กัมมันตภาพรังสีในธรรมชาติ อันตรายจากกัมมันตภาพรังสีและการป้องกัน

กัมมันตภาพรังสีในธรรมชาติ อันตรายจากกัมมันตภาพรังสีและการป้องกัน
             การศึกษากัมมันตภาพรังสีที่กล่าวมานี้ ทำให้เรารู้ว่าได้มีการนำกัมมันตรังสีมาใช้ประโยชน์ในหลายๆด้าน ดังตัวอย่างต่างๆที่กล่าวในหัวข้อที่แล้ว อย่างไรก็ตาม นอกจากประโยชน์ที่มนุษย์ได้รับแล้ว ยังมีอันตรายจากรังสีที่มีชีวิตมนุษย์ด้วย มารีคูรีนักเคมีและนักฟิสิกส์ ชาวโปแลนด์ ผู้ค้นพบเรเดียม และโปโลเนียม เป็นบุคคลหนึ่งที่ได้รับอันตรายจากกัมมันตภาพรังสีจนถึงกับเสียชีวิตเนื่องจากโรคลูคีเมียซึ่งเป็นผลจากท่านได้รับรังสีระหว่างศึกษาค้นคว้าธาตุดังกล่าว ในเรื่องนี้จึงมีการศึกษา เพื่อหาทางป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี ดังรายละเอียดจะได้กล่าวถึงดังนี้

 

                 กัมมันตภาพรังสีในธรรมชาติ

                ในธรรมชาติรอบตัวเรามีรังสีต่างๆ ส่งที่มาจากแหล่งกำเนิดหลายแหล่ง เช่น รังสีจากนอกโลก ซึ่งเรียก รังสีคอสมิก โดยแหล่งกำเนิดที่ใหญ่ที่สุดของรังสีนี้ คือ ดวงอาทิตย์ส่วนรังสีจากโลก อันได้แก่รังสีจากไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสีต่างๆ ซึ่งมาจากแหล่งกำเนิดที่เป็นส่วนประกอบของโลก ได้แก่  ดิน หิน น้ำ และแก๊ส เช่น โพแทสเซียม -40 แวนาเดียม -50 รูบิเดียม -87 อินเดียม -115 ทอเรียม -232 ยูเรเนียม -238 แก๊สเรดอน -220 และแก๊สเรดอน -222 ไอโซโทปกัมมันตรังสีเหล่านี้ มีปริมาณแตกต่างกันไปตามสภาพภูมิศาสตร์ เช่นมักมีปริมาณมากในบริเวณที่เป็นเหมืองแร่ เหมืองน้ำมัน และแหล่งแก๊สธรรมชาติ เป็นต้น

นอกจากแหล่งกำเนิดดังกล่าว ร่างกายของมนุษย์สัตว์และพืชก็ยังมีสารไอโซโทปกัมมันตรังสีอยู่ในร่างกาย ตามธรรมชาติด้วยซึ่ง ได้แก่ ตริเทียม คาร์บอน -14 โพแทสเซียม -40 ทอเรียม -232 ยูเรเนียม -238 ที่ผ่านจากสิ่งแวดล้อมรอบตัวเข้าสู่ร่างกาย ซึ่งตามปกติร่างกายมนุษย์จะรับรังสีเข้าสู่ร่างกายจากธรรมชาติโดยเฉลี่ยประมาณ 85% ที่เหลือ 15% เป็นรังสีจากสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นมา โดยรังสีจากสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นจะมีปริมาณแตกต่างกันไปตามสภาพที่ได้รับ เช่น จากอาหาร เครื่องดื่มและยาชนิดต่างๆ รวมทั้งการรับรังสีเอกซ์เวลาตรวจร่างกาย จากจอภาพของโทรทัศน์และเครื่องคอมพิวเตอร์ การได้รับรังสีจากฝุ่นกัมมันตรังสีที่ฟุ้งมาจากการทดลองของระเบิดนิวเคลียร์ การได้รับปริมาณรังสีคอสมิกเพิ่มขึ้นจากการไปอยู่ที่ยอดเขาสูง รวมทั้งการเดินทางโดยเครื่องบินที่ระดับสูง

 

