กัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อม (Radioactivity in Environment)
เราอาศัยอยู่บนโลกที่มีกัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อมอยู่ทั่วไป ส่วนใหญ่เป็นรังสีที่มีอยู่ตามธรรมชาติ (Natural occurring radiation) และบางส่วนเกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ (Man made radiation) ต้นกำเนิดของ กัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อม แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่
- กัมมันตภาพรังสีจากพื้นโลก ซึ่งมาจากแร่ธาตุต่างๆ ที่เป็นองค์ประกอบของโลก โดยมีมาตั้งแต่ โลกถือกำเนิดขึ้นมาแล้ว มีนิวไคลด์กัมมันตรังสี หรือธาตุที่ให้รังสี ที่พบในธรรมชาติกว่า 60 ชนิด เป็นต้นกำเนิดที่สำคัญของรังสีที่เราได้รับในแต่ละวัน
- กัมมันตภาพจากรังสีคอสมิก เกิดจากรังสีคอสมิกที่มาจากนอกโลก และปฏิกิริยาระหว่างรังสีคอสมิก กับธาตุที่อยู่ในบรรยากาศของโลก
- กัมมันตภาพรังสีที่มนุษย์สร้างขึ้น เกิดขึ้นเนื่องจากกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งมีสัดส่วนที่ค่อนข้างต่ำ เมื่อเทียบกับผลรวมของปริมาณรังสีทั้งหมดในธรรมชาติ
ธาตุที่มีกัมมันตภาพรังสี เราเรียกว่า ไอโซโทปกัมมันตรังสี หรือ นิวไคลด์กัมมันตรังสี นิวไคลด์รังสี หรืออาจเรียกเพียง นิวไคลด์ ซึ่งมีการตรวจพบแล้วมากกว่า 1,500 นิวไคลด์ เรามักใช้สัญลักษณ์ของนิวไคลด์ โดยแสดง สัญลักษณ์ของธาตุและเลขมวล เช่น ไอโซโทปรังสีของไฮโดรเจน ได้แก่ ตริเตียม มีเลขมวล 3 เขียนแทนด้วย H-3 หรือ 3H หรือไอโซโทปรังสี ของยูเรเนียม ซึ่งมีเลขมวล 235 เขียนแทนด้วย U-235 หรือ 235U
- นิวไคลด์รังสี พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ ในอากาศ ในน้ำ ในดิน รวมทั้งในตัวคนเราด้วย เนื่องจากร่างกายของเรา ประกอบด้วยแร่ธาตุ ซึ่งได้รับมาจากสิ่งแวดล้อม แต่ละวัน เรารับประทานอาหาร ดื่มน้ำ สูดหายใจ เอานิวไคลด์รังสี ที่มีอยู่ในอาหาร ในน้ำ และในอากาศเข้าไป
- กัมมันตภาพรังสีในธรรมชาติ พบได้ทั่วไปในดินและหิน ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเปลือกโลก ในน้ำ ในมหาสมุทร และในวัสดุก่อสร้างที่เรานำมาก่อสร้างอาคารบ้านเรือน ในโลกนี้จึงไม่มีที่ไหนที่เราจะอยู่โดยไม่มีรังสี
- ตามตารางที่แสดงด้านบน ปริมาณรังสีที่ได้รับส่วนใหญ่เป็นรังสีในธรรมชาติ ซึ่งส่วนมากมาจากแกสเรดอน ที่เหลือเป็นรังสีที่ได้รับรังสีทางการแพทย์ จากรังสีวินิจฉัยหรือรังสีรักษา
- คนส่วนใหญ่ได้รับรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นหลัก ในสหรัฐอเมริกา ประชาชนได้รับรังสีจากธรรมชาติโดยเฉลี่ย 2.4 มิลลิซีเวิร์ตต่อปี (mSv/yr) อาจมากหรือน้อยกว่านี้ ขึ้นกับสภาพภูมิศาสตร์และระดับความสูงของที่อยู่ ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 1-10 mSv/yr
|
แหล่งของรังสี |
ปริมาณรังสีที่ได้รับต่อปี (mSv) |
||
|
รังสีคอสมิก |
รังสีคอสมิกโดยตรงและโฟตอน |
0.28 |
0.39 |
|
รังสีนิวตรอน |
0.10 |
||
|
นิวไคลด์รังสีที่เกิดจากรังสีคอสมิก |
0.01 |
||
|
รังสีจากพื้นโลก |
รังสีจากภายนอกอาคาร |
0.07 |
0.48 |
|
รังสีจากภายในอาคาร |
0.41 |
||
|
รังสีจากอากาศที่หายใจ |
รังสีจากอนุกรมยูเรเนียมและทอเรียม |
0.006 |
1.26 |
|
เรดอน-222 |
1.15 |
||
|
โทรอน-220 |
0.1 |
||
|
รังสีจากการรับประทาน
|
โปแทสเซียม-40 |
0.17
|
0.17
|
|
รวม
|
2.4 |
||
- นิวไคลด์รังสีจากพื้นโลก มีมาตั้งแต่กำเนิดของโลกและจักรวาล ส่วนใหญ่มีอายุที่ยาวมาก โดยทั่วไป มีครึ่งชีวิต หลายร้อยล้านปี นิวไคลด์รังสี ที่มีการสลายตัวมา นานเกินกว่า 30 เท่าของครึ่งชีวิต จะตรวจไม่พบแล้ว นิวไคลด์รุ่นหลัง หรือนิวไคลด์ที่เกิดขึ้น จากนิวไคลด์รังสีที่มีอายุยาว จะตรวจพบได้ชัดเจน ซึ่งแสดงบางส่วน อยู่ในตารางนิวไคลด์รังสีจากพื้นโลก
นิวไคลด์รังสีตั้งต้นของต้นกำเนิดรังสีในธรรมชาติ
|
นิวไคลด์
|
สัญลักษณ์
|
ครึ่งชีวิต
|
กัมมันตภาพหรือปริมาณ
|
|
ยูเรเนียม-235
|
235U
|
7.04×108 ปี
|
0.72% ของยูเรเนียมธรรมชาติ |
|
ยูเรเนียม-238
|
238U
|
4.47×109 ปี
|
99.2745% ของยูเรเนียมธรรมชาติ ยูเรเนียมมีอยู่ในหินทั่วไปประมาณ 0.5-4.7 ppm |
|
ทอเรียม-232
|
232Th
|
1.41×1010 ปี
|
มีทอเรียมในหินทั่วไป 1.6-20 ppm และมีบนเปลือกโลกประมาณ 10.7 ppm |
|
เรเดียม-226
|
226Ra
|
1.60×103 ปี
|
0.42 pCi/g (16 Bq/kg)ในหินปูน และ 1.3 pCi/g (48 Bq/kg) ในหินแกรนิต |
|
เรดอน-222
|
222Rn
|
3.28 วัน
|
เป็นแกสเฉื่อย; มีกัมมันตภาพรังสีเฉลี่ยต่อปี ใน USA 0.016 pCi/L (0.6 Bq/m3) ถึง 0.75 pCi/L (28 Bq/m3) |
|
โปแตสเซียม-40
|
40K
|
1.28×109 ปี
|
กัมมันตภาพรังสีจากดิน 1-30 pCi/g (0.037-1.1 Bq/g) |
|
| 232Th > 228Ra > 228Ac > 228Th > 224Ra > 220Rn > 216Po > 212Pb > 212Bi > 212Po > 208Pb (stable) |
|
มีการนำสารกัมมันตรังสีมาใช้งานกว่าหนึ่งร้อยปีมาแล้ว ทำให้กัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อมสูงขึ้น แต่น้อยมาก เมื่อเทียบกับปริมาณรังสีทั้งหมด และเนื่องจากส่วนใหญ่มีอายุสั้น ทำให้มีปริมาณลดลงเป็นอย่างมาก ตั้งแต่ระงับการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ นิวไคลด์เหล่านี้เป็นบางส่วนที่ถูกผลิตขึ้นมา
นิวไคลด์รังสีที่ถูกผลิตขึ้นมา
|
นิวไคลด์
|
สัญลักษณ์
|
ครึ่งชีวิต
|
ต้นกำเนิด
|
| ตริเตียม |
3H
|
12.3 ปี | ผลิตจากการทดลองอาวุธ หรือเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู โรงงานสกัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ หรือโรงงานผลิตอาวุธนิวเคลียร์ |
| ไอโอดีน-131 |
131I
|
8.04 วัน | เป็นผลผลิตฟิชชัน สกัดจากไอโซโทปที่เกิดขึ้นจากการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ หรือจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู นำมาใช้รักษาโรคเกี่ยวกับต่อมไทรอยด์ |
| ไอโอดีน-129 |
129I
|
1.57×107 ปี | เป็นผลผลิตฟิชชัน สกัดจากไอโซโทปที่เกิดขึ้นจากการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ หรือจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู |
| ซีเซียม-137 |
137Cs
|
30.17 ปี | เป็นผลผลิตฟิชชัน สกัดจากไอโซโทปที่เกิดขึ้น จากการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ หรือจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู |
| สตรอนเชียม-90 |
90Sr
|
28.78 ปี | เป็นผลผลิตฟิชชัน สกัดจากไอโซโทปที่เกิดขึ้น จากการทดลองอาวุธนิวเคลียร์ หรือจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู |
| เทคนิเชียม-99 |
99Tc
|
2.11×105 ปี | ผลิตขึ้น จากการสลายตัวของไอโซโทปรังสี 99Mo ใช้ทางการแพทย์ สำหรับงานรังสีวินิจฉัย |
| พลูโตเนียม-239 |
239Pu
|
2.41×104 ปี | ผลิตจากการยิงนิวเคลียสของ ยูเรเนียม-238 ด้วยนิวตรอน 238U + n > 239U > 239Np + b > 239Pu + b |
กัมมันตภาพรังสีจากดิน
- กัมมันตภาพรังสีต่อปริมาตรที่ตรวจพบในดิน ขึ้นกับชนิดของดิน ชนิดและปริมาณแร่ธาตุ รวมทั้งความหนาแน่นของดิน
- ในดินพื้นที่ 1 ตารางไมล์ ความลึก 1 ฟุต คิดเป็นปริมาตร 7.894×10 m3 แสดงผลการคำนวณอยู่ในตารางด้านล่าง โดยใช้ค่าความหนาแน่น ประมาณ 1.58 g/cm3
|
นิวไคลด์รังสี
|
กัมมันตภาพ
ที่ใช้คำนวณ |
ปริมาณ
ของนิวไคลด์ |
กัมมันตภาพรังสี
ของทั้งปริมาตร |
|
ยูเรเนียม
|
0.7 pCi/g (25 Bq/kg)
|
2,200 kg
|
0.8 curies (31 GBq)
|
|
ทอเรียม
|
1.1 pCi/g (40 Bq/kg)
|
12,000 kg
|
1.4 curies(52 GBq)
|
|
โปแตสเซียม 40
|
11 pCi/g (400 Bq/kg)
|
2000 kg
|
13 curies (500 GBq)
|
|
เรเดียม
|
1.3 pCi/g (48 Bq/kg)
|
1.7 g
|
1.7 curies (63 GBq)
|
|
เรดอน
|
0.17 pCi/g (10 kBq/m3)
|
soil 11 mg
|
0.2 curies (7.4 GBq)
|
|
|
|
>17 curies (>653 GBq)
|
กัมมันตภาพรังสีจากมหาสมุทร
น้ำทั้งหมดในโลก รวมทั้งน้ำทะเล มีนิวไคลด์กัมมันตรังสีอยู่
ตารางด้านล่าง แสดงค่าที่คำนวณโดยใช้ปริมาณน้ำในมหาสมุทร จาก World Almanac ปี 1990
แปซิฟิก = 6.549 x 1017 m3
แอตแลนติก = 3.095 x 1017 m3
รวม = 1.3 x 1018 m3
กัมมันตภาพที่ใช้ ในตาราง ได้มาจากข้อมูลในปี 1971 ของ Radioactivity in the Marine
กัมมันตภาพรังสีจากมหาสมุทร
|
นิวไคลด์
|
กัมมันตภาพที่ใช้คำนวณ
|
กัมมันตภาพของ
มหาสมุทรแปซิฟิก |
กัมมันตภาพของ |
รวม
|
|
ยูเรเนียม
|
0.9 pCi/L
(33 mBq/L) |
6×108 Ci
(22 EBq) |
3×108 Ci
(11 EBq) |
1.1×109 Ci
(41 EBq) |
|
โปแตสเซียม-40
|
300 pCi/L
(11 Bq/L) |
2×1011 Ci
(7400 EBq) |
9×1010 Ci
(3300 EBq) |
3.8×1011 Ci
(14000 EBq) |
|
ตริเตียม
|
0.016 pCi/L
(0.6 mBq/L) |
1 x 107 Ci
(370 PBq) |
5 x 106 Ci
(190 PBq) |
2 x 107 Ci
(740 PBq) |
|
คาร์บอน-14
|
0.135 pCi/L
(5 mBq/L) |
8 x 107 Ci
(3 EBq) |
4 x 107 Ci
(1.5 EBq) |
1.8 x 108 Ci
(6.7 EBq) |
|
รูบิเดียม-87
|
28 pCi/L
(1.1 Bq/L) |
1.9 x 1010 Ci
(700 EBq) |
9 x 109 Ci
(330 EBq) |
3.6 x 1010 Ci
(1300 EBq) |
กัมมันตภาพรังสีในอาหาร
อาหารทุกชนิด จะมีกัมมันตภาพรังสีอยู่เล็กน้อย นิวไคลด์รังสีที่พบได้ทั่วไปในอาหาร ได้แก่ โปแตสเซียม-40 เรเดียม-226 ยูเรเนียม-238 และไอโซโทปที่อยู่ในอนุกรมของยูเรเนียม ตารางด้านล่าง แสดงปริมาณ 40K และ 226Ra ในอาหารปกติ
กัมมันตภาพรังสีในอาหาร
|
อาหาร
|
40K (pCi/kg)
|
226Ra (pCi/kg)
|
|
กล้วย
|
3,520
|
1
|
|
เบียร์
|
390
|
–
|
|
ถั่วบราซิล
|
5,600
|
1,000-7,000
|
|
เนื้อแดง
|
3,000
|
0.5
|
|
แครอท
|
3,400
|
0.6-2
|
|
ถั่วลิมา
|
4,640
|
2-5
|
|
มันฝรั่ง
|
3,400
|
1-2.5
|
|
น้ำดื่ม
|
–
|
0-0.17
|
กัมมันตภาพรังสีภายในร่างกาย
