Tải bản đầy đủ

Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ- VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ
VÀ TÍNH LIỀU CHIẾU TRONG
CHO NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI
BẰNG PHỔ KẾ GAMMA PHÔNG THẤP

SVTH: Lê Thị Ngọc Trang
GVHD: TS. Trương Thị Hồng Loan
GVPB: ThS. Trần Thiện Thanh

Tp. Hồ Chí Minh- 2012



LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
cô hướng dẫn TS. Trương Thị Hồng Loan đã tận tình chỉ bảo, quan tâm theo dõi,
cung cấp nhiều kiến thức mới và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Trần Thiện Thanh đã dành thời gian đọc
và cho em nhiều ý kiến giúp em làm tốt khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô Khoa Vật lý- Vật lý kỹ thuật, đặc biệt
là quý thầy cô của bộ môn Vật lý Hạt nhân đã hết lòng truyền đạt kiến thức, dạy dỗ
em trong thời gian qua.
Em cũng xin cảm ơn các anh chị cán bộ trẻ ở bộ môn đã tạo điều kiện, chỉ dẫn
và giúp đỡ em trong thời gian theo học và làm đề tài ở bộ môn.
Cảm ơn tất cả các bạn của tập thể lớp hạt nhân khóa 2008 đã luôn bên cạnh,
giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quãng thời gian học tập và hoàn thành luận
văn.
Cuối cùng, con xin cảm ơn ông bà, ba má đã nuôi dưỡng và dạy dỗ con khôn
lớn, tạo điều kiện cho con được học tập, khuyến khích và giúp đỡ con những lúc khó
khăn, cho con có được như ngày hôm nay.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2012


MỤC LỤC
Lời cảm ơn

Trang

Mục lục
Danh mục các ký hiệu- chữ viết tắt .............................................................................. i
Danh mục các hình vẽ và đồ thị .................................................................................. ii
Danh mục các bảng biểu ............................................................................................ iii
Mở đầu ........................................................................................................................ 1
Chương 1 – Tổng quan về phóng xạ môi trường ................................................... 3
1.1. Phóng xạ môi trường ..................................................................................... 3
1.1.1. Bức xạ tự nhiên .................................................................................. 3
1.1.1.1 Bức xạ vũ trụ .......................................................................... 3
1.1.1.2. Bức xạ từ đất .......................................................................... 5
1.1.1.3. Bức xạ từ nước và lương thực, thực phẩm ............................ 5
1.1.1.4. Bức xạ từ không khí .............................................................. 7
1.1.1.5. Bức xạ từ vật liệu xây dựng ................................................... 8
1.1.1.6. Bức xạ từ cơ thể con người.................................................... 9


1.1.2. Bức xạ nhân tạo .................................................................................. 9
1.2. Các chuỗi phân rã phóng xạ môi trường ..................................................... 10
1.3. Ảnh hưởng của bức xạ lên mô sống ............................................................ 14
1.3.1. Chiếu xạ ngoài.................................................................................. 14
1.3.2. Chiếu xạ trong .................................................................................. 14
1.3.3. Các hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa ....................................... 15
1.4. Những vùng có phông phóng xạ cao trên thế giới ...................................... 15
1.5. Các nghiên cứu trong nước và thế giới về phóng xạ môi trường................ 16
1.5.1. Các nghiên cứu ở Thế giới ............................................................... 16
1.5.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 18
Chương 2 – Đối tượng và phương pháp nghiên cứu............................................ 19
2.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 19
2.1.1. Đặc tính của nguồn nước uống và nước khoáng tự nhiên................ 19


2.1.2. Một số loại nước uống từ thiên nhiên ở Việt Nam .......................... 20
2.2. Xác định hoạt độ bằng phổ kế gamma phông thấp ..................................... 20
2.2.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp.......................................................... 21
2.2.2. Các đặc trưng có bản của hệ phổ kế gamma phông thấp của
trường Đại học Khoa học Tự nhiên ................................................. 22
2.2.2.1. Độ phân giải năng lượng (FWHM) ..................................... 22
2.2.2.2. Hiệu suất ghi ........................................................................ 23
2.2.2.3. Mức tới hạn (LC) và giới hạn phát hiện (LD) ....................... 23
2.2.2.4. Giới hạn phát hiện hoạt độ
MDA(Minium Detector Activity) ....................................... 24
2.2.3. Phương pháp xác định hoạt độ mẫu môi trường .............................. 24
2.3. Xác định liều chiếu xạ trong của các đồng vị phóng xạ trong hệ tiêu hóa . 25
2.3.1. Liều hấp thụ...................................................................................... 25
2.3.2. Liều tương đương ............................................................................. 25
2.3.3. Liều lượng giới hạn được phép ........................................................ 26
2.3.4. Phương pháp ICRP 30 tính liều chiếu trong cho hệ tiêu hóa ........... 26
Chương 3 – Quy trình thực nghiệm – tính toán và xử lý kết quả ...................... 32
3.1. Quy trình thực nghiệm ................................................................................ 32
3.1.1. Chuẩn bị mẫu và xử lý mẫu ............................................................. 32
3.1.2. Đo mẫu ............................................................................................. 34
3.2. Tính toán và xử lý kết quả ........................................................................... 34
3.2.1. Xác định hiệu suất theo năng lượng đối với hệ phổ kế gamma HPGe
dùng trong đo đạc ............................................................................. 34
3.2.2. Xác định giới hạn phát hiện của hệ phổ kế gamma HPGe .............. 35
3.2.3. Xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu
nước uống đóng chai ........................................................................ 36
3.2.3.1. Các mẫu nước khoáng đóng chai......................................... 36
3.2.3.2. Các mẫu nước uống đóng chai có nguồn gốc từ
nước ngầm ........................................................................... 38


