Đánh giá hệ số di chuyển các Đồng vị phóng xạ tự nhiên từ Đất vào thực vật tại vùng có phông phóng xạ cao (tt)

Xu thế hiện nay trên thế giới khi đánh giá ảnh hưởng của việc chiếu xạ tự nhiên đến sức khoẻ con người, ngoài việc đánh giá tính chất phóng xạ trong đất, còn quan tâm đế hệ số di chuyển

-

Trần Việt Hoàng

ĐÁNH GIÁ HỆ SỐ DI CHUYỂN CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỪ ĐẤT VÀO THỰC VẬT TẠI VÙNG

CÓ PHÔNG PHÓNG XẠ CAO

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân

Mã số: 8440130.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2024

Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

Hướng dẫn 1: TS Dương Văn Hào

Hướng dẫn 2: PGS.TS Bùi Văn Loát

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn tại: Phòng 208F-T1 - Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học tự nhiên –

Đại học Quốc gia Hà Nội vào lúc 9 giờ 00 phút ngày 29 tháng 1 năm 2024 với hình thực họp

trực tiếp

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQGHN Trung tâm thông tin – Thư viện – Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

Phóng xạ nói chung, phóng xạ trong thực phẩm thực vật nói riêng luôn tiềm ẩn những nguy cơ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Đất là con đường chủ yếu mà các hạt nhân phóng xạ xâm nhập vào chuỗi thức ăn hoặc thông qua việc rửa trôi giúp các hạt nhân phóng xạ xâm nhập vào nguồn nước ngầm Xu thế hiện nay trên thế giới khi đánh giá ảnh hưởng của việc chiếu xạ tự nhiên đến sức khoẻ con người, ngoài việc đánh giá tính chất phóng xạ trong đất, còn quan tâm đế hệ số di chuyển của các đồng vị phóng xạ từ đất trồng lên thực vật, hoa quả mà con người ăn được Ở Việt Nam gần đây đã có một số hướng phân tích phóng xạ môi trường nhằm đánh giá các hệ số nguy hiểm của đồng vị phóng xạ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Các khu vực khảo sát của các công trình đó đều là khu vực có phông phóng

xạ không cao, số lượng rau, củ quả được khảo sát chưa nhiều

Việc tiến hành xác định hệ số di chuyển của các đồng vị phóng

xạ từ đất vào thực vật, các phần rau rau, củ, quả con người ăn được trong vùng có nền phông phóng xạ cao là cần thiết Do đó, luận văn

đã chọn đề tài: “Đánh giá hệ số di chuyển các đồng vị phóng xạ tự

nhiên từ đất vào thực vật tại vùng có phông phóng xạ cao” làm đề

tài nghiên cứu, đây là đề tài có ý nghĩa thiết thực

Bản luận văn dài 62 trang, ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, nội dung chính của luận văn được chia thành 3 chương:

+ Chương 1 Tổng quan

+ Chương 2 Phương pháp và thiết bị thực nghiệm

+ Chương 3 Kết quả và thảo luận

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính chất phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong đất và trong thực vật

Phóng xạ tự nhiên từ các nguồn ngoài trái đất hay từ các nguyên

tố phóng xạ có trong vỏ trái đất, gồm ba loại chính như sau:

+ Các hạt nhân phóng xạ sinh ra cùng với thời điểm hình thành Trái đất có chu kỳ bán rã đủ dài còn tồn tại đến ngày nay (hạt nhân phóng xạ nguyên thủy);

+ Hạt nhân phóng xạ thứ cấp có nguồn gốc từ phân rã phóng xạ của các hạt nhân phóng xạ nguyên thủy;

+ Các hạt nhân phóng xạ được tạo ra liên tục bằng cách bắn phá các hạt nhân bền (chủ yếu xảy ra trong khí quyển) bởi các tia vũ trụ

Ở hầu hết các nơi trên trái đất, hoạt độ phóng xạ tự nhiên không

có sự chênh lệch quá nhiều Chỉ một số ít địa phương có hoạt độ phóng

xạ trong đất cao bất thường Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên có thể được chia thành các hạt nhân phóng xạ đơn lẻ và các hạt nhân phóng

xạ thuộc ba chuỗi phóng xạ Urani, Thori và Actini

1.2 Đặc tính và phân bố các đồng vị phóng xạ trong đất

Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên trong đất phân bố không đồng đều, có 4 yếu tố tác động lớn đến tính di động của các hạt nhân phóng

xạ tự nhiên gồm:

(1) Thành phần của dung dịch đất (pH, nồng độ của các ion

vô cơ, khả năng khử oxi hóa, nồng độ chất hữu cơ)

(2) Tính chất vật lý và hóa học (loài/đặc tính và hàm lượng khoáng trong khoáng sét, oxit và chất hữu cơ, bề mặt và sự tích điện của hạt)

(3) Vi sinh vật và nấm (mycorrhiza)

(4) Nhiệt độ

1.3 Hệ số di chuyển TF

Hệ số di chuyển các đồng vị phóng xạ tự nhiên từ đất vào thực vật (TF) được định nghĩa là tỷ số của hoạt độ phóng xạ có trong thực vật (Athv) và hoạt độ phóng xạ có trong đất (Ad)

1.4 Sự hấp thụ các đồng vị phóng xạ bởi thực vật

Thực vật hấp thu khoáng chất cũng như các đồng vị phóng xạ thông qua 02 cơ chế chính: hấp thu qua rễ và hấp thu qua lá Mỗi loại thực vật khác nhau có khả năng hấp thụ các hạt nhân phóng xạ tự nhiên khác nhau Ngoài ra, sự hấp thụ này còn phụ thuộc vào các yếu tố:

1 Hoạt độ đồng vị phóng xạ trong đất

2 Tính chất hóa lý của đất

3 Loài thực vật

4 Tình trạng dinh dưỡng của thảm thực vật

1.5 Tình hình nghiên cứu hệ số di chuyển các định vị phóng xạ

từ đất vào thực vật

1.5.1 Trên thế giới

1.5.2 Trong nước

Từ tổng quan trên, tác giả đã đưa ra mục tiêu của luận văn:

Ứng dụng phương pháp phân tích phổ gamma phục vụ việc xác định chính xác thành phần và hàm lượng của các đồng vị phóng

xạ trong các mẫu đất và mẫu thực vật

Xây dựng bộ số liệu và đánh giá hệ số TF của các đồng vị phóng xạ tự nhiên 238U, 232Th, 40K

Nội dung nghiên cứu:

Tổng quan về các đồng vị phóng xạ trong môi trường và quá trình di chuyển từ đất sang thực vật

Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên từ đất trồng lên phần ăn được của rau, quả và củ

Đánh giá hệ số di chuyển của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

từ đất vào phần rau, củ quả mà con người ăn được và đánh giá hệ số nguy hiểm bức xạ tự nhiên từ đất và từ rau, củ quả gây ra cho con người

Để hoàn thành mục tiêu đề ra, Luận văn có các nhiệm vụ chính sau:

(1) Lựa chọn địa điểm có phông phóng xạ cao làm vị trí nghiên

cứu

(2) Thu thập các mẫu thực vật con người có thể ăn và các mẫu

đất tươn ứng trong khu vực nghiên cứu

(3) Nhốt mẫu và tiến hành đo mẫu

(4) Tính toán hoạt độ phóng xạ riêng trong mẫu đất, mẫu thực

vật bằng phương pháp phổ gamma

(5) Tính toán hệ số di chuyển TF

(6) Đánh giá kết quả thu được và đưa ra kết luận

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 2.1 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ bằng phổ kế gamma theo phương pháp phổ gamma

Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó chúng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng để trở về trạng thái cơ bản Xác suất để hạt nhân ở trạng thái kích thích có năng lượng cao E, di chuyển gamma về trạng thái năng lượng thấp E, phụ thuộc vào trạng thái lượng tử của 2 trạng thái đầu và cuối

Hệ số phân nhánh Iγ đặc trưng cho số gamma phát ra trong một phân rã (0<Iγ<1) Ta có:

𝐼𝛾=𝑆ố 𝑝ℎâ𝑛 𝑟ã 𝛾 đặ𝑐 𝑡𝑟ư𝑛𝑔 𝑐ó 𝑛ă𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝐸𝛾

𝑆ố 𝑝ℎâ𝑛 𝑟ã 𝑝ℎó𝑛𝑔 𝑥ạ (2.1) Gọi 𝑁𝛾 là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng xác định phát ra từ mỗi mẫu trong một đơn vị thời gian Ta có:

