บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ โดยทวไปแลวมนษยทกคนทอาศยอยบนโลกน จะไดรบรงสจากธรรมชาตอยตลอดเวลา เชน ดวงอาทตย สารกมมนตรงส สนแรและสงแวดลอมจากการทเราหายใจ ในอาหารทเจอปนดวยสารกมมนตรงส เจอปนอยดวย ในขณะเดยวกนพลงงานของรงสเปนสงจ าเปนส าหรบการด าเนนชวตประจ าของมนษยดวย เชน แสงแดดทใหความรอน แสงสวางทชวยในการมองเหนและชวยสงเคราะหสารตางๆ [21, 22] สวนรงสบางชนดทมพลงงานสงจะอยในรปของคลนแมเหลกไฟฟาและอนภาคพลงงานสงเมอผานตวกลาง จะสามารถท าใหตวกลางเกดการแตกตวเปนประจ (Ionizing radiation) และรงสพลงงานต าซงเมอผานตวกลางไมท าใหตวกลางเกดการแตกตว (Non ionizing radiation) [21] ซงบางชนดมประโยชนและอาจจะมโทษไดในขณะเดยวกน เราสามารถแบงตนก าเนดรงสทมนษยไดรบ เปน 2 ประเภทคอ 2.1 แหลงก ำเนดรงส แหลงก าเนดรงสสามารถแบงได 2 ประเภท ไดแก 2.1.1 รงสทมอยแลวในธรรมชาต ไดแก [22] 1. รงสคอสมก (Cosmic radiation) เปนรงสชนดอนภาคพลงงานสง ทมระดบ พลงงานอย ในชวง 103-1020 อเลกตรอนโวลต ซงเปนอนภาคทมประจหรอเปนกลางทางไฟฟา เชน อเลกตรอน โปรตอน แอลฟา บตา และสามารถแบงรงสคอสมก ไดเปน 2 ประเภท คอ 1.1 รงสคอสมกปฐมภม (Primary cosmic radiation) ซงรงสสวนใหญมาจากนอก ระบบสรยะ สามารถพบไดทวไปในอวกาศ ไดแก อนภาคโปรตอน อนภาคแอลฟา เปนตน 1.2 รงสคอสมกทตยภม (Secondary cosmic radiation) เกดจากการทรงสทตยภม วงเขาสชนบรรยากาศของโลก แลวเกดการชนและท าปฏกรยานวเคลยรกบ นวเคลยสของอะตอมของธาตทอยในอากาศท าใหเกดอนภาคใหมขนมา เชน อนภาคนวตรอน อนภาคโปรตอน เปนตน

12

2. สารกมมนตรงสทมอยแลวในธรรมชาต (Natural radioactivity) อาจพบปะปนอยในรป ของสารประกอบตางๆ เชน ดน หน ทราย เปนตน 2.1.2 รงสทมนษยสรางขน โดยมนษยผลตขนมาเพอใชในงานดานตางๆ เชน ทางดานการแพทย การเกษตรกรรมและอตสาหกรรม เปนตน เนองจากรงสเปนพลงงานรปหนง สามารถท าปฏกรยากบตวกลางไดโดยการถายเทพลงงานใหกบตวกลาง ซงท าใหเกดการเปลยนแปลงโดยท าใหอเลกตรอนในอะตอมหรอโมเลกล มระดบพลงงานสงขน (Excitation) เมอระดบพลงงานสงพอ ท าใหอเลกตรอนในวงโคจรหลดออกมาจากอะตอมหรอโมเลกล เรยกวาเกดการแตกตวเปนประจ (Ionization) และเรยกรงสทท าใหเกดกระบวนการดงกลาววา รงสทท าใหตวกลางเกดการแตกตวเปนประจ 2.2 ชนดของรงสและอนภำค ชนดของรงสและอนภาคแบงไดเปน 2 ประเภท ดงน 2.2.1 ชนดทแตกตวเปนประจ [21, 22]

1. อนภาคแอลฟา (Alpha particle, ) เปนอนภาคทประกอบดวย นวตรอน 2 ตว และโปรตอน 2 ตวการสลายตวของอนภาคแอลฟามกเกดในธาตหนก เพราะอนภาคแอลฟามประจ +2e จงสามารถถกสกดกนไดงายดวยอะลมเนยมทความหนาเพยง 0.004 เซนตเมตร เทานน

2. อนภาคบตา (Beta paticale, ß)เกดจากการสลายตวของสารกมมนตรงสสามารถเปลยนทศทางไดจากแรงดงดดในสนามแมเหลกและสนามไฟฟา มความเรวเกอบเทาความเรวแสงแตมพลงงานนอยกวาอนภาคแอลฟา และมประจ -1e จงสามารถสกดกนไมใหรงสผานได อะลมเนยมทความหนาเพยง 0.65 เซนตเมตร

3. รงสแกมมา (Gamma rays, -rays) เปนรงสทเกดจาก นวเคลยสของอะตอมทอยในสภาวะไมเสถยร (Excited state) ไมมมวล ไมมประจเปนกลมพลงงานทเคลอนทดวยความเรวเทากบความเรวแสง เนองจากรงสแกมมาไมมประจไฟฟา จงไมมการเปลยนแปลงทศทางในสนามแมเหลก แตมการแตกตวเปนไอออน ไดนอยกวาอนภาค แอลฟาและบตา ซงรงสแกมมาเปนกลมของพลงงานทสงออกมาจากการสลายตวของนวเคลยส เรยกวา โฟตอน (Photon)

4. รงสเอกซ (X-ray) [23] เปนรงสทเกดจากเครองก าเนดรงส เชน เครองเอกซเรย เครองเรงอนภาคพลงงานสง เกดจากการเรงใหอเลกตรอนทหลดออกจาก

13

ไสหลอดวงดวยความเรวสงแลวเขาชนเปาหลอดทท าดวยโลหะหนก ท าใหเปาหลอดปลอยรงสเอกซออกมา ซงกระบวนการเกดรงสเอกซดงกลาวเกดได 2 แบบ [1, 23, 25] 1. รงสเอกซลกษณะเฉพาะ (Characteristic x-ray) เกดจากอเลกตรอนวงโคจรใน

(Inner orbital electron) ของอะตอมทถกชนหลดออกจากอะตอม แลวอเลกตรอนจากวงโคจรนอกวงเขามาแทนท ในขณะเดยวกนจะปลอยรงสเอกซออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟา ดงรปท 2.1

รปท 2.1 แสดงการเกดรงสเอกซลกษณะเฉพาะ [21]

2. รงสเอกซแบบตอเนอง (Continuous X-ray) เกดจากการทอเลกตรอนนความ

เรวสงวงเขาใกลนวเคลยสแลวเคลอนทแบบมความเรงจะปลอดปลอยรงสเอกซ ซงจะอยในรปของคลนแมเหลกไฟฟา ดงรปท 2.2

Nucleus

14

รปท 2.2 แสดงการเกดรงสเอกซแบบตอเนอง [21]

2.2.2 ชนดทไมแตกตวเปนประจ (Non-Ionizing Radiation) ไดแก อนภาคนวตรอน (Neutron particle, n) เปนอนภาคทไมมประจ เมอสลายตวจะใหอนภาคโปรตอนและอนภาคบตาทมพลงงานต า เนองจากไมมประจไฟฟา และมอ านาจในการทะลทะลวงสงจงสามารถผานอะตอมเขาไปรวมกบนวเคลยสไดงาย 2.3 รงสทใชในทำงกำรแพทย รงสทใชในทางการแพทย เปนรงสทมพลงงานสงสามารถท าใหเกดการแตก สามารถแบงออกไดเปน 2 ชนด คอ 2.3.1 รงสคลนแมเหลกไฟฟา (Electromagnetic radiation) [22, 23] เปนรงสทมความถ ไมมประจ ไมมมวล สามารถเคลอนทดวยความเรวเทาแสง (3x108 m/s) มอ านาจทะลทะลวงสง ท าใหตวกลางเกดการแตกตวไดทางออม ไดแก รงสเอกซ รงสแกมมา เปนตน ดงรปท 2.3

Nucleus

15

รปท 2.3 แสดงรงสและคลนแมเหลกไฟฟาชนดตางๆ (Electromagnetic spectrum) [24]

2.3.2 อนภาครงส (Particle radiation) เปนรงสทอยในรปอนภาคพลงงานสง อาจมหรอไมม ประจกได ไดแก อนภาคบตา อนภาคแอลฟา โปรตอน อเลกตรอน และนวตรอน เปนตน 2.4 อนตรกรยำของรงสกบวตถ (Radiation interaction with matter) รงสทอยในรปของอนภาคและคลนแมเหลกไฟฟา มกระบวนการในการถายเทพลงงานใหกบตวกลางได 3 แบบ [26] คอ 2.4.1 การเกดโฟโตอเลกทรก (Photoelectric effect) ปฏกรยานเกดขนระหวางโฟตอนและอเลกตรอน ทอยรอบนวเคลยส โดยโฟตอนทเขามาชนจะถายเทพลงงานทงหมดใหอเลกตรอนใน แลวถายเทพลงงานท งหมดใหอเลกตรอน อเลกตรอนดงกลาวจะถกผลกออกจากอะตอมดวย พลงงาน จลน (Kinetic energy, Ek) ดงสมการท 1

k bE = E - E (1) เมอ Eϒ = พลงงานทงหมดของโฟตอน Eb = พลงงานยดเหนยว (Binding energy) ของอเลกตรอน คอ พลงงานทใชในการท าใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอม มคาเทากบพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนในวงโคจรนน และเรยกอเลกตรอนทวงออกมาวาโฟโตอเลกตรอน (Photoelectron) สวนใหญเปนอเลกตรอนใน ในชน K (K-shell) ขณะเดยวกนจะมอเลกตรอนจากวงโคจรถดไปวงเขามาแทนท โดยถายเทพลงงานสวนเกนออกไป โดยพลงงานบางสวนจะถายเทออกไปในรปของรงส

16

ลกษณะเฉพาะ และบางสวนจะถายเทใหแก อเลกตรอนอนในอะตอมและท าใหอเลกตรอนหลดออกมาเรยกวา ออเจอรอเลกตรอน (Auger electron) ดงรปท 2.4

รปท 2.4 แสดงการเกดโฟโตอเลกทรก [21]

2.4.2 การกระเจงแบบคอมปตน (Compton scattering) อนตรกรยาเกดขนเมอรงสโฟตอนวงชนอเลกตรอนท อยในวงโคจรวงนอก ซงเปนอเลกตรอนทจบตวกนอยางหลวมๆ (Free electron) แลวถายเทพลงงานสวนหนงใหกบอเลกตรอนและอเลกตรอนจะถกผลกใหเบนออกไปท ามมกบแนวโฟตอนเดมเรยกอเลกตรอนนคอมปตน (Compton electron) สวนโฟตอนดงกลาวจะเบนออกไปท ามมกบแนวเดมเรยกวาโฟตอนกระเจง (Scatted photon) ดงสมการท 2 Ee = Eϒ –E'ϒ -Eb (2)

เมอ Ee = พลงงานจลนของอเลกตรอน Eϒ = พลงงานทงหมดของโฟตอน E'ϒ = พลงงานของโฟตอนทกระเจง Eb = พลงงานทท าใหอเลกตรอนหลดออกจากอะตอม

(พลงงานยดเหนยวของอเลกตรอน) ซงโอกาสของการเกดปฏกรยานจะลดลงอยางสม าเสมอถาพลงงานเพมขน นนคอโฟตอนทมพลงงานมากจะมโอกาสกระเจงไดนอยกวาโฟตอนทมพลงงานนอย ดงรปท 2.5

Nucleus

17

รปท 2.5 แสดงการกระเจงแบบคอมปตน [21]

2.4.3 กระบวนการเกดแพรโพดกชน (Pair production) กระบวนการนเกดขนเมอโฟตอน วงเขาใกลนวเคลยสแลวถกดดกลนเขาไปในสนามนวเคลยสของตวกลาง และจะเกดอเลกตรอนขนคหนงไดแก เนกะตรอน (Negatron) และโพสตรอน (Positron) ระดบพลงงานทจะท าใหเกดอนตรกรยาเชนนตองมพลงงานเปนสองเทาของมวลอเลกตรอนขณะหยดนง (Electron rest mass) คอ 1.02 เมกะอเลกตรอนโวลต (MeV) สวนพลงงานทเหลอจะเปนพลงงานจลน ของอเลกตรอนทงสอง โพสตรอน (Positron) ทเกดขนจะมการถายเทและลดพลงงานลง แลวเขารวมตวกบอเลกตรอนเกดเปนแอนน-ฮเลชนโฟตอน (Annihilation photon) ซงจะมพลงงานประมาณ 0.51 MeV และจะวงออกไปในทศทางทตรงกนขามกน ดงรปท 2.6

รปท 2.6 แสดงการเกดแพรโพดกชน [21]

Nucleus

Nucleus

18

2.5 ผลของรงสตอรำงกำยมนษย [22] 1. ระดบโมเลกล เปนระดบทเกดความเสยหายกบชวโมเลกลใหญในเซลล เชน โปรตน

ไขมน ดเอนเอ และอารเอนเอ ซงอนตรายในระดบนจะมผลตอกระบวนการเผาผลาญ (Metabolic pathway)

2. ระดบองคประกอบของเซลล (Sub cellular) เปนระดบทเกดความเสยหายกบสวนประกอบทอยในเซลล เชน เยอหมเซลล นวเคลยส โครโมโซม ไมโตคอนเดรยและไลโซโซม

3. ระดบเซลล (Cellular) เปนระดบทหยดย งการแบงตวของเซลล ท าใหเซลลมการแบงตวทผดปกตหรอเปลยนไปอยในสภาพทเกดความเสยหายอยางรายแรง อนจะเปนสาเหตน าไปสกระบวนการตายเกดขน

4. ระดบเนอเยอและอวยวะในระดบนอาจเกดความเสยหายหรออาการบาดเจบกบระบบประสาท ระบบทางเดนอาหาร จนถงแกความตายได หรอผลของรงสในระยะยาวอาจเปนสาเหตทท าใหเกดมะเรงตามมา

5. ระดบรางกาย (Whole animal) อาจท าใหอายสนหรอตายกอนเวลา 6. ระดบกลมประชากร (Population of animal) ผลรงสในระยะยาวอาจท าใหเกดการ

เปลยนแปลงของยน และโครโมโซม ซงเปนสาเหตท าใหเกดการกลายพนธได

ตำรำงท 2.1 แสดงคาขดจ ากดของปรมาณรงส ตามหลก ICRP No.103 [4]

รางกาย / อวยวะทไดรบรงส ส าหรบผปฏบตงาน ส าหรบบคคลทวไป รางกาย 20 mSv ตอ ป 1 mSv ตอ ป

Equivalent dose : - ทเลนสตา, อวยวะสบพนธ,

ไขกระดก - ทผวหนง, ทมอและเทา

150 mSv ตอ ป

500 mSv ตอ ป

15 mSv ตอ ป

50 mSv ตอ ป

รงสทมผลตอมนษยเมอไดรบรงสทงตว แสดง ดงตารางท 4

19

ตำรำงท 2.2 ผลของรงสตอมนษยเมอไดรบรงสทงตว [22]

ปรมาณรงส (Gy) อาการและการเปลยนแปลงทตรวจพบ < 0.10 ไมพบการเปลยนแปลง 0.10-0.20 พบความผดปกตของโครโมโซมเพมมากขนแตไมพบอาการหรอ

อาการแสดงทางคลนก > 0.12 ตรวจพบจ านวนสเปรมลดนอยลงและพบปรมาณนอยทสด

ประมาณวนท 45 หลงไดรบรงส 0.50 ตรวจพบจ านวนเมดเลอดขาวชนดลมโฟไซตลดนอยลงซงเปนผล

เนองจากมการกดการท างานของไขกระดก 1.00 (threshold) อาจมอาการคลนไสอาเจยน 1.50 (threshold) อาจเกดการตาย 3.20-3.60 (LD 50/60) ตองไดรบการดแลอยางระมดระวง (Support care) 4.80-5.40 (LD 50/60) ตองไดรบการรกษาพยาบาล (medical treatment) > 5.40 (LD 50/60) ควรไดรบการเปลยนถายไขกระดก (bone marrow transplant)

2.6 หลกกำร ALARA [4,5] ในป 1954 สภาแหงชาตในการปองกนอนตรายรงส (National Council on Radiation Protection; NCRP) ไดเสนอแนะหลกปฏบตงานส าหรบผเกยวของตางๆ ใหไดรบรงสใหนอยทสด และเกดประโยชน สงสด (As Low As Reasonably Achievable; ALARA) โดยใชรงสนอยทสดใหแก ตวผปวย และผทเกยวของ โดยมการจ ากดปรมาณรงสทรางกายของผปฏบตงานหรอบคคลทวไปไดรบ ดงน

1. การจ ากดปรมาณรงสทไดรบโดยใชหลกการของเวลา (Timing) ปรมาณรงสทผปฏบตงาน ไดรบจะขนอยกบระยะเวลาทปฏบตงานในบรเวณนนโดยตรง ดงนนผปฏบตงานควรใชเวลาใน การปฏบตงานกบรงสใหสนทสด ซงสามารถค านวณไดจากสมการท 3

D = R x T (3) เมอ D = อตราการได รบรงสสงสดทสามารถปฏบตงานได (Total Exposure) R = ปรมาณรงส (Exposure rate) T = เวลาทอนญาตใหท างานได (Time)

20

2. การจ ากดปรมาณรงสทไดรบโดยใชหลกการของระยะทาง (Distance) ระยะทางเปนปจจยทส าคญมากในการก าหนดปรมาณรงสทรางกายของผปฏบตงานไดรบนกรงสเทคนคจะสามารถลดปรมาณรงสทตนเองไดรบลงได โดยยนอยหางจากตนก าเนดรงสใหมากขน กฎก าลงสองผกผน (Invert square law) เปนกฎทใชอธบายความสมพนธระหวางระยะทางและความเขม (ปรมาณ) ของรงสทไดเปนอยางด กฎนตงอยบนพนฐานทวา “ความเขมของรงสจะแปรผกผนกบระยะทางยกก าลงสอง” สามารถค านวณไดจากสมการท 4

2

kI =

d (4)

เมอ I = ปรมาณรงส d = ระยะหางจากตนก าเนดรงส k = คาคงทซงจะเปลยนไปตามชนดของตนก าเนดรงส

3. การจ ากดปรมาณรงสทไดรบโดยใชอปกรณปองกนรงสวตถก าบง (Shielding) เปนสงทใชในการดดกลนปรมาณรงสจากแหลงก าเนดรงสเพอปองกนหรอลดปรมาณรงสใหมากทสดเทาทจะเปนไปได สวนวตถและความหนาของวตถทจะน ามาใชก าบงรงส ขนอยกบชนดและพลงงานของรงส สามารถค านวณได จากสมการท 5

I1D12 = I2D2

2 (5) เมอ I1 = ปรมาณรงส เมอหางจากตนก าเนดเปนระยะทาง D1 I2 = ปรมาณรงส เมอหางจากตนก าเนดเปนระยะทาง D2 D1 = ระยะหางจากตนก าเนดรงสปรมาณรงส I1 D2 = ระยะหางจากตนก าเนดรงสปรมาณรงส I2 วตถประสงคของการปองกนอนตรายจากรงส ม 2 ขอดงน

1. เพอปองกนผลทางชววทยาแบบเฉยบพลน (Deterministic) เพอปองกนไมไดรบปรมาณรงสเกดจดสงสดของการเกดผล ซงเปนผลของรงสแบบเฉยบพลน คอ การไดรบรงสปรมาณสงกวา 1 Sv ในครงเดยว ขนาดความรนแรงของผลทเกดขนจะเพมขนตามขนาดของปรมาณรงสทไดรบ

2. เพอก าจดความเสยงของการเกดผลทางชววทยาแบบระยะยาว (Stochastic) จ ากดความเสยงของผลทางชววทยาใหเกดขนนอยทสด ซงผลทางชววทยาแบบระยะยาว คอ ผลกระทบจากการไดรบปรมาณรงสต าตอเนอง (1 Sv หรอไมเกน 15 Sv) ผลกระทบแบบนเกดขนตามโอกาสหรอความเสยงตอรงสมากกวาระดบปรมาณรงสทไดรบ โดยจากขอมลองคการสากลในการปองกน

21

อนตรายจากรงส (International Commission on Radiological Protection; ICRP) ไดก าหนดขดจ ากดปรมาณรงส (Dose limits) ในป 1990 (ICRP publication 60) ส าหรบผท างานดานรงสและบคคลทวไปเพอใหเกดความปลอดภยจากการใชประโยชนจากรงสในดานตางๆ

2.7 ปรมำณรงสสงสดทอนญำตใหผปฏบตงำนทำงรงสและสำธำรณชนรบได ใน 1 ป

สภาแหงชาตในการปองกนอนตรายรงส ไดใหหลก NCRP Report No 116 [27] โดยก าหนดปรมาณรงสเทยบเทา (Effective Dose Equivalent; EDE) ตอปโดยคดรวมจากทกอวยวะทผปฏบตงานทางรงสสามารถรบไดไมใหเกน 20 mSv (2 rem) และไมอนญาตใหผปฏบตงานทางรงสทมอายต ากวา 18 ปท างานได ยกเวนเขาขายนสตนกศกษาฝกงานทางดานรงส สวนสาธารณชน (Annual EDE) ไมเกน 1 mSv (0.1 rem) ตอป ส าหรบผปฏบตงานทางดานรงสทตงครรภอนญาตให EDE ตอเดอนไมเกน 0.5 mSv (0.05 rem) ในระหวางตงครรภทงนเพอลดปรมาณรงสตอทารกในครรภใหอยในระดบต าทสดและปรมาณรงสรวมทงหมดในชวงตงครรภตองไมเกน 5 mSv (0.5 rem) สามารถวดปรมาณรงส ดงน

1. ปรมาณรงสทท าใหอากาศแตกตว (Exposure; Exp) คอ ปรมาณรงสทแสดงถงความมากนอยของรงส ณ ต าแหนงตางๆ โดยวดความสามารถของล ารงสทท าใหอากาศแตกตว ไดดงสมการท 6

Q

ExpM

(6) เมอ Exp = ปรมาณรงสทท าใหอากาศแตกตว (Exposure) Q = จ านวนประจ (Charge)

M = มวล (Mass) หนวยการวด Exposure ของรงสมหนวยเปน Roentgen (R) ในระบบ SI (SI Unit) คา Exposure มหนวยเปน C/kg โดยท 1 R มคาเทากบ 2.58 10-4 C/ kg สามารถ วดปรมาณรงสไดโดยน าหววดรงสไปวางตรงต าแหนงทมล ารงสผาน

2. ปรมาณรงสดดกลน (Absorbed dose) คอ ปรมาณรงสทแสดงถงพลงงานทดดกลนในตวกลางทรงสผาน เปนจ านวนพลงงานของรงสทถายทอดแกวตถตอหนงหนวยมวลของวตถ ณ ต าแหนงนน เมอรงสผานตวกลาง จะมรงสบางสวนทะลผานออกไปและบางสวนถกดดกลนไวในตวกลาง รงสททะลผานออกจากตวกลางจะมปรมาณลดลงจากปรมาณรงสเรมตน โดยพลงงานสวนทหายไปหรอลดลง คอ พลงงานสวนทรงสถายทอดใหกบตวกลาง หรอ ตวกลางดดกลนไว มหนวยเปน

22

rad มคาเทากบ 100 erg/g ในระบบ SI การดดกลนรงสในตวกลางมหนวยเปน Gray(Gy) โดยท 1 Gy มคาเทากบ 1 J/kg หรอ 100 rad

3. ปรมาณรงสสมมล (Equivalent dose) คอ ปรมาณรงสทกอใหเกดผลทางชววทยาตออวยวะ เนองจากรงสแตละชนดใหผลทางชววทยาตอเนอเยอของสงมชวตแตกตางกน แมจะไดรบปรมาณรงสดดกลนเทากนจงไดมการก าหนดปรมาณรงสสมมลขนมา เพอประโยชนในงานดานการปองกนอนตรายจากรงสมหนวยเปน rem (roentgen-equivalent man) ในระบบ SI มหนวยเปน Sievert (Sv) โดย 1 Sv มคาเทากบ 100 rem

2.8 อนตรกรยำของรงสเมอเคลอนทผำนวตถก ำบงรงส ซงในการเลอกวตถทจะน ามาใชในการก าบงรงสนน จะตองพจารณาคณสมบตดงตอไปน 2.8.1 คาสมประสทธการลดทอนเชงเสน (Linear attenuation coefficient :µ) [22, 25] ถาโฟตอนถกดดกลน หรอเกดรงสกระเจงท าใหปรมาณรงสทตยภมนอยกวารงสปฐมภม เรยก ปรากฏการณนวาการลดทอนรงส (Attenuation) เมอความหนาของตวกลางมากขน ท าใหรงสทตยภมลดลงมาก เนองจากมระยะทางใหเกดการดดกลนรงสโฟตอนหรอเกดรงสกระเจง ซงอธบายปรากฏการณนไดโดยสมการของ (Lambert–Beer law) ดงสมการท 7 - x

0I = I e (7) เมอ I = จ านวนรงสโฟตอนทเคลอนทออกจากตวกลาง I0 = จ านวนรงสโฟตอนกอนทจะเคลอนทผานตวกลาง x = ความหนาของตวกลางทรงสโฟตอนเคลอนทผาน µ = คาสมประสทธการลดทอนเชงเสน (linear attenuation coefficient) เมอรงสโฟตอนเคลอนทผานตวกลาง (cm-1)

2.8.2 คาสมประสทธการลดทอนเชงมวล (Mass attenuation coefficient: ) [22, 25] เมอรงสโฟตอน เดนทางผานตวกลางโอกาสในการเกดปฏกรยาของรงสโฟตอนกบตวกลางขนกบจ านวนอะตอมตอปรมาตรซงคาน ขนกบความหนาแนนของตวกลาง ( ) ซงจะเปนตวท าใหคาสมประสทธการลดทอนเชงเสนของตวกลางชนดเดยวกนแตมลกษณะทางกายภาพตางกน ซงอธบายปรากฏการณนไดโดยสมการ ดงสมการท 8

23

m

μμ =

ρ (8)

2.9 วตถประสงคของกำรปองกนอนตรำยจำกรงส [26, 27] การปองกนอนตรายจากรงสในการปฏบตงานทางรงสมจดมงหมายในการปองกนผลกระทบของรงสตอสขภาพของรางกายผปฏบตงานทงผลกระทบในระยะสน (Short term effect) และผลกระทบในระยะยาว (Long term effect) ผลกระทบตอสขภาพของผทไดรบรงสทเกดขนในระยะเวลาส นๆหลงจากไดรบรงสไปแลวเกดจากการทบคคลนน ไดรบรงสปรมาณสงมากในระยะเวลาสนมากหรอทเรยกวาแบบเฉยบพลน (Acute Dose) ท าใหรางกายเกดอาการบาดเจบและเจบปวดขนมาหลงจาก ไดรบรงสไปแลวในระยะเวลาไมนานนก ผลกระทบตอสขภาพของผทไดรบรงสในระยะยาวหลงจากไดรบรงสไปแลว เกดจากบคคลนนไดรบรงสในปรมาณทไมจ ากดวาจะมากหรอนอย แตผลกระทบของรงสทเกดขนจะแอบแฝงในรางกาย (Latent Effect) ไมแสดงอาการผดปกตออกมาทนท แตจะแสดงผลออกมาใหเหนหลงจาก ผานไปแลวเปนระยะเวลานานเปนป หรอ อาจสงผลใหเกดการเปลยนแปลงทางดานพนธกรรมถายทอด ไปยงรนลกหลานตอไป 2.10 อปกรณในกำรก ำบงรงส กรณทไมสามารถหลกเลยงได จงมความจ าเปนจะตองมการปองกนอนตรายจากรงสโดยใชอปกรณทชวยในการลดทอนปรมาณรงสควรวางอยระหวางแหลงก าเนดรงสกบตวผปฏบตงาน ซงการเลอกใชอปกรณในการปองกนอนตรายจากรงส ควรค านงถง ความแรงของตนก าเนดรงส ชนดและพลงงานของรงส [22, 23] ซงสามารถแบงอปกรณทใชในการปองกนอนตรายจากรงส ไดดงน

1. อปกรณปองกนจากรงสทอวยวะสบพนธ (Gonads shielding) เปนอปกรณทใชกนรงส ชนดปฐมภม ทบรเวณอวยวะสบพนธ

2. อปกรณปองกนรงสส าหรบผปฏบตงานทางดานรงส (Personnel shielding) เปนอปกรณทใชกนรงสชนดทตยภม (Secondary radiation) เชน ถงมอตะกว แวนตาตะกว เสอตะกว และอปกรณปองกนรงสทคอ เปนตน

เมอ µm = คาสมประสทธการลดทอนเชงมวล (cm2 /g) µ = คาสมประสทธการลดทอนเชงเสน (cm-1) = ความหนาแนนของตวกลาง (g/cm3)

24

3. ผนงหองปฏบตงานทางดานรงส (Room shielding) จะเปนผนงหรอกระจกชนด โปรงแสง

4. อปกรณปองกนอนตรายจากรงสทหลอดเอกซเรย (X-ray tube shielding) ซงจะเปนตวปองกนการรวไหลของรงสทตวหลอดเอกซเรยซงจะสามารถกนรงสไดทงตวคนผปวยและผปฏบตงานได

2.11 หลกกำรในเลอกใชวตถในกำรก ำบงรงส [1] การเลอกใชชนดของวตถในการก าบงรงส ควรเลอกใหเหมาะสมกบ

1. ความแรงรงสของตนก าเนดรงส 2. คาทยอมรบไดหลงจากผานเครองก าบงรงส เชน คาทยอมใหผปฏบตงานรบไดใน

ระหวางปฏบตงาน 3. ระยะเวลาทปฏบตงานของผปฎบตทางดานรงส (Time of occupancy factor: T) 4. ชนดของรงส / พลงงานของรงส เชน รงสแกมมา รงสบตาพลงงานสง รงสบตา

พลงงานต ารงสแอลฟา 5. ระยะระหวางตนก าเนดรงสหรอ ระยะระหวางหลอดเอกซเรยกบอปกรณก าบงรงส

ส าหรบวตถทจะน ามาใชท าเครองก าบงรงสแตละชนดนนขนอยกบสมบตเฉพาะตวของรงสดวย เชน

1. รงสบตา สามารถใชแผนพลาสตก แผนกระดาษแขง เปนฉากก าบงรงส 2. รงสเอกซและแกมมา ตองใชวตถทมความหนาแนนสง เชน ตะกว เหลก

คอนกรตหนา 3. รงสนวตรอน ตองอาศยวตถทมไฮโดรเจนสง สวนรงสนวตรอนทมพลงงาน

ต า (Thermal neutron) กอาจจะใชวตถทมคาการดดกลนนวตรอนสง (High neutron cross section) มาชวยจบไว

ตำรำงท 2.3 ชนดของเครองก าบงรงสแบงตามชนดของรงส [1]

ชนดของรงส ชนดของอปกรณก ำบงรงส แอลฟา ไมจ าเปน บตาพลงงานต า ไมจ าเปน บตาพลงงานสง แผนพลาสตก เอกซเรยและแกมมา คอนตรต / เหลก/ ตะกว/ กระจก นวตรอน คอนกรต / น า / polythene / พาราฟน

25

2.12 คำควำมหนำครงคำ (HVL) [22, 26, 27] คา Half Value Layer (HVL) คอคาความหนาครงคา จะหมายถงคาความหนาของโลหะทน ามาบงรงสเอกซแลวท าใหความเขมรงสลดลงเหลอครงเดยวจากเดม สามารถหาไดจากสมการท 9

0.693HVL =

μ (9)

เมอ HVL = คาความหนาครงคา Half Value layer (mm.) µ = คาสมประสทธการลดทอนเชงเสน (cm-1) ซงสามารถแสดงคาความหนาครงคาของตะกวส าหรบใชในการกนรงสทระดบพลงงานตางๆ ไดดงตารางท 2.4 ตำรำงท 2.4 คาความหนาครงคาของตะกวส าหรบใชในการกนรงสทระดบพลงงานตางๆ[28]

คาความหนาครงคา HVL (mm.) ระดบพลงงาน (kVp) 0.06 50 0.17 70 0.27 100 0.28 125

2.13 กำรใชอปกรณก ำบงรงส [1] อปกรณก าบงรงสเปนสงจ าเปนมากในเรองการปองกนอนตรายจากรงสเพอชวยในการลดทอนรงส ดงเชนหองเอกซเรยควรทจะมฉากก าบงรงสไวส าหรบเจาหนาท และผนงหองเอกซเรย ควรมความหนาเพยงพอทจะสามารถปองกนรงสได และในขณะปฏบตงาน ควรสวมอปกรณก าบงรงสสวนบคคล เชน อปกรณก าบงรงสของตอมไทรอยด, แวนตาตะกว, เสอตะกว, ถงมอตะกว, กระจกกนรงส, ฉากตะกว, ผนงทท าดวยตะกวหรอเทยบเทา เปนตน เพอลดปรมาณรงสใหนอยลง วตถทสามารถใชก าบงรงส ไดแก

1. ตะกว (Lead; Pb) มลกษณะเปนแผน มความหนาประมาณ 1-10 มลลเมตร ขนอยกบการใชงานในแตละประเภท

2. คอนกรต (Concrete) โดยทวไปทใชเปนฉากก าบงรงส จะตองมความหนาประมาณ2.35 กรม/ ลกบาศกเซนตเมตร (g/cm3)

26

3. แผนแกวธรรมดา จะใชส าหรบกนรงสพลงงานต า ควรมความหนาแนนประมาณ 2.5 - 2.7 กรม/ ลกบาศกเซนตเมตร (g/cm3)

4. แผนแกวผสมตะกว เพอใหมความหนาแนนสง จะใชส าหรบกนรงสทมพลงงานสง ควรมความหนาแนนประมาณ 3.5 - 6.2 กรม/ ลกบาศกเซนตเมตร (g/cm3)

2.14 โครงสรำงของวตถ [29] โครงสรางของวตถจะแบงออกไดเปน 2 โครงสราง ดงน

1. โครงสรางแบบผลก (Framework Structure) โครงสรางภายในจะจดเรยงตวกนอยางเปนระเบยบ ท าใหผลกมรปทรงเรขาคณตทแนนอน มสมบต เชน จดหลอมเหลวคงตวและแนนอน เชน เพชร ควอตซ โทแพซ ทวรมาลน ดงรปท 2.7 (ขวา)

2. โครงสรางแบบอสณฐาน (Amorphous Structure) มการจดเรยงตวของอนภาคอยางไมเปนระเบยบ แรงดงดดระหวางอะตอมในสวนตางๆแตกตางกน เชน แกว พลาสตก และเรซน ดงรปท 2.7 (ซาย)

ก.)

รปท 2.7 โครงสรางผลกแบบผลก (Framework structure) และโครงสรางแบบสม

(Random structure)

2.15 กระบวนกำรผลตแกว [29] แกวเปนวตถทไมมผลก ดงนนการแขงตวของแกวจงแตกตางจากการแขงตวของวตถทมผลกอยางเชน โลหะ ดงรปท 2.8 แสดงความสมพนธระหวางอณหภมและปรมาตรจ าเพาะของวตถทมโครงสรางผลกและแกวทไมมโครงสรางผลก การแขงตวของวตถทมโครงสรางผลก เชน โลหะบรสทธจะเกดขนทจดหลอมเหลวและเกดผลกขนในโครงสรางท าใหปรมาตรลดลงอยางรวดเรว

27

โดยอณหภมคงท แตส าหรบแกวแลว เมอเกดการลดลงของอณหภมและเกดการแขงตวปรมาตรจะคอยๆลดลง โดยความชนมากหรอนอยขนกบอตราการเยนตวชาหรอเรว ขณะแขงตว ของแขงจะมความหนดมากขน จดทเสนกราฟเรมเปลยนความชนเรยกวา อณหภมเปลยนแปลงสภาพของแกว หรอ อณหภมของกลาส ทรานซชน (Glass Transition Temperature; Tg)

รปท 2.8 แสดงการแขงตวของแกวหรอโครงสรางวตถทไมมผลก และวตถทมผลก [29]

2.16 องคประกอบทำงเคมของแกว [7, 29, 30] องคประกอบทางเคมของแกวซงจะมผลตอคณสมบตของแกว ดงตอไปน

1. ซลกอนไดออกไซด (Silicon dioxide; SiO2) จดหลอมเหลวอยท 1600-1725 oC แกวทมปรมาณของ SiO2 สง จะท าใหแกวนนมโครงสรางทแขงแรง ทนตอความรอนและสารเคม แตท าการผลตไดยากเนองจากตองใชการหลอมเหลวทอณหภมสงขน และขนรปไดยาก เนองจากมความหนดสง

2. โซเดยมออกไซด (Sodium oxide; Na2O) จดหลอมเหลวอยท 1132 oC แกวทมปรมาณ Na2O สงจะหลอมเหลวทอณหภมต าเปราะแตกงาย และไมทนตอสารเคม ถามปรมาณ Na2O สงมากๆ จะสามารถละลายน าได

3. โปรแตสเซยมออกไซด (Potassium oxide; K2O) ชวยใหการตกผลกเปนไปอยางชาๆ ท าใหการเรยงตวของผลกออกมาสวยงาม

4. แคลเซยมออกไซด, แมกนเซยมออกไซด (Calcium oxide; CaO, Magnesium oxide; MgO) จดหลอมเหลวอยท 2572 oCจะชวยในการขนรป ท าใหแกวคงตว (set) เรวขนเมอเยนลง

ปรมาตรจ าเพาะ

Tg (เยนเรว) Tg

ชวงกลาสแทรนซชน

แกวเยนตวเรว

แกวเยนตวชา

เปนผลก จดหลอมเหลว

28

และเพมความทนตอสารเคม แกวทมปรมาณ MgO มากกวา CaO จะท าใหการตกผลกเปนไปอยางชาๆ ท าใหการเรยงตวของผลกออกมาสวยงาม

5. อะลมเนยมออกไซด (Aluminum oxide; Al2O3) จดหลอมเหลวอยท 2072 oCแกวทมปรมาณ Al2O3 สง จะท าใหแกวนนมความทนทานตอการสกกรอนและสารเคมไดดขน

6. โบรอนไตรออกไซด (Boron trioxide; B2O3) จดหลอมเหลวอยท 450 oC แกวทมสารประกอบพวก Boron เปนองคประกอบ (Borosilicate) จะมความคงทนตอกรด- ดาง และทนตอความรอน เนองจากจะท าใหสมประสทธการขยายตวเนองจากความรอนลดลงแกวประเภทนเปนแกวทใชในอปกรณวทยาศาสตรและเปนแกวประเภทท สามารถใชในเตาไมโครเวฟได

7. เหลกออกไซด (Iron oxide; Fe2O3) ชวยประหยดเชอเพลงในขณะหลอม แตจะท าใหเนอกระจกใส มสคอนไปทางเขยว

8. แบเรยมออกไซด (Barium oxide; BaO) จดหลอมเหลวอยท 1923 oC จะชวยในการขนรป ท าใหแกวคงตว (set) เรวขนเมอเยนลง และเพมความทนตอสารเคม และมคณสมบตชวยในการก าบงรงส [13]

9. ตะกว (Lead oxide; PbO) จดหลอมเหลวอยท 888oC แกวทมตะกวเปนองคประกอบ (Lead glass) เนอแกวใสวาวเนองจากมคาดชนหกเหสงมความออน (Soft) ไมแขงกระดาง งายตอการเจยระไน เวลาเคาะมเสยงกงวาน และมคณสมบตชวยในการกนรงส

10. บสมทออกไซด (Bismuth oxide ; Bi2O3) จดหลอมเหลวอยท 817 oC มคณสมบตชวยในการกนรงส และใชแทนตะกวเนองจากความเปนพษต ากวา [13]

2.17 คณสมบตของแกว [29, 30] 2.17.1 คณสมบตทางกล

1. ความยดหยน (Elasticity) แกวเปน elastic material ทสมบรณแบบ คอมนจะไมเปลยนรปรางอยางถาวรแตมนมความเปราะซงหมายถงมนจะแตกเมอไดรบความเคน (stress) เพมขน

1.1 มอดลสของยง (Young's modulus; E) เปนคาทแสดงถงแรงดงตามทฤษฎทใชในการท าใหแกว ยดออกใหยาวขนเทากบความยาวเดมของมน หนวยของมนจะมคาเปนแรงตอพนท ส าหรบแกวตามมาตรฐานยโรปจะมคา E= 7×1010 Pa=70GPa

29

1.2 อตราสวนปวซอง (Poisson's ratio) เมอวตถถกดงดวยแรง ขนาดตามขวางของมนจะลดลง คา m คอความสมพนธระหวางหนวยทลดลงตามทศทางทตงฉากกบแรง กบหนวยของความเครยด (Strain) ตามทศทางของแรง ส าหรบแกวในงานกอสรางคา m=0.22

2. แรงอด (Compressive strength) แกวมคา ความทนแรงอด (Compressive strength) สงมาก คอ 1000N/mm2 หรอ 1000MPa นนหมายถงในการท าใหแกวขนาด 1 cm3 แตกละเอยดลงไดตองใหน าหนกถง 10 ตน

3. ความตานทานตอแรงดง (Tensile strength) แกวตามปกตจะม ความตานแรงดง (Tensile strength) ประมาณ 40 เมกะปาสกาล (MPa หรอ N/mm2) และอาจท าใหเพมสงขนถง 120-200 MPa เมอผานกระบวนการเพมความแขงแรงตางๆ

2.17.2 คณสมบตทางความรอน 1. คาการขยายตวเชงเสน (Linear expansion) จะแสดงดวยคาสมประสทธซงวดจากการ

ยดออกตอหนวยความยาวเมอมการเปลยนอณหภมทก 1oC โดยทวไปคานจะวดทอณหภมในชวงคาสมประสทธของ Linear expansion ของแกวคอ 9 ×10-6 oC-1

2. ความเคนเนองจากอณหภม (Thermal stress) เนองจากแกวมการน าความรอน ทต า การท าใหแผนแกวรอนหรอเยนเฉพาะทจะท าใหเกดความเคนทท าใหแผนแกวแตกไดเชนกระจกทใสกรอบและทงไวในทม แสงแดดจด อณหภมของขอบกระจกทอยในกรอบจะเพมขนชากวาสวนอน จงเปนเรองจ าเปนในการค านงถงคณสมบตขอนในการใชงานกระจก การอบชบทางความรอน (Heat treatment) จะท าใหแกวทนความตางของอณหภมไดประมาณ 150-200oC

2.17.3 คณสมบตทางแสง 1. คณลกษณะการวดสเปกตรมแสง (Spectrophotometer characteristics)

1.1 รงส (Radiation) เมอรงสหรอแสง (Solar) ตกกระทบแกวจะมสวนหนงทสะทอนกลบ (Reflection) สวนหนงถกดดกลน (Absorbed) และสองผานไป (Transmission) อตราสวนระหวางความเขมของแสงเหลานกบแสงเรมตน จะบงบอกถงสมบตของแกว 3 ตว คอ ความสะทอน (Reflectance),ความดดกลน(Absorptance) และ ความสงผาน (Transmittance) ซงเมอพลอตสมบตแตละชนดทความยาวคลนตางๆ กน กจะไดกราฟในลกษณะของสเปคตรมของแกว ซงปจจยทมผลกระทบตออตราสวนเหลานไดแก สของแกว ความหนา และสารเคลอบในกรณทแกวนนมการเคลอบดวย

30

1.2 คาตวประกอบรงสอาทตย (Solar factor ; ST) ของแกว คอ เปอรเซนตของพลงงานความรอนรวมทเกดจากแสงทผานเขามาในหองทางแกว หรอกระจกนนคาพลงงานรวมไดจากแสงทผานเขามาโดยตรงกบพลงงานสวนทแกวดดกลนไวและสงผานออกมาดานในของหอง

1.3 การสงผานและการสะทอนกลบของแสง คอ อตราสวนของแสงในชวงคลนทตามองเหน ทสองผานและสะทอนกลบกบแสงเรมตนส าหรบกระจกทหนามากหรอมการเคลอบ ถงแมจะไมมสแตอาจท าใหแสงทสองผานมามสฟาหรอสเขยวได

2. แสงสวางจากธรรมชาต (Natural light, Daylight factor) ส าหรบกระจกหนงๆ แสงสวาง ในเวลากลางวน คอ อตราสวนของแสงภายใน ณ จดหนง เทยบกบแสงภายนอก วดในแนวระนาบจะมคาคงทไมขนกบชวงเวลาในแตละวน

2.17.4 คณสมบตทางเคม เมอเทยบกบวตถประเภทอนๆ เชน โลหะ และโพลเมอร แกวนบวามความทนทานตอสารเคมมากกวาจงนยมน ามาใชเปนภาชนะบรรจตางๆแตอยางไรกตามแกวกสามารถเกดปฏกรยาทางเคมไดซงในสภาพทเปนดางจะเกดปฏกรยาทตอเนองซงท าลายโครงสรางของแกวไดมากกวาสภาพทเปนกรด 2.18 ชนดของแกว [31, 32] แกว (Glass) เปนวตถโปรงใส เนอใสสะอาด มความเปนมนแวววาวสกใส แกวเปนสารประกอบของซลกากบสารโลหะออกไซดมลกษณะโปรงตาและมความเปราะในตวเอง โดย แกว คอ วตถทเปนสารอนนทรยตางๆ มาเผาใหถงจดละลายทอณหภมสง และเมอเวลาเยนตวลงมาจะกลายเปนของแขงโดยไมตกผลก ซงสามารถแบงประเภทของแกวได เปนชนดตางๆ ดงน

1. แกวโซดา-ไลม (Soda-lime glass) เปนแกวทท าจากวตถดบหลก 3 ชนด คอ ทราย โซดาแอช และหนปน สามารถหลอมทอณหภมปานกลาง ทอณหภมประมาณ 1300-1400 ๐Cสามารถขนรปไดงาย ลกษณะของแกว โซดา-ไลม นจะ มลกษณะเปนแกวใส และมความแขงแรงและทนทานตอการใชงานทวๆไป แตจะไมทนตอสภาพความเปนกรด-ดางไดดนก เมอโดนความรอนทอณหภมสงๆแกวจะเกดการแตกราว เนองจากมคาสมประสทธการขยายตวเมอเจอความรอนสงจะเปนแกวทมความแขงแรงปานกลางเมอเทยบกบแกวทวไป

31

2. แกวโอ-ปอล (Opal glass) เปนแกวทมลกษณะขนหรอทบ ซงเกดจากขบวนการ 2 ชนด คอการตกผลกของโอปอล (Crystalline opal) ชนดโซเดยมฟลออไรด (NaF) หรอแคลเซยมฟลออไรด (CaF2) และการแยกเฟสของแกวโอปอลออกเปนแกว 2 ชนด (Liquid-liquid opal) ขณะทแกว เยนตวในระหวางการผลต หรอจากการผานกระบวนการความรอนหลงการขนรป ขอดของแกวโอ-ปอล คอ อณหภมหลอมต า ขนรปไดงาย ขอเสยของ แกวโอ-ปอล คอ ไมทนตอการแตกเมอโดนความรอน มความตานทานตอกรด-ดาง และมความแขงแรงปานกลาง แกวโอ-ปอลมความขนหรอทบมากเทาใด จะยงไวตอการเกดปฏกรยาทางเคมมากขนเทานน

3. แกวลามเนต (Laminate glass) เปนผลตภณฑแกวในทองตลาดทมชอทางการคาวา คอเรลล(Corell) เปนแกวทมลกษณะขนหรอโปรงแสง เกดจากการพยายามพฒนา แกวโอ-ปอลใหมความแขงแรงมากขน ซงจะท าใหทนทานตอสารทมฤทธ เปนกรด-ดาง ท าใหประสทธภาพในการขยายตวเมอเจอความรอนกจะมากขน ในเมอมความแขงแรงจงสามารถผลตแกวลามเนต ทมความบางและเบา

4. กลาส – เซรามกส (Glass-ceramics) เปนแกวทผสมผสานแกวและผลกเซรามกสเขาดวยกน โดยการควบคมสวนผสมและกระบวนการตกผลกในแกว การผลตกลาส-เซรามกส นนใชวธหลอมและขนรปเชนเดยวกบการท าแกวทวๆไป แตตองเพมกระบวนการทางความรอนเพอใหเกดผลกทมขนาดเลก มการกระจายตวและมขนาดสม าเสมอและตองมปรมาณมากกวา 50% โดยปรมาตร (สวนนเปนขอแตกตางทส าคญทใชจ าแนก กลาส-เซรามกสจากแกวโอปอล) ซงแกวเซรามกสจะมความแขงแรงและทนทานตอสารเคมมาก อกทงยงมคาสมประสทธการ ขยายตวเมอโดนความรอนท าใหทนความรอนไดสง

5. แกวเทมเพอรดโซดา-ไลม (Tempered soda-lime glass) คอแกวโซดา-ไลม ทผานขบวนการผลตอกหนงขนตอน คอ วธเทมเพอร ซงท าใหผลตภณฑแขงแรงมากขน

6. แกวตะกว (Lead glass) หรอทรจกกนในชอแกวเจยรนย (lead crystal) ซงจะตองมตะกวออกไซด (PbO) อยในสวนผสมมากกวา 24% โดยน าหนก แกวตะกวจะมคาดชนหกเหของแสงในตะกวสงกวาแกวชนดอนมาก

7. แกวอลคาไลน-เอรทอะลมโนซลเกต (Alkaline-earth alumino silicate glass) มสวนผสมคลาย แกวโซดา-ไลม แตมออกไซดของกลมอลคาไลน-เอรท เชน แคลเซยมออกไซด (CaO) และแบเรยมออกไซด (BaO) อยในสวนผสม ท าใหคาดชนหกเหของแสงใกลเคยงกบแกว ตะกว แตผลตงายกวา และมความทนทานตอสารทมความเปนกรด-ดางมากกวาแกวตะกวเลกนอยมความทนทานตอการแตกเมอมการเปลยนแปลงอณหภมอยางฉบพลน

32

8. แกวไพเรกซ (Pyrex) หรอ แกวโบโรซลเกต (Borosilicate) เปนแกวทมการเตมบอรค-ออกไซด ลงไป ท าใหมคาสมประสทธการขยายตวเนองจากความรอนต า และทนตอการเปลยนแปลงความรอน แกวทไดสามารถน าไปใช ท าเครองแกววทยาศาสตรโดยใชท าอปกรณทส าหรบใชในหองปฏบตการ ท าภาชนะแกวส าหรบใชในเตาไมโครเวฟ เปนตน

2.19 หลกกำรท ำงำนของเครองวดกำรดดกลนแสง (UV-Visible Spectrophotometer) [33-35] การดดกลนแสง คอ พฤตกรรมทแสงตกกระทบวตถแลวถกวตถดดกลนหายเขาไปในตวกลางซงกฎการดดกลนแสงทใชในสเปกโตรสโคป จะใชกฎของแลมเบรต (Lambert’s law) และกฎของเบยร (Beer’s law) กฎของแลมเบรต (Lambert’s law) คอ เมอ มแสงเดยว (Monochromatic light) ซงคอแสงทมความยาวคลนเดยวผานตวกลางเนอเดยว สดสวนของเนอเขมของแสงทถกตวกลางนนดดกลนไวไมขนอยกบความเขมของแสงทกระทบตวกลางนน และความเขมของแสงจะถกแตละชนของตวกลางดดกลนไวในสดสวนทเทากนดงสมการท 10 A = bc (10) เมอ A = คาการดดกลนแสงของสาร (Absorbance) c = ความเขมขนเปน โมล/ลตร หรอโมลาร (M) b = ระยะทางทแสงผานตวอยาง (cm) กฎของเบยร (Beer’s Law) คอเมอแสงทมความยาวคลนเดยวผานตวกลางเนอเดยว สดสวนของความเขมของแสงทถกตวกลางนนดดกลนไวจะแปรโดยตรงกบปรมาณของตวกลางทดดกลนแสงนนสามารถเขยนไดดงสมการท 11

0

IT =

I (11)

เมอ T = แสงทสองผาน (Light transmission) I = ความเขมของแสงกอนสองผานตวกลาง

I0 = ความเขมของแสงหลงสองผานตวกลาง เมอเราวดการดดกลนแสงของสารละลาย ปรมาณความเขมของแสงทถกดดกลนจะขนอยกบทงความเขมขนของสารละลายและความหนาของสารละลายทล าแสงสองผาน จงจ าเปนตองรวมกฏของเบยรและกฏของแลมเบรต เรยกเปน กฏของเบยร-แลมเบรต (Beer-Lambert law) จงสามารถแสดงดงสมการท 12

33

0

IA = log = εbc

I (12)

0

I%T = × 100

I

%A = 100 - %T เมอ

2.19.1 เครองวดคาการดดกลนแสง เปนเครองมอทน าเทคนค UV-Vis spectroscopy ไปใชงาน เครองมอตวนท าหนาทในการตรวจวดความเขมแสงทผานหรอสะทอนจาก ตวอยางเปรยบเทยบกบความเขมแสงจากแหลงก าเนดเปนการวดพลงงานทดดกลนเขาไปเมออเลกตรอนถกเลอนไปอยในระดบชนพลงงานทสงขน (electronic transition) โดยปกตชวง UV จะมความยาวคลนประมาณ 10-380 nm แตการวเคราะหโดย UV Spectrum จะใชความยาวคลนในชวง 200-380 nm ซงเรยกวา "Near-Ultraviolet Region" ในชวงความยาวคลนต ากวา 200 nm อากาศจะดดกลนรงสในชวงน จงตองวด spectrum ภายใตสญญากาศ จงเรยกความยาวคลนของ UV ในชวงนวา "Vacuum-Ultraviolet Region" สวนความยาวคลนทเราสามารถมองเหนไดดวยตาเปลาหรอเรยกวา "Visible Region" จะเปน spectrum ของในชวงประมาณ 380-780 nm 2.19.2 ชนดของสเปคโตรโฟโตมเตอร สามารถแบงไดเปน 2 ชนด คอ

1. สเปคโตรโฟโตมเตอรแบบล ารงสเดยว (Single-Beam Spectrophotometer) หลกการคอเมอล ารงสออกจากแหลงก าเนดรงสแลวจะผานเลนสกระจกตางๆ ผานเขาส โมโนสเปคโตรโฟโตมเตอร แลวผานตวอยางทใชในการทดสอบ

A = คาการดดกลนแสงของสาร (absorbance) I = ความเขมของแสงกอนสองผานตวกลาง I0 = ความเขมของแสงหลงสองผานตวกลาง = เปนสมบตจ าเพาะของสารทดดกลนและวดทความยาวคาหนง

(Molarabsorptivity) (Lmol-1cm-1) c = ความเขมขนเปน โมล/ลตร หรอโมลาร (M) b = ระยะทางทแสงผานตวอยาง (cm) T = แสงทสองผาน (light transmission)

34

แลวจงเขาสอปกรณตรวจรบสญญาณ ซงตลอดเสนทางของล ารงสเปนแบบล ารงสเดยว จงเรยก สเปคโตรโฟโตมเตอรแบบล ารงสเดยว

2. สเปคโตรโฟโตมเตอรแบบล ารงสค (Double-Beam Spectrophotometer) หลกการคอ เมอล ารงสออกมาจากแหลงก าเนดจะผานโมโนโครเมเตอร 2 ครงดวยกนท าใหไดล ารงสความยาวคลนเดยวอยางมประสทธภาพและใหความละเอยดมากขนเมอเทยบกบแบบล ารงสเดยว เมอออกจาก exit slit แลว ล ารงสจะไปสอปกรณตดล ารงส (beam chopper) ซงในกรณนเปนแผนวงกลมซงครงหนงเปนโลหะและอกครงหนงเปนชองวางอปกรณนจะหมนอย ตลอดเวลา เมอล ารงสตกกระทบครงวงกลมทเปนโลหะ กจะสะทอนไปผานตวอยางทตองการตรวจ ในขณะตอมาล ารงสจะผานครงวงกลมทเปนชองวางและทะลไปผานตวอยางทตองการตรวจ ดวยวธน ล ารงสล าเดยวทผานโมโนโครเมเตอรจะถกอปกรณตดล ารงสแยกออกเปนล ารงสสองล าทมความเขมเทากนตลอดเวลา เมอล ารงสทงสองนไปตกกระทบ phototube ความแตกตางของความเขมจะกลายเปนสญญาณสงตอไปยงอปกรณบนทกสญญาณตอไป

2.19.3 องคประกอบทส าคญของเครองสเปคโตรโฟโตมเตอร (Spectrophotometer) 1. แหลงก าเนดรงส (Source): แหลงก าเนดรงสในสเปคโตรโฟโตรมเตอรทนยมใชกน

แพรหลายมดงน 1.1 หลอดไฮโดรเจนและหลอดดวทเรยมความดนต า เปนแหลงก าเนดรงส

ตอเนองทดทสดตงแตชวงความยาวคลนประมาณ 160-360 nm มทงประเภทใชศกดาไฟฟาสง (2,200-6,600 โวลต) และประเภทใชศกดาไฟฟาต า (ประมาณ 40 โวลต) หลอดชนดนใหรงสทมความเขมสงจนถงความยาวคลนประมาณ 360 nm หลงจากนนความเขมของรงสจะลดลงอยางรวดเรว

1.2 หลอดทงสเตน ประกอบดวยลวดทงสเตนอยในหลอดสญญากาศซงใหรงสทมความยาว คลนตงแตชวง UV ใกล ชวงแสงทแลเหนไดจนถงชวงอนฟราเรด (Infrared; IR)

2. โมโนโครเมเตอร (Monochromator) โมโนโครเมเตอรเปนชนสวนส าคญในการก าหนดคณภาพของสเปคโตรโฟโตมเตอร ท าหนาทแยกล ารงสทมความยาวคลนตอเนองออกเปนล ารงสความยาวคลนเดยว ในชวงแสงทแลเหนไดอาจใชปรซมแกว

35

สวนในชวง UV จ าเปนตองใชปรซมทท าดวย ควอตซส าหรบ สเปคโตรโฟ-โตมเตอร จะประกอบดวย

2.1 ชองทปลอยใหแสงเขา (entrance slit) เพอใหแสงทเขามาแรงพอทจะผานออกไปยงสารตวอยาง โดยตดตอพนททแสงผาน ดงนน ความกวางของสลทจงมความส าคญ

2.2 กระจกและเลนส (mirror and lens) เพอใชท าใหแสงเกดการสะทอนไปมาในเครองบางครงท าใหแสดงเกดการรวมกน ทงนเพอชวยลดขนาดของเครองสเปคโตรโฟโตมเตอรใหเลกลง และบางครงท าใหแสงกลายเปนล าแสงขนาน

2.3 สวนทใชท าใหแสงกระจายออกเปนความยาวคลนตางๆ กนเพอใหเหมาะสมแกการเลอกใชหรออาจเปนสวนทตดแสงบางชวงออกไปใหเหลอเฉพาะชวงคลนแสงทตองการ

3. รเฟลกชนเกรตตง (Reflection Grating) หรอเกรตตงแบบสะทอนแสง เปนเกรตตงแบบสะทอนแสง จะใชในการสะทอนแสง ดงนนผวหนาของรองวตถทใชท าจะตองเรยบและสะทอนแสงได ซงเกรตตงทใชในชวงอลตราไวโอเลตหรอวสเบล ควรจะตองมจ านวนรอง 300-2000 รอง ตอมลลเมตร

4. ชองแสงออก (Exit slit) เปนสวนทจะปลอยใหแสงทผานตวอยางแลวผานไปยงมาตรวดแสง ตลอดจนเปนสวนทชวยตดแสงทรบกวน โดยทวไปแสงเขาและแสงออกจะเปดเทากน

5. หลอดโฟโตมลตพลายเออร (Photomultipier tube; PMT) จะมความไวดตอแสงสามารถใชไดในชวงความยาวคลน 190-900 นาโนเมตร จงนยมใชในการนบวดอลตราไวโอเลตหรอวสเบล ลกษณะของหลอดจะประกอบดวยแคโทดทฉาบผวดวยสารทสามารถใหอเลคตรอนเมอถกแสง (photo emissive material) จ านวน 9 ชด ทเรยกวาไดโนด (Dynode) แตละไดโนดจะมคาศกยไฟฟาเพมขน 90 โวลต เรอยไปจนครบ 9 ไดโนด

6. อปกรณบนทกสญญาณ (Recorder) หลงจากทล ารงสความยาวคลนเดยวผานวตถทตองการวดการดดกลนแลว จะไปตกทอปกรณรบสญญาณซงใหขอมลการดดกลนอยในรปของสเปคตม

36

2.20 กำรหกเหของแสง (Refraction) [36-38] แสงสขาว เมอตกกระทบบนผววตถทมความโปรงใหแสงผานได แสงบางสวนจะสะทอนกลบ (Reflection) และบางสวนจะผานทะลเขาไปในวตถ แสงสขาวทผานอากาศแลวผานเขาไปในวตถ ซงมความหนาแนนมากกวาอากาศ จะท าใหความเรวของแสงลดลง และเกดการเบยงเบนเขาหาแนวเสนปกต (แนวเสนตงฉากกบวตถ) เรยกวา เกดการหกเหแสง (Refraction) การหกเหของแสงททะลผานวตถจะมากหรอนอยพจารณาจากการเบยงเบนของแสงเขาหาเสนปกตมากนอยเพยงใด หรอมมระหวางเสนปกตกบแนวแสงมคามากนอยเพยงใด ถามมดงกลาวมคานอย แสดงวาการหกเหของแสงเขาหาเสนปกตนอย หรอ กลาวไดวาแสงเบยงเบนจากแนวเดมนอย ในการพจารณาคณสมบตการหกเหแสงสามารถพจารณาไดจาก ดรรชนหกเหแสง (Refractive Index; RI) โดยอาศยกฎทางแสงของสเนล (Snell’'s Law) ทกวางวา อตราสวนของไซน (Sine) มมตกกระทบ (i) กบมมหกเห (r) จะมคาคงท และเรยกคาคงทนวา คาดรรชนหกเหแสง(Refractive Index; RI) ซงสามารถแสดงไดดงสมการท 13

sin iRI =

sin r (13)

นอกจากนยงสามารถหาคา RI ไดจากคาความเรวของแสงทวงผานวตถตวกลางเทยบกบความเรวของแสงทวงผานสญญากาศ สามารถหาไดจากสมการท 14

cn =

v (14)

เมอ RI = ดรรชนหกเหแสง Sin i = มมตกกระทบ Sin r = มกหกเห

เมอ n = คาดรรชนหกเหแสง c = ความเรวแสงในอากาศ (3x108 m/s) v = ความเรวแสงในตวกลาง

37

ตำรำงท 2.5 คาดรรชนหกเหแสงของตวกลางชนดตางๆ ทความยาวคลน 589 นาโนเมตร [38]

ชนดของตวกลาง คาดรรชนหกเหแสง อากาศ 1.0002 ฮเลยม 1.0004 น า 1.333

เอทานอล 1.36 เสนใยแกว 1.5 เพชร 2.417

2.21 หลกกำรท ำงำนของเครองนบวดรงสชนดหววดซนทลเลเตอร (Scintillation detector) หววดซนทลเลเตอร [26, 39]หมายถงวตถทอาจเปนของแขง ของเหลวหรอกาซ ทสามารถเปลงแสงไดในชวงเวลาอนสน เมอถกกระตนดวยรงส เรยกการเปลงแสงโดยวธนวาซนทลเลชน (Scintillation) จะมหลกการท างานโดยอาศยคณสมบตของสารซงเมอไดรบรงสจะปลอยโฟตอนแสงออกมาโดยใช ทฤษฎแถบพลงงาน (Band theory) คอ เมออเลกตรอนในวงโคจรวงนอกมพลงงานในชวง แถบเวเลนซ (Valance band) และทอยเหนอ แถบเวเลนซ ขนไปจะเปน แถบการน า (Conduction band) ซงพลงงานทอยระหวาง แถบเวเลนซ และ แถบการน า เรยกวา แถบตองหาม (Forbidden gap) ซงพลงงานชวงนจะไมพบในสารบรสทธ เมอรงสถกดดกลนไวในสารท าใหอเลกตรอนเกดสภาวะกระตน (Excitation) ขนเขาไปอยในชวง แถบการน า และท าใหเกดชองวางท แถบเวเลนซ ในสารบรสทธ อเลกตรอนเมอกลบสสภาวะปกตจะมาท แถบเวเลนซ และปลอยโฟตอนออกมาและเพอท าใหการปลอยโฟตอนแสงทมความยาวคลนตามทตองการ ออกมาจงตองใสสารปนเปอนเขาไปซงจะอยในรปของสารอนนทรย ซงจะท าใหชองวางลดลงเมออเลกตรอนถกกระตนกจะกลบสสภาวะปกตและปลอยโฟตอนแสงออกมา ซงสามารถแบงไดเปน 2 ชนดคอ

1. หววดซนทลเลเตอร แบบของเหลว (Solid scintillation) ซงการนบวดรงสวธนจะอาศย สารเรองแสงอยในรปของเหลวเมอใสสารกมมนตรงสลงไปจะเกดการเรองแสงขนและจะถกนบวดและแสดงผลทไดจากการนบวด

2. หวนบวดรงสทอยในรปของแขง (Cystal scintillation) ซงซงการนบวดรงสวธนจะอาศย สารเรองแสงอยในรปของแขง ในทนจะใชผลกโซเดยมไอโอไดรทปนเปอนดวยสารไมบรสทธชนด ทอเรยม ( (Sodium iodide crystal activated with thallium) NaI(Tl))

38

2.21.1 หลกการท างานของหวนบวดรงสชนดของแขง เมอรงสตกกระทบผลก NaI(Tl) จะท าหนาทเปลยนพลงงานของรงสทถกดดกลนไวในผลกใหเปนโฟตอนแสง ซงโฟตอนแสงทเกดขนจะเปนสดสวนโดยตรงกบพลงงานของรงสทถกดดกลนไว โดยผลก NaI(Tl) จะประกอบตดกบหลอดโฟโตมลตฟายเออร (Photomultiplier Tube; PMT) ซงเปนหลอดสญญากาศทท าหนาทเปลยนโฟตอนแสงทไดจากผลก NaI(Tl) ใหเปนสญญาณทางไฟฟา จากนนจะถกสงไปยงสวนปรบรปรางสญญาณ (Preamplifier) ซงเปนตวปรบรปรางของสญญาณไฟฟาใหมขนาดใหญขนแตสญญาณทไดจะไมสม าเสมอ จงถกสงไปยงตวขยายขนาดสญญาณ (Amplifier) เพอใหไดขนาดของสญญาณทมความสงตามทตองการ ซงจะเปนสดสวนโดยตรงกบจ านวนของพลงงานทถกดดกลนในหววดรงส ซงจะสามารถบอกพลงงานของรงสไดจากความสงของสญญาณ และจะมตวแยกสญญาณ (Pulse-height analyzer; PHA) ซงจะท าใหสามารถแยกรงสทเกดจากการกระเจง และรงสทเกดจากพนหลง (Background) ได ถาสามารถวดสญญาณไดทละพลงงานจะเรยกวา (Single chammel analyzer; SCA) แตถาวดไดหลายครงจะเรยก (Multi channel analyzer; MCA) แลวสญญาณทไดจะไปถกสงไปยงหนวยแสดงผลโดยมตวควบคมเวลาทใชในการนบวด (Scaler and Timers) โดยหลอดโฟโตมลตฟายเออรจะถกจายกระแสไฟเพอชวยในการขยายสญญาณโดย (High voltage power supply ;HV) ซงจะท าหนาทจายความตางศกยไฟฟาและแปลงไฟฟากระแสสลบ ใหเปนไฟฟากระแสตรง สามารถแสดงการท างานของ ระบบวดรงสแกมมาแบบซลทลเลชนได ดงรปท 2.9

รปท 2.9 หลกการท างานของระบบวดรงสแกมมาแบบซลทลเลชน [39]

39

2.22 คำควำมหนำแนน [36, 40] คาความหนาแนน คอ อตราสวนระหวางมวลของวตถ ตอปรมาตรของวตถ ซงสามารถหาไดจากสมการท 15

mρ=

v (15)

เมอ ρ = ความหนาแนน (g/ cm3) m = มวล (g) v = ปรมาตร (cm3)

2.22.1 วธไฮโดรสเททค (Hydrostatic Method) ในทางปฏบต การหาขนาดหรอปรมาตรของวตถ จงใชวธการแทนทน าแลวชงน าหนกของน าทถกแทนท ตามหลกของอาคมดส ดงรปท 2.10 ซงเมอชงวตถในน า น าหนกของวตถจะนอยกวาเมอชงในอากาศน าหนกของวตถทหายไปเมอชงในน าจะเทากบวตถน าหนกของน าทมปรมาตรเทากบวตถนน หรอน าหนกของน าทถกแทนทโดยวตถนนเอง ดงนนในการหาความหนาแนนของวตถสามารถหา จากสมการท 16 [36, 37, 40]

a

b

a b

wρ = ×ρ

w -w (16)

รปท 2.10 เครองชงชนดสต าแหนง เพอใชในการค านวณความหนาแนน [12]

เมอ ρ = ความหนาแนน (g/cm3) Wa = น าหนกทชงในอากาศ (g) Wb = น าหนกทชงในไซรน (g)

bρ = ความหนาแนนของของเหลว (g/cm3)

40

2.23 ควำมแขง [29] 2.23.1 หลกการวดความแขง การทดสอบความแขง (Hardness test) เปนการวดความตานทานของวตถตอการกดใหเปนรอยบม (Indentation) การขดหรอขดใหเปนรอย (Scratching) การหาคาความแขงของวตถ อาศยหลกการ 3 อยางคอ

1. หาความตานทานตอความยดหยน (Elastic hardness) โดยการใหวตถชนดหนงตกลงมากระทบกบวตถอกชนดหนง แลวปลอยใหกระดอนขน สงเกตการณกระดอนของวตถนน วตถใดมความแขงมากกจะกระดอนไดสง สวนวตถทมความแขงต ากจะกระดอนไดต า

2. หาความตานทานตอการตดหรอขดขวน (Resistance to cutting or abrasion) เปนการน าเอาวตถชนดตางชนดกนมาขดหรอถกน วตถใดมความแขงสงกจะขดหรอถวตถทมความแขงต าใหเปนรอยได

3. หาความตานทานตอการกดใหเปนรอยบม (Resistance to indentation) เปนการน าเอาวตถชนดหนงมากดลงบนผววตถอกชนดหนง วตถใดทสามารถท าใหเกดรอยบมไดโตหรอลก แสดงวาวตถนนมความแขงแรงต า แตถารอยกดนนเลกหรอตน แสดงวาวตถนนมความแขงสง

2.23.2 การทดสอบความแขงแบบวกเกอร (Vicker Hardness test; VH) การทดสอบความแขงแบบวกเกอรกระท าโดยใชแรงกดระหวาง 1-200 กโลกรม กดผานหวกดทท าดวยเพชรรปพระมด มฐานรปสเหลยมจตรส มมรวมทปลายแหลมเทากบ 136 องศา ไปบนผวหนาชนงานทดสอบเปนเวลา 10-30 วนาท จากนนปลดแรงกดออกแลวน าชนงานไปวดขนาดของรอยกดดวยกลองจลทรรศน เพอน าคาทไดไปหาความแขงไดจากสมการท 17

2

0.183 × FHV =

d (17)

เมอ HV = ความแขงของวตถ F = แรงทกด (N) d = ความยาวของเสนทแยงมมของรอยกด (mm)