ธาตุกัมมันตรังสี คืออะไร การปลดปล่อยรังสีของธาตุเกิดขึ้นได้อย่างไร

ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Element)

ธาตุบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุที่มีมวลอะตอมสูง มีความสามารถในการแผ่รังสีออกมาได้เองอย่างต่อเนื่อง โดยปรากฏการณ์การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี ขณะที่ธาตุดังกล่าวเรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive Element) คือธาตุที่มีองค์ประกอบภายในนิวเคลียส (Nucleus) ไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดการสลายตัว หรือการปล่อยรังสีของธาตุอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากปรากฏการณ์การแผ่รังสีของธาตุเป็นกระบวนการปรับสมดุล เพื่อสร้างความเสถียรภายในธาตุ ซึ่งในธรรมชาติ

ธาตุกัมมันตรังสีมักเป็นธาตุที่มีมวลมากหรือมีเลขอะตอมสูงเกินกว่า 82 เช่น เรเดียม (Radium) ที่มีเลขมวลอยู่ที่ 226 และเลขอะตอม 88 หรือยูเรเนียม (Uranium) มีเลขมวลอยู่ที่ 238 และเลขอะตอม 92

การค้นพบธาตุกัมมันตรังสี

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

นอกจากนี้ เขาทำการทดลองกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่น ต่างให้ผลลัพธ์ไปในทิศทางเดียวกัน โดยหลังจากการค้นพบดังกล่าวเพียง 2 ปี มารี คูรี (Marie Curie) และปีแอร์ คูรี (Pierre Curie) นักเคมีเชื้อสายโปแลนด์ ทำการทดลองกับธาตุหลายชนิดและพบว่าธาตุทอเรียม (Thorium) เรเดียม (Radium) และพอโลเนียม (Polonium) ต่างสามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกัน จึงส่งผลให้เกิดข้อสรุปร่วมกันที่ว่า ธาตุบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุที่มีมวลอะตอมสูง มีความสามารถในการแผ่รังสีออกมาได้เองอย่างต่อเนื่อง โดยปรากฏการณ์การแผ่รังสีที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า “กัมมันตภาพรังสี” ขณะที่ธาตุดังกล่าวเรียกว่า “ธาตุกัมมันตรังสี”

การค้นพบ, ธาตุกัมมันตรังสี, กัมมันตรังสี
อองตวน อองรี แบ็กเกอเรล

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

การประยุกต์ใช้ธาตุกัมมันตรังสี

  • ด้านธรณีวิทยา: มีการใช้คาร์บอน-14 (C-14) ในการคำนวณหาอายุของโบราณวัตถุหรืออายุของฟอสซิล
  • ด้านการแพทย์: มีการใช้ไอโอดีน-131 (I-131) ในการติดตามเพื่อศึกษาและรักษาโรคต่อมไทรอยด์เป็นพิษ รวมถึงการใช้โคบอลต์-60 (Co-60) และเรเดียม-226 (Ra-226) ในการรักษาโรคมะเร็ง
  • ด้านเกษตรกรรม: มีการใช้ฟอสฟอรัส-32 (P-32) ในการศึกษาเส้นทางการเคลื่อนที่และความต้องการธาตุอาหารของพืช และใช้โพแทสเซียม-32 (K-32) ในการหาอัตราการดูดซึมของต้นไม้
  • ด้านอุตสาหกรรม: มีการใช้ธาตุกัมมันตรังสีในการตรวจหารอยตำหนิ เช่น รอยร้าวของโลหะหรือท่อขนส่งของเหลว รวมไปถึงการใช้ธาตุกัมมันตรังสีในการตรวจสอบ ควบคุมความหนาของวัตถุ และใช้รังสีฉายบนอัญมณีเพื่อสร้างสีสันให้สวยงาม
  • ด้านการถนอมอาหาร: มีการใช้รังสีแกมมาของโคบอลต์-60 (Co-60) เพื่อทำลายแบคทีเรียในอาหาร ช่วยให้เก็บรักษาอาหารไว้ได้นานยิ่งขึ้น
  • ด้านพลังงาน: มีการใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ของยูเรเนียม-238 (U-238) ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู สร้างไอน้ำเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

