กัมมันตภาพรังสี (Radioactivity) เป็นคุณสมบัติของธาตุและไอโซโทปบางส่วน ที่สามารถเปลี่ยนแปลงตัวเองเป็นธาตุหรือไอโซโทปอื่น สารที่มีสมบัติเช่นนี้เรียกว่า Radioactive materials หรือสารกัมมันตรังสี ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้จะมีการปลดปล่อยหรือส่งรังสีออกมาด้วย ปรากฏการณ์นี้ได้พบครั้งแรกโดย เบคเคอเรล เมื่อปี พ.ศ. 2439 ต่อมาได้มีการพิสูจน์ทราบว่า รังสีที่แผ่ออกมาในขบวนการสลายตัวของธาตุหรือไอโซโทปนั้นประกอบด้วย รังสีแอลฟา, รังสีเบต้า และรังสีแกมมา
รังสีแอลฟา alpha particle
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amu มีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษหรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของคนเราเท่านั้น
รังสีเบต้า beta particle
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน รังสีนี้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา สามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้วหรือประมาณความหนาของผิวเนื้อที่ฝ่ามือได้ รังสีเบต้าจะถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียมชนิดบาง
รังสีแกมมา gamma ray or particle
รังสีที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ที่สามารถทะลุผ่านร่างกายได้ การกำบังรังสีแกมมาต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น
การใช้ประโยชน์จากรังสี
ปัจจุบันได้มีการนำรังสีและสารกัมมันตรังสีมาใช้งานต่างๆ กันเช่น ในทางการแพทย์มีการใช้ในการตรวจวินิจฉัย และบำบัดอาการโรคของผู้เจ็บป่วยจากโรคร้ายต่างๆ เช่น การฉายรังสีเอกซ์ การตรวจสมอง การตรวจกระดูก และการบำบัดโรคมะเร็ง เป็นต้น นอกจากนี้ก็มีการใช้งานทางรังสีในกิจการอุตสาหกรรม การเกษตร และการศึกษาวิจัยทางวิทยาศาสตร์ อาทิเช่น การใช้รังสีตรวจสอบรอยเชื่อม รอยร้าวในชิ้นส่วนโลหะต่างๆ การใช้ป้ายเรืองแสงในที่มืด การตรวจอายุวัตถุโบราณ การถนอมอาหารด้วยรังสี และการฆ่าเชื้อโรคในเครื่องมือแพทย์
อันตรายจากรังสี
แม้รังสีจะมีอยู่ล้อมรอบตัวเรา และมนุษย์ทุกคนก็สามารถใช้ประโยชน์จากรังสีได้ แต่รังสีก็นับได้ว่ามีความเป็นพิษภัยในตัวเองเช่นกัน รังสีมีความสามารถก่อให้เกิดความเสียหายของเซลล์สิ่งมีชีวิต และถ้าได้รับรังสีสูงมากอาจทำให้มีอาการป่วยทางรังสีได้ ดังนั้นผู้ที่ปฏิบัติงานเกี่ยวข้องกับรังสีจะต้องกระทำด้วยความรอบคอบ เพื่อป้องกันตัวเองและสาธารณชนไม่ให้ได้รับอันตรายจากรังสีเลย
ผลของรังสีต่อสิ่งมีชีวิต
รังสีที่แผ่ออกจากธาตุกัมมันตรังสีเมื่อผ่านเข้าไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมตามแนวทางที่รังสีผ่านไป ทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต 2 แบบ คือ
