Details

Category: ตรวจอายุพระ

Hits: 4376

การหาอายุจากคาร์บอนกัมมันตรังสี (radiometric dating)

            การเปลี่ยนแปลงการหาค่าอายุจากทฤษฎีและเครื่องมือในระบบ Scintillation meter, Gamma-Ray spectrometer ที่ใช้วิธีการทำลายวัตถุตัวอย่างเพื่อดักจับไอคาร์บอนไปกระบวนการตรวจวัด  มาสู่กระบวนการหาค่าคาร์บอนกัมมันตรังสี (radiometric dating) จากวัตถุโดยตรง แล้วนำค่าที่ได้มาคำนวณหาอายุ ที่ไม่ได้กำหนดว่าจะต้องเป็นอินทรียวัตถุแต่เพียงอย่างเดียวอีกต่อไป สามารถตรวจหาอายุได้ในทุกวัตถุ ที่มีสามารถดูดซับค่าคาร์บอนกัมมันตรังสี  ทำให้เกิดการถกเถียงกันเป็นวงกว้าง ว่ามีความจำเป็นที่จะต้องทำลายวัตถุตัวอย่างหรือไม่ โดยบางกลุ่มบางพวกก็ไม่ยอมรับในกระบวนการนี้ โดยยังยืนยันว่าทั่วโลกใช้วิธีทำลายวัตถุตัวอย่างเท่านั้น แต่ในบทความนี้ได้อ้างถึงทฤษฎีหลักที่ใช้ในการตรวจหาอายุถึง 4  เครื่องมือ ได้แก่

1. Geiger-Mueller counter
2. Scintillation meter
3. Gamma-Ray spectrometer
4. Miscellaneous instruments

           นอกจากเครื่องมือนี้แล้ว ยังประกอบด้วยเครื่องมือชนิดต่างๆ ที่ใช้ประกอบอีกหลายอย่างตามความจำเป็น เช่น กล้องส่องขยายกำลังสูง , เครื่องวิเคราะห์แร่ธาตุ , เครื่องวิเคราะห์ความหนาแน่นของมวลวัตถุ เป็นต้น

            การศึกษาเกี่ยวกับโบราณคดี  (Archeology) หรือ ทางธรณีวิทยา(Geology) มีความจำเป็นต้องรู้อายุของวัตถุโบราณซึ่งอาจจะอยู่ในรูปซากดึกดำบรรพ์ (Fossil) หรือในสภาพที่เปลี่ยนแปลงไปบ้าง  เนื่องจากมีการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีเมื่อทราบค่าช่วงเวลาครึ่งชีวิตของแต่ละชนิดของธาตุแล้วนำสมบัติข้อนี้มาใช้หาอายุของวัตถุโบราณได้  ในการศึกษาโบราณคดี  ซึ่งเกี่ยวกับวัตถุโบราณซึ่งมีอายุหลายพันปีตลอดจนถึงในสมัยหลัง ๆ นี้เราใช้ธาตุกัมมันตรังสี C¹⁴  ในการวิเคราะห์หาอายุ C¹⁴  มีช่วงเวลาครึ่งชีวิต ( half - life ) 5730  ปีและมีข้อดีที่ว่าธาตุคาร์บอน  ( Carbon ) เป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด  ส่วนใหญ่ธาตุคาร์บอนจะอยู่ในรูป C¹² แต่  C¹⁴  เกิดจากธรรมชาติ  เมื่อเกิด C¹⁴ ในบรรยากาศแล้วก็จะรวมตัวกับ   O₂  เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งพืชจะนำไปใช้ปรุงอาหาร  (Photosynthesis)  ดังนั้น C¹⁴ จึงเข้าไปอยู่ในพืชด้วยวิธีนี้  สัตว์อาศัยพืชเป็นอาหารจึงได้รับ  C¹⁴  มาจากพืชอีกต่อหนึ่ง  ดังนั้น  C¹⁴ จะปรากฏอยู่ในสิ่งมีชีวิตและมีการสลายตัว  ซึ่งมีช่วงเวลาครึ่งชีวิตนานมาก ในขณะที่มีชีวิตอยู่อัตราส่วน  C¹⁴ : C¹² ในร่างของสัตว์และพืชจะมีค่าคงตัวขึ้นอยู่กับชนิดของสัตว์ หรือพืชนั้น ๆ แต่เมื่อสิ้นชีวิตลงโอกาสที่จะได้รับ  C¹⁴  ตามปกติก็จะหยุดลงด้วย ดังนั้นอัตราส่วน  C¹⁴ : C¹²  เมื่อตายแล้วจะลดลงเรื่อย ๆ

