ผลต่างระหว่างรุ่นของ "การสลายตัวกัมมันตรังสี"

[[ไฟล์:Alpha Decay.svg|thumb|[[การสลายให้อนุภาคแอลฟา]] เป็นการสลายให้กัมมันตรังสีชนิดหนึ่งที่นิวเคลียสของอะตอมปลดปล่อย [[อนุภาคแอลฟา]] เป็นผลให้อะตอมแปลงร่าง (หรือ "สลาย 0.001 ") กลายเป็นอะตอม 100 % ^ 0.0.1.1.0.1.10.100.1000•••?ที่มี[[เลขมวล]]ลดลง 1004 หน่วย.0และ[[เลข 1.0อะตอม]]ลดลง 102 หน่วย]]

'''การสลายให้กัมมันตรังสี''' ({{lang-en|radioactive decay}}) หรือ '''การสลายของนิวเคลียส''' หรือ '''กัมมันตภาพรังสี''' ({{lang-en|nuclear decay หรือ radioactivity}}) เป็นกระบวนการที่ [[นิวเคลียสของอะตอม|นิวเคลียส]]ของอะตอมที่ไม่เสถียร สูญเสียพลังงานจากการปลดปล่อยรังสี. วัตถุใดที่ปลดปล่อยรังสีด้วยตัวเอง-เช่น[[อนุภาคแอลฟา]], [[อนุภาคบีตา]], [[รังสีแกมมา]] และ อิเล็กตรอนจากกระบวนการ[[การแปลงภายใน]] วัตถุนั้นจะถูกเรียกว่ามี "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 [[ไอโซโทป#Isotope vs. nuclide]]</ref>)) แปลงเป็นอะตอมตัวหนึ่งที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่อยู่ในสถานะที่แตกต่างกัน หรือที่มีนิวเคลียสตัวหนึ่งที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่แตกต่างกัน ผลิตภัณฑ์นี้เรียกว่า "นิวไคลด์ลูก" ({{lang-en|daughter nuclide}}) ในการสูญสลายบางครั้ง นิวไคลด์ของพ่อแม่และของลูกมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน จึงเป็นผลให้กระบวนการสลายตัวทำการผลิตอะตอมของธาตุที่แตกต่างกัน กระบวนการนี้เรียกว่า [[การแปรนิวเคลียส]] ({{lang-en|nuclear transmutation}})

การแผ่รังสีมีหน่วยเก่าเป็น กูว์รี ({{lang-fr|curie (Ci)}}) ซึ่งถูกกำหนดแต่เดิมว่าเป็น "ปริมาณหรือมวลของสิ่งที่กระจายออกมาจากเรเดียมที่สมดุลกับหนึ่งกรัมของเรเดียม (ธาตุ)"<ref>Rutherford, Ernest (6 October 1910). "Radium Standards and Nomenclature". Nature 84 (2136): 430–431.</ref> วันนี้ หน่วยกูว์รีถูกกำหนดให้เป็นการแตกตัว 3.7×10¹⁰ ครั้งต่อวินาที เพื่อที่ว่า 1 กูว์รี (Ci) = 3.7×10¹⁰ Bq. เพื่อจุดประสงค์ด้านการป้องกันรังสี แม้ว่าคณะกรรมการกำกับดูแลด้านนิวเคลียร์ของสหรัฐจะอนุญาตให้มีการใช้หน่วยกูว์รีควบคู่ไปกับหน่วย SI ก็ตาม<ref>10 CFR 20.1005. US Nuclear Regulatory Commission. 2009.</ref> ฝ่ายอำนวยการหน่วยของการวัดแห่งสหภาพยุโรปกำหนดว่าการใช้หน่วยหน่วยกูว์รีสำหรับ "จุดประสงค์ด้าน....สุขภาพของประชาชน" จะถูกยกเลิกภายในวันที่ 31 ธันวาคม 1985<ref>The Council of the European Communities (1979-12-21). "Council Directive 80/181/EEC of 20 December 1979 on the approximation of the laws of the Member States relating to Unit of measurement and on the repeal of Directive 71/354/EEC". Retrieved 19 May 2012.</ref>

[[นิวตรอน]]และ[[โปรตอน]]ที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียส รวมไปถึงอนุภาคอื่นๆอื่น ๆ ที่เข้าใกล้มัน ถูกควบคุมด้วยหลายๆหลาย ๆ ปฏิกิริยา [[อันตรกิริยาอย่างเข้ม|แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม]] ซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้ใน[[:en:Macroscopic scale|ระดับที่มองเห็นด้วยตาเปล่า (macroscopic scale)]] เป็นแรงที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับระยะห่างที่เล็กกว่าอะตอม (subatomic distance) [[:en:Coulomb's law|แรงไฟฟ้าสถิตย์ (electrostatic force)]] ก็เป็นอีกแรงที่สำคัญ และ ใน[[การสลายให้อนุภาคบีตา]] [[อันตรกิริยาอย่างอ่อน|แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน]]ก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย

ความเกี่ยวพันกันของแรงเหล่านี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ ที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาในขณะจัดเรียงตัวของอนุภาค ในการเรียงตัวบางแบบของนิวเคลียส มีคุณสมบัติในการเรียงตัวแบบช้าๆช้า ๆ โดยอนุภาคจะเรียงตัวในรูปแบบที่มีพลังงานต่ำกว่า และปลดปล่อยพลังงานออกมา บางคนอาจเปรียบเทียบลักษณะที่เกิดขึ้นกับ หิมะที่อยู่บนเขา ซึ่งมีแรงเสียดทานระหว่างเกล็ดน้ำแข็งที่รองรับน้ำหนักของหิมะ ซึ่งทำให้ระบบมีความไม่เสถียร เนื่องจากยังสามารถเปลี่ยนไปเป็นสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าได้ สิ่งกระตุ้นจะช่วยให้เกิดสภาวะที่มีค่า[[เอนโทรปี]]ที่สูงกว่า ระบบจะเปลี่ยนแปลงเพื่อไปยังสถานะพื้น, ก่อให้เกิดความร้อน และ พลังงานรวมจะถูกกระจายให้กับระดับพลังงานที่สูงกว่า ซึ่งก่อให้เกิดหิมะถล่มในที่สุด พลังงานรวมไม่มีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการนี้ แต่เนื่องจาก[[อุณหพลศาสตร์#ข้อที่สอง|กฎของเอนโทรปี]] หิมะถล่มจึงเกิดขึ้นได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น คือ[[:en:Stationary state|สถานะพื้น (ground state)]] ซึ่งเป็นสถานะที่มีความเป็นไปได้มากที่สุด ในการที่พลังงานที่มีจะถูกกระจายไป

ในการถล่มนี้ (การสลายตัว) ต้องการ[[พลังงานกระตุ้น]] เฉพาะในกรณีของหิมะถล่มนั้น พลังงานนี้มาจากการรบกวนจากภายนอกระบบ ซึ่งการรบกวนนี้อาจมีระดับที่เล็กมาก สำหรับในกรณีของนิวเคลียสของอะตอมที่อยู่ในภาวะกระตุ้น สิ่งรบกวนขนาดเล็กนี้เกิดจาก[[:en:Vacuum fluctuation|การสลับที่ของช่องว่าง (vacuum fluctuations)]] จำนวนหนึ่ง นิวเคลียส (หรือระบบที่ถูกกระตุ้นใดใดก็ตามใน [[กลศาสตร์ควอนตัม]]) ไม่เสถียร และจะทำตัวเองให้เสถียร เปลี่ยนไปเป็นระบบที่ลดระดับการตุ้นลง ผลจากการเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลทำเกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอะตอม และ เกิดการปลดปล่อยไม่ว่าจะเป็น โปรตอน หรือ อนุภาคความเร็วสูงที่มีมวล (เช่น อิเล็กตรอน, [[อนุภาคแอลฟา]], หรือ อนุภาคอื่นๆอื่น ๆ)

[[อองรี เบ็กเกอเรล]] [[ชาวฝรั่งเศส]] ค้นพบกัมมันตภาพรังสี ในปี พ.ศ. 2439 ในขณะที่กำลังทำงานเกี่ยวกับ[[:en:Phosphorescence|สารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัส (phosphorescent materials)]] สารพวกนี้เรืองแสงในที่มืดหลังจากที่ได้รับแสง และเขาคิดว่าแสงเรืองที่เกิดในหลอดคาโทดในเครื่องเอ็กเรย์ น่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงประเภทนี้ เขานำฟิล์มภาพมาหุ้มในกระดาษสีดำ และนำสารเรืองแสงพวกฟอสฟอรัสหลายชนิดมาวางทับ จากการทดลองไม่ปรากฏผล จนกระทั่งเขาใช้เกลือของ[[ยูเรเนียม]] ซึ่งทำให้เกิดเป็นเงาดำบนแผ่นฟิล์ม การแผ่รังสีนี้เรียกว่า Becquerel Rays

ในช่วงแรกนั้น การแผ่รังสีนี้มีลักษณะคล้ายคลึงกับการค้นพบ [[รังสีเอ็กซ์]] จากการค้นคว้าเพิ่มเติมโดย เบ็กเกอเรล, [[มารี กูรี]], [[ปิแอร์ กูรี]], [[เออร์เนสต์ รูเทอร์ฟอร์ด]] และการค้นพบอื่นๆอื่น ๆ ทำให้เห็นว่า กัมมันตภาพรังสีมีความซับซ้อนยิ่งกว่ามาก มีการสลายตัวได้หลายแบบ แต่ รูเทอร์ฟอร์ด เป็นคนแรกที่พบว่า สามารถประมาณการณ์ปรากฏการณ์ได้ทางคณิตศาสตร์ ด้วยสูตรเอ็กโพเนนเชียลแบบเดียวกัน

