Khảo sát khí Radon trong nhà khu vực đô thị thủ dầu một tỉnh bình dương

Khảo sát khí Radon trong nhà khu vực đô thị thủ dầu một tỉnh bình dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010THƯ

VIỆN

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu quan trắc phóng xạ radon trên địa bàn Thị xã Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương được thực hiện tại:

 Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam

 Nhóm nghiên cứu Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh

Tác giả đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, chu đáo và tỉ mỉ với tinh thần trách nhiệm cao của các Thầy cô, và các cộng sự Xin cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình tới:

TS Nguyễn Ngọc Thu, người hướng dẫn khoa học, đã hướng dẫn tôi lựa chọn đề tài, động viên và truyền đạt những ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học

PGS.TS Hà Quang Hải và TS Tô Thị Hiền, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học

Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ và tạo các điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi thực hiện luận án này

Các đồng nghiệp ở khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Các anh chị ở Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu

Các thành viên trong nhóm Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AARST American Association of Radon Scientists and Technologists: Hiệp hội về radon của

các nhà khoa học và kĩ thuật Mĩ CR39 Columbia Resin – 39

EPA US Environmental Protection Agency: Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ

GIS Geological Informatic System: Hệ thống thông tin địa lí

HPA Health Protect Agency: Cơ quan bảo vệ sức khỏe Anh

IAEA International Atomic Energy Agency: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế ICRP International Commission on Radiological Protection: Ủy ban an toàn phóng xạ

quốc tếNIST National Institute for Standards and Technology: Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ

quốc gia Mĩ

RAD7 RAdon Detector – 7

SSTDs solid state nuclear track detectors: các detector vết trạng thái rắn

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TX TDM Thị xã Thủ Dầu Một

UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: Ủy ban

khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử

VARANS Vietnam Agency for Radiation and Nuclear Safety: Cục Kiểm soát và an toàn bức

xạ, hạt nhân Việt Nam WHO World Health Organization: Tổ chức y tế thế giới

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Các hoạt động của con người (Công nghiệp hóa, đô thị hóa, thăm dò, khai thác, chế biến tài nguyên thiên nhiên ) ngày càng tác động mạnh mẽ đến môi trường Vì thế mối quan tâm của Khoa học và Công nghệ trong nghiên cứu và kiểm soát chất lượng môi trường ngày càng lớn Phóng xạ môi trường là một trong những chỉ số chất lượng môi trường quan trọng, được xã hội đặc biệt quan tâm vì những tác động của tia phóng xạ lên cơ thể tuy không nhận biết được bằng các giác quan nhưng rất phức tạp, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho con người

Nghiên cứu, kiểm soát phóng xạ môi trường bắt đầu bằng việc xác định hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trên một vùng quan tâm Dựa trên các số liệu đo đạc, chúng ta có thể xây dựng một bản đồ phóng xạ của vùng

Trong các nguyên tố phóng xạ tự nhiên, khí radon là sản phẩm con cháu trong chuỗi phân rã của radi và thori đặc biệt nguy hiểm Khí radon có thể theo đường hô hấp đi vào trong cơ thể con người, đặc biệt radon lại phân rã alpha nên mối nguy hiểm là rất lớn Khi chúng ta hít phải radon và các hạt nhân con của nó, một số phân rã phóng xạ sẽ xảy ra trong phổi chúng ta Các hạt alpha được sinh ra có thể gây tổn hại đến mô phổi Tổn hại như thế có thể dẫn đến ung thư phổi

Một số ca chết người trong hầm mỏ hay một số vùng miền có nhiều người bị bệnh ung thư phổi đều có thể do khí phóng xạ radon gây ra Việc đánh giá nguy cơ ảnh hưởng sức khoẻ phần lớn dựa trên bằng chứng về tỷ lệ mắc phải ung thư phổi trong số các công nhân mỏ Uranium trong quá khứ Dựa trên bằng chứng đó, các hệ số rủi ro được ước tính, chúng cho mối liên hệ giữa nguy cơ phát triển ung thư phổi với nồng độ radon trong không khí Các kết quả cho thấy nếu một triệu người bị chiếu xạ trong một năm bởi radon trong không khí với nồng độ 1 Bq/m3 trong nhà, một hoặc hai người trong số họ có thể chắc rằng cuối cùng sẽ chết vì ung thư phổi do phóng xạ gâyra [18]

Radon có thể hiện diện trong những ngôi nhà mới xây do có nguồn gốc từ vật liệu xây dựng, hay cả những ngôi nhà cũ do thoát ra từ khe nứt nền nhà Đặc biệt là những ngôi nhà kín gió hay trong các tầng hầm, nồng độ radon có thể rất cao, nhiều hơn hẳn ngoài trời do hiệu ứng bẫy radon Mặc dù vậy vấn đề phóng xạ môi trường hiện vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đầy đủ tại Việt Nam, đặc biệt là vấn đề khí phóng xạ radon

Xuất phát từ những vấn đề trên, tác giả chọn nghiên cứu đề tài “Khảo sát khí Radon trong

nhà, khu vực đô thị Thủ Dầu Một – Tỉnh Bình Dương” làm đề tài luận văn thạc sĩ của mình Luận

văn ngoài phần mở đầu và kết luận gồm các chương:

Chương 1: Cơ sở lí thuyết

Chương 2: Thực nghiệm xác định nồng độ radon trong nhà

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Luận văn được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 10/2009 đến tháng 7/2010

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Góp phần nâng cao hiểu biết về tri thức vật lí hạt nhân, làm quen với vật lí hạt nhân thực nghiệm và cách triển khai ứng dụng công nghệ hạt nhân trong thực tiễn

- Cho biết nồng độ radon trong nhà ở tại các điểm khảo sát ở khu vực Thị xã Thủ Dầu Một - Tỉnh Bình Dương

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là radon trong nhà ở Thị xã Thủ Dầu Một và các vấn đề kĩ thuật chuyên môn liên quan đến đo hoạt độ phóng xạ radon

4 Phạm vi nghiên cứu

Việc xây dựng bản đồ phóng xạ đòi hỏi yêu cầu cao về thời gian, kinh phí, thiết bị và nhân lực nên đề tài này chỉ tập trung tại thị xã Thủ Dầu Một, nơi có hệ thống giao thông phát triển và mật

độ dân cư đông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu khí phóng xạ radon và những ảnh hưởng của nó đến sức khỏe con người; tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

- Tìm hiểu cách sử dụng và quy trình đo đối với phương pháp đo bằng detector vết CR39 và máy RAD7

- Khảo sát đặc điểm tự nhiên, môi trường Thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương

- Tiến hành đo đạc nồng radon bằng detector CR39 và đo một số điểm với máy RAD7

- Thu thập, lưu trữ, xử lí dữ liệu và biểu diễn kết quả

- Phân tích, đánh giá kết quả

6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài nghiên cứu

- Bổ sung thêm cho bộ số liệu về phóng xạ môi trường nói chung và khí radon phóng xạ nói riêng của Tỉnh Bình Dương Từ đó góp phần xây dựng được một bộ số liệu về mức phóng xạ radon trong nhà và môi trường hàng năm của tỉnh Bình Dương

- Từ kết quả đo đạc được, có thể đưa ra những đánh giá và giải pháp đối với những địa điểm

có nồng độ cao

- Xác định nồng độ khí radon trong nhà để làm nền tảng phục vụ cho việc tính toán phơi nhiễm, đánh giá rủi ro sức khỏe cho người dân khu vực Thị xã Thủ Dầu Một sau này

- Đánh giá được mối tương quan giữa phương pháp đo bằng CR39 và đo bằng RAD7

- Ngoài ra, thành công của đề tài cũng sẽ trực tiếp góp phần xác lập giải pháp hữu hiệu trong việc đo nồng độ radon bằng phương pháp detector vết CR39 tại Việt Nam

