Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố phóng xạ trong không khí tại hà nội năm 2013

Bảng 1.5 Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người Bảng 2.1 Năng lượng và hệ số phân nhánh của một số vạch gamma đặc trưng của một số nguyên tố dùng trong luận văn

Phụ lục

MỞ ĐẦU……….6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ……… …9

1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ô NHIỄM KHÔNG

KHÍ……… 9 1.1 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên……….10 1.2 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo………11

1.2 TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM CÓ TRONG KHÔNG KHÍ………12

1.2.1 Tác hại của các chất ô nhiễm có trong không khí……… …13 1.2.2 Tác hại của các chất phóng xạ có trong không khí……….14 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT NAM.……… ……… …18 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí trên Thế Giới……… …19 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí ở Việt Nam………20 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM………21 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ……….21 2.2 XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA……… ……….22 2.2.1 Dịch chuyển gamma-Hệ số phân nhánh……… …22 2.2.2 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma…………24 2.3 HỆ PHỔ KẾ GAMMA BÁN DẪN ORTEC……… 30

2.3.1 Sơ đồ khối của hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC………30 2.3.2 Phần mêm ghi nhận và xử lý phổ MAESTRO 2.2……… 32

2.3.3 Detector và hệ che chắn làm lạnh……….33

2.4 PHƯƠNG PHÁP LẤY VÀ TẠO MẪU ĐO……….…34

2.4.1 Cách lấy mẫu………34

2.4.2 Xác định hoạt độ phóng xạ của các chất trên phin lọc……….36

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIÊM, THẢO LUẬN……… ……40

3.1 LẤY MẪU KHÍ TẠO TIÊU BẢN ĐO……… ……40

3.2 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT GHI VỚI MẪU SOL KHÍ …42

3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHÓNG XẠ TRONG KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM 2013……….48

KẾT LUẬN………58

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1 Nguồn gốc của các chất gây ô nhiễm trong không khí

Bảng 1.2 Mức độ ảnh hưởng của liều chiếu khác nhau vào các khu vực khác

nhau

Bảng 1.3 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong các bộ phận của cơ

thể con người

Bảng 1.4 Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các

nguồn chiếu xạ khác nhau

Bảng 1.5 Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người

Bảng 2.1 Năng lượng và hệ số phân nhánh của một số vạch gamma đặc trưng

của một số nguyên tố dùng trong luận vănBảng 2.2 Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự

nhiên phát ra

Bảng 3.1 Một số thông số của mẫu khí

Bảng 3.2

Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và tốc

độ đếm của các bức xạ gamma được chọn để tính hiệu suất ghi của mẫu chuẩn

Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và tốc

độ đếm phông tại các đỉnh bức xạ gamma đặc trưngBảng 3.4 Kết quả tính toán hiệu suất ghi của đỉnh năng lượng của các bức xạ

gammaBảng 3.5 Hệ số khớp hàm tương ứng

Bảng 3.6

Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, tốc độđếm, hiệu suất ghi, hoạt độ và hoạt độ riêng của đồng vị phóng xạ trong mẫu MT1

Bảng 3.7

Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, tốc độđếm, hiệu suất ghi, hoạt độ và hoạt độ riêng của đồng vị phóng xạ trong mẫu MT2

Bảng 3.8 Hoạt độ riêng của 7Be trong hai mẫu sol khí MT1 và MT2

Bảng 3.9

Kết quả hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố phóng xạ trong

12 mẫu MT1, MT2, MT3, MT4, MT5,MT6, MT7, MT8, MT9, MT10,MT11, MT12

Danh mục hình vẽ

Hình 2.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC

Hình 2.2 Buồng chì ORTEC trong hệ phổ kế gamma phông thấp ORTEC

Hình 2.3 Máy hút khí Taifu

Hình 2.4 Phễu đặt giấy lọc sol khí

Hình 3.1 Phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 khối lượng 11,3g đo trên hệ phổ

kế gamma bán dẫn ORTEC trong thời gian 85157,14 s

Hình 3.2 Phổ gamma đo phông trên hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC trong

Hình 3.5

Phổ gamma của mẫu sol khí MT2 đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thuộc Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

LỜI CẢM ƠN

Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Quang Miên – Viện Khảo cổ học đãđóng góp rất nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn thành tốt các nội dung của luận văn;PGS.TS Bùi Văn Loát – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện thuậnlợi để tác giả tiến hành đo và xử lí các kết quả hoạt độ phóng xạ trong các mẫu mà luậnvăn đã tiến hành thực hiện; Cán bộ Viện hóa học môi trường quân sự - Bộ tư lệnh quân

sự đã giúp đỡ tác giả tiến hành thu thập, xử lý, tạo tiêu bản đo và tiến hành đo một sốmẫu Các cán bộ giảng viên bộ môn vật lý hạt nhân – Trường Đại học Khoa học Tựnhiên cũng đã đóng góp nhiều ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn

Tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp, cácnhà nghiên cứu và bạn đọc để luận văn ngày càng hoàn thiện hơn và đóng góp đượcvào các công tác nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực tác giả nghiên cứu

Hà Nội, Ngày 20 tháng 8 năm 2014

Tác giả

MỞ ĐẦU

Trong hệ thống sự sống của quần thể sinh vật trên Trái Đất, không khí là nhân

tố quan trọng không thể thiếu Nhưng ngày nay, không khí đang ô nhiễm trầm trọng,những tác hại của ô nhiễm không khí đang ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của toàn bộ

hệ sinh thái, trong đó có loài người chúng ta

Công tác bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn không khí đã và đang được cấp báchtriển khai hơn bao giờ hết Nước ta cũng đã và đang đẩy mạnh công tác chống ô nhiễm

và suy thoái môi trường Mặc dù vậy, môi trường không khí ở nước ta vẫn đang tồn tạidấu hiệu đáng lo ngại Ngày nay, rất nhiều các hoạt động gây ô nhiễm diễn ra và thảivào môi trường một lượng lớn bụi khí, trong đó có cả bụi phóng xạ

Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra [2,3,9] trong nước, không khí, thực vật,động vật và cơ thể con người đều chứa các đồng vị phóng xạ Khi nghiên cứu đánh giáliều chiếu hàng năm đến con người, không khí đóng vai trò không hề nhỏ Không khí

là một trong những điều kiện quyết định sự tồn tại của động thực vật trên trái đất trong

đó có con người vì vậy việc không khí có chứa các chất phóng xạ có sự ảnh hưởng vôcùng lớn đến đời sống của con người Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên cũng như cácnguyên tố phóng xạ nhân tạo có trong không khí là nguyên nhân quan trọng gây rachiếu xạ trong cũng như chiếu xạ ngoài cho con người

Theo các tài liệu về an toàn bức xạ hạt nhân thì liều chiếu tổng cộng hàng năm

do Rn222 và dòng con cháu của nó đóng góp cỡ 45 – 50% Vì vậy Hoạt độ Radon trongmôi trường rất được quan tâm Cùng với các đồng vị phóng xạ trong không khí Radon

và sản phẩm con cháu của nó là nguồn gốc chủ yếu gây ra bức xạ chiếu trong theo conđường hô hấp, ăn uống

Nguyên tố phóng xạ tự nhiên có rất sớm, có thể cùng tuổi với vũ trụ Các chấtphóng xạ tự nhiên này gồm các hạt nhân trong các chuỗi uranium (U), thorium (Th)kali (K) và các hạt nhân beli (Be) Vì thế mà trong không khí cũng chứa một lượngphóng xạ tự nhiên nhất định Ngày này nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà

đời sống của con người ngày càng được nâng cao nhưng kèm theo đó là sự ô nhiễmmôi trường ngày càng lớn, đặc biệt là sự ô nhiễm phóng xạ trong không khí

Hiện nay ngày càng có nhiều nguồn phóng xạ thải ra không khí đặc biệt là cácnguồn phóng xạ nhân tạo các hoạt động khai thác quặng hay sự phát triển của ngànhnăng lượng hạt nhân mà nguy cơ ô nhiễm phóng xạ trở nên cấp thiết và nguy hiểm, đặcbiệt các sự cố hạt nhân xảy ra tại nhật bản đã khiến cho tất cả các nước phải quan tâmhơn nữa đến ô nhiễm phóng xạ đặc biệt là ô nhiễm phóng xạ trong không khí

Nghiên cứu các nhân phóng xạ có trong môi trường không khí không những thuthập các số liệu để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người mà còn cóthể sử dụng chúng như những chất đánh dấu tự nhiên để nghiên cứu quá trình biến đổicủa môi trường Do đặc điểm phổ bức xạ gamma của các đồng vị phóng xạ phát ra làgián đoạn, có năng lượng hoàn toàn đặc trưng cho đồng vị phóng xạ đó Đồng thời bức

xạ gamma có khả năng đâm xuyên lớn nên trong địa chất cũng như trong địa vật lýmôi trường khi nghiên cứu đánh giá các nguyên tố phóng xạ trong không khí thườngdùng phương pháp phổ gamma Ngày nay với công nghệ chế tạo đetectơ ngày càngphát triển và hoàn thiện các đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết có độ phân giải năng lượngcao, đã được chế tạo để giải quyết các bài toán nghiên cứu hạt nhân cũng như phân tíchhoạt độ phóng xạ của các mẫu môi trường, trong đó có mẫu không khí Độ chính xáccủa các phép đo hoạt độ phụ thuộc nhiều yếu tố như quá trình lấy mẫu và sử lý mẫu,quá trình đo phổ gamma mẫu phân tích xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, đomẫu chuẩn và xây dựng đường cong hiệu suất ghi Để giảm sai số mỗi phép đo phôngcũng như đo mẫu cần phải tiến hành trong thời gian đủ lớn để giảm sai số thông kê,mẫu chuẩn và mẫu phân tích có cấu hình và thành phần chất nền gần nhau Thôngthường do mẫu môi trường có hoạt độ phóng xạ nhỏ nên để giảm sai số thống kê khixác định diện tích hấp thụ toàn phần thường ta phải tăng thời gian đo và tăng khốilượng mẫu đo

Sol khí – một dạng bụi khí lơ lửng là một trong những chất gây ô nhiễm ảnhhưởng rất lớn tới sức khỏe con người Những hạt bụi có kích thước rất nhỏ dưới 10µm

và đặc biệt dưới 2,5µm xâm nhập trực tiếp qua hệ hô hấp

Trong hướng nghiên cứu nhiễm bẩn phóng xạ môi trường, hướng nghiên cứuhoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ trong không khí cũng được quantâm thích đáng