การหาค่าครึ่งชีวิต

              ครึ่งชีวิต (half-life) ของสารกัมมันตรังสี หมายถึง ระยะเวลาที่สารกัมมันตรังสีสลายตัวไปจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิม ใช้สัญลักษณ์เป็น t_1/2  

              ครึ่งชีวิตสามารถใช้หาอายุของวัตถุโบราณที่มีธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ เรียกว่าวิธี Radiocarbon Dating ซึ่งคำว่า dating  หมายถึง การหาอายุจึงมักใช้หาอายุของวัตถุโบราณที่มีคุณค่าทางประวิติศาสตร์

              วิธีที่ใช้การคำนวณหาอายุของคาร์บอนมากที่สุดคือ การประมาณการอายุของซากสารประกอบอินทรีย์ที่ได้จากการขุดค้นทางโบราณคดี ในขณะที่พืชเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂ ) ในชั้นบรรยากาศ ด้วยการแยกอินทรียวัตถุตามขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นการเพิ่มปริมาณของ ¹⁴C ให้ใกล้เคียงกับระดับของไอโซโทปคาร์บอนในชั้นบรรยากาศเมื่อพืชตายหรือถูกกินโดยสิ่งมีชีวิตอื่น(ตัวอย่าง โดยมนุษย์หรือสัตว์อื่นๆ) การสะสมของส่วนประกอบ ¹⁴C หยุดตัวลง และวัตถุลดลงตามอัตราเลขชี้กำลังเนื่องจากการย่อยสลายธาตุกัมมันตรังสีของ ¹⁴C จากการเปรียบเทียบอัตราส่วนคงเหลือของ ¹⁴C ของวัตถุตัวอย่างเมื่อเปรียบเทียบจาก ¹⁴C ในชั้นบรรยากาศ ช่วยให้สามารถประเมินอายุของวัตถุตัวอย่างได้

หลักการหาค่าอายุ

              หลักการที่สำคัญของการหาอายุวัตถุโบราณโดยวิธี Radiocarbon Dating เป็นหลักการที่อาศัยความรู้เกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นเองในอากาศ ตัวการที่สำคัญคือ รังสีคอสมิก ซึงอยู่ในบรรยากาศเหนือพื้นโลก มีความเข้มสูงจนทำให้นิวเคลียสขององค์ประกอบของอากาศแตกตัวออก ให้อนุภาคนิวตรอน แล้วอนุภาคนิวตรอนชนกับไนโตรเจนในอากาศ ทำให้เกิดไอโซโทปของ C-14 ดังนี้

            คาร์บอนฟรีรวมทั้งคาร์บอน -14 ( ¹⁴  C ) ตอบสนองในรูปแบบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นองค์ประกอบของอากาศ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีความเข้มข้นคงที่ของหนึ่งอะตอมของคาร์บอน -14 ต่อทุก 10 ¹² อะตอมของคาร์บอน-12  ( ¹²  C)  ในพืชและสัตว์ที่กินพืช ใช้เวลาในการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเดียวกัน ¹⁴  C / ¹²  C   อัตราส่วน ¹⁴ C เป็นบรรยากาศ  แต่เมื่อพืชหรือสัตว์ตายการสะสมรังสีคาร์บอนจะหยุดลง  การสลายกัมมันตรังสีของคาร์บอนที่มีอยู่แล้วในปัจจุบันเริ่มที่จะเปลี่ยนอัตราส่วนของ  ¹⁴  C / ¹²  C  

