กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity)

จัดทำโดย

                          1.นายคุณัชญ์        คงสินธุ์           เลขที่   8

                          2.น.ส.ศิวพร           อารัมภ์พจน์   เลขที่  18 

                          3.น.ส.ณัฐชา         ดาราเย็น         เลขที่  28

                          4.น.ส.ปิยมาภรณ์   กรีดกราย       เลขที่  38

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่  6/2

เสนอ

อาจารย์ ผดุงศักดิ์      ไกรกล

โรงเรียนศรัทธาสมุทร

จังหวัดสมุทรสงคราม

ขั้นตอนการปฏิบัติการ

วันที่ 25 ม.ค. 55 

           ประชุมกลุ่ม วางแผนและมอบหมายงานให้สมาชิกแต่ละคนโดยมอบหมายงาน ดังต่อไปนี้

1.นางสาวปิยมาภรณ์ กรีดกราย และนางสาวศิวพร อารัมภ์พจน์ 

เป็นผู้รวบรวม เรียบเรียงงานและเข้ารูปเล่ม

2.นายคุนัชญ์ คงสินธุ์ และนางสาวณัฐชา ดาราเย็น 

เป็นผู้นำเนื้อหาทั้งหมดไปทำเว็บ

วันที่ 27 ม.ค. 55 

รวบรวมเนื้อหารายงานเรื่องกัมมันตภาพรังสีเข้ารูปเล่มให้ นายคุณัชญ์  คงสินธุ์และ นางสาวณัฐชา ดาราเย็น นำเนื้อหาทั้งหมดไปทำบล๊อก

วันที่ 9 ก.พ. 55

ส่งรูปเล่มรายงานเรื่องกัมมันตภาพรังสี

ผลเสียของรังสีต่อสิ่งมีชีวิต

          รังสีที่แผ่ออกจากธาตุกัมมันตรังสี คือ กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เมื่อผ่านเข้าไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมตามแนวทางที่รังสีผ่านไปทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต

2 แบบ คือ

        

         1. ผลของรังสีที่มีต่อร่างกาย คือ เกิดเป็นผื่นแดงขึ้นตามผิวหนัง ผมร่วง เซลล์ตาย เป็นแผลเปื่อย เกิดเนื้อเส้นใยจำนวนมากที่ปอด (fibrosis of the lung) เกิดโรคเม็ดโลหิตขาวมาก (leukemia) เกิดต้อกระจก(cataracts) ขึ้นในนัยน์ตา เป็นต้น ซึ่งร่างกายจะเป็นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณของรังสีที่ได้รับ ส่วนของร่างกายที่ได้ และอายุของผู้ได้รับรังสี

        

         2. ผลของรังสีที่เกี่ยวกับการสืบพันธุ์ คือ ทำให้โครโมโซม (chromosome) เกิดการเปลี่ยนแปลงมีผลทำให้ลูกหลานเกิดเปลี่ยนลักษณะได้โดยหลักการการปนเปื้อนของสารกัมมันตรังสีในน้ำทะเล จะส่งผลให้เกิดการกลายพันธุ์ในสัตว์ทะเลได้โดยเฉพาะที่กลุ่มสารกัมมันตรังสีที่ให้เบต้า จะมีผลต่อการกลายพันธุ์ ทั้งนี้ต้องขึ้นกับปริมาณการรับและการสะสม เช่น หากสารกัมมันรังสีลงไปในน้ำ และแพลงก์ตอนรับสารรังสีเข้าไป เมื่อหอย ปลา กินแพลงก์ตอนเป็นล้านตัว จะเพิ่มความเข้มข้นไปเรื่อยๆสะสมในห่วงโซ่อาหาร อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ยังไม่มีผลการยืนยันที่ชัดเจนว่าจะถึงขั้นเปลี่ยนระบบนิเวศน์ใต้ทะเลหรือไม่ แต่มีความเสี่ยงต่อการทำให้สิ่งมีชีวิตกลายพันธุ์มากกว่า

อาการที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากได้รับกัมมันตรังสีโดยไม่มีการควบคุม

        • คลื่นไส้ อาเจียน

        • อ่อนเพลีย

        • เม็ดเลือดขาวถูกทำลายอย่างรุนแรง

        • ระบบการสร้างโลหิตจากที่ไขกระดูกบกพร่อง

        • ร่างกายความต้านทานโรคต่ำ

        • เกิดความผิดปกติบริเวณที่ถูกรังสี เช่น ผิวหนังไหม้พุพอง ผมร่วง ปากเปื่อย เป็นต้น

การป้องกันอันตรายจากสารกัมมันตรังสี

        รังสีทุกชนิดมีอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งนั้น จึงต้องทำการป้องกันไม่ให้ร่างกายได้รับรังสี หรือได้รับแต่เพียงปริมาณน้อยที่สุด ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากต้องทำงานเกี่ยวข้องกับรังสีแล้ว ควรมีหลักยึดถือเพื่อปฏิบัติดังนี้

        

