Báo cáo sinh hoạt khoa học: Sơ lược về phóng xạ và phương pháp kiểm nghiệm tổng hợp hoạt động phóng xạ Alpha/ Beta trong mẫu nước

Báo cáo sinh hoạt khoa học: Sơ lược về phóng xạ và phương pháp kiểm nghiệm tổng hợp hoạt động phóng xạ Alpha/ Beta trong mẫu nước

www.ihph.org.vn BÁO CÁO SINH HOẠT KHOA HỌC

SƠ LƯỢC VỀ PHÓNG XẠ VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM TỔNG HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ ALPHA/ BETA TRONG MẪU NƯỚC

Người trình bày:

Ths Phan Long Hồ

Cn Lê Đình Hùng

KHOA XÉT NGHIỆM

www.ihph.org.vn NỘI DUNG BÁO CÁO

I Hiện tượng phóng xạ

II Các loại bức xạ thường gặp

III Đơn vị đo lường phóng xạ

IV Khả năng ion hóa của các loại bức xạ

V Các loại nguồn phóng xạ

VI Các ngành nghề trực tiếp tiếp xúc với phóng xạ VII Sự lan truyền ô nhiễm phóng xạ trong môi trường VIII Sự chiếu xạ lên con người

IX Các qui định hoạt độ phóng xạ alpha – beta trong

mẫu nước

X Các phương pháp kiểm nghiệm tổng alpha – beta

trong nước

www.ihph.org.vn NỘI DUNG BÁO CÁO

XI Thiết bị ghi đo tổng hoạt độ phóng xạ alpha –

beta XII Triển khai qui trình kiểm nghiệm

1 Xác định thông số đặc trưng của thiết bị

2 Quy trình kiểm nghiệm mẫu XIII Tính toán kết quả

XIV Đánh giá tay nghề nhân viên

XV Một số kết quả trên mẫu thật

XVI Một số kết quả của các nghiên cứu khác

XVII Tài liệu tham khảo

www.ihph.org.vn I HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ

Hiện tượng phân rã phóng xạ (radioactive

decay) là hiện tượng mà một hạt nhân

đồng vị này chuyển thành hạt nhân đồng

vị khác thông qua việc phóng ra các hạt

, ,  và neutron (n) Phân rã  xảy ra

khi một đồng vị phóng xạ ở trạng thái kích

thích cao chuyển về trạng thái cơ bản hoặc

trạng thái kích thích thấp hơn

Tính phóng xạ phụ thuộc vào 2 nhân tố:

Một là, tính không bền vững của hạt nhân

do số Neutron (N) quá cao hoặc quá thấp

khối lượng giữa hạt nhân mẹ (hạt nhân

trước phân rã) hạt nhân con (hạt nhân

sau phân rã) và hạt nhân được phát ra

www.ihph.org.vn II CÁC LOẠI BỨC XẠ

www.ihph.org.vn II CÁC LOẠI BỨC XẠ (tt)

www.ihph.org.vn II CÁC LOẠI BỨC XẠ (tt)

c) Tia X, tia Gamma (): là bức xạ điện từ, khả năng đâm xuyên mạnh, rất nguy hiểm, gây tổn thương cục bộ Khi

phân rã gamma hạt nhân ZXA không thay đổi giá trị Z và A

d) Bức xạ Neutron (n): là chùm hạt có khả năng đâm xuyên cực mạnh, rất nguy hiểm có rất nhiều loại neutron (neutron nhanh, neutron nhiệt tuỳ thuộc vào năng lượng của neutron

mà người ta phân loại nó)