7 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: Tra cứu những vấn đề quan tâm trong tài liệu, trong sách, các luận văn, bài báo khoa học, giáo trình, các trang web trên internet có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu thực nghiệm: tìm hiểu quy trình và tiến hành thực nghiệm đo nồng độ radon

- Xử lí số liệu: Sử dụng các phần mềm để xử lí, lưu trữ và biểu diễn số liệu đo đạc

- Phương pháp tổng hợp, phân tích: Sau khi xử lí số liệu, rút ra nhận xét, phân tích kết quả

TỔNG QUAN

Radon từ lâu đã được quan tâm nghiên cứu trong công tác điều tra địa chất với các ứng dụng trong các lĩnh vực tìm kiếm khoáng sản, nước ngầm, thăm dò đứt gãy, động đất, … Trong nghiên cứu môi trường, radon chủ yếu được ứng dụng để thăm dò khí phóng xạ trong các công trình như hầm mỏ, các tòa nhà ở hay nơi làm việc, nhằm đảm bảo an toàn bức xạ và sức khỏe cho con người

Thụy Điển là quốc gia khảo sát radon trong nhà sớm nhất Năm 1956, Hultqvist đã nghiên cứu và thấy nồng độ radon trong nhà ở Thụy Điển ở mức cao Trong những năm 1980, nồng độ radon cao cũng được ghi nhận trong những ngôi nhà ở Séc, nhất là ở những nhà có vật liệu xây dựng giàu Ra226 Năm 1990, bản đồ radon trong nhà trên toàn lãnh thổ Cộng hòa Séc ra đời với tỉ

lệ 1:200000 Các nước châu Âu khác và một số nước châu Á hiện nay cũng đã có bản đồ radon môi trường và trong nhà

Ở Mĩ, hiện nay cơ quan bảo vệ môi trường EPA (US Environmental Protection Agency) đã

xây dựng một bản đồ rủi ro radon trực tuyến trên toàn quốc để người dân có thể kiểm tra dễ dàng nồng độ radon ở khu vực mình đang sống hay có ý định mua nhà mới

Liên tục trong 3 năm 2005, 2006, 2007, WHO đã tổ chức các dự án quốc tế về radon, trong

đó trình bày các báo cáo của các nước về công tác nghiên cứu radon trong không khí trong nhà và các hướng dẫn về an toàn bức xạ đối với radon Theo khảo sát của WHO năm 2007 [56], có trên 75 nước thành viên của WHO và 45 nước khác có các hoạt động nghiên cứu liên quan đến radon, trong

đó đo bằng phương pháp detector vết alpha là chủ yếu Trong Hội nghị Địa chất Quốc tế lần thứ 33

tổ chức tại Oslo, Nauy ngày 6-14/08/2008 các chủ đề khí Radon đã được trình bày trong hàng loạt session thuộc nhóm Địa chất môi trường Có nhiều mẫu bản đồ khí radon của các nước Cộng hòa Séc, Ba Lan, Đức… được trình bày

Trong nước, có hai hướng nghiên cứu chính về radon Hướng thứ nhất là đo radon trong đất phuc vụ công tác điều tra địa chất, đứt gãy, được tiến hành từ lâu với rất nhiều nghiên cứu Hướng thứ hai là điều tra địa chất đô thị bằng cách khảo sát radon trong nhà và ngoài trời, hiện chỉ mới được triển khai trên một số tỉnh thành trong cả nước với một số nghiên cứu Từ năm 1992 đến 2002, trong chương trình Điều tra địa chất đô thị do Liên đoàn Vật lí địa chất và Hội địa - Vật lí Việt Nam tiến hành, 54 đô thị trong cả nước đã đo nồng độ radon trong không khí ngoài trời và trong nhà ở sử dụng buồng nhấp nháy alpha ZnS(Ag) hay sử dụng đầu đo phổ năng lượng loại silic có độ phân giải năng lượng cao và đầu dò vết hạt nhân [7] Kết quả đo nồng độ radon trong nhà và ngoài trời ở 12

đô thị đã được đưa ra với tổng số 761 điểm khảo sát, nồng độ rađon trong không khí dao động từ 1,0 đến 37,9 Bq/m3, trừ các vị trí gần dị thường phóng xạ rađon, trong nhà ở dao động từ 5 đến 406 Bq/m3, trong đó 13 ngôi nhà có mức nồng độ Rn vượt quá mức giới hạn 150 Bq/m3 Nghiên cứu

còn đưa ra kết luận nồng độ radon trong không khí ở Việt Nam nằm ở mức trung bình Cũng theo khảo sát này, nguyên nhân chủ yếu là điều kiện nhà ở quá chật chội, nhà thấp và không thông thoáng

Nghiên cứu tương tự cũng đã được Trung tâm hạt nhân Hà Nội tiến hành với những khảo sát chi tiết hơn về radon trong nhà và ngoài trời trên địa bàn thủ đô Hà Nội Hay công trình đo phóng xạ

tự nhiên dọc đường Hồ Chí Minh của nhóm tác giả thuộc Viện công nghệ xạ hiếm, kết quả đo radon trong không khí cho thấy hầu hết gấp 50 đến 100 lần mức trung bình thế giới (~30 Bq/m3) và một số chỗ đo ngoài trời nhưng vượt mức hành động của hàm lượng khí radon trong nhà (~150 Bq/m3) 10 đến 20 lần [17] Hai công trình trên được báo cáo ở Hội nghị Vật lí hạt nhân toàn quốc năm 2009 Một số công trình nghiên cứu khác như đo radon trong nhà trên một số kiểu nhà tại thành phố Hồ Chí Minh [1]; đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đó có đo nồng độ radon của các loại vật liệu xây dựng cũng đã và đang được tiến hành [14]

Nhìn chung, việc nghiên cứu radon trong nhà ở Việt Nam mới chỉ là bước đầu, chủ yếu là cảnh báo trên báo chí Hiện chưa có một công trình nào đánh giá chi tiết những yếu tố ảnh hưởng đến việc xuất hiện khí radon trong nhà và những ảnh hưởng của radon đối với sức khỏe cộng đồng

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu về Radon

1.1.1 Đặc điểm

Radon là nguyên tố phóng xạ thứ năm được phát hiện, vào năm 1900 bởi Friedrich Ernst Dorn, sau urani, thori, radi và poloni Radon có kí hiệu Rn là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIII A, chu kì 6, có số thứ tự là 86 và thuộc nhóm khí trơ trong bảng tuần hoàn Radon có khối lượng riêng 9,73 kg/m3 tức nặng hơn không khí khoảng 8 lần (ở 0oC 1atm, không khí có khối lượng riêng là 1,293 kg/m3) và là một trong những khí nặng nhất ở nhiệt độ phòng; radon không màu, không mùi nên chỉ có thể phát hiện bằng các detector ghi các tia phóng xạ do radon phát ra

Radon có 36 đồng vị với số khối từ 193 đến 228, với 3 đồng vị phổ biến là radon (Rn – radon 222), thoron (Tn – radon 220) và actinon (An – radon 219), trong đó Rn222 là đồng vị bền nhất với thời gian sống 3,823 ngày Trong nghiên cứu địa chất và môi trường, do chu kì bán rã của hai đồng

vị Rn219 và Rn220 rất ngắn nên chúng ít được quan tâm; còn đồng vị Rn222 được đặc biệt quan tâm bởi tính phóng xạ và thời gian sống của nó đủ có thể thoát vào môi trường không khí và gây nguy hiểm cho sức khỏe con người

Radon là khí trơ nên trong đất đá radon không liên kết với các nguyên tử vật chất chủ của nó,

vì vậy radon có thể thoát ra từ lòng đất đi vào môi trường không khí dễ dàng Khi được tạo thành, radon và các sản phẩm con cháu của nó ở trạng thái tích điện, ngay lập tức kết hợp với các bụi khí trở thành các sol khí phóng xạ Các khí phóng xạ radon chuyển động như một chất khí thông thường, tuân theo các định luât khuếch tán chất khí Như vậy khí phóng xạ có mặt ở khắp nơi Do chu kì phân rã của các đồng vị radon rất ngắn, nên càng lên cao nồng độ radon càng giảm