อันตรายจากธาตุกัมมันตรังสี

รังสีสามารถส่งผลให้ตัวกลางที่เคลื่อนผ่านแตกตัวเป็นไอออนได้ รังสีชนิดต่างๆ จึงถือเป็นอันตรายต่อมนุษย์ รวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ การได้รับหรือสัมผัสกับรังสีที่เป็นอันตรายสามารถส่งผลให้ร่างกายเกิดการเจ็บป่วย จากการที่เซลล์ซึ่งประกอบขึ้นเป็นอวัยวะดังกล่าวเกิดการแตกตัว รวมไปถึงเพิ่มความเสี่ยงของการเกิดโรคร้าย เช่น โรคมะเร็ง นอกจากนี้ หากร่างกายได้รับรังสีที่มีอานุภาพสูงเป็นเวลานาน อาจส่งผลกระทบลึกลงไปถึงระดับสารพันธุกรรมภายในเซลล์ ทำให้การสร้างเซลล์ใหม่ในร่างกายเกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะเซลล์ที่ทำหน้าที่ในการสืบพันธุ์ ซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปยังทายาทรุ่นต่อไป

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


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


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy)

เรื่องแนะนำ

สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (Invertebrate)

ในบรรดาสรรพสัตว์ที่อยู่บนโลกนี้ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง มีจำนวนชนิดพันธุ์มากกว่าร้อยละ 97 ของอาณาจักรสัตว์ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (Invertebrate) คือกลุ่มสัตว์ที่ไม่มีกระดูกเป็นแกนกลางภายในร่างกาย ไม่มีไขสันหลัง (Spinal Cord) หรือกระดูกสันหลัง (Vertebrae) ซึ่งทำหน้าที่พยุงโครงสร้างของร่างกาย รวมถึงไม่สามารถสร้างและพัฒนากระดูกขึ้นเองได้ นอกจากนี้ สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังยังเป็นกลุ่มสัตว์ที่มีจำนวนชนิดมากที่สุดในโลกอีกด้วย คิดเป็นสัดส่วนประมาณร้อยละ 97 ของสัตว์ทั้งหมดบนโลก โดยส่วนใหญ่จัดอยู่ในกลุ่มสัตว์ขาปล้อง เช่น แมลงมีจำนวนชนิดพันธุ์มากกว่าหนึ่งล้านชนิด ขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์ปีกในกลุ่มสัตว์มีกระดูกสันหลังมีเพียง 5,000 และ 10,000 ชนิด ตามลำดับ เท่านั้น โครงสร้างของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังมีโครงสร้างทางร่างกายที่หลากหลาย การปราศจากกระดูกสันหลังและไขสันหลังเป็นแกนหลักของร่างกาย ส่งผลให้สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิดมีเปลือกแข็งห่อหุ้มอยู่ภายนอกร่างกายหรือที่เรียกว่า “ระบบโครงร่างแข็งภายนอก” (Exoskeleton) เพื่อป้องกันอวัยวะภายใน ในสัตว์บางชนิดมีระบบกล้ามเนื้อและช่องว่างภายในที่เต็มไปด้วยของเหลวหรือที่เรียกว่า “ระบบโครงร่างของเหลว” (Hydrostatic Skeleton) เป็นแกนหลักในการคงรูปร่างและบังคับควบคุมการเคลื่อนไหว เช่น แมงกะพรุนและหนอน สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิดมีระบบประสาทและเซลล์ประสาท (Neuron) เช่นกัน ถึงแม้ไม่มีกระดูกสันหลังที่ทำหน้าที่ปกป้องอวัยวะดังกล่าวเหมือนอย่างกลุ่มสัตว์มีกระดูกสันหลังก็ตาม วิวัฒนาการของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง การย้อนรอยเพื่อศึกษาวิวัฒนาการของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังยังเป็นเรื่องยากสำหรับวงการวิทยาศาสตร์ เนื่องจากซากดึกดำบรรพ์หรือฟอสซิล (Fossil) ไม่สามารถคงสภาพเนื้อเยื่อไว้ได้อย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้ขาดหลักฐานในการสืบค้นไปจนถึงจุดกำเนิดของสัตว์กลุ่มนี้ แต่จากการค้นพบฟอสซิลของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังครั้งแรก […]

