ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ผ่านมา ศัพท์ใหม่เข้ามาในศาสตร์ - รังสี การค้นพบนี้ทำให้เกิดการปฏิวัติในจิตใจของนักฟิสิกส์ทั่วโลก และอนุญาตให้ละทิ้งทฤษฎีบางอย่างของนิวตัน และตั้งสมมติฐานที่ชัดเจนเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล การก่อตัว และสถานที่ของเราในจักรวาล แต่นั่นคือทั้งหมดสำหรับผู้เชี่ยวชาญ ชาวกรุงได้แต่ถอนหายใจและพยายามรวบรวมความรู้ที่แตกต่างกันออกไปเกี่ยวกับเรื่องนี้ ความซับซ้อนของกระบวนการคือความจริงที่ว่ามีหน่วยการวัดรังสีค่อนข้างน้อย และทุกหน่วยมีสิทธิ์
คำศัพท์
อันที่จริงเทอมแรกที่คุ้นเคยคือการแผ่รังสี เป็นชื่อเรียกกระบวนการแผ่รังสีโดยสสารบางชนิดของอนุภาคที่เล็กที่สุด เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน อะตอมฮีเลียม และอื่นๆ คุณสมบัติของรังสีจะแตกต่างกันไปตามชนิดของอนุภาค มีการสังเกตการแผ่รังสีระหว่างการสลายตัวของสารให้กลายเป็นสารที่ง่ายกว่า หรือระหว่างการสังเคราะห์
การแผ่รังสีเป็นแนวคิดทั่วไปที่ระบุว่ามีการปล่อยอนุภาคมูลฐานออกจากสสารจำนวนเท่าใด ณ ตอนนี้ ฟิสิกส์ทำงานกันแบบครอบครัวหน่วยต่าง ๆ และการรวมกัน ช่วยให้คุณสามารถอธิบายกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นกับเรื่องได้
การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีเป็นการเปลี่ยนแปลงตามอำเภอใจในโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรโดยการปล่อยอนุภาคขนาดเล็ก
ค่าคงที่การสลายตัวเป็นแนวคิดทางสถิติที่ทำนายความน่าจะเป็นที่อะตอมจะถูกทำลายในช่วงเวลาที่กำหนด
ครึ่งชีวิตคือช่วงเวลาที่ครึ่งหนึ่งของปริมาณสารทั้งหมดสลายตัว สำหรับองค์ประกอบบางอย่าง จะคำนวณเป็นนาที ส่วนองค์ประกอบอื่นๆ เป็นปีหรือเป็นทศวรรษ
รังสีวัดอย่างไร
รังสีไม่ใช่หน่วยเดียวที่ใช้ในการประเมินคุณสมบัติของวัสดุกัมมันตภาพรังสี นอกจากนี้ ปริมาณดังกล่าวยังใช้เป็น:
- กิจกรรมของแหล่งกำเนิดรังสี- ความหนาแน่นของฟลักซ์ (จำนวนอนุภาคไอออไนซ์ต่อหน่วยพื้นที่)
นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างในคำอธิบายผลกระทบของรังสีต่อวัตถุที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต ดังนั้น หากสารนั้นไม่มีชีวิต แนวคิดก็นำไปใช้กับมัน:
- ปริมาณที่ดูดซึม;- ปริมาณที่ได้รับ.
หากรังสีส่งผลต่อเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต ให้ใช้คำต่อไปนี้:
- ปริมาณเทียบเท่า;
- ปริมาณเทียบเท่าที่มีประสิทธิภาพ;- อัตราปริมาณยา.
