tổng quan các phương pháp phân tích 210po trong mẫu môi trường bằng hệ phổ kế alpha

trong khoảng thời gian giữa ngày tham chiếu chấ dấu và ngày tách polonium 210Po trong khoảng thời gian giữa lúc tách polonium và lúc bắ ờng f 3-Po Hệ s ều chỉnh s phân rã c a 210Po trong

- -NGUYỄN THỊ ÁNH TUYẾT

Đề tài:

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN

Lời cảm ơn

em

ba mẹ, chị, Con xin gửi lời cả ơ â ắ ến ba mẹ cùng toàn thể luôn bên con trong thời gian qua, ng hộ ộng viên con trong quá trình th c hiện lu n

Mặ ù gắng rất nhiều trong quá trình làm lu ắc chắn

sẽ không tránh khỏi thiếu sót, kính mong quý th y cô t n tình chỉ bảo Em xin chân thành cả ơ y cô

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 9

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ ALPHA VÀ POLONIUM 12

1 1 Cơ ở lý thuyết về bức x alpha 12

1.1.1 Gi i thiệu về phân rã alpha 12

1.1.2 Tính chất c a phân rã alpha 13

1 1 2 1 C ặ a phân rã alpha 13

1.1.2.2 Cấu trúc tinh tế c a phổ ng alpha 14

1 1 2 3 Đ ều kiện về i v i phân rã alpha 14

1 1 2 4 Cơ ế phân rã alpha 15

1.1.2.5 Vai trò c a bờ thế li tâm 16

1.2 Tổng quan về polonium 17

1.2.1 Gi i thiệu về polonium 17

1.2.1.1 Nguồn g c c a polonium 17

1 2 1 2 Sơ ồ phân rã v ồng vị phóng x c a 210Po 17

1.2.2 Tính hóa lý c a polonium 20

1.2.2.1 Polonium kim lo i 20

1.2.2.2 Tr ng thái oxi hóa 21

1.2.2.3 Những mu i hòa tan và không hòa tan trong polonium 21

1.2.2.4 Những h p chất polonium không hòa tan 21

1.2.3 Lắ ê ĩ k i bằ ơ ắ ng t ện phân 21

1.2.3.1 Kỹ thu t lắ ng t phát polonium lên bề mặt kim lo i 21

1.2.3.2 Kỹ thu ện phân polonium lên bề mặt kim lo i 23

1.2.4 210Po trong các m ờng 24

1.2.4.1 Nguồn g c c a 210P ờng 24

1.2.4.2 Bụi phóng x 210Po trong khí quyển 25

1.2.4.3 210P c ng c u ng 26

1.2.4.4 210P ất 26

1.2.4.5 210Po trong th c v t 27

1.2.4.6 210Po trong thu c lá 27

1.2.4.7 210Po trong th c phẩm nói chung 28

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ ĐO ALPHA ANALYS 30

2.1 Tiện ích 30

2.2 Buồng chân không 31

2.3 Detector 32

2.3.1 Detector PIPS 32

2.3.2 Detector Alpha PIPS 33

2.4 Bộ tiền khuế i 34

2.5 Bộ khuế i 35

2.6 Bộ ADC (bộ biế ổ ơ thành s ) 36

2 7 M â í ê ộ kê MCA 36

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 210 Po TRONG MẪU NƯỚC BẰNG HỆ PHỔ KẾ ALPHA 38

3.1 Mụ í 38

3.2 Nguyên tắc 39

3.3 Hóa chất và thiết bị 40

3.3.1 Tracers 40

3.3.2 Thiết bị 41

3.3.3 Hóa chất 41

3 4 P ơ 42

3.4.1 Chuẩn bị m u bằ ơ kết t x (M O2) 42

3.4.2 Tách hóa h c 42

3.4.2.1 Chiết bằng dung môi DDTC 43

3.4.2.2 Chiết suất sắc ký sử dụng nh ổi ion Sr 45

3.4.3 Chuẩn bị nguồn 47

3 5 Đ ờng 48

3.6 Biểu thức kết quả 48

3.6.1 Nồ ộ ho ộ c a 210Po vào ngày tách và sai s 48

3.6.2 Nồ ộ ho ộ c a 210Po vào ngày lấy m u và sai s 51

3.6.3 Gi i h n phát hiện 56

3.7 Kiểm soát chấ é 58

3.7.1 Sai s ơ i c ơ 58

3.7.2 Gi i h n lặp l i 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 1: CHUẨN BỊ HÓA CHẤT 62

PHỤ LỤC 2: CÁC CÔNG THỨC TÍNH SAI SỐ 63

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Multi Channel

Analyzer (MCA) Máy phân í ê ộ kê

Multi Channel Buffer

trong khoảng thời gian giữa ngày tham chiếu chấ dấu và ngày tách polonium

210Po trong khoảng thời

gian giữa lúc tách polonium và lúc bắ ờng

f 3-Po Hệ s ều chỉnh s phân rã c a 210Po trong thờ

209P c thêm vào [g]

