2.6 ธาตุกัมมันตรังสี

ความหมายของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึงธาตุที่แผ่รังสีได้ เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร เป็นธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 82

2.6.1 การเกิดกัมมันตภาพรังสี

    กัมมันตภาพรังสี หมายถึงปรากฏการณ์ที่ธาตุแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง รังสีที่ได้จากการสลายตัว มี 3 ชนิด คือ รังสีแอลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา
ในนิวเคลียสของธาตุประกอบด้วยโปรตอนซึ่ง มีประจุบวกและนิวตรอนซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า สัดส่วนของจำนวนโปรตอนต่อจำนวนนิวตรอนไม่เหมาะสมจนทำให้ธาตุนั้นไม่เสถียร ธาตุนั้นจึงปล่อยรังสีออกมาเพื่อปรับตัวเองให้เสถียร ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

 กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) เกิดจากการเสื่อมสลายโดยตัวเองของนิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียร เป็นผลให้ได้อนุภาคอัลฟา อนุภาคเบต้า และรังสีแกมมาซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงคลื่นสั้นมากและมีพลังงาน สูง ทั้งหมดนี้พุ่งออกมาด้วยความเร็วสูงมาก ในบางกรณีอาจมีพลังงานความร้อนและพลังงานแสงเกิดตามมาด้วย เช่น การเสื่อมสลายของนิวเคลียสของธาตุเรเดียมไปเป็นธาตุเรดอน

2.6.2 การสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสี

การที่ธาตุกัมมันตรังสีแผ่รังสีได้นั้นเป็นเพราะนิวเคลียสของธาตุไม่เสถียร เนื่องจากมีพลังงานส่วนเกินอยู่ภายใน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องถ่ายเทพพลังงานส่วนเกินนี้ออกไป เพื่อให้นิวเคลียสเสถียรในที่สุด พลังงานส่วนเกินที่ปล่อยออกมาอยู่ในรูปของอนุภาคหรือรังสีต่าง ๆ เช่น อนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา รังสีแกมมาและไอโชโทปที่เสถียร จากการศึกษาไอโชโทปของธาตุจำนวนมาก พบว่าไอโชโทปที่นิวเคลียสมีอัตราส่วนระหว่าจำนวนนิวตรอนต่อโปรตอนไม่เหมาะสม คือนิวเคลียสที่มีจำนวนนิวตรอนมาก หรือ น้อยกว่าจำนวนโปรตอนมักจะไม่เสถียรจะมีการแผ่รังสีออกมาจนได้ไอโชโทปของธาตุใหม่ที่เสถียรกว่า นอกจากนั้นยังพบว่าจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นจำนวนคู่ หรือคี่ในนิวเคลียสนั้น มีความสัมพันธ์กับความเสถียรภาพของนิวเคลียสด้วย กล่าวคือ ไอโชโทปของธาตุที่มีจำนวนโปรตอน และนิวตรอนเป็นเลขคู่ จะเสถียรกว่าไอโชโทปของธาตุที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตอนเป็นเลขคี่เช่น 714N เป็นไอโซโทปที่เสถียร 715N พบว่า 714N มีจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอน จึงเสถียรกว่า 715Nที่มีจำนวนโปรตอนไม่เท่ากับจำนวนนิวตรอน816O เป็นไอโซโทปที่เสถียรกว่า817O เพราะ 816O มีจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนเท่ากัน จึงเสถียรกว่า817O ที่มีจำนวนนิวตรอนเป็นเลขคี่ และจำนวนโปรตอนเป็นเลขคู่
ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติ
ธาตุต่างๆที่พบในธรรมชาตินั้น ธาตุที่มีเลขอะตอมตั้งแต่ 83 ขึ้นไป ส่วนใหญ่สามารถแบ่งรังสีได้เช่น92238U 92235U 90232Th 86222Rn หรืออาจจะเขียนเป็น U-238, U-235, Th-232, Rn-222
นอกจากธาตุกัมมันตรังสีจะพบในธรรมชาติแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสังเคราะห์ธาตุกัมมันตรังสีขึ้น
เพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆอีกด้วย ซึ่งมีหลายวิธี แต่มีวิธีหนึ่งคือยิงนิวเคลียสของไอโซโทปที่เสถียรด้วยอนุภาคที่เหมาะสม และมีความเร็วสูง ได้ไอโซโทปของธาตุใหม่ที่เสถียร เช่น รัทเทอร์ฟอร์ด ได้ยิงนิวเคลียส N-14 ด้วยอนุภาคแอลฟา เกิด O-17
เขียนแผนภาพแทน คือ 14N( ) 17O ไอโซโทป817O ที่เสถียร พบในธรรมชาติ0.037%

การแผ่รังสีแอลฟา

เมื่อไอโซโทปกัมมันตรังสีให้อนุภาคแอลฟา นิวเคลียสของไอโซโทปเสีย 2 โปรตอน และ 2
นิวตรอน ดังนั้น ไอโซโทปกัมมันตรังสีจะเปลี่ยนไปเป็นธาตุอื่นที่มีเลขเชิงอะตอมต่ำกว่าเดิม 2 อะตอมและมีมวลต่ำกว่าเดิม 4 amu ตัวอย่างเช่น เมื่อ 92238U ให้อนุภาคแอลฟา ผลที่เกิดขึ้นจะให้ 90234Th สมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้
92238U 24He+90234Th
จากสมการจะเห็นว่า ผลรวมของเลขเชิงอะตอมของด้านหนึ่งของสมการจะเท่ากันกับผลรวมของเลขเชิงอะตอมของอีกด้านหนึ่งของสมการ หรือ 92=2+90 ส่วนผลรวมของเลขมวลจะเท่ากันทั้ง 2 ด้านของสมการเช่นเดียวกันหรือ 238=4+234

