ธาตุกัมมันตรังสี (อังกฤษ: radioactive element) คือธาตุพลังงานสูงกลุ่มหนึ่งที่สามารถแผ่รังสี แล้วกลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่ได้ มีประวัติการค้นพบดังนี้
1. รังสีเอกซ์ ถูกค้นพบโดย Conrad Röntgen อย่างบังเอิญเมื่อปี ค.ศ. 18952. ยูเรเนียม ค้นพบโดย Becquerel เมื่อปี ค.ศ. 1896 โดยเมื่อเก็บยูเรเนียมไว้กับฟิล์มถ่ายรูป ในที่มิดชิด ฟิล์มจะมีลักษณะ เหมือนถูกแสง จึงสรุปได้ว่าน่าจะมีการแผ่รังสีออกมาจากธาตุยูเรเนียม เขาจึงตั้งชื่อว่า Becquerel Radiation
3. พอโลเนียม ถูกค้นพบและตั้งชื่อโดย มารี กูรี ตามชื่อบ้านเกิด (โปแลนด์) เมื่อปี ค.ศ. 1898 หลังจากการสกัดเอายูเรเนียมออกจาก Pitchblende หมดแล้ว แต่ยังมีการแผ่รังสีอยู่ สรุปได้ว่ามีธาตุอื่นที่แผ่รังสีได้อีกแฝงอยู่ใน Pitchblende นอกจากนี้ กูรียังได้ตั้งชื่อเรียกธาตุที่แผ่รังสีได้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี และเรียกรังสีนี้ว่า กัมมันตภาพรังสี
4. เรเดียม ถูกตั้งชื่อไว้เมื่อปี ค.ศ. 1898 หลังจากสกัดเอาพอโลเนียมออกจากพิตช์เบลนด์หมดแล้ว พบว่ายังคงมีการแผ่รังสี จึงสรุปว่ามีธาตุอื่นที่แผ่รังสีได้อีกใน Pitchblende ในที่สุดกูรีก็สามารถสกัดเรเดียมออกมาได้จริง ๆ จำนวน 0.1 กรัม ในปี ค.ศ. 1902
ด้วยเหตุนี้นี่เอง ทำให้ผู้ค้นพบได้รับรางวัลต่าง ๆ ดังนี้
- Conrad Röntgen ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี ค.ศ. 1901
- Pierre, Marie Curie ได้รับรางวัลเหรียญเดวี่จากราชบัณฑิตยสภาแห่งสหราชอาณาจักร ปี ค.ศ. 1903
- Pierre, Marie Curie และ Henri Becquerel ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ปี ค.ศ. 1903
- Mme Curie ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ปี ค.ศ. 1911
ส่วนรังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุนั้น แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ
1. รังสีแอลฟา (สัญลักษณ์: α) คุณสมบัติ เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (4 2He) มี p+ และ n อย่างละ 2 อนุภาค ประจุ +2 เลขมวล 4 อำนาจทะลุทะลวงต่ำ เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วลบ
2. รังสีบีตา (สัญลักษณ์: β) คุณสมบัติ เหมือน e- อำนาจทะลุทะลวงสูงกว่า α 100 เท่า ความเร็วใกล้เสียง เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าเข้าหาขั้วบวก3. รังสีแกมมา (สัญลักษณ์: γ) คุณสมบัติเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ที่มีความยาวคลื่นสั้นมากไม่มีประจุและไม่มีมวล อำนาจทะลุทะลวงสูงมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า เกิดจากการที่ธาตุแผ่รังสีแอลฟาและแกมมาแล้วยังไม่เสถียร มีพลังงานสูง จึงแผ่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อลดระดับพลังงาน
การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี
การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (อังกฤษ: radioactive decay) เป็นกระบวนการที่ นิวเคลียสของอะตอมสูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยอนุภาคที่มีประจุ และ แผ่รังสี การสลายตัว หรือการสูญเสียพลังงานนี้ ส่งผลให้อะตอมที่เป็น parent nuclide เปลี่ยนรูปไป กลายเป็นอะตอมอีกชนิดหนึ่งที่ต่างออกไป,ที่เรียกว่า daughter nuclide ตัวอย่างเช่น อะตอมของ คาร์บอน-14 (C-14) (parent คาดว่า "ตัวตั้งต้น") แผ่รังสี และเปลี่ยนรูปกลายเป็น อะตอมของ ไนโตรเจน-14 (N-14) (daughter คาดว่า "ผลลัพธ์") กระบวนการนี้เกิดขึ้นแบบสุ่มในระดับของอะตอม จึงทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่า อะตอมที่สังเกตจะสลายตัวเมื่อใด แต่ถ้าเป็นการสังเกตการณ์อะตอมในปริมาณมากแล้ว เราสามารถคาดการณ์อัตราการสลายตัวโดยเฉลี่ยได้
มาตรฐานในระบบหน่วยเอสไอในการวัดการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีนั้น มีหน่วยเป็น เบ็กเกอเรล (becquerel, Bq) หนึ่งหน่วยเบ็กเกอเรลมีนิยามคือ การเปลี่ยนแปลง (หรือการสลายตัว) ต่อวินาที เนื่องจากปริมาณตัวอย่างที่พอเหมาะของสารกัมมันตรังสี มีอะตอมจำนวนมาก ดังนั้นเบ็กเกอเรลจึงเป็นหน่วยวัดที่เล็กในการวัด โดยทั่วไปมักใช้หน่วยวัดนี้ในระดับของ เทอราเบ็กเกอเรล (terabecquerel,TBq) หรือ จิกะเบ็กเกอเรล (gigabecquere,GBq)) อีกหน่วยที่ใช้วัดค่ารังสีคือ กูรี (curie, Ci) ซึ่งเดิมนั้นนิยามจากการเกิดปฏิกิริยาของเรเดียมบริสุทธิ์ หนึ่งกรัม (ไอโซโทป Ra-226) ซึ่งโดยนิยามนั้น 1 กูรีเทียบเท่ากับปฏิกิริยาการสลายตัวของ นิวเคลียสของเรเดียมที่อัตรา 3.7x1010 Bq ปัจจุบันทาง SI ไม่แนะนำให้ใช้หน่วยวัด Ci อีกต่อไป
คำอธิบาย
นิวตรอนและโปรตอนที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส รวมไปถึงอนุภาคอื่นๆที่เข้าใกล้มัน ถูกควบคุมด้วยหลายๆปฏิกิริยา แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้ในระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า(macroscopic scale) เป็นแรงที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับระยะห่างที่เล็กกว่าอะตอม (subatomic distance) แรงไฟฟ้าสถิตย์ (electrostatic force)ก็เป็นอีกแรงที่สำคัญ และ ในการสลายตัวแบบเบต้า (beta decay) แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย
ความเกี่ยวพันกันของแรงเหล่านี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ ที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาในขณะจัดเรียงตัวของอนุภาค ในการเรียงตัวบางแบบของนิวเคลียส มีคุณสมบัติในการเรียงตัวแบบช้าๆ โดยอนุภาคจะเรียงตัวในรูปแบบที่มีพลังงานต่ำกว่า และปลดปล่อยพลังงานออกมา บางคนอาจเปรียบเทียบลักษณะที่เกิดขึ้นกับ หิมะที่อยู่บนเขา ซึ่งมีแรงเสียดทานระหว่างเกล็ดน้ำแข็งที่รองรับน้ำหนักของหิมะ ซึ่งทำให้ระบบมีความไม่เสถียร เนื่องจากยังสามารถเปลี่ยนไปเป็นสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าได้ สิ่งกระตุ้นจะช่วยให้เกิดสภาวะที่มีค่าเอนโทรปีที่สูงกว่า ระบบจะเปลี่ยนแปลงเพื่อไปยังสถานะพื้น, ก่อให้เกิดความร้อน และ พลังงานรวมจะถูกกระจายให้กับระดับพลังงานที่สูงกว่า ซึ่งก่อให้เกิดหิมะถล่มในที่สุด พลังงานรวมไม่มีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการนี้ แต่เนื่องจากกฎของเอนโทรปี หิมะถล่มจึงเกิดขึ้นได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น คือสถานะพื้น (ground state) ซึ่งเป็นสถานะที่มีความเป็นไปได้มากที่สุด ในการที่พลังงานที่มีจะถูกกระจายไป
ในการถล่มนี้ (การสลายตัว) ต้องการพลังงานกระตุ้น เฉพาะในกรณีของหิมะถล่มนั้น พลังงานนี้มาจากการรบกวนจากภายนอกระบบ ซึ่งการรบกวนนี้อาจมีระดับที่เล็กมาก สำหรับในกรณีของนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ในภาวะกระตุ้น สิ่งรบกวนขนาดเล็กนี้เกิดจากการสลับที่ของช่องว่าง(vacuum fluctuations)จำนวนหนึ่ง นิวเคลียส (หรือระบบที่ถูกกระตุ้นใดใดก็ตามใน กลศาสตร์ควอนตัม) ไม่เสถียร และจะทำตัวเองให้เสถียร เปลี่ยนไปเป็นระบบที่ลดระดับการตุ้นลง ผลจากการเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลทำเกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอะตอม และ เกิดการปลดปล่อยไม่ว่าจะเป็น โปรตอน หรือ อนุภาคความเร็วสูงที่มีมวล (เช่น อิเล็กตรอน, อนุภาคแอลฟา, หรือ อนุภาคอื่นๆ)
อองรี เบ็กเกอเรล ชาวฝรั่งเศส ค้นพบกัมมันตภาพรังสี ในปี พ.ศ. 2439 ในขณะที่กำลังทำงานเกี่ยวกับสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัส(phosphorescent materials) สารพวกนี้เรืองแสงในที่มืดหลังจากที่ได้รับแสง และเขาคิดว่าแสงเรืองที่เกิดในหลอดคาโทดในเครื่องเอ็กเรย์ น่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงประเภทนี้ เขานำฟิล์มภาพมาหุ้มในกระดาษสีดำ และนำสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัสหลายชนิดมาวางทับ จากการทดลองไม่ปรากฏผล จนกระทั่งเขาใช้เกลือของยูเรเนียม ซึ่งทำให้เกิดเป็นเงาดำบนแผ่นฟิล์ม การแผ่รังสีนี้เรียกว่า Becquerel Rays
ต่อมาเป็นที่ประจักษ์ว่าส่วนที่ดำขึ้นนั้น ไม่ได้เกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัสเลย เพราะแผ่นฟิล์มดำในขณะที่สารนั้นอยู่ในที่มืด สำหรับเกลือของยูเรเนียม และ โลหะยูเรีเนียมก็ทำให้แผ่นฟิล์มดำเช่นกัน ซึ่งชี้ให้เห็นว่า เกิดขึ้นจากการแผ่รังสีที่สามารถผ่านแผ่นกระดาษที่ทำให้แผ่นฟิล์มดำ
ในช่วงแรกนั้น การแผ่รังสีนี้มีลักษณะคล้ายคลึงกับการค้นพบ รังสีเอ็กซ์ จากการค้นคว้าเพิ่มเติมโดย เบ็กเกอเรล, มารี กูรี, ปิแอร์ กูรี, เออร์เนสต์ รูเทอร์ฟอร์ด และการค้นพบอื่นๆ ทำให้เห็นว่า กัมมันตภาพรังสีมีความซับซ้อนยิ่งกว่ามาก มีการสลายตัวได้หลายแบบ แต่ รูเทอร์ฟอร์ด เป็นคนแรกที่พบว่า สามารถประมาณการณ์ปรากฏการณ์ได้ทางคณิตศาสตร์ ด้วยสูตรเอ็กโพเนนเชียลแบบเดียวกัน
ผู้ค้นคว้ากลุ่มแรก ๆ ค้นพบอีกว่า สารเคมีอื่น ๆ นอกจากยูเรเนียมมีไอโซโทปที่เป็นสารกัมมันตรังสี การใช้การค้นหาอย่างเป็นระบบสำหรับกัมมันตรังสีในแร่ยูเรเนียม เป็นแนวทางที่ช่วยให้ มารี กูรี ระบุธาตุใหม่พอโลเนียม และแยกธาตุใหม่ เรเดียมจากแบเรียม เนื่องจากความคล้ายคลึงทางเคมีของธาตุทั้งสอง ทำให้เป็นการยากในการแยกแยะธาตุทั้งสอง
อันตรายของกัมมันตภาพรังสี และ การแผ่รังสีไม่เป็นที่ทราบในระยะแรก ผลเฉียบพลันของการแผ่รังสีค้นพบในการใช้รังสีเอ็กในขณะที่วิศวกร นิโคลา เทสลา ตั้งใจเอานิ้ววางเพื่อถ่ายรังสีเอ็กในปี พ.ศ. 2439 เขาได้รายงานผลการศึกษาที่ระบุถึงอาการไหม้ที่เกิดขึ้น ซึ่งเข้าระบุว่าเกิดจากโอโซนมากกว่าที่เกิดจากรังสีเอ็ก อาการบาดเจ็บของเขาหายในที่สุด
สำหรับประเภทของการแผ่กัมมันตภาพรังสี ค้นพบว่าสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กสามารถก่อให้เกิดการปลดปล่อยรังสีออกมาได้สามประเภท เนื่องจากไม่มีคำจำกัดความที่ดี จึงมีการกำหนดชื่อของรังสีดังกล่าวด้วยอักษรกรีกตามลำดับ คือ แอลฟา เบต้า และแกมมา ซึ่งยังใช้อยู่ในปัจจุบัน การสลายตัวแบบแอลฟานั้นพบในเฉพาะธาตุที่หนักมาก (พบในธาตุที่มีเลขอะตอม 52 และมากกว่าเท่านั้น) สำหรับการสลายอีกสองแบบนั้น เกิดได้ในธาตุอื่นทั้งหมด
