khảo sát nồng độ phóng xạ rn-222 và ra-226 trong nước sinh hoạt tại khu vực thủ đức thành phố hồ chí minh

Phóng xạ môi trường là một trong những chỉ số chất lư ng môi trường quan trọng, đư c xã hội đặc biệt quan tâm vì các tác động của tia phóng xạ lên cơ thể tuy ban đầu không nhận biết đư c

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7

LỜI MỞ ĐẦU 8

Chương 1: TỔNG QUAN 11

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 11

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 11

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 13

1.2 Phóng xạ môi trường và đóng góp liều bức xạ cho con người 15

1.2.1 Phóng xạ tự nhiên 15

1.2.2 Phóng xạ nhân tạo 21

1.3 Tổng quan về radium và radon 21

1.3.1 Tính chất hóa lý của radium 21

1.3.2 Tính chất hóa lý của radon 21

1.3.3 Cơ chế hình thành 226Ra, 222Rn trong nước ngầm 22

1.3.4 Cân bằng phóng xạ thế kỷ giữa 226Ra và 222Rn 24

1.4 Ảnh hưởng của 226Ra, 222Rn lên sức khỏe con người 26

1.4.1 Ảnh hưởng của 226Ra lên sức khỏe con người 27

1.4.2 Ảnh hưởng của 222Rn lên sức khỏe con người 27

1.4.3 Liều hiệu dụng hằng năm do uống nước chứa 222Rn, 226Ra 28

1.4.4 Liều hiệu dụng hằng năm do hít khí 222Rn thoát ra từ nước 29

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO RADON RAD7, RAD-H2O 31

2.1 Thiết bị đo khí phóng xạ RAD7 31

2.1.1 Giới thiệu 31

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 32

2.1.3 Phổ năng lư ng alpha của RAD7 33

2.1.4 Các phím chức năng 37

2.1.5 Các giao thức đo của RAD7 37

2.2 Bộ phụ kiện RAD-H2O 40

2.2.1 Thiết bị và phụ kiện 40

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 41

Chương 3: KHẢO SÁT NỒNG PHÓNG XẠ 222Rn TRONG NƯỚC SINH HOẠT KHU VỰC THỦ ĐỨC, TP.HCM 43

3.1 Đối tư ng nghiên cứu 43

3.1.1 Nước máy thủy cục 44

3.1.2 Nước giếng khoan 44

3.1.3 Nước uống công cộng 45

3.2 Đo nồng độ 222Rn trong nước bằng thiết bị RAD7, RAD – H2O 45

3.2.1 Lấy mẫu nước 45

3.2.2 Chuẩn bị máy và thiết bị 46

3.2.3 Làm sạch và làm khô buồng đo 47

3.2.4 Lựa chọn phụ kiện và cài đặt chế độ đo 49

3.2.5 Đo nồng độ 222Rn trong nước 50

3.2.6 Kết thúc quá trình đo 51

3.2.7 Lấy số liệu 51

3.3 Hiệu chỉnh nồng độ 222Rn 51

3.3.1 Cơ sở tính toán nồng độ 222Rn 51

3.3.2 Hiệu chỉnh phông 52

3.3.3 Hệ số hiệu chỉnh thời gian phân rã 53

3.3.4 Tính nồng độ trung bình 53

3.4 Kết quả - Thảo luận 54

3.4.1 Nồng độ 222Rn trong nước uống và liều hiệu dụng 54

3.4.2 Nồng độ 222Rn trong nước máy và liều hiệu dụng 55

3.4.3 Nồng độ 222Rn trong nước giếng khoan và liều hiệu dụng 56

Chương 4: KHẢO SÁT NỒNG Đ PHÓNG XẠ 226Ra TRONG NƯỚC SINH

HOẠT KHU VỰC THỦ ĐỨC, TP.HCM 58

4.1 Phương pháp xác định nồng độ 226Ra trong nước 58

4.2 Hiệu chỉnh sự thất thoát 222Rn do nhốt mẫu 58

4.3 Kết quả - Thảo luận 61

4.3.1 Nồng độ 226Ra trong nước uống và liều hiệu dụng 61

4.3.2 Nồng độ 226Ra trong nước máy và liều hiệu dụng 62

4.3.3 Nồng độ 226Ra trong nước giếng khoan và liều hiệu dụng 64

KẾT LU N 69

KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 72

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CR-39 Columbia Resin-39 Nhựa Columbia công thức thứ 39 USEPA United States Environmental

Protection Agency

Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

UNSCEAR United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation

Uỷ ban khoa học Liên Hiệp Quốc

về những ảnh hưởng của bức xạ

nguyên tử ICRP International Commission on

Radiological Protection

Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế

LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

RS Recommended Standard Tiêu chuẩn đư c đề nghị NIST National Institute of

Standards and Technology

Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật quốc

gia Hoa Kỳ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Nồng độ 222

Rn trong một số mẫu nước vùng Tây – Bắc Romania 12

Bảng 1.2: Nồng độ trung bình một số nguyên tố phóng xạ trong đất 20

Bảng 1.3: Trọng số mô một số cơ quan trong cơ thể người theo ICRP (2007) 27

Bảng 2.1: Một số giao thức đo mặc định trong RAD7 37

Bảng 3.1: Lư ng 222Rn thất thoát theo tốc độ lấy mẫu nước 46

Bảng 3.2: Chế độ chọn đo nồng độ 222Rn trong nước 50

Bảng 3.3: Kết quả đo phông của máy RAD7 52

Bảng 3.4: Hệ số hiệu chỉnh thời gian phân rã của 222Rn 53

Bảng 3.5: Nồng độ 222Rn trong nước uống và liều hiệu dụng hằng năm 54

Bảng 3.6: Nồng độ 222 Rn trong nước máy và liều hiệu dụng hằng năm 55

Bảng 3.7: Nồng độ 222Rn trong nước giếng khoan và liều hiệu dụng hằng năm 57

Bảng 4.1: Thành phần trong nguồn chuẩn 226 Ra 59

Bảng 4.2: Kết quả khảo sát hệ số thất thoát 222 Rn do nhốt mẫu 61

Bảng 4.3: Nồng độ 226Ra trong nước uống và liều hiệu dụng hằng năm 62

Bảng 4.4: Nồng độ 226 Ra trong nước máy và liều hiệu dụng hằng năm 63

Bảng 4.5: Nồng độ 226Ra trong nước giếng khoan và liều hiệu dụng hằng năm 65

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Đóng góp liều bức xạ cho con người 15

Hình 1.2: Chuỗi phân rã phóng xạ 238U 18

Hình 1.3: Chuỗi phân rã phóng xạ 235U 19

Hình 1.4: Chuỗi phân rã phóng xạ 232 Th 20

Hình 1.5: Cơ chế hình thành 226Ra, 222Rn trong nước ngầm 23

Hình 1.6: Cân bằng phóng xạ giữa 226Ra và 222Rn 25

Hình 2.1: Các bộ phận bên ngoài của RAD7 31

Hình 2.2: Phổ alpha lấy từ RAD7 34

Hình 2.3: Kết quả đo hiển thị trong phần mềm CAPTURE 36

Hình 2.4: RAD7 và các phụ kiện để đo nồng độ 222 Rn, 220Rn trong nước 40

Hình 2.5: Sơ đồ lấy khí 222Rn, 220Rn trong mẫu nước và đo đạc 41

Hình 3.1: Các vị trí lấy mẫu nước 43

Hình 3.2: Dụng cụ lấy mẫu nước xuất lộ từ vòi 46

Hình 3.3: Làm sạch máy RAD7 48

Hình 3.4: Làm khô máy RAD7 48

Hình 3.5: Đo nồng độ 222Rn trong mẫu nước 51

Hình 3.6: Đồ thị so sánh nồng độ 222Rn trung bình trong ba loại nước khảo sát 56

Hình 4.1: Kích thước ống polyetylen nhốt dung dịch 226Ra 59

Hình 4.2: Nguồn 226Ra nhốt trong lọ 250 mL 60

Hình 4.3: Đồ thị so sánh nồng độ 222Rn, 226Ra trong nước uống 61

Hình 4.4: Đồ thị so sánh nồng độ 222 Rn, 226Ra trong nước máy 64

Hình 4.5: Đồ thị so sánh nồng độ 222Rn, 226Ra trong nước giếng khoan 64

Hình 4.6: Đồ thị so sánh nồng độ 226Ra trung bình trong ba loại nước khảo sát 66

Hình 4.7: Nồng độ 222 Rn và 226Ra trong các mẫu nước uống 67

Hình 4.8: Nồng độ 222Rn và 226Ra trong các mẫu nước máy 68

Hình 4.9: Nồng độ 222 Rn và 226Ra trong các mẫu nước giếng khoan 68

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Các hoạt động của con người (công nghiệp hóa, hiện đại 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 lư ng môi trường ngày càng lớn Phóng xạ môi trường là một trong những chỉ số chất lư ng môi trường quan trọng, đư c xã hội đặc biệt quan tâm vì các tác động của tia phóng xạ lên cơ thể tuy ban đầu không nhận biết đư c nhưng lại gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho con người

