กัมมันตภาพรังสีประเภทกัมมันตภาพรังสี ประเภทของรังสีกัมมันตภาพรังสี
กัมมันตภาพรังสีคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีบางชนิดในการสลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่นตามธรรมชาติ การสลายตัวนี้มาพร้อมกับการแผ่รังสีทางร่างกายและแสงต่างๆ ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2439 โดย G. Becquerel เขาค้นพบว่าเกลือ U ปล่อยรังสีที่ทำหน้าที่บนแผ่นถ่ายภาพและนำไฟฟ้าไปในอากาศ การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าการปล่อยรังสีเบคเคอเรลเป็นคุณสมบัติอะตอมของ U โดยไม่ขึ้นกับสารประกอบทางเคมีที่พบ การศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับองค์ประกอบที่ทราบทั้งหมดพบว่า นอกจาก U แล้ว มีเพียง Th เท่านั้นที่มีกัมมันตภาพรังสีอย่างมีนัยสำคัญ (G. Schmit และ M. Curie, 1898) ต่อมาพบกัมมันตภาพรังสีที่อ่อนแอของ K และ Rb เมื่อศึกษาสารประกอบ U ตามธรรมชาติ ปรากฎว่ากัมมันตภาพรังสีของพวกมันมากกว่าที่ควรคาดหวังจากปริมาณ U ในพวกมัน สมมติฐานที่เสนอโดย M. Curie ว่าความผิดปกตินี้เกี่ยวข้องกับการมีอยู่ขององค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีสูงที่ไม่รู้จักในแร่ยูเรเนียม ได้รับการยืนยันแล้ว ด้วยการทำงานที่ยาวนานและอุตสาหะของ P. และ M. Curie ทำให้สามารถแยกองค์ประกอบใหม่ Po (1898) และ Ra (1898) ออกจากแร่เรซินยูเรเนียมของแหล่งสะสม Joachimstal (เชโก - สโลวาเกีย) ซึ่งมีกัมมันตภาพรังสีซึ่งก็คือ มากกว่ากัมมันตภาพรังสีของ U หลายเท่านี่เป็นจุดเริ่มต้นของการค้นพบธาตุกัมมันตภาพรังสีหรือธาตุกัมมันตภาพรังสีใหม่จำนวนหนึ่งซึ่งมีจำนวนถึง 40
รังสีกัมมันตภาพรังสี- โดยธรรมชาติแล้วการแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสีไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในปี ค.ศ. 1902 อี. รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอชื่อรังสี α-(อัลฟา), β-(เบตา) และ γ-(แกมมา) สำหรับรังสีกัมมันตภาพรังสีสามประเภทที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: รังสี α เกิดจากวัสดุที่มีประจุบวกและเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว อนุภาคขนาดอะตอมและเบี่ยงเบนเล็กน้อยในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในทิศทางที่สอดคล้องกับการโก่งตัวของรังสีช่อง พวกมันถูกดูดซับอย่างแรงจากสสาร β-rays - อนุภาคของไฟฟ้าลบ (อิเล็กตรอน); พวกมันถูกเบี่ยงเบนอย่างรุนแรงจากสนามแม่เหล็กและค่อนข้างคล้ายกับรังสีแคโทด ความสามารถในการซึมผ่านของพวกมันนั้นมากกว่ารังสี α มาก รังสี γ จะไม่ถูกเบี่ยงเบนโดยสนามแม่เหล็กและไม่มีประจุ มีความสามารถในการซึมผ่านสูงสุด (รูปที่ 1) อนุภาค α มีประจุบวกพื้นฐานสองเท่าเท่ากับ 9.55·10 -10 CGSE โดยธรรมชาติแล้วพวกมันจะเหมือนกับนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม อนุภาค α ลอยออกจากอะตอมด้วยความเร็วเริ่มต้นที่แน่นอน ซึ่งเป็นลักษณะขององค์ประกอบวิทยุที่เปล่งแสง α แต่ละตัว ความเร็วเริ่มต้นนี้อยู่ในช่วง 1.4·10 9 -2.06·10 9 ซม./วินาที ในอากาศ อนุภาค α เนื่องจากมีมวลขนาดใหญ่ เคลื่อนที่เกือบเป็นเส้นตรง โดยค่อยๆ สูญเสียพลังงานจลน์ไปในการชนกับโมเลกุลของก๊าซ และทำให้เกิดการไอออไนซ์อย่างแรง อนุภาคαมีระยะการบินที่แน่นอน หลังจากนั้นพวกมันจะสูญเสียประจุและความสามารถในการทำให้เกิดการกระทำที่มีลักษณะเฉพาะ ขนาดของระยะการบินหรือ “ระยะทาง” ของอนุภาค α ขึ้นอยู่กับความเร็วเริ่มต้นของอนุภาคและกับสารดูดซับ ความยาวเส้นทางของอนุภาค α เป็นคุณลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบวิทยุแต่ละองค์ประกอบ และครอบคลุมช่วง 2.67-8.62 ซม. ในอากาศที่อุณหภูมิ 0°C และ 760 มม. ในของแข็ง อนุภาค α จะถูกคงไว้โดยความหนาของชั้นประมาณ 0.1 มม. คุณสมบัติของไอน้ำที่จะควบแน่นบนไอออนภายใต้สภาวะบางประการทำให้สามารถสังเกตและถ่ายภาพเส้นทางของอนุภาค α ได้ (รูปที่ 2) รังสี β ของสารกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่ก่อตัวขึ้นหลายกลุ่มด้วยความเร็วเริ่มต้นที่แตกต่างกัน ซึ่งศึกษาการกระจายตัวของสารดังกล่าวโดยการโก่งตัวของอนุภาค β ในสนามแม่เหล็ก (สเปกตรัมของรังสี β) ความเร็วเริ่มต้นของอนุภาค β อยู่ในช่วง 8.7·10 9 -2.947·10 10 ซม./วินาที นั่นคือ สูงถึง 0.988 ความเร็วแสง เมื่อเคลื่อนผ่านสสาร รังสี β จะกระเจิงแรงกว่ารังสี α มาก โดยเปลี่ยนความเร็วเพียงเล็กน้อย การดูดกลืนแสงเกิดขึ้นตามกฎที่ใกล้เคียงกับเลขชี้กำลังอย่างง่าย I d = I 0 e - kd โดยที่ I d คือความเข้มของการแผ่รังสีที่ผ่านความหนา d, I 0 คือความเข้มเริ่มต้น, k คือสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง ค่าลักษณะเฉพาะอาจเป็นความหนาของชั้นของสาร เช่น อะลูมิเนียม ซึ่งดูดซับรังสีเบต้าได้ครึ่งหนึ่ง สำหรับรังสีบีตาต่างๆ ขนาดของชั้นนี้คืออะลูมิเนียม 0.001-0.05 ซม. RaC ที่ยากที่สุดจะถูกดูดซับโดยตะกั่ว 2 มม. โดยสมบูรณ์ รังสี γ มีลักษณะคล้ายคลึงกับรังสีเอกซ์โดยสิ้นเชิง และมีความยาวคลื่น 10 -9 -10 -11 ซม โดยการกระเจิงและการปรากฏตัวของรังสี β- และ γ ทุติยภูมิ การดูดซับจะแสดงออกโดยประมาณโดยใช้กฎเลขชี้กำลังอย่างง่าย I = I 0 e -μх และในการประมาณค่าแรก ความสัมพันธ์ μ/ϱ = Const จะเป็นที่น่าพอใจ โดยที่ ϱ คือความหนาแน่นของสารดูดซับ ค่าμสำหรับรังสีγขององค์ประกอบรังสีต่างๆอยู่ในช่วง 1,000 ถึง 0.12 ซึ่งสอดคล้องกับความหนาของชั้น Pb ซึ่งดูดซับรังสีได้ครึ่งหนึ่ง 10 -4 -5.5 ซม.
ทฤษฎีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี - เพื่ออธิบายปรากฏการณ์กัมมันตรังสี รัทเทอร์ฟอร์ดและซอดดีเสนอทฤษฎีการสลายตัวของอะตอมในปี พ.ศ. 2445 ซึ่งได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์จากการทดลองเพิ่มเติม อะตอมของธาตุกัมมันตรังสีเป็นรูปแบบที่ไม่เสถียรและอาจสลายตัวได้เองตามกฎแห่งโอกาส ในกรณีนี้พลังงานภายในอะตอมจะถูกปล่อยออกมาในรูปของรังสีและอะตอมจะเกิดการเปลี่ยนแปลงกลายเป็นองค์ประกอบทางเคมีอื่นที่มีคุณสมบัติแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น โลหะ Ra กลายเป็น RaEm ซึ่งเป็นก๊าซเฉื่อย กฎพื้นฐานของการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีมีสูตรดังนี้ ปริมาณของสสาร ΔN ที่สลายตัวไปเป็นองค์ประกอบเวลา Δt จะเป็นสัดส่วนกับปริมาณ N ที่มีอยู่ และช่วงเวลา Δt กล่าวคือ ΔN=-λNΔt หรือ N t =N 0 e -Δ เสื้อ โดยที่ N 0 - ปริมาณเริ่มต้น N เสื้อ - ปริมาณสำหรับโมเมนต์ เสื้อ ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน γ เรียกว่าค่าคงที่กัมมันตภาพรังสี หรือค่าคงที่การสลายตัวขององค์ประกอบกัมมันตภาพรังสี ชัดเจนยิ่งขึ้น แต่ละองค์ประกอบรังสีมีลักษณะเป็นครึ่งชีวิต กล่าวคือ ช่วงเวลาที่ปริมาณเริ่มต้นลดลงครึ่งหนึ่ง หรือตามอายุขัยเฉลี่ย τ ครึ่งชีวิต T, อายุขัยเฉลี่ย τ และค่าคงที่กัมมันตภาพรังสี γ มีความสัมพันธ์กันดังนี้: T = 0.6931τ = 0.6931 τ -1 สำหรับองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีต่างๆ แล = 1.3·10 -13 - 10 11 วินาที ตามลำดับ T=5.2·10 17 วินาที (1.65·10 10 ปี) -10 -11 วินาที ระหว่าง แลมบ์ และพิสัยของรังสี α R มีความสัมพันธ์ที่พบโดยเชิงประจักษ์โดยไกเกอร์และนูทอล: Ig แลม = A + B log R โดยที่ A และ B เป็นค่าคงที่ การแสดงกฎของไกเกอร์และนูทอลเป็นภาพกราฟิกทำให้ได้เส้นตรงขนานกัน 3 เส้นสำหรับตระกูลกัมมันตภาพรังสี 3 ตระกูล U - Ra, Th และ Ac เหนือสิ่งอื่นใดจะต้องใช้กฎนี้เพื่อกำหนดค่าคงที่ของสารกัมมันตภาพรังสีของสารที่สลายตัวอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ควบคู่ไปกับการที่อนุภาค α- และ β ออกจากนิวเคลียสของอะตอม ถือเป็นหลักฐานแรกของโครงสร้างที่ซับซ้อนของนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งมีอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวเคลียส He เป็นองค์ประกอบทางโครงสร้าง รูปแบบที่สังเกตได้จากการกระจายความยาวคลื่นของรังสี γ และความเร็วของอนุภาค β- และ α บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของนิวเคลียสของสถานะเสถียรที่สอดคล้องกับระดับพลังงานบางระดับ เห็นได้ชัดว่ารังสี γ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนผ่านภายในนิวเคลียร์ของอนุภาค α จากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง และความยาวคลื่นของรังสี γ จะถูกกำหนดจากความสัมพันธ์ควอนตัม ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสี ควบคู่ไปกับการที่อนุภาคอัลฟ่าออกจากนิวเคลียส มันจะต้องผ่านระดับพลังงานศักย์ที่เกินกว่าพลังงานของอนุภาคที่มีอยู่ในนิวเคลียสอย่างมีนัยสำคัญ จากมุมมองของทฤษฎีคลาสสิก เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายการปล่อยอนุภาคแอลฟาจากนิวเคลียสผ่าน "อุปสรรคที่อาจเกิดขึ้น" นี้ ทฤษฎีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีตามหลักการของกลศาสตร์คลื่นอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาค α โดยใช้ฟังก์ชันคลื่น โดยรังสี α เป็นผลมาจากการแทรกซึมของฟังก์ชันคลื่นทีละน้อยผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นข้างต้น ในกรณีนี้ เป็นไปได้ที่จะค้นหานิพจน์ทางทฤษฎีสำหรับความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของอนุภาค α และค่าคงที่การสลายตัวของอะตอม ซึ่งเป็นไปตามข้อมูลการทดลอง สมมติว่าอนุภาคαในนิวเคลียสของอะตอมมีปริมาณพลังงานเท่ากันซึ่งพวกมันออกจากนิวเคลียสในระหว่างการสลายตัว เราได้รับค่าเริ่มต้นสำหรับการประมาณค่าสัมบูรณ์ของระดับพลังงานในนิวเคลียสของอะตอม ปริมาณเหล่านี้อยู่ในลำดับ 10 6 V (ตามสัญกรณ์ฟิสิกส์อะตอม) ในด้านหนึ่งการแผ่รังสี β ของธาตุกัมมันตภาพรังสีก่อตัวเป็นกลุ่มของอิเล็กตรอนที่มีความเร็วที่แน่นอน ซึ่งส่วนใหญ่จะปรากฏขึ้นเป็นผลมาจากเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกที่เกิดจากรังสี γ ของนิวเคลียสในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม มืออนุภาค β ที่หนีออกจากนิวเคลียสมีค่าความเร็วที่แตกต่างกันมาก (สเปกตรัมแม่เหล็กต่อเนื่องของรังสี γ) บ่อยครั้งที่การแปลงรูป α ในอนุกรมการสลายตัวตามมาด้วยการแปลงรูป β สองครั้ง ซึ่งตีความอย่างผิด ๆ ว่าเป็นการละเมิดเสถียรภาพของระดับอิเล็กทรอนิกส์ในนิวเคลียสเมื่อจำนวนอนุภาค α ลดลง ความสัมพันธ์ด้านพลังงานในนิวเคลียสที่เกี่ยวข้องกับรังสี β ดูเหมือนจะยังไม่ชัดเจนนัก
เมื่ออะตอมกัมมันตภาพรังสีสลายตัวจะก่อให้เกิดข รวมทั้งธาตุกัมมันตภาพรังสีด้วย ที่. อนุกรมการสลายตัวเกิดขึ้นหรือ ครอบครัวกัมมันตภาพรังสีเปลี่ยนแปลงธาตุกัมมันตภาพรังสีอย่างต่อเนื่อง กฎการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีทำให้สามารถคำนวณจำนวนเงื่อนไขใดๆ ของอนุกรมสำหรับแต่ละช่วงเวลาภายใต้เงื่อนไขเริ่มต้นที่กำหนดได้ ในทางปฏิบัติ กรณีต่อไปนี้มีความสำคัญที่สุด 1) การสลายตัวขององค์ประกอบวิทยุแต่ละตัว เช่น RaEm ปริมาณขององค์ประกอบรังสี ณ เวลาใดๆ จะแสดงได้ดังนี้: N t =N 0 e -แล t จำนวนเงินเริ่มต้น (ที่ t=0) 2) การก่อตัวจากองค์ประกอบรังสีที่มีอายุขัยยาวนานมาก (จำนวนที่ในทางปฏิบัติไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่พิจารณา เช่น การก่อตัวของ UX (ครึ่งชีวิต 24 วัน) จาก U (ครึ่งชีวิต 10 9 ปี) ในกรณีนี้ จำนวนอะตอมขององค์ประกอบที่เกิดขึ้นคือ N 2 สำหรับโมเมนต์ t จะแสดงผ่านจำนวนอะตอมขององค์ประกอบหลัก N 1 และค่าคงที่การสลายตัวที่สอดคล้องกันดังต่อไปนี้:
3) กรณีของสมดุลกัมมันตภาพรังสี เมื่อรักษาอัตราส่วนคงที่ของจำนวนอะตอมขององค์ประกอบต่อเนื่องในอนุกรมการสลายตัวไว้ ในกรณีนี้จะสังเกตความเท่าเทียมกันดังต่อไปนี้: N 1 แลม=N 2 แลม 2 =...=N k แลม k หากซีรีส์ที่พิจารณามีองค์ประกอบ k (รูปที่ 3, A - เพิ่มขึ้นและ B - การสลายตัวของ ThX) . การเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบรังสีจะมาพร้อมกับรังสี α- หรือ β เสมอ ไม่มีกรณีใดที่ทราบได้ว่าเมื่อใดที่การเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีจะมาพร้อมกับรังสี γ เพียงอันเดียว
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีได้นำไปสู่การค้นพบองค์ประกอบใหม่จำนวนมาก เมื่อพยายามวางองค์ประกอบวิทยุในระบบคาบ ความยากลำบากเกิดขึ้นเนื่องจากจำนวนสถานที่ว่างไม่เพียงพอ ปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขด้วยการศึกษาลักษณะทางเคมีขององค์ประกอบรังสี โบลต์วูดผู้ค้นพบธาตุกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ในปี พ.ศ. 2449 แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางเคมีของมันเหมือนกับธาตุทอเรียมโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ ยังมีการค้นพบเอกลักษณ์ทางเคมีที่คล้ายคลึงกันในองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีจำนวนหนึ่ง (Ra และ MsTh, Pb, RaB, ThB, AcB เป็นต้น) และในปี 1910 ซอดดีได้แสดงความคิดเห็นว่าธาตุเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้วมีคุณสมบัติเหมือนกัน และการแยกตัวของพวกมันด้วยสารเคมี วิธีการเป็นไปไม่ได้ ตามข้อเสนอของกลุ่มฟายัน กาแล็กซีและองค์ประกอบต่างๆ ตามข้อเสนอของ Soddy เรียกว่ากลุ่มขององค์ประกอบที่ไม่สามารถแยกความแตกต่างทางเคมีได้ เรียกว่าไอโซโทป เพราะ พวกมันอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในตารางธาตุ ในเวลาเดียวกัน Soddy แนะนำว่าองค์ประกอบที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีอาจเป็นส่วนผสมขององค์ประกอบที่แยกไม่ออกโดยพื้นฐานของน้ำหนักอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งจะอธิบายค่าเศษส่วนของน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบส่วนใหญ่ ความคิดของ Soddy นี้พบการยืนยันที่ยอดเยี่ยมในงานของ Aston ผู้ค้นพบไอโซโทปขององค์ประกอบธรรมดาโดยใช้วิธีรังสีบวก แนวคิดเรื่องไอโซโทปทำให้สามารถวางองค์ประกอบรังสีทั้งหมดลงในตารางธาตุได้ ประกอบด้วยกาแลคซี 10 แห่งที่อยู่ในสองแถวสุดท้ายของตารางธาตุ (รูปที่ 4)
องค์ประกอบลักษณะเฉพาะหรือส่วนเด่นของกาแลคซีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีคือองค์ประกอบที่มีอายุขัยยาวนานที่สุดหรือองค์ประกอบเสถียร ยิ่งไปกว่านั้น ห้าองค์ประกอบ ได้แก่ Ra, Em, Po, Ac และ Ra เป็นองค์ประกอบใหม่ที่มีตำแหน่งว่างในตารางธาตุ ในขณะที่ส่วนที่เหลือตกอยู่ในตำแหน่งที่ถูกครอบครองโดยองค์ประกอบรังสีที่รู้จักก่อนหน้านี้ U และ Th และ Pb, Tl, Bi ที่ไม่ได้ใช้งาน ความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในน้ำหนักอะตอมของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีไม่เกิน 8 หน่วย ที่. การเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีทำให้สามารถเจาะลึกเข้าไปในความหมายทางกายภาพของกฎธาตุและแนวคิดขององค์ประกอบทางเคมีได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ปรากฎว่าตำแหน่งขององค์ประกอบในตารางธาตุไม่ได้ถูกกำหนดโดยน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบตามที่ได้รับการยอมรับก่อนหน้านี้ แต่โดยค่าของประจุบวกของนิวเคลียสของอะตอมของมัน คุณสมบัติทั้งหมดของไอโซโทปที่เกี่ยวข้องกับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมนั้นแทบจะเหมือนกันในความแม่นยำของการทดลองของเรา (ปริมาตรอะตอม อุณหภูมิของการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงขนาดเนื่องจากความร้อน ความไวต่อสนามแม่เหล็ก สเปกตรัม ฯลฯ ) นอกจากคุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสีแล้ว ยังแตกต่างกันเฉพาะคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับมวลของนิวเคลียส เช่น ในโครงสร้างที่ละเอียดของสเปกตรัม และในความแตกต่างที่ไม่มีนัยสำคัญในค่าคงที่การแพร่ กรณีหลังนี้เป็นพื้นฐานของความพยายามที่จะแยกไอโซโทปซึ่งเป็นผลมาจากการทำงานอย่างอุตสาหะนำไปสู่ความสำเร็จบางส่วน
ในระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี การเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบจะเกิดขึ้นซึ่งเป็นไปตามกฎการเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้ (K. Fajans) 1) หลังจากที่อนุภาคแอลฟาปล่อยออกมา องค์ประกอบจะเลื่อนไปทางซ้าย 2 ตำแหน่งในตารางธาตุ 2) ในระหว่างการแปลง β องค์ประกอบจะเลื่อนไปทางขวาหนึ่งตำแหน่ง (ทิศทางของลูกศรในรูปที่ 4) กฎเหล่านี้ระบุว่ากัมมันตภาพรังสีเป็นสมบัติของนิวเคลียสของอะตอม เนื่องจากการแผ่รังสีของอนุภาค α ที่มีประจุบวกพื้นฐานสองตัวจะลดประจุของนิวเคลียสลงสองหน่วย ซึ่งสอดคล้องกับการลดลงของเลขอะตอมลงสองหน่วย . อนุภาค β นำประจุลบหนึ่งประจุออกไป กล่าวคือ เพิ่มประจุบวกของนิวเคลียส และส่งผลให้เลขอะตอมของมันเพิ่มขึ้นหนึ่งประจุ จากผลของการเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสี ธาตุสองชนิดสามารถอยู่ในตำแหน่งเดียวกันในตารางธาตุได้
ธาตุกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดที่เรารู้จักประกอบกันเป็นสามตระกูลกัมมันตภาพรังสีหรืออนุกรม: ตระกูล U-Ra, ตระกูล Ac และตระกูล Th ซีรีส์ U และ Th มีความเป็นอิสระ ในขณะที่ซีรีส์ Ac ตามข้อมูลทั้งหมด มีความเกี่ยวข้องกับซีรีส์ U-Ra ในรูป รูปที่ 5 แสดงแผนภาพตระกูลกัมมันตภาพรังสีพร้อมการเปลี่ยนแปลง ธาตุกัมมันตภาพรังสี Ra และ MsTh มีประโยชน์ในทางปฏิบัติมากที่สุด เนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูงมาก และเป็นแหล่งที่มาของธาตุกัมมันตภาพรังสีสูงที่มีอายุขัยสั้น (เช่น RaEm, ThX เป็นต้น) ในบรรดาองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ มีเพียง K และ Rb เท่านั้นที่มีกัมมันตภาพรังสีต่ำโดยมีการแผ่รังสี β- และ γ ไม่ทราบผลที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง
ผลของรังสีกัมมันตภาพรังสี- 1) รังสีกัมมันตภาพรังสีทั้งหมดทำให้เกิดการไอออไนซ์ของก๊าซ ในกรณีนี้ รังสี α มีเอฟเฟกต์ที่รุนแรงที่สุด ในขณะที่ผลกระทบของรังสี β- และ γ นั้นอ่อนกว่ามาก ในระดับที่น้อยกว่านั้น ไอออนไนซ์จะถูกสังเกตในไดอิเล็กทริกของของเหลวและของแข็ง 2) พลังงานของรังสีกัมมันตภาพรังสีจะเปลี่ยนเป็นความร้อนเมื่อถูกดูดซับโดยสสาร ในกรณีนี้ รังสีอัลฟ่าจะสร้างเอฟเฟกต์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดซึ่งมีพลังงานสูงสุดเช่นกัน ตามทฤษฎี ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาสามารถคำนวณได้โดยการทราบพลังงานของการแผ่รังสีและพลังงานจลน์ของส่วนที่เหลือของอะตอมที่สลายตัว จากการทดลอง ผลกระทบทางความร้อนได้รับการศึกษาอย่างรอบคอบโดยเฉพาะสำหรับ Ra; Ra 1 กรัมปล่อยพลังงาน 25 แคลอรี่ต่อชั่วโมง และเมื่อรวมกับผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวจะปล่อยพลังงาน 170 แคลอรี 3) ยากัมมันตภาพรังสีชนิดรุนแรงจะเรืองแสงได้เองและทำให้ร่างกายจำนวนหนึ่งเรืองแสงได้ แสงวาบบนหน้าจอซิงค์ซัลไฟด์ที่เกิดจากอนุภาค α แต่ละตัว (ประกายไฟ) ทำให้สามารถนับอนุภาค α ที่ปล่อยออกมาจากองค์ประกอบรังสีได้ 4) สารหลายชนิดเปลี่ยนสีภายใต้อิทธิพลของรังสีกัมมันตภาพรังสี 5) รังสีกัมมันตภาพรังสีกระทำบนแผ่นถ่ายภาพ ด้วยการใช้พื้นผิวขัดเงาที่ไม่ดีของชิ้นส่วนแร่กัมมันตภาพรังสีบนแผ่นถ่ายภาพ จึงสามารถถ่ายภาพรังสีของการกระจายตัวของแร่กัมมันตภาพรังสีเหนือพื้นผิวของตัวอย่างได้ 6) ภายใต้อิทธิพลของรังสีกัมมันตภาพรังสี ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการก่อให้เกิดไอออนไนซ์ ผลกระทบบางประการของรังสี β ต่อคอลลอยด์อธิบายได้ด้วยประจุลบของอนุภาค β เอง 7) ผลกระทบขององค์ประกอบรังสีต่อสิ่งมีชีวิตแสดงออกในรูปแบบของปรากฏการณ์ในท้องถิ่นและทั่วไปและขึ้นอยู่กับปริมาณรังสีเป็นอย่างมาก ผลของรังสีกัมมันตภาพรังสีจะแสดงโดยความเหนื่อยล้าของร่างกายโดยทั่วไป การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของเลือด (จำนวนเม็ดเลือดขาวลดลง ฯลฯ ) การได้รับรังสี β ในปริมาณมากในท้องถิ่นอาจทำให้เกิดแผลไหม้ซึ่งยากต่อการรักษา เซลล์อายุน้อยมีความไวต่อผลกระทบของรังสีมากที่สุด การนำธาตุรังสีเข้าสู่ร่างกายในปริมาณมากส่งผลให้เสียชีวิตได้ ธาตุกัมมันตภาพรังสีจำนวนเล็กน้อยมีผลดีต่อร่างกาย
การประยุกต์กัมมันตภาพรังสีในทางปฏิบัติ 1) คุณสมบัติขององค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีในการทำให้ก๊าซไอออไนซ์พบว่ามีการใช้งานในการผลิตตัวสะสมกัมมันตภาพรังสีที่ใช้ในการวัดสนามไฟฟ้าส่วนใหญ่ในการศึกษาไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ เพื่อจุดประสงค์นี้ โดยปกติจะใช้ α-ตัวปล่อย Io หรือ Bo อย่างหลังจะต้องต่ออายุเป็นระยะเพราะจะพังลงครึ่งหนึ่งใน 137 วัน 2) กัมมันตภาพรังสี Em m.b. ใช้ในการกำหนดความสามารถในการซึมผ่านของก๊าซของสารต่างๆ 3) เมื่ออนุภาคอัลฟ่าผ่านสสารต่าง ๆ จะสังเกตเห็นการปรากฏตัวของอนุภาค H (นิวเคลียสไฮโดรเจน) ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1919 โดยรัทเทอร์ฟอร์ดในไนโตรเจน และตีความว่าเป็นผลมาจากการทำลายนิวเคลียสของไนโตรเจนในการชนกับอนุภาค α การทำงานเพิ่มเติมซึ่งส่วนใหญ่เป็นพนักงานของรัทเทอร์ฟอร์ด - เคิร์สช์และปีเตอร์สัน - แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบจำนวนมากถูกทำลายภายใต้อิทธิพลของอนุภาค α สำหรับการใช้งานจริงอื่นๆ ของกัมมันตภาพรังสี โปรดดู เรเดียม.
สำหรับการตรวจวัดเชิงปริมาณของสารกัมมันตภาพรังสี จะใช้วิธีการที่อิงไอออนไนซ์เป็นหลักเท่านั้น ในกรณีของยาที่มีความเข้มข้นมาก คุณสามารถใช้กัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนในการวัดกระแสไอออไนเซชันได้ ในการวัดองค์ประกอบรังสีในปริมาณเล็กน้อย จะใช้อิเล็กโทรสโคปและอิเล็กโทรมิเตอร์ แผนภาพที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์ที่ใช้แสดงไว้ในรูปที่ 1 6.
1) การวัดรังสี α- สารกัมมันตภาพรังสีที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะถูกวางในรูปแบบบดละเอียดในถ้วยแบนที่ด้านล่างของ “ห้องไอออไนเซชัน” ของอิเล็กโทรสโคป (รูปที่ 6a) หรืออิเล็กโตรมิเตอร์ (รูปที่ 6b) กระแสไอออไนเซชันวัดโดยอัตราการยุบตัวของแผ่นอิเล็กโทรสโคป ซึ่งวัดจากขนาดตาของกล้องจุลทรรศน์ ในกรณีนี้จำเป็นต้องคำนึงถึงการล่มสลายของแผ่นงานภายใต้อิทธิพลของข้อบกพร่องของฉนวนและการแตกตัวเป็นไอออนของอากาศภายในอุปกรณ์โดยพิจารณาจากการสังเกตพิเศษในกรณีที่ไม่มีสารกัมมันตภาพรังสี เมื่อทำการวัดด้วยอิเล็กโตรมิเตอร์ จะใช้วิธีการชาร์จหรือวิธีการชดเชย เมื่อทำการวัดโดยใช้รังสี α โดยปกติแล้วจะต้องใช้ชั้นของสารที่มีความหนาประมาณ 1 มม. ชั้นดังกล่าวจะอิ่มตัวสำหรับรังสีαเช่น รังสีαจากส่วนล่างถูกดูดซับไว้ในสารออกฤทธิ์แล้วและไม่หลุดออกมา ในกรณีนี้ ไอออไนซ์ที่วัดได้จะเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับความเข้มข้นขององค์ประกอบรังสีในสารเตรียม โดยทั่วไป การวัดจะทำโดยเปรียบเทียบกับมาตรฐานที่มีปริมาณองค์ประกอบรังสีที่ทราบซึ่งถูกกำหนดไว้ เช่น U ในสภาวะสมดุลกับผลคูณสลายสลาย หรือแสดงผลลัพธ์ออกมาเป็น หน่วยยูเรเนียมและโดยหน่วยยูเรเนียมเราหมายถึงรังสีด้านเดียว 1 ซม. 2 ของชั้นยูเรเนียมออกไซด์ U 3 O 8 ที่อิ่มตัวสำหรับรังสีอัลฟา ในหน่วยสัมบูรณ์ ค่านี้สอดคล้องกับกระแสอิ่มตัวที่ 1.73·10 -3 CGSE ในกรณีของชั้นบาง ๆ อย่างไม่สิ้นสุด (เช่น สารเคลือบแบบแอคทีฟที่ได้รับเมื่อมีการแพร่กระจายบนของแข็งและประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว) การแตกตัวเป็นไอออนจะเป็นสัดส่วนกับปริมาณขององค์ประกอบวิทยุในสารเตรียม 2) การวัดรังสีแกมมา- เนื่องจากการซึมผ่านของรังสี γ ได้สูง จึงเป็นไปได้ที่จะใช้รังสีเหล่านี้เพื่อวัดปริมาณองค์ประกอบวิทยุ (โดยปกติคือ Ra, RaEm หรือ MsTh) ในการเตรียมการที่ปิดผนึกแน่นหนา การวัดจะดำเนินการโดยเปรียบเทียบกับมาตรฐานที่มีปริมาณ Ra ที่ทราบ เมื่อทำการวัด Ra ปริมาณเล็กน้อยตามลำดับ 10 -5 -10 -7 กรัม พวกมันจะถูกวางไว้ในอุปกรณ์พิเศษ เมื่อทำการวัดปริมาณมาก - ตั้งแต่ 10 -4 กรัมขึ้นไป - ให้วางยาทดสอบไว้ที่ระยะห่างจากอุปกรณ์ 3) การวัด RaEm ในปริมาณเล็กน้อยทำได้โดยใช้รังสี α ในอิเล็กโตรมิเตอร์ที่มีห้องไอออไนเซชันดัดแปลงเพื่อแนะนำเอ็มอยู่ข้างใน โดยปกติแล้ว จำเป็นต้องวัด Em จากสารละลายที่เป็นน้ำ ในขณะที่ Em จะถูกกลั่นเข้าไปในห้องไอออไนเซชันโดยมีกระแสอากาศหมุนเวียน (รูปที่ 7) หรือด้วยวิธีอื่นใด