การแผ่รังสีบีตา

การให้รังสีบีตาจะเกิดนิวเคลียสที่มีสัดส่วนของจำนวนนิวตรอนมากกว่าโปรตอน ตัวอย่างเช่น การแผ่รังสีบีตาของC-14 ไปเป็น N-14 C-14 ให้อนุภาคบีตา อนุภาคบีตาหรืออิเล็กตรอนเชื่อกันว่ามาจากนิวเคลียส เมื่อนิวตรอนสลายตัวไปเป็นโปรตอน 11H และอิเล็กตรอนดังนี้
01n----------> 11H+-10e
เมื่อ อิเล็กตรอนเกิดขึ้น อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็วสูงแต่โปรตอนยังคงอยู่ผล ที่เกิดขึ้นทำให้นิวเคลียสมีจำนวนนิวตรอนลดลงไป 1 นิวตรอน และมีโปรตอนเพิ่มขึ้นอีก 1 โปรตอน ในกรณี C-14 ให้อนุภาคบีตา สมการ นิวเคลียร์จะเป็นดังนี้
614C------- >714 N+-10e
จากสมการจะเห็นว่าเลขเชิงอะตอมเพิ่มขึ้น 1 หน่วย และเลขมวลมีค่าคงที่

การแผ่รังสีแกมมา

การ ให้อนุภาคแอลฟาหรืออนุภาคอย่างใดอย่างหนึ่ง มักจะติดตามด้วยการแผ่รังสีแกมมา รังสีแกมมาถูกปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสเปลี่ยนจากสถานะเร้าหรือสถานะพลังงาน สูง ไปยังสถานะที่มีพลังงานต่ำกว่าเนื่องจากรังสีแกมมาไม่มีทั้งประจุและมวล การแผ่รังสีแกมมาจึงไม่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเลขมวลหรือเลขเชิงอะตอมของ นิวเคลียสอย่างใดอย่างหนึ่ง รังสีแกมมานำไปใช่รักษาโรค เป็นรังสีแกมมาที่มาจากเทคนิเทียม
4399Tc------> 4399Tc+y
เมื่อ Ra-226เปลี่ยนไปเป็น Rn-222 โดยการแผ่รังสีแอลฟานั้น Rn-222 ไม่เสถียรภาพจึงแผ่รังสีแกมมาออกมา

 2.6.3 อันตรายจากไอโซโทปกัมมันตรังสี

สำหรับการเกิดอันตรายจากรังสีต่อมนุษย์ อาจแบ่งได้ 2 กลุ่มใหญ่ คือ

           1. การได้รับรังสีจากแหล่งกำเนิดรังสีจากภายนอก (External exposure) ความรุนแรงของการบาดเจ็บ ขึ้นอยู่กับความแรงของแหล่งกำเนิดและระยะเวลาที่ได้รับรังสี แต่ตัวผู้ที่ได้รับอันตรายไม่ได้สารกัมมันตรังสีเข้าไปในร่างกาย จึงไม่มีการแผ่รังสีไปทำอันตรายผู้อื่น

           2. การได้รับสารกัมมันตรังสีเข้าสู่ร่างกาย (Internal exposure) มักพบในกรณีมีการรั่วไหลของสารกัมมันตรังสีที่เป็นก๊าซ ของเหลว หรือฝุ่นละอองจากแหล่งเก็บสารกัมมันตรังสี หรือที่เก็บกากสารกัมมันตรังสีจากการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นอยู่ในประเทศญี่ปุ่นขณะนี้

           การกระจายของสารกัมมันตรังสีจะฟุ้งไปในอากาศ น้ำ มนุษย์อาจได้รับรังสีเข้าสู่ร่างกาย ทางการหายใจฝุ่นละอองของรังสีเข้าไป , กินของที่เปรอะเปื้อนเข้าไป หรือการกิน, การฝังสารกัมมันตรังสีเพื่อการรักษา สารกัมมันตรังสีที่อยู่ในร่างกายจะแผ่รังสีออกมา ทำอันตรายต่อร่างกายเป็นระยะเวลานาน จนกว่าจะถูกกำจัดออกไปจากร่างกายจนหมด และยังสามารถแผ่รังสีไปทำอันตรายคนที่อยู่ใกล้เคียงได้

          แต่หากใครที่ได้รับรังสีในปริมาณมาก ๆ อาจกลายเป็นอาการ "ความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลัน (Acute Radiation Syndrome, ARS)" ซึ่งเป็นความผิดปกติทางร่างกาย อันเป็นผลมาจากการได้รับรังสีปริมาณสูง ๆ ทั่วทั้งร่างกาย หรือเกือบทั้งร่างกายในระยะเวลาสั้น ๆ เช่น ผู้ป่วยจากการได้รับรังสีจากระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ หรือผู้ป่วยจากการได้รับรังสีแกมมาจากวัสดุกัมมันตรังสีโคบอลต์-60 ที่สมุทรปราการ เมื่อหลายปีที่ผ่านมา โดยต่อไปนี้ จะกล่าวถึงเฉพาะกรณีที่ได้รับรังสีสูงเฉียบพลัน คือ "ความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลัน (Acute Radiation Syndrome, ARS)

