Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe

Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ PHÚC

TRONG MẪU KHOAI SẮN SỬ DỤNG

HỆ PHỔ KẾ GAMMA PHÔNG THẤP HPGe

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh năm 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ PHÚC

U, 232Th VÀ 40K

TRONG MẪU KHOAI SẮN SỬ DỤNG

HỆ PHỔ KẾ GAMMA PHÔNG THẤP HPGe

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao

Mã số chuyên ngành: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS HUỲNH TRÚC PHƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tác giả đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ tận tình từ rất nhiều người

Tôi xin bày tỏ lòng trân trọng và cảm ơn đến Thầy TS Huỳnh Trúc Phương

là người thầy đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập của tôi và là người đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Huỳnh Đình Chương đã chia sẻ kinh nghiệm, truyền đạt kiến thức để tôi hiểu được ý nghĩa vật lý của chương trình hiệu chuẩn hiệu suất ETNA và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu trong quá trình tôi thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Kỹ thuật Hạt nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG - Tp HCM đã hỗ trợ thiết bị hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe GC3520 và tủ sấy mẫu cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM đã luôn tạo điều kiện tốt để tôi có thể học tập và thực hiện luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các em kỹ thuật viên Phòng Kỹ thuật Hạt nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM, đặc biệt là các em Trương Hữu Ngân Thy, Huỳnh Thị Yến Hồng và Lê Thị Ngọc Trang đã nhiệt tình giúp đỡ tôi về

tư liệu của hệ máy, sấy mẫu và đo đạc thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và tình yêu thương sâu sắc đến gia đình luôn động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này, và tôi cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến những người em học chung lớp đó là Thái Văn Ton, Mã Thúy Quang, Phạm Thị Phú Phúc, Thạch Trung và Thái Thị Thủy Tiên đã cùng tôi

nổ lực rất nhiều trong suốt quá trình học tập

Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 09 năm 2015

Nguyễn Thị Phúc

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1.1 Nguồn gốc phóng xạ 9

1.1.1 Nguồn phóng xạ tự nhiên 9

1.1.2 Nguồn phóng xạ nhân tạo 14

1.2 Phóng xạ môi trường 17

1.2.1 Phóng xạ tự nhiên trong đất 17

1.2.2 Phóng xạ tự nhiên trong không khí 18

1.2.3 Phóng xạ tự nhiên trong đại dương 18

1.2.4 Phóng xạ tự nhiên trong thực phẩm 19

1.2.5 Phóng xạ tự nhiên trong cơ thể con người 19

1.2.6 Phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng 20

1.3 Chiếu xạ trong 21

1.3.1 Đặc điểm của chiếu xạ trong 21

1.3.2 Hiệu ứng chiếu xạ trong của các loại bức xạ 21

1.3.3 Các con đường chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể 22

1.4 Phổ gamma 23

1.4.1 Ghi nhận phổ gamma 23

1.4.2 Tương tác của photon gamma với vật chất 23

1.4.3 Hệ số suy giảm tuyến tính 27

CHƯƠNG 2: HỆ PHỔ KẾ GAMMA ĐẦU DÒ HPGe VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ 29

2.1 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe 29

2.1.1 Đầu dò germanium siêu tinh khiết HPGe 29

2.1.2 Các loại đầu dò germanium 30

2.1.3 Mô tả hệ phổ kế 32

2.2 Một vài đặc trưng cơ bản của đầu dò HPGe 35

2.2.1 Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma 35

2.2.2 Tỉ số đỉnh – Compton P/C 38

2.3 Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ các đồng vị 238 U, 232Th, và 40K 40

2.3.1 Phương pháp tương đối 40

2.3.2 Phương pháp tuyệt đối 40

2.4 Liều hiệu dụng trong tiêu thụ thực phẩm 42

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 44

3.1 Qui trình phân tích các đồng vị phóng xạ 44

3.1.1 Thu thập mẫu phân tích 44

3.1.2 Xử lý mẫu phân tích 44

3.1.3 Các vạch năng lượng sử dụng để đo hoạt độ của 238U, 232Th và 40K 45

3.2 Hiệu chuẩn hệ phổ kế phông thấp HPGe GC3520 46

3.3 Các kết quả về hoạt độ riêng và liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 70

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt

HPGe High Pure Germanium Germani siêu tinh khiết

IAEA International Atomic Energy

CNEN Commission of Nuclear Energy Ủy ban Năng lượng hạt nhân

NISA Nuclear and Industrial Safety

Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên Hiệp Quốc

ADC Analog – to Digital Converter Bộ biến đổi tương tự - số

MCA Multi Channel Analyzer Bộ phân tích đa kênh

FWHM Full Width Half Maximum Bề rộng một nửa giá trị cực đại MDA Minium Detectable Activity Giới hạn phát hiện hoạt độ

UNSCEAR

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation

Ủy ban Khoa học của Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng của phóng

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 1.1 Một số thông tin cơ bản về hạt nhân phóng xạ nguyên

2 1.2 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên với số nguyên tử thấp 13

3 1.3 Một số hạt nhân phóng xạ phổ biến được tạo ra do bức xạ

5 1.5 Hoạt độ phóng xạ của các nguyên tố trong đất 17

6 1.6 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đại dương 18

7 1.7 Hoạt độ phóng xạ 40K, 226Ra trong một số thực phẩm 19

9 1.9 Nồng độ và hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ Uranium,

Thorium và Potassium trong vật liệu xây dựng 20

10 1.10 Mức độ tác hại của các loại bức xạ trong trường hợp chiếu

11 3.1 Thông tin về hoạt độ phóng xạ của các mẫu chuẩn 47

12 3.2 Giá trị vị trí đỉnh, năng lượng, FWHM khi khảo sát mẫu

13 3.3 Các thông số về năng lượng, diện tích đỉnh và hiệu suất

14 3.4 Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ

238

U, 232Th và 40

15 3.5 Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ

238U, 232Th và 40

16 3.6 So sánh hoạt độ phóng xạ khoai sắn trong luận văn này

với một số nước trên thế giới và giá trị trung bình thế giới 56

17 3.7 Liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn hàng năm 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 1.1 Sơ đồ phân rã của ba họ phóng xạ trong tự nhiên 10

3 1.3 Các con đường phơi nhiễm phóng xạ của con người 23

12 3.3 Khoai sắn sau xử lý được nhốt trong hộp nhựa 3 45

14 3.5 Đồ thị và phương trình đường chuẩn hiệu suất trong

15 3.6 So sánh liều hiệu dụng với C = 15 (kg/năm) ở các địa

điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới 57

16 3.7 So sánh liều hiệu dụng với C = 25 (kg/năm) ở các địa

điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới 58

17 3.8 So sánh liều hiệu dụng với C = 58 (kg/năm) ở các địa

điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới 59

18 3.9 So sánh liều hiệu dụng với C = 80 (kg/năm) ở các địa

điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới 60

MỞ ĐẦU

Môi trường sống của chúng ta chứa rất nhiều đồng vị phóng xạ, có thể chia thành hai loại Loại thứ nhất có nguồn gốc từ tự nhiên như: các đồng vị phóng xạ nguyên thủy tồn tại ngay từ lúc trái đất hình thành và nhóm đồng vị phóng xạ do tương tác giữa tia vũ trụ với bầu khí quyển của trái đất gây ra Loại thứ hai có nguồn gốc nhân tạo là kết quả do hoạt động của con người tạo ra như: các bức xạ (tia X) dùng để chuẩn đoán bệnh và điều trị ung thư, sản phẩm từ các vụ nổ thử nghiệm hạt nhân và tai nạn nhà máy điện hạt nhân (Chernobyl Disister năm 1986 và Fukushima Earthquake năm 2011) Các kiểu phân rã của các nguồn phóng xạ là: bức xạ gamma (), bức xạ anpha (), bức xạ beta () Mặc dù những nơi khác nhau trên trái đất thì lượng phóng xạ sẽ khác nhau, nhưng nó ảnh hưởng rất lớn đến môi trường xung quanh, đến nguồn nước ngầm, đến hệ sinh thái trên cạn - dưới nước và quan trọng nhất là ảnh hưởng đến sức khỏe của con người