หน่วยวัดรังสีตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ค่าตัวเลขตามเงื่อนไขที่นักวิทยาศาสตร์นำมาใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการคำนวณและสร้างสมมติฐานและทฤษฎี บางทีนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมถึงไม่มีหน่วยวัดที่ยอมรับกันทั่วไปเพียงหน่วยเดียว
คูรี
หนึ่งในหน่วยของรังสีคือคูรี ไม่เป็นของระบบ (ไม่เป็นของระบบ SI) ในรัสเซียมีการใช้ในฟิสิกส์นิวเคลียร์และการแพทย์ กิจกรรมของสารจะเท่ากับหนึ่งคูรีหากมีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี 3.7 พันล้านครั้งในหนึ่งวินาที นั่นคือ เราสามารถพูดได้ว่าหนึ่งคูรีมีค่าเท่ากับสามพันล้านเจ็ดร้อยล้านเบคเคอเรล
ตัวเลขนี้เกิดจากการที่ Marie Curie (ผู้แนะนำคำศัพท์นี้ในด้านวิทยาศาสตร์) ได้ทำการทดลองของเธอเกี่ยวกับเรเดียมและใช้อัตราการสลายตัวเป็นพื้นฐาน แต่เมื่อเวลาผ่านไป นักฟิสิกส์ตัดสินใจว่าค่าตัวเลขของหน่วยนี้เชื่อมโยงกับค่าอื่นได้ดีกว่า - เบคเคอเรล ทำให้สามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้
นอกจาก curies คุณมักจะพบทวีคูณหรือหลายย่อยเช่น:
- megacurie (เท่ากับ 3.7 คูณ 10 ยกกำลัง 16 ของ becquerels);
- kilocurie (3, 7 พันล้านเบคเคอเรล);
- millicurie (37 ล้านเบคเคอเรล);- microcurie (37,000 เบคเคอเรล).
การใช้หน่วยนี้ คุณสามารถแสดงปริมาตร พื้นผิว หรือกิจกรรมเฉพาะของสารได้
เบคเคอเรล
หน่วยเบคเคอเรลของปริมาณรังสีเป็นระบบและรวมอยู่ในระบบหน่วยสากล (SI) มันง่ายที่สุดเพราะกิจกรรมการแผ่รังสีของหนึ่ง becquerel หมายความว่ามีการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีเพียงหนึ่งครั้งต่อวินาทีในสสาร
ได้ชื่อมาเพื่อเป็นเกียรติแก่ Antoine Henri Becquerel นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชื่อเรื่องคือได้รับการอนุมัติเมื่อปลายศตวรรษที่ผ่านมาและยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน เนื่องจากหน่วยนี้เป็นหน่วยที่ค่อนข้างเล็ก จึงใช้ส่วนนำหน้าทศนิยมเพื่อระบุกิจกรรม: kilo-, milli-, micro- และอื่นๆ
เมื่อเร็วๆ นี้ มีการใช้หน่วยที่ไม่เป็นระบบ เช่น คูรีและรัทเทอร์ฟอร์ดร่วมกับเบคเคอเรล หนึ่งรัทเทอร์ฟอร์ด เท่ากับหนึ่งล้านเบคเคอเรล ในคำอธิบายของกิจกรรมเชิงปริมาตรหรือพื้นผิว เราสามารถค้นหาการกำหนด becquerel ต่อกิโลกรัม becquerel ต่อเมตร (ตารางหรือลูกบาศก์) และอนุพันธ์ต่างๆ
เอ็กซ์เรย์
หน่วยวัดการแผ่รังสี เอ็กซ์เรย์ ก็ไม่เป็นระบบเช่นกัน แม้ว่าจะถูกใช้ทุกที่เพื่อระบุปริมาณรังสีที่ได้รับรังสีแกมมาที่ได้รับก็ตาม หนึ่ง roentgen เท่ากับปริมาณรังสีที่อากาศหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรที่ความดันบรรยากาศมาตรฐานและอุณหภูมิศูนย์จะมีประจุเท่ากับ 3.3(10-10) ซึ่งเท่ากับสองล้านคู่ของไอออน
