตัน (Dalton) มีรายละเอียดดังนี้1. สสารประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้2. อะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีลักษณะต่างกัน อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะมีลักษณะเหมือนกันทุกประการ 3. อะตอมของธาตุชนิดหนึ่งจะเปลี่ยนเป็นอะตอมของธาตุชนิดอื่นไม่ได้4. หน่วยย่อยของสารประกอบคือโมเลกุล จะประกอบด้วยอะตอมของธาตุองค์ประกอบในสัดส่วนที่แน่นอน5. ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ อะตอมจะสูญหาย หรือ เกิดขึ้นใหม่ไม่ได้แต่อะตอมจะเกิดการจัดเรียงตัวกันเป็นโมเลกุลใหม่เกิดเป็นสารประกอบใหม่ขึ้น2. อิเล็กตรอนในปี ค.ศ. 1874 G.J. Stoney ได้อธิบายถึงลักษณะของอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารโดยกล่าวว่าอนุภาคไฟฟ้าที่อยู่ในสสารนั้นเป็นอนุภาคเล็กๆ และอนุภาคเหล่านั้นอยู่ร่วมกันกับอะตอม Stoney ได้เสนอชื่อของอนุภาคนั้นว่าอิเล็กตรอน(Electron ) แต่นั่นเป็นเพียงการกล่าวถึงอิเล็กตรอนเท่านั้น จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1879 Sir William Crookes ได้ทำการทดลองค้นพบอนุภาคไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กตรอนได้และต่อมาในปี ค.ศ. 1897 Sir J.J.Thomson ได้ทำการทดลอง และหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 1909 R.A. Millikan จึงสามารถหาประจุและมวลของอิเล็กตรอนได้สำเร็จ3.การทดลองของครูกส์ (Sir William Crookes)ในปี ค.ศ.1894 Sir William Crookes ได้สร้างเครื่องมือชนิดหนึ่งขึ้นมาเป็นหลอดแก้วมีแผ่นโลหะ 2 แผ่น เรียกว่า อิเล็กโตรด ซึ่งต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง แผ่นโลหะที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าลบเรียกว่าคาโธด(Cathode) ส่วนแผ่นที่ต่อจากปลายด้านไฟฟ้าบวกเรียกว่าอาโนด (Anode) จัดให้เกิดความต่างศักย์ที่สูงมากระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง สูบก๊าซออกเกือบหมดแสงสว่างนั้นจะหายไป ภายในหลอดจะมืดแต่เกิดเรืองแสงสีเขียวอ่อนที่ปลายหลอดแก้วด้านตรงข้ามกับคาโธด แสงนี้เกิดจากรังสีที่พุ่งมาจากคาโธด และเพื่อที่จะทดลองให้เห็นว่ารังสีคาโธดนี้เดินเป็นเส้นตรง ให้จัดแผ่นโลหะรูปกากบาทวางตั้งไว้ภายในหลอดจะปรากฏผลเป็นรูปกากบาทเกิดขึ้นที่ปลายหลอดแก้วด้านมีแสงเรืองดังรูปที่ 1 แสดงว่ารังสีที่มาจากคาโธดเดินเป็นเส้นตรงและผ่านทะลุแผ่นกากบาทนั้นไปไม่ได้ จึงไม่กระทบแก้วในส่วนที่กากบาทยังอยู่ เนื่องจากรังสีนี้พุ่งออกมาจากคาโธด จึงเรียกรังสีนี้ว่า รังสีคาโธด (Cathode ray )รูปที่ 1 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นตรง รูปที่ 2 รังสีคาโธดเดินเป็นเส้นโค้งในสนามแม่เหล็กนอกจากนั้นยังได้มีการศึกษาสมบัติอื่นๆ ของรังสีคาโธดอีก เช่นพบว่ารังสีนี้สามารถทำให้ซิงซัลไฟด์ ( ZnS ) มีแสงเรืองขึ้น ถ้าเอาแผ่นโลหะหรือแผ่นกระดาษซิงซัลไฟด์มาวางในทิศทางเดินของเส้นรังสีจะเห็นเส้นเรืองสีเขียวปรากฏบนแผ่นนั้น ด้วยเหตุนึ้จึงอาจใช้ฉากซิงซัลไฟด์เป็นเครื่องบอกทิศทางเดินของรังสีคาโธด ถ้าหากเอาแท่งแม่เหล็กเข้ามาใกล้ๆรังสีคาโธดจะทำให้สำแสงรังสีคาโธดเบนโค้งเข้าหาแท่งแม่เหล็กดังรูปที่ 2 และเมื่อกลับขั้วแม่เหล็กลำแสงจะเบนในทิศตรงข้าม ถ้าเอาแท่งแม่เหล็กออกแล้วใส่สนามไฟฟ้าแทนจะได้แนวรังสีเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้าจากการทดลองของครูกส์สรุปได้ว่า1.การที่ต่อแผ่นโลหะเข้ากับขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่ แล้วทำให้เกิดเงาที่ฉากแสดงว่าจะต้องมีลำแสงออกมาจากขั้วลบและพยายามวิ่งเข้าหาขั้วบวก แต่มีแสงบางส่วนวิ่งตรงไปตั้งฉากทำให้เกิดเงากากบาทบนฉากขึ้นครูกส์เรียก ลำแสงที่ออกจากขั้วลบนี้ว่ารังสีคาโธด2.