หน่วยที่ 11

1. หน่วยที่ 11 การแผ่รังสี ปฏิกิริยานิวเคลียร์และการประยุกต์ในทางสันติ

2. การค้นพบกัมมันตภาพรังสีการค้นพบกัมมันตภาพรังสี • ขบวนการของการสลายตัว • อันตรายจากรังสี • พลังงานนิวเคลียร์ • ปฏิกิริยาลูกโซ่ • ปฏิกิริยาหลอมตัว • การประยุกต์ใช้รังสี

3. การค้นพบกัมมันตภาพรังสีการค้นพบกัมมันตภาพรังสี • กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) คือการปลดปล่อยรังสีออกมาเองโดยไม่ต้องกระตุ้น ซึ่งค้นพบโดย Becquerel ในปี ค.ศ. 1896 • ในการค้นพบกัมมันตภาพรังสีนี้ Marie Curie มีส่วนร่วมในการทดลองด้วยหลายครั้ง และทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลร่วมกันในปี ค.ศ. 1903 • จากการทดลองพบว่ากัมมันตภาพรังสีเกิดจากการสลายตัวของนิวเคลียสที่ไม่มีเสถียรภาพ

4. ขบวนการสลายตัว • การสลายตัวของนิวเคลียสที่ไม่มีเสถียรภาพมี 3 แบบคือ การสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา การสลายตัวให้อนุภาคบีตาและการสลายตัวให้รังสีแกมมา • อนุภาคแอลฟา คือ นิวเคลียสของฮีเลียม (4He) • อนุภาคบีตาอาจเป็นได้ทั้งอิเล็กตรอนและโพซิตรอน ซึ่งมีประจุเท่ากับอิเล็กตรอนแต่มีเครื่องหมายตรงข้าม • รังสีแกมมาเป็นโฟตอนพลังงานสูง

5. อำนาจทะลุทะลวงของกัมมันตภาพรังสีทั้ง 3 ชนิดเป็นดังนี้ • แผ่นกระดาษสามารถกั้นอนุภาคแอลฟาได้ • การกั้นอนุภาคบีตาต้องใช้แผ่นอะลูมิเนียมหนา 2 -3 มิลลิเมตร • รังสีแกมมาสามารถทะลุผ่านแผ่นตะกั่วหนาหลายเซนติเมตร

6. ค่าคงตัวของการสลายตัวค่าคงตัวของการสลายตัว • ในการสลายตัวของนิวเคลียสนั้นจำนวนนิวเคลียสที่สลายตัวต่อหนึ่งหน่วยเวลาจะแปรผันกับจำนวนนิวเคลียสที่มีอยู่ในสารกัมมันตรังสี หรือ • λ คือ ค่าคงตัวของการสลายตัว (decay constant) ซึ่งจะเป็นสิ่งที่กำหนดอัตราการสลายตัวของสาร • N คือ จำนวนนิวเคลียสของสารที่ยังเหลืออยู่ในขณะนั้น • N0 คือ จำนวนนิวเคลียสของสารที่มีอยู่ในตอนเริ่มต้น t=0

7. กราฟของการสลายตัวและเวลาครึ่งชีวิตกราฟของการสลายตัวและเวลาครึ่งชีวิต • กราฟของการสลายตัวเป็นไปตามสมการN = Noe-λtซึ่งมีลักษณะดังรูป • เวลาครึ่งชีวิต (half-life) คือ ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของค่าเริ่มต้น • เวลาครึ่งชีวิตจะสัมพันธ์กับค่าคงตัวของการสลายตัวตามสมการ

8. อัตราการสลายตัว • อัตราการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีคือจำนวนของการสลายตัวต่อวินาที หรือ • R0=λN0คืออัตราของการสลายตัวเมื่อเวลาเริ่มต้น t=0 • บางครั้งเราเรียกอัตราการสลายตัวว่า “กัมมันตภาพ (activity)” • หน่วยของกัมมันตภาพที่นิยมใช้คือ คูรี (curie, Ci) โดย 1 Ci = 3.7x1010ครั้ง/วินาที • หน่วยของกัมมันตภาพในระบบ SI คือ เบคเคอเรล (becquerel, Bq) โดย 1 Bq = 1 decay/s: 1 Ci = 3.7x1010 Bq

9. การสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา • การสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาจะมีจำนวน N, Z และ A ลดลงจากเดิมเท่ากับ 2,2 และ 4 ตามลำดับ ซึ่งจะมีสมการของการสลายตัวดังนี้ • X คือนิวเคลียสแม่ (parent nucleuse) • Y คือนิวเคลียสลูก (daughter) • การสลายตัวที่เป็นไปได้จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้ • เลขมวลก่อนการสลายตัวเท่ากับเลขมวลหลังการสลายตัว • เลขอะตอมก่อนการสลายตัวเท่ากับเลขอะตอมหลังการสลายตัว

10. พลังงานของการสลายตัวในการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาพลังงานของการสลายตัวในการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา • พลังงานของการสลายตัว (disintegration energy) Q จะหาค่าได้จากสมการ Q = (Mx – My – Mα)c2 • พลังงานนี้จะปรากฏอยู่ในรูปของพลังงานจลน์ของนิวเคลียสลูกและอนุภาคแอลฟา ซึ่งบางครั้งเรียกว่า “Q-value” • ตัวอย่างหนึ่งของการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาคือ การสลายตัวของ 226Ra: • ถ้า 226Ra อยู่นิ่งก่อนการสลายตัวจะได้พลังงานของการสลายตัวมีค่าเป็น 4.87 MeV • ถ้า Q มีค่าเป็นลบแสดงว่ากระบวนการสลายตัวเป็นไปไม่ได้

11.  และ คือนิวทริโน (neutrino) และ แอนไทนิวทริโน (antineutrino) การสลายตัวให้อนุภาคบีตา • การสลายตัวให้อนุภาคบีตาจะมีเลขมวล (A) ของนิวเคลียสแม่เท่ากับเลขมวลของนิวเคลียสลูกแต่เลขอะตอมเปลี่ยนไปเท่ากับ 1 ซึ่งมีสมการของการสลายตัวเป็น • การปลดปล่อยอิเล็กตรอนหรือโปรตอนเกิดมาจากภายในนิวเคลียส โดยนิวตรอนและโปรตอนจะแปลงตัวเองตามสมการ

12. ตัวอย่างของการสลายตัวให้อนุภาคบีตาตัวอย่างของการสลายตัวให้อนุภาคบีตา

13. พลังงานของการสลายตัวในการสลายตัวให้อนุภาคบีตาพลังงานของการสลายตัวในการสลายตัวให้อนุภาคบีตา • พลังงานของการสลายตัวในการสลายตัวให้อนุภาคบีตาจะเป็นดังนี้ กรณีของการสลายตัวให้อิเล็กตรอน : Q = (Mx – MY)c2 กรณีของการสลายตัวให้โพซิตรอน : Q = (Mx – MY - 2me)c2 • เทอม -2mec2เกิดจากการที่เลขอะตอมของนิวเคลียสแม่ ลดลง 1 เมื่อเกิดนิวเคลียสลูก • ถ้า Q มีค่าลบ การสลายตัวจะเป็นไปไม่ได้

14. ตัวอย่างหนึ่งของการสลายตัวชนิดนี้คือ การสลายตัวของ ตามสมการ การสลายตัวให้รังสีแกมมา • เมื่อนิวเคลียสที่อยู่ในสถานะกระตุ้นเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะอื่นๆ ซึ่งต่ำกว่านิวเคลียสจะปลดปล่อยรังสีแกมมาออกมาโดยมีสมการเป็น • เครื่องหมายดอกจันทร์ (*) เป็นสัญลักษณ์ที่แสดงว่านิวเคลียสอยู่ในสถานะกระตุ้น

15. จะเห็นว่า สลายตัวเป็น โดยปลดปล่อยอนุภาคบีตาก่อนในขั้นแรกก่อนที่ ซึ่งอยู่ในสถานะกระตุ้นจะปลดปล่อยรังสีแกมมาในขั้นที่ 2 การสลายตัวให้รังสีแกมมา (ต่อ) • การสลายตัวให้รังสีแกมมานี้จะไม่เปลี่ยนค่าของ Z1N และ A และรังสีแกมมาจะมีพลังงานเท่ากับผลต่างของระดับพลังงานที่เกี่ยวข้อง

