LUẬN văn sư PHẠM vật lý các phương pháp xử lý an toàn chất thải phóng xạ

Qua thực trạng trên, tôi đã quyết định chọn đề tài “Các phương pháp xử lý an toàn chất thải phóng xạ” với mong muốn hiểu sâu hơn về các chất thải hạt nhân và vấn đề an toàn bức xạ, tìm h

Phần 1: MỞ ĐẦU 1

Phần 2: NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN 3

1.1 Nguyên tử 3

1.1.1 Cấu tạo nguyên tử 3

1.1.2 Sự kích thích và ion hóa nguyên tử 4

1.2 Phóng xạ 5

1.2.1 Cấu trúc hạt nhân 5

1.2.2 Hạt nhân đồng vị phóng xạ 5

1.2.3 Hiện tượng phóng xạ 6

1.2.4 Quy luật phân rã phóng xạ 6

1.2.5 Các loại phân rã phóng xạ 8

1.2.5.1 Phân rã alpha 8

1.2.5.2 Phân rã beta 9

1.2.5.3 Phân rã positron 10

1.2.5.4 Chiếm electron quỹ đạo 11

1.2.5.5 Phân rã gamma 12

1.2.5.6 Quá trình biến hoán nội 12

1.2.5.7 Bức xạ neutron 13

1.3 Các đơn vị đo liều bức xạ 14

1.3.1 Hoạt độ phóng xạ [2] 14

1.3.2 Liều hấp thụ [4] 14

1.3.3 Liều tương đương [4] 15

1.3.4 Suất liều hấp thụ [4] 15

1.3.5 Liều chiếu [2] 16

1.3.6 Thông lượng bức xạ [4] 16

1.3.7 Kerma và suất kerma [4] 16

1.4 Các nguồn phóng xạ tự nhiên 17

1.4.1 Tia vũ trụ [4] 17

1.4.2 Bức xạ vũ trụ [3] 17

1.4.3 Nguồn bức xạ từ đất đá [4] 17

1.4.4 Các chất phóng xạ trong cơ thể [2, 4] 17

1.4.5 Liều chiếu xạ “tự nhiên” có nguồn gốc nhân tạo [3] 18

1.4.6 Vai trò của các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo [4] 18

1.5 Tương tác của bức xạ với vật chất [4] 19

1.5.1 Đặc điểm tương tác của bức xạ với vật chất 19

1.5.3 Tương tác của bức xạ beta với vật chất 20

1.5.4.Tương tác của neutron với vật chất 20

1.5.5 Tương tác của gamma với vật chất Error! Bookmark not defined 1.5.5.1 Hiệu ứng quang điện 21

1.5.5.2 Hiệu ứng Compton 22

1.5.5.3 Hiệu ứng tạo cặp 23

1.6 Ứng dụng của bức xạ [2] 23

1.6.1 Ứng dụng trong y tế 23

1.6.1.3 Xạ trị bằng nguồn áp sát 24

1.6.1.4 Phương pháp nguyên tử đánh dấu 24

1.6.2.5 Dùng dược chất phóng xạ (nguồn hở) 24

1.6.2 Ứng dụng trong công nghiệp 25

1.6.2.1 Xạ hình công nghiệp 25

1.6.2.2 Các loại máy đo dùng tia phóng xạ 25

1.6.3 Ứng dụng trong địa chất để xác định các đặc trưng chủ yếu của các tầng địa chất trong giếng khoan 26

1.6.4 Ứng dụng trong nông nghiệp 26

1.6.5 Ứng dụng trong ngành hải quan 26

1.6.6 Ứng dụng trong bảo quản, khử trùng và biến tính vật liệu 26

1.6.7 Ứng dụng trong ngành khảo cổ học [22] 26

CHƯƠNG 2: CHẤT THẢI PHÓNG XẠ HẠT NHÂN 28

2.1 Chất thải phóng xạ hạt nhân [2] 28

2.2 Nguồn gốc [2] 28

2.3 Phân loại [2] 29

2.3.1 Phân loại theo dạng chất thải 29

2.3.2 Phân loại theo thời gian bán rã 30

2.3.3 Phân loại theo hoạt độ phóng xạ, công suất nhiệt và suất liều bề mặt 30

2.3.3.1 Chất thải mức thấp LLW (Low – Level Was ) 30

2.3.3.2 Chất thải mức trung gian ILW (Intermediate-Level Waste) 31

2.3.3.3 Chất thải mức cao HLW (High-Level Waste) 31

2.4 Lò phản ứng hạt nhân [2] 31

2.4.1 Nguyên tắt hoạt động 31

2.4.2 Các loại bức xạ sinh ra trong lò phản ứng 32

2.4.3 Đặc trưng của các chất phóng xạ lò phản ứng 32

2.4.3.1 Uranium 32

2.4.3.2 Plutoni 33

2.4.3.3 Triti 34

2.4.3.4 Các sản phẩm phân hạch 35

2.5 Nhà máy điện nguyên tử 35

2.5.1 Nhà máy điện nguyên tử 35

2.5.2 Cấu tạo của nhà máy điện nguyên tử 36

2.5.3 Tầm quan trọng của năng lượng hạt nhân 36

2.6 Tác hại sinh học của bức xạ ion hóa [1] 36

2.6.1 Cơ chế tác dụng của bức xạ ion hóa lên cơ thể sống 36

2.6.1.1 Giai đoạn hóa lý 36

2.6.1.2 Giai đoạn sinh học 38

2.6.2 Các tổn thương do bức xạ ion hóa 39

2.6.2.1 Tổn thương ở mức phân tử 39

2.6.2.2 Tổn thương ở mức tế bào 39

2.6.2.3 Tổn thương ở mức toàn cơ thể 40

2.6.2.4 Bệnh phóng xạ 41

2.7 Thảm họa từ những vụ nổ nhà máy điện hạt nhân 42

2.7.3 Các vụ nổ lò phản ứng tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima - I ở Nhật

Bản năm 2011 43

CHƯƠNG 3: BẢO VỆ AN TOÀN BỨC XẠ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI HẠT NHÂN 45

3.1 Các nguyên tắc cơ bản trong quản lý chất thải [2] 45

3.2 Phương pháp quản lý và xử lý chất thải phóng xạ [2] 47

3.2.1 Xử lý chất thải phóng xạ lỏng 47

3.2.1.1 Xử lý chất thải phóng xạ lỏng mức cao 47

3.2.1.2 Các chất thải lỏng mức thấp và trung bình 48

3.2.2 Xử lý chất thải phóng xạ rắn 50

3.2.2.1 Các phương pháp xử lý chất thải phóng xạ rắn 50

3.2.2.2 Xử lý các nguồn phóng xạ thôi sử dụng 51

3.2.3 Xử lý chất thải phóng xạ khí 53

3.2.3.1 Chất thải khí và các phương pháp thải 53

3.2.3.2 Các điều kiện khí tượng 53

3.2.3.3 Sự phát tán khí từ một nguồn liên tục 54

3.2.3.4 Sự phát tán các hạt từ một nguồn liên tục 58

3.2.4 Các phương pháp xử lý chất thải phóng xạ khác 59

3.2.4.1 Những phương pháp xử lý được coi là không an toàn [15] 59

3.2.4.2 Các phương pháp xử lý được xem là an toàn 62

Phần 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

1 Kết luận 72

2 Kiến nghị 72

3 Hướng nghiên cứu trong tương lai 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động, Việt Nam cũng là một trong những quốc gia rất quan tâm đến vấn đề điện hạt nhân và hiện đang triển khai các dự án phát triển nhà máy điện hạt nhân ở Ninh Thuận Tuy nhiên, việc xử lý các chất thải mang tính phóng xạ từ ngành hạt nhân không chỉ gây đau đầu cho các nhà khoa học mà còn là vấn đề gây lo ngại cho dư luận và người dân Ngoài các biện pháp hiện đang sử dụng còn có rất nhiều biện pháp mới được đề ra từ các nhà khoa học, về mặt lý thuyết thì nhìn chung các biện pháp đều mang tính khả thi nhưng bên cạnh đó một

số phương pháp vẫn tồn tại nhiều sự rủi ro trong tương lai và khó khăn về mặt kỹ thuật lẫn kinh phí đầu tư

Qua thực trạng trên, tôi đã quyết định chọn đề tài “Các phương pháp xử lý an toàn chất thải phóng xạ” với mong muốn hiểu sâu hơn về các chất thải hạt nhân và vấn đề an toàn bức xạ, tìm hiểu và cập nhật những biện pháp xử lý chất thải phóng

xạ mới, đồng thời phân tích những ưu nhược điểm của từng phương pháp để có hướng nghiên cứu sâu hơn trong tương lai và góp phần phục vụ cho các dự án điện hạt nhân sắp tới Đề tài này sẽ là tư liệu hữu ích cho bản thân tôi và cho những ai quan tâm đến vấn đề hạt nhân

2 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu các phương pháp xử lý an toàn các chất thải hạt nhân

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở lý thuyết tổng quát về bức xạ hạt nhân và những ứng dụng của bức xạ hạt nhân

- Xác định nguồn gốc sinh ra chất thải phóng xạ hạt nhân và những tác hại chủ yếu do bức xạ hạt nhân mang lại

- Đề ra các phương pháp bảo vệ an toàn bức xạ và các phương pháp xử lý an toàn chất thải phóng xạ

4 Giả thuyết của đề tài

Để giải quyết vấn đề chất thải hạt nhân ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói

chung trước tiên phải tìm hiểu bản chất, nguồn gốc của chất thải mang tính phóng

xạ đồng thời tìm hiểu tác hại của chúng đối với vật chất và con người

Bên cạnh những tác hại của chất thải hạt nhân thì ngành hạt nhân còn có rất nhiều ứng dụng quan trọng và việc phát triển điện hạt nhân là vô cùng cần thiết Vì thế, việc xử lý chất thải hạt nhân một cách an toàn là không thể thiếu Ta đi tìm hiểu những ứng dụng của ngành hạt nhân, các phương pháp xử lý đã và đang được sử dụng, đồng thời tìm hiểu và phân tích ưu nhược điểm của từng ý tưởng xử lý chất thải hạt nhân mới để đánh giá phương pháp nào là an toàn

5 Giới hạn của đề tài

Do không có điều kiện tham quan thực tế địa phương nên đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết qua việc tổng hợp các tài liệu có liên quan

6 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

- Thu thập và phân tích các tài liệu, thông tin có liên quan đến đề tài qua sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Khai thác thông tin trên internet để tìm hiểu vấn đề chất thải hạt nhân và các phương pháp xử lý chất thải hạt nhân, đặc biệt là các phương pháp xử lý an toàn

7 Các bước thực hiện

- Bước 1: Nhận đề tài

- Bước 2: Nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài và viết đề cương

- Bước 3: Tiến hành viết đề tài theo đề cương và trao đổi với giáo viên hướng dẫn

- Bước 4: Chỉnh sửa và hoàn thiện bài viết

- Bước 5: Viết báo cáo

- Bước 6: Bảo vệ luận văn

Phần 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN 1.1 Nguyên tử [2]

1.1.1 Cấu tạo nguyên tử

Tất cả vật chất đều được cấu tạo từ các nguyên tố Trong tự nhiên đã tìm thấy hơn 92 nguyên tố, từ hydrogen đến uranium Các nguyên tố bao gồm các nguyên tử,

là các phần tử nhỏ nhất mà một nguyên tố hóa học có thể phân chia ra được mà không mất đi tính chất hóa học của nó

Các nguyên tử có cấu trúc riêng phụ thuộc vào loại nguyên tố Nhưng đặc điểm chung của chúng là cấu tạo từ hạt nhân nguyên tử có điện tích dương nằm ở giữa và các electron có điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo xung quanh hạt nhân Mô hình nguyên tử như trên tương tự mô hình hệ thống mặt trời, được gọi là

mô hình nguyên tử Bohr Điện tích dương của hạt nhân bằng tổng các điện tích âm của electron Nguyên tử trung hòa về điện tích Số electron quỹ đạo tăng dần khi nguyên tử càng nặng

Nguyên tử có đường kính khoảng 10-10 m còn hạt nhân có đường kính khoảng

10-15 m Khối lượng hạt nhân chiếm phần lớn khối lượng nguyên tử còn khối lượng electron không đáng kể

Các electron chuyển động trên các quỹ đạo hay các lớp vỏ mà tại đó electron tồn tại một cách độc lập và có năng lượng xác định Bán kính quỹ đạo và năng lượng các electron được xác định bởi số lượng tử chính n là số nguyên dương xác định lớp quỹ đạo, lớp K là lớp trong cùng ứng với n = 1, lớp L tiếp theo ứng với

n = 2, lớp M ứng với n = 3, v.v Đối với nguyên tử hydrogen với số nguyên tử

Z = 1, tại mỗi lớp quỹ đạo n, electron có năng lượng Wn, gọi là mức năng lượng, được xác định theo công thức sau:

trong đó R = 3,27.1015 s-1 là hằng số Rydberg, còn h = 6,625.10-34 J.s là hằng số Planck Đối với các nguyên tử khác có Z > 1 thì hằng số Rydberg được nhân với Z2 Công thức (1.1) cho thấy Wn có giá trị âm và đạt giá trị thấp nhất khi n = 1 Như vậy lớp electron K có năng lượng thấp nhất và các lớp tiếp theo có năng lượng cao dần (Hình 1.1) Mỗi lớp lại gồm một số trạng thái con, được xác định các số lượng

tử quỹ đạo l và số lượng tử từ m Tại lớp thứ n có 2n2 electron, tức lớp K có 2 electron, lớp L có 8 electron, lớp M có 18 electron , (Hình 1.2)

2

n Rh

W n 

Hình 1.1 Các mức năng lượng của các Hình 1.2 Các lớp quỹ

electron quỹ đạo trong nguyên tử đạo của các electron

hydrogen

1.1.2 Sự kích thích và ion hóa nguyên tử

Các electron của nguyên tử chiếm đầy các trạng thái thấp nhất ở các quỹ đạo thấp nhất Đó là trạng thái cơ bản của nguyên tử Các electron nằm ở lớp càng thấp thì càng bị lực tác dụng hút mạnh vào hạt nhân Để chuyển nó lên lớp cao hơn phải

có năng lượng cung cấp bên ngoài Khi một electron nào đó được cung cấp năng lượng để chuyển từ lớp dưới lên lớp trên thì nó để lại một lỗ trống ở lớp mà nó vừa

bỏ đi Khi đó nguyên tử ở trạng thái kích thích Nếu được cung cấp một năng lượng rất lớn, electron có thể thoát ra ngoài nguyên tử và để lại lỗ trống tại lớp mà nó vừa

bỏ đi Khi đó nguyên tử bị ion hóa

Khi nguyên tử bị kích thích hay bị ion hóa, vị trí cũ của electron trở thành lỗ trống Nếu một electron nào đó ở lớp cao n2 rơi vào lỗ trống ở lớp thấp n1 thì nguyên tử giải phóng một năng lượng bằng hiệu số giữa hai mức năng lượng tương ứng với hai lớp này

Năng lượng E được giải phóng ra khỏi nguyên tử dưới dạng một bức xạ điện

từ, chẳng hạn là ánh sáng đối với nguyên tử hydrogen Đối với các nguyên tử nặng, tức là có số Z lớn, năng lượng bức xạ có giá trị lớn Trong trường hợp này, khi electron chuyển giữa các mức thấp, bức xạ phát ra có năng lượng khá lớn, gọi là tia

X, còn đối với các lớp cao hơn, năng lượng bức xạ bé, khi đó nguyên tử phát ra các

2 2 1 1

2

n n Rh W W

tia ánh sáng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy hoặc ánh sáng hồng ngoại Tia X và các bức xạ ánh sáng đều là sóng điện từ, chúng chỉ khác về tần số sóng

Hình 1.3 Nguyên tử bức xạ tia X

Năng lượng bức xạ thường đo bằng đơn vị electron - volt, viết tắt là eV Đó là năng lượng của electron, có điện tích e = 1,6.10-19 C, được gia tốc trong hiệu điện thế 1V Liên hệ giữa eV và các đơn vị năng lượng thường dùng J và erg như sau: 1eV = 1,6021.10-19 J = 1,6021.10-12 erg

1.2 Phóng xạ [2]

1.2.1 Cấu trúc hạt nhân

Hạt nhân cấu tạo từ các hạt proton (ký hiệu p) và các neutron (ký hiệu n) Chúng được gọi chung là nucleon Proton có điện tích dương +e còn neutron là hạt trung hòa Chúng có khối lượng cỡ 1840 lần khối lượng electron, trong đó khối lượng proton mp = 1,6726.10-27 kg và khối lượng neutron mn = 1,67492.10-27 kg

Số proton trong hạt nhân bằng Z, gọi là số nguyên tử, chính là số điện tích dương của hạt nhân Số các nucleon trong hạt nhân bằng A, gọi là số khối lượng Nếu gọi số neutron trong hạt nhân là N, thì A = Z + N

Ta ký hiệu hạt nhân X có số khối lượng A và số nguyên tử Z là ZXA

1.2.2 Hạt nhân đồng vị phóng xạ

Đa số các nguyên tố tạo thành từ hỗn hợp các nguyên tử với số A khác nhau song với cùng số Z, tức cùng tính chất hóa học Chẳng hạn nguyên tố lithium hợp thành từ các nguyên tử có hạt nhân 3Li7 ( 92,5% ) và 3Li6 ( 7,5% ) Các hạt nhân

3Li7 và 3Li6 được gọi là các hạt nhân đồng vị, hay gọi tắt là đồng vị của nguyên tố lithium Đối với mỗi nguyên tố tỉ lệ giữa các đồng vị thành phần trong nó gọi là độ phổ biến

Các đồng vị có thể tồn tại trong tự nhiên, gọi là các đồng vị tự nhiên, hay có thể tạo nên trong các lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc hạt điện tích, gọi là các đồng vị nhân tạo Một số các đồng vị tự nhiên và hầu hết các đồng vị nhân tạo đều không bền và thường phát ra các bức xạ để tạo thành các đồng vị bền Tính chất phát bức xạ gọi là tính phóng xạ và các đồng vị phát bức xạ gọi là các đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ tự nhiên gồm cỡ 70 đồng vị, trong đó quan trọng nhất là đồng vị 92U235, 92U238, 90Th202 cùng các đồng vị con cháu trong dãy phân rã

Electron lớp L

Lỗ trống lớp K

Tia X

của chúng Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có khoảng 2000 đồng vị, trong đó các đồng vị thường dùng như 27Co60, 55Cs137, 77Ir192, 95Ar241…

1.2.3 Hiện tượng phóng xạ

Hiện tượng phân rã phóng xạ là hiện tượng mà một hạt nhân đồng vị này chuyển thành hạt nhân đồng vị khác thông qua việc phóng ra các hạt alpha, beta hoặc chiếm electron quỹ đạo Phân rã gamma xảy ra khi một đồng vị phóng xạ ở trạng thái kích thích cao chuyển về trạng thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản của chính đồng vị đó Phân rã phóng xạ có thể kéo theo hoặc không kéo theo phân rã gamma

1.2.4 Quy luật phân rã phóng xạ

Tính phóng xạ phụ thuộc vào hai nhân tố, thứ nhất là tính không bền vững của hạt nhân do số N quá cao hoặc quá thấp so với Z và thứ hai là quan hệ khối lượng giữa hạt nhân mẹ, hạt nhân con và hạt nhân được phát ra Tính phóng xạ không phụ thuộc vào tính chất hóa học và vật lý của hạt nhân đồng vị vì vậy không thể thay đổi bằng bất cứ cách nào

Khi phân rã phóng xạ, số hạt nhân chưa bị phân rã sẽ giảm theo thời gian Giả

sử ở thời điểm t, số hạt nhân phóng xạ chưa bị phân rã là N Sau thời gian dt số đó trở thành N - dN vì có dN hạt nhân đã bị phân rã Độ giảm số hạt nhân chưa bị phân

Thực hiện phép lấy tích phân công thức (1.4) ta có:

trong đó N0 là số hạt nhân chưa bị phân rã ở thời điểm ban đầu t = 0, N là số hạt nhân chưa bị phân rã ở thời điểm t Đây là quy luật phân rã của hạt nhân phóng xạ Thời gian sống trung bình của hạt nhân phóng xạ được tính như sau:

1

1

dx e

dx xe

x x





dt N

dt e

dt te dt

t N

dt t tN

t t

0

0

)()(





693,02ln

1

N

04

1

N

08

1

N

T

e N

N T

2)

Từ định nghĩa của thời gian bán rã T suy ra rằng số hạt nhân đồng vị phóng xạ

N còn lại sau n khoảng thời gian bán rã liên hệ với hạt nhân đồng vị phóng xạ ban đầu N0 theo công thức sau:

Hình 1.6 Sơ đồ phân rã 88 Ra 226 86 Rn 222 + 2 He 4

Hạt alpha bị hấp thụ mạnh khi đi qua vật chất, do đó quãng đường đi của nó rất ngắn Lớp da chết ở mặt da đủ dày để hấp thụ tất cả bức xạ alpha từ một nguồn

Ra2264,591MeV

94,3%

0,186MeV

222

phóng xạ Kết quả là bức xạ alpha từ bên ngoài chiếu vào cơ thể không gây nguy hiểm Tuy nhiên khi hạt nhân phóng xạ alpha lọt vào bên trong cơ thể qua đường tiêu hóa hoặc hô hấp (không bị cản lại bởi lớp da chết), năng lượng bức xạ alpha sẽ truyền qua các tế bào cơ thể Vì vậy đồng vị phóng xạ alpha rất độc khi chúng có mặt bên trong cơ thể

ZXA Z+1XA + e- +  (1.18)

trong đó neutrino là hạt trung hòa về điện tích và khối lượng bé không đáng kể Quá trình (1.18) là kết quả phân rã của neutron thừa trong hạt nhân để biến thành proton theo sơ đồ sau:

cơ bản bằng cách phát ra tia gamma với năng lượng 1,53 MeV

Hình 1.7 Minh họa sơ đồ phân rã beta của 19 K 42 thành 20 Ca 42

Khác với hạt alpha trong phân rã alpha, electron trong phân rã beta có động năng phân bố liên tục từ giá trị 0 đến năng lượng cực đại Emax = Qc2 Ví dụ phân rã

3,55MeV

82%

K42

- 2,04MeV 18%

1,53MeV

Ca42

beta của P32 theo sơ đồ (1.21) có năng lượng cực đại Emax = 1,71 MeV Đường cong phân bố động năng của electron được hình thành trên hình 1.8 Từ hình này thấy rằng năng lượng trung bình của electron bằng 0,7 MeV, tức bằng 41% năng lượng cực đại Nói chung năng lượng trung bình của electron trong phân rã beta bằng 30%

- 40% năng lượng cực đại Emax

Hình 1.8 Phổ năng lượng electron trong phân rã beta của đồng vị phóng xạ P 32

Hạt beta có khả năng đâm xuyên lớn hơn hạt alpha, phụ thuộc vào năng lượng của nó, do đó nguy hiểm khi chiếu xạ ngoài Các hạt beta với năng lượng thấp hơn

200 KeV có khả năng đâm xuyên thấp Chẳng hạn các hạt beta của các đồng vị phóng xạ H3, S35 hay C14, chúng không gây nguy hiểm khi chiếu xạ ngoài nhưng khi

bị vật liệu che chắn hấp thụ lại sinh ra các tia X có khả năng đâm xuyên lớn, gọi là bức xạ hãm Bất cứ một đồng vị phóng xạ nào phát beta mà lọt vào bên trong cơ thể với một lượng vượt quá giới hạn cho phép đều nguy hiểm cả

1.2.5.3 Phân rã positron

Hạt positron là hạt + có khối lượng bằng khối lượng electron song có điện tích dương +1e Phân rã positron xảy ra khi phân rã alpha không xảy ra do không thỏa mãn điều kiện về năng lượng theo công thức (1.14) Khi phân rã positron, hạt nhân ban đầu ZXA chuyển thành Z-1XA, phát ra hạt positron và phản hạt neutrino

Vì hạt positron là hạt electron có điện tích dương nên mức độ nguy hiểm bức

xạ của nó đối với cơ thể cũng giống như hạt electron Ngoài ra bức xạ gamma sinh

ra khi hủy positron – electron gây nguy hiểm khi chiếu xạ ngoài

1.2.5.4 Chiếm electron quỹ đạo

Một nguyên tử thiếu neutron muốn chuyển về trạng thái bền bằng cách phát hạt positron thì khối lượng của nó phải lớn hơn khối lượng hạt nhân con ít nhất hai lần khối lượng electron Nếu điều kiện này không thỏa mãn thì sự thiếu hụt neutron phải khắc phục bằng quá trình chiếm electron quỹ đạo, hay còn gọi là chiếm K Trong quá trình này một trong các electron ngoài hạt nhân bị hạt nhân chiếm và kết hợp với proton bên trong hạt nhân để tạo nên neutron theo phản ứng sau:

e+ + p+ c.e n +  (1.30)

Ký hiệu “c.e” ký hiệu quá trình chiếm electron Do electron lớp K trong nguyên tử có quỹ đạo thấp nhất, nên xác suất để hạt nhân bắt nó là cao nhất so với các electron lớp khác Vì vậy quá trình chiếm electron thường xảy ra đối với electron lớp K còn gọi là quá trình chiếm K Trong quá trình chiếm electron, số nguyên tử của hạt nhân con thấp hơn một đơn vị so với hạt nhân mẹ và số khối lượng của hai hạt đó giống nhau

Về quan hệ khối lượng, quá trình chiếm electron thỏa mãn điều kiện sau đây:

Hình 1.8 Sơ đồ biến đổi Na 22 thành Ne 22

Sau quá trình chiếm electron xuất hiện một lỗ trống tại lớp K của nguyên tử và một electron từ lớp cao hơn chuyển xuống chiếm vị trí này, phát ra tia X đặc trưng Các bức xạ tia X đặc trưng này gây nguy hiểm bức xạ khi chất phóng xạ nằm trong

cơ thể mà chất này phân rã theo cơ chế chiếm electron quỹ đạo

1.2.5.5 Phân rã gamma

Tia gamma là một dạng của sóng điện từ song có tần số hay năng lượng rất lớn Khi phân rã gamma hạt nhân ZXA không đổi các giá trị Z và A Các hình 1.6, 1.7 và 1.8 trình bày các sơ đồ phân rã alpha và gamma, beta và gamma hoặc chiếm electron quỹ đạo và gamma

Tia gamma là bức xạ điện từ đơn năng giống như tia X, song có năng lượng lớn hơn và có khả năng đâm xuyên lớn hơn Do đó tia gamma gây nguy hiểm bức

xạ chủ yếu trong trường hợp chiếu xạ ngoài

1.2.5.6 Quá trình biến hoán nội

Quá trình biến hoán nội xảy ra chủ yếu đối với hạt nhân phóng xạ phát gamma Tia gamma từ hạt nhân phát ra tương tác với electron liên kết mạnh ở lớp K hay lớp

L của nguyên tử, truyền toàn bộ năng lượng electron này để nó bay ra khỏi nguyên

tử Có thể nói, quá trình biến hoán nội là hiệu ứng quang điện nội, do tia gamma của hạt nhân nguyên tử gây hiệu ứng quang điện đối với electron của chính nguyên tử

số electron biến hoán nội Ne so với số photon N phát ra:



 N

N e



+0,544MeV 89,8%

1,277MeV

Ne22

c.e.10,2

Đối với hạt nhân Cs137 thì  = 0,11 Sau quá trình biến hoán nội xuất hiện một

lỗ trống ở lớp K hay lớp L do electron bị bắn ra và một electron ở lớp cao hơn chuyển về vị trí lỗ hổng này, phát ra tia X đặc trưng Tia X đặc trưng này lại bị hấp thụ, gây ra hiệu ứng quang điện nội mới, làm bắn electron liên kết khác ra ngoài nguyên tử Electron phát ra lần này gọi là electron Auger

Hình 1.9 Phổ beta của Cs 137 đối với các electron biến hoán nội từ các mức năng lượng K và L

Trừ một vài mảnh vở phân hạch có thời gian sống ngắn, không có đồng vị phóng xạ nào phát neutron, ngoại trừ đồng vị Cf252 Đồng vị Cf252 phân rã alpha Thời gian sống của Cf252 đối với phân rã alpha là 2,73 năm và thời gian bán rã hiệu dụng khi kể đến phân hạch tự phát là 2,65 năm Do phân hạch tự phát, đồng vị Cf252cũng là nguồn phát neutron với cường độ 2,31.106 neutron/s với 1g Cf252 Năng lượng neutron có xác suất cao nhất là 1 MeV còn năng lượng neutron trung bình là 2,3 MeV

Các nguồn neutron khác phụ thuộc vào các phản ứng sinh neutron Neutron có thể sinh ra trong các máy gia tốc theo nhiều loại phản ứng khác nhau Chẳng hạn có thể sử dụng chùm deuteron bắn phá bia beryllium để nhận được neutron theo phản ứng:

Số tương đối

Trong phản ứng trên hạt nhân (5B10) nằm ở trạng thái kích thích, gọi là hạt nhân hợp phần, phân rã trong thời gian nhỏ hơn 10-8 s Phản ứng (1.35) còn được viết dưới dạng 4Be9 (D,n) 5B10

Đối với các nguồn neutron bé thông thường người ta dùng hạt alpha bắn vào bia beryllium theo phản ứng sau:

Để có nguồn phát hạt alpha người ta sử dụng các đồng vị phóng xạ Ra226,

Po210, Pu234,…Đối với nguồn neutron sinh ra theo phản ứng (,n) có thể dùng các hạt nhân bia khác như Li, B, F,…

Nguồn neutron còn nhận được nhờ phản ứng ( ,n), trong đó tia gamma sinh ra

do các nguồn gamma có năng lượng thích hợp Ví dụ một vài nguồn neutron theo

phản ứng (  ,n) như Sb124( ,n)Be9, Na24( ,n)Be9, Na24(  ,n)D2O,…

1.3 Các đơn vị đo liều bức xạ

Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ trong hệ SI là Becquerel (ký hiệu là Bq)

1Bq là một phân rã trong một giây Đơn vị thường dùng khác là Curie (ký hiệu

là Ci), liên hệ với đơn vị Bq như sau:

Đơn vị của liều hấp thụ trong hệ SI là Gray (Gy)

1Gy = 1 J/kg = 100 rad = 104 erg/g

dE D







Ước số của Gray là: centiGray: (1 cGy = 10-2 Gy)

miliGray: (1 mGy = 10-3 Gy)

microGary: (1Gy = 10-6 Gy)

1.3.3 Liều tương đương [4]

Liều hấp thụ rất tiện lợi về mặt Vật lý nhưng lại không tiện lợi về mặt sinh

học Cùng một liều lượng hấp thụ đối với các loại bức xạ khác nhau lại không gây

ra các tổn thương sinh học như nhau Chẳng hạn liều 0,05 Gy của neutron nhanh có

thể gây ra tổn thương sinh học như liều 1Gy của bức xạ gamma

Sự khác nhau về hiệu ứng sinh học có thể được hiệu chỉnh bằng cách đưa hệ số chất lượng Q vào liều hấp thụ Ví dụ trong trường hợp trên, ta đưa vào liều hấp thụ của neutron nhanh hệ số chất lượng Q = 20 để ở cùng một liều (gọi là liều tương đương) ta thu được hiệu ứng sinh học như liều gamma Khi đó:

Liều tương đương (rem) = liều hấp thụ x Q

Q: Gọi là hệ số chất lượng, nó phản ánh khả năng gây ra tổn thương sinh học của một loại bức xạ Q càng lớn khả năng này càng mạnh

Trong hệ đơn vị SI:

Liều tương đương Sievert (Sv) = lều hấp thụ Gray (Gy) x Q x N

N: Hệ số suất liều, thông thường N = 1, do đó

dD

D'  

1.3.5 Liều chiếu [2]

Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa không khí của một bức xạ tại một vị trí nào đó Liều chiếu X là tỉ số giữa giá trị tuyệt đối tổng điện tích dQ của tất cả các ion cùng dấu được tạo ra trong một thể tích nguyên tố của không khí, khi tất cả các electron và positron thứ cấp do các gamma tạo ra bị hãm hoàn toàn trong thể tích không khí đó, và khối lượng dm của thể tích nguyên tố không khí đó

1.3.7 Kerma và suất kerma [4]

Kerma K - động năng giải phóng trong vật chất, là tổng động năng ban đầu của các hạt mang điện giải phóng trong một đơn vị khối lượng

r

Q n



1.4 Các nguồn phóng xạ tự nhiên

1.4.1 Tia vũ trụ [4]

Tia vũ trụ đến trái đất có nguồn gốc từ mặt trời và từ khoảng không giữa các vì sao Nó bao gồm các tia bức xạ rất đa dạng, có sức xuyên lớn, gây ra các phản ứng hạt nhân khác nhau với các nguyên tố chủ yếu là với N, O, Ar chúng gặp trong các tầng khí quyển Có thể nói khí quyển trái đất giống như một tấm lá chắn làm giảm

đi rất nhiều tác động của tia vũ trụ Chẳng hạn, suất liều trung bình ở mặt biển khoảng 0,2 mSv/y thì suất liều ở độ cao 3.000m là 1mSv/y

Người ta đã biết và thống kê được khoảng trên 20 đồng vị phóng xạ tự nhiên

có nguồn gốc tia vũ trụ, trong đó đáng chú ý trước hết là C14 và H3, vì đó là những đồng vị phóng xạ mà từ những năm 1952, 1953 trở lại đây, hàm lượng của chúng tăng lên do những vụ thử vũ khí hạt nhân trên không

Một trong những sản phẩm tương tác neutron trong bức xạ vũ trụ là phản ứng

1.4.3 Nguồn bức xạ từ đất đá [4]

Đất và đá trên trái đất có chứa một lượng nhỏ các chất phóng xạ U, Th và các

sản phẩm phân rã của chúng Nồng độ của các nguyên tố này biến đổi phụ thuộc vào loại đất đá

Ngoài ra trong đất đá còn có K40 (T = 1,26.109 năm) xuất hiện từ khi hình thành vũ trụ Suất liều trung bình cho các chất phóng xạ từ đất đá đóng góp khoảng 0,2 – 1mSv/y

Radon và Thoron (từ đất đá do hít thở, từ cây

1.4.5 Liều chiếu xạ “tự nhiên” có nguồn gốc nhân tạo [3]

Có thể liệt kê ra đây những ví dụ về các liều bức xạ mà con người phải nhận trong đời sống hàng ngày: Chiếu, chụp X quang Mỗi lần chụp X quang, chẳng hạn

ở lồng ngực, ta chịu một liều chừng 50 mrem Ở Pháp chẳng hạn, người ta ước tính trung bình một năm, một người chịu một liều do sử dụng bức xạ hạt nhân trong y tế

để kiểm tra, điều trị,…vào khoảng 80 mrem Các nhà máy điện dùng than, thường xuyên thải vào không khí một lượng đáng kể các đồng vị phóng xạ chứa trong bụi than như K40, U238, Pb210, Po210, Th232…Phân bón phốt phát thường chứa một lượng không nhỏ lắm các đồng vị phóng xạ như : K40, U239, Ra226, Th238

Các đồng hồ dạ quang hiện nay không dùng Ra226 nữa mà dùng H3, bức xạ từ Tivi,…là những nguồn chiếu xạ thường xuyên với mọi người

Bảng 1.2 Liều trung bình hàng năm do các nguồn bức xạ nhân tạo [4]

- Thử vũ khí hạt nhân: Hai đồng vị quan trọng nhất là Sr90 (T = 28,8 năm) và

Cs137 (T = 30,07 năm) Sr90 tích tụ trong xương còn Cs137 phân bố đều khắp cơ thể

- Do các nhà máy hạt nhân và sự cố hạt nhân: Các đồng vị quan trọng cũng giống như ở trên

1.4.6 Vai trò của các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo [4]

Bức xạ tương tác với cơ thể xuất phát từ các nguồn bức xạ ngoài và các nguồn bức xạ trong

Trong suốt quá trình phát triển lịch sử kéo dài hàng triệu năm, con người luôn

bị chiếu xạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên Hiện nay chưa có kết luận rõ ràng rằng nền phóng xạ tự nhiên có lợi hay có hại đối với sự phát triển của loài người và sinh vật Vấn đề này hiện có ba quan điểm:

- Một quan điểm cho rằng bức xạ với một liều thích hợp gây đột biến tự nhiên trong tế bào làm cho sinh vật phát triển ở trình độ cao hơn Điển hình của quan điểm này là G Matusin Ông cho rằng chính sự vận động địa chất ở vùng đông Châu Phi nơi có nhiều quặng phóng xạ Urani và Thori đã gây đột biến ở một số loài sinh trưởng dẫn tới sự tiến hóa từ vượn thành người Theo N Dubinin, quan điểm lao động sáng tạo ra loài người không có cơ sở vì lao động không ghi lại được dấu ấn trong các biến đổi gen Tất nhiên người ta không phủ nhận lao động thúc đẩy nhanh

hơn quá trình tiến hóa vượn thành người Bằng chứng cho quan điểm đột biến bức

xạ là người ta đã phát hiện được các di chỉ sớm nhất của loài người ở Đông Phi từ 2,5 đến 3,8 triệu năm trước và gần đây là sự phát hiện ra sọ người cổ đại có tên gọi

là Toumai với niên đại 6 - 7 triệu năm tại vùng sa mạc Diurab Người ta cũng tìm thấy bằng chứng về sự hoạt động của lò phản ứng hạt nhân tự nhiên ở vùng Oclo

- Quan điểm thứ hai cho rằng một bộ phận lớn các đột biến gen thường dẫn tới các khuyết tật di truyền và cái chết di truyền

- Quan điểm thứ ba cho rằng có thể cả hai hiệu ứng trên đều xảy ra và chúng đạt tới mức cân bằng nào đó để loài người phát triển cho đến ngày nay, mặc dầu họ sống trong nền phông phóng xạ, và thậm chí có thể là vì họ đã sống trong nền phông phóng xạ

1.5 Tương tác của bức xạ với vật chất [4]

1.5.1 Đặc điểm tương tác của bức xạ với vật chất

Tương tác của bức xạ với vật chất mang tính chất tác động qua lại:

- Vật chất làm suy giảm cường độ và năng lượng của bức xạ

- Bức xạ làm thay đổi cấu trúc của vật chất, gây ra các biến đổi vật lý, hóa học, sinh học,…và các biến đổi này phụ thuộc rất mạnh vào năng lượng và dạng bức xạ

1.5.2 Tương tác của hạt nặng mang điện với vật chất

Những hạt mang điện tích có khối lượng lớn gấp nhiều lần khối lượng của electron được gọi là hạt nặng mang điện Quá trình tương tác của chúng với vật chất

là va chạm đàn tính và va chạm không đàn tính với electron quỹ đạo Kết quả của quá trình va chạm không đàn tính là nguyên tử bị kích thích hoặc ion hóa

Khi đến gần electron, hạt nặng mang điện tác dụng với electron bằng lực Coulomb:

Sự tương tác làm mất năng lượng Năng lượng mất mát trên một đơn vị quãng đường dE/dx tỉ lệ với Z2, mật độ electron ne và tỉ lệ nghịch với năng lượng của hạt (hoặc tỉ lệ nghịch với bình phương vận tốc của hạt) Hạt chuyển động càng nhanh thời gian tương tác càng nhỏ, do đó năng lượng mất mát càng ít

ra đồng thời nhưng xác suất khác nhau

Khi mất 34 eV trong không khí, hạt nặng chỉ dùng 15 eV cho ion hóa còn 19

~

r

e Z r

e e Z



1.5.3 Tương tác của bức xạ beta với vật chất

Khi đi vào vật chất hạt beta tham gia vào các quá trình sau:

- Va chạm không đàn tính; kích thích và ion hóa

- Hủy cặp (đối với positron)

- Chuyển động chậm dần trong trường hạt nhân, dẫn tới quá trình phát bức xạ hãm Trong trường hợp đó năng lượng bị mất E tỉ lệ với gia tốc a của hạt

để tạo ra bức xạ hãm, không thể sử dụng proton hoặc các hạt nặng mang điện khác

1.5.4.Tương tác của neutron với vật chất

Tuy không phải là hạt mang điện, nhưng neutron vẫn tương tác với electron thông qua tương tác giữa các momen từ của chúng Sự mất năng lượng này không đáng kể Quá trình mất năng lượng của neutron chủ yếu khi neutron tương tác với hạt nhân, phụ thuộc vào neutron có va chạm trực tiếp với hạt nhân hay không Người ta chia tương tác của neutron thành một số loại:

- Tán xạ đàn tính: Trong quá trình này neutron không trực tiếp va chạm với hạt nhân Nó bị mất năng lượng và lệch hướng do lực hạt nhân Còn hạt nhân nhận một năng lượng nào đó Tán xạ đàn tính có thể xảy ra trong quá trình làm chậm neutron

Độ mất năng lượng logarit trung bình cho một va chạm  được xác định bằng công thức

Trong đó A là số khối của hạt nhân bị va chạm

- Tán xạ không đàn tính: Trong quá trình này neutron bị mất năng lượng và thay đổi hướng chuyển động, hạt nhân ở trạng thái kích thích

- Quá trình bắt neutron: Đó là quá trình dẫn tới các phản ứng hạt nhân do neutron va chạm trực tiếp với hạt nhân gây ra như trong các phản ứng:



2

1ln

)1(1

A



1.5.5 Tương tác của gamma với vật chất

Tia gamma thuộc loại bức xạ có tính thâm nhập cao đối với vật chất Chúng có thể tương tác với hạt nhân, e- và nguyên tử nói chung và do đó năng lượng của chúng bị suy giảm

Sự yếu dần của chùm tia gamma theo định luật hàm mũ và phụ thuộc vào: Mật

độ vật chất, số Z và năng lượng của photon gamma

Ngoài các phản ứng hạt nhân, đối với tia gamma năng lượng cao sự yếu đi của tia gamma chủ yếu do các quá trình như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton và hiệu ứng tạo cặp gây ra

1.5.5.1 Hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện có những đặc trưng sau:

- Là sự tương tác của lượng tử gamma với nguyên tử

- Toàn bộ năng lượng của photon gamma hv bị mất đi do hấp thụ, trong đó có năng lượng tiêu tốn cho việc bức e- ra khỏi quỹ đạo Eb và năng lượng chuyển thành động năng cho e- Ee

- Tiết diện của hiệu ứng quang điện  ph có dạng phụ thuộc vào năng lượng của photon gamma khá phức tạp Hình (1.9)

Đối với mỗi lớp electron, khuynh hướng chung

Hình 1.9.Sự phụ thuộc của tiết diện hiệu ứng quang điện vào năng lượng của photon gamma

1.5.5.2 Hiệu ứng Compton

Hiệu ứng Compton có những đặc trưng sau:

- Là hiện tượng tán xạ của gamma với electron có liên kết yếu trong nguyên tử

- Hiệu ứng giống như sự va chạm đàn tính giữa hai viên bi: Gamma truyền bớt năng lượng cho electron và bay lệch hướng cũ, electron nhận một động năng mới

- Tán xạ Compton phụ thuộc vào mật độ electron trong nguyên tử Mật độ electron càng lớn, cường độ tán xạ càng mạnh

- Cường độ tán xạ phụ thuộc năng lượng của photon gamma E Mối tương quan giữa năng lượng ban đầu hv, năng lượng tán xạ hv’ của gamma và góc tán xạ

 được biểu thị bằng công thức

1 cos

1'

2 0







c m hv

hv

Trong đó, m0c2 là năng lượng nghỉ của electron (0,511 MeV)

- Tiết diện tán xạ Compton phụ thuộc vào năng lượng như sau (hình 1.10):

comp~

Hình 1.10 Sự phụ thuộc tiết diện tán xạ Compton vào năng lượng photon gamma

1.5.5.3 Hiệu ứng tạo cặp

Hiệu ứng tạo cặp có những đặc trưng sau đây:

Hình 1.11 Sự phụ thuộc tiết diện tạo cặp  Pair vào năng lượng của photon gamma

- Hiệu ứng chỉ xảy ra khi E > 1,02 MeV (năng lượng nghỉ của e- và e+)

- Hiệu ứng chỉ xảy ra trong trường hạt nhân

- Trong trường Coulomb, hiệu ứng chỉ xảy ra khi E < 2,04 MeV;

(Do sự chi phối của định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng)

Tiết diện tạo cặp phụ thuộc vào số Z và năng lượng của photon gamma (Hình 1.11)

1.6.1.1 Xạ hình

Nguyên tắc xạ hình để chuẩn đoán dựa trên hiệu ứng hấp thụ của chùm tia X

và tia gamma khi đi qua cơ thể Chiếu chùm tia X hoặc tia gamma qua bộ phận cơ thể và phía đối diện đặt phim hoặc màn huỳnh quang, hoặc qua hệ tivi và dùng video ghi lại Phương pháp này còn gọi là phương pháp chuẩn đoán bằng X quang

1.6.1.2 Xạ trị bằng chùm tia

Chiếu chùm tia gamma tập trung vào khối u để diệt khối u Phương pháp này làm khối u bị diệt song các mô lành cũng bị tổn thương Để giảm thiểu sự tổn thương các mô lành người ta dùng kỹ thuật đa chùm tia tức là nhiều chùm tia hội tụ

từ nhiều phía khác nhau vào khối u (dao cắt gamma) Các nguồn bức xạ thường dùng trong xạ trị từ xa là máy phát tia X có cao thế đỉnh (20 - 250) kVp; nguồn phóng xạ Co60 có hoạt độ (100 - 500) TBq hay (2,5 - 12,5) kCi; nguồn phóng xạ

Cs137 có hoạt độ (50 - 100) TBq hay (1,25 - 2,5) kCi; máy gia tốc điện tử tuyến tính tạo chùm electron hay tia X với năng lượng (4 - 25) MeV Hiện nay máy gia tốc điện tử có xu hướng thay thế thiết bị dùng nguồn phóng xạ

1.6.1.3 Xạ trị bằng nguồn áp sát

Nguồn phóng xạ đặt trực tiếp bề mặt hoặc bên trong khối u để tiêu diệt khối u Phương pháp này được sử dụng để chữa trị các ung thư trên da và các mô, hốc mà

kỹ thuật xạ trị bằng chùm tia không thích hợp Các nguồn bức xạ thường dùng trong

xạ trị áp sát gồm kim phóng xạ Ra226, loại nguồn này được sử dụng nhiều năm nay

và đang được thay thế dần; các nguồn phóng xạ Cs137 và Co60 có hoạt độ (50 - 500) MBq hay (1 - 10) mCi ở dạng kim hoặc ống; nguồn phóng xạ Au198 hoạt độ cỡ 2 GBq đặt vĩnh viễn vào trong mô; nguồn Sr90 hoạt độ cỡ 1,5 GBq/4 cm2 dùng cho bề mặt như ở giác mạc của mắt

1.6.1.4 Phương pháp nguyên tử đánh dấu

Người ta đưa các đồng vị phóng xạ khác nhau vào trong cơ thể để theo dõi sự thâm nhập và di chuyển của các nguyên tố nhất định trong cơ thể người Ta sẽ nhận diện được chúng nhờ các thiết bị ghi phóng xạ Nhờ phương pháp này ta có thể biết được chính xác nhu cầu của cơ thể về các nguyên tố khác nhau trong từng thời kỳ phát triển của cơ thể và tình trạng bệnh lý của các bộ phận cơ thể khác nhau, khi thừa hoặc thiếu những nguyên tố nào đó Chẳng hạn, người ta biết rằng, nguyên tố iode được sử dụng trước hết ở tuyến giáp, và thừa hay thiếu iode đều gây ra bệnh ở tuyến này Để xác định tình trạng bệnh, người ta cho bệnh nhân uống một liều thuốc

có chứa đồng vị phóng xạ iode 53I131, và iode sẽ tập trung ở tuyến giáp của người

đó Số lượng tổng cộng iode thu giữ bởi tuyến giáp là số đo khả năng làm việc của tuyến này

1.6.2.5 Dùng dược chất phóng xạ (nguồn hở)

Các đồng vị phóng xạ dùng trong chuẩn đoán và điều trị bệnh được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Các đồng vị phóng xạ dùng trong chuẩn đoán và điều trị bệnh (nguồn hở) [2]

Đồng vị

phóng xạ

Thời gian bán rã

Đối tượng chuẩn đoán

Tc99m 6,01 giờ Các cơ quan, tim

I123 13,27 giờ Ghi hình tuyến giáp

Ga67 3,26 ngày Các khối u, nhiễm trùng

TI201 72,91 giờ Tim

I131 8,04 ngày Chuẩn đoán tuyến giáp, điều trị tuyến giáp

Xe133 5,24 ngày Phổi, não

In111 2,8 ngày Các tế bào bạch cầu

Kr85 10,75 năm Phổi

P32 14,26 ngày Điều trị bệnh da

Cr51 27,7 ngày Máu

Co57 271,79 ngày Vitamin trong chuyển hóa

1.6.2 Ứng dụng trong công nghiệp

1.6.2.1 Xạ hình công nghiệp

Xạ hình công nghiệp gồm các kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ và chụp ảnh X quang Các phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc hấp thụ tia bức xạ khi đi qua đối tượng được kiểm tra Chiếu chùm tia X hay tia gamma vào vật thử Đặt sau vật thử một hộp kín đựng phim nhạy X quang, phim này được kẹp giữa hai tấm chì mỏng có tác dụng tăng độ đậm của hình ảnh Phim sau khi chụp được hiện và đọc nhờ máy đo độ đen Từ đó biết được các khuyết tật hoặc vật lạ trong vật thử

Phương pháp chụp ảnh phóng xạ hay tia X được ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm tra chất lượng mối hàn, chất lượng vật đúc và các sản phẩm kim loại Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ còn được dùng để chụp ảnh các cấu kiện bê tông cốt thép nhằm xác định kích thước và mạng phân bố các cốt thép trong cấu kiện bê tông

1.6.2.2 Các loại máy đo dùng tia phóng xạ

 Máy đo độ dày sản phẩm: Dựa vào hiệu ứng hấp thụ hay phản xạ của

chùm tia bức xạ khi đi qua vật thử Chẳng hạn, có thể dùng Co60 hay Cs137 phát tia gamma để đo chiều dày các tấm thép hoặc có thể dùng nguồn Kr85 phát tia beta để

đo bề dày tờ giấy,…

 Máy đo mật độ vật chất và nồng độ dung dịch: Dựa trên nguyên tắc hấp

thụ và tán xạ bức xạ khi đi qua vật chất Ví dụ máy đo mật độ và độ ẩm nền tường

bê tông hay nền đất của đê đập, máy đo nồng độ tro trong than đá, máy đo thành phần đất đá trong giếng khoan địa chất hay dầu mỏ,…

 Máy đo mức: Máy đo mức chủ yếu dựa vào phương pháp truyền qua Tia

bức xạ bị hấp thụ mạnh khi đi qua vật liệu che chắn còn không bị hấp thụ khi không

có vật liệu Máy đo mức thường dùng trong các trường hợp: Đo mức dung dịch hóa chất trong các nhà máy hóa chất, đo mức vật liệu trong các nhà máy vật lệu ở các nhà máy xi măng,…

 Máy đo nguồn neutron: Cho phép phân tích thành phần vật chất trong

quặng mỏ, chẳng hạn hàm lượng Al trong quặng bauxite, hàm lượng oxygen trong quặng thiếc,…

1.6.3 Ứng dụng trong địa chất để xác định các đặc trưng chủ yếu của các tầng địa chất trong giếng khoan

Trong địa chất, nguồn phóng xạ được sử dụng phổ biến khi khoan thăm dò, người ta thả detector dọc theo chiều sâu của giếng khoan để đo phổ gamma của các đồng vị phóng xạ tự nhiên như U238, Th232, K40 Mỗi loại đất đá có hàm lượng riêng các đồng vị này, do đó bằng phương pháp đo phổ gamma tự nhiên có thể xác định cấu trúc của các tầng đất đá Phương pháp phức tạp hơn là thả nguồn neutron hay gamma xuống giếng khoan cùng với detector để đo neutron hay gamma tán xạ ngược từ thành giếng Cường độ neutron tán xạ ngược phụ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố nhẹ, đặc biệt là hydrogen, do đó có thể xác định được hydrocacbon Còn đối với gamma thì cường độ gamma tán xạ ngược phụ thuộc vào thành phần các nguyên tố nặng, do đó có thể xác định được cấu trúc địa tầng Các phương pháp này đang được ứng dụng trong việc thăm dò địa chất tại các liên đoàn địa chất và các công ty thăm dò và khai thác dầu khí

1.6.4 Ứng dụng trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp tập trung vào hai hướng chính là chiếu xạ giống tạo đột biến và nghiên cứu chế độ dinh dưỡng bằng phương pháp đánh dấu phóng xạ Trong phương pháp đột biến người ta dùng nguồn Co60 chiếu xạ hạt giống dưới tác dụng của bức xạ gamma các hạt này có sự biến đổi gen làm cây trồng xuất hiện các tính chất có lợi Bằng cách chọn lọc và nhân giống, người ta tạo được các giống mới

có phẩm chất cao hơn các giống cũ

Trong phương pháp đánh dấu, người ta dùng P32 hay N15 để đánh dấu vào phân lân hay phân đạm, đem bón cho cây trồng và theo dõi quá trình dinh dưỡng của cây bằng cách thu thập mẫu trong quá trình phát triển của cây và đo hoạt độ của các đồng vị phóng xạ đã bón

1.6.5 Ứng dụng trong ngành hải quan

Trong ngành hải quan người ta dùng máy phát tia X để kiểm tra hành lý tại các cửa khẩu sân bay và bến tàu Các máy kiểm tra hành lý chủ yếu dựa vào phương pháp truyền qua của tia X

1.6.6 Ứng dụng trong bảo quản, khử trùng và biến tính vật liệu

Các nguồn phóng xạ gamma, các máy phát electron được sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản thực phẩm, khử trùng và cải biến vật liệu Dưới tác dụng của bức xạ gamma với liều chiếu 1 kGy, vi sinh vật bị chết hoặc mất khả năng sinh trưởng, do đó nếu chiếu xạ thực phẩm với liều chiếu như vậy có thể bảo quản được trong thời gian lâu không bị thối rữa Với liều gamma cỡ vài chục kGy thì có thể diệt được vi trùng, do đó có thể khử trùng các dụng cụ y tế và dược phẩm Với liều gamma cao hơn có thể biến tính vật liệu, tạo ra các vật liệu mới có chất lượng cao

1.6.7 Ứng dụng trong ngành khảo cổ học [22]

Các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp xác định tuổi theo lượng cacbon 14

để xác định niên đại của các cổ vật gốc sinh vật khai quật được Cacbon C14 được tạo ra trong khí quyển chiếm một tỉ lệ rất nhỏ so với đồng vị cacbon bền và phổ biến, là C12 Đồng vị C14 có chu kì bán rã 5730 năm Các đồng vị C14 và C12 đều kết

hợp với oxy của khí quyển tạo thành khí cacbon dioxide CO2 và được cây cối hấp thụ Mọi loài thực vật đều có chứa một lượng rất nhỏ cacbon C14 Mọi loài động vật

ăn thực vật, hoặc ăn thịt các động vật ăn thực vật, cũng đều chứa một lượng nhất định đồng vị phóng xạ C14 Nếu một cây hoặc một động vật còn sống (và tiếp tục ăn), thì lượng C14 được bổ sung và tỉ lệ giữa C14 và C12 không đổi Nhưng nếu cây hoặc con vật bị chết, thì không có sự bổ sung này nên lượng C14 ở chúng giảm, và

do đó, độ phóng xạ giảm đi (theo định luật phóng xạ) Khoảng thời gian kể từ lúc chết càng dài thì lượng C14 và độ phóng xạ còn lại càng ít Đo độ phóng xạ và áp dụng công thức (1.39), ta tính được thời gian kể từ khi cơ thể chết cho đến nay Vì vậy, có thể xác định tuổi của các mẫu cổ vật tìm được trong các di chỉ bằng phương pháp này

CHƯƠNG 2 CHẤT THẢI PHÓNG XẠ HẠT NHÂN

2.1 Chất thải phóng xạ hạt nhân [2]

Theo định nghĩa của IAEA, chất thải phóng xạ là vật liệu chứa hay nhiễm các nhân phóng xạ với hàm lượng hoặc hoạt độ riêng lớn hơn các đại lượng miễn trừ tương ứng do cơ quan có thẩm quyền quy định và nó chưa được lập kế hoạch sử dụng trong tương lai

2.2 Nguồn gốc [2]

Các hoạt động có sử dụng chất thải phóng xạ bao gồm tất cả các giai đoạn trong chu trình nhiên liệu hạt nhân cũng như các hoạt động khác trong nghiên cứu khoa học, y tế, công nghiệp, …gọi là hoạt động phi chu trình nhiên liệu hạt nhân Chu trình nhiên liệu hạt nhân (Hình 2.1) bao gồm các khâu khai thác và sơ chế quặng phóng xạ, làm giàu nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân, xử lý hóa học, nhiên liệu đã cháy Trong tất cả các khâu trên đều có chất thải phóng xạ với các đồng vị phóng xạ tiêu biểu được dẫn ra trong bảng 2.1 Các hoạt động ứng dụng chất phóng xạ ngoài chu trình nhiên liệu cũng thải ra các chất thải phóng xạ Như vậy, các chất thải phóng xạ được khai thác từ trái đất và cuối cùng,

do chu trình sử dụng nó lại được trả về trái đất

Chất thải phóng xạ

Đất

Chu trình nhiên liệu

Thải chất thải phóng xạ

Bảng 2.1 Các chất thải phóng xạ trong một chu trình nhiên liệu

Hoạt độ phóng xạ riêng Các loại chất thải và

các thành phần chính

Ci/tấn U Bq/tấn U Khai tác và

2.3 Phân loại [2]

2.3.1 Phân loại theo dạng chất thải

Các chất thải phóng xạ được phân thành ba dạng là thải lỏng, thải rắn và thải khí

- Chất thải phóng xạ dạng lỏng gồm chất thải phóng xạ dạng lỏng dung dịch nước, chất thải phóng xạ dạng lỏng hữu cơ và chất thải phóng xạ dạng lỏng dầu

- Chất thải phóng xạ rắn gồm chất thải phóng xạ dạng rắn có thể nén được (thủy tinh, các mảnh kim loại nhỏ,…), chất thải phóng xạ dạng rắn có thể đốt được (quần áo, lông, nhựa, giấy,…), chất thải phóng xạ rắn có thể thối rữa (xác súc vật, phân,…) và chất thải phóng xạ dạng rắn không thể nén được, không thể đốt được (các mảnh kim loại lớn, gạch, đá,…)

- Chất thải phóng xạ dạng khí gồm khí phóng xạ và sol khí phóng xạ

2.3.2 Phân loại theo thời gian bán rã

Các chất thải phóng xạ được phân thành 3 loại: Sống rất ngắn, sống ngắn và sống dài

- Chất thải phóng xạ sống rất ngắn có thời gian bán rã nhỏ hơn 100 ngày

- Chất thải phóng xạ sống ngắn có thời gian bán rã nhỏ hơn 30 năm Những phế liệu này gọi là phế liệu loại A Chúng do những phòng thí nghiệm những dung dịch y tế hạt nhân, công nghiệp không liên quan đến năng lượng hạt nhân (nông thực phẩm, luyện kim,…) và những máy hạt nhân (những vật dụng bị nhiễm xạ như

là bao tay, bộ lọc, nhựa trao đổi ion,…) thải ra Ở Pháp 80% khối lượng và ít hơn 1% tổng số hoạt tính phế liệu hạt nhân thuộc loại này Chúng phát ra những tia beta

và gamma

Những phế liệu loại A có chu kỳ ngắn hơn 30 năm, nghĩa là sau 300 năm thì hoạt tính của chúng tương đương với môi trường tự nhiên Vì thế chúng được đặt trong những phuy kim loại có xi măng chèn và được chôn trong những hố đào ngay

từ mặt đất ở một nơi địa chất có đặc tính thuận tiện Những địa điểm đó sẽ được kiểm tra canh phòng trong 3 thế kỷ Sau đó khuôn viên sẽ được trả lại cho thiên nhiên

- Chất thải phóng xạ sống dài có thời gian bán rã lớn hơn 30 năm Phế liệu này được gọi là phế liệu B và C

 Những phế liệu loại B gồm bởi tập hợp các bó nhiên liệu đã được phóng xạ

để sản xuất năng lượng sau đó bị cắt xén ở cơ sở xử lý phế liệu hạt nhân, những công cụ cắt xén những tập hợp đó bị hao mòn vì không còn dùng được nữa, trong tương lai những cấu trúc nhiễm xạ mạnh của các lò phản ứng hạt nhân bị tháo gỡ Sau khi cắt xén những phế liệu này được ép lại để giảm khối lượng của chúng Ở Pháp 10% khối lượng và 10% hoạt tính tổng số phế liệu hạt nhân thuộc vào loại này

 Những phế liệu loại C gồm những sản phẩm phân hạch của lò phản ứng hạt nhân không còn công dụng kinh tế nào nữa Ở Pháp, những phế liệu loại này tập trung 90% hoạt tính của tất cả những loại phế liệu hạt nhân nhưng khối lượng của chúng chưa tới 1%

Những phế liệu loại B và loại C có chu kỳ dài hơn 30 năm phải chờ vài nghìn năm thì hoạt tính của chúng mới giảm một cách đáng kể Vì thế tương lai của chúng đặt vấn đề cần giải quyết

2.3.3 Phân loại theo hoạt độ phóng xạ, công suất nhiệt và suất liều bề mặt

Theo sự phân loại này các chất thải phóng xạ bao gồm các loại sau đây:

2.3.3.1 Chất thải mức thấp LLW (Low – Level Was )

Chất thải mức thấp có công suất nhiệt phân rã nhỏ hơn 2 kW/m3 và suất liều sát

bề mặt chất thải chưa xử lý nhỏ hơn 2 mSv/h Chất thải này chủ yếu chứa các nhân phóng xạ do các hoạt động ứng dụng các đồng vị phóng xạ trong y tế, công nghiệp, khoa học và các cơ sở hạt nhân Chất thải phóng xạ thường là găng tay, giẻ, thủy tinh, các dụng cụ lặt vặt, giấy,…có nhiễm phóng xạ Chất thải LLW còn được chia thành hai loại con là loại sống ngắn và loại sống dài Đối với loại sống ngắn hoạt độ riêng của các hạt nhân sống dài không vượt quá giá trị giới hạn, chẳng hạn hoạt độ

riêng trung bình cực đại của các hạt nhân phát alpha sống dài trong một kiện chất thải là 400 Bq/g

Chất thải phóng xạ thường được xử lý bằng cách giảm thể tích đến tối thiểu rồi chứa trong các thùng thép không gỉ và trong trường hợp thải lỏng phải cố định để không bị rò rỉ, rồi đem chôn trong các hầm chôn cạn Khi nói đến chất thải phóng

xạ, có nghĩa là bỏ chất thải phóng xạ đó và không dùng lại nó nữa Tuy nhên phải hiểu cho đúng, chất thải phóng xạ không phải đem bỏ đi mà là bảo quản dưới sự giám sát và kiểm tra trong một thời gian thích hợp nào đó Mục đích của việc lập hầm chôn cạn để chôn chất thải phóng xạ mức thấp là để không cho nó rò rỉ ra môi trường và gây bẩn môi trường Đối với các hầm chôn điều quan trọng là phải chọn

vị trí có các tính chất địa chất sao cho chất phóng xạ không bị rò rỉ ra ngoài khu vực hầm chôn và không bị rò rỉ xuống nước ngầm Do đó năm 1980 Quốc hội Hoa Kỳ

đã thông qua Luật về chất thải phóng xạ mức thấp và năm 1995 một hầm chôn chất thải phóng xạ mức thấp đầu tiên đã hoạt động theo Luật này

2.3.3.2 Chất thải mức trung gian ILW (Intermediate-Level Waste)

Chất thải mức trung gian cũng có công suất nhiệt phân rã nhỏ hơn 2 kW/m3nhưng suất liều bề mặt chất thải chưa xử lý bằng hoặc lớn hơn 2mSv/h Do đó phải

có che chắn trong quá trình thao tác và vận chuyển Ví dụ đó là các chất nhựa trao đổi ion trong các cơ sở lò phản ứng hạt nhân, các chất cặn bã phóng xạ sau khi lọc, các mảnh vụn của thiết bị có nhiễm phóng xạ,…Việc thải chất thải ILW cũng giống như thải chất thải LLW

2.3.3.3 Chất thải mức cao HLW (High-Level Waste)

Chất thải mức cao chứa các hạt nhân phóng xạ sống dài với hoạt độ riêng vượt quá các giới hạn đối với chất thải sống ngắn, mức hoạt độ riêng trong khoảng từ 5.105 TBq/m3 (1 TBq = 1012 Bq = 27 Ci), có công suất nhiệt phân rã bằng hoặc lớn hơn 2 kW/m3 Chất thải này sinh ra trong quá trình xử lý nhiên liệu đã cháy hay từ các lò phản ứng công suất để tái sinh urani hay plutoni Các chất thải HLW chứa các nguyên tố siêu urani, các sản phẩm phân hạch hạt nhân có hoạt độ phóng xạ cao, tỏa nhiệt lớn và sống dài Chẳng hạn nhiên liệu hạt nhân đã cháy và đưa đi thải

mà không được xử lý để sử dụng lại thường chứa khoảng 1% U235, khoảng 95%

U238 và khoảng 4% các sản phẩm phân hạch và các nguyên tố urani, kể cả plutoni Các chất thải phóng xạ mức cao và nhiên liệu hạt nhân đã cháy được bảo quản trong điều kiện bảo đảm an toàn hàng nghìn năm trong các hang địa chất sâu và ổn định

Phản ứng phân hạch hạt nhân có hai đặc điểm quan trọng phát ra nhiều tia bức

xạ như neutron, gamma,…và giải phóng năng lượng rất lớn, gấp khoảng 2 triệu lần năng lượng sinh ra do đốt cháy nhiên liệu thông thường Do đó lò phản ứng hạt nhân thường được sử dụng bằng cách khai thác một trong hai đặc tính trên, và ta có hai ứng dụng cơ bản của lò phản ứng hạt nhân Lò phản ứng dùng để sản xuất điện gọi là lò phản ứng năng lượng Các lò phản ứng thường sử dụng các bức xạ neutron

và gamma trong các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật, trong đó có chiếu xạ các vật liệu hạt nhân, thuộc loại lò phản ứng nghiên cứu Người ta thường sử dụng lò phản ứng nghiên cứu để chiếu xạ vật liệu, sản xuất các đồng vị phóng xạ

2.4.2 Các loại bức xạ sinh ra trong lò phản ứng

Theo cơ chế hoạt động của lò phản ứng, trong khu vực lò phản ứng có thể có các bức xạ sau đây: , , , neutron các mảnh phân hạch và có thể có các proton sinh ra trong các phản ứng (n,p), nơtrino trong phóng xạ - …

Trong an toàn phóng xạ, trước hết ta thường quan tâm đến các bức xạ có khả năng đâm xuyên lớn như các proton hay neutron Tuy nhiên cũng cần chú ý đến những bức xạ tuy có khả năng đâm xuyên yếu nhưng sẽ trở nên rất nguy hiểm nếu những chất phóng xạ sinh ra các bức xạ đó trở thành những nguồn chiếu xạ trong khi chúng lọt vào bên trong cơ thể người

- Dạng hóa học thường gặp là: Uran kim loại, hợp kim của uran với Al, Mg,

Zn, Mo, Hf; Oxid UO2, U3O8; Cacbua UC,U2C3, UC2 Người ta cũng gặp uran ở dạng nitrat 2UO2(NO3)2, clorua hoặc florua UF6

Các đồng vị của uran: Hiện nay người ta đã biết được 14 đồng vị của urani (từ

U227 đến U240) Trừ 3 đồng vị U237, U239 và U240 là phóng xạ  còn lại đều phóng xạ

.

Uran tự nhiên là một hỗn hợp của 3 đồng vị: 99,2739% U238 (T = 4,51.109năm) + 0,7204% U235 (T = 7,13.109 năm) + 0,0057% U234 (T = 2,48.105 năm)

UF6, UO2F2 và UO2(NO3)2 có chu kỳ thải T < 10 ngày thuộc loại I

UO3, UF4 và UCL4 là những hợp chất ít hòa tan có chu kỳ thải từ 10 đến 100 ngày, được xếp loại II, độc tính cao hơn loại I

Các Oxid khó hòa tan như UO2, U3O8 có chu kỳ thải lớn hơn 100 ngày, xếp loại III (vận tốc thải chậm hơn so với hai loại thải trên)

Các mức độ cho phép của các loại độc tố trên được thống kê trong bảng dưới đây:

Bảng 2.2 Mức cho phép đối với độc tố uran [2]

Loại Giới hạn hấp thụ theo

đường hô hấp trong 1năm

Hàm lượng cho phép trong không khí (tính cho thời gian làm việc 2000 giờ/năm)

I

II

III

1,4.10-6 Ci/năm 8,1.10-7 Ci/năm 2,7.10-8 Ci/năm

5,4.10-10 Ci/m32,7.10-10 Ci/m31,6.10-10 Ci/m3

Địa điểm Oklo có địa hình tạo ra một lò phản ứng hạt nhân tự nhiên đã khởi động từ 2 tỷ năm nay Như mọi lò phản ứng hạt nhân, lò này sinh ra những đồng vị plutoni Đây là nơi duy nhất người ta tìm thấy plutoni không phải do con người tạo

ra

Rất may là khi địa cầu được hình thành thì cũng có nhiều nguyên tử urani ở dạng đồng vị U238 Đồng vị U238 có chu kỳ là 4,51 tỷ năm nên hãy còn rất nhiều trên địa cầu Đồng vị này có thể dùng làm nguyên liệu chế tạo plutoni Nếu bắn một neutron nhanh vào một hạt U238 thì hạt đó hấp thụ một neutron và sinh ra đồng vị

U239 Đồng vị này không ổn định và chu kỳ chỉ là 24 phút đồng hồ Sau khi phân rã đồng vị urani U239 biến thành neptuni Np239 Đồng vị này cũng có chu kỳ ngắn (hơn

2 ngày một chút), nên mau chóng phân rã để tạo thành đồng vị plutoni Pu239 khả phân hạch và ổn định hơn vì có chu kỳ 24110 năm

94 239

93 239

92 238

U    

- Các đồng vị khác của plutoni được sinh ra từ các phản ứng Pu239(n,2n)Pu238;

Pu239(n,)Pu240 ; Pu240(n,)Pu241 ; Pu241(n, )Pu242

- Các đồng vị của plutoni có chu kỳ bán rã: Pu238 (87,75 năm), Pu239 (24110 năm), Pu240 (6569 năm), Pu241 (13,2 năm), Pu242 (375800 năm)

- Khối lượng riêng biến đổi từ 15,9 đến 19,8 tùy theo trạng thái pha

- Điểm nóng chảy: 6400C đối với plutoni kim loại, đó là một nhiệt độ rất thấp

Ở dạng hợp kim thì Pu nóng chảy ở 20000C

- Bốc hơi: Ở nhiệt độ 14500C, bốc hơi ở áp suất 10-3 mmHg Cũng giống như đối với urani, khi Pu nóng chảy và bốc hơi sẽ gây nhiễm xạ không khí

- Tính tự cháy: Pu có thể tự cháy ở nhiệt độ 300 ÷ 5200C

- Plutoni được sử dụng ở dạng kim loại hoặc dạng hợp kim như U- Pu- Mo, Pu

- Zr, Pu - Mo, Pu - Al

- Plutoni hòa tan được trong các axit HI, HBr, H3BO4, HNO3, H2SO4

- Tính ăn mòn, oxy hóa: Plutoni có thể phản ứng với nước trong môi trường thiếu oxy Khi có oxy thì quá trình oxy hóa sẽ diễn ra chậm hơn

- Các đồng vị của plutoni có thể phân hạch bởi n chậm, chúng là các fissile

b Độc tính

- Xâm nhập vào cơ thể người theo đường ăn uống hoặc hít thở

- Nếu là hợp chất không hòa tan, Pu có thể bị thải ra ngoài sau 1000 ngày Nếu

ở dạng hòa tan được thì theo đường máu, các chất chứa plutoni sẽ tập trung chủ yếu vào phổi và xương

- Mức giới hạn cho phép được định như sau:

+ Đối với các dạng hợp chất của plutoni, mức giới hạn hấp thụ theo đường hô hấp là 5,4.10-9 ÷ 1,4.10-8 Ci/năm

+ Mức ô nhiễm không khí cho phép tính cho thời gian làm việc 2000 giờ/năm

- Trong các lò phản ứng triti sinh ra trong các phản ứng sau:

D(n, )T, chủ yếu xảy ra trong lò nước nặng

- Mức giới hạn cho phép đối với triti được quy định khoảng 8.10-2 Ci trong 1 năm theo đường hô hấp và mức ô nhiễm không khí tính cho thời gian làm việc 2000 giờ/năm là 2,2.10-5 Ci/m3

2.4.3.4 Các sản phẩm phân hạch

- Các mảnh phân hạch sinh ra trong quá trình phân chia uran trong lò phản

ứng, như đã biết được phân bố theo đường cong lưng lạc đà Các mảnh phân hạch chủ yếu thường thấy là những hạt nhân có số khối A nằm ở lân cận giá trị 95 và

140

- Các mảnh nhẹ (A ~ 95) thường thấy là Br90, Kr85, Rh103, Sr90, Nb95, Ru103, còn các mảnh nặng (A ~ 140) là Te132, I, Xe133, Cs137, Ba140, La140, Pr, Pm

- Các sản phẩm phân hạch là những hạt nhân phóng xạ -

- Các sản phẩm phân hạch ở dạng rắn hoặc khí, tồn tại trong thành phần của nhiên liệu, có thể thoát ra ngoài môi trường trong chu trình nạp nhiên liệu, thay nhiên liệu hoặc các sự che chắn, vỏ bọc

Bảng 2.3 Mức giới hạn đối với các sản phẩm phân hạch

Đồng vị Giới hạn hấp thụ theo

đường hô hấp, Ci/năm

Hàm lượng cho phép trong không khí tính cho

2.5 Nhà máy điện nguyên tử

2.5.1 Nhà máy điện nguyên tử

Nhà máy điện nguyên tử hay nhà máy điện hạt nhân là một nhà máy tạo ra điện năng

ở quy mô công nghiệp, sử dụng năng lượng thu được từ phản ứng hạt nhân tức là chuyển tải nhiệt năng thu được từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện năng

Trong lò phản ứng nguyên tử phân hủy hạt nhân với nguyên liệu ban đầu là đồng vị uran 235 và sản phẩm thu được sau phản ứng thường là các neutron và năng lượng nhiệt rất lớn Nhiệt lượng này, theo hệ thống làm mát khép kín (để tránh tia phóng xạ rò rỉ ra ngoài) qua các máy trao đổi nhiệt, đun sôi nước, tạo

ra hơi nước ở áp suất cao làm quay các turbien hơi nước, và do đó quay máy phát điện, sinh ra điện năng

Hình 2.1: Nhà máy Điện nguyên tử

hạt nhân Đà Lạt