                  อันตรายจากกัมมันตภาพรังสี 

                ในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 มีการใช้ระเบิดปรมาณูทำลายศัตรู พลังงานอันมหาศาลของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้ทำลายสิ่งก่อสร้างและชีวิตมนุษย์เป็นจำนวนมาก เดิมทีคิดกันว่ามนุษย์ตายเพราะแรงระเบิดเท่านั้น เพราะยังไม่เคยมีการศึกษาผลกระทบของกัมมันตภาพรังสีต่อสิ่งมีชีวิต รวมทั้งไม่มีเครื่องมือตรวจสอบกัมมันตภาพรังสีที่บริเวณถูกระเบิดและในร่างกายผู้เคราะห์ร้าย แต่หลังจากการระเบิดของระเบิดปรมาณูประมาณ 1 ปี ก็พบว่ามีคนจำนวนมากเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งเพราะได้รับกัมมันตภาพรังสี ด้วยเหตุนี้โลกจึงเริ่มตื่นตัวศึกษาผลกระทบของกัมมันตภาพรังสีที่มีต่อชีวิตมนุษย์

เมื่อกัมมันตภาพรังสีจากธาตุกัมมันตภาพรังสีผ่านเข้าไปในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตจะทำให้เนื้อเยื่อเปลี่ยนแปลงคือ อาจทำให้เนื้อเยื่อตายทันทีหรือเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจนำไปสู่สาเหตุของการเป็นโรคมะเร็งได้

 

รูป 20.23 โครงสร้าง DNA

 

                ความรุนแรงของอันตรายที่เกิดต่อร่างกายซึ่งได้รับกัมมันตภาพรังสี ขึ้นกับปริมาณของกัมมันตภาพรังสีในช่วงเวลาที่ร่างกายได้รับ และส่วนของร่างกายที่รับกัมมันตภาพรังสีนั้น

                ตามปกติมนุษย์ได้รับกัมมันตภาพรังสีจากสภาพแวดล้อมในธรรมชาติอยู่ตลอดเวลาแล้วแต่ในปริมาณที่น้อยจึงไม่เป็นอันตรายใดๆ การบำบัดโรคด้วยสารกัมมันตภาพรังสีหรือการตั้งถิ่นฐานอยู่ใกล้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะทำให้ร่างกายได้รับกัมมันตภาพรังสีในปริมาณสูง แต่ก็ยังไม่เป็นอันตรายเฉียบพลันเหมือนกับอยู่ในเหตุการณ์การระเบิดของปรมาณูหรือการระเบิดในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ อาการที่ปรากฏหลังจากที่ร่างกายได้รับกัมมันตภาพรังสี จะมีอาการคลื่นไส้ เบื่ออาหาร ปวดศีรษะ ถ้าอาการหนักผมอาจร่วง แต่ส่วนใหญ่แล้วอาการเหล่านี้จะไม่ปรากฏในทันที ดังนั้นประชาชนและผู้เกี่ยวข้องกับกัมมันตภาพรังสีจึงไม่ใส่ใจต่อการป้องกันอันตราย

                เมื่อเนื้อเยื่อของร่างกายได้รับกัมมันตภาพรังสีจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอม หรือพันธะเคมีเสียหายทำให้มีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของเซลล์ ความเสียหายมีตั้งแต่เล็กน้อยร่างกายสามารถรักษาตัวเองได้ จนถึงเสียหายมากขึ้นอยู่กับปริมาณของกัมมันตภาพรังสีและระยะเวลาที่ได้รับ โดยเฉพาะเนื้อเยื่อสมองและเนื้อเยื่อบริเวณอวัยวะสืบพันธุ์เป็นตำแหน่งของร่างกายที่ไวต่อการรับกัมมันตภาพรังสีมากที่สุด สำหรับเนื้อเยื่อบริเวณอวัยวะสืบพันธุ์ที่ทำหน้าที่สร้างอสุจิและไข่ เมื่อได้รับกัมมันตภาพรังสี อาจทำให้โครโมโซมของเซลล์มีการเปลี่ยนแปลง ถ้าเป็นการเปลี่ยนแปลงชนิดถาวร เมื่อมีการผสมพันธุ์ผลของการเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกถ่ายทอดสู่ลูกหลาน เป็นผลให้เกิดการกลายพันธุ์

                การกลายพันธุ์สามารถทำให้เกิดผลดีและผลเสียก็ได้ แต่เป็นที่น่าเสียดายที่กลายพันธุ์ส่วนใหญ่ให้ผลเสีย ดังนั้นการกลายพันธุ์จากการได้รับกัมมันตภาพรังสีจึงนับเป็นอันตรายต่อชาติพันธุ์มนุษย์มาก เมื่อเป็นเช่นนี้หลายประเทศจึงได้มีการลงนามในสนธิสัญญาเพื่อป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี เช่น ไม่ทดลองระเบิดนิวเคลียร์

                การปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อมบางครั้งก็อาจเกิดจากอุบัติเหตุได้ เช่น ในปีพ.ศ. 2529 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งหนึ่งในทวีปยุโรปเกิดอุบัติเหตุ ทำให้มีฝุ่นกัมมันตภาพรังสีปริมาณมากลอยกระจายในอากาศเป็นบริเวณกว้างไกล เป็นเหตุให้อาหารประเภทเนื้อสัตว์ นม และพืชผักในบริเวณนั้น มีปริมาณกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าปกติจนเกินระดับความปลอดภัยที่มนุษย์จะรับได้ หลายประเทศได้งดซื้ออาหารจากแหล่งที่มีกัมมันตภาพรังสีปริมาณสูง เพราะถ้าบริโภคเข้าไปจะเป็นอันตรายต่อร่างกาย เช่น ทำให้เจ็บป่วย อ่อนเพลีย คลื่นไส้ หรือเป็นมะเร็งได้

                นอกจากที่กล่าวมา การปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีก็อาจเกิดจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เพราะสถานที่เหล่านี้มีของที่ปนเปื้อนด้วยสารกัมมันตภาพรังสี จากโรงงานที่ใช้เตาปฏิกรณ์ปรมาณู และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เพราะสถานที่เหล่านี้มีของที่ปนเปื้อนด้วยสารกัมมันตภาพรังสีรวมอยู่ด้วยและถ้าไม่มีระบบกำจัดของเสียที่ถูกต้องและเหมาะสม ก็จะทำให้มีการแพร่กระจายกัมมันตภาพรังสี ซึ่งจะทำให้สภาพแวดล้อมเสียหายและเป็นอันตรายต่อชีวิตมนุษย์ได้

 

                การป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี

อันตรายจากกัมมันตภาพรังสีนั้นขึ้นกับหลายปัจจัย เช่น ปริมาณพลังงานของกัมมันตภาพรังสีต่อมวลที่ถูกรังสี และความสำคัญของอวัยวะส่วนที่ถูกกัมมันตภาพรังสี อย่างไรก็ตามถึงแม้กัมมันตภาพรังสีจะมีอันตราย แต่ถ้าถูกนำไปใช้อย่างถูกวิธีก็จะมีประโยชน์มากกมาย ดังนั้นผู้ที่จะนำกัมมันตภาพรังสีไปใช้ประโยชน์ไม่ว่าในทางการแพทย์ ทางเกษตรหรือทางอุตสาหกรรมตลอดจนการค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์ จะต้องมีความรู้เรื่องกัมมันตรังสีเป็นอย่างดีคือ รู้จักวิธีใช้อย่างปลอดภัยและวิธีป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสีเหล่านั้นด้วย

 

 หลักการป้องกันอันตรายจากกัมมันตภาพรังสี

อาจกล่าวได้โดยย่อดังนี้

1. เนื่องจากปริมาณกัมมันตภาพรังสีที่ร่างกายได้รับขึ้นกับเวลา เช่น ถ้าเดินเข้าไปในบริเวณที่มีกัมมันตภาพรังสีนาน

20 นาที  จะได้รับกัมมันตภาพรังสีประมาณ 2 เท่าของผู้ที่เข้าไปในบริเวณนั้นนานเพียง 10 นาที ดังนั้นถ้าจำเป็นต้องเข้าใกล้บริเวณที่มีธาตุกัมมันตรังสีควรใช้เวลาสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้

2. เนื่องจากปริมาณกัมมันตภาพรังสีจะลดลงถ้าบริเวณนั้นอยู่ไกลจากแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีมากขึ้น ดังนั้นจึงควรอยู่ห่างบริเวณที่มีธาตุกัมมันตรังสีให้มากที่สุดเท่าที่จะมากได้

3.  เนื่องจากกัมมันตภาพรังสีต่างชนิด มีอำนาจในการทะลุผ่านวัตถุได้ดีต่างกัน ดังนั้นจึงควรใช้วัตถุที่กัมมันตาภพรังสี

ทะลุผ่านได้ยากมาเป็นเครื่องกำบัง เช่น ตะกั่ว หรือคอนกรีต สามารถเป็นเครื่องกำบังรังสีแกมมาและรังสีบีตาได้และนิยมใช้น้ำเป็นเครื่องกำบังนิวตรอน เป็นต้น