ต่อไป จะวัดไอออไนซ์ที่เกิดจากรังสี α ของ Em และผลิตภัณฑ์จากแหล่งน้ำ วิธีการเดียวกันนี้ใช้ในการหาค่า Ra ในสารละลายจำนวนเล็กน้อย วางสารละลายทดสอบไว้ในขวดล้างแก๊ส L และปล่อย Em โดยการเป่าลมผ่านขวดเป็นเวลา 10-30 นาที จากนั้นภาชนะที่มีสารละลายจะถูกปิดผนึกอย่างแน่นหนาและปล่อยทิ้งไว้เป็นเวลาหลายวันเพื่อสะสม Em ถัดไป Em จะถูกถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์ตรวจวัด J ซึ่งจะกำหนดปริมาณของมัน การเปล่งออกมาสะสมเกิดขึ้นตามสูตร E = E ∞ (1 e แล t) โดยที่ E คือปริมาณของ Em ที่สะสมในช่วงเวลา t E ∞ คือปริมาณของมันที่อยู่ในสมดุลกับเรเดียมในสารละลายที่กำหนด ในเชิงตัวเลข E ∞ เท่ากับปริมาณรังสีที่ปล่อยออกมาเท่ากับกรัมของ Ra ที่อยู่ในสารละลาย
มาตรฐานคือสารละลายที่มีปริมาณ Ra ที่รู้จักประมาณ 10 -8 -10 -9 กรัม เมื่อใช้ Em จะสามารถวัด 10 -10 กรัม แม้กระทั่ง 10 -12 กรัม Ra 4) จำนวนอนุภาคแต่ละตัวจะถูกวัดโดยใช้วิธีการเรืองแสงวาบหรือโดยการเพิ่มประสิทธิภาพของการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคหรือพัลส์แต่ละตัวอย่างเหมาะสม (ตัวนับไกเกอร์) นอกจากนี้ยังสามารถใช้แผ่นถ่ายภาพที่มีชั้นหนาได้ (วิธี L. V. Mysovsky)
กัมมันตภาพรังสีคือการสลายตัวที่เกิดขึ้นเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร มันมาพร้อมกับการปล่อยอนุภาคมูลฐานหรือนิวเคลียสฮีเลียม (อนุภาคα) และการเปลี่ยนแปลงของไอโซโทปขององค์ประกอบหนึ่งให้เป็นไอโซโทปของอีกองค์ประกอบหนึ่ง
ตระกูลกัมมันตรังสีของทอเรียม-232, ยูเรเนียม-235 และยูเรเนียม-238
นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Antoine Becquerel ในฤดูร้อนปี 1835 ในเมืองเวนิสได้สังเกตเห็นการเรืองแสงที่สวยงามเป็นพิเศษของทะเลเอเดรียติก 61 ปีต่อมา ปรากฏการณ์นี้ทำหน้าที่เป็นแนวทางประการหนึ่งที่ทำให้อองรี เบคเคอเรล หลานชายของเขาค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี รังสีที่ค้นพบโดย V. Roentgen ในปี พ.ศ. 2438 ยังดึงดูดความสนใจของ Henri Becquerel เนื่องจากรังสีเหล่านี้ทำให้เกิดการเรืองแสงของสารต่างๆ แนะนำว่าในทางกลับกันเรืองแสงจะมาพร้อมกับการปล่อยรังสีเอกซ์ เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ อองรี เบคเคอเรลจึงตรวจดูซัลเฟตคู่ของยูรานิลและโพแทสเซียม ซึ่งเป็นสารประกอบเรืองแสงสูง ปรากฎว่าแม้จะไม่มีการส่องสว่างเบื้องต้น แต่ก็ยังปล่อยรังสีที่มีลักษณะที่ไม่รู้จักมาก่อน
อองรี เบคเคอเรลตั้งข้อสังเกตนี้เมื่อวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2439 ในเดือนพฤษภาคม เขาพบว่าองค์ประกอบที่ปล่อยรังสีใหม่คือยูเรเนียม ซึ่งในเวลานั้นเป็นองค์ประกอบสุดท้ายของตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี
M. Sklodowska-Curie เรียกรังสีเหล่านี้ว่ากัมมันตภาพรังสีและปรากฏการณ์การปล่อยรังสีของพวกมันก็คือกัมมันตภาพรังสี เธอค้นพบปรากฏการณ์นี้ในทอเรียม และร่วมกับสามีของเธอ พี. กูรี ได้แยกธาตุกัมมันตภาพรังสีใหม่สองชนิดออกจากแร่ยูเรเนียม - พอโลเนียมและเรเดียม ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2442 นักวิทยาศาสตร์หลายคนเริ่มค้นพบสารกัมมันตภาพรังสีใหม่ในปริมาณที่มากขึ้น เช่น ดอกไม้ทะเล การแพร่กระจาย (ดูเรดอน) เป็นต้น ตามกฎแล้ว สารเหล่านี้มีครึ่งชีวิตสั้นมาก (ช่วงเวลาที่ครึ่งหนึ่งของสารกัมมันตภาพรังสีใดๆ ก็ตาม สารสลายตัว) ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงสงสัยว่าสารเหล่านี้เป็นองค์ประกอบทางเคมีในความหมายปกติหรือไม่ นอกจากนี้ จำนวนตำแหน่งว่างในตารางธาตุระหว่างบิสมัทและยูเรเนียมยังมีจำกัดมาก
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ อี. รัทเทอร์ฟอร์ด มีส่วนช่วยอย่างมากในการศึกษากัมมันตภาพรังสี ร่วมกับนักรังสีเคมีชาวอังกฤษ F. Soddy เขาพิสูจน์ว่ากัมมันตภาพรังสีนั้นมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นเอง ตัวอย่างเช่น เรเดียมที่ปล่อยอนุภาคอัลฟาจะกลายเป็นเรดอน เมื่อถึงปี ค.ศ. 1913 ปริมาณสารกัมมันตภาพรังสีที่มีอยู่มากมาย (ประมาณ 40 ชนิด) ได้ลดลงเป็นสามตระกูล เป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของผู้ก่อตั้งกลุ่มสารกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้ (ยูเรเนียม-238, ยูเรเนียม-235 และทอเรียม-232) ให้เป็นตะกั่วที่เสถียร (ดูองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสี ). ในบรรดาสารกัมมันตภาพรังสีนั้นมีสารหลายกลุ่มซึ่งแยกไม่ออกทางเคมี แต่มีมวลต่างกัน พวกมันถูกเรียกว่าไอโซโทป การค้นพบธาตุกัมมันตภาพรังสีแท้จริงแล้วเป็นการค้นพบไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติแต่ละชนิด กล่าวคือ สมาชิกทั้งหมดในตระกูลกัมมันตภาพรังสีคือไอโซโทปของยูเรเนียม ทอเรียม โพรแทกติเนียม แอกทิเนียม เรเดียม เรดอน โพโลเนียม และตะกั่ว ในเวลาเดียวกัน เดิมทีองค์ประกอบเสถียรทั้งหมดถูกค้นพบว่าเป็นส่วนผสมตามธรรมชาติของไอโซโทป
การแปลงกัมมันตภาพรังสีมีหลายประเภท สิ่งเหล่านี้ได้แก่ α‑decay (การปล่อยอนุภาค α), β− การสลายตัว (การปล่อยอิเล็กตรอน) และการแยกตัวของนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเอง การแผ่รังสี γ ไม่ใช่การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีประเภทหนึ่ง (ไม่มีการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบ) แต่เป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้น สายพันธุ์เหล่านี้พบเห็นได้ในธรรมชาติ
ในปี 1934 คู่สมรส I. และ F. Joliot-Curie ค้นพบปรากฏการณ์ของกัมมันตภาพรังสีเทียม อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถรับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมขององค์ประกอบทั้งหมดของตารางธาตุได้ ปัจจุบันรู้จักสารกัมมันตภาพรังสีประมาณ 1,800 ชนิดแล้ว การศึกษาไอโซโทปรังสีเทียมทำให้สามารถค้นพบการเปลี่ยนแปลงของสารกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ๆ ได้ เช่น การปล่อยโพซิตรอนหรือการสลายตัวของ β + - และการจับยึด K (การดูดซึมโดยนิวเคลียสของอิเล็กตรอนจากอิเล็กตรอนที่ใกล้ที่สุด K-เชลล์) (ดูอะตอม) ความเป็นไปได้ของโปรตอน (การปล่อยโปรตอน) และไดโปรตอน (การปล่อยโปรตอนสองตัวในเวลาเดียวกัน) กัมมันตภาพรังสีได้รับการคาดการณ์และพิสูจน์แล้ว
ในปี 1982 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันได้ทดลองพิสูจน์ว่านิวเคลียสบางตัวสามารถปล่อยโปรตอนสองตัวพร้อมกันได้ นี่คือสิ่งที่เรียกว่ากัมมันตภาพรังสีสองโปรตอน ซึ่งทำนายไว้ในปี 1960 โดยนักฟิสิกส์โซเวียต V.I. และในตอนท้ายของปี 1983 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ G. Rose และ G. Jones ค้นพบกัมมันตภาพรังสีประเภทที่น่าทึ่งอย่างยิ่ง - การปล่อยอนุภาคหนัก - นิวเคลียส 14 C - โดยนิวเคลียสของไอโซโทป 223 Ra การค้นพบนี้กระตุ้นความสนใจอย่างมากและก่อให้เกิด ไปจนถึงวงจรการวิจัยที่กว้างขวางในประเทศต่าง ๆ รวมถึงและในสหภาพโซเวียต ปรากฎว่านอกเหนือจากกัมมันตภาพรังสี "คาร์บอน" แล้วยังมีกัมมันตภาพรังสี "นีออน" ด้วย: นิวเคลียสของไอโซโทปของโปรแทกติเนียมและยูเรเนียมบางชนิด นอกเหนือจากกิจกรรมαตามปกติแล้วยังสามารถเปล่งนิวเคลียสของนีออนได้ กัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่เรียกว่า “แฟรกเมนทารี” หรือคลัสเตอร์ ปัจจุบันมีเพียงแปดนิวเคลียสเท่านั้นที่ปล่อยคาร์บอนหรือนิวเคลียสนีออน เหล่านี้คือไอโซโทปสี่ไอโซโทปของเรเดียม (นิวเคลียสคาร์บอนถูกปล่อยออกมา) และไอโซโทปสี่ไอโซโทปของยูเรเนียมและโปรแทกติเนียม (นิวเคลียสนีออน) การทดลองในพื้นที่นี้กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว นักทฤษฎียังไม่มีมุมมองที่เหมือนกันในการอธิบายการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีชนิดที่หายากแต่น่าสนใจอย่างยิ่งนี้ มีแนวโน้มว่าธรรมชาติมีวิธีการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีในคลังแสงมากกว่าที่เราจินตนาการไว้ในปัจจุบัน
ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีมีลักษณะเป็นปัจจัย 3 ประการ คือ 1) อัตราการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี; 2) ประเภทของอนุภาคที่ปล่อยออกมาและ 3) พลังงานของพวกมัน อัตราการสลายตัวแสดงโดยสูตรทางคณิตศาสตร์อย่างง่าย:
N เสื้อ = N 0 อี −แลต .
ในนั้น N t คือจำนวนอะตอมขององค์ประกอบกัมมันตภาพรังสี ณ เวลา t; N 0 คือจำนวนอะตอมในช่วงเวลาเริ่มต้น (t = 0) e คือฐานของลอการิทึมธรรมชาติ และ แล คือสิ่งที่เรียกว่าค่าคงที่การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี มันสัมพันธ์กับครึ่งชีวิต T ตามความสัมพันธ์:
ครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีที่รู้จักนั้นอยู่ในช่วงเวลาที่กว้างมาก ตั้งแต่หนึ่งในพันของวินาทีไปจนถึงพันล้านปี อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปส่วนใหญ่มีครึ่งชีวิตตั้งแต่ 30 วินาทีถึง 10 วัน
การแปลงกัมมันตภาพรังสีประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือการปล่อยอิเล็กตรอนหรือการสลาย β−‑ เป็นลักษณะเฉพาะของไอโซโทปกัมมันตรังสีที่รู้จักทั้งหมด 45% และพบได้ในนิวเคลียสที่มีนิวตรอนมากเกินไป กล่าวคือ ในไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีหนักของธาตุ นิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีมากกว่า 15% สลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคอัลฟา ไอโซโทปของธาตุที่อยู่ตอนท้ายของระบบคาบ (เริ่มต้นด้วยบิสมัท) เช่นเดียวกับธาตุบางส่วนที่อยู่ตรงกลาง (เริ่มจากธาตุหายาก) จะเกิดการสลายอัลฟา สำหรับธาตุที่เบากว่า การผุพังนั้นเป็นไปไม่ได้เลย
ฟิชชันที่เกิดขึ้นเองเกิดขึ้นในธรรมชาติในไอโซโทป 238 U และ 232 Th; มันมีความสำคัญต่อไอโซโทปของธาตุทรานยูเรเนียมเมื่อประจุ Z ของนิวเคลียสของอะตอมเพิ่มขึ้น
การสลายตัวของโพซิตรอนและการจับ K จริงๆ แล้วพบได้ในไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมเท่านั้น และเป็นลักษณะของนิวเคลียสที่ไม่มีนิวตรอน ไอโซโทปประมาณ 10% ขึ้นอยู่กับการสลายตัวของ β + - (ส่วนใหญ่เป็นไอโซโทปขององค์ประกอบของครึ่งแรกของตารางธาตุ) การดักจับอิเล็กตรอนคิดเป็นประมาณ 25% ของความสามารถในการเปลี่ยนรูปของกัมมันตรังสีที่สังเกตได้ (เป็นลักษณะเฉพาะของไอโซโทปของธาตุในช่วงครึ่งหลังของตารางธาตุมากกว่า ในอะตอมซึ่งมีเปลือกอิเล็กตรอนภายในอยู่ใกล้กับนิวเคลียส)
การศึกษากัมมันตภาพรังสีมีบทบาทสำคัญในการสร้างแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของสสาร
รังสีกัมมันตภาพรังสี (หรือรังสีไอออไนซ์) คือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากอะตอมในรูปของอนุภาคหรือคลื่นที่มีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า มนุษย์ต้องเผชิญกับการสัมผัสดังกล่าวจากทั้งแหล่งธรรมชาติและแหล่งของมนุษย์
คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของรังสีทำให้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรม การแพทย์ การทดลองและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การเกษตร และสาขาอื่นๆ ได้สำเร็จ อย่างไรก็ตาม ด้วยการแพร่กระจายของปรากฏการณ์นี้ ภัยคุกคามต่อสุขภาพของมนุษย์ได้เกิดขึ้น การได้รับรังสีกัมมันตภาพรังสีในปริมาณเล็กน้อยอาจเพิ่มความเสี่ยงในการเป็นโรคร้ายแรงได้
ความแตกต่างระหว่างรังสีและกัมมันตภาพรังสี
การแผ่รังสีในความหมายกว้างๆ หมายถึง การแผ่รังสี กล่าวคือ การแพร่กระจายของพลังงานในรูปของคลื่นหรืออนุภาค รังสีกัมมันตภาพรังสีแบ่งออกเป็นสามประเภท:
- รังสีอัลฟ่า – ฟลักซ์ของนิวเคลียสฮีเลียม-4;
- รังสีบีตา – การไหลของอิเล็กตรอน
- รังสีแกมมาเป็นกระแสโฟตอนที่พลังงานสูง
ลักษณะของรังสีกัมมันตภาพรังสีขึ้นอยู่กับพลังงาน คุณสมบัติการส่งผ่าน และประเภทของอนุภาคที่ปล่อยออกมา
รังสีอัลฟ่าซึ่งเป็นกระแสของคลังข้อมูลที่มีประจุบวก อาจล่าช้าได้ด้วยอากาศหนาหรือเสื้อผ้า สายพันธุ์นี้ไม่สามารถเจาะผิวหนังได้จริง แต่เมื่อเข้าสู่ร่างกายเช่นผ่านบาดแผลจะเป็นอันตรายมากและมีผลเสียต่ออวัยวะภายใน
รังสีเบต้ามีพลังงานมากกว่า - อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงและมีขนาดเล็ก ดังนั้นรังสีชนิดนี้จึงทะลุผ่านเสื้อผ้าบางๆ และผิวหนังได้ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อ สามารถป้องกันรังสีเบต้าได้โดยใช้แผ่นอลูมิเนียมหนาไม่กี่มิลลิเมตรหรือแผ่นไม้หนา
รังสีแกมมาเป็นรังสีพลังงานสูงที่มีลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง เพื่อป้องกันสิ่งนี้ คุณต้องใช้คอนกรีตชั้นหนาหรือแผ่นโลหะหนัก เช่น แพลตตินัมและตะกั่ว
ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2439 การค้นพบนี้ทำโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Becquerel กัมมันตภาพรังสีคือความสามารถของวัตถุ สารประกอบ องค์ประกอบในการเปล่งรังสีไอออไนซ์ กล่าวคือ รังสี สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือความไม่เสถียรของนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งจะปล่อยพลังงานออกมาในระหว่างการสลายตัว กัมมันตภาพรังสีมีสามประเภท:
- ธรรมชาติ – โดยทั่วไปสำหรับองค์ประกอบหนักที่มีหมายเลขซีเรียลมากกว่า 82
- ประดิษฐ์ - เริ่มต้นโดยเฉพาะด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยานิวเคลียร์
- เหนี่ยวนำ - ลักษณะของวัตถุที่กลายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีหากถูกฉายรังสีอย่างหนัก
ธาตุที่มีกัมมันตภาพรังสีเรียกว่านิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี แต่ละคนมีลักษณะโดย:
- ครึ่งชีวิต;
- ประเภทของรังสีที่ปล่อยออกมา
- พลังงานรังสี
- และคุณสมบัติอื่นๆ
แหล่งกำเนิดรังสี
ร่างกายมนุษย์ได้รับรังสีกัมมันตรังสีเป็นประจำ ประมาณ 80% ของปริมาณที่ได้รับในแต่ละปีมาจากรังสีคอสมิก อากาศ น้ำ และดินประกอบด้วยธาตุกัมมันตภาพรังสี 60 ชนิดที่เป็นแหล่งกำเนิดรังสีธรรมชาติ แหล่งกำเนิดรังสีตามธรรมชาติหลักถือเป็นก๊าซเฉื่อยที่ปล่อยออกมาจากโลกและหิน นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสียังเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ผ่านทางอาหารอีกด้วย รังสีไอออไนซ์บางส่วนที่ผู้คนสัมผัสนั้นมาจากแหล่งกำเนิดที่มนุษย์สร้างขึ้น ตั้งแต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้านิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ไปจนถึงรังสีที่ใช้สำหรับการรักษาพยาบาลและการวินิจฉัย ปัจจุบันแหล่งกำเนิดรังสีเทียมทั่วไป ได้แก่:
- อุปกรณ์ทางการแพทย์ (แหล่งกำเนิดรังสีหลักของมนุษย์);
- อุตสาหกรรมเคมีกัมมันตภาพรังสี (การสกัด การเสริมสมรรถนะเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ การแปรรูปกากนิวเคลียร์และการนำกลับมาใช้ใหม่)
- นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่ใช้ในการเกษตรและอุตสาหกรรมเบา
- อุบัติเหตุที่โรงงานเคมีกัมมันตภาพรังสี การระเบิดของนิวเคลียร์ การปล่อยรังสี
- วัสดุก่อสร้าง
ตามวิธีการทะลุเข้าสู่ร่างกาย การได้รับรังสีแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ภายในและภายนอก อย่างหลังนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่กระจายตัวในอากาศ (ละอองลอย ฝุ่น) พวกมันโดนผิวหนังหรือเสื้อผ้าของคุณ ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดรังสีสามารถกำจัดออกได้โดยการล้างออกไป รังสีภายนอกทำให้เกิดแผลไหม้ต่อเยื่อเมือกและผิวหนัง ในรูปแบบภายใน สารกัมมันตรังสีจะเข้าสู่กระแสเลือด เช่น โดยการฉีดเข้าหลอดเลือดดำหรือผ่านบาดแผล และถูกกำจัดออกโดยการขับถ่ายหรือการบำบัด การฉายรังสีดังกล่าวกระตุ้นให้เกิดเนื้องอกที่ร้ายแรง
พื้นหลังของกัมมันตภาพรังสีขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์อย่างมีนัยสำคัญ - ในบางภูมิภาคระดับรังสีอาจเกินค่าเฉลี่ยหลายร้อยเท่า
ผลของรังสีที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์
รังสีกัมมันตภาพรังสีเนื่องจากเอฟเฟกต์ไอออไนซ์ทำให้เกิดอนุมูลอิสระในร่างกายมนุษย์ซึ่งเป็นโมเลกุลเชิงรุกที่มีฤทธิ์ทางเคมีซึ่งทำให้เซลล์เสียหายและเสียชีวิต
เซลล์ของระบบทางเดินอาหาร ระบบสืบพันธุ์ และระบบเม็ดเลือดมีความไวต่อเซลล์เหล่านี้เป็นพิเศษ รังสีกัมมันตภาพรังสีรบกวนการทำงานและทำให้เกิดอาการคลื่นไส้ อาเจียน ลำไส้ทำงานผิดปกติ และมีไข้ โดยส่งผลต่อเนื้อเยื่อตาอาจทำให้เกิดต้อกระจกจากรังสีได้ ผลที่ตามมาของรังสีไอออไนซ์ยังรวมถึงความเสียหาย เช่น โรคหลอดเลือดตีบ การเสื่อมของภูมิคุ้มกัน และความเสียหายต่ออุปกรณ์ทางพันธุกรรม
ระบบการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมมีการจัดองค์กรที่ดี อนุมูลอิสระและอนุพันธ์ของพวกมันสามารถทำลายโครงสร้างของ DNA ซึ่งเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมได้ สิ่งนี้นำไปสู่การกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อสุขภาพของคนรุ่นต่อ ๆ ไป
ลักษณะของผลกระทบของรังสีกัมมันตภาพรังสีต่อร่างกายนั้นพิจารณาจากปัจจัยหลายประการ:
- ประเภทของรังสี
- ความเข้มของรังสี
- ลักษณะเฉพาะของร่างกาย
ผลกระทบของรังสีกัมมันตภาพรังสีอาจไม่ปรากฏขึ้นทันที บางครั้งผลที่ตามมาจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งที่สำคัญ นอกจากนี้ การได้รับรังสีปริมาณมากเพียงครั้งเดียวยังเป็นอันตรายมากกว่าการได้รับรังสีปริมาณน้อยในระยะยาวอีกด้วย
ปริมาณรังสีที่ถูกดูดกลืนจะมีค่าที่เรียกว่า Sievert (Sv)
- รังสีพื้นหลังปกติจะต้องไม่เกิน 0.2 mSv/h ซึ่งสอดคล้องกับ 20 ไมโครเรินต์เจนต่อชั่วโมง เมื่อทำการเอ็กซ์เรย์ฟัน บุคคลจะได้รับ 0.1 mSv
- ปริมาณครั้งเดียวที่อันตรายถึงชีวิตคือ 6-7 Sv.
การประยุกต์ใช้รังสีไอออไนซ์
รังสีกัมมันตภาพรังสีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี การแพทย์ วิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรมการทหารและนิวเคลียร์ และกิจกรรมอื่นๆ ของมนุษย์ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องตรวจจับควัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า สัญญาณเตือนไอซิ่ง และเครื่องสร้างประจุไอออนในอากาศ
ในทางการแพทย์ การใช้รังสีกัมมันตภาพรังสีในการฉายรังสีบำบัดเพื่อรักษามะเร็ง รังสีไอออไนซ์ทำให้สามารถสร้างเภสัชรังสีได้ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา การตรวจวินิจฉัยจะดำเนินการ เครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์องค์ประกอบของสารประกอบและการฆ่าเชื้อถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของรังสีไอออไนซ์
การค้นพบรังสีกัมมันตรังสีถือเป็นการปฏิวัติ การใช้ปรากฏการณ์นี้ทำให้มนุษยชาติก้าวไปสู่การพัฒนาระดับใหม่ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ด้วย ในเรื่องนี้ การรักษาความปลอดภัยของรังสีถือเป็นงานสำคัญในยุคของเรา
การนำทางบทความ:
การแผ่รังสีและประเภทของรังสีกัมมันตภาพรังสี องค์ประกอบของรังสีกัมมันตภาพรังสี (ไอออไนซ์) และลักษณะสำคัญ ผลกระทบของรังสีต่อสสาร
รังสีคืออะไร
ก่อนอื่น เรามานิยามกันว่ารังสีคืออะไร:
ในกระบวนการสลายตัวของสารหรือการสังเคราะห์องค์ประกอบของอะตอม (โปรตอน, นิวตรอน, อิเล็กตรอน, โฟตอน) จะถูกปล่อยออกมามิฉะนั้นเราสามารถพูดได้ รังสีเกิดขึ้นองค์ประกอบเหล่านี้ รังสีดังกล่าวเรียกว่า - รังสีไอออไนซ์หรืออะไรธรรมดากว่ากัน รังสีกัมมันตภาพรังสีหรือง่ายกว่านั้นอีก รังสี - รังสีไอออไนซ์ยังรวมถึงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาด้วย
การแผ่รังสี เป็นกระบวนการปล่อยอนุภาคมูลฐานที่มีประจุตามสสาร ในรูปของอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน อะตอมฮีเลียม หรือโฟตอนและมิวออน ประเภทของรังสีขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่ปล่อยออกมา
ไอออนไนซ์เป็นกระบวนการสร้างไอออนที่มีประจุบวกหรือลบหรืออิเล็กตรอนอิสระจากอะตอมหรือโมเลกุลที่มีประจุเป็นกลาง
รังสีกัมมันตภาพรังสี (ไอออไนซ์)สามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภทขึ้นอยู่กับประเภทขององค์ประกอบที่ประกอบด้วย รังสีประเภทต่างๆ เกิดจากอนุภาคขนาดเล็กที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีผลกระทบด้านพลังงานที่แตกต่างกันกับสสาร ความสามารถที่แตกต่างกันในการทะลุผ่านมัน และผลที่ตามมาก็คือผลกระทบทางชีวภาพของรังสีที่แตกต่างกัน
รังสีอัลฟ่า บีตา และนิวตรอน- สิ่งเหล่านี้คือการแผ่รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคต่างๆ ของอะตอม.
แกมมาและรังสีเอกซ์คือการปล่อยพลังงาน
รังสีอัลฟ่า
- ถูกปล่อยออกมา: โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว
- ความสามารถในการเจาะทะลุ: ต่ำ
- การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด: สูงถึง 10 ซม
- ความเร็วการปล่อย: 20,000 กม./วินาที
- ไอออไนซ์: ไอออน 30,000 คู่ต่อการเคลื่อนที่ 1 ซม
- สูง
รังสีอัลฟ่า (α) เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของความไม่เสถียร ไอโซโทปองค์ประกอบ
รังสีอัลฟ่า- นี่คือการแผ่รังสีของอนุภาคอัลฟ่าที่มีประจุบวกหนัก ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (นิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัว) อนุภาคอัลฟ่าจะถูกปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียสที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ระหว่างการสลายตัวของอะตอมของยูเรเนียม เรเดียม และทอเรียม
อนุภาคอัลฟ่ามีมวลมากและถูกปล่อยออกมาด้วยความเร็วค่อนข้างต่ำโดยเฉลี่ย 20,000 กม./วินาที ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงประมาณ 15 เท่า เนื่องจากอนุภาคอัลฟามีน้ำหนักมาก เมื่อสัมผัสกับสาร อนุภาคจะชนกับโมเลกุลของสารนี้ เริ่มมีปฏิกิริยากับพวกมัน สูญเสียพลังงาน ดังนั้นความสามารถในการทะลุทะลวงของอนุภาคเหล่านี้จึงไม่ดีนักและแม้แต่แผ่นธรรมดาของ กระดาษสามารถรั้งพวกเขาไว้ได้
อย่างไรก็ตาม อนุภาคอัลฟานำพาพลังงานจำนวนมาก และเมื่อทำปฏิกิริยากับสสาร จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนอย่างมีนัยสำคัญ และในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต นอกเหนือจากการแตกตัวเป็นไอออนแล้ว รังสีอัลฟ่ายังทำลายเนื้อเยื่อ ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายต่างๆ ต่อเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ในบรรดารังสีทุกประเภท รังสีอัลฟ่ามีความสามารถในการทะลุทะลวงน้อยที่สุด แต่ผลที่ตามมาของการฉายรังสีของเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตด้วยรังสีประเภทนี้จะรุนแรงและสำคัญที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับรังสีประเภทอื่น
การได้รับรังสีอัลฟาสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อธาตุกัมมันตภาพรังสีเข้าสู่ร่างกาย เช่น ผ่านทางอากาศ น้ำ หรืออาหาร หรือผ่านทางบาดแผลหรือบาดแผล เมื่ออยู่ในร่างกาย ธาตุกัมมันตภาพรังสีเหล่านี้จะถูกส่งผ่านกระแสเลือดไปทั่วร่างกาย สะสมในเนื้อเยื่อและอวัยวะ ทำให้เกิดผลกระทบอันทรงพลังต่อพวกมัน เนื่องจากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีบางประเภทที่ปล่อยรังสีอัลฟ่าจะมีอายุการใช้งานยาวนาน เมื่อเข้าสู่ร่างกาย พวกมันสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในเซลล์ และนำไปสู่การเสื่อมของเนื้อเยื่อและการกลายพันธุ์
ไอโซโทปกัมมันตรังสีไม่ได้ถูกกำจัดออกจากร่างกายจริงๆ ดังนั้นเมื่อเข้าสู่ร่างกายแล้ว ไอโซโทปจะฉายรังสีเนื้อเยื่อจากภายในเป็นเวลาหลายปีจนกว่าจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงร้ายแรง ร่างกายมนุษย์ไม่สามารถทำให้เป็นกลาง ประมวลผล ดูดซึม หรือใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีส่วนใหญ่ที่เข้าสู่ร่างกายได้
รังสีนิวตรอน
- ถูกปล่อยออกมา: นิวตรอน
- ความสามารถในการเจาะทะลุ: สูง
- การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด: กิโลเมตร
- ความเร็วการปล่อย: 40,000 กม./วินาที
- ไอออไนซ์: จาก 3,000 ถึง 5,000 คู่ไอออนต่อการวิ่ง 1 ซม
- ผลกระทบทางชีวภาพของรังสี: สูง
รังสีนิวตรอน- นี่คือรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต่างๆ และระหว่างการระเบิดปรมาณู นอกจากนี้ รังสีนิวตรอนยังถูกปล่อยออกมาจากดวงดาวซึ่งเกิดปฏิกิริยาแสนสาหัสแสนสาหัสเกิดขึ้น
เมื่อไม่มีประจุ รังสีนิวตรอนที่ชนกับสสารจะมีปฏิกิริยากับองค์ประกอบของอะตอมในระดับอะตอมเพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงมีพลังทะลุทะลวงสูง คุณสามารถหยุดรังสีนิวตรอนได้โดยใช้วัสดุที่มีปริมาณไฮโดรเจนสูง เช่น ภาชนะบรรจุน้ำ นอกจากนี้รังสีนิวตรอนยังทะลุผ่านโพลีเอทิลีนได้ไม่ดีนัก
เมื่อรังสีนิวตรอนผ่านเนื้อเยื่อชีวภาพจะทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อเซลล์ เนื่องจากมีมวลมากและเร็วกว่ารังสีอัลฟ่า
รังสีเบต้า
- ถูกปล่อยออกมา: อิเล็กตรอนหรือโพสิตรอน
- ความสามารถในการเจาะทะลุ: เฉลี่ย
- การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด: สูงถึง 20 ม
- ความเร็วการปล่อย: 300,000 กม./วินาที
- ไอออไนซ์: จาก 40 ถึง 150 คู่ไอออนต่อระยะการเคลื่อนที่ 1 ซม
- ผลกระทบทางชีวภาพของรังสี: เฉลี่ย
รังสีเบตา (β)เกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบหนึ่งเปลี่ยนเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งในขณะที่กระบวนการเกิดขึ้นในนิวเคลียสของอะตอมของสสารโดยมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโปรตอนและนิวตรอน
ด้วยรังสีบีตา นิวตรอนจะถูกแปลงเป็นโปรตอนหรือโปรตอนเป็นนิวตรอน ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน (ปฏิปักษ์ของอิเล็กตรอน) จะถูกปล่อยออกมา ขึ้นอยู่กับประเภทของการเปลี่ยนแปลง ความเร็วขององค์ประกอบที่ปล่อยออกมาเข้าใกล้ความเร็วแสงและมีค่าประมาณ 300,000 กม./วินาที องค์ประกอบที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้เรียกว่าอนุภาคบีตา
ด้วยความเร็วการแผ่รังสีที่สูงในตอนแรกและองค์ประกอบที่ปล่อยออกมามีขนาดเล็ก รังสีบีตาจึงมีความสามารถในการทะลุทะลวงได้สูงกว่ารังสีอัลฟ่า แต่มีความสามารถในการแตกตัวเป็นไอออนน้อยกว่าหลายร้อยเท่าเมื่อเทียบกับรังสีอัลฟ่า
รังสีเบต้าทะลุเสื้อผ้าและเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตบางส่วนได้ง่าย แต่เมื่อผ่านโครงสร้างของสสารที่มีความหนาแน่นมากขึ้น เช่น ผ่านโลหะ มันจะเริ่มมีปฏิกิริยากับมันอย่างเข้มข้นมากขึ้นและสูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ และถ่ายโอนไปยังองค์ประกอบของสสาร แผ่นโลหะขนาดไม่กี่มิลลิเมตรสามารถหยุดรังสีบีตาได้อย่างสมบูรณ์
หากรังสีอัลฟ่าก่อให้เกิดอันตรายเมื่อสัมผัสโดยตรงกับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเท่านั้น รังสีบีตานั้นสามารถก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตที่ระยะห่างหลายสิบเมตรจากแหล่งกำเนิดรังสีได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีนั้น
หากไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่ปล่อยรังสีบีตาเข้าสู่สิ่งมีชีวิต มันจะสะสมในเนื้อเยื่อและอวัยวะ ทำให้เกิดผลกระทบอย่างมีพลังต่อพวกมัน นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเนื้อเยื่อ และเมื่อเวลาผ่านไปทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญ
ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีบางชนิดที่มีรังสีบีตามีระยะเวลาการสลายตัวนาน กล่าวคือ เมื่อเข้าสู่ร่างกายจะฉายรังสีเป็นเวลาหลายปีจนกว่าจะนำไปสู่การเสื่อมของเนื้อเยื่อและส่งผลให้เกิดมะเร็ง
รังสีแกมมา
- ถูกปล่อยออกมา: พลังงานในรูปของโฟตอน
- ความสามารถในการเจาะทะลุ: สูง
- การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด: สูงถึงหลายร้อยเมตร
- ความเร็วการปล่อย: 300,000 กม./วินาที
- ไอออไนซ์:
- ผลกระทบทางชีวภาพของรังสี: ต่ำ
รังสีแกมมา (γ)คือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานอยู่ในรูปโฟตอน
รังสีแกมมามาพร้อมกับกระบวนการสลายตัวของอะตอมของสสารและปรากฏตัวในรูปแบบของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในรูปของโฟตอนซึ่งปล่อยออกมาเมื่อสถานะพลังงานของนิวเคลียสของอะตอมเปลี่ยนแปลง รังสีแกมมาถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสด้วยความเร็วแสง
เมื่ออะตอมสลายกัมมันตภาพรังสี สารอื่นๆ จะถูกสร้างขึ้นจากสารชนิดเดียวกัน อะตอมของสารที่เกิดขึ้นใหม่มีสถานะไม่เสถียรทางพลังงาน (ตื่นเต้น) เมื่ออิทธิพลซึ่งกันและกัน นิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียสจะเข้าสู่สภาวะที่แรงอันตรกิริยาสมดุลกัน และพลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมในรูปของรังสีแกมมา
รังสีแกมมามีความสามารถในการทะลุทะลวงสูงและทะลุเสื้อผ้า เนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้ง่าย และทะลุผ่านโครงสร้างสสารที่มีความหนาแน่น เช่น โลหะได้ยากกว่าเล็กน้อย หากต้องการหยุดรังสีแกมมา จำเป็นต้องใช้เหล็กหรือคอนกรีตที่มีความหนามาก แต่ในขณะเดียวกัน รังสีแกมมามีผลกระทบต่อสสารน้อยกว่ารังสีบีตาถึงร้อยเท่า และอ่อนกว่ารังสีอัลฟ่าหลายหมื่นเท่า
อันตรายหลักของรังสีแกมมาคือความสามารถในการเดินทางในระยะทางไกลและส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตห่างจากแหล่งกำเนิดรังสีแกมมาหลายร้อยเมตร
รังสีเอกซ์
- ถูกปล่อยออกมา: พลังงานในรูปของโฟตอน
- พลังทะลุทะลวง: สูง
- การฉายรังสีจากแหล่งกำเนิด: สูงถึงหลายร้อยเมตร
- ความเร็วการปล่อย: 300,000 กม./วินาที
- ไอออไนซ์: ไอออนตั้งแต่ 3 ถึง 5 คู่ต่อการเดินทาง 1 ซม
- ผลกระทบทางชีวภาพของรังสี: ต่ำ
รังสีเอกซ์- นี่คือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังในรูปแบบของโฟตอนที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนภายในอะตอมเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปอีกวงหนึ่ง
รังสีเอกซ์มีผลคล้ายกับรังสีแกมมา แต่มีพลังทะลุทะลวงน้อยกว่าเนื่องจากมีความยาวคลื่นมากกว่า
จากการตรวจสอบรังสีกัมมันตภาพรังสีประเภทต่างๆ เป็นที่ชัดเจนว่าแนวคิดของการแผ่รังสีรวมถึงรังสีประเภทต่างๆ โดยสิ้นเชิงซึ่งมีผลกระทบต่อสสารและเนื้อเยื่อสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน ตั้งแต่การทิ้งระเบิดโดยตรงด้วยอนุภาคมูลฐาน (รังสีอัลฟา เบต้า และนิวตรอน) ไปจนถึงผลกระทบด้านพลังงาน ในรูปแบบของรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์
การแผ่รังสีแต่ละครั้งที่กล่าวถึงนั้นอันตราย!
ตารางเปรียบเทียบคุณลักษณะของรังสีชนิดต่างๆ
ลักษณะเฉพาะ | ประเภทของรังสี | ||||
รังสีอัลฟ่า | รังสีนิวตรอน | รังสีเบต้า | รังสีแกมมา | รังสีเอกซ์ | |
ถูกปล่อยออกมา | โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว | นิวตรอน | อิเล็กตรอนหรือโพสิตรอน | พลังงานในรูปของโฟตอน | พลังงานในรูปของโฟตอน |
พลังทะลุทะลวง | ต่ำ | สูง | เฉลี่ย | สูง | สูง |
การสัมผัสจากแหล่งที่มา | สูงถึง 10 ซม | กิโลเมตร | สูงถึง 20 ม | หลายร้อยเมตร | หลายร้อยเมตร |
ความเร็วรังสี | 20,000 กม./วินาที | 40,000 กม./วินาที | 300,000 กม./วินาที | 300,000 กม./วินาที | 300,000 กม./วินาที |
ไอออไนเซชัน, ไอน้ำต่อการเคลื่อนที่ 1 ซม | 30 000 | จาก 3,000 ถึง 5,000 | จาก 40 เป็น 150 | จาก 3 ถึง 5 | จาก 3 ถึง 5 |
ผลกระทบทางชีวภาพของรังสี | สูง | สูง | เฉลี่ย | ต่ำ | ต่ำ |
ดังที่เห็นจากตาราง ขึ้นอยู่กับชนิดของรังสี การแผ่รังสีที่ความเข้มเท่ากัน เช่น 0.1 เรินต์เกน จะมีผลในการทำลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันออกไป เพื่อคำนึงถึงความแตกต่างนี้ จึงได้นำค่าสัมประสิทธิ์ k มาใช้ ซึ่งสะท้อนถึงระดับของการสัมผัสกับรังสีกัมมันตภาพรังสีบนวัตถุที่มีชีวิต
ปัจจัยเค | |
ประเภทของรังสีและช่วงพลังงาน | ตัวคูณน้ำหนัก |
โฟตอนพลังงานทั้งหมด (รังสีแกมมา) | 1 |
อิเล็กตรอนและมิวออนพลังงานทั้งหมด (รังสีเบต้า) | 1 |
นิวตรอนที่มีพลังงาน < 10 КэВ (нейтронное излучение) | 5 |
นิวตรอนจาก 10 ถึง 100 KeV (รังสีนิวตรอน) | 10 |
นิวตรอนจาก 100 KeV ถึง 2 MeV (รังสีนิวตรอน) | 20 |
นิวตรอนจาก 2 MeV ถึง 20 MeV (รังสีนิวตรอน) | 10 |
นิวตรอน> 20 MeV (รังสีนิวตรอน) | 5 |
โปรตอนที่มีพลังงาน > 2 MeV (ยกเว้นโปรตอนหดตัว) | 5 |
อนุภาคอัลฟ่า, ชิ้นส่วนฟิชชันและนิวเคลียสหนักอื่นๆ (รังสีอัลฟา) | 20 |
ยิ่งค่า “สัมประสิทธิ์ k สูง” ผลกระทบของรังสีบางประเภทก็จะยิ่งมีอันตรายต่อเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตมากขึ้นเท่านั้น
วิดีโอ:
1. กัมมันตภาพรังสีและรังสีคืออะไร?
ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2439 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี การแพทย์ และอุตสาหกรรม ธาตุกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีอยู่ทั่วสิ่งแวดล้อมของมนุษย์ นิวไคลด์กัมมันตรังสีเทียมถูกผลิตขึ้นในปริมาณมาก โดยส่วนใหญ่เป็นผลพลอยได้ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เมื่อพวกมันเข้าสู่สิ่งแวดล้อมจะส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นจุดที่อันตรายอยู่ เพื่อประเมินอันตรายนี้อย่างถูกต้อง ความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับระดับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ประโยชน์ที่ได้รับจากการผลิต สารกัมมันตภาพรังสีหลักหรือผลพลอยได้ และความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการละทิ้งการผลิตเหล่านี้ กลไกการออกฤทธิ์ที่แท้จริงของ จำเป็นต้องมีการแผ่รังสี ผลที่ตามมา และมาตรการป้องกันที่มีอยู่
กัมมันตภาพรังสี- ความไม่แน่นอนของนิวเคลียสของอะตอมบางตัวแสดงออกมาในความสามารถในการรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเอง (การสลายตัว) พร้อมด้วยการปล่อยรังสีหรือรังสีไอออไนซ์
2.มีรังสีชนิดใดบ้าง?
รังสีมีหลายประเภท
อนุภาคอัลฟ่า: อนุภาคที่มีประจุบวกค่อนข้างหนักซึ่งเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม
อนุภาคเบต้า- มันเป็นแค่อิเล็กตรอน
รังสีแกมมามีลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าเหมือนกับแสงที่มองเห็น แต่มีพลังทะลุทะลวงมากกว่ามาก 2 นิวตรอน- อนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดขึ้นโดยตรงใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ทำงานอยู่ ซึ่งแน่นอนว่ามีการควบคุมการเข้าถึง
รังสีเอกซ์คล้ายกับรังสีแกมมาแต่มีพลังงานน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม ดวงอาทิตย์ของเราเป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ตามธรรมชาติ แต่ชั้นบรรยากาศของโลกให้การปกป้องที่เชื่อถือได้
อนุภาคที่มีประจุมีปฏิกิริยาโต้ตอบอย่างรุนแรงกับสสาร ดังนั้นในอีกด้านหนึ่ง แม้แต่อนุภาคอัลฟ่าเพียงอนุภาคเดียวเมื่อเข้าสู่สิ่งมีชีวิตก็สามารถทำลายหรือทำลายเซลล์จำนวนมากได้ แต่ในทางกลับกัน ด้วยเหตุผลเดียวกัน การป้องกันที่เพียงพอจากอัลฟ่าและ เบต้า -รังสีคืออะไรก็ได้แม้แต่ชั้นบาง ๆ ของสารของแข็งหรือของเหลว - ตัวอย่างเช่นเสื้อผ้าธรรมดา (แน่นอนว่าแหล่งกำเนิดรังสีอยู่ด้านนอก) จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างกัมมันตภาพรังสีและรังสี แหล่งกำเนิดรังสี- สารกัมมันตภาพรังสีหรือการติดตั้งทางเทคนิคทางนิวเคลียร์ (เครื่องปฏิกรณ์ เครื่องเร่ง อุปกรณ์เอ็กซเรย์ ฯลฯ) - สามารถดำรงอยู่ได้เป็นระยะเวลาหนึ่ง และรังสีมีอยู่จนกระทั่งถูกดูดซับในสารใดๆ เท่านั้น |
3. ผลกระทบของรังสีต่อมนุษย์ส่งผลอย่างไร?
ผลของรังสีต่อมนุษย์เรียกว่า การฉายรังสี- พื้นฐานของผลกระทบนี้คือการถ่ายโอนพลังงานรังสีไปยังเซลล์ของร่างกาย
การฉายรังสีอาจทำให้เกิดความผิดปกติของระบบเผาผลาญ ภาวะแทรกซ้อนจากการติดเชื้อ มะเร็งเม็ดเลือดขาวและเนื้องอกเนื้อร้าย ภาวะมีบุตรยากจากรังสี ต้อกระจกจากรังสี แผลไหม้จากรังสี และการเจ็บป่วยจากรังสี
ผลของรังสีมีผลรุนแรงต่อการแบ่งเซลล์ ดังนั้นรังสีจึงเป็นอันตรายต่อเด็กมากกว่าผู้ใหญ่
ควรจำไว้ว่าความเสียหายที่แท้จริงต่อสุขภาพของมนุษย์นั้นยิ่งใหญ่กว่ามากนั้นเกิดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากอุตสาหกรรมเคมีและเหล็ก ไม่ต้องพูดถึงข้อเท็จจริงที่ว่าวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบกลไกของการเสื่อมของเนื้อเยื่อที่เป็นมะเร็งจากอิทธิพลภายนอก
4. รังสีเข้าสู่ร่างกายได้อย่างไร?
ร่างกายมนุษย์ตอบสนองต่อรังสี ไม่ใช่แหล่งกำเนิดรังสี 3 แหล่งที่มาของรังสีซึ่งเป็นสารกัมมันตภาพรังสีสามารถเข้าสู่ร่างกายได้ด้วยอาหารและน้ำ (ผ่านทางลำไส้) ผ่านทางปอด (ระหว่างการหายใจ) และผ่านทางผิวหนังในระดับเล็กน้อย เช่นเดียวกับในระหว่างการวินิจฉัยไอโซโทปรังสีทางการแพทย์ ในกรณีนี้พวกเขาพูดถึง รังสีภายใน . นอกจากนี้บุคคลนั้นอาจจะได้รับสัมผัสด้วย รังสีภายนอกจากแหล่งกำเนิดรังสีที่อยู่นอกร่างกายของเขา รังสีภายในมีอันตรายมากกว่ารังสีภายนอกมาก 5. รังสีแพร่กระจายเป็นโรคหรือไม่?รังสีเกิดจากสารกัมมันตภาพรังสีหรืออุปกรณ์ที่ออกแบบเป็นพิเศษ รังสีนั้นซึ่งออกฤทธิ์ต่อร่างกายไม่ก่อให้เกิดสารกัมมันตภาพรังสีในตัวและไม่เปลี่ยนให้เป็นแหล่งรังสีใหม่ ดังนั้นบุคคลจะไม่กลายเป็นสารกัมมันตภาพรังสีหลังจากการเอ็กซ์เรย์หรือการตรวจฟลูออโรกราฟิก อย่างไรก็ตาม ภาพเอ็กซ์เรย์ (ฟิล์ม) ก็ไม่มีกัมมันตภาพรังสีเช่นกัน ข้อยกเว้นคือสถานการณ์ที่ยากัมมันตภาพรังสีถูกนำเข้าสู่ร่างกายโดยเจตนา (เช่นระหว่างการตรวจไอโซโทปรังสีของต่อมไทรอยด์) และบุคคลนั้นกลายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีในช่วงเวลาสั้น ๆ อย่างไรก็ตามยาประเภทนี้ได้รับการคัดเลือกเป็นพิเศษเพื่อให้สูญเสียกัมมันตภาพรังสีอย่างรวดเร็วเนื่องจากการสลายและความเข้มของรังสีจะลดลงอย่างรวดเร็ว |
6. วัดกัมมันตภาพรังสีในหน่วยใด?
การวัดกัมมันตภาพรังสีก็คือ กิจกรรม- มีหน่วยวัดเป็นเบกเคอเรลส์ (Bq) ซึ่งสอดคล้องกับการสลายตัว 1 ครั้งต่อวินาที ปริมาณการออกฤทธิ์ของสารมักจะถูกประมาณไว้ต่อหน่วยน้ำหนักของสาร (Bq/kg) หรือปริมาตร (Bq/ลูกบาศก์เมตร)
นอกจากนี้ยังมีกิจกรรมอีกหน่วยหนึ่งที่เรียกว่ากูรี (Ci) นี่เป็นมูลค่ามหาศาล: 1 Ci = 37000000000 Bq
กิจกรรมของแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีบ่งบอกถึงพลังของมัน ดังนั้นในแหล่งกำเนิดที่มีกิจกรรม 1 กูรี การสลายตัว 37000000000 ครั้งต่อวินาที
4
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ในระหว่างการสลายตัวเหล่านี้ แหล่งกำเนิดจะปล่อยรังสีไอออไนซ์ออกมา การวัดผลกระทบไอออไนเซชันของรังสีนี้ต่อสารคือ ปริมาณการสัมผัส- มักวัดเป็นเรินต์เกนส์ (R) เนื่องจาก 1 เรินต์เกนเป็นค่าที่ค่อนข้างมาก ในทางปฏิบัติ จึงสะดวกกว่าที่จะใช้ส่วนในล้านส่วน (μR) หรือหนึ่งในพัน (mR) ของเรินต์เกน
การทำงานของเครื่องวัดปริมาตรในครัวเรือนทั่วไปจะขึ้นอยู่กับการวัดไอออไนซ์ในช่วงเวลาหนึ่งๆ อัตราปริมาณรังสีที่ได้รับ- หน่วยวัดสำหรับอัตราปริมาณรังสีที่ได้รับคือ ไมโครเรินต์เกน/ชั่วโมง
เรียกว่าอัตราปริมาณรังสีคูณด้วยเวลา ปริมาณ- อัตราปริมาณรังสีและปริมาณรังสีมีความสัมพันธ์ในลักษณะเดียวกับความเร็วของรถและระยะทางที่รถคันนี้เดินทาง (เส้นทาง)
เพื่อประเมินผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์ จะใช้แนวคิดต่างๆ ปริมาณที่เท่ากันและ อัตราปริมาณยาที่เท่ากัน- มีหน่วยวัดเป็น Sieverts (Sv) และ Sieverts/ชั่วโมง ตามลำดับ ในชีวิตประจำวัน เราสามารถสรุปได้ว่า 1 ซีเวิร์ต = 100 เรินต์เกน จำเป็นต้องระบุว่าให้ยาแก่อวัยวะส่วนใดหรือทั้งร่างกาย
แสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดของจุดที่กล่าวมาข้างต้นซึ่งมีกิจกรรม 1 Curie (สำหรับความชัดเจน เราจะพิจารณาแหล่งกำเนิดซีเซียม-137) ที่ระยะห่าง 1 เมตรจากตัวมันเอง จะสร้างอัตราปริมาณรังสีที่ประมาณ 0.3 เรินต์เกน/ชั่วโมง และ ที่ระยะ 10 เมตร - ประมาณ 0.003 เรินต์เกน/ชั่วโมง อัตราปริมาณรังสีที่ลดลงพร้อมกับระยะห่างจากแหล่งกำเนิดที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นเสมอและถูกกำหนดโดยกฎการแพร่กระจายของรังสี
7. ไอโซโทปคืออะไร?
มีองค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 100 รายการในตารางธาตุ เกือบแต่ละรายการจะแสดงด้วยส่วนผสมของอะตอมที่เสถียรและมีกัมมันตภาพรังสีซึ่งเรียกว่า ไอโซโทปขององค์ประกอบนี้ รู้จักไอโซโทปประมาณ 2,000 ไอโซโทป ซึ่งประมาณ 300 ไอโซโทปมีเสถียรภาพ
ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบแรกของตารางธาตุ - ไฮโดรเจน - มีไอโซโทปดังต่อไปนี้:
- ไฮโดรเจน H-1 (เสถียร)
- ดิวทีเรียม N-2 (เสถียร)
- ทริเทียม H-3 (กัมมันตรังสี, ครึ่งชีวิต 12 ปี)
ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีมักเรียกว่า นิวไคลด์กัมมันตรังสี 5
8. ครึ่งชีวิตคืออะไร?
จำนวนนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีประเภทเดียวกันจะลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการสลายตัว
อัตราการสลายตัวมักจะมีลักษณะเฉพาะ ครึ่งชีวิต: นี่คือช่วงเวลาที่จำนวนนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีบางชนิดจะลดลง 2 เท่า
ผิดอย่างแน่นอนเป็นการตีความแนวคิด “ครึ่งชีวิต” ดังต่อไปนี้ “ถ้าสารกัมมันตภาพรังสีมีครึ่งชีวิต 1 ชั่วโมง หมายความว่า หลังจาก 1 ชั่วโมง ครึ่งแรกจะสลายตัว และอีก 1 ชั่วโมงครึ่งหลังจะสลายตัว และสารนี้ก็จะหมดสิ้นไป(สลายตัว)”
สำหรับนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิต 1 ชั่วโมง หมายความว่าหลังจาก 1 ชั่วโมง ปริมาณของมันจะลดลงกว่าเดิม 2 เท่า หลังจาก 2 ชั่วโมง - 4 เท่า หลังจาก 3 ชั่วโมง - 8 เท่า เป็นต้น แต่จะไม่มีทางสมบูรณ์ หายไป. รังสีที่ปล่อยออกมาจากสารนี้จะลดลงในสัดส่วนที่เท่ากัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำนายสถานการณ์รังสีในอนาคตได้หากคุณรู้ว่าสารกัมมันตภาพรังสีใดและในปริมาณเท่าใดที่สร้างรังสีในสถานที่ที่กำหนดในเวลาที่กำหนด
นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีแต่ละชนิดมีครึ่งชีวิตของตัวเอง โดยอาจมีช่วงตั้งแต่เสี้ยววินาทีไปจนถึงพันล้านปี สิ่งสำคัญคือครึ่งชีวิตของนิวไคลด์กัมมันตรังสีจะต้องคงที่และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้
นิวเคลียสที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ก็สามารถเป็นกัมมันตภาพรังสีได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น กัมมันตภาพรังสีเรดอน-222 มีต้นกำเนิดมาจากกัมมันตภาพรังสียูเรเนียม-238
บางครั้งมีการกล่าวกันว่ากากกัมมันตภาพรังสีในโรงเก็บจะสลายตัวอย่างสมบูรณ์ภายใน 300 ปี นี่เป็นสิ่งที่ผิด เพียงแต่คราวนี้จะเท่ากับประมาณ 10 ครึ่งชีวิตของซีเซียม-137 ซึ่งเป็นหนึ่งในนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้นมากที่สุด และกว่า 300 ปีที่ผ่านมา กัมมันตภาพรังสีในขยะจะลดลงเกือบ 1,000 เท่า แต่น่าเสียดายที่จะไม่หายไป
9. สารกัมมันตภาพรังสีรอบตัวเราคืออะไร?
6
แผนภาพต่อไปนี้จะช่วยประเมินผลกระทบต่อบุคคลจากแหล่งกำเนิดรังสีบางประเภท (อ้างอิงจาก A.G. Zelenkov, 1990)