มาตรฐานในระบบหน่วยเอสไอในการวัดการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีนั้น มีหน่วยเป็น เบ็กเกอเรล (becquerel, Bq) หนึ่งหน่วยเบ็กเกอเรลมีนิยามคือ การเปลี่ยนแปลง (หรือการสลายตัว) ต่อวินาที เนื่องจากปริมาณตัวอย่างที่พอเหมาะของสารกัมมันตรังสี มีอะตอมจำนวนมาก ดังนั้นเบ็กเกอเรลจึงเป็นหน่วยวัดที่เล็กในการวัด โดยทั่วไปมักใช้หน่วยวัดนี้ในระดับของ เทอราเบ็กเกอเรล (terabecquerel,TBq) หรือ จิกะเบ็กเกอเรล (gigabecquere,GBq)) อีกหน่วยที่ใช้วัดค่ารังสีคือ กูรี (curie, Ci) ซึ่งเดิมนั้นนิยามจากการเกิดปฏิกิริยาของเรเดียมบริสุทธิ์ หนึ่งกรัม (ไอโซโทป Ra-226) ซึ่งโดยนิยามนั้น 1 กูรีเทียบเท่ากับปฏิกิริยาการสลายตัวของ นิวเคลียสของเรเดียมที่อัตรา 3.7x1010 Bq ปัจจุบันทาง SI ไม่แนะนำให้ใช้หน่วยวัด Ci อีกต่อไป
คำอธิบาย
นิวตรอนและโปรตอนที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส รวมไปถึงอนุภาคอื่นๆที่เข้าใกล้มัน ถูกควบคุมด้วยหลายๆปฏิกิริยา แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้ในระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า(macroscopic scale) เป็นแรงที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับระยะห่างที่เล็กกว่าอะตอม (subatomic distance) แรงไฟฟ้าสถิตย์ (electrostatic force)ก็เป็นอีกแรงที่สำคัญ และ ในการสลายตัวแบบเบต้า (beta decay) แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย
ความเกี่ยวพันกันของแรงเหล่านี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ ที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาในขณะจัดเรียงตัวของอนุภาค ในการเรียงตัวบางแบบของนิวเคลียส มีคุณสมบัติในการเรียงตัวแบบช้าๆ โดยอนุภาคจะเรียงตัวในรูปแบบที่มีพลังงานต่ำกว่า และปลดปล่อยพลังงานออกมา บางคนอาจเปรียบเทียบลักษณะที่เกิดขึ้นกับ หิมะที่อยู่บนเขา ซึ่งมีแรงเสียดทานระหว่างเกล็ดน้ำแข็งที่รองรับน้ำหนักของหิมะ ซึ่งทำให้ระบบมีความไม่เสถียร เนื่องจากยังสามารถเปลี่ยนไปเป็นสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าได้ สิ่งกระตุ้นจะช่วยให้เกิดสภาวะที่มีค่าเอนโทรปีที่สูงกว่า ระบบจะเปลี่ยนแปลงเพื่อไปยังสถานะพื้น, ก่อให้เกิดความร้อน และ พลังงานรวมจะถูกกระจายให้กับระดับพลังงานที่สูงกว่า ซึ่งก่อให้เกิดหิมะถล่มในที่สุด พลังงานรวมไม่มีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการนี้ แต่เนื่องจากกฎของเอนโทรปี หิมะถล่มจึงเกิดขึ้นได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น คือสถานะพื้น (ground state) ซึ่งเป็นสถานะที่มีความเป็นไปได้มากที่สุด ในการที่พลังงานที่มีจะถูกกระจายไป
