การค้นพบ

1. การค้นพบ ในปี พ.ศ. 2439อองตวนอองรี แบ็กเคอแรลนักเคมีชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่ค้นพบว่าธาตุบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุที่มีมวลอะตอมมาก สามารถปล่อยรังสีบางชนิดออกมา

2. การค้นพบของแบ็กเคอแรลเป็นการค้นพบโดยบังเอิญ คือ เมื่อเขานำฟิล์มถ่ายรูปไว้ใกล้ๆ เกลือโพแทสเซียมยูเรนิลซัลเฟต และมีกระดาษดำหุ้มปรากฎว่าเกิดรอยดำบนแผ่นฟิล์มเหมือนถูกแสง

3. เขาให้เหตุผลกับปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นว่า จะต้องมีรังสีที่มีพลังงานสูงบางอย่างปล่อยออกมาจากเกลือยูเรเนียมนี้ เมื่อไปกระทบกับฟิล์มทำให้ฟิล์มกลายเป็นสีดำเหมือนถูกแสง และต่อมาเขายังพบว่าอัตราการปล่อยรังสีของเกลือนี้แปรผันตรงกับปริมาณของเกลือ

4. หลังจากนั้นไม่นาน ปีแอร์ กูรี และมารี กูรี ได้ค้นพบว่า พอโลเนียม เรเดียมและทอเรียมก็สามารถแผ่รังสีได้ ปรากฎการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องเรียกว่ากัมมันตภาพรังสีซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร และเรียกธาตุที่สามารถแผ่รังสีได้ว่าธาตุกัมมันตรังสี ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า

5. กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) กัมมันตภาพรังสีหมายถึง  รังสีที่แผ่ออกมาได้เองจากธาตุบางชนิด ธาตุกัมมันตรังสีหมายถึง ธาตุที่มีในธรรมชาติที่แผ่รังสีออกมาได้เอง เฮนรี่ เบคเคอเรล  นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เป็นผู้ค้นพบ

6. รังสี เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติ  บางชนิดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีที่ได้จากธาตุกัมมันตรังสีมี 3 ชนิด คือ   รังสีแอลฟา  รังสีบีตา  และรังสีแกมมา

7. 1.รังสีแอลฟา(alpha : a) คือ นิวเคลียสของอะตอมธาตุฮีเลียม 4He2 มีประจุไฟฟ้า +2 มีมวลมาก ความเร็วต่ำ อำนาจทะลุทะลวงน้อย  มีพลังงานสูงมากทำให้เกิดการแตกตัวเป็นอิออนได้ดีที่สุด

8. การสลายตัวของสารแล้วให้รังสีแอลฟาการสลายตัวของสารแล้วให้รังสีแอลฟา สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแอลฟา

9. 2.รังสีบีต้า (beta : b)มี 2 ชนิด คือ อิเลคตรอน 0e-1 (ประจุลบ) และ โฟซิตรอน  0e+1 (ประจุบวก) มีความเร็วสูงมากใกล้เคียงกับความเร็วแสง

10. การสลายตัวของสารแล้วให้รังสีบีตาลบการสลายตัวของสารแล้วให้รังสีบีตาลบ สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีบีตาลบ

11. การสลายตัวของสารแล้วให้รังสีบีตาบวกการสลายตัวของสารแล้วให้รังสีบีตาบวก สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีบีตาบวก

12. 3.รังสีแกมมา(gamma : g) คือ รังสีที่ไม่มีประจุไฟฟ้า หมายถึง โฟตอนหรือควอนตัมของแสง มีอำนาจในการทะลุทะลวงได้สูงมาก  ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า  เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่ารังสีเอกซ์

13. การสลายตัวของสารแล้วให้รังสีแกมมาการสลายตัวของสารแล้วให้รังสีแกมมา สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแกมมา

14. รังสีทั้ง 3 ชนิดมีความสามารถในการแผ่รังสีทะลุทะลวงผ่านสิ่งต่าง ๆได้แตกต่างกันดังนี้

15. รังสีแอลฟามีอำนาจทะลุทะลวงต่ำมาก เพราะเมื่อรังสีแอลฟาวิ่งผ่านตัวกลาง สามารถทำให้ตัวกลางนั้นแตกตัวเป็นไอออนได้ดี ทำให้เสียพลังงานอย่างรวดเร็ว รังสีบีตามีอำนาจทะลุทะลวงปานกลาง ไม่สามารถทะลุผ่านอะลูมิเนียมหรือพลาสติก รังสีแกมมา มีอำนาจในการทะลุทะลวงสูงมากกว่ารังสีเอ็กซ์ ไม่มีประจุไฟฟ้าและมวล ไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่ เหล็กและ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าแสง

16. สมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีสมการการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี จากการทดลองพบว่าอัตราการสลายตัวของนิวเคลียสจะเป็นปฏิภาคกับจำนวนนิวเคลียสที่มีอยู่ขณะนั้น เขียนสมการได้ว่า หรือ โดยที่λ แทนค่าคงที่ของการสลายตัว (decay constant)

17. ถ้าให้เป็นจำนวนนิวเคลียสเริ่มต้นที่เวลา t = 0 และเป็นจำนวนนิวเคลียสที่เหลือ เมื่อเวลาผ่านไป t จะได้

18. การสลายตัวของสารกัมมันตรังสีแสดงได้ดังรูปการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีแสดงได้ดังรูป กราฟการสลายตัวของสารกัมมันตรังสี

19. การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง ๆ จะแสดงลักษณะที่แตกต่างกันด้วยเวลาของการสลายตัวที่เรียกว่า ครึ่งชีวิต (Half – Life) แทนด้วยซึ่งหมายถึงช่วงเวลาที่ธาตุมันตรังสีหนึ่งจะสลายไปเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณที่มีอยู่เดิม ซึ่งจากรูปพบว่า

21. การเกิดอันตรายจากรังสีต่อมนุษย์แบ่งได้ 2 กลุ่มใหญ่ คือ 1. การได้รับรังสีจากแหล่งกำเนิดรังสีจากภายนอก (External exposure) ความรุนแรงของการบาดเจ็บ ขึ้นอยู่กับความแรงของแหล่งกำเนิดและระยะเวลาที่ได้รับรังสี แต่ตัวผู้ที่ได้รับอันตรายไม่ได้สารกัมมันตรังสีเข้าไปในร่างกาย จึงไม่มีการแผ่รังสีไปทำอันตรายผู้อื่น

22. 2. การได้รับสารกัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกาย (Internal exposure) มักพบในกรณีมีการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีที่เป็นก๊าซ ของเหลว หรือฝุ่นละอองจากแหล่งเก็บสารกัมมันตรังสี หรือที่เก็บกากสารกัมมันตรังสีจากการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เกิด ขึ้นอยู่ในประเทศญี่ปุ่นขณะนี้ 

23. การกระจายของสารกัมมันตรังสีจะฟุ้งไปในอากาศ น้ำ มนุษย์อาจได้รับรังสีเข้าสู่ร่างกาย ทางการหายใจฝุ่นละอองของรังสีเข้าไป , กินของที่เปรอะเปื้อนเข้าไป หรือการกิน, การฝังสารกัมมันตรังสีเพื่อการรักษา สารกัมมันตรังสีที่อยู่ในร่างกายจะแผ่รังสีออกมา ทำอันตรายต่อร่างกายเป็นระยะเวลานาน จนกว่าจะถูกกำจัดออกไปจากร่างกายจนหมด และยังสามารถแผ่รังสีไปทำอันตรายคนที่อยู่ใกล้เคียงได้

24. แต่หากใครที่ได้รับรังสีในปริมาณมาก ๆ อาจกลายเป็นอาการ "ความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลัน (Acute Radiation Syndrome, ARS)" ซึ่งเป็นความผิดปกติทางร่างกาย อันเป็นผลมาจากการได้รับรังสีปริมาณสูง ๆ ทั่วทั้งร่างกาย หรือเกือบทั้งร่างกายในระยะเวลาสั้น ๆ

25. รังสีแอลฟา เป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม มีโปรตอนและนิวตรอนอย่างละ 2 อนุภาคมีประจุไฟฟ้า +2 มีเลขมวล 4 มีอำนาจทะลุทะลวงต่ำมาก กระดาษเพียงแผ่นเดียวหรือสองแผ่นก็สามารถกั้นได้ ในสนามไฟฟ้ารังสีแอลฟาเบนเข้าหาขั้วลบ สามารถวิ่งผ่านอากาศได้ระยะทางเพียง 3-5 cmเพราะเมื่อรังสีแอลฟาผ่านสาร สามารถทำให้สารเกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้ดี จึงทำให้เสียพลังงานอย่างรวดเร็ว

26. รังสีบีตา คือ อนุภาคที่มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน กล่าวคือ มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน มีพลังงานสูง ในสนามไฟฟ้ารังสีบีตาเบนเข้าหาขั้วบวก มีอำนาจทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟาประมาณ 100 เท่า สามารถผ่านแผ่นโลหะบางๆ เช่น แผ่นตะกั่วหนา 1 mmแผ่นอะลูมิเนียมหนา 5 mmมีความเร็วใกล้เคียงความเร็วแสง และมีอำนาจในการไอออไนซ์น้อยกว่ารังสีแอลฟา

27. รังสีแกมมา คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก ไม่มีประจุและไม่มีมวล ไม่เบียงเบนในสนามไฟฟ้า มีอำนาจทะลุทะลวงสูงสุด สามารถทะลุผ่านแผ่นไม้โลหะและเนื้อเยื่อได้แต่ถูกกั้นได้โดยคอนกรีตหรือแผ่นตะกั่วหนา โดยสามารถทะลุผ่านแผ่นตะกั่วหนา 8 mmหรือผ่านแผ่นคอนกรีตหนาๆ ได้ มีอำนาจในการไอออไนซ์น้อยมาก

28. ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสีประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี 1. ด้านธรณีวิทยา มีการใช้ C-14คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ หรืออายุของซากดึกดำบรรพ์ซึ่งหาได้ดังนี้ ในบรรยากาศมี C-14ซึ่งเกิดจากไนโตรเจน รวมตัวกับนิวตรอนจากรังสีคอสมิกจนเกิดปฏิกิริยา แล้ว C-14ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจน แล้วผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และสัตว์กินพืช คนกินสัตว์และพืชในขณะที่พืชหรือสัตว์ยังมีชีวิตอยู่ C-14จะถูกรับเข้าไปและขับออกตลอดเวลา เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง การรับ C-14ก็จะสิ้นสุดลงและมีการสลายตัวทำให้ปริมาณลดลงเรื่อยๆ ตามครึ่งชีวิตของ C-14 ซึ่งเท่ากับ 5730 ปี

29. 2. ด้านการแพทย์ ใช้รักษาโรคมะเร็ง ในการรักษาโรคมะเร็งบางชนิด กระทำได้โดยการฉายรังสีแกมมาที่ได้จาก โคบอลต์-60เข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง ผู้ป่วยที่เป็นมะเร็งในระยะแรกสามารถรักษาให้หายขาดได้ แล้วยังใช้โซเดียม-24ที่อยู่ในรูปของ NaClฉีดเข้าไปในเส้นเลือดเพื่อตรวจการไหลเวียนของโลหิต โดย โซเดียม-24จะสลายให้รังสีบีตาซึ่งสามารถตรวจวัดได้ และสามารถบอกได้ว่ามีการตีบตันของเส้นเลือดหรือไม่

30. 3. ด้านเกษตรกรรม มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีติดตามระยะเวลาการหมุนเวียนแร่ธาตุในพืชโดยเริ่มต้นจากการดูดซึมที่รากจนกระทั่งถึงการคายออกที่ใบ หรือใช้ศึกษาความต้องการแร่ธาตุของพืช

31. 4. ด้านอุตสาหกรรม ในอุตสาหกรรมการผลิตแผ่นโลหะ จะใช้ประโยชน์จากกัมมันตภาพรังสีในการควบคุมการรีดแผ่นโลหะเพื่อให้ได้ความหนาสม่ำเสมอตลอดแผ่น โดยใช้รังสีบีตายิงผ่านแนวตั้งฉากกับแผ่นโลหะที่รีดแล้วแล้ววัดปริมาณรังสีที่ทะลุผ่านแผ่นโลหะออกมาด้วยเครื่องวัดรังสี ถ้าความหนาของแผ่นโลหะที่รีดแล้วผิดไปจากความหนาที่ตั้งไว้เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไปควบคุมความหนา โดยสั่งให้มอเตอร์กดหรือผ่อนลูกกลิ้ง เพื่อให้ได้ความหนาตามต้องการ

32. โทษของธาตุกัมมันตภาพรังสีโทษของธาตุกัมมันตภาพรังสี รังสีมีอันตรายต่อมนุษย์ ผลของรังสีต่อมนุษย์สามารถแยกได้เป็น 2 ประเภทคือ • 1.ผลทางพันธุกรรม • 2.ความป่วยไข้จากรังสี

33. ผลทางพันธุกรรมจากรังสีผลทางพันธุกรรมจากรังสี จะมีผลทำให้การสร้างเซลล์ใหม่ในร่างกายมนุษย์เกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะเซลล์สืบพันธุ์ ผลที่ทำให้เกิดความป่วยไข้จากรังสี เนื่องจากเมื่ออวัยวะส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกายได้รับรังสี โมเลกุลของธาตุต่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตัว ทำให้เกิดอาการป่วยไข้ได้

34. หลักในการป้องกันอันตรายจากรังสีมีดังนี้- ใช้เวลาเข้าใกล้บริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีให้น้อยที่สุด - พยายามอยู่ให้ห่างจากกัมมันตภาพรังสีให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้- ใช้ตะกั่ว คอนกรีต น้ำ หรือพาราฟิน เป็นเครื่องกำบังบริเวณที่มีการแผ่รังสี

35. สัญลักษณ์สากลที่แสดงว่าบริเวณนั้นมีรังสีสัญลักษณ์สากลที่แสดงว่าบริเวณนั้นมีรังสี

36. ครึ่งชีวิตของธาตุ ครึ่งชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี หมายถึง ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่ง 14 วัน 14 วัน 100 50 25 ฟอสฟอรัส-32 ใช้เวลา 14 + 14 = 28 วัน

37. มีสตรอนเตียม-90 อยู่ 80 กรัม ใช้เวลานานเท่าไรจึงจะเหลือ สตรอนเตียม-90 อยู่ 5 กรัม 28 ปี 80 28 ปี 40 20 28 ปี 28 ปี ใช้เวลา 28 + 28 + 28 + 28 = 112 ปี 10 5

38. ธาตุไอโซโทป