C-14 เป็นไอโซโทปกัมมันตรังสี มีครึ่งชีวิต 5,730 ปีในบรรยากาศ คาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ได้เป็น CO₂ ซึ่งทำให้มีทั้ง ¹²CO₂   และ ¹⁴CO₂  ปนกัน เมื่อพืชนำไปใช้ในการสังเคราะห์แสง C-14 จะอยู่ในพืชและเมื่อสัตว์กินพืชเป็นอาหาร C-14 ก็จะเข้าไปอยู่ในร่างกาย ในขณะที่พืชและสัตว์มีชีวิต ¹⁴CO₂  จะเข้าไปและขับออกมาอยู่ตลอดเวลา ทำให้มี C-14 ด้วยสัดส่วนคงที่แน่นอน แต่เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงการรับ C-14 ก็จะหยุดลง ปริมาณ C-14 ก็จะลดลงเพราะเกิดการสลายตัวตัวตลอดเวลา ดังนั้นถ้าทราบอัตราการสลายตัวของ C-14 ในขณะที่ยังมีชีวิตอยู่และทราบอัตราการสลายตัวขณะนั้น ก็สามารถคำนวณอายุได้

ธาตุคาร์บอนมีสถานะคงที่ 2 สถานะ คือ

1. ไอโซโทปปลอดรังสีได้แก่ คาร์บอน-12 และ คาร์บอน-13 ( ¹²  C / ¹³  C)  
2. ไอโซโทปที่ไม่เสถียรคือ คาร์บอน-14 ( ¹⁴ C ) ซึ่งหลงเหลือตกค้างอยู่บนโลก คาร์บอน-14 มีอายุสัมพัทธ์ของครึ่งชีวิตประมาณ 5,730 ปี กล่าวคือจำนวนโมเลกุลของคาร์บอน-14 จะเหลือครึ่งหนึ่งเมื่อมีอายุครบ 5,730 ปีจากกระบวนการย่อยสลายของธาตุกัมมันตรังสี

ธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive element)

              กัมมันตรังสี (radioactivity) หมายถึง  ปรากฏการณ์ที่ธาตุสามารถแผ่รังสีได้เองอย่างต่อเนื่อง ปรากฏการณ์นี้เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสของไอโซโทปที่ไม่เสถียร

              ธาตุกัมมันตรังสี หมายถึง ธาตุที่มีสมบัติในการแผ่รังสี สามารถแผ่รังสีและกลายเป็นอะตอมของธาตุอื่นได้

              ในปี พ.ศ. 2439 อองตวน อองรี แบ็กเกอแรล (Antcine Henri Bacquerel) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้พบว่าแผ่นฟิล์มถ่ายรูปที่มีกระดาษดำห่อหุ้มอยู่ และเก็บรวมกันไว้กับสารประกอบของยูเรเนียม มีลักษณะเหมือนถูกแสง จึงทำการทดสอบกับสารประกอบของยูเรเนียมชนิดอื่นๆ ก็พบว่าให้ผลการทดลองเช่นเดียวกัน แบ็คเกอเรล จึงสรุปเป็นเบื้องต้นว่า มีการแผ่รังสีออกมาจากธาตุยูเรเนียม ต่อมาปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) และมารี กูรี (marie Curie) นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ก็ได้พบว่าธาตุอื่น ๆ  เช่น พลอโลเนียม (Po) เรเดียม (Ra) และทอเรียม (Th) ก็สามารถแผ่รังสีได้เช่นเดียวกัน และลอร์ด เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Lord Ernest Rutherford) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ก็ได้ค้นพบเพิ่มเติมอีก และได้แสดงให้เห็นว่ารังสีที่แผ่ออกมาจากสารกัมมันตรังสีอาจเป็น รังสีแอลฟา (- ray ) รังสีเบตา (b-ray) หรือรังสีแกรมมา (g-ray)

              รังสีดังกล่าวมีสมบัติต่างๆ กันดังนี้

• รังสีแอลฟา มีสัญลักษณ์นิวเคลียร์เป็น  บางครั้งอาจเรียกว่า อนุภาคแอลฟา และใช้สัญลักษณ์เป็น

              รังสีแอลฟาเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม ซึ่งประกอบด้วย 2 โปรตอน และ 2 นิวตรอนจึงมีประจุไฟฟ้าเป็น +2 มีมวล 4.00276 amu รังสีแอลฟาอำนาจทะลุทะลวงต่ำ ไม่สามารถทะลุผ่านแผ่นกระดาษ หรือโลหะบางๆ ได้ และเนื่องจากมีประจุบวก เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าจึงเบี่ยงเบนไปทางขั้วลบ เมื่อวิ่งผ่านอากาศอาจจะทำให้อากาศแตกตัวเป็นไอออนได้

• รังสีบีตา บางครั้งเรียกว่าอนุภาคบีตา ใช้สัญลักษณ์เป็น b หรือ  

              รังสีบีตา มีสมบัติเหมือนอิเล็กตรอน คือ มีประจุไฟฟ้า -1 มีมวลเท่ากับ 0.000540 amu เท่ากับมวลของอิเล็กตรอน รังสีบีตามีอำนาจในการทะลุทะลวงสูงกว่ารังสีแอลฟาประมาณ 100 เท่า มีความเร็วในการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับแสง เนื่องจากมีประจุลบจึงเบี่ยงเบนไปทางขั้วบวก เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้า

• รังสีแกมมา ใช้สัญลักษณ์ g

              รังสีแกมมาเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก คือประมาณ 0.001-1.5 pm ไม่มีมวลและไม่มีประจุ มีอำนาจทะลุทะลวงสูงสุด สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางได้เป้นอย่างดี ดังนั้นวัตุที่จะกั้นรังสีแกรมมาได้ จะต้องมีความหนาแน่นและความหนามากพอที่จะกั้นรังสีได้  เนื่องจากไม่มีประจุไฟฟ้า จึงไม่เบี่ยงเบนในสนามไฟฟ้า

              นอกจากรังสี 3 ชนิดดังกล่าวแล้ว ยังอาจจะพบอนุภาคอื่น ๆ แผ่รังสีออกมาจากนิวเคลียสได้เช่น โพสิตรอน นิวตรอน และโปรตอน ซึ่งมีประจุและมวลเปรียบเทียบกับรังสีทั้ง 3 ชนิดดังในตารางต่อไปนี้

                  ตาราง แสดงประจุและมวลของอนุภาคชนิดต่างๆ ที่เกิดจากการแผ่รังสี

              *  1 amu  =  1 atomic mass unit  =  1.66 x 10^-24 g.

ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติ

              ธาตุต่างๆ ที่พบในธรรมชาตินั้น ธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่า 83 ล้วนแต่แผ่รังสีได้ทั้งสิ้น ตัวอย่างเช่น ,   ,  ,   และ   ซึ่งอาจเขียนใหม่เป็น  U-238,  U-235, Th-232, Rn-222  และ Ra-226

              นอกจาก ธาตุกัมมันตรังสีในธรรมชาติแล้ว  นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถสังเคราะห์ธาตุกัมมันตรังสีขึ้นมาได้  ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ  ได้มากมาย

การสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี

              การที่ธาตุกัมมันตรังสีออกมาก็เพราะว่า นิวเคลียสของธาตุไม่เสถียร เนื่องจากมีพลังงานส่วนเกินอยู่ภายใน ดังนั้น จึงจำเป็นต้องถ่ายเทพลังงานส่วนเกินนี้ออกไปเพื่อให้นิวเคลียส เสถียรในที่สุด พลังงานส่วนที่เกิน ที่ปล่อยออกมานี้จะอยู่ในรูปของอนุภาคหรือรังสีต่างๆ  เช่น รังสีแอลฟา บีตา และแกมมา

