บทที่ 1 ความรู้พื้นฐานทางรังสี

เอกสารคาสอน
เร่ือง ความรู้พนื้ ฐานทางรังสี (Basic of Radiation)

ศุภขจี แสงเรอื งอ่อน
บทนา

รงั สี คอื พลงั งานทแี่ ผ่ออกมาจากตน้ กาเนิดทม่ี าจากธรรมชาตแิ ละจากการกระทาของมนุษย์ ใน
รปู คลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ไดแ้ ก่ คลื่นวิทยุ คลน่ื ไมโครเวฟ แสงสว่าง และ รังสีเอกซ์ หรอื อนภุ าคที่มคี วามเรว็
สงู เช่น แอลฟา บีต้า และรงั สีคอสมิก เปน็ ตน้ รังสีสามารถถ่ายทอดพลงั งานบางส่วนหรือท้ังหมดให้กับ
ตัวกลางที่รังสเี คลื่อนทผ่ี า่ นได้ ในสงิ่ แวดล้อมมีรงั สีอยู่ทว่ั ไป ซึง่ มีแหลง่ กาเนดิ จาก 2 แหล่งใหญๆ่ ได้แก่
แหล่งกาเนดิ รังสจี ากตามธรรมชาติ (Natural Sources of Radiation) และแหลง่ กาเนิดรังสีท่มี นษุ ย์สรา้ ง
ขนึ้ (Man-made Sources of Radiation) ทง้ั นี้ส่วนใหญ่รังสมี าจากแหลง่ กาเนิดรงั สจี ากธรรมชาติถึง
82%(1)
ประเภทของรังสี

เมอื่ แบ่งตามคุณสมบัติทท่ี าให้เกดิ การแตกตวั ของอะตอมตัวกลาง รังสีจะแบ่งได้เปน็ 2 ประเภท
ไดแ้ ก่

1) Non-ionizing radiation (รังสีไม่ก่อไอออน) คอื รังสีทีไ่ ม่สามารถก่อใหเ้ กิดการแตกตวั เปน็
ไอออน ในอะตอมของตัวกลางท่ีรังสนี ั้นวงิ่ ผ่าน เพยี งแต่จะทาให้อิเล็กตรอนขยบั ตวั สูงขึ้นจากวงโคจรนั้น
แล้วตกลงสวู่ งโคจรเดมิ อีก เช่น รังสคี วามร้อน ไมโครเวฟ เลเซอร์ รงั สอี ลั ตราไวโอเลต คล่ืนวิทยุ

2) Ionizing radiation (รงั สีกอ่ ไอออน) คอื รังสีทมี่ ีพลังงานสูงท่สี ามารถทาใหอ้ ะตอมของ
ตวั กลางท่รี งั สนี ้นั ว่ิงผ่านเกดิ การแตกตัวเปน็ ไอออนไดท้ งั้ โดยทางตรงหรอื ทางอ้อม เช่น รังสแี อลฟา รังสี
บตี า รังสเี อกซ์ รังสแี กมมา เป็นต้น(2) สเปกตรัมของ Non-ionizing radiation และ Ionizing radiation
แสดงดงั รปู ท่ี 1

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics

รูปที่ 1 แสดงสเปกตรมั ของ Non-ionizing radiation (รังสไี ม่ก่อไอออน) และ Ionizing radiation
(รังสกี อ่ ไอออน)

