ประวัติย่อการตรวจหาและการวัดรังสีชนิดก่อไอออน
1. เกริ่นนำ |
สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) |
| รังสีชนิดก่อไอออน (ionizing radiation) ทำให้อะตอมหรือโมเลกุลที่ ไม่มีประจุ (neutral) เกิดมีประจุลบหรือประจุบวกได้ รังสีชนิดก่อไอออนที่รู้จักกันดีที่สุด ได้แก่ รังสีแอลฟา รังสีบีตา รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ และรังสีนิวตรอน โดยรังสีที่เป็นอนุภาคที่มีประจุ เช่น รังสีแอลฟา หรือรังสีบีตา มีผลให้เกิด การแตกตัวเป็นไอออน (ionization) ได้โดยตรง ในขณะที่รังสีที่ไม่มีประจุ เช่น รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา และรังสีนิวตรอน มีผลทางอ้อมให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน กล่าวคือ ในขั้นแรกรังสีเหล่านี้ไปก่อเกิดอนุภาคที่มีประจุเสียก่อน จากนั้นอนุภาคที่มีประจุจึงไปก่อผลให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนอีกต่อหนึ่ง |
| |
 |
| |
สเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีรังสีชนิดก่อไอออนอยู่ด้านขวาสุดและมีช่วงพลังงานสูงที่สุดด้วย |
|
 |
ปฏิสัมพันธ์ของรังสีชนิดก่อไอออนต่อสสาร (ในกรอบสีส้ม)
-
อนุภาคแอลฟาทำให้อะตอมในสสารเกิด การแตกตัวเป็นไอออนไปตลอดทางที่ผ่านไป
-
อนุภาคบีตาให้ผลเหมือนอนุภาคแอลฟา และอาจเกิดรังสีแกมมาเรียกว่า bremsstrahlung ด้วย
-
รังสีแกมมาทำให้อะตอมในสสาร ปล่อยรังสีแกมมา กับอนุภาคบีตา ซึ่งทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน
-
อนุภาคนิวตรอนอาจกระแทก อนุภาคโปรตอนในอะตอมออกมา และไปก่อการแตกตัวเป็นไอออน
|
| (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Types_of_radiation. svg) |
|
หมายเหตุ : รังสีแกมมาแทนด้วยเส้นเป็นคลื่นอนุภาคที่มีประจุและนิวตรอนแทนด้วยเส้นตรง สำหรับวงกลมเล็ก ๆ นั้น แสดงกระบวนการแตกตัวเป็นไอออน
|
รังสีเป็นรูปหนึ่งของพลังงาน และพลังงานนี้บางส่วน หรือทั้งหมด อาจถูกดูดกลืนภายใน ตัวกลาง (medium) ที่เหมาะสมได้ และก่อ “ผล” (effect) ขึ้นมา ดังนั้น การตรวจหา (detection) และ การวัด (measurement) รังสีจึงใช้การตรวจหาและการวัดผลของรังสีในตัวกลางนั่นเอง และประวัติการอุบัติการณ์ตรวจหารังสี ก็สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการค้นพบรังสี และการค้นพบผลของรังสี
ธรรมชาติของ วัสดุกัมมันตรังสี (radioactive material) หรือ สารรังสี มีการปล่อยรังสีชนิดก่อไอออนออกมา โดยไม่ต้องอาศัยปัจจัยภายนอกใด ๆ และพลังงานของรังสีมีลักษณะเฉพาะตามชนิดของสารรังสี ดังนั้น เครื่องตรวจหารังสีชนิดต่าง ๆ จึงใช้ประโยชน์จากการวัดการแจกแจงพลังงานของรังสีชนิดนั้น (สเปกโทรเมตรี)
แม้ว่ารังสีชนิดก่อไอออนจะมีอยู่แล้วในธรรมชาติ เช่น รังสีคอสมิก (cosmic rays) วัสดุกัมมันตรังสีเกิดตามธรรมชาติ (naturally occurring radioactive materials) แต่ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติตลอดมา ไม่ปรากฏการสังเกตพบ รังสีชนิดก่อไอออน จนกระทั่งเมื่อราว 100 ปีมานี้เอง ทั้งนี้คงเพราะ มนุษย์ไม่มีสัมผัสเฉพาะใดที่รู้สึกได้ว่า มีรังสีชนิดนี้อยู่หรือไม่ และเมื่อก่อนก็ไม่ปรากฏความสร้างสรรค์ทางวิทยาศาสตร์ประการใด ในการพัฒนาเครื่องมือที่สามารถขยายการรับรู้ต่อรังสีชนิดนี้ได้ ต่างกับกรณีการพัฒนาเครื่องมือตรวจวัดรังสีแสง ที่เรียกว่า ทัศนศาสตร์ (optics) |
 |
 |
| อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นทองคำเปลว |
เพลตถ่ายรูปรังสีของแบ็กเกอแรล |
|
| ในปัจจุบัน ทราบกันดีว่าอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจหารังสีชนิดก่อไอออนได้ ที่จริงมีอยู่มาแต่เก่าก่อนแล้ว เช่น ปรากฏการณ์เกี่ยวกับ เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ (thermoluminescence) อธิบายได้ครั้งแรกมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 อิเล็กโทรสโคปแบบแผ่นทองคำเปลว (gold leaf electroscope) ประดิษฐ์ขึ้นมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 และ การถ่ายรูป ก็พัฒนาขึ้นมาระหว่างต้นศตวรรษที่ 19 อย่างไรก็ดี จำเนียรกาลผ่านไปนานปีมากทีเดียว กว่าที่ประตูสู่ศาสตร์ใหม่เอี่ยมอ่องว่าด้วยรังสีชนิก่อไอออนจะเปิดออกมาโดย วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน (Wilhelm Conrad Rontgen) เมื่อ ค.ศ. 1895 และโดย อองรี แบ็กเกอแรล (Henri Becquerel) เมื่อปี 1896 |
 |
เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ เป็นปรากฏการณ์ การเปล่งแสงของสารบางชนิด เมื่อได้รับความร้อน นำมาประยุกต์ใช้วัดปริมาณรังสี ที่สารนั้นดูดกลืนไว้ เช่น การหาอายุโบราณวัตถุ และโบราณสถาน
เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ เกิดเมื่อสารได้รับรังสี และดูดกลืนพลังงานจากรังสีไว้ ทำให้อิเล็กตรอนส่วนหนึ่งหลุดออกมา และบางส่วนจะถูกจับไว้ ในผลึกที่มีโครงสร้างไม่สมบูรณ์ ซึ่งเมื่อนำมากระตุ้นด้วยความร้อน อิเล็กตรอนดังกล่าวจะถูกปลดปล่อยออกมา พร้อมทั้งคายพลังงานในรูปของแสง
ตัวอย่างสารเทอร์โมลูมิเนสเซนซ์ ในธรรมชาติ เช่น แร่แคลไซต์ แร่โดโลไมต์ หินฟันม้า หินเขี้ยวหนุมาน เพทาย และสารที่สังเคราะห์ขึ้น เช่น แคลเซียมฟลูออไรด์ |
| ปรากฏการณ์เทอร์โมลูมิเนสเซนซ์อาจอธิบายได้เป็น 3 ระยะ ในรูปแสดงกรณีเกรนของควอตซ์ (ภาพ Wikimedia) |
|
โครงเรื่องจาก Detecting and measuring ionizing radiation – a short history โดย F.N. Flakus, IAEA BULLETIN, VLO 23, No 4
โพสต์เมื่อ : 13 ธันวาคม 2554 |
| |
