ธาตุกัมมันตรังสี คึออะไร มีการนำประโยชน์ และข้อควรระวังอย่างไร

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”

การแผ่รังสี, ตารางธาตุ
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

การแผ่รังสี, ตารางธาตุ

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

การแผ่รังสี, ตารางธาตุ

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

ฮอร์โมนพืช (Plant Hormone)

ฮอร์โมนพืช (Plant Hormone) คือสารอินทรีย์ที่พืชสร้างขึ้นเองตามธรรมชาติในบริเวณอวัยวะหรือเนื้อเยื่อส่วนใดส่วนหนึ่งของต้นพืช ก่อนทำการเคลื่อนย้ายสารดังกล่าวไปยังเนื้อเยื่อเป้าหมาย เพื่อส่งสัญญาณในการเริ่มกระบวนการสร้าง ทำการควบคุม หรือเปลี่ยนแปลงส่วนต่างๆ ของพืช ทั้งด้านการเจริญเติบโตการงอกของเมล็ด การออกดอกออกผล และการผลัดใบ รวมไปถึงการยับยั้งการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาภายในต้นพืชนั้นๆ อีกด้วย ฮอร์โมนพืชมีอยู่ในพืชทุกชนิดทุกสายพันธุ์ในอาณาจักรพืช (Plant Kingdom) แม้แต่ในสาหร่ายหรือพืชโบราณต่างมีฮอร์โมนพืชทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณ เพื่อควบคุมการเจริญเติบโตในด้านต่างๆ เช่นกัน ฮอร์โมนพืชแบ่งออกเป็น 5 กลุ่มด้วยกัน ได้แก่ ออกซิน (Auxin) เป็นฮอร์โมนพืชที่สร้างขึ้นจากกลุ่มเซลล์เนื้อเยื่อบริเวณยอดใบอ่อน ก่อนถูกลำเลียงไปยังเซลล์เป้าหมาย มีหน้าที่กระตุ้นเซลล์ของเนื้อเยื่อให้เกิดการขยายตัว ส่งผลให้พืชเจริญเติบโตสูงขึ้นเพิ่มขนาดใบและผล ออกซินยังมีผลต่อการยับยั้งการเจริญเติบโตของตาข้าง และช่วยป้องกันการหลุดร่วงของใบ ดอกและผล อีกทั้งยังส่งผลต่อการควบคุมการเคลื่อนไหว การตอบสนองต่อแสงและแรงโน้มถ่วงของพืชอีกด้วย ไซโทไคนิน (Cytokinin) เป็นสารกระตุ้นการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ โดยเฉพาะในส่วนของลำต้นและราก ส่งเสริมการสร้างและการเจริญของตาข้าง การแผ่กิ่งก้านสาขา และการงอกของเมล็ด อีกทั้งยังช่วยป้องกันการสลายตัวของคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ช่วยให้พืชผักผลไม้มีอายุยืนและสามารถรักษาความสดใหม่เอาไว้ได้ยาวนาน เอทิลีน (Ethylene) เป็นก๊าซที่เกิดขึ้นในกระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism) ของพืชโดยส่วนมากเอทิลีนถูกสร้างขึ้นเมื่อพืชมีบาดแผลหรือเข้าสู่ภาวะร่วงโรย มีส่วนช่วยเร่งการสุกของผลไม้ กระตุ้นการออกดอก การผลัดใบตามฤดูกาล และการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด รวมไปถึงการกระตุ้นการผลิตน้ำยาง และการเกิดรากฝอยและรากแขนงของพืชอีกด้วย กรดแอบไซซิก (Abscisic acid) เป็นสารที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นได้ในทุกส่วนของต้นพืช […]