ร่างกายคนเราประกอบด้วยสารอินทรีย์ ซึ่งมีสารเคมีหลายชนิด รวมทั้งมีนิวไคลด์รังสีอยู่ด้วย หลายชนิดอยู่ในน้ำดื่มและอาหาร ที่เรารับประทานเข้าไปทุกวัน ในตารางต่อไปนี้เป็นปริมาณของนิวไคลด์รังสี คำนวณโดยใช้น้ำหนักร่างกายผู้ใหญ่ ขนาด 70,000 กรัม
|
นิวไคลด์
|
มวลของนิวไคลด์
ภายในร่างกาย |
กัมมันตภาพของนิวไคลด์
ภายในร่างกาย |
ปริมาณนิวไคลด์ในอาหาร
ที่รับประทานต่อวัน |
|
ยูเรเนียม
|
90 mg
|
30 pCi (1.1 Bq)
|
1.9 mg
|
|
ทอเรียม
|
30 mg
|
3 pCi (0.11 Bq)
|
3 mg
|
|
โปแตสเซียม-40
|
17 mg
|
120 nCi (4.4 kBq)
|
0.39 mg
|
|
เรเดียม
|
31pg
|
30 pCi (1.1 Bq)
|
2.3 pg
|
|
คาร์บอน-14
|
95 mg
|
0.4 mCi (15 kBq)
|
1.8 mg
|
|
ตริเตียม
|
0.06 pg
|
0.6 nCi (23 Bq)
|
0.003 pg
|
|
โปโลเนียม
|
0.2 pg
|
1 nCi (37 Bq)
|
~0.6 mg
|
- นิวไคลด์รังสีทุกชนิดในสิ่งแวดล้อม สามารถพบได้ภายในร่างกาย
- ค่าของปริมาณรังสีที่ได้รับในแต่ละปี ส่วนหนึ่งจึงมาจากต้นกำเนิดรังสีภายในตัวเรา
กัมมันตภาพรังสีจากวัสดุก่อสร้าง
วัสดุก่อสร้างมีส่วนประกอบ เช่นเดียวกับดินและหิน ซึ่งเป็นส่วนประกอบของเปลือกโลก ทำให้มีไอโซโทปกัมมันตรังสีปะปนอยู่ ตารางด้านล่างเป็นระดับของยูเรเนียม ทอเรียม และโปแตสเซียมในวัสดุก่อสร้างทั่วไป
|
Uranium
|
Thorium
|
Potassium
|
||||
|
Material
|
ppm
|
mBq/g(pCi/g)
|
ppm
|
mBq/g (pCi/g)
|
ppm
|
mBq/g (pCi/g)
|
|
Granite
|
4.7
|
63 (1.7)
|
2
|
8 (0.22)
|
4.0
|
1184 (32)
|
|
Sandstone
|
0.45
|
6 (0.2)
|
1.7
|
7 (0.19)
|
1.4
|
414 (11.2)
|
|
Cement
|
3.4
|
46 (1.2)
|
5.1
|
21 (0.57)
|
0.8
|
237 (6.4)
|
|
Limestone concrete
|
2.3
|
31 (0.8)
|
2.1
|
8.5 (0.23)
|
0.3
|
89 (2.4)
|
|
Sandstone concrete
|
0.8
|
11 (0.3)
|
2.1
|
8.5 (0.23)
|
1.3
|
385 (10.4)
|
|
Dry wallboard
|
1.0
|
14 (0.4)
|
3
|
12 (0.32)
|
0.3
|
89 (2.4)
|
|
By-product gypsum
|
13.7
|
186 (5.0)
|
16.1
|
66 (1.78)
|
0.02
|
5.9 (0.2)
|
|
Natural gypsum
|
1.1
|
15 (0.4)
|
1.8
|
7.4 (0.2)
|
0.5
|
148 (4)
|
|
Wood
|
–
|
–
|
–
|
–
|
11.3
|
3330 (90)
|
|
Clay Brick
|
8.2
|
111 (3)
|
10.8
|
44 (1.2)
|
2.3
|
666 (18)
|
บริเวณที่รังสีธรรมชาติมีกัมมันตภาพสูง
- ระดับรังสีในธรรมชาติ เป็นผลรวมของรังสีจากพื้นโลก (จาก 40K, 232Th, 226Ra, etc.)