เมื่อนำแท่งแม่เหล็กเข้าใกล้ลำแสง จะทำให้เงากากบาทเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ แสดงว่าลำแสงมีการเบี่ยงเบนจึงสรุปได้ว่า รังสีคาโธดจะต้องเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและจากทิศทางที่เบี่ยงเบนไปทำให้ทราบว่าเป็นประจุลบซึ่งเรียกว่า อิเล็กตรอน4.การทดลองของทอมสัน (J.J. Thomson)ในปี ค.ศ. 1897 J.J. Thomson ได้ทำการทดลองเพื่อหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลของอนุภาคในรังสีคาโธด โดยการผ่านรังสีเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้ทดลองมีลักษณะดังรูปที่ 3รูปที่ 3 แสดงการทดลองหา q/m ของทอมสันจากรูปรังสีคาโธดออกจากแผ่นคาโธด A วิ่งเข้าหาแผ่นอาโนด C ภายใต้ความต่างศักย์ V และวิ่งเป็นแนวตรงผ่านช่อง D และกระทบฉากซิงซัลไฟด์ ทำให้เกิดเรืองแสงขึ้นที่ฉากรูปที่ 4 แสดงการเคลื่อนที่ประจุในความต่างศักย์ Vพลังงานที่ A = พลังงานที่ C แทนค่า (-q) VA + 0 = (-q) VC + q ( VC - VA ) = q V = หรือ V = จากสมการจะเห็นได้ว่าเราจะหาค่า V ได้เมื่อทราบค่าอัตราส่วนของ q / m ดังนั้นสมการนี้จึงหาอัตราเร็วของประจุได้J.J. Thomson ทำการหาอัตราของประจุ โดยให้รังสีคาโธดที่ออกจากช่อง D ผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าแล้วทำการปรับค่าสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าเพื่อให้รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรง ดังรูปที่ 5รูปที่ 5 รังสีคาโธดวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้ารูปที่ 6 แรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าสนามไฟฟ้าจากความต่างศักย์จะมีทิศพุ่งออกจากแผ่นบวกไปลบ ดังนั้นสนามไฟฟ้า (E ) มีทิศลงและแรงที่เกิดกับประจุลบในสนามไฟฟ้าจะมีทิศตรงข้ามกับสนามไฟฟ้าจึงมีทิศขึ้น ดังรูปและประจุลสบวิ่งตัดสนามแม่เหล็ก B จะทำให้เกิดแรงตามสมการ F = qv x B และจากสมการ Cross Vector หาทิศของแรงจะได้แรงมีทิศลงดังรูปจากรูป ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงตจะได้ = 0FE = FB Eq = qvB V = จากสมการแม่เหล็ก B หาได้จากการวัดและสนามไฟฟ้า E หาได้จากความต่างศักย์ตามสมการ E = Thomson ทำการหาอัตราส่วนของประจุต่อมวลได้ โดยการให้รังสีคาโธดจากช่อง D วิ่งในสนามแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวแล้วทำการวัดหาค่ารัศมีของรังสีในสนามแม่เหล็ก ดังรูป รูปที่ 7 การเคลื่อนที่ของรังสีคาโธดในสนามแม่เหล็กลักษณะการเคลื่อนที่และแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็กเขียนได้ดังรูป 8รูปที่ 8 การเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็กประจุในสนามแม่เหล็กจะได้ลักษณะการเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งของวงกลมจากรูป 8 FB = แทนค่า qvB = = - - - - - - - - - (1)แต่ v = แทนค่า v ในสมการ (1) จะได้ จากสมการค่า E , B และ R เป็นค่าที่ได้จากการวัด และเมื่อนำค่าที่วัดได้แทนค่าลงในสมการจะได้ค่า q / m มีค่าคงที่ดังนี้q / m = 1.76 x 1011 คูลอมบ์ / กิโลกรัมและไม่ว่าจะใช้โลหะชนิดใดเป็นคาโธดก็ตามจะได้ q / m มีค่าเท่ากับ 1.76 x 1011เสมอ จึงสรุปได้ว่าโลหะทุกชนิดจะให้อนุภาครังสีคาโธดเหมือนกันหมดและจากการทดลองหาค่า q / M ของไฮโดรเจนอิออน = พบว่ามีค่าเท่ากับ 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมq/ M ของโฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 คูลอมบ์ / กิโลกรัมหมายเหตุ ไฮโดรเจนอิออนคืออะตอมไฮโดรเจนที่เสียประจุลบไม่นั่นเอง