Nước là thành phần thiết yếu của con người trong đời sống hằng ngày Nước phục vụ nhiều nhu cầu trong cơ thể như: vận chuyển chất dinh dưỡng, bảo vệ các cấu trúc mô, điều tiết nhiệt độ cơ thể, loại bỏ chất thải,… Để duy trì các chức năng này, con người phải uống nước thường xuyên Hiện nay, ở Việt Nam, các nguồn nước cung cấp thường chưa đảm bảo độ sạch phóng xạ vì không thông qua bất cứ một xử lý phóng xạ nào

Lịch sử hình thành Trái đất gắn liền với các đồng vị phóng xạ tự nhiên Uranium

là một trong các nguyên tố phóng xạ chiếm phần lớn trong môi trường Do phân bố rộng rãi trên lớp vỏ Trái đất, uranium có mặt trong hầu hết các loại đất đá, khoáng sản Khi xảy ra các cuộc kiến tạo địa chấn hoặc do một vài tác động của con người, nước ngầm đư c hình thành trong lòng đất đá Khi đó, uranium và các đồng vị con cháu dễ dàng lẫn vào nguồn nước này Đặc biệt, radon-222 (222Rn) là đồng vị dạng khí có khả năng khuếch tán trong nước, không khí và radium-226 (226

Ra), là đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã tương đối dài, có độc tính phóng xạ khá cao và là đồng

TP.HCM là trung tâm kinh tế lớn và đông dân nhất cả nước, đư c chia thành nhiều quận, huyện khác nhau Trong đó, quận Thủ Đức là nơi có nhiều hộ gia đình

sử dụng nước sinh hoạt từ nhiều nguồn nước khác nhau như: nước máy thủy cục, nước giếng khoan tự túc từ các hộ gia đình không qua xử lý, nước sông, hồ qua xử

lý sơ bộ,…Các nguồn nước này chỉ đư c kiểm tra, xử lý về mặt sinh học, hóa học, chưa có kết quả đánh giá an toàn về mặt phóng xạ Vì vậy, trong luận văn này, chúng tôi chọn khảo sát nồng độ 222Rn, 226Ra trong các nguồn nước đư c người dân

sử dụng hằng ngày ở khu vực Thủ Đức Có ba dạng nước sinh hoạt đư c khảo sát:

- Nước uống từ các hệ thống lọc nước của một số trường đại học, cao đẳng

- Nước sinh hoạt hằng ngày xuất phát từ nhà máy nước

- Nước sinh hoạt hằng ngày có nguồn gốc từ giếng khoan

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Góp phần nâng cao sự quan tâm về mặt an toàn phóng xạ trong nước sinh hoạt của người sử dụng nhiều hơn

- Trình bày nguyên lý hoạt động, cách thức sử dụng, quy trình đo đạc bằng thiết

bị RAD7, RAD-H2O Xây dựng các quy trình xác định nồng độ 222Rn tức thời

- Đánh giá liều hiệu dụng hằng năm người sử dụng nhận đư c khi uống một

lư ng nước này nhất định Đồng thời đánh giá liều hiệu dụng do hít khí 222Rn thoát ra từ nước nếu giả sử nguồn nước đư c đặt trong nhà So sánh với các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới

3 Bố cục luận văn

Nội dung luận văn gồm các phần:

Mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, đối tư ng, mục đích, nhiệm vụ cần hoàn thành

Đây cũng đư c xem là tóm lư c toàn bộ công trình nghiên cứu của tác giả

Tổng quan: Trình bày sơ lư c về tình hình nghiên cứu, khảo sát nồng độ 222Rn, 226

Ra trên thế giới và ở Việt Nam Qua đó, cho thấy việc xác định nồng độ 222Rn, 226

Ra trong nước uống, nước sinh hoạt ở một số trường đại học, cao đẳng và nhà dân thuộc khu vực Thủ Đức, TP.HCM vẫn là vấn đề cần nghiên cứu, khảo sát

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Tổng quan về các chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên, các đặc tính hóa lý của

226Ra, 222Rn và các con cháu, cân bằng phóng xạ giữa 226Ra - 222Rn, sự hình thành các đồng vị này trong nước Đồng thời, làm rõ sự nguy hiểm của 226

Ra, 222Rn và cơ chế tương tác của chúng khi đi vào cơ thể người

Chương 2: Tổng quan về thiết bị đo radon RAD7, RAD – H 2 O

Trình bày các nội dung liên quan đến máy đo khí phóng xạ RAD7 và bộ phụ kiện RAD-H2O như nguyên lý hoạt động, cách xử lý phổ, các chế độ đo, các đặc điểm thuận l i, nổi trội của RAD7 so với các thiết bị đo khí phóng xạ khác,

Chương 3: Xác định nồng độ 222 Rn trong nước

Là nội dung chính của luận văn Chương này trình bày đối tư ng nghiên cứu, quy trình lấy mẫu nước, đo nồng độ 222

Rn trong nước, các hiệu chỉnh để mang lại kết quả chính xác, xử lý số liệu, xây dựng đồ thị, tính toán liều và các đánh giá, nhận xét liên quan

Chương 4: Xác định nồng độ 226 Ra trong nước

Đây là nội dung quan trọng thứ hai trong luận văn Chương 4 trình bày phương pháp đo nồng độ 226Ra bằng thiết bị RAD7, RAD-H2O, xác định hệ số hiệu chỉnh thất thoát 222

Rn do nhốt mẫu nhằm mang lại kết quả chính xác nhất, thể hiện kết quả cùng các đánh giá, nhận xét và tính toán liều dựa vào nồng độ 222Rn, 226Ra trong các loại nước khảo sát

Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo: đưa ra kết luận và đánh giá các kết

quả thực nghiệm Trình bày những vấn đề luận văn đã giải quyết, còn tồn đọng và các hướng nghiên cứu tiếp theo có liên quan

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Cho đến nay, đã có nhiều công trình trên thế giới và tại Việt Nam đánh giá nồng

độ 222Rn, 226Ra trong các nguồn nước khác nhau như nước ngầm, nước biển, nước sinh hoạt Trong đó, có một số công trình tiêu biểu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Năm 2008, nhóm nghiên cứu thuộc khoa Vật lý trường Sư phạm kỹ thuật và khoa Vật lý y khoa, đại học Y khoa Ấn Độ đã khảo sát nồng độ 222Rn trong không khí và trong nước ở một số vùng thuộc Ấn Độ và cộng hòa Síp Trong các nhà ở, họ tiến hành các phương pháp đo khác nhau Phương pháp thụ động: đặt liều kế theo dõi liều tổng trong thời gian 1 năm ở phòng ngủ của một số nhà ở Phương pháp chủ động: xác định nồng độ 222Rn bằng detector Alpha Guard PQ Pro Nồng độ 222Rn trong nước đư c đo bằng detector Alpha Guard PQ Pro Phương pháp thụ động cho nồng độ trong không khí ở cộng hòa Síp từ 14 đến 74 Bq/m3 Phương pháp chủ động cho nồng độ 222

Rn ở Attica từ 5,6 đến 161 Bq/L, ở Crete từ 1,6 đến 141 Bq/L Nồng độ 222

Rn trong nước ở cộng hòa Síp nằm trong khoảng từ 0,3 đến 20 Bq/L và

từ 0,8 đến 24 Bq/L ở Ấn Độ [17]

Năm 2008, khoa Vật lý trường đại học Khoa học Salahaddin, Erbil, Iraq đã khảo sát nồng độ 222Rn trong bốn mươi hai mẫu nước vòi bằng detector vết alpha CR-39 Kết quả cho thấy nồng độ 222Rn thay đổi từ quận này sang quận khác, có giá trị trung bình khoảng 4,963 Bq/L, nồng độ 222

Rn lớn nhất là 9,61 Bq/L ở vùng Hugran

và nhỏ nhất là 2,01 Bq/L thuộc về vùng Haji Omaran Tuy nhiên, các giá trị này đều nằm trong giới hạn của USEPA, 11,1 Bq/L Ngoài ra, họ cũng đánh giá thêm sự khuếch tán nồng độ 222

Rn từ nước vào không khí và tính toán liều hiệu dụng hằng năm cho người sử dụng [15]

Năm 2011, khoa Vật lý trường đại học Bu-Ali Sina, Hamedan-Iran đã kiểm tra nồng độ 222

Rn và 226Ra trong mười lăm mẫu nước giếng và nước suối ở mười lăm vùng của thành phố Tuyserkan bằng detector nhấp nháy ZnS(Ag) Kết quả cho thấy

nồng độ 222Rn thăng giáng từ 5,915 đến 14,360 Bq/L, nồng độ 226Ra thay đổi từ 0,34 đến 3,14 Bq/L Trong đó, có hai mẫu có nồng độ 222Rn vư t quá giới hạn của USEPA, 11,1 Bq/L [13]