การนำไปสู่การเกิดความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลัน มีข้อบ่งชี้อยู่ 5 ประการ คือ

          1. ปริมาณรังสี (dose) ที่ได้รับทั่วทั้งร่างกายจะต้องสูง เช่น มีปริมาณสูงกว่า 0.7 เกรย์ (หน่วยที่วัดว่า วัตถุรับรังสีไปเท่าใด) ทั้งนี้ การได้รับรังสีทั่วร่างกายปริมาณ 0.3 เกรย์ อาจเป็นผลให้มีอาการแสดงของผิดปกติเพียงเล็กน้อย

          2. รังสีที่ได้รับจะต้องมาจากแหล่งกำเนิดรังสีที่อยู่ภายนอกร่างกาย (external exposure)
          3. รังสีที่ได้รับจะต้องเป็นรังสีที่มีพลังงาน หรืออำนาจทะลุทะลวงสูง เช่น รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา หรือ นิวตรอน เป็นต้น ซึ่งสามารถทะลุทะลวงผ่านเข้าไปให้รังสีแก่อวัยวะภายในร่างกายได้

          4. จะต้องได้รับรังสีทั่วทั้งร่างกาย (หรือโดยส่วนใหญ่ของร่างกาย) ในคราวเดียวกัน
          5. การได้รับรังสีจะต้องเกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาสั้น ๆ (acute/immediate exposure)

          จากข้อบ่งชี้ดังกล่าวข้างต้น การได้รับรังสีของร่างกายเพียงบางส่วน เช่น ที่แขนหรือขา หรือการรับรังสีของผู้ป่วยในทางรังสีรักษา ซี่งแม้ปริมาณรังสีที่ให้แก่ผู้ป่วยจะสูงมาก (อาจถึง 80 เกรย์) แต่ก็แบ่งการให้รังสีเป็นหลาย ๆ ส่วน (fractions) ในช่วงเวลาที่กาหนด เช่น 1–2 เกรย์ต่อวัน ติดต่อกันหลายสัปดาห์ ซึ่งการได้รับรังสีแบบนี้ มีผลในการก่อให้เกิดความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลันได้น้อย
ย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตจะมีความไวต่อรังสีแตกต่างกัน โดยพิจารณาจากค่า LD50 (การวัดความรุนแรงของสารเคมีกำจัดแมลง ใช้หน่วย Lethal dose 50% เป็นหน่วยเปรียบเทียบ) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสุขภาพของผู้ถูกรังสีด้วย อีกทั้งอวัยวะต่าง ๆ ในร่างกายจะมีความไวต่อรังสีไม่เท่ากัน โดยระบบการสร้างเม็ดเลือด และอัณฑะรังไข่ จะไวต่อรังสีมากที่สุด รองลงมาคืออวัยวะที่มีเยื่อบุ เช่น ช่องปาก หลอดอาหาร ลำไส้ผิวหนัง ตามด้วยตับ ปอด ไต และต่อมต่าง ๆ ส่วนอวัยวะที่ทนต่อรังสีมากที่สุดคือ ไขสันหลัง สมอง กล้ามเนื้อ และหัวใจ
          นอกเหนือจากความไวที่แตกต่างกันแล้ว แต่ละอวัยวะยังมี Vitality ที่ไม่เท่ากัน ดังนั้นความล้มเหลวของระบบสร้างเม็ดเลือด (hematopoietic syndrome) ระบบทางเดินอาหาร (gastrointestinal syndrome) และระบบประสาทส่วนกลาง (central nervous system syndrome) จึงเป็นสาเหตุสำคัญในการเสียชีวิต ของผู้ได้รับบาดเจ็บจากรังสี

สำหรับผู้ประสบเหตุทางรังสี จะมีอาการเจ็บป่วย แบ่งออกเป็น 4 ระยะคือ

          1. Initial stage (Prodomal phase) ผู้บาดเจ็บจะมีอาการคลื่นไส้อาเจียน เบื่ออาหาร อาการเหล่านี้จะเกิดขึ้นหลังจากได้รับรังสี 2-3 ชั่วโมง และกินเวลานาน 2-3 วัน หากได้รับรังสีปริมาณไม่มากนัก

          2. Latent stage เป็นระยะที่อาการต่าง ๆ ข้างต้นหายไป ผู้บาดเจ็บจะรู้สึกสบายดีเป็นเวลาหลายวัน และอาจนาน 2-3 สัปดาห์

          3. Third stage (Symptomatic phase) เริ่มตั้งแต่สัปดาห์ที่ 3 ถึงสัปดาห์ที่ 5 หรืออาจเร็วกว่านี้หากได้รับรังสีปริมาณมาก ผู้ป่วยจะมีอาการผิดปกติของระบบทางเดินอาหาร เกิดภาวะเลือดออกง่าย โลหิตจาง ติดเชื้อ และผมร่วง

          4. Fourth stage เป็นระยะที่ผู้ป่วยเริ่มฟื้นคืนสู่สภาพปกติหากได้รับรังสีไม่มากนัก หรือเสียชีวิตในกรณีที่ได้รับรังสีในปริมาณมาก
   