16. ตารางสรุปขบวนการของการสลายตัวตารางสรุปขบวนการของการสลายตัว

17. ตัวอย่างที่ 11.1ถ้า ซึ่งเป็นสารกัมมันตรังสีมีเวลาครึ่งชีวิตเป็น 6x103 และมีจำนวนนิวเคลียสเท่ากับ 3x1016 จงหา ค่ากัมมันตภาพของสารชนิดนี้ ตัวอย่างที่ 11.2 จงคำนวณหาค่าพลังงานปลดปล่อย Q ของการ สลายตัวให้อนุภาคบีตาของ 32P เมื่อค่ามวลอะตอม ของ 32P เท่ากับ 31.97391 u ของ 32S เท่ากับ 31.97207 u

18. ตัวอย่างที่ 11.3 ถ้ามวลอะตอมในปฏิกิริยาการสลายตัวของ 238U ตามสมการ 11.7ประมวลสาระฟิสิกส์ 2 มีดังต่อไปนี้ 238U=238.05079 u 4He=4.00260 u 234Th=234.04363 u 1H=1.00783 u 237Pa=237.05121 u (ก) จงคำนวณหาพลังงานปลดปล่อยจากปฏิกิริยา การสลายตัว 238U 234Th+4He (ข) จงแสดงว่า 238U ไม่สามารถสลายตัวด้วยตัวเอง ให้อนุภาคโปรตอน

19. อันตรายจากรังสี • เมื่อสสารดูดกลืนรังสีจะทำให้เกิดความเสียหายต่อสสาร โดยระดับของความเสียหายจะขึ้นอยู่กับพลังงานของรังสีและสมบัติของสสาร • ความเสียหายต่อโลหะที่ใช้ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูจะเกิดจากการชนด้วยนิวตรอนซึ่งจะทำให้โลหะอ่อนแอหรือสมบัติของโลหะที่ถูกชนเปลี่ยนไป • ความเสียหายต่ออวัยวะของสิ่งมีชีวิตจะขึ้นอยู่กับผลของการไอโอไนซ์ในเซลล์ของอวัยวะ ซึ่งจะทำให้การทำงานของอวัยวะเปลี่ยนไป • ความเสียหายจากรังสีจะขึ้นอยู่กับอำนาจการทะลุทะลวงของรังสีด้วย

20. หน่วยของการวัดรังสี • คูรี (curie, Ci) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดกัมมันตภาพ (activity) หรือความแรงของสารรังสี โดยสารรังสีที่มีกัมมันตภาพ 1 Ci จะสามารถปล่อยรังสีได้ 3.7 x 1010ครั้ง/วินาที • เรินต์เกน (roentgen, R) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณรังสี ที่สามารถผลิตประจุไฟฟ้าจำนวน 3.33 x 10-10 C ในอากาศปริมาตร 1 ลบ.ซม. ภายใต้สภาวะปกติ • หรือเป็นปริมาณรังสีที่สามารถถ่ายทอดพลังงาน 8.78 mJ ให้กับอากาศแห้งมวล 1 kg ที่สภาวะปกติ

21. แร็ด (radiation absorbed dose, rad) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดพลังงานที่ถูกดูดกลืนโดยวัตถุ โดย 1 rad คือพลังงานที่วัตถุดูดกลืนจำนวน 10 mJ/kg • เรม (radiation equivalent in man, rem) : เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณรังสีดูดกลืนเปรียบเทียบระหว่างชนิดของรังสี ทั้งนี้เพราะผลกระทบทางชีววิทยาของชนิดรังสีจะแตกต่างกัน ปริมาณรังสีในหน่วย rem = ปริมาณรังสีในหน่วย rad x RBE RBE=Radio Biological Effect ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันสำหรับรังสีต่างชนิดกัน

22. แฟคเตอร์ RBE ของรังสีชนิดต่างๆ จะเป็นดังตาราง

23. ระดับของรังสีที่ปลอดภัยระดับของรังสีที่ปลอดภัย • รังสีจากธรรมชาติ เช่น ถ่านหิน ดิน หรือ รังสีคอสมิคจากดวงอาทิตย์ ซึ่งถือเป็น background จะมีค่าประมาณ 0.31 rem/yr • ระดับของรังสีที่ยอมรับได้คือ 0.5 rem/yr (ไม่รวม background) • สำหรับผู้ทำงานทางรังสีระดับรังสีที่ยอมรับได้ทั้งร่างกายคือ 5 rem/yr • 50% ของผู้รับรังสี 400-500 rem จะเสียชีวิต