แม้ว่ากฎหมายของสหพันธรัฐรัสเซียจะห้ามหน่วยที่ไม่ใช่ระบบส่วนใหญ่ แต่รังสีเอกซ์ก็ถูกนำมาใช้ในการทำเครื่องหมายของ dosimeters แต่ในไม่ช้าพวกเขาก็จะหยุดใช้ เนื่องจากมันกลายเป็นว่ามีประโยชน์มากกว่าในการเขียนและคำนวณทุกอย่างเป็นสีเทาและซีเวิร์ต
แรด
หน่วยวัดการแผ่รังสี rad อยู่นอกระบบ SI และเท่ากับปริมาณรังสีที่พลังงานหนึ่งล้านจูลถูกถ่ายโอนไปยังสารหนึ่งกรัม นั่นคือ 1 rad เท่ากับ 0.01 จูลต่อกิโลกรัมของสสาร
วัสดุที่ดูดซับพลังงานอาจเป็นเนื้อเยื่อที่มีชีวิตหรือสารอินทรีย์อื่นๆ และสารอนินทรีย์และสาร: ดิน น้ำ อากาศ ในฐานะหน่วยอิสระ rad ถูกนำมาใช้ในปี 1953 และในรัสเซียมีสิทธิ์ที่จะใช้ในด้านฟิสิกส์และการแพทย์
สีเทา
นี่คืออีกหนึ่งหน่วยวัดระดับของรังสีซึ่งเป็นที่ยอมรับโดยระบบสากลของหน่วย สะท้อนถึงปริมาณรังสีที่ดูดกลืน สารจะถือว่าได้รับปริมาณหนึ่งสีเทา ถ้าพลังงานที่ถูกถ่ายโอนด้วยรังสีเท่ากับหนึ่งจูลต่อกิโลกรัม
หน่วยนี้ตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ลูอิส เกรย์ และได้รับการแนะนำให้รู้จักกับวิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2518 ตามกฎแล้ว ชื่อเต็มของหน่วยจะเขียนด้วยตัวอักษรขนาดเล็ก แต่การกำหนดแบบย่อจะเป็นตัวพิมพ์ใหญ่ หนึ่งสีเทามีค่าเท่ากับหนึ่งร้อยแรด นอกจากหน่วยอย่างง่ายแล้ว การเทียบเท่าแบบทวีคูณและหลายค่ายังใช้ในวิทยาศาสตร์ด้วย เช่น กิโลกรัม เมกะเกรย์ เดซิเกรย์ เซนติเกรย์ ไมโครเกรย์ และอื่นๆ
ซีเวิร์ต
หน่วยซีเวิร์ตของรังสีใช้เพื่อระบุปริมาณรังสีที่มีประสิทธิภาพและเทียบเท่า และยังเป็นส่วนหนึ่งของระบบ SI เช่น สีเทาและเบคเคอเรล ใช้ในวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ พ.ศ. 2521 หนึ่งซีเวิร์ตเท่ากับพลังงานที่เนื้อเยื่อหนึ่งกิโลกรัมดูดซับหลังจากได้รับความร้อนจากรังสีแกมมาเพียงครั้งเดียว ชื่อของหน่วยเป็นเกียรติแก่ Rolf Sievert นักวิทยาศาสตร์จากสวีเดน
ตามคำจำกัดความ ซีเวิร์ตและสีเทามีค่าเท่ากัน กล่าวคือ ปริมาณที่เท่ากันและการดูดซึมมีขนาดเท่ากัน แต่ก็ยังมีความแตกต่างระหว่างพวกเขา เมื่อกำหนดปริมาณที่เท่ากันจำเป็นต้องคำนึงถึงไม่เพียงแต่ปริมาณเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงคุณสมบัติอื่นๆ ของรังสีด้วย เช่น ความยาวคลื่น แอมพลิจูด และอนุภาคที่เป็นตัวแทน ดังนั้น ค่าตัวเลขของปริมาณรังสีที่ดูดซึมจึงคูณด้วยปัจจัยด้านคุณภาพการแผ่รังสี
ตัวอย่างเช่น สิ่งอื่นๆ ที่เท่าเทียมกัน ผลการดูดซึมของอนุภาคแอลฟาจะแข็งแกร่งกว่ารังสีแกมมาในขนาดเดียวกันถึง 20 เท่า นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ของเนื้อเยื่อซึ่งแสดงให้เห็นว่าอวัยวะตอบสนองต่อรังสีอย่างไร ดังนั้นขนาดยาที่เท่ากันจึงถูกใช้ในรังสีชีววิทยา และขนาดยาที่มีประสิทธิผลจะถูกใช้ในอาชีวอนามัย (เพื่อทำให้การได้รับรังสีเป็นปกติ)
ค่าคงที่แสงอาทิตย์
