32

บทท 2

ทฤษฎ 2.1 กฎการสลายตวของนวไคลด นวไคลดทมการสลายตวเรยกวา “นวไคลดกมมนตรงส” (radioactive nuclide) สารทมนวไคลดกมมนตรงสเรยกวา “สารกมมนตรงส” ปรากฏการณทนวไคลดกมมนตรงสสลายตวใหอนภาคหรอรงส เชน แอลฟา บตา หรอแกมมาออกมาเรยกวา “กมมนตภาพรงส” (radioactivity)

นวเคลยสของนวไคลดกมมนตรงสจะมการเปลยนแปลงสภาพของนวเคลยสอย ตลอดเวลาเพอทจะกลายเปนนวเคลยสทเสถยร การทนวเคลยสของนวไคลดกมมนตรงสเปลยนสภาพเปนนวเคลยสของธาตใหมและมการปลอยพลงงานในรปกมมนตภาพรงสชนดตางๆนน เรยกวา “การสลาย” (decay) นวเคลยสกมมนตรงสเรมตนเรยกวา “นวเคลยสแม” (parent) และนวเคลยสใหมทเกดขนเรยกวา “นวเคลยสลก” (daughter) นวเคลยสลกทไดจากการสลายตวอาจจะเสถยรหรอไมเสถยรกได ถาไมเสถยรกจะมการสลายตวตอไปจนกวาจะไดนวเคลยสตวสดทายทเสถยร การสลายของนวไคลดกมมนตรงสนน อตราการสลายของนวไคลดกมมนตรงสจะแปรผนตามกบจ านวนนวเคลยสหรออะตอมทมอยเดมในขณะนน ถาให N เปนจ านวนอะตอมทมอย ณ ขณะใดขณะหนง

อตราการสลายตว คอ

N

dtdN

NdtdN

(2.1)

เมอ เปนคาคงตวของการสลายตว (decay constant) หนวย วนาท -1, ชวโมง-1 ให 0N เปนจ านวนอะตอมทมอยเดมเมอเรมตน t = 0 จะได

t

0

N

0Ndt

NdN

33

tNN

ln0

t0eNN (2.2)

สมการ (2.2) เรยกวา “กฎของการสลายตวของนวไคลดกมมนตรงส” (Law of radioactive decay) (พงศกร, 2539) 2.2 การสลายตวของนวไคลดกมมนตรงส

2.2.1 การสลายใหรงสแกมมา (gamma decay)

การสลายใหรงสแกมมา เปนการปลดปลอยคลนแมเหลกไฟฟาหรอโฟตอน (photon) จากนวไคลดทอยในสถานะกระตนลงมาสสถานะพน (ground state) มกจะเกดขนหลงจากการสลายใหรงสแอลฟาหรอรงสบตาแลว ชวงเวลาของการสลายใหรงสแกมมานมสนมาก คอ นอยกวา 10-12 วนาท การสงรงสแกมมาอาจจะมหลายขนตอน ท าใหไดรงสแกมมาหลายพลงงาน และพลงงานของรงสแกมมาอาจจะมคาตงแตอเลกตรอนโวลต จนถงเมกะอเลกตรอนโวลต การสลายใหรงสแกมมาไมมผลตอเลขมวล และเลขเชงอะตอมของนวไคลดแม แตท าใหไดนวไคลดลกมพลงงานลดลง (สมการท 2.3) อาจเรยกการสลายใหรงสแกมมาวาการเปลยนแปลงไอโซเมอร (isomeric transition)

raysPP AZ

*AZ (2.3)

Co-60 และ Cs-137 เปนนวไคลดกมมนตรงสทมกถกน ามาใชเปนแหลงของรงสแกมมาในงานนวเคลยรเทคนคทงในดานการแพทย การเกษตร และอตสาหกรรม Co-60 สลายใหบตาแลวปรบจากสถานะกระตนลงมาสสถานะพนโดยใหรงสแกมมาพลงงาน 1.173 และ 1.332 เมกะอเลกตรอนโวลต นวไคลดลกทอยในสถานะพน คอ Ni-60 (ภาพท 2.1) สวน Cs-137 นน สลายใหบตาพลงงาน 1.174 เมกะอเลกตรอนโวลต เปนนวไคลดลกของ Ba-137 ในสถานะพน และยงสลายใหบตาพลงงาน 0.512 เมกะอเลกตรอนโวลต พรอมใหรงสแกมมาพลงงาน 0.662 เมกะอเลกตรอนโวลต กอนทจะเปลยนเปนนวไคลดลกในสถานะพน (ภาพท 2.2)

34

การสลายของนวไคลดกมมนตรงสท าใหมการเปลยนแปลงนวคลออนและปลดปลอยพลงงานออกมาในรปของรงส และยงมการสลายของนวไคลดรปแบบอนๆอก แตมโอกาสเกดนอยมาก และสามารถน ามาใชประโยชนไดไมมากนกในดานนวเคลยรเทคนค (นวลฉว, 2545)

ภาพท 2.1 แผนภาพพลงงานการสลายของ Co-60

ภาพท 2.2 แผนภาพพลงงานการสลายของ Cs-137

decay 99.9% (EK)max = 0.313 MeV (EK)ave = 0.1 MeV

1

1E = 1.173 MeV

2

2E = 1.332 MeV

2.818 2.505 1.332 0

Rela

tive

mas

s-ene

rgy

( MeV

)

decay 0.1% (EK)max = 1.486 MeV (EK)ave = 0.63 MeV

Co6027

Ni6028

decay 94.6% (EK)max = 0.514 MeV (EK)ave = 0.17 MeV

decay 5.4% (EK)max = 1.176 MeV (EK)ave = 0.42 MeV

decay 85%

E = 0.662 MeV

Rela

tive

mas

s-ene

rgy

( MeV

)

1.176 0.662 0

Ba13756

Cs13755

I.C. 7.8% K shell

I.C. 1.8% L,M shell

35

2.3 กมมนตภาพรงส

ให A เปนอตราการสลายของนวไคลดกมมนตรงส หรอ “กมมนตภาพ” หรอ “ความแรงรงส” (activity) จะได

dtdN

A

NA (2.4)

กมมนตภาพหรอความแรงรงสมหนวยเปน “จ านวนครงของการสลายตวตอวนาท” (disintegration per second, dps) หรอ คร (Curie, Ci) ปจจบนใชหนวย SI คอ “เบกเคอเรล” (Becqueral, Bq)

1 Bq = 1 dps 1 Ci = 3.7x1010 dps

(สรพร, 2550) 2.4 ครงชวต ถาให T 2/1 เปนชวงเวลาทอะตอมของนวไคลดกมมนตรงสสลายไปครงหนง และเรยกชวงเวลานวา “ครงชวต” (half life) จากสมการ (2.2) จะได

t

0

e21

NN

693.0)2/1ln(T 2/1

693.0

T 2/1 (2.5)

(พงศกร, 2539)

36

2.5 หนวยของรงสและกมมนตภาพรงส

2.5.1 หนวยของกมมนตภาพรงส

เนองจากเรเดยมเปนสารกมมนตรงสตวแรกทรจกและน ามาใชงาน ดงนนกมมนตภาพรงสจงใชหนวยเปนครเปนหนวยเรมตน โดยก าหนดอยในเทอมของอตราการสลายตว ซงเกยวพนกบมวล 1 กรมของเรเดยม การทจะวดใหไดอตราการสลายตวทแนนอนนนยากมาก ดงนนจงไดตกลงยอมรบคาการสลายตว 3.7x1010 อะตอมตอวนาทตอกรมของเรเดยมเปนคาความแรงรงส 1 คร แมวาในตอนเรมแรกจะใชกบเรเดยมเทานน แตตอมาไดน าไปใชกบสารกมมนตรงสอนๆอกดวย เชน ขนาด 1 คร ของซลเฟอร-35 ทกอใหเกดการสลายตว 3.7x1010 อะตอมตอวนาท ในปจจบนนการวดความแรงรงส พฒนามาใชหนวยใหมในระบบ SI ไดใชหนวยเปน “เบกเคอเรล” (Becquerel) สญลกษณยอวา “Bq” โดยท 1 Ci = 3.7x1010 dps = 3.7x1010 Bq ความสมพนธของหนวยในระบบเกาและใหมดงน 1 เมกะคร (MCi) = 3.7x1016 dps = 106 Ci 1 คร (Ci) = 3.7x1010 dps 1 มลลคร (mCi) = 3.7x107 dps = 10-3 Ci

1 ไมโครคร (Ci) = 3.7x104 dps = 10-6

2.5.2 หนวยของรงส

หนวย หมายถง ชอเฉพาะทก าหนดขนเพอใชบอกขนาด และปรมาณสงตางๆ โดย หนวยของรงส และกมมนตภาพรงสสามารถแสดงไดดงตารางท 2.1

37

ตารางท 2.1 หนวยตางๆของรงส

ปรมาณ

หนวยเดม

หนวยใหม

รงสทถกดดกลน (Absorbed dose) แรด (Rad) เกรย (Gy)

รงสทท าใหอากาศแตกตว (Exposure) เรนทเกน (R) คลอมบตอกโลกรม (C/kg)

รงสสมมล (Dose equivalent) เรม (Rem) ซเวรต (Sv)

ทมา: (สรพร, 2550) 2.6 การสลายตวแบบตอเนอง การสลายตอเนอง (Chain disintegration) เปนการสลายตวตอๆกน นวเคลยส A สลายตวเปนนวเคลยส B นวเคลยส B สลายตวเปนนวเคลยส C และนวเคลยส C สลายตอไปเปนเชนนเรอยๆ จนกวาจะไดนวเคลยสเสถยร ซงในขนตนนจะพจารณาการสลายตวของนวเคลยส A เปนนวเคลยส B และนวเคลยส B สลายตวใหนวเคลยส C เปนนวเคลยสทเสถยร เขยนเปนสมการไดดงน

A B C (เสถยร)

ทเวลาเรมตน t=0 A มจ านวนอะตอมเทากบ 0AN

เมอเวลาผานไป t A มจ านวนอะตอมเทากบ AN B มจ านวนอะตอมเทากบ BN C มจ านวนอะตอมเทากบ CN จ านวนอะตอม A ทเวลา t จะได

t0AA eNN (2.6)