24. หน่วยวัดรังสีในระบบ SI แบบใหม่คือ gray (Gy) แทน rad และ Sievert (Sv) แทน rem

25. พลังงานนิวเคลียร์ • พลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานที่สามารถผลิตได้ด้วยปริมาณที่สูงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่ได้จากน้ำตกและการเผาถ่านหิน • ตารางข้างล่างแสดงถึงเวลาที่สามารถใช้พลังงานชนิดต่างๆ ที่เกิดจากสารมวล 1 kg และนำมาใช้กับหลอดไฟ 100 วัตต์ ซึ่งจะเห็นว่าพลังงานของนิวเคลียร์ใช้ได้นานกว่า

26. ปฏิกิริยาของพลังงานนิวเคลียร์ปฏิกิริยาของพลังงานนิวเคลียร์ • ปฏิกิริยาของพลังงานนิวเคลียร์มี 2 ประเภท คือ ปฏิกิริยาแบ่งแยกตัว (fission reaction) และปฏิกิริยาหลอมตัว (fusion reaction) • ในปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวนิวเคลียสของธาตุหนักจะถูกแบ่งออกเป็นนิวเคลียสที่เบากว่า 2 นิวเคลียส • ปฏิกิริยาหลอมตัว นิวเคลียสขนาดเล็ก 2 นิวเคลียสจะหลอมรวมกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า • ปฏิกิริยาทั้งสองชนิดจะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

27. ปฏิกิริยาแบ่งแยกตัว • เมื่อ 235U ดูดกลืนนิวตรอนอุณหภาพ (thermal neutron) จะเกิดปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวตามสมการ • เมื่อ 236U คือนิวเคลียสสารประกอบซึ่งเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ (10-12s) ก่อนที่จะแบ่งแยกตัวออก • X และ Y คือนิวเคลียสลูกซึ่งอาจเป็นไปได้หลายชนิดซึ่งสอดคล้องกับกฎการอนุรักษ์พลังงานและประจุ • ปฏิกิริยาชนิดหนึ่งที่เป็นไปได้คือ

28. โมเดลของการเกิดปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวโมเดลของการเกิดปฏิกิริยาแบ่งแยกตัว • การเกิดปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวอาจเปรียบเทียบได้กับโมเดลการแยกตัวของหยดน้ำ (liquid drop model) ซึ่งจะมีขั้นตอน ดังรูป (a) Approach (b) Absorption (c) Oscillation (d) Fission

29. เมื่อนิวตรอนพลังงานต่ำพุ่งเข้าชน 235U จะถูกดูดกลืนกลายเป็น 236U • เนื่องจาก 236U มีพลังงานส่วนเกินจึงเกิดการแปลงรูปเป็นแบบ dumbbell • แรงผลักระหว่างโปรตอนจะทำให้ 236U แบ่งแยกตัวออกเป็น 2 ส่วนพร้อมกับปล่อยนิวตรอนประมาณ 2.5 อนุภาค • เนื่องจากเกิดมวลพร่อง (mass defect) ในปฏิกิริยาจึงมีการปลดปล่อยพลังงานประมาณ 235 MeV ต่อครั้งของการแบ่งแยกตัว ซึ่งถือว่ามีค่าสูง พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยาทางเคมี

30. ปฏิกิริยาลูกโซ่

31. ปฏิกิริยาลูกโซ่ • นิวตรอนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวมีโอกาสถูกดูดกลืนโดยนิวเคลียสอื่นๆ ของ 235U ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ดังรูป • ถ้าไม่มีการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ จะนำไปสู่การระเบิด ซึ่งเป็นหลักการของระเบิดปรมาณู • ถ้าสามารถควบคุมได้จะสามารถนำพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาไปใช้ประโยชน์ในทางสันติ เช่น ในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า

32. เตาปฏิกรณ์ปรมาณู • Enrico Fermi ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1938 เป็นคนแรกที่สามารถพัฒนาเตาปฏิกรณ์ปรมาณูดังรูปได้สำเร็จในปี ค.ศ.1942

