ม.4 ธาตุกัมมันตรังสี

ธาตกุ มั มันตรงั สี

กัมมันตรังสี (radioactivity) หมายถึง ปรากฏการณ์ที่ธาตุสามารถแผ่รังสีได้เองอย่าง
ต่อเนอ่ื ง ปรากฏการณ์น้ีเป็นการเปลย่ี นแปลงท่เี กิดขนึ้ ภายในนวิ เคลยี สของไอโซโทปท่ไี ม่เสถยี ร

ธาตุกัมมนั ตรังสี (radioactive element) หมายถึง ธาตุท่ีมีสมบัติในการแผ่รังสี สามารถ
แผ่รังสีและกลายเป็นอะตอมของธาตุอนื่ ได้ เช่น ธาตุยูเรเนยี ม (U-238, U-235, U-232)

ไอโซโทปกัมมนั ตรงั สี (radioactive isotope) หรือ สารกัมตรังสี (radioactive isotope)
หมายถึง ไอโซโทปของธาตุทีส่ ามารถแผ่รงั สไี ดเ้ องอย่างตอ่ เนอื่ ง เชน่ C-14 (carbon-14)

รังสีที่แผ่ออกมาจากไอโซโทปกมั มันตรังสี เชน่

รังสแี อลฟา หรอื อนุภาครงั สแี อลฟา (⍺ ) มสี ัญลักษณน์ ิวเคลยี รเ์ ป็น

รงั สแี อลฟาเป็นนวิ เคลียสของธาตุฮเี ลยี ม ซงึ่ ประกอบด้วย 2 โปรตอน และ 2
นวิ ตรอนจึงมปี ระจไุ ฟฟา้ เป็น +2 รงั สแี อลฟาอา่ นาจทะลทุ ะลวงตา่ ไมส่ ามารถทะลผุ า่ น
แผน่ กระดาษ หรอื โลหะบางๆ ได้ และเน่อื งจากมีประจุบวก เมอ่ื อย่ใู นสนามไฟฟ้าจงึ เบีย่ งเบน
ไปทางขว้ั ลบ

รงั สีบตี า หรือ อนุภาคบตี า (  ) มีสัญลกั ษณน์ วิ เคลยี รเ์ ปน็ −

รงั สบี ตี ามสี มบตั เิ หมือนอเิ ลก็ ตรอน คือ มปี ระจุไฟฟา้ -1 รังสบี ตี ามี
อ่านาจในการทะลุทะลวงสงู กว่ารงั สแี อลฟาประมาณ 100 เท่า เนอ่ื งจากมี
ประจลุ บจึงเบี่ยงเบนไปทางขั้วบวก เมื่ออยูใ่ นสนามไฟฟา้

รงั สแี กมมา ใช้สัญลักษณ์ 

รังสีแกมมาเป็นคล่ืนแม่เหล็กไฟฟา้ ท่ีมีความยาวคล่ืนสนั้ มาก ไม่มีมวลและไม่มี
ประจุ มีอ่านาจทะลุทะลวงสูงสุด สามารถทะลุผ่านส่ิงกีดขวางได้เป็นอย่างดี
ดังนั้นวตั ถทุ ่จี ะก้ันรังสแี กมมาได้ จะต้องมีความหนาแน่นและความหนามากพอท่ีจะ
กน้ั รงั สีได้ เนือ่ งจากไม่มปี ระจุไฟฟ้า จึงไมเ่ บ่ียงเบนในสนามไฟฟ้า

รปู แสดง อานาจทะลทุ ะลวงของรงั สีชนดิ ตา่ งๆ

รปู แสดง การแผ่รงั สขี องธาตุกมั มนั ตรงั สผี ่านสนามไฟฟา้

1102410H1nHee

นอกจากรังสี 3 ชนิดดงั กลา่ วแล้ว ยงั อาจจะพบอนภุ าคอ่นื ๆ แผ่รงั สีออกมาจากนวิ เคลยี สได้
เช่น โพสติ รอน นวิ ตรอน และโปรตอน ซ่งึ มีประจุและเปรยี บเทียบกับรงั สีทั้ง 3 ชนิดดงั ในตาราง
ตอ่ ไปน้ี

