Đặc điểm phân bố khí radon trong nhà trình tường khu vực cao nguyên đá đồng văn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Nguyễn Thị Ánh Nguyệt ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ KHÍ RADON TRONG NHÀ TRÌNH TƯỜNG KHU VỰC CAO NGUYÊN ĐÁ ĐỒNG VĂN Chuyên ngành: Khoá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ KHÍ RADON TRONG NHÀ TRÌNH TƯỜNG

KHU VỰC CAO NGUYÊN ĐÁ ĐỒNG VĂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ KHÍ RADON TRONG NHÀ TRÌNH TƯỜNG

KHU VỰC CAO NGUYÊN ĐÁ ĐỒNG VĂN

Chuyên ngành: Khoáng vật học và địa hóa học

Mã số: 60440205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN THÙY DƯƠNG

XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG

Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học

TS Nguyễn Thùy Dương PGS.TS Hoàng Thị Minh Thảo

Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành, đầu tiên, học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thùy Dương, người hướng dẫn trực tiếp, tận tình và chu đáo chỉ bảo cho học viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Học viên cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô khoa Địa chất, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Đặc biệt là TS Nguyễn Văn Hướng và các thành viên nhóm EOS (http://eosvnu.net/) đã giúp đỡ và hỗ trợ học viên thực hiện và hoàn thành luận văn

Học viên cũng muốn gửi lời cảm ơn đến TS Arndt Schimmelmann (Đại học Indiana, Hoa Kỳ) đã giúp đỡ, chỉ bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, hỗ trợ thiết bị cho học viên trong suốt quá trình học viên thực hiện và hoàn thành luận văn

Bên cạnh đó, học viên xin cảm ơn sự hỗ trợ của Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED)trong đề tài mã số 105.99-2016.16 đã hỗ trợ giúp đỡ học viên hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, học viên xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các cơ quan ban ngành trực thuộc Cao nguyên đá Đồng Văn, Hà Giang đã tạo điều kiện tốt nhất có thể để học viên có thể học tập, thực hiện thí nghiệm trong suốt quá trình làm luận văn Học viên cũng muốn gửi lời cảm ơn đến người thân và bạn bè đã giúp đỡ, ủng

hộ và cổ vũ cho học viên học tập và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2017

Học viên

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Mở đầu 6

Chương 1 - Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và địa chất khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn 8

1.1 Đặc điểm tự nhiên 8

1.2 Đặc điểm văn hóa dân cư và kinh tế - xã hội 10

1.3 Đặc điểm địa chất, địa mạo 14

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết, tổng quan nghiên cứu và các phương pháp nghiên cứu 16

2.1 Cơ sở lý thuyết 16

2.1.1 Radon 16

2.1.2 Ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người 17

2.1.3 Các tiêu chuẩn an toàn bức xạ 18

2.2 Tổng quan nghiên cứu về radon 19

2.3 Hệ phương pháp nghiên cứu 23

2.3.1 Phương pháp xác định nồng độ radon và liều chiếu xạ 23

2.3.2 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng 25

Chương 3 - Nồng độ radon trong nhà trình tường và các yếu tố ảnh hưởng 28

3 1 Nồng độ radon trong nhà trình tường 28

3 2 Các yếu tố ảnh hưởng 31

Chương 4 – Tác động của radon và định hướng cách giảm thiểu 38

4.1 Đánh giá tác động của radon đến con người 38

4.2 Định hướng cách giảm thiểu 42

Kết luận 44

Tài liệu tham khảo 45

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Sơ đồ các huyện Cao nguyên đá Đồng Văn (Tập bản đồ hành chính Việt Nam, nhà xuất bản Hà Nội, 2002) 9 Hình 2 Hẻm vực Tu Sản (Mèo Vạc, Hà Giang) 9 Hình 3 Nhà máy thủy điện Nho Quế 3 (Mèo Vạc, Hà Giang) 9 Hình 4 Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa năm 2015 của tỉnh Hà Giang (niên giám thống kê, 2016) 11 Hình 5 Phong tục sống và canh tác ở vùng trũng thấp của người dân địa phương 12 Hình 6 Nhà trình tường khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn và một làng thuộc Cao nguyên đá 12 Hình 7 Quy trình làm nhà trình tường của người dân khu vực Cao nguyên đá (A) Khuôn ván gỗ, (B) cho đất vào khuôn nén ép, (C) sử dụng 2 thanh gỗ nhỏ để lên trên (để giữ khuôn) và tiếp tục trình lớp thứ 2, (D) sử dụng thanh gỗ có bề mặt nhẵn,

sử dụng các đất vụn ép miết để tường mịn, bóng, không bị lỗ trống, (E) để cách khoảng trống và sử dụng các ván gỗ đặt lên để lấy điểm tựa khu vực làm cửa sửa và cửa chính, (F) tiếp tục trình tường đến phần mái nhà 13 Hình 8 Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứudựa trên nền mô phỏng của Trần Văn Trị

và nnk, 2011; Trần Thanh Hải và nnk, 2013 15 Hình 9 Nguồn và sự phân bố trung bình của bức xạ nền trên Thế giới (UNSCEAR, 2000) 20 Hình 10 Máy SARAD® RTM 2200, máy RAD 7 và sử dụng các máy đo nồng độ radon trong nhà trình tường 24 Hình 11 Thí nghiệm bóng bay cân bằng và nhiệt kế 26 Hình 12 Sơ đồmô phỏng nhà trình tường của gia đình người Nùng được khảo sát (A) hình ảnh thật, (B) mô hình 3D nhìn từ trước mặt, (C) mô hình 3D nhìn từ trước

ra sau, (D) mô hình 3D nhìn sau ra trước 29 Hình 13 Sự phân bố 222Rn trong ½ nhà ở mùa nóng (từ R1 đến R6 theo chiều từ tường ra giữa nhà) 31 Hình 14 Sự phân bố 220Rn trong (A) ½ nhà trình tường, (B) phòng ngủ ở mùa nóng(từ R1 đến R6 theo chiều từ tường ra giữa nhà) 32 Hình 15 Mối liên hệ giữa nồng độ radon (đo bằng thiết bị RAD 7) và nhiệt độ 33 Hình 16 Khe nứt trong nhà trình tường 35 Hình 17 Phần trăm khối lượng khoáng vật có trong mẫu đất làm nhà trình tường 37

Hình 18 Trung bình nồng độ khí phóng xạ radon trong nhà trình tườngvà mức khuyến cáo của TCVN, EPA cho nồng độ 222Rn và UNSCEAR cho nồng độ 220Rn 39 Hình 19 Liều chiếu trong tích lũy đối với từng đối tượng trong nhà trình tường (1) người lao động, (2) người không trong độ tuổi lao động Đường ngang là mức khuyến cáo an toàn được đề nghị (IAEA, 1996) 41

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Nồng độ radon (222Rn và 220Rn), nhiệt độ và độ ẩm trong nhà trình tường 30 Bảng 2 Thành phần khoáng vật và thành phần hóa học trong mẫu đất làm nhà trình tường khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn 36 Bảng 3 Liều chiếu trong đối với người dân sống trong nhà trình tường theo năm 40

Mở đầu

Trên Trái đất, các nguyên tố hóa học tồn tại dưới nhiều dạng vật chất khác nhau như rắn, lỏng, khí Một nguyên tố hóa học có thể đóng vai trò khác nhau trong các dạng vật chất khác nhau, chúng thể hiện mức độ ảnh hưởng khác nhau đối với cuộc sống con người ở dưới mỗi dạng tồn tại Tương tự hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn, uranium (238U), thorium (232Th) và actinium (235U) có mặt

ở khắp nơi trên bề mặt Trái đất và là nguyên tố đứng đầu các dãy đồng vị phóng xạ tương ứng Trong các dãy đồng vị phóng xạ đó, có duy nhất các đồng vị radon tồn tại ở trạng thái khí

Đồng vị phóng xạ radon, bao gồm 222Rn, 220Rn và 219Rn, là sản phẩm phân rã tương ứng của 238U, 232Th, và 235U, tồn tại ở trạng thái khí, nên dễ dàng đi vào cơ thể con người qua đường hô hấp Khi đi vào cơ thể, đồng vị radon tiếp tục bị phân

rã, phát xạ hạt alpha mang năng lượng lớn, khả năng đâm xuyên kém và tạo ra sản phẩm cuối cùng là các kim loại nặng (như polonium (Po) và bismuth (Bi)), (Meisenberg và nnk, 2017) Theo hiệp hội Hạt nhân Thế giới (WNA), phóng xạ radon là nguyên nhân chính gây ra các bệnh ung thư (ung thư máu, ung thư phổi và bạch huyết), đứng thứ hai sau khói thuốc lá

Nhà trình tường trên Cao nguyên đá Đồng Văn được phát hiện có nồng độ radon rất cao, gấp nhiều lần khuyến cáo về an toàn phóng xạ trong nhà của Cơ quan năng lượng nguyên tử Quốc tế IAEA (Đặng Thị Phương Thảo và nnk, 2016; Nguyen-Thuy Duong và nnk, 2017; Schimmelmann và nnk, 2017) Đây là kiểu nhà truyền thống của hầu hết đồng bào dân tộc thiểu số trên Cao nguyên đá với vật liệu làm nhà chính là đất tại chỗ Kết quả bước đầu cho thấy liều chiếu trong tương ứng với nồng độ radon đối với cơ thể con người cũng rất cao, có nguy cơ gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người dân Đây là những phát hiện mới nhất về nồng độ radon trong nhà trình tường ở Việt Nam

Với mục tiêu xác định sự phân bố nồng độ radon trong nhà trình tường và các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ đó, từ đó đánh giá khả năng ảnh hưởng đến sức

khỏe người dân địa phương,học viên đã lựa chọn đề tài “Đặc điểm phân bố khí radon trong nhà trình tường khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn” cho luận văn thạc

sĩ ngành Địa chất

Chương 1 - Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và địa chất

khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn 1.1 Đặc điểm tự nhiên

Công viên địa chất toàn cầu - Cao nguyên đá Đồng Văn – là công viên địa chất đầu tiên của Việt Nam được Mạng lưới Công viên Địa chất Toàn cầu công nhận năm 2010 (GGN, 2010) thuộc tỉnh Hà Giang, nằm ở miền đất địa đầu Tổ quốc, với độ cao trung bình từ 800-1200 mét so với mực nước biển Phía bắc Cao nguyên đá giáp nước Trung Quốc, phía đông giáp tỉnh Cao Bằng, phía Tây giáp huyện Vị Xuyên và phía nam giáp huyện Bắc Mê Cao nguyên đá Đồng Văn bao gồm bốn huyện của tỉnh Hà Giang: Quản Bạ, Yên Minh, Mèo Vạc và Đồng Văn với tổng diện tích 2.326 km2 (Nguyễn Lê Huy và nnk, 2014)(hình 1) Địa hình nơi đây chủ yếu là đá vôi chiếm tới hơn 80%, địa hình karst hiểm trở, chia cắt mạnh, núi cao, vực sâu xen lẫn núi đất (hình 2); địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam, thuộc về thượng nguồn của sông Miện và sông Nho Quế (Nguyễn Xuân Trường, 2011)

Cao nguyên đá Đồng Văn là thượng nguồn hai con sông lớn của khu vực là sông Miện, sông Nho Quế và các hệ thống sông nhỏ khác thuộc các nhánh của sông

Lô và sông Gâm Đây là vùng có địa hình bị phân cắt mạnh, nhiều hang động karst nên nguồn nước ngầm ở đây phân bố không đều, nên nước mưa được coi là nguồn nước sử dụng chính đối với người dân nơi đây Nước mưa được tích trữ ở các hồ treo nhân tạo, các nguồn tích trữ nước và là nguồn nước sử dụng cho sinh hoạt của người dân trong mùa khô (Nguyễn Xuân Trường, 2011) Sông suối nơi đây thuận lợi cho sản xuất thủy điện do có độ dốc lớn, nhiều ghềnh thác (hình 3) Tuy nhiên,

nó không đạt hiệu quả cao trong việc sử dụng cho sinh hoạt và phục vụ nông nghiệp (Nguyễn Xuân Trường, 2011)

Hình 1 Sơ đồ các huyện Cao nguyên đá Đồng Văn (Tập bản đồ hành chính Việt Nam, nhà xuất bản Hà Nội, 2002)

Hình 2 Hẻm vực Tu Sản

(Mèo Vạc, Hà Giang)

Hình 3 Nhà máy thủy điện Nho Quế 3

(Mèo Vạc, Hà Giang) Khí hậu khu vực Cao nguyên đá chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa (từ tháng

5 đến tháng 10) và mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), nhiệt độ trung bình

năm 20oC-23oC, biên độ dao động nhiệt giữa ngày và đêm lớn (đặc biệt vào mùa hè) (hình 4)(Nguyễn Xuân Trường, 2011) Theo niên giám thống kê năm 2016, nhiệt độ trung bình năm trong năm năm gần đây có xu hướng tăng từ 22,4oC đến 24oC (2011-2015) Tháng 5 có nhiệt độ cao nhất năm 2015 nhưng vẫn dưới 30oC Nhiệt

độ mùa hè dao động trung bình trong khoảng 24-27oC vào ban ngày Ban đêm, nhiệt

độ hạ thấp chỉ còn khoảng 15-16oC (niên giám thống kê, 2016) Tổng lượng mưa năm 2015 đạt 2382 mm, mưa tập trung vào tháng 8, tháng 9 với lượng mưa gần 450

mm (niên giám thống kê, 2016) Do địa hình karst, nước mưa nhanh chóng thẩm thấu xuống các hang động ngầm (Nguyễn Xuân Trường, 2011) Cao nguyên đá có

độ ẩm không khí tương đối cao vào hầu hết tất cả các mùa trong năm Độ ẩm ở đây dao động trong khoảng từ 78 đến 86% Độ ẩm trung bình năm cao nhất 86% (tháng 9) và thấp nhất là 79% (tháng 5)(niên giám thống kê, 2016) Từ năm 2011 đến

2015, độ ẩm không khí trung bình năm của 2013, 2014 thấp hơn so với các năm còn lại, thấp nhất là 73% (tháng 12-2014)(niên giám thống kê, 2016) Khí hậu của vùng khắc nghiệt, thời tiết có nhiều biến động bất thường Mùa đông nơi đây thường có sương muối, mưa phùn và đôi khi có tuyết và băng giá Mùa mưa thường có mưa

đá, gió lốc, lũ quét gây sạt lở đất

1.2 Đặc điểm văn hóa dân cư và kinh tế - xã hội

Theo kết quả thống kê năm 2009 của Ban chỉ đạo về tổng điều tra dân số và nhà ở tỉnh Hà Giang, Cao nguyên đá Đồng Văn có dân số chiếm 35,8% số dân tỉnh

Hà Giang (253.864 người), mật độ dân số thấp (trung bình 108 người/km2) Tỉ lệ tăng dân số tự nhiên ở đây có xu hướng giảm Đây là nơi sinh sống của 17 dân tộc anh em Mông, Dao, Tày, Nùng, Lô Lô, … tạo nên sự đa dạng phong tục, tập quán Dân tộc Mông chiếm tỉ lệ lớn nhất khoảng 66,3% hộ dân cư, dân tộc Tày chiếm 8,4%, dân tộc Dao chiếm 7,78% Sự quần cư của nhiều dân tộc trên Cao nguyên đá Đồng Văn tạo nên bản sắc văn hóa độc đáo nhất trong cộng đồng các dân tộc ở Hà Giang Những phương thức canh tác độc đáo, các giá trị văn hóa được truyền lại từ đời này qua đời khác của những con người “sống trên đá”, những lễ hội văn hóa giàu tính nhân văn làm tăng sức hấp dẫn của vùng đất nơi địa đầu Tổ quốc này

Hình 4 Biểu đồ nhiệt độ và lượng mưa năm 2015 của tỉnh Hà Giang

(niên giám thống kê, 2016) Cao nguyên đá là vùng hẻo lánh, xa xôi của cực Bắc Tổ quốc, điều kiện tự nhiên khó khăn, khắc nghiệt không thuận lợi cho sự phát triển kinh tế Do đó, cuộc sống kinh tế xã hội của bà con nơi đây vô cùng khó khăn, trình độ lao động nơi đây còn thấp, dân cư chủ yếu là làm nông nghiệp và các tiểu thủ công nghiệp Mùa khô, lưu lượng nước không nhiều, người dân chủ yếu trồng ngô trên nương và các thung lũng; họ chỉ trồng lúa trong mùa mưa Năng suất lao động chưa cao, sản lượng thu nhập thấp do còn mang tính tự cung tự cấp là chủ yếu Tuy điều kiện khó khăn, mỗi dân tộc có nét văn hóa đặc sắc, phong tục tập quán sinh hoạt riêng nhưng có chung tinh thần đoàn kết, gắn bó Người dân nơi đây thường sống ở những vùng núi thấp, các thị trấn, vùng trũng hay triền núi cao, vùng sâu vùng xa (hình 5)

Thích nghi với điều kiện tự nhiên cũng như kinh tế xã hội khó khăn, qua bao thế hệ, nhà trình tường được sử dụng phổ biến và là ngôi nhà đặc trưng của người dân Cao nguyên đá (hình 6) Nhà trình tường không chỉ được xây dựng để ở mà còn phổ biến được sử dụng làm lớp học cho con em người đồng bào thiểu số

Hình 5 Phong tục sống và canh tác ở vùng trũng thấp của người dân địa phương

Hình 6 Nhà trình tường khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn và một làng thuộc Cao

nguyên đá Nhà trình tường là nhà có tường được trình bằng loại đất tại chỗ, thiết kế chủ yếu 3 gian chính, cửa ra vào thấp và ít cửa sổ Để xây dựng nhà trình tường, người dân sử dụng các ván gỗ lớn để làm khuôn, có chiều rộng khoảng40cm, chiều dài khoảng 150 cm (hình 7A) Đất dùng để trình tường phải được loại bỏ sạch rễ cây,

đá to, cỏ rác Đất được lấy quanh khu vực làm nhà, đánh tơi, nhỏ, sau đó đổ vào khuôn, sử dụng các khúc gỗ lớn, có đầu tù to để nén, ép (hình 7B) Sau khi trình xong lớp đất đầu tiên, sử dụng 2 thanh gỗ nhỏ để lên trên (để giữ khuôn) và tiếp tục trình lớp thứ 2 (hình 7C), cứ lần lượt như vậy cho đến hết Sau quá trình nén ép đất bằng khuôn, người dân sử dụng thanh gỗ có bề mặt nhẵn, sử dụng các đất vụn ép miết để tường mịn, bóng, không bị lỗ trống (hình 7D) Khi trình đến khu vực cửa sổ

và cửa chính, để cách khoảng trống và sử dụng các ván gỗ đặt lên để lấy điểm tựa (hình 7E), sau đó, tiếp tục trình tường đến phần mái nhà (7F) Tường đất sau khi

được trình cần thời gian ngưng nghỉ khoảng 10 ngày để ổn định về kết cấu và bề mặt, sau đó, mái nhà mới được dựng lên

Hình 7 Quy trình làm nhà trình tường của người dân khu vực Cao nguyên đá

(A) Khuôn ván gỗ, (B) cho đất vào khuôn nén ép, (C) sử dụng 2 thanh gỗ nhỏ để lên trên (để giữ khuôn) và tiếp tục trình lớp thứ 2, (D) sử dụng thanh gỗ có bề mặt nhẵn,

sử dụng các đất vụn ép miết để tường mịn, bóng, không bị lỗ trống, (E) để cách khoảng trống và sử dụng các ván gỗ đặt lên để lấy điểm tựa khu vực làm cửa sửa và

cửa chính, (F) tiếp tục trình tường đến phần mái nhà

Cho đến ngày nay, mặc dù nhiều nơi trong khu vực đã xây dựng nhiều ngôi nhà bằng các vật liệu hiện đại, nhưng nhà trình tường vẫn được tiếp tục sử dụng và xây mới ở những xã nghèo của vùng Cao nguyên đá Năm 2010, nhiều ngôi nhà

trình tường cổ ở khu vực huyện Đồng Văn đã được UNESCO công nhận và đưa vào bảo tồn là di sản văn hóa

1.3 Đặc điểm địa chất, địa mạo

Khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn có địa hình gồm 4 nhóm chính: địa hình kiến tạo và kiến trúc bóc mòn, địa hình bóc mòn tổng hợp, địa hình karst, địa hình dòng chảy (Lê Đức An và Đặng Văn Bào, 2008) Đá vôi chiếm hơn một nửa diện tích khu vực Đồng Văn – Mèo Vạc và Yên Minh do vậy địa hình karst có tầm quan trọng đặc biệt Địa hình karst đặc trưng với các đỉnh dạng nón ở các mức độ khác nhau: cao trên 1500 m, 1400-1500 m, 1000-1200 m và 800-1000 m (Tạ Hòa Phương và nnk, 2010)

Khu vực Cao nguyên đá bao gồm chủ yếu các thành tạo carbonat, lục nguyên

và phun trào, có tuổi: Paleozoi sớm, Paleozoi muộn và Mesozoi (hình 8) (Trần Văn Trị và nnk, 2011; Trần Thanh Hải và nnk, 2013) Phổ biến nhất ở Cao nguyên đá là các thành tạo Paleozoi muộn vớicác hang động chủ yếu xuất hiện trong thành tạo đá vôi dạng khối, đá vôi trứng cá phân lớp dày đến trung bình, đá sét vôi thuộc hệ tầng Bắc Sơn (C-P2bs) (Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2011) Các đá sét vôi hệ tầng

Hồng Ngài (T1hn) và đá phun trào xen lục nguyên hệ tầng Sông Hiến (T1sh) thuộc

thành tạo Mesozoi (Tống Duy Thanh và Vũ Khúc, 2011) Ngoài ra, trong Mesozoi các đá carbonat của hệ tầng Hồng Ngài (T1hn) cũng liên quan đến sự phân bố hang

động (Nguyễn Văn Hướng và nnk, 2016)

Với địa hình chủ yếu là đá vôi, dưới sự tác động của thiên nhiên diễn ra quá trình karst, Cao nguyên đá đã có rất nhiều hang động đá vôi được hình thành với nhiều hang động có ý nghĩa khoa học và thẩm mĩ như hang Rồng, hang Ong, Động Nguyệt, hang Ma Lé,…

Hình 8 Sơ đồ địa chất khu vực nghiên cứudựa trên nền mô phỏng của Trần Văn Trị

và nnk, 2011; Trần Thanh Hải và nnk, 2013

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết, tổng quan nghiên cứu và

các phương pháp nghiên cứu 2.1 Cơ sở lý thuyết

Radon được sinh ra và di chuyển trong các môi trường có độ rỗng lớn, qua các quá trình phát xạ, khuếch tán và hấp thụ (UNSCEAR, 2000) Nồng độ radon trong không khí có liên quan mật thiết với nồng độ radon trên bề mặt các hạt vật chất trong lớp vỏ Trái đất và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như thành phần và tính chất của đá gốc, độ rỗng, tính thấm, kích thước và hình dạng của hạt vật chất (UNSCEAR, 2000) Nồng độ radon ảnh hưởng bởi sự phân bố radium trong đá mẹ Hàm lượng radium có mặt nhiều nhất trong các đá granit, ít nhất trong đá vôi và đá basalt Tuy nhiên, hàm lượng radium thấp nhất trong đá vôi không đồng nghĩa với việc môi trường đá vôi có nồng độ radon thấp Môi trường đá vôi trong địa hình karst có nồng độ radon rất cao Đá vôi có độ xốp và độ rỗng lớn, có thể là môi trường trú ngụ tốt của radon; hơn thế nữa, địa hình karst có nhiều đứt gãy, khe nứt tạo đường dẫn cho radon từ dưới sâu di chuyển lên trên không khí (UNSCEAR, 2000)

Radon có mặt ở mọi nơi trên bề mặt Trái đất, nó có thể bị lưu giữ trong các môi trường kín như hang động, nhà ở, hầm lò,… Nguồn phát xạ radon trong nhà ở

có thể từ nền móng, vật liệu làm nhà, trong môi trường nước tự nhiên hay trong khí đốt sử dụng Các vật liệu có chứa các khoáng vật dạng vảy (như mica, kaolinit, illit,…) có thể làm cản trở sự di chuyển thẳng đứng của radon, làm giảm sự khuếch

tán radon ra môi trường không khí hơn các vật liệu có độ rỗng, độ xốp chứa các khoáng vật có dạng hình cầu (Cigna, 2005)

2.1.2 Ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người

Radon tồn tại mọi nơi trên Trái đất, do đó đồng vị phóng xạ radon dễ dàng đi vào cơ thể con người qua đường hô hấp Vào sâu trong cơ thể, đồng vị radon tiếp tục phân rã phát xạ hạt alpha mang năng lượng lớn, khả năng đâm xuyên kém và sản phẩm cuối cùng là các kim loại nặng polonium (Po) và bismuth (Bi) Theo hiệp hội Hạt nhân Thế giới (WNA), phóng xạ radon là nguyên nhân chính gây ra các loại ung thư (ung thư máu, ung thư phổi và bạch huyết), đứng thứ hai sau khói thuốc lá

Do đó, để đánh giá sự tác động của radon đến con người bằng liều chiếu trong do hô hấp Liều chiếu trong do hô hấp là liều gây ra do con người hít radon vào trong cơ thể để xác định sự tác động của radon đến con người trong khoảng thời gian nhất định (thường là theo năm, mSv a-1)

Radon tác động đến con người qua nhiều con đường như hô hấp, tiêu hóa, qua da,… Radon ít ảnh hưởng đến sức khỏe nếu như nồng độ radon thấp, tiếp xúc trong thời gian ngắn Tuy nhiên, sự ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người cũng rất khó phát hiện vì các biểu hiện nhiễm xạ không xuất hiện ngay, nó phụ thuộc vào sức đề kháng của mỗi cơ thể Nếu cơ thể sống tiếp xúc với khí radon có nồng độ cao trong thời gian dài, thì tùy vào từng bộ phận cơ thể bị radon tác động,

sẽ có thể xuất hiện các biểu hiện bên ngoài như: một số bộ phận bị viêm nhiễm, da khô, gãy móng tay, chảy máu chân răng, vô sinh,…

Đặc biệt, các bệnh về máu do bị ảnh hưởng của radon rất khó phát hiện Ban đầu, các triệu chứng của bệnh không phát ra bên ngoài, kể cả xét nghiệm máu và giống với các bệnh thường ngày Các biểu hiện bệnh không diễn ra cố định hay trong thời gian dài, chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn và ít ảnh hưởng đến sức lao động của con người Sau một thời gian, bệnh trở nặng, sức lao động giảm, lúc này các bộ phận trên cơ thể bị phá hủy, gần như không có cách cứu chữa

Hơn thế nữa, đối với những người tiếp xúc liên tục với radon trong thời gian dài, nồng độ cao, cơ thể dễ phát sinh ra các khối u ác tính Do đó, những người làm việc trong môi trường có nồng độ radon cao, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc

vệ sinh về liều lượng và quy phạm an toàn phóng xạ (Nguyễn Hào Quang, 2000)

2.1.3 Các tiêu chuẩn an toàn bức xạ

Cuối thế kỉ XIX, chất phóng xạ được phát hiện ngẫu nhiên do sơ xuất trong tiến hành thí nghiệm vật lý, một nhà khoa học đã vô tình bỏ ống nghiệm đựng muối radium vào túi áo Năm 1915, hội Roentgen Anh quốc được thành lập với mục tiêu nghiên cứu sự nguy hiểm của các chất phóng xạ Hội Roentgen Anh quốc đã liên kết với Ủy ban X quang để nghiên cứu và đưa ra các khuyến cáo về an toàn bức xạ vào năm 1921 và 1927 Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ (ICRP) và Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA là hai tổ chức quốc tế có vai trò trong việc khuyến cáo và ban hành các tiêu chuẩn an toàn bức xạ quốc tế (Ngô Quang Huy, 2004)

Đối với khí phóng xạ radon, nhiều tổ chức trong nước (TCVN, 2008) và quốc tế (EPA, UNSCEAR, WHO) đã đưa ra các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ Uỷ ban Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) khuyến cáo mức nồng độ radon

có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ con người là 150 Bq m-3 Theo UNSCEAR (2000), nồng độ 220Rn và 222Rn trung bình an toàn trong không khí lần lượt là 10 Bq m-3 và

100 Bq m-3 Mức khuyến cáo về nồng độ 222Rn của Tổ chức y tế thế giới (WHO) đưa ra cũng là 100 Bq m-3 Tiêu chuẩn về nồng độ phóng xạ trong nhà của Việt Nam được phân loại theo các đối tượng sử dụng khác nhau quy định tại TCVN 7889:2008, dao động trong khoảng từ 100-300 Bq m-3

Tương ứng với các mức khuyến cáo, liều chiếu trong cũng được tính toán và đưa ra quy chuẩn đối với nồng độ radon trong môi trường nhà ở Theo UNSCEAR (2000), liều chiếu trong của 222Rn là 1,01 (mSv a-1), 220Rn là 0,02 (mSv a-1) và tổng liều chiếu trong là 1,03 (mSv a-1) Ở Việt Nam, các quy định cũng được đưa ra trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN (2001) liều hiệu dụng (hay liều chiếu trong) trung bình năm là 1 (mSv a-1) Liều hiệu dụng cũng có thể là 5 (mSv a-1) cho một

năm riêng lẻ nhưng trung bình cho năm năm liên tục cũng không được vượt quá 1 (mSv a-1)

2.2 Tổng quan nghiên cứu về radon

Trong nhiều thập kỉ qua, radon là đối tượng được nhiều nhà nghiên cứu trong

và ngoài nước quan tâm Đây là loại khí phóng xạ có mức bức xạ chiếm trên 50% năng lượng phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên ảnh hưởng đến cơ thể sống (hình 9)(UNSCEAR, 2000) Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu đặc điểm, hành vi và ảnh hưởng của bức xạ đồng vị radon và các sản phẩm phân rã đến môi trường sống, trong nhiều kiểu môi trường khác nhau (Gabdo, 2016; Guo, 1992; Ramachandran, 2010; Popit và Vaupotic, 2002; IAEA, 2004; Kant và nnk, 2009) Radon trong các môi trường kín (nhà ở, hầm lò, trong lòng đất) thường tập trung cao, nồng độ lớn và có thể gây nguy cơ phơi nhiễm phóng xạ đối với người tiếp xúc (Gunn, 2003) Trong môi trường hầm mỏ kín, các nhà máy, công trình khai thác và xử lý quặng titan, zircon, nồng độ đồng vị radon cao vượt mức tiêu chuẩn thế giới gây nguy hại đến sức khỏe của công nhân làm việc (Bùi Đắc Dũng, 2013, 2014; Lê Khanh Phon, 2014; Đặng Đức Nhân, 2012) Khí phóng xạ radon cũng được nghiên cứu tập trung trong các hang động karst được sử dụng để khai thác du lịch trên Thế giới như ở hang Giants Hole (Anh)(Gunn, 1991), hang Postojna (Slovenia)(Gregoric và nnk, 2014), và ở Việt Nam hang Rồng (Đồng Văn, Hà Giang)(Nguyễn Thị Ánh Nguyệt và nnk, 2016) Nồng độ radon trong các hang động thay đổi theo mùa, bị ảnh hưởng bởi hình thái hang động và độ ẩm không khí trong hang Nồng độ radon cao vào mùa có nhiệt độ cao, có độ ẩm không khí cao và thấp vào mùa có nhiệt độ thấp với độ ẩm không khí thấp Các hang động kín, ít cửa hoặc cửa ra vào nhỏ, chứa đứt gãy có nồng độ radon cao hơn so với các hang động khác (Cigna, 2005; Gregoric và nnk, 2014)

Đặc biệt, radon trong môi trường nhà ở được xác định nồng độ và tính toán liều hít thở trong rất nhiều nghiên cứu Nồng độ radon trong nhà được thu thập, tính toán trên nhiều nơi trên thế giới và được so sánh với tiêu chuẩn của các tổ chức y tế,

tổ chức hạt nhân đưa ra (Guo, 1992; Zhou, 2001; Hewwamanna, 2001; Popit và Vaupotic, 2002; Đặng Đức Nhân, 2012; Bùi Đắc Dũng, 2013, 2014) Các nhà truyền thống được xây dựng trực tiếp từ đất, sét có nồng độ phóng xạ radon lớn hơn các nhà được xây dựng bằng các vật liệu gạch nung, sắt thép, xi măng (Guo, 1992)

Hình 9 Nguồn và sự phân bố trung bình của bức xạ nền trên Thế giới

radon với nồng độ cao, trong thời gian dài làm tăng nguy cơ ung thư phổi WHO đã khuyến cáo nồng độ radon trung bình trong một đơn vị thể tích không khí mà con người tiếp xúc là <100 Bq m-3 Tuy nhiên, nếu không thể đạt được mức độ này tùy theo từng điều kiện cụ thể của mỗi nước, mỗi khu vực thì mức tham chiếu nồng độ radon cũng không được vượt quá 300 Bq m-3 (UNSCEAR, 2008)

Nồng độ radon trong nhà có thể bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như nền địa chất và môi trường tại nơi làm nhà, thành phần và tính chất vật liệu xây dựng,

độ ẩm, nhiệt độ, độ thông gió (Zhou, 2011; Popit và Vaupotic, 2002; Ahmed, 2005; Sakoda, 2010; Iskandar, 2004; Morawska, 1993) Đồng vị phóng xạ radon có thể được thoát lên mặt đất từ các khe nứt, đứt gãy (Etiope và Martinelli, 2002; Walia và nnk, 2010; Gabdo, 2016) và/hoặc phát ra từ các mỏ đất hiếm, than, các nhà máy sử dụng năng lượng hạt nhân (Ramachandran, 2010; Popit và Vaupotic, 2002; Đặng Đức Nhân, 2012; Lê Khánh Phồn, 2014; Bùi Đắc Dũng, 2012) Nồng

độ phóng xạ radon trong nhà nằm trong khu vực có đứt gãy hoặc/và nền móng tồn tại nhiều vết nứt thường cao hơn so với các vị trí nhà trên nền bình ổn (Gabdo, 2016; Popit và Vaupotic, 2002) Ngoài ra, các ngôi nhà có tuổi thọ cao, > 20 năm, thường có nồng độ radon cao hơn các ngôi nhà mới xây Nguyên nhân là do trong các ngôi nhà cũ xuất hiện các vết nứt, đặc biệt là vết nứt nền móng tạo điều kiện khí radon di chuyển lên trên (Kanokkan, 2015; Popit và Vaupotic, 2002)

Trong môi trường nhà ở, sự lưu thông không khí tác động rất lớn đến nồng

độ radon Tầng hầm, tầng trệt hay phòng ngủ có sự lưu thông khí kém, nồng độ phóng xạ radon trong những nơi này cũng thường cao hơn phòng khách và các tầng cao trong nhà (Kanokkan, 2015; Khan A.J., 2000) Trong phòng có sự lưu thông không khí kém, sự phân bố nồng độ radon gần như là đồng nhất, ngoại trừ các vị trí cửa sổ, cửa ra vào radon được khuếch tán, có nồng độ radon thấp hơn (Zhou, 2001) Trong khi đó, radon có nồng độ giảm theo cấp số chia so với khoảng cách tường (Zhou, 2001) Tuy nhiên, khi tốc độ gió tăng, sự lưu thông không khí thay đổi, nồng

độ đồng vị phóng xạ radon giảm, sự phân bố của chúng trong nhà thay đổi do sự hỗn độn của dòng không khí đối lưu (Zhou, 2001) Trong các không gian nhà ở có

nhiều cửa sổ và cửa chính, có sự lưu thông gió tự nhiên tốt, nồng độ radon thấp hơn

so với nhà ở có ít cửa sổ và/hoặc cửa sổ không được mở (Zhou, 2001)

Ngoài ra, nồng độ radon trong nhà cũng bị ảnh hưởng bởi vật liệu xây dựng, nhiệt độ và độ ẩm Các vật liệu xây dựng có tính thấm cao, độ rỗng cao là môi trường trú ngụ lý tưởng của radon (Narula A.K và nnk, 2010) Các nhà xây dựng trên nền đá vôi có nồng độ tăng cao được giải thích do độ rỗng và độ thấm cao của

đá vôi (đặc biệt trong môi trường karst) (Popit và Vaupotic, 2002) Nồng độ 222Rn trung bình từ đá hoa và nồng độ 220Rn trung bình từ đá granit đều có giá trị cao hơn

so với các loại vật liệu khác (Ahmed, 2005; Lê Như Siêu, 2011) Vật liệu có nguồn gốc từ đá basalt và gạch men có nồng độ phóng xạ radon thấp nhất (Righi và Bruzzi, 2006) Các vật liệu xây dựng có chứa sét và các khoáng vật dạng lớp làm giảm khả năng khuếch tán radon vào trong không khí do tính thấm kém (Cigna, 2005) Cấu trúc bên trong vật chất đóng vai trò quan trọng trong các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số phát xạ radon (Morawska, 1993; Sakoda, 2010; Beckman và Balek, 2002, Barillon, 2004) Sự khuếch tán radon thay đổi trong các cấu trúc rắn khác nhau (Beckman và Balek, 2002) Khí radon được lưu giữ cùng các phân tử nước trong các lỗ trống tự do của vật liệu Cũng từ đó, radon thoát ra khỏi cấu trúc rắn của vật liệu, phát xạ ra ngoài không khí (Morawska, 1993) Khi độ ẩm cao, nhiệt độ thấp, các phân tử nước lấp đầy trong các lỗ trống của cấu trúc vật liệu, radon bám dính vào các phân tử nước, lưu giữ radon trong vật liệu Khi nhiệt độ tăng, làm bay hơi các phân tử nước trong cấu trúc, radon không còn chỗ bám giữ, thoát ra ngoài môi trường không khí qua các khe nứt (Sakoda, 2010; Whittlestone

và nnk, 2003; Cuezva và nnk, 2011; Iskandar và nnk, 2004; Balek và Beckman, 2005) Do đó, nồng độ radon tỉ lệ thuận với nhiệt độ, khi nhiệt độ cao nồng độ radon có giá trị cao hơn so với nhiệt độ thấp (Gregoric và nnk, 2013; Cigna, 2005)

2.3 Hệ phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp xác định nồng độ radon và liều chiếu xạ

Radon tồn tại ở trạng thái khí trong tự nhiên Nồng độ radon là mức độ tập trung của radon trên một đơn vị thể tích, được xác định bằng đơn vị Bq m-3(UNSCEAR, 2000)

a Xác định nồng độ radon trong không khí

Nồng độ radon được xác định bằng cách đo tổng alpha của khí radon và các sản phẩm phân rã của chúng trong không khí Có 2 phương pháp đo nồng độ khí radon theo thời gian là đo ngắn hạn và đo dài hạn Các thiết bị đo xác định nồng độ radon theo 2 cách là trực tiếp và gián tiếp Đo trực tiếp là phương pháp cho phép đo trực tiếp đồng vị phóng xạ radon trong không khí bằng các thiết bị đo Ưu điểm của phương pháp phép đo trực tiếp là thời gian đo nhanh, hiệu suất cao tuy nhiên cần phải đầu tư các thiết bị hiện đại sử dụng nguồn điện để phát máy Phép đo gián tiếp

là sử dụng các tấm phim đặt trong môi trường cần đo Ưu điểm của phép đo gián tiếp đơn giản, giá thành thiết bị thấp tuy nhiên cần nhiều thời gian, hiệu quả không cao Trong nghiên cứu đã sử dụng phép đo trực tiếp để xác định nồng độ radon bằng hai thiết bị SARAD® RTM 2200 và RAD 7

SARAD ® RTM 2200

Nồng độ khí phóng xạ radon (222Rn và 220Rn), khí đi kèm (CO2) và một vài

thông số môi trường (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,…) được xác định bằng thiết bị di

động hiện trường quang phổ - alpha SARAD® RTM 2200 của Cộng hòa Liên bang Đức (hình 10) Nồng độ khí phóng xạ được xác định dựa vào hàm lượng các sản phẩm phân rã con (218Po, 216Po, 214Po và 212Bi/212Po) Các điểm đo cách sàn nhà và tường nhà khoảng 0,3m, mỗi điểm đo được đo lặp lại ít nhất 3 chu kỳ SARAD®

RTM 220 sử dụng bơm hút khí trực tiếp từ môi trường vào máy phân tích (~1 liter), đưa kết quả trên màn hình máy Máy nhỏ gọn và dễ di chuyển, độ nhạy cao và ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố của môi trường tác động Ngoài ra, với thẻ nhớ SD trong

máy cho phép lưu trữ lượng lớn dữ liệu và dễ dàng xuất dữ liệu ra máy tính qua cổng kết nối (Streil và nnk, 2011)

Hình 10 Máy SARAD® RTM 2200, máy RAD 7 và sử dụng các máy đo nồng

độ radon trong nhà trình tường

RAD 7

Để độ tin cậy của số liệu đạt hiệu quả cao nhất, bên cạnh SARAD® RTM 220 nghiên cứu sử dụng thực hiện đo nồng độ radon song song với RAD 7 của công ty Durridge (Hoa Kỳ) (hình 10) RAD7 là một trong các thiết bị cầm tay đo radon linh hoạt và toàn diện Khí được thu trực tiếp từ không khí qua ống hút ẩm để đạt kết quả cao nhất Kết quả nồng độ radon trong RAD 7 đạt độ chính xác cao nhất khi độ

ẩm trong ống hút ẩm dưới 40% Kết quả thu được có thể in trực tiếp bằng máy in nhiệt cầm tay gắn kèm, hoặc cũng có thể xuất dữ liệu ra máy tính (DURRIDGE, 2017)

b Liều chiếu trong

Theo tổ chức y tế Thế giới (WHO), nồng độ radon trong nhà không vượt quá

100 Bq m-3 (WHO, 2000) Tuy nhiên, theo UNSCEAR tùy vào từng điều kiện, nồng

độ radon không vượt quá 300 Bq m-3 (UNSCEAR, 2008) Nồng độ radon chỉ là điều kiện cần để xác định khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người Theo cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA), sự ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người được tính toán dựa trên liều chiếu xạ (IAEA, 1996) Liều phơi nhiễm an