KHẢO sát NỒNG độ RADON TRONG TẦNG hầm và các PHÒNG THÍ NGHIỆM của TRƯỜNG đại học KHOA học tự NHIÊN, ĐHQG TPHCM

II-P-1.23 KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ RADON TRONG TẦNG HẦM VÀ CÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐHQG-TPHCM Nguyễn Văn Thắng 1 , Trương Thị Hồng Loan 1 , Lê Quốc Bảo 1 Huỳ

II-P-1.23

KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ RADON TRONG TẦNG HẦM VÀ CÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM CỦA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN, ĐHQG-TPHCM Nguyễn Văn Thắng 1 , Trương Thị Hồng Loan 1 , Lê Quốc Bảo 1 Huỳnh Nguyễn Phong Thu 1 , Lê Công Hảo 1 , Nguyễn Thị Yến 2

1Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TPHCM

2Trường Đại học Cần Thơ

Email: nvthang@hcmus.edu.vn

TÓM TẮT

Trong công trình này, chúng tôi khảo sát nồng độ khí radon trong 11 phòng thí nghiệm thuộc dãy nhà A, Cơ sở 2 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-TPHCM, P Linh Trung, Q Thủ Đức, Tp HCM Trong 11 phòng thí nghiệm này có 1 phòng thuộc tầng hầm, 3 phòng thuộc tầng một, hai phòng thuộc tầng hai, và 5 phòng thuộc tầng ba Thiết bị sử dụng để quan trắc là máy đo radon chuyên dụng RAD7 của Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ radon trung bình trong không khí của nhà A là 11,8±2,0 Bq.cm -3 Trong đó nồng độ cao nhất là 30,5±3,1 Bq.cm -3 ở

Công nghệ Gen–vi sinh tầng ba Kết quả cũng cho thấy nồng độ radon giảm dần theo độ cao của các phòng và chịu ảnh hưởng của các điều kiện thiết kế phòng Nồng độ radon trung bình đo được thấp hơn 17 lần so với mức quy định an toàn của WHO

Từ khóa: radon, RAD7

MỞ ĐẦU

Radon có ký hiệu hoá học là Rn là một khí hiếm phóng xạ tồn tại rất nhiều trong tự nhiên Radon là sản phẩm phân rã của các chuỗi phân rã uranium và actinium có mặt từ lúc hình thành quả đất cho đến hiện nay Radon có 34 đồng vị từ 195Rn đến 228Rn phát ra phóng xạ alpha và beta Trong tự nhiên khí radon tồn tại nhiều trong các lớp đất đá chứa nguồn phóng xạ uranium Radon thường nằm ẩn trong các khe nứt, lỗ hổng của đất đá tạo thành các vành dị thường, các lớp đứt gãy Khi các lớp đứt gãy hoạt động, radon len lõi vào các khe hẹp và lỗ hỗng nhỏ trong đất khuếch tán theo dòng không khí hay nguồn nước ngầm [2], [7] Các đồng vị của radon đáng quan tâm là 222Rn (radon) trong chuỗi phân rã uranium, 220Rn (thoron) trong chuỗi phân rã thorium và 219Rn (actinon) là sản phẩm phân rã từ chuỗi actinium Những đồng vị khác của radon rất khó tìm thấy hoặc không được quan tâm nghiên cứu do độ phổ cập trong tự nhiên thấp và có thời gian phân rã quá ngắn nên ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Hình 1 Các sản phẩm phân rã của radon trong chuỗi 238U

Radon được biết đến là một chất có khả năng gây ung thư Ở điều kiện bình thường radon ở thể khí nhưng khi phân rã nó tạo ra các kim loại nặng như Po, Pb và Bi đều là những nguyên tố phóng xạ Khi chúng ta hít phải khí radon và các sản phẩm con cháu của nó được lưu giữ trong các phế nang Quá trình phân rã của các hạt phóng xạ diễn ra bên trong phổi và xuyên qua màng phổi Hạt alpha được tạo ra có năng lượng cao và vận tốc lớn bắn phá vào các nhân tế bào gây nên các sai hỏng nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến quá trình phân chia tế

