Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp

Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp Phân tích hoạt độ mẫu môi trường dùng phổ kế gamma phông thấp

SVTH: Lê Thị Ngọc Trang GVHD: TS Trương Thị Hồng Loan GVPB: ThS Trần Thiện Thanh

Tp Hồ Chí Minh- 2012

cô hướng dẫn TS Trương Thị Hồng Loan đã tận tình chỉ bảo, quan tâm theo dõi, cung cấp nhiều kiến thức mới và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Trần Thiện Thanh đã dành thời gian đọc

và cho em nhiều ý kiến giúp em làm tốt khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô Khoa Vật lý- Vật lý kỹ thuật, đặc biệt

là quý thầy cô của bộ môn Vật lý Hạt nhân đã hết lòng truyền đạt kiến thức, dạy dỗ

em trong thời gian qua

Em cũng xin cảm ơn các anh chị cán bộ trẻ ở bộ môn đã tạo điều kiện, chỉ dẫn

và giúp đỡ em trong thời gian theo học và làm đề tài ở bộ môn

Cảm ơn tất cả các bạn của tập thể lớp hạt nhân khóa 2008 đã luôn bên cạnh, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quãng thời gian học tập và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, con xin cảm ơn ông bà, ba má đã nuôi dưỡng và dạy dỗ con khôn lớn, tạo điều kiện cho con được học tập, khuyến khích và giúp đỡ con những lúc khó khăn, cho con có được như ngày hôm nay

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2012

Danh mục các ký hiệu- chữ viết tắt i

Danh mục các hình vẽ và đồ thị ii

Danh mục các bảng biểu iii

Mở đầu 1

Chương 1 – Tổng quan về phóng xạ môi trường 3

1.1 Phóng xạ môi trường 3

1.1.1 Bức xạ tự nhiên 3

1.1.1.1 Bức xạ vũ trụ 3

1.1.1.2 Bức xạ từ đất 5

1.1.1.3 Bức xạ từ nước và lương thực, thực phẩm 5

1.1.1.4 Bức xạ từ không khí 7

1.1.1.5 Bức xạ từ vật liệu xây dựng 8

1.1.1.6 Bức xạ từ cơ thể con người 9

1.1.2 Bức xạ nhân tạo 9

1.2 Các chuỗi phân rã phóng xạ môi trường 10

1.3 Ảnh hưởng của bức xạ lên mô sống 14

1.3.1 Chiếu xạ ngoài 14

1.3.2 Chiếu xạ trong 14

1.3.3 Các hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa 15

1.4 Những vùng có phông phóng xạ cao trên thế giới 15

1.5 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về phóng xạ môi trường 16

1.5.1 Các nghiên cứu ở Thế giới 16

1.5.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam 18

Chương 2 – Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 19

2.1 Đối tượng nghiên cứu 19

2.1.1 Đặc tính của nguồn nước uống và nước khoáng tự nhiên 19

2.2.1 Hệ phổ kế gamma phông thấp 21

2.2.2 Các đặc trưng có bản của hệ phổ kế gamma phông thấp của trường Đại học Khoa học Tự nhiên 22

2.2.2.1 Độ phân giải năng lượng (FWHM) 22

2.2.2.2 Hiệu suất ghi 23

2.2.2.3 Mức tới hạn (LC) và giới hạn phát hiện (LD) 23

2.2.2.4 Giới hạn phát hiện hoạt độ MDA(Minium Detector Activity) 24

2.2.3 Phương pháp xác định hoạt độ mẫu môi trường 24

2.3 Xác định liều chiếu xạ trong của các đồng vị phóng xạ trong hệ tiêu hóa 25 2.3.1 Liều hấp thụ 25

2.3.2 Liều tương đương 25

2.3.3 Liều lượng giới hạn được phép 26

2.3.4 Phương pháp ICRP 30 tính liều chiếu trong cho hệ tiêu hóa 26

Chương 3 – Quy trình thực nghiệm – tính toán và xử lý kết quả 32

3.1 Quy trình thực nghiệm 32

3.1.1 Chuẩn bị mẫu và xử lý mẫu 32

3.1.2 Đo mẫu 34

3.2 Tính toán và xử lý kết quả 34

3.2.1 Xác định hiệu suất theo năng lượng đối với hệ phổ kế gamma HPGe dùng trong đo đạc 34

3.2.2 Xác định giới hạn phát hiện của hệ phổ kế gamma HPGe 35

3.2.3 Xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu nước uống đóng chai 36

3.2.3.1 Các mẫu nước khoáng đóng chai 36

3.2.3.2 Các mẫu nước uống đóng chai có nguồn gốc từ nước ngầm 38

liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị U238 hấp thụ

trong 1 năm 44

3.2.4.2 Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam, nữ và liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị Th232 hấp thụ trong 1 năm 48

3.2.4.3 Liều hiệu dụng cho toàn cơ thể gây bởi đồng vị K40 hấp thụ trong 1 năm 49

Kết luận 50

Kiến nghị hướng tiếp theo 50

Tài liệu tham khảo 51

Phụ lục 54

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Nội dung

UNSCEAR

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học của Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng của bức xạ Nguyên tử

ICRP International Commission for Radiological Protection – Uỷ ban

An toàn phóng xạ Quốc tế

NCRP National Council on Radiation Protection and Measurement –

Hội đồng bảo vệ và đo lường quốc gia ADN Acid Deoxyribo Nucleic – phân từ axit nucleic

ARN Acid Ribonucleic Nucleic

HPGe High Pure Germanium – Germanium siêu tinh khiết

MCA

FWHM Full Width at Half Maximum – Bề rộng một nửa tại độ cao cực

đại

LC Critical Level – Mức tới hạn

LD Lower Limit of Detection – Giới hạn phát hiện dưới

MDA Minimum Detectable Activity – Giới hạn phát hiện

SEE Specific Effective Energy – Năng lượng hiệu dụng riêng

AF Absorbed Fraction – Hệ số hấp thụ trung bình

ST Stomach – Dạ dày

SI Small Intestine – Ruột non

ULI Up Large Intestine – Ruột già trên

LLI Low Large Intestine – Ruột già dưới

ALI Annual Limit on Intake – Giời hạn hấp thụ hàng năm

IAEA International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng

nguyên tử quốc tế

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện thành phần phóng xạ đóng góp vào phông tự nhiên 3

Hình 1.2 Dãy đồng vị phóng xạ Thorium (Th232) 11

Hình 1.3 Dãy đồng vị phóng xạ Uranium (U238) 12

Hình 1.4 Dãy đồng vị phóng xạ Actinium (U235) 13

Hình 1.5 Các đồng vị của Kali trong môi trường tự nhiên 13

Hình 1.6 Các đường thâm nhập của phóng xạ từ môi trường vào cơ thể 14

Hình 2.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma phông thấp 21

Hình 2.2 Hệ phổ kế gamma phông thấp của Bô môn Vật Lý Hạt Nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh 22

Hình 2.3 Định nghĩ LC và LD 24

Hình 2.4 Mô hình miêu tả sự dịch chuyển của nhân phóng xạ trong hệ tiêu hóa theo ICRP-30 (1979) 29

Hình 3.1 Hình học mẫu 3π 33

Hình 3.2 Biểu diễn hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong mẫu nước khoáng 38

Hình 3.3 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu nước uống đóng chai từ nguồn nước ngầm 41

Hình 3.4 Biểu diễn hoạt độ phóng xạ trong các mẫu nước uống đóng chai 42

Hình 3.5 Hoạt độ của U238, Th232 trong các mẫu nước uống của kết quả của đề tài so với các nước khác… 43

Hình 3.6 Hoạt độ của K40 trong các mẫu nước uống của kết quả tính từ đề tài và của một số nước khác 43

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong các đại dương được tính theo giá trị của

Almanac thế gới 1990 6

Bảng 1.2 Nồng độ của Urani, Thori và con cháu trong lương thực, thực phẩm ở một số quốc gia 7

Bảng 1.3 Hoạt độ riêng của một số loại vật liệu xây dựng 8

Bảng 1.4 Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đá trầm tích 17

Bảng 1.5 Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất 17

Bảng 2.1 Liều lượng được phép giới hạn của chiếu xạ trong, ngoài 26

Bảng 2.2 Biểu thức gần đúng của số dịch chuyển US trong các phần khác nhau của hệ tiêu hóa sau khi nuốt 1 Bq hoạt độ phóng xạ 30

Bảng 3.1 Các đặc trưng của mẫu đo 32

Bảng 3.2 Các đồng vị quan tâm trong mẫu đo 33

Bảng 3.3.a Thông tin hoạt độ, xử lý phổ đo đạc và tính toán hiệu suất đối với mẫu chuẩn CU 2009-03 của IAEA 34

Bảng 3.3.b Giới hạn phát hiện MDA của hệ phổ kế gamma phông thấp (HPGe) của Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Tp Hồ Chí Minh 35

Bảng 3.4 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 1 VHKG 36

Bảng 3.5 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 2 LV 37

Bảng 3.6 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 4 VHC 37

Bảng 3.7 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 5 VHCG 37

Bảng 3.8 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 3 AF 38

Bảng 3.9 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 6 DNSI 39

Bảng 3.10 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 7 SPW 39

Bảng 3.11 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 8 DW 40

Bảng 3.12 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 9 AV 40

Bảng 3.13 Hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong mẫu 10 IONL 40

Bảng 3.14 Hoạt độ các đồng vị trong các mẫu đo 41

Bảng 3.15 Hoạt độ của U238, Th232 trong nước uống đóng chai của một số nước

trên thế giới……… 42

Bảng 3.16 Hoạt độ của K40 trong nước uống đóng chai của một số nước khác 43

Bảng 3.17 Liều tương đương cho hệ tiêu hóa của nam và nữ gây bởi đồng vị

MỞ ĐẦU

Cuối thế kỷ XIX, thời đại hạt nhân ra đời, đi đôi với những ứng dụng trong y học, công nghiệp, quân sự là những tổn hại về môi trường sống, ảnh hưởng của phóng xạ lên bầu khí quyển, sinh quyển và thủy quyển Đặc biệt là sau những vụ thử vũ khí hạt nhân, ô nhiễm môi trường phóng xạ và sự tiếp xúc bức xạ với con người trở thành mối quan tâm của toàn cầu

Ngày nay, vũ khí hạt nhân cũng đã được giảm đi rất nhiều, nhưng tai nạn nhà máy điện hạt nhân ở Chernobyl hay Fukusima lại xảy ra gây nhiều hệ lụy cho môi trường và hoang mang cho mọi người, vì thế vấn đề môi trường phóng xạ càng được quan tâm hơn bao giờ hết Nhiều phép đo phóng xạ tự nhiên đã được tiến hành

ở nhiều nước trên thế giới với mục đích:

 Cung cấp cơ sở dữ liệu để ước tính sự tiếp xúc của bức xạ với con người

 Đánh giá lại những thay đổi của phóng xạ môi trường

 Biết được sự tồn tại của các đồng vị phóng xạ trong môi trường sống

và mức độ làm nhiễm bẩn môi trường của con người

 Khai thác phóng xạ hạt nhân trong môi trường tự nhiên và nhân tạo

 Là bằng chứng cho sự tồn tại của phóng xạ hạt nhân trong môi trường

Ở nước ta, nhiều cuộc khảo sát môi trường cũng đã được thực hiện từ lâu, đến nay vẫn còn được tiếp tục trên nhiều thành phần của môi trường như đất, nước, vật liệu xây dựng, lương thực thực phẩm nhằm đem lại sự yên tâm cho mọi người trong nước cũng như những nơi nhập khẩu của hàng hóa của Việt Nam

Với những lý do trên, mục đích nghiên cứu của khóa luận này là khảo sát hoạt

độ phóng xạ trong các mẫu nước khoáng đóng chai lấy từ môi trường tự nhiên có mặt trên thị trường bằng phổ kế gamma HPGe của Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP.HCM, từ đó đánh giá phông phóng xạ xung quanh nguồn nước được khai thác, tính toán liều chiếu trong đối với hệ tiêu hóa và toàn cơ thể

Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Xác định hoạt độ phóng xạ và tính liều chiếu

trong cho nước uống đóng chai bằng phổ kế gamma phông thấp” được chia làm 3

chương như sau:

 Chương 1: Tổng quan về phóng xạ môi trường

 Chương 2: Xác định hoạt độ mẫu môi trường bằng phổ kế gamma phông thấp

 Chương 3: Quy trình thực nghiệm – tính toán và xử lý kết quả

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG

1.1 Phóng xạ môi trường

Con người cùng các vật thể sống trên Trái đất luôn chịu tác động của môi trường Bên cạnh những tác động hữu hình như mưa, nắng, khói bụi, chúng ta còn phải chịu những tác động vô hình từ môi trường phóng xạ của hạt nhân nguyên tử ở khắp mọi nơi nhưng chủ yếu là các nhân phóng xạ ngay từ khi Trái đất mới hình thành, liên tục được tạo ra bởi

tương tác của tia vũ trụ với các vật

chất trong môi trường cho tới ngày

nay và một phần là do những đồng

vị phóng xạ nhân tạo Theo nghiên

cứu của NCRP năm 1987 [30] phần

trăm các thành phần phóng xạ đóng

góp vào phông phóng xạ tự nhiên

được cho trong biểu đồ 1.1 Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện thành phần

phóng xạ đóng góp vào phông tự nhiên [30]

1.1.1 Bức xạ tự nhiên

Phần lớn bức xạ con người phải chịu có nguồn gốc tự nhiên, phông tự nhiên được hình thành từ những đồng vị phóng xạ chứa trong đất, đá, nước, không khí, sinh vật và từ những tia vũ trụ bên ngoài trái đất Trong đó chủ yếu là đồng vị phóng xạ tự nhiên: U238, Ra226, Th232, K40, C14 cùng con cháu của nó

1.1.1.1 Bức xạ vũ trụ [15]

Trái đất và các sinh vật trên nó liên tục bị chiếu bởi các bức xạ từ không gian,

đó là những hạt mang điện từ Mặt trời và các ngôi sao đi xuyên qua bầu khí quyển vào môi trường gọi là tia vũ trụ Các tia này có năng lượng cỡ từ 108 eV đến 1020

eV, thành phần chủ yếu là các hạt nhân nguyên tử có năng lượng cao, trong đó xấp

khác , 1%

Mặt đất, 8%

Nội bộ, 11%

radon, 54%

sản phẩm tiêu dùng, 3%

Thuốc phóng xạ, 11%

Tia vũ trụ, 8%

Tia X, 11%

xỉ 70% proton, 20% hạt alpha, 0,7% Li, Be, B; 1,7% C, N, ion Oxi và còn lại 6% là các ion có Z >10

Người ta chia bức xạ vũ trụ thành 2 nhóm: nhóm thứ nhất có năng lượng dưới 1GeV chủ yếu là proton, nhóm này có nguồn gốc chính từ Mặt Trời, nhóm còn lại

có năng lượng từ 1GeV đến 1010 GeV có nguồn gốc từ thiên hà

* Tia vũ trụ sơ cấp

Trên đường đến mặt đất tia vũ trụ tương tác với các vật chất trong bầu khí quyển nên thành phần của nó khác với thành phần của tia vũ trụ ban đầu Tia vũ trụ ban đầu gọi là tia sơ cấp

Các tia vũ trụ sơ cấp được chia ra thành các nhóm: nhóm p (gồm proton, deuteron, triton), nhóm α (alpha và 2H3), nhóm các hạt nhân nhẹ (Li, Be, B (Z=3÷5)), nhóm các hạt nhân trung bình (C, O, N, F (Z=6÷9)), nhóm hạt nhân nặng (các hạt có Z ≥ 10), nhóm các hạt nhân rất nặng ( Z ≥ 20), nhóm các hạt nhân siêu nặng (Z ≥ 30)

Cường độ của tia vũ trụ thứ cấp phụ thuộc vào độ cao của bầu khí quyển Thành phần electron-photon có cường độ mạnh ở độ cao lớn và bị hấp thụ nhanh khi đến mặt đất, có cường độ không đáng kể so với thành phần của muon Tại mặt đất chủ yếu là muon có năng lượng từ 1 đến 20 GeV Tại mặt biển, cường độ của các thành phần cứng (muon) Ihard= 1,7.10-2 hạt/ cm2.s và thành phần tia mềm (electron, photon) Isoft = 0,7.10-2 hạt/cm2.s Như vậy, cường độ tia vũ trụ thứ cấp tại mặt nước biển bé hơn rất nhiều cường độ ở tại bầu khí quyển, mà trong đó chủ yếu

là muon

Bên cạnh đó, tại khí quyển đã xảy ra phản ứng giữa hadron với các vật chất trong đó, sinh ra các hạt nhân phóng xạ và các hạt nhân bền gồm Be10, Cl 36, C14,

Có 3 họ cơ bản: Thorium (Th232), Uranium (U238) và Actinium (U235) Tất cả thành viên của các họ này trừ nguyên tố cuối cùng ra đều là nhân phóng xạ [6] Radi cũng thường có nhiều trong đất phèn, đá phiến sét, đá núi lửa và từ những dòng cát đá chảy dưới các lớp băng từ kỷ băng hà Đối với những người sống sát mặt đất như nhà tầng trệt, không có tầng hầm thường sẽ chịu ảnh hưởng của radon nhiều hơn những người khác do trong đất chứa nhiều radi, đăc biệt là Ra226 Nồng

độ radi trong đất thường vào khoảng 10-50 Bq/kg, nhưng cũng có thể đạt hàng trăm Bq/kg (UNSCEAR 2000) [25]

1.1.1.3 Bức xạ từ nước và lương thực, thực phẩm

Phần lớn các nhân phóng xạ nằm trong đất, tuy nhiên, trong nước vẫn chứa các phóng xạ nhưng nhỏ hơn trong đất từ 10-100 lần

Có khoảng 95% lượng radon trong không khí, trong đó có 1% từ nước, đặc biệt

là các mạch nước ngầm thường xuyên di chuyển qua các lớp đất đá có chứa uran tự nhiên giải phóng radon, vì vậy nước ngầm có nồng độ radon cao hơn nước ở sông, suối…Trong báo cáo của Vịện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cho thấy nồng

độ radon trong nước cung cấp bởi các dịch vụ công cộng là nước bề mặt, có lượng

radon ít hơn 0,4 Bq/l, trong khi đó, nước ngầm có lượng radon cao hơn rất nhiều, khoảng 20 Bq/l

Hàm lượng phóng xạ cũng tùy thuộc vào từng loại nước, độ sâu và độ mặn, vì thế độ phóng xạ của nước sông 10-12 Ci/l, nước biển 10-10 Ci/l, nước hồ 10-10 Ci/l

Bảng 1.1 Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong các đại dương được tính theo giá trị của

Almanac thế giới 1990 [4]

Nhân phóng xạ

Hoạt độ trong Đại dương

Thái Bình Dương Đại Tây Dương Tất cả các đại dương

Do ảnh hưởng từ môi trường bên ngoài nên phóng xạ trong lương thực, thực phẩm chủ yếu là K40, Ra226, U238, C14, H3 và Th232 mà thành phần quyết định vẫn là

K40 bởi chúng có khá nhiều trong môi trường và trong thực phẩm Bảng 1.2 trình bày hoạt độ phóng xạ trong lương thực thực phẩm (UNSCEAR 2000) [25]

Bảng 1.2 Nồng độ của Urani, Thori và con cháu trong lương thực, thực phẩm

ở một số quốc gia [25]

1.1.1.4 Bức xạ từ không khí

Do ảnh hưởng từ khói bụi phóng xạ của các vụ nổ hạt nhân, các vụ nổ ngoài vũ

trụ từ xa xưa cho đến nay nên không khí chúng ta hít thở hàng ngày cũng chứa

không ít phóng xạ Đồng thời, bức xạ từ các lớp đất đá ở môi trường xung quanh

cũng góp phần vào phóng xạ trong không khí, thường là radon

Radon là chất khí không màu, không mùi, không vị chiếm hơn 50% thành phần

phóng xạ trong môi trường, chủ yếu là Rn222 (con cháu của chuỗi uranium), Rn220

Mỹ 0,1-4,9

Thịt Trung Quốc 10 41 140 120 4,3 120 0,5

Đức 1-20 30-220 100-1000 37-4000

Mỹ 4,9 2,6-74 40-3700 62-6700 22-93

Cá Trung Quốc 12 39 3500 4900 1,3 320 0,5

Mỹ 2,5

8,5-2100 180-4800 60-5300

56-700

(con cháu của chuỗi Thorium) Cả hai chuỗi này đều có mặt trong đất đá, vật liệu xây dựng và nước ở các giếng sâu

Do được sinh ra từ các nguyên tố Uran, Thori, nên nồng độ của Rn trong không khí phụ thuộc vào mức độ thoát ra ngoài của lượng uranium và thorium trong đất,

đá, có liều thay đổi từ 0,9mSv/năm đến 6,6 mSv/năm Rn222

và Rn220được tạo ra bởi đồng vị Ra226 và Ra224, nồng độ của Rn222 trong không khí 10 Bq/m3, và của

Rn220 là 10-100 Bq/m3 [26]

Đối với không khí bên ngoài, thành phần radon có nồng độ khoảng 10 Bq/m3

, trong khi đó, nồng độ trong nhà thường cao hơn bên ngoài rất nhiều có thể vượt quá

200 Bq/m3, đặc biệt là trong các tòa nhà ít được thông gió, các hầm mỏ, những nơi không khí ít được trao đổi lưu thông với bên ngoài Đó cũng là một trong những nguyên nhân gây ung thư phổi do các hạt alpha phát ra từ chuỗi phân rã của radon được hít vào trong cơ thể

Bên cạnh đó, trong không khí còn tồn tại nhiều đồng vị phóng xạ Th230, U238,

Do có nguồn gốc từ vỏ địa cầu nên đá hoa cương, đá cẩm thạch, đồ gốm, ngói,

bê tông, gạch, xi măng… đều chứa một lượng phóng xạ nhất định đóng góp vào

phông môi trường tự nhiên, chủ yếu là Ra226, chuỗi phân rã Th232, U238 và K40 cùng các thế hệ con cháu Ra226, Th232, K40 có hoạt độ trung bình trong môi trường lần lượt là 35 Bq/kg, 30 Bq/kg và 400 Bq/kg Đây cũng là một phần nguồn gốc của khí radon trong nhà [27]

1.1.1.6 Bức xạ từ cơ thể con người

Cơ thể con người được tạo ra từ những những nguyên tố hóa học cơ bản, chủ yếu là Kali và Cacbon Một người bình thường nặng 70kg chứa khoảng 140g Kali, trong đó có 0,0169g K40

K40 là nguồn chính phát bức xạ của cơ thể bởi nồng độ K40trong cơ thể khá cao, khoảng 2 pCi/g mô mềm, theo ước tính gần đúng, lượng kali này phân rã khoảng 266 000 phân tử mỗi phút Cứ 100 phân rã K40 thì có 89 hạt beta năng lượng cực đại 133 MeV và gần 10% còn lại là gamma năng lượng 1,46 MeV Như vậy theo thống kê, mỗi phút cơ thể chúng ta phát ra 20 000 tia gamma từ

K40 K40 cũng có phát beta nhưng những hạt này do quãng chạy ngắn nên không thể thoát ra khỏi cơ thể Cơ thể còn chứa các nhân phóng xạ U238, Ra226, Pb210, Bi210,

Po210, H3 có nồng độ thấp hơn K40 [29]

Một cơ thể bình thường cũng chứa khoảng 10-8g C14, năng lượng của tia beta phát ra từ C14 thấp hơn 10 lần năng lượng tia beta của K40 C14 chủ yếu có trong ADN dưới dạng Nitơ, phát khoảng 1.200 hạt beta mỗi giây

1.1.2 Bức xạ nhân tạo

Khi khoa học kỹ thuật phát triển, các nhân phóng xạ tự nhiên được ứng dụng ngày càng nhiều, bên cạnh đó, các đồng vị nhân tạo cũng liên tục được tạo ra nhằm phục vụ những nhu cầu chính đáng như trong y học, công nghiệp, nông nghiệp và

cả những mục đích quân sự như thử vũ khí hạt nhân… Những việc đó đã góp phần tạo ra nhiều nhân phóng xạ mới và vô tình làm tăng thêm phông nền phóng xạ trong môi trường sống với các đồng vị: H3

, I131, I129, Cs137, Sr90, Tc99, Pu239…

Các đồng vị phóng xạ thường được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: công nghiệp, nông nghiệp, y tế và nghiên cứu…

* Bức xạ từ y học: Đây là nguồn phóng xạ chủ yếu của bức xạ nhân tạo, đặc biệt là

do quá trình chẩn đoán X-quang và còn do nhiều nguyên nhân khác nữa như thuốc

phóng xạ, quá trình chữa trị ung thư bằng chất phóng xạ… Liều trung bình từ y tế khoảng 40 mrem/năm chủ yếu từ Y90, Sr89, Sm153, Ir192

* Bức xạ từ sản phẩm tiêu dùng: Các sản phẩm tiêu dùng trong đời sống cũng là

một nguồn bức xạ vào môi trường như tivi, đồng hồ phát sáng ngày xưa và một số thiết bị báo cháy… Liều của các nguồn này tương đối nhỏ so với các nguồn trong tự nhiên trung bình khoảng 10 mrem/năm [28]

* Bức xạ từ công nghiệp: Trong công nghiệp người ta thường sử dụng bức xạ của

tia X và các nguồn phóng xạ để tìm chỗ hỏng mới hàn đường ống, khoan lỗ… Tuy nhiên liều do nguồn này đóng góp vào môi trường không cao

* Bức xạ từ những vụ thử vũ khí hạt nhân: Đầu thế kỷ 20, các vụ thử vũ khí hạt

nhân liên tục được diễn ra, đây nhân tố quan trọng đóng góp vào nguồn bức xạ nhân tạo trong môi trường, liều trung bình khoảng 2 mrem/năm [28]

* Tai nạn hạt nhân: Trong một phần tư thế kỷ qua, nhiều vụ tai nạn về hạt nhân xảy

ra liên tiếp gây những hậu quả nghiêm trọng về đời sống con người và môi trường Đặc biệt nghiêm trọng là nổ nhà máy điện ở Chernobyl 1986 (Ucraina), sau tai nạn này, môi trường ở khu vực phía bắc Châu Âu, Liên bang Xô Viết, Anh…đã bị ảnh hưởng nghiêm trọng do đám mây mang bụi phóng xạ đến Và gần đây nhất là nổ nhà máy điện Fukusima (Nhật Bản) 3/2011, bên cạnh đó còn hàng chục vụ khác đóng góp vào phông môi trường trên Trái đất

1.2 Các chuỗi phân rã phóng xạ trong môi trường

Trong môi trường tự nhiên vẫn luôn tồn tại Urani, Thori và con cháu của chúng hình thành nên 3 họ phóng xạ tự nhiên: Họ Uranium, họ Thorium và họ Actinium

Họ phóng xạ thứ tư là họ nhân tạo, gọi là họ Neptinium

Ba họ này có đặc điểm chung là thành viên thứ nhất là những đồng vị sống lâu hơn bất kỳ nguyên tố nào trong chuỗi, thứ hai là cả 3 họ đều có đồng vị phóng xạ dưới dạng khí, là các đồng vị của radon Đặc điểm chung thứ ba là cả 3 họ đều được kết thúc bằng hạt nhân bền là chì

Hình 1.2 Dãy đồng vị phóng xạ Thorium (Th232) Urani và Thori không bền, chủ yếu phân rã alpha Th232 có độ phổ cập 100% trong tự nhiên, có nhiều trong đất, đặc biệt trong đá, quặng monazit Th232 có thời gian sống dài, khoảng 1,405×1010 năm, trải qua 10 dịch chuyển với 6 phân rã alpha, sản phẩm cuối cùng là hạt nhân bền Pb208 Trong chuỗi này có con cháu là Rn220 ở dạng khí được gọi là thoron

Sơ đồ phân rã của Th232

được trình bày ở hình 1.2

Hình 1.3 Dãy đồng vị phóng xạ Uranium (U238) Uranium trong tự nhiên bao gồm U238, U235, U234 nhưng chủ yếu là U238(99,25% của uranium tự nhiên)

Chuỗi Uranium bắt đầu bởi U238, trải qua 14 dịch chuyển với 8 phân rã alpha, sản phẩm cuối cùng là đồng vị bền Pb206

Sơ đồ phân rã của chuỗi Uranium được biểu diễn trong hình 1.3

Chuỗi Uranium có chứa Rn222 ở dạng khí được gọi là radon, do đó khi xác định hoạt độ của U238 thông qua hoạt độ của con cháu của nó, cần nhốt mẫu trong thời gian ít nhất 4 chu kỳ của Rn222 để lập lại cân bằng phóng xạ trong chuỗi

Một chuỗi phân rã khác trong tự nhiên cũng được bắt đầu bằng U235, thành phần của Uranium là chuuỗi Actinium U235 có độ phổ cập trong tự nhiên 0,72% uranium tự nhiên Mặc dù rất ít trong tự nhiên, nhưng với thời gian bán rã dài (7,04×108 năm), hiện nay U235 vẫn còn tìm thấy trong tự nhiên

Trong chuỗi Actinium cũng chứa đồng vị phóng xạ dưới dạng khí là Rn219 được

gọi la Acniton Sơ đồ phân rã của chuỗi Actinum được trình bày ở hình 1.4

Hình 1.4 Dãy đồng vị phóng xạ Actinium (U235)

- Kali trong môi trường tự nhiên

Kali trong tự nhiên có 3 đồng vị chính: K39 (93,26%), K40 (0,0117%), K41(6,73%) Cả hai K39 và K41 là đồng vị bền chiếm gần 99,9% lượng Kali trên Trái đất, K40 là nguyên tố phóng xạ với thời gian bán rã là 1,26 triệu năm với 2 phân rã chính là bắt electron với sản phẩm là Ar40 (11,2%) và phân rã beta tạo ra Ca40 (88,8%)

93,26% 0,0117% 6,73%

K39 K40 K41 (bền) (bền) Bắt electron

Ar40 (11,2%) Ca40 (88,8%)

Hình 1.5 Các đồng vị của Kali trong môi trường tự nhiên

1.3 Ảnh hưởng của bức xạ lên mô sống

Con người luôn chịu ảnh hưởng từ các đồng vị phóng xạ trong môi trường tự nhiên, lương thực thực phẩm, nguồn nước… gây nên những tổn hại trong cơ thể về mặt

sinh học Có 2 dạng chiếu xạ: chiếu trong và chiếu ngoài

Hình 1.6 Các đường thâm nhập của phóng xạ từ môi trường vào cơ thể 1.3.1 Chiếu xạ ngoài

Là những bức xạ tác động từ bên ngoài gây nên những tổn hại lên cơ thể, những chiếu xạ đó có thể từ các tia vũ trụ, bức xạ từ mặt đất… và chủ yếu liên quan tới tia gamma

1.3.2 Chiếu xạ trong [5]

Chiếu xạ trong là sự chiếu xạ khi chất phóng xạ thâm nhập gồm alpha, beta, gamma vào cơ thể theo một số con đường hô hấp, tiêu hóa, hấp thụ qua da…

Khi chất phóng xạ đi vào cơ thể, một lượng rất ít sẽ chiếu xạ trực tiếp lên các

cơ quan bên trong cơ thể cho đến khi các chất này phân rã hết Nó sẽ rất nguy hiểm đối với những chất phóng xạ phát alpha, còn beta và gamma thường ít nguy hiểm hơn do:

* Hạt alpha có quãng chạy bé nên có thể truyền hết năng lượng cho một thể tích tế bào rất nhỏ khi va chạm làm các cơ quan xung quanh tổn thương nặng

* Hạt beta cũng gây ra sự chiếu xạ tập trung nhưng do có quãng chạy bé và dài hơn

của alpha, nên xét về mức độ, hạt beta ít gây nguy hiểm hơn alpha

* Tia gamma với năng lượng cao, khả năng đâm xuyên lớn nên ít gây tác hại khi

và làm mất thuộc tính của các phân tử sinh học đó

* Tổn thương ở cấp độ tế bào

Khi bị chiếu xạ, nhân và chất nguyên sinh của tế bào sẽ bị thay đổi đặc tính Nếu bị chiếu xạ ở liều cao tế bào có thể bị phá hủy hoàn toàn

* Tổn thương ở cấp độ toàn cơ thể

Các tế bào tạo nên các mô và các cơ quan trong cơ thể Các hiệu ứng của phóng

xạ lên cơ thể được chia làm các loại khác nhau: hiệu ứng cá thể và hiệu ứng di truyền, hiệu ứng ngẫu nhiên, hiệu ứng sớm và hiệu ứng muộn

1.4 Những vùng có phông phóng xạ cao trên thế giới

Mức phông phóng xạ được hình thành từ các nguồn thuộc vỏ Trái đất, tia vũ trụ… Mức phông gần như không đổi trên toàn thế giới và nằm trong khoảng từ 0,018 đến 0,15μGy/h Tuy nhiên cũng có một số vùng phông môi trường cao hơn bình thường như Brazil, Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ…

Đất nước phải nhắc đến đầu tiên là Hoa Kỳ, nơi sản xuất bom nguyên tử, vũ khí hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong lần thử bom ở Nagasaki (Nhật Bản) Mặc dù

đã ngừng hoạt động nhưng hiện nay nơi này vẫn chứa hơn 2/3 lượng chất thải phóng xạ trong vùng, khoảng 53 tấn chất thải lỏng, 25 triệu m2 chất thải rắn… Điều này khiến môi trường ở đây bị ô nhiễm phóng xạ nghiêm trọng

Siberia (Nga), Polygon (Kazakstan), Mailuu-Suu (Kyrgyzstan), là cơ sở sản xuất chất hóa học và sản xuất Urani, Siberia và Mailuu đã thải ra môi trường một lượng lớn chất phóng xạ biến môi trường nơi này thành khu vực ô nhiễm từ nhiều năm qua Polygon cũng ô nhiễm không kém khi Nga chọn nơi đây làm nơi thử vũ khí hạt nhân trong nhiều thập niên qua, các nhà khoa học đã ước tính có khoảng 200.000 người đã bị nhiễm xạ khi sống trong vùng này, hiện nay đây cũng là một trong những vùng không an toàn

Năm 1986 xảy ra vụ nổ nhà máy điện ở Chernobyl (Ukraina), ngày nay Chernobyl vẫn bị ô nhiễm nặng, môi trường ở đây bị tàn phá nặng nề bởi chất phóng xạ, nơi đây biến thành vùng đất chết trong hàng chục năm qua, hơn 6 triệu người đã bị nhiễm xạ, môi trường bị nhiễm xạ gấp hơn 100 lần so với quả bom ở Nagasaki và Hyrosima (Nhật Bản)

Gần đây nhất là nổ nhà máy điện hạt nhân ở Fukusima (Nhật Bản) năm 2011, bức xạ đã bị rò rĩ đến các khu vực xung quanh và trên biển, môi trường ở đây vẫn bị ảnh hưởng nhiều bởi chất phóng xạ, chất phóng xạ còn được tìm thấy trong lương thực thực phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên

1.5 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về phóng xạ môi trường

1.5.1 Các nghiên cứu ở Thế giới

Phóng xạ môi trường luôn được sự quan tâm đặc biệt của ngành hạt nhân nói riêng và khoa học nói chung Nhiều nghiên cứu về môi trường đã được thực hiện trên Thế giới Sau đây là một số nghiên cứu phóng xạ trong môi trường sống ở một

số quốc gia trên Thế Giới:

 “Nghiên cứu về phóng xạ môi trường dọc nhánh sông Romanian Danube” từ

năm 2006 đến năm 2007 Các phép đo được thực hiện với các mẫu được thu thập trên các nhánh của sông Danube và đặc biệt quan tâm đến Cs137, K40, U238 và các nhân phóng xạ phát gamma từ chuỗi U238 và Th232 Kết quả của nghiên cứu này tập trung vào tính suất liều và các đồng vị phát gamma trong nước, đất, đá [23]

Bảng 1.4 Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đá trầm tích [23]

Bảng 1.5 Hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất [23]

 “Nghiên cứu những tác động của phóng xạ môi trường lên cát biển và nước

hồ Idku, Behara, Ai Cập” do Bộ môn Vật lý, khoa Khoa học, Đại học Alexandria,

Ai Cập thực hiện, tìm hiểu về phóng xạ ở các địa điểm khác nhau trong hồ và cát bãi biển với các đồng vị quan tâm là U238, Th232 và K40 Các mẫu này được đo bằng phổ kế gamma phông thấp HPGe Kết quả nghiên cứu cho thấy ở hồ Idku (Ai Cập)

có 20,37Bq/kg (U238), 26,5Bq/kg (Th232), 329,18 Bq/kg (K40), ở cát biển vùng Behara chứa 13,08 Bq/kg (U238), 13,97 Bq/kg (Th232), 345,97 Bq/kg (K40) [20]

 “Đánh giá sự tiếp xúc của con người đối với nguồn tự nhiên ở Kenya”

Mustapha Sự tiếp xúc với phóng xạ được ước tính bằng cách đo hoạt độ của các nhân phóng xạ trong môi trường và các hệ số chuyển đổi Tổng liều đóng góp của bức xạ mặt đất từ 0,1-0,2 mSv/năm, của tia vũ trụ 0,2-0,7 mSv/năm và bình quân đầu người khoảng 0,4mSv/năm, và từ 0,4-0,6 mSv/năm khi hít phải khí radon Khi xem xét sự phân bố dân cư, thói quen sinh hoạt của người dân ở Kenya cùng điều kiện địa lý nơi đây, người ta đã đi đến kết luận, hoạt độ ở Kenya cao hơn những nơi khác và cao hơn mức bình thường, đặc biệt nguyên nhân chính là do hít phải tro bụi của núi lửa làm cho liều tại đây tăng lên một cách bất thường [19]

 “Các nghiên cứu về môi trường bức xạ gamma ở Thụy Điển, đặt biệt quan

tâm tới Cs 137” được thực hiện bởi Sara Almgren (Bộ môn Vật lý bức xạ, Đại học Gotheburg, Thụy Điển) Phóng xạ môi trường được thực hiên thông qua đo hoạt độ phóng xạ trong đất được lấy ở nhiều địa điểm ở phía Tây Thụy Điển, và quan tâm chủ yếu tới K40 và các chuỗi Uranium, Thorium cùng con cháu của chúng Nghiên

Đồng vị K40 Cs137 Tl208 Bi212 Pb212 Bi214 Pb214 Ra226 Ac228Hoạt độ (Bq/kg) 541 ± 117 6 ± 3 19 ± 6 35 ± 9 33 ± 10 26 ± 8 30 ± 8 58 ± 10 34 ± 10

Đồng vị Be7 K40 Tl208 Pb212 Pb214 Bi212 Bi214 Ra224 Ra226Hoạt độ

(Bq/kg) 683 ± 193 466 ± 62 23 ± 9 33 ± 11 46 ± 8 50 ± 16 42 ± 7 56 ± 17 128 ± 85

cứu cho thấy, ở Thụy Điển hoạt độ phóng xạ lắng động trong môi trường từ thử vũ khí hạt nhân đến nay vẫn còn cao, đặc biệt ở phía Tây và các dãy núi phía Bắc, khoảng từ 570-1085 Bq/m2 Bên cạnh đó, hoạt độ lắng đọng trong không khí từ vụ

nổ nhà máy điện đến nay được tìm thấy khoảng 1760 Bq/m2[24]

1.5.2 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, các vấn đề về phóng xạ môi trường cũng đang được nước ta đặc biệt quan tâm Nhiều nghiên cứu khoa học về môi trường được thực hiện nhằm đánh giá phông môi trường để biết cách phòng tránh và xử lý:

 “Điều tra hiện trạng môi trường trên các tụ khoáng Đông Pao, Thèn

Sin-Tam Đường (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú (Yên Bái), An Điểm - Ngọc Kinh – Sườn Giữa (Quảng Nam)” – Trần Bình Trọng, Trịnh Định Đình Huấn,

Nguyễn Phương Theo nghiên cứu này có khoảng 45 vùng không an toàn phóng xạ

có tổng diện tích 189,63 km2 [10]

 “Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển giai đoạn 1999-2003” đã xác định

được được hoạt độ của nhiều nhân phóng xạ nhân tạo và các nhân phóng xạ tự nhiên trong môi trường biển, mức độ và hàm lượng phụ thuộc vào điều kiện địa hóa cảnh quan và những ảnh hưởng từ các vụ thử vũ khí hạt nhân, nổ nhà máy điện… đồng thời xác lập quy trình thu góp, xử lý, bảo quản và tính toán hoạt độ phóng xạ

chủ yếu trong các đối tượng môi trường biển ở Việt Nam [11]

 “Nghiên cứu đặc điểm trường phóng xạ gamma tự nhiên dải cát ven biển

vùng Vinh Xuân, huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế” – Nguyễn Đình Bảo

(Khoa Địa chất, Đại học Huế) Đề tài đã đưa ra kết quả tính toán hàm lượng sa khoáng, các khe, các bãi cát… bằng phương pháp khảo sát trường gamma, khoanh định những vùng có dị thường phóng xạ nhằm quy hoạch và có chính sách xử lý hợp lý [12]

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nước khoáng và nước uống đóng chai hiện nay là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống, đặc biệt là những loại nước có nguồn gốc từ thiên nhiên, hoặc được lấy từ lòng đất Với nguồn nước được lấy càng sâu, mức độ tinh khiết của nó càng cao do tránh được những yếu tố ảnh hưởng từ con người như hóa chất, chất thải… tuy nhiên, có những yếu tố vẫn không thể tránh khỏi dù nước có được lấy ở tầng sâu hay cạn, ở lòng đất hay mạch nước qua các khe đá trong núi đó là chất phóng xạ từ môi trường

Phân tích thành phần và các nguyên tố trong nước uống từ thiên nhiên sẽ cho phép đánh giá được thành phần phóng xạ trong môi trường tại những địa điểm khai thác chúng

2.1.1 Đặc tính của nguồn nước uống và nước khoáng thiên nhiên

Đa số các nguồn nước uống có nguồn gốc từ thiên nhiên được lấy từ nguồn nước ngầm hoặc nước khoáng có qua xử lý vệ sinh

Nước ngầm thường là do bề ở mặt đất ngấm xuống, cách mặt đất từ vài mét, đến vài chục mét, hay cả trăm mét Do không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên nó chủ yếu tập trung ở bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất mà nó tạo nên các dạng khác nhau, nước tập trung nhiều sẽ duy chuyển liên kết với các khoang và các túi nước khác tạo thành mạch nước ngầm Trong nước ngầm có thể có nhiều hàm lượng Fe2+,

Mn2+, khí CO2 hòa tan, NH3, H2S, SiO2 nồng độ cao, NO3- và các vi sinh vật chủ yếu là vi trùng do sắt sinh ra [14]

Nước khoáng cũng được xem là một loại nước ngầm nhưng bản thân nước khoáng chứa nhiều khoáng chất, nguyên tố vi lượng có nhiều tác dụng dinh dưỡng

và sinh lý Nước khoáng ở rất sâu trong lòng đất, chảy qua nhiều khối đá nên không thể tránh khỏi bị lẫn những nguyên tố phóng xạ như Urani, Thori và con cháu Nước khoáng trong tự nhiên rất đa dạng tùy thuộc vào môi trường dưới lòng đất mà dòng nước chảy qua, độ sâu của mạch nước nhưng thành phần chủ yếu vẫn

là các ion Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, HCO3-, SO42-, Sr2+, Fe2+, Mn2+, F, Br và SiO3

2-…[14]

Nước khoáng được chia làm nhiều loại dựa vào thành phần trong nó: nước

khoáng cloric: chứa nhiều muối (NaCl) hơn 1g/lít, nước khoáng bicacbonat: chứa

lượng bicabonat khoảng 1g/lít cùng với nhiều khoáng chất khác, có nguồn gốc từ

các hoạt động của núi lửa, nước khoáng có ga: Những loại nước khoáng này có

chứa một lượng cao sunfat kết hợp với các khoáng sản khác như natri sunfat, canxi

sunfat… Nước khoáng lưu huỳnh: chứa một lượng lớn lưu huỳnh (hơn 1g/lít),

Nước khoáng sắt: chứa rất nhiều sắt, nước khoáng phóng xạ: thường chứa rất nhiều

muối radi [14]

2.1.2 Một số loại nước uống từ thiên nhiên ở Việt Nam [13]

Ở nước ta, nước khoáng phân bố ở rất nhiều khu vực với các thành phần khác nhau tùy theo điều kiện địa lý:

 Nước khoáng cacbonit phân bố chủ yếu ở Bà Rịa Vũng Tàu, Bình thuận, Đồng Nai tới Lâm Đồng, Đắc Lắc, Nghệ An, Tam Nguyên, Lai Châu

 Nước khoáng Silic chủ yếu ở Quảng Bình, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bà Rịa Vũng Tàu, Kom Tum, Bình Thuận, Ninh Bình

 Nước khoáng sắt ở Kép Hạ (Bắc Giang), Bình Lợi (TP.Hồ Chí Minh)

 Nước khoáng phóng xạ phân bố chủ yếu ở Hải Phòng, Quãng Ngãi, Bà Rịa Vũng Tàu, Phú Thọ…

 Và nhiều loại nước khoáng được phân bố ở nhiều vùng trên nước ta

2.2 Xác định hoạt độ bằng phổ kế gamma phông thấp

Để xác định hoạt độ phóng xạ trong các mẫu môi trường, ta có thể sử dụng các loại detector chứa khí, detector nhấp nháy hoặc detector bán dẫn Tuy nhiên tùy vào dãy năng lượng bức xạ, hiệu suất đo, độ phân giải năng lượng và độ phân giải thời gian mà ta có thể lựa chọn các loại detector thích hợp Đối với mẫu môi trường với hoạt độ thấp, để tăng hiệu suất ghi và độ phân giải năng lượng, người ta thường

sử dụng detector Germani siêu tinh khiết (HPGe)

2.2.1 Hệ phổ kế gamma phông thấp

Hệ phổ kế gamma phông thấp được thiết kế với đầu dò Germani siêu tinh khiết HPGe gắn với bộ tiền khuếch đại, khuếch đại, bộ biến đổi số liệu thành số và MCA:

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma phông thấp [7]

Đối với detector dạng phẳng, đường kính tinh thể trụ Germani không vượt quá vài centimet, do đó thể tích vùng hoạt động không vượt quá 10-30 cm3

Đối với detectror đồng trục, tinh thể Germani có dạng trụ vành khuyên dài với một cực là phía ngoài trụ và một cực là phía trong Do thể tích hình trụ dài nên có thể tạo ra thể tích vùng nhạy lớn làm tăng hiệu suất ghi Dải năng lượng của detector đồng trục là từ 50 keV đến hơn 10 MeV [6]

Các tín hiệu ở đầu ra của detector rất nhỏ vì vậy cần được khuếch đại sơ bộ bằng bộ tiền khuếch đại Tuy nhiên, tín hiệu sau khi ra khỏi bộ tiền khuếch đại vẫn chưa đủ lớn chỉ khoảng vài chục đến vài trăm mV không thể đếm trực tiếp được, nên được đưa qua thêm một lần khuếch đại nữa ở bộ khuếch đại, biên độ của tín hiệu sau khi qua bộ khuếch đại khoảng 10V Bộ tiền khuếch đại càng gần detector càng tốt để rút ngắn dây nối từ detector đến bộ tiền khuếch đại nhằm giảm tối thiểu điện dung phụ trên detector

Máy phân tích biên độ đa kênh MCA: dải năng lượng quan tâm được chia thành nhiều kênh năng lượng (từ kênh n=100 đến kênh n=16000 kênh), mỗi kênh là một cửa sổ năng lượng từ Ei đến Ei + (i=1, 2, 3…n) Kết quả ta có một hàm

phân bố số đếm theo năng lượng được gọi là phổ năng lượng [6]

Bộ tiền khuếch đại

Bộ khuếch đại HPGe

Nguồn nuôi cao thế

THTHẾ thế

Máy phân tích

đa kênh MCA

Máy tính

2.2.2 Các đặc trưng cơ bản của hệ phổ kế gamma phông thấp của trường Đại học Khoa hoc Tự nhiên [7]

Detector HPGe của Bộ môn Vật Lý Hạt Nhân trường Đại học Khoa học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh có dạng đồng trục loại p (hình 2.3), lớp trong là tiếp xúc loại p+, lớp ngoài là tiếp xúc loại n-, các lớp tiếp xúc được nối với 2 điện cực Detector được đặt trong buồng chì kín nhằm giảm phông từ môi trường

Hình 2.2 Hệ phổ kế gamma phông thấp của Bộ môn Vật Lý Hạt Nhân trường

Đại học Khoa học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh

Buồng chì có chiều cao 53,1 cm, đường kính ngoài 50,48 cm, bề dày đáy và nắp là 11,3cm Tính từ ngoài vào trong buồng chì gồm lớp chì dày 11,3cm, lớp thiết dày 1mm, lớp đồng dày 1,5mm [7]

 Ưu điểm của detector HPGe là chỉ cần dùng bình nitrogen lỏng để giữ nhiệt

độ thấp khoảng 77K trong lúc đo mà không cần làm lạnh trong thời gian bảo quản

 Bình làm lạnh: Cryostat model 7500sl

 Hiệu suất tương đối: 20%

 Độ phân giải năng lượng: 1,8 keV FWHM tại đỉnh 1332 keV của Co60

2.2.2.1 Độ phân giải năng lượng (FWHM)

Là bề rộng của đỉnh tại một nửa độ cao cực đại của đỉnh, với điều kiện tất cả phông nền đã được loại bỏ Detector có độ phân giải càng nhỏ thì khả năng phân biệt giữa hai bức xạ có năng lượng gần nhau càng tốt Đối với detector ở Bộ môn

Vật lý Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh, FWHM có

giá trị 1,8 keV tại đỉnh 1332 keV của Co60[7]

2.2.2.2 Hiệu suất ghi [9]

Đối với các bức xạ không mang điện như gamma, khi đi vào detector chúng

phải trải qua nhiều quá trình tương tác thứ cấp trước khi có thể được ghi nhận

Những bức xạ này có thể truyền qua khoảng cách lớn giữa những lần tương tác và

như thế chúng có thể thoát khỏi vùng làm việc của detector, vì vậy mà hiệu suất của

detector là nhỏ hơn 100%

Dựa vào đặc tính để xác định, có hai loại hiệu suất được định nghĩa:

– Hiệu suất toàn phần (total efficiency) t là xác suất của một photon phát ra

từ nguồn để lại bất cứ năng lượng nào khác không trong thể tích vùng hoạt của

đầu dò

– Hiệu suất đỉnh (peak efficiency) p được xác định bằng xác suất của một

photon phát ra từ nguồn để lại toàn bộ năng lượng của nó trong thể tích vùng hoạt

của đầu dò

Trong khóa luận này, chúng tôi chỉ đánh giá hiệu suất đỉnh và gọi tắt là hiệu

suất ghi của đầu dò

2.2.2.3 Mức tới hạn (L C ) và giới hạn phát hiện (L D ) [5]

 Mức tới hạn L C: liên quan tới việc mẫu khảo sát có tồn tại phóng xạ hay

không Quyết định này có thể phạm một trong hai sai lầm:

Sai lầm loại một: quyết định rằng tín hiệu hiện hữu trong khi nó không tồn tại,

với xác suất α và độ tin cậy 1-α

Sai lầm loại hai: quyết định rằng tín hiệu không hiện hữu trong khi nó tồn tại,

với xác suất β và độ tin cậy 1-β

2

L =k σ =k μ+σ =k 2σ

(2.1)

kα được tra từ bảng phân bố chuẩn tương ứng với mức tin cậy 1-α

σo: độ lệch chuẩn của tín hiệu quan sát được khi số đếm trung bình μS=0

Giá trị LC được xem như là độ nhạy phát hiện, nghĩa là một tín hiệu S được

quan sát phải vượt quá giá trị LC thì mới được ghi nhận

 Giới hạn phát hiện dưới L D: LC là ranh giới giữa số đếm thuộc nền phông

hay thuộc hiệu ứng phóng xạ Nếu chỉ dùng LC thì trong trường hợp số đếm thực do

mẫu gây ra có giá trị trung bình μS = LC thì sai lầm loại 2 tăng lên 50% Để giảm sai

lầm người ta đưa vào đại lượng LD > LC sao cho β=5% hay độ tin cậy 1-β = 95%

LD là giới hạn phát hiện dưới đối với một vị trí đo được cho trước, nghĩa là với

độ tin cậy cho trước, các giá trị S > LD mới được xem là số đếm phóng xạ từ mẫu

2

L =L + k σ =L + kC L + σ =k +2L

(2.1) Thông thường người ta thường chấp

nhận xác suất bằng nhau với hai loại sai

2.2.2.4 Giới hạn phát hiện hoạt độ MDA (Minimum Detector Activity)

Giới hạn phát hiện hoạt độ là hoạt độ thấp nhất mà hệ có thể đo được với độ tin

MDA=

εyΔt (2.3) λΔt

C=

λΔt

1-e

: thừa số hiệu chỉnh khi khoảng thời gian đo Δtkhông thể bỏ qua so

với thời gian bán rã TR của đồng vị phóng xạ khỏa sát Khi Δt TRthì C=1

ε: hiệu suất ghi đối với tia γ được đo

y là xác suất phát tia γ đó

2.2.3 Phương pháp xác định hoạt độ mẫu môi trường

Khi đo mẫu môi trường bằng hệ phổ kế gamma phông thấp, số liệu ta thu được

gồm: số đếm phụ thuộc vào năng lượng, diện tích đỉnh của các đồng vị phóng xạ

W(S)

Theo xác suất sai lầm loại 1

LC α=0,05

Theo xác suất sai lầm loại 2

β=0,05 LC LD

β=0.0

5

LD

Hình 2.3 Định nghĩa LC và LDW(S): Phân bố xác suất của S

trong mẫu Từ những số liệu này và thông tin về thời gian bán rã, xác xuất phân rã

của từng đỉnh năng lượng, thời gian đo… ta tính được hoạt độ riêng của các đồng vị

phóng xạ qua công thức:

w

S(E) A=

ε(E).y.t.m.K KC (2.4) S(E): diện tích đỉnh của tia gamma tại năng lượng E của mẫu đo đã trừ phông

và hiệu chỉnh thời gian chết,

ε(E): hiệu suất ghi của detector tại đỉnh năng lượng quan tâm đã làm khớp

y: xác suất phát tia gamma tại năng lượng E

t: thời gian đo mẫu (s)

w 1/2

-ln(2).t T 1/2

2.3 Xác định liều chiếu xạ trong của các đồng vị phóng xạ trong hệ tiêu hóa

2.3.1 Liều hấp thụ

Liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng

chiếu xạ của đối tượng bị chiếu xạ:

ht

ΔE

D =

Đơn vị liều hấp thụ theo hệ SI (J/kg) hoặc erg/g hoặc Gray (Gy)

Liều hấp thụ phụ thuộc vào tính chất của bức xạ và môi trường hấp thụ, có thể

áp dụng cho tất cả các loại phóng xạ với năng lượng tùy ý và mọi loại vật chất hấp thụ [2]

2.3.2 Liều tương đương [2]

Khi hấp thụ bức xạ, mô sinh học bị tổn thương, mức độ tổn thương phụ thuộc vào sự truyền năng lượng tuyến tính trên một đơn vị quãng đường bức xạ Các loại ion hóa khác nhau gây những tổn hại khác nhau Để tính sự tổn hại sinh học gây ra