        1. เวลาของการเผย (time of exposure) โดยใช้เวลาในการทำงานในบริเวณที่มีรังสีให้สั้นที่สุด

        

        2. ระยะทาง (Distance) การทำงานเกี่ยวกับรังสีควรอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดรังสีมาก ๆ

ทั้งนี้เพราะความเข้มของรังสีจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง

        

        3. เครื่องกำบัง (Shielding) เครื่องกำบังที่วางกั้นระหว่างคนกับแหล่งกำเนิดรังสีจะดูดกลืนบางส่วนของรังสีหรืออาจจะทั้งหมดเลยก็ได้ ดังนั้นในกรณีที่ต้องทำงานใกล้กับสารกัมมันตรังสีและต้องใช้เวลานานในการปฏิบัติงาน เราจำเป็นต้องใช้เครื่องกำบังช่วยเครื่องกำบังที่ดีควรเป็นพวกโลหะหนัก

ประโยชน์จากการใช้ธาตุกัมมันตรังสี

          1. ด้านธรณีวิทยา การใช้คาร์บอน-14  (C-14) คำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ
          2. ด้านการแพทย์ ใช้ไอโอดีน-131 (I-131) ในการติดตามเพื่อศึกษาความผิดปกติของ        ต่อมไธรอยด์ โคบอลต์-60 (Co-60) และเรเดียม-226 (Ra-226) ใช้รักษาโรคมะเร็ง
          3. ด้านเกษตรกรรม ใช้ฟอสฟอรัส 32 (P-32) ศึกษาความต้องการปุ๋ยของพืช ปรับปรุง       เมล็ดพันธุ์ที่ต้องการและใช้โพแทสเซียม-32 (K–32) ในการหาอัตราการดูดซึมของต้นไม้
          4. ด้านอุตสาหกรรม ใช้ธาตุกัมมันตรังสีตรวจหารอยตำหนิ เช่น รอยร้าวของโลหะหรือท่อขนส่งของเหลว ใช้ธาตุกัมมันตรังสีในการ ตรวจสอบและควบคุมความหนาของวัตถุ ใช้รังสีฉายบนอัญมณีเพื่อให้มีสีสันสวยงาม

          5. ด้านการถนอมอาหาร ใช้รังสีแกมมาของธาตุโคบอลต์-60 (Co–60) ปริมาณที่พอเหมาะใช้ทำลายแบคทีเรียในอาหาร  จึงช่วยให้เก็บรักษาอาหารไว้ได้นานขึ้น
          6. ด้านพลังงาน มีการใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูของยูเรีเนียม-238 (U-238) ต้มน้ำให้กลายเป็นไอ แล้วผ่านไอน้ำไปหมุนกังหัน เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ตารางแสดงธาตุและไอโซโทป

การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี

            การเกิดปฏิกิริยาของธาตุกัมมันตรังสี เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งมี 2 ประเภท คือ
          

         1. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้น เนื่องจากการยิงอนุภาคนิวตรอนเข้าไปยังนิวเคลียสของธาตุหนัก แล้วทำให้นิวเคลียร์แตกออกเป็นนิวเคลียร์ที่เล็กลงสองส่วนกับให้อนุภาคนิวตรอน 2-3 อนุภาค และคายพลังงานมหาศาลออกมา ถ้าไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อาจเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงที่เรียกว่า ลูกระเบิดปรมาณู (Atomic bomb) เพื่อควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ไม่ให้เกิดรุนแรงนักวิทยาศาสตร์จึงได้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณูเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า  

การเกิดปฏิกิริยาฟิชชัน

         

          2. ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion reaction) คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นิวเคลียสของธาตุเบาหลอมรวมกันเข้าเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และมีการคายความร้อนออกมาจำนวนมหาศาลและมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชันเสียอีก ปฏิกิริยาฟิวชันที่รู้จักกันดี คือ ปฏิกิริยาระเบิดไฮโดรเจน (Hydrogen bomb) 

การเกิดปฏิกิริยาฟิวชัน

ความหมายของกัมมันตภาพรังสี

        กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity)  หมายถึง ธาตุที่แผ่รังสีได้เนื่องจาก นิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า  82
        