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bả ồng vị phóng x c a polonium 17

Bảng 2.1 Bề dày cửa sổ detector PIPS, SSB 32

Bảng 2.2 Một s detector Alpha PIPS do hãng CANBERRA sản xuất 32

Bảng 2.3 Hai lo i tiền khuế i Si c a hãng CANBERRA 34

Bảng 2.4 Đặc tính c a bộ tiền khuế i 2004 34

Bảng 3.1 Kết quả â í ị ng các nguyên t ó c máy lấy từ các phòng thí nghiệm c a IAEA, Seibersdorf, Áo 37

Bảng 3.2 Kết quả kiể ộ lặp l i và hiệu suất thu hồi 56

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Phân rã alpha 11

Hình 1.2 Sơ ồ phân rã alpha c a 226Ra 12

Hình 1.3 Thế ơ t nhân và thế C i v i h t alpha 14

Hình 1.4 Chuỗi phân rã uranium 16

Hình 2.1 Sơ ồ kh i c a hệ Alpha Analyst 29

Hình 2.2 Phổ kế alpha 30

Hình 2.3 Bơ â k 30

Hình 2.4 Buồ ệ alpha 30

Hình 2.5 Detector PIPS 31

Hình 3.1 Sơ ồ kh i diễn tả quá trình tách hóa h c polonium bằ ơ

chiết sử dụng dung môi DDTC 43

Hình 3.2 Sơ ồ kh i diễn tả quá trình tách hóa h c polonium bằ ơ

chiết suất sắc ký sử dụng nh a ổi ion 45

Hình 3.3 Sơ ồ c a một bộ dụng cụ lắng t ộng 46

Hình 3.4 Phổ ng alpha c a 210Po và chấ ấu 209Po 47

Hình 3.5 Khoảng thời gian giữa ngày tham chiếu, ngày lấy m u, ngày tách hóa polonium ờng 47

ến tổ ơ ơ ệ th ng c ơ ể H u quả c a các tổ ơ này làm phát sinh những triệu chứng lâm sàng, có thể d ến tử vong Khi bức x alpha chiếu vào tế bào trong bất cứ n nào c a chu trình tế bào thì tế bào

ũ ị tổ ơ Các tế bào t o nên ơ ộng một cách

có hệ th ng Nếu tế bào mất khả ặc các chứ a tế bào bị h n chế ơ ũ ị ổi, gây nên các bệnh về hệ th ng t o ờng ruột, th n kinh, các bệnh Ngoài ra, bức x alpha là một trong những tác nhân â ột biến các thông tin di truyền Nó ứt gãy các dãy g c trong phân tử ADN Khi thông tin c a tế bào gi ng bị biế ổi và tế bào gi c thụ tinh thì thế hệ con cháu c ời bị chiếu x sẽ có khuyết t t di truyề ột biến

g ằng không Nguyên nhân d ến tử vong là do các h t alpha bắn phá nên

ơ ội t ng, phổi, th n và t x ơ a n n nhân sẽ bị h y ho i từ bên trong

210

Po phân b rộng rãi ờng Nó có khả ếp xúc v i con

ời thông qua ờng tiêu hóa ờng hô hấp Để tránh những tác h i c a bức

x alpha thì việc tiếp xúc v i bức x t quá gi i h ờng nên c giữ ở

mứ ộ càng thấp càng t t Vì v y, phân tích 210Po trong các m ờng là một việc làm rất c n thiết Hiện nay, một s phòng thí nghiệ ặ k ó k ể có

c kết quả y trong việ x ịnh 210Po Nên yêu c ặt ra là phải phát triển một t p h ơ ể x ịnh 210Po trong các m ờng Một trong nhữ ơ x ịnh ho t ộ c a 210Po là sử dụng c tách hóa 210Po và tiến hành ờng bằng hệ phổ kế alpha Việc ch ề “Tổng

quan các phương pháp phân tích 210 Po trong mẫu môi trường bằng hệ phổ kế alpha” nhằm ơ ổng quát ể x ịnh ho ộ phóng x c a 210Po trong các m ờng v ộ chính xác cao ơ Qua ó chúng ta có thể

c mứ ộ nguy h i c a 210

Po ờng có thể gây ra cho con

ời và kịp thờ a ra những biệ ể giảm thiểu việc tiếp xúc, hấp thụ bức

x alpha sinh ra do s phân rã c a 210Po

Lu 3 ơ i các nộ :

C ơ 1: ổng quan về bức x alpha và p C ơ ề quá trình phân rã alpha và các tính chất c a polonium