- ผลของรังสีที่มีต่อร่างกาย คือ เกิดเป็นผื่นแดงขึ้นตามผิวหนัง ผมร่วง เซลล์ตาย เป็นแผลเปื่อย เกิดเนื้อเส้นใยจำนวนมากที่ปอด (fibrosis of the lung) เกิดโรคเม็ดโลหิตขาวมาก (leukemia) เกิดต้อกระจก (cataracts) ขึ้นในนัยน์ตา เป็นต้น ซึ่งร่างกายจะเป็นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณของรังสีที่ได้รับส่วนของร่างกายที่ได้ และอายุของผู้ได้รับรังสี ดังนั้นผู้ได้รับรังสีมีอายุน้อยแล้วอันตรายเนื่องจากรังสีจะมีมากกว่าผู้ที่มีอายุมาก ในทารกแรกเกิดแล้วอาจได้รับอันตรายถึงพิการหรือเสียชีวิตได้
- ผลของรังสีที่เกี่ยวกับการสืบพันธุ์ คือ ทำให้โครโมโซม (chromosome) เกิดการเปลี่ยนแปลง มีผลทำให้ลูกหลานเกิดเปลี่ยนลักษณะได้
การป้องกันรังสี
รังสีทุกชนิดมีอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งนั้น จึงต้องทำการป้องกันไม่ให้ร่างกายได้รับรังสี หรือได้รับแต่เพียงปริมาณน้อยที่สุด ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากต้องทำงานเกี่ยวข้องกับรังสีแล้ว ควรมีหลักยึดถือเพื่อปฏิบัติดังนี้
- ระยะเวลาของการสัมผัส (time of exposure) โดยใช้เวลาในการทำงานในบริเวณที่มีรังสีให้สั้นที่สุด เพราะปริมาณกำหนดของรังสีจะแปรตรงกับเวลาของการเผย
- ระยะทาง (distance) การทำงานเกี่ยวกับรังสีควรอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดรังสีมาก ๆ ทั้งนี้เพราะความเข้มของรังสีจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง คือ เมื่อ d คือระยะทาง
- เครื่องกำบัง (shielding) เครื่องกำบังที่วางกั้นระหว่างคนกับแหล่งกำเนิดรังสีจะดูดกลืนบางส่วนของรังสีหรืออาจจะทั้งหมดเลยก็ได้ ดังนั้นในกรณีที่ต้องทำงานใกล้กับสารกัมมันตรังสีและต้องใช้เวลานานในการปฏิบัติงาน เราจำเป็นต้องใช้เครื่องกำบังช่วยเครื่องกำบังที่ดีควรเป็นพวกโลหะหนัก เพราะว่าโลหะ หนักจะมีอิเล็กตรอนอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้รังสีเมื่อวิ่งมาชนกับอิเล็กตรอนแล้วจะสูญเสียพลังงานไปหมด ตัวอย่างของเครื่องกำบังเช่น แผ่นตะกั่ว แผ่นเหล็ก แผ่นคอนกรีต ใช้เป็นเครื่องกำบังพวกรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา แผ่นลูไซท์ควอทซ์ ใช้เป็นเครื่องกำบังรังสีเบตาได้ อากาศและแผ่นกระดาษ อาจใช้เป็นเครื่องกำบังอนุภาคอัลฟา ส่วนน้ำและพาราฟินใช้เป็นเครื่องกำบังอนุภาคนิวตรอนได้
รังสีแอลฟา alpha particle
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคแอลฟาซึ่งเป็นอนุภาคที่มีมวล 4 amu มีประจุ +2 อนุภาคชนิดนี้จะถูกกั้นไว้ด้วยแผ่นกระดาษหรือเพียงแค่ผิวหนังชั้นนอกของคนเราเท่านั้น
รังสีเบต้า beta particle
รังสีที่ประกอบด้วยอนุภาคอิเลคตรอนหรือโพสิตรอน รังสีนี้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงตัวกลางได้ดีกว่ารังสีแอลฟา สามารถทะลุผ่านน้ำที่ลึกประมาณ 1 นิ้วหรือประมาณความหนาของผิวเนื้อที่ฝ่ามือได้ รังสีเบต้าจะถูกกั้นได้โดยใช้แผ่นอะลูมิเนียมชนิดบาง
รังสีแกมมา gamma ray or particle
รังสีที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง มีคุณสมบัติเช่นเดียวกันกับรังสีเอกซ์ที่สามารถทะลุผ่านร่างกายได้ การกำบังรังสีแกมมาต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงเช่น ตะกั่วหรือยูเรเนียม เป็นต้น