3.2.4. Liều hiệu dụng và liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam và nữ
gây bởi đồng vị U238, Th232, K40 hấp thụ trong 1 năm...................... 44
3.2.4.1. Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam, nữ và
liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị U238 hấp thụ
trong 1 năm .......................................................................... 44
3.2.4.2. Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam, nữ và
liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị Th232 hấp thụ
trong 1 năm .......................................................................... 48
3.2.4.3. Liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị K40 hấp thụ
trong 1 năm .......................................................................... 49
Kết luận .................................................................................................................... 50
Kiến nghị hướng tiếp theo ...................................................................................... 50
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 51
Phụ lục ....................................................................................................................... 54


i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nội dung
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

UNSCEAR

Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học của Liên Hiệp Quốc về
ảnh hưởng của bức xạ Nguyên tử

ICRP

NCRP

International Commission for Radiological Protection – Uỷ ban
An toàn phóng xạ Quốc tế
National Council on Radiation Protection and Measurement –
Hội đồng bảo vệ và đo lường quốc gia

ADN

Acid Deoxyribo Nucleic – phân từ axit nucleic

ARN

Acid Ribonucleic Nucleic

HPGe

High Pure Germanium – Germanium siêu tinh khiết

MCA
FWHM

Full Width at Half Maximum – Bề rộng một nửa tại độ cao cực
đại

LC

Critical Level – Mức tới hạn

LD

Lower Limit of Detection – Giới hạn phát hiện dưới

MDA

Minimum Detectable Activity – Giới hạn phát hiện

SEE

Specific Effective Energy – Năng lượng hiệu dụng riêng

AF

Absorbed Fraction – Hệ số hấp thụ trung bình

ST

Stomach – Dạ dày

SI

Small Intestine – Ruột non

ULI

Up Large Intestine – Ruột già trên

LLI

Low Large Intestine – Ruột già dưới

ALI

Annual Limit on Intake – Giời hạn hấp thụ hàng năm

IAEA

International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng
nguyên tử quốc tế


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình 1.1. Biểu đồ thể hiện thành phần phóng xạ đóng góp vào phông tự nhiên ...... 3
Hình 1.2. Dãy đồng vị phóng xạ Thorium (Th232) .................................................. 11
Hình 1.3. Dãy đồng vị phóng xạ Uranium (U238) ................................................... 12
Hình 1.4. Dãy đồng vị phóng xạ Actinium (U235) .................................................. 13
Hình 1.5. Các đồng vị của Kali trong môi trường tự nhiên .................................... 13
Hình 1.6. Các đường thâm nhập của phóng xạ từ môi trường vào cơ thể .............. 14
Hình 2.1. Sơ đồ hệ phổ kế gamma phông thấp ....................................................... 21
Hình 2.2. Hệ phổ kế gamma phông thấp của Bô môn Vật Lý Hạt Nhân,
Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh ......................... 22
Hình 2.3. Định nghĩ LC và LD ................................................................................. 24
Hình 2.4. Mô hình miêu tả sự dịch chuyển của nhân phóng xạ trong hệ tiêu hóa
theo ICRP-30 (1979) ............................................................................... 29
Hình 3.1 Hình học mẫu 3π ........................................................................................................ 33
Hình 3.2. Biểu diễn hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu nước khoáng ... 38
Hình 3.3. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu nước uống đóng chai từ
nguồn nước ngầm .................................................................................... 41
Hình 3.4. Biểu diễn hoạt độ phóng xạ trong các mẫu nước uống đóng chai.. ....... 42
Hình 3.5. Hoạt độ của U238, Th232 trong các mẫu nước uống của kết quả của
đề tài so với các nước khác….. ............................................................... 43
Hình 3.6. Hoạt độ của K40 trong các mẫu nước uống của kết quả tính từ đề tài và
của một số nước khác .............................................................................. 43


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong các đại dương được tính theo giá trị của
Almanac thế gới 1990 ............................................................................... 6
Bảng 1.2. Nồng độ của Urani, Thori và con cháu trong lương thực, thực phẩm
ở một số quốc gia ...................................................................................... 7
Bảng 1.3. Hoạt độ riêng của một số loại vật liệu xây dựng ...................................... 8
Bảng 1.4. Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đá trầm tích ................................. 17
Bảng 1.5. Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất ............................................... 17
Bảng 2.1. Liều lượng được phép giới hạn của chiếu xạ trong, ngoài...................... 26
Bảng 2.2. Biểu thức gần đúng của số dịch chuyển US trong các phần khác nhau
của hệ tiêu hóa sau khi nuốt 1 Bq hoạt độ phóng xạ............................... 30
Bảng 3.1. Các đặc trưng của mẫu đo ....................................................................... 32
Bảng 3.2. Các đồng vị quan tâm trong mẫu đo ....................................................... 33
Bảng 3.3.a. Thông tin hoạt độ, xử lý phổ đo đạc và tính toán hiệu suất đối với
mẫu chuẩn CU 2009-03 của IAEA. ........................................................ 34
Bảng 3.3.b. Giới hạn phát hiện MDA của hệ phổ kế gamma phông thấp (HPGe)
của Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh ................... 35
Bảng 3.4. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 1 VHKG ................................ 36
Bảng 3.5. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 2 LV ...................................... 37
Bảng 3.6. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 4 VHC ................................... 37
Bảng 3.7. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 5 VHCG ................................ 37
Bảng 3.8. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 3 AF ...................................... 38
Bảng 3.9. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 6 DNSI .................................. 39
Bảng 3.10. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 7 SPW ................................... 39
Bảng 3.11. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 8 DW..................................... 40
Bảng 3.12. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 9 AV ..................................... 40
Bảng 3.13. Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 10 IONL ................................ 40
Bảng 3.14. Hoạt độ các đồng vị trong các mẫu đo .................................................... 41