ผู้คน้ พบรังสเี อกซ์

ศาสตราจารยเ์ รินตเ์ กน (Wilhelm Conrad Röntgen) เป็นผคู้ ้นพบรงั สีเอกซ์คนแรก เม่ือปี ค.ศ.
1895 ขณะท่ีกาลังศกึ ษารังสีแคโทด พบวา่ แผน่ กรองแสงที่ทาจากกระดาษและเคลือบด้วยสารประกอบ
แบเรียม แพลทโิ นไซยาไนด์ (Barium platinocyanide) เรอื งแสง ขณะทีว่ างอยหู่ า่ งหลอดรังสีแคโทด
ออกไป 120 เซนติเมตร ขณะเดียวกันเขาได้สงั เกตเห็นตัวอกั ษร “A” ท่ีเคลอื บสารแบเรียม แพลทโิ น
ไซยาไนด์ ทอ่ี ยู่ห่างออกไปประมาณ 20 ฟุต กเ็ กดิ การเรืองแสงข้ึนเช่นกนั ท้งั ทไ่ี ม่ได้อยู่ในระยะของหลอด
รงั สแี คโทด ซึ่งเขาได้ต้งั ข้อสังเกตวา่ จะต้องมรี ังสชี นดิ หนึ่งท่ีมองไมเ่ หน็ และมอี านาจทะลทุ ะลวงสงู
สามารถผา่ นออกจากหลอดรังสีแคโทดไปกระทบแผน่ เรืองรังสี ซ่งึ ในครง้ั แรกทพี่ บนนั้ ไม่ทราบว่าคือรังสี
อะไร จงึ เรยี กรังสีนวี้ า่ รงั สีเอกซ์(3)

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics 2

คุณสมบตั ขิ องคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า

คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟา้ เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic disturbance)
โดยการทาใหส้ นามไฟฟา้ หรือสนามแมเ่ หลก็ มีการเปลยี่ นแปลง เม่ือสนามไฟฟ้ามีการเปลยี่ นแปลงจะ
เหนี่ยวนาใหเ้ กิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหลก็ มีการเปลย่ี นแปลงก็จะเหนี่ยวนาให้เกิดสนามไฟฟ้า
มคี ณุ สมบัติดงั น้ี(4)

1. คลืน่ แมเ่ หล็กไฟฟา้ เป็นคล่นื ตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหลก็ ทม่ี ีการส่ันใน
แนวตง้ั ฉากกนั และอยู่บนระนาบต้ังฉากกบั ทิศการเคลอื่ นทข่ี องคลืน่

2. คลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟา้ เป็นคลื่นที่เคลอ่ื นทโ่ี ดยไมอ่ าศยั ตัวกลาง จึงสามารถเคลื่อนท่ีในสญุ ญากาศได้

3. เป็นคลนื่ ทีเ่ กิดจากคลื่นไฟฟ้าและคลน่ื แม่เหลก็ ตัง้ ฉากกัน และเคล่ือนทไ่ี ปยังทศิ ทางเดยี วกัน

4. คล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าสามารถเดินทางไดด้ ว้ ยความเร็ว 3 x 108 m/s ในสญู ญากาศ

5. สเปกตรมั (Spectrum) ของคลนื่ แม่เหลก็ ไฟฟ้าจะประกอบดว้ ยคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าที่มีความถ่ี
และความยาวคล่นื แตกต่างกัน ซ่งึ ครอบคลมุ ตัง้ แต่ คล่ืนแสงทตี่ ามองเห็น อลั ตราไวโอเลต
อินฟราเรด คล่ืนวทิ ยุ โทรทัศน์ ไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รงั สีแกมมา เป็นต้น ดังน้ันคล่ืน
แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า จึงมปี ระโยชน์มากในการสือ่ สารและโทรคมนาคม และทางการแพทย์

คุณสมบัตขิ องรงั สเี อกซ์

รังสเี อกซ์ เปน็ รงั สีที่มนษุ ย์สร้างข้ึน โดยรงั สีเอกซส์ ว่ นใหญ่ เกิดขนึ้ จากการเปล่ยี นแปลงพลงั งาน
จลน์ของอเิ ลก็ ตรอน กลา่ วคือเมื่อขว้ั แคโทดในหลอดเอกซเรย์(5) องคป์ ระกอบของหลอดเอกซเรยแ์ สดงดัง
รูปที่ 2 ถูกทาให้รอ้ นดว้ ยกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนซึง่ หลดุ จากขว้ั แคโทดจะถูกเร่งด้วยความต่างศกั ย์ซึ่งมี
คา่ สงู ทาให้อเิ ลก็ ตรอนว่ิงไปชนเปา้ โลหะทข่ี วั้ แอโนด ในบริเวณทเี่ รียกว่า focal spot อเิ ล็กตรอนเมื่อชน
เป้าโลหะจะถูกหน่วงท่ีเป้าแอโนด ทาให้อิเล็กตรอนสูญเสยี พลงั งานจลนก์ ลายเปน็ รังสีเอกซ์ ทมี่ คี ุณสมบัติ
ดงั ตอ่ ไปนี้

