วัสดุกำบังรังสี (SHIELDING)

นางสาวเยาวลักษณ์ วาหะรักษ์ ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยทักษิณ จ.สงขลา ดร. อุดร ยังช่วย งานปฏิบัติการความปลอดภัย สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) เมื่อรังสีกระทบต่อสิ่งมีชีวิตจะก่อให้เกิดผลตามมาโดยขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ชนิดรังสี พลังงานของรังสี ปริมาณรังสี และชนิดของอวัยวะที่รังสีตกกระทบ รังสีที่ก่อให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน (ionizing radiation) นั้นมีผลต่อสิ่งมีชีวิตโดยทำให้อะตอม โมเลกุลภายในเซลล์ และระบบการทำงานของเซลล์เปลี่ยนไปและเกิดอาการผิดปกติในร่างกายขึ้นได้ ดังนั้นในการทำงานเกี่ยวข้องกับรังสีผู้ปฏิบัติงานควรที่จะมีเครื่องกำบังรังสี (shielding) เพื่อลดปริมาณรังสีที่จะเข้าสู่ร่างกาย การเลือกใช้ชนิดเครื่องกำบังรังสี ต้องคำนึงถึง ความแรงรังสีของต้นกำเนิดรังสี ชนิดของรังสี/พลังงานรังสี เช่น รังสีแกมมา รังสีบีตาพลังงานสูง รังสีบีตาพลังงานต่ำ รังสีแอลฟา ค่าที่ยอมรับได้หลังจากผ่านเครื่องกำบังรังสี เช่น ค่าที่ยอมให้ผู้ปฏิบัติงานรับได้ในระหว่างปฏิบัติงาน จากรูปที่ 1. แสดงให้เห็นว่า ชนิดของรังสี/พลังงานรังสีที่แตกต่างกันไป มีอำนาจทะลุทะลวงต่างกัน และต้องการเครื่องกำบังรังสีต่างชนิดกันด้วย

หลักการออกแบบเครื่องกำบังรังสีเบื้องต้น รังสีในแนวขนาน ซึ่งประกอบด้วย อนุภาคที่ไม่มีประจุเป็นจำนวนมาก N0 ตกกระทบตั้งฉากกับแผ่นวัสดุซึ่งมีความหนา L (รูปที่ 2) สมมุติให้กรณีนี้ แต่ละอนุภาคถูกดูดกลืนโดยสมบูรณ์ ในอันตรกิริยาเดี่ยว ผลที่เกิดขึ้น จะไม่มีการกระจายของรังสีทุติยภูมิ หรืออนุภาคไม่มีประจุ จะผ่านเข้าไปในแผ่นวัสดุ ด้วยพลังงานและทิศทางในแนวเส้นตรง ให้ μ เป็นความน่าจะเป็นของอันตรกิริยาของแต่ละอนุภาคต่อวัสดุ ที่มีความหนาของภาคตัดขวาง 1 หน่วย ดังนั้นความน่าจะเป็นที่จะเกิดอันตรกิริยาต่อความหนา dl คือ μdl ถ้าอนุภาคจำนวน N ตกกระทบความหนา dl การเปลี่ยนของ dN จากจำนวน N เนื่องจากถูกดูดกลืนสามารถเขียนได้ดังนี้ เมื่อ μ มีหน่วยเป็น cm-1 หรือ m-1 และ สอดคล้องกับ cm หรือ m (เซนติเมตร หรือเมตร) เศษส่วนการเปลี่ยนแปลงค่า N เนื่องจากการถูกดูดกลืนของอนุภาคในความหนา dl สามารถเขียนได้เป็น อินทิเกรตตามความลึก l จาก 0 ถึง L และสอดคล้องกับความน่าจะเป็นของจำนวนอนุภาคจาก N0 ถึง NL ดังนี้ สมการ (3) เรียกว่า The Law of Exponential Attenuation ซึ่งนำไปประยุกต์ใช้กับกรณีการดูดกลืนอย่างง่าย ไม่มีการกระเจิงหรือการแผ่รังสีแบบทุติยภูมิ หรืออาจจะมีการกระเจิงและมีอนุภาคทุติยภูมิเกิดขึ้นแต่ไม่นับว่าเป็น NL ส่วนค่า μ คือสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงเส้น เมื่อหารด้วยความหนาแน่นของของตัวกลางที่ดูดกลืนจะได้สัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงมวล บางครั้ง μ หมายถึงสัมประสิทธิ์การดูดกลืนของลำรังสีแคบ หากแทนที่สมการ (3) ด้วยทฤษฎีบททวินาม จะได้ ถ้า μ มีค่าน้อยมาก สามารถประมาณค่าได้ด้วย (1- μL) ถ้า μL< 0.05 สามารถประมาณค่าได้ดังนี้คือ อ้างอิง 1.สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี , การป้องกันอันตรายจากรังสีระดับ 1 2.Frank H.Attix, Inrtoduction to Radiological Physics And Radiation Dosimetry, USA, 1986 3.www.oap.go.th 4.www.tint.or.th