iv

Bảng 3.15. Hoạt độ của U238, Th232 trong nước uống đóng chai của một số nước
trên thế giới……….. ............................................................................... 42
Bảng 3.16. Hoạt độ của K40 trong nước uống đóng chai của một số nước khác....... 43
Bảng 3.17. Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam và nữ gây bởi đồng vị
U238hấp thụ trong 1 năm .......................................................................... 47
Bảng 3.18. Liều hiệu dụng (E50) trên toàn cơ thể gây bởi đồng vị U238 hấp thụ
trong một năm. ........................................................................................ 47
Bảng 3.19. Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam và nữ gây bởi đồng vị Th232
hấp thụ trong một năm ............................................................................ 48
Bảng 3.20. Liều hiệu dụng (E50) trên toàn cơ thể gây bởi đồng vị Th232 hấp thụ
trong một năm ......................................................................................... 49
Bảng 3.21. Liều hiệu dụng (E50) trên toàn cơ thể gây bởi đồng vị K40 được hấp thụ
trong một năm….. ................................................................................... 49


-1-

MỞ ĐẦU
Cuối thế kỷ XIX, thời đại hạt nhân ra đời, đi đôi với những ứng dụng trong y
học, công nghiệp, quân sự là những tổn hại về môi trường sống, ảnh hưởng của
phóng xạ lên bầu khí quyển, sinh quyển và thủy quyển. Đặc biệt là sau những vụ
thử vũ khí hạt nhân, ô nhiễm môi trường phóng xạ và sự tiếp xúc bức xạ với con
người trở thành mối quan tâm của toàn cầu.
Ngày nay, vũ khí hạt nhân cũng đã được giảm đi rất nhiều, nhưng tai nạn nhà
máy điện hạt nhân ở Chernobyl hay Fukusima lại xảy ra gây nhiều hệ lụy cho môi
trường và hoang mang cho mọi người, vì thế vấn đề môi trường phóng xạ càng
được quan tâm hơn bao giờ hết. Nhiều phép đo phóng xạ tự nhiên đã được tiến hành
ở nhiều nước trên thế giới với mục đích:
 Cung cấp cơ sở dữ liệu để ước tính sự tiếp xúc của bức xạ với con
người.
 Đánh giá lại những thay đổi của phóng xạ môi trường.
 Biết được sự tồn tại của các đồng vị phóng xạ trong môi trường sống
và mức độ làm nhiễm bẩn môi trường của con người.
 Khai thác phóng xạ hạt nhân trong môi trường tự nhiên và nhân tạo.
 Là bằng chứng cho sự tồn tại của phóng xạ hạt nhân trong môi
trường.
Ở nước ta, nhiều cuộc khảo sát môi trường cũng đã được thực hiện từ lâu, đến
nay vẫn còn được tiếp tục trên nhiều thành phần của môi trường như đất, nước, vật
liệu xây dựng, lương thực thực phẩm nhằm đem lại sự yên tâm cho mọi người trong
nước cũng như những nơi nhập khẩu của hàng hóa của Việt Nam.
Với những lý do trên, mục đích nghiên cứu của khóa luận này là khảo sát hoạt
độ phóng xạ trong các mẫu nước khoáng đóng chai lấy từ môi trường tự nhiên có
mặt trên thị trường bằng phổ kế gamma HPGe của Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, TP.HCM, từ đó đánh giá phông phóng xạ xung quanh
nguồn nước được khai thác, tính toán liều chiếu trong đối với hệ tiêu hóa và toàn cơ
thể.


-2-

Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định hoạt độ phóng xạ và tính liều chiếu
trong cho nước uống đóng chai bằng phổ kế gamma phông thấp” được chia làm 3
chương như sau:
 Chương 1: Tổng quan về phóng xạ môi trường.
 Chương 2: Xác định hoạt độ mẫu môi trường bằng phổ kế gamma
phông thấp.
 Chương 3: Quy trình thực nghiệm – tính toán và xử lý kết quả.


-3-

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƢỜNG
1.1. Phóng xạ môi trƣờng
Con người cùng các vật thể sống trên Trái đất luôn chịu tác động của môi
trường. Bên cạnh những tác động hữu hình như mưa, nắng, khói bụi, chúng ta còn
phải chịu những tác động vô hình từ môi trường phóng xạ của hạt nhân nguyên tử ở
khắp mọi nơi nhưng chủ yếu là các nhân phóng xạ ngay từ khi Trái đất mới hình
thành, liên tục được tạo ra bởi
tương tác của tia vũ trụ với các vật

Tia vũ
trụ, 8%

Tia X,
11%

khác , 1%

Mặt đất,
8%

chất trong môi trường cho tới ngày
nay và một phần là do những đồng
vị phóng xạ nhân tạo. Theo nghiên
cứu của NCRP năm 1987 [30] phần
trăm các thành phần phóng xạ đóng
góp vào phông phóng xạ tự nhiên
được cho trong biểu đồ 1.1.

