สารกัมมันตรังสี
รังสีเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่จะนำไปแปรรูปได้ และจะมีอันตรายถ้าไม่ควบคุม ดังนั้นเราจึงควรทำความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติของมัน ถ้าจะพูดรวม ๆ แสงที่เราเห็น คลื่นส่งวิทยุ ตลอดจนรังสีคอสมิค เป็นรังสีทั้งสิ้น แต่เรากำลังมุ่งสนใจสิ่งที่จะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ คือรังสีจากนิวเคลียร์ ตลอดจนรังสีเอกซ์ ตามปกติร่างกายจะได้รับรังสีเหล่านี้อยู่แล้ว จาก isotope ที่มีในธรรมชาติ และจากรังสีคอสมิคที่เข้ามาสู่บรรยากาศของโลก รังสีเหล่านี้มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องมาจากการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ และจากของเสียที่เป็นสารกัมมันตรังสี ทิ้งจากอุตสาหกรรม
จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะบอกว่า อะตอมนั้นเป็นอะตอมของธาตุอะไร ธาตุต่างชนิดกันจะมีสัญลักษณ์ และ atomic number (ซึ่งก็คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส) ต่างกัน แต่ isotope ของธาตุเดียวกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่จำนวนนิวตรอนหรือนํ้าหนักอะตอม (mass) ต่างกัน เช่นธาตุ carbon มี 3 isotope ซึ่งมี mass 12 13 และ 14 เราเขียนเป็นสัญญลักขณ์ว่า 12c 13c 14c isotope เหล่านี้มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน isotope มีทั้งชนิดที่มี กัมมันตรังสีและไม่มี
isotope ที่มีกัมมันตรังสีตามธรรมชาติมี 66 ชนิด นอกจากนั้นได้มาจากวิธีการสังเคราะห์ พวกที่ไม่เสถียรจะค่อย ๆ สลาย ให้กัมมันตรังสีออก (nuclear radiation) ขบวนการสลายเรียกว่า radioactive decay และ isotope พวกนี้คือ radioactive isotope ซึ่งมีขายอยู่ในท้องตลาดประมาณ 100 ชนิด ช่วงระยะเวลาที่ radioactive isotope ใช้ในการสลาย โดยการส่งกัมมันตรังสีออก แล้วเหลือปริมาณอีกครึ่งหนึ่งเรียกว่า half-life หมายความว่า ถ้า isotope ของกำมะกัน 35S จำนวน 100 กรัมตั้งทิ้งไว้ 87.1 วัน จะเหลือกำมะกัน 50 กรัม half-life ของ 35S ก็คือ 87.1 วัน half-life นี้เป็นค่าเฉพาะของแต่ละ isotope อาจจะมีค่าเป็นวินาที่ เช่น 0.0003 วินาที่ของ 216At จนถึง 7.3 X 108 ปีของ 235U
หน่วยวัดของกัมมันตรังสีที่เก่าที่สดคือ roentgen ใช้สำหรับรังสี gamma และรังสี -X และมีค่าเท่ากับพลังงาน 87 ergs ต่อกรัมของอากาศ หน่วยที่ใช้กับทาฬวภาพมักจะเป็น rad ซึ่งเท่ากับการดูดซึมพลังงาน 100 ergs โดยสสาร 1 กรัม
สารกัมมันตรังสีมีที่ใช้ในวงจำกัด ส่วนมากใช้กันตามห้องทดลอง ซึ่งผู้ใชัดวรจะเป็นผู้เชี่ยวชาญ รู้เรื่องและเข้าใจถึงวิธีการใช้สารประเภทนี้ดี อันตรายของสารพวกนอยู่ที่กัมมันตรังสีที่มันส่งออกมา และมองไม่เห็น สามารถทำ ปฏิกิริยากับสิ่งที่มันตกกระทบ ทำให้ปล่อยอิเล็กตรอนออกมาได้ จึงเรียกว่า ionizing radiation นอกจากนั้นก็มีใช้ในทางการแพทย์ เช่น X-ray และอุตสาหกรรม เช่นในการตรวจสอบคุณภาพของแผ่นโลหะ กัมมันตรังสีมีหลายชนิด คือ
รังสี alpha ( α -ray) มีอำนาจการทะลุทะลวงน้อย กระดาษก็สามารถกั้นรังสี alpha ไว้ได้ รังสีนี้ส่งไปได้ ในอากาศเป็นระยะทางเพียง 8 ซม.เท่านั้น อย่างไรก็ดี อันตรายจะมีได้ถ้าสารกัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกาย ด้วยการสูดเข้าไป กลืนกิน หรือเข้าทางแผล มิใช่แต่เพียงสารไปตกค้างอยู่ในร่างกายเท่านั้น รังสีที่มันแผ่ออกมาจะทำลายเนื้อเยื่อภายในด้วย นิวคลายด์ที่ให้รังสี alpha คือ radium, plutonium, thorium, uranium ฯลฯ
รังสี beta (β-ray) มีกำลังแรงกว่ารังสี alpha สามารถไชเข้าไปในผิวหนังได้ลึกถึง 2 ซม. เป็นอันตรายเมื่อฝัง อยู่ ณ ที่ใด ก็จะทำลายเนื้อเยื่อบริเวณนั้น เช่น 131I อาจสะสมที่ต่อมไทรอยด์ได้เช่นเดียวกับ iodine ที่ไม่เป็น กัมมันตรังสี สามารถชักนำให้เกิดมะเร็งได้ สิ่งที่จะกั้นรังสี beta ได้คือ แผ่นพลาสติก กระจก อะลูมิเนียม แต่พลาสติก และกระจกจะค่อย ๆ เปราะ เมื่อถูกรังสีที่เข้มข้นมาก
รังสี gamma มิอำนาจการทะลุทะลวงสูง ส่งผ่านไปได้ในอากาศเป็นระยะทางไกล ไชทะลุของบางอย่างได้ เช่น กระดาษ แผ่นพลาสติก แผ่นโลหะบาง ๆ ต้องใช้กำแพงคอนกรีตจึงจะกั้นไว้ได้ เช่น 60Co รังสี gamma เป็นอันตรายต่อร่างกายมาก เพราะไชผ่านเข้าไปได้ลึก และทำให้โมเลกุลที่มันตกกระทบกลายเป็น ion เป็นเหตุให้เคมีของโมเลกุลเปลี่ยนไป หรือเซลล์ตาย และยังผลกระทบต่อไปจนกระทั่งอวัยวะถูกทำลาย
รังสี-X (X-ray) หรือ Roentgen ray ตามชื่อของผู้ค้นพบ ทั้งรังสี -X และรังสี gamma เป็น electromagnetic wave
ตารางพลงงานของรังสี
|
รังสี |
พลังงาน meV |
|
รังสี alpha |
4 – 8 |
|
รังสี beta |
0 – 35 |
|
รังสี gamma |
0 – 3 |
ผลที่รังสีเหล่านี้มิต่อระบบชีวภาพ ขึ้นอยู่กับชนิดของรังสีและปริมาณที่ได้รับ ถ้าได้รับน้อย ร่างกายอาจสร้างเซลส์ใหม่ขึ้นมาทดแทนเซลล์ที่ถูกทำลายได้ แต่ถ้ามากก็เป็นอันตราย อนึ่ง ionization ของรังสีนั้นมีผลทั้งทางตรง และทางอ้อมทันทีหรือทิ้งช่วง เช่น radium อาจแสดงผลอีก 35 ปีต่อมา เซลส์ที่ได้รับรังสี จะมีเคมีของเซลล์เปลี่ยนไป หรือถูกทำลาย เซลส์ดีอาจกลายเป็นเซลล์มะเร็งได้ เช่นที่ปรากฎพบมะเร็งในเม็ดเลือด ในกลุ่มคนที่ทำงานกับสารกัมมันตรังสีบ่อย ๆ มะเร็งในกระดูกของคนทำนาฬิกา ที่มีหน้าที่เขียนหน้าปัทม์ด้วยสีที่มี radium หรือมะเร็งในปอดของคนงานเหมือง uranium ที่ประเทศเชคโกสโลวาเกียและเยอรมันนี