Sau hai tai nạn lớn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (1986, Ucraina) và Fukushima (2011, Nhật Bản) thì vấn đề an toàn phóng xạ được quan tâm hàng đầu trên Thế Giới Đặc biệt là vấn đề an toàn phóng xạ trong thực phẩm Do vậy, nông phẩm sạch luôn là đề tài được quan tâm bởi người tiêu dùng Hiện nay, để bảo quản lương thực và thực phẩm người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau trong đó có phương pháp chiếu xạ Tuy nhiên, ít người tiêu dùng quan tâm tới đồng vị phóng xạ

tự nhiên cũng như đồng vị phóng xạ nhân tạo tồn tại trong các nông phẩm này Trong quá trình phát triển, cây sẽ nhận chất dinh dưỡng từ đất, mạch nước ngầm, nước mưa, phân bón, thuốc trừ sâu do con người cung cấp cũng góp phần tích lũy hạt nhân phóng xạ trong cây trồng Như vậy, trong lương thực, thực phẩm có chứa một lượng chất phóng xạ nhất định thì câu hỏi được đặt ra là lượng chất phóng xạ

có trong một loại lương thực nào đó là bao nhiêu? Mức tiêu thụ lương thực đó bao nhiêu là an toàn về mặt phóng xạ? Khi chúng thâm nhập vào cơ thể người qua con đường ăn uống thì ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người là ở mức độ nào?

Sắn là loại cây lương thực quan trọng thứ 3 trong nền nông nghiệp thế giới chỉ sau lúa gạo và lúa mì Tại châu Phi, châu Á và châu Mỹ Latin, hàng triệu người

sử dụng sắn như là nguồn lương thực chủ yếu nhằm đảm bảo an ninh lương thực Đồng thời, sắn cũng là cây thức ăn gia súc, cây nhiên liệu sinh học, cây hàng hóa xuất khẩu quan trọng trên thế giới và Việt Nam Tại Việt Nam, sắn là cây lương thực có diện tích trồng và sản lượng lớn đứng hàng thứ 3 sau lúa và ngô Sắn được trồng chủ yếu tại Nigeria, Brazil, Thái Lan, Indonesia và Công gô, lượng sắn được sản xuất tại 5 quốc gia này khoảng 60% sản lượng sắn trên thế giới Tuy nhiên, các nước xuất khẩu sản phẩm từ sắn (sắn lát, sắn cục, tinh bột sắn) chủ yếu tại Thái Lan, Việt Nam và Indonesia Trong đó, Thái Lan chiếm khoảng 80% sản lượng thương mại toàn cầu, Việt Nam và Indonesia mỗi nước chiếm 8% thị phần thế giới Các khoáng chất cần thiết cho sắn như: Đạm (N), Lân (P2O5), Kali (K2O), Canxi (Ca), Magie (Mg), Lưu huỳnh (S) và các vi lượng (Cu, Zn, Mo, Fe, Mn, Bo…) Mỗi khoáng chất đều có vai trò riêng và quan trọng trong suốt quá trình sinh trưởng của sắn Trong đó, Kali có vai trò vận chuyển hydratcacbon từ thân lá về rễ củ và các bộ phận khác của cây Đất nghèo thiếu K sẽ làm giảm năng suất củ rất rõ rệt Trên đất giàu dinh dưỡng, Kali phát huy tác dụng tốt giúp sắn tăng sự hoạt động của thượng tầng và tích lũy tinh bột Theo Howeler (1981), tác giả đã tổng kết các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả khác và chỉ ra rằng: Sắn có nhu cầu cao về dinh dưỡng khoáng, cao nhất là Kali, kế đến là N, Ca, sau đó là P Tùy theo điều kiện đất đai, giống, thời gian thu hoạch mà trung bình một tấn sắn của tươi thu hoạch sẽ lấy đi của đất: 4,1(kg) K; 2,3 (kg) N; 0,6 (kg) Ca; 0,5 (kg) P và 0,3 (kg) Mg Do đó, K và

N là hai nguyên tố mà sắn lấy đi nhiều nhất trong đất [27]

Người dân có thể tiêu thụ sắn thông qua việc luộc ăn trực tiếp hoặc thông qua việc sử dụng các sản phẩm của nó như: bánh mì, bột quánh cho các loại súp, sợi

mì, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu… Từ những nhận định trên, việc khảo sát hoạt độ phóng xạ trong các mẫu môi trường (trầm tích, cỏ, đất, không khí, nước, mẫu thực phẩm….) nói chung và việc nghiên cứu, đánh giá hoạt độ phóng xạ có trong khoai sắn nói riêng trong luận văn này là hết sức cần thiết để bảo vệ sức khỏe

của người tiêu dùng trước ảnh hưởng của những đồng vị phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo có trong môi trường cũng như trong thực phẩm Do đó, trên thế giới đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu khoa học về vấn đề này:

Năm 2004, F L Melquiades ở Đại học Center West, Brazil cùng với C R Appoloni ở trường Đại học Londrina, Brazil đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 40K, 137Cs và 208Tl trong các mẫu sữa ở Londrina và một số vùng Nam Brazil, bằng hệ phổ kế HPGe Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ 40K, 137Cs và 208Tl đã xác định lần lượt là 482 37 (Bq/kg); 3,7 1,1 (Bq/kg) và 0,5 0,2 (Bq/kg) Mặc dù, hoạt độ riêng của 40K cao nhưng khi sâm nhập vào cơ thể người, dưới sự kiểm soát của sự cân bằng nội mô thì nó ít nguy hiểm cho sức khỏe con người hơn 137Cs Kết quả đạt được khi so sánh với chuẩn được thiết lập bởi Ủy ban Năng lượng hạt nhân (CNEN) Quốc gia Brazil là an toàn cho người tiêu dùng [20]

Năm 2012, Mayeen Uddin Khandaker, Panakal John Jojo và Hasan Abu Kassim thuộc trường Đại học Malaysia và Trung tâm Nghiên cứu nâng cao thuộc khoa Vật lý trường Cao đẳng Quốc gia Fatima Mata, Ấn Độ đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ của 238U, 232Th và 40K trong các mẫu đất và rau được thu thập ở khu vực ven biển phía tây nam của Ấn Độ, bằng hệ phổ kế HPGe Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong đất và rau lần lượt là 21 4 (Bq/kg) và 2,4 0,4 (Bq/kg) cho 238U; 21 3 (Bq/kg) và 1,9 0,5 (Bq/kg) cho 232

Th;

290 20 (Bq/kg) và 80,3 54,9 (Bq/kg) cho 40K Giá trung bình trên thế giới được lập bởi IAEA là: 17-60 (Bq/kg) cho 238U; 11-64 (Bq/kg) cho 232Th và 140-850 (Bq/kg) cho 40K Kết quả cho thấy là an toàn về mặt phóng xạ cho người dân Riêng hạt nhân phóng xạ 137Cs không tìm thấy trong các mẫu [19]

Tháng 6 năm 2012, D.I.Jwanbot, M.M Izam và G.G Nyam thuộc khoa Vật

lý trường Đại học Jos và trường Đại học Abuja, Nigeria đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U (226Ra), 232Th và 40K trong các mẫu cây lương thực (như: khoai mở, khoai sắn, khoai lang, củ hành, xà lách, dưa chuột, tiêu xanh,

cà chua, đậu bắp, bắp cải, nước bí đao, rau bina, đậu xanh… ) được tiêu thụ ở cao

nguyên Jos, bằng hệ phổ kế NaI(Tl) Giá trị hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ nằm trong dãy giá trị như sau: từ 12,36 0,82 (Bq/kg) đến 56,92 8,84 (Bq/kg) đối với 40K; từ 1,46 0,05 (Bq/kg) đến 10,42 0,04 (Bq/kg) đối với 238U và từ 1,53 0,08 (Bq/kg) đến 6,85 0,42 (Bq/kg) đối với 232

Th Liều hiệu dụng hàng năm

do tiêu thụ thực phẩm là thấp hơn giá trị trung bình trên toàn thế giới 0,29 (mSv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000 Kết quả cho thấy an toàn phóng xạ

về tiêu thụ thực phẩm đối với người dân ở đây [18]

