ผลต่างระหว่างรุ่นของ "การสลายตัวกัมมันตรังสี"
เนื้อหาที่ลบ เนื้อหาที่เพิ่ม
ไม่มีความย่อการแก้ไข |
ไม่มีความย่อการแก้ไข |
||
บรรทัด 2:
{{ลิงก์ไปภาษาอื่น}}
{{ฟิสิกส์นิวเคลียร์}}
'''การสลายกัมมันตรังสี''' ({{lang-en|radioactive decay}}) หรือ '''การสลายนิวเคลียส''' ({{lang-en|nuclear decay}}) หรือ '''กัมมันตภาพรังสี''' ({{lang-en|radioactivity}}) เป็นกระบวนการที่ [[นิวเคลียสของอะตอม|นิวเคลียส]]ของอะตอมที่ไม่เสถียรสูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยรังสี วัตถุที่ปล่อยรังสีด้วยตัวเองเช่น[[อนุภาคแอลฟา]], [[อนุภาคบีตา]], [[รังสีแกมมา]] และ อิเล็กตรอนจากกระบวนการ Internal conversion (เป็นกระบวนการที่นิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นทำการปฏิสัมพันธ์แบบแม่เหล็กไฟฟ้ากับอิเล็กตรอนตัวหนึ่งในวงโคจรอิเล็กตรอนของอะตอม ทำให้อิเล็กตรอนหลุด(ปลดปล่อย)ออกมาจากอะตอม<ref>Loveland, Walter D. (2005). Modern Nuclear Chemistry. Wiley. p. 232. ISBN 0471115320.</ref><ref>M.E. Rose: "Theory of Internal Conversion", in: Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy, ed. by Kai Siegbahn, North-Holland Publishing, Amsterdam (1966), Vol. 2</ref> ดังนั้น กระบวนการนี้ อิเล็กตรอนพลังงานสูงตัวหนึ่งได้ถูกปลดปล่อยออกมาจากอะตอมที่มีกัมมันตภาพรังสี แต่ไม่ได้ออกจากนิวเคลียส ด้วยเหตุผลนี้ อิเล็กตรอนความเร็วสูงที่เป็นผลมาจากกระบวนการ internal conversion จึงไม่ใช่[[อนุภาคบีตา]] เนื่องจากอนุภาคบีตาเกิดจาก[[การสลายให้อนุภาคบีตา]] และถูกสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการสลายนิวเคลียส) จะถูกเรียกว่าวัตถุ"กัมมันตรังสี"
'''การสลายกัมมันตรังสี''' ({{lang-en|radioactive decay}}) เป็นกระบวนการที่ [[นิวเคลียสอะตอม|นิวเคลียส]]ของ[[อะตอม]]สูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยอนุภาคที่มีประจุ และแผ่รังสีออกมา การสลายตัวหรือการสูญเสียพลังงานนี้ส่งผลให้อะตอมที่เป็น parent [[:en:nuclide|nuclide]] เปลี่ยนรูปไป กลายเป็นอะตอมอีกชนิดหนึ่งที่ต่างออกไป(ที่เรียกว่า daughter nuclide) ตัวอย่างเช่น อะตอมของ คาร์บอน-14 (C-14) (parent ''คาดว่า "ตัวตั้งต้น"'') แผ่รังสี และเปลี่ยนรูปกลายเป็น อะตอมของ ไนโตรเจน-14 (N-14) (daughter ''คาดว่า "ผลลัพธ์"'')<ref name="๕๐ ปีของเทคโนโลยีคาร์บอน-๑๔ ไขปรัศนีอายุ">{{cite web |last=ยกส้าน|first=ศ. ดร.สุทัศน์|title=๕๐ ปีของเทคโนโลยีคาร์บอน-๑๔ ไขปรัศนีอายุ|publisher =[[ราชบัณฑิตยสถาน]]|url=http://www.royin.go.th/th/knowledge/detail.php?ID=884|accessdate=2552-06-09}}</ref> กระบวนการนี้เกิดขึ้นแบบสุ่มในระดับของอะตอม จึงทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่า อะตอมที่สังเกตจะสลายตัวเมื่อใด แต่ถ้าเป็นการสังเกตการณ์อะตอมในปริมาณมากแล้ว เราสามารถคาดการณ์อัตราการสลายตัวโดยเฉลี่ยได้▼
การสลายกัมมันตรังสีเป็นกระบวนการแบบ stochastic (เช่นแบบสุ่ม) ที่ระดับอะตอมเดียว ในกระบวนการนั้น ตาม"ทฤษฎีควอนตัม" มันไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่าเมื่อไรที่อะตอมหนึ่ง ๆ จะสลายตัว<ref name="not-predict">{{cite web|url=http://www.iem-inc.com/prhlfr.html|title=Decay and Half Life|accessdate= 2009-12-14}}</ref><ref name="IntroductionToHealthPhysics">{{cite book |title=Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics |last1=Stabin |first1=Michael G. |isbn=978-0387499826 |year=2007 |publisher=[[Springer Publishing|Springer]] |chapter=3 |doi=10.1007/978-0-387-49983-3}}</ref><ref name="RadiationOncologyPrimer">{{cite book |title=Radiation Oncology Primer and Review |isbn=978-1620700044 |last1=Best |first1=Lara |last2=Rodrigues |first2=George |last3=Velker |first3=Vikram |publisher=[[Demos Medical Publishing]] |year=2013 |chapter=1.3}}</ref><ref>{{cite book |title=Modern Nuclear Chemistry |isbn=0-471-11532-0 |last1=Loveland |first1=W. |last2=Morrissey |first2=D. |last3=[[Glenn T. Seaborg|Seaborg]] |first3=G.T. |publisher=Wiley-Interscience |year=2006 |page=57}}</ref> โอกาสที่อะตอมใดอะตอมหนึ่งจะสลายตัวไม่เคยเปลี่ยนแปลง คือว่า มันไม่สำคัญว่าอะตอมได้มีอยู่นานมาแล้วแค่ไหน อย่างไรก็ตาม สำหรับแหล่งสะสมขนาดใหญ่ของอะตอม อัตราการสลายตัวสำหรับแหล่งสะสมนั้นสามารถคำนวณได้จาก"ค่าคงที่การสลายตัว"ของมันที่ถูกวัดได้หรือครึ่งชีวิตของมัน นี่คือพื้นฐานของเทคนิคการระบุวันที่ที่เรียกว่า radiometric dating หรือ radioactive dating. ครึ่งชีวิตของอะตอมกัมมันตรังสีไม่มีข้อจำกัดสำหรับความสั้นหรือความยาวของระยะเวลา และช่วงตลอด 55 หน่วยแมกนิจูดของเวลา
การสลายกัมมันตรังสีมีหลายประเภท (ดูตารางด้านล่าง) การสลายหรือการสูญเสียพลังงานจากนิวเคลียส เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่มีนิวเคลียสประเภทหนึ่งที่เรียกว่า ''นิวไคลด์รังสีพ่อแม่'' ({{lang-en|parent nuclide}}) (หรือไอโซโทปรังสีพ่อแม่<ref group=note>นิวไคลด์รังสีเป็นชื่อที่ถูกต้องกว่า แต่ไอโซโทปรังสีก็สามารถใช้ได้ ความแตกต่างระหว่างไอโซโทปและนิวไคลด์ได้รับการอธิบายที่ [[Isotope#Isotope vs. nuclide]]</ref>)) แปลงเป็นอะตอมตัวหนึ่งที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่อยู่ในสถานะที่แตกต่างกัน หรือที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์นี้เรียกว่า"นิวไคลด์ลูก" ({{lang-en|daugter nuclide}}) ในการสูญสลายบางครั้ง นิวไคลด์ของพ่อแม่และของลูกมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน จึงเป็นผลให้กระบวนการสลายตัวทำการผลิตอะตอมของธาตุที่แตกต่างกัน กระบวนการนี้เรียกว่า [[การกลายพันธ์นิวเคลียส]] ({{lang-en|nuclear transmutation}})
กระบวนการสลายตัวครั้งแรกที่ถูกค้นพบเป็น[[การสลายให้อนุภาคแอลฟา]], [[การสลายให้อนุภาคบีตา]]และการสลายตัวให้รังสีแกมมา
* การสลายให้อนุภาคแอลฟาจะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปลดปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา (นิวเคลียสของฮีเลียม) นี้เป็นกระบวนการที่พบมากที่สุดของการปลดปล่อยนิวคลีออน แต่ในรูปแบบที่หายากของการสลายตัวเช่นนิวเคลียสสามารถปลดปล่อยโปรตอน หรือในกรณีของการสลายตัวแบบของกลุ่มเช่นนิวเคลียสที่เฉพาะเจาะจงขององค์ประกอบอื่น ๆ
* การสลายให้อนุภาคบีตาเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสปล่อยอิเล็กตรอนหรือโพสิตรอนและนิวตริโน ในกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงโปรตอนให้เป็นนิวตรอนหรือในทางตรงกันข้าม นิวเคลียสอาจดักจับอิเล็กตรอนที่กำลังโคจรในวงรอบ ทำให้โปรตอนแปลงเป็นนิวตรอนในกระบวนการที่เรียกว่าการจับอิเล็กตรอน ทั้งหมดของกระบวนการเหล่านี้ส่งผลในสิ่งที่รู้กันดีว่าเป็นการแปลงพันธ์นิวเคลียส