จ านวนอะตอมของ B ทมอยตอวนาทเทากบอตราการเกด B ลบดวยอตราการสลายของ B แตอตราการเกดของ B เทากบอตราการสลายของ A จะได

38

BBAAB NNdtdN

(2.7)

แทน AN ในสมการ (2.7) จะได

BBtA0

AAB NeNdtdN

tA0AABB

B eNNdtdN (2.8)

tBe คณสมการ (2.8) จะได

tBtA0AA

tBBB

tBB eeNeNedtdN

dteeNdteNdNe tBtA0AA

tBBBB

tB

dteN)eN(d t)AB(0AA

tBB

dteN)eN(d t)AB(0AA

tBB

CeN

eN t)AB(

AB

0AAtB

B

(2.9)

ในการหาคาคงทของ C จะใชเงอนไข ในเวลาเรมตนไมมอะตอมลกในระบบ t=0 0BB NN

แทนคาในสมการ (2.32) จะได

CN

0AB

0AA

AB

0AANC

(2.10)

39

แทนคา C ในสมการ (2.9) จะได

AB

0AAt)AB(

AB

0AAtB

BN

eN

eN

1eN

eN t)AB(

AB

0AAtB

B

(2.11)

tBtA

AB

0AA

B eeN

N

ในกรณทนวไคลดกมมนตรงสมการสลายตวตอเนองทมผลผลตนวไคลดกมมนตรงส

ตงแต 3 ตวขนไปจนถง n ดงแผนผงในภาพท 2.3

ภาพท 2.3 แผนภาพการสลายของสารกมมนตรงสแบบตอเนอง ทมา: (พงศกร, 2539)

สมการทใชหาจ านวนอะตอมของธาต n ภายใตเงอนไข 01N = 0

2N = 03N =…= 0

nN = 0 เปนไปตามสมการ

tnn

t22

t11n eC...eCeCN (2.15)

โดย

1n1312

011n21

1 ...

N...C

1 2 3 n (stable)

N3 N2 N1

. . . . . . 2 3

3

Nn

40

2n2321

011n21

2 ...

N...C

n1nn2n1

011n21

3 ...

N...C

อตราการเปลยนแปลงจ านวนอะตอม (กมมนตภาพ) ของธาตตางๆในอนกรม เปนดงน

111 NdtdN

22112 NNdtdN

33223 NNdtdN

. . .

nn1n1nn NNdtdN

จากสมการ 2.15 จะไดวา

tnn

t22

t113 eC...eCeCN (2.16)

โดย

1312

0121

1N.

C

41

2321

0121

2N

C

3231

0121

3N

C

แทนคา C1, C2, C3 ในสมการ 2.16 จะได

3231

t30121

n2321

t20121

3231

t10121

3eN

CeNeN

N

2.7 สมดลกมมนตภาพรงส ธาตกมมนตรงสทมการสลายอยางตอเนอง ถานวเคลยสแมมครงชวตยาวกวานวเคลยสลก จะมโอกาสทเกดสมดลกมมนตรงส 2.7.1 สมดลกมมนตภาพรงสแบบถาวร (Secular Equilibrium) สมดลกมมนตภาพรงสแบบนเกดขนเมอครงชวตของนวเคลยสแมยาวกวาครงชวตของนวเคลยสลกมากวาประมาณ 104 เทาหรอมากกวา เรมตนใหมเฉพาะนวเคลยสแม A อยางเดยว แตเมอเวลาผานไปจะเกดนวเคลยสลก B เพมขนและในขณะเดยวกน B กสลายตอไปเปน C

อตราการเกด B = AAN = tAoAA eN (2.17)

อตราการเกดสลาย = BBN (2.18) เมอเวลาผานไปปรมาณของ B จะเพมขน ซงจะท าใหอตราการสลายตวของ B ไปเปน C เพมขนดวย ในทสดจะถงจดทอตราการเกดของ B เทากบอตราการสลายตวของ B ไปเปน C เรยกสถานะนวา “สมดลกมมนตภาพรงส” คอสมการ (2.17) เทากบสมการ (2.18)

BBN = tAoAA eN (2.19)

42

เนองจากครงชวตของ A มากกวาครงชวตของ B มาก ดงนน A มคานอยมากเมอเทยบกบ B

ดงนน tAe 1 สมการ (2.19) จะเปน

A0ABB NN (2.20)

B

A0A

B

NN

(2.21)

แตเนองจาก tAe 1 ดงนน 0AA NN สมการ (2.21) จะเปน

AABB NN (2.22) ในกรณการสลายตวแบบตอเนองทมนวเคลยสแมมครงชวตยาวมากๆ เมอเทยบกบนวเคลยสลก เราสามารถเขยนสมการ (2.22) ไดเปน

nnCCBBAA N...NNN จากสมการ (2.22) ถาให AA และ AB เปนกมมนตภาพรงสของนวเคลยสแมและนวเคลยสลกตามล าดบ จะได BBBAAA ANNA (2.23) กมมนตภาพรงสรวมขณะและหลงสมดลกมมนตภาพรงสแบบถาวร คอ Atotal A2A (2.24) 2.7.2 สมดลกมมนตภาพรงสแบบชวคราว (Transient Equilibrium) การสมดลในกรณนจะเกดขนกตอเมอนวเคลยสแม A มครงชวตยาวกวานวเคลยสลก B แตไมมากนก

ถาเรมตนเมอเวลา t = 0 ไมมนวเคลยสลก B อยเลยจากสมการ (2.25)

43

tBtA

AB

0AA

B eeN

N

(2.25)

เนองจาก BA เมอ t มคามากๆ tBe จะเขาใกลศนยเรวกวา tAe ดงนน จะไดสมการ (2.26)

tA

AB

0AA

B eN

N

(2.26)

AAB

AB NN

(2.27)

AB

A

A

B

NN

(2.28)

ในขณะเดยวกนอตราสวนระหวางกมมนตภาพรงสของนวเคลยสลกกบ กมมนตภาพรงสของนวเคลยสแมจะมความสมพนธกน ดงน

AA

BB

A

B

NN

dt/dNdt/dN

(2.29)

แทนคา A

B

NN

จากสมการ (2.28) จะได

AB

B

A

B

dt/dNdt/dN

(2.30)

จะเหนไดวาทงสมการ (2.27) และ (2.29) ตางแสดงวา A

B

NN

และ dt/dNdt/dN

A

B

มคาคงตว จากสมการ (2.26) คณดวย B จะได

44

A

AB

BABB NN

(2.31)

เนองจาก AB

BA

เปนคาคงตว สมการ (2.31) จะได

BBN AN หมายความวา หลงจากสมดลกมมนตภาพรงส กมมนตภาพรงสของ B จะลดลงดวย ครงชวตของ A

2.7.3 กรณไมเกดสมดลกมมนตภาพรงส (No Equilibrium) กรณนว เคลยสแมมคร งชวตสนกวานว เคลยสลกจะไมม โอกาสเกดสมดลกมมนตภาพรงส เนองจากนวเคลยสแมจะสลายหมดไปกอน เหลอแตนวเคลยสลกจงสลายดวยครงชวตขงนวเคลยสลกอยางเดยว เวลาทกมมนตภาพรงสของนวเคลยสลกจะมคาสงสด 2.8 อนกรมกมมนตรงส

เมอนวเคลยสกมมนตรงสทเปนตนก าเนดรงสมการสลายตวตอเนอง จนไดนวเคลยส สดทายทเสถยร การสลายตวเปนล าดบนเรยกวา “อนกรมกมมนตรงส” (radioactivity series) อนกรมกมมนตรงสทมอยในธรรมชาตมทงหมด 4 อนกรม แตละอนกรมจะมการสลายตวตามลกษณะเฉพาะของอนกรมนน อนกรมทง 4 มดงน

1) อนกรมทอเรยม (Thorium series) ไดแก นวเคลยสกมมนตรงสทมเลขมวลเทากบ 4n

2) อนกรมเนปทเนยม (Neptunium series) ไดแก นวเคลยสกมมนตรงสทมเลขมวลเทากบ 4n+1

3) อนกรมยเรเนยม (Uranium series) ไดแก นวเคลยสกมมนตรงสทมเลขมวลเทากบ 4n+2

4) อนกรมแอกทเนยม (Actinium series) ไดแก นวเคลยสกมมนตรงสทมเลขมวลเทากบ 4n+3

45

เมอ n คอเลขจ านวนเตมบวก (พงศกร, 2539)

2.9 ไอโซโทป ในการศกษาการสลายของธาตกมมนตรงส พบวานวเคลยสของธาตบางกลมทม เลขอะตอมเทากนแตเลขมวลตางกน เชน กลมของยเรเนยม ซงม U-234 U-235 และ U-238 นวเคลยสในกลมของยเรเนยมมเลขอะตอมเทากนคอ 92 แตมเลขมวลตางกน เราเรยกนวเคลยสทมจ านวนโปรตอนเทากน แตมจ านวนนวตรอนตางกนนวาเปนไอโซโทป (isotopes) ของธาตเดยวกน ไอโซโทปของธาตหนงอาจมทงท เสถยร คอ ไมมการสลายตวตอไป เรยกวา ไอโซโทปเสถยร (stable isotope) และไอโซโทปทไมเสถยร เรยกวา ไอโซโทปกมมนตรงส (radioisotopes) เชน ไอโซโทปของตะกวม 5 ชนด ซงแบงออกเปนไอโซโทปกมมนตรงส 2 ชนด คอ Pb-210 และ Pb-214 ไอโซโทปเสถยรอก 3 ชนด คอ Pb-206, Pb-207 และ Pb-208 (สรพร, 2550) 2.10 สมบตของรงสกอไอออน

