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

Khí radon sẽ phân rã trong phổi thành một chuỗi các chất phóng xạ có thể đi vào máu và gây nguy hiểm [8].. Radon có khối lượng riêng 9,73 kg/m3 tức nặng hơn không khí khoảng 8 lần ở 0oC

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, năng lượng hạt nhân ngày càng chứng tỏ sự quan trọng của nó trong nhiều lĩnh vực khoa học và đời sống Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực thì việc ứng dụng năng lượng hạt nhân và chất phóng xạ cũng mang lại nhiều nguy cơ tiềm ẩn các sự cố rò rỉ, nhiễm xạ gây tác động không tốt lên môi trường và con người Nhưng cũng phải thừa nhận rằng khoa học hạt nhân đã và đang có những đóng góp tích cực, đặc biệt là việc bảo đảm an toàn cho sức khỏe của con người khỏi các tác hại của phóng xạ Trong đó, phải kể đến lợi ích của việc xác định hoạt

độ phóng xạ trong nước uống, để từ đó có biện pháp kiểm soát nguồn nước uống trong giới hạn an toàn

Các nguồn nước uống ở các trường đại học mà sinh viên sử dụng hằng ngày đều tồn tại ít hoặc nhiều các đồng vị phóng xạ Trong số đó, radium (226Ra) là một trong những nguyên tố phóng xạ tự nhiên có tác hại trực tiếp đến sức khỏe con người Như chúng ta đã biết, trong tự nhiên 226

Ra tồn tại nhiều trong các môi trường: đất đá, không khí… và trong môi trường nước Mặt khác, 70% khối lượng

cơ thể là nước, do đó cần đảm bảo đủ lượng nước đưa vào cơ thể hàng ngày Với độc tính phóng xạ cao, radium có thể gây ra những rối loạn chuyển hóa trong cơ thể dẫn đến nhiều tác hại nguy hiểm nếu tiếp xúc lâu dài Vì vậy, việc xác định nồng độ

226

Ra trong nước uống là điều rất quan trọng

Với nghĩa thực tiễn trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định nồng độ radium bằng thiết bị RAD7” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Đại

học của mình

Với đối tượng nghiên cứu là các mẫu nước uống ở các trường đại học tại Làng đại học Linh Trung, Thủ Đức

ố cục khóa luận được chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về radium và radon

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

Chương 2: Máy đo khí phóng xạ RAD7

Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy RAD7 và máy RAD – H2O Qua đó cho thấy tính ưu việt của máy RAD7 trong lĩnh vực đo đạc radon

Chương 3: Thực nghiệm và thảo luận

Quá trình thực nghiệm: hiệu chỉnh hệ số thất thoát radon do quá trình nhốt, quy trình tạo sợi MnO2, hiệu suất hấp thụ 226Ra của sợi MnO2, kết quả đo nồng độ

226Ra trong 8 mẫu nước, và đưa ra những so sánh, đánh giá về kết quả thu được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RADIUM VÀ RADON 1.1 Tổng quan về radium

1.1.1 Nguồn gốc của nguyên tố radium

Năm 1898, từ quặng uraninit, ông bà Marie Curie đã tìm ra nguyên tố radium Đến năm 1910, họ tách thành công radium tinh khiết bằng cách điện phân muối RaCl2

Radium là kim loại kiềm thổ, dễ bay hơi, tan trong nước tạo ra bazơ, có mật độ khoảng 5 g/ml ở nhiệt độ 200C Radium có màu bạc, mềm, phóng xạ mạnh, chất phát quang và bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí do tác dụng với nitơ tạo ra

Ra3N2 có màu đen

Radium được sử dụng nhiều trong nghiên cứu về lĩnh vực địa hóa, sự thay đổi khí hậu, sự phát triển của núi lửa, trầm tích và sự hình thành những khoáng sản dưới đại dương… Ngoài ra, radium còn được xem như là chất đánh dấu tự nhiên do

sự phân bố khác biệt của đồng vị này trong môi trường khác nhau, được ứng dụng trong việc nghiên cứu các loại đất đá, khảo sát tương tác giữa nước bề mặt và nước ngầm, theo dõi dòng chảy của nước cũng như xác định nguồn gốc nước [3]

1.1.2 Các chuỗi phân rã và các đồng vị của radium

Radium có 25 đồng vị khác nhau đã được biết đến, trong số đó có 4 đồng vị chính là: 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra được tìm thấy trong cả ba chuỗi phóng xạ tự nhiên Trong đó, 226Ra có chu kì bán rã dài nhất (khoảng 1600 năm) và độ phổ cập cao nhất (chiếm trên 99%), phát tia alpha (α) có kèm theo tia gamma (γ) tạo thành sản phẩm phân rã là radon (222Rn) [3]

Phóng xạ trong môi trường bao gồm các phóng xạ nhân tạo và phóng xạ tự nhiên

Tất cả các hạt nhân nặng phát alpha (α) đều có thể phân loại thành một trong bốn chuỗi phân rã sau: chuỗi thorium A = 4n, chuỗi neptunium A = 4n+1, chuỗi uranium A = 4n+2, chuỗi actinium A = 4n+3

 Trong bốn chuỗi phân rã nêu trên:

 Chuỗi phân rã thorium A = 4n là chuỗi phóng xạ tự nhiên Trong quá trình phân rã tạo ra 224Ra có chu kì bán rã 3,7 ngày

 Chuỗi phân rã neptunium A = 4n+1 là chuỗi phóng xạ nhân tạo Trong quá trình phân rã tạo ra 228Ra có chu kì bán rã 5,75 năm

 Chuỗi phân rã uranium A = 4n+2 là chuỗi phóng xạ tự nhiên Trong quá trình phân rã tạo ra 226Ra chu kì bán rã 1620 năm

 Chuỗi phân rã actinium A = 4n+3 là chuỗi phóng xạ tự nhiên Trong quá trình phân rã tạo ra 223Ra có chu kì bán rã 11 ngày [5]

Ba chuỗi phóng xạ tự nhiên đều bắt đầu bằng đồng vị có chu kì bán hủy rất cao

và kết thúc bằng đồng vị bền (Pb) Trong đó 238U (A = 4n +2) là chuỗi phóng xạ dài nhất, gồm có 15 đồng vị bắt đầu từ 238U (T = 4,5.109 năm) và kết thúc bằng đồng vị bền 206Pb Đây là chuỗi có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu địa chất và thủy văn Chuỗi phóng xạ 238U (hình 1.1) có thể chia thành nhiều nhánh con trong đó hoạt tính của nhân phóng xạ đầu chuỗi sẽ chi phối hoạt tính của các nhân khác trong nhánh Điển hình là nhánh: 238U → 234U, 226Ra → 222Rn, 222Rn → 210Pb…

 Đặc điểm chung của ba họ phóng xạ tự nhiên là:

 Hạt nhân thứ nhất trong chuỗi (hạt nhân mẹ) là đồng vị sống rất lâu Tất cả các hạt nhân con trong mỗi chuỗi đều có chu kì bán rã nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân

mẹ nên chuỗi cân bằng phóng xạ trường kì Khi đó hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân trong chuỗi cân bằng nhau và bằng hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ

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

vị khác nhau của khí radon: ví dụ như trong chuỗi của 238U là 222Rn, trong chuỗi actinium là 219Rn, trong chuỗi thorium là 220Rn…

 Đều kết thúc bằng đồng vị bền chì (Pb)

U 2,4.105 năm

235

Th 7,7.104 năm

226Ra

1600 năm

222Rn 3,8 ngày

218

Po 3,1 phút

1.1.3 Sự phân bố radium trong môi trường

1.1.3.1 Radium trong đất

Phóng xạ có nguồn gốc từ đá magma có tính axit thường chứa các đồng vị phóng xạ như uranium, thorium, potassium Radium tồn tại chủ yếu trong quặng uranium, đất đá và nguồn nước ngầm có độ pH thấp (có tính axit) dễ dàng hòa tan radium tạo thành muối cuốn theo dòng chảy của nước

Trên thế giới nơi có hàm lượng radium nhiều nhất là nhưng nơi gần mỏ quặng uranium như ang Colorado (US), ở Bohemia của Cộng Hòa Zarie…Radium tập trung trong lớp trầm tích và một phần hòa tan theo dòng chảy nước ngầm Nước ngầm chảy qua các khe hở của lớp đất đá ở sâu trong lòng đất do đó hòa tan được hàm lượng radium nhiều hơn dòng nước bề mặt [7]

Ngoài ra, các nguyên tố vô cơ hấp thụ trong đất có khả năng tham gia vào quá trình trao đổi sinh học của đất và thực vật Do đó, các nguyên tố phóng xạ radium trong đất có khả năng đi vào chu trình sinh học tồn tại trong thực vật

Bảng 1.1 Hàm lượng 238U, 232Th và 226Ra trong một số mẫu môi trường [7]

chúng phong hóa Các nguyên tố uranium, radium tách ra từ đất cuốn trôi theo dòng nước Nhưng hàm lượng của chúng nhỏ hơn trong đất từ 10 đến 100 lần Vì

khi lưu chuyển chúng chỉ tan một phần nhỏ, phần lớn lắng đọng lại trong đất

Sự thâm nhập của 226Ra vào nước phụ thuộc rất lớn vào bề mặt tiếp xúc giữa pha rắn và pha lỏng Môi trường có diện tích tiếp xúc càng lớn thì hàm lượng radium càng cao, điển hình là môi trường đá rỗng xốp dưới các mỏ dầu

Các lớp trầm tích của vỏ trái đất là nguồn bổ cấp 226Ra trong nước Do đó, hàm lượng 226

Ra trong nước ngầm cao hơn hàng chục lần so với nước trên bề mặt Nồng

độ của các nguyên tố phóng xạ trong nước cũng thay đổi theo độ mặn và độ sâu Ngoài ra, nồng độ của chúng còn phụ thuộc vào điều kiện địa lý và các loại nham thạch quanh vùng

1.1.4 Ảnh hưởng của radium đối với con người

Radium có thể đi vào cơ thể bằng con đường ăn uống và hít thở không khí có chứa radium Radium có tính phóng xạ rất cao bao gồm các sản phẩm phân rã của

nó Vì vậy, khi tiếp xúc với radium cần phải đeo mặt nạ và các dụng cụ bảo hộ cần thiết để đảm bảo an toàn Radium có đặc điểm hóa học giống với canxi, nếu radium tồn tại trong xương thì sẽ gây tổn hại lớn cho xương như ung thư xương, thoái hóa xương [7]…

Theo đánh giá, nếu nhận một lượng khoảng 0,0025 g 226Ra thì cơ thể người sẽ chịu một liều chiếu khoảng 25 Sv, trong khi đó xác suất mắc bệnh ung thư và dẫn đến tử vong đối với liều 1 Sv là 4% Hạt alpha phát ra trong chuỗi phân rã của radium ở trong cơ thể con người có thể phá hủy các tế bào trong cơ thể và làm tăng khả năng gây ung thư phổi Nếu khí radon (con cháu của đồng vị radium) bị giữ lại tập trung tích tụ trong một phòng kín sẽ gây nguy hiểm cho việc hít thở Khí radon

sẽ phân rã trong phổi thành một chuỗi các chất phóng xạ có thể đi vào máu và gây nguy hiểm [8]

1.2 Tổng quan về radon

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 0o

C 1 atm, 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 ba đồng vị phổ biến là radon (radon – 222Rn), thoron (radon – 220Tn) và actinon (radon – 219An) Trong đó,

222Rnlà đồng vị bền nhất với thời gian sống 3,82 ngày Trong nghiên cứu địa chất

và môi trường, do chu kì bán rã của hai đồng vị 219Rnvà 220Rn rất ngắn nên chúng ít được quan tâm, còn đồng vị 222Rn 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 [4]

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 luật khuếch tán chất khí Như vậy, khí phóng xạ có mặt ở khắp nơi

Nồng độ radon trong không khí thường được tính ra q/m3, q/l hoặc pCi/l

1.3 Sự cân bằng phóng xạ giữa radium và radon

Xét chuỗi phóng xạ 226Ra và sáu đồng vị con có đặc trưng phân rã cho bởi bảng 1.2

226Ra 222Rn 218Po 214Pb

Hoạt độ phóng xạ của 226Ra (R1) và 222Rn (R2) là:

R2(t)= R1(t)

] (1.1) Trong trường hợp hay hệ thức (1) trở thành:

T2 = 3,825 ngày

Và khi: ta có R2(t)= R1(t) Ta có sự cân bằng trường kỳ (cân bằng thế kỷ) giữa hạt nhân con và hạt nhân mẹ

