logo IPST4 IPST4
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • learning space
  • ระบบอบรมครู
  • ระบบการสอบออนไลน์
  • ระบบคลังความรู้
  • สสวท.
  • สำนักงานสลากกินแบ่ง
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • E-Books อื่นๆ
  • Apps
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • คำถามที่พบบ่อย
  • สมัครสมาชิก
  • Forgot your password?
ค้นหา
    
ค้นหาบทความ
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
เลือกหมวดหมู่
    
  • บทความทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ

เทคโนโลยีและวิทยาการสร้างธาตุใหม่

โดย :
ศ.ดร. สุทัศน์ ยกล้าน
เมื่อ :
วันพฤหัสบดี, 23 กันยายน 2564
Hits
2797

          เอ็มพิโดคลีส (Empedocles) นักปราชญ์กรีกเมื่อ 2,450 ปีก่อน เคยแถลงว่า สรรพสิ่งในโลกประกอบด้วยธาตุ 4 ชนิด คือ ดิน น้ำ ลม และไฟ ในอัตราส่วนต่าง ๆ กันความเชื่อนี้เป็นที่ยอมรับมานับพันปี จนกระทั่งรอเบิร์ต บอยล์ (Robert Boyle) ได้ให้คำจำกัดความของธาตุว่าคือสิ่งที่ไม่สามารถแบ่งแยกโดยกระบวนการทางเคมีให้เล็กลงไปได้อีก ดังนั้น ตามคำจำกัดความนี้ความคิดของเอ็มพิโดคลีสจึงผิด เพราะลมประกอบด้วยออกซิเจนกับไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ ส่วนน้ำประกอบด้วยออกซิเจนและไฮโดรเจน ดังนั้น ดิน น้ำ ลม ไฟ จึงไม่ใช่ธาตุ

          นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันเรียกสิ่งที่เล็กที่สุดของธาตุว่า อะตอม และรู้ว่าอะตอมของแต่ละธาตุมีรูปร่างและสมบัติทางกายภาพแตกต่างกัน อีกทั้งมีองค์ประกอบหลัก คือที่แกนกลางมีนิวเคลียส ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนกับนิวตรอนและมีอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียส ธาตุที่เบาที่สุดในธรรมชาติคือ ไฮโดรเจน เพราะมีโปรตอนและอิเล็กตรอนอย่างละอนุภาค ส่วนยูเรเนียมมีโปรตอน 92 อนุภาค นิวตรอน 146 อนุภาค และอิเล็กตรอน 92 อนุภาค

          ตามปกตินักวิทยาศาสตร์นิยมเรียกชื่อธาตุโดยใช้สัญลักษณ์ที่มีเลขกำกับ เช่น ไฮโดรเจนใช้สัญลักษณ์ 1H โดย H แทนไฮโดรเจน และเลข 1 แสดงจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ยูเรเนียมใช้สัญลักษณ์ 92U ซึ่งแสดงว่า นิวเคลียสของยูเรเนียมมีโปรตอน 92 อนุภาค

New Element 01

ภาพ 1 เอ็มพิโตคลีส (Empedocles)
ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Empedocles

          การศึกษาในเวลาต่อมาได้พบว่า เป็นเรื่องยากที่ธรรมชาติจะมีธาตุที่มีมวลมากกว่ายูเรเนียม เพราะเมื่อใดที่นิวเคลียสของธาตุมีโปรตอนมากกว่า 92 อนุภาค มันจะสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา  อิเล็กตรอนหรือรังสีแกมมาออกมา เพราะเป็นนิวเคลียสที่ไม่เสถียรแต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังมีความมุ่งมั่นจะสร้างธาตุที่หนักกว่ายูเรเนียมขึ้นมา เพื่อศึกษาธรรมชาติของธาตุใหม่ และหาวิธีประยุกต์ใช้ธาตุใหม่ที่หนักกว่ายูเรเนียมผลปรากฏว่าตลอดเวลา 70 ปีที่ผ่านมานี้ ได้พบธาตุ Neptunium (93Np), Plutonium (94Pu), Americium (95Am), Curium (96Cm), Berkelium (97Bk), Californium (98Cf), Einsteinium (99Es), Fermium (100Fm), Mendelevium (101Md), Nobelium (102No), Lawrencium (103Lr), Rutherfordium (104Rf), Dubnium (105Db), Seaborgium (106Sg), Bohrium (107Bh), Hassium (108Hs), Meitnerium (109Mf) และ Darmstadtium (110Ds)

