บทที่ 20 ฟิสิกส์นิวเคลียร์

กัมมันตภาพรังสี

ในปี ค.ศ. 1896 เบ็กเคอเรล ( Henri Becquerel ) ได้ทำการทดลองการเรืองแสงของสารต่าง ๆ และได้พบว่าสารประกอบของยูเรเนียมสามารแผ่รังสีออกมาได้เองตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเลย และจากการศึกษาเบื้องต้นของเบ็กเคอเรล เขาได้พบว่า รังสีนี้มีสมบัติบางประการคล้ายรังสีเอกซ์ เช่น สามารถทะลุผ่านวัตถุบางชนิดและทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนได้
ต่อมา ปีแอร์ คูรี ( Pierre Curie ) และมารี คูรี ( Maric Curie ) ได้ทำการทดลองกับธาตุอื่น ๆ อีกหลายชนิด และพบว่าธาตุบางชนิดมีการแผ่รังสีเช่นเดียวกับธาตุยูเรเนียม ปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่องนี้ เรียกว่า กัมมันตภาพรังสี ( radioactivity ) และธาตุที่มีการแผ่รังสีได้เองเรียกว่า ธาตุกัมมันตรังสี ( radioactive element )
จากการศึกษารังสีที่แผ่ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีทั่วไป

โดยให้รังสีดังกล่าวผ่านเข้าไปในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กทิศพุ่งเข้าและตั้งฉากกับกระดาษ พบว่า แนวการเคลื่อนที่ของรังสีแยกเป็น 3 แนว ดังรูป 4.1 รังสีที่เบนน้อยและไปทางซ้ายของแนวเดิม เรียกว่า รังสีแอลฟา ( alpha ray ) รังสีที่เบนมากและในทิศตรงข้ามกับรังสีแอลฟา เรียกว่า รังสีบีตา ( beta ray ) ส่วนรังสีที่พุ่งตรงไม่เบี่ยงเบนเลย เรียกว่า รังสีแกมมา ( gamma ray ) และนิยมเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ และ ตามลำดับ
เราทราบแล้วว่า อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงกระทำต่ออนุภาคทำให้ทิศการเคลื่อนที่เปลี่ยนไป ทำให้ทราบว่ารังสีแอลฟามีประจุไฟฟ้าบวก รังสีบีตามีประจุไฟฟ้าลบและรังสีแกมมามีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า

การศึกษารังสีทั้งสามชนิด ทำให้ทราบสมบัติต่าง ๆ ของรังสีเหล่านี้เพิ่มขึ้นดังนี้

รังสีแอลฟา มีส่วนประกอบเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมมีมวลประมาณ 4u มีประจุไฟฟ้า +2e มีพลังงานประมาณ 6 MeV รังสีแอลฟาสามารถทำให้สารที่รังสีผ่านแตกตัวเป็นไอออนได้ดี จึงเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว รังสีแอลฟาจึงมีอำนาจทะลุผ่านน้อยมาก กล่าวคือสามารถวิ่งผ่านอากาศได้ประมาณ 5 เซนติเมตร และเมื่อใช้แผ่นกระดาษบาง ๆ กั้น รังสีแอลฟาก็ทะลุผ่านไม่ได้ เนื่องจากรังสีนี้คือนิวเคลียสที่เป็นอนุภาค บางครั้งจึงเรียกรังสีแอลฟาว่า อนุภาคแอลฟา
รังสีบีตา เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า -1e มีมวลเากับมวลของอิเล็กตรอน รังสีบีตา คือิเล็กตรอน ( ที่มาจากการสลายของนิวเคลียส มิใช่อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่รอบนิวเคลียส ) มีพลังงานประมาณ 1 MeV รังสีบีตาสามารถวิ่งผ่านไปในอากาศได้ประมาณ 0.5 เมตร อำนาจทะลุผ่านของรังสีบีตาจึงมากกว่ารังสีแอลฟา บางครั้งเรียกรังสีบีตาว่า อนุภาคบีตา
รังสีแกมมา เป็นรังสีที่มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแกมมามีพลังงานประมาณ 0.01 MeV สามารถทะลุผ่านแผ่นอะลูมิเนียมที่หนาหลายเซนติเมตรได้ จึงมีอำนาจทุลุผ่านมากที่สุดในบรรดารังสีทั้งสามชนิด

รังสีเบต้า
รังสีบีตาแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ b+ ซึ่งมีประจุไฟฟ้า +1e และเรียกว่า โพซิตรอน ( positron ) กับ b- ซึ่งมีประจุไฟฟ้า -1e และเรียกว่า เนกาตรอน ( negatron ) ธาตุกัมมันตรังสีส่วนมากจะปล่อย b- ออกมา ดังนั้นเมื่อกล่าวถึงรังสีบีตามักจะหมายถึง b- เสมอ
หน่วยมวลอะตอม ( atomic mass unit )

หน่วยมวลอะตอม เป็นหน่วยที่ใช้วัดมวลของอะตอมหรืออนุภาค โดยนิยามให้ 1 หน่วยมวลอะตอมมีค่าเท่ากับ 1/12 เท่า ของมวลอะตอมคาร์บอน -12 หน่วยมวลอะตอมแทนด้วยสัญลักษณ์ u ดังนั้นจากนิยามจะเขียนได้ว่า