ในการถล่มนี้ (การสลายตัว) ต้องการพลังงานกระตุ้น เฉพาะในกรณีของหิมะถล่มนั้น พลังงานนี้มาจากการรบกวนจากภายนอกระบบ ซึ่งการรบกวนนี้อาจมีระดับที่เล็กมาก สำหรับในกรณีของนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ในภาวะกระตุ้น สิ่งรบกวนขนาดเล็กนี้เกิดจากการสลับที่ของช่องว่าง(vacuum fluctuations)จำนวนหนึ่ง นิวเคลียส (หรือระบบที่ถูกกระตุ้นใดใดก็ตามใน กลศาสตร์ควอนตัม) ไม่เสถียร และจะทำตัวเองให้เสถียร เปลี่ยนไปเป็นระบบที่ลดระดับการตุ้นลง ผลจากการเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลทำเกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอะตอม และ เกิดการปลดปล่อยไม่ว่าจะเป็น โปรตอน หรือ อนุภาคความเร็วสูงที่มีมวล (เช่น อิเล็กตรอน, อนุภาคแอลฟา, หรือ อนุภาคอื่นๆ)
การค้นพบ
อองรี เบ็กเกอเรล ชาวฝรั่งเศส ค้นพบกัมมันตภาพรังสี ในปี พ.ศ. 2439 ในขณะที่กำลังทำงานเกี่ยวกับสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัส(phosphorescent materials) สารพวกนี้เรืองแสงในที่มืดหลังจากที่ได้รับแสง และเขาคิดว่าแสงเรืองที่เกิดในหลอดคาโทดในเครื่องเอ็กเรย์ น่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงประเภทนี้ เขานำฟิล์มภาพมาหุ้มในกระดาษสีดำ และนำสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัสหลายชนิดมาวางทับ จากการทดลองไม่ปรากฏผล จนกระทั่งเขาใช้เกลือของยูเรเนียม ซึ่งทำให้เกิดเป็นเงาดำบนแผ่นฟิล์ม การแผ่รังสีนี้เรียกว่า Becquerel Rays
ต่อมาเป็นที่ประจักษ์ว่าส่วนที่ดำขึ้นนั้น ไม่ได้เกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัสเลย เพราะแผ่นฟิล์มดำในขณะที่สารนั้นอยู่ในที่มืด สำหรับเกลือของยูเรเนียม และ โลหะยูเรีเนียมก็ทำให้แผ่นฟิล์มดำเช่นกัน ซึ่งชี้ให้เห็นว่า เกิดขึ้นจากการแผ่รังสีที่สามารถผ่านแผ่นกระดาษที่ทำให้แผ่นฟิล์มดำ
ในช่วงแรกนั้น การแผ่รังสีนี้มีลักษณะคล้ายคลึงกับการค้นพบ รังสีเอ็กซ์ จากการค้นคว้าเพิ่มเติมโดย เบ็กเกอเรล, มารี กูรี, ปิแอร์ กูรี, เออร์เนสต์ รูเทอร์ฟอร์ด และการค้นพบอื่นๆ ทำให้เห็นว่า กัมมันตภาพรังสีมีความซับซ้อนยิ่งกว่ามาก มีการสลายตัวได้หลายแบบ แต่ รูเทอร์ฟอร์ด เป็นคนแรกที่พบว่า สามารถประมาณการณ์ปรากฏการณ์ได้ทางคณิตศาสตร์ ด้วยสูตรเอ็กโพเนนเชียลแบบเดียวกัน
ผู้ค้นคว้ากลุ่มแรก ๆ ค้นพบอีกว่า สารเคมีอื่น ๆ นอกจากยูเรเนียมมีไอโซโทปที่เป็นสารกัมมันตรังสี การใช้การค้นหาอย่างเป็นระบบสำหรับกัมมันตรังสีในแร่ยูเรเนียม เป็นแนวทางที่ช่วยให้ มารี กูรี ระบุธาตุใหม่พอโลเนียม และแยกธาตุใหม่ เรเดียมจากแบเรียม เนื่องจากความคล้ายคลึงทางเคมีของธาตุทั้งสอง ทำให้เป็นการยากในการแยกแยะธาตุทั้งสอง
กัมมันตภาพรังสี (Ionizing Radiation)
ตอบลบ1. กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) หมายถึง รังสีที่แผ่ออกมาได้เองจากธาตุบางชนิด
2. ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ธาตุที่มีในธรรมชาติที่แผ่รังสีออกมาได้เอง
3. เฮนรี่ เบคเคอเรล นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เป็นผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีโดยบังเอิญ ในขณะที่ทำการวิเคราะห์เกี่ยวกับรังสีเอกซ์ กัมมันตภาพรังสีมีสมบัติแตกต่างจากรังสีเอกซ์ คือ มีความเข้มน้อยกว่ารังสีเอกซ์ การแผ่รังสีเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา
4. รังสี เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติ บางชนิดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น รังสีเอกซ์ รังสีอุลตราไวโอเลต รังสีอินฟราเรด บางอย่างเป็นอนุภาค เช่นรังสีที่เกิดจากอนุภาคอิเลคตรอน รังสีที่ได้จากธาตุกัมมันตรังสีมี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีเบตา และรังสีแกมมา