ดังนั้นไฮโดรเจนอิออนจึงมีประจุเป็นบวก และมีขนาดประจุเท่ากับประจุในอนุภาคคาโธดการหาอัตราส่วนของมวลไฮโดรเจนอิออนต่อมวลของอนุภาครังสีคาโธดจาก q / m ของอนุภาคคาโธด = 1.76 x 1011 C / kgและ q / M ของไฮโดรเจนอิออน = 9.57 x 107 C / kg= = 1840แสดงว่ามวลไฮโดรเจนอิออนมากกว่ามวลอิเล็กตรอน 1840 เท่า จากผลการทดลองของทอมสัน สรุปได้ว่า" อะตอมที่เข้าใจว่าแบ่งแยกไม่ได้นั้นความจริงสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก ซึ่งอย่างน้อยจะต้องมีอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ"สรุปผลการทดลองของ Thomsonการหาอัตราส่วนของ q/m ในอนุภาคนคาโธดแยกเป็นลำดับได้ดังนี้1.หาอัตราเร็วประจุโดยให้ประจุวิ่งเป็นเส้นตรงในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะได้FE = FBEq = qvBV = 2.การหาอัตราส่วน q / m สามารถหาได้ 2 แบบด้วยกันคือ2.1 โดยให้ประจุวิ่งในสนามแม่เหล็กอย่างเดียวทำการวัดหารัศมี R จะได้FE = หรือ qvB = 2.2 หาจากประจุวิ่งในความต่างศักย์เร่งประจุจาก mv2 = qV5.การหาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (q/m)โดยใช้หลอดตาแมวหลอดตาแมวเป็นหลอดซึ่งใช้ในเครื่องรับวิทยุสามารถนำมาใช้หาอัตราส่วนประจุต่อมวลได้โดยประมาณรูปที่ 9 แสดงส่วนประกอบของหลอดตาแมวส่วนประกอบของหลอดตาแมวประกอบด้วยไส้หลอดห่อหุ้มด้วยคาโธด และมีอิเล็กโตรดล้อมรอบคาโธดทำหน้าที่คอยบังคับรังสี (รอบนอกของ อิเล็กโตรดมีอาโนด ซึ่งฉาบด้วยสารเรืองแสงล้อมรอบอยู่ดังรูป 9) ชิ้นส่วนที่กล่าวมาแล้วทั้งหมดอยู่ในครอบแก้วสูญญากาศการทำงานของหลอดตาแมวเมื่อไส้หลอดถูกทำให้ร้อนด้วยความต่างศักดาไฟฟ้าประมาณ 6 โวลต์ คาโธดซึ่งห่อหุ้มไส้หลอดอยู่จะร้อนแดงไปด้วย และจะให้อิเล็กตรอนจำนวนมากออกมานอกผิวโลหะ เมื่ออาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกเทียบกับคาโธดประมาณ 125 โวลต์ ขึ้นไปทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเร่งให้อิเล็กตรอนวิ่งเข้าหาอาโนดและกระทบอาโนดทำให้เกิดแสงสีเขียว สำหรับอิเล็กโตรดบังคับรังสีทำหน้าที่กั้นอิเล็กตรอนบางส่วน ทำให้เกิดเงามืดในส่วนนั้นดังรูปที่ 10 (a)ถ้านำหลอดตาแมวจุ่มลงในขดลวดโซลีนอยด์ ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในแนวดิ่งและทำให้รังสีเบนไปจากแนวเดิม ปรากฏดังรูปที่ 10 (b)a. รังสีคาโธดเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก b. รังสีคาโธดเมื่อมีสนามแม่เหล็กรูปที่ 10 หลอดตาแมวอยู่ในสนามแม่เหล็กการคำนวณหาค่าอัตราส่วนของประจุต่อมวลพิจารณาแรงที่เกิดกับประจุในสนามแม่เหล็ก

ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ในบ้านพักอาศัย ส่วนใหญ่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (SinglePhase)ระบบการส่งไฟฟ้าจะใช้สายไฟฟ้า 2 สายคือ สายไฟฟ้า 1 เส้น และสายศูนย์ (นิวทรอล) หรือเราเรียกกันว่า สายดินอีก 1 สาย สำหรับบ้านพักอาศัยในเมืองบางแห่ง อาจจะใช้เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดพิเศษ จะต้องใช้ไฟฟ้าชนิดสามเฟส ซึ่งจะให้กำลังมากกว่า เช่น มอเตอร์เครื่องสูบน้ำในการบำบัดน้ำเสีย ลิฟต์ของอาคารสูง ๆ เป็นต้น

ลักษณะการเกิดไฟฟ้ากระแสสลับ คือ ขดลวดชุดเดียวหมุนตัดเส้นแรงแม่เหล็ก เกิดแรงดันกระแสไฟฟ้าทำให้กระแสไหลไปยังวงจรภายนอก โดยผ่านวงแหวน และแปลงถ่านดังกล่าวมาแล้ว จะเห็นได้ว่าเมื่อออกแรงหมุนลวดตัวนำได้ 1 รอบ จะได้กระแสไฟฟ้าชุดเดียวเท่านั้น ถ้าต้องการให้ได้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ก็ต้องใช้ลวดตัวนำหลายชุดไว้บนแกนที่หมุน ดังนั้นในการออกแบบขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับถ้าหากออกแบบชุดขดลวดบนแกนให้เพิ่มขึ้นอีก 1 ชุด แล้วจะได้กำลังไฟฟ้าเพิ่มขึ้นข. ไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส (Three Phase) เป็นการพัฒนามาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส โดยการออกแบบจัดวางขดลวดบนแกนที่หมุนของเครื่องกำเนิดนั้น เป็น 3 ชุด ซึ่งแต่ละชุดนั้นวางห่างกัน 120 องศาทางไฟฟ้า