C ơ 2: Gi i thiệu về hệ Alpha Analyst t i phòng thí nghiệm bộ môn

V t lý H â ờ Đ i h c Khoa h c T nhiên thành ph Hồ Chí Minh Ph n này mô tả các thiết bị có trong hệ ờ ó ể sử dụ c dễ dàng

C ơ 3: Trình bày tổng quan về ơ â í 210Po trong m u

c bằng hệ phổ kế alpha

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ ALPHA VÀ POLONIUM

1.1 Cơ sở lý thuyết về bức xạ alpha

1.1.1 Giới thiệu về phân rã alpha

H t alpha gồm hai proton và hai neutron liên kết v i nhau gi t nhân

ó có thể viết là 4

2He ó ện tích bằng +2e và có kh ng g n bằng 4

l n kh ng nucleon H t alpha xuất hiện trong quá trình phân rã c a các h t nhân phóng x nặ … k quá trình phân rã alpha làm h t nhân ở tr k í í ó ẽ kè â ể giả ó

ng

Phân rã alpha xảy ra khi h t nhân phóng x có tỉ s N/Z quá thấp Khi xảy ra

phân rã alpha, h â u AZX chuyển thành h t nhân A-4Z-2X và phát ra h t alpha

Q là kh ơ ơ ng tổng cộng giải phóng khi phân

rã, bằng tổ ộng a h t nhân con và h t alpha Hai h t electron quỹ o bị

mấ k t nhân mẹ phân rã ra h t nhân con có s nguyên tử thấ ơ

H t alpha phát ra v x ịnh và suất ra c ị ó ng là

d ng phổ v ch â ờng kèm theo s phân rã gamma H 1 2 ơ ồ phân rã alpha và gamma c a h t nhân 226Ra v i 94,3%

1.1.2 Tính chất của phân rã alpha

1.1.2.1 Các đặc trưng của phân rã alpha

C ặ ng c a phân rã alpha là thời gian bán rã T1/2 c a h t

â c phân rã, ộ E y R c a h t alpha

Thời gian bán rã T1/2 x ịnh tr c tiếp nhờ é ộ suy giảm ho ộ theo thời gian hoặ x ịnh theo s phân rã trong mộ ơ ị thời gian hay từ quy lu t cân bằng thế kỷ Thời gian bán rã c a các h â â ổi

trong một dãy rất rộng từ vài giây ến vài tỉ 20482Pb có T1/2 = 1,4.107 còn 215Rn có T1/2 = 10-6 s

0

3,3%

γ

4,652 5,5%

α

4,785 94,4%

α

4,785

0,186

Ra226 88

N ng h t alpha có thể x ịnh bằng phổ kế từ hay buồ ó N

ng các h t ổi trong một dãy rất hẹ i v i các h t nhân nặng thì

ổi từ 4 ến 9MeV, v ó ất hiếm từ 2 ến 4,5MeV [1] Quãng ch y c a h c xá ịnh bằng buồng b W ũ

ơ ảnh D a vào hệ thức liên hệ giữ ng và quãng ch y, ta có công thức tính quãng ch y trong không khí 3 – 7cm là Rkk = 0,318.E3/2 ò ờng

v i h t nhân có s kh i A thì tính theo công thức R = 0,56.Rkk.A1/3 [1]

Tính chất quan tr ng nhất c a các h t nhân phân rã alpha là s phụ thuộc c a thời gian bán rã T1/2 ng E c a h t alpha bay ra Chẳng h ếu giả 1% ng thì có thể ời gian bán rã lên một b c, nếu giảm 10%

ng thì T1/2 ổi từ 2 ến 3 b c

S phụ thuộc c a T1/2 E â ịnh lu t Geiger - N :

E

DClgT1/2  

(1.3)

V i C và D là hằng s không phụ thuộc vào s kh i A

1.1.2.2 Cấu trúc tinh tế của phổ năng lượng alpha

D a vào việ ng giả ề ặ k kh é x ịnh

ng các h i v ồng vị khác c a một nguyên t ó Các h t alpha phát ra từ cùng mộ ồng vị sẽ ó K ó phổ ng là phổ ơ ắc Trong th c tế, một s h t nhân chỉ có một nhóm ứng v i một giá trị ũ ó ột s h t nhân phát ra nhiều h t alpha v k Đó í ấu trúc tinh tế c a phổ alpha

1.1.2.3 Điều kiện về năng lượng đối với phân rã alpha

Xét quá trình phân rã alpha theo công thứ (1 1) Để phân rã alpha xảy ra thì

ng liên kết c a h t nhân mẹ EA,Zphải nhỏ ơ ổ ng liên kết c a

h t nhân con EA-4,Z-2 và h t alpha Eα Tức là:

0E

EE

ΔE lk,A4,Z2  lk  lk,A,Z 

(1.4)

H t alpha ó ng liên kết là 28M V ó ng liên kết riêng trên một nucleon là 7MeV N ể phân rã alpha xả ng liên kết

riêng c a h t nhân mẹ phải nhỏ ơ 7MeV Vì v y các h t nhân nhẹ không thể phân

rã alpha vì n ng liên kết riêng c a chúng c 8MeV

1.1.2.4 Cơ chế phân rã alpha

Ba yếu t c í ế ơ ế â ờng thế Coulomb quanh h t nhân, l c ly tâm và cấu trúc h t nhân

- ờng thế Coulomb và hiệu ứ ờng ng m

Để giải thích s phụ thuộc m nh c a thời gian bán rã h â ng

h t alpha thì c n phả x xé ơ ế ể h t alpha thoát ra khỏi h t nhân Giả thuyết

g ấ c xem xét ến là coi h t alpha hình thành và tồn t i trong h t

â c khi thoát khỏi h t nhân H t alpha là h ện nên ngoài l ơ tác h t nhân còn chịu tác dụng c a l c Coulomb

Để giả ơ , ta giả sử h ừ ngoài vào Thế Coulomb do h â ơ ê ỉ lệ nghịch v i khoảng cách r theo biểu thức:

r

2ZeU

2 Coulomb

V(r)

2 1 2Z e r

k ổi bên trong h t nhân, chiều cao bờ thế Coulomb t i r = R = 10-12cm v i

Z = 100 là:

30MeV r

2Ze U

2

H t alpha phân rã từ các h t nhân nặ ó ng từ 4 ến 9MeV, tức là nhỏ ơ ều cao hàng rào thế ơ c cổ ển thì h t alpha không thể t ra rào thế ể ra ngoài, tức là không thể xảy ra quá trình phân rã alpha Tuy nhiên, theo

ơ ng tử thì h t alpha có thể truyền qua hàng rào thế Coulomb theo hiệu ứng ờng ng m

Giải bài toán về hiệu ứ ờng ng m ta thu c hệ s truyền qua D là [1]:

l n trong 1 giây [3] N y hằng s phân rã alpha bằng:

 = 1016s ≈ 109 Thời gian này là h p lý vì

nó vào c thời gian bán rã c a 238U

1.1.2.5 Vai trò của bờ thế li tâm

Nếu h t alpha bay ra v i l ≠ 0 thì nó phả t qua bờ thế ly tâm bổ sung ngoài thế Coulomb:

2

2 lt2mr

1)l(l

Bờ thế ly tâm này không l n lắm do giảm theo hàm 12

r trong lúc bờ thế

Coulomb giảm ch m ơ 1

r ộ ổi này còn chia cho hằng

s Planck trong hàm s ũ ê ó kể thời gian bán rã c a h t alpha [1]

1.2 Tổng quan về polonium

1.2.1 Giới thiệu về polonium

1.2.1.1 Nguồn gốc của polonium

Polonium c tìm ra bở P M C 1898 k kiếm ho ộ phóng x trong khoáng chất uranium và thorium H thấy rằng polonium ơ v i bitmut ó polonium c tách ra từ bitmut bằng s

â k

210

Po (RaF) có trong t nhiên trong chuỗi phóng x uranium - radium, tỷ s cân bằng c a uranium v i polonium là 1,19.1010 nên s t p trung c a polonium trong quặng uranium i 0,1mg/tấn

1.2.1.2 Sơ đồ phân rã và các đồng vị phóng xạ của 210 Po

226Ra

1,6 x 10 3

c a 206At

206Pb (α,3n)

209Bi( γ) 210

Bi→210Po Nhân con

c a 210Bi (RaE)

7,85 8,70

 Quá trình phân rã beta từ 210Bi

 Quá trình bắt electron từ 210At

 Quá trình phân rã alpha từ 214Rn

210P ũ ó ể c thu hồi từ mu i radium (khoảng 0,2mg polonium trên 1g radium t i vị trí cân bằng) và từ ng radon V i những thu n l i từ một s phản

ứng h â ờ ộ dòng neutron c a chúng, phản ứng 21083Bi( γ) Bi

1.2.2 Tính hóa lý của polonium

1.2.2.1 Polonium kim loại

Polonium kim lo i có màu xám b c Nó là kim lo i mềm và dễ bị tr x c Kim lo i polonium ơ m v i oxi ở nhiệ ộ phòng và s ơ giảm nhanh ở nhiệ ộ cao Vì v y, kim lo i polonium nguyên chấ ê c giữ trong chân không hoặ k í ơ

