NGHIÊN cứu xây DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ xác ĐỊNH RIÊNG BIỆT RADON, THORON TRÊN máy PHỔ ANPHA RAD7 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ điều TRA địa CHẤT và NGHIÊN cứu môi TRƯỜNG

Cho đến nay, việc xác định nồng độ khí phóng xạ radon và thoron có độ chính xác cao ngày càng có hiệu quả trong tìm kiếm và phát hiện các thân quặng phóng xạ - đất hiếm nằm dưới lớp đất

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

LIÊN ĐOÀN ĐỊA CHẤT XẠ HIẾM -

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

XÁC ĐỊNH RIÊNG BIỆT RADON, THORON

TRÊN MÁY PHỔ ANPHA RAD7 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT VÀ NGHIÊN CỨU

1.3 Năng lượng tia phóng xạ và phổ năng lượng 30

Chương 2 Máy đo khí phóng xạ RAD7 và một số máy khác cùng loại 34

Chương 3 Kết quả khảo sát thực nghiệm trên mô hình địa chất 48

3.4 Đánh giá khả năng phát hiện đứt gãy và đới phá hủy 58

3.5 Khảo sát môi trường 65

Chương 4 Xây dựng quy trình xác định riêng biệt radon và thoron trên máy RAD7 72

5.2 Khối lượng thực hiện 74

MỞ ĐẦU

Việt Nam có tiềm năng lớn về các mỏ quặng phóng xạ và các loại khoáng sản có ích đi kèm Sau nhiều năm nghiên cứu và khảo sát, phần lớn các mỏ nằm lộ thiên hoặc gần mặt đất đã được phát hiện Vấn đề nghiên cứu và áp dụng các phương pháp mới kết hợp với các phương pháp khảo sát truyền thống để tìm kiếm các thân quặng nằm sâu dưới đất là một yêu cầu cấp thiết đối với công tác tìm kiếm thăm dò quặng phóng xạ Tuy nhiên, các phương tiện máy móc đo khí phóng xạ đã

cũ, lạc hậu, độ nhạy kém, hiệu quả phát hiện không cao

Cho đến nay, việc xác định nồng độ khí phóng xạ radon và thoron có độ chính xác cao ngày càng có hiệu quả trong tìm kiếm và phát hiện các thân quặng phóng xạ - đất hiếm nằm dưới lớp đất phủ và khả năng phát hiện các đới nứt nẻ, đứt gẫy địa chất… Đồng thời, khí radon và thoron là đối tượng gây ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ của con người nên chúng cũng có vai trò quan trọng đối với việc khảo sát, đánh giá môi trường

Thực hiện quyết định số 1456/QĐ-BTNMT của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, ngày 22 tháng 10 năm 2004 về việc giao bổ sung kế hoạch và dự toán ngân sách Nhà nước năm 2004, chúng tôi thực hiện đề tài này nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ trong công tác tìm kiếm, thăm dò quặng phóng xạ, nhất là tìm kiếm quặng dưới sâu, nâng cao chất lượng nghiên cứu, đánh giá môi trường phóng xạ, đồng thời bổ sung vào tổ hợp các phương pháp tìm kiếm quặng phóng xạ một phương pháp có hiệu quả, “Phương pháp phổ alpha khí phóng xạ”

Nhiệm vụ của đề tài là: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của phương pháp, đánh giá khả năng của thiết bị đối với nhiệm vụ đặt ra Nghiên cứu lựa chọn mô hình thử nghiệm phù hợp với các nhiệm vụ địa chất: tìm kiếm quặng phóng xạ, phát hiện cấu trúc địa chất và nghiên cứu môi trường, đồng thời tiến hành đo đạc thực nghiệm trên các mô hình đó Tổng hợp, phân tích và xây dựng quy trình công nghệ xác định riêng biệt nồng độ radon, thoron bằng máy RAD7 (Radon Detector) nhằm nâng cao hiệu quả điều tra địa chất và nghiên cứu môi trường, phục vụ kịp thời các công tác địa chất, công tác nghiên cứu khoa học

