แรงนิวเคลียร์
แรงนิวเคลียร์ (อังกฤษ: Nuclear force) คือแรงระหว่างนิวคลีออนสองตัวหรือมากกว่านั้น เป็นเหตุของการยึดเหนี่ยวระหว่างโปรตอนกับนิวตรอนให้อยู่ด้วยกันเป็นนิวเคลียสอะตอมได้ พลังงานนิวเคลียร์ยึดเหนี่ยวที่ปลดปล่อยออกมาทำให้มวลของนิวเคลียสน้อยกว่ามวลรวมของโปรตอนและนิวตรอนรวมกัน แรงนี้เป็นแรงดูดที่มีกำลังแรงระหว่างนิวคลอนที่อยู่ห่างกันประมาณ 1 เฟมโตเมตร (fm) วัดจากจุดศูนย์กลาง แต่จะอ่อนกำลังลงอย่างรวดเร็วที่ระยะห่างมากกว่า 2.5 fm ที่ระยะใกล้กว่า 0.7 fm แรงนี้จะกลายเป็นแรงผลัก และเป็นตัวการสำหรับรูปร่างทางกายภาพของนิวเคลียส เพราะนิวคลีออนจะไม่สามารถเข้าใกล้กันมากกว่าที่แรงนี้ยอมให้เป็นไปได้หรือ แรงนิวเคลียร์ หมายถึงแรงที่ใช้ยึดเหนี่ยวนิวคลีออนเข้าไว้ด้วยกันเป็นนิวเคลียสเป็นแรงดูดซึ่งมากกว่าแรงผลักระหว่างประจุไฟฟ้า และเป็นแรงที่เกิดขึ้นในระยะสั้นๆ ขยายความว่า เนื่องจากนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน แรงกระทำต่างๆ
ลักษณะของแรงนิวเคลียร์
1.แรงนิวเคลียร์เป็นแรงดึงดูดระหว่าง โปรตอน-โปรตอน โปรตอน-นิวตรอน นิวตรอน-นิวตรอน
- แรงดึงดูดระหว่างโปรตอน กับโปรตอน เป็นแรงที่ส่งผลในระยะที่สั้นมาก (ต่ำกว่ารัศมีของนิวเคลียส)
แรงนิวเคลียร์มีสมบัติดังนี้
- เป็นแรงที่เกิดในระยะสั้น (short range force) หมายความว่าเป็นแรงที่เกิดเมื่ออนุภาคเข้ามาอยู่ใกล้กันมากๆ ระดับหนึ่ง
- เป็นแรงดึงดูดอย่างเดียว โดยไม่ขึ้นกับชนิดของประจุ
- เป็นแรงที่ขึ้นอยู่กับโมเมนตัมเชิงมุม ที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของนิวเคลียส
แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม เมื่อพิจารณานิวเคลียสของอะตอม ซึ่งประกอบด้วยโปรตอน และนิวตรอน พบว่าทั้งโปรตอนและนิวตรอนนั้นยึดเหนี่ยวอยู่รวมกันได้ด้วยแรงชนิดหนึ่งที่ไม่ใช่แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เป็นแรงนิวเคลียร์แบบเข้ม ซึ่งเกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคชนิดหนึ่ง ไป-มา ระหว่างโปรตอนและนิวตรอน โดยอนุภาคที่ถูกแลก ไป-มา ดังกล่าวนี้ มีชื่อเรียกว่า เมซอน (Mesons) และการแลกเปลี่ยนเมซอนนี้จะก่อให้เกิดแรงดึงดูดที่ทำให้โปรตอนและนิวตรอนยึดติดกันได้ อนุภาคเมซอนตัวที่รู้จักกันดี ได้แก่ อนุภาคพายเมซอน
( P-Mesons ) ซึ่งประกอบด้วย ควาร์กขึ้น หรือ ควาร์กลง และปฏิอนุภาคอีก 1 ตัว ตัวอย่างเช่น อนุภาคพายเมซอนชนิดบวก จะประกอบด้วยควาร์กขึ้น 1 ตัว และแอนติควาร์กลง อีก 1 ตัว รวมกัน
แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน นอกจากแรงนิวเคลียร์แบบเข้มแล้ว ยังพบว่า โปรตอนและนิวตรอน สามารถทำปฏิกริยากันได้ด้วยแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนด้วย โดยการแลกเปลี่ยนอนุภาคชนิดหนึ่งที่เรียกว่า วีคอน ( Weakons ) แรงนิวเคลียร์แบบอ่อนนี้มีความสำคัญมากในการสังเคราะห์ธาตุหนักชนิดต่าง ๆ ในดาวฤกษ์เนื่องจากแรงนิวเคลียร์แบบอ่อนสามารถเปลี่ยนโปรตอนให้เป็นนิวตรอน และในทางกลับกันแรงดังกล่าวสามารถเปลี่ยนนิวตรอนกลับไปเป็นโปรตอนได้อีกด้วย