Tháng 3 năm 2013, nhóm tác giả ở Chittagong, Bangladesh đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th và 40K trong các mẫu đất tại các khu vực phá tàu (the ship breaking areas) ở Chitagong, Bangladesh, bằng hệ phổ kế HPGe Hoạt độ riêng trung bình của 238U, 232Th và 40K có giá trị lần lượt là: 23,66 1,55 (Bq/kg); 34,33 3,57 (Bq/kg) và 702,32 50,34 (Bq/kg) Giá trị trung bình thế giới lần lượt là: 33 (Bq/kg); 45 (Bq/kg) và 412 (Bq/kg) Hoạt độ radium tương đương, chỉ số nguy hiểm bức xạ, suất liều hấp thụ ngoài trời và liều hiệu dụng lần lượt có giá trị là: 126,72 10,53 (Bq/kg); 0,97 0,08 (Bq/kg); 60,95 4,97 (nGy/h) và 0,07 (mSv/năm) Giá trị trung bình thế giới lần lượt là: 89 (Bq/kg); 0,66 (Bq/kg); 59 (nGy/h) và 0,07 (mSv/năm) Từ những kết quả đạt được cho thấy khu vực lấy mẫu đất không còn an toàn về mặt phóng xạ đối với môi trường và sức khỏe công nhân làm việc trên bến phá tàu [21]

Ngày 15 tháng 3 năm 2013, nhóm nghiên cứu Omar El Samad, Rola Alayan, Rana Baydoun và Wissam Zaidan thuộc Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Lebanon, Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Quốc gia ở Beirut, Lebanon đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 40K và 137Cs trong các mẫu sữa, rau

củ và các sản phẩm công nghiệp (mứt, dưa chua, rượu trắng, rượu vang đỏ, bia, nước ngọt có ga, lúa mì, bánh mì trắng, khoai tây chiên, trà, chocolat, cà phê espresso, cà phê, quả hạc) được thu thập từ các thành phố lớn dọc theo bờ biển Lebanon trong suốt 2 năm (2009-2010), bằng hệ phổ kế HPGe Hoạt độ riêng của 137

Cs thấp hơn giới hạn phát hiện hoạt độ MDA nên không xác định được Hoạt độ riêng của hạt nhân phóng xạ 40K có giá trị 6,9-868 (Bq/kg) Liều hiệu dụng hàng

năm trong tiêu thụ thực phẩm có giá trị thấp hơn rất nhiều so với giá trị trung bình trên toàn thế giới 0,3 (mSv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000 Kết quả cho thấy an toàn phóng xạ về tiêu thụ thực phẩm đối với người dân ở đây [22]

Ngày 12 tháng 6 năm 2013, M J Ferdous, S Ahmed, A Begum và Amena Begum thuộc khoa Vậy lý trường Đại học Dhaka ở Bangladesh đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th, 40K, 226Ra và 228Ra trong 33 mẫu rau được mua tại các chợ ở Bangladesh, bằng hệ phổ kế HPGe và xác định liều hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ rau của người dân với lượng thiêu thụ 4,69 (kg/năm) được xác định bởi Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên Hiệp Quốc (FAO) Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ 238U, 232Th, 226Ra,

228Ra và 40K có giá trị lần lượt là: 7,77 3,34 (Bq/kg); 2,86 0,91 (Bq/kg); 24,35 7,61 (Bq/kg); 12,75 5,79 (Bq/kg) và 867,03 8,93 (Bq/kg) Liều hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ thực phẩm cho tất cả các hạt nhân phóng xạ khảo sát có giá trị là 0,065 (mSv/năm), giá trị này nhỏ hơn liều giới hạn được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000 là 0,29 (mSv/năm) Hoạt độ riêng của 40K tương đối cao do hàm lượng 40K trong đất cao và hệ số chuyển đổi của 40K cao hơn các đồng vị phóng xạ

tự nhiên khác Ngoài ra 40K là nguyên tố sinh học cần thiết cho sự phát triển của cây trồng và nồng độ của 40K trong mô người được kiểm soát dưới sự chuyển hóa chặt chẽ gọi là sự cân bằng nội mô nên không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của con người Kết quả cho thấy an toàn về mặt phóng xạ trong tiêu thụ thực phẩm đối với người dân ở Bangladesh [17]

Tháng 8 năm 2013, nhóm tác giả từ các Viện nghiên cứu, Ghana đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th và 40K trên mẫu đất và mẫu khoai sắn tại các khu vực xung quanh một nhà máy xi măng ở Ghana, bằng hệ phổ kế HPGe Nhóm đã xác định hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ, lập tỷ số giữa hoạt độ các hạt nhân phóng xạ tương ứng trong khoai sắn và trong đất, đối với

238U và 232Th thì tỷ số này nhỏ hơn một nhưng đối với hạt nhân phóng xạ 40K thì tỷ

số lớn hơn 2 Liều hiệu dụng trung bình hằng năm trong tiêu thụ khoai sắn có giá trị

là 1,23 0,09 (mSv/năm) với lượng tiêu thụ khoai sắn hàng năm của người dân ở

đây là 152,9 (kg/năm), giá trị này cao hơn liều hiệu dụng giới hạn hàng năm cho công chúng 1mSv/năm được thiết lập bởi Hiệp ước Quốc tế về bảo vệ phóng xạ hạt nhân (ICRP) Khoai sắn ở khu ở vực này được trồng xung quanh một nhà máy xi măng và thuận theo hướng gió có chứa bụi xi măng nên hoạt độ phóng xạ riêng của các hạt nhân tăng đáng kể, nhất là 40K Nhóm đã cảnh báo về sự không an toàn phóng xạ trong khoai sắn đối với sức khỏe của người dân, động vật tiêu thụ khoai sắn trong khu vực nghiên cứu [11]

Tháng 8 năm 2013, nhóm nghiên cứu P Tchokossa, J.B Olomo, F.A Balogun thuộc trường Đại học Obafemi Awolowo và C.A Adesanmi thuộc Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Nigeria, Negeria đã báo cáo kết quả nghiên cứu hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th, 40K và 137Cs trong rau, trái cây, củ, ngô, thịt được tiêu thụ nhiều nhất ở khu vực sản xuất dầu khí ở Delta State, Nigeria bằng hệ phổ kế HPGe Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại rau có giá trị như sau: từ 36,48 8,31 (Bq/kg) đến 68,02 14,47 (Bq/kg) đối với hạt nhân 40K; từ 2,33 0,93 (Bq/kg) đến 5,18 3,60 (Bq/kg) đối với hạt nhân 238U; từ 1,26 0,66 (Bq/kg) đến 2,98 1,20 (Bq/kg) đối với hạt nhân 232Th và từ 0,27 0,08 (Bq/kg) đến 2,47 0,64 (Bq/kg) đối với hạt nhân 137Cs Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại trái cây có giá trị như sau: từ 31,22 10,91 (Bq/kg) đến 61,91 14,44 (Bq/kg) đối với 40K; từ 1,17 0,18 (Bq/kg) đến 2,67 1,59 (Bq/kg) đối với 238

U; từ 0,10 0,02 (Bq/kg) đến 1,60 0,30 đối với 232Th và từ 0,70 0,17 (Bq/kg) đến 3,26 0,97 (Bq/kg) đối với 137Cs Mặc dù, hạt nhân phóng xạ nhân tạo 137Cs có đóng góp trong giá trị hoạt độ riêng của rau và trái cây nhưng thấp và nằm trong giới hạn chấp nhận của quốc tế Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại củ có giá trị như sau: từ 49,10 4,70 (Bq/kg) đến 202,75 8,75 (Bq/kg) đối với 40

K; từ 9,58 2,32 (Bq/kg) đến 17,78 2,82 (Bq/kg) đối với 238U; từ 6,92 2,01 (Bq/kg) đến 16,60 4,67 (Bq/kg) đối với 232Th và đối với hạt nhân 137Cs thì dưới giới hạn phát hiện hoạt độ MDA Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ trong ngô

có giá trị như sau: 16,29 3,20 (Bq/kg) đối với 40K; 5,56 1,15 (Bq/kg) đối với 238U; 4,45 1,57 (Bq/kg) đối với 232Th và đối với hạt nhân 137Cs thì dưới giới hạn phát

hiện hoạt độ MDA Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại thịt có giá trị như sau: từ 329,33 33,97 (Bq/kg) đến 392,40 41,03 (Bq/kg) đối với 40K; từ 2,85 1,76 (Bq/kg) đến 6,99 4,29 (Bq/kg) đối với 238U; từ 0,67 0,08 (Bq/kg) đến 2,84 0,17 (Bq/kg) đối với 232Th và đối với hạt nhân 137Cs thì dưới giới hạn phát hiện hoạt độ MDA Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ chủ yếu được đóng góp bởi hạt nhân 40K Hạt nhân phóng xạ nhân tạo 137Cs không phát hiện được trong các mẫu củ, ngô, thịt Thông thường, khoai mở và khoai sắn là những loại củ có kích thước lớn, đâm sâu trong đất do đó khả năng hấp thụ hạt nhân phóng xạ tự nhiên trong đất nhiều hơn rau, củ sát mặt đất và ngô Kết quả cho thấy hoạt độ phóng xạ trong các mẫu là thấp so với giới hạn Quốc tế và được xem là an toàn phóng xạ đối với người tiêu thụ thực phẩm ở khu vực này [23]