Khi polonium phân rã thì xảy ra một hiệu ứng nhiệt S phóng x alpha này

ả ở ến th y tinh và l chứa SiO2 â í ê â m cho các l này bị ễ v ơ

1.2.2.2 Trạng thái oxi hóa

Cấu hình electron c a nguyên t Po ở tr ơ ản là 5s25p65d106s16p4,

cấ ơ ấu hình c a Se và Te, tr ng thái oxi hóa vững bền ở các hóa trị -2, +2, +4, +6

1.2.2.3 Những muối hòa tan và không hòa tan trong polonium

Po hòa tan trong x HCl, HF, H2SO4 ể t o thành những mu i hòa : PoF2, PoCl2, PoCl4, PoBr4,

1.2.2.4 Những hợp chất polonium không hòa tan

Polonium hydroxit, polonium monosulfide, polonium formate, polonium tetraiodide

1.2.3 Lắng đọng polonium trên các đĩa kim loại bằng phương pháp lắng đọng tự phát và điện phân

Một trong nhữ ặ a ion Po2+ là dễ bị bị khử thành polonium kim

lo i trên bề mặt c a các kim lo platin (Pt), vàng (Au) và b c (Ag), hoặc các kim lo i ờng n ồng hoặc niken (Ni) ờng axit HCl,

CH3COOH, HNO3 loãng Một s B 2+, Pb2+ ũ ị lắ ng trong

ơ hóa h c polonium, vì v y chúng ta c n phải l a ch ều kiện thích h ể lo c khi tiến hành lắ ng polonium ê ĩ k

dụ ể ều chế 210Po kim lo i v ộ tinh khiết cao

1.2.3.1 Kỹ thuật lắng đọng tự phát polonium lên bề mặt kim loại

 Lắ ng polonium trên bề mặ ĩ b c

M kw ê ứu quá trình lắ ng polonium ê ĩ b c bằng các dung dị x ơ HC CH3COOH L p polonium c t o thành trên

bề mặ ĩ b c có thành ph n khá phức t ờ ó a l p oxit polonium mỏng Oxit polonium có chứa một hoặc nhiều nguyên tử oxi T ộ lắng

ng polonium lên bề mặ ĩ ở nhiệ ộ 85 – 900

C S ảnh ởng c a các ion kim lo ó ị (các ion này vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử) ặc biệt là ion Fe3+ ến hiệu suất lắ ng t phát c a polonium lên bề mặt

ũ c nghiên cứu Mộ ng rất nhỏ ion Fe3+ trong dung dị ù ể

lắ ng polonium ũ ả kể hiệu suất lắ Để khắc phụ ều

ó ời ta phải lo i bỏ ả ởng c a Fe3+

bằng cách sục khí SO2 hoặc cho một ít tinh thể axit C6H8O6 vào dung dịch lắ ng

Khi có mặt mộ ng nhỏ axit HCl trong dung dịch axit CH3COOH ũ ó thể ộ lắ ng c a polonium lên bề mặ ĩ b c

 Lắ ng polonium trên bề mặ ĩ ồng (Cu)

Kim lo ồ ờ c sử dụ ể lắ ng polonium c sinh ra từ s phân rã c a radium hoặc c a 210Pb Polonium lắ ng trên bề mặt kim lo i ồng ờng chứa mộ ng vết RaE và không giữ c lâu vì ồng dễ bị oxi hóa ngoài

k k í ờng thấy xuất hiện mu i clorua trên bề mặ ĩ

 Lắ ng polonium trên bề mặ ĩ niken (Ni)

L ng vết polonium (c miligam) hoặc l ơ ó ể lắ ng trên bề mặt kim lo i Ni trong dung dịch axit HCl có nồ ộ từ 0,1 – 1M Có thể lắ ng polonium bằ ơ ó c trên bề mặt Ni trong dung dịch axit HNO3loãng L ng vết RaE và RaF ũ ị lắ ng trong cùng mộ ều kiện lắng

ng t phát v i polonium

 Lắ ng polonium trên bề mặt kim lo i bitmut (Bi)

Polonium lắ ng t phát ch m trên bề mặt kim lo i bitmut trong dung dịch axit HCl hoặc H2SO4 và làm cho kim lo i bitmut ó ồ P ơ

c sử dụ ể tách plonium ra khỏi m u Bitmut c chiếu x trên nguồn neutron M u bitmut ếu x c hòa tan trong hỗn h p axit HCl-HNO3 Cho một m u nhỏ kim lo i bitmut k i axit HNO3 Q c lặp

l i nhiều l n sẽ c polonium i d ng tinh khiết

 Lắ ng polonium trên bề mặt c a kim lo i quý

Các kim lo vàng (Au), platin (Pt), paladi (Pd) có thể c sử dụng

ể lắ ng polonium ơ hóa h c khi có mặt chất khử Ví dụ, khí h c sử dụ ột tác nhân khử Bằ ơ ắ ng trên

bề mặt kim lo i quý v i s khử sử dụng khí hydro làm tác nhân khử có thể c polonium ó ộ tinh khiế ờng h p sử dụng kim lo i vàng ể lắng

ng polonium, mộ ng thiourea (SC(NH2)2) c thêm vào dung dịch axit HCl 1M ể tách hoàn toàn RaF ra khỏi polonium

