báo cáo nghiên cứu phương pháp xác định hoạt độ radium bằng thiết bị rad7

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 7 năm 2014Đề tài: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ RADIUM BẰNG THIẾT BỊ RAD7  ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN... -

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 7 năm 2014

Đề tài:

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ RADIUM BẰNG THIẾT BỊ RAD7



ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NỘI DUNG

1 TỔNG QUAN

2 GIỚI THIỆU MÁY ĐO RAD7

3 THỰC NGHIỆM & KẾT QUẢ

4 KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Hình 1.1 Chuỗi phân rã U 238

TỔNG QUAN

- 226Ra : là chất phóng xạ mạnh, phân rã thành sản phẩm con cháu + phát alpha

- Alpha : ion hoá mạnh, có khả năng phá huỷ tế bào trong cơ thể.

- Nguy cơ ung thư rất cao

- Uống nước chứa 226Ra => nguy cơ ung thư xương.

- Theo tiêu chuẩn của

Bộ Khoa Học Công Nghệ và

Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA) nước uống đạt tiêu chuẩn an toàn phải có nồng độ phóng xạ không vượt quá 0,185 (Bq/lít ).

- 226Ra là kim loại kiềm thổ thuộc chu kì 7 và phân nhóm IIA phóng xạ mạnh, chu kì bán

rã dài (khoảng 1600 năm), chất phát quang

- 226Ra được sử dụng trong điều tra và nghiên cứu về lĩnh vực địa hóa, chất đánh dấu trong việc theo dõi dòng chảy của nước

- Nước là thành phần quan trọng nhất để duy trì sự sống cho con người và động thực vật.

- Nước có chứa 5% phóng xạ trong tự nhiên

-Tất cả các loại nước sử dụng đều có tồn tại ít hoặc nhiều các chất phóng xạ trong đó có

2.1 Giới thiệu máy RAD7

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đo RAD7

2 GIỚI THIỆU MÁY ĐO RAD7

Tự động tính toán kết quả đo

2 GIỚI THIỆU MÁY ĐO RAD7

2.2 Tính năng ưu việt của máy RAD7

3.1 Chuẩn bị thiết bị và mẫu nước

 Máy RAD7, thiết bị RAD H2O

3.2 Cài đặt giao thức làm việc cho máy

Chu kỳ đo (Cycle)

Số lượng chu kỳ (Recycle)

Chế độ (Mode) Thoron

Máy bơm (Pump)

Cốc 40 ml

Bảng Bảng tóm tắt các giao thức

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

3.3 Làm sạch máy trước khi đo

Quá trình làm sạch máy bằng ống hút ẩm loại lớn

Trước khi đo phải

Hình 3.4 Sấy máy bằng quy trình khép kín với ống hút ẩm loại lớn

3.4 Tiến hành đo và thu nhận kết quả

Hình 3.5 Lắp đặt thiết bị khi đo và quá trình sục khí

Đầu lọc khí vào

Đầu ra

Ống hút ẩm loại nhỏ Ống dẫn khí

Khối ba đầu

Đầu sục khí

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

Hình 3.6 Màn hình chuyển dữ liệu từ RAD7 sang máy tính cá nhân

Hình 3.7 Giao diện hiển thị kết quả đo

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

3.5 Phương pháp thực nghiệm

• Nhốt nguồn chuẩn NIST trong

lọ 40 ml 10 ngày

Hiệu chỉnh

sự thất thoát radon

hấp thụ 226Ra

Đo radium trong các mẫu nước

3.6 Hiệu chỉnh sự thất thoát radon do quá trình nhốt mẫu

Hình 3.8 Nguồn chuẩn NIST

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

CLT: Nồng độ radon lý thuyết (Bq/l) 𝜆: Hằng số phân rã của radium (s-1)

𝜆′: Hằng số phân rã của radon (s-1)