* การสลายให้รังสีแกมมาเป็นการสลายของนิวเคลียสของอะตอมในขณะที่มีการเปลี่ยนสถานะจากสถานะพลังงานสูงไปเป็นสถานะที่ต่ำกว่า แต่ก็อาจเกิดจากกระบวนการอื่น รังสีแกมมาเป็นการแผ่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงมาก ดังนั้นมันจึงประกอบด้วยโปรตอนพลังงานสูงหลายตัว รังสีแกมมาเป็นการแผ่รังสีแบบ ionization มันจึงมีอันตรายต่อชีวภาพ
ในทางตรงกันข้าม มีกระบวนการการสลายกัมมันตรังสีที่ไม่ส่งผลในการแปลงพันธ์นิวเคลียส พลังงานของนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นอาจถูกนำมาใช้เพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนในวงโคจรในกระบวนการที่เรียกว่าการแปลงภายใน ({{lang-en|internal conversion}}) นิวเคลียสที่อุดมไปด้วยนิวตรอนและถูกกระตุ้นอย่างสูงจะรวมตัวกันเป็นผลผลิตจากการสลายตัวแบบอื่น ๆ บางครั้งนิวเคลียสดังกล่าวมีการสูญเสียพลังงานโดยการปลดปล่อยนิวตรอน มีผลในการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบจากไอโซโทปหนึ่งไปยังอีกไอโซโทปหนึ่ง
อีกประเภทหนึ่งของการสลายกัมมันตรังสีส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้กำหนดไว้ แต่ปรากฏในช่วงของ "ชิ้น" ของนิวเคลียสเดิม การสลายแบบนี้เรียกว่า[[ฟิชชันเกิดเอง]] มันเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสขนาดใหญ่ที่ไม่เสถียรแบ่งตัวมันเองออกเป็นสอง (และบางครั้งสาม) นิวเคลียสลูกสาวที่มีขนาดเล็กกว่า และโดยทั่วไปจะนำไปสู่การปล่อยรังสีแกมมา หรือนิวตรอนหรืออนุภาคอื่น ๆ จากผลิตภัณฑ์เหล่านั้น
สำหรับตารางสรุปที่แสดงจำนวนของนิวคลีไอด์ที่มีกัมมันตรังสีและที่เสถียรในแต่ละหมวดหมู่ให้ดู radionuclide มียี่สิบเก้าองค์ประกอบทางเคมีบนโลกที่มีสารกัมมันตรังสี พวกมันเป็นพวกที่มีสามสิบสี่นิวไคลด์รังสีที่ย้อนเวลากลับไปในช่วงก่อนการก่อตัวของระบบสุริยะ และรู้จักกันว่าเป็นนิวไคลด์ดั้งเดิม ({{lang-en|primordial nuclide}}) ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือยูเรเนียมและทอเรียม และยังรวมถึงไอโซโทปรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมานานแล้วเช่นโพแทสเซียม-40 อีกห้าสิบหรือมากกว่าสำหรับนิวไคลด์รังสีอายุสั้นกว่า เช่นเรเดียมและเรดอน ถูกพบบนโลก เป็นผลิตภัณฑ์ของเครือข่ายการสลายที่เริ่มต้นด้วยนิวไคลด์ดั้งเดิม และกระบวนการรังสีคอสมิกที่เกิดอย่างต่อเนื่องเช่นการผลิตคาร์บอน-14 จากไนโตรเจน-14 โดยรังสีคอสมิก นิวไคลด์รังสีอาจจะถูกผลิตโดยการสงเคราะห์เทียมในเครื่องเร่งอนุภาคหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ทำให้เกิด 650 ตัวของนิวไคลด์รังสีเหล่านี้ที่มีครึ่งชีวิตมากกว่าหนึ่งชั่วโมงและอีกหลายพันตัวมากขึ้นที่มีครึ่งชีวิตสั้นลงด้วยซ้ำ โปรดดูรายการของนิวไคลด์นี้ รายชื่อเหล่านี้เรียงตามครึ่งชีวิต
▲
มาตรฐานในระบบ[[หน่วยเอสไอ]]ในการวัดการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีนั้น มีหน่วยเป็น [[เบ็กเกอเรล]] [[:en:Becquerel|(becquerel, Bq)]] หนึ่งหน่วยเบ็กเกอเรลมีนิยามคือ การเปลี่ยนแปลง (หรือการสลายตัว) ต่อวินาที เนื่องจากปริมาณตัวอย่างที่พอเหมาะของสารกัมมันตรังสี มีอะตอมจำนวนมาก ดังนั้นเบ็กเกอเรลจึงเป็นหน่วยวัดที่เล็กในการวัด โดยทั่วไปมักใช้หน่วยวัดนี้ในระดับของ เทอราเบ็กเกอเรล (terabecquerel,TBq) หรือ จิกะเบ็กเกอเรล (gigabecquere,GBq)) อีกหน่วยที่ใช้วัดค่ารังสีคือ [[กูรี]] [[:en:Curie|(curie, Ci)]] ซึ่งเดิมนั้นนิยามจากการเกิดปฏิกิริยาของ[[เรเดียม]]บริสุทธิ์ หนึ่งกรัม ([[ไอโซโทป]] Ra-226) ซึ่งโดยนิยามนั้น 1 กูรีเทียบเท่ากับปฏิกิริยาการสลายตัวของ นิวเคลียสของเรเดียมที่อัตรา 3.7x10<sup>10</sup> Bq ปัจจุบันทาง SI ไม่แนะนำให้ใช้หน่วยวัด Ci อีกต่อไป
| |||