              จากการศึกษาไอโซโทปของธาตุต่างๆ จำนวนมากพบว่า ไอโซโทปที่นิวเคลียสมีอัตราส่วนระหว่างจำนวนนิวตรอนต่อโปรตอนไม่เหมาะสม คือ มีนิวตรอนมากกว่าหรือน้อยกว่าโปรตอน มักจะไม่เสถียร ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสเป็นนิวเคลียสใหม่ที่เสถียรกว่า โดยการแผ่รังสีออกมาดังที่กล่าวแล้ว นอกจากนี้ยังพบว่าจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่เป็นจำนวนคู่หรือคี่ในนิวเคลียสนั้น มีความสัมพันธ์กับเสถียรภาพของนิวเคลียสด้วย กล่าวคือ ธาตุที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเป็นเลขคู่จะเสถียรกว่าธาตุที่มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเป็นเลขคี่

การแผ่รังสีแอลฟา

              การแผ่รังสีแอลฟา เกิดขึ้นในกรณีที่ไอโซโทปนั้นมีเลขอะตอมมากกว่า 82 และนิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนไม่เหมาะสม ทำให้เกิดแรงผลักกันในนิวเคลียสมากกว่าแรงยึดกัน นิวเคลียสจึงพยายามลดจำนวนอนุภาคลงให้มากที่สุด เพื่อให้ได้นิวเคลียสที่เสถียร ดังนั้นหลังจากการแผ่รังสีแอลฟา นิวเคลียสที่เกิดขึ้นใหม่จะมีเลขอะตอมลดลง 2 และเลขมวลลดลง 4 ดังตัวอย่างต่อไปนี้

การแผ่รังสีบีตา

              การแผ่รังสีบีตาเกิดขึ้นในกรณีที่นิงเคลียสมีจำนวนนิวตรอนมากกว่าโปรตอน จึงพยายามลดอัตราส่วนระหว่างนิวตรอนต่อโปรตอน โดยนิวตรอนจะเปลี่ยนไปเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน ทำให้เลขอะตอมเพิ่มขึ้น 1 แต่เลขมวลคงเดิม ดังตัวอย่างเช่น

การแผ่รังสีแกมมา

              การแผ่รังสีแกมมา มักจะเกิดขึ้น ในกรณีที่ไอโซโทปมีการสลายตัวให้รังสีแอลฟาหรือบีตาแล้ว ยังได้นิวเคลียสใหม่ไม่เสถียร ยังอยู่ในสภาวะกระตุ้น มีพลังงานเกินกว่าปกติ เมื่อกลับสู่สภาวะปกติจึงปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีแกมมา ดังนั้นการแผ่รังสีแกมมาจึงไม่ทำให้เลขมวลและเลขอะตอมเปลี่ยนแปลง

สรุปการแผ่รังสีของธาตุกัมมันตรังสี

เครื่องมือการสำรวจค่ารังสี

1. Geiger-Mueller counter

            Geiger-Mueller counter เป็นเครื่องมืออย่างง่ายที่ใช้ในการตรวจวัดรังสีบีตา แต่เครื่องมือนี้ใช้ได้เฉพาะการสำรวจภาคพื้นดินเท่านั้น ตัวตรวจวัดเป็นเป็นหลอดทรงกระบอกที่มีผนังบาง ส่วนปลายเป็นหน้าต่างทำจากไมกาบางน้อยกว่า 0.025 มิลลิเมตร เพื่อให้อนุภาคบีตาผ่านได้ 

            ในหลอดแก้วประกอบด้วยแกนลวดขั้วลบและ coaxial cathode cylinder ภายในบรรจุก๊าซเฉื่อยจำพวก อากอน (argon) ผสมกับแอลกอฮอลล์ มีเธน ไอน้ำ ที่ความดัน 0.1 atm ก๊าซที่ผสมกันนี้ทำให้เกิด quenching action แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าต่ำให้ความต่างศักย์หลายร้อยโวลต์ระหว่าง diode

            รังสีที่แผ่เข้ามาในหลอดที่อะตอมของก๊าซถูกกระตุ้นให้เป็นไอออน และ ไอออนบวกและอิเล็กตรอนถูกเร่งโดยความต่างศักย์สูงกับ cathode และ anode ตามลำดับ ประจุเหล่านี้ก็กระตุ้นอะตอมของก๊าซในขณะที่เดินทาง การกระตุ้นถูกสะสมและรังสีตั้งต้นสร้าง discharge pulse ระหว่าง anode resistor ซึ่งถูกขยายใน transistor stage เพื่อสร้าง click ในหูฟัง pulse ที่ตามมาในภายหลังเพิ่มประจุให้กับ ccondenser ซึ่งต่อมาเกิดการรั่วอย่างช้าๆ ผ่านresistance สูงเป็นชุดใน micrommeter ตัววัด registers a current proportional to the integral  of the charge entering the condenser.