Đặc biệt ở Trung tâm Công nghệ Môi trường, Viện Hóa học Quân sự có trạmnghiên cứu độ phóng xạ trong không khí nhằm phát hiện các sự cố hạt nhân Các đốitượng quan tâm là 131I, 137Cs, các sản phẩm của sự cố hạt nhân

Về mặt lý thuyết, bản Luận văn có nhiệm vụ đánh giá phân tích tổng quan quátrình gây ô nhiễm, trong đó có ô nhiễm phóng xạ trong không khí, tìm hiểu cơ cở vật

lý, phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một sốđồng vị phóng xạ trong không khí, cụ thể là các đồng vị phóng xạ tự nhiên như U, Rn,

Th, K và một vài nguyên tố như Be, Cs Về thực nghiệm tiến hành xây dựng đườngcong hiệu suất ghi ứng với đỉnh hấp thụ toàn phần tương ứng với mẫu khí và tiến hànhphân tích hoạt độ phóng xạ riêng của một số mẫu không khí tại Hà Nội

Bản Luận văn với tên gọi “Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố phóng xạ trong không khí tại Hà Nội năm 2013 ” dài 59 trang gồm 9 hình

vẽ, 16 bảng biểu và 16 tài liệu tham khảo

Ngoài phần mở đầu và kết luận bản Luận văn chia thành ba chương:

CHƯƠNG 1 Tổng quan về ô nhiễm không khí.

CHƯƠNG 2 Thiết bị và phương pháp thực nghiệm

CHƯƠNG 3 Kết quả thực nghiệm, Thảo luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ.

1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

Cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa học kỹ thuật, tốc độ đô thị hóa ngàycàng nhanh kéo theo sự ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên cấp thiết và vượt quágiới hạn của quá trình tự làm sạch trong tự nhiên

Trong không khí lúc này xuất hiện chất lạ, tỏa mùi hoặc sự biến đổi quan trọngtrong thành phần không khí, có mặt của các chất độc hại trong không khí ảnh hưởngcho sức khỏe của con người Các chất ô nhiễm này có thể tồn tại ở dạng khí, dạng hơihoặc dạng sol khí và có mặt ở khắp mọi nơi

Trong những thập kỷ gần đây, Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễmmôi trường, trong đó có môi trường không khí Đặc biệt là, tại các khu công nghiệp,các trục đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khác nhau Đó cũng là hệquả của sự gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao thông (ôtô, xemáy…), cũng như công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp phát triển quá nhanh, trong khi

cơ sở hạ tầng còn thấp Theo các báo cáo hiện trạng môi trường hàng năm cho thấy:Nồng độ của các chất ô nhiễm ở các khu công nghiệp, các trục đường giao thông hầunhư đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCCP) như bụi vượt quá từ 2 - 4 lần và cácchất ô nhiễm như CO2, CO, SO2, NOx,… cũng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép Do

đó việc đưa ra những định hướng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khítrong giai đoạn hiện nay là cần thiết Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường khôngkhí do bụi trên địa bàn thành phố Hà Nội đã được các nhà khoa học cảnh báo là đang ởmức “báo động đỏ” Kết quả quan trắc về nồng độ bụi lơ lửng trên địa bàn Hà Nội chothấy: Ở các quận nội thành đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 2 - 3 lần Trong đó,địa bàn quận Đống Đa, Long Biên có nồng độ bụi cao nhất 0,8 mg/m3, gấp 4 lần sovới TCCP, tiếp đến là địa bàn quận Tây Hồ, Hoàng Mai 0,78 mg/m3 Ngoài ra, cáckhu vực được coi là ô nhiễm trọng điểm bụi trên địa bàn Hà Nội được xác định gồm:đường Nam Thăng Long, đường Nguyễn Tam Trinh, Đường 32 và hiện nay là các nút

giao thông đang thi công như ngã Tư Sở, ngã Tư Bách Khoa, gây ra những ảnhhưởng không nhỏ đối với người dân khi qua lại những khu vực này Trong 10 nămqua, bụi lơ lửng tại Hà Nội do công nghiệp và thủ công nghiệp gây ra chiếm tới 67%,

do đường phố bẩn chiếm khoảng 30% và còn lại là do các phương tiện giao thông thải

ra Số liệu thống kê năm 1996 - 1997 thì ô nhiễm đã xảy ra trầm trọng ở khu côngnghiệp Thượng Đình: Cao su Sao Vàng, thuốc lá Thăng Long, Bóng đèn - Phích nướcRạng Đông với đường kính khu vực ô nhiễm khoảng 1,7km và nồng độ lớn hơn tiêuchuẩn cho phép 2 - 4 lần; Tại khu công nghiệp Minh Khai, Mai Động, Vĩnh Tuy vớiđường kính ô nhiễm khoảng 2,5km, có nồng độ ô nhiễm cao hơn tiêu chuẩn cho phép 2

- 3 lần Trong những năm gần đây nồng độ và bán kính ảnh hưởng của bụi ở khu vựcnày đã có xu hướng giảm dần Tổng hợp các nguồn gây ô nhiễm không khí ta có thểphân thành 2 loại: Có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo

1.1.1 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên

Núi lửa hoạt động phun ra một lượng nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàusunfua, metan…Không khí chứa bụi lan tỏa đi rất xa để lại ô nhiễm trong môi trườnggây hậu quả nặng nề và lâu dài

Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra lan truyền đinhững bụi khí, khói, các hidrocacbon không cháy, khí SO₂, CO…

Bão bụi gây nên gió mạnh và bão, nước biển bốc hơi cuốn bụi hay những bụi muốilan truyền vào không khí

Các quá trình phân hủy, thối rữa xác động, thực vật gây những phản ứng hóa họchình thành khí sunfua, nitrit…

Trong lòng đất có một số khoáng sản mang tính phóng xạ Khi các chất phóng xạnày có mặt trong môi trường không khí với cường độ mạnh chúng gây nguy hiểm chocon người

Sự thâm nhập của các hạt vật chất nhỏ bé với kích thước thay đổi chỉ từ vàicentimet đến vài micromet của các nguyên tố : Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Fe, Co, Ni từ

các thiên thạch, đám mây cũng là một trong những nguyên nhân góp phần gây ô nhiễmkhông khí.

1.1.2 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là từ các chất thải của cáchoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, hoạt động của các phương tiệngiao thông, nguồn ô nhiễm do:

Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của các nhàmáy vào không khí

Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đườngống dẫn tải Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và thổi rangoài bằng hệ thống thông gió

Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: Nhiệt điện, Vậtliệu xây dựng; Hoá chất và phân bón, Dệt và giấy, Luyện kim, Thực phẩm, Các xínghiệp cơ khí, Các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ, Giao thông vận tải, bêncạnh đó phải kể đến sinh hoạt của con người

Có thể tóm tắt nguồn gốc và các chất ô nhiễm không khí trong bảng dưới đây

Bảng 1.1: Nguồn gốc của các chất gây ô nhiễm trong không khí

Nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch

Công nghiệp hóa chất, dầu mỏ, chế biến than

Phương tiện giao thông, bột màu

Công nghiệp hạt nhân

As, Se, S, Ni, SO₂ và các nguyên tố đất hiếm

Ni, Be, V, Hg, As, B

Như vậy, một lượng lớn chất phóng xạ từ các bụi đất, từ công nghệ hạt nhân đã đivào không khí gây ra nhiễm bẩn phóng xạ trong không khí.

Trong các đồng vị phóng xạ trong không khí thì các đồng vị phóng xạ radon đượctạo thành trong các dãy phóng xạ U238, U235, Th232 có trong đất đá và vật liệu xây dựng.Khi được tạo thành chúng có thể ở trạng thái tự do bay vào không khí gây ra tínhphóng xạ bụi không khí

1.2 TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM CÓ TRONG KHÔNG KHÍ

Môi trường xung quanh có tác động rất lớn tới sức khỏe của con người Hàngngày, một lượng lớn không khí đi vào cơ thể thông qua hoạt động hô hấp, tạo điều kiệnthuận lợi cho sự xâm nhập của các chất độc hại đi vào cơ thể người một cách trực tiếp

và nhanh chóng gây hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe và tính mạng con người

1.2.1 Tác hại của các chất ô nhiễm có trong không khí

Tác hại của một số chất ô nhiễm thường gặp nhất trong môi trường không khí:

 CO₂ : làm hạn chế trao đổi oxy của máu đi nuôi cơ thể

 SO₂ : gây tình trạng khó thở bởi hiện tượng viêm tấy thành khí quản, làmtăng sức cản đối với lưu thông không khí

 H₂S : một loại khí không màu, dễ cháy và có mùi đặc biệt giống mùitrứng ung làm chảy nước mắt, gây viêm mắt, dễ xuất tiết nước nhầy và gây viêm toàn

bộ tuyến hô hấp Khi ở nồng độ cao H₂S còn có thể gây tê liệt cơ quan khứu giác

Bụi gây ra nhiều tác hại đối với sức khỏe con người, gây tổn thương da, mắt, hệtiêu hóa, gây các bệnh về phổi:

 Bệnh bụi silic phổi: bụi silic có đặc tính gây nhiễm độc tế bào, làm giảmnghiêm trọng sự trao đổi khí của các tế bào trong lá phổi

 Bệnh bụi amiang phổi: gây sơ hóa lá phổi và làm tổn thương trầm trọng

hệ thống hô hấp, ngoài ra nó còn có khả năng gây ung thư phổi

 Bệnh bụi sắt, bụi thiếc: làm mờ phim chụp X – quang phổi

Ngoài ra, ngày nay một số hiện tượng toàn cầu được tất cả các nước trên thế giới đặcbiệt chú ý: Hiệu ứng nhà kính, sự suy giảm ozon, mưa axit Những hiện tượng ấy đanggây những hậu quả vô cùng lớn

1.2.2 Tác hại của các chất phóng xạ có trong không khí

Trong thế giới chúng ta luôn tồn tại các bức xạ tự nhiên Poloni và Radi mang tínhphóng xạ có trong xương của chúng ta Các cơ bắp của con người chứa Cacbon vàPotassi phóng xạ Chúng ta cũng bị chiếu xạ từ vũ trụ và bị ảnh hưởng của các bức xạtrong tự nhiên và các chất mà ta ăn uống hàng ngày đặc biệt là các chất phóng xạ trongkhông khí như sol khí và các nguyên tố phóng xạ khác được hít vào trực tiếp trongphổi trong quá trình hô hấp hàng ngày của con người và các động thực vật khác