1D2 + 4Be9  (5B11)*  5B10 + n

www.ihph.org.vn III ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG PHÓNG XẠ

a) Hoạt độ phóng xạ (radioactivity): là số phân rã của

nguồn phóng xạ trong một đơn vị thời gian Ký hiệu là A

Đơn vị đo hoạt độ là Becquerel (ký hiệu là Bq)

phóng xạ đó Đơn vị đo là: Bq/L; Bq/kg hoặc pCi/L

t

e N

N dt

dN

A      0  T1 / 2  ln(2)

www.ihph.org.vn

IV KHẢ NĂNG ION HÓA CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ

- Tia  có khả năng ion hoá cao nhất và

cái nguy hiểm của nó là chỉ đi một đoạn

đường vài chục micromét là tiêu hết

năng lượng của mình cho việc ion hoá cơ

thể, nghĩa là mật độ ion hoá rất cao

- Tia  nguy hiểm ít hơn tia  vì khả

năng ion hoá thấp hơn, mặt khác nó đi

được vài milimét mới tiêu hết năng

lượng của mình, tức là mật độ ion hoá

trên đường đi bé hơn

- Tia  có khả năng ion hoá thấp nhất và

đường đi của nó từ hàng chục cm đến

hàng mét nên mật độ ion hoá thấp nhất

www.ihph.org.vn

V CÁC NGUỒN PHÓNG XẠ (tt)

Nguồn nhân tạo:

+ Nguồn phóng xạ kín: là nguồn phóng xạ được bọc kín trong

lượng lớn như: electron,

proton, alpha, deutron,

được xây dựng trên cơ sở phản

ứng hạt nhân dây chuyền (nhiên

liệu thường dùng là U 235 , Pu 239 )

www.ihph.org.vn

VI CÁC NGÀNH NGHỀ TRỰC TIẾP TIẾP XÚC BỨC XẠ

- Ngành thăm dò địa chất, ngành khai thác dầu khí, ngành khai thác

khoáng sản có chứa chất phóng xạ, ngành thủy văn …

- Trong công nghiệp: nhà máy điện nguyên tử, lò PỨ.HN, nhà máy tách đồng vị phóng xạ, nhà máy xi măng, nhà máy thủy tinh, nhà máy bia, nhà máy giấy, dùng chất phóng xạ đo độ dày và tỷ trọng …, máy đo khuyết tật xác định cấu trúc vật đặc như gỗ, sắt, bê tông, nhà máy nhiệt điện

- Ngành hàng không, cửa khẩu cũng ứng dụng phóng xạ vào việc kiểm tra hàng hóa, hành lý

- Ngành nông nghiệp: sử dụng phóng xạ để bảo quản giống, kích thích sinh trưởng cây trồng, diệt vi khuẩn, nấm mốc, bảo quản thực phẩm …

- Ngành y tế: dùng đồng vị phóng xạ trong việc chẩn đoán, điều trị, thăm

dò chức năng, sản xuất thuốc chữa bệnh …

- Các viện nghiên cứu: Viện Vật lý, Viện NLNT, Viện Địa chất khoáng sản

- Ngành quốc phòng: Chế tạo vũ khí

www.ihph.org.vn

VII SỰ LAN TRUYỀN Ô NHIỄM PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG

CHU TRÌNH LAN TRUYỀN SỰ Ô NHIỄM

PHÓNG XẠ VÀ TÁC ĐỘNG LÊN CON NGƯỜI

www.ihph.org.vn

VIII SỰ CHIẾU XẠ LÊN CON NGƯỜI

Tia bức xạ Chiếu xạ trong Chiếu xạ ngoài

 Nguy hiểm vừa Nguy hiểm vừa

 Nguy hiểm nhẹ Rất nguy hiểm

Chiếu xạ trong

Chiếu xạ ngoài

www.ihph.org.vn

VIII SỰ CHIẾU XẠ LÊN CON NGƯỜI (tt)

- Theo Tổ chức UNSCEAR (The United Nations Scientific Commitee on Effects of Atomic Radiation) công bố năm 2008 liều bức xạ trung bình từ môi trường trên một người xấp xỉ

3,0 mSv/ năm Trong đó, chiếu xạ tự nhiên là 2,4 mSv , chẩn đoán y tế là 0,6 mSv và do các nguồn chiếu xạ nhân tạo khác

Hít phải (chủ yếu là radon) 1,26 0,2 – 10c

Nuốt phải (thực phẩm và nước uống) 0,29 0,2 – 1 d

a Khoảng từ mực nước biển đến vùng cao b Từ các đồng vị phóng xạ trong đất và vật liệu xây dựng

c Từ sự tích lũy khí radon d Từ các đồng vị phóng xạ nhiễm trong thực phẩm và nước uống