ปรเภทของแรงนิวเคลียร์
- แรงนิวเคลียร์มี 2 ประเภท ได้แก่
1. แรงนิวเคลียร์แบบอ่อน (Weak nuclear force) เป็นแรงนิวเคลียร์ที่ทำให้เกิดการสลายของสารกัมมันตรังสี (สารกัมมันตรังสี คือ สารชนิด
หนึ่งที่เมื่อสลายตัวแล้วสามารถแผ่รังสีออกมาได้) ซึ่งทั้งเกิดขึ้นภายในนิวเคลียสที่สลาย
ให้รังสีบีตา
2. แรงนิวเคลียร์แบบเข้ม (Strong nuclear force)
เป็นแรงยึดเหนี่ยว ควากร์ก (quarks) ซึ่งเป็นอนุภาคที่ประกอบกันเป็นโปรตอนหรือ
นิวตรอน
Quarks
ควาร์ก คือ อนุภาคมูลฐานและเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของสสาร ควาร์กมากกว่าหนึ่งตัวเมื่อรวมตัวกัน
จะเป็นอีกอนุภาคหนึ่งที่เรียกว่าแฮดรอน (hadron) ส่วนที่เสถียรที่สุดของแฮดรอนสองลำดับแรก
คือโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของนิวเคลียสของอะตอม
ประเภทของควาร์ก
Nucleon
นิวคลีออน (Nucleon) คือหนึ่งในหลายอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสของอะตอมแต่ละตัวประกอบด้วยนิวคลีออนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น ดังนั้นอะตอมแต่ละตัว
จึงประกอบด้วยกลุ่มของนิวคลีออนที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น นิวคลีออนมีอยู่ 2 ประเภทคือนิวตรอน และโปรตอน
Conclude
ปัจจุบันนักฟิสิกส์ได้จำแนกประเภทของแรงที่เกิดขึ้นในธรรมชาติออกเป็นแรงพื้นฐาน 4 ประเภท คือ แรงนิวเคลียสแบบเข้ม แรงนิวเคลียสแบบอ่อน แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วง ซึ่งแรงทั้งสี่นี้ทำให้เกิดเอกภาพ และดำรงอยู่ได้จนปัจจุบันและเชื่อว่าจะอยู่ต่อไปจนถึง
อนาคตอันไม่มีที่สิ้นสุด
ประโยชน์ของแรงในนิวเคลียส
การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์เป็นการศึกษาความเป็นมาของดาวฤกษ์ตั้งแต่การก่อกำเนิด
การดำรงอยู่และการสิ้นอายุของดาวฤกษ์เชื่อว่าดาวฤกษ์เกิดจากการยุบตัวของกลุ่มก๊าซขนาดมหึมาซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจน ภายใต้แรงโน้มถ่วงระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซ การยุบตัวทำให้อุณหภูมิของกลุ่มก๊าซสูงขึ้นเรื่อยๆ
การยุบตัวดำเนินไปจนกระทั่งบริเวณใจกลางของกลุ่มก๊าซมีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้านองศาเคลวิน
ภายใต้อุณหภูมิสูงขนาดนี้ ทำให้เกิดปฏิกิริยาของหลอมนิวเคลียส (Nuclear Fusion) ของไฮโดรเจนขึ้นในลักษณะของปฏิกิริยาลูกโซ่ (Chain Reaction) แล้วปล่อยพลังงานจำนวน
มหาศาลทั้งในรูปแสงและความร้อน
จึงอาจกล่าวได้ว่าแรงนิวเคลียร์และปฏิกริยานิวเคลียร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสังเคราะห์
นิวเคลียส ( Nucleosynthesis ) และการผลิตพลังงานภายในดาวฤกษ์