Trong đó:

A là họat độ phóng xạ có trong mẫu

Iγ là hệ số phân nhánh có năng lượng Eγ Như vậy với bức xạ có năng lượng xác định Iγ đã biết, xác định được số bức xạ có năng lượng Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn

vị thời gian, ta sẽ biết hoạt độ phóng xạ H của đông vị tương ứng Để

xác định Nγ, ta dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gamma đặc trưng

Gọi n là tốc độ đếm đã trừ phông tại đỉnh hấp thụ toàn phần,

𝜀 là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch gamma đặc trưng

Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu và mẫu phông Xác định được hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị có trong mẫu theo công thức:

.

o

m

n A

I



trong đó: A0 là hoạt độ phóng xạ riêng; n là tốc độ đếm đã từ phông tại đỉnh hấp thụ toàn phần, 𝜀 là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần; Iγ là hệ số phân nhánh có năng lượng Eγ, m là khối lượng của mẫu

• Chỉ số nguy hiểm bức xạ chiếu trong và ngoài

Cách phổ biến nhất để đánh giá giới hạn hoạt độ là dựa trên chỉ số nguy hiểm bức xạ chiếu ngoài Hex và chiếu trong Hin Đối với liều chiếu trong, người ta dựa vào giá trị hoạt độ của 226Ra, 232Th (228Ra), 40K Điều kiện an toàn là Hin ≤1

- Công thức tính toán chỉ số nguy hiểm bức xạ chiếu trong

185 259 4810

in

- Công thức tính toán chỉ số nguy hiểm bức xạ chiếu ngoài

ex

- Công thức tính toán tương đương hoạt độ Radi

1, 43 0, 077

- Công thức tính toán suất liều hấp thụ

0, 041 Ra 0, 462 Th 0, 604 K

2.2 Hệ số di chuyển TF

Hệ số di chuyển các đồng vị phóng xạ tự nhiên từ đất vào thực vật (TF) được xác định bằng công thức sau:

2.3 Hệ phổ kế gamma bán dẫn dùng trong luận văn

Luận văn sử dụng detector bán dẫn Germani đồng trục (HPGe) model GC5019 do hãng Canberra sản xuất và được đặt tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

Các phần mềm đi kèm hệ phổ kế gamma:

- Phần mềm Genie 2000

- Phần mềm mô phỏng LabSOCS

2.4 Vị trí và đối tượng nghiên cứu

Với mục tiêu của luận văn là xây dựng bộ số liệu về hệ số TF của các đồng vị phóng xạ tự nhiên 238U, 232Th, 40K trên một số loại thực vật ở khu vực có phông phóng xạ môi trường cao Và xây dựng

bộ số liệu về hệ số TF của các đồng vị phóng xạ tự nhiên 238U, 232Th,

40K Kết hợp khảo sát tại thực địa và tham khảo tài liệu, chúng tôi đã xác định vị trí lấy mẫu thực hiện nghiên cứu tại khu vực Mường Hum (Lào Cai) là nơi có phông phóng xạ cao

Hình 12 Tọa độ các điểm lấy mẫu trên bản đồ tại Mường Hum

2.4.1 Lấy mẫu

Mẫu thực vật: thu thập các phần của cây mà người dân sử

dụng làm thực phẩm, lấy tối thiểu 2kg mỗi mẫu thực vật, rửa sạch và cho vào túi nilon

Mẫu đất: Lấy mẫu tương ứng tại các vị trí lấy mẫu thực vật,

lấy trong khoảng độ sâu 0 – 30cm tính từ bề mặt (tùy thuộc vào từng mẫu thực vật tại đó) sau đó trộn đều và cho vào túi nilon

2.4.2 Xử lý mẫu và phân tích

Sau khi đưa về phòng thí nghiệm, các mẫu được xử lý như sau:

Mẫu đất được phơi khô tự nhiên, sau đó sấy ở nhiệt độ 90ºC

với thời gian 6-12 giờ cho đến khi khối lượng của mẫu không đổi Mẫu đất được đập nhỏ và loại bỏ đá, sỏi, rễ cây một lần nữa bằng rây với đường kính lỗ sàng là 1mm, sau đó qua máy xay để đạt kích thước hạt khoảng 0,2 mm Sau đó mẫu được cân và nhốt vào trong hộp nhựa có nắp hình trụ chiều cao 3cm và đường kính 7cm rồi lưu giữ ở nhiệt độ phòng khoảng 1 tháng để đảm bảo sự cân bằng phóng xạ và sản phẩm con cháu của nó