Tập thể tác giả thực hiện đề tài gồm các cán bộ kỹ thuật của Liên đoàn Địa chất Xạ Hiếm, có sự kết hợp với các chuyên gia địa vật lý, chủ nhiệm đề tài- thạc sỹ địa vật lý Vũ Văn Bích Trong suốt thời gian nghiên cứu chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ đạo của các cán bộ thuộc Vụ Khoa học - Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn Địa chất Xạ Hiếm, Bộ môn Địa vật lý (trường Đại học Mỏ - Địa chất

Hà Nội) và các đồng nghiệp Nhân dịp này chúng tôi chân thành cảm ơn sự giúp

đỡ và quan tâm đó

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP PHỔ ANPHA XÁC ĐỊNH

RIÊNG BIỆT RADON VÀ THORON 1.1 Hiện tượng phóng xạ

Phóng xạ là hiện tượng các hạt nhân nguyên tử tự động phát ra các bức xạ (còn gọi là tia phóng xạ) và biến đổi thành hạt nhân khác Sự biến đổi đó gọi là phân rã phóng xạ (gọi tắt là phân rã) Hiện tượng phóng xạ không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài: Nhiệt độ, áp suất

Trong tự nhiên, có 3 loại tia phóng xạ chính:

lượng bằng 4 đơn vị, mang hai điện tích dương p) Vận tốc hạt anpha cao nhất lúc

trong quá trình xuyên qua vật chất, nó có thể ion hóa rất mạnh các hạt nhân của nguyên tố khác và do vậy mất năng lượng nhanh chóng Tia anpha chỉ đi được khoảng 3÷10cm trong không khí bình thường

- Tia bêta: thực chất tia bêta là hạt điện tử (electron âm) là chủ yếu và một phần rất nhỏ là hạt pôzitron (gọi là electron có điện tích dương hoặc bêta cộng) Vận tốc hạt bêta rất cao, xấp xỉ vận tốc ánh sáng, tuy nhiên mức độ ion hóa không mạnh lắm và quãng đường đi được trong không khí không lớn, khoảng trên 1m

- Tia gamma: là các sóng điện từ, có bước sóng rất ngắn, thực chất là các hạt photon có năng lượng cao Tia gamma không mang điện, không có khối lượng và khả năng đâm xuyên rất lớn, đến hàng trăm mét trong không khí hoặc vài chục cm đất đá Dưới đây là một số đặc tính vật lý của các tia phóng xạ (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Đặc tính vật lý của các tia phóng xạ

Khoảng 1m trong không khí

Hàng trăm mét trong không khí

Vài chục cm đất đá

Khả năng

Các thông số đặc trưng cho quá trình phóng xạ:

* Chu kỳ bán rã (chu kỳ bán phân hủy) T của một chất phóng xạ là thời gian

để một nửa (1/2) số nguyên tử của chất đó bị phân rã phóng xạ thành chất khác Ví

là khối lượng còn lại của chất đó sau thời gian t Khi đó, người ta xác định được công thức:

Nt = No e-λt (1.1) Trong đó :

e là số tự nhiên, e=2,71

λ gọi là hằng số phân hủy và λ = 0,693/T

1.2 Dãy phân rã phóng xạ tự nhiên

Trong tự nhiên có 3 nguyên tố phóng xạ,.đó là urani (có số thứ tự trong bảng tuần hoàn Z=92, gồm có 2 đồng vị là U235 và U238), thori (Th232, có Z=90 ) và kali (K40) Mỗi nguyên tố đó có chu kỳ bán phân rã đến hàng tỷ năm

Trong quá trình phân rã phóng xạ, các nguyên tử của các nguyên tố phóng xạ nói trên (nguyên tố mẹ) phát ra (một hoặc đồng thời) 3 loại tia phóng xạ: anpha, bêta, gamma và tạo thành nguyên tử của nguyên tố mới Bản thân các nguyên tố vừa sinh ra này lại là nguyên tố phóng xạ (con cháu) với chu kỳ bán rã T khác nhau

và lại phát ra các tia phóng xạ và sinh ra các nguyên tố khác

Quá trình đó cứ diễn ra cho đến khi nguyên tố sinh ra là nguyên tố bền vững, không bị phân hủy phóng xạ Đó là dãy phân rã phóng xạ Dãy phân rã phóng xạ bao gồm một dãy các nguyên tố phóng xạ là sản phẩm phân rã từ một nguyên tố phóng xạ ban đầu đến nguyên tố bền vững cuối cùng