    ทั้งนี้ ผู้ป่วยแต่ละคนจะเกิดทั้ง 4 ขั้นแบบนี้ แต่สำหรับขั้นที่สามจะเป็นอาการที่เกิดขึ้นกับ 3 ระบบของร่างกาย คือ ไขกระดูก , ทางเดินอาหาร , ทางเดินโลหิต ซึ่งจะเกิดกับระบบใดนั้น ขึ้นอยู่กับว่า ได้รับปริมาณรังสีกี่เกรย์

สำหรับความผิดปกติจากการได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลันนั้น แบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มอาการ คือ

          1. ความผิดปกติอันเกี่ยวข้องกับระบบไขกระดูก (Bone marrow syndrome)
          หรืออาจเรียกว่า ความผิดปกติอันเกี่ยวข้องกับระบบผลิตเลือด (hematopoietic syndrome) ความผิดปกติแบบนี้ สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อได้รับรังสีสูงแบบเฉียบพลันทั่วทั้งร่างกายที่ปริมาณรังสี 0.7 เกรย์ โดยอาจปรากฎอาการผิดปกติเพียงเล็กน้อยเมื่อได้รับรังสีปริมาณ 0.3 เกรย์ โดยสาเหตุหลักของการเสียชีวิตในผู้ป่วย กลุ่มนี้ คือ การติดเชื้อและการเสียเลือดอันเนื่องมาจากไขกระดูกถูกทำลาย

  2. ความผิดปกติอันเกี่ยวข้องกับระบบทางเดินอาหาร (Gastrointestinal syndrome)
          ความผิดปกติ โดยสมบูรณ์จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับรังสีเฉียบพลันทั่วร่างกายสูงเกิน 10 เกรย์ โดยความผิดปกติแบบอ่อน ๆ จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับรังสีประมาณ 6 เกรย์ ทั้งนี้ อัตราการรอดชีวิตเมื่อได้รับรังสีสูงระดับนี้มีน้อย หากระบบทางเดินอาหารเปลี่ยนแปลง ได้รับความเสียหาย จะทำให้เกิดการติดเชื้อ เสียสมดุลของน้ำและเกลือแร่ โดยผู้ป่วยจะเสียชีวิตภายในระยะเวลา 2 สัปดาห์

3. ความผิดปกติอันเกี่ยวข้องกับระบบทางเดินโลหิตและระบบประสาทกลาง (Cardiovascular (CV)/Central Nervous System (CNS)
          ความผิดปกติโดยสมบูรณ์จะเกิดขึ้น ถ้าได้รับรังสีโดยเฉียบพลันทั่วร่างกายสูงเกินกว่า 50 เกรย์ โดยความผิดปกติของระบบ CV และ CNS จะเริ่มปรากฎให้เห็นเมื่อได้รับรังสีสูงถึง 20 เกรย์ โดยทั่วไปผู้ป่วยจะเสียชีวิตภายใน 3 วัน อันเนื่องมาจากความล้มเหลวของระบบการไหลเวียนโลหิต และแรงดันที่สูงขึ้นภายในโพรงกะโหลก อันเนื่องมาจากการสะสมของของเหลวที่มีสาเหตุมาจากการบวม หรือการอับเสบของ หลอดเลือดและเยื่อหุ้มสมอง (Meningitis)

   นอกจากนี้ ผู้ป่วยยังมีความผิดปกติทางผิวหนังเกิดขึ้นด้วย โดยผู้ป่วยอาจได้รับรังสีปริมาณสูงพอที่จะก่อให้เกิดความเสียหายต่อผิวหนังได้ โดยที่ไม่ปรากฎอาการของความผิดปกติในระบบอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเป็นการได้รับรังสีสูงเฉียบพลัน จากรังสีบีตา หรือรังสีเอ็กซ์  ในบางกรณีผู้ป่วยอาจได้รับรังสีที่ผิวหนังอันเป็นผลมาจากการเปรอะเปื้อนของวัสดุกัมมันตรังสีที่ติดอยู่กับผิวหนัง หรือเสื้อผ้าของผู้ป่วย
          เมื่อเซลล์ในชั้นล่างของผิวหนังถูกทำลายด้วยรังสีจะปรากฎอาการอักเสบ เป็นผื่นแดง หรือตกสะเก็ดของผิวหนัง ในบางครั้ง ถ้ารากของเส้นขนถูกทำลายอาจเป็นผลให้เกิดการหลุดร่วงของเส้นขนขึ้นได้ ภายในเวลา 2-3 ชั่วโมง อาจเกิดอาการเป็นผื่นแดงร่วมกับอาการคันของผิวหนังขึ้น หลังจากนั้น อาการเหล่านี้อาจหายไปเป็นระยะเวลาตั้งแต่ 2-3 วัน ถึงหลายสัปดาห์ จากนั้นผิวหนังจะมีอาการแดงมากขึ้น และตามมาด้วยการแตกและอักเสบเป็นแผลของผิวหนังบริเวณที่ได้รับรังสี
          ส่วนผู้ที่รอดชีวิต อาจต้องเผชิญกับผลของรังสีในอวัยวะอื่น ๆ เช่น การเป็นหมัน , แท้ง , ผมร่วง , ปอดอักเสบ และรังสีสามารถก่อให้เกิดอาการอื่น ๆ ตามมาภายหลังได้ เช่น เกิดต้อกระจก และเสี่ยงต่อการเกิดมะเร็งในอีกหลาย ๆ ปีต่อมา