Nhìn chung các đồng vị này đều có tuổi thọ rất ngắn so với 226Ra (cao nhất là

222

Rn, có T1/2= 3,825 ngày) Nếu tính thời gian theo đơn vị năm, dựa vào bảng 1.2 ta thấy T1/2(226Ra) >> T1/2(222Rn) nên có cân bằng trường kì giữa 226Ravà 222Rn Nếu không có nguyên nhân nào gây mất cân bằng thì trạng thái cân bằng trong chuỗi được thiết lập tối đa trong vài tháng [5]

Bảng 1.2 Đặc trưng phân rã của chuỗi 226Ra → 210Pb

214 Po

( RaC) 164 micrô giây α (100%) 7,687 (100%)

CHƯƠNG 2 MÁY ĐO KHÍ PHÓNG XẠ RAD7, RAD – H 2 O 2.1 Giới thiệu máy đo RAD7

2.1.1 Giới thiệu chung về máy RAD7

Máy đo radon (Radon Detector – RAD7) do công ty DURRIDGE của Mỹ sản xuất là loại máy có nhiều chức năng, được xem là một thiết bị chuyên dùng để đo khí 222Rn và 220Rn hoàn chỉnh, đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác nhau Máy có thể được dùng ở hai chế độ đo:

- Đo khảo sát, quan trắc (real time monitoring)

- Phát hiện nhanh khí phóng xạ (sniffing)

Hình 2.1 Các bộ phận chính của máy RAD7 [2]

 Máy RAD7 bao gồm các thiết bị sau [6]

 Máy đo (Monitor)

 Dây đeo máy và khóa (shoulder trap and keys)

 Máy in (Printer)

 2 tập khóa dán (Velcro tabs)

 3 cuộn giấy in

 Đầu nối cho máy in

 6 đầu lọc (Inlet Filter)

 1 đầu lọc bụi (Dust Filter)

 3 đoạn ống dài 3 inch (khoảng 7–8cm)

 1 ống hút ẩm loại to (Large drying tube)

 4 ống hút ẩm loại nhỏ (Small drying tube)

 2,5 kg chất chống ẩm (Desiccant)

 Đĩa mềm để lấy dữ liệu vào máy tính và tài liệu hướng dẫn

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy RAD7

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy RAD7, RAD – H2O [2]

Nguyên tắc xác định nồng độ radon và thoron là dựa phổ năng lượng của tia alpha Máy bơm đưa không khí có chứa radon và thoron (đã làm khô) vào buồng đo của máy Detector gắn trong đó sẽ nhận các tín hiệu điện do tia alpha đập vào Bộ

xử lý tính riêng nồng độ radon và thoron Việc tính nồng độ radon và thoron dựa vào phổ năng lượng alpha nên kết quả đo hầu như không bị ảnh hưởng bởi sự tích lũy phóng xạ từ con cháu của radon và thoron [1]

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 (detector) 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 (hình 2.2)

Khi phân rã trong buồng đếm, hạt nhân 222Rn sẽ tạo thành hạt 218Po mang điện dương [13] Dưới tác động của điện trường, hạt nhân 218

Posẽ di chuyển đến detector

và bám vào đó Hạt nhân 218

Ponày nhanh chóng phân rã alpha (chu kì bán rã 3,05 phút) ngay trên bề mặt detector Hạt alpha tạo ra có 50% khả năng đập vào detector, tạo nên xung điện có độ lớn tỷ lệ thuận với năng lượng của hạt alpha Các hạt beta không được detector ghi lại Các đồng vị khác nhau sẽ phát ra các hạt alpha có năng lượng khác nhau, do vậy tạo ra tín hiệu điện có độ lớn khác nhau RAD7 sẽ khuếch đại, lọc, sắp xếp theo độ lớn của các tín hiệu thu được [1]

2.1.3 Phổ năng lƣợng alpha của RAD7

Trong RAD7, khoảng năng lượng từ 0 đến 10 MeV được chia thành 200 khoảng đều nhau, mỗi khoảng có độ rộng là 0,05 MeV Khi có một hạt alpha đập vào detector, RAD7 sẽ cộng thêm một vào dãy phổ đó Kết thúc mỗi lần 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 không (0)