222 Rn

T1/2 = 3,8 d

218 Po

T1/2 = 3,05 m

214 Pb

T1/2 = 26,8 m

214 Bi

T1/2 = 19,8 m

214 Po

T1/2 = 162 μs

210 Pb

T1/2 = 22 yrs

α (100%)

Eα = 5,49 MeV

α (99,98%)

Eα = 6,00 MeV

β (100%)

β (99,96%)

α (100%)

Eα = 7,69 MeV

bào Năng lượng quá trình phân rã một phần truyền cho các hạt nhân làm chúng bị giật lùi và nó có đủ khả năng phá vỡ các phân tử protein trong tế bào phế nang gây tổn thương mô phổi [2], [10]

Trong không khí, radon có mặt do sự khuếch tán từ đất hay các mạch nước ngầm Trong không khí ngoài trời nồng độ radon thấp chỉ vào khoảng 10 Bq.m-3 Với tập hợp 1020 phân tử không khí thì chỉ có thể tìm thấy khoảng 10 nguyên tử 222Rn [3], [5] Trong các tòa nhà nồng độ radon cao hơn do có một lượng lớn các phân tử radon từ các vật liệu xây dựng có nguồn gốc granite, vật liệu gốm sét - gạch xỉ than… Đối với các toà nhà và phòng kín ít có hệ thống thông gió thì nồng độ radon cao hơn do hiệu ứng bẫy radon Hiệu ứng bẫy radon là khí radon được giữ lại trong phòng lâu hơn do hệ thống đối lưu không khí của phòng với môi trường ngoài không tốt Giá trị này trong khoảng từ 20 đến 10000 Bq.m-3 hoặc nhiều hơn Sự thay đổi nồng độ khí radon chịu sự chi phối của tỷ lệ radon thoát ra, độ phân rã phóng xạ, quá trình khuếch tán theo các dòng khí [2], [7]

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thiết bị

Để đo hoạt độ radon trong không khí có thể sử dụng nhiều phương pháp nhưng có thể chia thành hai loại chủ động và bị động Phương pháp chủ động sử dụng các máy đo radon liên tục (Continuous radon monitors - CR) Không khí được bơm và khuếch tán vào buồng đếm Buồng đếm chứa các đầu dò biến đổi năng lượng bức

xạ thành các tín hiệu điện Nồng độ radon trong khoảng xác định trước được lưu trữ trong thẻ nhớ hoặc truyền

trực tiếp qua máy in [12], [29] Phương pháp bị động sử dụng than hoạt tính (Activated Charcoal Adsorption - AC) có một bình kín chứa than hoạt tính được mở ra tại nơi lấy mẫu, radon trong không khí được hút vào các hạt

than hoạt tính Bình đựng than hoạt tính được dùng cho các kiểm tra ngắn hạn từ 2 – 7 ngày Mẫu được nhốt trong một khoảng thời gian, bình được bịt kín và đưa đến phòng thí nghiệm phân tích Trong suốt thời gian này radon khuếch tán và hấp phụ vào các hạt than hoạt tính [7], [11]

Thiết bị đo radon RAD7 (Radon Detector – RAD7) sản xuất tại công ty Durridge của Mỹ Đây là thiết bị chuyên dụng đo nồng độ khí phóng xạ radon (222Rn) và thoron (220Rn) có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Máy có hai chế độ đo gồm: đo khảo sát, quan trắc (real-time mornitoring) và đo phát hiện nhanh khí phóng

xạ (sniffing) Phạm vi nồng độ radon đo được từ 0,1-20000 pCi/L Nguyên lý làm việc của thiết bị này dựa vào việc ghi nhận phổ năng lượng của bức xạ alpha từ khí radon vả các sản phẩm phân rã của nó để tính toán nồng

độ radon trong không khí [1] ,[5]