ปลาบึก : ราชินีแห่งสายน้ำ

(ภาพบน) นักสำรวจของเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก เซบ โฮแกน (ซ้าย) กำลังช่วยเหลือเจ้าหน้าที่กรมประมงของกัมพูชาติดแท็กติดตาม ปลาบึก และปล่อยกลับสู่แม่น้ำโขง ซึ่งชาวประมงจับได้ใกล้กับกรุงพนมเปญ เมื่อวันที่ 9 พฤศจิกายน 2558 / ภาพถ่ายได้รับความอนุเคราะห์จาก THE UNIVERSITY OF NEVADA, RENO ปลาบึก เป็นปลาน้ำจืดไม่มีเกล็ดที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดตัวเต็มวัยยาวประมาณ 3 เมตร มีน้ำหนักมากกว่า 250 กิโลกรัม แต่เดิมเป็นปลาเฉพาะถิ่น (endemic species) ที่พบเฉพาะในแม่น้ำโขงและแม่น้ำสาขาเท่านั้น ปัจจุบัน จำนวนประชากร ปลาบึก มีจำนวนน้อยมาก และอยู่ในกลุ่มสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ (Endangered species) ปลาบึกมีชื่อสามัญว่า Mekong giant catfish (Pangasianodon gigas) อาหารของปลาบึกคือพืชน้ำและตะไคร่น้ำ ในประเทศไทยพบการกระจายตัวอยู่ในแม่น้ำโขงตั้งแต่จังหวัดเชียงรายจนถึงจังหวัดอุบลราชธานี ที่ผ่านมา ปลาบึกเป็นปลาที่สร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับชาวประมงพื้นบ้านเป็นอย่างมาก แต่เนื่องจากประชากรปลาไม่สามารถสืบพันธุ์และเจริญเติบโตทันความต้องการ รวมทั้งปัจจัยการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของแม่น้ำโขง ส่งผลให้จำนวนประชากรปลาบึกตามธรรมชาติลดลงอย่างต่อเนื่อง กรมประมงจึงได้พยายามดำเนินการเพาะขยายพันธุ์ จนประสบผลสำเร็จครั้งแรกในปี […]

การแพร่ของสาร (Diffusion)

วิทยาศาสตร์น่ารู้ เรื่อง การแพร่ของสาร (Diffusion) การแพร่ของสาร (Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรือการกระจายตัวของอนุภาคภายในสสาร จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ โดยอาศัยพลังงานจลน์ (Kinetic Energy) ของโมเลกุลหรือไอออนของสาร ให้เกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ เพื่อสร้างสมดุลให้ทั้งสองบริเวณมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหรือที่เรียกว่า “สมดุลของการแพร่” (Diffusion Equilibrium) โดยการแพร่นั้นเกิดขึ้นได้ในทุกสถานะของสสาร ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในชีวิตประจำวันของเรามีตัวอย่างของกระบวน การแพร่ของสาร เกิดขึ้นมากมาย เช่น การเติมน้ำตาลลงในกาแฟ การแพร่กระจายของกลิ่นน้ำหอม การฉีดพ่นยากันยุง การแช่อิ่มผลไม้ หรือแม้แต่การจุดธูปบูชาพระ เป็นต้น  ประเภทของการแพร่ 1. การแพร่ธรรมดา (Simple Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของสาร โดยไม่อาศัยตัวพาหรือตัวช่วยขนส่ง (Carrier) ใดๆ เช่น การแพร่ของผงด่างทับทิมในน้ำ จนทำให้น้ำมีสีม่วงแดงทั่วทั้งภาชนะ การได้กลิ่นผงแป้ง หรือการได้กลิ่นน้ำหอม เป็นต้น 2.การแพร่โดยอาศัยตัวพา (Facilitated Diffusion) ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น คือการเคลื่อนที่ของสารบางชนิดที่ไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง จึงต้องอาศัยโปรตีนตัวพา (Protein Carrier) ที่ฝังอยู่บริเวณเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับส่งโมเลกุลของสารเข้า-ออก […]

ชีวิตที่ไม่ได้เลือกของคนผิวเผือก

ในบางสังคม มีความเชื่อกันว่าอวัยวะของคนผิวเผือกเกี่ยวข้องกับเวทมนตร์และโชคลาง นั่นทำให้ชีวิตของผู้มีภาวะผิวเผือกยากลำบากกว่าเดิม เมื่ออวัยวะของพวกเขาเป็นที่ต้องการในตลาดมืด