Thuốc
phóng xạ,
11%
sản phẩm
tiêu dùng,
3%

Nội bộ,
11%

radon,
54%

Hình 1.1. Biểu đồ thể hiện thành phần
phóng xạ đóng góp vào phông tự
nhiên [30]

1.1.1. Bức xạ tự nhiên
Phần lớn bức xạ con người phải chịu có nguồn gốc tự nhiên, phông tự nhiên
được hình thành từ những đồng vị phóng xạ chứa trong đất, đá, nước, không khí,
sinh vật và từ những tia vũ trụ bên ngoài trái đất. Trong đó chủ yếu là đồng vị
phóng xạ tự nhiên: U238, Ra226, Th232, K40, C14 cùng con cháu của nó.
1.1.1.1. Bức xạ vũ trụ [15]
Trái đất và các sinh vật trên nó liên tục bị chiếu bởi các bức xạ từ không gian,
đó là những hạt mang điện từ Mặt trời và các ngôi sao đi xuyên qua bầu khí quyển
vào môi trường gọi là tia vũ trụ. Các tia này có năng lượng cỡ từ 108 eV đến 1020
eV, thành phần chủ yếu là các hạt nhân nguyên tử có năng lượng cao, trong đó xấp


-4-

xỉ 70% proton, 20% hạt alpha, 0,7% Li, Be, B; 1,7% C, N, ion Oxi và còn lại 6% là
các ion có Z >10.
Người ta chia bức xạ vũ trụ thành 2 nhóm: nhóm thứ nhất có năng lượng dưới
1GeV chủ yếu là proton, nhóm này có nguồn gốc chính từ Mặt Trời, nhóm còn lại
có năng lượng từ 1GeV đến 1010 GeV có nguồn gốc từ thiên hà.
* Tia vũ trụ sơ cấp
Trên đường đến mặt đất tia vũ trụ tương tác với các vật chất trong bầu khí
quyển nên thành phần của nó khác với thành phần của tia vũ trụ ban đầu. Tia vũ trụ
ban đầu gọi là tia sơ cấp.
Các tia vũ trụ sơ cấp được chia ra thành các nhóm: nhóm p (gồm proton,
deuteron, triton), nhóm α (alpha và 2H3), nhóm các hạt nhân nhẹ (Li, Be, B
(Z=3÷5)), nhóm các hạt nhân trung bình (C, O, N, F (Z=6÷9)), nhóm hạt nhân
nặng (các hạt có Z ≥ 10), nhóm các hạt nhân rất nặng ( Z ≥ 20), nhóm các hạt nhân
siêu nặng (Z ≥ 30).
* Tia vũ trụ thứ cấp [6]
Tia vũ trụ thứ cấp được sinh ra do tương tác của tia sơ cấp với các vật chất
trong bầu khí quyển.
Tia vũ trụ thứ cấp gồm các hạt hadron (pion, proton, neutron…), các hạt muon,
electron và photon được chia thành 3 thành phần: thành phần kích hoạt hạt nhân
(hạt hadron), thành phần cứng (muon), thành phần mềm (electron, photon).
Cường độ của tia vũ trụ thứ cấp phụ thuộc vào độ cao của bầu khí quyển.
Thành phần electron-photon có cường độ mạnh ở độ cao lớn và bị hấp thụ nhanh
khi đến mặt đất, có cường độ không đáng kể so với thành phần của muon. Tại mặt
đất chủ yếu là muon có năng lượng từ 1 đến 20 GeV. Tại mặt biển, cường độ của
các thành phần cứng (muon) Ihard= 1,7.10-2 hạt/ cm2.s và thành phần tia mềm
(electron, photon) Isoft = 0,7.10-2 hạt/cm2.s. Như vậy, cường độ tia vũ trụ thứ cấp tại
mặt nước biển bé hơn rất nhiều cường độ ở tại bầu khí quyển, mà trong đó chủ yếu
là muon.


-5-

Bên cạnh đó, tại khí quyển đã xảy ra phản ứng giữa hadron với các vật chất
trong đó, sinh ra các hạt nhân phóng xạ và các hạt nhân bền gồm Be10, Cl 36, C14,
S32, H3, Na22, S35, Be7, P33, P32, Na27, S38, Cl39, Cl38, trong đó H3, C14, Be7, Na22, P32
có thể được tạo ra trong các vụ nổ hạt nhân.
1.1.1.2. Bức xạ từ đất
Mặt đất thường đóng góp khoảng 8% vào hoạt độ phóng xạ môi trường. Trong
đất luôn tồn tại các nhân phóng xạ có chu kỳ bán hủy lớn (>108 năm), có nhiều
nhân có thời gian bán rã ngắn nhưng do được liên tục tạo ra bởi nhân mẹ có thời
gian sống dài nên ta cũng có thể tìm được chúng trong tự nhiên. Các nhân phóng xạ
chủ yếu trong vỏ trái đất: U235, U238, Th232, Ra226, Rn222, K40, chúng đóng góp liều
lượng trung bình khoảng 0,45mSv/năm, một số nơi đạt tới 16mSv/năm (bang
Nimasgeris – Brazil, Kerela - Ấn Độ) và nồng độ là 25Bq/kg trong đất (UNSCEAR
1988).
Có 3 họ cơ bản: Thorium (Th232), Uranium (U238) và Actinium (U235). Tất cả
thành viên của các họ này trừ nguyên tố cuối cùng ra đều là nhân phóng xạ [6].
Radi cũng thường có nhiều trong đất phèn, đá phiến sét, đá núi lửa và từ những
dòng cát đá chảy dưới các lớp băng từ kỷ băng hà. Đối với những người sống sát
mặt đất như nhà tầng trệt, không có tầng hầm thường sẽ chịu ảnh hưởng của radon
nhiều hơn những người khác do trong đất chứa nhiều radi, đăc biệt là Ra226. Nồng
độ radi trong đất thường vào khoảng 10-50 Bq/kg, nhưng cũng có thể đạt hàng trăm
Bq/kg (UNSCEAR 2000) [25]
1.1.1.3. Bức xạ từ nƣớc và lƣơng thực, thực phẩm
Phần lớn các nhân phóng xạ nằm trong đất, tuy nhiên, trong nước vẫn chứa các
phóng xạ nhưng nhỏ hơn trong đất từ 10-100 lần.
Có khoảng 95% lượng radon trong không khí, trong đó có 1% từ nước, đặc biệt
là các mạch nước ngầm thường xuyên di chuyển qua các lớp đất đá có chứa uran tự
nhiên giải phóng radon, vì vậy nước ngầm có nồng độ radon cao hơn nước ở sông,
suối…Trong báo cáo của Vịện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cho thấy nồng
độ radon trong nước cung cấp bởi các dịch vụ công cộng là nước bề mặt, có lượng