Các đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã lớn (Cs137, Cs134, C14, H3, Sr90…) do tồntại lâu trong không khí, lan truyền đi rất xa, lắng đọng xuống đất, là thành phần đónggóp chủ yếu vào mật độ rơi lắng phóng xạ toàn cầu và liều chiếu xạ trong cơ thể

Cho đến năm 1934 các chất phóng xạ nhân tạo đầu tiên được tạo ra Từ đó nhiềuchất phóng xạ được sử dụng trong khoa học, công nghiệp, bảo vệ môi trường, y học vàtrong một số lĩnh vực thương mại….Mặc dù bức xạ có nhiều lợi ích nhưng nhiềungười vẫn lo ngại về bức xạ và ảnh hưởng của nó

Các hệ sinh vật có thể bị hủy hoại nghiêm trọng khi chiếu những lượng quá mứccủa bất kỳ một loại bức xạ nào Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đồng vị phóng xạ đếnmôi trường xung quanh, chúng ta đặc biệt quan tâm đến mức độ ảnh hưởng của chúngđến sức khỏe của con người chúng ta

Các ảnh hưởng có thể quan sát được của bức xạ được chia làm 3 loại: cấp tính,kinh niên và di truyền Trong đó ảnh hưởng cấp tính là những ảnh hưởng xảy ra saukhi chiếu một liều bức xạ quá lớn và không thể nào nghi ngờ được là chúng khôngphải do bức xạ gây nên Ảnh hưởng kinh niên xảy ra trong những thời gian dài sau khichiếu những liều bức xạ thấp và bao gồm những sự việc như rút ngắn tuổi thọ trungbình….Ảnh hưởng di truyền là những ảnh hưởng đối với quá trình sinh sản và xuấthiện những đột biến trong các thế hệ di truyền các ảnh hưởng thuộc loại này có thểxảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, cho nên khi có sự cố xảy ra chúng ta chưachắc chắn được rằng đó là do ảnh hưởng của bức xạ Tuy vậy chúng ta có thể kiểmnghiệm bằng cách: Nếu sự cố này tăng khi ta chiếu với liều lượng tăng vào các cơquan sinh sản

Các kết quả được cho ở các bảng sau:

Bảng 1.2: Mức độ ảnh hưởng của liều chiếu khác nhau vào các khu vực khác nhau.

Liều chiếu toàn phần Khu vực chịu tác động Ảnh hưởng gây ra

Trong những năm 1970 ở Hungaria, người ta đã đo lượng phóng xạ của cácnguyên tố sinh ra tự nhiên cũng như nhân tạo đã xâm nhập vào cơ thể con người các sốliệu cụ thể được trình bày ở bảng sau:

Bảng 1.3: Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong các bộ phận của cơ thể con người.

Bảng 1.4: Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các

nguồn chiếu xạ khác nhau.

Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân bằng Bq/m 3

Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm (μGy/năm)μGy/năm)Gy/năm)

222 Rn và các nguyên tố con cháu

của nó:

Trong môi trường Xây dựng

220 Rn và các nguyên tố con cháu

của nó:

Trong môi trường Xây dựng

Dựa vào các tính chất tác dụng của bức xạ hạt nhân, người ta phân biệt hai loạichiếu trong và chiếu ngoài Chiếu trong xảy ra khi chất phóng xạ đi vào cơ quan bêntrong của cơ thể theo không khí thức ăn, đồ uống, hút thuốc…và có thể đi qua da khingười bị xây xát Tác dụng của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sự nguyhiểm tăng theo sự tăng hoạt độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ đi vào cơ thể và chu

kỳ bán rã của nó Khi chiếu trong bằng các liều lượng lớn có thể xảy ra các bênh ở các

cơ quan bên trong của cơ thể và có thể thường xảy ra một cách có tính chu kỳ và cónhiều giai đoạn

Đối với sự chiếu chung toàn thân thì liều chiếu cực đại cho phép, ký hiệu là MPD(Maximum Permissible Dose) được xác định bằng công thức sau:

MPD = (N-18).5 rem

Trong đó: N là tuổi của người bị chiếu.

Tuy nhiên, một người không được nhận nhiều hơn 3 rem trong 13 tuần hoặc 12rem trong 12 tháng Bảng dưới đây giới thiệu các giá trị MPD đối với các cơ quan khácnhau cho hai loại A và C

Bảng 1.5: Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người

Nhân viên làm việc với nguồn Phóng xạ (μGy/năm)Loại A) chung (μGy/năm)Loại C) Nhân dân nói

Rem/năm Rem/13 tuần Rem/năm

An toàn phóng xạ ở Việt Nam: Theo pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ sô

50L/CTN của nhà nước ban hành ngày 3-7-1996 và có hiệu lực ngày 1-7-1997 thì liều giới hạn tối đa đối với các nhân viên làm việc trực tiếp với bức xạ là 20mSv, đối với nhân dân nói chung là 1mSv

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM.