Mẫu rau sau khi đem về được đem đi cân lại để lấy được khối

lượng chính xác nhất (khối lượng tươi) và phân loại theo 3 tiêu chí ban đầu là ăn lá ăn củ và ăn quả sau đó được thái mỏng và đem bỏ vào trong các khay sấy trong vòng 6-10h ở nhiệt độ 1000C cho đến khi hết

độ ẩm

Sau khi xử lý mẫu, thực hiện ghi nhận phổ gamma của các mẫu bằng phổ kế gamma và sử dụng các phần mềm hỗ trợ để phân tích mẫu

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối với cấu hình đo mẫu đất và mẫu thực vật

3.1.1 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi từ mẫu chuẩn

Hình 1 Mô phỏng đường cong hiệu suất ghi của mẫu chuẩn IAEA 3.1.2 Đường cong hiệu suất ghi có được từ phần mềm mô phỏng

Hình 2 Hình ảnh đường cong hiệu suất ghi xây dựng từ phần mềm

mô phỏng

3.2 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của 226 Ra, 228 Ra, 40 K trong các mẫu phân tích

3.2.1 Mẫu đất

Bảng 8 Kết quả thực nghiệm hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra,

228Ra, 40K trong các mẫu đất trồng

1 DMH01 31,33 ± 2,52 73,61 ± 5,01 405,00 ± 25,01

2 DMH02 42,92 ± 2,83 52,12 ± 2,72 211,05 ± 11,02

3 DMH03 89,87 ± 1,52 125,32 ± 2,89 396,13 ± 10,40

4 DMH04 28,41 ± 2,02 58,13 ± 3,47 182,10 ± 8,11

5 DMH05 86,61 ± 6,12 103,76 ± 6,71 290,15 ± 16,34

6 DMH06 24,52 ± 1,61 28,93 ± 1,87 390,12 ± 20,04

7 DMH07 85,42 ± 2,50 91,04 ± 3,10 364,46 ± 13,50

8 DMH08 42,92 ± 2,83 52,12 ± 2,72 211,05 ± 11,02

9 DMH09 22,41 ± 1,65 24,64 ± 1,92 108,08 ± 6,02

Các giá trị hoạt độ phóng xạ có trong mẫu đất nghiên cứu của

226Ra, 228Ra lớn hơn so với giá trị hoạt độ các hạt nhân phóng xạ này xuất hiện trong các mẫu đất ở trên thế giới giá trị trung bình lần lượt là 35,30 Bq/kg Có thể là vì do đất trồng ở đây gần mỏ đất hiếm nên hàm lượng các chất phóng xạ ở đây cao hơn nhiều so với đất trồng trên thế giới chỉ là đất nông nghiệp bình thường Riêng phần 40K thì có giá trị xấp xỉ so với giá trị trên thế giới là 400 Bq/Kg (Theo UNSCEAR, 2000)

Hoạt độ phóng xạ của 40K trong mẫu đất số 5, số 9, số 10, số

16, số 17, số 20 và số 21 cao hơn hẳn so với đất ở khu vực các cây trồng khác

Ta có thể nhận thấy ở mẫu đất trồng cây ăn củ, có xu hướng hoạt độ phóng xạ của 226Ra, 228Ra, 40K cao hơn so với các mẫu đất trồng còn lại

Từ quy luật phân bố trên cho thấy có sự thay đổi hoạt độ phóng

xạ ở các khu vực trồng cây tăng dần từ rau ăn lá > ăn quả > ăn củ đối với đồng vị radi nhưng lại không có quy luật với đồng vị kali có thể đồng vị kali bị hấp thụ hoặc rửa trôi khác nhau ở các khu vực này

