รังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีมีอะไรบ้าง

ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Element) คือธาตุที่มีองค์ประกอบภายในนิวเคลียส (Nucleus) ไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดการสลายตัว หรือการปล่อยรังสีของธาตุอยู่ตลอดเวลาธาตุที่มีมวลมากหรือมีเลขอะตอมสูงเกินกว่า 82 เช่น เรเดียม (Radium) ที่มีเลขมวลอยู่ที่ 226 และเลขอะตอม 88 หรือยูเรเนียม (Uranium) มีเลขมวลอยู่ที่ 238 และเลขอะตอม 92

ประวัติของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Element) คือสสารชนิดหนึ่งที่สามารถปล่อยพลังงานรังสี เช่น รังสีแอลฟา (α) , รังสีบีต้า (β)  และรังสีแกมมา (γ)  มาออกมาจากกระบวนการสลายตัวของธาตุหรือไอโซโทป ซึ่งรังสีที่แผ่ออกมานั้นเป็นพลังงานชนิดหนึ่งเรียกว่ากัมมันตภาพรังสีนั่นเอง และการเปลี่ยนแผ่รังสีนี้สามารถเปลี่ยนธาตุดังกล่าวเป็นธาตุอื่นได้ด้วย

การค้นพบธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสีค้นพบครั้งแรกในปี 1896 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส อองตวน อองรี แบ็กเกอเรล (Antoine Henri Becquerel) จากความบังเอิญที่เขานำฟิล์มถ่ายรูปวางไว้ใกล้เกลือโพแทสเซียมยูเรนิลซัลเฟต ซึ่งสร้างรอยดำบนแผ่นฟิล์มเสมือนการถูกแสงผ่านเข้าไป เขาจึงเชื่อว่ามีรังสีพลังงานสูงบางชนิดปลดปล่อยออกมาจากเกลือยูเรเนียมก้อนนั้น

การแผ่รังสีของธาตุ

ภายในนิวเคลียสของธาตุประกอบไปด้วยโปรตอน (Proton) ที่มีประจุบวก และนิวตรอน (Neutron) ที่มีสถานะเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งการมีสัดส่วนหรือจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนภายในอะตอมไม่เหมาะสม ทำให้ธาตุดังกล่าวขาดเสถียรภาพและเกิดการปล่อยรังสีออกมา การแผ่รังสีของธาตุนั้นเป็นกระบวนการปรับสมดุลภายในตัวเองของธาตุตามธรรมชาติ ซึ่งสามารถก่อกำเนิดธาตุชนิดใหม่หรืออาจสร้างการเปลี่ยนแปลงภายในองค์ประกอบอะตอมของธาตุชนิดเดิม เช่น จำนวนโปรตอนหรือนิวตรอนในนิวเคลียสเพิ่มขึ้นหรือลดลง โดยธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดจะมีระยะเวลาในการสลายตัวและการแผ่รังสีที่แตกต่างกันออกไป หรือที่เรียกว่า “ครึ่งชีวิต” (Half Life)

รังสีจำแนกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

• รังสีแอลฟา (Alpha: α)

เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่และมีมวลมาก หรือมีจำนวนโปรตอนภายในนิวเคลียสมาก เพื่อปรับตัวให้มีเสถียรภาพมากขึ้น รังสีแอลฟา หรืออนุภาคแอลฟาในรูปของนิวเคลียสของฮีเลียม (Helium) จึงถูกปล่อยออกมา โดยมีสถานะทางไฟฟ้าเป็นประจุบวก มีมวลค่อนข้างใหญ่ ส่งผลให้รังสีแอลฟาเกิดการเบี่ยงเบนจากการเคลื่อนที่ได้ยาก มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำ ไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวาง เช่น ผิวหนัง แผ่นโลหะบางๆ หรือแผ่นกระดาษไปได้ ดังนั้น เมื่อเกิดการชนเข้ากับสิ่งกีดขวาง รังสีแอลฟาจะถ่ายทอดพลังงานเกือบทั้งหมดออกไป ส่งผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของสารที่รังสีผ่านได้ดี

• รังสีบีตา (Beta: β)

เกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวตรอนมาก รังสีบีตามีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับอิเล็กตรอน (Electron) ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบและมีมวลต่ำ แต่มีอำนาจทะลุทะลวงสูง (สูงกว่ารังสีแอลฟาราว 100 เท่า) และมีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงถึงระดับใกล้เคียงกับความเร็วแสง

• รังสีแกมมา (Gamma: γ)

เกิดจากการที่นิวเคลียสภายในอะตอมมีพลังงานสูงหรือถูกกระตุ้น จึงก่อให้เกิดรังสีแกมมาที่มีสถานะเป็นกลางทางไฟฟ้า มีสมบัติคล้ายรังสีเอกซ์ (X-ray) คือเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นหรือมีความถี่สูง ไม่มีประจุและไม่มีมวล เป็นรังสีที่มีพลังงานสูง เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าแสง และมีอำนาจทะลุทะลวงสูงที่สุด

ข้อมูลอ้างอิง

Duckster.com – https://www.ducksters.com/science/chemistry/radiation_and_radioactivity.php

กรมประมง  – https://www.fisheries.go.th

ฟิสิกส์ราชมงคล – http://www.rmutphysics.com/charud/scibook/sciencebook4/motion-energy/4-radoactivity.pdf

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7445-2017-08-11-07-20-11

Author: Tuemaster Admin

ทีมงานจากเว็บไซต์ติวกวดวิชาออนไลน์ที่ดีที่สุด !! สำหรับ การเรียนออนไลน์ ม.ปลาย (ม.4, ม.5, ม.6)