Quá trình nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm bụi hô hấp vô cùng quan trọng.Những năm đầu của thập kỷ 80 con người mới phần nào đánh giá được tầm quantrọng của việc nghiên cứu mức độ ô nhiễm bụi không khí, đặc biệt là bụi hô hấp Đếnnay, đây là đề tài được nhiều nhà khoa học quan tâm và đánh giá cao Mọi người tậptrung nghiên cứu các vấn đề:

- Các tính chất vật lý, hóa học, quang học của bụi hô hấp

- Các nguồn phát, thành phần nguyên tố, hợp chất và ion đối với từng loạinguồn

- Các quá trình đưa đến sự hình thành, vận chuyển, biến hóa trong khíquyển, đặc biệt là quá trình chuyển pha khí – sol khí – mây mưa

- Tác động các yếu tố thời tiết, khí tượng

- Lan truyền ô nhiễm tầm xa, lan truyền bụi hô hấp trên qui mô vùng vàqui mô toàn cầu

- Các kỹ thuật quan trắc và phân tích thành phần hóa học bằng vệ tinh

- Tác hại tới sức khỏe.

- Sol khí thay đổi khí hậu trên Trái đất

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí trên Thế Giới

Ô nhiễm bụi khí được nghiên cứu nhiều năm ở tất cả các nước đặc biệt là ở cácnước phát triển ngày một mạnh mẽ Các nghiên cứu ở Mỹ có qui mô lớn nhất

Những dự án toàn cầu như ACE, các công trình nghiên cứu của hệ thống EPAUSA thu hút sự đóng góp các nhà khoa học trên thế giới

Từ năm 1998, dưới sự tài trợ của IAEA, các nước trong khu vực Châu Á đã hợptác nghiên cứu bụi hô hấp tại các thành phố lớn sử dụng các kỹ thuật hạt nhân phântích thành phần nguyên tố

Một số nước quy mô như Mỹ, Nhật Bản, Úc… đưa ra các tiêu chuẩn về bụi hô hấp

để bảo vệ sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng Các nước còn sử dụng cả kỹ thuật thăm dòlidar ( rada phát sáng dùng tia laze), viễn thám và tổ chức các cuộc thám hiểm bằngmáy bay, tàu thủy…

Trên thế giới, tổ chức quốc tế UNSCEAR đã tập hợp số liệu từ nhiều nước và nhiều vùng khác nhau, với khoảng 23 nước, chiếm một nửa số dân trên hành tinh, và đưa ra con số về phông phóng xạ trung bình toàn cầu là 2,4 mSv/năm Theo đó, mỗi người, trong một năm, nhận một liều hiệu dụng từ các loại bức xạ tự nhiên khoảng 2,4 mSv/năm Ở đây, liều chiếu ngoài khoảng 1,1 mSv/năm (45%) và liều chiếu trong khoảng 1,3 mSv/năm (55%)

Nhiều nước trên thế giới có phông phóng xạ cao hơn mức trung bình nói trên Chẳng hạn, trong các nước Châu Âu và Châu Úc, môi trường phóng xạ trong lành nhất

là hai nước Anh (UK) và Úc (Australia) với phông phóng xạ (hay liều hiệu dụng trung bình) khoảng 1,6 mSv/năm Nhưng, ở Phần lan (Finland) lại có phông phóng xạ rất cao; gần 8 mSv/năm, kế đến là Pháp (France) và Tây ban nha (Spain) với gần 5

mSv/năm

Thế nhưng, có những vùng, dân chúng sống trong một môi trường bức xạ tự nhiên rất cao, như ở Ramsar (Iran), Kerala (Ấn độ), Guarpapi (Braxin) và Yangjang (Trung Quốc) Một số ngôi nhà ở Ramsar người dân nhận liều bức xạ vào cỡ 132 mSv/năm, cao hơn mức trung bình thế giới khoảng 50 – 70 lần.

Tất cả các chương trình nghiên cứu vẫn đang tiếp tục thực hiện và ngày càng cóqui mô rộng hơn

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí ở Việt Nam

Ở nước ta việc nghiên cứu đánh giá hoạt độ phóng xạ đã và đang được tiến hành ở nhiều vùng nhiều khu vực và được sự quan tâm chú trọng của nhà nước cũng như của nhiều nhà khoa học nhờ đó cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu và đạt một

số kết quả nhất định:

Một số số liệu đo trên các vùng dân cư ở thành phố, thị xã, ven đường quốc lộ, đồng bằng và trung du đều chứng tỏ môi trường (hay còn gọi là phông) phóng xạ tự nhiên nằm trong khoảng 2 – 2,5 mSv/n, nói chung không vượt quá phông trung bình của thế giới Còn ở những vùng mỏ phóng xạ và đất hiếm (Tây Bắc), graphit (vùng Quảng Nam) hay sa khoáng (dọc bờ biển Trung bộ) …, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong đất đá cao hơn, và phông phóng xạ cũng cao hơn mức trung bình khoảng 1,5 – 2 lần Có những khu vực, giữa thân các mỏ quặng, phông phóng xạ cao hơn nhiều lần, liều hiệu dụng nằm trong khoảng 10 – 30 mSv/n

Tuy nhiên việc nghiên cứu phóng xạ trong không khí còn khá mới và ít có các công trình nghiên cứu đặc biệt là sự ô nhiễm phóng xạ và hoạt độ phóng xạ riêng tại các khu vực cụ thể

Nghiên cứu ô nhiễm bụi khí ở Đà Lạt và thành phố Hồ Chí Minh

Từ năm 1992, Viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Đà Lạt đã quan trắc và nghiên cứumột cách có hệ thống bụi khí tổng ở Thành phố Hồ Chí Minh Các kết quả được báo

cáo đều đặn hàng năm cho Sở Khoa học và Công nghệ Môi trường Thành phố.Tháng 8/1996, Viện nghiên cứu hạt nhận ở Đà Lạt chuyển sang nghiên cứu bụi hôhấp nhờ có thiết bị do chương trình hợp tác vùng cung cấp ( SFU ) Trạm quan trắc tạithành phố Trương Định và Thủ Đức được thiết lập đã tiến hành nhận dạng các nguồnphát ô nhiễm dựa trên thành phần nguyên tố của bụi hô hấp.