Năm 2012, nhóm Năng lư ng hạt nhân và bức xạ môi trường của trường đại học Babes-Bolyai, Romania đã khảo sát nồng độ 222Rn trong nước ở một số vùng thuộc phía Tây – Bắc Romania Họ đã khảo sát sáu mươi sáu mẫu nước giếng, nước suối, nước vòi và mười lăm mẫu nước sông, hồ Kết quả cho thấy nồng độ 222Rn trong nước thay đổi từ 0,9 - 68,9 Bq/L Kết quả đư c trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Nồng độ 222Rn trong một số mẫu nước vùng Tây – Bắc Romania Mẫu nước Số mẫu nước đo Vùng nồng độ (Bq/L)

Năm 2012, nhóm tác giả người Serbia đã thực hiện công trình về khảo sát nồng

độ 222Rn và một số đồng vị phóng xạ khác trong các loại nước đóng chai, nước máy

và nước uống công cộng bằng hệ máy đo radon RAD7 và hệ phổ kế HPGe Công trình đã chỉ ra đư c nồng độ 222Rn trong một mẫu nước đóng chai có nguồn gốc từ nước ngầm gần khu vực núi lửa lớn gấp 10 lần tiêu chuẩn đề ra của Ủy ban Châu

Âu (100 Bq/L) cũng như khẳng định độ an toàn của các nguồn nước còn lại [22] Năm 2012, nhóm tác giả thuộc Đại học Mohaghegh Ardabili – Iran và đại học

Kỹ thuật Trung Đông – Thổ Nhĩ Kỳ đã thực hiện một đề tài hay và mang tính thực tiễn cao: khảo sát nồng độ 222

Rn trong các dòng suối nước nóng ở thành phố du lịch Sarein và khảo sát một số phương pháp làm giảm nồng độ 222Rn trong nước Công trình đư c khảo sát tại tám con suối (một con suối bình thường, nhiệt độ 170C và bảy con suối nước nóng, nhiệt độ từ 370C đến 470

C) Kết quả cho thấy nồng độ

222Rn thay đổi từ 203 Bq/m3 đến 3592 Bq/m3 Suối nước nóng có nồng độ cao gấp gần 18 lần so với suối bình thường Số liệu tính toán có thể chấp nhận vì thỏa mãn các chuẩn an toàn của một số cơ quan lớn trên thế giới (USEPA, 1991; EU, 2001) Bên cạnh đó, nhóm tác giả đưa ra ba phương pháp làm giảm 222Rn trong nước: làm nóng, trộn mẫu bằng từ trường và sục khí Ba phương pháp mang lại hiệu suất làm giảm 222Rn đáng kể: 0,08/0C (phương pháp làm nóng), 0,1/phút (phương pháp trộn mẫu bằng từ trường), 0,3/phút (phương pháp sục khí) [16]

Năm 2011, trường đại học Kỹ thuật Parana, Brazil đã khảo sát nồng độ 226

Ra trong mười lăm mẫu nước uống đóng chai bằng hệ thiết bị RAD7 Nồng độ 226Ra dao động từ 0,002 đến 0,220 Bq/L [18]

Năm 2011, nhóm Khảo sát địa chất, Mỹ đã xác định nồng độ 226

Ra trong một nghìn hai trăm bảy mươi mẫu nước uống đư c lấy từ bốn mươi lăm tiểu bang ở Mỹ Kết quả cho thấy nồng độ 226Ra trong mười ba mẫu nước vư t quá giới hạn đề nghị của USEPA, 0,185 Bq/L Các mẫu nước còn lại nằm trong giới hạn an toàn Nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp trao đổi cation để tách 226Ra từ nước và đo đạc bằng hệ phổ kế alpha [21

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Trong quá trình phát triển kiến thức cũng như trình độ ứng dụng khoa học kỹ thuật, Việt Nam cũng có các nhóm nghiên cứu và khảo sát về nồng độ 222

Rn, 226Ra: Năm 2005, nhóm nghiên cứu thuộc Liên đoàn Địa chất Xạ hiếm đã tìm hiểu về

hệ đo radon chuyên dụng RAD7 Đồng thời sử dụng thiết bị để tìm kiếm quặng đất hiếm, quặng uranium ở các khu vực Đông Pao và ven biển miền trung; khảo sát các đới phá hủy, nứt gãy ở các tỉnh Điện Biên, Quảng Nam, Yên Bái; khảo sát nồng độ

222Rn và 220Rn trong không khí ở Từ Liêm – Hà Nội, Đông Pao – Lai Châu, Nông Sơn – Quảng Nam và Thanh Sơn – Phú Thọ; và khảo sát nồng độ 222

Rn trong nước tại một số nơi như Nam Giang, Đại Lộc, Thạnh Mỹ Kết quả cho thấy, nồng độ 222

Rn, 220Rn tại các vùng xa mỏ phóng xạ (Hà Nội) dao động từ 0 đến 20 Bq/m3 Trong khi, tại các vùng lân cận mỏ phóng xạ, nồng độ dao động từ 18,3 đến 128,0 Bq/m3 và tại các mỏ phóng xạ từ 24,6 đến 172,0 Bq/m3 Với các mẫu nước, nhóm

tác giả đã chỉ ra sự khác biệt lớn (chênh lệch 4 lần) giữa nồng độ 222Rn tại các khu vực không có quặng phóng xạ (nồng độ trung bình 260 Bq/m3) và khu vực có quặng phóng xạ (nồng độ trung bình 1204 Bq/m3

) [2]

Năm 2011, tác giả Phan Thị Thanh Tâm hoàn thành luận văn Thạc sĩ “Xác định nồng độ 222

Rn trong một số mẫu nước đóng chai trên thị trường Việt Nam” Tổng số

có mười hai mẫu nước đư c đo và nồng độ 222Rn dao động từ 0,02 đến 0,29 Bq/L Kết quả cho thấy nồng độ 222Rn thấp hơn rất nhiều so với mức giới hạn cho phép của USEPA, 11,1 Bq/L [6]

Năm 2012, tác giả Đoàn Thị Vân đã khảo sát nồng độ 222Rn trong một số nguồn nước suối tự nhiên như: suối Đá Hàn – Đồng Nai, suối Giang Điền – Đồng Nai, suối Suối Đá – Bà Rịa Vũng Tàu, suối Suối Tiên – Bà Rịa Vũng Tàu, suối Dalanta – Lâm Đồng, suối Bình Châu – Bà Rịa Vũng Tàu Nồng độ 222Rn ghi nhận đư c nằm trong khoảng 0,26 đến 1,12 Bq/L Riêng suối nước nóng Bình Châu, nồng độ lên đến 7,28 Bq/L Tuy nhiên, các giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép của USEPA, 11,1 Bq/L [10]

Năm 2011, bằng hệ phổ kế alpha và phương pháp tạo đĩa MnO2, nhóm nghiên cứu Lưu Văn Thông và Lê Công Hảo đã khảo sát nồng độ 226

Ra trong mười hai mẫu nước uống đóng chai Kết quả cho thấy nồng độ 226Ra dao động trong khoảng 0,024 đến 0,915 Bq/L Nồng độ trung bình 0,13 Bq/L, cao hơn giá trị 0,1 Bq/L theo tiêu chuẩn an toàn của Bộ Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam [9]

Năm 2014, Phan Thị Thanh Nghi đã khảo sát nồng độ 226Ra trong nước uống tại một số trường đại học thuộc khu vực Thủ Đức, TP.HCM bằng hệ thiết bị RAD7, RAD-H2O và áp dụng phương pháp tạo s i MnO2 Kết quả nồng độ 226Ra dao động

từ 0,038 Bq/L đến 0,139 Bq/L, dưới ngưỡng cho phép theo USEPA, 0,185 Bq/L [4] Nhìn chung, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhận biết sớm sự nguy hiểm của các đồng vị phóng xạ tự nhiên, các nước trên thế giới đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm khảo sát nồng độ radon trong môi trường bằng nhiều loại thiết bị và phương pháp khác nhau Ở nước ta, khảo sát nồng độ radon trong không khí và nước đang đư c tiến hành khá rộng rãi ở các tỉnh miền Bắc và miền Nam Tuy

nhiên, về các công trình nghiên cứu ở miền Nam Việt Nam, vẫn chưa có nhiều công trình và các dữ liệu khảo sát về nồng độ radon, radium phân bố trong nước uống công cộng, nước sinh hoạt tại TP.HCM