Trong tự nhiên, có 3 dãy phân rã phóng xạ ứng với các nguyên tố phóng xạ nói trên

Dãy phân rã phóng xạ actini (U235): Hạt nhân U235 trải qua 11 lần phân

rã (dịch chuyển) phóng xạ để cuối cùng thành đồng vị chì bền vững Pb207 (có số thứ tự trong bảng tuần hoàn Z=82) Trong dãy này, có actinon là khí phóng xạ với chu kỳ bán rã rất ngắn (T = 3,96 giây) nên ít có tác dụng thực tế

Dãy phân rã phóng xạ urani (U238): Hạt nhân U238, qua 14 lần dịch

chuyển, thành đồng vị chì bền vững Pb206 Trong dãy này, có nguyên tố Ra với chu

kỳ bán rã là 1602 năm, phát ra bức xạ gamma rất mạnh, chiếm 85,5% bức xạ gamma của cả dãy Sau đó là khí phóng xạ radon, với chu kỳ bán rã T = 3,82 ngày Radon là đối tượng khảo sát để tìm kiếm thăm dò quặng phóng xạ, phát hiện cấu trúc địa chất và nó cũng là nguyên tố gây ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe con người

Dãy phân rã phóng xạ thori (Th232): Với Th232, qua 10 lần dịch chuyển,

trở thành đồng vị chì bền vững Pb208 Trong dãy này, có nguyên tố thoron là khí

phóng xạ, chu kỳ bán rã T = 54,5 giây

Riêng K40 không có dãy phân rã phóng xạ, nó có thể phát ra tia bêta để trở thành Ca40 (chiếm 89% số phân rã của K40) hoặc bắt 1 hạt bêta trong quỹ đạo của

nó để trở thành Ar40 và phát ra tia gamma (chiếm 11%) với năng lượng 1,46MeV

Dưới đây là bảng thống kê một số đồng vị phóng xạ trong 3 dãy phóng xạ nêu trên, phát ra bức xạ anpha và các mức năng lượng (bảng 1.2)

Bảng 1.2 Một số đồng vị phóng xạ tự nhiên phát ra bức xạ anpha

hiệu

Hằng số phân rã λ (s-1)

Chu kỳ bán rã T

Năng lượng bức

xạ anpha (KeV)

Tỷ lệ bức

xạ anpha trong 1 phân rã

Lượng cân bằng trong 1g

U (hoặc Th) tự nhiên (g)

1.3 Năng lượng tia phóng xạ và phổ năng lượng

Các tia phóng xạ đều mang năng lượng Năng lượng này được tính bằng đơn

vị eV (electron-vôn: năng lượng sinh ra khi 1 electron di chuyển trong điện trường

có hiệu điện thế là 1 vôn) (1kilô vôn, bằng 1000 eV) và (1mêga

Mỗi nguyên tố phóng xạ có thể phát ra một hoặc nhiều loại tia phóng xạ (anpha, bêta, gamma) khi phân rã Mỗi loại tia phóng xạ đó được đặc trưng bởi năng lượng của chúng và chúng ta có thể sử dụng các thiết bị đặc biệt để xác định năng lượng các tia phóng xạ, và do đó, xác định được nguồn gốc của chúng phát ra

từ nguyên tố nào Bảng 1.2 cũng cho thấy năng lượng của các tia anpha ứng với các nguyên tố phóng xạ khác nhau

Phổ năng lượng là sự phân bố về số lượng (hoặc cường độ ) theo năng lượng của tia phóng xạ Việc xác định phổ năng lượng của các tia phóng xạ cũng chính là xác định được bản chất của các nguyên tố phóng xạ tạo nên phổ đó

1.4 Vai trò của khí radon và thoron trong điều tra địa chất và môi trường

độ chậm, đi từ dưới lên trên mặt đất Các đới dập vỡ, đứt gẫy, dòng nước ngầm… là những yếu tố rất thuận lợi để phân tán khí phóng xạ ra xa nguồn cung cấp

Theo tính toán lý thuyết, với sự khuếch tán và dòng lưu chuyển bình thường, vành phân tán của khí phóng xạ trong đất đá có dạng hình quả lê Tại những nơi có thân quặng phóng xạ thì nồng độ khí phóng xạ trong lỗ hổng của đất đá cao nhất Khi đến gần mặt đất, nồng độ khí phóng xạ giảm mạnh và xấp xỉ bằng nồng độ trong không khí Đặc biệt, tại nơi có độ rỗng cao (tổ mối …) , nồng độ khí phóng xạ thường cao hơn

Trong không khí, sự phân tán của khí phóng xạ phụ thuộc rất nhiều vào tốc

độ và hướng gió Nồng độ của khí phóng xạ cũng thấp hơn rất nhiều so với trong đất đá Tuy vậy, tại khu vực có quặng phóng xạ, nồng độ khí phóng xạ trong không khí cũng cao hơn các nơi khác, do có nguồn cung cấp là các thân quặng phóng xạ phía dưới

Trong nước, nồng độ khí phóng xạ hoà tan (tự do) phụ thuộc nhiều vào nguồn nước (nước ngầm hay trên mặt) và môi trường nước chảy qua Nhiệt độ cũng

có ảnh hưởng đến sự hòa tan của khí phóng xạ trong nước Ngoài ra, trong nước cũng chứa một hàm lượng chất phóng xạ (uran, Thori) nhất định, đó cũng là nguồn cung cấp khí phóng xạ trong nước

Khí phóng xạ rất độc với con người, sau khi hít phải, một phần khí phóng xạ phân rã chuyển thành Po218, chất này kết tủa và bám vào phổi và tiếp tục phân rã ra các hạt anpha, có thể gây ra nhiều tác động độc hại đến cơ thể, tuy nhiên mức độ nguy hiểm còn phụ thuộc vào hàm lượng chất phóng xạ và cơ địa của con người

Do vậy việc xác định nồng độ khí phóng xạ trong các môi trường nói trên sẽ đem lại thông tin quan trọng trong công tác tìm kiếm các mỏ quặng phóng xạ, khảo sát các hiện tượng địa chất, đánh giá môi trường

Do có chu kỳ bán phân rã khá lớn (3,82 ngày) nên khí radon có khả năng phân tán xa hơn nhiều so với thoron (chu kỳ bán phân rã chỉ có 54,5giây) Vì vậy,

Rn có vai trò lớn hơn trong tìm kiếm quặng phóng xạ và các phương pháp áp dụng với Rn cũng phong phú hơn

Tuy nhiên, trong thực tế, các nguyên tố urani và thori thường đi kèm với nhau, cho nên radon và thoron cũng thường tồn tại đồng thời ở xung quanh các thân quặng phóng xạ Do vậy, việc xác định sự có mặt và nồng độ riêng biệt của các khí phóng xạ này là cần thiết để đánh giá sự tồn tại các thân quặng phóng xạ và bản chất của chúng (là quặng urani hay thori) Rn thường thể hiện bản chất quặng là urani, các khoáng sản đi kèm, các hiện tượng địa chất, Tn thể hiện bản chất quặng là đất hiếm, quặng thori, sa khoáng…

Trước đây, để xác định riêng biệt nồng độ Rn và Tn, người ta áp dụng phương pháp đo nồng độ Rn và Tn ở các thời điểm khác nhau Từ đó, căn cứ vào tốc độ suy giảm khác nhau của 2 khí này mà có thể tính toán nồng độ của chúng Do

tốc độ suy giảm của Tn rất nhanh và do sự nhiễm bẩn phóng xạ của các thiết bị đo (các sản phẩm phân rã từ chính các chất khí này cũng là chất phóng xạ, lại bám vào thiết bị đo), nên việc xác định nồng độ Rn và Tn riêng biệt thường có sai số lớn và mất nhiều thời gian

Hiện nay, với sự tiến bộ nhanh chóng của kỹ thuật và công nghệ, người ta đã chế tạo được các thiết bị có khả năng xác định nồng độ riêng biệt của Rn và Tn Một trong các phương pháp đó là dựa vào việc đo và phân tích phổ năng lượng của các bức xạ anpha phát ra từ các khí Rn và Tn Từ đó, xác định được nồng độ Rn và

Tn khá nhanh chóng, chính xác Máy đo radon RAD7 (do hãng Durridge của Mỹ sản xuất ) là một trong các loại thiết bị đó

1.5 Phổ năng lượng của tia anpha do Rn, Tn và con cháu phát ra

Radon thuộc dãy phân rã của U238, có chu kỳ bán phân rã là 3,82 ngày Khoảng 75% radon bị phân rã hết trong khoảng thời gian 8 ngày (khoảng hơn 2 lần chu kỳ bán rã) và phát ra hạt anpha có năng lượng 5,49MeV, sau đó biến thành Po218 Po218 là kim loại, có xu hướng bám dính vào các chất xung quanh hoặc lơ lửng trong không khí Po218 có chu kỳ bán rã ngắn (3,05 phút), sau khoảng 6 phút thì khoảng 75% Po218 đã bị phân rã (hình 1.1)

Khi phân rã, Po218 phát ra hạt anpha có năng lượng là 6,00 MeV và tạo thành Pb210 và phát ra tia anpha có năng lượng 7,69 MeV Pb210 tiếp tục phân rã với chu kỳ 22,3 năm …

Như vậy, Rn và con cháu của nó sẽ phát ra các tia anpha có mức năng lượng lần lượt (theo thời gian) là 5,49 MeV; 6,00 MeV; và 7,69 MeV

Tương tự như vậy, Tn và con cháu của nó sẽ phát ra các tia anpha có mức năng lượng lần lượt (theo thời gian) là 6,29 MeV; 6,78 MeV; 6,05 và 8,78 MeV Đáng chú ý là Bi212 có 2 khả năng phân rã: 66% phân rã là bêta, tạo nên Po212, từ

đó phát ra tia anpha có năng lượng 8,78 MeV Phần còn lại (34%) phân rã anpha, tạo nên Ta208, phát ra anpha có năng lượng 6,05 MeV

Máy RAD7 dựa vào việc đo năng lượng của các tia anpha và thời gian phát

ra các tia đó để xác định riêng biệt nồng độ Rn và Tn

Chính vì dựa vào nguyên tắc này mà máy RAD7 có ưu điểm nổi bật hơn so với loại các máy khác trước đó Đồng thời, nó đáp ứng được các yêu cầu khác nhau trong tìm kiếm quặng phóng xạ và nghiên cứu môi trường

Hình 1.1 Dãy phân rã radon (a) và thoron (b)

Tn (Rn220) 54,5 giây

α 6,29 MeV

Polonium 216 0,15 giây

α 6,78 MeV 66% β

34% β

α

8,78 MeV

Polonium 212 0,3 µ giây

Chì 212 10,6 giờ Chì 208

Bi 212 60,6 phút

Thalium 208

3 phút

Rn(Radon 222) 3,82 ngày

α 5,49 MeV

Polonium 218 3,05 phút

α 6,00 MeV

β

Chì 210

22,3 năm

Bi 214 19,8 phút

a Dãy phân rã của radon

CHƯƠNG 2 MÁY ĐO KHÍ PHÓNG XẠ RAD7

VÀ MỘT SỐ MÁY KHÁC CÙNG LOẠI 2.1 Giới thiệu sơ lược về các phương pháp và máy đo khí phóng xạ hiện

có ở Viêt Nam

Máy đo khí phóng xạ (Rn và Tn) đã được sử dụng từ lâu ở Việt Nam trong lĩnh vực điều tra địa chất và gần đây là khảo sát môi trường Các máy này có nguồn

PΓA-01… và gần đây là RDA-200 (Canada), RAD7 (Mỹ)… Tuy nhiên, hiện nay chỉ sử dụng máy RADON-82, RDA-200, RAD7 và phương pháp vết anpha Các loại máy khác quá cũ và lạc hậu, không thể sử dụng được

2.1.1 Phương pháp đo khí phóng xạ dùng máy RADON-82, RADON, PГA-01P

+ Nguyên lý hoạt động

Đo tức thời nồng độ khí phóng xạ (tổng cộng các loại khí phóng xạ) trong đất, trong không khí, trong nước Phương pháp này có hiệu quả trong tìm kiếm thân quặng urani, quặng thori, các khoáng sản có ích công sinh với các nguyên tố phóng

xạ bên dưới lớp phủ ≤ 20m, không bị ngập nước và phát hiện các đới dập vỡ, đứt gãy kiến tạo…