Một nhóm tác giả Nhật hợp tác với nhóm nghiên cứu ở Đại học Quốc gia Thànhphố Hồ Chí Minh đang nghiên cứu khí ( SO₂, NOx…) và bụi lơ lửng tổng cộng

Ô nhiễm bụi khí ở Hà Nội

Từ năm 1998 bụi hô hấp được nghiên cứu bài bản và toàn diện hơn, hàm lượngbụi được quan trắc hàng ngày cùng với các thông số khí tượng như vận tốc gió trungbình, lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, tần suất nghịch nhiệt và các số liệu khí tượng…Quá trình nghiên cứu đã khảo sát rất nhiều địa bàn ở các điểm trong thành phố vàcác tỉnh thành trên miền Bắc Từ tháng 9/1999 đến nay, hàm lượng bụi được quan trắctheo tần suất 2 ngày đêm trong một tuần Số lượng mẫu thu góp cho đến nay đã lên tớivài nghìn mẫu

Từ năm 2001 đến nay hai trạm quan trắc với 3 thiết bị thu góp mẫu đang hoạtđộng liên tục 2 ngày đêm trong một tuần

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Tính từ thời điểm 1/08/2008, khi được mở rộng bao gồm toàn bộ tỉnh Hà Tây (cũ),

một phần các tỉnh Hòa Bình và Vĩnh Phúc thì Thủ đô Hà Nội trở thành một thủ đô rộng lớn với môi trường đa dạng và phức tạp.Thủ đô Hà Nội có vị trí từ 20°53' đến

21°23' độ vĩ Bắc và 105°44' đến 106°02' độ kinh Đông, trong vùng tam giác châu thổ sông Hồng, đất đai mầu mỡ, trù phú được che chắn ở phía Bắc - Đông Bắc bởi dải núi Tam Đảo và ở phía Tây - Tây Nam bởi dãy núi Ba Vì - Tản Viên Kết quả tổng điều tra dân số ngày 1/4/2009 cho thấy, dân số Hà Nội là 6.448.837 người sinh sống trên diện tích 3.328,89km2 bao gồm 10 quận, 1 thị xã và 18 huyện ngoại thành Thủ đô Hà Nội là một trong những địa phương nhận được đầu tư trực tiếp từ nước ngoài nhiều nhất, với 1.681,2 triệu USD và 290 dự án Thủ đô cũng là địa điểm của 1.600 văn phòng đại diện nước ngoài, 14 KCN cùng 1,6 vạn cơ sở sản xuất công nghiệp Công nghiệp và xây dựng đóng góp đến 41,8% vào cơ cấu của nền kinh tế Hà Nội và chỉ đóng góp khoảng 5% trong mức tăng GDP chung của toàn Thủ đô Tổng giá trị sản xuất ngành công nghiệp trong năm 2009 đạt trên 90.600 tỷ đồng, trong đó, công

nghiệp nhà nước chiếm 23,3%, công nghiệp ngoài nhà nước chiếm 32,4% và khu vực

có vốn đầu tư nước ngoài chiếm đến 44,3% Chính vì vậy Thủ đô Hà Nội đã và đang giữ vai trò và vị trí vô cùng quan trọng trong hệ thống chính trị xã hội và kinh tế ở ViệtNam Cùng với sự phát triển đó là sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng tiên tiến với các thiết bị hiện đại là môi trường thuận lợi cho việc học tập và nghiên cứu

Sự phát triển của kinh tế, chính trị, xã hội và khoa học kỹ thuật của Thủ đô Hà Nộicũng tạo nên những điểm đáng lo ngại về tình hình phức tạp của môi trường đặc biệt làmôi trường không khí đòi hỏi có những nghiên cứu tổng quan cũng như hết sức chi tiết

về môi trường nói chung và môi trường không khí nói riêng đặc biệt là sự ô nhiễm môitrường và ô nhiễm phóng xạ trong môi trường không khí

2.2 XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA 2.2.1 Dịch chuyển gamma_Hệ số phân nhánh.

 Dịch chuyển gamma

Phân rã alpha hoặc beta thường tạo ra một hạt nhân con ở trạng thái kích thích vàhạt nhân con này sẽ khử kích thích bằng cách bức xạ các tia gamma Điều này dẫn tới

việc các hạt nhân có thể bức xạ một hoặc nhiều tia gamma, đặc trưng cho sự chênhlệch năng lượng giữa các trạng thái nội tại của hạt nhân

Ví dụ: khi hạt nhân phóng xạ tự nhiên 226Ra bị phân rã alpha sẽ tạo thành 222Rn.Quá trình này thường kèm theo phân rã gamma với năng lượng khoảng 186,21 keV

