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

สุนัขกินเจ้าของ เรื่องบังเอิญหรือตั้งใจ?

แน่ใจได้อย่างไรว่าสุนัขที่เลี้ยงไว้จะไม่บังเอิญกินคุณ หากคุณเสียชีวิต สัดส่วนสุนัขกินเจ้าของเกิดขึ้นในหมาใหญ่มากกว่าหมาเล็ก และเรื่องนี้ไม่เกี่ยวกับว่าคุณเลี้ยงสุนัขมาอย่างไร

ถอดรหัส แพทย์แผนจีน : ตำรายาหลวงจักรพรรดิมังกร

วิทยาศาสตร์และการแพทย์แผนปัจจุบันกำลังพยายามถอดรหัสเพื่อเรียนรู้ศาสตร์เก่าแก่โบราณอย่าง แพทย์แผนจีน ที่ช่วยชีวิตผู้คนมานานนับพันปี สิ่งที่พวกเขาค้นพบอาจช่วยหลอมรวมศาสตร์การแพทย์จากตะวันตกและตะวันออกเข้าด้วยกัน เพื่อช่วยชีวิตผู้คนในยุคศตวรรษที่ 21

ร่วมโหวตไอเดียเปลี่ยนโลกที่ดีที่สุด

โดย คริสติน่า นูเนซ หากหัวข้อข่าวล่าสุดที่คุณกำลังมองหาคือข่าวดีที่เต็มไปด้วยความหวัง คุณต้องทำความรู้จักกับแคมเปญที่จัดขึ้นโดยเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก แคมเปญนี้ “Chasing Genius” โครงการประกวดออนไลน์ที่เฟ้นหาสุดยอดไอเดียในการเปลี่ยนแปลงโลก ขณะนี้ดำเนินมาถึงรอบสุดท้ายแล้ว และผู้เข้าแข่งขันที่ผ่านเข้าสู่รอบตัดสินจำนวนกว่า 40 คนก็ได้ถูกประกาศรายชื่อให้ได้ทราบกัน พวกเขาแข่งขันกันนำเสนอนวัตกรรมใหม่ๆ ที่ดีที่สุด เพื่อช่วยเหลือโลก คณะกรรมการของโครงการจะคัดเลือกสุดยอดไอเดียที่ดีที่สุดของที่สุดจากทั้งหมด ผู้ชนะ 4 คนจะได้รับเงินรางวัลคนละ 25,000 ดอลล่าร์สหรัฐ และ 1 ใน 4 จะได้รับรางวัล People’s Choice จากคะแนนโหวต ในบรรดาผู้เข้าแข่งขันมีทั้งนักเรียน นักศึกษา ครูอาจารย์ นักวิจัย ผู้เกษียณอายุ ตลอดจนบุคคลที่คลั่งไคล้วิทยาศาสตร์ทั่วไป พวกเขามาพร้อมกับไอเดียการแก้ปัญหาตั้งแต่น้ำเสีย, การผลิตอาหารเพื่อเพียงพอต่อประชากรโลก ไปจนถึงการป้องกันโรคระบาด อย่างไรก็ตามคอนเซ็ปของการประกวดในครั้งนี้มุ่งเป้าไปที่แนวคิดเรียบง่ายแต่ส่งผลกระทบในวงกว้าง โดยแบ่งออกเป็น 3 หัวข้อด้วยกัน ได้แก่ การพัฒนาโลกอย่างยั่งยืน, สุขภาพของโลก และอาหารเลี้ยงประชากรโลก 9 พันล้านคน ขณะนี้การแข่งขันดำเนินมาถึงโค้งสุดท้ายแล้ว คุณเองสามารถมีส่วนร่วมได้ด้วยการโหวตไอเดียที่ชื่นชอบหรือคิดว่าคู่ควรแก่ชัยชนะ ได้ที่นี่ โดยคะแนนโหวตจะรวมผลภายในวันที่ 15 […]

เหตุผล 4 ประการที่ทําให้อีโบลายังไม่หยุดระบาด

(ภาพปก) เจ้าหน้าที่ด้านสุขภาพได้รับการฉีดสเปรย์น้ำคลอรีน หลังจากนำส่งผู้ป่วยที่คาดว่าติดเชื้อ อีโบลา ไปยังรถพยาบาล ภาพถ่ายโดย NICHOLE SOBECKI การระบาดเชื้อ อีโบลา ในรอบใหม่ที่คองโก ได้คร่าชีวิตผู้คนนับพันให้ล้มตาย นี่คือเหตุผล 4 ประการที่โลกยังไม่สามารถหยุดเชื้อนี้ได้ เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคมที่ผ่านมา องค์การอนามัยโลกได้ประกาศภาวะวิกฤตโรคการระบาดของเชื้ออีโบลา สาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโกว่าเป็น ภาวะฉุกเฉินด้านสาธารณสุขระหว่างประเทศ แล้ว โดยมีผู้เสียชีวิตในคองโกแล้วราว 1,600 คน โดยในระหว่างปี 2014-2016 โลกทั้งโลกต่างจับจ้องและมีความกังวลในพื้นที่แอฟริกาตะวันตก เนื่องจาก การระบาดของเชื้ออีโบลา ที่ทำให้มีผู้เสียชีวิตกว่า 11,000 คน หลังจากนั้น ราว 2 ปีต่อมา ในปี 2018 ได้มีการแพร่ระบาดครั้งที่สอง ซึ่งเริ่มขึ้นในเดือนสิงหาคม 2018 ในจังหวัดคิวูเหนือ และจังหวัดอิตูรีในคองโก มีผู้ติดเชื้อกว่า 2,500 คน และมีผู้เสียชีวิตราว 1,676 คน ดร. เทดรอส อดานอม เกเบรเยซุส (Dr. Tedros Adhanom […]