การค้นพบกัมมันตภาพรังสี

         นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ อองรี เบ็กเคอเรล (Henri Becquerel) พบว่าสารประกอบของยูเรเนียมชนิดหนึ่ง คือ โพแทสเซียมยูเรนิลซัลเฟตสามารถปล่อยรังสีชนิดหนึ่งออกมาได้ตลอดเวลา สารประกอบของูเรเนียมทุกชนิดสามารถปล่อยรังสีได้เช่นกัน และเรียกรังสีนี้ว่า   รังสียูเรนิก (uranic ray)

        ปิแอร์ คูรี(Pierre Curie) และ มารี คูรี (Marie Curie) สองสามีภรรยาได้ทำการทดลองกับธาตุหลายชนิด และพบว่าธาตุบางชนิด เช่น ทอเรียม เรเดียม พอโลเนียมมีการแผ่รังสีได้เช่นเดียวกับยูเรเนียม ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องนี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) และธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสีนี้ได้เอง เรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี (radioactive element)

      กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity)  หมายถึง ธาตุที่แผ่รังสีได้เนื่องจาก นิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า  82 ธาตุกัมมันตรังสี  หมายถึง ธาตุที่มีในธรรมชาติที่แผ่รังสีออกมาได้เอง 

ชนิดของกัมมันตภาพรังสี

รังสีที่ได้จากธาตุกัมมันตรังสี มี 3 ชนิดคือ

-รังสีแอลฟา เป็นลำของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนมากถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสขนาดใหญ่ เช่น ฮีเลียม ยเรเนียม เรเดียม

-รังสีบีตา เป็นลำอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า มีอำนาจทะลุผ่านมากกว่ารังสีแอลฟา

-รังสีแกมมา เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงาน ไม่มีมวล ไม่มีประจุไฟฟ้า หรือมีสภาพเป้นกลางทางไฟฟ้า

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี

เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสไม่เสถียร เกิดการสลายตัวแล้วปล่อยรังสีออกมา แล้วตัวมันเองกลายเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่มีความเสถียรมากขึ้น

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ

1.    นิวเคลียสที่เกิดการสลาย เรียกว่า นิวเคลียสแม่หรือนิวเคลียสตั้งต้น

2.    ผลผลิตการสลาย คือผลที่ได้จากการสลายของนิวเคลียสแม่ ประกอบด้วย

ก.     นิวเคลียสที่เกิดใหม่ เรียกว่า นิวเคลียสลูก

ข.     รังสีที่ถูกปล่อยออกมา

รังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีเกิดจากนิวเคลียสใน

อะตอมของธาตุซึ่งไม่เสถียร  .จึงต้องมีการสลายตัวและแผ่รังสีออกมา  เพื่อเปลี่ยนไปเป็นอะตอมที่มีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อธาตุกัมมันตรังสีแผ่รังสีออกมาแล้วจะเกิดการสลายตัวลดปริมาณลงไปด้วย  โดยนักวิทยาศาสตร์เรียกระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมว่า 

ครึ่งชีวิต (Half life)  ตัวอย่างเช่น
ธาตุซัลเฟอร์ -35  มีครึ่งชีวิต 87 วัน ในการสลายตัวเหลือ 4 กรัม  และใช้เวลาอีก 87 วัน  ในการสลายตัวจนเหลือ2 กรัม  เป็นต้น

คุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสี

            1. เดินทางเป็นเส้นตรง

            2. บางชนิดเกิดการเลี้ยวเบนเมื่อผ่านสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

            3. มีอำนาจในการทะลุสารต่างๆ ได้ดี

                        4. เมื่อผ่านสารต่างๆจะสูญเสียพลังงานไปโดยการทำให้สารนั้นแตกตัวเป็นอิออน ซึ่งอิออนเหล่านั้นจะก่อให้เกิดปรากฏการณ์อื่นๆ เช่น ปฏิกิริยาเคมี เกิดรอยดำบนฟิล์มถ่ายรูป

ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี

1.    ด้านการเกษตร เช่น ใช้ฟอสฟอรัส-32 ศึกษาอัตราการดูดซึมปุ๋ยของต้นไม้ ใช้รังสีแกมมาในการทำหมันแมลง

2.    ด้านการแพทย์ ช่วยในการตรวจวินิจฉัยและบำบัดรักษาโรค เช่น ใช้รังสีแกมมาจากโคบอลล์-60ในการรักษาโรคมะเร็ง ใช้รังสีจากโซเดียม-24ตรวจการหมุนเวียนของโลหิต

3.    ด้านโบราณคดีและธรณีวิทยา ใช้รังสีตรวจสอบอาวุธของเครื่องปั้นดินเผา ลายเขียนสีบ้านเชียงของประเทศไทย ทำให้ทราบว่าเป็นวัตถุที่มีอายุประมาณ 6,060 ปี หรือใช้คำนวณหาอายุของซากสิ่งมีชีวิต

4.    ด้านอุตสาหกรรม ใช้รังสีในการควบคุมการผลิตกระจก กระดาษ แผ่นเหล็ก พลาสติกให้มีความหนาสม่ำเสมอ และการหารอยรั่วของท่อส่งน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ

ขอขอบคุณที่มา : เอกสารประกอบการเรียน วิชาวิทยาศาสตร์พื้นฐานฟิสิกส์,
http://radioactivity62.blogspot.com/2012/01/blopost_31.,
http://kranbaan.blogspot.com/2014/12/radioactivity.html