Khi nghiên cứu hoạt độ phóng xạ trong nước và trong không khí thường quan tâm đến Rn222

và sản phẩm mẹ của nó Ra226 Nồng độ radon trong không khí ở lớp khí bên dưới gần mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng của uran trong lớp đất đá bên dưới và độ xốp của nó

Nồng độ radon trong không khí thường được tính ra Bq/m3 hay Ci/l

Hình 1.1: Phân rã từ radon tới chì-206 bền

Hạt nhân U238, qua 14 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb206 Rn222 là sản phẩm tự nhiên trong chuỗi phân rã của U238, có thời gian sống dài nhất: 5,508 ngày, chu kì bán rã 3,825 ngày U238 khá phổ biến trong tự nhiên, về mặt độ giàu nó đứng hàng thứ 38 trong số các nguyên tố có mặt trên trái đất Nó chủ yếu có mặt trong các đá gốc Do đó hầu như ta luôn luôn có khả năng phát hiện Rn222 trong không khí trong phòng, ngoài trời và khí đất

Khi phân rã, radon lần lượt tạo nên các hạt nhân Po218, Pb214, Bi214, Po214, Pb210, Pb206 (bền vững) Rn phát ra tia alpha có năng lượng 5,49MeV; Po218 phát ra hạt alpha có năng lượng là 6,0 MeV; Po214 phát ra tia alpha có năng lượng 7,69 MeV

Radon là đối tượng khảo sát để tìm kiếm thăm dò quặng phóng xạ và nó cũng là nguyên tố gây ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe con người

 Dãy phân rã phóng xạ thori (Thori 232 – Th 232 ):

Với Th232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb208 Rn220 là sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th232 và thường được gọi là thoron (Tn), có thời gian sống 80,06 giây, chu

kì bán rã 55,6 giây

Po214

164 giây

Bi21419,8 phút

Po218 3,05 phút

α

6,00MeV

Rn 3,82 ngày

Bi2105,02 ngày

Pb206 bền

α 5,31MeV

ββ

Hình 1.2: Phân rã từ thoron tới chì-208 bền

Tn và con cháu của nó sẽ phát ra các tia alpha có mức năng lượng lần lượt (theo thời gian) là 6,29 MeV; 6,78 MeV; 6,05 và 8,78 MeV Trong đó, đáng chú ý là Bi212 có 2 khả năng phân rã: 66% phân rã là beta, tạo nên Po212, từ đó phát ra hạt alpha có năng lượng 8,78 MeV Phần còn lại (34%) phân rã alpha, tạo nên Tl208, phát ra alpha có năng lượng 6,05 MeV

Vì thoron có đời sống quá ngắn nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như radon trước khi phân rã Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thường gặp hơn trong đất và trong khí đất do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong nhà Tuy nhiên ngay cả với một lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy hiểm vì con cháu của

nó bao gồm Pb212 có chu kì bán rã 10,6 giờ dủ dài hơn để tích lũy đến một nức đáng kể trong không khí thở

 Dãy phân rã phóng xạ actini (Urani 235 – U 235 ):

Hạt nhân U235 trải qua 11 lần phân rã phóng xạ để cuối cùng trở thành đồng vị chì bền vững

Pb207 Rn219 là sản phẩm tự nhiên trong một mắt xích trong chuỗi phân rã của U235, có thời gian sống 5,7 giây, chu kì bán rã 3,96 giây, thường được gọi là actinon (An) Lượng nhân phóng xạ U235 chỉ chiếm 0,72% tổng lượng uran có trong tự nhiên nên có rất ít trong môi trường đất Có lẽ ta không bao giờ gặp actinon trong không khí do sự khan hiếm và chu kì bán rã ngắn của nó, vì vậy actinon ít

Bi21260,6 phút

Po216 0,15 giây

34%

lớn Đó chính là những nguồn chủ yếu sản sinh ra khí phóng xạ Rn và Tn Khí phóng xạ phân tán ra môi trường trường xung quanh bằng hai phương thức chủ yếu: lưu thông và khuếch tán

Hiện tượng các chất khí phóng xạ radon thoát ra khỏi đất đá trở thành khí phóng xạ trong không khí gọi là hiện tượng eman hóa Hệ số eman hóa là tỉ số giữa lượng eman được tách ra ngoài

và lượng eman được tạo thành trong một thể tích mẫu trong cùng một khoảng thời gian xác định

 Quá trình di cư của radon trong đất đá

Trong đất đá, radon chuyển động như một chất khí thông thường và tuân theo phương trình khuếch tán Độ lớn của hệ số eman hóa, hệ số khuếch tán của khí eman phụ thuộc vào nhiêt độ của đất đá và các đặc trưng của đất đá như độ ẩm, độ xốp,

Do có sự vận động của vỏ trái đất, sự tỏa nhiệt do phóng xạ trong đất đá… nên trong lòng đất còn tồn tại các dòng không khí lưu chuyển trong đất đá với tốc độ chậm, đi từ dưới lên trên mặt đất Các dòng nước ngầm, đới dập vỡ, đứt gãy,… là những yếu tố rất thuận lợi để phân tán khí phóng xạ trong đất đá đi xa nguồn cung cấp Nồng độ radon trong đất dao động trong khoảng 500 đến 2.000 Bq/m3; nơi có quặng phóng xạ hoặc đất đá giàu chất phóng xạ, giá trị này cao từ 2.000 đến 10.000 Bq/m3, đôi khi đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5]

Hình 1.3: Quá trình di cư của radon trong đất đá

Quá trình khuếch tán của eman trong đất đá được đặc trưng bằng hệ số khuếch tán và chiều dài khuếch tán

Hệ số khuếch tán và chiều dài khuếch tán của radon trong đất đá liên hệ với nhau theo phương trình:

kD

L 

Ở đây L là chiều dài khuếch tán đo bằng cm;  là hằng số phân rã đo bằng 1/s; Dk là hệ số khuếch tán của radon trong đất đá Hệ số khuếch tán của radon biến đổi trong khoảng rộng từ 7.10-2

cm2/s đến (2 ÷ 3).10-4 cm2/s

Để xác định sự phân bố nồng độ radon trong đất đá ta đi tìm phương trình vi phân của nồng

độ radon Mối liên hệ giữa thông lượng của radon và gradient của nồng độ được biểu diễn bằng phương trình sau:

Trong đó: J là thông lượng của radon, còn dC

dz là đạo hàm nồng độ radon dọc theo trục Oz hướng theo phương thẳng đứng

Để đơn giản, ta giả thiết gradient nồng độ C dọc theo trục z hướng lên trên, trạng thái di chuyển của radon là trạng thái dừng, tức đạo hàm của nồng độ radon theo thời gian bằng không dC

dt = 0 Phương trình vi phân bậc hai đối với nồng độ C của radon có dạng như sau:

Trong đó: P là lượng eman tách ra trong một đơn vị đất đá tại điểm đo z

Giả sử sự dịch chuyển và khuếch tán của eman hướng tới bề mặt qua lớp đất không phóng

xạ Khi đó P = 0, phương trình (1.3) trở thành:

2 2 k

Trong đó C1 và C2 là các hằng số phụ thuộc vào điều kiện biên

Giả thiết tại nguồn, nơi chứa các nguyên tố phóng xạ, nồng độ eman là Co Khi đó nghiệm (1.5) có dạng sau:

bz o



Nồng độ eman C hay lượng eman trong một đơn vị thể tích được biểu diễn bởi công thức sau:

k z D o

C C e





Như vậy, khi đi ra xa nguồn nồng độ eman giảm theo hàm số mũ Càng ra xa nguồn, nơi sinh

ra chất khí radon, nồng độ khí radon càng giảm nhanh

Xét trường hợp thực tế: nguồn cách mặt đất khoảng z, có nồng độ Co, khi đó nồng độ radon trên mặt đất được tính theo công thức (1.7)