1.2 Phóng xạ môi trường và đóng góp liều bức xạ cho con người

Phóng xạ môi trường có nguồn gốc từ phóng xạ tự nhiên và nhân tạo Phần lớn, liều phóng xạ con người nhận đư c là phóng xạ tự nhiên gồm cả bức xạ chiếu ngoài

và bức xạ chiếu trong Các nguồn bức xạ chiếu ngoài gồm bức xạ vũ trụ, bức xạ từ đất đá, Các nguồn bức xạ chiếu trong xuất phát từ việc hít khí và ăn uống nước, lương thực, thực phẩm,… Phóng xạ nhân tạo có nguồn gốc từ các lò phản ứng hạt nhân, hoặc do chiếu xạ trong y tế,

Hình 1.1: Đóng góp liều bức xạ cho con người [30]

1.2.1 Phóng xạ tự nhiên

1.2.1.1 Phóng xạ từ vũ trụ [5]

Các bức xạ đến Trái đất từ vũ trụ gọi là bức xạ vũ trụ Bức xạ vũ trụ có nguồn gốc chủ yếu từ hệ mặt trời Bức xạ sinh ra dưới nhiều hình thức, từ các chùm hạt photon năng lư ng cao, pion và muon hay chùm hạt nặng mang điện tương tác với các hạt nhân trong tầng cao của lớp khí quyển Trái đất, tạo ra các đồng vị phóng xạ khác nhau Các hạt nhân này theo nước mưa đến bề mặt Trái đất

Bức xạ gamma

từ đất 15%

Bức xạ khác 1%

Bức xạ từ nước, thực phẩm 8%

Bức xạ y tế 20%

Radon 43%

Bức xạ vũ trụ 13%

Trong số các hạt nhân phóng xạ do bức xạ vũ trụ tạo ra, ba hạt nhân 3H, 14C và

7Be là phổ biến nhất do có thời gian sống tương đối dài, có hoạt độ đáng kể nên có ý nghĩa với các nghiên cứu về môi trường

Uranium khá phổ biến trong tự nhiên Uranium có ba đồng vị chính, 238U, 235U

và 234U với độ phổ cập lần lư t 99,27%, 0,72% và 0,0055% Uranium phân tán rộng khắp trong tự nhiên, có nhiều trong đá, hòa tan vào nước biển và hấp thụ vào đất cùng với các khoáng vật Người ta ước tính tổng hàm lư ng uranium ở lớp trên cùng của vỏ Trái đất khoảng 1015

tấn [5]

Thorium phân tán rộng trên lớp vỏ Trái đất, hàm lư ng trung bình trong lớp trên cùng khoảng 1,2x10-5% Độ giàu của thorium tương đương với chì (1,6x10-5

%), do vậy, thorium không đư c xem là nguyên tố hiếm Thorium có sáu đồng vị trong tự nhiên, 227Th, 228Th, 230Th, 231Th, 232Th, 234Th nhưng 232Th phân tán rộng hơn cả Hàm lư ng thorium có xu hướng tăng dần trong các lớp bề mặt Các khoáng chất chứa thorium có độ hòa tan cực kỳ thấp Do đó, kết quả theo sau các quá trình phong hóa là các thành phần khác nhau của đất bị phân hủy ở mức độ rất lớn trong khi các khoáng chất thorium phân hủy ở mức độ thấp hơn [5]

Trong quá trình phân rã phóng xạ, các nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ nói trên (nguyên tố mẹ) phát ra (một hoặc đồng thời) ba loại tia phóng xạ: alpha, bêta, gamma và tạo thành nguyên tử của nguyên tố mới Hạt alpha là hạt nhân của nguyên tử helium, gồm hai proton và hai neutron Do đó, một phân rã alpha sẽ làm giảm hai đơn vị số hiệu nguyên tử và bốn đơn vị số khối nguyên tử Các nguyên tố sinh ra lại là nguyên tố phóng xạ (con cháu), phát ra các tia phóng xạ, hình thành nguyên tố khác Quá trình cứ tiếp diễn cho đến khi nguyên tố con là nguyên tố bền

vững Đó là dãy phân rã phóng xạ Dãy phân rã phóng xạ gồm một dãy các nguyên

tố phóng xạ, là sản phẩm phân rã từ một nguyên tố phóng xạ ban đầu đến nguyên tố bền vững cuối cùng Trong tự nhiên, có ba chuỗi phân rã phóng xạ ứng với các nguyên tố nói trên Ba chuỗi phân rã có đặc điểm chung [8]:

- Đồng vị mẹ trong mỗi chuỗi sống rất lâu Tất cả các đồng vị con có chu kì bán

rã nhỏ hơn nhiều so với đồng vị mẹ, nên chuỗi cân bằng phóng xạ trường kì Khi đó, hoạt độ phóng xạ của các đồng vị trong chuỗi bằng nhau và bằng hoạt

độ phóng xạ của đồng vị mẹ

- Mỗi chuỗi đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng

vị khác nhau của khí radon, cụ thể chuỗi 238U có 222Rn, chuỗi 235U có 219Rn, chuỗi 232Th có 220

238U, 234U, 234Th, 226Ra và 210Pb với chu kỳ bán rã trong khoảng từ 22,3 đến 4,5x109năm Các đồng vị phóng xạ 222

Rn, 210Bi và 210Po có chu kỳ bán rã trong khoảng từ 3,82 đến 138 ngày Như vậy, có tám đồng vị 238U, 234U, 234Th, 226Ra, 222Rn, 218Po,

214Po, 210Po trong chuỗi này phân rã alpha với năng lư ng dao động trong khoảng từ 4,2 đến 7,69 MeV [1] Chuỗi này có thể chia thành nhiều nhánh con, trong đó, hoạt tính của đồng vị phóng xạ đầu nhánh sẽ chi phối hoạt tính của các đồng vị khác trong nhánh, điển hình là các nhánh: 238U → 234U, 226Ra → 222Rn, 222Rn → 210Pb Nhánh 226Ra → 222Rn chiếm ưu thế trong các nghiên cứu về nước do 226

Ra và 222Rn

có độ hòa tan cao và sự thăng giáng mạnh về nồng độ trong các loại nước

140 ngày

5 ngày

địa chất Đồng vị có thời gian sống dài nhất là 228Ra, với chu kỳ bán rã khoảng 5,8 năm 228

Ra phát tia bêta, trong khi nhiều đồng vị khác phát alpha (phát tia gamma với cường độ khá thấp) Ví dụ, 220Rn phân rã thành các đồng vị phóng xạ con cháu như 216Po, 212Bi và 212Po, ngoại trừ 212Bi thì 216Po và 212Po là hai đồng vị phát alpha

có thời gian sống ngắn Như vậy, trong chuỗi phân rã thorium sẽ có năm đồng vị cùng phát bêta bao gồm 228Ra, 228Ac, 212Pb, 212Bi và 208Tl Các đồng vị còn lại phát alpha

22 năm (1%)

Hình 1.4: Chuỗi phân rã phóng xạ 232Th [1]

Bảng 1.2: Nồng độ trung bình một số nguyên tố phóng xạ trong đất [5]

Hạt nhân Hoạt độ trung

bình (pCi/mg)

Tổng khối lư ng nguyên tố phóng xạ

Tổng hoạt độ trong toàn

61 phút (34%)

310 nano giây

3,1 phút

1.2.2 Phóng xạ nhân tạo

Các hoạt động của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ đư c tìm thấy trong môi trường và cơ thể Đó là các đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị này có nguồn gốc từ các vụ thử vũ khí hạt nhân, điện hạt nhân, tai nạn hạt nhân, y học hạt nhân, công nghiệp hạt nhân,…

Phóng xạ trong không khí, nước uống, lương thực, thực phẩm hầu như đều có nguồn gốc từ các đồng vị phóng xạ trong đất đá, khoáng sản và một phần từ bức xạ

vũ trụ và phóng xạ nhân tạo

1.3 Tổng quan về radium và radon

1.3.1 Tính chất hóa lý của radium

Radium, ký hiệu nguyên tử Ra, số hiệu nguyên tử 88, gồm hai mươi lăm đồng

vị Trong đó, có bốn đồng vị chính là 228Ra, 226Ra, 224Ra, 223Ra, có chu kỳ bán rã lần

lư t 5,75 năm, 1600 năm, 3,631 ngày và 11,43 ngày 226Ra có chu kì bán rã dài nhất

và độ phổ cập cao nhất (chiếm trên 99%), phát alpha tạo thành khí phóng xạ 222

Rn Radium có màu bạc, mềm, phóng xạ mạnh và là chất phát quang Radium là kim loại kiềm thổ nên trong h p chất thường thể hiện số oxi hóa +2 Radium bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí do tác dụng với N2 tạo ra muối Ra3N2 có màu đen

Radium là kim loại kiềm thổ, có tính chất hóa học tương tự barium Đa số các

h p chất ít tan của radium tan ít hơn các h p chất của barium tương ứng, ngoại trừ RaCO3 tan nhiều hơn so với BaCO3

Radium tác dụng mạnh với nước tạo ra Ra(OH)2 tan Radium còn có khả năng liên kết với nhiều gốc axit và nguyên tố khác, đặc biệt là các nguyên tố thuộc nhóm halogen tạo ra muối tan như Ra(NO3)2, RaCl2, RaBr2,… Các muối này tan nhiều trong nước và ít tan khi tăng nồng độ axit vô cơ tương ứng