เทคโนโลยีทางการแพทย์ หลังการระบาดของโควิด-19

การประยุกต์ใช้ เทคโนโลยีทางการแพทย์ เพื่อให้สอดคล้องกับการระบาดใหญ่ และวิถีชีวิตแบบปกติใหม่ โรงพยาบาลเป็นหน่วยงานแรกๆ ที่ต้องเร่งปรับตัว และปรับปรุงแผนการดำเนินงานให้สอดคล้องกับการระบาดของโรคอุบัติใหม่ อย่างโควิด-19 ตั้งแต่ช่วงแรกของการระบาด โรงพยาบาลทั้งภาครัฐและเอกชนต่างพยายามนำเทคโนโลยีต่าง ๆ เข้ามาให้บริการแก่ผู้ป่วย รวมทั้งการร่วมกันถอดบทเรียนเพื่อสร้างองค์ความรู้ใหม่ในเวลาเดียวกัน จนเกิดเป็น เทคโนโลยีทางการแพทย์ ที่สอดคล้องกับวิถีชีวิตปกติใหม่ หรือ New Normal เพื่อให้เกิดความปลอดภัยต่อทั้งเจ้าหน้าที่และผู้ป่วยที่มารับบริการของโรงพยาบาล จากการระบาดครั้งใหญ่ เรื่องสำคัญที่สุดที่ทุกโรงพยาบาลควรคำนึงถึงและปฏิบัติไปในแนวทางเดียวกัน คือเรื่องความปลอดภัยของผู้มารับบริการ ดังนั้นจึงเกิดการปรับแผนการทำงาน รวมไปถึงการปรับแผนการดำเนินธุรกิจ โดยยึดหลักเรื่องความปลอดภัยให้สูงขึ้น หลายโรงพยาบาลได้ปรับใช้เทคโนโลยีให้เข้ามามีบทบาทในแผนการดำเนินงานมากขึ้น เช่น โรงพยาบาลพรินซ์สุวรรณภูมิ เขตบางนา โรงพยาบาลเอกชนที่คิดค้นบริการใหม่ขึ้นมา 3 รูปแบบ เพื่อให้สอดคล้องกับวิถีชีวิตแบบ New Normal และการระบาดของโรคโควิด-19 ได้แก่ 1. Tele-medicine คือบริการให้คำปรึกษาและรักษาผู้ป่วยระยะไกล โดยผู้ป่วยไม่จำเป็นต้องมาที่โรงพยาบาล เป็นการโทรศัพท์ในระบบวิดีโอผ่านแอปพลิเคชั่น LINE โดยให้แพทย์และคนไข้สามารถตรวจสอบอาการได้เบื้องต้น พร้อมทั้งให้คำแนะนำด้านการปฏิบัติตัวเบื้องต้น จุดประสงค์ของบริการนี้เพื่อเพิ่มทางเลือกให้ผู้ป่วยที่มีประวัติกับโรงพยาบาลไม่ต้องมาโรงพยาบาลโดยไม่จำเป็น แต่แพทย์สามารถวินิจฉัยโรคผ่านการให้บริการ Tele-medicine ได้อย่างสะดวกและง่ายดาย 2. Drive-thru ตรวจโควิด-19 โดยตั้งจุดบริการไว้ด้านนอกตัวอาคาร เพื่อลดความเสี่ยงการแพร่เชื้อในพื้นที่โรงพยาบาล […]

การกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (Geographic Coordinate System)

มนุษย์นำ ระบบพิกัดภูมิศาสตร์ มาใช้ในกำหนดและระบุตำแหน่งต่าง ๆ บนพื้นผิวทรงกลมของโลก โดยการอ้างอิงพิกัดที่เกิดจากค่าระยะเชิงมุมของละติจูด (Latitude) และลองจิจูด (Longitude) ระบบพิกัดภูมิศาสตร์ (Geographic Coordinate System) คือ ระบบอ้างอิง 3 มิติที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งมนุษย์นำมาใช้ในกำหนดและระบุตำแหน่งต่าง ๆ บนพื้นผิวทรงกลมของโลก โดยการอ้างอิงพิกัดที่เกิดจากค่าระยะเชิงมุมของละติจูด (Latitude) และลองจิจูด (Longitude) ซึ่งเคลื่อนออกห่างจากศูนย์กำเนิด (Origins) ที่กำหนดขึ้น สำหรับศูนย์กำเนิดของละติจูด (Origin of Latitude) คือ เส้นสมมติในแนวระนาบที่ตัดผ่านศูนย์กลางของโลกพร้อมทั้งตั้งฉากไปกับแกนหมุนหรือที่เราเรียกกันว่า “เส้นศูนย์สูตร” (Equator) ขณะที่ศูนย์กำเนิดของลองจิจูด (Origin of Longitude) คือ เส้นสมมติในแนวตั้งที่ลากผ่านแกนหมุนของโลกตรงบริเวณหอสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ เมืองกรีนิช (Greenwich) ประเทศอังกฤษ ซึ่งตั้งฉากกับเส้นศูนย์สูตรหรือที่เราเรียกกันว่า “เส้นพรามเมริเดียน” (Prime Meridian) ซึ่งเป็นเส้นเมริเดียนเริ่มแรกที่แบ่งโลกออกเป็นซีกโลกตะวันตกและซีกโลกตะวันออก ดังนั้น ตำแหน่งที่เกิดขึ้นบนโลกตามระบบพิกัดทางภูมิศาสตร์จึงมีหน่วยเป็นองศา ลิปดา และพิลิปดา พร้อมกับกำหนดอักษรที่ระบุทิศเหนือ-ใต้ (N/S) […]