New Element 02

ที่มา http://jupac.org/jupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/

          ธาตุ Darmstadtium สัญลักษณ์ Ds เป็นธาตุที่ 110 มีโปรตอน 110 อนุภาคในนิวเคลียส ถูกสังเคราะห์ขึ้นในปี พ.ศ. 2537 ที่ห้องปฏิบัติการ Laboratory for Heavy Ion Research ที่เมืองดาร์มสตัดท์ (Darmstadt) ประเทศเยอรมนีชื่อธาตุได้รับชื่อตามเมืองที่สังเคราะห์ได้เป็นครั้งแรก

ปัจจุบันเทคโนโลยีการสังเคราะห์ธาตุใหม่เป็นงานวิจัยระดับซุปเปอร์ไฮเทค ด้วยเหตุนี้โลกจึงมีห้องปฏิบัติการสำหรับเรื่องนี้เพียงไม่กี่แห่ง ซึ่งได้แก่

          1. Institute for Heavy Ion Research ที่เมืองดาร์มสตัดท์ (Darmstadt) ในเยอรมนี หรือที่เรียกย่อ ๆ ว่า GSI

          2. Joint Institute for Nuclear Research ที่เมืองดับนา (Dubna) ในรัสเซีย

          3. Lawrence Berkeley National Laboratory ที่มหาวิทยาลัย California วิทยาเขต Berkeley ในสหรัฐอเมริกา

          4. RIKEN Accelerator Laboratory ใกล้กรุงโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น

          หลักการสร้างธาตุที่หนักกว่ายูเรเนียมนั้น ตามปกติ

          นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธียิงกระสุนซึ่งเป็นนิ้วเคลียสของธาตุเบาให้พุ่งชนนิวเคลียสของธาตุหนักด้วยความเร็วที่พอเหมาะเพราะถ้าความเร็วกระสุนสูงเกินไป นิวเคลียสที่เป็นเป้าจะแตกกระจาย แต่ถ้าความเร็วกระสุนน้อยเกินไป นิวเคลียสที่เป็นเป้าและกระสุนจะมีแรงไฟฟ้าผลักกัน ทำให้ไม่สามารถหลอมรวมเป็นนิวเคลียสหนักได้ ทั้งนี้เพราะนิวเคลียสทั้งสองต่างก็มีโปรตอนที่มีประจุบวกเป็นจำนวนมาก และประจุที่เหมือนกันจะผลักกัน

          ในการสร้างธาตุใหม่ ปัญหาส่วนที่เกี่ยวกับการใช้พลังงานที่เหมาะสมในการยิงกระสุนนั้น มิได้เป็นเรื่องยากเพียงเรื่องเดียว เพราะได้พบว่าจากกระสุนที่ใช้ยิงจำนวนนับล้านล้านล้านอนุภาคนั้น มีกระสุนเพียงหนึ่งเดียวที่จะหลอมรวมกับนิวเคลียสที่เป็นเป้าได้สำเร็จ แต่นิวเคลียสของธาตุใหม่มักสลายตัวเร็วมากด้วย ดังนั้นเทคโนโลยีการตรวจจับนิวเคลียสใหม่ที่ได้ จึงต้องว่องไว ละเอียดและรอบคอบสุด ๆ ดังการสังเคราะห์ Rutherfordium 112 ในปี พ.ศ. 2534โดยคณะนักวิทยาศาสตร์ที่สถาบัน GSI ได้ใช้นิวเคลียสของสังกะสี (1) ซึ่งเป็นธาตุที่ 30 เป็นกระสุน 5 ส้านล้านล้านอนุภาค ยิงนิวเคลียสของตะกั่ว (Pb) ซึ่งเป็นธาตุที่ 82 กระสุนที่มีความเร็ว 112 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ได้พุ่งชนนิวเคลียสของตะกั่วที่เป็นเป้า ทำให้เกิดนิวเคลียสของธาตุ 112 จำนวน 2 อนุภาค ซึ่งมีชีวิตอยู่ "นาน" 0.0028 วินาที