 Hiện tượng biến hóa nội

Có một quá trình khử trạng thái kích thích khác có thể cạnh tranh với phân rãgamma được gọi là hiện tượng biến hóa nội Trong quá trình này, năng lượng chênhlệch không bức xạ ra dưới dạng photon mà sẽ xảy ra tương tác trường đa cực điện từvới các electron quỹ đạo và tách một trong các electron này ra khỏi nguyên tử Nănglượng truyền cho electron phải lớn hơn năng lượng liên kết thì quá trình này mới xảy

ra Phổ biến hóa nội là phổ lệch, đây chính là sự khác biệt với phân rã β- mà trong đócác electron bức xạ được tạo ra trong chính quá trình phân rã Xác suất xảy ra quá trìnhnày được đặt ra bởi hệ số biến hóa nội trong công thức sau

ic ic

I

I

Trong đó αic là hệ số biến hoán nội, Iic là cường độ khử kích thích bằng cách bức

xạ electron chuyển hóa, Iγ là cường độ khử kích thích bằng cách bức xạ tia gamma

 Hệ số phân nhánh

Hệ số phân nhánh ký hiệu Iγ là xác suất phát ra bức xạ gamma đặc trưng có nănglượng Eγ trong mỗi phân rã của hạt nhân mẹ Thường hệ số phân nhánh của gamma cónăng lượng đặc trưng Eγ được tính theo công thức:



  Sè tia bøc x¹ gamma cã n¨ng l îng E ® îc ph¸t ra

I

Bảng 2.1: Năng lượng và hệ số phân nhánh của một số vạch gamma đặc

trưng của một số nguyên tố dùng trong khóa luận

Cơ sở của phương pháp như sau:

Mỗi đồng vị phân rã phóng xạ hoặc α hoặc β có thể kèm theo phát một số bức xạgamma đặc trưng có năng lượng hoàn toàn đặc trưng cho nguyên tố đó Số tia gamma

có năng lượng xác định phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với hoạt độphóng xạ của nguyên tố [7] Số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từmẫu trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức :

nγ = Iγ H (2.3)Trong đó: H là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu

Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng Eγ

Với tia gamma có năng lượng xác định, Iγ biết, xác định số tia gamma năng lượng

Eγ phát ra từ mẫu trong một đơn vị thời gian sẽ biết hoạt độ phóng xạ H của đồng vị cótrong mẫu Để xác định nγ dựa vào diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạ gammađặc trưng

Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một đơn vị thờigian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của vạch gamma đặc trưng,

ta có:

Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t, sử dụngchương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông Xác định được diện tích đỉnhhấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s

Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức:

0

snt

Từ công thức (2.4) và công thức (2.5), ta có:

0

nH

I



Từ công thức (2.6) nhận thấy với mỗi vạch gamma có năng lượng Eγ xác định, Iγ

đã biết, nếu biết hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần và thực nghiệm, xácđịnh được n0 ta sẽ tính được hoạt độ H của đồng vị có trong mẫu

Hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần được xác định dựa vào đường conghiệu suất ghi Hệ số phân nhánh sẽ được tra cứu trong các bảng số liệu hạt nhân Trongbảng 2.2 đưa ra các đặc trưng năng lượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặctrưng của các đồng vị phóng xạ trong tự nhiên [9]

Bảng 2.2: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra.

Ghi chú

Can nhiễu do 223Ra, 226Ra

và 230Th là 44,8% Cầnphải nhiệu chính chồng

Chuỗi phân rã của 238U

238U 1,632 10 12 ngày 49,55 0,0697 227Can nhiễu rất mạnh từ

Ac Can nhiễu từ tia-X

hưởng của trùng phùng

tổng

234Th.Không nên dùng

do các đỉnh lân cận gây ra

 Đường cong hiệu suất ghi

Trong bài toán xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma ta quantâm tới hiệu suất ghi tuyệt đối Đồ thị mô tả sự phụ thuộc vào năng lượng của hiệu suấtghi được gọi là đường cong hiệu suất ghi Sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào nănglượng có dạng:

0

ln a i(lnE / lnE )i (2.7)

Với a i là các hệ số tỷ lệ, E là năng lượng

Để xây dựng đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần ta dùngcác mẫu chuẩn chứa các đồng vị phóng xạ đã biết trước hoạt độ phóng xạ, các nănglượng và hệ số phân nhánh của bức xạ gamma đặc trưng.

Gọi H là hoạt độ phóng xạ của đồng vị, Iγ là hệ số phân nhánh của bức xạgamma có năng lượng đặc trưng là Eγ, t là thời gian đo phổ gamma

Số bức xạ gamma phát ra từ mẫu trong thời gian đo t là Nγ được tính theo côngthức:

Nγ = IγH t (2.8)Gọi S là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông, hiệu suất ghi [4] được tínhtheo công thức:

0

nS

I H.t I H

Trong đó: n0 là tốc độ đếm đã trừ phông tại đỉnh hấp thụ toàn phần của bức xạgamma đặc trưng có năng lượng lấy từ phổ mẫu chuẩn Biết hoạt độ phóng xạ H củađồng vị phóng xạ có trong mẫu, biết Iγ của bức xạ đặc trưng năng lượng Eγ

Từ công thức (2.9) ta xác định được hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toànphần năng lượng Eγ, theo công thức truyền sai số [4], sai số khi xác định hiệu suất ghi: