ธาตุกัมมันตรังสี และการนำธาตุไปใช้ประโยชน์ รวมถึงผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต

ธาตุกัมมันตรังสี

เป็นธาตุที่สามารถแผ่รังสื แล้วกลายเป็นอะตอมของธาตุใหม่

โดยการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร

เช่น

carbon-14 (C-14)

เพิ่มเติม ธาตุกัมมันตรังสีส่วนใหญ่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83

เช่น

U-238 Th-232 Rn-222

การเกิดกัมมันตภาพรังสี

เป็นปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง

ซึ่งเกิดจากนิวเคลียสของไอโซเทปกัมมันตรังสีที่มีพลังงานสูงมากและไม่เสถียร ที่มีอัตราส่วนจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนสูง เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสเกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ แล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปรังสีหรืออนุภาค

ได้แก่

รังสีแอลฟา ( $alpha$ หรือ $He presubscript 2 presuperscript 4$ )
รังสีบีตา ( $beta$ หรือ $e presubscript negative sign 1 end presubscript presuperscript 0$ )
รังสีแกมมา ( $gamma$ )
โพซิตรอน ( $beta plus$ หรือ $e presubscript plus 1 end presubscript presuperscript 0$ )
โปรตอน (p หรือ $H presubscript 1 presuperscript 1$ )
ดิวเทอรอน (D หรือ $H presubscript 1 presuperscript 2$ )
ทริทอน (T หรือ $H presubscript 1 presuperscript 3$ )
นิวตรอน (n หรือ $n presubscript 0 presuperscript 1$ )

การสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสี

เป็นปรากฏการณ์ที่นิวเคลียสของไอโซเทปกัมมันตรังสีที่มีอัตราส่วนจำนวนนิวตรอนต่อจำนวนโปรตอนสูง ที่มีพลังงานสูงมากและไม่เสถียรเกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียส เกิดเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่ที่เสถียรกว่า และแผ่รังสีออกมา

เช่น

$Pb presubscript 82 presuperscript 204 space rightwards arrow space Hg presubscript 80 presuperscript 200 space plus space He presubscript 2 presuperscript 4 space space space space space แผ ่ ร ั งส ี แอลฟา Pb presubscript 82 presuperscript 210 space rightwards arrow space Bi presubscript 85 presuperscript 210 space space space plus space e presubscript negative sign 1 end presubscript presuperscript 0 space space space space space แผ ่ ร ั งส ี บ ี ตา Ra presubscript 88 presuperscript 226 space rightwards arrow space Rn presubscript 86 presuperscript 222 space plus space He presubscript 2 presuperscript 4 space space space space space แผ ่ ร ั งส ี แอลฟา$
↓ $Rn presubscript 86 presuperscript 222 space plus space gamma space space space space space แผ ่ ร ั งส ี แกมมา$

การแผ่รังสีสามารถแผ่ได้ตลอด ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ และความดันของบรรยากาศ

เครื่องมือวัดปริมาณรังสี คือ ไกเกอร์ มูลเลอร์ เคาน์เตอร์

การคำนวณครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี

ค่าครึ่งชีวิต (t_1/2) หมายถึง เวลาที่นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสี สลายตัวจนเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ค่าครึ่งชีวิตจะคงที่ไม่ว่าธาตุนั้นจะอยู่ในรูปธาตุ หรือ เป็นสารประกอบ

ตัวอย่าง

Na-24 มีครึ่งชีวิต 15 ชั่วโมง ถ้าเริ่มต้นมี Na-24 10 กรัม นานกี่ชั่วโมง จึงเหลือ Na-24 2.5 กรัม

ดังนั้น ต้องใช้เวลานาน 30 ชั่วโมง

อาจใช้สูตร

N subscript t space equals space N subscript 0 over 2 to the power of n space semicolon space 2.5 space equals space fraction numerator 10.0 over denominator 2 to the power of n end fraction

N₀= น้ำหนักเริ่มต้น , N_t= น้ำหนักสุดท้าย , n = จำนวนรอบ

ดังนั้น n = 2 …. แสดงว่าต้องใช้เวลา 2 รอบ (30 ชม.)

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

เป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของธาตุไอโซโทปกัมมันตรังสี มี 2 ประเภท

ปฏิกิริยาฟิชชัน

เป็นปฏิกิริยาการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอมของธาตุหนัก หลังถูกยิงด้วยอนุภาคนิวตรอน ได้เป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า โดยแต่ละครั้งจะคายพลังงานออกมามหาศาล นอกจากนี้ยังได้นิวตรอนเกิดขึ้นด้วย ถ้านิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่ชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ ก็จะเกิดปฏิกิริยาฟิชชันต่อเนื่องไปเป็นลูกโซ่ เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ ดังเช่น

ระเบิดปรมาณู

ปฏิกิริยาฟิวชัน

เป็นปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของอะตอมของธาตุเบาสองชนิดหลอมรวมกัน เกิดเป็นนิวเคลียสใหม่ที่มีมวลสูงกว่าเดิม และให้พลังงานปริมาณมาก เช่น

$H presubscript 1 presuperscript 2 space plus space H presubscript 1 presuperscript 3 space space rightwards arrow space space He presubscript 2 presuperscript 4 space plus space n presubscript 0 presuperscript 1 space plus space พล ั งงาน$

ปฏิกิริยาฟิวชันต้องใช้พลังงานเริ่มต้นสูงมาก เพื่อเอาชนะแรงผลักของนิวเคลียสที่จะเข้ารวมกัน ซึ่งปฏิกิริยาฟิวชันจะให้พลังงานจำนวนมากด้วยเช่นกัน

ประโยชน์ของธาตุกัมมันตรังสี

ด้านธรณีวิทยา

ใช้คาร์บอน-14 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 5,730 ปี ในการคำนวณอายุของวัตถุโบราณที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ โดยวัดอัตราส่วนของคาร์บอน-12 ต่อคาร์บอน-14 และอัตราการสลายของคาร์บอน-14

ด้านการแพทย์

ใช้เพื่อศึกษาความผิดปกติของอวัยวะต่าง ๆ ในร่างกาย โดยให้คนไข้รับประทานอาหาร/ยาที่มีไอโซโทปกัมมันตรังสี แล้วใช้เครื่องตรวจสอบรังสี เพื่อติดตามการทำงานของอวัยะต่าง ๆ เช่น ไอโอดีน-131 ใช้ติดตามดูการทำงานของต่อมไธรอยด์ ไอโอดีน-132 ใช้ติดตามภาพการทำงานของสมอง โซเดียม-24 ใช้ติดตามดูระบบไหลเวียนของเลือด โคบอลต์-60 ใช้ในการรักษาโรคมะเร็ง ที่เรียกว่า รังสีรักษา

ด้านเกษตรกรรม

ใช้รังสีเพื่อปรับปรุงพันธุกรรมของเมล็ดพันธุ์พืชให้เกิดผลผลิตสูง รังสียังใช้ในการศึกษาผลของปุ๋ยต่อต้นพืช เช่น ตรวจวัดปริมาณของฟอสเฟตบนใบพืช หรือศึกษาชนิดยาเพื่อใช้ฆ่าวัชพืช

ด้านอุตสาหกรรม

ใช้รังสีในการหารอยแตก รอยรั่วของชิ้นงาน หรือท่อขนส่งของเหลว ใช้ทำให้อัญมณีเปลี่ยนสี

ด้านการถนอมอาหาร

ใช้โคบอลต์-60 ผ่านไปในอาหาร เพื่อให้เก็บไว้ได้นานขึ้น โดยจะเข้าไปทำลายเชื้อแบคทีเรีย

โทษของธาตุกัมมันตรังสี

ถึงแม้โรงงานไฟฟ้านิวเคลียร์ มีข้อดีกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหิน เนื่องจากไม่เกิดมลพิษทางอากาศใด ๆ และไม่ก่อให้เกิดปัญหาฝนกรด แต่ก็มีข้อเสียอยู่บางประการ เช่น ปัญหาการกำจัดกากกัมมันตรังสี ความร้อนจากเตาปฏิกรณ์ทำให้บรรยากาศบริเวณข้างเคียงร้อนขึ้น และมีรังสีรั่วสู่สิ่งแวดล้อมแม้ว่าจะมีการป้องกันอย่างมาก และมีโอกาสที่จะเกิดอุบัติเหตุซึ่งจะแพร่กระจายรังสีออกสู่สิ่งแวดล้อม โดยจะไปทำการเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด

ค่าครึ่งชีวิต สมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี และผลกระทบธาตุต่อสิ่งแวดล้อม

แบบฝึกหัด

ค่าครึ่งชีวิต สมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี และผลกระทบธาตุต่อสิ่งแวดล้อม

ค่าครึ่งชีวิต สมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี และผลกระทบธาตุต่อสิ่งแวดล้อม

ค่าครึ่งชีวิต สมบัติของไอโซโทปกัมมันตรังสี และผลกระทบธาตุต่อสิ่งแวดล้อม

เนื้อหา

ธาตุกัมมันตรังสี และการนำธาตุไปใช้ประโยชน์ รวมถึงผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต