คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีเอกซ์ (X-rays) จัดทำโดย นางสาวกานต์ธิดา พิมพ์ปาน เลขที่ 14 ชั้นมัธยมศึ กษาปีที่ 6/1

เสนอ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ

คำนำ รายงานเล่มนี้เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชาฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 เพื่อให้ได้ศึกษาหาความรู้ใน เรื่องรังสีเอกซ์ และได้ศึกษาอย่างเข้าใจเพื่อเป็น ประโยชน์กับการเรียน การจัดทำรายงานนี้ได้ทำการค้นคว้า รวบรวม

ข้อมูลจากหนังสือ และบทความต่างๆผู้เขียน

รายงานหวังว่าจะเป็นประโยชน์แก่ผู้สนใจบ้าง

ตามสมควร ผู้จัดทำ นางสาวกานต์ธิดา พิมพ์ปาน

สารบัญ เรื่อง รังสีเอกซ์ คือ ประวัติการค้นพบรังสีเอกซ์ ประเภทของรังสีเอกซ์ เครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ คุณสมบัติรังสีเอกซ์ ข้อดี-ข้อเสีย การประยุกต์ใช้ในด้านอื่น แบบทดสอบ เฉลยแบบทดสอบ

หน้า



1 2 3 4 5-6 7 8 9 10

รังสีเอกซ์ คือ?

1

รังสีเอกซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งเป็นรังสีที่

มีพลังงานสูง มีสมบัติบางประการเหมือนคลื่น และ

สมบัติบางประการเหมือนอนุภาค มีความยาวคลื่นอยู่

ในช่วง 0.01-10 นาโนเมตร ซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่อยู่

ระหว่างรังสีอัลตราไวโอเลตกับรังสีแกมมา และมี

ความถี่อยู่ในช่วง 3x1016 ถึง 3x1019 Hz

แหล่งกำเนิดของรังสีเอกซ์ตามธรรมชาติ ได้แก่ ก๊าซเรดอน ปรากฏการณ์ฟ้าผ่า และรังสีคอสมิก ซึ่งเกิด

จากการเปลี่ยนแปลงระดับชั้นพลังงานของอิเล็กตรอน

(ออบิทัล) ที่อยู่รอบนิวเคลียสเมื่อได้รับการกระตุ้น แต่

มันจะพยายามกลับสู่สภาวะปกติโดยการย้ายจากระดับ

ชั้นพลังงานที่สูงกว่าไปอยู่ในระดับชั้นพลังงานที่ต่ำกว่า

ของอิเล็กตรอน และปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งออก

มา พลังงานนี้เป็นพลังงานพิเศษที่อยู่ในรูปแบบของคลื่น

แม่เหล็กไฟฟ้าหรือโฟตอน เรียกว่า รังสีเอกซ์ (x-rays)

ประวัติการค้นพบรังสีเอกซ์

2

ศาสตราจารย์เรินต์เกนหรือวิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน

(Wilhelm Conrad Röntgen) เป็นผู้ค้นพบรังสีเอกซ์คนแรก

เมื่อปี ค.ศ.1895 ขณะที่กำลังศึกษารังสีแคโทด แล้วพบว่า

แผ่นกรองแสงที่ทำจากกระดาษ และเคลือบด้วยสารประกอบ

แบเรียม แพลทิโนไซยาไนด์ (barium platinocyanide) เรือง

แสง ขณะที่วางอยู่ห่างหลอดรังสีแคโทดออกไป 120

เซนติเมตร และขณะเดียวกันเขาได้สังเกตเห็นตัวอักษร “A” ที่เคลือบสารแบเรียม แพลทิโนไซยาไนด์ ที่อยู่ห่างออกไป

ประมาณ 20 ฟุต ก็เกิดการเรืองแสงขึ้นเช่นกัน ทั้งที่ไม่ได้อยู่

ในระยะของหลอดรังสีแคโทด ซึ่งเขาได้ตั้งข้อสังเกตว่า จะ

ต้องมีรังสีชนิดหนึ่งที่มองไม่เห็น และมีอำนาจทะลุทะลวงสูง

สามารถผ่านออกจากหลอดรังสีแคโทดไปกระทบแผ่นเรือง

รังสี ซึ่งในครั้งแรกที่พบนั้น ไม่ทราบว่าคือรังสีอะไร จึงเรียก

รังสีนี้ว่า รังสีเอกซ์ จากนั้น เขาใช้เวลาอีกหลายสัปดาห์ทาการ

สังเกตศึกษาการทะลุทะลวง(Penetration) ของรังสีเอกซ์

ผ่านกระดาษ หนังสือ ไม้ และโลหะ รวมถึงคนด้วย ทั้งนี้ เขา

ได้ถ่ายภาพมือภรรยาด้วยรังสีเอกซ์เป็นภาพแรกไว้อีกด้วย

เรินต์เกนจึงได้รับการประกาศว่าเป็นผู้ค้นพบรังสีเอกซ์ ต่อมา

เขาจึงได้รับรางวัลโนเบล (Nobel prize) สาขาฟิสิกส์เป็นคน

แรก ในปี 1901

ประเภทของรังสีเอกซ์

3

ประเภทของรังสีเอกซ์ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท 1.ฮาร์ดเอกซเรย์ (Hard x-rays) เป็นรังสีเอกซ์ที่มี

พลังงานสูง มากกว่า 5-10 keV จึงมีอำนาจในการทะลุ

ทะลวงสูง มักถูกนำมาใช้ทางการแพทย์ เช่น การเอกซเรย์

กระดูก เนื่องจากมันมีอำนาจทะลุทะลวงเนื้อเยื่อแต่ไม่

สามารถผ่านกระดูกได้ และรักษาความปลอดภัยในสนาม

บิน เช่น การตรวจหาวัตถุต้องสงสัย 2.ซอฟต์เอกซเรย์ (Soft x-rays) เป็นรังสีเอกซ์ที่มี

พลังงานต่ำกว่าฮาร์ดเอกซเรย์ จึงมีอำนาจทะลุทะลวงน้ำ

ได้ลึกประมาณ 1 ไมโครเมตรเท่านั้น

เครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์

4

เครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่สำคัญ คือ

หลอดรังสีเอกซ์ (X-ray tube) ซึ่งเป็นหลอดแก้วสุญญากาศ

ภายในมีขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว คือ ขั้วลบ(แคโทด)หรือไส้หลอด

(filament) และ ขั้วบวก(แอโนด)หรือเป้า(target) ขั้วทั้ง 2

ต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าไป

ในไส้หลอดซึ่งทำจากทังสเตน(tungsten)แล้วจะเกิดความ

ร้อนจนเพิ่มอุณหภูมิสูงประมาณ 2,000 องศาเซลเซียส

หรือมากกว่า ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากไส้หลอด และ

ถูกเร่งให้เคลื่อนที่ไปกระทบกับเป้า ซึ่งทำจากโลหะผสม

ระหว่างทังสเตนกับวัสดุอื่นเช่น โมลิบดินัม(molybdenum)

หรือรูเนียม(rhenium) เนื่องจากทังสเทนมีเลขเชิงอะตอมสูง

จุดหลอมเหลวสูง และส่งผ่านความร้อนได้ดี เมื่ออิเล็กตรอน ความเร็วสูงกระทบกับเป้า จะสูญเสียพลังงานไปเป็นความ

ร้อน (≥99%) และส่วนพลังงานที่เหลือจะเปลี่ยนเป็นรังสี

เอกซ์

คุณสมบัติรังสีเอกซ์

5

1. เป็นรังสีประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับ

รังสีแกมมา แต่มีช่วงความยาวคลื่นต่ำกว่า คือ ประมาณ

0.01 – 100 Å (อังสตรอม) 2. มีคุณสมบัติเหมือนกับแสงสว่างธรรมดา มีความเร็ว

การเดินทางในสุญญากาศเท่ากับความเร็วแสง คือ

3.8×108 m/s นอกจากนี้ ยังมีคุณสมบัติการสะท้อน

การหักเห และเบี่ยงเบน เหมือนกับแสงสว่างธรรมดา 3. เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง และไม่ถูกทำให้เบี่ยงเบนโดย

สนามแม่เหล็ก และไฟฟ้า 4. ทำให้วัตถุบางอย่างเรืองแสงได้ ซึ่งวัตถุจะต้องมี

สารบางอย่างที่ทำให้เรืองแสงได้ 5. เป็นรังสีก่อไอออน เมื่อผ่านในตัวกลางที่เป็นอากาศ

หรือก๊าซ 6. ทำให้เกิดรอยดำบนแผ่นฟิล์มถ่ายรูปได้ เช่นเดียว

กับแสงสว่าง 7. ทะลุทะลวงผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้ดี สามารถทะลุผ่าน เนื้อเยื่อมนุษย์ และสัตว์ พลาสติก เสื้อผ้า แต่ไม่สามารถ

ผ่านโลหะตะกั่วหรือคอนกรีตหนาๆได้ 8. ถูกดูดกลืนโดยวัตถุที่มีเลขเชิงมวลสูง

6 9. มีสมบัติเช่นเดียวกับแสง เช่น การสะท้อน (reflection)

การหักเห (refraction) การเลี้ยวเบน (diffraction) 10. ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารชีวเคมีในสิ่งมีชีวิต

เช่น เซลล์ของร่างกายถูกทำลาย หรือเกิดการกลายพันธุ์

(Mutation) ถ้าได้รับรังสีเป็นจำนวนมาก และเป็นเวลานาน

ข้อดี-ข้อเสีย

7

ข้อดี 1. ทางด้านการแพทย์ ใช้ถ่ายภาพสำหรับทางการ

แพทย์ อาทิ การเอกซ์เรย์ปอดเพื่อตรวจหามะเร็งปอด

การเอกซ์เรย์กระดูก เพื่อตรวจการหลุด การแตกหักของ

กระดูก การเอกซ์เรย์ร่างกายเพื่อตรวจหาตำแหน่งวัตถุ

หรือโลหะ เป็นต้น 2. ทางด้านดาราศาสตร์ – ใช้เพื่อถ่ายภาพดาราจักรที่

ตามนุษย์มองไม่เห็น 3. ทางด้านความมั่นคง และอากาศยาน – ใช้ถ่ายภาพ

เพื่อค้นหาวัตถุอันตราย วัตถุระเบิด ซึ่งใช้มากในสนาม

บินสำหรับตรวจสัมภาระของผู้โดยสาร 4. ทางด้านอุตสาหกรรม – ใช้ตรวจหาความหนาแน่น

ของวัตถุหรือโลหะ – ใช้ตรวจหารอยร้าวหรือรอยรั่วของ

ชิ้นงาน

ข้อเสีย - เมื่อร่างกายรับเข้าไปมากจะทำให้เซลล์ตาย หรือเสื่อม

คุณภาพ - อาจทำให้เกิดโรคมะเร็งได้ - อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในยีนมีผลต่อกรรม

พันธ์

การประยุกต์ใช้ในด้านอื่น - การวิเคราะห์ลักษณะของอะตอมและการผลิตโดย

อาศัยการเบี่ยงเบนของรังสีเอกซ์ (x-ray

crystallography) - การวิจัยทางดาราศาสตร์ที่อาศัยการปลดปล่อยรังสี

เอกซ์ที่มาจากวัตถุในวัตถุ (x-ray astronomy) - การถ่ายภาพและผลิตภาพในขนาดเล็ก (x-ray

microscopic analysis) รวมทั้งการตรวจหารอยร้าว

ขนาดเล็กในโลหะ - การติดตามผลของตัวอย่างในการวิจัยโดยอาศัย

คุณสมบัติของรังสีเอกซ์ (x-ray fluorescence) รวมถึง

ใช้ตรวจหาอาวุธปืนหรือระเบิดในกระเป๋าเดินทาง

8

แบบทดสอบ

9

1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในข้อใดที่มีพลังงานมากที่สุด ก. แสง ข. รังสีเอ็กซ์ ค. ไมโครเวฟ ง. อัลตราไวโอเลต 2.นักวิทยาศาสตร์คนใดเป็นผู้ค้นพบรังสีเอกซ์เป็นคนแรก? ก. ไอแซก นิวตัน ข. ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ค. วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน ง. เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล 3.X-ray มีความยาวคลื่นเท่าใด? ก. 0.1-10นาโนเมตร ข. 10-20นาโนเมตร ค. 20-30นาโนเมตร ง. 30-40นาโนเมตร 4.รังสีเอกซ์ เเบ่งออกเป็นกี่ประเภท ก. 2 ประเภท ข. 3 ประเภท ค. 4 ประเภท ง. ไม่มีข้อใดถูก 5.รังสีเอกซ์เรย์ถูกค้นพบเมื่อปี ค.ศ.ใด? ก. ปี ค.ศ. 1880 ข. ปี ค.ศ. 1895 ค. ปี ค.ศ. 1905 ง. ปี ค.ศ. 1910

เฉลยแบบทดสอบ

10

1. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในข้อใดที่มีพลังงานมากที่สุด ก. แสง ข. รังสีเอ็กซ์ ค. ไมโครเวฟ ง. อัลตราไวโอเลต 2.นักวิทยาศาสตร์คนใดเป็นผู้ค้นพบรังสีเอกซ์เป็นคนแรก? ก. ไอแซก นิวตัน ข. ไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ค. วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน ง. เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล 3.X-ray มีความยาวคลื่นเท่าใด? ก. 0.1-10นาโนเมตร ข. 10-20นาโนเมตร ค. 20-30นาโนเมตร ง. 30-40นาโนเมตร 4.รังสีเอกซ์ เเบ่งออกเป็นกี่ประเภท ก. 2 ประเภท ข. 3 ประเภท ค. 4 ประเภท ง. ไม่มีข้อใดถูก 5.รังสีเอกซ์เรย์ถูกค้นพบเมื่อปี ค.ศ.ใด? ก. ปี ค.ศ. 1880 ข. ปี ค.ศ. 1895 ค. ปี ค.ศ. 1905 ง. ปี ค.ศ. 1910

T

U

K N Y A O H