ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุ กัมมนั ตรงั สี นางสาวนภัสวรรณ จองตะคุ มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี

ธาตุกมั มนั ตรังสี ในปี ค.ศ. 1896 อองตวน อองรี เบก็ เคอเรล นกั วิทยาศาสตร์ชาวฝร่ังเศส พบวา่ เม่ือเกบ็ แผน่ ฟิ ลม์ ถา่ ยรูปท่ีหุม้ ดว้ ยกระดาษสีดาไวก้ บั สารประกอบของยเู รเนียม ฟิ ลม์ จะมีลกั ษณะเหมือนถกู แสง และเมื่อทา การทดลองกบั สารประกอบของยเู รเนียมชนิดอ่ืนๆ ก็ไดผ้ ลเช่นเดียวกนั จึงสรุปไดว้ า่ น่าจะมีรังสีแผอ่ อกมา จากธาตยุ เู รเนียม ต่อมา ปี แอร์ และมารี กูรี ไดค้ น้ พบวา่ ธาตุยพู อโลเนียม เรเดียม และทอเรียม กส็ ามารถแผร่ ังสีได้ เช่นเดียวกนั เพราะฉะน้นั จึงสรุปไดว้ า่ ธาตกุ มั มันตรังสี หมายถึง ธาตุที่แผร่ ังสีได้ เน่ืองจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตทุ ี่มีเลข อะตอมสูงกวา่ 82 กมั มนั ตภาพรังสี หมายถึง ปรากฏการณ์ท่ีธาตแุ ผร่ ังสีไดเ้ องอยา่ งต่อเน่ือง รังสีท่ีไดจ้ ากการสลายตวั มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา ในนิวเคลียสของธาตปุ ระกอบดว้ ยโปรตอนซ่ึงมีประจุบวกและนิวตรอนซ่ึงเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจานวนโปรตอนตอ่ จานวนนิวตรอนไมเ่ หมาะสมจนทาใหธ้ าตุน้นั ไม่เสถียร ธาตุน้นั จึงปลอ่ ยรังสี ออกมาเพ่ือปรับตวั เองใหเ้ สถียร ซ่ึงเป็นกระบวนการที่เกิดข้นึ เองตามธรรมชาติ เช่น (ธาตุยเู รเนียม) (ธาตทุ อเลียม) (อนุภาคแอลฟา) จะเห็นไดว้ า่ การแผ่รังสีจะทาใหเ้ กิดธาตุใหม่ได้ หรืออาจเป็นธาตเุ ดิมแต่จานวนโปรตอนหรือนิวตรอนอาจ ไมเ่ ท่ากบั ธาตเุ ดิม และธาตุกมั มนั ตรังสีแต่ละธาตุ มีระยะเวลาในการสลายตวั แตกต่างกนั และแผร่ ังสีได้ แตกตา่ งกนั เรียกวา่ คร่ึงชีวิตของธาตุ คร่ึงชีวติ เป็นสมบตั ิเฉพาะตวั ของแตล่ ะไอโซโทปและสามารถใชเ้ ปรียบเทียบอตั ราการสลายตวั ของธาตุกมั มนั ตรังสีแต่ละชนิดได้

ตาราง ชนิดและสมบตั ิของรังสีบางชนิด ชนดิ ของ สัญลกั ษณ์ สมบัติ รังสี รังสีแอลฟา หรือ เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีโปรตอนและนิวตรอนอยา่ งละ 2 อนุภาค มีประจุไฟฟ้า +2 หรืออนุภาค มีเลขมวล 4 มีอานาจทะลุทะลวงต่าเพยี งแค่กระดาษ อากาศที่หนาประมาณ 2-3 cm น้าที่หนา แอลฟา ขนาดมิลลิเมตร หรือโลหะบางๆ กส็ ามารถก้นั อนุภาคแอลฟาได้ รังสีบีตา หรือ มีสมบตั ิเหมือนอิเลก็ ตรอน มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเทา่ กบั อิเลก็ ตรอน (นอ้ ยมาก) มีอานาจทะลุ หรืออนุภาค ทะลวงสูงกวา่ รังสีแอลฟาประมาณ 100 เทา่ สามารถผา่ นแผน่ โลหะบางๆ ได้ และมีความเร็ว บีตา ใกลเ้ คยี งกบั ความเร็วแสง เป็นคล่ือนแม่เหลก็ ไฟฟ้าท่ีมีความยาวคล่ืนส้นั มาก ไม่มีประจุ ไมม่ ีมวล เป็นรังสีท่ีมีพลงั งานสูง รังสีแกมมา มีความเร็วเทา่ กบั ความเร็วแสงและมีอานาจทะลุทะลวงสูง สามารถผา่ นแผน่ ตะกวั่ หนา 8 mm หรือแผน่ คอนกรีตหนาๆ ได้ การเกดิ ปฏกิ ริ ิยาของธาตกุ มั มันตรังสี การเกิดปฏิกิริยาของธาตกุ มั มนั ตรังสี เรียกวา่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซ่ึงมี 2 ประเภท คือ 1. ปฏิกริ ิยาฟิ ชชัน (Fission reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดข้ึน เนื่องจากการยงิ อนุภาคนิวตรอน เขา้ ไปยงั นิวเคลียสของธาตหุ นกั แลว้ ทาใหน้ ิวเคลียร์แตกออกเป็นนิวเคลียร์ที่เลก็ ลงสองส่วนกบั ใหอ้ นุภาค นิวตรอน 2-3 อนุภาค และคายพลงั งานมหาศาลออกมา ถา้ ไมส่ ามารถควบคมุ ปฏิกิริยาไดอ้ าจเกิดการระเบิด อยา่ งรุนแรงที่เรียกวา่ ลกู ระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) เพือ่ ควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ใหเ้ กิดรุนแรง นกั วทิ ยาศาสตร์จึงไดส้ ร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณูเพ่ือใชใ้ นการผลิตกระแสไฟฟ้า ภาพที่ 13 การเกิดปฏิกิริยาฟิ ชชนั

2. ปฏกิ ิริยาฟิ วชัน (Fusion reaction) คอื ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นิวเคลียสของธาตเุ บาหลอมรวมกนั เขา้ เป็น นิวเคลียสที่หนกั กวา่ และมีการคายความร้อนออกมาจานวนมหาศาลและมากกวา่ ปฏิกิริยาฟิ ชชนั เสีย อีก ปฏิกิริยาฟิ วชนั ท่ีรู้จกั กนั ดี คือ ปฏิกิริยาระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb) ดงั ภาพ ภาพที่ 14 การเกิดปฏิกิริยาฟิ วชนั ประโยชน์จากการใช้ธาตุกัมมันตรังสี 1. ดา้ นธรณีวิทยา การใชค้ าร์บอน-14 (C-14) คานวณหาอายขุ องวตั ถโุ บราณ 2. ดา้ นการแพทย์ ใชไ้ อโอดีน-131 (I-131) ในการติดตามเพ่อื ศึกษาความผดิ ปกติของตอ่ มไธ รอยด์ โคบอลต-์ 60 (Co-60) และเรเดียม-226 (Ra-226) ใชร้ ักษาโรคมะเร็ง 3. ดา้ นเกษตรกรรม ใชฟ้ อสฟอรัส 32 (P-32) ศึกษาความตอ้ งการป๋ ยุ ของพชื ปรับปรุงเมลด็ พนั ธุท์ ี่ ตอ้ งการ และใชโ้ พแทสเซียม-32 (K–32) ในการหาอตั ราการดูดซึมของตน้ ไม้ 4. ดา้ นอตุ สาหกรรม ใชธ้ าตุกมั มนั ตรังสีตรวจหารอยตาหนิ เช่น รอยร้าวของโลหะหรือทอ่ ขนส่ง ของเหลว ใชธ้ าตกุ มั มนั ตรังสีในการ ตรวจสอบและควบคุมความหนาของวตั ถุ ใชร้ ังสีฉายบนอญั มณีเพอื่ ใหม้ ี สีสนั สวยงาม 5. ดา้ นการถนอมอาหาร ใชร้ ังสีแกมมาของธาตุโคบอลต-์ 60 (Co–60) ปริมาณที่พอเหมาะใชท้ าลาย แบคทีเรียในอาหาร จึงช่วยใหเ้ กบ็ รักษาอาหารไวไ้ ดน้ านข้ึน 6. ดา้ นพลงั งาน มีการใชพ้ ลงั งานความร้อนท่ีไดจ้ ากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูของยู เรีเนียม-238 (U-238) ตม้ น้าใหก้ ลายเป็นไอ แลว้ ผา่ นไอน้าไปหมุนกงั หนั เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ตาราง แสดงธาตแุ ละไอโซโทป ธาต/ุ ไอโซโทป คร่ึงชีวติ แบบการสลายตวั ประโยชน์ Tc -99 6 ชวั่ โมง C-14 5,760 ปี บีตา หาอายวุ ตั ถโุ บราณ Co-60 5.26 ปี แกมมา รักษามะเร็ง Au-198 2.7 วนั บีตา แกมมา วินิจฉยั ตบั I-125 60 วนั แกมมา I-131 8.07 วนั บีตา แกมมา หาปริมาณเลือด P-32 14.3 วนั บีตา วนิ ิจฉยั อวยั วะ Pu-239 24,000 ปี แอลฟา แกมมา รักษามะเร็ง K-40 1x109 ปี บีตา U-238 4.5x109 ปี แอลฟา แกมมา พลงั งาน U-235 7.1x109 ปี แอลฟา แกมมา หาอายหุ ิน Cl-36 4x105 ปี วตั ถเุ ริมตน้ ให้ Pu-239 Po-216 0.16 วนิ าที แอลฟา แกมมา รักษามะเร็ง Ra-226 1,600 ปี รักษามะเร็ง โทษของธาตุกมั มนั ตรังสี 1. ถา้ ร่างกายไดร้ ับจะทาใหโ้ มเลกุลภายในเซลลเ์ กิดการเปล่ียนแปลงไม่สามารถทางานตามปกติได้ ถา้ เป็นเซลลท์ ี่เกี่ยวขอ้ งกบั การถ่ายทอดลกั ษณะพนั ธุกรรมก็จะเกิดการผา่ เหล่า โดยเฉพาะเซลลส์ ืบพนั ธุ์เมื่อเขา้ ไปในร่างกายจะไปสะสมในกระดูก 2. ส่วนผลท่ีทาใหเ้ กิดความป่ วยไขจ้ ากรังสี เม่ืออวยั วะส่วนใดส่วนหน่ึงของร่างกายไดร้ ับรังสี โมเลกลุ ของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลลจ์ ะแตกตวั ทาใหเ้ กิดอาการป่ วยไขแ้ ละเกิดมะเร็งได้