          เมื่อนิวเคลียสของธาตุใหม่มีจำนวนโปรตอนเพิ่มขึ้น (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสมีชื่อเรียกว่า เลขอะตอม) เช่น Ds ซึ่งมีโปรตอน 110 อนุภาคในนิวเคลียส เลขอะตอมของ Ds จึงเท่ากับ 110) ธาตุจะมีชีวิตสั้นลง เช่น ธาตุที่ 108 Hs (Hassium) มีชีวิตนาน 1 วินาที และธาตุที่ 111 Rg (Rontgenium) ซึ่งหนักกว่า Hs มีชีวิตเพียง 0.0015 วินาทีเท่านั้นเอง

          แม้ธรรมชาติจะมีแนวโน้มว่าธาตุยิ่งหนัก ชีวิตจะยิ่งสั้น แต่ทฤษฎีนิวเคลียร์ฟิสิกส์ได้ทำนายอย่างมั่นใจว่าธาตุ X ซึ่งมีโปรตอน 114 อนุภาค และนิวตรอน 184 อนุภาคในนิวเคลียส เป็นธาตุที่เสถียรมาก คือ อยู่ได้นานถึง 1 ล้านปี ซึ่งนานพอจะนำไปใช้ในการทำระเบิดสังหารชนิดใหม่ หรือประดิษฐ์วัสดุใหม่ได้

          ในวารสาร Physical Review C ฉบับวันที่ 2กุมภาพันธ์ ปี พ.ศ. 2557 วายโอกาเนสเซียน (Y. Oganessian) และคณะแห่ง Joint Institute for Nuclear Research ที่เมืองดับนา (Dubna) ในรัสเซีย กับคณะนักวิทยาศาสตร์จากLawrence Berkeley National Laboratory ในสหรัฐอเมริกาได้รายงานความสำเร็จในการสังเคราะห์ธาตุใหม่ 2 ธาตุ คือธาตุที่ 113 กับ 115 โดยใช้นิวเคลียสของแคลเซียม (20Ca) ซึ่งมีโปรตอน 20 อนุภาค นิวตรอน 28 อนุภาค เป็นกระสุนและมีพลังงาน 248 Mev เพื่อยิงนิวเคลียสของธาตุ Americium (95Am) ซึ่งมีโปรตอน 95 อนุภาค และนิวตรอน 148 อนุภาค ทำให้ได้นิวเคลียสของธาตุที่ 115 (115 = 20+95) 4 อนุภาคและนิวเคลียสของธาตุใหม่นี้จะสลายตัวให้ธาตุ 113 ซึ่งเป็นธาตุใหม่ภายในเวลา 0.083 วินาที โดยการคายอนุภาคแอลฟาออกมา 220 อนุภาค นักวิทยาศาสตร์ควรใช้นิวเคลียสของธาตุชนิดใดเพราะปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังข้างล่างนี้ ต่างก็ให้ธาตุที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเป็น Thorium เช่น

New Element 03

 