1.3.2 Tính chất hóa lý của radon

Radon, ký hiệu nguyên tử Rn, số hiệu nguyên tử 86, gồm ba mươi sáu đồng vị [25] Trong đó, có ba đồng vị chính là 222Rn, 220Rn, 219Rn Đây là các đồng vị phóng

xạ ở dạng khí trơ, không màu, không mùi, không vị, không bị ảnh hưởng bởi các liên kết hóa học Do đó, không thể phát hiện radon chỉ bằng giác quan con người Ở

điều kiện tiêu chuẩn, radon ở dạng khí đơn nguyên tử với mật độ 9,73 kg/m3, cao hơn khoảng 8 lần mật độ khí quyển trên bề mặt Trái đất, 1,217 kg/m3, và là một trong các khí hiếm nặng nhất ở nhiệt độ phòng [25] Radon dễ phát tán ra không khí hoặc lẫn vào đồ ăn, nước uống 220Rn và 219Rn có chu kỳ bán rã rất ngắn nên thường

đư c bỏ qua trong các khảo sát thực tế 222Rn là đồng vị bền nhất và gây nhiều ảnh hưởng xấu đến cơ thể con người Với các tiêu chí này, khi nói đến radon, ta thường mặc định là đồng vị 222Rn Radon có thể thâm nhập vào cơ thể người qua đường hô hấp hoặc tiêu hóa gây nên chiếu xạ bên trong cơ thể Đối với chiếu xạ trong, bức xạ alpha vô cùng nguy hiểm, có thể gây ung thư các cơ quan trong cơ thể dẫn đến tử vong Đặc biệt, một số đồng vị con cháu radon có xu hướng bám dính vào vật chất xung quanh làm tăng mức độ nguy hiểm cho các cơ quan trong cơ thể khi bị nhiễm Hạt alpha 5,3 MeV từ phân rã của 210Po tạo thành phông nền không mong muốn trong nhiều hệ đo 222Rn [12]

1.3.3 Cơ chế hình thành 226 Ra, 222 Rn trong nước ngầm

Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt Trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người

Nước ngầm đư c hình thành do nước trên bề mặt ngấm xuống Vì không thể ngấm qua tầng đá mẹ, nước sẽ tập trung trên bề mặt Tùy từng kiến tạo địa chất, nước có thể hình thành nên các hình dạng khác nhau Nước tập trung nhiều sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch nước ngầm lớn nhỏ Tuy nhiên, sự hình thành nước ngầm còn phụ thuộc vào lư ng nước ngấm xuống, lư ng mưa và khả năng trữ nước của đất

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu Ðặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều, phụ thuộc vào trạng thái của nước Loại nước ngầm tầng mặt

rất dễ bị ô nhiễm Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp đư c ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước

238

U và các con cháu luôn tồn tại với hàm lư ng khác nhau trong đất đá Khi xảy

ra các cuộc kiến tạo địa chấn hoặc khai thác khoáng sản, cấu trúc bên trong lòng đất

bị thay đổi và tạo nên các vị trí đứt gãy Dòng chảy của nước ngầm thường đư c hình thành tại các vị trí đứt gãy đó Dòng nước chảy xuyên qua các vị trí đứt gãy tiếp xúc với đá chứa nhiều 238U và các con cháu

Hình 1.5: Cơ chế hình thành 226Ra, 222Rn trong nước ngầm [6]

Trong quá trình phân rã của 230Th (226Ra), 226Ra (222Rn) sinh ra bay về một hướng và hạt alpha giật lùi theo hướng ngư c lại Tùy thuộc vào vị trí và hướng

đư c sinh ra, 226Ra (222Rn) hoặc có thể rơi vào vị trí bị đứt gãy có dòng nước chảy qua, hoặc bị chôn sâu trong đất đá Sau khi 226Ra (222Rn) đư c sinh ra và rơi vào vị trí đứt gãy, các quá trình khuếch tán bắt đầu xảy ra 226Ra (222Rn) đư c vận chuyển khắp nơi trong dòng nước 226Ra là chất rắn nên khả năng khuếch tán vào nước và không khí sẽ kém hơn rất nhiều so với 222

Rn

Nồng độ phóng xạ hòa tan trong nước phụ thuộc vào nguồn phóng xạ trong đất

đá (tức môi trường nước chảy qua) và dạng tồn tại (nước ngầm hay bề mặt) Nhiệt

độ cũng có ảnh hưởng nhiều đến sự hòa tan đồng vị phóng xạ trong nước Bình thường, nồng độ 222

Rn trong nước dao động rất mạnh, từ 50 đến 1000 Bq/m3 đối với

230

Th hoặc 226Ra

226

Ra hoặc 222Rn alpha

Dòng chảy khi

có đứt gãy

nước trên mặt; ở khu vực có nguồn phóng xạ hoặc nước nóng, có thể từ 1000 đến

4000 Bq/m3, một số trường h p lên đến hàng trăm nghìn Bq/m3

Điều kiện cần thiết cho 238

U, 226Ra và 222Rn vận chuyển trong nước ngầm phụ thuộc vào sự hiện diện của vị trí đứt gãy và mức độ kết nối cấu trúc địa tầng nơi đứt gãy Nước ngầm thường di chuyển chậm trong vị trí đứt gãy 238

U, 226Ra và 222Rn

đư c vận chuyển bằng nhiều cơ chế khác nhau trong nước ngầm Ngoài ra, sự di cư của 226Ra, 222Rn trong nước ngầm còn phụ thuộc vào một số yếu tố như độ xốp, tính thấm của đất đá,…

1.3.4 Cân bằng phóng xạ thế kỷ giữa 226 Ra và 222 Rn [3]

226Ra phân rã alpha tạo thành 222Rn theo phương trình (1.1)

Gọi Ra, Rn lần lư t là hằng số phân rã của 226Ra và 222Rn

Vào thời điểm t, các phương trình xác định số nhân NRa(t) của 226Ra và NRn(t) của 222Rn đư c biểu diễn trong (1.2), (1.3)

Rn Ra

-λ

h =

Vậy, nghiệm phương trình (1.3) đư c thể hiện trong (1.8)

1.4 Ảnh hưởng của 226 Ra, 222 Rn lên sức khỏe con người

Cơ thể con người đư c cấu tạo từ nhiều cơ quan Các cơ quan cấu tạo từ các mô như mô da, mô mỡ, mô xương,…và các mô đư c cấu tạo từ các tế bào Có thể nói,

tế bào là đơn vị sống cơ bản của cơ thể

Khi bức xạ xâm nhập vào cơ thể, bức xạ có thể tương tác với electron hay hạt nhân nguyên tử của các tế bào Qua đó, năng lư ng bức xạ truyền cho nguyên tử, làm nguyên tử bị kích thích hoặc ion hóa Sự ion hóa hay kích thích sẽ gây ra các tổn thương cho tế bào, chẳng hạn, làm sai hỏng nhiễm sắc thể, phá hỏng ADN hoặc ảnh hưởng đến quá trình phân chia tế bào,…

Tác hại của bức xạ đối với cơ thể sống phụ thuộc vào các yếu tố như loại bức xạ, năng lư ng, hoạt độ phóng xạ, sự vận chuyển nguyên tố phóng xạ trong cơ thể, chu

kỳ bán hủy của đồng vị phóng xạ, loại mô, Đại lư ng đầu tiên để định mức liều bức xạ là liều hấp thụ Liều hấp thụ, DT, là năng lư ng đư c hấp thụ trên một đơn vị khối lư ng của đối tư ng bị chiếu xạ [23]

T

ΔE

D =

Trong đó, E (J) là năng lư ng của bức xạ mất đi do sự ion hóa trong đối tư ng

bị chiếu xạ, m (kg) là khối lư ng của đối tư ng bị chiếu xạ

Liều hấp thụ có đơn vị J/kg hoặc Gy

Liều tương đương, HT, đư c định nghĩa là liều hấp thụ trung bình trong thể tích của một cơ quan hoặc mô đặc biệt do loại bức xạ R gây ra [23]

Đơn vị của liều tương đương là Sievert (Sv)

Liều hiệu dụng, E, là tổng liều tương đương của các mô hay cơ quan [23]

T T

T

wT là trọng số mô (xem bảng 1.3)

Đơn vị của liều hiệu dụng là Sv

Bảng 1.3: Trọng số mô một số cơ quan trong cơ thể người theo ICRP (2007) [23]

Tủy xương, đại tràng, phổi, dạ dày, ngực 0,12

Bàng quang, thực quản, gan, tuyến giáp 0,04

Bề mặt xương, não, tuyến nước bọt, da 0,01

1.4.1 Ảnh hưởng của 226 Ra lên sức khỏe con người

226

Ra có tính phóng xạ rất cao 226Ra có thể đi vào cơ thể người qua đường ăn uống và hít thở không khí Hạt alpha phát ra trong phân rã 226