ชนิดของกัมมันตภาพรังสี
กัมมันตภาพรังสีมี 3 ชนิด คือ
1) รังสีแอลฟา (alpha, a) คือ นิวเคลียสของอะตอมธาตุฮีเลียม 4He2 มีประจุไฟฟ้า +2 มีมวลมาก ความเร็วต่ำ อำนาจทะลุทะลวงน้อย มีพลังงานสูงมากทำให้เกิดการแตกตัวเป็นอิออนได้ดีที่สุด
2) รังสีเบต้า (Beta, b) มี 2 ชนิด คือ อิเลคตรอน 0e-1 (ประจุลบ) และ โฟซิตรอน 0e+1 (ประจุบวก) มีความเร็วสูงมากใกล้เคียงกับความเร็วแสง
3) รังสีแกมมา (gamma, g) คือ รังสีที่ไม่มีประจุไฟฟ้า หมายถึง โฟตอนหรือควอนตัมของแสง มีอำนาจในการทะลุทะลวงได้สูงมาก ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์
การวิเคราะห์ชนิดของประจุของสารกัมมันตภาพรังสีโดยใช้สนามแม่เหล็ก
เลขมวล เลขอะตอมและสัญลักษณ์ของ Nucleus
นิวคลีออน คือ อนุภาคที่รวมตัวกันอยู่ภายใต้ นิวเคลียส ซึ่งหมายถึง โปรตอน (proton, 1H1) และนิวตรอน (Neutron,1n0 ) ในนิวเคลียสมีสัญลักษณ์เป็น AXZ โดย
X เป็นสัญลักษณ์ของนิวเคลียสใดๆ
A เป็นเลขมวลของธาตุ (mass number) หมายถึง จำนวนนิวคลีออน หรือเป็นเลขจำนวน
เต็มที่มีค่าใกล้เคียงกับมวลอะตอม ในหน่วย U ของธาตุนั้น
Z เป็นเลขอะตอม หมายถึง จำนวนโปรตอนภายใน Nucleus
การเกิดกัมมันตภาพรังสี
1. เกิดจากนิวเคลียสในสภาวะพื้นฐานได้รับพลังงาน ทำให้นิวเคลียสกระโดดไปสู่ระดับพลังงานสูงขึ้น ก่อนกลับสู่สภาวะพื้นฐาน นิวเคลียสจะคายพลังงานออกมาในรูปรังสีแกมมา
2. เกิดจากนิวเคลียสที่อยู่ในสภาพเสถียร แต่มีอนุภาคไม่สมดุล นิวเคลียสจะปรับตัวแล้วคายอนุภาคที่ไม่สมดุลออกมาเป็นอนุภาคแอลฟาหรือเบตา
คุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสี
1. เดินทางเป็นเส้นตรง
2. บางชนิดเกิดการเลี้ยวเบนเมื่อผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า เช่น a, b
3. มีอำนาจในการทะลุสารต่างๆ ได้ดี
4. เมื่อผ่านสารต่างๆจะสูญเสียพลังงานไปโดยการทำให้สารนั้นแตกตัวเป็นอิออน ซึ่งอิออนเหล่านั้นจะก่อให้เกิดปรากฏการณ์อื่นๆ เช่น ปฏิกิริยาเคมี เกิดรอยดำบนฟิล์มถ่ายรูป
4. การค้นพบนิวตรอน โดย เชดวิด(Sir James Chadwick) ได้ทดลองโดยใช้รังสีแอลฟา (a) เช้าชนธาตุเบริลเลียม ปรากกฎว่าได้รังสีที่คล้ายรังสีแกมมา เป็นกลางทางไฟฟ้า นั่นคือ นิวตรอน
5. การเปลี่ยนสภาพนิวเคลียส
1. การแผ่กัมมันตภาพรังสี เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียส เมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยรังสีออกมานิวเคลียสเองจะเปลี่ยนสภาพเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่
2. การแผ่รังสีแอลฟา a นิวเคลียสของธาตุเดิมจะเปลี่ยนไปโดยที่มวล และนิวเคลียสเดิมลดลงเท่ากับมวลของอนุภาคแอลฟา
3. การแผ่รังสีเบตา b ประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสใหม่จะเพิ่มหรือลดลง 1 e หน่วย
4. รังสีแกมมา g เกิดจากการเปลี่ยนระดับพลังงานของนิวเคลียส จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลขมวลและเลขอะตอมของนิวเคลียสที่แผ่รังสีแกมมาออกมา
กัมมันตภาพรังสี (Ionizing Radiation)
กัมมันตภาพรังสี หมายถึง พลังงานที่ปล่อยจากนิวเคลียสหรืออะตอมของธาตุบางชนิด หรือรังสีที่แผ่ออกจากสารกัมมันตภาพรังสี แล้วสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้
.
ชนิดและอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี
ตอบลบ1. รังสีแกมมา มีอำนาจการทะลุทะลวงมากและสามารถทำลายเนื้อเยื่อของร่างกายได้
2. รังสีแอลฟาและรังสีเบต้า เป็นรังสีที่มีอนุภาคสามารถทำลายเนื้อเยื่อได้ดี ถึงแม้จะมีอำนาจการทะลุทะลวงเท่ากับรังสีแกมมา แต่ถ้าหากรังสีชนิดนี้ไปฝังบริเวณเนื้อเยื่อของร่างกายแล้ว ก็มีอำนาจการทำลายไม่แพ้รังสีแกมมา
3. รังสีเอ็กซ์ สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าแรงสูงในที่สุญญากาศ อันตรายอาจจะเกิดขึ้น ถ้าหากรังสีเอ็กซ์รั่วไหลออกจากเครื่องมือและออกสู่บรรยากาศ สัมผัสกับรังสีเอ็กซ์มากเกินไป เช่น จากหลอดเอ็กซ์เรย์ก็จะเกิดโรคผิวหนังที่มือ มีลักษณะหยาบ ผิวหนังแห้งมีลักษณะคล้ายหูด แห้งและเล็บหักง่าย ถ้าสัมผัสไปนาน ๆ เข้า กระดูกก็จะถูกทำลาย
4. รังสีที่สามารถมองเห็นและรังสีอัลตราไวโอเลตหรือรังสีเหนือม่วง รังสีชนิดนี้จะไม่ทะลุ ทะลวงผ่านชั้นใต้ผิวหนัง รังสีอัลตราไวโอเลตจะมีอันตรายรุนแรงกว่ารังสีอินฟราเรด และจะทำให้ผิวหนังไหม้เกรียม และทำอันตรายต่อเลนซ์ตา คนทั่ว ๆ ไปจะได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์ ฉะนั้นคนที่ทำงานกลางแสงอาทิตย์แผดกล้าติดต่อกันเป็นระยะเวลานาน โอกาสที่จะเป็นเนื้องอกตามบริเวณผิวหนังที่ถูกแสงแดดในที่สุดก็จะกลายเป็นเนื้อร้ายหรือมะเร็งได้ รังสีอัลตราไวโอเลตจะมีอันตรายต่อผิวหนังมากขึ้น ถ้าหากผิวหนังของเราไปสัมผัสกับสารเคมีบางอย่าง เช่น ครีโซล ซึ่งเป็นสารเคมีที่มีความไวต่อแสงอาทิตย์มาก
อำนาจการทะลวงของรังสีต่าง ๆ
วิธีการควบคุมและป้องกันอันตรายจากรังสี
1. กำหนดระดับของรังสีที่ปลอดภัยที่มนุษย์สามารถยอมรับได้
2. การตรวจระดับรังสีที่ร่างกายได้รับสม่ำเสมอ
3. ควบคุมแหล่งกำเนิดรังสี ควบคุมให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่อชุมชนและคนงาน
4. ควบคุมระยะเวลาในการสัมผัสให้เหลือน้อยที่สุด
5. มีมาตรการในการเคลื่อนย้ายหรือเก็บขนให้เกิดความปลอดภัยมากที่สุด
6. ควบคุมระยะห่างระหว่างรังสีกับผู้ปฏิบัติงานให้ห่างมากที่สุด ถ้าไม่จำเป็นไม่ต้องอยู่ใกล้
7. มีฉากกำบังรังสีที่แข็งแรง และสามารถกั้นรังสีได้จริง
8. มีการกำจัดกากรังสีอย่างถูกวิธี
กัมมันตภาพรังสี ในปี ค.ศ. 1896 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ อองตวน อองรี แบ็กเกอแรล (Antoine Henri Becquerel, 1852-1908) ได้ค้นพบการแผ่รังสีของนิวเคลียสขึ้น จากการศึกษาเกี่ยวกับการแผ่รังสีฟิสิกส์นิวเคลียร์ต่อมาทำให้ทราบถึงธรรมชาติของธาตุ และสามารถนำเอาไปใช้ให้เป็นประโยชน์ได้มาก เช่น นำไปใช้เพื่อการบำบัดรักษามะเร็ง การทำ CT SCANNERS เป็นต้น 7.1 การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Elements) หมายถึงนิวไคลด์หรือธาตุที่มีสภาพไม่เสถียร ซึ่งจะมีการสลายตัวของนิวเคลียสอยู่ตลอดเวลาทำให้กลายเป็น นิวไคลด์ ใหม่หรือธาตุ ในขณะเดียวกันก็สามารถปลดปล่อยรังสีได้ กัมมัตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นปรากฎการณ์อย่างหนึ่งของสารที่มีสมบัติในการแผ่รังสีออกมาได้เอง กัมมันตภาพรังสี ที่แผ่ออกมามีอยู่ 3 ชนิดด้วยกัน คือ รังสีแอลฟา รังสีเบตา และรังสีแกมมา โดยเมื่อนำสารกัมมันตรังสีใส่ลงในตะกั่วที่เจาะรูเอาไว้ให้รังสีออกทางช่องทางเดียวไป ผ่านสนามไฟฟ้า พบว่ารังสีหนึ่งจะเบนเข้าหาขั้วบวกคือรังสีเบตา อีกรังสีหนึ่งเบนเข้าหาขั้วลบคือรังสีแอลฟาหรืออนุภาคแอลฟา ส่วนอีกรังสีหนึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้าจึงไม่ถูกดูดหรือผลักด้วยอำนาจแม่เหล็กหรืออำนาจนำไฟฟ้า ให้ชื่อรังสีนี้ว่า รังสีแกมมา
ก. รังสีแอลฟา (Alpha Ray) เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่และมีมวลมากเพื่อเปลี่ยนแปลงให้เป็นนิวเคลียสที่มีเสถียรภาพสูงขึ้น ซึ่งรังสีนี้ถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสด้วยพลังงานต่าง ๆ กัน รังสีแอลฟาก็คือนิวเคลียสของฮีเลียม แทนด้วย มีประจุบวกมีขนาดเป็น 2 เท่าของประจุอิเล็กตรอน คือเท่ากับ +2e และมีนิวตรอน อีก 2 นิวตรอน (2n) มีมวลเท่ากับนิวเคลียสของฮีเลียมหรือประมาณ 7000 เท่าของอิเล็กตรอน เนื่องจากมีมวลมากจึงไม่ค่อยเกิดการเบี่ยงเบนง่ายนัก เมื่อวิ่งไปชนสิ่งกีดขวางต่าง ๆ เช่น ผิวหนัง แผ่นกระดาษ จะไม่สามารถผ่านทะลุไปได้ แต่จะถูกดูดซึมได้อย่างรวดเร็วแล้วจะถ่ายทอดพลังงานเกือบทั้งหมดออกไป ทำให้อิเล็กตรอนของอะตอมที่ถูกรังสีแอลฟาชนหลุดออกไป ทำให้เกิดกระบวนการที่เรียกว่า การแตกตัวเป็นไอออน
.
ธาตุกัมมันตรังสี
ตอบลบการเกิดกัมมันตรังสี
ในปี พ.ศ. 2439 อองตวน อองรี แบ็กเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้พบว่าแผ่นฟิล์มถ่ายรูปที่มีกระดาษดำห่อหุ้มอยู่ และเก็บรวมกันไว้กับสารประกอบของยูเรเนียม มีลักษณะเหมือนถูกแสง จึงทำการทดสอบกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่นๆ พบว่าให้ผลการทดลองเช่นเดียวกัน แบ็คเกอเรลจึงสรุปเป็นเบื้องต้นว่า มีการแผ่รังสีออกมาจากธาตุยูเรีเนียม ต่อมาปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) และมารี กูรี (marie Curie) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส
ก็ได้พบว่าธาตุอื่น ๆ เช่น พอลโลเนียม (Po) เรเดียม (Ra) และทอเรียม (Th) ก็สามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกัน ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องเช่นนี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียรและเรียกธาตุที่มีสมบัติเช่นนี้ว่า ธาตุกัมมันตรังสี ธาตุต่างๆ ที่พบในธรรมชาติส่วนใหญ่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 ล้วนแต่แผ่รังสีได้ทั้งสิ้น
นอกจาก ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถสังเคราะห์ ธาตุกัมมันตรังสีขึ้นมาได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ได้มากมาย และเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ศึกษาเพิ่มเติม และได้แสดงให้เห็นว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากสารกัมมันตรังสีอาจเป็น รังสีแอลฟา ( - ray ) รังสีเบตา ( - ray) หรือ รังสีแกรมมา ( - ray) ซึ่งมีสมบัติต่าง ๆ กัน
.