+ Các máy đo khí phóng xạ và tính năng kỹ thuật

Các máy đo khí phóng xạ hiện dùng tại Việt Nam là: RADON-82, RADON, PГA-01P Nguyên tắc hoạt động là dùng detector nhấp nháy đo bức xạ anpha phát

ra do một lượng khí có chứa các chất phóng xạ được bơm vào buồng đo Để ghi bức

xạ anpha người ta dùng chất nhấp nháy ZnS(Ag) dưới dạng bột phun thành lớp

các tín hiệu điện do tia anpha đập vào Bộ xử lý sẽ xử lý, khuếch đại tín hiệu điện và chỉ thị bằng kim đồng hồ hoặc số đếm xung

phóng xạ Có hai phương pháp chuẩn máy đo khí phóng xạ là: phương pháp chân không và phương pháp lưu thông

Máy RADON-82 sử dụng detector nhấp nháy là cốc đo có phủ lớp ZnS(Ag)

Bộ nhân quang điện sẽ biến đổi bức xạ anpha của khí phóng xạ thành các xung

Ci/l đến 2,7.10-7 Ci/l (3,7 Bq/l đến 104 Bq/l) Đồng hồ đo dùng kim chỉ thị và số đếm xung

Máy PΓA-01 cũng có nguyên lý hoạt động tương tự máy Radon-82 Dải đo

Hai loại máy trên đều đã cũ, độ nhạy kém và làm việc không ổn định Chúng

có nhược điểm cơ bản là không tự động phân biệt radon và thoron, đồng thời bị ảnh hưởng rất nhiều do sự nhiễm bẩn phóng xạ khi đo vào vùng có nồng độ khí phóng

xạ cao

2.1.2 Giới thiệu máy RDA-200

+ Nguyên lý làm việc

Thiết bị RDA-200 được thiết kế để đo hoạt độ hạt anpha phát sinh từ radon

và con cháu của nó Hạt anpha được đánh dấu trên lớp phủ phát quang ZnS (Ag), các buồng hoặc khay nhấp nháy dưới dạng các chớp sáng Mỗi chớp sáng khi đi vào ống nhân quang điện hiệu suất cao được chuyển thành xung điện Những xung điện này sẽ được tích luỹ và sau khi hoàn tất khoảng thời gian đếm đã định nó được hiển thị bằng số đo (hiện số)

+ Các chỉ tiêu kỹ thuật của máy RDA-200

- Các đặc tính đo: Working Level (hàm lượng radon và con cháu radon)

- Kỹ thuật detector: bộ nhấp nháy ZnS (Ag) cùng với ống nhân quang điện, đường kính 25,4mm và hệ mạch xử lý

bộ lọc sợi thuỷ tinh

- Cửa sổ: thuỷ tinh hữu cơ trong suốt

- Hiệu suất nhấp nháy: >35% (

phut Phanra

phut Xung

//

) hoặc 3,3 cpm/pCi

- Chuẩn hoá: theo nguồn kiểm tra Ra226 và đĩa kiểm tra Am241

- Nguồn cung cấp: 12 V

- Trọng lượng và kích thước: 2,7kg; 127 x 165 x 280mm

+ Phương pháp tính toán số liệu

* Tính tổng hoạt độ anpha: hàm lượng Working Level (WL)

- Tổng hoạt độ anpha (WL) được tính bằng công thức:

)/(7,3E.V.t.F

RWL

Trong đó : R là số đếm trong khoảng thời gian 1 phút (cpm)

E là hiệu suất đếm của RDA-200, được lấy từ kết quả chuẩn hoá khay nhấp nháy Ở đây E= 0,34

V: là tốc độ lấy mẫu (l/ph)

t: là thời gian lấy mẫu (ph)

F: là hệ số Kusnets được tra từ bảng tính sẵn

Trong trường hợp nếu ta chọn thời gian lấy mẫu là 5 phút, thời gian phơi là 2

phút, thời gian đo là 5 phút thì hệ số F = 218

Trong đó R: là tốc độ đếm xung đo được từ mẫu đã trừ phông (xung/phút) J: là hệ số chuẩn hoá buồng nhấp nháy (được xác định nhờ mẫu chuẩn radi lỏng)