2.6.4 ค่าครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสี

ครึ่งชีวิตของธาตุ (half life) หมายถึง ระยะเวลาที่สารสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมใช้สัญลักษณ์เป็น t1/2 นิวเคลียสของธาตุกัมมันตรังสีที่ไม่เสถียร จะสลายตัวและแผ่รังสีได้เองตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหรือความดัน อัตราการสลายตัว เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนอนุภาคในธาตุกัมมันตรังสีนั้น ปริมาณการสลายตัวจะบอกเป็นครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป
ตัวอย่างเช่น C-14 มีครึ่งชีวิต 5730 ปี หมายความว่า ถ้ามี C-14 1 กรัม เมื่อเวลาผ่านไป 5730 ปี จะเหลือ C-14 อยู่ 0.5 กรัม และเมื่อเวลาผ่านไปอีก 5730 ปี จะเหลืออยู่ 0.25 กรัม เป็นดังนี้ไปเรื่อยๆ กล่าวได้ว่าทุกๆ 5730 ปี จะเหลือ C-14 เพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม
ครึ่งชีวิตเป็นสมบัติเฉพาะตัวของแต่ละไอโซโทป และสามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีแต่ละชนิดได้ ตัวย่างครึ่งชีวิตของไอโซโทปกัมมันตรังสีบางชนิด ครึ่งชีวิตของธาตุกัมมันตรังสีชนิดต่างๆมีค่าไม่เท่ากัน เช่น เทคนีเทียม -99 มีครึ่งชีวิต 6 ชั่วโมงเท่านั้น ส่วนยูเรเนียม -235 มีครึ่งชีวิต 4.5 ล้านปี
ครึ่งชีวิต (half life) ของสารกัมมันตรังสี สามารถนำไปใช้หาอายุอายุสัมบูรณ์ (Absolute Age) เป็นอายุของหินหรือซากดึกดำบรรพ์ ที่สามารถบอกจำนวนปีที่ค่อนข้างแน่นอน การหาอายุสัมบูรณ์ใช้วิธีคำนวณจากครึ่งชีวิต ของธาตุกัมมันตรังสีที่มีอยู่ในหิน หรือซากดึกดำบรรพ์ที่ต้องการศึกษา ธาตุกัมมันตรังสีที่นิยมนำมาหาอายุสัมบูรณ์ได้แก่ ธาตุคาร์บอน – 14 ธาตุโพแทศเซียม – 40 ธตาเรเดียม – 226 และธาตุยูเรเนียม – 238 เป็นต้น การหาอายุสัมบูรณ์มักใช้กับหินที่มีอายุมากเป็นแสนล้านปี เช่น หินแกรนิตบริเวณฝั่งตะวันตกของเกาะภูเก็ต ซึ่งเคยเป็นหินต้นกำเนิดแร่ดีบุกมีอายุสัมบูรณ์ประมาณ 100 ล้านปี ส่วนตะกอนและซากดึกดำบรรพ์ที่มีอายุน้อยกว่า 50,000 ปี มักจะใช้วิธีกัมมันตภาพรังสีคาร์บอน – 14 เช่น ซากหอยนางรมที่วัดเจดีย์หอย อำเภอลาดหลุมแก้ว จังหวัดปทุมธานี มีอายุประมาณ 5,500 ปีของวัตถุโบราณ
นอกจากนั้นยังใช้คำนวณอายุของโลก พบว่าว่าประมาณครึ่งหนึ่งของยูเรเนียมที่มีมาแต่แรกเริ่มได้สลายตัวเป็นตะกั่วไปแล้ว ดังนั้นอายุของโลกคือประมาณครึ่งชีวิตของยูเรเนียม หรือราว 4,500 ล้านปี

2.6.5 ปฏิกิริยานิวเคลียร์

 หมายถึงกระบวนการที่นิวเคลียส 2 ตัวของอะตอมเดียวกัน หรือนิวเคลียสของอะตอมหนึ่งและอนุภาคย่อย ของอีกอะตอมหนึ่งจากภายนอกอะตอมนั้น ชนกัน ทำให้เกิดนิวเคลียสใหม่หนึ่งตัวหรือมากกว่าหนึ่งตัวที่มีจำนวนอนุภาคย่อยแตกต่างจากนิวเคลียสที่เริ่มต้นกระบวนการ ดังนั้นปฏิกิริยานิวเคลียร์จะต้องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอย่างน้อยหนึ่งนิวไคลด์ ไปเป็นอย่างอื่น หากนิวเคลียสหนึ่งมีปฏิกิริยากับอีกนิวเคลียสหนึ่งหรืออนุภาคอื่นและพวกมันก็แยกออกจากกันโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะของนิวไคลด์ใด ๆ กระบวนการนี้เป็นแต่เพียงประเภทหนึ่งของการกระเจิงของนิวเคลียสเท่านั้น ไม่ใช่ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ในหลักการ ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นจากการชนกันของอนุภาคมากกว่าสองอนุภาค แต่เป็นไปได้น้อยมากที่นิวเคลียสมากกว่าสองตัวจะมาชนกันในเวลาเดียวกันและสถานที่เดียวกัน เหตุการณ์ดังกล่าวจึงเป็นของหายากเป็นพิเศษ (ดูกระบวนการสามอัลฟา ซึ่งเป็นตัวอย่างหนึ่งที่ใกล้เคียงกับการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์สามเส้า) "ปฏิกิริยานิวเคลียร์" เป็นคำที่หมายความถึงการเปลี่ยนแปลงที่"ถูกเหนี่ยวนำให้เกิด"ในนิวไคลด์ ดังนั้นมันจึงไม่สามารถนำไปใช้กับการสลายกัมมันตรังสีชนิดใด ๆ ได้ (เพราะโดยคำจำกัดความแล้ว การสลายกัมมันตรังสีเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง)
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในธรรมชาติจะเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างรังสีคอสมิกและสสาร และปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อให้ได้พลังงานนิวเคลียร์ในอัตราที่ปรับได้ตามความต้องการ บางทีปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่โดดเด่นมากที่สุดจะเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ในวัสดุที่แตกตัวได้ (อังกฤษ: fissionable material) เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นและปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันต่างๆขององค์ประกอบเบาที่ผลิตพลังงานให้กับดวงอาทิตย์และดวงดาวทั้งหลาย ทั้งสองประเภทในการเกิดปฏิกิริยานี้ถูกใช้ในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ 
ในขณะที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี มีหลายชนิดที่พบบ่อย หรือโดดเด่นไปเลย ตัวอย่างได้แก่ :