+
+

การเกดิ กมั มนั ตรงั สี

กมั มันตภาพรงั สีเป็นปรากฏการณท์ เ่ี กดิ กบั ไอโซโทปกัมมนั ตรังสี ซ่ึงนิวเคลียสของธาตุไม่
เสถยี ร เนื่องจากมีพลังงานส่วนเกินอยูภ่ ายใน ดังนั้น จงึ จา่ เปน็ ต้องถ่ายเทพลังงานสว่ นเกนิ นอี้ อกไป
เพอื่ ใหน้ ิวเคลียสเสถยี รในท่ีสดุ พลงั งานสว่ นเกินที่ปล่อยออกมานจ้ี ะอย่ใู นรูปของอนภุ าคหรือรังสตี ่าง ๆ
เช่น รงั สีแอลฟา บีตา และแกมมา

ธาตตุ า่ ง ๆ ทพี่ บในธรรมชาตนิ ัน้ ธาตุท่ีมเี ลขอะตอมสูงกวา่ 83 ล้วนแตแ่ ผ่รังสีไดท้ ัง้ ส้ิน
ตวั อยา่ งเชน่ 28932U , 23952U , 23920Th , 22868Ra และ22826U ซึ่งอาจเขียนใหม่เป็น

U-238, U-235, Th-232, Rn-222 และ Ra-226

การสลายตวั ของไอโซโทปกมั มันตรังสี

ไอโซโทปทน่ี ิวเคลยี สมีอตั ราส่วนระหว่างจ่านวนนวิ ตรอนตอ่ โปรตอนไมเ่ หมาะสม คอื มี
นวิ ตรอนมากกวา่ หรือน้อยกว่าโปรตอน มักจะไมเ่ สถียร ทา่ ใหม้ กี ารเปลย่ี นแปลงภายในนิวเคลียสเปน็
นิวเคลียสใหมท่ ีเ่ สถียรกวา่ โดยการแผร่ ังสอี อกมา

ธาตุทม่ี ีจา่ นวนโปรตอนและนวิ ตรอนเปน็ เลขค่จู ะเสถียรกว่าธาตุท่มี จี า่ นวนโปรตอนและ
นิวตรอนเปน็ เลขค่ี

การแผ่รังสีแอลฟา

เกิดขึ้นในกรณีทไ่ี อโซโทปน้ันมเี ลขอะตอมมากกว่า 82 และนิวเคลยี สมีจา่ นวนโปรตอนและ
นวิ ตรอนไมเ่ หมาะสม หลังจากการแผ่รงั สแี อลฟา นิวเคลยี สท่เี กิดข้นึ ใหมจ่ ะมีเลขอะตอมลดลง 2 และ
เลขมวลลดลง 4

การแผร่ งั สบี ีตา

การแผร่ งั สีบีตาเกิดขน้ึ ในกรณีที่นิวเคลยี สมีจ่านวนนวิ ตรอนมากกว่าโปรตอน จงึ พยายามลด
อตั ราส่วนระหว่างนวิ ตรอนตอ่ โปรตอน โดยนิวตรอนจะเปล่ยี นไปเปน็ โปรตอนและอิเลก็ ตรอน ท่าให้เลข
อะตอมเพมิ่ ขึ้น 1 แต่เลขมวลคงเดิม