-Quy định của Mỹ: Tổng Alpha  3 pCi/L; Tổng Beta  30 pCi/L

- Hiện tại Việt Nam có 7 quy định cụ thể:

QUY CHUẨN ÁP DỤNG LOẠI MẪU

MỨC TỐI (Bq/ L) Alpha Beta

(*) : Giá trị giới hạn 3 pCi/L =0,11 Bq/L; (**) :Giá trị giới hạn 30 pCi/L =1,11 Bq/L

 Chúng tôi lựa chọn phương pháp kiểm nghiệm theo

TCVN 8879 : 2011 để triển khai tại Labo Vật lý Môi trường

www.ihph.org.vn

XI THIẾT BỊ ĐO TỔNG ALPHA/ BETA

- Máy đo tổng hoạt độ alpha - beta

- Model: WPC – 1050

- Số Serries (S/N): 1248123

-Hãng/ nước SX:

Protean Instrument, Mỹ

Thông số (Parameter) Đặc tính kỹ thuật (specification)

Loại Detector (Detector type) Tỷ lệ dòng khí (Gas flow)

Hỗn hợp khí 90% Ar + 10% CH 4

Hiệu suất đếm Alpha (Alpha Eff.)  40% (với nguồn Am 241)

Hiệu suất đếm Beta (Beta Efficiency)  55 % (với nguồn Sr90 )

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH KIỂM NGHIỆM

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

1.1 Xác định điện thế làm việc của hệ đo:

Thực hiện bằng cách dùng nguồn 90Sr hoạt độ ~ 370 Bq đo trên hệ đo ở các ngưỡng điện thế khác nhau để xây dựng đường Plateau, quá trình này hệ đo tự động xác định

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

1.3 Xác định hiệu suất đếm Alpha và hệ số xuyên âm của Det: Thực hiện bằng cách dùng nguồn 241Am được tạo trên Planchet

có hoạt độ ~ 10Bq đo trên hệ đo trong khoảng thời gian đến khi

số đếm đạt trên 10000 (để có sai số nhỏ hơn 1%)

Kết quả xác định như sau:

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

1.4 Xác định hiệu suất đếm Beta của Det:

Thực hiện bằng cách dùng nguồn 90Sr được tạo trên Planchet

có hoạt độ ~ 10Bq đo trên hệ đo trong khoảng thời gian đến khi

số đếm đạt trên 10000 (để có sai số nhỏ hơn 1%)

Kết quả xác định như sau:

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

1.5 Xác định đường cong tự hấp thụ alpha:

Thực hiện bằng cách tạo dãy nguồn 241Am có cùng hoạt độ

trong thể tích mẫu khác nhau để tạo nên sự khác biệt về bề dày nhằm khảo sát hiện tượng hấp thụ alpha trong mẫu

Kết quả xác định như sau:

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

1 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ

1.5 Xác định đường cong tự hấp thụ alpha:

Từ số liệu trên tiến hành Fix đường cong tự hấp thụ theo hàm bậc hai

Kết quả xác định như sau:

 Độ không đảm bảo đo của đường fix u 2

(

* 2 ( )

2

R f

u rel a  

) 8 ( ) ( )

( )

0 0

t

r t

r

s s s

www.ihph.org.vn

XII TRIỂN KHAI QUI TRÌNH (tt)

2 QUY TRÌNH KIỂM NGHIỆM MẪU

HD.PP.01-1/KXN.VL

m d = m pd - m p

ĐK: m d  100 mg

Tính toán hoạt độ alpha và beta của mẫu phân tích theo:

HD.PP.01-2/KXN.VL

Đặt khay đếm lên hệ đo Vận hành hệ đo theo: HD TB.01-1/KXN.VL

Để nguội trong bình hút ẩm trong thời gian t = 10 phút

Cân khay đếm mẫu, xác định m pd (mg)

Khay đếm - Planchet

Sấy khô bằng đèn hồng ngoại (t 0 C < 85)