33. เตาปฏิกรณ์ปรมาณู • เตาปฏิกรณ์ปรมาณูแบบที่ใช้น้ำเป็นตัวลดทอนพลังงาน (moderator) เป็นแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งมีลักษณะดังรูป • เตาปฏิกรณ์แบบนี้จะใช้ 235U ซึ่งมีความเข้มข้นประมาณ 3% เป็นเชื้อเพลิง (แร่ยูเรเนียมในธรรมชาติจะมี 238U 99.3% และ235U 0.7%) • เนื่องจากปฏิกิริยาลูกโซ่ในแท่งเชื้อเพลิงจะทำให้อุณหภูมิของน้ำที่อยู่ใน primary loop ร้อนจัด ซึ่งต้องควบคุมน้ำภายใต้ความดัน • น้ำใน primary loop จะถูกปั๊มไปยัง heat exchanger เพื่อนำความร้อนไปสู่น้ำใน secondary loop • น้ำใน secondary loop จะกลายเป็นไอน้ำ เพื่อนำไปหมุน turbine ทำให้เกิดการผลิตกระแสไฟฟ้าตามต้องการ

34. ปฏิกิริยาหลอมตัว • ปฏิกิริยาหลอมตัวจะเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสขนาดเบา 2 ชนิดหลอมรวมกัน เกิดเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า • เนื่องจากมวลของนิวเคลียสหนักน้อยกว่าผลรวมของมวลของนิวเคลียสเบา จะเกิดมวลพร่องซึ่งนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงาน • ตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาหลอมตัวคือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ซึ่งเรียกว่า proton-proton cycle (p-p cycle) • เงื่อนไข 2 ข้อ ของการเกิด p-p cycle คือต้องมีอุณหภูมิสูงและมีความหนาแน่นของโปรตอนสูงพอ

35. แล้วเกิด หรือ • p-p cycle เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ 3 ระดับ ดังสมการ • จะเห็นว่าอนุภาคโปรตอน 4 อนุภาคหลอมรวมกันเกิดอนุภาคแอลฟา 1 อนุภาค และโพซิตรอน 2 อนุภาค • พลังงานที่ปลดปล่อยจากปฏิกิริยาอยู่ในรูปของพลังงานของรังสีแกมมา โพซิตรอน และนิวตริโน ซึ่งมีค่าเป็น 26.7 MeV

36. เตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน • เนื่องจากเงื่อนไขของอุณหภูมิและความหนาแน่น ทำให้ p-p cycle ไม่สามารถเป็นไปได้ในเตาปฏิกรณ์บนโลก • ปฏิกิริยาที่อาจเป็นไปได้ในเตาปฏิกรณ์ชนิดเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน คือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ ดิวเทอเรียม (deuterium) และทริเทียม (tritium) : • ข้อได้เปรียบของเตาปฏิกรณ์ชนิดนี้คือการมีเชื้อเพลิงไม่จำกัดเพราะเราสามารถผลิตดิวเทอเรียม 0.12 g จากน้ำ 1 แกลลอน และมีค่าใช้จ่ายประมาณ 2 บาท

37. ปัจจัยของความสำเร็จของเตาปฏิกรณ์แบบหลอมตัวปัจจัยของความสำเร็จของเตาปฏิกรณ์แบบหลอมตัว • ความหนาแน่นของอนุภาคเชื่อเพลิง (n) ต้องสูงพอ เพื่อให้มีปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียสสูงพอ • อุณหภูมิของพลาสมาต้องสูงพอ (~ 108k) เพื่อให้อนุภาคดิวเทอรอนที่วิ่งชนกันสามารถเอาชนะแรงผลักคูลอมบ์ได้ • ช่วงเวลากักกัน (confinement time,  ) ต้องนานพอ เพื่อรักษาให้อุณหภูมิและจำนวนพลาสมาสูงพอและคงค่าอยู่ได้ เมื่อรวมเงื่อนไขเหล่านี้เข้าด้วยกัน จะได้เงื่อนไขที่ทำให้ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นจริง ซึ่งเรียกว่า “Lawson’s criterion” n≥ 1020 s.m-3

38. ลักษณะเตาปฏิกรณ์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันลักษณะเตาปฏิกรณ์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชัน

39. การประยุกต์ใช้รังสี ชนิดของการประยุกต์ใช้รังสี • การประยุกต์ทางการเกษตร • การประยุกต์ทางการแพทย์ • การประยุกต์ทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทป • การประยุกต์ทางการผลิตกระแสไฟฟ้า

40. การประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตรการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตร • ผลผลิตทางการเกษตร (พืชและสัตว์) มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ เพราะใช้เป็นอาหาร เครื่องนุ่งห่ม ที่อยู่อาศัย และยารักษาโรค • ในอดีตเคยมีพันธุ์พืชนับพันล้านชนิด แต่ปัจจุบันเหลือน้อยมาก เพราะถูกทำลายด้วยแมลงและโรคระบาด • การเน่าเปื่อยของเนื้อสัตว์ตามกาลเวลาและการระบาดของเชื้อโรคและพยาธิในเนื้อสัตว์ ทำให้มนุษย์มีข้อจำกัดในการใช้ประโยชน์ • นอกเหนือจากการตากในแสงแดด การอบด้วยความร้อย การอุ่นหรือต้มด้วยคลื่นไมโครเวฟแล้ว ยังสามารถใช้รังสีในกระบวนการผลิตและถนอมอาหารด้วย

41. ผลที่เกิดขึ้นจากการฉายรังสีพืชหรืออาหารผลที่เกิดขึ้นจากการฉายรังสีพืชหรืออาหาร • เมื่อฉายรังสีกับพืชหรืออาหารจะทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานแก่โมเลกุลของพืชหรืออาหาร ทำให้โมเลกุลถูกไอโอไนซ์กลายเป็นโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้าและอนุมูลอิสระ • อนุมูลอิสระจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นๆ และโมเลกุลของน้ำซึ่งมีอยู่ในพืชและอาหารกลายเป็นโมเลกุลใหม่ที่มีสมบัติทางชีวเคมีเปลี่ยนไป • โมเลกุลเหล่านั้นอาจทำหน้าที่เพี้ยนไปทำให้เซลล์ของพืชตายไปหรืออาจรบกวนการแบ่งเซลล์ของพืชทำให้จุลชีพที่อยู่ในพืชหรืออาหาร เช่น บักเตรี เชื้อรา พยาธิและแมลง ตายหรือเป็นหมันได้ • การฉายรังสีพืชหรืออาหารจึงมีประโยชน์ต่อกระบวนการผลิตหรือถนอมอาหารและสามารถเปลี่ยนแปลงพันธุ์พืชด้วยการกลายพันธุ์ได้

42. ชนิดของรังสีที่ใช้ในการฉายรังสีชนิดของรังสีที่ใช้ในการฉายรังสี • องค์การอนามัยโลก (WHO) องค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) และทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) มีความเห็นร่วมกันว่าการฉายรังสีในประมาณไม่เกิน 10 kgray ไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ • ชนิดของรังสีที่อนุญาตให้ฉายได้ คือ • รังสีแกมมาจาก Co-60 และ Cs-137 • รังสีเอ็กซ์จากเครื่องผลิตรังสีที่ใช้ความต่างศักย์ไม่เกิน 5 ล้านโวลต์ • อิเล็กตรอนจากเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้ความต่างศักย์ไม่เกิน 5 ล้านโวลต์

43. ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตรลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการเกษตร • ควบคุมการงอกของพืช-ผัก เช่น หอมหัวใหญ่ กระเทียมและมันฝรั่งในระหว่างการเก็บรักษา • ควบคุมการแพร่พันธุ์ของแมลงเช่น ในข้าวสาร ถั่วเขียวและมะขามหวาน ในระหว่างการเก็บรักษา • ยืดอายุการเก็บรักษาอาหารสด เช่น อาหารทะเล เนื้อสัตว์และผลไม้ • ทำลายเชื้อโรคและพยาธิในอาหาร เช่น เชื่อ Salmonella เพื่อป้องกันโรคอุจจาระร่วงและพยาธิตัวกลม • เหนี่ยวนำให้กลายพันธุ์เพื่อคัดเลือกลักษณะเด่นของพืชเอาไว้และกำจัดลักษณะด้อยทิ้งไป เช่น ในข้าว ข้าวสาลี มันฝรั่ง และข้าวโพด

44. ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการแพทย์ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการแพทย์ • เพื่อการตรวจและวินิจฉัย เช่น การตรวจฮอร์โมนและเอนไซม์ในเลือด การตรวจโรคคอหอยพอกด้วย I-125 และการทำงานของต่อมธัยรอยด์ และการเอกซ์เรย์ปอดและกระดูก • เพื่อการบำบัดรักษา เช่น ใช้รังสีแกมมาจากCo-60รักษาโรคมะเร็ง และใช้ I-131 รักษาโรคต่อมธัยรอยด์ • เพื่อการทำปลอดเชื้อผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ เช่น การปลอดเชื้อในเข็มเย็บแผล เข็มฉีดยา ผ้าปิดแผล ทำการปลอดเชื้อในเภสัชภัณฑ์ เช่นการปลอดเชื้อในยาปฏิชีวนะและสเตียรอยด์ และการปลอดเชื้อในเนื้อเยื่อสำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะ เช่น การปลูกถ่ายกระดูกและการปลูกถ่ายผิวหนัง

45. ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทปลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทป • เพื่อศึกษาวิจัยในการสร้างเครื่องมือตรวจสอบวัสดุหรือสารชนิดต่างๆ เช่น • วัตถุระเบิด ยาเสพติดและของผิดกฎหมาย • ตรวจหาแหล่งน้ำมัน ถ่านหินและแร่ต่างๆ • ตรวจระดับกัมมะถันในอากาศรอบๆ โรงไฟฟ้าถ่านหิน • เพื่อการผลิตไอโซโทปที่ใช้ในทางการแพทย์ เช่น การผลิต I-131โดยอาศัยเตาปฏิกรณ์ปรมาณู

46. ลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการผลิตกระแสไฟฟ้าลักษณะการประยุกต์ใช้รังสีทางการผลิตกระแสไฟฟ้า • การผลิตกระแสไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาแบ่งแยกตัวในเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ซึ่งมี U-235 ความเข็มข้น 3.5% เป็นเชื้อเพลิง • ข้อดีของการผลิตกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าการผลิตโดยพลังงานน้ำตก น้ำมันเตาและแก๊สธรรมชาติ • ข้อเสียของการผลิตกระแสไฟฟ้าดังกล่าวคือความปลอดภัยและปัญหาในการกำจัดกากเชื้อเพลิงปรมาณูที่มีอายุนานนับล้านปี • การผลิตกระแสไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาหลอมตัวในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูแบบเทอร์โมนิวเคลียร์

47. 1. จงหาพลังงานที่ถูกปลดปล่อย (Q) เป็น MeV ในการสลายตัวของ 232U ตามสมการ กำหนดให้มวลอะตอมของ 2. จงคำนวณหาค่าพลังงานปลดปล่อย Q สำหรับ ปฏิกิริยาการแตกตัวของ 235U ออกเป็น 140Ce และ 94Zr และอนุภาคนิวตรอนตามสมการ 3. สลายตัวให้อนุภาคแอลฟา 4 ครั้ง อนุภาคบีตา 2 ครั้ง แล้วจะกลายเป็นธาตุใด กำหนดให้มวลอะตอม แบบฝึกหัดที่ 11

48. 4. เมื่อเวลาผ่านไป 4 ชั่วโมงสารกัมมันตรังสีจำนวนหนึ่งสลายตัวไปเหลือเพียง 1/32 เท่าของปริมาณเดิม จงหาค่าคงตัวของเวลาและเวลาครึ่งชีวิตของสารนี้ 5. ในสารกัมมันตรังสีชนิดหนึ่ง 128I ซึ่งใช้ประโยชน์ด้านการแพทย์โดยเป็นตัวตรวจวัดอัตราการดูดกลืนไอโอดีนของต่อมไทรอยด์จากการทดลองได้ข้อมูลอัตราการสลายตัวของ 128I ดังตารางจงหาค่าคงตัวของการสลายตัวและเวลาครึ่งชีวิตของสาร 6. ชนิดของการประยุกต์ใช้ทางรังสีมีกี่ชนิด อะไรบ้าง 7. จงอธิบายถึงผลที่เกิดขึ้นจากการฉายรังสีพืชและอาหารพอสังเขป

49. 8. จงอธิบายถึงชนิดของรังสีที่อนุญาตให้ฉายได้ 9. จงอธิบายถึงลักษณะของการฉายรังสีทางการเกษตรพอสังเขป 10. จงอธิบายถึงลักษณะของการฉายรังสีทางการแพทย์พอส้งเขป 11. จงอธิบายถึงลักษณะของการฉายรังสีทางการศึกษาวิจัยและผลิตไอโซโทปพอสังเขป 12. จงอธิบายถึงลักษณะของการฉายรังสีทางการผลิตกระแสไฟฟ้าพอสังเขป