Ra có thể gây phá hủy

tế bào, làm tăng khả năng mắc bệnh ung thư Nếu một người ăn hoặc uống một

lư ng khoảng 0,0025 g 226Ra sẽ chịu một liều chiếu khoảng 25 Sv Trong khi, xác suất mắc bệnh ung thư và dẫn đến tử vong đối với người chịu liều 1 Sv là 4% [8]

Vì vậy, khi tiếp xúc với 226Ra cần phải đeo mặt nạ và các dụng cụ bảo hộ cần thiết

để bảo đảm an toàn

Đặc biệt, 226Ra có đặc điểm hóa học tương tự calcium nên có đến hơn 70%

lư ng radium đến xương khi đi vào cơ thể Nếu lư ng radium vư t mức an toàn, sẽ gây các tổn hại lớn cho xương, răng như ung thư xương, thoái hóa xương, răng,…

1.4.2 Ảnh hưởng của 222 Rn lên sức khỏe con người

Rn tác động lên các tế bào, tế bào có thể nhận một liều phóng xạ do các hạt alpha phát ra từ 222Rn

và các con cháu (218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po chiếm khoảng 3%) [23] Các hạt alpha có năng lư ng rất cao, bắn phá hạt nhân tế bào dạ dày, gây ra các sai hỏng nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến cơ chế phân chia tế bào Sau khi 222Rn và các con cháu

xuyên qua dạ dày, sẽ đư c hấp thụ vào máu, vận chuyển đến khắp cơ thể, tác động đến một số cơ quan lân cận khác

Ngoài ra, 222Rn trong nước thường khuếch tán vào không khí Do đó, trong không khí có chứa lư ng 222Rn thoát ra từ nước đáng kể Đặc biệt khi nguồn nước

đư c đặt trong nhà

Người hít thở phải không khí chứa nhiều 222Rn có nguy cơ bị ung thư phổi

222Rn là khí hiếm nên khi đư c hít vào, cơ thể người có thể thải ra ngoài (trong

30 phút có thể thải đư c một nửa lư ng khí 222

Rn), chỉ còn một phần đi qua máu Tuy nhiên, 222Rn có thể nhanh chóng phân rã cho ra các đồng vị con cháu, 218Po,

214Pb 214Bi, 214Po Đây là các đồng vị phóng xạ dạng rắn, phát alpha, bêta năng

lư ng cao, có khả năng xuyên thấu tốt Đầu tiên, 218Po hình thành dưới dạng đám mây nguyên tử có kích thước khoảng 0,01 m trong ít hơn 1 giây Đặc biệt, 218Po

có đường kính rất nhỏ, dễ dàng đư c hút qua một thể tích phổi rất lớn, kéo theo số

lư ng tế bào phế nang bị bắn phá lớn Tiếp theo là các đồng vị 214

Pb, 214Bi, có chu

kỳ bán rã dài hơn, có thêm thời gian để phản ứng với các hạt khác trong không khí

Do đó, chúng hình thành các hạt có kích thước lớn hơn (0,1- 2,5 m) Mặt khác, phổi là vùng nhạy cảm với bức xạ, xác suất ung thư rất cao Nguyên nhân gây ung thư phổi phần lớn là do alpha từ các đồng vị con cháu 222

Rn [23]

1.4.3 Liều hiệu dụng hằng năm do uống nước chứa 222 Rn, 226 Ra

Liều hiệu dụng hằng năm Ew (Sv) đóng góp cho một người uống nước chứa

222Rn, 226Ra và sai số đư c xác định theo công thức (1.16), (1.17)

 là hệ số chuyển đổi liều hiệu dụng trên một đơn vị nồng độ phóng xạ, đối với

222Rn,  = 10-8 Sv/Bq [22], đối với 226Ra,  = 2,8 x 10-7 Sv/Bq [24]

w

w C

C , σ (Bq/L) lần lư t là nồng độ và sai số nồng độ tuyệt đối 226Ra hoặc 222Rn

Vw là thể tích nước mỗi người uống hằng năm (Vw = 2x365 = 730 lít/năm)

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kì, USEPA, đã đưa ra mức giới hạn nồng độ 222

Rn và 226Ra trong nước lần lư t là 11,1 Bq/L [15] và 0,185 Bq/L [21] Nồng độ giới hạn các đồng vị phóng xạ trong nước (ngoại trừ 40

K, 3H, radon và các con cháu) là 0,49 Bq/L [24]

Tuy nhiên, liều hiệu dụng trung bình toàn cầu do uống nước chứa 222Rn khá thấp, khoảng 2 Sv/năm (UNSCEAR 2000) [30] Liều hiệu dụng trung bình do uống nước chứa 226

Ra trên thế giới khoảng 8 Sv (UNSCEAR 2000) [24] Tổng liều giới hạn các đồng vị phóng xạ trong nước (ngoại trừ 40K, 3H, radon và con cháu) là 100 Sv [30]

1.4.4 Liều hiệu dụng hằng năm do hít khí 222 Rn thoát ra từ nước

Giả sử nguồn nước đư c đặt trong nhà, thể tích khí cần cho một người mỗi ngày, V=20 m3, tốc độ nước đư c xả ra, W=0,01 m3.h-1 Liều hiệu dụng hằng năm do hít 222

Rn thoát ra từ nước và sai số đư c tính theo công thức (1.18), (1.19) [15], [20]

e = 0,5, là hệ số chuyển 222Rn từ nước vào không khí

 = 0,7 1/h, là tốc độ trao đổi không khí

C, C (Bq/m3) lần lư t là nồng độ 222Rn trong nước và sai số tuyệt đối

r = 0,33 Sv.m3/y.Bq, là hệ số chuyển đổi liều hiệu dụng đối với 222Rn

p= 80 Sv.m3/y.Bq, là hệ số chuyển đổi liều đối với 218Po, 214Bi, 214Po

F = 0,4, là hệ số cân bằng giữa 222Rn và các con cháu

Liều hiệu dụng hằng năm trung bình do hít khí 222

Rn từ nước trên thế giới khoảng 25 Sv [24]

Theo nghiên cứu của USEPA, nồng độ 222Rn trong nước gây ra khoảng 168 ca

tử vong do ung thư mỗi năm, trong đó, 89% do hít phải khí chứa 222

Rn và 11% do uống nước chứa nồng độ 222

Rn cao [6]

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐO RADON RAD7,

Hình 2.1: Các bộ phận bên ngoài của RAD7

* Các thông số kỹ thuật

- Phạm vi đo: dưới 0,1 đến trên 10.000 pCi/L

- Độ phân giải năng lư ng: 0,05 MeV

- Dung lư ng bộ nhớ: chứa đư c dữ liệu 1000 lần đo và có thể nối với máy tính

- Máy bơm khí có lưu lư ng bơm bình thường 1 lít/phút

- Nhiệt độ làm việc: 0 ÷ 50oC

- Độ ẩm bên ngoài: 0 ÷ 95%

Vị trí cắm nguồn Cổng RS-232

Đầu ra

Đầu lọc không khí vào Công tắc Phím Menu Phím Enter

Các phím di chuyển

Màn hình LCD

LED hồng ngoại Máy in

- Thời gian có thể hoạt động của máy khi dùng pin: 72 giờ

- Thời gian cho mỗi chu kỳ đo: 2 phút đến 24 giờ

- Điện thế hoạt động: 110 – 220 V

- Điện thế phân cực detector: 2000 – 2500 V

- Phông trong máy rất nhỏ (khoảng 0,005 đến 0,01 pCi/L) và không bị ảnh hưởng bởi sự tích lũy của chì 210Pb Đối với đa số trường h p, người ta bỏ qua giá trị này vì nó khá nhỏ so với nồng độ radon trong không khí (thường khoảng 0,1 đến 1 pCi/L)

- Sai số tương đối của quá trình chuẩn máy khoảng 5%

- Có bộ phận hiển thị và tiếng kêu khi ghi nhận tia alpha

- Khối lư ng máy: khoảng 5 kg

* Công nghệ chế tạo

- Dùng detector silicon ghi nhận hạt alpha

- Dùng máy bơm khí gắn bên trong để thu và đưa khí ra ngoài

- Có máy in hồng ngoại, có thể in ngay đư c kết quả đo với các dạng dữ liệu dài, ngắn khác nhau

- Màn hình tinh thể lỏng (LCD) hiển thị mười sáu ký tự

- Pin có thể nạp lại, có thể đo trong 3 ngày không có nguồn điện

- Buồng đo có thể tích khoảng trên 700 mL, độ nhạy 0,5 (xung/phút)/(pCi/L)

* Thiết bị và phụ kiện kèm theo

RAD7 cung cấp một số phụ kiện k m theo: dây nguồn, khóa và dây đeo, máy in, giấy in, ổ nạp điện máy in, dụng cụ lọc chỉ cho phép khí hiếm vào máy, dụng cụ lọc bụi hỗ tr khi đo ở các vị trí có nhiều bụi bẩn, ống hút ẩm loại lớn và nhỏ k m theo chất hút ẩm thành phần chính là CaSO4, các dây dẫn khí từ ngoài vào máy và từ máy ra ngoài,…

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Buồng đo khí phóng xạ bên trong RAD7 có hình bán cầu, đư c phủ phía trong một lớp dẫn điện Buồng đo có thể chứa đầy khí nhờ một ống bơm nhỏ đưa khí bên ngoài vào mỗi khi bơm hoạt động Bộ phận thu nhận tín hiệu (detector) làm bằng

tấm silicon phẳng và đư c đặt ở tâm bán cầu Mạch điện cung cấp điện áp (2000 ÷ 2500) V, tạo nên điện trường trong toàn bộ buồng đo Điện trường đẩy các hạt tích điện đến detector

RAD7 xác định nồng độ radon dựa vào việc đo phổ năng lư ng của tia alpha Khi khởi động quá trình đo, máy bơm đưa không khí chứa radon (đã làm khô) vào buồng Đầu lọc khí chỉ cho khí hiếm đi qua và ngăn cản các đồng vị con cháu gây ảnh hưởng đến kết quả đo 222Rn là nguyên tử khí trung hòa về điện nên không đư c

hệ đo ghi nhận cho đến khi phân rã, tạo thành 218

Po, tồn tại dạng ion dương Điện trường trong buồng đo đưa các hạt tích điện dương đến detector 218Po nhanh chóng phân rã ngay trên bề mặt detector Hạt alpha tạo ra có 50% khả năng đập vào detector và tạo nên xung điện có độ lớn tỷ lệ thuận với năng lư ng Các quá trình phân rã tiếp tục diễn ra tạo thành các tia alpha có năng lư ng khác nhau, sinh ra các tín hiệu có biên độ khác nhau, đư c khuếch đại và chuyển thành tín hiệu số nhờ các mạch điện Bộ xử lý thu nhận các tín hiệu, lưu trữ trong bộ nhớ theo năng lư ng của từng hạt alpha và xây dựng các đỉnh phổ năng lư ng riêng biệt để tính nồng độ radon Số đếm ở các cửa sổ A (218Po), C (214Po) để xác định nồng độ 222

Rn vì chúng ghi nhận alpha từ phân rã của các con cháu 222

Rn Số đếm ở cửa sổ B (216Po), D (212Po) để xác định nồng độ 220Rn vì chúng ghi nhận alpha từ phân rã của các con cháu 220Rn Số đếm từ các cửa sổ O, E, F… không đư c cộng vào kết quả đo Ưu điểm lớn nhất của RAD7 là khả năng xác định riêng biệt năng lư ng mỗi hạt alpha Điều này giúp detector nhận diện đư c các đồng vị con cháu 222Rn, 220Rn nhằm phân biệt 222

Rn và 220Rn, 222Rn mới và 222Rn cũ, tín hiệu cần đo và tín hiệu nhiễu

2.1.3 Ph năng lư ng alpha của RAD7

Dải phổ năng lư ng alpha trong RAD7 kéo dài từ 0 đến 10 MeV, đư c chia thành hai trăm khoảng đều nhau, mỗi khoảng có độ rộng 0,05 MeV Khi một hạt alpha đập vào detector, RAD7 sẽ cộng thêm 1 vào dãy phổ đó Kết thúc chu kỳ đo,

bộ xử lý trong RAD7 sẽ tính toán số liệu, đưa ra máy in, lưu vào bộ nhớ và đưa số đếm trong dãy phổ trở về 0

Phổ lý tưởng của hạt alpha từ phân rã 218Po có dạng một vạch thẳng đúng ngay

vị trí 6 MeV Mặc dù RAD7 gần đạt đư c kết quả lý tưởng, nhưng thực tế cho thấy,

do có nhiễu, do sự va đập không trực diện của hạt alpha vào detector, nên phổ alpha thu đư c bị mở rộng và có xu thế lệch về vùng năng lư ng thấp hơn Nhiệt độ cao cũng làm phổ mở rộng

Bộ xử lý trong RAD7 gộp hai trăm khoảng chia phổ năng lư ng alpha thành tám nhóm, ứng với tám khoảng năng lư ng Ví dụ, cửa sổ A có khoảng năng lư ng từ 5,4 đến 6,4 MeV; vì vậy, cửa sổ này chứa tín hiệu alpha từ phân rã 218Po, có năng

lư ng 6 MeV Để chuyển số liệu đo phổ sang kết quả nồng độ radon, đầu tiên hệ máy sẽ cộng số đếm ở tất cả các cửa sổ, sau đó chia cho thời gian đo thực tế RAD7 gộp các cửa sổ E, F, G, H thành cửa sổ O (Others) trước khi lưu vào bộ nhớ Phổ in

ra ghi rõ số đếm riêng biệt của bốn cửa sổ A, B, C, D và số đếm tổng cửa sổ O

Hình 2.2: Phổ alpha lấy từ RAD7

- Cửa sổ A: Cửa sổ 222Rn số 1 Ghi nhận tổng số hạt alpha từ phân rã 218Po, có năng lư ng 6 MeV (222

Rn mới)

- Cửa sổ C: Cửa sổ 222Rn số 2 Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã 214Po, có năng

lư ng 7,69 MeV (222Rn cũ)

- Cửa sổ B: Cửa sổ 220Rn số 1 Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã 216Po, có năng

lư ng 6,78 MeV Cửa sổ này nằm giữa cửa sổ A và C nên có thể nhận một phần tín hiệu nhiễu từ hai cửa sổ này

Phổ hiển thị Các cửa sổ phổ

- Cửa sổ D: Cửa sổ 220Rn số 2 Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã 212Po, có năng

lư ng 8,78 MeV

- Cửa sổ E: Cửa sổ nhiễu năng lư ng cao Cửa sổ này thường có giá trị nhỏ; nếu

nó ghi đư c giá trị khá lớn so với cửa sổ A, B, C, D, chắc chắn RAD7 đã làm việc không tốt

- Cửa sổ F: Cửa sổ nhiễu năng lư ng thấp Ghi các tín hiệu alpha có năng lư ng thấp (<0,5 MeV) Cửa sổ này có thể có số đếm cao nếu RAD7 làm việc ở nhiệt

độ cao

- Cửa sổ G: Cửa sổ nhiễu năng lư ng trung bình Ghi các tín hiệu alpha có năng

lư ng từ 1,5 đến 2,0 MeV Cửa sổ này thường có số đếm thấp

- Cửa sổ H: Cửa sổ nhiễu năng lư ng cao Ghi các tín hiệu alpha có năng lư ng 5,31 MeV từ phân rã 210Po 210Pb là sản phẩm con cháu của 222Rn, 210Pb có chu

kỳ bán rã lớn, thường đư c giữ lại ở bề mặt detector khi đo ở vị trí có nồng độ 222

Rn cao, hoặc đư c tích lũy khi máy đư c sử dụng một thời gian dài Cửa sổ này không đư c dùng để tính nồng độ 222Rn và RAD7 thực hiện tốt chức năng này, kể cả khi có mặt đồng vị 210

Pb và phông máy cao, kết quả đo vẫn không

bị ảnh hưởng

- Cửa sổ O: Bao gồm kết quả của bốn cửa sổ E, F, G, H (tức là phần còn lại của bốn cửa sổ chính A, B, C, D) Nếu cửa sổ O chiếm khoảng từ 30% trở lên trên tổng số đếm ghi nhận đư c thì kết quả phổ đo đã không tốt, cần xem lại Trong các phép đo nồng độ 222Rn, khoảng 5 phút đầu của quá trình đo, số đếm tăng dần, sau đó dần dần ổn định Sau khoảng 10 phút, 218Po đã cân bằng với 222

Rn Lúc đầu, trong phổ chỉ xuất hiện đỉnh cửa sổ A với tốc độ đếm tăng dần Sau đó, tốc

độ đếm tăng rất chậm, số đếm ở cửa sổ C bắt đầu xuất hiện Sau khoảng 3 giờ, 218Po

và 214Po gần như đạt đư c trạng thái cân bằng Khi đó, các đồng vị trong dãy phân

rã phóng xạ từ 222Rn đạt trạng thái cân bằng ổn định Phổ sẽ đư c đặc trưng bởi hai đỉnh A và C có diện tích gần bằng nhau Sau 3 giờ, tín hiệu ở cửa sổ A giảm nhanh chóng Ở cửa sổ C, độ lớn của tín hiệu vẫn còn duy trì ở mức khá cao Nguyên nhân

do 214Po đư c sinh ra từ phân rã 214Pb và 214Bi có chu kỳ bán rã lần lư t 26,8 phút

và 19,8 phút Sau khoảng 3 giờ, tín hiệu ở cửa sổ C mới thực sự hết Ta gọi cửa sổ

C là cửa sổ 222

Rn cũ vì số đếm xuất hiện sau khoảng 1 giờ từ lúc đưa khí vào

Cửa sổ B và D dùng để xác định nồng độ 220

Rn Tuy nhiên, cần chú ý, 212Bi có hai khả năng phân rã, tạo thành 212Po (66%) và 208Tl (34%) 208Tl phát alpha năng

lư ng 6,05 MeV, sẽ đư c ghi nhận ở cửa sổ A Nếu có 66 tín hiệu ở cửa sổ D, sẽ có

34 tín hiệu ở cửa sổ A Vì vậy, khi tính nồng độ 222Rn, RAD7 hiệu chỉnh số đếm ở cửa sổ A, căn cứ vào số đếm ở cửa sổ D

Sau khi ghi đư c các tín hiệu ứng với các cửa sổ năng lư ng nêu trên, bộ xử lý trong RAD7 sẽ tự động tính toán, hiệu chỉnh, cho ra kết quả nồng độ 222Rn, 220Rn Kết quả đo đư c lưu vào bộ nhớ và hiển thị lên màn hình máy Người sử dụng chỉ cần làm đúng thao tác sẽ có kết quả nồng độ 222

Rn, 220Rn mà không cần phải tính toán, giúp tiết kiệm thời gian xử lý số liệu và đảm bảo độ tin cậy cao hơn

Hình 2.3: Kết quả đo hiển thị trong phần mềm CAPTURE Các kết quả đo đạc từ RAD7 đư c hiển thị và xử lý bằng phần mềm CAPTURE Phần mềm này cho phép truyền tải dữ liệu từ RAD7 sang máy tính Trong phần mềm CAPTURE, tất cả các kết quả đư c hiển thị trên một đồ thị Trục hoành là trục thời gian, trục tung biểu hiện nồng độ 222Rn hoặc 220Rn Khoảng chia của trục tung

tự động điều chỉnh tùy theo vùng giá trị hiển thị Đơn vị có thể là Bq/L, Bq/m3,

Hiệu chỉnh độ ẩm, tràn đỉnh Các cửa sổ số đếm A, B, C, D, O

Nồng độ 222

Rn, 220Rn và một số thông số Phổ nồng độ 222

Rn qua các chu kỳ đo

dpm/L, pCi/L Nếu nồng độ 220Rn đư c hiển thị, khoảng chia nồng độ 220Rn có thể khác khoảng chia nồng độ 222

Rn và đư c đặt bên phải của đồ thị Đây là một dạng

đồ thị đường nối các kết quả trong mỗi chu kỳ đo lại với nhau Nồng độ 222

Rn đư c biểu diễn bởi đường màu đen, nồng độ 220Rn biểu diễn bởi đường màu xanh lá Các giá trị nồng độ đo đư c có thể đư c hiệu chỉnh độ ẩm, sự tràn đỉnh,…bằng chính phần mềm CAPTURE Góc phải màn hình hiển thị nồng độ 222Rn, 220Rn trung bình, nhiệt độ, độ ẩm trung bình, tốc độ bơm, …trong quá trình đo Nếu độ ẩm tương đối trên 14%, đường biểu diễn nồng độ 222Rn đổi thành màu đỏ

2.1.4 Các phím chức năng

Các thao tác đo trên RAD7 chủ yếu dựa vào bốn phím cơ bản: Menu, Enter, mũi tên trái (), mũi tên phải () Trong đó phím Menu chứa tất cả các tùy chọn cho việc thiết lập, đo và xem dữ liệu Phím Enter dùng để chọn các tùy chọn trong Menu Phím  và  cho phép di chuyển giữa các Menu Nội dung các Menu đư c trình bày trong phần phụ lục 1

2.1.5 Các giao thức đo của RAD7

Bảng 2.1: Một số giao thức đo mặc định trong RAD7

Bảng 2.1 thể hiện một số giao thức, chế độ thường đi k m với nhau Tuy nhiên, tùy theo mục đích, người sử dụng có thể thay đổi các chế độ này

Protocol: chọn giao thức đo RAD7 có một số giao thức để người dùng chọn tùy

theo mục đích đo

- Sniff: đo phát hiện, kiểm tra nhanh môi trường có 222Rn, 220Rn hay không

- 1-day: Đo trong 1 ngày

- 2-day: Đo trong 2 ngày

- Weeks: Đo trong nhiều tuần

- Grab: Đo kiểm tra

- Wat-40: Đo nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước sử dụng lọ 40 mL

- Wat-250: Đo nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước sử dụng lọ 250 mL

Recycle: Việc chọn chu kỳ và số chu kỳ lặp lại là chọn thời gian đo Thời gian

đo là tích của số chu kỳ với thời gian của một chu kỳ

Ta thường phải đo nhiều chu kỳ trong một lần đo vì:

- Khi bắt đầu đo, máy bơm lấy khí vào buồng, đồng thời detector bắt đầu nhận tín hiệu Kết quả ở chu kỳ thứ nhất thường có sự biến đổi lớn do lư ng mẫu khí cần đo chưa đư c lấy hết và hệ đo chưa ổn định Các kết quả đo ở các chu

kỳ sau có độ tin cậy cao hơn

- Khai báo thời gian trong một chu kỳ và số lư ng chu kỳ đo một cách h p lý sẽ cho phép đo gián đoạn (đo từng điểm), đo liên tục theo thời gian (quan trắc) hoặc đo nhanh để phát hiện 222Rn, 220Rn,

Đó là một trong các ưu điểm của RAD7 so với nhiều loại máy khác

Mode: Chọn các chế độ đo phù h p với mục đích người sử dụng RAD7 có một

số chế độ hoạt động

- Sniff: Đo phát hiện, kiểm tra nhanh nồng độ 222Rn, 220Rn trong môi trường Ở chế độ này, RAD7 tính nồng độ 222

Rn, 220Rn lần lư t dựa vào đỉnh phổ alpha của 218

 Trước 3 giờ, máy chỉ lấy số đếm ở cửa sổ A, điều này giúp người đo có thể thực hiện các phép đo liên tục mà không bị ảnh hưởng bởi lư ng 222Rn cũ ở cửa sổ C

 Từ 3 giờ trở đi, số đếm ở cửa sổ C đã góp phần đáng kể, việc tính nồng độ 222

Rn dựa vào tổng số đếm hai cửa sổ A và C mang lại kết quả chính xác

- Wat-40: Chế độ đo nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước sử dụng lọ 40 mL Số đếm đư c lấy ở cửa sổ A (đối với 222Rn) và cửa sổ B (đối với 220

- Off: Không đo nồng độ 220Rn

Giao thức Thoron chỉ khác Sniff ở chỗ tùy chọn Thoron là On

Pump: Chọn chế độ hoạt động của bơm Máy bơm có bốn chế độ hoạt động

- Auto: RAD7 tự động tắt hoặc mở máy bơm khi đã lấy đủ khí, nhằm bảo vệ máy bơm và nguồn pin Khi bắt đầu mỗi chu kỳ đo, máy bơm sẽ hoạt động trong 4 phút (hoặc cho đến khi độ ẩm trong buồng thấp hơn 10%), sau đó, bơm tự tắt Trong vòng một chu kỳ, cứ 5 phút, máy bơm hoạt động trong 1

phút, cho đến khi kết thúc chu kỳ đo (lưu ý máy bơm có thể hoạt động trong suốt thời gian đo cho đến khi độ ẩm nhỏ hơn 10%)

- Grab: Bơm chỉ hoạt động 5 phút đầu tiên của quá trình đo để lấy khí cũ ra khỏi máy và lấy khí mới từ ngoài vào buồng đo, sau đó dừng lại hoàn toàn

- On: Bơm hoạt động liên tục trong quá trình đo

- Off: Bơm luôn tắt trong quá trình đo Chế độ này thường không đư c dùng ngay khi bắt đầu đo mà có thể chuyển sang chế độ Off khi đã lấy hết 222Rn

2.2 Bộ phụ kiện RAD-H 2 O [2], [11]

Máy RAD7 nêu trên chỉ cho phép xác định nồng độ 222Rn, 220Rn trong không khí Để đo nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước, hãng DURRIDGE cung cấp thêm bộ phụ kiện hỗ tr đo nồng độ 222

Rn, 220Rn trong nước, nhãn hiệu RAD-H2O

RAD-H2O là bộ phụ kiện giúp xác định nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước với độ chính xác tương đối cao Phạm vi đo từ dưới 10 đến trên 400.000 pCi/L

2.2.1 Thiết bị và phụ kiện

Hình 2.4: RAD7 và các phụ kiện để đo nồng độ 222Rn, 220Rn trong nước RAD7 đi k m một số phụ kiện hỗ tr đo nồng độ 222

Rn, 220Rn trong nước như:

- Các lọ chứa mẫu nước đo dung tích 250 mL và 40 mL