Becher 600 ml Lấy 500 (ml) mẫu

Bay hơi mẫu bằng bếp nung

t 0 < 85 0 C tới thể tích V 1 ≈ 2 ml

Sấy khô bằng tủ sấy (t 0 C < 85)

www.ihph.org.vn

XIII TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

Kết quả tính toán nồng độ hoạt độ alpha – beta, giới hạn phát hiện, độ không đảm bảo, … trong mẫu được lập

thành file Exel theo biểu mẫu báo cáo thử nghiệm

BM.5.10.2/KXN.VL.01

)1()

f V

r

r L

Bq



)2(

)

()

r

r L

Bq

C B g   g 



Trong công thức (1) và (2) rg, r0, rg, r0 có đơn vị là CPS

Công thức chuyển đổi 1 CPS = 1 CPM / 60

www.ihph.org.vn

XIV ĐÁNH GIÁ TAY NGHỀ NHÂN VIÊN

Cách thực hiện:

Dùng dung dịch chuẩn Am241, SRM 4322C và Sr90, SRM 4239 pha trong mẫu nước đóng bình để tạo thành 2 mẫu PT 01 và

PT 02 (thể tích mỗi mẫu là 4 lít) với nồng độ cụ thể như sau: TÊN MẪU

www.ihph.org.vn

XIV ĐÁNH GIÁ TAY NGHỀ NHÂN VIÊN (tt)

Cách đánh giá:

-Theo u-score  2,58 (xác suất 99%)

-Theo A1 = |Valuetarget – Valuereported|  A2 =

-Theo R và BiasRelative ,Với: R = Valuereported/uncertaintyreported

-Chấp nhận khi: Chỉ tiêu tổng  : R > 2 và BiasRelative  50%

Chỉ tiêu  : R > 2 và BiasRelative  30%

-Chấp nhận nhưng cảnh báo:  : R > 2 và BiasRelative  75%

 : R > 2 và BiasRelative  60%

2 2

arg

arg

rep o rted

u u

Value

Value score

u

et t

reported et

arg

58,

2  u t et u reported

% 100 arg

arg

et t

et t reported

lative

Value

Value Value

Bias

C A LOD A U A C B LOD B U B U

-score A1 A2 R Bias Rel

U -score A1 A2 R Bias Rel

PT01-H1 0,045 0,019 0,011 0,426 0,023 0,011 0,45 0,005 0,028 4,091 10,00 1,38 0,084 0,157 38,73 16,47 PT01-H2 0,069 0,017 0,013 0,391 0,023 0,010 1,46 0,019 0,034 5,308 38,00 1,96 0,119 0,157 39,10 23,33 PT01-O1 0,040 0,018 0,010 0,431 0,023 0,011 1,00 0,010 0,026 4,000 20,00 1,30 0,079 0,157 39,18 15,49 PT01-O2 0,042 0,017 0,010 0,397 0,023 0,010 0,80 0,008 0,026 4,200 16,00 1,86 0,113 0,157 39,70 22,16 PT02-H1 0,225 0,019 0,030 1,679 0,024 0,042 0,85 0,026 0,078 7,500 10,36 1,38 0,351 0,654 39,98 17,29 PT02-H2 0,227 0,018 0,030 1,711 0,024 0,043 0,79 0,024 0,078 7,567 9,56 1,26 0,319 0,654 39,79 15,71 PT02-O1 0,213 0,019 0,029 1,627 0,024 0,041 1,29 0,038 0,076 7,345 15,14 1,59 0,403 0,654 39,68 19,85 PT02-O2 0,226 0,019 0,031 1,762 0,024 0,044 0,80 0,025 0,081 7,290 9,96 1,06 0,268 0,655 40,05 13,20

Kết luận: Kết quả của cả hai kiểm nghiệm viên đều có giá trị:

u-score, A1  A2, R và BiasRelative ở mức chấp nhận tốt

TÊN MẪU

NỒNG ĐỘ (Bq/L) Alpha Beta

PT01 0,050  0,001 0,51  0,06

PT02 0,251  0,005 2,03  0,25

www.ihph.org.vn

XV MỘT SỐ KẾT QUẢ TRÊN MẪU THẬT

alpha, 3/3 mẫu nước thải đều có phát hiện Beta Nồng độ alpha

và beta đều đạt TCCP

-5/7 mẫu nước thải y tế phát hiện alpha Đều ở mức CP

Tên mẫu Loại mẫu Tổng alpha (Bq/L) Tổng beta (Bq/L)

www.ihph.org.vn

XV MỘT SỐ KẾT QUẢ TRÊN MẪU THẬT (tt)