            จุดประสงค์ของ quenching agent คือ การยับยั้งการปลดปล่อย secondary electron จาก cathode ที่มีสาเหตุจากการระดมยิงของไอออนประจุบวก ผลดังกล่าวทำให้เกิดการยืดระยะเวลาออกของการคายประจุ การเกิด quenching อย่างรวดเร็วของการคายประจุทำให้หลอดกลับคืนสู่ขั้น nonconducting ดังนั้น การตอบสนองต่อรังสีที่ตามมาภายหลัง entering the chamber shortly after the first. ถึงแม้ว่า ในหลอดที่ดี clean-up time ยังเป็นที่ต้องการ  มันสามารถที่จะถูกลดให้น้อยกว่า 100 ms  เมื่อ suitable quenching gas mixture

            การสำรวจโดยใช้ Geiger counter มีข้อดีที่ทำได้ง่ายและเสียค่าใช้จ่ายน้อย แต่อย่างไรก็ดี มีข้อแนะนำว่า ขณะทำการสำรวจต้องให้เครื่องอยู่ใกล้กับหินโผล่ให้มาก เพื่อที่จะสามารถตรวจจับรังสีบีตา เนื่องจากเครื่องมือมีความไวต่อการตรวจจับรังสีบีตาที่เป็นไอออนอย่างอ่อนได้น้อย และมีแนวโน้มที่จะวิ่งผ่านหลอดไปโดยที่ไม่ได้ถูกตรวจจับ ใบพายที่ทำจากตะกั่วที่ติดตั้งอยู่ด้านนอกของหลอดใช้ลดและเปลี่ยนรังสีแกมมาให้เป็นรังสีบีตา อย่างไรก็ดี ไม่มีการปรับปรุงให้ประสิทธิภาพให้ดีพอที่จะแข่งขันกับ scintillation meter ดังนั้น Geiger counter จึงเป็นเครื่องมือที่ใช้ในวงจำกัด

2. Scintillation meter

เครื่องวัดรังสีในระบบนี้จะเปลี่ยนคาร์บอนให้อยู่ในรูปของสารประกอบเบนซีน ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการเคมีอยู่ 3 ขั้นตอน คือการเปลี่ยนคาร์บอนในตัวอย่างให้อยู่ในรูปแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ การเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สอะเซทิลีน และการเปลี่ยนแก๊สอะเซทิลีนเป็นสารประกอบเบนซีน หรือทำการดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงด้วยสารละลายที่เป็นด่าง

การนับของ scintillation เกิดจากการถูกระดมยิงด้วยรังสีของ zinc sulfide screen ซึ่งเป็นวิธีที่ถูกใช้ในการตรวจจับในสมัยแรก วัสดุอื่นที่ถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ประกอบด้วย anthracene stilbene และ scheelite ตัวตรวจจับที่ดีที่สุดทำจาก sodium iodide (NaI), treated with  thallium (Tl) ผลึก NaI ยอมให้การปลดปล่อยฟลูออเรสเซนซ์จากตัวผลึกผ่านได้ ผลึกด้านหนึ่งเคลือบด้วยวัสดุที่สะท้อนแสง ถ้าผลึกมีขนาดใหญ่พอ ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรังสีแกมมาธรรมชาติเท่ากับ 100% เครื่องมือที่เคลื่อนย้ายได้สะดวกของเครื่องมือนี้เป็นการพัฒนาของ photomultiplier tube