So với các máy thế hệ cũ, máy RAD-200 đã khắc phục được khá nhiều thiếu sót của các loại máy đo khí phóng xạ trước đây về độ nhạy, tính đa năng, mức độ tiện dùng, hiển thị kết quả Ngoài ra, máy có thể đo được hoạt độ anpha của bụi trong không khí Tuy vậy, việc loại bỏ sự nhiễm bẩn phóng xạ khi đo ở khu vực có cường độ phóng xạ cao còn rất hạn chế, khả năng đo riệng biệt Rn, Tn còn kém và không tự động đo liên tục và tính toán ra kết quả đo

2.1.3 Phương pháp detector vết anpha

Phương pháp detector vết anpha là phương pháp đo tích luỹ nồng độ radon

và thoron dùng các detector chất dẻo ghi các bức xạ anpha để xác định nồng độ khí

(2.1)

phóng xạ trong điều tra địa chất, thăm dò khoáng sản và nghiên cứu môi trường Detector có kích thước khoảng (10 x 15 mm, được chôn trong hố sâu 80÷ 100cm và

đo tích luỹ trong thời gian chừng 20 ÷ 30 ngày (hình 2.1)

Hình 2.1 Hố đặt detector

Radon và con cháu radon của các chất phát xạ bức xạ anpha khác đều có thể tạo thành vết ẩn trên detector, nhưng đóng góp của radon vẫn là chủ yếu Thiết bị đo gồm cốc nhựa, detector chất dẻo, một ít hoá chất để xử lý và kính hiển vi để đếm Trước khi đếm, phải làm rõ các vết do hạt anpha đập vào detector bằng cách ngâm vào dung dịch đặc biệt, gọi là tẩm thực

Do detector chôn trong thời gian dài, việc đếm vết phải cần đến kính hiển vi điện tử nên năng suất tương đối thấp, khó thực hiện trên diện rộng

+ Các loại detector vết, các loại ống đo

Các detector vết là loại vật liệu nitrat xelulo(viết tắt là CN), axetoxeloda(viết tắt là CA), triaxetat xelulo… chúng được cắt thành từng mảnh, có kích thước (10x15)mm Dưới đây là một số lại tẩm thực và hoá chất thường dùng

Bảng 2.1 Chế độ tẩm thực các loại detector vết anpha

tẩm thực Nitrat xenlulo (CN):

- CN – 39 (Mỹ)

- LR –11-5 (Pháp)

- CN (Nga)

20% NaOH 10% NaOH 20% NaOH

60

60

40

5,5 giờ 2,5 giờ

+ Tẩm thực và đếm vết

1 Detector vết anpha được tẩm thực theo các chế độ đã nêu ở bảng (2.1)

2 Sau khi tẩm thực và đã được rửa trong nước lạnh thì detector được ngâm trong dung dịch (3÷5)% tinh dấm khoảng (10÷15) phút, sau đó rửa sạch bằng nước lạnh và sấy khô

3 Đếm vết

Dùng kính hiển vị quang học có độ khuếch đại 100 ÷ 400 lần

- Dùng thước trắc vi có khắc độ 0,01mm để đo đường kính thị trường

- Diện tích thị trường của kính được tính theo công thức sau:

K

d

x 010,14,3

(2.3) Trong đó: r = 0,01d[mm] – Bán kính thị trường

d - Số độ khắc của thước trắc vi ứng với bán kính r

K- Độ khuếch đại của kính trắc vi

Mật độ vết được tính theo công thức:

nSt

Ni n

Đối với detetor vết được dán tại đáy của ống có chiều cao 12 ÷ 30cm hoặc

2.2 Giới thiệu máy RAD7

Máy đo radon (Radon Detector-RAD7) do công ty DURRIDGE của Mỹ sản xuất, là loại máy có nhiều chức năng, được coi là một thiết bị chuyên dùng để đo khí radon và thoron hoàn chỉnh, đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác nhau (hình 2.2)

Máy có thể được dùng ở 2 chế độ đo:

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

- Phát hiện nhanh khí phóng xạ (sniffing)

- Khi đo thoron, cho kết quả đo thoron gần như tức thời

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

- Khi lấy mẫu khí, máy bơm hoạt động trong 5 phút để đưa khí vào buồng đo

- Khi đo khí đất, có thể dùng máy bơm lắp sẵn bên trong hoặc bên ngoài hoặc phương pháp lấy mẫu chân không để lấy mẫu khí trong đất