การแผร่ งั สีแกมมา

การแผร่ งั สีแกมมามกั จะเกดิ ขน้ึ ในกรณที ่ีไอโซโทปมีการสลายตัวใหร้ งั สีแอลฟาหรอื บตี าแลว้
ยงั ไดน้ ิวเคลียสใหม่ไมเ่ สถียร ยงั อยูใ่ นสภาวะกระตนุ้ มีพลงั งานเกนิ กว่าปกติ เมอื่ กลบั ส่สู ภาวะปกตจิ งึ
ปลอ่ ยพลังงานส่วนเกนิ ออกมาในรปู ของรงั สีแกมมา ดงั นัน้ การแผ่รงั สแี กมมาจงึ ไมท่ า่ ให้เลขมวลและ
เลขอะตอมเปลี่ยนแปลง

นอกจากน้ียงั มกี ารแผ่รังสใี หโ้ พซติ รอน ซ่งึ เกิดขึ้นเมอ่ื นิวเคลยี สมโี ปรตอนมากกว่า
นิวตรอน ท่าให้ไดน้ ิวเคลยี สใหมท่ ่ีมโี ปรตอนลดลง 1 แตเ่ ลขมวลคงเดมิ ดงั ในตัวอยา่ งตอ่ ไปน้ี

การแผ่รังสที ี่กล่าวมาแลว้ จะเห็นว่า ผลรวมของเลขมวลและเลขอะตอมของสารต้งั ตน้
จะตอ้ งเทา่ กับผลติ ภณั ฑ์ สามารถสรุปการเปลี่ยนแปลงในนวิ เคลียสไดด้ ังนี้

ครง่ึ ชีวิต (half life) ของไอโซโทปกมั มันตรังสี

หมายถงึ ระยะเวลาท่ีสารกัมมนั ตรงั สสี ลายตวั ไปจนเหลือเพยี งครงึ่ หนง่ึ

ของปริมาณเดิม tใช้สัญลกั ษณ์เป็ น 1/2

ตวั อยา่ งเช่น
C-14 มคี ร่ึงชีวติ 5730 ปี หมายความว่า ถ้ามี C-14 1 กรัม เม่ือเวลาผ่านไป 5730 ปี จะเหลือ

C-14 อยู่ 0.5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 5730 ปี จะเหลืออยู่ 0.25 กรัม เป็นดังนี้ไปเร่ือย ๆ กล่าว
ได้ว่าทกุ ๆ 5730 ปี จะเหลอื C-14 เพียงครงึ่ หน่งึ ของปรมิ าณเดมิ

แผนภาพ 5730 ปี 11460 ปี
C-14 (1 กรัม)
C-14 (0.5 กรัม) C-14 (0.25 กรัม)

ดังนั้น ธาตุ C-14 ซ่งึ มีเวลาคร่งึ ชีวิต 5730 ปี จ่านวน 1 กรัม จะใช้เวลา 11460 ปี จึงจะเหลือ 0.25 กรัม

สามารถหาครงึ่ ชวี ิตไดจ้ ากความสมั พันธ์

จากสูตร N = N0
2n

เม่อื N0 คอื ปริมาณกมั มันตรงั สเี ร่มิ ตน้
N คอื ปริมาณกัมมันตรังสที เี่ หลือ

n คอื จ่านวนครั้งในการสลายตวั ของคร่งึ ชวี ติ

และ จากสตู ร n = T

t1/2

เมื่อ T คอื เวลาที่ธาตสุ ลายตวั
T1/2 คอื ครง่ึ ชวี ติ ของธาตุ

1. ไอโอดนี I-131 มีครึ่งชีวิต 8 วัน จา่ นวน 10 กรมั เมือ่ เวลาผา่ นไปกว่ี ันจงึ จะมีไอโอดีนเหลือ
2.5 กรมั

2. ทงิ้ ไอโซโทปกมั มันตรังสีชนิดหนึ่งจา่ นวน 20 กรมั เป็นเวลา 1 เดอื น พบว่ามไี อโซโทปเหลืออยู่
2.5 กรัม อยากทราบว่าสารนี้มคี รึง่ ชีวิตเท่าไหร่