Hình 2 Phổ năng lượng alpha của RAD7

Phổ alpha của RAD7 bao gồm các cửa sổ năng lượng tương ứng với năng lượng alpha 6 MeV của 218Po, 6,78 MeV của 216Po, 7,69 MeV của 214Po, và 8,78 MeV của 212Po Trong đó số đếm trong cửa sổ A và C dùng để tính nồng độ 222Rn (radon) và số đếm trong cửa sổ B và D dùng để tính nồng độ 220Rn (thoron) [6]

Phương pháp

Tòa nhà nghiên cứu dãy A của trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Cơ sở Linh Trung) là tòa nhà xây dựng cấp 2, có 3 dãy lầu và 1 dãy tầng hầm Mặt chính diện hướng Nam chếch Tây Nam Tọa độ 10052’25” N,

106047’49” E Tòa nhà nằm trên một khu vực gò đồi thấp Tuổi đời khoảng 40 năm Vật liệu xây dựng của tòa nhà là gạch ống, xi măng, đá xanh, sắt, thép Nền thường được lát bằng gạch men kích thước 30 x 30 cm hoặc 20

x 20 cm Trần bê tông và vách bằng khối xây gạch (gạch ống và vữa) Độ dày trần và vách tường là 40 cm Khuôn viên bao quanh tòa nhà có nhiều cây lâu năm Các phòng của tòa nhà có diện tích không đồng nhất để phù hợp với các mục đích giảng dạy và nghiên cứu của từng bộ môn khác nhau Thời gian khảo sát tòa nhà dãy

A là 4 tháng (từ tháng 9/2013 đến tháng 1/2014) Như vậy, thời gian khảo sát gần cuối mùa mưa và đầu mùa khô Hướng gió giai đoạn này là hướng Tây – Tây Nam, thổi chếch từ góc tây đến mặt chính diện tòa nhà

Các phòng thí nghiệm

Tầng hầm Tầng 1 Tầng 2 Tầng 3

Lượng mưa giai đoạn này ít, số lượng cơn mưa ít Đây là điều kiện khá tốt để khảo sát chế độ đo nhanh nồng độ radon tiềm ẩn ở các phòng của tòa nhà Tiến hành khảo sát nồng độ radon tại 11 phòng thí nghiệm của tòa nhà A

Do thời gian thực hiện khảo sát bị giới hạn nên không thể tiến hành đo hết các phòng thí nghiệm của tòa nhà này

Bảng 1 Bảng tóm tắt 11 PTN đã khảo sát của tòa nhà A

Tầng Ký hiệu Phòng thí nghiệm Kích thước (m) Thời gian

khảo sát

02/11/2013

Tầng 1

27/11/2013

03/01/2014

02/01/2014 Tầng 2

15/01/2014

16/01/2014

Tầng 3

30/10/2013

12/12/2013 A9 Hợp chất tự nhiên có hoạt tính

Từ 16/12/2013 đến 19/12/2013

13/11/2013 A11 Hợp chất tự nhiên có hoạt tính

Từ 02/12/2013 đến 06/12/2013

Khi thực hiện các phép đo các phòng phải được đóng kín, hạn chế người ra vào để đảm bảo các yếu tố bên ngoài không ảnh hưởng đến kết quả đo Mỗi phòng đo 9 vị trí ở cách sàn 1 m Trong đó có 8 điểm xung quanh phòng cách tường 1 m và một điểm ở chính giữa phòng Mỗi phép đo được tiến hành trong 3 giờ tương ứng 36 chu kỳ Chế độ đo thoron được tắt do bỏ qua kết quả nồng độ thoron RAD7 sẽ tính toán nồng độ radon trên cơ

sở số đếm ghi nhận được từ sự phân rã 218Po và 214Po trong từng chu kỳ sau đó lấy trung bình cộng để được kết quả của một lần đo Giá trị trung bình của 9 lần đo cho kết quả nồng độ radon trong một phòng