Hình 1.4: Mô hình tính sự phân bố nồng độ khí phóng xạ

Như vậy theo công thức (1.7) nồng độ radon trên mặt đất phụ thuộc vào nồng độ eman của lớp đất đá bên dưới và do đó phụ thuộc vào hàm lượng của nguyên tố phóng xạ trong các lớp đất đó Ngoài ra, theo công thức (1.7) nồng độ eman trên mặt đất phụ thuộc vào các loại đất đá Lớp đất đá càng xốp, đặc biệt tại nơi có độ rỗng cao như tổ mối, và độ ẩm càng nhỏ, hệ số khuếch tán càng lớn, nồng độ radon C trên mặt đất có giá trị càng tăng

 Quá trình di cư của radon trong không khí

Nguồn cung cấp khí phóng xạ trong không khí chủ yếu là do khí phóng xạ trong đất đá đưa vào bằng con đường khuếch tán và đối lưu Trong không khí, sự phân tán của khí phóng xạ phụ thuộc vào tốc độ và hướng gió Nồng độ của khí phóng xạ cũng thấp hơn rất nhiều so với trong đất

đá, trung bình từ 10 đến 50 Bq/m3 [5] Tuy nhiên, tại khu vực có nguồn phóng xạ, do có nguồn cung cấp là các thân quặng phóng xạ phía dưới, nồng độ khí phóng xạ trong không khí cũng cao hơn các nơi khác, có thể đến hàng trăm Bq/m3

Theo mô hình như trên, ta có thể tính được nồng độ khí phóng xạ trong không khí trên mặt đất theo (1.7), và ở độ cao h cách mặt đất theo công thức:

.h AC(h) C.e

Trong đó A là hệ số khuấy động khí tại mặt đất, thường lấy giá trị là 103 cm2/s; khi h = 30 ÷

50 m thì A = 104 ÷ 105 cm2/s

Bằng lí thuyết và thực nghiệm có thể xác định nồng độ radon trong không khí sát mặt đất nhỏ hơn hàng nghìn lần so với trong môi trường đất đá Khi không có gió thì nồng độ radon trong khí quyển giảm chậm theo độ cao, còn nồng độ thoron giảm rất nhanh và triệt tiêu hoàn toàn ở khoảng cách không quá 10 cm cách mặt đất

 Quá trình di cư của radon trong nước

Qua hàng loạt cuộc thử nghiệm các nhà khoa học đã đi đến kết luận có khí phóng xạ radon trong nước Trong nước, nồng độ khí phóng xạ hòa tan phụ thuộc vào nguồn phóng xạ trong đất đá (môi trường nước chảy qua) và phụ thuộc vào dạng tồn tại (nước ngầm hay trên mặt) Nhiệt độ cũng

có ảnh hưởng nhiều đến sự hòa tan của khí phóng xạ trong nước Bình thường, nồng độ radon trong nước dao động rất mạnh, từ 50 đến 1000 Bq/m3 (đối với nước trên mặt); ở khu vực có nguồn phóng

xạ hoặc nước nóng, có thể từ 1000 đến 4000 Bq/m3, đặc biệt có thể đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5]

Các bể trữ nước bề mặt cũng có thể bị nhiễm phóng xạ radon, nước nhiễm phóng xạ thường bắt nguồn từ các giếng sâu có các mạch nước ngầm bị nhiễm Radon Thông thường, độ nhiễm xạ trong nước thấp hơn nhiều độ nhiễm xạ trong khí quyển Tuy nhiên, quá trình sử dụng nước bị nhiễm phóng xạ radon trong sinh hoạt có nhiều khả năng làm tăng mức độ nhiễm xạ không khí tại các gia đình

EPA ước tính khoảng 2 ÷ 5% phóng xạ radon trong không khí phát sinh từ quá trình sử dụng nước của các hộ gia đình Giới hạn nhiễm xạ cho phép trong nước theo EPA là 300 pCi/l [33]

Như vậy, việc xác định nồng độ khí phóng xạ trong các môi trường nói trên đem lại thông tin quan trọng trong công tác tìm kiếm các mỏ quặng phóng xạ, khảo sát địa chất, và đánh giá môi trường

1.1.3 Radon với sức khỏe con người

Hàng năm trung bình mỗi người chúng ta nhận một liều bức xạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên khoảng 2 mSv Theo các nghiên cứu của Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ ICRP

(International Commission on Radiological Protection) mức liều này có thể gây ra 80 trường hợp tử

vong do ung thư trong số 1.000.000 người Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng

của bức xạ nguyên tử UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic

Radiation) năm 2000 đã thống kê và cho thấy đóng góp của radon vào liều chiếu bức xạ cho con

người gây bởi các bức xạ tự nhiên lên tới 50% [16] Chính vì thế radon có thể được xem như là một nguồn phóng xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người

Hình 1.5: Đóng góp của các thành phần phóng xạ có trong tự nhiên vào liều chiếu bức xạ đối với con người

Mức tử vong gây bởi bức xạ tăng tỷ lệ với mức liều chiếu bức xạ Mặc dù radon đóng góp tới 50% vào liều chiếu bức xạ đối với con người, song nếu chúng ta có các biện pháp phòng chống thích hợp chúng ta có thể giảm đáng kể lượng liều chiếu này

1.1.3.1 Radon trong nhà

Đóng góp lớn nhất vào liều chiếu radon là nồng độ radon trong nhà ở (chiếm tới 95%) Trong khi đó nồng độ radon trong nhà ở lại phụ thuộc rất nhiều vào kiểu nhà, vật liệu xây dựng, cầu trúc nền móng, Có thể có khả năng là nồng độ radon rất cao ở một căn nhà nào đó trong khi căn nhà ngay bên cạnh lại có nồng độ radon thấp

Trong không khí ngoài trời, nồng độ radon thấp Tuy nhiên, ở trong nhà thì nồng độ radon có thể cao hơn do hiệu ứng bẫy radon Các mức radon thường rất hay thay đổi, tuỳ thuộc vào dòng khí qua nhà Có một số nơi mà ở đó các mức radon có thể rất cao: trong một số hang, động, chẳng hạn, hoặc trong một mỏ uranium dưới lòng đất được thông khí kém

Hình 1.6: Radon vào trong nhà bằng nhiều con đường 1.1.3.2 Nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi

Tuy radon được tìm ra năm 1900 nhưng những ảnh hưởng của nó do phơi nhiễm kéo dài đã

bị nghi ngờ và ghi nhận trước đó 300 năm do những thợ mỏ luôn có nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi cao, nhất là đối với mỏ urani Người ta nhận thấy trong khoảng thời gian từ 1869 – 1877, 75% cái chết của những người thợ mỏ ở Schneeberg – Đức là do bệnh ung thư phổi [41] Năm 1951, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester New York chỉ ra rằng các bệnh ung thư phổi gây ra từ các bức xạ alpha do các sản phẩm phân rã radon có trong đường hô hấp [22] Dựa trên bằng chứng đó, các hệ

số rủi ro được ước tính, chúng cho mối liên hệ giữa nguy cơ phát triển ung thư phổi với nồng độ radon trong không khí

Trong số các rủi ro trong nhà thì radon được ước tính đã gây ra khoảng 21.000 cái chết do ung thư phổi mỗi năm trên toàn nước Mĩ, nhiều hơn tất cả các rủi ro khác gây ra cho con người Nghiên cứu này được Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ EPA thực hiện năm 2003 Điều đó cho thấy

mối nguy hiểm từ radon trong nhà là rất lớn [27]

Hình 1.7: Đánh giá rủi ro từ radon trong nhà ở Mĩ với các rủi ro khác

Trong không khí, radon và thoron ở dạng nguyên tử tự do, sau khi thoát ra từ các vật liệu xây dựng, đất đá và những khoáng vật khác, chúng phân rã phóng xạ thành chuỗi các đồng vị phóng xạ con cháu mà nguy hiểm nhất là polonium-218

Polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho một vài chu trình thở trong hệ thống hô hấp của người Polonium-218 bay cùng các hạt bụi có kích thước cỡ nanomét và micromét tạo thành các hạt sol khí phóng xạ Các sol khí phóng xạ này có kích thước cỡ vài chục micromét

nên có thể được hít vào qua đường thở, và tai hại hơn chúng là kim loại và có xu hướng bám vào bề mặt các vật liệu mà chúng tiếp xúc nên có thể bị lưu giữ tại phế nang và phân rã phát alpha

Các hạt alpha từ radon hay polonium có năng lượng rất cao, độ ion hóa mạnh sẽ bắn phá nhân tế bào phế nang, gây ra các sai hỏng nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến cơ chế phân chia tế bào Một phần năng lượng phân rã hạt nhân truyền cho hạt nhân phân rã, làm các hạt nhân này bị giật lùi Năng lượng giật lùi của các hạt nhân con có thể đủ để phá vỡ các phân tử protein trong tế bào phế nang Mặt khác polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho một vài chu trình thở trong hệ thống hô hấp của người Vì chúng được hút qua một thể tích phổi rất lớn nên số lượng tế bào phế nang bị bắn phá cũng rất lớn dẫn đến xác suất gây ung thư là rất cao

Hình 1.8: Nguy cơ mắc ung thư phổi khi hít phải khí radon

Như vậy, việc xác định hàm lượng sol khí phóng xạ gây ra bởi radon (tức là xác định radon)

có ý nghĩa rất quan trọng với mục đích giám sát, cảnh báo nguy cơ ung thư phổi trong đời sống cộng đồng, trong các khu hầm mỏ, trong nhà ở và đặc biệt trong phòng ngủ, phòng làm việc

Từ khi bệnh ung thư bắt đầu xuất hiện do phóng xạ, cho đến khi nó phát triển tới mức có thể quan sát được các biểu hiện lâm sàng, phải mất một khoảng thời gian trễ nhiều năm Nguy cơ ung thư phổi phát triển do sự chiếu xạ của radon tùy thuộc vào lượng khí radon mà chúng ta hít phải Càng có nhiều radon trong không khí, nguy cơ càng lớn Tương tự, khoảng thời gian chúng ta hít thở trong không khí chứa radon đó càng dài thì nguy cơ càng lớn Khi điều tra địa vật lí môi trường, nồng độ radon trong không khí thường được quan tâm

Ngoài ra, có một số bằng chứng khoa học cho thấy hút thuốc làm tăng độ nguy hiểm do chiếu

xạ radon Báo cáo của Viện Khoa học Quốc gia Mĩ - NAS (The National Academy of Sciences) cho

thấy, khí radon trong nhà là nguyên nhân chủ yếu thứ hai gây ung thư phổi tại Mĩ, chỉ sau hút thuốc

lá [34] Ngừng hút thuốc và giảm hút thuốc trong nhà sẽ làm giảm nguy cơ cho các thành viên gia đình mắc bệnh ung thư phổi do hít thở radon Trong bất kì trường hợp nào, vì hút thuốc là nguyên

nhân chủ yếu gây ung thư phổi, nên nếu chúng ta có lo lắng chút nào đó về các nguy hiểm do radon, thì nhất định ta sẽ phải lo lắng về nguy hiểm do hút thuốc

Bảng 1.1: Nguy cơ tử vong do ung thư phổi liên quan đến radon trong nhà [27]

Liều chiếu Radon

(pCi/l)

Nhóm người không bao giờ hút thuốc

Nhóm người hút thuốc thường xuyên Trung bình

1.1.4 Biện pháp kiểm soát, cảnh báo và giảm thiểu nồng độ radon

Để xác định mức radon, cần phải đo đạc radon bằng các thiết bị chuyên dụng Những chính sách về radon cần được xem xét kĩ lưỡng, đặc biệt là đối với bộ phận dân cư với nồng độ thấp, điều quan trọng là áp dụng những biện pháp cơ bản để ngăn ngừa nguy cơ chứ không chỉ hành động khi nhận thấy nồng độ radon quá cao Những nơi cần phải kiểm soát để cảnh báo mức radon là nhà ở, nhà nghỉ, khách sạn hay các văn phòng làm việc và các nơi khai thác quặng có yếu tố phóng xạ

Phần lớn radon trong một ngôi nhà có nồng độ radon cao đều phát ra từ nền nhà Radon khuếch tán ra khỏi mặt đất và vào trong nhà Do radon là khí nên sự thay đổi áp suất sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lượng khí thoát ra từ mặt đất và lượng bị tích lũy bên trong căn nhà Ở bên trong căn nhà, radon khó có thể dễ dàng thoát ra ngoài nhất là những ngôi nhà kín khí Như vậy, phòng ngủ hay phòng làm việc gắn điều hoà nhiệt độ mà không thông gió thì có nguy cơ ô nhiễm radon rất lớn Khả năng bị phơi nhiễm radon cũng tuỳ thuộc thời gian có mặt tại không gian sinh hoạt, làm việc hoặc nghỉ ngơi Một phương pháp đơn giản để giảm các mức radon trong nhà là tăng cường thông gió cho không gian dưới nền và trong ngôi nhà nơi mà radon tích tụ Điều đó rất dễ thực hiện bằng cách mở rộng các ô thông gió trên các bức tường, giúp sự chuyển dịch không khí tự nhiên được dễ dàng (trong trường hợp các tường chịu lực, điều này chỉ nên được thực hiện tuân theo các quy phạm xây dựng thích hợp) Nếu làm việc trong các vùng khoáng sản giàu phóng xạ tự nhiên, cần phải tính đến thời gian làm việc hợp lí

Đặc biệt, hàm lượng radon phụ thuộc rất lớn vào vật liệu Những vật liệu xây dựng có nguồn gốc granite sẽ cho hàm lượng radon cao nhất, các vật liệu gốm sét, gạch xỉ than cũng là vật liệu chứa nhiều radon Các khoáng sản có nguồn gốc trầm tích như ilmenhite, rutile, zircon, monazite rất

giàu phóng xạ cũng là các nguồn phát radon Các bệnh viện có sử dụng kim Ra226 cũng có thể gây

rò rỉ hay khuếch tán radon vào không khí

Dựa trên những nghiên cứu của thế giới, những ngôi nhà có mức nồng độ radon vượt mức giới hạn là loại có kiểu kiến trúc không thông thoáng, xây dựng bằng đá granit, nhà xây dựng trên nền địa chất có cường độ phóng xạ cao như: trên nền đá magma, trên các dị thường sa khoáng ven biển (ilmenit, titan ), trên các đứt gãy địa chất, hoặc vật liệu xây dựng nhà như gạch, ngói đốt bằng những loại than có hoạt độ phóng xạ cao

Để giảm thiểu hàm lượng radon trong không gian sinh sống và làm việc cần phải sử dụng các loại vật liệu xây dựng ít radon, cải thiện hệ thống thông thoáng, sơn sàn và tường nhà, bít kín những khe hở ở dưới sàn nhà và khe nứt của bức tường có thể giúp ngừng việc giải phóng khí radon, lắp đặt các hệ thống thu góp radon (ví dụ: màng chống khí trong nền đất có thể giảm 50% lượng radon

và chỉ tốn khoảng 100 bảng Anh),

Bảng 1.2: Chi phí và hiệu quả một số biện pháp làm giảm mức radon trong nhà [35]

Phương pháp Giá Hiệu quả

Thông gió dưới sàn trung bình / thấp còn tùy

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải sử dụng thông gió cưỡng bức Những ngôi nhà được xây dựng trên các tấm sàn bê tông có thể đòi hỏi các biện pháp cải tạo phức tạp hơn Mỗi một ngôi nhà đều có sự khác biệt, vì thế nhu cầu cải tạo và biện pháp thực hiện cải tạo phải được xác định riêng biệt