          ในปี พ.ศ. 2555 ฮินเด้ (D.J. Hinde) กับคณะได้รายงานในวารสาร Physical Review Letters ฉบับที่ 89 ว่าถ้าใช้นิวเคลียสเป้ากับนิวเคลียสกระสุนที่มีขนาดแตกต่างกันมาก เช่น 16O กับ 204Pb การหลอมรวมเป็นธาตุใหม่จะเกิดได้ง่ายกว่าการใช้ 82Se กับ 138Ba ที่มีขนาดพอๆ กัน เพราะถ้ากระสุนและเป้ามีขนาดแตกต่างกันมาก เป้าใหญ่จะกลืนกระสุนเล็กได้ดี แต่ถ้าคู่กรณีมีขนาดพอ ๆ กัน การถ่ายโอนมวลของนิวเคลียสให้กันและกัน มักทำให้ไม่ได้นิวเคลียสที่มีมวลมาก

          ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุใหม่ และธาตุใหม่ล่าสุดคือธาตุที่ 118 (Oganesson) มีผลทำให้ตารางธาตุ (Periodic table) ที่เมนเดเลเยฟ (D. Mendeleev) สร้างเมื่อปี พ.ศ. 2412 ต้องเปลี่ยนแปลง แต่โครงสร้างหลักของตารางก็ยังไม่เปลี่ยน และยังเป็นเสาหลักที่ใช้ในการศึกษาวิชาเคมีต่อไป แต่ในเวลาเดียวกัน ความสำเร็จในการสร้างธาตุใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมา ทำให้เรารู้ว่าปัญหาเกี่ยวกับเรื่องนี้ยังมีอีกมาก เช่น เราไม่รู้ชัดว่ามนุษย์จะสร้างธาตุใหม่ได้อีกกี่ธาตุ ตารางธาตุมีขนาดจำกัดหรือไม่ และสมบัติของธาตุใหม่ในอนาคตจะล้มทฤษฎีควอนตัมที่เป็นสรณะของนักฟิสิกส์ในทุกวันนี้หรือไม่ เหล่านี้คือปริศนาที่ต้องการเวลาและความมุ่งมั่นในการตอบ

 

           บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ https://magazine.ipst.ac.th/

 

บรรณานุกรม

Hofmann, S. (2002). On Beyond Uranium Science Spectra. V. Moses.

หัวเรื่อง และคำสำคัญ
ธาตุุ, การสร้างธาตุ, อะตอม, นิวเคลียส
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
เคมี
ระดับชั้น
ปฐมวัย
ป.1
ป.2
ป.3
ป.4
ป.5
ป.6
ม.1
ม.2
ม.3
ม.4
ม.5
ม.6
ช่วงชั้น
ทุกช่วงชั้น
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
นักเรียน
บุคคลทั่วไป
  • 12427 เทคโนโลยีและวิทยาการสร้างธาตุใหม่ /article-chemistry/item/12427-2021-08-23-06-09-06
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

  • คำที่เกี่ยวข้อง
    นิวเคลียส อะตอม การสร้างธาตุ ธาตุุ
คุณอาจจะสนใจ
สีพลุปีใหม่
สีพลุปีใหม่
Hits ฮิต (1096)
ให้คะแนน
เทศกาลปีใหม่ถือเป็นงานเฉลิมฉลองวันแห่งความสุขสุดยิ่งใหญ่ นอกจากกิจกรรมการแสดงและร้านค้าขายของต่าง ๆ ...
Steven Chu อดีตรัฐมนตรีรางวัลโนเบล
Steven Chu อดีตรัฐมนตรีรางวัลโนเบล
Hits ฮิต (977)
ให้คะแนน
รัฐมนตรีคนแรกของโลกที่เป็นนักวิทยาศาสตร์ระดับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์คือ Steven Chu แห่งมหาวิทยาลัย S ...
ค้นหาบทความ
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
  • บทความทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ
  • เกี่ยวกับ SciMath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
  • คำถามที่พบบ่อย
Scimath คลังความรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด

The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.

Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved. 
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)