3.2.2 Mẫu thực vật

Bảng 1 Kết quả thực nghiệm hoạt độ phóng xạ riêng của 226Ra,

228Ra, 40K trong các mẫu rau

1 Quả cà 5,51 ± 0,45 13,14 ± 0,83 705,59 ± 25,35

2 Quả chuối 5,72 ± 0,27 8,72 ± 0,63 685,38 ± 23,95

3 Đu đủ 5,51 ± 0,46 9,87 ± 0,76 1002,21 ± 36,65

4 Su su 5,9 ± 1,07 4,55 ± 0,52 96,05 ± 4,31

5 Quả Đỗ 8,45 ± 1,13 10,83 ± 0,61 76,66 ± 2,95

6 Cà Chua 10,67 ± 0,60 7,12 ± 0,85 164,72 ± 5,42

7 Bí Ngô 10,67 ± 1,13 18,11 ± 0,43 140,06 ± 7,41

8 Hoa chuối 6,86 ± 0,71 5,37 ± 0,61 137,11 ± 5,05

9 Củ chuối 11,65 ± 2,14 15,03 ± 0,85 517,69 ± 15,53

10 Khoai môn 38,55 ± 1,12 82,01 ± 5,41 695,22 ± 19,83

11 Khoai môn 2 26,60 ± 1,10 32,01 ± 5,4 520,3 ± 19,8

12 Sắn 1 3,03 ± 0,32 5,78 ± 0,52 487,02 ± 18,95

13 Sắn 2 4,62 ± 0,97 6,20 ± 1,20 241,8 ± 4,64

14 Củ Cải 27,33 ± 1,55 34,77 ± 0,83 148,44 ± 4,83

15 Su hào 1,37 ± 0,27 0,37 ± 0,16 789,93 ± 28,23

16 Su hào 2 2,41 ± 0,28 0,54 ± 0,32 647,00 ± 28,20

17 Cải mèo 5,41 ± 0,74 17,12 ± 1,13 2591,40 ± 90,98

18 Cải mèo 2 1,25 ± 0,20 12,00 ± 0,52 1646,05 ± 16,13

19 Cải chíp 20,64 ± 1,11 32,01 ± 4,83 179,22 ± 5,77

20 Cải bắp 6,80 ± 0,40 12,40 ± 1,21 1024,00 ± 37,00

21 Cải Ngồng 2,41 ± 0,42 0,29 ± 0,11 811,69 ± 29,13

22 Ngải Cứu 0,43 ± 0,22 2,65 ± 0,51 913,78 ± 32,26

Ở đây hoạt độ của những mẫu rau lấy gần trung tâm bản là các mẫu Quả Cà, Củ Chuối, Khoai Môn, Cải Mèo, Cải Bắp, Su Hào, Đu

Đủ có hoạt độ 40K cao hơn nhiều lần so với các mẫu khác Có thể ở đây là do khu vực trồng các loại cây rau này tồn tại hàm lượng hoạt

độ của 40K là nhiều hơn so với các khu khác nên gây ra hiện tượng cao đột biến như vậy Tại nơi có lấy mẫu ngải cứu có hoạt độ 226Ra thấp nhất nhưng hoạt độ 40K lại cao tới 913,78 ± 32,26 (Bq/Kg) điều này càng chứng tỏ là với mỗi loại thực vật khác nhau thì mức độ hấp thụ các chất phóng xạ của cây là khác nhau, khả năng trao đổi chất với môi trường khác nhau

3.3 Hệ số di chuyển

Bảng 2 Hệ số di chuyển phóng xạ từ đất sang cây trồng

1 Quả cà 0,18 0,18 1,74

2 Quả chuối 0,13 0,17 3,25

3 Đu đủ 0,06 0,08 2,53

4 Su su 0,21 0,08 0,53

5 Quả Đỗ 0,10 0,10 0,26

6 Cà Chua 0,44 0,25 0,42

7 Bí Ngô 0,12 0,20 0,38

8 Hoa chuối 0,16 0,10 0,65

9 Củ chuối 0,52 0,61 4,79

Trong bảng trên ta cũng thấy sự di chuyển của các đồng vị ở các loại thực vật khác nhau là khác nhau và trong từng loại thực vật các đồng vị này cũng khác nhau Do vậy dữ liệu cơ sở về sự di chuyển

và tích lũy các đồng vị phóng xạ trong từng loại rau từng khu vực là phù hợp Trong đó sự di chuyển của 40K từ đất vào cây trồng cao hơn

so với một số đồng vị phóng xạ khác như 226Ra và 228Ra Điều này có thể được giải thích như sau: 40K là một nguyên tố nhẹ, trong khi 226Ra