นิวเคลียร์ฟิสิกส์และกัมมันตภาพรังสี

นิวเคลียสของอะตอมนั้น มีขนาดเล็กมากอย่างไม่น่าเชื่อ นั่นทำให้ยากที่จะจินตนาการว่า มันมีหน้าตาอย่างไร ถ้าเราอยากเอานิวเคลียสของอะตอม มาสร้างของสักชิ้น ให้ใหญ่พอจะมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ของสิ่งนั้นก็คงต้องใช้นิวเคลียสสัก หมื่นล้านอะตอมมาเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง อย่างน้อยนะ แม้ว่านิวเคลียสของอะตอมจะเล็กมาก แต่มันกลับมีพลังงานมหาศาล พลังงานนี้สามารถปล่อยออกมาได้หลายวิธี ซึ่ง 1 ในนั้นก็คือการสลายตัว ของสารกัมมันตรังสี นิวเคลียสของอะตอมที่เพิ่งสลายตัว จะเรียกว่ากัมมันตภาพรังสี เมื่อนิวเคลียสสลาย มันก็จะเปลี่ยนไป อย่างทันทีทันใด อนุภาคของนิวเคลียร์นั้นอาจสลาย หรือผละออกจากนิวเคลียสเดิมไป เมื่อมันเป็นเช่นนั้นจำนวนโปรตอน ก็จะเปลี่ยนไป นั่นหมายความว่าหลังจากนั้น นิวเคลียสของอะตอมจะไม่เหมือนเดิม นั่นคือธาตุนั้นเปลี่ยนไป นอกจากนี้ยังมีรังสีที่มาจากนิวเคลียส ในตอนที่มันสลายตัว รังสีจะแยกอะตอมและโมเลกุลออกจากกัน จนทำให้จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอน ขาดสมดุล และเมื่อจำนวนอิเล็กตรอนกับ จำนวนโปรตอนไม่เท่ากัน อนุภาคนั้นก็จะกลายเป็นประจุบวก หรืออาจกลายเป็นลบ อะตอมและโมเลกุลที่มีประจุไฟฟ้า จะเรียกกันว่า ไอออน นั่นเป็นเหตุผลที่เราเรียกรังสีชนิดนี้ คือรังสีไอออไนซ์ การฉายรังสีทำให้เนื้อเยื่อที่มีชีวิต ถูกทำลาย ทั้งยังส่งผลกระทบต่อส่วนอื่นๆ เช่นกัน เรารู้ว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน จะมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม จำนวนของนิวตรอน ก็อาจเปลี่ยนแปลงได้ อะตอมที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน จะถูกเรียกว่า ธาตุไอโซโทป เมื่อได้รับธาตุคาร์บอน ซึ่งเป็นธาตุที่พบในดินสอ มากกว่าสิ่งอื่น ส่วนใหญ่สิ่งที่เราเรียกว่าตะกั่ว ในดินสอก็เป็นธาตุคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนในดินสอ ส่วนใหญ่นั้นมีนิวตรอนอยู่ 6 ตัว คือมีโปรตอนและนิวตรอนอยู่อย่างละ 6 นั่นทำให้มี 12 อนุภาคในนิวเคลียสนั้น นี่คือเหตุผลที่ไอโซโทปนี้ ชื่อคาร์บอน -12 และเราเขียนมันแบบนี้ จากนั้นก็มีอะตอมของคาร์บอนเล็กๆ ที่มีนิวตรอนชนิดพิเศษ ธาตุไอโซโทปนั้นคือคาร์บอน -13 และมันก็เขียนแบบนี้ เป็นเรื่องธรรมดาของธาตุไอโซโทป บางตัวที่มีกัมมันตภาพรังสี ในขณะที่ธาตุอื่นนั้นไม่มี ไอโซโทปที่ไม่สลายตัว เรียกว่าธาตุนั้นมีความเสถียร ทั้งคาร์บอน 12 และคาร์บอน 13 ต่างก็มีความเสถียร แต่ก็มีธาตุไอโซโทปอื่นของคาร์บอน ที่มีกัมมันตภาพรังสีอยู่ และหนึ่งในธาตุที่พบมากที่สุด ก็คือคาร์บอน 14 สิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะมีมันเป็น ส่วนประกอบอยู่นิดหน่อย มันจะเข้าไปในตัวเราเวลาสูดหายใจเข้า และพืชจะดูดซับมันผ่านการ สังเคราะห์แสง มันไม่เป็นอันตราย แถมยังมีประโยชน์มาก เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง มันจะหยุดดูดซับคาร์บอน 14 และเนื่องจากอะตอมของคาร์บอน 14 จะสลายตัวไปตามเวลา ปริมาณไอโซโทปของคาร์บอนก็จะค่อยๆ ลดลง ดังนั้น เราสามารถวัดปริมาณของมันได้ ตามชิ้นไม้ หนังสัตว์ หรือมัมมี่ แล้วค่อยคำนวณหาเวลาที่ผ่านมา เนื่องจากสิ่งต่างๆ ได้หยุด ดูดซับคาร์บอน 14 แล้ว ตั้งแต่มันตายลง วิธีนี้เรียกว่าการหาอายุโดยใช้ คาร์บอน -14 เมื่อเราศึกษาการสร้างนิวเคลียสของอะตอม และดูกลไกการทำงานของมัน นั่นแปลว่าเราได้ดึงเอา ฟิสิกส์นิวเคลียร์มาใช้แล้ว รากฐานของฟิสิกส์นิวเคลียร์นั้น ได้เริ่มขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ในช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์สาขาฟิสิกส์และการแพทย์ ได้ศึกษาเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์เพิ่มเติม มันให้ความรู้ใหม่ และสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ เล็กน้อย แต่สิ่งใหม่ๆ บางอย่างมีประโยชน์ดีมาก เช่น อุปกรณ์การตรวจและการรักษา ทางการแพทย์ และบางอย่างก็ยังไม่ค่อยดีนัก อย่างพวกอาวุธนิวเคลียร์ จากนั้นก็มีสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ ที่เราอาจไม่เห็นด้วย เช่น พลังงานนิวเคลียร์ อะตอมเล็กๆ ของนิวเคลียสนั้น สามารถรักษาโรคมะเร็งได้ ผลิตไฟฟ้าได้ รวมทั้งหยิบยื่นความตาย การทำลายล้างผู้คน ได้มากกว่าสิ่งอื่นใดทั้งหมด