มีทฤษฎีที่ว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกของเราเกิดขึ้นเนื่องจากการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ หน่วยวัดการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์คือแคลอรีและวัตต์หารด้วยหน่วยเวลา นี่เป็นการตัดสินใจเพราะปริมาณรังสีจากดวงอาทิตย์ถูกกำหนดโดยปริมาณความร้อนที่วัตถุได้รับและความเข้มที่มันมา พลังงานที่ปล่อยออกมาทั้งหมดเพียงครึ่งล้านถึงพื้นโลก
รังสีจากดวงดาวแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วแสงและเข้าสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของรังสี สเปกตรัมของรังสีนี้ค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่ "สัญญาณรบกวนสีขาว" ซึ่งก็คือคลื่นวิทยุ ไปจนถึงรังสีเอกซ์ อนุภาคที่เข้ากันได้ดีกับรังสีก็คือโปรตอน แต่บางครั้งอาจมีอิเล็กตรอน (ถ้าปล่อยพลังงานออกมามาก)
รังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์เป็นแรงผลักดันของกระบวนการที่มีชีวิตทั้งหมดบนดาวเคราะห์. ปริมาณพลังงานที่เราได้รับขึ้นอยู่กับฤดูกาล ตำแหน่งของดาวเหนือขอบฟ้า และความโปร่งใสของบรรยากาศ
ผลของรังสีต่อสิ่งมีชีวิต
หากเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะเหมือนกันได้รับการฉายรังสีประเภทต่างๆ (ในขนาดและความเข้มเท่ากัน) ผลลัพธ์ที่ได้จะแตกต่างกันไป ดังนั้น ในการพิจารณาผลที่ตามมา ปริมาณการดูดซึมหรือการรับสัมผัสเท่านั้นจึงไม่เพียงพอ เช่นเดียวกับกรณีของวัตถุที่ไม่มีชีวิต หน่วยของรังสีที่ทะลุทะลวงปรากฏขึ้นในที่เกิดเหตุ เช่น sieverts rems และ greys ซึ่งระบุปริมาณรังสีที่เท่ากัน
เทียบเท่าคือปริมาณที่เนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตดูดซึมและคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์แบบมีเงื่อนไข (ตาราง) ซึ่งพิจารณาว่ารังสีชนิดนี้หรือรังสีชนิดนี้มีอันตรายเพียงใด การวัดที่ใช้กันมากที่สุดคือซีเวิร์ต หนึ่งซีเวิร์ตเท่ากับหนึ่งร้อยเรม ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์สูง รังสีก็จะยิ่งอันตรายมากขึ้นตามลำดับ ดังนั้นสำหรับโฟตอนนี่คือหนึ่งและสำหรับนิวตรอนและอนุภาคอัลฟาคือยี่สิบ
ตั้งแต่เกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลในรัสเซียและประเทศ CIS อื่นๆ ได้รับความสนใจเป็นพิเศษถึงระดับการได้รับรังสีในมนุษย์ ปริมาณรังสีที่เท่ากันจากแหล่งกำเนิดรังสีธรรมชาติไม่ควรเกินห้ามิลลิวินาทีต่อปี
การกระทำของนิวไคลด์กัมมันตรังสีต่อวัตถุไม่มีชีวิต
อนุภาคกัมมันตภาพรังสีนำพาพลังงานที่ส่งผ่านไปยังสสารเมื่อชนกับมัน และยิ่งมีอนุภาคเข้ามาสัมผัสมากขึ้นระหว่างทางด้วยสสารจำนวนหนึ่งก็จะยิ่งได้รับพลังงานมากเท่านั้น ปริมาณของมันคือประมาณในปริมาณ
- ปริมาณที่ดูดซึมคือปริมาณรังสีกัมมันตภาพรังสีที่หน่วยของสารได้รับ วัดเป็นสีเทา ค่านี้ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบของรังสีประเภทต่างๆ ที่มีต่อสสารต่างกัน
- ปริมาณที่ได้รับแสง - คือปริมาณที่ดูดซึม แต่คำนึงถึงระดับของการแตกตัวเป็นไอออนของสารจากผลกระทบของอนุภาคกัมมันตภาพรังสีต่างๆ มีหน่วยวัดเป็นคูลอมบ์ต่อกิโลกรัมหรือเรินต์เกน