Cách tốt nhất bảo vệ sức khoẻ là là tiến hành đo nồng độ radon trong mỗi gia đình Mở cừa thường xuyên cũng giúp hạn chế bức xạ trong nhà Khi mua nhà mới, chúng ta nên kiểm tra khí radon trước khi chúng ta chuyển tới ở

1.1.5 Các yêu cầu về an toàn bức xạ đối với Radon

1.1.5.1 Đơn vị đo

Đơn vị đo thường dùng của nồng độ radon là Becquerel/mét khối (Bq/m3), ở Mĩ hay dùng đơn vị pico-Curie/lit (pCi/l) Hệ số chuyển đổi: 1 pCi/l = 37 Bq/m3

Trong an toàn bức xạ, để đánh giá rủi ro thường dùng đơn vị liều hiệu dụng (effectice dose) là

Sievert (Sv) Để có thể chuyển từ đơn vị nồng độ radon sang liều hiệu dụng cần có những nghiên cứu để xác định hệ số chuyển đổi liều Hệ số chuyển đổi liều phụ nhiều yếu tố như: điều kiện con người (độ tuổi, sức khỏe, lượng hít thở hàng ngày…), nồng độ radon trong không khí, hay cấu trúc công trình (nhà, văn phòng…), của nghề nghiệp hoặc cộng đồng đó Tùy vào quy mô của một nghiên cứu, hệ số chuyển đổi này sẽ được tính toán [21], [36], [44]

Trong ngành khai thác khoáng sản, việc đánh giá phơi nhiễm còn đo nồng độ radon theo

Mức làm việc tích lũy (Working Level-WL) và từ đó đưa ra Mức làm việc tích lũy trong tháng (Working Level Month-WLM): 1WL là tính tới ảnh hưởng của tất cả các con cháu có thời gian sống

ngắn của 222Rn (218Po, 214Pb, 214Bi, and 214Po) trong 1 lít không khí, tương ứng với khả năng giải phóng năng lượng alpha 1,3.105 MeV 1WL được tính tương ứng với nồng độ radon trong không khí là 100 pCi/l.[16]

Hệ đơn vị SI của phơi nhiễm tích lũy là joule.giờ trên mét khối (J.h/m3); 1WLM tương đương với 3,6.10-3 Jh/m 3 Phơi nhiễm với mức 1WL trong 1 tháng (170 giờ) bằng 1WLM Một mức phơi nhiễm 1WLM tương ứng với phơi nhiễm trong 1 năm cỡ 230 Bq/m3 Với giả định làm việc 2400 giờ trong 1 năm thì 1WLM = 4,2 mSv [29].

1.1.5.2 Việt Nam

Việt Nam đã công bố tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7889:2008 đối với nồng độ khí radon tự nhiên trong nhà vào năm 2008 [4] Tiêu chuẩn là cơ sở để đánh giá mức độ ô nhiễm khí phóng xạ radon trong nhà sau khi đo đạc, qua đó có thể đánh giá và đưa ra giải pháp Các mức nồng độ khí radon tự nhiên trung bình năm trong nhà được quy định ở Bảng 1.3

Một số khái niệm cơ bản:

- Nồng độ Radon trong không khí (CRn – Radon concentration): Hoạt độ phóng xạ của khí

radon (Rn222) trong một mét khối không khí, đơn vị đo là Bequerel trên mét khối (Bq/m3)

- Nồng độ radon trung bình năm trong nhà (Average radon concentration in building): Nồng

độ radon (Rn222) trong không khí trong nhà được đo bằng các thiết bị đo thích hợp với thời gian đo liên tục hơn 3 tháng bất kì, đơn vị đo là Bequerel trên mét khối (Bq/m3)

- Mức hành động (Radon action levels): Khi nồng độ khí radon trung bình năm trong nhà

vượt giá trị này, phải tiến hành các giải pháp kĩ thuật để giảm thiểu nồng độ khí radon trong nhà, đơn vị đo là Bequerel trên mét khối (Bq/m3)

- Mức khuyến cáo (Recommended safety levels): Mức chấp nhận được đối với nồng độ khí

radon trung bình năm trong nhà, đơn vị đo là Bequerel trên mét khối (Bq/m3)

- Mức phấn đấu (Target health level): Mức thấp nhất đối với nồng độ khí radon trung bình

năm trong nhà có thể đạt được theo khả năng, đơn vị đo là Bequerel trên mét khối (Bq/m3)

Bảng 1.3: Các mức nồng độ khí radon tự nhiên trung bình năm trong nhà

Các mức Đối tượng áp dụng Quy định

Sau khi đã áp dụng tất cả các giải pháp giảm thiểu, nồng độ khí radon tự nhiên trung bình năm trong nhà vẫn ở mức hành động thì phải chuyển đổi mục đích sử dụng

1.1.5.3 Thế giới

Nhiều nước trên thế giới đã xác định nồng độ giới hạn của radon trong nhà ở Một khi nồng

độ radon trong nhà cao hơn giá trị này thì cần phải áp dụng các biện pháp giảm thiểu radon để làm giảm nồng độ radon tới dưới giá trị giới hạn

Trong số các nước có hoạt động nghiên cứu liên quan đến radon, có hơn một phần ba các nước có đưa ra mức hành động đối với radon, đa số nằm trong khoảng từ 200-400 Bq/m3 đối với nhà có sẵn và 200 Bq/m3 đối với nhà xây mới Trong đó, một số ít nước yêu cầu bắt buộc mức hành động đối với nhà xây mới là Mĩ, Nauy, Phần Lan và Đan Mạch Đức và Mĩ là 2 quốc gia hiện có mức hành động thấp nhất là 100 và 148 Bq/m3 [56]

Theo Luật môi trường của Mĩ, mức cho phép khí radon trong nhà ở là < 4 pCi/l/năm, tương đương 0,148 Bq/l/năm, hay 148 Bq/m3/năm

Theo tiêu chuẩn an toàn bức xạ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) [35]:

- Nồng độ khí radon trong nhà ở của dân chúng không được vượt quá dải từ 200 ÷ 600 Bq/m3/năm, nghĩa là từ 0,6 ÷ 1,7 Bq/m3/ngày

- Đối với nơi làm việc, giới hạn liều đối với con cháu của radon và thoron là:

 Đối với radon:

 Giới hạn mức liều 20 mSv/năm tương ứng với 14 mJ.h/m3 (4 WLM hay 2,5.106 Bq.h/m3) tính trung bình trong 5 năm liên tiếp

 Giới hạn mức liều 50 mSv/năm tương ứng với 35 mJ.h/m3 (10 WLM hay 6,3.106 Bq.h/m3) cho bất cứ năm nào

 Đối với thoron:

 Giới hạn mức liều 20 mSv/năm tương ứng với 42mJ.h/m3 (12 WLM hay 5,6.105 Bq.h/m3) tính trung bình trong 5 năm liên tiếp

 Giới hạn mức liều 50 mSv/năm tương ứng với 105 mJ.h/m3 (30 WLM hay 1,4.106 Bq.h/m3) cho bất cứ năm nào

Trong đó mức phơi nhiễm với con cháu của radon ở trạng thái cân bằng trong 1 giờ tương ứng với suất liều 8 nSv Mức phơi nhiễm với con cháu của thoron ở trạng thái cân bằng trong 1 giờ tương ứng với suất liều 36 nSv

1.2 Các phương pháp xác định nồng độ khí Radon trong nhà

1.2.1 Thời gian đo

Có 2 phương pháp đo nồng độ radon theo thời gian là đo ngắn hạn và đo dài hạn [4]

1.2.1.1 Phương pháp đo ngắn hạn

Các phép đo ngắn hạn bằng các thiết bị đo tương ứng với thời gian đo liên tục ít hơn 90 ngày (tùy thuộc loại thiết bị) được thực hiện trong điều kiện đóng kín cửa Mọi cửa sổ, quạt thông gió, cửa ra vào đều phải đóng (chỉ mở khi cần thiết – ví dụ khi đi lại) ít nhất trước 12 giờ trước khi đo và trong suốt thời gian đo (quạt trao đổi gió trong phòng có thể được bật) Không tiến hành đo ngắn hạn với thời gian đo 2 – 3 ngày trong điều kiện thời tiết bất thường (bão, gió mạnh, khí áp thấp…)

Kết quả của phương pháp đo ngắn hạn được coi là giá trị nồng độ khí radon tự nhiên tiềm ẩn trong nhà Nếu giá trị này thấp hơn mức quy định thì nồng độ khí radon trung bình năm trong nhà sẽ thấp hơn mức quy định Nếu giá trị này bằng hoặc cao hơn mức quy định thì nồng độ khí radon trung bình năm trong nhà sẽ có nguy cơ cao hơn mức quy định

1.2.1.2 Phương pháp đo dài hạn

Việc đo dài hạn với thời gian lâu hơn 90 ngày liên tục bất kì trong nhà bằng các thiết bị đo tương ứng thực hiện trong điều kiện các cửa sử dụng bình thường Kết quả của phép đo dài hạn được coi là giá trị nồng độ khí radon trung bình năm trong nhà Các phép đo quan trắc radon thường

được thực hiện bằng cách sử dụng một thiết bị giám sát phóng xạ tích lũy thông tin qua một khoảng thời gian dài, thường là từ ba tháng đến một năm

1.2.2 Dụng cụ đo

1.2.2.1 Các yêu cầu kĩ thuật chung đối với thiết bị đo

- Thiết bị đo nồng độ khí radon phải có ngưỡng đo tối thiểu nhỏ hơn 40Bq/m3

- Sai số tương đối (E) của thiết bị đo ở điều kiện tiêu chuẩn, tính theo %, không lớn hơn 20% và được tính theo công thức:

Trong đó:

Qi - là chỉ số đo của thiết bị

Qt - là giá trị khi đo với mẫu chuẩn hoặc thiết bị chuẩn

- Dao động thống kê số liệu đo (V) của thiết bị đo, tính theo %, không lớn hơn 10% và được tính theo công thức:

n

2 i

i 1

1V

1.2.2.2 Giới thiệu sơ lược về các máy đo radon hiện có ở Việt Nam

Máy đo khí phóng xạ (Rn và Tn) đã được sử dụng từ lâu ở Việt Nam trong lĩnh vực điều tra địa chất và gần đây là khảo sát môi trường Để đo nồng độ khí radon, ta có nhiều phương pháp khác

nhau, ứng với mỗi phương pháp đo lại có rất nhiều kiểu máy khác nhau [4] Các máy này có nguồn

gốc chủ yếu từ Liên Xô cũ, ví dụ như: CΓ-11, ∋M-2, ∋M-6Π, RADON-82, PΓA-01… và gần đây

là 200 (Canada), RAD7 (Mĩ)… [2] Tuy nhiên, hiện nay chỉ sử dụng máy RADON-82,

RDA-200, RAD7 và phương pháp vết alpha Các loại máy khác cũ và lạc hậu, không thể sử dụng được

Dưới đây sẽ giới thiệu về máy RAD7 được sử dụng phổ biến để đo tức thời và detector vết CR39 được dùng để đo dài ngày

1.2.2.3 Giới thiệu về máy đo radon RAD7

Máy đo radon RAD7 (RAdon Detector) do công ty DURRIGE của Mĩ sản xuất, được biết đến như là một thiết bị chuyên dùng để đo riêng biệt nồng độ khí phóng xạ Rn và Tn có nhiều thuận lợi trong điều tra địa chất và khảo sát môi trường, đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác nhau:

- Tìm kiếm, đánh giá quặng phóng xạ, đất hiếm dưới lớp đất phủ

- Phát hiện các cấu trúc địa chất: đứt gãy, đới phá hủy…

- Khảo sát, quan trắc môi trường phóng xạ trong không khí và trong nước

Hình 1.9: Máy đo radon RAD7

Máy DURRIDGE RAD7 sử dụng loại detector trạng thái rắn là loại vật liệu bán dẫn có chức

năng biến đổi trực tiếp tia alpha thành tín hiệu điện Buồng lấy mẫu bên trong là bán cầu có thể tích 0,7 lít phủ chất dẫn điện, ở tâm là một detector alpha silicon phẳng gắn ion trạng thái rắn Mạch điện điện thế cao tích điện lên đến 2000 đến 2500V tạo ra một điện trường đẩy các hạt điện tích dương vào trong detector

Máy bơm đưa không khí có chứa radon và thoron (đã làm khô) vào buồng đo của máy Detector gắn trong đó sẽ nhận tín hiệu điện các tia alpha đập vào Khi một hạt Rn222 phân rã bên

trong buồng đếm tạo ra một hạt Po218 (như một ion điện tích dương) được điện trường lái hướng đến detector và đập vào đó Po218 có đời sống ngắn, phân rã trên bề mặt kích hoạt của detector hạt alpha của nó có xác suất 50% đi vào detector tạo một tín hiện điện tỉ lệ với cường độ năng lượng của hạt alpha Các đồng vị khác nhau có năng lượng alpha khác nhau tạo ra các tín hiệu có cường độ khác

nhau trong detector RAD7 khuếch đại, lọc, và phân loại các tín hiệu theo cường độ của chúng

Máy có ưu điểm là tính chắc chắn và bộ xử lí có khả năng xác định năng lượng của mỗi hạt alpha, cho biết một cách chính xác đồng vị nào (218Po, 214Po ) tạo ra bức xạ, từ đó tính riêng nồng

độ radon, thoron Kĩ thuật này gọi là phổ alpha, một kĩ thuật thuận lợi trong các ứng dụng dò tìm hoặc lấy mẫu mà các thiết bị khác ít có khả năng làm được

Máy RAD7 đáp ứng được yêu cầu quan trắc liên tục ở mức thấp, có phông nền rất thấp và ổn định: giá trị phông máy thấp (khoảng 0,005 pCi/l, xấp xỉ 0,1 Bq/m3) rất phù hợp với khảo sát môi trường không khí, môi trường nước và quan trắc môi trường, kiểm tra an toàn phóng xạ Các loại máy đo khí phóng xạ khác như: RADON-82, RDA-200 , muốn làm giảm ảnh hưởng giá trị loại phông này sau mỗi lần bơm phải chờ một thời gian dài để con cháu của Rn, Tn phân rã hết; còn với RAD7 chỉ cần thổi sau 10 phút là đủ vì detector của RAD7 phân biệt được mức năng lượng phổ của các hạt alpha với các loại nhiễu nêu trên, các sol khí còn sót lại sẽ phát ra các tia alpha có mức năng lượng thấp hơn nên không tham gia vào giá trị đếm của các lần đo tiếp theo Máy dò tia alpha chất lượng cao và đơn nhất, phân tích phổ thời gian thực, phông nền RAD7 nhỏ và được miễn trừ với sự tích tụ Pb210 một vấn đề gây khó khăn rất lớn cho các loại thiết bị khác

Đặc điểm kĩ thuật :

- Tìm kiếm, đánh giá quặng phóng xạ, đất hiếm dưới lớp đất phủ

- Có thể xác định nồng độ Rn và Tn trong đất, không khí và trong nước

- Phạm vi đo: 0,1 đến 20.000 pCi/l (3,7 đến 740.000 Bq/m3)

- Nhiệt độ làm việc: 5 ÷ 40oC

- Độ ẩm tương đối bên ngoài : 0 ÷ 95%

- Trọng lượng: 5 kg (11 pound, 1 pound =0,450 kg)

- Phông trong máy: rất nhỏ (khoảng 0,01 pCi/l – tương ứng là 0,4 Bq/m3) và không bị ảnh hưởng bởi sự tích lũy của chì Pb210

1.2.2.4 Giới thiệu về phương pháp detector vết CR39

Phương pháp detector vết alpha là phương pháp đo tích lũy nồng độ radon và thoron dùng các detector chất dẻo ghi các bức xạ anpha để xác định nồng độ khí phóng xạ trong điều tra địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi trường

CR39 là một trong những vật liệu trong hệ thống các vật liệu rắn phát hiện và theo dõi hạt

nhân (solid state nuclear track detectors – SSTDs) Những vật liệu này được ứng dụng trong các

nghiên cứu về hạt nhân, các tia phóng xạ vũ trụ, đo nồng độ khí radon trong nhà, trong đất và trong nước, Có thể nói rằng rẻ và dễ sử dụng là những ưu điểm lớn nhất của những vật liệu này, làm cho các nhà khoa học có xu hướng sử dụng nó ngày càng nhiều Ngoài CR39, SSTDs còn có LR115, CN85, Lexan, Makrofol

Bảng 1.4: So sánh khoảng năng lượng ghi nhận của các loại SSTDs [50]

Các loại đầu dò E min (MeV) E max (MeV)

Lexan and Makrofol E polycarbonates ~ 0.2 ~ 3

Cenllulose nitrate (CN 85, LR 115, Daicel) ~ 0.1 ~ 4 ÷ 6

CR39 (Columbia Resin – 39) là tên thương mại của một vật liệu nhựa rắn chịu nhiệt với cấu

trúc cao phân tử là allyl carbonate Công thức đơn giản là (C12H18O7)n Công thức cấu tạo là:

Hình 1.10: Công thức cấu tạo CR39

Radon và con cháu radon của các chất phát xạ bức xạ alpha khác đều có thể tạo thành vết ẩn trên detector, nhưng đóng góp của radon vẫn là chủ yếu Nồng độ radon sẽ được tính từ các vết này

Hình 1.11: Các vết trên CR39

Thiết bị đo gồm cốc nhựa, detector chất dẻo, một ít hoá chất để xử lí và kính hiển vi để đếm vết

Hình 1.12: Cốc nhựa chứa CR39 (holder) và kính hiển vi dùng để đếm vết

Trước khi đếm, phải làm rõ các vết do hạt anpha đập vào detector bằng cách ngâm vào dung dịch đặc biệt, gọi là tẩm thực

Đếm vết: [2]

- Dùng kính hiển vị quang học có độ khuếch đại 100 ÷ 400 lần

- Dùng thước trắc vi có khắc độ 0,01mm để đo đường kính thị trường

- Diện tích thị trường của kính được tính theo công thức sau:

.rSk

k - Độ khuếch đại của kính trắc vi

- Mật độ vết được tính theo công thức:

n

i

i 1NnSt

t - Thời gian đặt detector (tích lũy vết)

- Nồng độ khí phóng xạ được tính theo công thức:

Phương pháp này có ưu điểm:

- Đo được nồng độ radon trong thời gian liên tục, tích lũy, không đo tức thời

- Đơn giản, dễ thực hiện, không tốn nhiều nhân lực

- Đo quan sát môi trường tĩnh, ít biến động

- Đo được nồng độ trung bình

- Không chịu ảnh hưởng của môi trường nhiều

Từ những ưu điểm và mục đích của đề tài, luận văn chọn phương pháp đo bằng CR39 khí radon trong nhà trong thời gian 3 tháng để tính nồng độ trung bình; đồng thời đo bằng RAD7 một số nhà để đối chiếu, và sử dụng kết quả đo bằng RAD7 nồng độ radon trong đất có sẵn để luận giải kết quả

1.2.3 Yêu cầu đối với vị trí các điểm đo

Theo TCVN 7889:2008 [4], vị trí các điểm đo trong nhà phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Phải cố định trong suốt quá trình đo

- Không gần các dòng không khí trong nhà gây ra do thiết bị sinh nhiệt, quạt, thiết bị điều hòa không khí, cửa… Tránh gần các vị trí phát nhiệt nhà bếp, ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp Tránh các vị trí có độ ẩm cao

- Không đo ở bếp, khu vệ sinh hay phòng tắm

- Cách cửa sổ, cửa ra-vào ít nhất 90 cm, cách tường ít nhất 30 cm

- Đầu đo phải đặt cách sàn ít nhất 50 cm và cách các vật khác ít nhất 10 cm Với các thiết

bị đo treo (thiết bị đo vết alpha hay theo dõi liên tục nồng độ khí radon), độ cao tối ưu để

đo là 2 – 2,5 m cách sàn

- Diện tích đo tối đa là 200 m2 sàn nhà/điểm đo

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Khái quát chung đặc điểm vùng nghiên cứu

2.1.1 Vị trí địa lí

Hình 2.1: Bản đồ hành chính thị xã Thủ Dầu Một (Tỉ lệ 1:100.000)

Thủ Dầu Một là thị xã của Bình Dương, nằm phía Bắc vùng tam giác kinh tế trọng điểm thành phố Hồ Chí Minh - Biên Hoà - Vũng Tàu Cách thành phố Hồ Chí Minh 30km, cách thành phố Biên Hoà 30km, nằm dọc theo quốc lộ 13

Thủ Dầu Một có hệ thống đường giao thông thuận lợi đi Campuchia, thành phố Hồ Chí Minh

và các trung tâm kinh tế khác Vị trí thuận lợi và điều kiện đầu mối kĩ thuật tập trung là động lực thúc đẩy sự phát triển của tỉnh Bình Dương nói chung, thị xã Thủ Dầu Một nói riêng

2.1.2 Đặc điểm địa hình

Đô thị Thủ Dầu Một có độ cao tuyệt đối thay đổi từ 0,5 - 35m Trong đó, đồng bằng đồi thoải (cao 10 – 30m) chiếm khoảng 70% diện tích, phần còn lại thuộc đồng bằng thấp (cao 0,5 – 1m đến 10m) Chúng được tạo nên bởi các hoạt động bóc mòn, xâm thực - rửa trôi và tích tụ nguồn gốc sông và sông - đầm lầy

2.1.2.1 Địa hình thành tạo chủ yếu do sông

Khu vực Thị xã Thủ Dầu Một bao gồm các kiểu địa hình thành tạo do sông: các bãi bồi, thềm bậc I, II và III, trong đó các thềm sông bậc II và III được thành tạo bởi hệ thống sông Mê Kông cổ, các bãi bồi và thềm sông bậc I được thành tạo bởi hệ thống sông Sài Gòn và các sông suối trong vùng

 Bãi bồi thấp ven lòng, tuổi Holocen muộn (Q IV 3 ): cao 0,5 - 1m: Phân bố chủ yếu dọc theo

sông Sài Gòn và một số suối nhánh trong khu vực đô thị Diện tích tổng cộng của bãi bồi ven lòng khoảng 4 km2

 Thềm bậc I, tuổi Holocen giữa (Q IV 2 ): chia thành hai kiểu sau: thềm tích tụ và xâm thực

Tổng diện tích khoảng 7 km2

- Thềm tích tụ: phát triển chủ yếu ở thung lũng suối Cát, Chánh Lộc, phường Phú

Cường Thềm rộng 100 – 700m, dài 2 - 3 km, cao 2 - 6m Diện tích khoảng 3,2 km2

- Thềm xâm thực: phân bố chủ yếu ở phía Đông xã Bình Nhâm, Hưng Định và một

phần ở phía Đông Thị xã Thủ Dầu Một, có độ cao tuyệt đối 2 – 6m Tổng cộng diện tích khoảng 4 km2

- Thềm sông bậc II, tích tụ, có độ cao tuyệt đối 8 – 15m, tuổi Pleistocen muộn (Q III 3 ):

Thềm phát triển chủ yếu ở ấp Thạnh Hòa B và một phần ở phía Tây Bắc đô thị với diện tích nhỏ khoảng 0,2 – 0,4 km2 và không tập trung Diện tích tổng cộng khoảng 0,8 km2

- Thềm sông tích tụ - xâm thực bậc III, tuổi Pleistocen muộn (Q III 1 ), cao 20 – 35m:

Thềm có độ cao 20 – 35m, phát triển rộng rãi và liên tục ở trung tâm đô thị

2.1.2.2 Địa hình thành tạo do sông - đầm lầy