1.2.3.2 Kỹ thuật điện phân polonium lên bề mặt kim loại

L ng vết polonium trong dung dịch axit CH3COOH và trong dung dịch axit trichloroacetic lắ ng trên catot bằng platin ở m ộ dòng 4µA/cm2

Dung dịch axit HNO3 c sử dụ ể ện phân polonium khi có mặt chì

V ều kiện này thì chì lắ ng trên anot còn polonium lắ ng trên catot làm bằng kim lo Để ệu suất lắ ng polonium ời ta thiết kế hệ ện

c c quay v i m ộ ò ện bằng 30µA/cm2

L ng l n polonium có thể m ện phân từ các dung dịch HNO3 có nồ ộ khác nhau Polonium v ộ tinh khiết cao có thể ều kiện m thông ờng ở ện thế 0V, v ện c c Calomel trong dung dịch HNO3 1,5M

Đ ện phân polonium từ dung dị HC ò ỏi phải hết sức cẩn th ện

c c anot bằng platin dễ bị ò ó i lắ ng kim lo i platin ê Để khắc phụ ề ời ta thay platin bằ ể ện c c anot

M ện phân polonium bằng các dung dịch axit H2SO4, H3PO4, HClO4 bị cản trở vì polonium có ộ tan rất thấp trong môi ờng các axit này Khi sử dụng axit

HF ể ờ ện phân thì polonium lắ ng khá t t trên catot Một s axit hữ ơ ũ c nghiên cứu ể ờ ện phân Tuy nhiên, quá trình m ện phân khi sử dụng các axit hữ ơ ất nhiều thời gian và chấ ng

l p m không t t

1.2.4 210 Po trong các mẫu môi trường

1.2.4.1 Nguồn gốc của 210 Po trong môi trường

Nguyên nhân d ến s hiện diện c a 210Po trong những l ất sâu và trong khoáng chất là do s phân rã c a các h t nhân phóng x trong chuỗi phân rã 238U:

238U → 234Th → 234Pa → 234U → 230Th → 226Ra → 222Rn

222Rn c khuếch tán từ ấ ến b u không khí L ng 222Rn thoát vào không

khí có thể biế ổi trong khoảng 18 - 87% tùy thuộc vào lo ất [6] V i thời gian bán rã là 3,82 ngày, 222R â ể t o thành các h t nhân con có thời gian s ng ngắn:

222Rn → 218Po → 214Pb → 214Bi → 214Po Các h t nhân phóng x này bám vào các ph n tử khí Sau ó hững h t khí

c mang trở l i bề mặt c a Trái Đất thông qua s lắ ng c a 210Pb và 210

Bi từ bụi phóng x Sau khi trở l i bề mặ Đất thì nhữ ồng vị phóng x này tiếp tụ â ể t o ra 210Po

Các sản phẩm phân rã sau 214Po là các h t nhân phóng x tồn t â :

c a 210Pb, 210Bi và 210Po là nguyên nhân d ến s nhiễm x c a th c v t và các

l ất trên cùng ó thu c lá là một trong những th c v t trên mặ ất có chứa ho ộ phóng x c a 210Po và 210Pb cao Các nghiên cứu về nồ ộ c a 210Po trong th c v ỉ ra rằng nồ ộ c a nó phụ thuộ ịa chất ều kiện khí

h ều kiện nông nghiệp

Một s ho ộng c ờ ũ ó n làm phát sinh 210Po trong ờng 210P c phát tán vào khí quyển trong quá trình tphat

ể sản xuất nguyên t photpho Các việc làm c ờ ặc than bùn và các vụ nổ h â í ó ó í ơ 1% ng 222

Rn và 210Pb trong khí quyển [6] Việc thải tr c tiếp chất thải t o ra trong quá trình

xử ờng và việc sử dụng các phân bón photphat ảnh

ở ến mứ ộ 210Pb và 210P ất và tr í c Ngành công nghiệp photphat c cho là một nguyên nhân quan tr ng trong việ 210Pb

và 210P ờng xung quanh Việc sử dụng phân bón hữ ơ c sản xuất từ it là lo nhiên chứa uranium ũ ng 210

Po trong th c v ờng xung quanh

1.2.4.2 Bụi phóng xạ 210 Po trong khí quyển

Trong khí quyển, nồ ộ c a 222Rn giả ều theo chiều cao 222R â ể

t o thành h t nhân con có thời gian s ng ngắn:

Rn ở ộ cao khoảng 50m Nồ ộ ho ộ c a 222Rn và các sản phẩm phân rã có thời gian s ng ngắn c a nó trong không khí g n bề mặt Trái Đấ ( ộ cao từ 1 ến 10m so v i mặ ất) là khoảng 7 - 2Bq/m3 [6]

Các sản phẩm phân rã sau 214Po là các h t nhân phóng x tồn t â :

Ho ộ phóng x c a các các h t nhân phóng x ều cao và trong t ồ ộ ho ộ c a 210Po ở mức t v i giá trị là 1,9Bq/m3[6]

Thời gian tồn t i c a 210Po trong khí quyể ổi từ 15 ến 75 ngày v i giá

trị trung bình là 26  3 ngày [6] Nồ ộ ho ộ c a 210Po trong không khí trên

mặ ất nằm trong ph m vi là 0,03 – 0,3Bq/m3 [6] L ng 210Po trong không khí có thể ổi liên tục phụ thuộc vào các yếu t ị í ịa lý

1.2.4.3 210 Po trong nước ngầm và nước uống

Ho ộ phóng x c a 210Po c ộ sâu c a nguồ c Ho t

ộ phóng x c a 210Pb và 210P c kiểm tra trong nhiều nguồ c u ng khác nhau ở Ph n Lan [6] Kết quả kiểm tra cho thấy nồ ộ ho ộ c a 210Po trong các

m u c giếng khoan là cao nhất v i giá trị là 48mBq/L [6] Nồ ộ ho ộ c a

210P c giế thấ ơ ều và có giá trị là 13mBq/L [6]

c ng m, 210Po tồn t i ở cả hai tr ò c và h t không hòa tan S ng h t 210Po không hòa tan phụ thuộc vào nồ ộ ph i h p

c a sắt và mangan và chất mùn ó c [6]

210Po là một trong nhữ ồng vị ó ó ó ng nhất trong liều hiệu

dụng c a ồng vị phóng x c hấp thu từ c u ng Một nghiên cứu ở Ý cho kết quả về ph iề ng ó ó c a các h t nhân phóng x trong

c u ng là: 48% từ ồng vị radium (224Ra, 226Ra và 228Ra), 31% từ 210

Cũ c v k ồng vị phóng x c hấp thụ vào trong thu c lá bằ ờng là hấp thu tr c tiếp qua rễ cây và s lắ ng c a các ồng vị có trong khí quyển Việc sử dụng các lo i phân bón có chứ ể bón cây làm ả ởng l ến nồ ộ c a 210Po có trong thu c lá [6] Ngoài ra,

nồ ộ c a 210Po trong thu c lá còn phụ thuộ ều kiện khí h ấ và quá trình sản xuất

Khi hút thu c, 210Po bị b ơ Vì v y, ho t ộ phóng x c a 210P trong tro thu c thấp ơ so v i tổ ng trong mộ ếu thu t Hàm

ng 210Po trong tro bằng khoảng 4 - 65% ng trong thu ơ , v i giá trị trung bình 26 24% tùy vào lo i thu c [6] S khác biệt c a nhiệ ộ t thu c

lá (500 - 7000C) ng 210Po có trong khói thu c ổi Khi hút thu c, khói thu c í ơ ể [6] D ó ộ phóng x c a 210Po ơ ể

do hít khói từ việc hút một ếu thu c có s ổ kể, ho ộ này có giá trị ộng trong khoảng 2 - 23mBq v i mức trung bình là 10 6mBq [6]

Mộ ời hút thu c ít (3 ếu mỗi ngày) thì hít vào khoảng 10Bq mỗ

ơ ứng v i liều hiệu dụng 11µSv/ [6] Đ i v ời hút thu c nhiề (30 ếu mỗi ngày) thì liều hiệu dụng khoảng 100µSv/ [6]

210Po trong thu c lá có thể â ời hút thu c lá các bệ

phổi, bệnh thắt cu ng phổi Đ i vờ ời hút thu ng 210Po ê ở các bộ ph n c tiểu, gan, lách, tụy và các tuyến sinh h c [7] Thu c lá không chỉ ả ở ến sức khỏe c a nhữ ời hút thu c mà còn ảnh

ở ến nhữ ời không hút thu c do hít phải khói thu c [7]

1.2.4.7 210 Po trong thực phẩm nói chung

Một trong những nguyên nhân d ến s tồn t i c a 210P ơ ể con

ời là do việc tiêu hóa những th c phẩm có chứ ồng vị phóng x này

Các nghiên cứu về nồ ộ c a 210Po và 210Pb trong th c phẩ chỉ ra rằng nồ ộ c a chúng phụ thuộ ịa chấ ều kiện khí h ều kiện nông nghiệp S lắ ng c a 210Po lên th c v ê â

ho ộ c a nó trong th c v t [6]

