Knowledge Article


รอบรู้เรื่องธาตุกัมมันตรังสี


ผศ.ดร.ภก.กิตติศักดิ์ ศรีภา
ภาควิชาเภสัชเคมี คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
420,405 View,
Since 2011-03-22
Last active: 4h ago

Scan to read on mobile device
 
A - | A +

ตอนนี้ข่าวที่เป็นที่สนใจคงไม่พ้นการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของญี่ปุ่นหลังจากเกิดแผ่นดินไหว ตามด้วยสึนามิ ก็คงต้องแสดงความเสียใจต่อเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น แต่ผมก็เชื่อมั่นว่าชาวญี่ปุ่นจะร่วมมือร่วมใจกันเพื่อทำให้ทุกอย่างกลับสู่สภาพเดิมได้ ขอเป็นกำลังใจให้ครับ

กลับมาเรื่องที่เป็นหัวข้อของเรา “รอบรู้เรื่องธาตุกัมมันตรังสี” ผมว่าหลายท่านคงพอจะทราบมาบ้างแล้ว แต่อาจจะไม่ทราบรายละเอียดมากนัก ตามปกติบนโลกของเรามีแร่ธาตุอยู่หลายชนิด ตามที่มีการค้นพบกัน เช่น โซเดียม (sodium [Na]) โพแตสเซียม (potassium [K]) หรือ กำมะถัน (sulfur [S]) เป็นต้น ธาตุเหล่านี้มักพบเป็นส่วนประกอบของสารเคมีต่างๆ ทั้งที่อันตรายและไม่อันตราย แต่จะมีธาตุอยู่กลุ่มหนึ่ง จะอยู่บริเวณตอนกลางและด้านล่างของตารางธาตุ ถ้าคนไหนเคยเรียนเคมี ม.ปลาย คงจำเรื่องตารางธาตุกันได้ ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 83 ขึ้นไปจะมีคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่ามี ไอโซโทป (isotope) ที่ไม่คงตัว สามารถสลายตัวให้ กัมมันตภาพรังสี ธาตุที่เราได้ยินชื่อกันบ่อยๆ เช่น ยูเรเนียม (uranium, ใช้สัญลักษณ์ว่า U) หรือ พลูโตเนียม (plutonium, ใช้สัญลักษณ์ว่า Pu) แร่ธาตุเหล่านี้จะมีไอโซโทปที่ไม่เสถียรจะสลายตัวกลายเป็นธาตุที่เสถียรพร้อมๆกับปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีออกมา  (คำว่า ไอโซโทป เป็นศัพท์ที่รู้จักกันดีในหมู่นักเคมีฟิสิกส์ จะใช้ในกรณีที่ธาตุชนิดเดียวกันแต่มีมวลของอะตอมที่แตกต่างกัน)

กัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากธาตุกัมมันตรังสีมีทั้งหมด 3 ชนิด คือ รังสีของอนุภาคแอลฟา (alpha, [α])  รังสีของอนุภาคแอลฟาเบต้า (beta [β])  และ รังสีแกมม่า (gamma [g])ถามว่ารังสีทั้งสามชนิดนี้ชนิดใดน่ากลัวที่สุด คงจะต้องตอบว่าน่ากลัวทั้งสามชนิดถ้าได้สัมผัสโดยตรง เพราะรังสีทั้งสามชนิดสามารถทำลายเนื้อเยื่อได้  แต่ถ้าพูดถึงอำนาจการทะลุทะลวงแล้วรังสีแกมม่ามีอำนาจทะลุทะลวงมากสุด  ถัดไปเป็นรังสีเบต้า  อำนาจทะลุทะลวงต่ำสุดคือแอลฟา แต่อย่างไรก็ตามรังสีทั้งสามชนิดไม่สามารถทะลุผ่านผนังคอนกรีตที่มีความหนามากๆได้ ดังนั้นถ้าต้องการหลบอันตรายจากรังสีเหล่านี้ท่านต้องหลบในห้องที่บุด้วยคอนกรีตหนาๆทั้งสี่ด้าน

เมื่อรู้จักชนิดต่างๆของกัมมันตภาพรังสีแล้ว เราลองมาดูตัวอย่างของการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เช่น ยูโรเนียม 234 ใช้สัญลักษณ์ว่า 234U (เลข 234 หมายถึง มวลของยูเรเนียมไอโซโทปชนิดนี้) ในธรรมชาติจะสลายตัวให้ thorium-230 (230Th) และ รังสีแอลฟา (α) เขียนเป็นสมการได้ดังนี้

หรือยูโรเนียม 238 (238U) เมื่อทิ้งไว้ตามธรรมชาติจะสลายตัวได้ธาตุตัวกลางหลายชนิดที่ยังคงสลายตัวให้กัมมันตภาพรังสี จนในที่สุดได้ธาตุตะกั่ว ใช้สัญลักษณ์ว่า 206Pbซึ่งคงตัว ไม่สลายกลายเป็นธาตุอื่นและปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีได้อีก

