อนุภาคอัลฟ่า เบต้า และแกมมาคืออะไร?

อัลฟ่า เบต้า รังสีแกมมา: เกือบจะดูเหมือนสโลแกนของภาพยนตร์โรงเรียนเก่าเกี่ยวกับมนุษย์ต่างดาวจากนอกโลก เพิ่งมาถึงโลกด้วยอุปกรณ์ไฮเทคพิเศษของพวกเขา (และหวังว่าจะมีอารมณ์อบอุ่น) ในความเป็นจริงนี้ไม่ไกลเกินไป รังสีอัลฟ่า เบต้า และแกมมาล้วนเป็นสิ่งที่มีอยู่จริงในโลกของฟิสิกส์ และควรค่าแก่การหลีกเลี่ยงเมื่อคุณสามารถจัดการได้

คุณคงทราบดีว่าอะตอมประเภทต่างๆ สามารถรวมตัวกันผ่านกระบวนการพันธะเคมีเพื่อสร้างโมเลกุล ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจน 2 อะตอม (H ในตารางธาตุ) และออกซิเจน 1 อะตอม (O) สามารถรวมกันเป็นโมเลกุลของน้ำได้ (H₂อ.) โมเลกุลนี้สามารถแตกออกเป็นไอออน H+ และ OH– ได้โดยการทำลายพันธะ O-H ตัวใดตัวหนึ่ง

ในพันธะเคมี อิเล็กตรอนของอะตอมต่างกันมีปฏิสัมพันธ์กัน แต่นิวเคลียส (พหูพจน์ของนิวเคลียส) ยังคงไม่บุบสลาย นี่เป็นเพราะแรงที่ยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันนั้นแข็งแกร่งมากเมื่อเทียบกับแรงไฟฟ้าสถิตที่อยู่ภายใต้พันธะเคมีระหว่างอะตอม

อย่างไรก็ตาม นิวเคลียสของอะตอมจะสลายตัว โดยปกติจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและบ่อยครั้งในอัตราที่ต่ำอย่างไม่น่าเชื่อ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบนั้น กัมมันตภาพรังสีนี้มาในสามรสชาติพื้นฐานที่แนะนำในประโยคแรกของบทความนี้:

อะตอมเคยถูกอธิบายว่าค่อนข้างร้อนรนว่าเป็น "สิ่งที่เล็กที่สุดที่แบ่งแยกไม่ได้" แม้แต่คนที่รู้จักก็ตาม คำจำกัดความนี้เป็นจริงในบางวิธี: นำธาตุเดี่ยวใดๆ หรือสสารที่ทำจากส่วนประกอบเดียวที่ลดทอนไม่ได้ และอะตอมเป็นหน่วยทั้งหมดที่เล็กที่สุดของสสารนั้น มีองค์ประกอบ 118 รายการในตารางธาตุ ณ ปี 2020 โดย 92 องค์ประกอบเกิดขึ้นตามธรรมชาติ

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอนหนึ่งตัวหรือมากกว่าและยกเว้นไฮโดรเจน (องค์ประกอบที่เล็กที่สุด) อย่างน้อยหนึ่งนิวตรอน พวกมันยังมีอิเล็กตรอนอย่างน้อยหนึ่งตัว ซึ่งพบในระยะห่างจากนิวเคลียสในระดับพลังงานจำเพาะ

โปรตอนมีประจุบวกและอิเล็กตรอนมีประจุลบ โดยจะมีประจุเท่ากันในแต่ละตัว เนื่องจากอะตอมในสถานะพื้นดินมีจำนวนโปรตอนเท่ากันกับอิเล็กตรอน อะตอมจึง เป็นกลางทางไฟฟ้า เว้นแต่จะแตกตัวเป็นไอออน (เช่น จำนวนอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนแปลง)

เลขโปรตอนของอะตอมคือเลขอะตอมในตารางธาตุและเป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ (ชื่อ) ของธาตุ อะตอมบางตัวสามารถได้รับหรือสูญเสียนิวตรอนในขณะที่ยังคงมีอยู่อย่างมีความสุข แต่ถ้านิวเคลียสสูญเสียหรือได้รับโปรตอน กลับกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกมแทน เพราะตอนนี้องค์ประกอบอะไรก็ตามที่มีชื่อใหม่เอี่ยมและคุณลักษณะใหม่ที่จะไปด้วย มัน.