และรังสีคอสมิก (โฟตอน, มิวออน ..) โดยมีระดับที่ค่อนข้างคงที่ ใกล้เคียงกันทั้งโลก อยู่ที่ 8-15 mrad/hr - บางบริเวณมีระดับรังสีธรรมชาติสูง โดยมีประชากรหนาแน่นมาก เช่น ที่ประเทศบราซิล อินเดีย และจีน
- ระดับรังสีที่สูง เนื่องมาจากปริมาณของแร่ธาตุกัมมันตรังสีในดิน เช่น โมนาไซต์ ซึ่งเป็นแร่ของธาตุหายาก มีอยู่ในทราย ร่วมกับแร่อิลมิไนต์ ทำให้ทรายมีสีแตกต่างกัน
- นิวไคลด์รังสีในโมนาไซต์ มีนิวไคลด์ในอนุกรมของทอเรียม-232 เป็นส่วนใหญ่ แต่ก็อาจมีนิวไคลด์ ในอนุกรมของยูเรเนียมด้วย เช่น เรเดียม-226
- ตามรายงานของ BEIR V, National Research Council เรื่องผลต่อสุขภาพของการได้รับรังสีระดับต่ำ
ในพื้นที่ที่รังสีธรรมชาติมีระดับรังสี มีการเปลี่ยนแปลงโครโมโซมที่เพิ่มสูงขึ้น เช่นเดียวกับผู้ที่ทำงานทางด้านรังสี หรือผู้ที่ได้รับรังสีปริมาณสูง แต่ความถี่ของประชากรในการเป็นมะเร็งไม่แตกต่างจากปกติ
เมือง Guarapari ประเทศบราซิล
- ในบราซิล จะพบทรายโมนาไซต์อยู่ในหาดทรายชายทะเลบางแห่ง ซึ่งมีระดับรังสีในทรายสีดำสูงถึง 5 mrad/hr (50 mGy/hr) ซึ่งสูงเป็น 400 เท่าของค่าปกติของระดับรังสีธรรมชาติในอเมริกา
- นักท่องเที่ยว จะรู้สึกว่าทรายมีอุณหภูมิสูงกว่าปกติ และอุ่นมากขึ้นเมื่อหมกตัวอยู่ในทราย
- ถนนรอบตัวเมืองบางสาย มีระดับรังสี 0.13 mrad/hr (1.3 mGy/hr) ซึ่งสูงเป็น 10 เท่า ของระดับปกติ
- พื้นที่อื่นในบราซิลที่มีระดับรังสีสูง เกิดจากการตกตะกอนสะสมตัวของแร่ธาตุหายาก
- บนเทือกเขาที่สูงประมาณ 250 เมตร ส่วนของแร่อยู่เกือบถึงผิวดิน
- ใกล้กับยอดเขา ซึ่งมีทอเรียมประมาณ 30,000 ตัน มีแร่ธาตุหายากอื่นอีกประมาณ 100,000 ตัน
- ระดับรังสีใกล้ยอดเขาอยู่ที่ 1 ถึง 2 mrad/hr (0.01 to 0.02 mGy/hr) บนเนื้อที่ 30,000 m2 ซึ่งมีปริมาณ 228Ra สูงมาก ถ้านำมาขึ้นรูปเป็นแผ่น สามารถให้รังสีเอ๊กซ์ ซึ่งทำให้กระดาษอัดรูปดำได้
เมือง Kerala ประเทศอินเดีย
- ที่อ่าวทางตะวันตกเฉียงใต้ของอินเดีย มีโมนาไซต์มากกว่าที่บราซิล มีระดับรังสีเฉลี่ยใกล้เคียงกับที่บราซิล อยู่ที่ 500-600 mrad/yr (5 – 6 mGy/yr) แต่มีรายงานว่า บางจุดสูงถึง 3260 mrad/yr (32.6 mGy/yr)
- หาดทรายในภาพ ปกคลุมด้วยทรายโมนาไซต์สีดำ
เมือง Yangjiang ประเทศจีน
- ในประเทศจีน มีระดับรังสีประมาณ 300-400 mrad/yr (3-4 mGy/yr) มาจากแร่โมนาไซต์ ที่มีธาตุทอเรียม ยูเรเนียม และเรเดียมเช่นกัน
- ลักษณะเป็นพื้นที่ทางการเกษตร
- มีการนำดินสีแดงที่มีแร่โมนาไซต์ มาทำเป็นอิฐในการก่อสร้างบ้านเรือน
- ประชาชนได้รับรังสีจากแกสเรดอน ที่ระเหยจากก้อนอิฐที่อยู่ภายในตัวบ้าน
เมือง Ramsar ประเทศอิหร่าน
- ตัวเมืองอยู่ใกล้ทะเลแคสเปียน มีน้ำพุร้อนหลายแห่ง
- มีกัมมันตภาพของนิวไคลด์รังสีของ เรเดียม-266 ประมาณ 71 mGy/y ซึ่งสูงกว่าแหล่งอื่น ๆ หลายเท่า โดยมีบางแห่ง กัมมันตภาพรังสีสูงสุด 260 mGy/y
