โปรตอน (proton)
สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติิ
อนุภาคมูลฐานที่มีขนาดประจุ +1 หรือคิดเป็น 1.602 ? 10?19 คูลอมบ์ มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 10-15 เมตร และมีมวล 1.6726 ? 10-27 กิโลกรัม (938.27231 MeV/c2) ซึ่งน้อยกว่ามวลของโปรตอนเล็กน้อย และมากกว่ามวลของอิเล็กตรอน 1,836.15 เท่าตัว โดยนิวตรอนประกอบขึ้นจากอัปควาร์ก (up quark หรือ u) 2 อนุภาค กับดาวน์ควาร์ก (down quark หรือ d) 1 อนุภาค
ขนาดประจุ +1 ของโปรตอนมาจากผลรวมขนาดประจุของอัปควาร์ก (+2/3) จำนวน 2 อนุภาคกับดาวน์ควาร์ก (-1/3) จำนวน 1 อนุภาค (+2/3 +2/3 -1/3 = 1)
โปรตอนเป็นองค์ประกอบหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม โดยยึดรวมอยู่กับนิวตรอนเป็นนิวเคลียสอยู่ตรงกลางและมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส เนื่องจากทั้งโปรตอนและนิวตรอนเป็นอนุภาคภายในนิวเคลียส จึงมีคำกลาง ๆ ใช้เรียกโปรตอนหรือนิวตรอนว่า นิวคลีออน (nucleon)
โครงสร้างของอะตอม
จำนวนของโปรตอนภายในนิวเคลียสของอะตอมเป็นตัวกำหนดว่าเป็นอะตอมของธาตุใด รวมทั้งเป็นตัวกำหนดสมบัติทางเคมีด้วย แต่อะตอมของธาตุเดียวกันอาจมีจำนวนนิวตรอนแตกต่างกันได้ที่เรียกว่า ไอโซโทป เช่น อะตอมคาร์บอนมีไอโซโทปที่แตกต่างกันถึง 8 ชนิด แต่ที่มีความอุดมมากและมีความสำคัญมี 3 ชนิด คือ คาร์บอน12 ซึ่งเป็นอะตอมเสถียรและมีมากถึง 98.90 เปอร์เซ็นต์ ในนิวเคลียสมีโปรตอน 6 อนุภาคกับนิวตรอน 6 อนุภาค คาร์บอน13 เป็นอะตอมเสถียรเช่นกัน ซึ่งในธรรมชาติมีอยู่ 1.10 เปอร์เซ็นต์ มีนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอน 6 อนุภาคกับนิวตรอนอีก 7 อนุภาค และคาร์บอน14 ซึ่งเป็นไอโซโทปรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาวนานถึง 5,730 ปี ในนิวเคลียสมีโปรตอน 6 อนุภาคกับนิวตรอน 8 อนุภาค
ไอโซโทปสำคัญของคาร์บอน 3 ชนิด
โปรตอนจัดเป็นอนุภาคเสถียร แม้ในการศึกษาล่าสุดเชื่อว่าโปรตอนก็อาจมีการสลายได้เช่นกัน แต่ครึ่งชีวิตที่ประมาณกันไว้ก็ยาวนานถึง 1032 ปี โดยทั่วไปการสลายของโปรตอนจึงไม่สามารถเกิดขึ้นเอง และจะต้องใช้พลังงานทำให้เกิดขึ้น เช่น กระบวนการจับยึดอิเล็กตรอนเกิดได้เมื่อโปรตอนจับยึดอิเล็กตรอนไว้ แล้วแปรไปเป็นนิวตรอนซึ่งจะปล่อยอนุภาคนิวทริโนออกมาด้วย ดังสมการ
โปรตอนที่อยู่ภายในนิวเคลียสสามารถแปรไปเป็นนิวตรอนได้ โดยจะเกิดในกรณีที่นิวเคลียสของอะตอมกัมมันตรังสีที่มีโปรตอนมากเกินไป เช่น โซเดียม-22 ซึ่ง จะเกิดการสลายกัมมันตรังสี (radioactive decay) โดยโปรตอนสลายเป็นนิวตรอน 1 อนุภาคกับโพซิตรอน (อนุภาคบีตาที่มีประจุบวก) อีก 1 อนุภาค นิวตรอนที่เกิดขึ้นยังคงอยู่ภายในนิวเคลียส ส่วนโพซิตรอนถูกปล่อยออกมาภายนอกอะตอม แต่เนื่องจากจำนวนโปรตอนภายในนิวเคลียสนั้นกลับลดลง 1 อนุภาค ทำให้เกิดการแปรธาตุจากโซเดียม-22 กลายเป็นนีออน-22 การสลายเช่นนี้จัดเป็นอีกแบบหนึ่งของการสลายให้อนุภาคบีตา (beta decay)
การสลายให้อนุภาคบีตาบวกหรือโพซิตรอน