Phổ l tưởng của hạt alpha 6,00 MeV sẽ có dạng một vạch ở đúng vị trí 6,00 MeV Mặc dù máy RAD7 gần đạt được kết quả l tưởng này, nhưng thực tế đo cho thấy, do có nhiễu, do sự va đập không trực diện của hạt alpha vào detector… nên

phổ alpha thu được bị mở rộng ra và có xu thế lệch về phía năng lượng thấp hơn Nhiệt độ cao hơn bình thường cũng làm phổ mở rộng hơn

Chú ý rằng, vì radon trung hòa về điện nên phổ do RAD7 thu được chỉ thể hiện tín hiệu do con cháu của radon phát ra mà không thể hiện trực tiếp từ khí radon Trong máy RAD7, 200 khoảng chia phổ năng lượng alpha được chia thành tám nhóm ứng với tám khoảng năng lượng Các hạt alpha có khoảng năng lượng tương ứng sẽ được ghi nhận tại các cửa sổ, cụ thể [1]:

– Cửa sổ A: ghi radon ở chế độ Sniff Ghi tổng số hạt alpha từ phân rã 218

Pocó năng lượng 6,00 MeV

– Cửa sổ B: cửa sổ thoron số 1 Ghi tổng số đếm của hạt alpha từ phân rã của

216Pocó 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: cửa sổ radon từ 214

Po Ghi tổng số đếm của hạt alpha từ phân rã

214Pocó năng lượng 7,69 MeV

– Cửa sổ D: cửa sổ thoron số 2 Ghi tổng số đếm của hạt alpha từ phân rã 212Po

có năng lượng 8,78 MeV

– Cửa sổ E: cửa sổ năng lượng cao Cửa sổ này có tính chất “chuẩn đoán”, thường có giá trị nhỏ Nếu nó ghi được giá trị khá lớn so với cửa sổ A, B, C,

D thì có nghĩa RAD7 làm việc không tốt

– Cửa sổ F: cửa sổ nhiễu, năng lượng thấp Ghi các tín hiệu có năng lượng thấp (dưới 0,5 MeV) Cửa sổ này có thể ghi có số đọc cao nếu RAD7 làm việc ở nhiệt độ cao

– Cửa sổ G: cửa sổ nhiễu, năng lượng trung bình Ghi các hạt có năng lượng từ 1,5 đến 2,0 MeV Cửa sổ này thường có số đọc thấp, ngay cả khi cửa sổ F có

số đọc cao

– Cửa sổ H: cửa sổ nhiễu, năng lượng cao, ghi các hạt alpha từ phân rã 210

Po có năng lượng 5,31 MeV Do 210Po là sản phẩm con cháu của radon, 210Pbcó chu kỳ phân rã cao (22 năm) nên đồng vị này sẽ thường lưu lại trên bề mặt

của detector (đầu thu) khi thực hiện phép đo có nồng độ radon rất cao hoặc

do tích lũy của nhiều năm sử dụng máy

– Cửa sổ O: là tổ hợp của các cửa sổ E, F, G, và H lại với nhau 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

Đây là ưu điểm nổi bật mà hầu hết các máy trước đã không làm được Nhờ có tính năng này mà khi đo khí ở vùng có nồng độ phóng xạ cao, chúng ta không mất nhiều thời gian để loại bỏ ảnh hưởng của các sản phẩm con cháu của radon và thoron, hoặc phải thay dụng cụ lấy mẫu Do vậy, năng suất đo đạc, độ chính xác được tăng lên rất nhiều [1]

2.2.2 Giá trị phông máy thấp

Một tham số quan trọng trong các máy đo khí phóng xạ là phông máy Đối với việc xác định nồng độ thấp thì phông máy phải có giá trị rất nhỏ và ổn định Phông của máy vào khoảng 0,005 pCi/l (0,2 Bq/m3), đó là giá trị rất nhỏ đảm bảo độ tin cậy [1]

2.2.3 Khả năng đo liên tục

RAD7 có khả năng đo từng khoảng thời gian ngắn (vài chục phút) hoặc đo liên tục trong thời gian dài vài ngày hoặc vài tuần Rất phù hợp với việc quan trắc môi trường hoặc nghiên cứu sự biến đổi nồng độ khí phóng xạ theo thời gian [1]