2.10.1 รงสกอไอออน

รงส (radiation) หมายถง พลงงานทแผออกจากตนก าเนดรงสในรปคลนซง อนภาครงสจ าแนกไดเปนหลายประเภทจะขนอยกบตนก าเนด พลงงานของรงส และรปของพลงงาน เปนตน เมอพจารณาการแตกตวเปนไอออน (ionization) ของอะตอมหรอโมเลกล ในอะตอมทเปนกลางจ านวนอนภาคอเลกตรอนจะเทากบโปรตอน เมออเลกตรอนไดรบพลงงานมากพอทจะเอาชนะพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนกบนวเคลยส ได อเลกตรอนจะหลดออกจากอะตอมเปนอเลกตรอนอสระ สวนอะตอมทขาดอเลกตรอนจะเปนไอออนบวก ผลของการแตกตวเปนไอออนจะไดคไอออน (ion pair) คอ อเลกตรอนกบไอออนบวก แตหากอเลกตรอนไดรบพลงงานไมมากพอทจะหลดออกจากอะตอมได กจะมพลงงานสงขนกวาระดบปกตในสถานะพน (ground state) ไปสสถานะกระตน (excited state) จากนนอเลกตรอนจะกลบมาอยสถานะพนเชนเดม โดยการปลอยพลงงานสวนเกนออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟาคอ รงสเอกซนนเอง

หากพจารณาความสามารถของรงสในการท าใหเกดกระบวนการแตกตวเปนไอออน สามารถจ าแนกรงสไดเปน 2 ประเภท ดงน

46

1) รงสไมกอไอออน (non-ionizing radiation) เปนรงสทมพลงงานต าในชวง 10-2 – 102 อเลกตรอนโวลต เมอเขาชนกบตวกลาง จงไมสามารถท าใหอะตอมของตวกลางแตกตวเปนไอออนได รงสประเภทนเปนคลนแมเหลกไฟฟา ทมความยาวคลนแตกตางกน ดงภาพท 2.4 เชน รงสอลตราไวโอเลต (ultraviolet) อนฟราเรด (infrared) แสงสวาง

ภาพท 2.4 สเปกตรมของรงสแมเหลกไฟฟา ทมา: (สรศกด, 2555)

2) รงสกอไอออน (ionizing radiation) เปนรงสทมพลงงานอยในชวง อเลกตรอนโวลต – เมกะอเลกตรอนโวลต เมอเขาชนกบตวกลาง สามารถท าใหอะตอมของตวกลางนนแตกตวเปนไอออน รงสประเภทนจ าแนกไดเปน

(1) รงสอนภาค (particulate radiation) เปนล าอนภาคทเคลอนทดวยความเรว สงมกจะเกดขนจากการสลายของนวไคลดกมมนตรงส เชน อนภาคแอลฟา บตา

(2) รงสแมเหลกไฟฟา (electromagnetic radiation) เปนพลงงานทแผออกมา ในรปของคลน โดยสนามไฟฟาและสนามแมเหลก เชน รงสแกมมา รงสเอกซ

รงสแมเหลกไฟฟาสามารถจ าแนกโดยความยาวคลนและความถ รงสทมความยาว คลนสน ความถสง กจะมพลงงานสง (ตารางท 2.2) เปนรงสกอไอออน เชน รงสแกมมา รงสเอกซ สวนจ าพวกรงสทมความยาวคลนยาว ความถต า กจะมพลงงานต าและเปนรงสไมกอไอออน เชน รงสอลตราไวโอเลต อนฟราเรด แสงสวาง

47

hc

ตารางท 2.2 สมบตของรงสแมเหลกไฟฟา รงสแมเหลกไฟฟา ความยาวคลน

(Angstroms) ความถ (Hz)

พลงงาน (eV)

วทย >109 <3x109 < 10-5 ไมโครเวฟ 109 – 106 3x109 - 3x1012 10-5 – 0.01 อนฟราเรด 106 – 700 3x1012 - 4.3x1014 0.01 – 2 แสงสวาง 7000 – 4000 4.3x1014 - 7.5x1014 2 – 3

อลตราไวโอเลต 4000 – 10 7.5x1014 - 3x1017 3 – 103 รงสเอกซ 10 – 0.1 3x1017 - 3x1019 103 – 105

รงสแกมมา <0.1 > 3x1019 >105 ทมา: (นวลฉว, 2545) 2.11 รงสแกมมา (Gamma rays) รงสแกมมาเปนรงสคลนแมเหลกไฟฟา ทมอ านาจการทะลทะลวงมากกวารงสแอลฟาและบตา การปลดปลอยรงสแกมมาจะไมท าใหอะตอมและมวลอะตอมเปลยนแปลง สวนไอโซโทปรงสทปลดปลอยอนภาคแอลฟาหรอบตา มกปลดปลอยรงสแกมมาออกมาดวย ซงพลงงานของรงสแกมมาจะขนอยกบความถรงส การสลายตวของไอโซโทปรงสสามารถจ าแนกไดโดยพจารณาจากความถของรงสแกมมาทปลดปลอยออกมา และรงสคลนแมเหลกไฟฟากสามารถจ าแนกประเภทไดตามความยาวคลนและความถ ซงสมพนธกบพลงงาน ดงน E = h = (2.32) เมอ E คอ พลงงาน h คอ คาคงตวของพลงค (Planck’s constant)

มคาเทากบ 6.6252x0-34 จล.วนาท คอ ความถ คอ ความยาวคลน c คอ ความเรวแสง มคาเทากบ 3x108 เมตรตอวนาท

48

ในป ค.ศ. 1900 นกฟสกสชาวฝรงเศส ชอ ปอล วยาร (Paul Villard) คนพบ รงสแกมมาในขณะทก าลงศกษาแรยเรเนยม และแสดงใหเหนวารงสแกมมาไมมประจ เนองจากไมเบยงเบนในสนามแมเหลก ตอมาในป ค.ศ. 1914 รทเทอรฟอรด และเอดเวรด อนดราเด (Edward Andrade) นกฟสกสชาวองกฤษไดแสดงวา รงสแกมมาเปนรงสคลนแมเหลกไฟฟา และสามารถวดความยาวคลนไดโดยการเบยงเบนผานผลก พบวา มความยาวคลนอยในชวง 10-11 – 10-14 เมตร โดยทวไป รงสแกมมาจะเกดขนหลงจากนวไคลดกมมนตรงสสลายตวใหรงสอนและยงคงอยในสถานะกระตน จงจะปลอยพลงงานออกมาในรปของรงสแกมมา

2.11.1 อนตรกรยาของรงสแกมมากบสสาร

รงสแกมมาหรออาจเรยกรวมวา โฟตอน (photon) หมายถง กลมของพลงงานใน รปคลนแมเหลกไฟฟา อนตรกรยาของโฟตอนจะขนอยกบปจจยหลายอยาง เชน พลงงานของโฟตอน เลขมวลของสสาร โฟตอนอาจเกดอนตรกรยากบอเลกตรอน นวเคลยส หรอสนามไฟฟาของนวเคลยส ซงอาจเปนทงการชนแบบยดหยน และการชนแบบไมยดหยน สวนอนตรกรยาทจะเกดกบนวเคลยสของสสารนน โฟตอนจะตองมพลงงานสงมาก ซงรงสแกมมาจากนวไคลดกมมนตรงสมพลงงานไมสงพอ จงไมเกดอนตรกรยาน อนตรกรยาโฟตอนทส าคญ ไดแก ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (photoelectric effect) ปรากฏการณคอมปตน (Compton effect) และแพรโพรดกชน (Pair production)

2.11.1.1 ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก (photoelectric effect)

ไฮนรช แฮทซ (Heinrich Hertz ) นกฟสกสชาวเยอรมน เปนผพบปรากฏการณ โฟโตอเลกทรก ในป ค.ศ. 1887 ซงปรากฏการณเกดขนเมอโฟตอนกระทบสสารแลวถายเทพลงงานใหกบอเลกตรอน หากพลงงานทถายเทใหกบอเลกตรอนสงกวาพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนในวงนน อเลกตรอนจะหลดออกจะอะตอมได (ภาพท 2.5) เรยกวา โฟโตอเลกตรอน (photoelectron) โดยมพลงงานจลนเทากบผลตางของพลงงานโฟตอนกบพลงงานยดเหนยว

เนองจากการเกดโฟโตอเลกตรอน ขนอยกบพลงงานของโฟตอนทตองมไมนอยกวา เวรกฟงกชนของสสารนน ความถต าสดของโฟตอนทสามารถท าใหเกดโฟโตอเลกตรอนในสสารใดๆได เรยกวา ความถขดเรม (threshold frequency) ซงพลงงานจลนและจ านวนของโฟโตอเลกตรอนจะมคาเพมขน และจ านวนโฟโตอเลกตรอนเพมขนเมอความเขมของโฟตอนเพมขน

ปรากฏการณโฟโตอเลกทรกน มโอกาสเกดขนไดมากเมอโฟตอนพลงงานต าท า

49

อนตรกรยากบสสารทมเลขเชงอะตอมสง เมอโฟโตอเลกตรอนหลดออกจากอะตอมของสสารแลว กจะเกดคไอออนขน เชนเดยวกบการแตกตวเปนคไอออน โฟโตอเลกตรอนมสมบตเชนเดยวกบอนภาคบตา ซงจะท าอนตรกรยาตอไปไดอก ส าหรบโฟตอนทมพลงงานสง โฟโตอเลกตรอนจะมทศทาง การเคลอนทในแนวเดยวกบโฟตอนและจะท ามมกบแนวการเคลอนทของโฟตอน เมอโฟตอนมพลงงานต า

ภาพท 2.5 ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก

2.11.1.2 ปรากฏการณคอมปตน (Compton effect)

อารเทอร ฮอลล คอมปตน (Arthur Holly Compton) พบปรากฏการณคอมปตน

ครงแรกในป ค.ศ. 1922 ปรากฏการณนโฟตอนจะเขาชนกบอเลกตรอนในอะตอมของสสารแบบยดหยน โฟตอนกจะสญเสยพลงงานใหกบอเลกตรอน ท าใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอมไปในทศทางท ามม กบทศทางเคลอนทเดมของโฟตอน (ภาพท 2.6) เรยกอเลกตรอนทหลดออกไปนวา คอมปตนอเลกตรอน (Compton electron) สวนโฟตอนทมพลงงานลดลงจะกระเจงออกจากอะตอมในมม (ภาพท 2.7) ปรากฏการณนจะเรยกอกอยางหนงวา การกระเจงคอมปตน (Compton scattering) ความยาวคลนของโฟตอนทกระเจงออกไปเพมขนตามคามมกระเจง ( ) ดงสมการ 2.33

Nucleus K L M

Characteristic radiation

Ejected photoelectron

Incident photon

50

ภาพท 2.6 ปรากฏการณคอมปตน

ภาพท 2.7 ทศทางการเคลอนทของแกมมาโฟตอนจากปรากฏการณคอมปตน

cos1(mch

) (2.33)

Recoil Electron

Scattered Photon

K L

M

scattered photon

recoiling electron

incident photon

51

เมอ คอ ความยาวคลนของโฟตอนทเพมขน หรอ ความยาวคลนคอมปตน (Compton wavelength)

h คอ คาคงตวของพลงค m คอ มวลของอเลกตรอน c คอ ความเรวแสง อนตรกรยานจะเกดขนไดดเมอโฟตอนมพลงงานสง (0.5-3.5 เมกะอเลกตรอนโวลต) ถาโฟตอนทกระเจงออกไปมพลงงานมากพอ กอาจเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรกไดตอไป ในสวนของคอมปตนอเลกตรอนนนจะมพลงงานเทากบพลงงานของโฟตอนทกระทบ ลบดวยพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนและพลงงานของโฟตอนทกระเจง ซงหากคอมปตนอเลกตรอนมพลงงานจลนมากพอกอาจจะท าอนตรกรยาตอไปอกเชนเดยวกบอนภาคบตา

2.11.1.3 แพรโพรดกชน (Pair production)

แพรโพรดกชน คนพบครงแรกโดย แพททรก แบลกเกต (Patrick Blackett) นก ฟสกสชาวองกฤษ อนตรกรยานจะเกดขนไดกตอเมอโฟตอนพลงงานสงผานเขาใกลนวเคลยส พลงงานของโฟตอนจะเปลยนเปนอนภาคอเลกตรอนและโพซตรอน (ภาพท 2.8) เนองจากมวลของอเลกตรอนรวมกบมวลของโพซตรอนแลวเทยบเทาพลงงาน 1.02 เมกะอเลกตรอนโวลต ดงนน โฟตอนจะตองมพลงงานอยางนอย 1.02 เมกะอเลกตรอนโวลต หากพลงงานมากกวา 1.02 เมกะอเลกตรอนโวลต พลงงานสวนทเกนนจะเปลยนเปนพลงงานจลนของอเลกตรอนและโพซตรอน

52

ภาพท 2.8 การเกดแพรโพรดกชนและแอนนฮเลชน

แพรโพรดกชนอาจจะเกดทสนามของอเลกตรอนในอะตอม โดยโฟตอนจะผลก ใหอเลกตรอนออกไปพรอมกบเปลยนพลงงานเปนอเลกตรอนและโพซตรอน ดงนน จงมอเลกตรอน 2 อนภาคและโพซตรอน 1 อนภาค หลดออกจากอะตอม จงเรยกกระบวนการนวา ทรปเพลตโพรดกชน (triplet production) เกดไดกบโฟตอนทมพลงงานมากวา 2.04 เมกะอเลกตรอนโวลต อเลกตรอนทเกดขนสามารถท าอนตรกรยาตอไปไดอก ประหนงเปนอนภาคบตา ทอาจท าใหอะตอมใกลเคยงแตกตวเปนคไอออนหรออยในสถานะกระตน สวนโพซตรอนจะรวมกบอเลกตรอนตวอน แลวเปลยนเปน 2 โฟตอน ทมพลงงาน 0.511 เมกะอเลกตรอนโวลต (พลงงานทเทยบเทากบมวลอเลกตรอน 1 อนภาค) ดงภาพท 2.8 เรยกกระบวนการนวา การเกดแอนนฮเลชน (annihilation) ซงเปนกระบวนการทมผลตรงกนขามกบแพรโพรดกชน แพรโพรดกชนมโอกาสเกดไดมากขน เมอโฟตอนมพลงงานสงขน และมโอกาสเกดเพมมากขนอก เมอท าอนตรกรยากบสสารทมเลขมวลอะตอมสง ซงพลงงานของโฟตอนและเลขอะตอมของสสาร เปนปจจยส าคญของการเกดปรากฏการณโฟโตอเลกทรก ปรากฏการณคอมปตน และแพรโพรดกชน

Incident Photon

Negative Electron

Positron

Orbital

Annihilation

53

โฟตอนอาจท าอนตรกรยากบอเลกตรอน โดยมการสญเสยพลงงาน ซงเปนการชนกนแบบยดหยนโฟตอนจะกระเจงออกไปโดยไมมการเปลยนแปลงความยาวคลน เรยกวา การกระเจงอาพนธ (coherent scattering) หรอการกระเจงเรยล (Rayleigh scattering) จะมโอกาสเกดเพม เมอเลขอะตอมของสสารเพมขน

2.11.2 การแตกตวเปนไอออนจ าเพาะ คอมปตน และทรปเพลตโพรดกชน มผลใหสสารเกดคไอออน ดวยการผลกให

อเลกตรอนหลดออกไป หากมพลงงานมากพอ อเลกตรอนเหลานกสามารถท าใหเกดการแตกตวเปนไอออนทตยภมตอไป ในท านองเดยวกน โฟตอนจากปรากฏการณคอมปตน กอาจจะเกดคอมปตนหรอโฟโตอเลกทรกไดอก เชนเดยวกบอเลกตรอนและโพซตรอนจากแพรโพรดกชนทจะเกดอนตรกรยาตอไป คไอออนทเกดขนสวนใหญเกดจากอนตรกรยาของโฟตอน ทมาจากการแตกตวทตยภม และเนองจากเปนคลนแมเหลกไฟฟา จงท าใหโฟตอนเกดการแตกตวเปนไอออนจ าเพาะต า มคา LET ต า และมพสยยาว

สาระส าคญของอนตรกรยาของรงสแกมมากบสสาร 1) โฟตอนท าอนตรกรยากบอเลกตรอนและนวเคลยสของสสาร สงผลใหโฟตอน

ถกดดกลน หรอกระเจงดวยอนตรกรยาตางๆ ดงตารางท 2.7 สวนในตวกลางจะเกดการแตกตวเปนไอออนและการกระตนดวย

2) คไอออนทเกดขนโดยโฟตอนสวนใหญมาจากการแตกตวเปนไอออนทตยภมเปน หลก

3) โฟตอนมการแตกตวเปนไอออนจ าเพาะต ากวา และการถายโอนพลงงานเชงเสน ต ากวา แตพสยยาวกวาอนภาคแอลฟาและบตา

4) เมอเทยบกบอนภาคแอลฟาและบตาแลว โฟตอนเปนอนตรายมากกวามาก เมอ แหลงก าเนดรงสอยภายนอกรางกาย แตเปนอนตรายนอยกวามากเมอแหลงก าเนดรงสอยภายในรางกาย

54

ตารางท 2.3 การดดกลนและการกระเจงของโฟตอนทเกดจากอนตรกรยาตางๆ

อนตรกรยากบ

การดดกลน

การกระเจง

อเลกตรอน ปรากฏการณโฟโตอเลกทรก การกระเจงอาพนธ (ยดหยน)

สนามไฟฟาของนวเคลยส แพรโพรดกชน ปรากฏการณคอมปตน

(ไมยดหยน)

นวเคลยส ปฏกรยานวเคลยร -

ทมา: (นวลฉว, 2545) 2.12 กาวดรงส โดยทวไป งานวจยทวไปทใชเทคนคทางนวเคลยร จะตองเกยวของกบการวดรงส ซงจะใหขอมลตางๆของนวไคลดกมมนตรงส เชน กมมนตภาพ ประเภทของรงส ครงชวต และพลงงาน นอกจากน ยงสามารถระบไดวา เปนนวไคลดกมมนตรงสจากธาตอะไร และมปรมาณมากนอยเพยงใด เปนหลกการของการวเคราะหเชงคณภาพและเชงปรมาณโดยเทคนคทางนวเคลยร เครองวดรงสมหลายประเภท โดยมหลกการท างานทแตกตางกน และมประสทธภาพในการวดรงสแตกตางตางกนดวย ความรดานการวดรงส จะชวยใหสามารถเลอกใชเครองวดรงสไดอยางเหมาะสม ด าเนนการวดและวเคราะหขอมลไดถกตอง นอกจากน การตรวจวดรงสจะชวยใหเกดความมนใจวา มความปลอดภยจากการท างานทเกยวของกบกมมนตภาพรงส

2.12.1 หลกการวดรงส

ในการศกษาวจยดานนวเคลยร รวมทงการใชประโยชนจากนวเคลยรเทคโนโลยสวนใหญจะเกยวของกบการตรวจวดกมมนตรงสทงสน มกเรยกกนสนๆวา การวดรงส (radiation detection) โดยรงสในทน หมายถง รงสกอไอออน และการวดรงสนกหมายรวมถง การตรวจหาและการวดดวย เนองจากรงสเปนสงทมนษยไมสามารถรบรไดดวยประสาทสมผสทงหา จ าเปนจะตองใชอปกรณหรอเครองมอทสามารถตรวจหาแหลงกมมนตรงส และวดกมมนตภาพหรอปรมาณรงส ซงเรยกวา เครองวดรงส (radiation detector) อาจมชอเรยกแตกตางกนไป ขนอยกบการท างานและวตถประสงคการใชงาน เชน เครองนบรงส (radiation counter) มาตรปรมาณรบรงสหรอมาตร

55

ปรมาณรงส (dosimeter, dosemeter) เครองส ารวจรงส (survey meter) เมอรงสกระทบสสารหรอตวกลางจะเกดอนตรกรยาตางๆ เชน การแตกตวเปนคไอออนการกระตน สงผลใหตวกลางมการเปลยนแปลง เชน เกดคไอออน เกดโฟตอน เกดปฏกรยาเคม ทสามารถตรวจวดได และใชเปนสง ทบอกถงการสลายตวและปรมาณรงสทกระทบตวกลาง กลาวไดวา การวดรงสเปนวธการทางออม โดยการวดผลจากอนตรกรยาของรงสกบตวกลาง ดงนน ระบบการวดรงสจงประกอบดวยอปกรณทส าคญ 2 สวน คอ หววดรงส (detector) ทท าหนาทเปนตวกลางรบรงสและเกดอนตรกรยาตางๆขน สวนทสอง เปนชดอปกรณอเลกทรอนกสวดและแสดงผล ซงท าหนาทตรวจวดผลทเกดจากอนตรกรยา เชน จ านวนคไอออน ซงจะถกเปลยนเปนสญญาณไฟฟา หลงจากการนบหรอการวเคราะหสญญาณแลว จงแสดงผลเปนตวเลข เสยง หรอภาพ เมอกลาวถงการวดรงส ไมไดมวตถประสงคเพยงเพอการวดกมมนตภาพเทานน แตการวดรงสอาจใหขอมลสมบตอนๆของรงสและสารกมมนตรงสดวย เชน - ชนดของรงส เชน รงสแอลฟา บตา หรอแกมมา - จ านวนของรงสทสลายจากแหลงก าเนดตอหนวยเวลา หรอกมมนตภาพ - พลงงานของรงส - ปรมาณรงส ดงนน เครองวดรงสจงสามารถจ าแนกไดเปนหลายประเภท ตามลกษณะการใชงาน เชน

2.12.1.1 เครองนบรงส (counter, radiation counter) ท าหนาท เพอ วดกมมนตภาพ โดยตรวจนบจ านวนหรอผลทเกดขนจากอนตรกรยาของรงสกบหววด เชน เครองนบรงสไกเกอร (Geiger counter) เครองนบรงสแบบสดสวน (proportional counter)

2.12.1.2 สเปกโทรมเตอร (spectrometer) ท าหนาท เพอวดกมมนตภาพ และพลงงานของรงส เชน แกมมาสเปกโทรมเตอร (gamma spectrometer) แอลฟาสเปกโทรมเตอร (alpha spectrometer )

2.12.1.3 มาตรปรมาณรงส (dosimeter) ท าหนาท เพอวดปรมาณรงสจากพล ง ง านของ ร ง ส ท ถ า ย เ ท ให ก บห ว ว ด เ ช น มาตรปร ม าณร ง ส เ ทอร โ ม ล ม เ น ส เซนซ (thermoluminescence dosimeter, TLD) ฟลมแบดจ (film badge)

56

2.12.2 หววดรงส

หววดรงสเปนสวนทรบรงสและสวนทเกดอนตรกรยาขน ซงจะแตกตางกนไป ขนอย กบชนดของหววด ในทนจะขอกลาวถงหลกการท างานของหววดรงสชนดสารกงตวน าโดยสงเขปดงตอไปน

2.12.2.1 หววดรงสชนดสารกงตวน า (semiconductor detector หววดชนดนผลตจากสารกงตวน า เชน ซลกอน (silicon, Si) เจอรเมเนยม

(germanium, Ge) ซงอะตอมจะมเวเลนซอเลกตรอน (valence electron) เทากบ 4 โครงสรางของผลกจะเกดขนจากการยดตวกนของอเลกตรอนโดยพนธะโคเวเลนซ (covalence bond) ผลกของสารกงตวน าทเจอปนดวยธาตในหมท 5 เชน ฟอสฟอรส เรยกวา สารกงตวน าแบบเอน (n-type semiconductor) สวนสารกงตวน าทเจอปนดวยธาตใน หมท 3 เชน โบรอน เรยกวา สารกงตวน าแบบพ (p-type semiconductor) หววดรงสชนดสารกงตวน ามหลายประเภท จะขนอยกบการผลต แตมพนฐานจากการใชสารกงตวน าแบบเอนและแบบพเชนเดยวกน เมอรงสกระทบหววดชนดสารกงตวน าจะเกดการแตกตวไดคอเลกตรอน – โฮล (electron - hold) ซงจะถกเปลยนเปนสญญาณไฟฟาทมขนาดเปนสดสวนกบพลงงานของรงส หววดรงสชนดนใชวดรงสไดหลายชนด และมประสทธภาพดในการวดพลงงานของรงส นอกจากเครองวดรงสทหววดมหลกการท างานทแตกตางกน ดงทกลาวมาแลวยงมเครองวดรงสชนดอนๆอก สวนใหญมกใชเปนมาตรปรมาณรงส เชน มาตรปรมาณรงสเทอรโมลมเนสเซนซ (TLD) ทอาศยปรากฏการณเทอรโมลมเนสเซนซ เกดขนเมอวสดบางชนดรบรงสแลวอะตอมจะอยในสถานะกระตน และเมอไดรบความรอนกจะเปลงแสงดวยการใหโฟตอนแลวกลบเขาสสถานะพน จ านวนโฟตอนทเกดขนจะเปนสดสวนกบปรมาณรงส วสดทมสมบตการเปลงแสงเมอไดรบความรอนเชนนจะเรยกวา วสดเทอรโมลมเนสเซนซ (thermoluminescent material) เชน LiF, CaSO4, CaF2, Li2B2O7 ในการใชงาน เมอ TLD รบรงสแลว จะตองน ามาวดความเขมแสงทเปลงออกมา ดวยการใหความรอนและปรบเทยบเปนปรมาณรงสตอไป โดยทวไป มกใช TLD ในการวดปรมาณรงสในสงแวดลอม หรอใชเปนเครองวดรงสประจ าตวบคคล เพราะสามารถวดปรมาณรงสไดในชวงกวาง ขนาดเลก น าหนกเบา สามารถน ากลบมาใชใหมไดอก ฟลมแบดจ นยมใชเปนเครองมอวดรงสประจ าตวบคคล ซงใชตรวจวดรงสแกมมา รงสเอกซ รงสบตา และนวตรอนชา หลกการวดรงสของฟลมแบดจมาจากการเกดภาพแฝงบน

57

แผนฟลมและเมอไดรบรงสแลว จะประเมนคาปรมาณรงสทไดจากความด าทปรากฏบนฟลม เมอผานกระบวนการลางฟลม องคประกอบทส าคญของฟลมแบดจ คอ แผนฟลมวดรงสซงจะคลายๆกบฟลมทใชในการเอกซเรยฟน และบรรจฟลมทถกออกแบบเปนพเศษ โดยมแผนกรองรงสทมความหนาตางๆกนตดอย ซงเปนวสดกนรงสทจะผานเขาไปกระทบฟลมในแตละสวน ขอดของฟลมแบดจ คอ มขนาดเลก น าหนกเบา พกตดตวไดสะดวก ราคาถก บนทกรงสไดหลายชนดบนฟลมแผนเดยวกน อานซ า และเกบไวเปนหลกฐานได แตไมสามารถน ากลบมาใชไดอก

2.12.2.2 อปกรณอเลกทรอนกสส าหรบเครองวดรงส

เครองวดรงสประกอบดวยสวนทเปนหววด และสวนทเปนชดอปกรณอเลกทรอนกสตางๆ ท าหนาทใหศกยไฟฟา รบสญญาณไฟฟาจากหววด ตกแตงและขยายสญญาณ แสดงผลการวด เปนตน ดงภาพท 2.9 ทแสดงแผนภาพอปกรณอเลกทรอนกสในระบบการวดรงสอยางงายๆ

ภาพท 2.9 อปกรณอเลกทรอนกสในระบบการวดรงส ทมา: (นวลฉว, 2545)

2.12.2.3 แหลงจายศกยไฟฟาแรงสง แหลงจายศกยไฟฟาแรงสง (high voltage supply, HV) ท าหนาท ใหศกยไฟฟาแก

หววดรงส สามารถปรบคาใหเหมาะสมส าหรบหววดแตละหววด ส าหรบหววดรงสชนดบรรจแกสและหววดรงสชนดแสงวบ แหลงจายศกยไฟฟาควรปรบคาระหวาง 0 – 3,000 โวลต และใหกระแสไดอยในชวง 0.10 มลลแอมแปร

Detector

High voltage

Preamplifier Amplifier Pulse height

analyzer

Scaler

58

2.12.2.4 วงจรขยายสวนหนา วงจรขยายสวนหนา (preamplifier) เปนอปกรณทตอกบหววด ประจไฟฟาของค

ไอออนทเกดขนเนองจากรงสกระทบหววดจะท าใหเกดสญญาณพลส (pulse) หมายถง การเปลยนแปลงขนาดของปรมาณอยางใดอยางหนงในชวงเวลาสนๆ ซงโดยทวไปสญญาณพลสจากหววดมกจะอยในรปของความตางศกย (voltage) ทมขนาดเปนสดสวนโดยตรงกบจ านวนประจไฟฟาทเกดขน จากนนสงตอไปยงวงจรขยายสวนหนา ทท าหนาทสงผานสญญาณพลสใหเคลอนทตอไปไดสะดวก โดยไมเกดการเพยนหรอสญหาย วงจรขยายสวนหนามกถกตดตงไวใกลหววดมากทสด

2.12.2.5 วงจรขยาย วงจรขยาย (amplifier) เปนสวนทรองรบสญญาณพลสจากวงจรขยายสวนหนา

แลวน ามาปรบแตงรปสญญาณ เพอปองกนการทบซอนกนของสญญาณ พรองทงขยายขนาดของสญญาณพลสใหใหญขน ใหเหมาะส าหรบการคดเลอกและการวเคราะหความสงของสญญาณตอไป วงจรขยายจะมก าลงขยายคอนขางสง แตกตางกนในแตละเครองและสามารถปรบคาได

2.12.2.6 อปกรณคดเลอกและวเคราะหความสงสญญาณพลส การคดเลอกสญญาณพลส เพอตองการตดสญญาณทไมตองการออกจากระบบการ

นบ เชน สญญาณรบกวน สญญาณจากรงสพนหลงพลงงานต า หลกการท างานทวไปจะใชการเปรยบเทยบความสงของสญญาณพลสกบคาศกยไฟฟามาตรฐาน หรอระดบดสครมเนเตอร (discriminator level) ถาสญญาณพลสทเขามามความสงมากกวาระดบดสครมเนเตอรทตงไว กจะเกดสญญาณออก (output signal) ถาสญญาณพลสทเขามามความสงต ากวา กจะไมเกดสญญาณออก ในสวนการวเคราะหความสงของสญญาณพลส จะบนทกจ านวนของสญญาณพลสทมความสงตางๆ เพอแสดงสเปกตรมของรงสทตรวจวด อปกรณวเคราะหความสงสญญาณพลส (pulse height analyzer, PHA) สามารถจ าแนกเปน 2 ประเภท คอ

1) อปกรณวเคราะหชองเดยว (single channel analyzer, SCA) ซง ประกอบดวย 2 ดสครมเนเตอร คอ

- ดสครมเนเตอรระดบบน (upper level discriminator, ULD) - ดสครมเนเตอรระดบลาง (lower level discriminator, ULD) การแยกระดบความสงของสญญาณพลสใน SCA จะอาศยการเปรยบเทยบความสง

ของสญญาณพลสกบคาศกยไฟฟามาตรฐานทถกก าหนดไวดวย ULD และ LLD ความแตกตางของระดบ ULD และ LLD เรยกวา หนาตาง (window) ซงจะใชเลอกชวงสญญาณทตองการวด ปกตจะ

59

ใหหนาตางกวางประมาณ 0.2 – 0.3 โวลต ถาสญญาณเขามความสงอยในหนาตางหรออย ในชวงระหวาง ULD และ LLD จะไดสญญาณออกจาก SCA สวนสเปกตรมพลงงานรงสจะไดจากการนบจ านวนสญญาณออกทความกวางของหนาตางตางๆกนในเวลาเทากน แลวเขยนกราฟความสมพนธระหวางจ านวนสญญาณออกกบระดบ LLD ดงนน SCA จงไมคอยเปนทนยมนกในการวดสเปกตรม เพราะไมสะดวก รวมทงความสามารถในการวเคราะหต า และใชเวลานานจงไมเหมาะส าหรบการวเคราะหไอโซโทปทมครงชวตสน

2) อปกรณวเคราะหแบบหลายชอง (multichannel analyzer, MCA) MCA ม ขดความสามารถสงกวา SCA มาก ทงในดานความเรว การเกบขอมล ความละเอยดของการแสดงระดบพลงงาน สามารถบนทกขอมลจ านวนรงสแตละระดบพลงงานทไปกระทบหววดไดโดยอตโนมต แลวแสดงสเปกตรมทจอแสดงผล โดยไมจ าเปนจะตองน าขอมลไปเขยนกราฟ MCA สญญาณพลสจากหววดรงสทผานวงจรขยายแลว จะเปนสญญาณเขาของวงจรและเปลยนสญญาณแอนะลอกเปนสญญาณดจทล (analog to digital converter, ADC) ความสงของสญญาณแอนะลอกจะถกตรวจวด แลวเปลยนเปนกลมของสญญาณดจทลทมขนาดมาตรฐานจ านวนตางๆกน จากนนสงขอมลไปยงวงจรเลอกต าแหนงชอง (channel address register) เพอเลอกต าแหนงชองในหนวยความจ าทใหตรงกบจ านวนกลมสญญาณดจทล วงจรบนทกขอมล (data register) ท าหนาทบนทกจ านวนครงของสญญาณทเกดขนในแตละต าแหนงชอง ขอมลทอยในหนวยความจ าจะถกสงไปแสดงผล เปนสเปกตรมพลงงานรงสตลอดเวลาทเครองก าลงท างานอย และอาจจะแสดงผลไปยงอปกรณทเชอมโยงกบระบบ เชน เครองพมพ เครองเขยนกราฟ

2.12.3 เครองนบ เครองนบ (counter) หรอสเกลเลอร (scaler) เปนอปกรณทรบสญญาณจากวงจร

คดเลอกและสามารถวเคราะหความสงของสญญาณพลส เพอบนทกจ านวนสญญาณทเกดขน และแสดงผลการวดรงสโดยทวไปจะมวงจรตงเวลา (tiner) ควบคมเวลาการบนทกสญญาณ และแสดงผลเปนจ านวนนบตอหนวยเวลาได 2.13 เครองวดรงสชนดสารกงตวน า การท างานของเครองวดรงสชนดสารกงตวน า มหลกการคลายกบการแตกตวเปนคไอออนของแกสในหววดรงสชนดบรรจแกส เมอรงสกระทบหววดรงสชนดสารกงตวน าแลว จะเกดคอเลกตรอน – โฮล ทท าใหเกดสญญาณพลสเชนเดยวกบคไอออน จากนนสญญาณพลสจะผานเขาส

60

วงจรขยายสญญาณ วงจรคดเลอกและวเคราะหสญญาณ แลวแสดงผลโดยอปกรณอเลกทรอนกสทเหมาะสมตอไป ขอดของหววดรงสชนดสารกงตวน าน อยทมความหนาแนนและมอ านาจการหยดยง (stopping power) สง จงมประโยชนมากในการวดอนภาคทมประจ เชน อนภาคแอลฟา และบตา ซงเปนอนภาคทมพสยสน ท าใหหววดประเภทสารกงตวน านมขนาดเลกมาก โดยอาจมความหนาไมกมลลเมตร จนถงประมาณ 7.5 เซนตเมตร ขอดอกประการหนง คอ มความสามารถในการแยกพลงงานสง และดกวาหววด NaI(Tl) ประมาณ 20 เทา ดงนน หววดสารกงตวน าจงเปนทนยมใชมากในงานสเปกโทรเมทร

2.13.1 สมบตของสารกงตวน า ความสามารถในการน าไฟฟาของสาร ซงจ าแนกเปน สารตวน า (conductor) สาร

กงตวน า (semiconductor) และฉนวน (insulator) อธบายไดโดยทฤษฎแถบพลงงาน (band theory) ทกลาววา อเลกตรอนของสารจะอยในแถบ (band) พลงงานเปนล าดบขนจนถงขนบนสด เรยกวา แถบเวเลนซ (valence band) ซงเหนอขนไปเปนแถบการน า (conduction band) ทโดยทวไปไมมอเลกตรอนระหวางแถบพลงงานทงสองเรยกวา แถบตองหาม (forbidden band) หรอแถบชองวาง (band gap) ความกวางของแถบชองวางของสารทเปนฉนวนจะกวางกวาสารก งตวน า สวนสารทเปนตวน า เชน พวกโลหะ แถบเวเลนซและแถบการน าจะอยซอนกน เมออเลกตรอนในแถบเวเลนซไดรบพลงงานมากพอ จะขามแถบตองหามไปยงแถบการน า เรยกวา เกดการกระตน (excitation) ของอเลกตรอน ท าใหต าแหนงเดมของอเลกตรอนนนวางลง เรยกวา โฮล (hole) กลาวไดวา พลงงานทไดรบท าใหเกดคอเลกตรอน – โฮล (electron-hole pair) คลายกบการแตกตวเปนคไอออนในตวกลางทเปนแกส โดยทโฮลจะท าหนาทคลายประจบวก ซงจะเคลอนทไดในสนามไฟฟา แตมทศทางตรงกนขามกบการเคลอนทของอเลกตรอน การเคลอนทของอเลกตรอนและโฮลจะแสดงถงการน าไฟฟาของสารนน และโอกาสทอเลกตรอนจะเคลอนทจากแถบเวเลนซไปยงแถบการน านน ขนอยกบความกวางของแถบตองหาม และพลงงานทอเลกตรอนไดรบ สารทมแถบตองหามกวาง อเลกตรอนจะมโอกาสขามไปยงแถบการน าไดนอย แสดงวา มสมบตในการน าไฟฟาต า เชน สารท เปนฉนวน อเลกตรอนตองไดรบพลงงานมากกวา 3 อเลกตรอนโวลต จงจะขามไปยงแถบการน าได สวนในสารกงตวน านน จะใชพลงงานนอยกวา 3 อเลกตรอนโวลต ส าหรบในตวกลางทเปนแกส เมอเกดคไอออนแลว อเลกตรอนจะเคลอนทไดเรวกวาประจบวกมาก แตในสารกงตวน าความสารมารถในการเคลอนทของอเลกตรอนและโฮลจะไม

61

แตกตางกนมากนก โดยสารกงตวน าทนยมใช คอ ซลคอน (silicon, Si) และเจอรมาเนยม (germanium, Ge) ซงสมบตของ Si และ Ge แสดงในตารางท 2.4 ตารางท 2.4 สมบตทวไปของ Si และ Ge

สมบต Si Ge Atomic number 14 32 Atomic weight 28.09 72.64 Stable isotope mass number 28, 29, 30 70, 72, 73, 74, 76 Density (300 K), g/cm3 2.33 5.33 Dielectric constant 12 16 Bandgap energy (300 K), cm2 1.115 0.665 Electron mobility (300 K), cm2/V.s 1350 3900 Hole mobility (300 K), cm2/V.s 480 1900 Energy per electron-hole pair (80 K), eV 3.76 2.96

ทมา: (นวลฉว, 2545)

เมอเกดการกระตนในสารกงตวน าบรสทธ จ านวนของอเลกตรอนในแถบการน าจะ เทากบจ านวนโฮลในแถบเวเลนซ สารกงตวน าทมสมบตเชนน เรยกวา สารกงตวน าอนทรนซก (intrinsic semiconductor) ซงมโอกาสเปนไปไดนอยมาก เพราะโดยทวไปแลวสารกงตวน าจะมสารอนๆ (impurity) เจอปนอยบาง สงผลท าใหสมบตของสารกงตวน าเปลยนไป เชน ผลกของ Si ซงเปนธาตในหม 4 โดยเวเลนซอเลกตรอนทง 4 ของอะตอมของ Si จะจบกนดวยพนธะโคเวเลนซ (covalence bond) และเกดโครงสรางเปนเตตระฮดรล (tetrahedral structure) นอกจากนนจะไมมอเลกตรอนอสระเหลออยเลย ถาในผลกของ Si มสารเจอปนเปนธาตในหม 5 ซงม 5 เวเลนซอเลกตรอน (pentavalence) เชน ฟอสฟอรส (phosphorus, P) สารหน (arsenic, As) พลวง (antimony, Sb) สารเจอปนเหลานจะเขาไปแทรกในผลกของ Si โดยอเลกตรอนของสารเจอปนจะจบกบอเลกตรอนของ Si แลวยงคงเหลออเลกตรอนวางอย 1 อเลกตรอน อยตดกบอะตอมอยางหลวมๆ และจะหลดออกจากสารกงตวน าไดงาย ดงภาพท 2.10 (a) สารเจอปนประเภทนเรยกวา สารเจอปนผให (donor impurity) หรออะตอมผให (donor atom) เนองจากพรอมทจะใหอเลกตรอนหลดออกไป อเลกตรอนของอะตอมผใหทมมากเกนไปนนจะอยในแถบชองวาง ต าแหนงทใกลกบแถบการน า เรยกวา ระดบผให (donor level) ดงภาพท 2.10 (b) อเลกตรอนนจะเคลอนทเปนอสระจากอะตอมหนงและไปยงอกอะตอมหนง ถาใหสนามไฟฟากบผลกน อเลกตรอนจะเคลอนท

62

ไปทางขวบวก ส าหรบสารกงตวน าทมอะตอมเปนผให ซงท าใหผลกมประจลบน เรยกวา สารกงตวน าแบบเอน (n-type semiconductor)

ภาพท 2.10 โครงสรางผลกของ Si ทม P เปนสารเจอปน (a) ซงท าใหเกดระดบผให (b) ถาสารเจอปนในผลกสารกงตวน าเปนธาตในหมท 3 ทม 3 เวเลนซอเลกตรอน เชน โบรอน (boron, B) อะลมเนยม (aluminium, Al) อนเดยม (indium, In) แกลเลยม (gallium, Ga) เวเลนซอเลกตรอนของสารเจอปนประเภทน จะจบกบอเลกตรอนของสารกงตวน า แลวยงเหลออเลกตรอนทไมมคอยอก 1 อเลกตรอน ดงภาพท 2.11 (a) ต าแหนงทขาดอเลกตรอนนนกคอ โฮล จะมระดบพลงงานในแถบชองวางใกลกบแถบเวเลนซ เรยกวา ระดบผรบ (acceptor level) ดงภาพ

Si

Si

Si

Si

P

อเลกตรอนอสระมประจเปนลบ

Donor levels

Conduction band

Valence band

(b)

(a)

63

ท 2.11 (b) อเลกตรอนจากแถบเวเลนซจะเขามาแทนทไดงาย เมอเกดการแทนทโฮลของอเลกตรอนอยางตอเนองแลว คลายกบวามการเคลอนทของโฮล และเมอใหสนามไฟฟากบผลกนโฮลจะเคลอนทไปยงขวลบ ผลกของสารกงตวน าทมโฮลน เรยกวา สารกงตวน าแบบพ (p-type semiconductor)

ภาพท 2.11 โครงสรางของ Si ทม B เจอปน (a) ซงท าใหเกดระดบผรบ (b) นอกจาก Si และ Ge แลว ยงมสารอนทนยมน ามาใชเปนหววดรงสชนดสารกงตวน าเชน CdSe, CdTe, HgI2 เมอผลกสารตวน าแบบพมาตอแบบเอน เกดเปนรอยตอพ –เอน (p-n junction) ทบรเวณรอยตอนน ดงภาพท 2.12 (บน) อเลกตรอนของผลกแบบเอนจะรวมกบโฮล ของผลกแบบพและเกดบรเวณทมสภาพเปนกลาง เรยกวา บรเวณการพรอง (depletion region) ถาใหศกยไฟฟา

Si

Si

Si

Si

Br

โฮล มประจเปนบวก

Acceptorr levels

Conduction band

Valence band

(b)

(a)

64

หรอไบแอส (bias) กบผลกทมรอยตอพ – เอน โดยผลกแบบพ ใหเปนขวบวก และผลกแบบเอนใหเปนขวลบ เรยกวา ไบแอสทางตรง (forward bias) ดงภาพท 2.12 (a) โฮลจากผลกแบบพจะเคลอนทไปยงขวลบ และอเลกตรอนจากผลกแบบเอนจะเคลอนไปยงขวบวก ท าใหบรเวณการพรองแคบลง เมอไบแอสกลบทาง (reverse bias) ดงภาพท 2.12 (b) คอ การตอขวลบใหกบผลกแบบพ และตอขวบวกใหกบผลกแบบเอน ซงโฮลจากผลกแบบพจะเคลอนทไปยงขวลบ สวนอเลกตรอนจากผลกแบบเอนจะเคลอนไปยงขวบวก ท าใหบรเวณการพรองกวางขน และเมอไดรบพลงงาน เชน พลงงานจากรงส จะเกดคอเลกตรอน – โฮล ท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟา การใหไบแอสกลบทางจะท าใหบรเวณการพรองกวางขนนน ขนอยกบศกยไฟฟาทใช ซงวธการนเปนหลกการพนฐานของหววดรงสชนดสารกงตวน า

ภาพท 2.12 รอยตอพ – เอน ทเกดจากอเลกตรอนของผลกแบบเอนรวมกบโฮลของผลกแบบพ (บน)

การใหไบแอสทางตรงกบรอยตอพ – เอน ท าใหบรเวณพรองแคบลง (a) และการให ไบแอสกลบทาง จะท าใหบรเวณการพรองนนกวางขน (b)

P N รอยตอ

Depletion region

p-type

n-type

(a) Forword bias (b) Reverse bias

65

2.13.2 หววดรงสเจอรมาเนยมความบรสทธสง (HPGe)

หววดรงสเจอรมาเนยมความบรสทธสง (high purity germanium detector, HPGe) หรอ อนทรนซกเจอรมาเนยม (germanium intrinsic) จะใชผลกของเจอรมาเนยมทมความบรสทธมากขน โดยมสารเจอปนนอยกวา 1010 อะตอมตอลกบาศกเซนตเมตร ซงไมจ าเปนตองแพร Li เขาไปแทนทสารเจอปน และสามารถเกบไดทอณหภมหอง แตยงตองท างานทอณหภมของไนโตรเจน โดยหววดจะตดอยทถงไนโตรเจนเหลว ดงภาพท 2.13 แบบของหววดเจอรมาเนยมความบรสทธสงทมอยทวไป คอ เพลนนาร (planar) โคแอกเชยล (coaxial) และเวลไทป (well type)

ภาพท 2.13 หววด Ge(Li) หรอ HPGe ทมแกนหววดตอเขากบถงบรรจไนโตรเจนเหลว

HPGe or Ge(Li) crystal Metal housing Vacuum/pressure release

LN2

Filling tube

Cold finger

FET and Preamplifier

End cap

Cold finger

Gas absorbant (to preserve vacuum)

Liquid Nitrogen

(LN2) Vacuum insolution

66

HPGe แบบเพลนนารมความหนาประมาณ 5-15 มลลเมตร เหมาะส าหรบวดรงส เอกซและรงสแกมมาพลงงานต า (3 กโลอเลกตรอนโวลต – 1 เมกะอเลกตรอนโวลต) หนาตางมกท าจากโบรอนทมความหนาประมาณ 0.3 ไมโครเมตร สวน HPGe แบบโคแอคเชยลนน แกนกลางจะเปนชองวาง หากท าจากสารกงตวน าแบบพ (p-type HPGe coaxial detector) หนาตางมกท าจากลเทยม ซงสามารถวดรงสเอกซทมพลงงานสงถง 25 กโลอเลกตรอนโวลต และสามารถวดรงสแกมมาทมพลงงานในชวง 40 กโลอเลกตรอนโวลต – 10 เมกะอเลกตรอนโวลต หากเปนหววดทท าจากสารกงตวน าแบบเอน (n-type HPGe coaxial detector) หนาตางมกเปนโบรอน เหมาะส าหรบวดรงสแมเหลกไฟฟาทมพลงงานอยในชวง 3 กโลอเลกตรอนโวลต – 10 เมกะอเลกตรอนโวลต ส าหรบหววด HPGe แบบเวลไทป เหมาะส าหรบการวดรงสแกมมา ตอนกลางของหววดจะมลกษณะเปนหลม ไวใสตวอยางทตองการวดรงส ท าใหมจออเมทร 4 ซงใหประสทธภาพการวดสง ในงานสเปกโทรเมทร จะใชวงจรวเคราะหแบบหลายชองทตอเขากบระบบของหววดเพอแสดงสเปกตรมของพลงงาน เมอโฟตอนสญเสยพลงงานไปบางสวนในหววด เนองจากการกระเจงคอมปตน ท าใหเกดคอมปตนพคทมขนาดกวางในสเปกตรมต าแหนงทต ากวาโฟโตพค อตราสวนของโฟโตพคตอคอมปตนพคมคาคอนขางต า (ประมาณ 5:1) ส าหรบหววดชนดแสงวบเมอเทยบกบหววดชนดสารกงตวน าทมคาสง เชน หววด HPGe แบบโคแอคเชยลมคาไดสงถง 60:1 ดวยเหตน หววดชนดสารกงตวน าจงมความสามารถแยกพลงงานของรงสไดดกวาหววดชนดแสงวบ อกทงการผลตคอเลกตรอน – โฮล ในสารกงตวน านนกใชพลงงานต า เชน ใน Si จะใช 3.61 อเลกตรอนโวลต และใน Ge จะใช 2.96 อเลกตรอนโวลต แตส าหรบหววดชนดแสงวบตองใชพลงงานประมาณ 30 อเลกตรอนโวลต ในการผลตคไอออน ดงนน สเปกตรมของรงสจากหววดสารกงตวน า จงแสดงรายละเอยดไดดกวาหววดชนดแสงวบมาก ในงานวเคราะหโดยใชเทคนคนวเคลยร นยมใชหววดรงสทง 3 ชนด อนไดแก หววดรงสชนดแสงวบ ชนดบรรจแกส และชนดสารกงตวน า นอกจากน ยงมเครองวดรงสชนดอนๆอก เชน มาตรปรมาณรงสเคม (chemical dosimeter) มาตรปรมาณรงสเทอรโมลมเนสเซนซ (thermoluminescence dosimeter, TLD) มาตรปรมาณรงสฟลมแบดจ (film badge dosimeter) และเครองวดแทรคเอกซ (track-etch detector) การใชเครองวดรงสทเหมาะสมเปนเรองส าคญมากในการวเคราะหโดยเทคนคนวเคลยร เพราะนวไคลดกมมนตรงสสลายใหรงสและพลงงานทเฉพาะ ซงจะแตกตางกนไปของแตละนวไคลด และแตละเครองวดรงสนนกมสมบตและประสทธภาพในการวดรงสแตละชนดแตกตางกนดวย