• ปฏิกิริยาฟิวชั่น - นิวเคลียสเบาสองตัวรวมตัวเข้าด้วยกันเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ด้วยอนุภาคที่เพิ่มเข้าไป (ปกติเป็นโปรตอนหรือนิวตรอน) ถูกโยนออกมาเพื่อการอนุรักษ์โมเมนตัม
• ปฏิกิริยาฟิชชั่น - นิวเคลียสหนึ่งถูกชนโดยอนุภาคหนึ่งที่มีพลังงานและโมเมนตัมเพียงพอที่จะเคาะให้แตกออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยจำนวนมาก
• การปล่อยรังสีแกมมาโดยการเหนี่ยวนำ มีเพียงโฟตอนเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการสร้างและทำลายสถานะของการกระตุ้นนิวเคลียส
• การสลายให้อนุภาคแอลฟา - ถึงแม้ว่าจะถูกขับเคลื่อนโดยแรงพื้นฐานเช่นเดียวกันกับฟิชชันเกิดเอง การสลาย α ก็มักจะถือว่าแยกออกจากการเหนี่ยวนำ ความคิดที่มักจะอ้างบ่อยๆว่า "ปฏิกิริยานิวเคลียร์" จะถูกกักบริเวณให้อยู่ในกระบวนการที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดเป็นสิ่งที่ไม่ถูกต้อง "การสลายกัมมันตรังสี" เป็นกลุ่มย่อยของ "ปฏิกิริยานิวเคลียร์" ที่เกิดขึ้นเองมากกว่าที่จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิด ยกตัวอย่าง ที่เรียกว่า "อนุภาคแอลฟาร้อน" ที่มีพลังงานสูงผิดปกติอาจมีการผลิตจริงในฟิชชันที่เกิดโดยการเหนี่ยวนำแบบสามชิ้นแตกที่มีประจุ (อังกฤษ: induced ternary fission) ซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบเหนี่ยวนำ (ตรงข้ามกับฟิชชันเกิดเอง) อนุภาคแอลฟาดังกล่าวเกิดขึ้นจากฟิวชั่นสามชิ้นแตกที่เกิดขึ้นเองเช่นกัน
• ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่นที่เหนี่ยวนำโดยนิวตรอน - นิวเคลียสที่หนักมากตัวหนึ่ง เกิดขึ้นเองหรือหลังจากการดูดซับอนุภาคเบาเพิ่มเติม (ปกติจะเป็นนิวตรอน) แยกออกเป็นสองหรือสามชิ้นในบางครั้ง นี่คือปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิด การฟิชชั่นที่เกิดชึ้นเอง ซึ่งเกิดขึ้นโดยปราศจากความช่วยเหลือของนิวตรอน มักจะไม่ถือว่าเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่ส่วนใหญ่ มันก็ไม่ได้เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิด

2.6.6เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกัมมันตรังสี

การศึกษานิวเคลียสและกัมมันตรังสีที่กล่าวมาแล้วนั้น นำไปสู่การนำความรู้ที่ได้มาใช้ประโยชน์ ซึ่งอาจกล่าวได้ว่ามีอยู่ 2 ทาง คือ การนำกัมมันตรังสีมาใช้ และการใช้พลังงานนิวเคลียร์ ซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

ก. กัมมันตรังสีในการเกษตรกรรม

นักวิทยาศาสตร์อาศัยความรู้ว่า ธาตุกัมมันตรังสีสลายอยู่ตลอดเวลาโดยไม่ขึ้นกับอิทธิพลภายนอกหรือสิ่งแวดล้อมจึงอาศัยการตรวจติดตามธาตุกัมมันตรังสีมาทำประโยชน์ในการพัฒนาการเกษตรได้เป็นอย่างดี ตัวอย่างเช่น การวิจัยอัตราการดูดซึมปุ๋ยของต้นไม้ ถ้าปุ๋ยที่มีธาตุกัมมันตรังสี เช่น ฟอสฟอรัส -32 ปะปนอยู่ ลงในดินบริเวณใกล้ต้นไม้ รากต้นไม้จะดูดซึมธาตุกัมมันตรังสีเข้าไปแล้วส่งต่อไปยังลำต้นและไปอยู่ที่ใบ เพื่อรอการปรุงอาหาร การตรวจวัดปริมาณการแผ่รังสีของปุ๋ยที่ใบ ดังภาพ จะทำให้ทราบปริมาณปุ๋ยที่อยู่ที่ใบได้ จึงสามารถหาอัตราการดูดซึมของต้นไม้ได้