   ในเรื่องธาตุกัมมันตรังสียังมีอีกคำศัพท์หนึ่งที่ควรรู้คือ ค่าครึ่งชีวิต หรือ haft life (h1/2) หมายถึงระยะเวลาในการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเริ่มต้น เช่น ไอโอดีน 131 มีค่าครึ่งชีวิตประมาณ 8 วัน ถ้ามี ไอโอดีน 131 อยู่ 1 กรัม เมื่อเวลาผ่านไป 8 วันก็จะสลายตัวเหลือไอโอดีนอยู่ 0.5 กรัม และเมื่อผ่านไปอีก 8 วัน ก็จะเหลือ 0.25 กรัม  ดังนั้นธาตุกัมมันตรังสีใดมีค่าครึ่งชีวิตสั้น ธาตุเหล่านั้นก็จะสลายตัวได้ง่าย มีอันตรายได้น้อยกว่าธาตุที่มีค่าครึ่งชีวิตที่ยาวนาน

   สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเตาปฏิกรณ์ปรมาณูซึ่งเป็นที่นิยมมากในประเทศพัฒนาแล้วหลายๆประเทศ จะใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เรียกว่าปฏิกิริยาฟิชชั่น (fission) ทำได้โดยการยิงนิวตรอนพลังงานต่ำ (ถือว่าเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่ง) ไปยังธาตุ ยูเรเนียม 235 (235U) หรือ 238 (238U)  ซึ่งนิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงปรมาณู จากนั้นจะเกิดสารกัมมันตรังสีตัวใหม่ประมาณ 34 ตัว เช่น barium(141Ba),krypton(92Kr), strontium (93Sr), xenon (140Xe) เป็นต้น iodine-131 (131I) และ cesium-137 (137Cs) ก็จัดเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่เป็นผลผลิตที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชั่นของเตาปฏิกรณ์ปรมาณู นอกจากนี้ยังมีการปลดปล่อยกัมตภาพรังสี พลังงาน และนิวตรอนตัวใหม่ ซึ่งนิวตรอนตัวใหม่ที่เกิดขึ้นก็จะวิ่งชนยูเรเนียมต่อไปกลายเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่รู้จบ ดังนั้นจึงเกิดการผลิตพลังงานอย่างมหาศาล ซึ่งถ้ามีการควบคุมพลังงานนี้ได้ ก็จะสามารถนำพลังงานนี้ไปใช้ประโยชน์ได้อย่างมากมาย เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้แท่งควบคุมนิรภัยเพื่อใช้ควบคุมปฏิกิริยาภายในเตา จะเห็นได้ว่าพลังงานที่เกิดขึ้นจะอยู่ในรูปของความร้อน ดังนั้นส่วนประกอบสำคัญสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อีกอย่างคือระบบระบายความร้อน (coolant)โดยจะใช้ อากาศ น้ำ โลหะเหลวปนสารอินทีย์ หรือของไหลอื่นๆ เป็นตัวช่วยระบายความร้อน ดังนั้นถ้าระบบนี้มีปัญหาอาจจะทำให้แกนกลางของการเกิดปฏิกิริยาเกิดการหลอมละลายและเกิดการปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีออกมาในที่สุด นอกจากนี้ในเตาปฏิกรณ์ยังมีส่วนประกอบของฉากป้องกันรังสี (shielding)   เพื่อป้องกันอนุภาครังสีต่างๆเล็ดลอดออกมาจากเตาปฏิกรณ์ วัสดุที่นิยมใช้ เช่น เหล็ก คอนกรีตหนา เป็นต้น

   ถ้าเราได้สัมผัสกับกัมมันตภาพรังสีที่ควบคุมไม่ได้ เช่น เกิดอุบัติเหตุโรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ระเบิด หรือระเบิดนิวเคลียร์ แล้วเราอยู่ในบริเวณที่กัมนตภาพรังสีเดินทางไปถึง อันตรายที่เกิดขึ้น คือ อนุภาครังสี หรือรังสีพวกนี้จะมีผลต่อเซลล์ในร่างกาย ถ้าได้รับปริมาณมากอาจทำให้เสียชีวิตได้  ถ้าได้รับปริมาณน้อยๆก็อาจทำให้เกิดเป็นโรคมะเร็งได้

   แต่อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันได้มีการนำกัมมันตภาพรังสีมาใช้ประโยชน์อย่างมากมาย ในกรณีนี้จัดเป็นกัมมันตภาพรังสีที่ควบคุมได้ให้อยู่ในปริมาณที่ปลอดภัย เช่น ไอโอดีน 131 ใช้รักษามะเร็งหรือติดตามความผิดปกติ

ที่ต่อมไทรอยด์  โคบอลล์ 60 ใช้ถนอมอาหารโดยใช้รังสีแกมม่าฆ่าเชื้อที่มากับอาหาร ใช้คาร์บอน 14 ในการคำนวณหาอายุของวัตถุโบราณ เป็นต้น  

 

 

 

 

ที่มา

  1. Jurs MS. Nuclear chemistry. In Jurs MS eds. 2nd Chemistry, the molecular science. Belmont: Thomson Learning Inc., 2005: 964-1001.
  2. เคมีนิวเคลียร์ ใน เคมีเล่ม 2 ทบวงมหาวิทยาลัย กรุงเทพมหานคร: อักษรเจริญทัศน์, 2541: 223-266.   

Public Knowledge Articles



View all articles
-->

-

 ปรับขนาดอักษร 

+

Faculty of Pharmacy, Mahidol University.

447 Sri-Ayuthaya Road, Rajathevi, Bangkok 10400, THAILAND
Designed & Developed by Department of Information Technology, Faculty of Pharmacy, Mahidol University.
Copyright © 2013-2020
 

We use Cookies

This site uses cookies to personalise your experience and analyse site traffic. By Clicking ACCEPT or continuing to browse the site you are agreeing to our use of cookies.