ในการทำงานด้านธาตุกัมมันตรังสีนั้นถึงแม้ว่าเราจะป้องกันอย่างไรร่างกายก็ยังได้รับรังสีอยู่ดี แต่จะถึงระดับอันตราย

หรือไม่ก็ขึ้นกับปริมาณกัมมันตภาพรังสีที่ได้รับ โดยปกติแล้วผู้ที่ทำงานด้านนี้จะต้องมีเครื่องมือที่วัดปริมาณรังสีที่ได้รับ และจะต้องมีเครื่องวัดนี้ติดตัวในขณะทำงานเพื่อเป็นการตรวจสอบปริมาณรังสีที่ร่างกายได้รับและถ้าพบว่าไดรับรังสีมากเกินไปและไม่ปลอดภัยก็จะได้รีบหาทางแก้ไขได้ทันท่วงที

ในการทำงานที่เกี่ยวกับรังสีนั้นตามปรกติมักใช้หุ่นยนต์ หรือแขนกลสัมผัสธาตุกัมมันตรังสีแทนการใช้มนุษย์โดยผู้

ควบคุมหุ่นยนต์จะอยู่ห่างออกไปแล้วโดยใช้ระบบรีโมตหรืออิเล็กทรอนิกส์ควบคุมการทำงานของแขนกล

โดยปกติแล้วสิ่งมีชีวิตในโลกได้รับกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติอยู่ตลอดเวลาแต่ในปริมาณน้อยไม่ถึงกับเป็น

อันตราย ปัจจุบันได้มีการนำรังสีจากธาตุกัมมันตรังสีใช้กันอย่างแพร่หลายและมีแนวโน้มที่จะใช้มากยิ่งขึ้นในอนาคต จึงจำเป็นที่จะต้องหาทางป้องกัน และศึกษาอันตรายที่จะเกิดจากรังสีเหล่านั้น ทั้งนี้ก็เพื่อให้การใช้รังสีจากสารกัมมันตรังสีเป็นประโยชน์และปลอดภัยต่อบุคคลทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้อง

 

การทดลองและกิจกรรม

การทดลอง 20.1  การทดลองอุปมาอุปมัย การทดลองลูกเต๋ากับการสลายของธาตุกัมมันตรังสี
จุดประสงค์  เพื่อหาค่าคงตัวในการสลายของนิวเคลียสโดยเปรียบเทียบกับการทอดลูกเต๋า
ตอนที่ 1 
วิธีทดลอง  ใช้ลูกเต๋า 6 หน้า จำนวน 40 ลูก โดยหน้าหนึ่งของลูกเต๋ามีสีแต้มไว้ นำลูกเต๋าทั้งหมดใส่กล่องแล้วทอดลงบนพื้นพร้อมๆกัน คัดลูกเต๋าที่ออกหน้าที่แต้มสีออกบันทึกจำนวนลูกเต๋าที่เหลือลงในตารางบันทึกผลการทดลอง จากจำนวนลูกเต๋าที่เหลือทำการทดลองซ้ำอีกหลายๆ ครั้ง โดยการคัดลูกเต๋าที่หงายหน้าที่แต้มออกทุกครั้งจนกระทั่งเหลือลูกเต๋าที่จะทอดเพียง 2-3 ลูก หรือไม่มีเลย เขียนกราฟระหว่างจำนวนครั้งที่ทอดกับจำนวนลูกเต๋าที่เหลือโดยให้จำนวนลูกเต๋าที่เหลืออยู่บนแกนยืน และจำนวนครั้งที่ทอดอยู่บนแกนนอนจากกราฟหาจำนวนครั้งที่ทอดแล้วมีลูกเต๋าเหลือ 20, 10 และ 5 ลูก  ตามลำดับ

ตอนที่ 2

วิธีทดลอง  แต้มสีที่ลูกเต๋า 2 หน้า โดยแต้มสีด้านที่อยู่ตรงข้ามกัน ทำการทดลองซ้ำ เช่นเดียวกับตอนที่ 1 เขียนกราฟระหว่างจำนวนครั้งที่ทอดกับจำนวนลูกเต๋าที่เหลือ

                - กราฟที่ได้ทั้งสองตอนมีลักษณะคล้ายกราฟแสดงการลดจำนวนของนิวเคลียสกัมมันตรังสี เมื่อเวลาผ่านไปหรือไม่ อย่างไร

                - จำนวนครั้งที่ทอดแล้วมีลูกเต๋าเหลืออยู่ 20, 10 และ 5 ลูก ในการทดลองตอนที่ 1 และตอนที่ 2 มีค่าเท่าใดบ้าง