Thailand Institute of Nuclear Technology (TINT)

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


	รูปที่ 1 อำนาจในการทะลุทะลวงของรังสีชนิดต่าง ๆ

รังสีแกมมา ต้องใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นสูง เช่น ตะกั่ว เหล็ก คอนกรีตหนา ฯลฯ รังสีนิวตรอนต้องอาศัยวัสดุที่มีไฮโดรเจนสูง เช่น น้ำ พาราฟิน ส่วนรังสีนิวตรอนที่มีพลังงานต่ำ (thermal neutron) ก็อาจจะใช้วัสดุที่มีการดูดกลืนนิวตรอนสูง (high neutron absorption) เช่น แคดเมียม เป็นต้น (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1 วัสดุกำบังรังสีแบ่งตามชนิดของรังสี

ชนิดของรังสี	ชนิดของเครื่องกำบังรังสี
แอลฟา	ไม่จำเป็น
บีตาพลังงานต่ำ	ไม่จำเป็น
บีตาพลังงานสูง	พลาสติก
รังสีเอกซ์และแกมมา	คอนกรีต/ตะกั่ว/เหล็ก
นิวตรอน	คอนกรีต/น้ำ/ polythene/พาราฟิน

หลักการออกแบบเครื่องกำบังรังสีเบื้องต้น รังสีในแนวขนาน ซึ่งประกอบด้วย อนุภาคที่ไม่มีประจุเป็นจำนวนมาก N₀ ตกกระทบตั้งฉากกับแผ่นวัสดุซึ่งมีความหนา L (รูปที่ 2) สมมุติให้กรณีนี้ แต่ละอนุภาคถูกดูดกลืนโดยสมบูรณ์ ในอันตรกิริยาเดี่ยว ผลที่เกิดขึ้น จะไม่มีการกระจายของรังสีทุติยภูมิ หรืออนุภาคไม่มีประจุ จะผ่านเข้าไปในแผ่นวัสดุ ด้วยพลังงานและทิศทางในแนวเส้นตรง


	รูปที่ 2 การลดแบบเลขชี้กำลัง (exponential attenuation)

ให ้ m เป็นความน่าจะเป็นของอันตรกิริยาของแต่ละอนุภาคต่อวัสดุ ที่มีความหนาของภาคตัดขวาง 1 หน่วย ดังนั้นความน่าจะเป็นที่จะเกิดอันตรกิริยาต่อความหนา dl คือ mdl ถ้าอนุภาคจำนวน N ตกกระทบความหนา dl การเปลี่ยนของ dN จากจำนวน N เนื่องจากถูกดูดกลืนสามารถเขียนได้ดังนี้

	(1)

เมื่อ m มีหน่วยเป็น cm^-1 หรือ m^-1 และ สอดคล้องกับ cm หรือ m (เซนติเมตร หรือเมตร) เศษส่วนการเปลี่ยนแปลงค่า N เนื่องจากการถูกดูดกลืนของอนุภาคในความหนา dl สามารถเขียนได้เป็น

(2)

อินทิเกรตตามความลึก l จาก 0 ถึง L และสอดคล้องกับความน่าจะเป็นของจำนวนอนุภาคจาก N₀ ถึง N_L ดังนี้




	(3)

สมการ (3) เรียกว่า The Law of Exponential Attenuation ซึ่งนำไปประยุกต์ใช้กับกรณีการดูดกลืนอย่างง่าย ไม่มีการกระเจิงหรือการแผ่รังสีแบบทุติยภูมิ หรืออาจจะมีการกระเจิงและมีอนุภาคทุติยภูมิเกิดขึ้นแต่ไม่นับว่าเป็น N_L ส่วนค่า m คือสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงเส้น เมื่อหารด้วยความหนาแน่นของของตัวกลางที่ดูดกลืนจะได้สัมประสิทธิ์การดูดกลืนเชิงมวล บางครั้ง m หมายถึงสัมประสิทธิ์การดูดกลืนของลำรังสีแคบ

หากแทนที่สมการ (3) ด้วยทฤษฎีบททวินาม จะได้

(4)

ถ้า m มีค่าน้อยมาก สามารถประมาณค่าได้ด้วย (1- mL) ถ้า mL< 0.05 สามารถประมาณค่าได้ดังนี้คือ

(5)

อ้างอิง

สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี , การป้องกันอันตรายจากรังสีระดับ 1
Frank H.Attix, Inrtoduction to Radiological Physics And Radiation Dosimetry, USA, 1986
www.oap.go.th
www.tint.or.th