Introduction to Radiation (RDT1001) PDF

· Introduction to radiation RDT1001 Pariwat Saengvong Contents Atoms Radiation Types of radiation Radiation sources References 2 ...

· Introduction to radiation RDT1001 Pariwat Saengvong Contents Atoms Radiation Types of radiation Radiation sources References 2  Atoms อะตอมประกอบด้วยนิ วเคลียส ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิ วตรอน และอิ เล็กตรอนวิง่ ล้อมรอบนิวเคลียส โปรตอน สัญลักษณ์ p ประจุ + อิเล็กตรอน สัญลักษณ์ e ประจุ – นิวตรอน สัญลักษณ์ n ประจุ 0 (ไม่มปี ระจุ) รัศมีของอะตอม ~ 20,000 เท่าของรัศมีนิวเคลียส มากกว่า 99% ของมวลอะตอม คือ มวลของนิวเคลียส https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Atom_Diagram.svg/2048px- Atom_Diagram.svg.png 3 นิวไคลด์ นิวไคลด์ (Nuclide) คือ อะตอมทีร่ ะบุสมบัตขิ องนิวเคลียส ซึง่ แสดงจานวนโปรตอน และ นิวตรอน มีสญ ั ลักษณ์ดงั นี้ X คือ สัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุ เช่น H (Hydrogen) Z คือ เลขเชิงอะตอม ได้แก่ จานวนโปรตอนภายในนิวเคลียสของธาตุ X A = Z + N คือ เลขมวล ได้แก่ จานวนรวมของโปรตอนและนิวตรอน (N) ภายในนิวเคลียส ของธาตุ X 4 Isotopes อะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ทีม่ จี านวนโปรตอนเท่ากัน (เลขอะตอมเท่ากัน) แต่มจี านวนนิวตรอนต่างกัน ส่งผลให้เลขมวล (โปรตอน + นิวตรอน) ต่างกัน 5 Radioisotopes คือนิวไคลด์กมั มันตรังสี หรือ isotopes ทีไ่ ม่เสถียรและสามารถปล่อยรังสีออกมาได้ มีการสลายตัว (decay) และปล่อยรังสีออกมาอย่างต่อเนื่อง จนกว่าจะคงที่ ซึง่ ส่งผลต่อปริมาณวัสดุกมั มันตรังสี ระยะเวลาในการสลายตัวของวัสดุกมั มันตรังสี เพือ่ ลดนิวไคลด์กมั มันตรังสีเหลือครึง่ หนึ่งของนิวไคลด์กมั มันตรังสีตงั ้ ต้น (หน่วยเวลา อาจเป็ น ปี วัน ชัวโมง ่ นาที หรือวินาที) ค่าครึง่ ชีวติ เป็ นคุณสมบัตเิ ฉพาะของนิวไคลด์กมั มันตรังสีแต่ละชนิด 6  ↳ He Radioactive decay รูปแบบการสลายตัวของวัสดุกมั มันตรังสี Alpha decay B Beta decay Gamma decay 7 8  ↑ · we Radiation is energy in the form of waves or streams of particles. Radiation There are many kinds of radiation all around us. S she nas sinsia nato beisande EGR 1) 9 Radiation “รังสี” หมายความว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าหรืออนุภาคใด ๆ ทีม่ คี วามเร็ว ซึง่ สามารถก่อให้ เกิดการแตกตัวเป็ นไอออนได้ ในตัวกลางทีผ่ า่ นไป O C Position D ↑ + 58 58 X E A + P & 43 + 1 55 & X E + ↑4 ทีมา: พระราชบัญญัตพิ ลังงานนิวเคลียร์เพือสันติ พ.