-6-

radon ít hơn 0,4 Bq/l, trong khi đó, nước ngầm có lượng radon cao hơn rất nhiều,
khoảng 20 Bq/l.
Hàm lượng phóng xạ cũng tùy thuộc vào từng loại nước, độ sâu và độ mặn, vì
thế độ phóng xạ của nước sông 10-12 Ci/l, nước biển 10-10 Ci/l, nước hồ 10-10 Ci/l.
Bảng 1.1. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong các đại dương được tính theo giá trị của
Almanac thế giới 1990 [4]
Nhân

Hoạt độ trong Đại dƣơng

phóng xạ Thái Bình Dƣơng Đại Tây Dƣơng Tất cả các đại dƣơng
6×108 Ci

3×108 Ci

1,1×109 Ci

Kali

2×1011 Ci

9×1010 Ci

3,8×1011 Ci

Triti

107 Ci

5×106 Ci

2×107 Ci

8×107 Ci

4×107 Ci

1,8×108 Ci

1,9×1010 Ci

9×109 Ci

3,6×1010 Ci

Uranium

Cacbon-14
Rubidi-87

Lương thực, thực phẩm chúng ta sử dụng hàng ngày có nguồn gốc chủ yếu từ
thiên nhiên như lúa gạo, rau, củ, quả, sữa… luôn chịu tác động trực tiếp hoặc gián
tiếp của phóng xạ trong môi trường theo nước, chất dinh dưỡng trong đất thâm nhập
vào chúng.
Do ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài nên phóng xạ trong lương thực, thực
phẩm chủ yếu là K40, Ra226, U238, C14, H3 và Th232 mà thành phần quyết định vẫn là
K40 bởi chúng có khá nhiều trong môi trường và trong thực phẩm. Bảng 1.2 trình
bày hoạt độ phóng xạ trong lương thực thực phẩm (UNSCEAR 2000) [25]


-7-

Bảng 1.2. Nồng độ của Urani, Thori và con cháu trong lương thực, thực phẩm
ở một số quốc gia [25]
Hoạt độ Bq/kg
Quốc gia
/vùng

U238

Ra226

Pb210

Po210

Th232

Ra228

Th228 U235

Sữa
Trung Quốc
Nhật
Mỹ

13

6

0,55

12

0,1-4,9

<0,4200

16

13

1,2

21

0,06

0,29
35-88

20-220

56

Thịt
Trung Quốc

10

41

Nhật

13

36

140

120

4,3

120

0,5

2,3

Đức

1-20 30-220

100-1000 37-4000

Mỹ

4,9 2,6-74

40-3700 62-6700

22-93


Trung Quốc

12

39

Mỹ

2,5

8,52100

3500

4900

1,3

180-4800 60-5300

320

0,5
56700

1.1.1.4. Bức xạ từ không khí
Do ảnh hưởng từ khói bụi phóng xạ của các vụ nổ hạt nhân, các vụ nổ ngoài vũ
trụ từ xa xưa cho đến nay nên không khí chúng ta hít thở hàng ngày cũng chứa
không ít phóng xạ. Đồng thời, bức xạ từ các lớp đất đá ở môi trường xung quanh
cũng góp phần vào phóng xạ trong không khí, thường là radon.
Radon là chất khí không màu, không mùi, không vị chiếm hơn 50% thành phần
phóng xạ trong môi trường, chủ yếu là Rn222 (con cháu của chuỗi uranium), Rn220


-8-

(con cháu của chuỗi Thorium). Cả hai chuỗi này đều có mặt trong đất đá, vật liệu
xây dựng và nước ở các giếng sâu.
Do được sinh ra từ các nguyên tố Uran, Thori, nên nồng độ của Rn trong không
khí phụ thuộc vào mức độ thoát ra ngoài của lượng uranium và thorium trong đất,
đá, có liều thay đổi từ 0,9mSv/năm đến 6,6 mSv/năm. Rn222 và Rn220 được tạo ra
bởi đồng vị Ra226 và Ra224, nồng độ của Rn222 trong không khí 10 Bq/m3, và của
Rn220 là 10-100 Bq/m3 [26].
Đối với không khí bên ngoài, thành phần radon có nồng độ khoảng 10 Bq/m3,
trong khi đó, nồng độ trong nhà thường cao hơn bên ngoài rất nhiều có thể vượt quá
200 Bq/m3, đặc biệt là trong các tòa nhà ít được thông gió, các hầm mỏ, những nơi
không khí ít được trao đổi lưu thông với bên ngoài. Đó cũng là một trong những
nguyên nhân gây ung thư phổi do các hạt alpha phát ra từ chuỗi phân rã của radon
được hít vào trong cơ thể.
Bên cạnh đó, trong không khí còn tồn tại nhiều đồng vị phóng xạ Th230, U238,
Pb210, Po210, Th232, Cs137…..
1.1.1.5. Bức xạ từ vật liệu xây dựng
Bảng 1.3. Hoạt độ riêng của một số loại vật liệu xây dựng [27]
Hoạt độ riêng Bq/kg
Vật liệu

Ra226

Th232

K40

Bê tông

18-67

3.0-43

16-1100

Gạch

7-140

8-127

227-1140

Thạch cao

1,0-67

0,5-190

22-804

Xi măng

13-107

7,0-62

48-564

Gốm

25-193

29-66

320-1049

160

354

24-2355

Ngói

33-61

45-66

476-788

Đá cẩm thạch

1,0-63

0.4-142

9,0-986

Đá hoa cương

Do có nguồn gốc từ vỏ địa cầu nên đá hoa cương, đá cẩm thạch, đồ gốm, ngói,
bê tông, gạch, xi măng… đều chứa một lượng phóng xạ nhất định đóng góp vào


-9-

phông môi trường tự nhiên, chủ yếu là Ra226, chuỗi phân rã Th232, U238 và K40 cùng
các thế hệ con cháu. Ra226, Th232, K40 có hoạt độ trung bình trong môi trường lần
lượt là 35 Bq/kg, 30 Bq/kg và 400 Bq/kg. Đây cũng là một phần nguồn gốc của khí
radon trong nhà. [27]
1.1.1.6. Bức xạ từ cơ thể con ngƣời
Cơ thể con người được tạo ra từ những những nguyên tố hóa học cơ bản, chủ
yếu là Kali và Cacbon. Một người bình thường nặng 70kg chứa khoảng 140g Kali,
trong đó có 0,0169g K40. K40 là nguồn chính phát bức xạ của cơ thể bởi nồng độ K40
trong cơ thể khá cao, khoảng 2 pCi/g mô mềm, theo ước tính gần đúng, lượng kali
này phân rã khoảng 266 000 phân tử mỗi phút. Cứ 100 phân rã K40 thì có 89 hạt
beta năng lượng cực đại 133 MeV và gần 10% còn lại là gamma năng lượng 1,46
MeV. Như vậy theo thống kê, mỗi phút cơ thể chúng ta phát ra 20 000 tia gamma từ
K40. K40 cũng có phát beta nhưng những hạt này do quãng chạy ngắn nên không thể
thoát ra khỏi cơ thể. Cơ thể còn chứa các nhân phóng xạ U238, Ra226, Pb210, Bi210,
Po210, H3 có nồng độ thấp hơn K40 [29].
Một cơ thể bình thường cũng chứa khoảng 10-8g C14, năng lượng của tia beta
phát ra từ C14 thấp hơn 10 lần năng lượng tia beta của K40. C14 chủ yếu có trong
ADN dưới dạng Nitơ, phát khoảng 1.200 hạt beta mỗi giây.
1.1.2. Bức xạ nhân tạo
Khi khoa học kỹ thuật phát triển, các nhân phóng xạ tự nhiên được ứng dụng
ngày càng nhiều, bên cạnh đó, các đồng vị nhân tạo cũng liên tục được tạo ra nhằm
phục vụ những nhu cầu chính đáng như trong y học, công nghiệp, nông nghiệp và
cả những mục đích quân sự như thử vũ khí hạt nhân… Những việc đó đã góp phần
tạo ra nhiều nhân phóng xạ mới và vô tình làm tăng thêm phông nền phóng xạ trong
môi trường sống với các đồng vị: H3, I131, I129, Cs137, Sr90, Tc99, Pu239….
Các đồng vị phóng xạ thường được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau:
công nghiệp, nông nghiệp, y tế và nghiên cứu…
* Bức xạ từ y học: Đây là nguồn phóng xạ chủ yếu của bức xạ nhân tạo, đặc biệt là
do quá trình chẩn đoán X-quang và còn do nhiều nguyên nhân khác nữa như thuốc


- 10 -

phóng xạ, quá trình chữa trị ung thư bằng chất phóng xạ…. Liều trung bình từ y tế
khoảng 40 mrem/năm chủ yếu từ Y90, Sr89, Sm153, Ir192.
* Bức xạ từ sản phẩm tiêu dùng: Các sản phẩm tiêu dùng trong đời sống cũng là
một nguồn bức xạ vào môi trường như tivi, đồng hồ phát sáng ngày xưa và một số
thiết bị báo cháy… Liều của các nguồn này tương đối nhỏ so với các nguồn trong tự
nhiên trung bình khoảng 10 mrem/năm [28].
* Bức xạ từ công nghiệp: Trong công nghiệp người ta thường sử dụng bức xạ của
tia X và các nguồn phóng xạ để tìm chỗ hỏng mới hàn đường ống, khoan lỗ… Tuy
nhiên liều do nguồn này đóng góp vào môi trường không cao.
* Bức xạ từ những vụ thử vũ khí hạt nhân: Đầu thế kỷ 20, các vụ thử vũ khí hạt
nhân liên tục được diễn ra, đây nhân tố quan trọng đóng góp vào nguồn bức xạ nhân
tạo trong môi trường, liều trung bình khoảng 2 mrem/năm [28].
* Tai nạn hạt nhân: Trong một phần tư thế kỷ qua, nhiều vụ tai nạn về hạt nhân xảy
ra liên tiếp gây những hậu quả nghiêm trọng về đời sống con người và môi trường.
Đặc biệt nghiêm trọng là nổ nhà máy điện ở Chernobyl 1986 (Ucraina), sau tai nạn
này, môi trường ở khu vực phía bắc Châu Âu, Liên bang Xô Viết, Anh…đã bị ảnh
hưởng nghiêm trọng do đám mây mang bụi phóng xạ đến. Và gần đây nhất là nổ
nhà máy điện Fukusima (Nhật Bản) 3/2011, bên cạnh đó còn hàng chục vụ khác
đóng góp vào phông môi trường trên Trái đất.
1.2. Các chuỗi phân rã phóng xạ trong môi trƣờng
Trong môi trường tự nhiên vẫn luôn tồn tại Urani, Thori và con cháu của chúng
hình thành nên 3 họ phóng xạ tự nhiên: Họ Uranium, họ Thorium và họ Actinium.
Họ phóng xạ thứ tư là họ nhân tạo, gọi là họ Neptinium.


- 11 -

Ba họ này có đặc điểm chung là thành viên thứ nhất là những đồng vị sống lâu
hơn bất kỳ nguyên tố nào trong chuỗi, thứ hai là cả 3 họ đều có đồng vị phóng xạ
dưới dạng khí, là các đồng vị của radon. Đặc điểm chung thứ ba là cả 3 họ đều được
kết thúc bằng hạt nhân bền là chì.

Hình 1.2. Dãy đồng vị phóng xạ Thorium (Th232)
Urani và Thori không bền, chủ yếu phân rã alpha. Th232 có độ phổ cập 100%
trong tự nhiên, có nhiều trong đất, đặc biệt trong đá, quặng monazit.. Th232 có thời
gian sống dài, khoảng 1,405×1010 năm, trải qua 10 dịch chuyển với 6 phân rã alpha,
sản phẩm cuối cùng là hạt nhân bền Pb208. Trong chuỗi này có con cháu là Rn220 ở
dạng khí được gọi là thoron.
Sơ đồ phân rã của Th232 được trình bày ở hình 1.2.


- 12 -

Hình 1.3. Dãy đồng vị phóng xạ Uranium (U238)
Uranium trong tự nhiên bao gồm U238, U235, U234 nhưng chủ yếu là U238
(99,25% của uranium tự nhiên).
Chuỗi Uranium bắt đầu bởi U238, trải qua 14 dịch chuyển với 8 phân rã alpha,
sản phẩm cuối cùng là đồng vị bền Pb206.
Sơ đồ phân rã của chuỗi Uranium được biểu diễn trong hình 1.3
Chuỗi Uranium có chứa Rn222 ở dạng khí được gọi là radon, do đó khi xác định
hoạt độ của U238 thông qua hoạt độ của con cháu của nó, cần nhốt mẫu trong thời
gian ít nhất 4 chu kỳ của Rn222 để lập lại cân bằng phóng xạ trong chuỗi.
Một chuỗi phân rã khác trong tự nhiên cũng được bắt đầu bằng U235, thành
phần của Uranium là chuuỗi Actinium. U235 có độ phổ cập trong tự nhiên 0,72%
uranium tự nhiên. Mặc dù rất ít trong tự nhiên, nhưng với thời gian bán rã dài
(7,04×108 năm), hiện nay U235 vẫn còn tìm thấy trong tự nhiên.
Trong chuỗi Actinium cũng chứa đồng vị phóng xạ dưới dạng khí là Rn219 được
gọi la Acniton. Sơ đồ phân rã của chuỗi Actinum được trình bày ở hình 1.4


- 13 -

Hình 1.4. Dãy đồng vị phóng xạ Actinium (U235)
-

Kali trong môi trường tự nhiên
Kali trong tự nhiên có 3 đồng vị chính: K39 (93,26%), K40 (0,0117%), K41

(6,73%). Cả hai K39 và K41 là đồng vị bền chiếm gần 99,9% lượng Kali trên Trái
đất, K40 là nguyên tố phóng xạ với thời gian bán rã là 1,26 triệu năm với 2 phân rã
chính là bắt electron với sản phẩm là Ar40 (11,2%) và phân rã beta tạo ra Ca40
(88,8%).
93,26%
K39
(bền)

0,0117%
K40

6,73%
K41
(bền)

Bắt electron
Ar40 (11,2%)

Ca40 (88,8%)

Hình 1.5. Các đồng vị của Kali trong môi trường tự nhiên.


- 14 -

1.3 Ảnh hƣởng của bức xạ lên mô sống
Con người luôn chịu ảnh hưởng từ các đồng vị phóng xạ trong môi trường tự nhiên,
lương thực thực phẩm, nguồn nước… gây nên những tổn hại trong cơ thể về mặt
sinh học. Có 2 dạng chiếu xạ: chiếu trong và chiếu ngoài.

Hình 1.6. Các đường thâm nhập của phóng xạ từ môi trường vào cơ thể
1.3.1. Chiếu xạ ngoài
Là những bức xạ tác động từ bên ngoài gây nên những tổn hại lên cơ thể,
những chiếu xạ đó có thể từ các tia vũ trụ, bức xạ từ mặt đất…. và chủ yếu liên
quan tới tia gamma.
1.3.2. Chiếu xạ trong [5]
Chiếu xạ trong là sự chiếu xạ khi chất phóng xạ thâm nhập gồm alpha, beta,
gamma vào cơ thể theo một số con đường hô hấp, tiêu hóa, hấp thụ qua da….
Khi chất phóng xạ đi vào cơ thể, một lượng rất ít sẽ chiếu xạ trực tiếp lên các
cơ quan bên trong cơ thể cho đến khi các chất này phân rã hết. Nó sẽ rất nguy hiểm
đối với những chất phóng xạ phát alpha, còn beta và gamma thường ít nguy hiểm
hơn do:


- 15 -

* Hạt alpha có quãng chạy bé nên có thể truyền hết năng lượng cho một thể tích tế
bào rất nhỏ khi va chạm làm các cơ quan xung quanh tổn thương nặng.
* Hạt beta cũng gây ra sự chiếu xạ tập trung nhưng do có quãng chạy bé và dài hơn
của alpha, nên xét về mức độ, hạt beta ít gây nguy hiểm hơn alpha.
* Tia gamma với năng lượng cao, khả năng đâm xuyên lớn nên ít gây tác hại khi
chiếu xạ tập trung.
1.3.3. Các hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa [2]
* Tổn thƣơng ở cấp độ phân tử
Một trong những tổn thương ảnh hưởng nghiêm trọng ở cấp độ phân tử là tổn
thương ADN, ARN. Khi bị chiếu xạ, năng lượng truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho
phân tử sinh học làm phá vỡ các mối liên kết hóa học, phân li các phân tử sinh học
và làm mất thuộc tính của các phân tử sinh học đó.
* Tổn thƣơng ở cấp độ tế bào
Khi bị chiếu xạ, nhân và chất nguyên sinh của tế bào sẽ bị thay đổi đặc tính.
Nếu bị chiếu xạ ở liều cao tế bào có thể bị phá hủy hoàn toàn.
* Tổn thƣơng ở cấp độ toàn cơ thể
Các tế bào tạo nên các mô và các cơ quan trong cơ thể. Các hiệu ứng của phóng
xạ lên cơ thể được chia làm các loại khác nhau: hiệu ứng cá thể và hiệu ứng di
truyền, hiệu ứng ngẫu nhiên, hiệu ứng sớm và hiệu ứng muộn.
1.4. Những vùng có phông phóng xạ cao trên thế giới
Mức phông phóng xạ được hình thành từ các nguồn thuộc vỏ Trái đất, tia vũ
trụ…. Mức phông gần như không đổi trên toàn thế giới và nằm trong khoảng từ
0,018 đến 0,15μGy/h. Tuy nhiên cũng có một số vùng phông môi trường cao hơn
bình thường như Brazil, Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ…..
Đất nước phải nhắc đến đầu tiên là Hoa Kỳ, nơi sản xuất bom nguyên tử, vũ khí
hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong lần thử bom ở Nagasaki (Nhật Bản). Mặc dù
đã ngừng hoạt động nhưng hiện nay nơi này vẫn chứa hơn 2/3 lượng chất thải
phóng xạ trong vùng, khoảng 53 tấn chất thải lỏng, 25 triệu m2 chất thải rắn… Điều
này khiến môi trường ở đây bị ô nhiễm phóng xạ nghiêm trọng.


- 16 -

Siberia (Nga), Polygon (Kazakstan), Mailuu-Suu (Kyrgyzstan), là cơ sở sản
xuất chất hóa học và sản xuất Urani, Siberia và Mailuu đã thải ra môi trường một
lượng lớn chất phóng xạ biến môi trường nơi này thành khu vực ô nhiễm từ nhiều
năm qua. Polygon cũng ô nhiễm không kém khi Nga chọn nơi đây làm nơi thử vũ
khí hạt nhân trong nhiều thập niên qua, các nhà khoa học đã ước tính có khoảng
200.000 người đã bị nhiễm xạ khi sống trong vùng này, hiện nay đây cũng là một
trong những vùng không an toàn.
Năm 1986 xảy ra vụ nổ nhà máy điện ở Chernobyl (Ukraina), ngày nay
Chernobyl vẫn bị ô nhiễm nặng, môi trường ở đây bị tàn phá nặng nề bởi chất
phóng xạ, nơi đây biến thành vùng đất chết trong hàng chục năm qua, hơn 6 triệu
người đã bị nhiễm xạ, môi trường bị nhiễm xạ gấp hơn 100 lần so với quả bom ở
Nagasaki và Hyrosima (Nhật Bản).
Gần đây nhất là nổ nhà máy điện hạt nhân ở Fukusima (Nhật Bản) năm 2011,
bức xạ đã bị rò rĩ đến các khu vực xung quanh và trên biển, môi trường ở đây vẫn bị
ảnh hưởng nhiều bởi chất phóng xạ, chất phóng xạ còn được tìm thấy trong lương
thực thực phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên.
1.5. Các nghiên cứu trong nƣớc và thế giới về phóng xạ môi trƣờng
1.5.1. Các nghiên cứu ở Thế giới
Phóng xạ môi trường luôn được sự quan tâm đặc biệt của ngành hạt nhân nói
riêng và khoa học nói chung. Nhiều nghiên cứu về môi trường đã được thực hiện
trên Thế giới. Sau đây là một số nghiên cứu phóng xạ trong môi trường sống ở một
số quốc gia trên Thế Giới:
 “Nghiên cứu về phóng xạ môi trường dọc nhánh sông Romanian Danube” từ
năm 2006 đến năm 2007. Các phép đo được thực hiện với các mẫu được thu thập
trên các nhánh của sông Danube và đặc biệt quan tâm đến Cs137, K40, U238 và các
nhân phóng xạ phát gamma từ chuỗi U238 và Th232. Kết quả của nghiên cứu này tập
trung vào tính suất liều và các đồng vị phát gamma trong nước, đất, đá [23].


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×