Tên mẫu Loại mẫu Tổng alpha (Bq/L) Tổng beta (Bq/L)

C A LOD A U A C B LOD B U B

14523.12 Nước giếng 0,010 0,006 0,003 KPH 0,012 - 14523.12 Nước giếng 0,010 0,006 0,003 KPH 0,012 -

- Không phát hiện thấy beta trong cả 2 mẫu nước giếng

- 8/17 mẫu nước uống đóng chai có phát hiện alpha (ở

mức nồng độ từ 0,006 – 0,087 Bq/L), tuy nhiên nồng độ đều ở mức cho phép

- 4/17 mẫu nước uống đóng chai có phát hiện tổng beta,

tuy nhiên nồng độ đều ở mức cho phép

www.ihph.org.vn

XVI MỘT SỐ KẾT QUẢ THEO CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC

Theo Lubomir Zikovsky (2006) công bố trên tạp chí

Journal of Environmental Radioactivity 88, p.306 – 309,

“Alpha radioactivity in drinking water in Quebec -

Quebec 236 211 1247 52 17980 Lubomir Zikovsky, 2006

a- Nước giếng khoan; b- Nước giếng đào và nước suối

p 86–94, “Characterization of Turkish bottled waters

using pattern recognition methods”

Chỉ tiêu

Nước suối tự nhiên Nước uống Nước khoán thiên nhiên

n Mean  SD Min - Max n Mean  SD Min - Max n Mean  SD Min - Max

Tổng Alpha (pCi/L) 98 0,730,66 0,054-6,14 11 0,670,31 0,22-1,21 9 2,543,21 0,11-10,65

Tổng Beta (pCi/L) 98 1,891,75 0,05410,1 11 1,530,64 0,54-2,73 9 6,455,53 0,54-16,38

(*) : Giá trị cho phép Alpha 3 pCi/L =0,11 Bq/L;

(**) : Giá trị cho phép Beta 30 pCi/L =1,11 Bq/L

www.ihph.org.vn

XVI MỘT SỐ KẾT QUẢ THEO CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC

Theo N Damla et al (2009) công bố trên tạp chí ScienceDirect, p.208–214,

”Determination of gross α and β activities in waters from Batman, Turkey”

Nước suối nóng 3,9095  0,1646 2,0970  0,0830

4 Andrew D Eaton et al (2005), Standard methods for the

examination of water & wastewater, 21st edition, Part 7000

Radioactivity, p 7-1 to 7-55

5 World Health Organization (2011), Guidelines for Drinking –

water Quality, Fourth Edition, Chapter 9 Radiological aspects, p

203 – 218

6 Environmental Protection Agency (2010), Evaluation of Gross

Alpha and Uranium Measurements for MCL Compliance, Water

Research Foundation

www.ihph.org.vn

XVII TÀI LIỆU THAM KHẢO

7 Ross I Kleinschmidt (2004), “Gross alpha and beta activity analysis

in water—a routine laboratory method using liquid scintillation

analysis“, Applied Radiation and Isotopes 61, p.333–338

8 IAEA (2010), Worldwide Open Proficiency Test: Determination of

Naturally Occurring Radionuclides in Phosphogypsum and Water,

Analytical Quality in Nuclear Applications Series No.18

9 N Damla et al (2009), ”Determination of gross α and β activities

in waters from Batman, Turkey”, Desalination 244 –

ScienceDirect, P.208–214

10.Lubomir Zikovsky (2006), “Alpha radioactivity in drinking water

in Quebec – Canada”, Journal of Environmental Radioactivity 88,

p.306 – 309

11 Cüneyt Güler (2007), “Characterization of Turkish bottled

waters using pattern recognition methods”, Chemometrics and

Intelligent Laboratory Systems 86, p 86–94

www.ihph.org.vn

CHÂN THÀNH CẢM ƠN SỰ CHÚ Ý LẮNG NGHE CỦA CÁC ANH CHỊ!