Trên thế giới, nhóm nghiên cứu P.Tuccimei, M Moroni

và D Norcia [14] đã xác định được tỷ lệ thất thoát

radon từ vật liệu xây dựng là 30%

3.8 Đo radium trong các mẫu nước

3.8.1 Quy trình tạo sợi MnO 2

Dùng dung dịch axit HCl nồng độ 0,1 M rửa sạch sợi thủy tinh

Cân 63,2 g bột KMnO 4 hoà vào 400 ml nước cất Sau đó cho 20 g sợi thủy tinh ngâm vào dung dịch

Nung nóng dung dịch KMnO 4 1M ở nhiệt độ 50 – 55 0 C

Sau khi nung nóng, sợi rửa sạch, sấy khô

Hình 3.9 Quy trình tạo sợi MnO2

Hình 3.10 Sợi thủy tinh trước khi

làm thí nghiệm

Hình 3.11 Sợi thủy tinh sau khi

làm thí nghiệmTHỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

3.8 Đo radium trong các mẫu nước

3.8.2 Quy trình hấp thụ 226 Ra bằng sợi MnO 2

Chuẩn bị 1000 ml mẫu nước cần đo

Thêm 3 g sợi MnO 2 vào ống chứa mẫu Sau đó cho mẫu nước cần đo chảy qua với tốc độ 10 ml/phút

Lấy sợi MnO2 ra và cho vào cốc lưu mẫu 40 ml nước cất

Lưu mẫu 10 ngày trước khi đo

Đo mẫu bằng máy RAD7 Hình 3.12 Sơ đồ các bước thí nghiệm Hình 3.14 Lưu mẫu trong lọ 40ml Hình 3.13 Cho mẫu nước cần đo chảy qua ống chứa sợi

Sợi

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

3.8 Đo radium trong các mẫu nước

3.8.2 Hiệu suất hấp thụ 226 Ra của sợi MnO 2

Hiệu suất hấp thụ Ra226 trên sợi MnO2 được xác định thông qua công thức sau

Trong đó :

𝐷1: Là số đếm của mẫu đo lần 1

𝐷2: Là số đếm của mẫu đo lần 2

Lưu ý là 2 lần đo để xác định hiệu suất phải cùng một mẫu đo.

Hiệu suất hấp thụ (%)

Hiệu suất TB (%)

Sai số hiệu suất (%)

3.8 Đo radium trong các mẫu nước

3.8.3 Kết quả thực nghiệm

𝐶226𝑅𝑎 𝐵𝑞

𝑙 = 𝐶𝑇𝑁.𝑘

𝐻 (3.5) Trong đó:

𝐶226𝑅𝑎: Nồng độ radium hiệu chỉnh (Bq/l)

𝐶𝑇𝑁: Nồng độ radium thực nghiệm (Bq/l) k: Hệ số thất thoát radon

H: Hiệu suất hấp thụ radium

STT Tên mẫu nước Nồng độ radium (Bq/l)

1 Đại học Khoa Học Tự Nhiên (KHTN) 0,038 ± 0,002

2 Đại học Công Nghệ Thông Tin (CNTT) 0,063 ± 0,002

3 Đại học Khoa Học Xã Hội Nhân Văn

THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

3.8 Đo radium trong các mẫu nước

Poland Germany Texas

(USA)

Biểu đồ so sánh nồng độ radium trong nước ở một số khu vực

4.1 Kết luận

1 Tìm hiểu về radium và radon: đặc điểm, nguồn gốc, sự hình thành radium

trong nước, trong đất, ảnh hưởng của nó đến sức khỏe của con người

2 Nắm được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy RAD7 sử dụng hệ đo trong

nước

3 Trình bày được quy trình tạo sợi MnO2 có hiệu suất hấp thụ 226Ra tương đối

là 42,19%

4 Từ việc tính toán và so sánh kết quả đo, ta thấy nồng độ radium trung bình

thấp hơn so với tiêu chuẩn quy định (0,185 Bq/l) Như vậy, lượng radiumtrong 8 mẫu nước khảo sát có ảnh hưởng không đáng kể đến sức khỏe conngười

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.2 Hướng phát triển

1 Xác định radium bằng nhiều phương pháp khác nhau

để tăng độ tin cậy cho kết quả.

2 Nghiên cứu sâu và làm rõ việc xác định nồng độ

radium tích lũy ở các thời điểm lâu hơn thông qua sự hấp thụ radium trên sợi.

3 Xác định nhiều chất phóng xạ có trong nước uống để

đảm bảo sức khỏe cho con người.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Tiếng Việt

[1] Th.S Vũ Văn Bích (2005), Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xác định riêng

biệt radon, thoron trên máy phổ alpha RAD7 nhằm nâng cao hiệu quả điều tra địa chất

và nghiên cứu môi trường, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu Khoa học và Công nghệ,

Bộ Tài nguyên và Môi trường - Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam - Liên đoàn Địa chất Xạ hiếm, Hà Nội.

[2] Nguyễn Thanh Hiển (2012), Xác định nhanh hoạt độ Ra-226 bằng hệ đo Alpha

Analyst, khóa luận đại học, trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM.

[3] Ngô Quang Huy (2004), An toàn bức xạ ion hoá, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật [4] Hoàng Bá Kim (2010), Khảo sát khí radon trong nhà khu vực đô thị Thủ Dầu Một

tỉnh Bình Dương, Luận văn thạc sĩ Vật lý, trường Đại học Sư phạm TP.HCM, Tp Hồ Chí

Minh.

[5] Trương Thị Hồng Loan (2010), Giáo trình vật lý phóng xạ, trường Đại học Khoa Học

Tự Nhiên Tp.HCM.

[6] Phan Thị Minh Tâm (2011), Xác định nồng độ radon trong một số mẫu nước đóng

chai trên thị trường Việt Nam, Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học Tự nhiên– Đại học

Quốc gia TP.HCM.

[7] Lương Văn Thông (2011), Xác định 226 Ra trong nước bằng hệ phổ kế Alpha, Luận

văn thạc sĩ, Đại học Cần Thơ.

[8] Nguyễn Hào Quang (2005), phóng xạ môi trường đối với sức khỏe con người, Trung

tâm Kỹ thuật An toàn Bức xạ và Môi trường, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[9] DURRIDGE Co (2009), “RAD7, RAD H2O - Radon in water accessory”, owner’s

manual, USA.

[10] Moore, W.S and D.F Reid (1973), “Extraction of Radium from natural waters using

manganese impregnated acrylic fiber”, J Geophys Res, 78, pp 8880 – 8886.

[11] NIST (2005), Certificate - Standard Reference Material 4971 Radon-222 Emanation

Standard, National Institute of Standards & Technology, Department of Commerce,

United State of America.

[12] Comprehensive Environmental Respone, “Radium in drinking water”, pp 2.

[13] P Pagelkopf, M Grundel, J Porstendorfer, “The charged fraction of the 218 Po ions

in air under environmental conditions”, pp 448.

[14] P Tuccimei, M Moroni and D Norcia (2006), “Simultaneous determination of

222 Rn and 220 Rn exhalation rates from building materials used in Central Italy with

accumulation chambers and a continuous solid state alpha detector: Influence of particle size, humidity and precursors concentration”, Applied Radiation and Isotopes 64, pp 254-

263.

Tiếng Anh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

KẾT THÚC KHÓA LUẬN

CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE PHẦN TRÌNH BÀY CỦA EM!

Hình PL1 Màn hình LCD và bốn phím điều khiển của RAD7

Hình 3.4 Sấy máy bằng quy trình khép kín với ống hút ẩm loại lớn

Hình Buồng đo RAD7

Buồng đo mẫu khí bên trong của RAD7 có thể tích 0,7 lít, có hình bán cầu được phủ phía trong một lớp dẫn điện.

Bộ phận thu tín hiệu được làm bằng tấm silic phẳng và được đặt ở tâm bán cầu.

Mạch điện cao áp cung cấp cho detector có điện áp 2000 – 2500 V, tạo nên điện trường trong toàn bộ buồng đo Điện trường này sẽ đẩy các hạt tích điện dương đến detector.