2.2.4 Khả năng đo nồng độ khí phóng xạ trong nước

Nhờ có thiết bị kèm theo, RAD7 có thể dễ dàng xác định nồng độ khí phóng

xạ trong nước trong thời gian ngắn mà không cần sử dụng thêm bất cứ một hóa chất

nào [1]

2.2.5 Chương trình tự động tính toán kết quả đo

Sau khi đo, kết quả xác định nồng độ khí phóng xạ được in ra giấy và được lưu vào bộ nhớ của máy tính [1]

2.2.6 Khả năng ứng dụng của máy RAD7

Với một số tính năng nổi trội này, máy RAD7 chắc chắn sẽ được sử dụng có hiệu quả vào các lĩnh vực sau đây [1]:

– Tìm kiếm, thăm dò quặng phóng xạ và các loại quặng khác có liên quan đến phóng xạ: uranium, thorium, sa khoáng, đất hiếm, barit, apatit, đồng , phát hiện các thân quặng dưới sâu, đánh giá và dự báo tiềm năng chứa quặng phóng xạ của vùng nghiên cứu

– Khảo sát các hiện tượng địa chất: đứt gãy bị phủ, các đới phá hủy kiến tạo, các hiện tượng nứt đất, trượt lở…

– Khảo sát môi trường: xác định nồng độ khí phóng xạ radon trong nước và trong không khí, quan trắc sự biến đổi của chúng theo thời gian và không gian

2.2.7 Khả năng xác định riêng biệt nồng độ radon và thoron

Đây là một ưu điểm hiện nay, kể nổi bật so với các máy hiện có ở Việt Nam Trong các máy khác của Liên Xô (cũ) và Liên ang Nga cả máy RDA–200 do Canada sản xuất, việc xác định riêng biệt nồng độ radon và thoron cần phải qua một

số khâu tính toán và thường cho kết quả có tính chủ quan của người đo

Với RAD7, nồng độ radon và thoron được xác định đồng thời trong một phép

đo duy nhất và phân biệt rõ ràng bằng cách đặt chế độ đo cả radon và thoron [1]

2.3 Nhược điểm

Quá trình thực nghiệm cho thấy do khí hậu Việt Nam có nhiều khác biệt so

với khí hậu nơi sản xuất (nhiệt độ và độ ẩm ở Việt Nam khá cao) nên khi làm thí nghiệm, ta cần điều chỉnh lại các điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm phù hợp

Cũng vì

lý do trên mà thời gian sấy máy sẽ lâu hơn đôi chút [1]

2.4 Giới thiệu chung về thiết bị RAD–H 2 O

Cả hai thiết bị RAD7 và RAD – H2O là sản phẩm mới của công ty DURRIGE

đã được người tiêu dùng đánh giá tốt RAD7 ra đời với mục đích để đo nồng độ radon trong không khí, sau đó RAD – H2O là thiết bị kèm theo để mở rộng ứng dụng đo nước của RAD7

 Bộ phận để lấy khí radon trong nước, gồm có:

Khối ba đầu, làm bằng kim loại không gỉ Ống nhựa đôi, dùng để giữ khối ba chân Tấm đệm bằng vật liệu tổng hợp

Đầu sục khí Cốc chứa nước (có dung tích 40 ml hoặc 250 ml)

 Đầu nối

 Ống chứa than hoạt tính

 4 ống chứa chất chống ẩm (làm khô)

 2 đầu lọc khí

 3 ống dẫn bằng nhựa

Hình 2.5 Khối ba đầu 2.4.2 Cơ chế – nguyên lý làm việc của RAD-H 2 O

Hoạt động của hệ thống như sau: mẫu nước được lấy cho vào cốc chứa và lắp vào theo hướng dẫn Sau khi khai báo chế độ đo mẫu nước, máy bơm khí (là một bộ phận trong máy RAD7) sẽ sục khí vào cốc đo, đẩy các khí phóng xạ hòa tan trong cốc ra khỏi nước và tạo thành dòng lưu thông khép kín qua buồng đo Cách lấy khí này có thể đẩy hơn 90% lượng khí phóng xạ hòa tan ra khỏi nước Máy bơm sẽ dừng bơm sau 5 phút, và nhiệm vụ tiếp theo của máy RAD7 là xác định nồng độ khí phóng xạ có trong buồng đo (xem hình 2.2)