3. จากการเก็บสารกัมมันตรงั สีชนิดหน่งึ ไวเ้ ป็นเวลา 270 วัน วัดมวลของสารเหลือ 15 กรมั ถา้
สารนม้ี คี ร่ึงชวี ติ 30 วนั จงหาวา่ เม่ือเริ่มตน้ มสี ารอยเู่ ท่าไหร่

ปฏิกิริยานวิ เคลยี ร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนท่ีนิวเคลียสของธาตุ แล้วท่าให้เกิดธาตุใหม่ขึ้นและให้
พลังงานจ่านวนมหาศาล ซ่ึงต่างจากปฏิกิริยาเคมี เพราะปฏิกิริยาเคมีเกิดข้ึนท่ีอิเล็กตรอนรอบ ๆ
นวิ เคลียส ไม่ท่าใหเ้ กิดธาตุใหม่ แต่ได้สารใหม่ท่ีแตกตา่ งจากสารเดมิ รวมทั้งมีพลังงานเกย่ี วขอ้ งไมม่ าก

ปฏิกิริยานิวเคลียร์อาจจะเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอมขนาดใหญ่เรียกว่า
ปฏกิ ิริยาฟชิ ชัน

หรอื อาจจะเกดิ จากการรวมตัวของนิวเคลยี สของอะตอมขนาดเลก็ เรียกว่า ปฏิกิรยิ าฟิวชนั ก็ได้

ปฏกิ ิรยิ าฟชิ ชัน (Fission reaction)

ฟิสชันเปน็ กระบวนการท่ีนิวเคลียสของธาตุหนกั บางชนิด แตกตวั ออกเป็นไอโซโทปของธาตุทีเ่ บากว่า

ปฏิกริ ยิ าฟสิ ชนั สามารถเกิดได้กบั นวิ เคลยี สของธาตุหนกั เช่น U-233, U-235, U-238, และ
Pu-239 เมื่อเกดิ ปฏกิ ิรยิ าฟสิ ชนั จะมีความรอ้ นคายออกมาจ่านวนมหาศาล ซง่ึ จัดว่าเปน็ วิธีผลิต
ไอโซโทปกมั มนั ตรังสที ีส่ ่าคญั แลว้ ยงั ได้นวิ ตรอนจา่ นวนหนง่ึ ด้วย ซึ่งนวิ ตรอนทเี่ กดิ ขน้ึ ใหมน่ ้ีจะชนกบั
นวิ เคลียสอืน่ ๆ เกิดฟสิ ชันแบบตอ่ เน่ืองเป็น ปฏิกริ ิยาลูกโซ่

พิจารณาตัวอย่างของปฏกิ ริ ิยาฟชิ ชันต่อไปน้ี
นวิ ตรอนที่เกดิ ขึน้ จะทา่ ให้เกิด ปฏิกิริยาลกู โซ่ จนกระทง่ั ไดน้ ิวเคลียสทเ่ี สถยี ร คือ Zr-90 และ Nd-144 ดงั น้ี

ปฏิกิรยิ าฟชิ ชนั ที่เกิดขน้ึ ภายใต้สภาวะท่เี หมาะสม จะทา่ ใหเ้ กิดพลงั งานอย่างมหาศาล ซงึ่ ใช้
หลกั การของฟิชชนั มาท่าระเบิดปรมาณู ในสงครามโลกคร้งั ท่ี 2

ปฏิกริ ยิ าฟวิ ชนั (Fusion reaction)

เป็นปฏกิ ริ ยิ าทเี่ กิดการรวมตวั ของไอโซโทปทม่ี ีมวลอะตอมตา่ ทา่ ให้เกดิ ไอโซโทปใหม่
ทม่ี ีมวลมากขึ้นกว่าเดิม และให้พลังงานจ่านวนมหาศาล และโดยทั่วๆ ไปจะให้พลังงาน
มากกว่าปฏกิ ริ ยิ าฟิชชนั