การใช้ประโยชน์จากรังสี
ปัจจุบันได้มีการนำรังสีและสารกัมมันตรังสีมาใช้งานต่างๆ กันเช่น ในทางการแพทย์มีการใช้ในการตรวจวินิจฉัย และบำบัดอาการโรคของผู้เจ็บป่วยจากโรคร้ายต่างๆ เช่น การฉายรังสีเอกซ์ การตรวจสมอง การตรวจกระดูก และการบำบัดโรคมะเร็ง เป็นต้น นอกจากนี้ก็มีการใช้งานทางรังสีในกิจการอุตสาหกรรม การเกษตร และการศึกษาวิจัยทางวิทยาศาสตร์ อาทิเช่น การใช้รังสีตรวจสอบรอยเชื่อม รอยร้าวในชิ้นส่วนโลหะต่างๆ การใช้ป้ายเรืองแสงในที่มืด การตรวจอายุวัตถุโบราณ การถนอมอาหารด้วยรังสี และการฆ่าเชื้อโรคในเครื่องมือแพทย์
อันตรายจากรังสี
แม้รังสีจะมีอยู่ล้อมรอบตัวเรา และมนุษย์ทุกคนก็สามารถใช้ประโยชน์จากรังสีได้ แต่รังสีก็นับได้ว่ามีความเป็นพิษภัยในตัวเองเช่นกัน รังสีมีความสามารถก่อให้เกิดความเสียหายของเซลล์สิ่งมีชีวิต และถ้าได้รับรังสีสูงมากอาจทำให้มีอาการป่วยทางรังสีได้ ดังนั้นผู้ที่ปฏิบัติงานเกี่ยวข้องกับรังสีจะต้องกระทำด้วยความรอบคอบ เพื่อป้องกันตัวเองและสาธารณชนไม่ให้ได้รับอันตรายจากรังสีเลย
ผลของรังสีต่อสิ่งมีชีวิต
รังสีที่แผ่ออกจากธาตุกัมมันตรังสีเมื่อผ่านเข้าไปในสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมตามแนวทางที่รังสีผ่านไป ทำให้เกิดผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต 2 แบบ คือ
- ผลของรังสีที่มีต่อร่างกาย คือ เกิดเป็นผื่นแดงขึ้นตามผิวหนัง ผมร่วง เซลล์ตาย เป็นแผลเปื่อย เกิดเนื้อเส้นใยจำนวนมากที่ปอด (fibrosis of the lung) เกิดโรคเม็ดโลหิตขาวมาก (leukemia) เกิดต้อกระจก (cataracts) ขึ้นในนัยน์ตา เป็นต้น ซึ่งร่างกายจะเป็นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณของรังสีที่ได้รับส่วนของร่างกายที่ได้ และอายุของผู้ได้รับรังสี ดังนั้นผู้ได้รับรังสีมีอายุน้อยแล้วอันตรายเนื่องจากรังสีจะมีมากกว่าผู้ที่มีอายุมาก ในทารกแรกเกิดแล้วอาจได้รับอันตรายถึงพิการหรือเสียชีวิตได้
- ผลของรังสีที่เกี่ยวกับการสืบพันธุ์ คือ ทำให้โครโมโซม (chromosome) เกิดการเปลี่ยนแปลง มีผลทำให้ลูกหลานเกิดเปลี่ยนลักษณะได้
การป้องกันรังสี
รังสีทุกชนิดมีอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทั้งนั้น จึงต้องทำการป้องกันไม่ให้ร่างกายได้รับรังสี หรือได้รับแต่เพียงปริมาณน้อยที่สุด ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากต้องทำงานเกี่ยวข้องกับรังสีแล้ว ควรมีหลักยึดถือเพื่อปฏิบัติดังนี้
- ระยะเวลาของการสัมผัส (time of exposure) โดยใช้เวลาในการทำงานในบริเวณที่มีรังสีให้สั้นที่สุด เพราะปริมาณกำหนดของรังสีจะแปรตรงกับเวลาของการเผย
- ระยะทาง (distance) การทำงานเกี่ยวกับรังสีควรอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดรังสีมาก ๆ ทั้งนี้เพราะความเข้มของรังสีจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง คือ เมื่อ d คือระยะทาง
