Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển

Luận văn

MỞ ĐẦU

Trong số nhiều mắt xích khác nhau của mơi trường, diễn biến chất lượng của mơi trường biển - mơi trường cĩ tính linh động cao và lan truyền khơng biên

giới, được quan tâm nhiều và sâu sắc ở tầm mức quốc gia, khu vực và quốc tế

Việt Nam - đất nước cĩ bờ biển dài khoảng 3260 km và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, đang đứng trước một loạt vấn

đề về mơi trường và tài nguyên trong phạm vi biển và đới bờ của mình, trong đĩ

cĩ những nguyên nhân tại chỗ, khu vực và Quốc tế Trong số nhiều yếu tố cĩ khả năng gây ơ nhiễm mơi trường biển cĩ yếu tố phĩng xạ

Các yếu tố phĩng xạ trong mơi trường biển, bao gồm:

- Các đồng vị phĩng xạ nhân tạo (chủ yếu quan tâm đến các đồng vị sống dài 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v…) xâm nhập vào mơi trường biển bởi: (1) Thử

vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; (2) Phĩng thích thơng lệ cĩ kiểm sốt thải phĩng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ

sở xử lý lại nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); (3) Tàng trữ thải phĩng xạ dưới đáy biển trong quá khứ; (4) Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl,

sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phĩng xạ trên đường biển) [2]

- Các đồng vị phĩng xạ tự nhiên (chủ yếu quan tâm đến chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong đĩ cĩ 226Ra)

Trên thế giới, Hội nghị Quốc tế về ơ nhiễm biển nhân năm Quốc tế về Đại dương 1998 được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) phối hợp với

ủy ban Đại dương liên chính phủ (IOC) của UNESCO, Chương trình mơi trường Liên hợp quốc (UNEP), Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), Ủy ban Quốc tế về thám hiểm khoa học Địa Trung Hải (CIEMS) tổ chức tại Phịng thí nghiệm mơi trường biển Quốc tế ở Monaco vào hạ tuần tháng 10/1998, Chương trình hợp tác vùng Châu Á - Thái Bình Dương về phĩng xạ mơi trường biển gồm 12 nước tham gia trong đĩ cĩ Việt Nam,v.v… đã cung cấp một bức tranh khá tồn diện

về thực trạng của nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường biển hiện nay với sự nhấn mạnh đến vai trò của các phương pháp hạt nhân và đồng vị trong lĩnh vực này

Ở Việt Nam, trong những năm qua, việc nghiên cứu đánh giá phóng xạ môi trường biển cũng đã được bước đầu chú ý đến thông qua việc thực hiện một

số đề tài cấp Bộ KH&CN do Viện Nghiên cứu hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Hải dương học Nha Trang, v,v thực hiện Từ các đề tài này đã tiến hành thu góp mẫu với số lượng hạn chế khoảng 200 mẫu tại các vị trí chọn lọc (Cát Bà, Cửa Lò, Vịnh Nha Trang, Ninh Thuận, Phan Thiết, Vũng Tàu

và Cửa Đại Sông Tiền) và tiến hành phân tích hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu đã thu góp Các kết quả tiêu biểu thu được của các đề tài này là đã xác lập được bộ quy trình thu góp, xử lý, bảo quản và phân tích các nguyên tố phóng

xạ tự nhiên và nhân tạo quan trọng (238U, 232Th, 210Po, 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v

…) trong một số đối tượng môi trường biển và bước đầu cung cấp một số các thông tin về mức hiện hữu các nhân phóng xạ kể trên trong môi trường biển Việt Nam

Tính cách (đặc điểm, hành vi, trạng thái, sự chuyển hóa,…), hàm lượng,

sự phân bố, sự dịch chuyển của các nguyên tố hóa học, các đồng vị phóng xạ (tự nhiên và nhân tạo) trong các đối tượng, hợp phần của môi trường biển luôn thu hút sự quan tâm nghiên cứu tìm hiểu, khảo sát và đánh giá của giới khoa học vì biển và đại dương là môi trường sống quan trọng của nhân loại

Nhiều vấn đề liên quan đến môi trường biển của Việt Nam nói chung và nói riêng là những vấn đề đối tượng nghiên cứu được liệt kê ở trên còn chưa được nghiên cứu, hiểu biết một cách thấu đáo, đầy đủ

Vấn đề nghiên cứu đặt ra cho luận án chính là nhằm mục đích góp phần

bổ khuyết những thiếu hụt hiện nay về thông tin dữ liệu trong lĩnh vực được lựa chọn

Bản luận án với tiêu đề: “Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng 226 Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển” tập trung vào nghiên cứu đối với 226Ra - là đồng vị phóng xạ tự

nhiên rất được quan tâm trong sinh thái và vệ sinh phóng xạ vì: chu kỳ bán rã dài (T1/2: 1600 năm), độc tính phóng xạ cao, phát alpha (4.59 và 4.78 MeV) và gamma (186 KeV), đồng thời liên tục phân rã ra 222Rn và các con cháu khác – cũng là các nhân phát alpha và gamma đa năng lượng (E: 295, 352, 609, 1120 và

1764 KeV); vì thế, 226Ra gây nguy hại do cả chiếu ngoài và chiếu trong

Mục tiêu của luận án:

- Phát triển phương pháp phân tích định lượng 226Ra trong các hợp phần của môi trường biển: nước, trầm tích và sinh vật bằng kỹ thuật phổ alpha nhằm

cải thiện độ nhạy, độ chính xác so với các phương pháp khác

- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của 226Ra trong các hợp phần môi trường biển tiêu biểu tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận và sự dịch chuyển trong điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là các hợp phần môi trường biển: nước bề mặt, trầm tích bề mặt (có độ sâu từ 0-5 cm tính từ bề mặt lớp trầm tích), rong và hải sản (cá nục, cá bạc má, cá cơm, cá thu, cá mối, sò,…)

Phương pháp nghiên cứu của luận án là sử dụng phương pháp phân tích phổ alpha kết hợp tách hóa phóng xạ và phương pháp phổ gamma để xác định hoạt độ 226Ra trong các hợp phần môi trường biển

Phạm vi nghiên cứu của luận án:

Nghiên cứu được thực hiện ở vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có chiều dài khoảng 105 km; Các nghiên cứu chi tiết cho 2 vùng biển của xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải và xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước (nay là huyện Thuận Nam), tỉnh Ninh Thuận – nơi dự kiến sẽ xây dựng 02 nhà máy điện nguyên tử với công suất thiết kế tổng cộng khoảng 4000 – 8000 MW điện với vị trí ở gần biển và dùng nước biển để làm nguội Tổng số mẫu thu góp và phân tích khoảng 200 mẫu Thời gian khảo sát từ 2001 đến 2009 Tổng số các chỉ tiêu phân tích khoảng 1.000, trong đó 226Ra khoảng 200

Ý nghĩa khoa học của luận án:

- Góp phần khẳng định tính ưu việt của phương pháp hóa phóng xạ kết hợp với kỹ thuật đo phổ alpha so với phương pháp phân tích phổ gamma khi phân tích các mẫu có thành phần phức tạp, đặc biệt trong đối tượng môi trường biển có hàm lượng muối cao

- Thiết lập quy trình tách và làm giàu để định lượng 226Ra trong các đối tượng môi trường biển, tạo tiền đề phân tích nguyên tố này trong các đối tượng môi trường khác

- Cung cấp cơ sở dữ liệu về hàm lượng và sự phân bố 226Ra trong các đối tượng môi trường biển vùng biển Ninh Thuận Bộ số liệu thu nhận được giúp hiểu biết về hành vi, sự phân bố, dịch chuyển và tích lũy của 226Ra trong các hợp phần của môi trường biển

Ý nghĩa thực tiễn của luận án:

- Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá chất lượng môi trường biển Việt Nam về mặt phóng xạ

- Đóng góp một phần vào bộ số liệu nền phông phóng xạ môi trường biển Việt Nam làm cơ sở cho các cảnh báo và đánh giá tác động môi trường từ các khu công nghiệp, đặc biệt từ nhà máy điện hạt nhân sẽ được xây dựng và vận hành trong tương lai gần ở Việt Nam tại khu vực nghiên cứu

- Có thể sử dụng kết quả về hệ số tích lũy sinh học trong rong Câu kim (Vĩnh Hải), sò và rong Mơ làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm phóng xạ biển nhằm đơn giản hóa các thủ tục, chương trình cảnh báo

Những đóng góp mới của luận án:

- Nghiên cứu phát triển phương pháp tách và làm giàu để định lượng

226Ra trong các đối tượng môi trường biển (nước biển, trầm tích và sinh vật biển) Kiểm tra độ tin cậy của phương pháp được xác lập Đây là các nghiên cứu đầu tiên và có hệ thống ở nước ta

- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của 226Ra trong các đối tượng môi trường biển tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận - vùng được chọn xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Việt Nam và đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự

nhiên của 226Ra theo chu trình: nước - trầm tích - sinh vật biển Các số liệu này

sẽ đóng góp vào bộ số liệu Quốc gia và Khu vực, không chỉ làm cơ sở cho các xâm nhập tiếp theo của 226Ra, mà còn phục vụ đánh giá chất lượng môi trường biển Việt Nam cũng như đánh giá tác động môi trường biển về mặt phóng xạ

Bố cục của luận án:

Luận án được trình bày theo 3 chương như sau:

- Chương một là phần tổng quan, giới thiệu các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài của luận án

- Chương hai là đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương này tập trung mô tả phương pháp thu góp, xử lý, bảo quản và định lượng 226Ra bằng phương pháp phổ alpha kết hợp với phổ gamma trong mẫu môi trường biển

- Chương ba là kết quả và thảo luận Chương này tập trung xây dựng phát triển phương pháp tách và tạo mẫu đo phổ alpha xác định hoạt độ 226Ra trong các đối tượng môi trường biển và đưa ra các số liệu về phân bố hàm lượng

226Ra trong một số đối tượng môi trường biển, đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển

- Kết luận của luận án Luận án khẳng định các điểm mới về mặt học thuật

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về các đồng vị phóng xạ và rađi trong môi trường biển

1.1.1 Những đặc trưng chủ yếu của môi trường biển

Trên thế giới, Đại dương chiếm khoảng 361,11×106 km2 gần 70,8% tổng diện tích bề mặt của Trái đất, với thể tích khoảng 1,3×1018 m3 [14]

Biển Đông (Hình 1.1), thuật ngữ trong tiếng Anh là South China Sea (SCS) để chỉ một biển rìa rộng lớn,

nửa kín ở khu vực Đông Nam Á, là

một phần của Thái Bình Dương, diện

tích khoảng 3.500.000 km2, kéo dài

từ Singapore tới eo biển Đài Loan

theo hướng Tây Nam - Đông Bắc

Biển Đông có thể tích khoảng

3.938.000 km3 Độ sâu trung bình

1140m, vực sâu nhất 5016m thuộc rìa

lục địa Philippines Vùng biển nông

của Biển Đông được nối liền với Biển

Đông Hải (Trung Quốc) qua eo Đài

Loan và Biển Java qua eo Malacca Khu vực nước sâu chiếm toàn bộ phần trung tâm và đông bắc Biển với hai eo biển sâu Luzon (trên 5000 m) và Midoro (trên

2000 m) nối liền với các vùng nước sâu của Thái Bình Dương và biển Sulu Xung quanh Biển Đông có nhiều dãy núi bao bọc, nhiều dãy cao hơn 500 m, như những dãy núi ở phía tây Việt Nam hay các dãy núi trên quần đảo Philippines Các dãy núi hẹp Châu Á giữ chặt các trung tâm đối lưu gió mùa

Xung quanh Biển Đông có khá nhiều sông đổ vào, trong đó, 3 sông lớn nhất là Sông Pearl (Quảng Châu, Trung Quốc), Sông Hồng và Sông Mê - Kông Lưu lượng của các con sông ở đây biến đổi mạnh theo mùa Ví dụ, sông Mê - Kông, lượng nước từ tháng 5 – tháng 10 chiếm 70% lượng nước trong năm (~5.2

N

E

Hình 1.1 Biển Đông (South China Sea)

Ghi chú: 50 : đường đẳng sâu (m)

x 1011m3) chiếm tới 16% lượng nước mưa trong lưu vực xung quanh Biển Đông trong cùng thời gian (~3.2 x 1012m3) Nước mưa có thể gây ảnh hưởng tới dòng chảy biển ở dải ven bờ, đặc biệt là các khu vực có cửa sông lớn [12]

1.1.1.1 Một số đặc điểm chính về hoàn lưu ở Biển Đông

Trên cơ sở phân tích các điều kiện tự nhiên, các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu và các kết quả nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp số liệu khảo sát có thể khẳng định rằng chế độ hoàn lưu Biển Đông mang tính chất hoàn lưu mùa và

là kết quả của quá trình tương tác biển - khí quyển khu vực trong điều kiện hoạt động mạnh mẽ của gió mùa

Vào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), vùng biển Việt Nam chịu ảnh hưởng của dòng hải lưu Kuroshio từ Thái Bình Dương vào vùng biển Việt Nam theo hai nhánh: Nhánh thứ nhất vào qua eo Luzon, nhánh thứ hai vào Biển Hoa Đông, Trung Quốc chạy dọc ven bờ Quảng Đông vào vùng biển Việt Nam

Vào mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 10), vùng biển Việt Nam ở phía bắc chịu ảnh hưởng một phần của dòng hải lưu Kuroshio, phía nam chịu ảnh hưởng của dòng nước từ Thái Bình Dương qua eo biển Kalimantan nằm giữa Singapore

và bán đảo Kalimanta, Indonesia (Hình 1.2 và 1.3) [12], [14]

Hình 1.2 Lược đồ về dòng hải lưu ở Biển Đông (a) mùa đông và (b) mùa hè

Hình 1.3 Lược đồ tổng quát về dòng hải lưu lớp trên cùng ở Biển Đông Các

mũi tên đặc chỉ dòng chảy và mũi tên mở chỉ hướng gió, (a) mùa đông và (b) mùa hè

Chú giải: 1 dòng Kuroshio; 2 (Loop current) dòng Kuroshio xâm nhập

trực tiếp; 3 (SCSBK) dòng uốn Kuroshio; 4 (NW Luzon Cyclonic Gyre) dòng xoáy tây bắc Luzon; 5 (NW Luzon Cyclonic Eddy) dòng xoáy tròn tây bắc Luzon; 6 (NW Luzon Coastal Current) dòng dòng bờ tây Luzon; 7 (SCSWC) dòng chảy ấm Biển Đông; 8 dòng ven bờ Quảng Đông; 9 (SCS Southern Cyclonic Gyre) dòng xoáy thuận nam Biển Đông; 10 Dòng ngoài khơi thềm lục địa Natuna; 11 (SCS Southern Anticyclonic Gyre) dòng xoáy nghịch nam Biển Đông; 12 Dòng ngoài khơi đông nam Việt Nam

1.1.1.2 Độ mặn vùng khơi và ven bờ biển Việt Nam

Khu vực Vịnh Bắc bộ, Vịnh Thái Lan và bờ biển đồng bằng Nam bộ là những nơi có dòng sông lớn đổ vào nên độ mặn thay đổi rất mạnh giữa mùa mưa

và mùa khô Phần lớn nước vùng ven bờ Vịnh Bắc bộ có độ mặn nhỏ hơn 34‰

và Vịnh Thái Lan nhỏ hơn 33,5‰ Càng vào gần bờ, độ mặn càng giảm đáng

kể Về mùa hè (mùa mưa) thường xuất hiện các tâm nước nhạt ở vùng cửa sông Hồng, cửa sông Cửu Long và ven Vịnh Thái Lan Về mùa Đông, các tâm và dải nước lợ trong sông đổ ra bị ép sát vào bờ và có khả năng biến mất phụ thuộc vào lưu lượng nước trong sông đổ ra Khu vực ven bờ miền Trung có độ mặn khá ổn định, thường đạt các giá trị cao vào thời gian từ các tháng 9 đến tháng 12 với giá

trị khoảng 33,4 – 34,0‰.Tại các khu vực nước trồi có độ mặn khá cao do nước

từ các tầng sâu tải lên [12], [14]

1.1.2 Phóng xạ môi trường biển

Các nhân phóng xạ trong khí quyển rơi lắng trực tiếp xuống đại dương và cũng có thể gián tiếp từ các con sông chảy vào Tuy nhiên, các chất phóng xạ cũng được thải trực tiếp ra đại dương như các chất thải lỏng và các chất thải rắn của một số cơ sở hạt nhân và liên quan Một số nhân phóng xạ tồn tại trong nước dưới dạng tan, một số khác không tan tồn tại dưới dạng các hạt chất rắn lơ lửng hoặc cộng kết thành các hạt chuyển xuống trầm tích [8], [13]

Một số nguyên nhân chính tác động đến môi trường biển là: Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển;

Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên

tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển); Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ sở tái xử lý nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); và sự đóng góp của các đồng vị phóng xạ tự nhiên chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong số đó nguy hại nhất phải tính đến 238U, 232Th, 226Ra và 210Po Bên cạnh đó, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển, công nghiệp thăm dò và khai thác dầu khí, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ trong môi trường biển [2], [3], [9], [44]

1.1.2.1 Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ nhân tạo

1.1.2.1a Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước:

Thành phần các đồng vị phóng xạ nhân tạo xâm nhập vào đại dương, về

cơ bản, được qui định bởi các sản phẩm phân chia của nhiên liệu hạt nhân Bảng 1.1 đưa ra đặc trưng của các hạt nhân có thời gian sống dài và nguy hại nhất được tạo ra khi phân chia 235U Tương quan giữa chúng có thể thay đổi và phụ thuộc vào loại nhiên liệu, dạng và điều kiện diễn ra phản ứng [8], [60]

Bảng 1.1 Các nhân phóng xạ chủ yếu hình thành trong quá trình phân chia

Ce 147

Pm

28.82 năm 58.51 ngày 63.98 ngày 34.97 ngày 2.14105 năm 366.58 ngày 8.04 ngày 30.17 năm 12.79 ngày 284.5 ngày 2.62 năm

5.3 5.9 6.4

- 6.2 0.5 3.0 6.2 6.8 5.3 2.6 Trong số tất cả các loại thử hạt nhân thì loại thử trong không khí và dưới nước gây ô nhiễm môi trường mạnh hơn cả Khi thử trong không khí làm xuất hiện các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc là: Các sản phẩm phân chia, một phần nhiên liệu hạt nhân không kịp cháy và các sản phẩm kích hoạt của nơtrôn với các thành phần của môi trường (không khí, nước, bùn - đất) Các sản phẩm này dần dần lắng đọng xuống mặt đất, mặt nước Các kết quả quan trắc cho thấy mật

độ rơi lắng phóng xạ ở Bắc bán cầu cao hơn đáng kể so với ở Nam bán cầu Điều này được xác định bởi các nguyên nhân khí tượng, cũng như bởi phân bố vị trí của các vụ thử (Bảng 1.2) Lượng rơi lắng toàn cầu (xác định bằng thực nghiệm) của 90Sr và 137Cs được trình bày trong Bảng 1.3 [8], [60]

Bảng 1.2 Đặc trưng các vụ thử hạt nhân trên thế giới [60]

- 8.4 37.5

Dự tính rằng, đến năm 1963, trong khí quyển ở độ cao 30 km có khoảng 2.61017Bq 90Sr, và lượng này sẽ tiếp tục rơi lắng cho đến nay

Do các vụ thử hạt nhân, ngoài các nhân phát gamma, bêta còn có một lượng đáng kể các hạt nhân phát alpha xâm nhập vào môi trường Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 239Pu Theo đánh giá của nhiều tác giả: Tính đến cuối năm 1963, có khoảng 2.51016 Bq 239Pu đã rơi lắng vào môi trường; và tính đến năm 1972, khoảng một nửa lượng này đã rơi lắng xuống các vùng thử hạt nhân [2], [9]

1.1.2.1b Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển:

Trong quá trình tái xử lý nhiên liệu hạt nhân và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử cũng tạo ra một lượng có ý nghĩa các thải phóng xạ ở các dạng lỏng, rắn và khí Đáng quan tâm hơn cả ở đây là thải phóng xạ lỏng có thành phần khác nhau Nhìn chung, bất kỳ phương pháp nào để xử lí chúng cũng cần được kiểm soát trong suốt thời gian cất trữ Với các thải phóng xạ hoạt độ cao thường được chứa vào các container hoặc bêton hóa, sau đó tàng trữ trong các vùng riêng biệt và chịu sự kiểm soát Trong quá khứ, một phần các khối thải này

đã bị phóng thích vào đại dương và gây ô nhiễm môi trường biển do vật liệu làm

container bị ăn mòn và các khối bêton cũng chỉ có độ bền hữu hạn (khoảng 30 năm) Một số vị trí điển hình chôn cất chất thải dưới đáy Đại dương được nêu trong Bảng 1.4 và Hình 1.4 [32]

Bảng 1.4 Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy Đại dương [24]

Vùng chôn thải Số vị trí chôn Hoạt độ (PBq)

môi trường biển [8], [20], [58]

Một vài sự cố hạt nhân khác cũng đã phóng thích các hạt nhân phóng xạ vào môi trường, nhưng nói chung là không đáng kể Bảng 1.5 chỉ ra hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân trên thế giới

Bảng 1.6 Các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [8], [20]

Loại hoạt

động

Các loại chất thải và các thành phần chính

Hoạt độ phóng xạ riêng Ci/tấn U Bq/tấn U Khai thác và

Sơ chế

Khí: 222Rn, 218Po, 214Bi, 214Po Rắn: U, 226Ra, 230Th, 210Po

10-4 – 10-30,5 – 1

4.106 – 4.107 2.1010 – 4.1010Tinh chế Lỏng: 238U, 234Th, 234Pa, 226Ra 10-4 – 10-3 4.106 – 4.107Sản xuất

– 10-3 4.106 – 4.107Hoạt động lò Khí: 13N, 41Ar, 89Kr, 87Kr, 10 -100 4.1011 – 4.1012

Trước đây, phương pháp chung trong việc thải chất thải phóng xạ ở mức thấp và mức trung bình thường là thải ra biển Thể tích lớn của biển được coi là môi trường lý tưởng hòa tan và phát tán các chất thải phóng xạ này Người ta tính rằng nước biển đã chứa một lượng phóng xạ khổng lồ, chủ yếu là 40K với hoạt độ tổng cộng 2.1022Bq (hay 500.000MCi), nên việc thêm vào đó một lượng không đáng kể chất thải phóng xạ sẽ không ảnh hưởng gì Tuy nhiên, lập luận đó không đủ cơ sở do chưa được nghiên cứu kỹ về quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong nước biển nhờ đó các chất thải phóng xạ được phát tán và do đó không thể đoán trước được sự phân bố các chất phóng xạ trong nước biển như thế nào Các chất thải phóng xạ này sẽ thông qua dây chuyền thức ăn tới con người và gây nguy hiểm chiếu trong Do đó, năm 1993 một Hiệp ước Quốc tế đã không cho phép đổ chất thải phóng xạ mức thấp và mức trung bình ra biển và phương pháp thải này đã chấm dứt vào năm 1994 Bảng 1.7 cho thấy hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [8], [20]

Bảng 1.7 Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [20]

Do ảnh hưởng của các dòng hải lưu (Hình 1.2 và 1.3), các đồng vị phóng

xạ nhân tạo như đã được nêu ở trên hiện diện ở biển Việt Nam, tuy nhiên ở mức

độ nào thì cần thiết phải đánh giá

1.1.2.2 Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong môi trường biển chủ yếu là các đồng vị phóng xạ chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 238U, 235U, 232Th, 226Ra và 210Po Mức độ và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện địa hóa - cảnh quan và quốc gia nào cũng phải tiến hành đánh giá về hàm lượng, tác động của chúng lên

cơ thể sống và qua chuỗi hải sản lên người [2], [9]

Ngoài ra, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển (ví dụ ở nước Ta, việc khai thác quặng phóng xạ Uran ở vùng Nông Sơn thuộc tỉnh Quảng Nam, việc khai thác sa khoáng ven biển ở một số Tỉnh dọc theo ven biển miền Trung - Một loại quặng có độ phóng xạ cao), công nghiệp thăm dò và khai thác dầu mỏ, công nghiệp khai thác than đá, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ tự nhiên này [2], [9]

Ngoài các đồng vị phóng xạ tự nhiên thuộc về 3 họ nói trên, trong biển và đại dương còn hiện diện các đồng vị phóng xạ không tạo ra họ, có nguồn gốc từ

vỏ quả đất và vũ trụ như: 40K, 3H, 14C, 10Be và 87Rb [2], [9]

Nước ta có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể Trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá là khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven biển các tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận Những tỉnh có trữ lượng lớn là Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận Tổng trữ lượng và tài nguyên

sa khoáng toàn vùng Bắc Trung Bộ đã được thăm dò, đánh giá tính đến thời điểm tháng 12/2008 là 16,226 triệu tấn Nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng ilmenit-zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới Hàm lượng các khoáng vật có ích trong quặng titan Việt Nam là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 và một lượng đáng kể monazit Trong quặng ilmenit, zircon có các khoáng vật chứa các chất phóng xạ, nhất là khoáng vật monazit, có hàm lượng phóng xạ cao đặc biệt là

Th, U Công nghệ khai thác tại nước ta hiện vẫn chủ yếu là khai thác thủ công,

chọn lọc những lớp quặng giàu 80 - 85% khoáng vật nặng Trong quá trình khai thác, tuyển quặng, các nguyên tố kim loại nặng và nguyên tố phóng xạ có trong quặng bị hòa lẫn trong nguồn nước thải dưới dạng hoà tan hay khoáng vật mịn, siêu mịn và lan truyền theo mọi hướng Phần lớn nước từ quá trình tuyển quặng cho chảy trực tiếp ra biển, mà không qua giai đoạn xử lý nào [8]

Trong quá trình khai thác mỏ, các chất thải không những gây ô nhiễm cho môi trường khu khai thác và chế biến, vùng lân cận mà còn gây ô nhiễm đối với vùng biển ven bờ (0-30 m nước) Chính các hoạt động khai thác này là nguyên nhân gây tiềm năng ô nhiễm các nguyên tố trong trầm tích biển ở khu vực Theo kết quả đã nghiên cứu về địa hóa môi trường của Liên đoàn Địa chất biển, Cục Địa chất cho thấy hàm lượng các nguyên tố nặng, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ ở đây cũng tăng cao, có liều chiếu ngoài đạt đến 1,2-2 mSv/năm, vượt

quá ngưỡng cho phép là 1 mSv/năm [8]

Bên cạnh đó, công nghiệp thăm dò, khai thác dầu mỏ ở vùng biển phía Nam, nguy cơ gây ô nhiễm biển do các nguồn thải trong các giai đoạn lắp ráp, khoan thăm dò, khai thác và tháo dỡ như: mùn khoan, nước vỉa, nước thải sinh hoạt, khí thải có chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng và phóng xạ Trong quá trình khai thác dầu mỏ, một lượng lớn nước khai thác chứa 226Ra và 228Ra được thải vào môi trường biển Hàm lượng tự nhiên của các đồng vị này trong nước thành tạo nói chung cao hơn rất nhiều lần (khoảng 3 bậc) so với hàm lượng trung bình của Ra trong nước biển (một vài mBq/l) [12]

Qua các tài liệu nghiên cứu, khảo sát về các đồng vị phóng xạ tự nhiên bị thải ra biển trong quá trình khai thác dầu của các nước có ngành công nghiệp khai thác dầu khí phát triển như Nauy, Inđônêsia, v.v trung bình để thu được 1 tấn dầu mỏ thì thải ra biển một lượng tương đương nước thành tạo Với hàm lượng trung bình của Ra trong nước tạo thành khoảng 10Bq/l thì lượng Ra thải

ra biển khi khai thác 1 tấn dầu mỏ khoảng 10KBq [12]

Bảng 1.8 và 1.9 cho thấy mức độ phóng xạ của các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng và nguyên vật liệu khác

Bảng 1.8 Mức độ phóng xạ các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng [8]

Tên quặng Tên bã thải 238U (Bq/kg) 232Th (Bq/kg)

Bùn đỏ (chế biến quặng đồng) 20-400 (U), 30-1500 (Th)

Tuy vậy, trong những năm qua việc đánh giá mức độ gây ô nhiễm từ những nguồn này ở nước ta vẫn chưa được chú ý đúng mức

1.1.2.3 Tình hình nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển trên thế giới

Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển trên thế giới chủ yếu theo các hướng sau [8], [9]:

(1) Nguồn gốc của các chất nhiễm bẩn trong môi trường biển (chôn thải dưới đáy biển, các vụ thử vũ khí hạt nhân trong quá khứ, phóng thích từ mặt đất,

ô nhiễm từ khí quyển và xâm nhập từ sông);

(2) Quan trắc, vận chuyển và phân bố các đồng vị phóng xạ (mức ô nhiễm, chỉ thị sinh học, các chu trình sinh địa hoá, sự hình thành và biến đổi loài, v.v );

(3) Nghiên cứu đánh giá sinh thái phóng xạ biển (đánh giá liều do các chất phóng xạ, tăng phông phóng xạ tự nhiên các công nghiệp phi hạt nhân);

(4) Phát triển các mô hình phần mềm máy tính đánh giá sự phân tán các chất ô nhiễm (các mẫu buồng, các mẫu phân tán và động học trầm tích, mẫu phân tán khu vực, vùng và toàn cầu);

(5) Hệ thống thông tin ô nhiễm môi trường biển (GIS, ngân hàng dữ liệu, các xu hướng theo thời gian, dự báo, v.v );

(6) Phát triển các kỹ thuật phân tích các chất ô nhiễm môi trường biển (các kỹ thuật phân tích hạt nhân và hoá phóng xạ, sắc ký, khối phổ kế, khối phổ

1.1.2.4 Những kết quả chính trong nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển khu

vực Châu Á - Thái Bình Dương

Các hướng nghiên cứu chủ yếu về phóng xạ môi trường biển trong khu vực như sau [24], [57]:

(1) Thiết lập bộ số liệu Vùng về phóng xạ môi trường biển:

- Tạo bộ số liệu vùng và lập bản đồ về phóng xạ môi trường biển để sử dụng đánh giá liều và bài toán lan truyền xuyên biên giới các nhân phóng xạ chính;

- Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng phục vụ bài toán trên

(2) Xác định mức, cử chỉ và dạng tồn tại của chất nhiễm bẩn phóng xạ và không phóng xạ trong môi trường biển bằng cáckỹ thuật đồng vị/hạt nhân:

- Khảo sát hiệu ứng tích lũy các chất nhiễm bẩn phóng thích vào môi trường biển sử dụng kỹ thuật hạt nhân;

- Sử dụng kỹ thuật đánh dấu để nghiên cứu sự vận chuyển các khối nước và các chất ô nhiễm;

- Áp dụng kỹ thuật đánh dấu để chỉ định nguồn gốc xâm nhập các chất nhiễm bẩn vào đới bờ;

- Chỉ định các chất nhiễm bẩn có khả năng tham gia vào dịch chuyển xuyên biên giới trong Vùng, đánh giá các quá trình và tốc độ vận chuyển chúng trong môi trường biển;

- Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng để giải quyết các vấn đề đã nêu trên

(3) Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và mô hình hoá phục vụ phát triển bền vững đới bờ:

- Chuyển giao công nghệ tới các quốc gia thành viên các mô hình vật lý hay mô hình số đã được xác lập cho việc phát triển bền vững đới bờ;

- Kiểm chứng các mô hình trên thực tế dùng kỹ thuật đánh dấu;

- Tăng cường khả năng và thiết bị trong Vùng cho việc quản việc quản

lý đới bờ qua kỹ thuật đánh dấu

1.1.2.5 Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển ở Việt Nam trong 10 năm trở lại đây

Trong những năm qua, các bộ, ngành, địa phương tuỳ theo chức năng và mối quan tâm của mình đã và đang tiến hành một số chương trình điều tra, khảo sát và đánh giá chất lượng môi trường biển Trong đó việc nghiên cứu phóng xạ môi trường biển cũng đã được quan tâm thực hiện Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển ở Việt Nam được bắt đầu thực hiện từ năm 1998 qua việc thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học Tính đến nay, riêng ngành Năng lượng nguyên

tử Việt Nam đã tổ chức thực hiện 4 đề tài cấp Bộ, 1 đề tài cấp Cơ sở và 1 nhiệm

vụ cấp Bộ: 1) “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật phân tích hạt nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển Việt Nam” (1999-2000); 2) “Nghiên cứu phát triển các phương pháp phân tích hạt nhân chủ yếu và ứng dụng đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển ở một số vùng điển hình của Việt Nam” (2001-2002); 3) “Tổng kết, đánh giá các kết quả nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển; bước đầu sơ bộ đánh giá liều tích lũy hiệu dụng tập thể dân chúng do sử dụng hải sản ở một số vùng điển hình của Việt Nam” (2003); 4) “Nghiên cứu đánh giá mật độ rơi lắng tích lũy 90Sr, 137Cs

và 239,240Pu trong đất và trầm tích ở phía Nam Việt Nam”; 5) “Điều tra, đánh hiện trạng phóng xạ môi trường biển tại 2 vị trí dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân thuộc tỉnh Ninh Thuận” (2008-2009) và 6) “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị môi trường Pb-210 để xác định tuổi, lịch sử ô nhiễm của một số kim loại nặng cũng như tổng C hữu cơ (TOC) và tổng N và P trong các lát cắt trầm tích vịnh

Hạ Long bằng kỹ thuật hạt nhân” (2011-2012) Riêng Viện Hải Dương học Nha Trang đã thực hiện 3 đề tài cấp Cơ sở và 1 đề tài nhánh của Dự án SAREC:

“Nghiên cứu đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích ven bờ vịnh Nha Trang” (1998); “Điều tra, nghiên cứu phông phóng xạ môi trường vùng biển ven bờ Bình Định - Nha Trang” (2000); “Đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích vùng biển ven bờ tỉnh Bình Định” (2002)

Các kết quả tiêu biểu đã đạt được qua việc thực hiện các Đề tài, Nhiệm vụ là:

(1) Xác lập bộ quy trình để thu góp, xử lý và bảo quản mẫu môi trường biển phục vụ phân tích hàm lượng các đồng vị phóng xạ chủ yếu,

(2) Xác lập quy trình tập trung sơ bộ tại hiện trường đồng thời nhiều đồng

vị phóng xạ 90Sr, 137Cs, 226Ra, 239,240Pu, U và Th trong mẫu nước biển thể tích lớn với hiệu suất làm giàu cao (gần 95%),

(3) Xác lập bộ quy trình phân tích các đồng vị phóng xạ chủ yếu 90Sr,

137Cs, 226Ra, 239,240Pu, 210Pb, 210Po, U và Th trong các đối tượng môi trường biển,

(4) Áp dụng các quy trình đã được xác lập phân tích hàm lượng các đồng

vị phóng xạ trong các đối tượng môi trường biển Việt Nam,

(5) Đã thu nhận được mức hiện hữu các đồng vị phóng xạ chủ yếu 90Sr,

137Cs, 226Ra, 239,240Pu, 210Pb, 210Po, U và Th trong các đối tượng môi trường biển Việt Nam tại các vùng biển: Cát Bà, Hải Phòng; Cửa Lò, Nghệ An; Nha Trang, Khánh Hòa; Bình Thuận; Vũng Tàu; Cửa Đại, Tiền Giang

Trong đó:

- Phương pháp đồng vị phóng xạ đánh dấu đã được dùng để xác định hiệu suất tách hoá; xác lập độ nhạy thực tế của phương pháp trong điều kiện cụ thể của Việt Nam (Bảng 1.10);

- Đánh giá tính chính xác của các phương pháp đã xác lập bằng cách tham gia đo so sánh quốc tế, phân tích mẫu chuẩn đã mã hoá, phân tích mẫu lặp, phân tích mẫu trắng và kiểm tra độ sạch hoá phóng xạ của tiêu bản mẫu đã tách (Bảng 1.11, 1.12, 1.13, 1.14 và 1.15) [2], [9];

Bảng 1.10 Hiệu suất tách hoá và giới hạn phát hiện của các nguyên tố phóng

xạ trong các mẫu nước biển, trầm tích biển và sinh vật biển [2], [9]

Giới hạn phát hiện

500 g 90Sr Tách hóa, đo  75% 0,10 Bq/kg khô

500 g 137Cs Đo γ phông thấp 0,01 Bq/kg khô

2 g 210Po Tách hóa, đo α 95% 0,02 Bq/kg khô

500 g 226Ra Đo γ phông thấp 0,01 Bq/kg khô

30 g 239,240Pu Tách hóa, đo α 98% 0,001 Bq/kg khô

Sinh

vật biển

5000 g 90Sr Tách hóa, đo  75% 0,01 Bq/kg tươi

5000 g 137Cs Đo γ phông thấp 0,001 Bq/kg tươi

30 g 210Po Tách hóa, đo α 95% 0,001 Bq/kg tươi

5000 g 226Ra Đo γ phông thấp 0,002 Bq/kg tươi

5000 g 239,240Pu Tách hóa, đo α 98% 0,0001Bq/kg tươi

5000 g Th Đo γ phông thấp 0,002 Bq/kg tươi

5000 g U Đo γ phông thấp 0,002 Bq/kg tươi

Bảng 1.11 Kết quả đo so sánh Quốc tế đồng vị 90 Sr trong các mẫu chuẩn IAEA

Tên mẫu Ngày phê

chuẩn

Đơn vị Giá trị phân

tích tại PTN

Giá trị phê chuẩn

Khoảng giá trị được chấp nhận

IAEA-156 01-08-86 Bq/kg 11,0  1,7 14,8 13,4 – 16,3 IAEA-375 31-12-91 Bq/kg 103,2  13.0 108 101 - 114

Bảng 1.12 Kết quả đo so sánh Quốc tế đồng vị 137 Cs trong các mẫu chuẩn IAEA

Tên mẫu

Ngày phê chuẩn

Đơn vị Giá trị phân

tích tại PTN

Giá trị phê chuẩn

Khoảng giá trị được chấp nhận

IAEA-156 01-08-86 Bq/kg 268  12 264 254 - 274

IAEA-300 01-01-93 Bq/kg 1125  18 1066,6 1046 - 1080

IAEA-373 31-12-91 Bq/kg 11900  270 12350 12130 - 12570 IAEA-375 31-12-91 Bq/kg 5308  62 5280 5200 - 5360

Bảng 1.13 Kết quả đo so sánh Quốc tế đồng vị 210 Po trong mẫu chuẩn IAEA

(ngày phê chuẩn 01-01-1990)

Tên mẫu Đơn vị Giá trị phân

tích tại PTN

Giá trị phê chuẩn

Khoảng giá trị được chấp nhận

Khoảng giá trị được chấp nhận IAEA-300 01-01-93 Bq/kg 4,17  0,58 3,55 3,44 – 3,65 IAEA-367 01-01-90 Bq/kg 39,28  1,88 38,0 34,4 – 39,8

Bảng 1.15 Kết quả đo so sánh Quốc tế các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong

mẫu chuẩn IAEA-300 (ngày phê chuẩn 01-01-93)

Đồng vị Đơn vị Giá trị phân

tích tại PTN

Giá trị phê chuẩn

Khoảng giá trị được chấp nhận

- Vùng có khả năng tăng phông phóng xạ bởi các con sông lớn chảy qua nhiều quốc gia mang theo các chất nhiễm bẩn đổ ra biển;

- Vùng có khả năng bị ảnh hưởng của công nghiệp khai thác khoáng sản (khai thác mỏ sa khoáng, dầu khí, than đá, v.v…);

- Vùng chịu ảnh hưởng của các dòng hải lưu chính;

- Vùng được Nhà nước chọn làm vùng phát triển kinh tế trọng điểm;

- Vùng có nghề săn bắt hải sản phát triển;

- Vùng chịu ảnh hưởng phân bố vĩ độ

Trên cơ sở đó, các vùng biển đã được lựa chọn để tiến hành khảo sát thực nghiệm trong các năm thực hiện đề tài là:

(1) Vùng biển Cát Bà (Hải Phòng): Vĩ độ, kinh độ: 20o40 N, 107o05 E

(2) Vùng biển Cửa Lò (Nghệ An): Vĩ độ, kinh độ: 18o46 N, 105o46 E

(3) Vùng biển Nha Trang (Khánh Hoà): Vĩ độ, kinh độ: 12o15N, 109o13E;

12o15N, 109o16E; 12o15N, 109o19E

(4) Vùng biển Phan thiết (Bình Thuận): Vĩ độ, kinh độ: 10o54N, 108o19E;

10o54N, 108o22E; 10o54N, 108o25E

(5) Vùng biển Vũng Tàu (Bà Rịa - Vũng Tàu): Vĩ độ, kinh độ: 10o14N,

107o06E; 10o14N, 107o09E; 10o14N, 107o12E

(6) Vùng biển Cửa Đại (Tiền Giang): Vĩ độ, kinh độ: 10o11 N, 106o48 E Bảng 1.16 và 1.17 cho thấy mức hàm lượng trung bình và dải hàm lượng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong một số mẫu môi trường biển Việt Nam

Bảng 1.16 Hàm lượng trung bình và dải hàm lượng của các đồng vị phóng xạ

tự nhiên trong một số mẫu môi trường biển Việt Nam [9], [11]

(Bq/m3)

34,943,50 1,270,35 0,800,16 21,4059,69 0,234,35 0,581,02

(Bq/kg khô)

27,145,36 27,755,55 142,5228,40 4,5177,03 3,7356,80 56,00240,00

3 Cá (5 loại)

(Bq/kg tươi)

0,3950,465 0,2080,098 2,0720,410 0,0323,630 0,0090,810 1,2443,686

4 Nhuyễn thể 0,1111,290 0,0430,080 5,0621,012

(Bq/kg tươi) 0,0090,212 0,0350,051 1,9119,726

(Bq/kg tươi)

0,5930,251 0,4760,294 3,153±0,480 0,0381,440 0,2190,620 0,8744,871

(Bq/kg tươi)

3,4901,734 0,8210,404 22,4865,100 0,01722,620 0,0932,590 4,10158,642

(Bq/kg tươi)

2,4411,263 3,6121,414 5,9351,187 0,2215,840 0,2186,660 2,1089,761

8 Rong khác (4 loại)

(Bq/kg tươi)

0,7930,388 1,5100,450 8,3020,161 0,4041,920 0,2634,182 8,1408,460

Bảng 1.17 Hàm lượng trung bình và dải hàm lượng của các đồng vị phóng xạ

nhân tạo trong một số mẫu môi trường biển Việt Nam [9], [11]

(Bq/m3)

1,530,24 0,0060,001 1,5750,215 0,913,60 0,0020,014 0,6693,600

2 Trầm tích

(Bq/kg khô)

0,140,03 0,3260,084 0,370,23 0,050,41 0,0120,683 0,022,62

(Bq/kg tươi)

0,050,06 0,00060,0002 0,0410,021 0,040,05 0,00020,0006 0,0040,077

8 Rong khác (4 loại)

(Bq/kg tươi)

< 0,01 < 0,0001 0,1160,055

0,0050,432

Bảng 1.18 Sơ bộ về hệ số tích lũy sinh học của một số đồng vị phóng xạ trong

sinh vật biển Việt Nam [9], [11]

Trong đó : As là hoạt độ riêng của mẫu sinh học (Bq/kg tươi)

An là hoạt độ riêng của nước biển (Bq/lít)

Hình 1.5 Hệ số tích lũy sinh học của một số nguyên tố phóng xạ trong sinh vật

biển Việt Nam [9], [11]

Qua việc thực hiện các đề tài, nhiệm vụ về nghiên cứu phóng xạ môi trường biển Việt Nam đã phân tích được trên 1000 chỉ tiêu về hàm lượng các nguyên tố phóng xạ U, Th, 210Po, 90Sr, 137Cs và 239+240Pu (Bảng 1.16 và 1.17) trong các đối tượng môi trường biển (nước, trầm tích và sinh vật biển) đặc biệt là

1000 2000 3000

4000

5000

6000

238U 232Th 226Ra 90Sr 137Cs 239,240Pu

các số liệu về hàm lượng các đồng vị phóng xạ nhân tạo: 90Sr, 137Cs, 239+240Pu thích hợp góp vào bộ số liệu nền của quốc gia và khu vực, làm cơ sở cho các đánh giá xâm nhập tiếp theo của chúng

Các kết quả này được so sánh với các số liệu cùng loại của các tác giả khác trong khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Nhìn chung, các số liệu về hàm lượng các đồng vị phóng xạ nhân tạo thu được trong những công trình này có xu hướng thấp hơn các số liệu cùng loại do các tác giả khác trên thế giới đưa ra cho khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Điều này cho thấy rằng biển Việt Nam còn

ít chịu ảnh hưởng bởi thải của các nước công nghiệp hạt nhân phát triển

Các số liệu về hàm lượng các đồng vị phóng xạ tự nhiên thu được có xu hướng cao hơn các số liệu cùng loại do các tác giả khác trên thế giới đưa ra cho khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Điều này được giải thích bởi ảnh hưởng của đới ven bờ

Với bộ số liệu hiện có, chưa phát hiện thấy rõ rệt hiệu ứng vĩ độ của phân

bố các đồng vị này trong biển, ảnh hưởng của công nghiệp sa khoáng chứa monazit ven biển và khai thác dầu khí cũng chưa gây ra quan ngại gì về mặt phóng xạ cho đới ven bờ

Tỷ số 238U/232Th trong nước biển cỡ 27.5, điều này hoàn toàn phù hợp với tính chất hoá học của chúng trong biển [9], [11]

Tỷ số 137Cs/90Sr trong trầm tích của các mẫu quan trắc hiện là 5.1040±1.5397/0.222017.4933 cũng cao hơn tỷ số này trong đất không xáo trộn (cỡ 1.5649) Điều này được giải thích bởi tính tan của Sr cao hơn [9]

Tỷ số các cặp đồng vị 238U/232Th, 239+240Pu/137Cs và 137Cs/90Sr trong nước

và trầm tích là hợp lý, song cũng cần nghiên cứu sâu hơn về hành vi của chúng

Căn cứ vào hệ số tích luỹ sinh học (Bảng 1.18 và Hình 1.5), ta thấy rong nâu và sò có hệ số tích luỹ sinh học tương đối cao đối với nhiều đồng vị phóng

xạ, chúng cần được nghiên cứu tiếp theo để sử dụng làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm phóng xạ biển nhằm đơn giản hoá các thủ tục, chương trình cảnh báo [9], [11]

1.1.3 Tính chất của rađi, các đặc trưng địa hóa và sự phân bố của rađi trong

môi trường biển

1.1.3.1 Tính chất vật lý, hóa học, phóng xạ, tác dụng sinh học và ứng dụng của

rađi

1.1.3.1a Tính chất vật lí của rađi:

Rađi thuộc nhóm IIA, ngoài các tính chất điển hình của một nguyên tố kiềm thổ, rađi còn mang tính phóng xạ Ở vị trí 88 Bảng Hệ thống tuần hoàn, rađi tinh khiết tồn tại dạng kim loại rắn, thu được khi điện phân muối nóng chảy hoặc dung dịch chứa Ra2+ Rađi có màu trắng bạc, bóng, nhưng dễ bị đen trong không khí; cả kim loại và muối của nó đều phát quang mạnh [26], [29]

Các hằng số vật lý quan trọng của rađi bao gồm:

Khối lượng nguyên tử: 226.05 g/mol

Cấu hình điện tử ngoài cùng: 7s2

Nhiệt độ nóng chảy: 1150 0C

Khối lượng riêng (ở 200C): 6.0 g/cm3

Năng lượng phân rã giải phóng: 132.26 cal/h/g

Chu kỳ bán rã (Ra-226): 1599.7 năm

1.1.3.1b Tính chất hoá học của rađi:

Là một nguyên tố kiềm thổ, rađi mang các tính chất hoá học tương đối đơn giản và điển hình Nguyên tố này gần giống như bari nhưng hoạt động mạnh hơn Với cấu trúc lớp điện tử là [5s2 5p6 5d10 6s2 6p6 7s2], rađi chỉ có duy nhất một trạng thái oxihoá là +2 Ở dạng kim loại tinh khiết, rađi tồn tại dưới dạng tinh thể có cấu trúc mạng, hay là mang cấu trúc lập phương tâm

khối

Rađi dễ dàng bị oxihoá trong không khí, kết hợp với oxy không khí tạo thành oxyt - RaO, kết hợp với khí nitơ tạo thành nitrit - Ra3N2

Rađi là một thành viên trong nhóm kiềm thổ, cũng giống như bari, stronti

và canxi nó hình thành nên các muối không tan sunphat, cacbonat và cromat Các muối clo, brom, nitrat và hydroxit của rađi là tan được trong nước Nhìn chung, các muối rađi ít tan hơn các muối bari và phương pháp đầu tiên để tách dựa trên các quá trình kết tinh từng phần

Theo Weigel, người ta ít chú ý đến mối liên quan giữa các tính chất hóa học của kim loại rađi và các hợp chất rắn của nó bởi vì nó được xem cũng là một nguyên tố kim loại kiềm thổ sẽ có tính chất hóa học giống như bari Cũng theo tác giả này, người đã có những nghiên cứu về tính chất hóa học của rađi và hóa học chất lỏng, đã nhận thấy tầm quan trọng trong các quy trình tách và cô lập, và đặc biệt là quy trình tách Ra/Ba đã được nghiên cứu với một qui mô lớn

Tuy nhiên, các vấn đề liên quan đến tính chất hóa học và địa hóa học của rađi và các cơ chế liên quan tới sự tương tác giữa chất rắn và dung dịch của nó vẫn đang được nghiên cứu Điểm quan trọng ở đây là liệu rằng nó có phải là một thành phần đa lượng, trung lượng hoặc vết trong môi trường riêng biệt nào đó không? Trong nước tự nhiên, hàm lượng 226Ra dao động từ các giá trị cao là 105pCi/m3 (4×103 Bq/m3) trong hệ thống thoát nước cặn của nhà máy sản xuất uran đến các giá trị thấp hơn 1 pCi/m3 (0,04 Bq/m3) Tính trên phân tử gam, các giá trị này dao động từ 410-13M đến 410-18M Mức hàm lượng thấp 410-18M tương ứng với một vài nguyên tử trên lít (210-6 nguyên tử/ lít) Trong thực nghiệm, mức hàm lượng 226Ra từ 10-3 đến 10-6 mg/lít (410-9M đến 410-12 M)

thường xảy ra Trong các vật liệu địa chất, hàm lượng tiêu biểu của nó dao động trong khoảng 410-7 đến 510-8 g/g

Ở mức hàm lượng như thế, 226Ra như một nguyên tố vết mà tính chất hóa học của nó liên quan tới sự đồng kết tủa với các nguyên tố khác, hoặc bởi các quá trình tương tự khác hơn là dựa trên 226Ra có hoạt động hóa học độc lập với các ion khác Kết quả là tính chất hóa học và tính chất địa hóa học của 226Ra đã được trình bày sơ bộ với vai trò của tính hấp thụ và đồng kết tủa như là các tính chất liên quan dựa trên cử chỉ của 226Ra trong pha rắn và pha lỏng Sự đồng kết tủa phải được chú ý đặc biệt do vai trò của nó liên quan tới tính chất của 226Ra trong các chất cặn lắng Sự khác nhau giữa hai thuật ngữ “dung dịch rắn” và “sự tương tác của dung dịch rắn” cũng được nhấn mạnh Dung dịch rắn, như đã biết

là sự đồng kết tủa, gồm sự kết hợp chặt chẽ của một ion (226Ra) vào thành phần của một tinh thể mẹ Sự tương tác của dung dịch rắn gồm sự hòa tan của pha rắn vào pha dung dịch và sự dịch chuyển kế tiếp của nó [26], [29], [43], [61]

Tuy nhiên, là một nguyên tố kiềm thổ, rađi có tính chất hóa học tương đối đơn giản, chỉ với trạng thái hóa trị hai được biết Tính chất hóa học của rađi được xem xét qua một số đặc trưng sau đây:

a Tính tan:

Các muối rađi trong các axit mạnh như HCl và HNO3 là tan khá tốt (Bảng 1.19) Nhìn chung, đây cũng là trường hợp của các cation kiềm thổ khác (BaCl2) Các muối sunphat, cacbonat và photphat của rađi là ít tan hơn các muối clo và nitrat của nó (Bảng 1.20) Thứ tự về tính tan thay đổi theo anion Đối với các muối sunphat, tính tan giảm theo thứ tự: Ca2+ > Sr2+ > Pb2+ >Ra2+

Nhìn chung, tính tan của các muối chứa oxy là thấp và các cation kiềm thổ bị kết tủa khi hàm lượng các anion tồn tại là lớn Có sự gần giống nhau trong tính tan của RaSO4 và BaSO4 (Bảng 1.20) [29], [61]

Bảng 1.19 Các muối tan của rađi ở 20 0 C

RaCl2 BaCl2RaBr2Ra(NO3)2

24,5 30,7 70,6 13,9

Bảng 1.20 Các sản phẩm có khả năng tan (log K SP ) của các cation kiềm thổ

với các anion thông thường

-7,46 -8,03 -8,80 -8,31

-

-23,77 -28,70 -27,39 -22,47

-

- -6,66 -7,06 -7,04

Bảng 1.21 Bán kính ion và tỉ số điện tích của các cation kiềm thổ

4,59 4,28 4,12 4,12 4,04 3,98

6,45 3,01 2,02 1,77 1,48 1,32

c Sự tạo phức:

Khuynh hướng tạo thành các phức giảm khi bán kính cation tăng Điều này là không rõ ràng đối với phức của các anion vô cơ (xem Bảng 1.22), nhưng lại rõ ràng hơn với các ligan hữu cơ (xem Bảng 1.23) Nhìn chung, sự tạo phức bởi các anion vô cơ là yếu hơn khi so sánh với sự tạo phức bởi các axit hữu cơ, với rađi thì khuynh hướng tạo phức là thấp nhất Hằng số phức càng nhỏ hơn đối với Mg2+ với EDTA là do sự tập trung của axit Stearic, ion Mg2+ chứa 4 nhóm cacboxylat càng nhỏ [29], [61]

Bảng 1.22 Các hằng số bền (log K 1 ) (a) đối với các phức của các cation nhóm

IIA và các anion vô cơ

- 0,45

3,4 3,2

-

- 2,48

2,50 2,70

(a): K1 = [MA]/[M2+][An-] (dm3/mol)

Bảng 1.23 Các hằng số bền (log K 1 ) a đối với các phức của các cation nhóm IIA

và các phối tử hữu cơ

Ion Oxalate Tartarate(b) Citrate(c) EDTA(d) DTPA(d,e)

1,36 1,80 1,94 1,62 1,24

3,2 3,15 2,70 2,54 2,36

9,12 11,0 8,80 7,78 7,07

- 10,63 9,68 8,63 8,5Trong đó: (a) K1 = [MA]/[M2+][An-] (dm3/mol)

(b) Các giá trị ghi được tại 0,2 dm3/mol KCl

(c) M2+ + HL3-  MHL- (d) Dinatriumdihydrogenethylenediaminetetraacetat

(e) Diethylenetriaminepentaacetate

d Sự hấp phụ:

Các quá trình hấp phụ và trao đổi ion được xem là rất quan trọng trong việc xác định tốc độ của sự di chuyển rađi trong hệ nước ngầm - đất nào đó Nếu chỉ quan tâm đến các hệ số tĩnh điện, thì tất cả các cation kiềm thổ có khuynh hướng giống nhau là hấp phụ hoặc “trao đổi ion” Tuy nhiên, tính chọn lọc xác định hoặc dãy ái lực được suy ra một cách lí thuyết bởi Eisenmann Ông đã xem xét kết quả với giả thiết cân bằng trao đổi cation là chiếm ưu thế bởi: (a) tương tác culông giữa các cation (trong các trạng thái khác nhau của sự hydrat hóa) và các nhóm thích hợp vật liệu trao đổi; và (b) hiệu ứng hydrat hóa ion do sự tương tác của các ion lưỡng tính với các phân tử nước

Khi hiệu ứng hydrat hóa ion chiếm ưu thế thì các ion có bán kính hydrat nhỏ hơn có khuynh hướng thay thế các ion có bán kính hydrat lớn hơn, và dãy ái lực đối với sự hấp phụ (hoặc trao đổi ion) có thể được viết như sau:

Cs+ > K+ > Na+ > Li+ đối với các nguyên tố 1+

Và Ra2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Be2+ đối với các nguyên tố 2+ Mặc dù Ra2+ có bán kính hydrat nhỏ (xem Bảng 1.21) nhưng nó vẫn được xếp ở đầu dãy ái lực Nếu tương tác culông giữa các cation và vị trí trao đổi chiếm ưu thế thì tính chọn lọc bị đảo ngược [29], [61]

Vấn đề của hiện tượng này chính là điều kiện pH của môi trường Sự hấp phụ lên thành bình rất mạnh tại các giá trị pH môi trường cao, hiện tượng này giảm hẳn khi hạ giá trị này xuống dưới 4,5; và không còn đáng kể tại pH = 2,3

Sự hấp phụ lên thành bình thuỷ tinh được chỉ ra trong Bảng 1.24 [29], [61]

Bảng 1.24 Sự hấp phụ lên thành bình thuỷ tinh được khảo sát phụ thuộc vào pH

ra bởi nhiều tác giả; sự khác nhau chính là do hợp phần rađi là không đổi trong một tinh thể “cân bằng được kiểm soát”, ngược lại hợp phần rađi biến đổi theo

độ sâu tinh thể “động học được kiểm soát” Hiện tại, không có phương pháp nào đưa ra dự đoán hoặc là sự cân bằng hoặc là các điều kiện động học sẽ được đưa

ra bởi một hệ địa hóa hoặc môi trường đặc biệt Một hệ trực tiếp trong phòng thí nghiệm có thể thiết lập hướng đến sự kiểm soát cân bằng hoặc động lực bởi phương pháp cho đồng kết tủa tinh thể chủ

Các hệ số phân bố của rađi trong các cabonat và sunphat kim loại khác nhau được đưa ra trong Bảng 1.25 Hình thức đã dùng là phần phân tử gam của rađi trong tinh thể chủ là bằng với hệ số phân bố nhân với tỉ lệ phân tử gam trong hốc nước của rađi đối với ion kim loại Hệ số hoạt độ hữu tỉ này là hệ số liên quan đến hoạt độ của rađi trong pha rắn với tỉ lệ phân tử gam của nó [29], [61]

Bảng 1.25 Hệ số phân bố (D) và hệ số hoạt độ hữu tỉ ( ) đối với sự đồng kết tủa

rađi vết trong các sunphat kim loại khác nhau

Sunphat kim loại D (250C) D (1000C)  (250C)  (1000C) CaSO4 (anhydrite)

(40)(a)

30

3 0,90

(29,8)(a)

215 26,8 1,11

(5,6)(a)

69 8,4 0,75

(a) Đánh giá

f Các tính chất nhiệt và điện hóa học:

Các số liệu về nhiệt hóa học đã được Langmuir và Riese đưa ra đối với rađi và một số muối rađi Các số liệu này được lấy từ các nguồn trước đây Các

số liệu này là phù hợp, và được phát triển trong khuôn khổ các giá trị đánh giá đối với 226Ra khi không đo được từ các cation khác trong hệ sunphat và cacbonat Tuy nhiên, chúng đã không được kiểm tra sự tương hợp với các giá trị của các thông số nhiệt động mà được đưa ra trong các Bảng 1.19, 1.20, 1.21,

1.22 và 1.23 [29], [61]

1.1.3.1c Tính phóng xạ của Ra:

Như đã nói ở trên, rađi là một nguyên tố phóng xạ tự nhiên gồm hơn 30 đồng vị Hầu hết các chất thải chứa rađi được sinh ra khi nghiền các quặng urani, đồng vị quan trọng nhất là đồng vị 226Ra được hình thành khi 230Th phát hạt alpha 226Ra lại phân rã và tạo thành khí 222Rn Vị trí của 226Ratrong sơ đồ phân

rã 238U được chỉ ra trong Hình 1.6 Đặc tính phóng xạ các đồng vị rađi được trình bày trong Bảng 1.26 [26], [43], [61]

Chu kỳ bán

rã

Ghi chú Ra-213 6,90 2,7 phút

- Giá trị trong ngoặc chỉ cường độ phát (tính bằng %)

1.1.3.1d Ứng dụng và tác dụng sinh học của rađi:

a Ứng dụng của rađi:

Rađi là thành phần quan trọng của nhiều loại dược phẩm Mặt khác, nguyên tố này cũng có nhiều ứng dụng nâng cao độ bền vật chất Nhưng ứng dụng quan trọng nhất của rađi là được sử dụng làm nguồn phát phóng xạ sử

dụng trong y tế: Có hai loại nguồn phóng xạ phát neutron, một loại dựa trên phản ứng (;n) và loại kia là (;n) Các đồng vị phóng xạ phát  thường dùng là 226Ra, 210Po, 239Pu Còn đối với nguồn phát  thường dùng là 28Al, 116

In, 124Sb, 24Na, v.v…

Các nguồn neutron theo phản ứng (, n) được trình bày trong Bảng 1.27 Ngoài ra, các đồng vị của Ra còn được ứng dụng trong nghiên cứu các quá trình môi trường (Bảng 1.28) [21], [30], [36] [61]

Bảng 1.27 Các nguồn neutron theo phản ứng ( , n)

Nguồn T1/2

Suất ra neutron (106n/Ci.s)

Số hạt /1n

NL neutron trung bình MeV

NL neutron cực đại MeV Ra-Be

15

5.103khoảng 1 khoảng 1 2.104

-

-

4,63 5,3 4,5

- 2,7

-

12,2 10,9 10,7

-

5 12,2

Bảng 1.28 Ứng dụng của các đồng vị Ra trong nghiên cứu môi trường [8]