        ธาตุกัมมันตรังสี  หมายถึง ธาตุที่มีในธรรมชาติที่แผ่รังสีออกมาได้เอง  

        เฮนรี่ เบคเคอเรล  นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสเป็นผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสีโดยบังเอิญในขณะที่ทำการวิเคราะห์เกี่ยวกับรังสีเอกซ์   กัมมันตภาพรังสีมีสมบัติแตกต่างจากรังสีเอกซ์ คือ มีความเข้มน้อยกว่ารังสีเอกซ์ การแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสีเหล่านี้เกิดขึ้นในไอโซโทปของธาตุที่มีจำนวนนิวตรอนมากกว่าจำนวนโปรตอนมาก  ทำให้นิวเคลียสของธาตุไม่เสถียรจึงต้องมีการเปลี่ยนแปลงไปเป็นธาตุที่มีความเสถียรมากขึ้น  โดยการสลายตัวเองเพื่อปล่อยอนุภาคภายในนิวเคลียสออกมาในรูปของการแผ่รังสี  การแผ่รังสีของธาตุเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติ  โดยพบว่าธาตุต่าง ๆ ที่อยู่ในธรรมชาติที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82 ส่วนใหญ่จะสามารถแผ่รังสีได้ทั้งสิ้น ตัวอย่างเช่น ธาตุเรเดียม, ยูเรเนียม, ทอเรียม เป็นต้น  การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีจะเกิดขึ้นได้โดยอะตอมของธาตุมีการปลดปล่อยองค์ประกอบ    และพลังงานที่อยู่ภายในอะตอมออกมา  ทำให้โครงสร้างของอะตอมเปลี่ยนแปลงไป  โดยองค์ประกอบและพลังงานของธาตุที่ถูกปลดปล่อยออกมานั้นจะแผ่ออกมาจากธาตุในรูปของรังสีต่างๆ สามารถแบ่งได้เป็น     3 ชนิด  คือ  รังสีแอลฟา, รังสีบีตา และรังสีแกมมา ซึ่งรังสีต่างๆ จะมีลักษณะและสมบัติที่แตกต่างกัน คือ

       หมายเหตุ รังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีเกิดจากนิวเคลียสใน


            อะตอมของธาตุซึ่งไม่เสถียร  .จึงต้องมีการสลายตัวและแผ่รังสีออกมา  เพื่อเปลี่ยนไปเป็นอะตอมที่มีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อธาตุกัมมันตรังสีแผ่รังสีออกมาแล้วจะเกิดการสลายตัวลดปริมาณลงไปด้วย  โดยนักวิทยาศาสตร์เรียกระยะเวลาที่ธาตุกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมว่า  

ครึ่งชีวิต (Half life)  ตัวอย่างเช่น ธาตุซัลเฟอร์ -35  มีครึ่งชีวิต 87 วัน  

ในการสลายตัวเหลือ 4 กรัม  และใช้เวลาอีก 87 วัน  ในการสลายตัวจนเหลือ 

2 กรัม  เป็นต้น

ประวัติการค้นพบกัมมันตภาพรังสี

ผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสี 

           คือ “เฮนรี  เบคเคอเรล”  เป็นชาวฝรั่งเศส 

          การค้นพบกัมมันตภาพรังสีของเบคเคอเรล  เป็นการค้นพบขณะที่เขากำลังศึกษาแสงแดดเป็นตัวการที่ทำให้   ธาตุยูเรเนียมปลดปล่อยรังสีเอ็กซ์ บังเอิญช่วงการทดลองไม่มีแสงแดดเป็นเวลา 2-3 วัน. ชุดทดลองของเขาซึ่งเก็บไว้ในลิ้นชักไม่ถูกแสงแดดแต่เมื่อเขานำฟิล์มที่มีกระดาษห่อสารยูเรเนียมไปล้าง  ปรากฏว่าที่ฟิล์มมีการเปลี่ยนแปลงที่เข้มกว่าช่วงถูกแสงแดด เบคเคอเรลจึงคิดว่าน่าจะมีรังสีบางอย่างถูกปลดปล่อยออกมาจากธาตุนั้นตลอดเวลา 



               เมื่อเขาศึกษาต่อ พบว่า  มีธาตุบางชนิดจะปลดปล่อยรังสีออกมาตลอดเวลา เรียกธาตุนั้นว่า ธาตุกัมมันตรังสีและรังสีที่ธาตุนั้นปลดปล่อยออกมาเรียกว่ากัมมันตภาพรังสี ซึ่งมี 3 ชนิด คือ  รังสีแอลฟา  รังสีเบตา และรังสีแกมมา 


              หลังจากนั้น ปีแอร์ คูรี  และ  มารี คูรี (Pierre Curie and Marie Curie)  นักวิทยาศาสตร์    คู่สามีภรรยาชาวฝรั่งเศส  ได้ค้นพบเพิ่มเติมว่า ธาตุยูเรเนียมไม่ได้เป็นธาตุเพียงชนิดเดียวที่สามารถแผ่รังสีออกมาได้  แต่ยังมีธาตุชนิดอื่นๆ ที่สามารถแผ่รังสีออกมาได้เช่นเดียวกัน  เช่น  ธาตุพอลโลเนียม(Po),  เรเดียม (Ra),  และทอเรียม (Th)  เป็นต้น  ต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้เรียกรังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุต่างๆ ว่า  “กัมมันตภาพรังสี”  และเรียกธาตุต่างๆที่มีสมบัติในการแผ่รังสีว่า  “ธาตุกัมมันตรังสี”


                      เพิ่มเติม !!!  นอกจากเบคเคอเรลแล้ว นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับธาตุกัมมันตรังสีและกัมมันตภาพรังสีจนได้รับรางวัล โนเบล คือ มารี คูรี.