พลังงานในปฏกิ ิริยาฟิวชัน ถา้ ปล่อยออกมาอย่างรวดเรว็ จะเกดิ การระเบิดอย่างรุนแรง
แตถ่ ้าควบคุมให้ปล่อยออกมาช้าๆ จะเปน็ ประโยชนต์ อ่ มนุษยอ์ ย่างมากมาย และมขี ้อไดเ้ ปรียบกวา่
ปฏิกริ ยิ าฟิชชัน เพราะสารตั้งต้นคือไอโซโทปของไฮโดรเจนน้นั หาได้งา่ ย

นอกจากนี้ผลติ ภณั ฑ์ที่เกดิ จากฟวิ ชันยงั เป็นธาตุกมั มันตรังสที ม่ี ีอายุและอนั ตรายน้อย
กว่า ซึ่งจัดเปน็ ข้อได้เปรียบในแง่ของสิง่ แวดลอ้ ม

ตวั อยา่ งเทคโนโลยีที่เกย่ี วกบั การใชส้ ารกมั มันตรังสี

1. ดา้ นธรณีวทิ ยา การใชค้ าร์บอน-14 (C-14) คา่ นวณหาอายขุ องวัตถุโบราณ

2. ดา้ นการแพทย์ ใชไ้ อโอดีน-131 (I-131) ในการตดิ ตามเพือ่ ศึกษาความผดิ ปกติของตอ่ มไธ
รอยด์ โคบอลต์-60 (Co-60) และเรเดียม-226 (Ra-226) ใช้รกั ษาโรคมะเร็ง

3. ด้านอุตสาหกรรม ใชธ้ าตุกมั มนั ตรังสีตรวจหารอยตา่ หนิ เชน่ รอยรา้ วของโลหะหรอื ท่อขนส่ง
ของเหลว ใช้ธาตกุ ัมมนั ตรังสใี นการตรวจสอบและควบคุมความหนาของวัตถุ ใชร้ ังสีฉายบนอัญ
มณีเพอื่ ให้มีสสี นั สวยงาม

4. ดา้ นพลังงาน มีการใช้พลังงานความรอ้ นท่ไี ดจ้ ากปฏกิ ิรยิ านิวเคลียร์ในเตาปฏิกรณป์ รมาณูของ
ยูเรีเนียม-238 (U-238) ต้มน้่าใหก้ ลายเปน็ ไอ แลว้ ผ่านไอน่า้ ไปหมุนกงั หนั เพ่ือผลิต
กระแสไฟฟา้

อนั ตรายจากไอโซโทปกมั มันตรงั สี

1. ถ้าร่างกายไดร้ บั จะท่าใหโ้ มเลกุลภายในเซลล์เกดิ การเปลีย่ นแปลงไม่สามารถท่างาน
ตามปกติได้ ถา้ เป็นเซลลท์ ี่เกย่ี วข้องกบั การถา่ ยทอดลักษณะพันธกุ รรมก็จะเกดิ การกลายพันธ์
โดยเฉพาะเซลล์สบื พนั ธ์ุ หรอื เมอื่ เขา้ ไปในรา่ งกายจะไปสะสมในกระดกู

2. สว่ นผลทีท่ า่ ให้เกิดความปว่ ยไข้จากรงั สี เม่ืออวัยวะส่วนใดส่วนหนึง่ ของร่างกาย
ได้รับรงั สี โมเลกุลของธาตตุ ่างๆ ที่ประกอบเป็นเซลล์จะแตกตวั ท่าให้เกิดอาการปว่ ยไขแ้ ละเกิด
มะเรง็ ได้

สัญลกั ษณม์ าตรฐานของรงั สี

ภาพแสดง สญั ลักษณร์ ังสี ภาพแสดง สัญลกั ษณร์ งั สแี บบใหม่