1. รังสเี อกซเ์ ปน็ ทั้งคลน่ื และอนภุ าค การท่ีมสี มบตั ิเปน็ คลื่นเพราะมีการสะท้อน การหักเห
การแทรกสอดและการเลยี้ วเบน และเปน็ อนภุ าคเพราะมโี มเมนตมั เหมือนอนุภาคทวั่ ไป

2. รงั สเี อกซ์เป็นคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้า(6) ไม่สามารถท่จี ะถกู เบย่ี งเบนโดยสนามแม่เหลก็ และ
สนามไฟฟ้า มคี วามยาวคลน่ื อยใู่ นช่วงประมาณ 1.3 x 10-11 ถงึ 4.8 x 10- 11 เมตร จึงไม่
สามารถมองเห็นได้

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics 3

รปู ที่ 2 แสดงองคป์ ระกอบของหัวหลอดเอกซเรย์ ซ่งึ ประกอบด้วย ขว้ั แอโนด (Anode) ขั้วคาโทด
(Cathode) และไสห้ ลอด (Filament)

3. ประกอบด้วยรงั สที ่มี ีความยาวคลน่ื แตกตา่ งกัน เคล่ือนท่ีเป็นเสน้ ตรงด้วยความเร็วเทา่ กบั
ความเรว็ แสงคือมคี า่ 3x108 m/s ในสญุ ญากาศ

4. สามารถทะลุผ่านวัตถทุ ี่ไม่หนาจนเกนิ ไปและมีความหนาแนน่ นอ้ ยๆได้ เช่น กระดาษ ไม้
เนอื้ เยื่อของคนและสัตว์ แต่ถา้ ผ่านวตั ถุที่มีความหนาแนน่ มาก ๆ เชน่ แพลตินัม ตะกัว่
กระดูก อานาจทะลผุ า่ นก็จะลดลง

5. สามารถทาให้อากาศแตกตวั เปน็ ออิ อนได้
6. สามารถทาใหผ้ ลึกบางชนิดเรืองแสงและแสงทีเ่ รืองออกมาสามารถมองเห็นไดด้ ว้ ยตาเปล่า
7. ทาใหเ้ กิดการเปลย่ี นแปลงทางเคมีและเซลลข์ องส่ิงมชี วี ติ เชน่ ต่อเซลร่างกาย (Somatic

cells) โดยตรง หรอื บรเิ วณใกล้เซล โดยมีผลทาให้มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมเี กิดข้ึน เซล
อาจตายหรอื เสียหาย ถ้าทาปฏกิ ิรยิ ากับเซลสบื พันธ์ุ มีผลทาใหเ้ กิดการเปลยี่ นแปลงในยีน
ได้
8. มีผลตอ่ ฟิล์มเอกซเรยท์ าให้เกิดภาพแฝง (Latent image)
9. เม่อื กระทบกบั อากาศ หรอื วัตถุใดๆ จะเบนหรอื กระเจิงออกนอกแนวลารงั สีเดิม ทาให้เกดิ
แสงกระเจงิ (Secondary radiation) แสดงดังรปู ที่ 3

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics 4

รูปท3่ี แสดงรังสีกระเจงิ (Secondary radiation) เมื่อรังสีกระทบกบั สิง่ อ่ืนๆ 5

10. ค่าความเข้มเปลย่ี นตามกฏกาลังสองผกผนั (Inverse square law) กล่าวคอื พลังงานของ
รงั สีจะถูกลดทอนตามระยะทาง เป็นไปตามกฎทางฟิสกิ ส์ท่ีใชอ้ ธิบายการเปลี่ยนแปลงความ
เข้มของรังสีในลารงั สีหนง่ึ เมื่อระยะทางระหวา่ งแหล่งกาเนิดรังสถี งึ ตาแหนง่ ตัววัด
รังสี (detector) เปลย่ี นไป ค่าความเข้มของรังสีจะแปรผกผันกบั กาลงั สองของระยะทาง
ระหวา่ งแหล่งกาเนิดรังสกี บั ตัวรบั ภาพหรือตัววดั รังสี แสดงดังสมการ

I1 / I2 = (D2)2/(D1)2

โดยที่ I1 = ความเขม้ ทตี่ าแหนง่ ต้ังต้น
I2 = ความเข้มทต่ี าแหน่งใหม่
D1 = ระยะทางทตี่ าแหน่งตัง้ ต้น
D2 = ระยะทางทต่ี าแหน่งใหม่

ตวั อยา่ ง อัตราปริมาณรงั สที ่ีระยะทางหา่ งจากจุดกาเนิดแสง 1 เมตร คอื 400 mS/hr อยากทราบว่า
อัตราปริมาณรงั สีทีร่ ะยะ 2 เมตรห่างจากต้นกาเนดิ รังสีเปน็ เทา่ ไร

D1 / D2 = ( X2 / X1 )2
D2 = D1
( X2 / X1 )2
D2 = 400 mS/hr = 100 mS/hr
(2/1)2

จะเห็นได้วา่ จากการคานวณปริมาณรงั สที รี่ ะยะ X2 จะเป็นไปตาม กฏกาลังสองผกผัน (Inverse square
law)

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics

บทสรปุ

1. รังสี คอื พลังงานทแ่ี ผอ่ อกมาจากต้นกาเนดิ ทีม่ าจากธรรมชาตแิ ละจากการกระทาของมนุษย์ ใน
รูปคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า

2. รงั สจี ะแบง่ ไดเ้ ป็น 2 ประเภท ไดแ้ ก่ Non-ionizing radiation (รังสไี มก่ ่อไอออน) และ Ionizing
radiation (รงั สีก่อไอออน)

3. รังสเี อกซ์มีคณุ สมบตั ิเปน็ คลนื่ แม่เหล็กไฟฟา้ สามารถทะลุผ่านวัตถุท่ีไมห่ นาจนเกนิ ไปและมี
ความหนาแน่นน้อยๆได้ เมื่อกระทบกบั อากาศ หรอื วตั ถุใดๆ จะเบนหรือกระเจงิ ออกนอกแนว
ลารงั สีเดิม ทาให้เกิดแสงกระเจิง (Secondary radiation) นอกจากนั้น ยังทาใหเ้ กิดการ
เปล่ียนแปลง ทง้ั ทางเคมีชวี ะและอน่ื ๆ อีกดว้ ย

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics 6

รายการอา้ งอิง

1. Source of radiation. The International Commission on Radiological Protection
ICRP Internet. Available from: URL: http://www.icrp.org/icrpaedia/exposure.asp.

2. Radiation Basics. United States Nuclear Regulatory Commission. Internet.
Available from: URL: https://www.nrc.gov/about-nrc/radiation/health-
effects/radiation-basics.html

3. Roentgen's Discovery of X-Rays. American Physical Society. Internet. Available
from: URL: https://www.aps.org/publications/apsnews/200111/history.cfm.

4. Properties of Electromagnetic Waves. ICBSE.com. Internet. Available from: URL:
http://www.icbse.com/topics/electromagnetic-waves

5. ส่วนประกอบของหลอด (x-ray tube components) .มหาวิทยาลัยมหิดลInternet.
Available from: URL: http://www.mt.mahidol.ac.th/e-learning/MTRD310/web/x-
ray%20production/1_2tube%20component.htm

6. What are medical x-rays? National Institutes of Health. Internet. Available from:
URL: https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/x-rays.

เอกสารคาสอน วพมรส ๔๐๑ Medical Radiation physics 7