แรงที่ยึดโปรตอนและนิวตรอนไว้ด้วยกันนั้นเรียกว่าแรงนิวเคลียร์อย่างแรง นิวเคลียสของอะตอมสามารถถือได้ว่าเป็นศูนย์กลางของสสารทั้งหมดดังนั้นความสุดโต่งของพวกมัน ความมั่นคงมีเหตุมีผลในจักรวาลที่อุดมสมบูรณ์ในองค์กรและสามารถดำรงชีวิตได้อย่างน้อยหนึ่งคนที่ถ่อมตน ดาวเคราะห์

แต่นิวเคลียสไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ และเมื่อเวลาผ่านไป พวกมันสลายตัว ปล่อยอนุภาคและพลังงานออกมา ธาตุแต่ละธาตุที่ผ่านการสลายกัมมันตภาพรังสีหรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไอโซโทป ของธาตุที่กำลังศึกษานั้นมีครึ่งชีวิตที่มีลักษณะเฉพาะของมันเอง ซึ่งสามารถใช้ในการทำนายจำนวนนิวเคลียสที่จะสลายตัวเมื่อเวลาผ่านไปโดยไม่ได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับนิวเคลียสใดนิวเคลียส ดังนั้นจึงคล้ายกับความเสี่ยง โดยพื้นฐานแล้วเป็นสถิติความน่าจะเป็น

ครึ่งชีวิตของสปีชีส์กัมมันตภาพรังสีคือเวลาที่นิวเคลียสที่ไม่เสถียรครึ่งหนึ่งในตัวอย่างใช้สลายตัวให้อยู่ในรูปแบบที่ต่างออกไป ตัวเลขนี้สามารถไปได้มากในพันล้านปี แม้ว่าคาร์บอน-14 จะอยู่ที่ประมาณ 5,730 ปี (จุดบอดในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา ถ้าไม่ใช่ในอารยธรรมมนุษย์)

การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีประเภทต่างๆ จะได้รับอักษรสามตัวแรกของอักษรกรีก ดังนั้น รังสีอัลฟา ปล่อยอนุภาคที่มักแสดงด้วยตัวอักษรตัวเล็กของตัวอักษรนี้ α อย่างไรก็ตาม การเขียน "α-radiation" จะเป็นเรื่องแปลกใหม่

อนุภาคชนิดนี้จะเท่ากับนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม (He) ฮีเลียมเป็นธาตุที่สองในตารางธาตุ และมีมวลอะตอมเท่ากับ 4.00 มีโปรตอนสองตัวและนิวตรอน 2 ตัว อะตอมทั้งหมดยังมีอิเลคตรอน 2 ตัวที่ทำให้ประจุของโปรตอนสองตัวสมดุลกัน แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคแอลฟา มีเพียงนิวเคลียสเท่านั้น

อนุภาคเหล่านี้มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับรังสีชนิดอื่น ตัวอย่างเช่น อนุภาคบีตามีขนาดเล็กกว่าประมาณ 7,000 เท่า บนพื้นผิวอาจทำให้ดูเหมือนเป็นอันตรายอย่างยิ่ง แต่ในความเป็นจริง ตรงกันข้ามคือ ขนาดของอนุภาค α หมายความว่า พวกมันเจาะสิ่งต่างๆ รวมทั้งสิ่งกีดขวางทางชีววิทยา เช่น ผิวหนัง อย่างมาก ไม่ดี

อนุภาคเบต้า (β-อนุภาค) แท้จริงแล้วเป็นเพียงอิเล็กตรอน แต่พวกมันยังคงชื่อของมันไว้เพราะการค้นพบของพวกมันเกิดขึ้นก่อนการระบุอิเล็กตรอนอย่างเป็นทางการเช่นนี้ เมื่ออะตอมปล่อยอนุภาคบีตา มันก็จะปล่อยอนุภาคย่อยของอะตอมอีกตัวหนึ่งออกมาพร้อมๆ กันที่เรียกว่าอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน อนุภาคนี้มีส่วนแบ่งในโมเมนตัมและพลังงานของการปล่อยอนุภาค แต่แทบไม่มีมวลเลย (แม้จะเทียบกับอิเล็กตรอน ตัวมันเองก็ประมาณ 9.1 × 10 เท่านั้น^–31 กิโลกรัมในมวล)

อนุภาคบีตาซึ่งมีขนาดเล็กกว่าอนุภาคแอลฟามาก สามารถเจาะลึกกว่าอนุภาคที่มีมวลมาก

อนุภาคบีตาอีกประเภทหนึ่งคือ โพซิตรอนซึ่งเกิดขึ้นจากการสลายตัวของนิวตรอนในนิวเคลียส อนุภาคเหล่านี้มีมวลเท่ากันกับอิเล็กตรอน แต่มีประจุตรงข้าม (จึงเป็นชื่อของมัน)

รังสีแกมมา, หรือ รังสีแกมมา, แสดงถึงผลลัพธ์ที่อันตรายที่สุดของกัมมันตภาพรังสีต่อมนุษย์ พวกมันไม่มีมวลเพราะไม่ใช่อนุภาคเลย "รังสี" จริง ๆ แล้วสั้นสำหรับคำทั่วไปรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (รังสี EM) ซึ่งเดินทางด้วยความเร็วแสง (แสดง c หรือ 3 × 10⁸ m/s) และมีค่าความถี่และความยาวคลื่นรวมกันหลายค่าซึ่งผลิตภัณฑ์คือ c

รังสีแกมมามีความยาวคลื่นสั้นมากและมีพลังงานสูงมาก พวกมันคล้ายกับรังสีเอกซ์ ยกเว้นว่ารังสีเอกซ์เกิดขึ้นนอกนิวเคลียส โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะผ่านเข้าไปในร่างกายมนุษย์โดยไม่แตะต้องอะไรเลย แต่เนื่องจากพวกมันเจาะทะลุได้ จึงจำเป็นต้องมีเกราะป้องกันตะกั่วหนาสองนิ้วเพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันหยุดนิ่ง

อนุภาคอัลฟ่าสามารถละเลยได้อย่างปลอดภัย เท่าที่สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับสิ่งใดก็ตามที่จัดว่าเป็นรังสี พวกมันสามารถเดินทางในอากาศได้ประมาณ 4 ถึง 7 นิ้ว (10 ถึง 17 ซม.) และพลังงานของพวกมันจะหายไปเมื่อถูกโจมตี โปรตอนและนิวตรอนของวัตถุใดๆ ก็ตามที่เจอ ป้องกันไม่ให้พวกมันทะลุทะลวง เพิ่มเติม

ความเสียหายส่วนใหญ่จากอนุภาคบีตามาจากการกินหรือการกลืนเข้าไป (อาจเป็นจริงกับอนุภาคแอลฟาเช่นกัน) การดื่มหรือรับประทานสารกัมมันตภาพรังสีเป็นสาเหตุหลักของความเสียหายจากรังสีชนิดนี้ แม้ว่าการสัมผัสกับผิวหนังเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดแผลไหม้ได้

รังสีแกมมาสามารถทะลุผ่านร่างกายได้โดยไม่กระทบกระเทือนสิ่งใด แต่ไม่มีหลักประกันว่าพวกมันจะทำเช่นนั้นจริง ๆ และพวกมันสามารถเดินทางในอากาศได้ประมาณหนึ่งไมล์ เพราะพวกมันสามารถทะลุทะลวงอะไรก็ได้นอกจากการเดินทางไกล พวกมันสามารถ ทำลายระบบร่างกายทั้งหมดและการมีอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีระบบชีวิตต้องระมัดระวัง ตรวจสอบ