2.4.3 Ƣu điểm

– Đo nhanh và chính xác nồng độ radon trong nước

– Tách khí radon ra khỏi nước, tự động đo và đưa kết quả ra máy in

– Không dùng thêm bất kỳ hóa chất nào để xác định radon

– Khả năng phục hồi trạng thái đo nhanh [6]

2.4.4 Nhƣợc điểm

Quá trình đưa mẫu vào cốc phải cẩn thận vì có thể làm thất thoát radon [6]

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1 Quy trình đo radon trong nước

3.1.1 Thiết lập cấu hình - các chế độ đo

Chọn giao thức (Set up Protocol) là bước thiết lập các thông số làm việc cho máy Ta chỉ cần cài đặt một lần duy nhất cho toàn bộ thí nghiệm trong khóa luận Các thí nghiệm được thực hiện trong khóa luận với giao thức cơ bản trong bảng 3.1

Bảng 3.1 Giao thức chọn đo nồng độ radon trong nước Giao

Trạng thái máy > Test/

Nhấn → hai lần/ Set up/

Xác định nồng độ radon trong nước tương ứng với cốc 40 ml

nhấn → 5 lần/ Set up Pump/ Enter/ Chọn Auto/ Enter

máy và lấy mẫu khí Sau đó,

cứ sau 5 phút máy bơm chạy 1 phút cho đến khi kết thúc chu kỳ

Xem

trạng thái

đang hoạt

động

Trạng thái máy >Test/

Enter/ Test Status/

Enter/ Dùng mũi tên

→ và ← để xem các thông số

Các thông số của Test Status gồm có:

* Màn hình 1:

– Chu kì đang đo – Chế độ đo (Wat - 40) – Thời gian đo (đếm ngược) – Số đếm

* Màn hình 2: (nhấn →) – Tên chu kì vừa đo xong – Nồng độ radon và sai số

* Màn hình 3: (nhấn → tiếp)

– Nhiệt độ – Độ ẩm tương đối (RH (%))

– Trạng thái pin (Battery (B))

– Trạng thái dòng điện cho máy bơm (P), có giá trị từ

0 mA đến 80 mA

* Các màn hình tiếp theo (nhấn → tiếp nhiều lần): các thông tin khác

Dữ liệu

(Data)

+/ Data Read

+/ Data Print

Trạng thái máy >Test/

Nhấn →/Data/ Enter/

Data /Read/ Chọn số thứ tự đo/ Enter Trạng thái máy >Test/

Để thực hiện thí nghiệm ta cần chuẩn bị:

– Chất chống ẩm: làm cho không khí đạt độ ẩm cần thiết khi vào RAD7 Nếu không, sẽ làm sai lệch kết quả đo và có thể gây hư hại máy

– Khi đo mẫu nước, ta luôn luôn dùng ống làm khô loại nhỏ vì việc chuẩn máy được tính với ống làm khô này Nếu dùng ống làm khô loại lớn, kết quả đo sẽ sai vì làm loãng nồng độ radon

– Khi chất làm khô đổi màu từ xanh sang hồng có nghĩa là khả năng làm khô

đã hết Ta cần sấy trong nhiệt độ 2000

C trong hai tiếng đồng hồ, khi nào chất làm khô chuyển từ hồng sang xanh là đạt yêu cầu

– Ngoài ra, cần kiểm tra các bộ phận khác như: dây dẫn, lọ nước 40 ml, máy

in, kết nối điện cho RAD7,…

– Chuẩn bị mẫu: nhốt mẫu vào trong nước cất như hình 3.3 Dán nhãn có các thông tin về mẫu lên cốc đo để tránh nhầm lẫn

Hình 3.3 Nhốt nguồn NIST vào trong nước cất lọ 40 ml 3.1.3 Sấy máy

Trước khi đo, cần phải làm sạch radon trong máy và làm khô máy

Yêu cầu về độ ẩm tương đối của máy trong suốt quá trình đo một mẫu nước không được vượt quá 20% Do có sự ảnh hưởng của hơi nước nên độ ẩm tương đối