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Nồng độ radon trung bình của các phòng thí nghiệm được biểu diễn theo đồ thị hình 3(a) Giá trị nồng độ radon trung bình thấp nhất đo được là (3,8 ± 1,0) Bq.m-3 tại phòng thí nghiệm A7 Giá trị lớn nhất đo được là (30,5 ± 3,1) Bq.m-3 ở phòng thí nghiệm A1 nguyên nhân do phòng ở vị trí tầng hầm, thường đóng kín cửa và trong phòng có chứa nguồn phóng xạ Nồng độ radon trung bình của tòa nhà là (11,8 ± 2,0) Bq.m-3 Giá trị nồng

độ radon trung bình khảo sát theo các vị trí trong PTN được chỉ ra ở bảng 2

Khảo sát giá trị nồng độ radon phân bố theo độ cao các tầng cho thấy giá trị thấp nhất ở tầng 3 là (6,0 ± 0,7) Bq.m-3 và giá trị cao nhất ở tầng hầm (30,5 ± 3,1) Bq.m-3 như hình 3(b) Theo các nghiên cứu đã chỉ ra giá trị nồng độ radon trung bình cao nhất tại tầng hầm, càng lên cao thì giá trị này càng giảm xuống [7], [8], [9]

(a)

Hình 3 Biểu đồ so sánh nồng độ radon trong các phòng thí nghiệm (a) và trong các tầng hầm (b)

(b)

Riêng nồng độ tại tầng 1 có giá trị thấp hơn tầng 2 Nguyên do tầng 1 thông thoáng, các phòng chủ yếu là phòng thực hành có 2 cửa lớn, 10 cửa sổ, 4 quạt hút, 4 quạt trần, 2 khe thông gió trên và dưới Điều này làm cho sự trao đổi khí với môi trường ngoài thường xuyên, nồng độ radon bị giảm nhanh chóng Tầng 2 có hệ thống cửa sổ trước hành lang, các phòng ở tầng này ít được sử dụng nên lượng khí radon trong phòng khó thoát ra ngoài hơn

Bảng 2 Nồng độ radon tại các vị trí trong phòng và giá trị trung bình của 11 PTN đã khảo sát

TT

Ký

hiệu

PTN

Nồng độ radon (Bq.m -3 )

1 A1 32,4 ± 8,0 39,9 ± 9,0 55,3 ± 10,0 29,2 ± 11,0 32,7 ± 11,0 31,8 ± 12,0 23,0 ± 9,0 14,1 ± 7,0 32,1 ± 11,0 30,5 ± 3,12

7 A7 3,1 ± 3,1 5,0 ± 4,1 2,0 ± 2,3 5,0 ± 4,1 6,2 ± 3,3 3,9 ± 2,6 2,0 ± 2,3 6,2 ± 4,2 7,35 ± 3,7 3,8 ± 1,0

Các phòng thí nghiệm khảo sát có kích thước phòng khác nhau, thiết kế phòng cũng không đồng nhất nên khó xác định quy luật phân bố nồng độ radon trong phòng Tuy nhiên, việc so sánh các phòng có các điều kiện gần tương đương thì sự phân bố nồng độ radon gần theo quy luật Nồng độ khí radon phân bố ở PTN A1 và PTN A2 được biểu diễn ở hình 4(a) Hai phòng này gần cùng diện tích, có 1 cửa chính, 4 cửa sổ đóng kín, có gắn hệ thống điều hòa Nhìn chung nồng độ khí radon phân bố bên vách tường phía trái từ cửa chính đi vào (vị trí số 3,

6 và 9) có giá trị lớn hơn phía vách tường bên phải (vị trí số 1, 4 và 7), nồng độ khí giữa phòng thấp

Hình 4 So sánh quy luật phân bố nồng độ khí radon giữa PTN A1 A2 (a) và A3 A4 (b)

