ผลต่างระหว่างรุ่นของ "การสลายตัวกัมมันตรังสี"

'''การสลายให้กัมมันตรังสี''' ({{lang-en|radioactive decay}}) หรือ '''การสลายของนิวเคลียส''' ({{lang-en|nuclear decay}}) หรือ '''กัมมันตภาพรังสี''' ({{lang-en|nuclear decay หรือ radioactivity}}) เป็นกระบวนการที่ [[นิวเคลียสของอะตอม|นิวเคลียส]]ของอะตอมที่ไม่เสถียรสูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยรังสี. วัตถุใดที่ปล่อยปลดปล่อยรังสีด้วยตัวเอง-เช่น[[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]] และถูกสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการสลายของนิวเคลียส) วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่าวัตถุ "กัมมันตรังสี"

การสลายให้กัมมันตรังสีเป็นกระบวนการแบบ 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

การสลายให้กัมมันตรังสีมีหลายประเภท (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}})

ในทางตรงกันข้าม มีกระบวนการการสลายให้กัมมันตรังสีที่ไม่ส่งผลในการแปลงพันธ์นิวเคลียส พลังงานของนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นอาจถูกนำมาใช้เพื่อปลดปล่อยอิเล็กตรอนในวงโคจรในกระบวนการที่เรียกว่าการแปลงภายใน ({{lang-en|internal conversion}}) นิวเคลียสที่อุดมไปด้วยนิวตรอนและถูกกระตุ้นอย่างสูงจะรวมตัวกันเป็นผลผลิตจากการสลายตัวแบบอื่น ๆ บางครั้งนิวเคลียสดังกล่าวมีการสูญเสียพลังงานโดยการปลดปล่อยนิวตรอน มีผลในการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบจากไอโซโทปหนึ่งไปยังอีกไอโซโทปหนึ่ง

อีกประเภทหนึ่งของการสลายให้กัมมันตรังสีส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้กำหนดไว้ แต่ปรากฏในช่วงของ "ชิ้น" ของนิวเคลียสเดิม การสลายแบบนี้เรียกว่า[[ฟิชชันเกิดเอง]] มันเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสขนาดใหญ่ที่ไม่เสถียรแบ่งตัวมันเองออกเป็นสอง (และบางครั้งสาม) นิวเคลียสลูกสาวที่มีขนาดเล็กกว่า และโดยทั่วไปจะนำไปสู่​​การปล่อยรังสีแกมมา หรือนิวตรอนหรืออนุภาคอื่น ๆ จากผลิตภัณฑ์เหล่านั้น

[[นิวตรอน]]และ[[โปรตอน]]ที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส รวมไปถึงอนุภาคอื่นๆที่เข้าใกล้มัน ถูกควบคุมด้วยหลายๆปฏิกิริยา [[อันตรกิริยาอย่างเข้ม|แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม]] ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้ใน[[:en:Macroscopic scale|ระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า(macroscopic scale)]] เป็นแรงที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับระยะห่างที่เล็กกว่าอะตอม (subatomic distance) [[:en:Coulomb's law|แรงไฟฟ้าสถิตย์ (electrostatic force)]]ก็เป็นอีกแรงที่สำคัญ และ ใน[[:en:Beta decay|การสลายตัวแบบเบต้า (beta decay)ให้อนุภาคบีตา]] [[อันตรกิริยาอย่างอ่อน|แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน]]ก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย

สำหรับประเภทของการแผ่กัมมันตภาพรังสี ค้นพบว่า[[สนามไฟฟ้า]]หรือ[[สนามแม่เหล็ก]]สามารถก่อให้เกิดการปลดปล่อยรังสีออกมาได้สามประเภท เนื่องจากไม่มีคำจำกัดความที่ดี จึงมีการกำหนดชื่อของรังสีดังกล่าวด้วย[[อักษรกรีก]]ตามลำดับ คือ [[แอลฟา]] [[เบต้าบีตา]] และ[[แกมมา]] ซึ่งยังใช้อยู่ในปัจจุบัน การสลายตัวแบบให้รังสีแอลฟานั้นพบในเฉพาะธาตุที่หนักมาก (พบในธาตุที่มี[[เลขอะตอม]] 52 และมากกว่าเท่านั้น) สำหรับการสลายอีกสองแบบนั้น เกิดได้ในธาตุอื่นทั้งหมด

ถึงแม้ว่า แอลฟา, เบต้า และ แกมมา เป็นที่รู้จักแล้วก็ตาม ได้มีการค้นการสลายตัวแบบอื่นๆเพิ่มเติม ไม่นานหลังจากการค้นพบนิวตรอนในปีพ.ศ. 2475 [[เอนรีโก แฟร์มี]] ค้นพบว่า ในการสลายตัวที่เกิดขึ้นน้อยมากนั้นจะก่อให้เกิด [[นิวตรอน]] เช่นเดียวกับการสลายตัวของอนุภาค [[การปลดปล่อยโปรตอน]]([[:en:Proton emission|proton emission]])โดดเดี่ยวพบได้ในบางธาตุ หลังจากค้นพบ[[โพสิตรอน]]จากการก่อเกิดรังสีคอสมิค เป็นที่ทราบว่าในกระบวนการเดียวกันกับการสลายตัวแบบเบต้าให้อนุภาคบีตา สามารถก่อให้เกิดอนุภาคโพสิตรอนได้ด้วย([[:en:Positron emission|positron emission]]), ซึ่งอนุภาคนี้สามารถเรียกในอีกชื่อหนึ่งว่า อนุภาคตรงข้ามของอิเล็กตรอน ซึ่งในการสลายตัวทั้งสองแบบของการสลายตัวแบบเบต้าให้อนุภาคบีตา จะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสที่จะปรับระดับสัดส่วนของ นิวตรอน และ โปรตรอน ให้อยู่ในระดับที่มีพลังงานต่ำที่สุด ท้ายที่สุด ในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า [[การสลายตัวแบบกลุ่ม]]([[:en:Cluster decay|cluster decay]]) อนุภาคนิวตรอน และ อนุภาคโปรตรอน จำนวนหนึ่ง ถูกปลดปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องในปรากฏการณ์นี้ด้วย นอกจากอนุภาคแอลฟา

ยังมีการค้นพบการสลายตัวของของสารให้กัมมันตรังสีแบบอื่นๆ ที่สามารถปลดปล่อยอนุภาคที่กล่าวมาแล้วได้ แต่เกิดขึ้นจากกระบวนการที่แตกต่างออกไป ตัวอย่างเช่น [[:en:Internal conversion|internal conversion]] ซึ่งได้ผลลัพธ์เป็น อิเล็กตรอน และ ในบางครั้ง [[โฟตอน]]พลังงานสูง ซึ่งในกระบวนการดังกล่าวไม่ได้เกิดการสลายตัวแบบเบต้าให้อนุภาคบีตา หรือ การสลายตัวแบบแกมมาให้อนุภาตแกมมา เลยก็ตาม