Ngày 25 tháng 07 năm 2012, C Canbazo ̆lu thuộc trường Đại học Kilis 7 Aralik, Turkey và M Do ̆ru thuộc trường Đại học Bitlis Eren, Turkey đã báo cáo kết quả nghiên cứu hoạt độ phóng xạ 238U (226Ra), 232Th, 40K và 137Cs trong các mẫu rau và trái cây được trồng ở khu vực Elazi ̆, bằng hệ phổ kế NaI(Tl) Xác định liều hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ thực phẩm với lượng tiêu thụ hàng năm của người dân là 73 (kg/năm) cho cả rau và trái cây Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ trong rau và trái cây lần lượt là 1,52 0,34 (Bq/kg) đối với 238

U; 0,98 0,23 (Bq/kg) (Bq/kg) đối với 232Th; 18,66 1,13 (Bq/kg) đối với 40

K và 0,59 0,16 (Bq/kg) đối với 137Cs Liều hiệu dụng hàng năm trong việc ăn cả rau và trái cây là 50,55 (Sv/năm) giá trị này thấp hơn giá trị trung bình thế gới 290 (Sv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000 Kết quả cho thấy là an toàn về mặt phóng xạ trong việc tiêu thụ rau và trái cây của người dân ở khu vực này [12]

Trong luận văn này, chúng tôi đi phân tích 238U, 232Th và 40K trong mẫu bột khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe độ phân giải cao thuộc phòng Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG - Tp.HCM (cơ sở Linh Trung) để tính toán hoạt độ phóng xạ riêng của các hạt nhân 238U, 232Th,

40K và xác định liều hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ khoai sắn của người dân, rồi

từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của phóng xạ tự nhiên trong khoai sắn lên sức khỏe con người

Nội dung luận văn bao gồm ba chương:

Chương 1, nêu tổng quan các khái niệm cơ bản về phóng xạ, nguồn gốc phóng xạ, nguyên tắc hình thành và ghi nhận phổ gamma, con đường hạt nhân phóng xạ xâm nhập vào cơ thể con người

Chương 2, trình bày cấu tạo hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe và phương pháp xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ 238

U, 232Th, 40K

Chương 3, trình bày thực nghiệm và kết quả phân tích 238U, 232Th, 40K trong các mẫu bột khoai sắn từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hạt nhân phóng xạ trong mẫu lên sức khỏe con người

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Nguồn gốc phóng xạ

Phóng xạ là hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ rất lâu nhưng chỉ được biết đến vào năm 1896 khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện ra các bức xạ từ muối Uranium Ba năm sau, Piere Curie và Marie Curie tìm ra hai chất phóng xạ mới là Polonium và Radium Năm 1934, Frederic và Irene Curie đã tạo ra đồng vị phóng

xạ nhân tạo Phosphor và Nitrogen khi chiếu hạt anpha từ nguồn Polonium vào Al và

Bo Phát minh này đã mở ra một kỷ nguyên cho phóng xạ nhân tạo [8]

1.1.1 Nguồn phóng xạ tự nhiên

Phóng xạ tự nhiên là những đồng vị phóng xạ tồn tại trong tự nhiên, là các đồng vị phóng xạ có mặt trong đất, nước, không khí Chúng là sản phẩm của các đồng vị có mặt ngay thời điểm Trái Đất được hình thành Chúng tự phân rã bằng cách phát ra các hạt , , hoặc  Các đồng vị phóng xạ tự nhiên thường có chu kì bán rã lớn, và có khoảng 60 đồng vị phóng xạ [7]

i) Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy

Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy bao gồm 40

K và ba họ phóng xạ: họ thorium (232Th), uranium (238U) và actinium (235U) Hình 1.1 trình bày sơ đồ phân rã của ba họ phóng xạ trong tự nhiên Bảng 1.1 trình bày một số thông tin cơ bản của hạt nhân phóng xạ nguyên thủy

Đặc điểm của ba họ phóng xạ [2]:

 Thành viên thứ nhất của mỗi họ là đồng vị phóng xạ sống lâu, với thời gian bán rã có thể so sánh với thời gian tồn tại của Trái Đất (khoảng 10 tỷ năm) Họ thorium với hạt nhân đầu tiên 232Th có thời gian bán rã bằng 1,4.1010 năm nên hầu như thorium không giảm trong quá trình tồn tại của Trái Đất Trong lúc đó, hạt nhân đầu tiên 238U của họ uranium có thời gian bán rã là 4,9.109 năm nên 238U bị phân rã một phần Còn trong chuỗi actinium, hạt nhân đầu tiên 239Pu có chu kì bán rã ngắn

là 24400 năm nên đã phân rã hết do đó 235U trở thành thành viên đầu tiên của họ này và có chu kì bán rã là 7.108 năm bị phân rã đáng kể Chính vì vậy trong vỏ Trái

Đất có rất nhiều thorium, còn 235U có hàm lượng bằng 140 lần bé hơn hàm lượng 238

U

 Mỗi họ phóng xạ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon Trong họ uranium, khí 222Rn được gọi là radon (T1/2=3,825 ngày); trong họ thorium, khí 220Rn (T1/2=52s) được gọi là thoron; còn trong họ actinium, khí 219Rn (T1/2=3,92s) được gọi là actinon Trong ba loại khí phóng xạ thì radon đóng vai trò quan trọng nhất vì thời gian bán

Bảng 1.1 Một số thông tin cơ bản về hạt nhân phóng xạ nguyên thủy [26]

Hạt nhân Kí

hiệu

Thời gian bán rã Hoạt độ tự nhiên Uranium 235 235U 7,04.108 năm 0,72% tổng uranium tự nhiên

Uranium 238 238U 4,47.109 năm 99,2745% tổng uranium tự nhiên

0,5 – 4,7 ppm uranium trong các loại đá

Thorium 232 232Th 1,41.1010 năm 1,6 – 20 ppm trong các loại đá với mức

trung bình trong vỏ Trái Đất là 10,7 ppm

Radium 226 226Ra 1,6.103 năm 0,42 pCi/g (16 Bq/kg) trong đá vôi và

1,3 pCi/g (48 Bq.kg) trong đá mắc ma

Radon 222 222Rn 3,82 ngày

Là khí hiếm, dãy hàm lượng không khí trung bình hàng năm ở Mỹ từ 0,016 pCi/L (0,6 Bq/m3) đến 0,75 pCi/L (28

Bq/m3)

Potassium 40 40K 1,28.109 năm Có trong đất

1 – 30 pCi/g (37 – 1100 Bq/kg)

Một số đồng vị phóng xạ nguyên thủy [8]

 Uranium: khá phổ biến trong tự nhiên, đứng thứ 38 về độ giàu trong

các nguyên tố có mặt trên Trái Đất Trong tự nhiên Uranium có ba đồng vị là 238U, 235

U và 234U với độ phổ cập tương ứng là 99,28%; 0,72%; 0,0057% trong đó 235U là một nguyên liệu hạt nhân quan trọng luôn đi kém với 238U Uranium phân tán rộng khắp trong tự nhiên, có nhiều trong đá, hòa tan vào nước biển và hấp thụ vào đất cùng với các khoáng vật Người ta ước tính tổng hàm lượng Uranium ở lớp trên cùng của vỏ trái đất cỡ 1015 tấn, hàm lượng Uranium trong nước biển khoảng 10-6(gram/L) và hàm lượng trung bình trong vở trái đất khoảng 4.10-4%

 Thorium: phân tán rộng trên vỏ trái đất, hàm lượng trung bình của

Thorium lớp trên cùng của vở Trái Đất khoảng 1,2.10-5% Độ giàu của Thorium tương đương với chì (1,6.10-5%), do vậy Thorium không được xem là nguyên tố

hiếm Thorium có 6 đồng vị trong tự nhiên 227Th, 228Th, 230Th, 231Th, 232Th, 234Th nhưng 232

Th phân tán rộng hơn cả Hàm lượng Thorium có xu hướng tăng dần trong các lớp bề mặt Đó là do các khoáng chất chứa Thorium có đọ hòa tan cực kỳ thấp

Do đó kết quả theo sau các quá trình phong hóa là các thành phần khác nhau của đất

bị phân hủy ở mức độ rất lớn trong khi các khoáng chất Thorium phân hủy ở mức

độ thấp hơn, vì vậy mà Thorium ở các lớp bề mặt được làm giàu

 Kali: là kim loại kiềm có ba đồng vị, nhưng chỉ có 40K có tính phóng

xạ với độ phổ cập 0,0118% và thời gian bán rã bằng 1,28.109 năm, phát tia gamma

có năng lượng 1,46 MeV 40

K và con cháu của nó là 40Ar có mối liên hệ chặt chẽ với nhau khi chúng cùng tồn tại trong các khoáng vật, tỷ số 40Ar/40K bằng 1,4 là không đổi, đây là cơ sở phương pháp xác định niên đại địa chất của đá 40K rất phổ biến trong môi trường (hàm lượng 40K trung bình trong đất, đá là 27 g/kg và trong nước biển là 380 mg/L), trong thực vật, trong động vật, cơ thể con người (hàm lượng 40K trung bình trong cơ thể con người là 1,7 g/kg) [2] Hình 1.2 trình bày sơ

đồ phân rã của 40

K Hoạt độ 40K trong cơ thể người (tính cho trọng lượng trung bình 50kg) được đánh giá là 600 (Bq/kg), tương ứng liều hiệu hàng năm là 165 (Sv/năm) ở Việt Nam [1]

Hình 1.2 Sơ đồ phân rã của 40K

Ngoài các đồng vị phóng xạ nguyên thủy trong ba họ Thorium, Uranium, Actinium và 40K thì trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với với số nguyên tử thấp được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên với số nguyên tử thấp [26]

Hạt

nhân

Độ giàu đồng vị (%)

Chu kì bán rã (năm)

Hoạt độ riêng (Bq/kg)

Năng lƣợng bức xạ chính

(MeV) Alpha Beta Gamma

Carbon 14 14C 5730 năm Tương tác của tia vũ

trụ, 14N(n,p)14C

6 pCi/g (0,22 Bq/g) trong vật liệu hữu cơ

6Li(n,)3H

0,032 pCi/kg (1,2.10-3Bq/kg)

Beryllium 7 7Be 53,28 ngày Tương tác của tia vũ

trụ với N và O

0,27 pCi/kg (0,01 Bq/kg)

Các bức xạ đến từ vũ trụ (chùm hạt photon năng lượng cao, hạt muon hay chùm hạt mang điện) tương tác với các hạt nhân trong tầng cao của lớp khí quyển

Trái Đất tạo ra các đồng vị phóng xạ khác nhau Các hạt nhân này theo nước mưa đến bề mặt Trái Đất

Trong số các hạt nhân phóng xạ do bức xạ vữ trụ tạo ra, ba hạt nhân 3H, 14C

và 7Be là phổ biến nhất do có thời gian sống tương đối dài, có hoạt độ đáng kể nên

có ý nghĩa với các nghiên cứu về môi trường Bảng 1.3 liệt kê một số hạt nhân phóng xạ phổ biến được tạo ra do bức xạ vũ trụ

Một số hạt nhân phóng xạ khác có nguồn gốc vũ trụ là: 10Be, 26Al, 36Cl, 80Kr, 14

C, 32Si, 39Ar, 22Na, 35S, 37Ar, 33P, 32P, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si, 18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl Khi các tia vũ trụ tương tác với các hạt nhân trong tầng cao của lớp khí quyển Trái Đất, chúng tạo ra các hạt nhân phóng xạ Tuy nhiên bản thân các tia vũ trụ cũng đóng góp vào tổng liều hấp thụ của con người Có hai loại bức xạ vũ trụ: bức xạ vũ trụ sơ cấp và bức xạ vũ trụ thứ cấp

Bức xạ vũ trụ sơ cấp: được tạo nên bởi các hạt có năng lượng cực kỳ cao (lên đến 1018

eV), đa phần là proton cùng với một số hạt nặng khác Phần lớn các các tia

vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời và chúng cũng đã được tìm thấy trong không gian vũ trụ Một số bức xạ bắt nguồn từ ánh nắng Mặt Trời do quá trình cháy sáng của Mặt Trời

Bức xạ vũ trụ thứ cấp: là các bức xạ được tạo ra khi tia sơ cấp tương tác với các nguyên tử của bầu khí quyển Những phản ứng này sinh ra các bức xạ năng lượng thấp ở dạng chùm hạt electron, neutron, muon, photon

Bầu khí quyển và từ trường Trái Đất đóng vai trò như lá chắn chống lại bức

xạ vũ trụ, làm giảm lượng bức xạ vũ trụ đến bề mặt Trái Đất Điều này có nghĩa là, liều hàng năm con người nhận từ bức xạ vũ trụ nhiều hay ít phụ thuộc vào độ cao, càng lên cao thì lượng bức xạ vũ trụ càng tăng [26]

1.1.2 Nguồn phóng xạ nhân tạo

Phóng xạ nhân tạo là những đồng vị phóng xạ do con người tạo nên bằng cách chiếu các đồng vị không phóng xạ trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc

để tạo ra các đồng vị phóng xạ Con người đã sử dụng hạt nhân phóng xạ hơn 100 năm góp phần bổ sung vào nguồn phóng xạ tự nhiên Chúng chỉ là một lượng rất

nhỏ so với lượng phóng xạ có sẵn trong tự nhiên Mặt khác, chu kì bán rã của chúng rất ngắn nên hoạt độ của chúng giảm đi đáng kể khi con người ngừng thủ nghiệm

vũ khí hạt nhân trên mặt đất Bảng 1.4 trình bày một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo chính [8], [26]

Bảng 1.4 Một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo chính [26]

Hạt nhân Kí

hiệu

Chu kì bán rã Nguồn gốc

Tritium 3H 12,3

năm

Thử nghiệm vũ khí, các lò phản ứng phân hạch, nhiên liệu hạt nhân tái chế, sản suất

giáp

Iodine 129 129I 1,57.10

7năm

Sản phẩm phân hạch được tạo từ thử nghiệm vũ khí và các lò phản ứng phân

Sản phẩm phân rã của 99Mo, được sử dụng

trong chuẩn đoán y tế

Plutonium 239 239Pu 2,41.10

4năm

Được tạo ra bởi neutron bắn phá 238U

i) Vũ khí hạt nhân

Rơi lắng từ các vụ thử vũ khí hạt nhân là nguồn gốc phóng xạ hạt nhân lớn nhất trong môi trường Dấu hiệu của bơm hạt nhân là các sản phẩm phân hạch của 235

U và 239Pu Dấu hiệu của phản ứng nhiệt hạch là Triti đi kèm phản ứng phân hạch thứ cấp khi neutron nhanh tương tác với 235U ở lớp bọc ngoài Các đồng vị phóng xạ khác cũng được tạo ra do kết quả của việc bắt neutron với các vật liệu làm bom và không khí xung quanh Một trong những sản phẩm quan trọng nhất là 14C được tạo

ra do phản ứng 14N(n,p)14C làm cho hàm lượng 14C trong khí quyển tăng gấp đôi vào giũa những năm 1960 Từ khí quyển, các đồng vị phóng xạ sẽ lắng động xuống

bề mặt Trái Đất dưới dạng rơi lắng tại chỗ (12%), nằm trên tầng đối lưu (10%) và tầng bình lưu (78%) Rơi lắng ở tầng bình lưu là rơi lắng toàn cầu và sẽ gây nhiễm bẩn toàn cầu với hoạt độ thấp Trong khi hầu hết các đồng vị phóng xạ nằm trên bề mặt Trái Đất thì 3H và 14C đi vào chu trình khí quyển, thủy quyển và sinh quyển toàn cầu Tổng lượng phóng xạ đã đưa vào khí quyển qua các vụ thử hạt nhân là 3,107 Sv/người với 70% là 14C, các đồng vị khác như 137

Cs, 90Sr, 95Zr và 106Ru chiếm phần còn lại

ii) Điện hạt nhân

Chương trình hạt nhân dân sự bắt đầu từ lò phản ứng Calder Hall ở Tây Bắc nước Anh năm 1956 Số lò phản ứng hạt nhân tăng nhanh, cho đến cuối năm 2002, theo thống kê của IAEA, điện hạt nhân đã chiếm tới 16% sản lượng điện toàn thế giới và có chiều hướng gia tăng Các đồng vị phóng xạ thải ra môi trường đều từ chu trình nhiên liệu hạt nhân như khai thác mỏ, nghiền Uran, sản xuất và tái chế các thanh nhiên liệu Việc thải các chất phóng xạ từ các nhà máy điện có thể lên cỡ TBq/năm hoặc nhỏ hơn

iii) Tai nạn hạt nhân

Khoảng 150 tai nạn lớn nhỏ của ngành hạt nhân đã xảy ra, lớn nhất vẫn là tai nạn Chernobyl năm 1986 ở Ucraina và Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật bản, được đánh giá ở mức độ 7 theo đánh giá của NISA theo Thang sự kiện hạt nhân Quốc tế (INES) Các tai nạn gây nên sự nhiễm bẩn phóng xạ bởi các chất thải rắn và

lỏng là hỗn hợp các hợp chất hóa học và các đồng vị phóng xạ Ngoài ra, một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo còn được tạo thành từ các khu chứa chất thải phóng xạ, các chất thải rắn hay đồng vị phóng xạ nhân tạo đánh dấu

iv) Nguồn bức xạ y tế

Ngoài tia X người ta còn sử dụng các đồng vị phóng xạ để chuẩn đoán và điều trị bệnh 131I được sử dụng sớm nhất trong y học hạt nhân Ngoài ra còn có các đồng vị khác như 90Y, 153Sm, 89Sr, 192Ir

v) Trong công nghiệp

Sử dụng các máy phát tia X và các nguồn đồng vị phóng xạ cho việc kiểm tra các mối hàn, khoan lỗ hay dò tìm nước ngầm

1.2 Phóng xạ môi trường

1.2.1 Phóng xạ tự nhiên trong đất

Hàm lượng trung bình của Uranium và Thorium trong vở Trái Đất là thấp nhưng các nguyên tố này có mặt ở khắp nơi trên Trái Đất Hoạt độ của các chất phóng xạ này trong đất, đá có thể thay đổi khác nhau Mức hoạt độ phóng xạ trong đất phụ thuộc vào loại đất, sự tạo thành khoáng vật và mật độ Liều bức xạ thay đổi theo đất, đá của từng địa phương Bảng 1.5 trình bày lượng hoạt độ phóng xạ của các nguyên tố trong đất (với tổng thể tích 7,894.105 m3, mật độ 1,58 g/cm3 ở độ sâu 0,3048m) [26]

Bảng 1.5 Hoạt độ phóng xạ của các nguyên tố trong đất [26]

Hạt nhân Hoạt độ trung bình Khối lượng

1.2.2 Phóng xạ tự nhiên trong không khí

Phóng xạ trong không khí do tro bụi phóng xạ tạo nên Sự có mặt của radon

là nguyên nhân chính gây nên phóng xạ tự nhiên trong không khí vì nó có chu kì bán rã lớn hơn nhiều so với chu kì bán rã của thoron và action Khí radon khuếch tán từ đất, đá vào không khí Con cháu của radon thường ở dạng rắn trong điều kiện thông thường và bám vào các hạt bụi khí quyển Hàm lượng radon trong không khí phụ thuộc vào hàm lượng uranium trong đất và phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên Hàm lượng radon trong nhà cao hơn ngoài trời Radon là nhân phóng xạ gây nguy hiểm cho sức khỏe con người vì chúng là nhân phóng xạ phát  Radon trong không khí xâm nhập vào cơ thể người bằng con đường hít thở Nồng độ radon chiếm tới 50% liều chiếu trong hàng năm, trong đó radon trong nhà chiếm tới 95% liều chiếu trong của radon Sự chiếu ngoài của radon không gây hại bằng chiếu trong cơ thể khi con người hít thở bụi có hạt nhân phóng xạ bám vào Radon được xem là nguồn phóng xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn nhất đối với sức khỏe con người [8]

1.2.3 Phóng xạ tự nhiên trong đại dương

Bảng 1.6 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đại dương [26]

Hạt nhân

Hoạt độ dùng trong tính toán

Hoạt độ trong đại dương Thái Bình

Dương

Đại Tây Dương

Toàn bộ các đại dương

1,1.109 Ci (41EBq)

Potassium 40

(40K)

3000 pCi/L (11Bq/L)

2.1011 Ci (7400EBq)

9.1010 Ci (3300EBq)

3,8.1011 Ci (14000EBq)

Tritium (3T) 0,016 pCi/L

(0,6mBq/L)

1.107 Ci (370PBq)

5.106 Ci (190PBq)

2.107 Ci (740PBq)

Carbon 14

(14C)

0,135 pCi/L (5mBq/L) 8.10

7

Ci (3EBq) 4.10

7

Ci (1,5EBq)

1,8.108 Ci (6,7EBq)

Rubidium 87

(87Rb)

28 pCi/L (1,1Bq/L)

1,9.1010 Ci (700EBq)

9.109 Ci (330EBq)

3,6.1010 Ci (1300EBq)

Toàn bộ nước trên Trái Đất, kể cả nước biển đều chứa hạt nhân phóng xạ Vì nước tham gia vào quá trình vận chuyển các sản phẩm của đất, đá sau khi chúng bị phong hóa Độ phóng xạ trong nước chủ yếu là do 40

K quyết định vì nồng độ của nó cao hơn nhiều so với các đồng vị phóng xạ khác Bảng 1.6 trình bày hoạt độ phóng

xạ trong đại dương từ năm 1971 Trong đó, thể tích nước khảo sát của Thái Bình Dương là 6,549.1017 m3, Đại Tây Dương là 3,095.1017 m3 và toàn bộ các đại dương

là 1,3.1018 m3 = 1,3 Em3 [8], [26]

1.2.4 Phóng xạ tự nhiên trong thực phẩm

Hạt nhân phóng xạ tự nhiên tồn tại khắp trong đất, đá, nước, không khí nên chúng cũng có mặt trong thực phẩm Các hạt nhân phóng xạ phổ biến trong thực phẩm là 40K, 226Ra, 238U và con cháu liên quan Bảng 1.7 trình bày hoạt độ phóng xạ

1.2.5 Phóng xạ tự nhiên trong cơ thể con người

Cơ thể người được cấu tạo từ các nguyên tố hóa học, đồng thời để tồn tại và phát triển con người cần ăn, uống, hít thở không khí Do đó, trong cơ thể con người

có chứa hạt nhân phóng xạ Bảng 1.8 trình bày ước tính hoạt độ phóng tự nhiên trong cơ thể người lớn nặng 70kg dựa trên 30 dữ liệu của Hiệp ước Quốc tế về bảo

vệ phóng xạ hạt nhân (ICRP) [26]

Bảng 1.8 Hoạt độ phóng xạ trong cơ thể người [26]

Hạt nhân

Tổng khối lƣợng nhân phóng xạ trong cơ thể

Tổng hoạt độ phóng xạ trong cơ

thể

Lƣợng hấp thụ hằng ngày

1.2.6 Phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng

Bảng 1.9 Nồng độ và hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ Uranium, Thorium và

Potassium trong vật liệu xây dựng [26]

mBq/g (pCi/g)

Trong các vật liệu xây dựng có chứa các hạt nhân phóng xạ thông thường sau: Uranium, Thorium và Potassium Bảng 1.9 trình bày ước tính nồng độ và hoạt

độ của ba hạt nhân phóng xạ trên trong vật liệu xây dựng [26]

1.3 Chiếu xạ trong

1.3.1 Đặc điểm của chiếu xạ trong

Chiếu xạ trong là chiếu xạ của chất phóng xạ khi thâm nhập vào trong cơ thể Nguồn chiếu xạ trong chủ yếu từ các nguồn phóng xạ hở hay các chất phóng xạ nhiễm xạ trên bề mặt hay trong môi trường nước, môi trường không khí Một lượng rất bé chất phóng xạ có thể gây nên hiệu ứng chiếu xạ trong nguy hiểm Điều này do hai nguyên nhân sau đây [3]:

 Khi chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể, nó chiếu xạ trong đó cho tới khi phân rã hết hay khi thải ra ngoài hết Ta không thể tránh khỏi sự chiếu xạ bằng cách gì và cũng không thể che chắn như đối với nguồn chiếu xạ ngoài

 Khi chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể, nó tiếp xúc với các tế bào cơ thể, để lại toàn bộ năng lượng trong một vùng thể tích nào đó tùy thuộc vào từng loại bức xạ từ đó làm hư hại các tế bào

1.3.2 Hiệu ứng chiếu xạ trong của các loại bức xạ

Hạt alpha không có nguy hiểm khi chiếu xạ ngoài, tuy nhiên nó rất nguy hiểm khi chiếu xạ trong, vì nó làm hư hỏng các cơ quan trong cơ thể do sự tiếp xúc trực tiếp của nguồn phóng xạ với các tế bào và do quãng chạy của nó rất ngắn Như vậy nguồn alpha truyền một lượng lớn năng lượng cho một thể tích rất bé các tế bào

và phá hỏng tổ chức hay các mô xung quanh nguồn phóng xạ [3]

Hạt beta cũng gây sự chiếu xạ tập trung nhưng với quy mô thấp hơn hạt alpha Hạt beta có quãng chạy dài hơn hạt anpha, do đó nó truyền năng lượng cho một thể tích lớn hơn và gây hiệu ứng có hại tế bào thấp hơn hạt alpha

Các tia gamma và tia X có khả năng đâm xuyên lớn nên gây ít tác hại khi chiếu trong

Do nguồn neutron được chế tạo đăc biệt, nó có ít khả năng thâm nhập vào cơ thể và nguy cơ chiếu trong ít Bảng 1.10 trình bày tóm tắt mức tác hại của các loại bức xạ đối với chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong

Bảng 1.10 Mức độ tác hại của các loại bức xạ trong trường hợp chiếu xạ ngoài và

chiếu xạ trong [3]

Loại bức xạ Chiếu xạ ngoài Chiếu xạ trong

1.3.3 Các con đường chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể

Các chất phóng xạ và chất bẩn phóng xạ có thể tồn tại dưới dạng lỏng, dạng khí hay dạng bột Hình 1.3 mô tả các con đường chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể con người Có ba con đường chính để các chất phóng xạ nói trên có thể thâm nhập vào cơ thể:

Một số chất phóng xạ, như nước tritium hay chất phóng xạ hòa tan trong dung môi hữu cơ, rất dễ hấp thụ qua da Ngoài ra, chất phóng xạ hở có thể thâm nhập qua các vết thương hở để vào mạch máu [3], [25]

Hình 1.3 Các con đường phơi nhiễm phóng xạ của con người [25]

1.4.2 Tương tác của photon gamma với vật chất

Khi xuyên qua đầu dò, tia gamma sẽ tương tác với vật chất đầu dò theo nhiều

cơ chế khác nhau, có thể là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton, tán xạ Rayleigh,

Sự tưới Thực vật

Đất

Con người

Cá

Nước bề mặt

Đất sâu

Động vật và sản phẩm động vật vật

Sự phát tán không kiểm soát của hạt nhân phóng xạ khi bay vào khí quyển

Sự phân hủy

Sự tưới

Sự thấm

Sự tiêu hóa

hiệu ứng tạo cặp hay phản ứng quang hạt nhân Tuy nhiên đối với tia gamma năng lượng thấp phát ra từ các đồng vị phóng xạ thông thường, chỉ tương tác quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp là tham gia chủ yếu vào việc tạo thành tín hiệu xung đầu dò [3], [7], [8]

i) Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện là quá trình tương tác của lượng tử gamma với electron liên kết trong nguyên tử Tất cả năng lượng của lượng tử gamma mất đi để bứt electron ra khỏi nguyên tử (quang electron) Hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi năng lượng gamma tới lớn hơn năng lượng liên kết của electron Động năng của quang electron (Te) bằng hiệu số giữa năng lượng gamma tới (E) và năng lượng liên kết (Eb) của electron trên lớp vỏ trước khi bị bứt ra

Tiết diện hiệu ứng quang điện phụ thuộc chủ yếu vào năng lượng của photon tới và điện tích của hạt nhân môi trường Đối với những vật liệu nặng (Z lớn) thì xác suất xảy ra hiện tượng quang điện lớn ngay cả với những gamma có năng lượng cao Đối với những vật liệu nhẹ thì hiện tượng quang điện chỉ có ý nghĩa với những tia gamma năng lượng tương đối thấp Hiện tượng quang điện chủ yếu xảy ra với các electron ở lớp K

 

n pho 7 2

Zh

Hiệu ứng quang điện kèm theo bức xạ đặc trưng do kết quả sự chuyển electron vào chỗ trống trong lớp vỏ nguyên tử Bức xạ đặc trưng không phải luôn luôn phát ra Năng lượng có thể truyền cho electron bên ngoài của nguyên tử Trong

trường hợp này, ngoài quang electron có năng lượng còn có những electron có năng lượng gần với năng lượng liên kết (gọi là electron Auger)

ii) Tán xạ Compton

Trong tán xạ Compton, gamma năng lượng cao tán xạ đàn hồi lên electron ở quỹ đạo ngoài Gamma đổi phương bay và bị mất một phần năng lượng còn electron được giải phóng ra khỏi nguyên tử Hình 1.4 minh họa hiệu ứng Compton Quá trình tán xạ Compton có thể coi như quá trình gamma tán xạ đàn hồi lên electron

2 2

iii) Hiệu ứng tạo cặp electron-positron

Lượng tử gamma trong điện trường của electron hoặc hạt nhân có thể tạo ra cặp electron-positron Trong hiệu ứng tạo cặp, bức xạ gamma tới biến mất trong điện trường sinh ra 1 cặp electron-positron và truyền toàn bộ năng lượng cho cặp electron-positron và nhân giật lùi Quá trình này chỉ có thể xảy ra nếu

2

e

h 2m c 1,022MeV Trong thực tế xác suất để xảy ra hiệu ứng này là rất thấp trừ khi năng lượng tia gamma tiến đến vài MeV Do đó sự tạo cặp chiếm ưu thế ở vùng năng lượng cao Các electron và positron được tạo ra sẽ nhanh chóng được làm chậm trong môi trường Sau khi mất hết năng lượng, positron sẽ kết hợp với một electron tạo ra sự hủy cặp, quá trình này sẽ tạo ra hai tia gamma có cùng năng lượng 0,511 MeV Những tia này có thể tương tác với vật chất hay thoát ra ngoài,

có ba khả năng xảy ra như sau:

 Nếu cả hai tia gamma đều được hấp thụ, tương tác sẽ đóng góp vào đỉnh năng lượng toàn phần trong phổ ghi nhận

 Nếu một trong hai tia thoát ra khỏi đầu dò, tương tác sẽ đóng góp vào đỉnh thoát đơn ở vị trí 0,511 MeV

 Nếu cả hai tia đều thoát ra khỏi đầu dò, tương tác sẽ đóng góp vào đỉnh thoát đôi ở vị trí 1,022 MeV

Tiết diện tạo cặp trên electron và hạt nhân nguyên tử tỉ lệ với Z2 và phụ thuộc phức tạp vào năng lượng Lúc đầu tiết diện tạo cặp tăng rất nhanh, sau đó khi

2 1 3 e

h 137m c Z tiết diện đạt đến giá trị không đổi Tiết diện tạo cặp khác nhau đối với những chất có Z khác nhau:

m c   h 137m c Z và không tính đến hiệu ứng che chắn:

2 2

1.4.3 Hệ số suy giảm tuyến tính

Khi tăng bề dày môi trường vật chất bức xạ gamma bị suy giảm về cường độ chùm tia chứ không bị hấp thụ hoàn toàn như bức xạ anpha và bức xạ beta Cường

độ của chùm bức xạ gamma song song khi truyền qua vật chất có bề dày d giảm theo quy luật hàm mũ:

Ở đây I0 là cường độ gamma ban đầu đến lớp vật chất có bề dày d; là cường

độ gamma sau lớp vật chất;  là hệ số suy giảm tuyến tính (hay hệ số hấp thụ tuyến tính) có thứ nguyên là cm-1

Tiết diện toàn phần vi mô trên một nguyên tử khi xét tổng ba quá trình:

Nhân tiết diện vi mô với số nguyên tử n có trong 1 cm3, ta có được tiết diện

vĩ mô hay hệ số suy giảm tuyến tính:

 n= npair + nC + npho=pair + C + pho (1.13)

Hệ số suy giảm tuyến tính  phụ thuộc vào tính chất của môi trường (tỉ lệ với mật độ  của môi trường) và năng lượng của tia gamma Nghĩa là cùng một chất

nhưng mật độ khác nhau thì hệ số hấp thụ tuyến tính cũng khác nhau Như vậy để

tránh sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ tuyến tính vào mật độ vật chất, người ta sử

mi: là hệ số hấp thụ khối của nguyên tố thứ trong hợp chất,

wi: là trọng số của nguyên tố thứ trong hợp chất

CHƯƠNG 2

HỆ PHỔ KẾ GAMMA ĐẦU DÒ HPGe VÀ PHƯƠNG PHÁP

XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ

2.1 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe

Các kỹ thuật đo bức xạ đã phát triển không ngừng kể từ khi hiện tượng phóng xạ được phát hiện Vào những năm 1960, với sự ra đời của đầu dò siêu tinh khiết (HPGe) và silicon (Si) thì lĩnh vực đo phổ gamma đã được cách mạng hóa, phát triển mạnh mẻ Trong nhiều lĩnh vực của khoa học hạt nhân ứng dụng, những tính chất của bức xạ được sử dụng để đo nồng độ phóng xạ, chẳng hạn như xác định hàm lượng của các hạt nhân phóng xạ phát gamma trong các mẫu môi trường (mẫu đất, mẫu không khí, mẫu thực phẩm,…) Những đầu dò như vậy đã được đặt ở những vị trí chính yếu trong phòng thí nghiệm phân tích phóng xạ Việc sử dụng các đầu dò bán dẫn đã giúp tạo nên các kết quả chính xác hơn cho việc ghi nhân các bức xạ gamma của đầu dò với các năng lượng khác nhau Có rất nhiều loại đầu dò khác nhau về thuộc tính nhưng tất cả đều dựa trên cùng một nguyên tắc chính đó là chuyển một phần hay toàn bộ năng lượng bức xạ trong đầu dò thành xung điện Trong luận văn này đầu dò HPGe được sử Những nét đặc trưng của đầu dò sẽ được trình bày dưới đây [4]

2.1.1 Đầu dò germanium siêu tinh khiết HPGe

Đầu dò germanium là loại đầu dò ghi nhận tia gamma có độ phân giải năng lượng cao nhất hiện nay nên được ứng dụng rộng rãi cho cả nghiên cứu cơ bản lẫn vật lý ứng dụng Năng lượng của tia gamma hoặc beta có thể được đo với độ phân giải lên tới 0,1% Có hai loại đầu dò bán dẫn germanium là đầu dò germanium

“khuếch tán lithium” ký hiệu Ge(Li) và đầu dò germanium siêu tinh khiết ký hiệu HPGe (High pure Germanium detector) Cả hai loại đầu dò này đều có độ nhạy và

và độ phân giải tốt nhưng đầu dò Ge(Li) có một khuyết điểm là nó không ổn định trong môi trường nhiệt độ phòng bởi vì lớp lithium được “khuếch tán” vào trong vùng nội sẽ rò rỉ ra khỏi đầu dò Sự phát triển của đầu dò có vùng nhạy bằng chất bán dẫn “không khuếch tán Li” với độ tinh khiết cao sẽ giải quyết vấn đền này [4]

Các đầu dò germanium về bản chất là các diod bán dẫn có cấu trúc P-I-N ở

đó vùng I là vùng nhạy đối với bức xạ ion hóa, đặc biệt đối với tia X và gamma Khi phân cực ngược, sẽ xuất hiện một điện trường ngang qua vùng I này (khi đó còn gọi là vùng nghèo) Khi photon tương tác với vùng nghèo này của đầu dò, các điện tích (bao gồm cả lỗ trống và electron) được tạo ra và được điện trường này quét về hai cực P và N tương ứng Điện tích này tỷ lệ với năng lượng tia tới để lại trong đầu dò và biến đổi thành xung điện bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích Năng lượng cần để tạo ra một cặp electron – lỗ trống trong germanium có giá trị trung bình vào khoảng 3 eV Khi ở nhiệt độ phòng, sự nhiễu loạn từ các cặp electron – lỗ trống bị kích thích nhiệt ngẫu nhiên gây nên dòng rò làm giảm độ phân giải của đầu

dò Để hạn chế những điều này thì tinh thể germanium phải được làm lạnh thường xuyên ở nhiệt độ ở nhiệt độ 77 K bởi nitơ lỏng từ một bình chứa (dewar) thông qua máy điều lạnh (Cryostat) [4]

Tuy tín hiệu được tạo ra là do sự ion hóa của các electron có động năng, năng lượng của tia gamma có thể được đo bằng đầu dò germanium bởi vì năng lượng của một photon có thể được chuyển sang cho các electron Các tia gamma năng lượng thấp có thể bị hấp thụ hoàn toàn bởi hiệu ứng quang điện tạo ra một electron đơn với hầu hết năng lượng của photon tới Đối với các photon có năng lượng từ khoảng 100 keV đến dưới 1 MeV, hiệu ứng Compton đóng vai trò chủ đạo, vì vậy để chuyển toàn bộ năng lượng photon cho các electron đòi hỏi phải có một hay nhiều hơn các tán xạ Compton và được kết thức bằng sự hấp thụ quang điện Sự tạo thành các cặp electron – positron đóng vai trò quan trọng ở các mức năng lượng trên 1,022 MeV [4]

2.1.2 Các loại đầu dò germanium

Có 7 loại đầu dò germanium chính, bao gồm [4]:

 Đầu dò germanium năng lượng cực thấp, ký hiệu Ultra – LEGe

 Đầu dò germanium năng lượng thấp, ký hiệu LEGe

 Đầu dò germanium đồng trục, ký hiệu Coaxial Ge

 Đầu dò germanium điện cực ngược, ký hiệu REGe

 Đầu dò germanium dải rộng, ký hiệu XtRa

 Đầu dò germanium hình giếng, ký hiệu Well

 Đầu dò germanium năng lượng mở rộng, ký hiệu BEGe

Hình 2.1 trình bày các đặc trưng về năng lượng của các loại đầu dò Ge khác nhau Trong luận văn này, đầu dò germanium đồng trục được dử dụng để đo đạc và tính toán

Hình 2.1 Các đặc trưng về năng lượng của các loại đầu dò Ge khác nhau [4]

Đầu dò đồng trục có dạng như hình 2.2 bao gồm khối Ge hình chữ U với lớp tiếp xúc loại n ở bên ngoài và lớp tiếp xúc loại p ở mặt trong Tinh thể Ge có mức không tinh khiết toàn phần cỡ 1010 nguyên tử/cm3 sao cho việc phân cực ngược là vừa phải, thể tích toàn bộ giữa các điện cực được giảm xuống, và điện trường mở rộng ngang qua vùng này Photon tương tác trong vùng này sẽ tạo các electron - lỗ trống và chúng được tụ tập về hai điện cực tạo thành cung điện tỷ lệ với năng lượng

để lại trong đầu dò [4]

Các lớp tiếp xúc n và p, hay còn gọi là các điện cực, là các chất lithium được khuếch tán vào và các chất boron được cấy vào Lớp lithium (Li) khuếch tán loại n phủ bên ngoài có bề dày 0,5 mm Lớp tiếp xúc trong có bề dày 0,3 m Lớp hàng rào bề mặt có thể được thay thế lớp tiếp xúc cấy ion với kết quả tương đương [4]

Đầu dò germanium đồng trục của hãng Canberra có thể được vận chuyển và bảo quản mà không cần làm lạnh Tuy nhiên giống như tất cả đầu dò Ge, nó phải