- Bộ nhớ trong máy có thể lưu được 100 điểm đo và có thể kết nối với máy vi tính

- Có khả năng loại bỏ nhiễu do nhiễm bẩn phóng xạ

- Phục hồi nhanh, cho phép đo 1 điểm trong khoảng 1 giờ

- Khối lượng máy : 11 pao (khoảng 5 kg)

* Về công nghệ chế tạo:

- Dùng detector silic để thu nhận hạt anpha

- Đo phổ năng lượng anpha có độ phân giải cao (0,05MeV)

- Dùng máy bơm khí gắn bên trong máy

- Có máy in điều khiển bằng tia hồng ngoại, để có thể in ngay được kết quả đo

- Màn hình tinh thể lỏng (LDC) hiển thị kết quả

Hình 2.2 Hình dạng và các bộ phận chính của máy RAD7

- Pin có thể nạp lại Có thể đo trong 3 ngày khi dùng pin bên trong

- Buồng đo có độ nhạy 0,5 (xung/phút)/(pCi/l)

- Chế tạo vật liệu có phông trong máy nhỏ (khoảng 0,005 pCi/l)

- Tách được hầu hết khí phóng xạ ra khỏi nước (trên 90%)

- Đo nhanh, chính xác nồng độ khí phóng xạ tự do trong nước

2.2.2 Nguyên lý làm việc

RAD7 xác định nồng độ radon và thoron dựa vào đo phổ năng lượng của tia anpha 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 anpha đập vào Bộ

xử lý sẽ xác định năng lượng của từng tia anpha và xây dựng phổ năng lượng của chúng và tính riêng nồng độ radon và thoron Cửa sổ A, C để xác định nồng độ Rn, cửa sổ B, D để xác định nồng độ Tn, các của sổ khác: O, E, F… không được cộng vào kết quả đo Do việc tính nồng độ radon và thoron dựa vào phổ năng lượng anpha nên kết quả đo hầu như không bị ảnh hưởng bởi sự tích lũy phóng xạ từ con cháu của radon và thoron

2.2.3 Buồng đo của RAD7

Buồng đo mẫu khí bên trong của RAD7 có thể tích 0,7 lít, hình bán cầu, được phủ phía trong một lớp dẫn điện Bộ phận thu nhận tín hiệu (detector) 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 đi đến detector

Khi phân rã trong buồng đếm, hạt nhân radon sẽ tạo thành hạt nhân Po218 mang điện Nhờ có điện trường, hạt nhân Po218 sẽ di chuyển đến detector và bám vào đó Hạt nhân Po218 này nhanh chóng bị phân rã (chu kỳ bán phân rã =3,05 phút) ngay trên bề mặt dector Hạt anpha tạo ra có 50% khả năng đập vào detector

và tạo nên xung điện có độ lớn tỷ lệ thuận với năng lượng của hạt anpha Các hạt bêta không được detector ghi lại Các đồng vị khác nhau sẽ phát ra các hạt anpha có năng lượng khác nhau, do vậy tạo ra các tín hiệu điện có độ lớn khác nhau Đó là cơ

sở để phân biệt các đồng vị phóng xạ có trong buồng đếm

Các thiết bị điện tử của RAD7 sẽ khuếch đại, lọc, sắp xếp theo độ lớn của các tín hiệu thu được Ở chế độ phát hiện nhanh (Sniff mode), RAD7 chỉ lấy tín hiệu ứng với Po218 (của radon ) và Po216 (của thoron) để xác định nồng độ của 2 khí phóng xạ radon và thoron Bằng cách đó, có thể phát hiện nhanh chóng sự thay đổi của nồng độ radon, giảm thời gian đo tại 1 điểm và không bị ảnh hưởng khi đi qua vùng có nồng độ khí phóng xạ cao

2.2.4 Xử lý phổ năng lượng anpha của RAD7

Dải phổ năng lượng của hạt anpha từ 0 đến 10 MeV Hạt anpha do các chất khí phóng xạ và con cháu của chúng phát ra chủ yếu tập trung ở khoảng từ 6 đến 9 MeV Như trên đã nêu, ở trong buồng đếm, các hạt anpha đập vào detector và tạo nên những tín hiệu điện tỷ lệ thuận với năng lượng của chúng Tín hiệu này được khuếch đại và chuyển sang tín hiệu số và được lưu lại trong bộ nhớ