 การใช้ประโยชน์ของกัมมันตรังสีในด้านสัตว์เลี้ยง ได้แก่ การศึกษาการผลิตไข่และน้ำนมของสัตว์ เช่น เป็ด ไก่ และโคนม เป็นต้น เป็นที่ทราบกันดีว่าการผลิตน้ำนมของโคนั้น มีความสัมพันธ์กับต่อมไทรอยด์ ซึ่งเป็นต่อมที่มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับไอโอดีน โดยการใช้ไอโอดีน -131 ซึ่งเป็นธาตุกัมมันตรังสีผสมอาหารสัตว์ และติดตามวัดปริมาณการดูดซึมไอโอดีน -131 ไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกายสัตว์ จะทำให้ทราบว่า การทำงานของต่อมไทรอยด์เพิ่มขึ้นขณะที่โคเริ่มมีน้ำนม และจะพบต่อไปอีกว่า เวลาอากาศร้อนอัตราการทำงานของต่อมนี้จะลดลง เป็นผลให้อัตราการผลิตน้ำนมลดลงด้วย ความรู้ที่ได้นี้อาจนำมาใช้ประโยชน์ในการเลือกโคนม ซึ่งอาจเลือกตั้งแต่โคยังเป็นลูกโคอยู่ก็ได้
นักวิทยาศาสตร์พบว่า รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีสามารถทำให้สิ่งมีชีวิตกลายพันธุ์ได้ เช่น รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีจะทำให้โครโมโซมในเมล็ดพันธุ์พืชเปลี่ยนไป ดังนั้น เมื่อนำเมล็ดพืชไปเพาะก็จะได้พืชพันธุ์ใหม่ พบว่า โอกาสที่จะได้พืชพันธุ์ใหม่ที่ดี โดยวิธีนี้มีน้อย อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันนี้ก็มีพันธุ์ดีหลายสิบชนิด ทั้งพันธุ์ไม้ดอกและไม้ผลที่เกิดจากวิธีการนี้
นอกจากสามารถกลายพันธุ์พืชแล้ว รังสีจากธาตุกัมมันตรังสียังช่วยขจัดแมลงได้ด้วย ซึ่งอาจทำได้โดยรังสีอาบตัวแมลงโดยตรงเพื่อทำให้เกิดการแตกตัวของอะตอมในเซลล์ของแมลงเป็นไอออน ซึ่งจะทำให้แมลงตายในที่สุด และอีกวิธีหนึ่งนั้นคือ นำเอาเฉพาะแมลงตัวผู้มาอาบรังสีเพื่อให้เป็นหมันจะได้ไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้อีกต่อไป
ประโยชน์อีกอย่างหนึ่งของการใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีคือ การถนอมอาหาร เพราะรังสีนี้สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา และยีสต์ที่มีอยู่ทั่วไปในอาหารได้ทำให้อาหารไม่เน่าหรือเน่าช้ากว่าปกติ นอกจากนี้รังสียังช่วยป้องกันการงอกของพืชผักบางชนิด เช่น มันฝรั่ง หัวหอม ได้ด้วย ปริมาณรังสีที่ใช้ในการถนอมอาหารแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน ดังนั้น ในการนำอาหารที่อาบรังสีมาบริโภค จะต้องแน่ใจก่อนว่าไม่มีอันตรายใดๆ

ข. การใช้กัมมันตภาพรังสีในการแพทย์

รังสีจากกัมมันตรังรีสามารถตรวจและรักษาโรคได้หลายชนิด ตัวอย่างเช่น การใช้รังสีแกมมาจากโคบอลต์ -60 การรักษาโรคมะเร็ง โดยเฉพาะฉายรังสีแกมมาเข้าไปทำลายเซลล์มะเร็ง การใช้รังสีจากโซเดียม -24 ซึ่งอยู่ในรูปของเกลือโซเดียมคลอไรด์ในการศึกษาลักษณะการหมุนเวียนของโลหิต โดยการฉีดสารดังกล่าวเข้าไปในเส้นเลือด และการติดตามการแผ่รังสีจากสารจะทำให้ทราบว่า มีการอุดตันหรือการหมุนเวียนของเลือดไม่สะดวกในบางส่วนของระบบการไหลเวียนหรือไม่ นอกจากนี้ยังมีการใช้รังสีไอโอดีน -131 ในการตรวจดูการทำงานของต่อมไทรอยด์ด้วย

ค. การใช้กัมมันตรังสีในด้านอุตสาหกรรม

ตัวอย่างของการใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสี ในอุตสาหกรรมที่สำคัญพอสรุปได้ดังนี้

ในการควบคุมความหนาแน่นของแผ่นโลหะให้สม่ำเสมอตลอดแผ่น กระทำได้โดยการหยุดเครื่องรีดแผ่นเป็นคราวๆ ไป แต่การทำเช่นนี้ทำให้อัตราการผลิตต่ำ การใช้รังสีจากธาตุกัมมันตรังสีจะช่วยให้สามารถตรวจสอบได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องรีดแผ่นโลหะ วิธีการที่ใช้กันนั้นแสดงคร่าวๆ ดังภาพ 