- เครื่องกำบัง (shielding) เครื่องกำบังที่วางกั้นระหว่างคนกับแหล่งกำเนิดรังสีจะดูดกลืนบางส่วนของรังสีหรืออาจจะทั้งหมดเลยก็ได้ ดังนั้นในกรณีที่ต้องทำงานใกล้กับสารกัมมันตรังสีและต้องใช้เวลานานในการปฏิบัติงาน เราจำเป็นต้องใช้เครื่องกำบังช่วยเครื่องกำบังที่ดีควรเป็นพวกโลหะหนัก เพราะว่าโลหะ หนักจะมีอิเล็กตรอนอยู่เป็นจำนวนมาก ทำให้รังสีเมื่อวิ่งมาชนกับอิเล็กตรอนแล้วจะสูญเสียพลังงานไปหมด ตัวอย่างของเครื่องกำบังเช่น แผ่นตะกั่ว แผ่นเหล็ก แผ่นคอนกรีต ใช้เป็นเครื่องกำบังพวกรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา แผ่นลูไซท์ควอทซ์ ใช้เป็นเครื่องกำบังรังสีเบตาได้ อากาศและแผ่นกระดาษ อาจใช้เป็นเครื่องกำบังอนุภาคอัลฟา ส่วนน้ำและพาราฟินใช้เป็นเครื่องกำบังอนุภาคนิวตรอนได้
หน่วยวัดรังสีที่มีอันตรายต่อมนุษย์
หน่วยสำหรับวัดอัตราการเสี่ยงภัยจากสารกัมมันตภาพรังสีที่นานาชาติใช้กันนั้นมีหน่วยเป็น "มิลลิซีเวิร์ตส์" หรือ "เอ็มเอสวี" ซึ่งเป็นชื่อที่ตั้งตามนามสกุลของศาสตราจารย์โรล์ฟ มักซิมิเลียน ซีเวิร์ต ชาวสวีดิช ผู้บุกเบิกการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับอันตรายจากสารกัมมันตภาพรังสีต่อสิ่งมีชีวิต
ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ระบุว่า โดยปกติแล้ว มนุษย์มีโอกาสได้รับรังสีชนิดต่างๆในชีวิตประจำวันอยู่แล้ว มากบ้างน้อยบ้างแตกต่างกันออกไป เช่น การไปรับการฉายแสงหรือ "เอ็กซ์เรย์" ทางการแพทย์ทั่วๆไปที่จะมีปริมาณรังสีเข้าสู่ร่างกายของเราราว 0.3 - 0.6 เอ็มเอสวี ซึ่งไม่เป็นอันตรายร้ายแรงต่อร่างกาย แต่การได้รับรังสีด้วยวิธีนี้อาจก่อให้เกิดอันตรายได้เช่นกันหากมีการได้รับในปริมาณที่มากเกินกว่า 2 เอ็มเอสวีใน 1 ปี ขณะที่การทำ "บอดี้สแกน" ทางการแพทย์นั้น คาดว่าจะมีรังสีสูงถึงระดับ 150 เอ็มเอสวี
ระดับรังสีที่จะเริ่มส่งผลกระทบต่อร่างกายของมนุษย์อย่างจริงจัง คือ ที่ระดับ 25 เอ็มเอสวี ส่วนในระดับ 50 เอ็มเอสวีนั้น ถือเป็นระดับรังสีสูงสุดที่ร่างกายของบรรดาคนงานที่ปฏิบัติหน้าที่ในโรงงานนิวเคลียร์จะพึงรับได้ แต่หากผู้ใดได้รับสารกัมมันตภาพรังสีในระดับ 100 เอ็มเอสวีแล้ว บุคคลผู้นั้นก็จะมีความเสี่ยงที่จะป่วยด้วยโรคมะเร็งมากถึง 6 ชนิด ไม่ว่าจะเป็นมะเร็งที่ต่อมไธรอยด์ มะเร็งปอด มะเร็งตับ มะเร็งลำไส้ มะเร็งไต และมะเร็งที่ไขกระดูก ข้อมูลยังระบุว่า ผู้ที่ได้รับสารกัมมันตภาพรังสีในระดับ 1,000 เอ็มเอสวีจะถือเป็นผู้ป่วยจากรังสีที่จำเป็นต้องได้รับการดูแลโดยแพทย์ในโรงพยาบาลอย่างใกล้ชิด และหากได้รับรังสีในระดับ 5,000 เอ็มเอสวีแล้ว มีข้อมูลว่า ราว 50 เปอร์เซ็นต์ของผู้ที่ได้รับรังสีในระดับนี้จะเสียชีวิตภายใน 30 วัน ส่วนผู้ที่ได้รับสารกัมมันตภาพรังสีในระดับ 10,000 -20,000 เอ็มเอสวีจะเสียชีวิตภายใน 1-2 สัปดาห์ และผู้ที่ได้รับรังสีในระดับตั้งแต่ 50,000 เอ็มเอสวีขึ้นไป จะเสียชีวิตอย่างทรมานภายในระยะเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงเท่านั้น.