L ng 210Po trung bình hấp thu từ chế ộ ng hàng ngày c ờ ởng thành trong dân s thế gi c tính là 160mB / ơ ứng v i liều hiệu dụng 70µS /

Các chuỗi thứ k có chứa ng 210Po ở những mứ ộ khác nhau trong ph m vi từ 40 ến 400mBq mỗ ơ ứng v i mộ ng hấp thu hàng

k ảng 10 - 100Bq [6] Liều hiệu dụng hằ c a 210Po c tìm thấy trong bữ ờng là 95µSv/ và trong bữ 50µSv/ [6]

Kết quả nghiên cứu ho ộ phóng x c a 210Po trong các m u thứ cho thấy ho ộ phóng x c a 210Po trong các chuỗi thứ ển ơ so v i các thứ có nguồn g c từ mặ ất [6] Các m u cá và tôm có chứa ho ộ 210Po cao

ơ kể so v i các m u rau và g o Do ho ộ phóng x c a 210

Po có trong hải

sả ơ kể so v i trong th c phẩm chay nên liề ộng vào

ời tiêu thụ nhiều hải sản có thể ơ ừ 5 - 15 l n [6]

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ ĐO ALPHA ANALYST

2.1 Tiện ích

Phổ kế alpha có vai trò quan tr ĩ c v t lý h t nhân Việc xác ịnh các h â ặc tính c a môi ờng và bảo vệ bức x Vì v y phổ kế alpha liên tụ c phát triển và hoàn thiện Ngày nay, phổ kế ộ chính xác và ổ ịnh cao

Hệ A A ết bị ệ i do hãng CANBERRA sản xuất Tính chất c a hệ A A t alpha trong miề ng thấp nên nó phù h p v i các m ờng phát ra alpha[3]

Các thao tác c â í xử lý khi dùng hệ A Analyst ch yế c th c hiện trên máy tính bằng ph n mềm ứng dụng: Genie –

2000 Alpha Acqiisition & Analyst V i ều kiện m c chuẩn bị t t c

k ệ Trong hệ c bảo vệ an toàn trong buồng chân không,

bả ảm s h t alpha phát ra từ m u bằng s h â c Nói chung hệ Alpha Analyst có hiệu suấ ộ chính xác c k ó x alpha Các bộ ph n chính c a hệ Alpha Analyst c thể hiệ ơ ồ kh i ở hình 2.1

Hình 2.1 Sơ ồ kh i c a hệ Alpha Analyst

`

PC Máy tính

PC card

Bơ chân không

i

Cao thế

M u

Buồng

2.2 Buồng chân không

H t alpha rất dễ bị mất ng nên hệ c thiết kế ể giảm t i thiểu

s mấ ng c a h ờng Để ề ó ệc hút chân không là c c kỳ quan tr ng Buồng chứa m c a hệ Alpha Analyst có khả â k t và nhanh Áp suất chân không có thể t t i 0,01 torr [3] K ó ó ể x ờng trong buồ là chân không hoàn toàn

Buồ â k c thiết kế ể ó k ều nhau, khe cu i cùng cách detector một khoảng cách nhấ ị ể ảm bả u dò khỏi

bị i và kéo dài thời gian sử dụng V k ều nhau ta có thể ổi khoảng cách giữa m detector theo ý mu n Trong buồ ờng chúng ta phải ù ể ặn s gi t lùi c a h t alpha trong quá trình

h t phát ra từ m ến detector Nhờ ó ảm thiể c s giao thoa và nhiễu tín hiệ k

Hình 2.2 Phổ kế alpha

Hình 2.3 Bơ â k Hình 2.4 Buồng ệ alpha

2.3 Detector

2.3.1 Detector PIPS

Vì hệ ù ể t alpha (h ệ ơ ) nên sử dụng detector bán d n silic Hệ A A ãng CANBERRA sản xuất, sử dụng detector PIPS (detector silic nuôi cấy ion thụ ộng)

Hình 2.5 Detector PIPS

Nguyên tắc chế t o detector PIPS c a hã CANBERRA ũ ơ các detector bán d k ó c cải tiế ể có hiệu quả t ơ Detector PIPS có nhữ ế nổi b t sau [3]:

 Tất cả lề tiếp xúc không sử dụng chất bịt kín epoxy

 Các tiế x c nuôi cấ ể hình thành tiếp xúc d ứng mỏng, chính

x ộ phân giải phổ alpha t t

ơ i khoảng cách detector v i nguồ ể t hiệu suấ t yêu c i v i phổ

kế alpha phông thấp