โดยมีหลักการย่อ ดังนี้ ใช้ธาตุกัมมันตรังสีที่ให้รังสีบีตาเป็นแหล่งกำเนิดรังสี โดยปล่อยให้รังสีตกตั้งฉากกับแผ่นโลหะ ซึ่งกำลังเคลื่อนออกจากเครื่องวัด ตั้งเครื่องวัดรังสีไว้ที่ด้านตรงข้ามกับแหล่งกำเนิดรังสีโดยมีแผ่นโลหะอยู่ตรงกลาง ถ้าแผ่นโลหะมีความหนาผิดไปจากที่กำหนดไว้ จะทำให้ปริมาณรังสีที่วัดได้มีค่าผิดไปด้วยแล้ว เครื่องวัดรังสีจะส่งสัญญาณไฟฟ้ากลับไปยังเครื่องรีดเพื่อปรับรีดให้เร็วในมาตรฐานที่ตั้งไว้

การตรวจสอบความเรียบร้อยในการเชื่อมโลหะ เช่น การเชื่อมท่อ การต่อท่อที่ใช้สำหรับความดันสูง การเชื่อมตัวเรือดำน้ำ การตรวจสอบประเภทนี้สามารถทำได้ โดยใช้รังสีแกมมา ซึ่งสามารถทะลุผ่านแผ่นโลหะได้ โดยนำกัมมันตรังสีที่ให้รังสีแกมมาวางไว้ด้านหนึ่งของสิ่งที่ต้องการตรวจสอบ แล้วใช้จอหรือแผ่นฟิล์มรับรังสีด้านตรงข้ามกับของสิ่งนั้น เมื่อนำฟิล์มไปล้างสามารถเห็นภาพภายในวัตถุได้ว่ามีรอยร้าวหรือโพรงหรือไม่ การตรวจสอบดังกล่าว จะช่วยประหยัดเวลาและแรงงานกว่าวิธีอื่นๆ เป็นอันมาก

ง. การใช้กัมมันตภาพรังสีหาอายุของวัตถุโบราณ

การหาอายุของวัตถุโบราณมีความสำคัญมากในการศึกษาโบราณคดี และธรณีวิทยา การหาอายุโบราณวัตถุนี้อาจอาศัยหลักการที่ว่า องค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายคือ ธาตุคาร์บอน ธาตุชนิดนี้ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของคาร์บอน -12 ซึ่งเป็นธาตุเสถียรและมีคาร์บอน -14 ซึ่งเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีปริมาณน้อย เมื่อคาร์บอนรวมกับออกซิเจนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งพืชจะนำไปใช้ในการปรุงอาหารจากนั้นสัตว์ที่อาศัยพืชเป็นอาหารก็ได้รับคาร์บอนจากพืชอีกต่อหนึ่ง คาร์บอน -14 ในสิ่งมีชีวิตจะสลายด้วยครึ่งชีวิต 5568+- 30 ปี ซึ่งนับได้ว่าค่อนข้างนาน ดังนั้นในขณะที่มีชีวิตอยู่อัตราส่วนของคาร์บอน -14 คาร์บอน -12 ในร่างกายของสัตว์ และในตัวพืชจะมีค่าคงตัว ทั้งนี้ ขึ้นกับชนิดของสัตว์หรือพืชนั้นๆ แต่เมื่อสิ้นชีวิตลง โอกาสที่จะได้รับคาร์บอนตามปกติก็จะหยุดลงด้วย

ดังนั้น อัตราส่วนของคาร์บอนทั้งสอง ดังกล่าวก็ลงเรื่อยๆ และเราสามารถคำนวณหาอายุของสัตว์หรือพืชได้ จากอัตราส่วนดังกล่าว เช่น ในการตรวจวิเคราะห์โครงกระดูกชิ้นหนึ่ง พบว่า อัตราส่วนของคาร์บอน -14 คาร์บอน -12 มีอยู่เพียงร้อยละ 50 ของกระดูกสัตว์ชนิดเดียวกันที่เพิ่งเสียชีวิตใหม่ๆ แสดงว่า เจ้าของโครงกระดูกนั้นได้ตายมาแล้วประมาณ 5,670 ปี

                                        ภาพแสดงเครื่องปั้นดินเผาลายเขียนสีบ้านเชียง จ.อุดรธานี

ในประเทศไทยก็ได้มีการค้นพบวัตถุโบราณ เช่น เครื่องปั้นดินเผาลายเขียนสีบ้านเชียง ซึ่งเมื่อทำการตรวจสอบหาอายุโดยใช้รังสีแล้วทำให้ทราบว่า เป็นวัตถุที่มีอายุประมาณ 6,060 ปี ซึ่งแสดงให้เห็นว่า บ้านเชียงเคยเป็นแหล่งที่มีอารยธรรมเก่าแก่มากแหล่งหนึ่งของโลก การค้นพบที่บ้านเชียงที่มีความสำคัญทางโบราณคดี อีกเรื่องหนึ่งได้แก่ การค้นพบหัวหอกอายุประมาณ 5,600 ปีที่ทำด้วยสำริด การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่ามนุษย์ที่มาตั้งถิ่นฐานที่บ้านเชียง รู้จักนำโลหะผสมมาทำเครื่องมือเครื่องใช้แล้ว ที่นี้เป็นแหล่งกำเนิดของอารยธรรมในยุคสำริด

ที่มา:https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7085-2017-05-28-03-07-00
https://health.kapook.com/view24286.html
https://th.wikipedia.org/wiki/ปฏิกิริยานิวเคลียร์
https://sites.google.com/site/sciencepmtech/bth-reiyn/phlangngan-niwkheliyr/thekhnoloyi-thi-keiywkhxng