หลักการทำงานหลักการทำงานในระบบจ่ายไฟฟ้าจะมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าสลับให้มีขนาดสูงมาก ๆ เช่น ให้มีขนาดเป็น 48kV หรือ 24 kV เพื่อลดขนาดของลวดตัวนำที่ต้องใช้ในการจ่ายไฟฟ้าเป็นระยะทางไกล ๆ เมื่อถึงปลายทางก่อนที่จะจ่ายไฟฟ้าไปให้แก่บ้านเมืองต่าง ๆ ก็จะแปลงระดับแรงดันไฟฟ้าให้ลดลงเป็น 220 V เพื่อลดอันตรายที่จะเกิดแก่ผู้ใช้ไฟฟ้า และเมื่อต้องการใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ระดับแรงดันต่ำ ๆ เช่น 6V หรือ 9V ก็จะต้องมีการแปลงแรงดันไฟฟ้าตามบ้านจาก 220 V เป็นระดับแรงดันไฟฟ้าตามที่ต้องการ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าว เราเรียกว่า หม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้านั้น อาศัยหลักการความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับเส้นแรงแม่เหล็กในการสร้างแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำให้กับตัวนำ คือเมื่อมีกระแสไหลผ่านขดลวดตัวนำ ก็จะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนำนั้น และถ้ากระแสที่ป้อนมีขนาดและทิศทางที่เปลี่ยนแปลงไปมา ก็จะทำให้สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีการเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย ถ้าสนามแม่เหล็กที่มีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวตัดผ่านตัวนำ ก็จะเกิดแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำขึ้นที่ตัวนำนั้น โดยขนาดของแรงเคลื่อนเหนี่ยวนำจะสัมพันธ์กับ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก และความเร็วในการตัดผ่านตัวนำของสนามแม่เหล็ก

ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current) เป็นไฟฟ้ากระแสที่มีทิศทางการเคลื่อนที่สลับกัน โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดตัวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งมีอยู่ 3 ชนิดคือ ไฟฟ้ากระแสสลับ เฟสเดียว สองเฟส และสามเฟส ในปัจจุบันนิยมใช้เพียง 2 ชนิดเท่านั้น คือ กระแสไฟฟ้าสลับเฟสเดียวกับสามเฟสก. ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว (Single Phase

แม่เหล็กไฟฟ้า
ประวัติ
แต่เดิมนั้น ไฟฟ้า และ แม่เหล็ก ถูกคิดว่าเป็นแรงสองแรงซึ่งแยกจากกัน อย่างไรก็ตาม มุมมองดังกล่าวถูกเปลี่ยนไปเนื่องจากการตีพิมพ์ผลงานของ เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ ในปี 1873 บทความเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก (Treatise on Electricity and Magnetism) ซึ่งกล่าวถึงอันตรกิริยาของประจุบวกและลบเมื่อถูกแสดงในรูปทั่วไปด้วยแรงเพียงแรงเดียว มีผลอยู่สี่อย่างที่ได้จากอันตรกิริยาเหล่านี้ ทิศการไหลของกระแสก็ขึ้นอยู่กับทิศการเคลื่อนที่เช่นกันผลทั้งหมดเหล่านี้สามารถอธิบายได้อย่างสวยงามใน สมการสนามของแมกซ์เวลล์ ตัวอย่างเช่น แม่เหล็ก ทำให้เกิดการดูดหรือผลักเนื่องจากการเรียงตัวที่สอดคล้องกันหรือเป็นแนวอย่างเรขาคณิตของ สปิน

ฟลักซ์แม่เหล็ก(Magnetic Flux)ฟลักซ์แม่เหล็ก (Magnetic Flux) คือปริมาณเส้นแรงแม่เหล็ก หรือจำนวนของเส้นแรงแม่เหล็ก สัญลักษณ์คือ B มีหน่วยเป็น เวบเบอร์ (WB)ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก หรือ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ( Magnetic Flux Density)ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก หมายถึง จำนวนเส้นแรงแม่เหล็กต่อหน่วยพื้นที่ที่เส้นแรงแม่เหล็กตกตั้งฉาก
เนื่องจากแรง F ที่เกิดขึ้นนี้กระทำในทิศตั้งฉากกับความเร็ว v ตลอดเวลา ดังนั้นถ้าอนุภาคยังคงเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กตลอดเวลา ผลก็คือ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นวงกลม เมื่ออาศัยหลักการเคลื่อนที่ของวงกลมจะสรุปได้ดังนี้

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กเมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณ ของสนามแม่เหล็กจะมีแรงแม่เหล็กกระทำต่อ อนุภาคไฟฟ้านั้นตลอดเวลาทุก ๆ ตำแหน่งที่อนุภาคนั้นเคลื่อนที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก ถ้าสนามแม่เหล็ก มีขนาดสม่ำเสมอ แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคจะมีค่าคงที่ด้วยแรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคไฟฟ้าขึ้นอยู่กับจำนวนประจุไฟฟ้า และความเร็วของอนุภาค และความเข้มของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเขียนในรูปทางคณิตศาสตร์ของผลคูณเวกเตอร์ของเวกเตอร์สองจำนวนได้ดังนี้

สนามไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กเราอาจเข้าใจสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะสร้างสนามไฟฟ้า และทำให้เกิดแรงไฟฟ้าขึ้น แรงนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต และทำให้เกิดการไหลของประจุไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า) ในตัวนำขึ้น ขณะเดียวกัน อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ จะสร้างสนามแม่เหล็ก และทำให้เกิดแรงแม่เหล็กต่อวัตถุที่เป็นแม่เหล็กคำว่า "แม่เหล็กไฟฟ้า" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไม่สามารถแยกออกจากกันได้ ถ้ากฏของฟิสิกส์จะเหมือนกันใน ทุก กรอบเฉื่อย การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า (เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้เป็นพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้านั่นเอง) ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า ก็ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเนื่องจาก สนามทั้งสองไม่สามารถแยกจากกันได้ จึงควรรวมให้เป็นอันเดียวกัน เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ เป็นผู้รวมสนามไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็กเข้าด้วยกันด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ เพียงสี่สมการ ที่เรียกว่า สมการของแมกซ์เวลล์ ทำให้เกิดการพัฒนาฟิสิกส์ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 19เป็นอย่างมาก และนำไปสู่ความเข้าใจในเรื่องต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น แสงนั้น อธิบายได้ว่าเป็นการสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่กระจายออกไป หรือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง ความถี่ของการสั่นที่แตกต่างกันทำให้เกิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกัน เช่น คลื่นวิทยุเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ แสงที่มองเห็นได้เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ปานกลาง รังสีแกมมาเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสำคัญที่ทำให้เกิด ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี ค.ศ. 1905