Hình 3.2 Chất hút ẩm đạt yêu cầu Hình 3.1 Máy sấy

Nguồn NIST

Lọ 40 ml

sẽ tăng dần theo thời gian Do đó, việc sấy máy lúc đầu là hết sức cần thiết, sao cho

độ ẩm đạt mức thấp nhất có thể Theo kinh nghiệm, ta nên sấy máy sao cho độ ẩm tương đối dưới 6% thì có thể làm thí nghiệm Thêm vào đó, việc sấy máy sẽ làm sạch nhanh chóng khí phóng xạ và sản phẩm phóng xạ trong buồng đo, đảm bảo chính xác cho kết quả đo

Để đảm bảo yêu cầu trên một cách tốt nhất, ta cần thực hiện:

– Để nhiệt độ (máy lạnh) đảm bảo từ 200C trở xuống

– ơm không khí khô

– Tạo chu trình sấy khép kín

Cách làm: Thao tác trên máy như sau >Test/ ENTER/ Nhấn → 4 lần/ Test Purge/ ENTER Lúc đó, khí tự nhiên (là khí sạch, khô và không chứa radon) sẽ đi vào đầu thu của máy Thông thường, ta sử dụng đầu lọc và ống làm khô loại nhỏ Tuy nhiên, để tiết kiệm chất chống ẩm, ta nối RAD7 với ống làm khô loại lớn theo quy trình khép kín (hình 3.4)

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

Kết thúc việc sấy máy, ta nhấn nút Yes (Sau câu hỏi Stop purge? Trong màn hình) hoặc nhấn phím MENU Kiểm tra bằng cách nhấn phím ENTER hai lần, nhấn

phím mũi tên qua phải (→) hai lần để xem độ ẩm tương đối bên trong máy (RH) Nếu chưa đạt yêu cầu thì phải tiếp tục bơm

3.1.4 Vận hành máy RAD7

– Lắp đặt thiết bị như hình 3.5

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

Trong hình 3.5: (a) là máy RAD7 với màn hình và các phím làm việc; (b) là cốc nước 40 ml; (c) là ống hút ẩm loại nhỏ; (d) là khối ba đầu gắn đầu sục khí bằng tinh thể; (e) là đầu sục khí

Bắt đầu đo: Sau khi mọi thứ đã sẵn sàng, ta nhấn nút Menu > Test Test Start bắt đầu đo theo giao thức đã cài đặt Màn hình hiển thị: start counting, lúc này việc đếm đã được bắt đầu Màn hình trạng thái sẽ xuất hiện với thời gian chuyển động đếm ngược Lúc này, máy bơm sẽ được bơm trong 5 phút để lấy khí radon trong cốc nước và đưa vào máy RAD7, và cứ sau 5 phút bơm 1 phút đến khi kết thúc chu

kỳ Khi số đếm thời gian đến 0, RAD7 sẽ tự động tính nồng độ radon, lưu kết quả vào bộ nhớ và xoá số đếm trên màn hình và hiển thị thông số cho chu kì tiếp theo Chu kì mới được bắt đầu ngay sau khi chu kì trước kết thúc Nếu trong quá trình đo

(c)

(a)

(b) (d)

(e)

cần dừng lại thì chọn Test Stop, màn hình hiển thị Stop counting Sau mỗi một chu

kì, máy tự động in ra một bản kết quả của chu kì đó, và sau một lần đo (gồm sáu chu kì) sẽ có một bản kết quả tổng hợp tự động được in

– Kết thúc việc đo: sau khi kết thúc sáu chu kì có tín hiệu hết thời gian đo, ta xoay mở nắp cốc, nhấc đầu sục khí ra khỏi cốc sau đó bơm khí để đẩy nước ra khỏi đầu sục khí

– Để đo mẫu tiếp theo ta lặp lại thí nghiệm như trên từ bước sấy máy

3.1.5 Thu nhận kết quả từ RAD7

Kết quả sau khi đo sẽ thu được bằng máy in hoặc có thể truyền dữ liệu trực tiếp từ máy RAD7 qua máy tính Tất cả các dữ liệu (trừ phổ) được lưu trong bộ nhớ máy

Sau mỗi chu kì đo, máy in hồng ngoại sẽ tự động in một bản báo cáo ngắn Trong khóa luận này, phần lấy kết quả được truyền dữ liệu trực tiếp từ máy RAD7 qua máy tính

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