ความรู้ทั่วไป สารนิเทศ การศึกษา คอมพิวเตอร์ >>

เกร็ดความรู้ จากสารานุกรมไทย

รังสีกัมมันตภาพ

คือปรากฎการณ์ซึ่งนิวเคลียสของอะตอมของบางธาตุเกิดการแผ่รังสีออกมาได้ ธาตุซึ่งนิวเคลียสของอะตอมแผ่รังสีออกมาได้นั้น เรียกว่า ธาตุกัมมันตภาพรังสี และจะแผ่รังสีออกมาตลอดเวลา เช่น ธาตุยูเรเนียม เรเดียม

นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่สังเกตพบปรากฎการณ์กัมมันตภาพรังสี เมื่อปี พ.ศ.1439 ต่อมาในปี พ.ศ.2441 นักวิทยาศาสตร์ชาวโปแลนด์ สองสามีภรรยาได้แยกเอาธาตุเรเดียมออกมาได้สำเร็จ และพบว่าธาตุเรเดียมให้ปรากฎการณ์กัมมันตภาพรังสีได้แรงกว่าธาตุยูเรเนียม ต่อมาได้มีการดำเนินการวิจัย เกี่ยวกับปรากฎการณ์กัมมันตภาพรังสีของธาตุ และได้ค้นพบเรื่องราวที่มีประโยชน์มากมายเกี่ยวกับปรากฎการณ์นี้ จนทำให้เกิดวิชาเคมีขึ้นอีกแขนงหนึ่งคือ เคมีนิวเคลียร์

อะตอมของธาตุทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานหลายชนิด เช่น โปรตรอน นิวตรอน อิเล็กตรอน ฯลฯ องค์ประกอบที่สำคัญของอะตอมได้แก่

1.  นิวเคลียส  ทำหน้าที่เสมือนเป็นแกนกลางของอะตอมและประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่สำคัญสองชนิดคือ โปรตอนและนิวตรอน (ยกเว้นอะตอมของธาตุไฮโดรเจนธรรมดาที่นิวเคลียส์มีแต่โปรตอนเท่านั้นไม่มีนิวตรอน) นิวเคลียสแสดงอำนาจไฟฟ้าบวกเนื่องมาจากโปรตอน

โปรตอน  คืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก จำนวนโปรตอนที่นิวเคลียสของอะตอมเป็นสิ่งที่แสดงให้ทราบว่า อะตอมนั้น ๆ เป็นอะตอมของธาตุใด ทั้งนี้เพราะว่าธาตุต่างกันมีจำนวนโปรตอนที่นิวเคลียสของอะตอมไม่เท่ากัน ธาตุเดียวกันต้องมีจำนวนโปรตรอนที่นิวเคลียสของอะตอมเท่ากันเสมอ เรียกจำนวนโปรตรอนที่นิวเคลียสของอะตอมว่า เลขเชิงอะตอม นิวตรอน เป็นอนุภาคที่เป็นกลาง คือ ไม่มีประจุไฟฟ้า มีมวลซึ่งใกล้เคียงมวลของโปรตรอนที่สุด

2.  อิเล็กตรอน  เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าลบ บริเวณของประจุไฟฟ้าลบแต่ละอิเล็กตรอนมีอยู่นั้น เป็นปริมาณไฟฟ้าที่เท่ากับประจุไฟฟ้าบวกที่แต่ละโปรตรอนมีอยู่ อิเล็กตรอนที่มีอยู่ทั้งสิ้นจะเคลื่อนที่เป็นวงโคจรอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอมอยู่ตลอดเวลา โดยปรกติแล้วอะตอมของธาตุย่อมเป็นกลางเสมอ อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคไฟฟ้าลบที่สามารถเคลื่อนที่หลุดออกจากวงจรได้ ฉะนั้นถ้าหากว่าอิเล็กตรอนเคล่นที่หลุดออกจากอะตอมใดที่เป็นกลางเข้าไปสู่อะตอมอื่นที่เป็นกลางแล้ว อะตอมซึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไปก็จะแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประจุไฟฟ้าเป็นประจุบวกทันที ส่วนอะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นมา ก็จะแสดงอำนาจไฟฟ้าเป็นประจุลบทันที เะราเรียดอะตอมที่แสดงอำนาจออกมาเป็นประจุไฟฟ้าบวก หรือลบว่าไอออนบวก และไอออนลบตามลำดับ

ธาตุกัมมันตภาพรังสีมีสมบัติพิเศษ คือ แผ่รังสีออกมาตลอดเวลา เมื่อแผ่รังสีออกมาแล้วก็จะแปรสภาพเป็นธาตุอื่น ซึ่งมีสมบัติทั้งทางกายภาพ และทางเคมีผิดไปจากเดิม เมื่อธาตุที่เกิดขึ้นใหม่ยังคงมีสมบัติเป็นธาตุกัมมันตรังสีอยู่อีก ก็จะแผ่รังสีต่อไปตัวเอง ก็จะแปรสภาพไปเป็นธาตุอื่นต่อไปอีกเรื่อยไปจนที่สุด เมื่อแปรสภาพไปเป็นธาตุที่เสถียรแล้วการแผ่รังสีก็เป็นอันสิ้นสุดลง เช่น ธาตุยูเนียม เมื่อแผ่รังสีออกมาแล้วก็แปรสภาพไปเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีอื่น ๆ ตามลำดับขั้นตอนต่าง ๆ ตลอดเวลา บางขั้นตอนใช้เวลาเพียงส่วนหนึ่งของวินามี เป็นนาที เป็นวัน เป็นเดือน เป็นหลายล้านปี ผลที่สุดก็แปรสภาพเป็นธาตุตะกั่วที่เสถียร การแผ่รังสีก็สิ้นสุดลงโดยสิ้นเชิง

รังสีแผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตภาพรังสีประกอบด้วยอนุภาคต่าง ๆ และพลังงานในรูปของคลื่น อนุภาคสำคัญที่มีปรากฎในรังสีแผ่ออกมาได้แก่ อนุภาคแอลฟา ซึ่งมีปรากฎอยู่ในรังสีแอลฟา อนุภาคบีตา ซึ่งมีปรากฎอยู่ในรังสีบีตาส่วนพลังงานที่อยู่ในรูปของคลื่นคือพลังงานของรังสีแกมมา

รังสีแอลฟา  ประกอบด้วย อนุภาคแอลฟา มีประจุไฟฟ้า +2 ประกอบด้วยโปรตรอน 2 อนุภาคและนิวตรอน 2 อนุภาค มีอำนาจในการทะลุทะลวงต่ำ สามารถเจาะทะลุผ่านอากาศได้ไกลกลายซม. เจาะทะลุผ่านแผ่นอะลูมิเนียมที่หนา 0.01 มม. ได้เมื่อผ่านรังสีแอลฟาเข้าไปในสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า เส้นทางเคลื่อนที่ของรังสีแอลฟาจะเบี่ยงเบนโดยจะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วใต้ของสนามแม่เหล็กหรือเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วลบของสนามไฟฟ้า ทั้งนี้เพราะอนุภาคแอลฟามีประจุไฟฟ้าบวก

 เมื่อธาตุกัมมันตภาพรังสีใด แผ่รังสีแอลฟาออกมาแล้วก็เสมือนกับปล่อยนิวเคลียสของธาตุฮิเลียมออกมาจึงเป็นเหตุให้ธาตุกัมมันตรังสีนั้นมีเลขมวลน้อยลงไป 4 หน่วย และมีเลขเชิงอะตอมลดน้อยลงไป 2 หน่วย

รังสีบีตา ประกอบด้วย อนุภาคบีตา คือ อิเล็กตรอนนั่นเองจึงมีประจุไฟฟ้าลบเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงเกือบเท่าอัตราเร็วของแสง เมื่อผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก หรือสนามไฟฟ้า เส้นทางเคลื่อนที่จะเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วเหนือของสนามแม่เหล็ก หรือเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า รังสีบีตามีอำนาจในการทะลุทะลวงปานกลาง สามารถเจาะทะลุแผ่นอะลูมิเนียมที่หนา 0.1 มม. ได้

เมื่อธาตุกัมมันตรังสีใดแผ่รังสีบีตาออกมาแล้ว เสมือนกับนิวเคลียสของอะตอมของธาตุนั้นปล่อยอิเล็กตรอนออกมา จึงทำให้ธาตุใหม่ที่ได้ คงมีเลขมวลดังเดิม แต่มีเลขเชิงอะตอมเพิ่มขึ้น 1 หน่วย

รังสีแกมมา เป็นพลังงานที่อยู่ในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นสั้นมากมีอัตราในการเคลื่อนที่เร็วเท่า ๆ กับอัตราเร็วของแสง ไม่มีมวลและไม่มีประจุไฟฟ้า ฉะนั้นเมื่อผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก หรือสนามไฟฟ้า เส้นทางเคลื่อนที่จึงไม่เบี่ยงเบนจากแนวเดิม รังสีแกมมามีอำนาจในการเจาะทะลุทะลวงสูง สามารถเจาะทะลุผ่านแผ่นเหล็กกล้าที่หนา 25 ซม. ได้และเจาะทะลุผ่านแผ่นตะกั่วที่หนา 5 ซม.ได้

ประโยชน์ของกัมมันตภาพรังสี  มีอยู่หลายประกอบด้วยกันคือ

1. การสร้างธาตุใหม่หลังธาตุยูเรเนี่ยม โดยใช้ปฎิกิริยานิวเคลียสและสารกัมมันตรังสีมาสร้างธาตุใหม่ ๆ เป็นธาตุหนักกว่าธาตุยูเรเนี่ยมรวม 14 ธาตุ มีค่าเลขอะตอม 93 จนถึง 106 ตามลำดับและยังสร้างธาตุใหม่ ๆ ต่อไปอีก ซึ่งจะมีจำนวนไม่จำกัด
2. ศึกษากลไกของปฎิกิริยาเคมี เช่น นำไอโซโทป กัมมันตรังสีมาศึกษาปฎิกิริยาไฮโดรลิซิสของเอสเทอร์ โดยใช้ไอโซโทปของออกซิเจนกัมมันตรังสี
3. ใช้ในเคมีวิเคราะห์ คือ ใช้หาปริมาณของสารบางสารที่มีปรากฎอยู่ในบริมาณน้อยยิ่ง
4. ใช้หาอายุของซากดึกดำบรรพ์ วิธีที่ใช้กันมากคือ วิธี ราดิโอคาร์บอนเดททิง

นอกจากประโยชน์ดังกล่าว ยังใช้กัมมันตภาพรังสีไปเป็นประโยชน์ในด้านอื่น ๆ อีกมาก เช่นในการแพทย์ใช้รักษาโรคมะเร็ง ใช้ตรวจสอบการทำงานของบางอวัยวะในร่างกาย ใช้ประโยชน์ในทางเกษตรทางอุตสาหกรรม ทางโภชนาการเพื่อถนอมอาหาร ใช้ตรวจสอบรอบร้าวในแผ่นโลหะใช้ผลิตพลังงาน

>>> กลับหน้าหลัก สารานุกรมไทย >>>