            ผลของ photoelectric effect  ซึ่งรังสีแกมมาสูญเสียพลังงานทั้งหมดไปกับ bound atomic electron ส่วนหนึ่งของพลังงานถูกใช้เพื่อเอาชนะ its binding กับอะตอม พลังงานส่วนที่เหลือเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ผลอันนี้ predominates ที่พลังงานต่ำ (< 200 keV)  ถึงแม้ว่า มันจะเปลี่ยนแปลงไปกับเลขอะตอมของวัสดุที่ดูดซับ

            compton scattering โดย atomic electron ซึ่งรังสีแกมมาถูกหักเห ในทิศทางที่รังสีแกมมาเดินทาง เมื่อพลังงานของรังสีแกมมามีค่ามากกว่าพลังงานของ electron binding ซึ่งมีค่าระหว่าง 10⁵ eV สำหรับอิเล็กตรอนชั้น K ซึ่งอยู่ชั้นในสุด สำหรับธาตุหนัก และ 2 – 3 eV สำหรับธาตุเบา  scattering เกิดขึ้น as through the electrons were unbound and at rest นี่คือ ปฏิกิริยาหลักที่ intermediate energies (100 keV ถึง 2 MeV) และผลของเลขอะตอม is not pronounced.

            pair production ซึ่งรังสีแกมมาถูกทำลายใกล้นิวเคลียสหรืออิเล็กตรอนในขณะที่สร้างคู่อิเล็กตรอน-โปซิตรอน พลังงานที่ต้องการสำหรับกระบวนการนี้ต้องมีค่ามากกว่าพลังงานที่เหลือของคู่อิเล็กตรอน-โปซิตรอน; any excess appears as kinetic energy of the electron and positron เนื่องจากอิเล็กตรอนที่เหลือพลังงานคือ 0.51 MeV  การสร้างคู่อิเล็กตรอน-โปซิตรอนไม่สามารถเกิดขึ้นได้จนกว่าพลังงานเริ่มต้นของรังสีแกมมาจะมากกว่า 1.02 MeV

            ปฏิกิริยา 3 แบบ  แบบแรกเหมาะสำหรับ g-ray spectroscopy เนื่องจากการแผ่รังสีตั้งต้นถูกเปลี่ยนไปเป็น light photon, giving up all its energy in the process สำหรับ ordinary scintillation meter, สิ่งที่ต้องการคือรังสีแกมมาซึ่งสุดท้ายเปลี่ยนไปเป็นแสง ไม่สนใจถึงการดูดซับ

Description of scintillation meter

            แสงซึ่งเกิดขึ้นภายในผลึก NaI จากการเปลี่ยนรังสีแกมมา เมื่อไปตกบน semitransparent photocathode           

3. Gamma-Ray spectrometer

            การเพิ่มประสิทธิภาพของ scintillometer คือ spectrometer ซึ่งมีความสามารถในการแยกรังสีแกมมาที่มาจากธาตุโปตัสเซียม ยูเรเนียม และ ทอเรียม เพื่อใช้ในการกำหนดแหล่งที่มาของรังสี เครื่องมือมักใช้ในการสำรวจทางอากาศและเครื่องมือที่สามารถเคลื่อนย้ายได้

            spectrometer ถูกใช้ในการวิเคราะห์รังสีแกมมาในห้องปฏิบัติการนิวเคลียส์ฟิสิกส์มานานกว่า 40 ปี โดยอาศัยหลักการที่ว่าความเข้มของแสงและขนาดของความแตกต่างของสัญญาณจากเครื่องขยายเป็นสัดส่วนตรงกับพลังงานเริ่มต้นของรังสีแกมมา แต่ในความเป็นจริง หลักการดังกล่าวมีความถูกต้องเพียงบางส่วน เนื่องจากขบวนการที่มีความซับซ้อนของการดูดซับของรังสีแกมมา

            เมื่อรังสีแกมมาสูญเสียพลังงานเริ่มต้นทั้งหมด เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงโดย photoconversion

4. Miscellaneous instruments

            scintillation meter แบบที่เคลื่อนย้ายได้บางชนิดมีการปรับปรุงให้วงจรมีความซับซ้อนน้อยลง สามารถจำแนกระหว่าง โปตัสเซียม ยูเรเนียม และทอเรียม อย่างคร่าวๆได้ พอๆกับการวัดค่ารังสีแกมมารวม