กัมมันตภาพรังสีเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองซึ่งนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรจะสูญเสียพลังงานโดยการเปล่งรังสี ค้นพบโดย Henri Becquerel ในปี 1896 เป็นแนวคิดพื้นฐานในฟิสิกส์และเคมี ซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ที่หลากหลายในด้านการแพทย์ การผลิตพลังงาน และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ กัมมันตภาพรังสีเป็นผลมาจากความไม่เสถียรภายในนิวเคลียสของอะตอม โดยที่แรงที่ยึดนิวเคลียสไว้ด้วยกันไม่แข็งแรงพอที่จะรักษานิวเคลียสให้อยู่ในรูปแบบปัจจุบัน ความไม่แน่นอนนี้นำไปสู่การปล่อยรังสีเมื่อนิวเคลียสแสวงหาสถานะที่เสถียรมากขึ้น
กัมมันตภาพรังสีมีสามประเภทหลักๆ แบ่งตามประเภทของรังสีที่ปล่อยออกมา: รังสีอัลฟ่า ( \(\alpha\) ), เบตา ( \(\beta\) ) และรังสีแกมมา ( \(\gamma\) ) แต่ละประเภทมีคุณสมบัติและผลกระทบต่อสสารเฉพาะตัว
รังสีอัลฟ่าประกอบด้วยอนุภาคที่ประกอบด้วยโปรตอน 2 ตัวและนิวตรอน 2 ตัว ทำให้เกิดนิวเคลียสฮีเลียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากอนุภาคอัลฟาค่อนข้างหนักและมีประจุบวก จึงมีพิสัยสั้นและสามารถหยุดได้ด้วยกระดาษแผ่นหนึ่งหรือชั้นนอกของผิวหนังมนุษย์ อย่างไรก็ตาม หากกลืนกินหรือสูดดม อนุภาคอัลฟ่าอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญต่อเนื้อเยื่อชีวภาพ เนื่องจากมีพลังงานไอออไนซ์สูง
\(\textrm{ตัวอย่าง:}\) การสลายของยูเรเนียม-238 ( \(^{238}U\) ) ถึงทอเรียม-234 ( \(^{234}Th\) ) \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
การแผ่รังสีบีตาสามารถปล่อยออกมาในรูปของอิเล็กตรอน ( \(\beta^-\) ) หรือโพซิตรอน ( \(\beta^+\) ) ซึ่งเป็นปฏิปักษ์ของอิเล็กตรอน \(\beta^-\) การแผ่รังสีเกิดขึ้นเมื่อนิวตรอนในนิวเคลียสแปลงเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน โดยที่อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมา ในทางตรงกันข้าม \(\beta^+\) รังสีเกิดขึ้นเมื่อโปรตอนเปลี่ยนรูปเป็นนิวตรอนและโพซิตรอน อนุภาคบีตามีน้ำหนักเบากว่าอนุภาคอัลฟาและมีประจุเป็นบวก ( \(\beta^+\) ) หรือประจุลบ ( \(\beta^-\) ) พวกมันทะลุทะลวงได้ดีกว่าอนุภาคอัลฟ่า แต่โดยทั่วไปแล้วสามารถถูกปิดกั้นได้ด้วยอะลูมิเนียมเพียงไม่กี่มิลลิเมตร
\(\textrm{ตัวอย่างการสลายตัวของเบต้าลบ:}\) คาร์บอน-14 ( \(^{14}C\) ) สลายตัวเป็นไนโตรเจน-14 ( \(^{14}N\) ) \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{ตัวอย่างการสลายตัวของ Beta Plus:}\) Carbon-11 ( \(^{11}C\) ) สลายตัวเป็นโบรอน-11 ( \(^{11}B\) ) \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
รังสีแกมมาประกอบด้วยโฟตอนซึ่งเป็นอนุภาคแสงไม่มีมวล มันมักจะมาพร้อมกับการสลายตัวของอัลฟ่าและเบต้า ซึ่งปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสเปลี่ยนจากสถานะพลังงานที่สูงขึ้นไปเป็นพลังงานที่ต่ำกว่า รังสีแกมมามีการเจาะทะลุได้สูง โดยต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่น เช่น ตะกั่วหรือคอนกรีตหลายเซนติเมตรเพื่อลดความเข้มลงอย่างมาก แม้ว่าจะไม่มีประจุ แต่รังสีแกมมาก็สามารถสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่อเซลล์และเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้ เนื่องจากมีพลังงานสูงและมีความสามารถในการเจาะลึกได้
\(\textrm{ตัวอย่าง:}\) การเปลี่ยนผ่านของโคบอลต์-60 ( \(^{60}Co\) ) ไปเป็นสถานะพลังงานที่ต่ำกว่า โดยปล่อยรังสีแกมมา \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
แม้ว่ากัมมันตภาพรังสีสามารถก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพเนื่องจากการแผ่รังสีของมัน แต่ก็มีการใช้ประโยชน์มากมายเช่นกัน ในทางการแพทย์ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพวินิจฉัยและการรักษาโรคมะเร็ง การใช้งานทางอุตสาหกรรมประกอบด้วยการทดสอบวัสดุ การผลิตพลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และเป็นตัวติดตามในการวิจัยทางชีววิทยาและเคมี การทำความเข้าใจกัมมันตภาพรังสีประเภทต่างๆ และอันตรกิริยาของพวกมันกับสสารเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการควบคุมศักยภาพของพวกมันอย่างปลอดภัย
การตรวจจับและตรวจวัดกัมมันตภาพรังสีต้องใช้เครื่องมือหลายชนิด เช่น เครื่องนับไกเกอร์-มึลเลอร์ เครื่องนับรังสีเรืองแสงวาบ และห้องไอออไนเซชัน อุปกรณ์เหล่านี้ตรวจจับรังสีไอออไนซ์ที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาคุณสมบัติของไอโซโทปต่างๆ และรูปแบบการสลายตัวของพวกมันได้
กัมมันตภาพรังสีซึ่งมีรูปแบบอัลฟา เบต้า และแกมมา เป็นปรากฏการณ์พื้นฐานในโลกธรรมชาติ แม้ว่าจะก่อให้เกิดความเสี่ยงเนื่องจากผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออนในเนื้อเยื่อชีวภาพ แต่ความเข้าใจและการควบคุมกัมมันตภาพรังสีได้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านการแพทย์ พลังงาน และวิทยาศาสตร์ การศึกษากัมมันตภาพรังสีไม่เพียงช่วยให้เข้าใจโลกอะตอมและโลกใต้อะตอมเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือในการปรับปรุงสุขภาพของมนุษย์และความสามารถทางเทคโนโลยีของสังคมอีกด้วย