Nồng độ khí radon phân bố ở phòng A3 và phòng A4 được biễu diển ở hình 4(b) Diện tích của hai phòng giống nhau, có 2 cửa chính (cùng một vách tường), 10 cửa sổ, có 2 khe thông gió Nồng độ khí ở đầu phòng (vị trí số 1, 2 và 3) và giữa phòng (vị trí số 4, 5 và 6) thấp Nồng độ khí tập trung ở cuối phòng (vị trí 7, 8 và 9) Tương tự đối với phòng thí nghiệm A5 và A6 Các PTN còn lại có thiết kế phòng khác nhau, loại vật liệu tường, cửa chính và cửa sổ không đồng nhất Do vậy nồng độ radon phân bố trong các phòng này không có quy luật chung Tuy nhiên, sự phân bố nồng độ radon trong phòng theo đúng quy luật về sự đối lưu không khí, các vị trí

có thể trao đổi khí với môi trường ngoài thì nồng độ radon thấp hơn

-3)

Các vị trí trong PTN

-3)

Các vị trí trong PTN

(a) (b)

Hình 5 Biểu đồ phân bố nồng độ radon của phòng thí nghiệm A7 (a) và của phòng A8 (b)

So sánh giá trị nồng độ radon trung bình của tòa nhà dãy A với các tiêu chuẩn thì giá trị rất thấp Cụ thể, nồng độ tòa nhà thấp hơn TCQGVN 7889:2008 và WHO khoảng 17 lần, so với tiêu chuẩn của EPA là 13 lần và của ICRP là 34 lần So với các khảo sát trước đó nồng độ radon tại dãy nhà A thấp hơn các khu vực khác ở Việt Nam nhưng cao hơn giá trị trung bình tại Thành phố Hồ Chí Minh [3] So sánh nồng độ radon trung bình của tòa nhà A với các quốc gia trên thế giới, giá trị thu được thấp So với mức trung bình chung của thế giới thấp hơn 3,3 lần [11] Các giá trị được so sánh theo đồ thị minh họa hình 6

(c)

Hình 6 So sánh nồng độ radon trung bình của dãy nhà A với các tiêu chuẩn quốc tế (a), các nghiên cứu trong

nước (b) và thế giới (c)

-3)

-3)

KẾT LUẬN

Khảo sát 11 phòng thí nghiệm của tòa nhà A, mức nồng độ radon trung bình cao nhất đo được tại PTN A1 (30,5 ± 3,1) Bq.m-3 và giá trị thấp nhất tại PTN A7 là (3,8 ± 1,0) Bq.m-3 Nồng độ radon trung bình của tòa nhà

A là (11,8 ± 2,0) Bq.m-3 phù hợp các kết quả đã nghiên cứu trong nước Giá trị khảo sát thấp hơn mức quy chuẩn của Việt Nam và thế giới Nghiên cứu quy luật phân bố nồng độ khí radon trong các PTN, đối các vị trí có khả năng trao đổi khí với môi trường ngoài nồng độ radon thấp hơn Các phòng thí nghiệm có cùng diện tích, cùng thiết kế và cách bố trí các cửa, cùng loại vật liệu xây dựng thì nồng độ radon phân bố theo cùng quy luật Đánh giá về mức nguy cơ ung thư phổi của nồng độ khí radon đối với con người về các giá trị liều hiệu dụng ED, mức phơi nhiễm nồng độ khí theo mức làm việc WL và mức làm việc tháng WLM của radon Giá trị liều hiệu dụng cao nhất ở PTN A1 (0,1540 ± 0,0158) mSv.y-1 và giá trị thấp nhất là (0,0192 ± 0,0051) mSv.y-1 tại PTN A7 Giá trị liều hiệu dụng trung bình của tòa nhà A là (0,0509 ± 0,0006) mSv.y-1 rất thấp so với liều hiệu dụng trung bình hằng năm của thế giới Mức phơi nhiễm nồng độ khí radon có giá trị thấp nhất là (0,0010 ± 0,0003) WL ở PNT A7 và cao nhất là (0,0082 ± 0,0008) WL ở PTN A1 Mức phơi nhiễm trung bình của các PTN là (0,0023 ± 0,0002) WL Mức phơi nhiễm nồng độ khí radon theo mức làm việc tháng có giá trị cao nhất khảo sát được (0,4238 ± 0,0435) WLM tại PTN A1, giá trị nhỏ nhất thu được tại PTN A7 là (0,0529 ± 0,0141) WLM Mức phơi nhiễm trung bình hằng năm cho tòa nhà A là (0,1137 ± 0,0073) WLM Các giá trị này đều dưới mức tiêu chuẩn của các tổ chức UNSCEAR, WHO, EPA và BEIR

Lời cảm ơn: Nhóm tác giả xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Trưởng phòng thí nghiệm của khoa Hóa,

khoa Sinh, khoa Vật lý đã cho phép chúng tôi thực hiện đo đạc tại 11 phòng thí nghiệm của dãy nhà A Cảm ơn các anh chị cán bộ trực phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này

DETERMINATION OF RADON CONCENTRATION IN GROUND FLOORS AND

LABORATORIES OF UNIVERSITY OF SCIENCE CAMPUS, VNU-HCM

Nguyen Van Thang 1 , Truong Thi Hong Loan 1 , Le Quoc Bao 1 , Huynh Nguyen Phong Thu 1 ,

Le Cong Hao 1 , Nguyen Thi Yen 2

1 Nuclear Technique Laboratory, University of Science, VNU-HCM

2 Can Tho university

Email: nvthang@hcmus.edu.vn

ABSTRACT

In this study, radon concentration of 11 laboratories which is located at the building A of the second campus, University of Science, VNU-HCM, Linh Trung ward, Thu Duc district, Ho Chi Minh city

is determined There are 1 laboratory of ground floor, 3 laboratories of fist floor, 2 laboratories of second floor, and 5 laboratories of third floor among 11 laboratories RAD7 radon detector of the nuclear technique laboratory is using in this study The results show that the average radon concentration in air of building A is 11,8±2,0 Bq.cm -3 The highest radon concentration is 30,5±3,1 Bq.cm -3 at the nuclear technique laboratory of the ground floor The lowest radon concentration is 3,8±1,0 Bq.cm -3 at the laboratory of gene and microbiology of the third floor The derived results show that the radon concentration decreases with the laboratories height and changes with the laboratories structure The average radon concentration is 17 times lower than the safety standard of WHO

Key words: radon, RAD7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ThS Vũ Văn Bích, Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xác định riêng biệt radon, thoron trên máy phổ alpha RAD7 nhằm nâng cao hiệu quả điều tra địa chất và nghiên cứu môi trường, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu Khoa học và Công nghệ, Bộ Tài nguyên và Môi trường - Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam - Liên đoàn Địa chất Xạ hiếm, Hà Nội, 2005

[2] Nguyễn Thị Như Dung, Ứng dụng phương pháp radon trong khảo sát địa chất môi trường, Luận văn thạc sỹ vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP.HCM, 2010

[3] Hoàng Bá Kim, Khảo sát khí radon trong nhà khu vực đô thị Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương, Luận văn thạc sỹ vật lý, Trường Đại học Sư Phạm TP.HCM, 2010

[4] AGIR: Advisory Group on Ionising Radiation, Radon and Public Health, United Kingdom, 2005

[5] Derek Lane-Smith, Electronic Radon Detector RAD7, Durridge Company, 2005

[6] K.E Holberrt, Radioactive Decay, Arizona State University, USA, 2005

[7] Saeed-Ur-Rahman, Measurement of Indoor Radon Levels Natural Radioactivity and Lung Cancer Risks Estimation, Pakistan, 2010

[8] S De Francesco, F Pascale Tommasone, E Cuoco, D Tedesco, Indoor radon seasonal variability at different floors of buildings, Italy Radiation Measurement 45 (2010) 928-934

[9] S Rahman, N Mati, Matiullah, B.M Ghauri, Seasonal indoor radon concentration in the North West Frontier Province and federally administered tribal areas – Pakistan, Pakistan, Radiation Measurement

42 (2007) 1715-1722

[10] UNSCEAR: United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, Fifty-seventh session, includes Scientific Report: Sumary of low-dose radiation effects on health, New York, 2010 [11] WHO: World Health Organisation, WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective, WHO Press, Geneva, 2009