Khi phân rã trong buồng đếm, hạt nhân Rn222 sẽ tạo thành hạt Po218 mang điện dương Dưới tác động của điện trường, hạt nhân Po218

sẽ di chuyển đến detector và bám vào đó Hạt nhân Po218

này nhanh chóng phân rã alpha ngay trên bề mặt detector Hạt alpha tạo ra có 50% ( do có sự nhiễu, va đập không trực diện vào detector….)khả năng đập vào detector, tạo nên xung điện có độ lớn tỷ lệ thuận với năng lượng của hạt alpha.

•Cửa sổ A: Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã Po218 có năng lượng 6,00 MeV.

•Cửa sổ B: Ghi tổng số đếm của hạt alpha từ phân rã của Po216 có năng lượng 6,78 MeV Cửa sổ này nằm giữa cửa sổ A và C nên có thể nhận một số tín hiệu nhiễu từ hai cửa sổ này

•Cửa sổ C: Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã Po214 có năng lượng 7,69 MeV

•Cửa sổ D: Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã Po212 có năng lượng 8,78 MeV

•Cửa sổ O: Cửa sổ O ghi nhận tất cả các số đếm không đi vào các cửa sổ chính

A, B, C, và D Nếu cửa sổ O chiếm khoảng từ 30% trở lên tổng số đo được thì kết quả đo phổ có vấn đề, cần xem lại

Ý NGHĨA CÁC CỬA SỔ

• Chất chống ẩm làm cho dòng không khí đạt độ ẩm cần thiết khi đi vào

RAD7 Nếu không sẽ làm sai lệch kết quả đo và có thể hư hại máy.

• Độ ẩm trong máy ảnh hưởng đến sự thu nhận nguyên tử Po218 trong

buồng đo Nếu độ ẩm của không khí là 60% thì khả năng thu nhận Po218

giảm (chỉ bằng một nữa) so với khi độ ẩm là 10% Tuy vậy, Po218 có chu

kì bán rã 3,05 phút nên sau 10 phút thì hầu như toàn bộ Po218 đã bị phân

rã (giả sử không còn khí radon trong buồng đo nữa), khi đó độ ẩm có

tăng lên cũng ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả Tuy nhiên, vẫn cần phải đảm bảo độ ẩm trong suốt quá trình đo không quá 25% nếu không

sẽ làm hỏng bộ cảm biến và thiết bị đo.

TẠI SAO PHẢI SẤY MÁY TRƯỚC KHI ĐO VÀ ĐỘ ẨM ẢNH

HƯỞNG NHƯ THẾ NÀO

• Kiểu Sniff đáp ứng nhanh với sự thay đổi các mức Radon bằng cách tập trungvào xung alpha 218Po là 3 phút, mục tiêu là theo dõi và đo đạc sự thay đổi

nhanh độ tập trung Radon

• Kiểu Normal, RAD7 thực hiện độ chính xác thống kê cao hơn bằng cách đếm

cả các xung alpha 218Po và 214Po

• Kiểu Auto tự động chuyển đổi từ kiểu Sniff sang kiểu Normal sau 3 giờ đo đạcliên tục Các đồng vị họ hàng Radon có đời sống dài hơn sẽ có thời gian đạttrạng thái cân bằng Phần sớm nhất của vận hành ghi nhận đáp ứng nhanh củakiểu Sniff , phần sau sẽ ghi nhận từ độ chính xác thống kê lớn hơn của kiểuNomal Kiểu Auto được khuyên dùng cho tất cả các kiểm tra trước để đo đạc

độ tập trung trung bình trong một chu kỳ thời gian Độ tập trung trung bình báocáo trong tóm tắt phản ánh một cách chính xác trung bình thực tế

• Kiểu Wat-40 và Wat-250 thực hiện các tính toán độ tập trung Radon trong cácmẫu nước 40 ml và 250 ml tương ứng

CÁC CHẾ ĐỘ ĐO CỦA RAD7