ศ. ๒๕๕๙ 10  bunnes was schnastrict 11  · soo/1wssiry mission sin Types of radiation · ชนิดของรังสี Non-ionizing radiation คือ รังสีชนิดไม่ก่อไอออน (ประจุทางไฟฟ้ า) Ionizing radiation คือ รังสีชนิดก่อไอออน → มีพลังงานมากพอทีจ่ ะทาให้อเิ ล็กตรอนหลุดจากอะตอม 12 Non-ionizing radiation รังสีชนิดไม่กอ่ ไอออน หรือไม่กอ่ ให้เกิดการแตกตัวเป็ นประจุทางไฟฟ้ า มีพลังงานน้อยกว่ารังสีชนิดก่อไอออน ได้แก่ visible light, infrared, radio waves, microwaves, and sunlight Global positioning systems, cellular telephones, television stations, FM and AM radio, baby monitors, garage-door openers → non-ionizing radiation นอกจากนี้ ยังรวมไปถึงอุปกรณ์ทใ่ี ช้สนามแม่เหล็กโลก อุปกรณ์เครือ่ งใช้ไฟฟ้ าภายในบ้านรวมทัง้ สายไฟฟ้ าต่าง ๆ สิง่ เหล่านี้เป็ นการใช้คลืน่ ความถีต่ ่า (extremely low-frequency: ELF) และไม่มคี วามเสีย่ งต่อร่างกาย mee 13  14 http://nuclearsafety.gc.ca/cnsconline/ionizing-or-not/images/module/BH-exposed.png Ionizing radiation * รังสีชนิดก่อไอออน หรือรังสีทก่ี ่อให้เกิดการแตกตัวเป็ นประจุทางไฟฟ้ า สามารถทาให้อเิ ล็กตรอนหลุดจากวงโคจร และทาให้เกิดความไม่สมดุลของอิเล็กตรอนและโปรตอน รังสีชนิดนี้เกิดได้จากธรรมชาติและมนุ ษย์สร้างขึน้ X-ray สามารถสร้างความเสียกายต่อร่างกายมนุ ษย์ได้ และสามารถถูกตรวจวัดและป้ องกันได้ 15 Types of ionizing radiation สามารถแบ่งเป็ นอนุ ภาคและคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ า ดังนี้ อนุ ภาค หรือ Particles ✓ชนิดมีประจุ ได้แก่ แอลฟา (Alpha), บีตา (Beta) ✓ชนิดไม่มปี ระจุ ได้แก่ นิวตรอน (Neutron) คลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ า (Electromagnetic wave) ได้แก่ แกมมา (Gamma), และเอกซเรย์ (X-ray) 16 Particles อนุภาค หรือ Particles ✓ชนิดมีประจุ ได้แก่ แอลฟา (Alpha), บีตา (Beta) ✓ชนิดไม่มปี ระจุ ได้แก่ นิวตรอน (Neutron) 17 Alpha He > - & New มีประจุบวก อนุ ภาคแอลฟามีระยะการเคลือ่ นทีส่ นั ้ 2-3 cm อานาจทะลุทะลวงต่าและไม่สามารถผ่านผิวหนังไปได้ ไม่อนั ตรายเมือ่ อยูภ่ ายนอกร่างกาย (external radiation harzard) แต่จะอันตรายเมือ่ เข้าไปอยูภ่ ายในร่างกายจากการหายใจ การรับประทานอาหารหรือสิง่ ทีป่ นเปื้ อนอนุ ภาคแอลฟา หรือเข้าทาง ผิวหนังทีม่ บี าดแผล (internal radiation harzard) วัสดุกาบังรังสี → กระดาษ (และไม่สามารถผ่านผิวหนังไปได้) 18  + & Be Beta -B - D + อนุภาคอิเล็กตรอน ทีถ่ กู ปล่อยออกมาจากนิวเคลียส มีระยะการเคลื่อนทีไ่ ด้ไกลและมีอานาจทะลุทะลวงสูงกว่ากว่าแอลฟา หากมีพลังงานมากเพียงพอก็สามารถทาให้เกิดอันตรายได้ แม้วา่ จะได้รบั รังสีจากภายนอกร่างกาย (external radiation harzard) เช่น บริเวณผิวหนัง และดวงตา และสามารถก่อให้เกิดอันตรายได้เมือ่ รังสีชนิดนี้เข้าสูร่ า่ งกาย (internal radiation harzard) วัสดุกาบังรังสี → แผ่นพลาสติก โลหะต่าง ๆ ตะกัว่ เป็ นตัน & 19 Neutron = Se อนุ ภาคนิวตรอนเกิดจากปฏิกริ ยิ านิวเคลียร์หรือวัสดุกมั มันตรังสี เช่น uranium หรือ plutonium มีอานาจทะลุทะลวงสูง สามารถผ่านเข้ามาในร่างกายมนุ ษย์ได้ จึงทาให้เกิดอันตรายได้ทงั ้ จากภายนอกและภายในร่างกายและ เป็ นอันตรายต่อทุกอวัยวะ วัสดุกาบังรังสีทด่ี คี อื คอนกรีตหนา หรือวัสดุดดู ซับนิวตรอนทีม่ สี ว่ นประกอบของไฮโดรเจนอะตอม เช่น น้ า พาราฟิ น โบรอน got เป็ นต้น เนื่องจากนิวตรอนและไฮโดรเจนอะตอมมีน้ าหนักอะตอมใกล้เคียงกันและช่วยหน่วงความเร็วของนิวตรอนไว้ 20 คลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ า (Electromagnetic wave) Balising ↓ V + X-ray ↓ bescarg ได้แก่ แกมมา (Gamma), และเอกซเรย์ (X-ray) → โฟตอน (Photon) แกมมาเกิดจากปฏิกริ ยิ าภายในนิวเคลียส ส่วนมากเกิดจากวัสดุกมั มันตรังสี และอาจพบแอลฟาและบีตาขึน้ ด้วยเช่นกัน ส่วนเอกซเรย์เกิดนอกนิวเคลียส หรือเกิดจากพลังงานทีป่ ล่อยออกมาจากการเปลีย่ นแปลงของอิเล็กตรอนและเกิดเมื่อมีการให้ พลังงานเข้าไป เช่น เครือ่ งเอกซเรย์ เป็ นต้น อานาจทะลุทะลวงสูง เดินทางได้ระยะไกลกว่าแอลฟาและบีตา a + B - U สามารถเป็ นอันตรายได้ทงั ้ ภายในและภายนอก วัสดุกาบังรังสีทด่ี คี อื ตะกัว่ เหล็ก ยูเรเนียมด้อยสมรรถนะ หรือคอนกรีตหนา 21  Penetration ability of different types of ionizing radiation US X-ray 22 Radiation sources แหล่งกาเนิดรังสี คือ วัสดุหรือสิง่ ใดสิง่ หนึ่งทีส่ ามารถแผ่รงั สีชนิดก่อไอออนออกมา เช่น วัสดุ กัมมันตรังสีและเครือ่ งกาเนิดรังสีชนิดต่าง ๆ แบ่งเป็ น ✓แหล่งกาเนิดรังสีจากธรรมชาติ (Natural radiation sources) ✓แหล่งกาเนิดรังสีจากมนุษย์ (Man-made (Artificial) sources) 23 gau 24 25  รังสีทเ่ี กิดขึน้ ในธรรมชาติ ชนิดของรังสีเมือ (Natural Background sources) แบ่งตาม แหล่งกําเนิด รังสีทม่ี นุษย์สร้างขึน้ (Man-made radiation sources) 26  Cosmic Radiation รังสีคอสมิกจากอวกาศ Natural Background Terrestrial Radiation รังสีจากใต้พน้ื ดิน Sources Internal Radiation รังสีในร่างกาย 27 Cosmic Radiation 28 1. รังสีคอสมิก (Cosmic radiation) รังสีคอสมิก เป็ นอนุภาคทีม่ พี ลังงานสูงทีม่ แี หล่งกาเนิดมาจากนอกโลก ได้แก่ ดวงอาทิตย์ หลุมดา การระเบิดของซุปเปอร์โนวา และแพร่ กระทบบรรยากาศของโลก รังสีคอสมิก เป็ นอนุภาคทีม่ ปี ระจุไฟฟ้ า และได้รบั อิทธิพลจากสนามแม่เหล็กโลก ทาให้เกิดการเปลีย่ นแปลงของพลังงานและทิศทางการ เคลือ่ นทีเ่ มือ่ ปะทะกับสนามแม่เหล็กนัน้ รังสีคอสมิกแบ่งเป็ น 2 ส่วน รังสีคอสมิกปฐมภูม ิ - เป็ นอนุภาคทีเ่ ข้ามาสูช่ นั ้ บรรยากาศในระดับสูงก่อนจะเข้าชนกับแก๊สในชัน้ บรรยากาศ รังสีคอสมิกทุตยิ ภูม ิ - เป็ นรังสีคอสมิกทีเ่ กิดจากการแตกตัวของรังสีคอสมิกปฐมภูมชิ นเข้ากับอะตอมและโมเลกุลของแก๊สในชัน้ บรรยากาศโลก 29 2. รังสีจากใต้พืนดิน (Terrestrial Radiation) รังสีทพ่ี บบนพืน้ ผิวของโลก ซึง่ มีสว่ นประกอบหลักจากพืน้ ผิวโลก ได้แก่ Uranium Potassium, และ Thorium เป็ นรังสีทเ่ี กิดจาก กระบวนการสลายตัวตามธรรมชาติของนิวไคลด์กมั มันตรังสีเหล่านัน้ ถึงแม้จะเป็ นปริมาณรังสีไม่สงู มาก แต่ทงั ้ Uranium และ Thorium ก็พบได้ทุกทีแ่ ม้กระทังในแหล่ ่ งน้ า หรืออาคารบ้านเรือน รวมทัง้ ในและนอกบ้าน stoc sa sih e sir Uranium สามารถสลายตัวให้ Thorium, Radium, และ Radon & is sor , 30 31 32 Exposure through inhalation เป็ นการรับรังสีจากการสูดดมก๊าซทีเ่ กิดจากนิวไคลด์รงั สี ก๊าซรังสีเหล่านี้เกิดจากแหล่งดินและหินตามธรรมชาติ ได้แก่ ✓ เรดอน (Radon) ไม่มสี แี ละกลิน่ เกิดจากการสลายตัวของ uranium ✓ ธอรอน (Thoron) เกิดจากการสลายตัวของ thorium บริเวณทีไ่ ด้รบั ก๊าซทัง้ สองชนิดแตกต่างกัน ขึน้ อยูก่ บั ความหนาแน่นของชัน้ ดินและหิน ก๊าซเรดอนไม่เพียงส่งผลต่อผูท้ ท่ี างานในเหมืองถ่านหินแล้ว แต่ยงั รวมไปถึงผูค้ นทัวไปที ่ อ่ าศัยอยูบ่ ้านและอาคารเช่นกัน 33 34 35 36 37 3. รังสีภายในร่างกาย (Internal radiation) ภายในร่างกายของเรามีรงั สีทต่ี ดิ ตัวมาตัง้ แต่เกิด ได้แก่ โพแทสเซียม-40 (Potassium-40) คาร์บอน-14 (Carbon-14) ตะกัว-210 ่ (Lead-210) รังสีพบในอาหารและน้ าดืม่ มักพบจากพืชทีป่ ลูกในดิน เนื่องจากมีการดูดซับนิวไคลด์กมั มันตรังสีจากบริเวณเหล่านัน้ และประชาชนก็ได้รบั รังสีจากการ รับประทานอาหาร 38 Pathways of radiation Possible radiation pathways 39 40 Balmai 41 ปริมาณรังสีจากอาหาร ระดับกัมมันตภาพรังสี (Bq/kg) อาหาร ปริมาณ Ra-222 Th-228 Pb-210 K-40 (กรัม/วัน) ข้าวเจ้า 150 0.126 0.267 0.133 62.4 ข้าวสาลี 270 0.296 0.270 0.133 142.2 ถัว่ 60 0.233 0.093 0.115 397.0 ผัก 70 0.126 0.167 - 135.2 ผักทีก่ นิ ใบ 15 0.267 0.326 - 89.1 นม 90 - - - 38.1 อาหารสาเร็จรูป 1370 0.067 0.089 0.063 65.0 ทีม่ า: การฝึกอบรมการป้ องกันอันตรายจากรัสสี าหรับบุคลากรทางการแพทย์ โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์,2562 42 Artificial (man-made) sources of ionizing radiation Medical sources Industrial sources Nuclear fuel cycle Atmospheric testing 43 Man-made radiation sources 1. Members of the public - รังสีเกียวกับสาธารณชน/ประชาชนทัวไป 6 Medical Sources ( the most significant man-made source) angetown Consumer Products erbarimant 44 Man-made radiation sources 2. Occupationally Exposed Individuals - รังสีเกียวกับการปฏิบตั ิ งาน Fuel cycle facilities Mil a wate Industrial radiography Radiology departments (medical) Nuclear medicine departments Radiation oncology departments ↳ sin Nuclear power plants Government and university research laboratories 45  46 Sources of exposure to radiation. from Nuclear Science Division of Lawrence Berkeley Natioanl Lab and with CPEP (the Contemporary Physics Education Project). (2019)  G 50 rig & 47 http://www.dbcp.gov.hk/eng/safety/knowledge_clip_image004.jpg Uses of Radiation รังสีสามารถนามาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ ได้แก่ ด้านการแพทย์และอนามัย ด้านวิทยาศาสตร์ ด้านอุตสาหกรรม ด้านการเกษตร ด้านสิง่ แวดล้อม / ธรณีวทิ ยา ด้านการศึกษาและวิจยั ด้านการผลิตกระแสไฟฟ้ า 48 References Canaca’s Nuclear Regulator. Introduction to radiation. 2022 American Nuclear society. Radiation. 2022 สานักงานปรมาณูเพือ่ สันติ. ความรูเ้ บือ้ งต้นเกีย่ วกับรังสี. N/A USNRC Technical Training Center. Reactor concepts manual, Natural and Man-Made radiation sources. N/A 49