Bài giảng Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong môi trường và thủy văn: Chương 1 - PGS.TS. Trần Thiện Thanh, PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong môi trường và thủy văn - Chương 1: Tổng quan về đồng vị phóng xạ trong môi trường cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm về vật lý phóng xạ, năng lượng hạt nhân trong công nghiệp, nhiễm bẩn phóng xạ trong môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo.

1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

TRONG MÔI TRƯỜNG

Khái niệm về vật lý phóng xạ

 Hoạt độ phóng xạ?

Khái niệm về vật lý phóng xạ (tt)

40 K 137 Cs

 Bài tập: Hạt nhân phóng xạ A1 tạo ra đồng vị

 Số hạt nhân A2 tại thời điểm t

đồng vị A2 đạt cực đại

thế kỷ Tìm tỉ số này

 Nguồn gốc của đồng vị phóng xạ?

 Đồng vị sống dài

 Nếu tính từ lúc Trái đất được tạo thành, các hạt nhân đã

trải qua khoảng vài chục chu kì bán rã thì hầu như không còn tồn tại nữa

với tuổi của Trái đất thì vẫn còn tồn tại như 238U, 235U,

232Th và 40K Ngoại trừ 40K, các sản phẩm phân rã của các hạt nhân này cũng không bền nên chúng tiếp tục phân rã tạo thành ba chuỗi phóng xạ trong tự nhiên

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

Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân

Đồng

238 U

Chiếm 99,2745% uranium trong

tự nhiên, trong đá vôi thông thường

~ 0,7 pCi/g (25 Bq/kg)

235 U 0,72% uranium trong tự nhiên

235 Th Chiếm trong đá thông thường

trên bề mặt Trái đất ~ 1,1 pCi/g (40 Bq/kq)

226 Ra Có trong đá vôi và đá phun trào 0,42 pCi/g (16 Bq/kg) trong đá vôi và 1,3 pCi/g

(48 Bq/kg) trong đá phun trào

222 Rn Là đồng vị phóng xạ dưới dạng

khí

0,016 pCi/l (0,6 Bq/m3) đến 0,75 pCi/l (28 Bq/m 3 ) (giá trị trung bình hằng năm tính ở Hoa Kì)

40 K Có trong đất 1-30 pCi/g (0,037-1,1 Bq/kg)

Chuỗi 238 U

- 5 đồng vị chu kỳ bán rã dài hơn 1 năm

- 3 đồng vị chu kỳ bán rã dài hơn 30 phút

- 8 đồng vị phát Alpha

- 6 đồng vị phát beta

- Câu hỏi:

*Tìm các năng lượng Alpha của các đồng vị phát Alpha?

*Tìm các năng lượng gamma của các đồng vị?

Chuỗi 232 Th

- 7 đồng vị phát Alpha

- 5 đồng vị phát beta

- Câu hỏi:

*Tìm các năng lượng Alpha của các đồng vị phát Alpha?

*Tìm các năng lượng gamma của các đồng vị?

 Nguồn gốc của đồng vị phóng xạ?

 Bức xạ vũ trụ

 Các bức xạ đến từ vũ trụ, chủ yếu là từ ngoài hệ Mặt trời, bao gồm

tất cả nguyên tố trong bảng tuần hoàn khoảng 85% là proton, 12%

là heli, 1% là các nguyên tố nặng Electron chiếm khoảng 2% trong thành phần bức xạ vũ trụ

 Các bức xạ này tương tác với bầu khí quyển của trái đất Dựa vào

năng lượng của chúng có thể chia thành hai loại: bức xạ vũ trụ sơ cấp và thứ cấp

Bức xạ vũ trụ sơ cấp hạt mang điện và ion

Tương tác với bầu khí quyển

Bức xạ vũ trụ thứ cấp (sau khi tương tác với bầu khí quyển)

10 9 - 10 20 eV

Lên đến hàng trăm MeV

 Các bức xạ vũ trụ sơ cấp có năng lượng rất lớn (từ 1010 eV đến

1020 eV) Khi đi vào bầu khí quyển trái đất, chúng sẽ tương tác với các hạt nhân của phân tử khí quyển chủ yếu là oxi và nito tạo thành các pion (π0, π+, π-), proton và neutron với năng lượng nhỏ hơn

 Các pion trung hòa (π0) phân hủy tức thời và sinh ra hai bức xạ

gamma, các pion mang điện (π+, π-) phân hủy thành muon và neutrino Muon tiếp tục phân hủy thành electron, positron và neutron

 Hạt muon chiếm thành phần cao nhất khi bức xạ vũ trụ đến được

vị trí mực nước biển khoảng 60%, neutron chiếm 23%, electron chiếm 16%, proton chiếm 0,5%, các hạt pion dưới 0,5%

 Thông thường muon được hình thành ở độ cao 15 km, do quá

trình ion hóa muon mất gần khoảng 2 GeV trước khi tới được vị trí mực nước biển và phân hủy thành positron và neutrino hoặc electron và phản neutrino

 Nguồn gốc của đồng vị phóng xạ?

 Hoạt độ phóng xạ trong đất và đá Trong đó (95%) do các đồng

vị phóng xạ từ đất gây ra 40K (35%),chuỗi 238U (15%) và chuỗi

232Th (50%) Thông thường được tính từ độ sâu 30cm đất Một

số vùng có suất liều cao như: Ấn độ (vùng duyên hải Kerala và Tamil Nadu), Brazil, Iran

 Hoạt độ phóng xạ trong nước

 Hoạt độ phóng xạ trong không khí

Nhiên liệu hạt nhân

-Nguồn Uran trên thế giới

Niger Namibia

South Africa

Trữ lượng quăng Uran <130 US dollar / kg U (1000 ton of U) Trữ lượng quặng <80 US dollar / kg U (1000 ton of U)

(1000 ton of U)

176 X10 12 m 3 1.1477

X10 12 bbl

4.59 million ton

( 235 U: 0.7%)

UF 6 : ～100 % ( 235 U: 3～5 %)

UF6 → Bột UO 2

UO 2 : ～100 % ( 235 U: 3～5 %)

Gamma knife

 Phóng xạ tự nhiên