ก่อนหน้าที่จะทราบผลทางชีววิทยาของการแผ่รังสี แพทย์ และ บริษัทหลายแห่งได้เริ่มทำตลาดสารกัมมันตรังสีในฐานะของ[[ยาเถื่อน]] ([[:en:Patent medicine|patent medicine]] - หมายถึง ''ยาที่ไม่ระบุถึงส่วนผสมไม่มีการจดทะเบียน ไม่มีการตรวจสอบสรรพคุณทางยา เน้นการทำตลาดเป็นหลัก และมักมีการโอ้อวดเกินจริง'') และ ผลิตภัณฑ์ที่ประกอบด้วยสารกัมมันตรังสี ([[:en:Radioactive quackery|radioactive quackery]] - ''ใช้คำที่คล้ายคลึงกับยาเถื่อน หรือ ยาปลอม'') ตัวอย่างเช่น [[ยาสวนทวาร]] ([[:en:Enema|Enema]]) ที่มีส่วนประกอบของเรเดียม, น้ำที่มีส่วนผสมของเรเดียมที่ใช้ดื่มคล้าย [[โทนิค]] ([[:en:Tonic water|tonic]]) มารี กูรี ต่อต้านการใช้ในลักษณะนี้ และเตือนเกี่ยวกับผลของรังสีที่มีต่อร่างกายมนุษย์ที่ยังไม่ทราบ (ในที่สุดกูรีเสียชีวิต จากอาการของ[[มะเร็งเม็ดเลือดขาว]] ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากการที่ทำงานกับเรเดียม อย่างไรก็ตามจากการตรวจสอบกระดูกของเธอในภายหลัง พบว่าเธอเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ระมัดระวังตัว และพบปริมาณเรเดียมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น มีการค้นพบสาเหตุที่แท้จริงของการเสียชีวิตของเธอ ซึ่งเกิดจากการได้รับรังสีเอ็กซ์จากหลอดรังสีที่ไม่ได้มีการป้องกัน ขณะที่เป็นอาสาสมัครในหน่วยแพทย์ ในสงครามโลกครั้งที่ 1) ในปี พ.ศ. 2473 พบกรณีที่เกิดกระดูกตาย และ การเสียชีวิตจำนวนมากในผู้ใช้ ส่งผลให้ผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของเรเดียมแทบจะหายไปจากตลาด

ในการวิเคราะห์ธรรมชาติของผลลัพธ์ที่ได้จากการสลายตัว เป็นที่แน่ชัดจากแนวทางของ[[แรงแม่เหล็กไฟฟ้า]] ว่า [[รังสีแอลฟา]]มีประจุเป็นบวก [[รังสีบีตา]]มีประจุเป็นลบ และ[[รังสีแกมมา]]มีประจุเป็นกลาง จากผลการสะท้อนกลับ เป็นที่แน่ชัดว่า[[อนุภาคแอลฟา]]มีมวลมากกว่า[[อนุภาคบีตา]]มาก การปล่อยอนุภาคแอลฟาผ่านแผ่นกระจกหน้าต่างบางๆบาง ๆ และเก็บกักมันในหลอดปล่อยประจุ ([[:en:Neon lamp|discharge tube]]) ทำให้นักวิจัยศึกษา[[การปลดปล่อยแถบแสง]] ([[:en:Emission spectrum|emission spectrum]]) ของก๊าซที่เกิดขึ้นได้ และ เป็นการพิสูจน์ในที่สุดด้วยว่า อนุภาคแอลฟาเป็นนิวเคลียสของ[[ฮีเลียม]] การทดลองอื่นแสดงว่า มีความคล้ายคลึงกันระหว่าง รังสีเบต้า และ [[รังสีแคโทด]] ([[:en:Cathode ray|cathode ray]]) ทั้งสองเต็มไปด้วย[[อิเล็กตรอน]] และ อยู่ระหว่างรังสีแกมมา และ รังสีเอ็กซ์ ซึ่งเป็น[[รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า]] ([[:en:Electromagnetic radiation|electromagnetic radiation]]) ที่มีพลังงานสูง

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

ยังมีการค้นพบการสลายให้กัมมันตรังสีแบบอื่นๆอื่น ๆ ที่สามารถปลดปล่อยอนุภาคที่กล่าวมาแล้วได้ แต่เกิดขึ้นจากกระบวนการที่แตกต่างออกไป ตัวอย่างเช่น [[:en:Internal conversion|internal conversion]] ซึ่งได้ผลลัพธ์เป็น อิเล็กตรอน และ ในบางครั้ง [[โฟตอน]]พลังงานสูง ซึ่งในกระบวนการดังกล่าวไม่ได้เกิดการสลายให้อนุภาคบีตา หรือ การสลายให้อนุภาตแกมมา เลยก็ตาม