67

2.14 ปจจยทมผลตอการวดรงส ในสวนการวดรงสนน อตราการนบรงส (count rate) ทไดจากเครองวดจะไมเทากบการสลายตวของนวไคลดกมมนตรงสนนจรงๆ ทงน เนองจากปจจยหลายประการ เชน ระบบการวดรงส ธรรมชาตของนวไคลดกมมนตรงส ชนดและขนาดของหววด บางปจจยจะมผลใหอตราการนบรงสต าลง บางปจจยสงผลใหอตราการนบรงสเพมขน ดงนน ในการวดรงสนนจะตองทราบวามปจจยใดบางทมผลตอการวดรงส แลวท าการปรบแก ค านวณใหไดผลการวดทถกตอง 2.14.1 แบคกราวด แบคกราวด (background) หรอพนหลง เปนคานบรงสทไดจากรงสพนหลง (background radiation) ซงจะเนนรงสในสงแวดลอม แบคกราวดไดจากการวดรงสในขณะทไมมตวอยางสารกมมนตรงสใดๆในเครองวด มผลใหไดคานบสารกมมนตรงสเพมขน คาแบคกราวดทตรวจวดไดมแหลงมาจาก

1) รงสคอสมก (cosmic radiation) 2) นวไคลดกมมนตรงสในสงแวดลอม เชน 232Th, 238U จากพนโลก 14C, 40K จาก

รางกายของเราเอง รวมทงวสดสงของรอบๆกายของเรา 3) นวไคลดกมมนตรงสจากอปกรณ เครองมอตางๆ เชน นาฬกา 4) นวไคลดกมมนตรงสทเกบ หรออยใกลๆหววด 5) นวไคลดกมมนตรงสทเปรอะเปอนอปกรณ เครองมอรงส โตะ เกาอ ฯลฯ 6) ฝนกมมนตรงส ในระบบการวดรงสใดๆนน อาจท าใหคาแบคกราวดลดลงไดโดยใชเครองก าบงรงส

หรอใชวงจรแอนตโคอนซเดนซ (anticoincidence)

2.14.2 รซอลวงไทม

ในการวดรงสนน เมอรงสตกกระทบหววดจะท าใหเกดสญญาณไฟฟา หววดตองใช เวลาชวงหนงทจะสงผานสญญาณนนไปสวงจรอนๆตอไป ซงหากมรงสผานเขามาอก หววดจะยงไมสามารถตอบสนองและท าการวดได จะท าใหการวดรงสไดคาอตรานบนอยกวาคาความเปนจรง การสญเสยอตรานบนไป เรยกวา โคอนซเดนซลอส และชวงเวลานอยทสดทหววดสามารถบนทกผลการวดรงสไดอก เรยกวา รซอลวงไทม ซงมคาแตกตางกนในแตละหววด เชน เครองนบรงสไกเกอรมคา

68

100-1000 วนาท และเครองนบรงสแบบสดสวนมคา 5-50 มลลวนาท สวนหววด NaI(Tl) มคาต านอยกวา 1 มลลวนาท เมอเราทราบคารซอลวงไทมแลว สามารถค านวณอตรานบจรงไดดงสมการ

1r

R (2.21)

2.14.3 ประสทธภาพของหววดรงส ประสทธภาพของหววดรงสจะแตกตางกน จะขนอยกบชนดของหววดประเภทของรงสและพลงงานของรงส เชน หววดไกเกอรมประสทธภาพเกอบรอยละ 100 ส าหรบรงสแอลฟาประมาณรอยละ 96 ส าหรบรงสบตา และประมาณรอยละ 1 ส าหรบรงสแกมมาและรงสเอกซพลงงานสง สวนหววดชนดแสงวบและชนดสารกงตวน านน มประสทธภาพแตกตางกนไปตามประเภทของรงส พลงงาน และขนาดของหววด 2.14.4 สวนของรงสทสลาย โดยทวไป นวไคลดกมมนตรงสสลายใหรงสทมพลงงานหลายคา และการสลายใหรงสแกมมานนจะเกดขนกตอเมอมการสลายใหรงสอน เชน แอลฟา และบตาแลว ดงนน รงสทท าการตรวจวดอาจจะเปนสวนหนงของกระบวนการสลาย เชน ประมาณรอยละ 95 ของการสลาย 137Cs ใหรงสบตาทพลงงาน 0.512 เมกะอเลกตรอนโวลต แลวไดนวไคลดทยงอยในสถานะกระตนทจะสลายตอไป ซงโดยรอยละ 90 จะใหรงสแกมมาทพลงงาน 0.662 เมกะอเลกตรอนโวลต และรอยละ 10 จะสลายโดยการเปลยนแปลงภายใน สวนของรงสแกมมาทสลายจาก 137Cs เทากบ 0.95x0.9 = 0.85 2.14.5 การกระเจง รงสทสลายออกจากแหลงก าเนดทกทศทกทางนน บางสวนรงสอาจชนกบภาชนะรองรบแหลงก าเนดรงสแลวจะสะทอนกลบเขาสหววด เรยกวา การกระเจงกลบ (backscatter) หรอรงสอาจชนกบวสดทอยใกลกบหววด เชน เครองก าบงรงส แลวสะทอนเขาสหววด และในกรณหลงน เรยกวา การกระเจงดานขาง (side scatter) เหตการณดงกลาว มผลใหไดอตรานบรงสเพมขน แสดง

69

โดยคารอยละการกระเจงกลบ (% backscatter, %B) และปจจยการกระเจงกลบ (backscatter factor, B) ปจจยการกระเจงกลบ มคาเปลยนไปตามพลงงานและชนดของรงส และยงขนอยกบเลขเชงอะตอม ความหนาแนนและความหนาของวสดรองรบอกดวย ปจจยการกระเจงกลบจะมคาเทากบ 1 เมอไมมการกระเจงกลบเลย และจะมคาเพมขนเมอความหนาของวสดรองรบเพมขน จนกระทงมคาไมเปลยนแปลงทระดบอมตว (saturation level) ส าหรบรงสบตา ความหนาของวสดทท าใหเกดการกระเจงอมตวนน จะมคาเทากบ 1/3 ของพสยของบตาในวสดนน การใชวสดรองรบทมเลขเชงอะตอมต า จะชวยใหการกระเจงกลบลดลง เชน การวดตวอยางสารกมมนตรงสทสลายใหอนภาคบตา ควรใชอะลมเนยมทเปนวสดรองรบมากกวาทองแดงหรอเหลก สวนการกระเจงทเกดขนเนองจากเครองก าบงรงสนน อาจแกไขโดยการเพมระยะทางระหวางหววดกบเครองก าบงรงส หรออาจใชวสดทมเลขเชงอะตอมต า เชน พลาสตกกนหรอบ ระหวางหววดกบเครองก าบงรงส 2.14.6 การดดกลนโดยตวกลาง ตวกลางตางๆทอยระหวางตวอยางสารกมมนตรงสกบหววด เชน อากาศ หนาตางของหววด จะดดกลนรงสไปบางสวน ในการดดกลนรงสเชนนจะขนอยกบพลงงานและชนดของรงส หรอวสดทมความหนาตงแต 6 มลลกรมตอตารางเซนตเมตร ซงสามารถดดกลนแอลฟาไวไดทงหมด ดงนน การวดรงสแอลฟาดวยหววดชนดสารกงตวน านน จงตองท าในสภาพสญญากาศ แตถาเปนรงสแกมมาทมพลงงานมากกวา 100 กโลอเลกตรอนโวลต สามารถเคลอนทไปยงหววดไดโดยไมถกดดกลนเลย กลาวไดวา ปจจยของการดดกลนมคาเทากบ 1 ส าหรบรงสบตานน ปจจยการดดกลนจะเปลยนแปลงไปตามระยะทางระหวางตวอยางจากแหลงก าเนดรงสกบหววด ถาหากหววดมหนาตางบางหรอไมมหนาตางเลย การดดกลนรงสจะมคาลดลง 2.14.7 การดดกลนตวเอง รงสทสลายออกจากตนก าเนดบางสวนจะถกดดกลนโดยแหลงก าเนดรงสเอง เรยกวา การดดกลนตวเอง (selt absorption) ในขณะทปรมาตรของสารตวอยางคงท เมอ กมมนตภาพเพมขน หรอความเขมขนของสารกมมนตรงสเพมขนนนเอง อตรานบรงสทตรวจวดไดจะเพมขนเนองจากการสญเสยอตรานบจากการดดกลนตวเองคงท แตถาปรมาตรของตวอยางเพมขน โดยท กมมนตภาพรวมไมไดเพมขน อตรานบรงสทวดไดจะลดลง เนองจากการดดกลนตวเองเพมขน

70

และขณะทกมมนตภาพจ าเพาะคงท ในกรณทปรมาตรของสารตวอยางเพมขน หรอกมมนตภาพรวมเพมขน อตรานบจะเพมขนในชวงแรกทปรมาตรเพมขน จนกระทงตวอยางมความหนาอนนต (infinite thickness) อตรานบจะคงท ทงนเนองจากการดดกลนตวเองทเพมขน เพราะความหนาเพมขน ถกชดเชยดวยกมมนตภาพของสารตวอยางทเพมขน ในการวดรงสแตละครง บางปจจยอาจไมมอทธพลตอการวด หากไดเตรยมสารตวอยางและมระบบการวดทเหมาะสม อยางไรกตาม การวดรงสทตองการทราบกมมนตภาพของสารตวอยางนนจ าเปนตองใชสารมาตรฐานททราบคากมมนตภาพและเปนนวไคลดชนดเดยวกนกบตวอยาง เพอปรบเทยบประสทธภาพของการวด สารมาตรฐานอาจมสถานะเปนของเหลวหรอของแขงกได มการระบกมมนตภาพทแนนอนและวนทตรวจวด หากเปนของเหลวจะตองระวงการระเหยของสารละลาย เพราะจะท าใหกมมนตภาพจ าเพาะเปลยนขนาด รปราง และองคประกอบของสารมาตรฐานสารตวอยาง หากมความแตกตางกนจะท าใหการดดกลนและปจจยการกระเจงแตกตางกนดวย ซงจะมผลตอการค านวณคากมมนตภาพของตวอยางตอไป (นวลฉว, 2545)