226Ra/230Th Nước biển hòa tan 226Ra

Nước ngầm hòa tan 226Ra

Chu trình nước biển Tương tác đá - nước

222Rn/226Ra

210Pb/226Ra

Nước biển hòa tan 222Rn Bùn đáy hấp thu 210Pb Than bùn lắng đọng 210Pb

Vận tốc khuếch tán xoáy Trộn và tích lũy bùn đáy Vận tốc tích lũy than bùn

228Ra/232Th Nước biển hòa tan 228 Ra

Bùn đáy hấp thu 228 Th

Giản đồ và vận tốc dòng Hỗn hợp bùn đáy

b Tác dụng sinh học của rađi:

Cả 226Ra và con cháu của nó, 222Rn đều có sự nguy hại về mặt phóng xạ;

226Racó khả năng thay thế canxi trong cấu trúc xương và 222Rn lưu lại trong phổi dưới dạng các sản phẩm con cháu của nó là 210Pb và 210Po

Ảnh hưởng của các bức xạ gây ra bởi các đồng vị rađi đến sức khoẻ con người thể hiện bằng các tín hiệu nằm trong vùng hiệu ứng ngẫu nhiên Chưa có bất kỳ một nghiên cứu nào đưa ra các kết luận rằng rađi có thể gây các biến dị bất lợi cho thế hệ tương lai Tuy nhiên, khả năng gây ung thư lại là một khía cạnh khác, rađi chủ yếu gây nên ung thư xương (Bone Cancer) và ung thư phổi (Lung Cancer)

Một trong những nguyên nhân gây nên ung thư là khi chất phóng xạ đi vào trong cơ thể và tích tụ lâu dài trong nội tạng mà không được đào thải sẽ liên tục phát bức xạ vào các mô cơ và các tổ chức tích luỹ chúng, nhất là khi bức xạ

là tia alpha (có khả năng đâm xuyên ngắn nhưng mang năng lượng cao) thì phần nội tạng đó sẽ dễ dàng bị tổn hại hoặc sẽ kích thích quá trình phát sinh và phát triển ung thư

Một trong những ứng dụng đầu tiên của rađi là thành phần chế tạo sơn để sơn kim đồng hồ, do tính chất phát quang của tinh thể RaS (Maletskos et al., 1966,1969) dưới tác dụng của hạt alpha của rađi Khi sơn đồng hồ, các thợ sơn thường dùng hai môi ngậm chổi sơn và mỗi lần sơn một lượng rất ít rađi bị nuốt vào bụng Vào đầu những năm 1920, một số công nhân sơn kim đồng hồ bị thoái hoá xương quai hàm và chết do thiếu máu

U (UII) 2.45105y

235

U (AcU) 7.04108y

91Pa 



234 Pa (UX 2 +U Z) 1.18m



231 Pa

3.28104y

231

Th (UY) 25.52h

 

227

Th (RdAc) 18.718d

232

Th 1.411010y



228

Th (RdTh) 1.9131y

88 Ra

226

Ra (Ra) 1.60103y



223

Ra (AcX) 11.435d

228

Ra (MsTh 1 ) 5.76y

224

Ra (ThX) 3.66d

223

Fr (AcK) 21.8m

86 Rn

222

Rn 3.8235d

219

Rn (An) 3.96s

220

Rn (Tn) 55.6s

215 At

10-4s

 

216 At

3104

-s

84Po

218

Po (RaA) 3.05m

 

214 Po (RaC’) 1.6410 - 4 s



210

Po (RaF) 138.38d

215

Po (AcA) 1.7810 -3 s

 

211

Po (AcC’) 0.5163s

216

Po (ThA) 0.15s

 

212 Po (ThC’) 310 -7 s



214

Bi (RaC) 19.7m

 

210

Bi (RaE) 5.01d



 

211

Bi (AcC) 2.15m



 

212

Bi (ThC) 60.60m



82Pb

214 Pb (RaB) 26.8m

 

210 Pb (RaD) 22.3y

 

206 Pb (RaG)

211 Pb (AcB) 36.1m

 

207 Pb (AcD)

212 Pb (ThB) 10.64h

 

208 Pb (ThD)

81Tl

210 Tl (RaC’’) 1.30m

206 Tl (RaE’’) 4.20m

207 Tl (AcC’’) 4.77m

208 Tl (ThC’’) 3.053m

Hình 1.6 Sơ đồ phân rã của các chuỗi 238 U, 235 U và 232 Th và các sản phẩm phân rã của 4 đồng vị Ra tự nhiên [9]

Các nghiên cứu tiếp theo cho thấy rađi là nguyên nhân trực tiếp gây tổn thương xương, rađi tồn tại trong xương đến mức đáng kể sau 25-30 năm Ngoài

ra các nghiên cứu cũng cho thấy không chỉ rađi mà stronti, bari, plutoni, Ce-144, Pr-144 cùng tồn tại trong xương và gây tổn thương Các chất này rất độc vì chỉ một lượng rất bé chúng cũng gây tổn thương các tế bào xương nhạy bức xạ và các mô tạo máu trong tuỷ xương, gây ung thư xương

Sự khám phá nguyên tố mang đến nhiều thành công cho sự nghiệp của nhà bác học tài năng Marie Curie lại chính là nguyên nhân dẫn đến cái chết của nhà bác học này Các nghiên cứu về sau còn đưa ra các kết luận về tình trạng rụng tóc, vỡ mạch máu dưới da, ung thư ác tính và nhiều bệnh đau đớn khác nữa đối với các công nhân làm việc trong các hầm mỏ nơi mà hàm lượng rađi cao

hơn mức bình thường [21], [30], [36], [47], [61]

1.1.3.2 Các đặc trưng địa hóa của Ra

1.1.3.2a Nguồn gốc và sự phân bố Ra trong địa quyển:

Do độ giàu trung bình tự nhiên của rađi trong các loại đá là gần 10-12 g/g, rađi không tạo thành các khoáng của chính nó, nhưng lại được phân tán nhiều và thay thế đối với các nguyên tố khác trong các khoáng mới được sinh ra

Mặc dù hàm lượng rađi là cực thấp trong các loại đá nền nhưng các con cháu của rađi tập trung nhiền hơn trong các vết nứt nhỏ Bước đầu tiên là Ra tách từ đá có chứa uran của nó và thông thường được xem Ra2+, một cation có bán kính lớn (1.4 A0), liên quan đến U4+ (1.04 A0), và là siêu ổn định trong cấu trúc của các khoáng như uranitit và coffinit Sự mất mát rađi có thể xảy ra bởi sự phân tán trong khoáng chủ nguyên thủy và do sự phân tán qua tầng nước thẩm thấu trên bề mặt hạt, và từ đó vào dung dịch Rõ ràng là sự phá hủy phóng xạ gây ra bởi nhân giật lùi của một nguyên tử khi nó phát hạt alpha cho phép tăng tính linh động của các con cháu và tăng phân tán trạng thái rắn của Ra2+

Trong sự phong hóa của các loại khoáng và đá, các quá trình lọc quan trọng để giải phóng Ra có thể ảnh hưởng đến sự phân tách Ra từ U Sự thiếu hụt của Ra (so sánh với U) trong nước ngầm gây ra do các dạng ion của cả hai

nguyên tố: U như các phức anion, Ra trong dạng ion Chỉ ở trong nước chứa dầu thì tỉ số cân bằng Ra/U thay đổi thiên hướng về phía Ra, do U được chiết khỏi nước bởi dầu và hơn nữa U được lọc mạnh từ các loại đá xung quanh trong các điều kiện lấy dầu [30], [61]

1.1.3.2b Tính linh động của Ra (và mẹ của nó là U) trong thủy quyển:

Ra2+ tan vừa phải trong nước tự nhiên, mặc dù có hàm lượng SO42- cao sẽ

ưu tiên sự di chuyển của nó do hỗn hợp các tinh thể sunphat, như Ba(Ra)SO4, hoặc nước có CO2 cao thì sự di chuyển là do (M,Ra)CO3 Hàm lượng sunphat cao có thể đáp ứng cho sự hình thành RaSO4, mặc dù hiếm khi hàm lượng Ra2+đạt đến giới hạn hòa tan Rađi trong dung dịch không phụ thuộc nhiều vào các loại anion Nó chỉ tạo thành các phức sunphat chứ không tạo thành các phức cacbonat

Ngược lại, U bị ảnh hưởng mạnh bởi sự có mặt của các anion, đặc biệt các dạng CO2 hòa tan Nhìn chung, lượng CO2 hòa tan càng cao thì tính tan của

U (VI) càng cao Cả U và Ra đều rất giàu trong nước có pH thấp và cao, do vậy

mà thông thường khi nước có pH thấp và cao đều có tính phóng xạ cao hơn khi nước có pH trung bình

Sự di chuyển của Ra và U khỏi dung dịch có thể xảy ra bởi sự thủy phân,

sự hấp thụ, sự phá vỡ các ion phức, sự khử U (VI) thành U (IV) và sự tạo thành các muối không tan Đối với U, sự tạo thành các khoáng có chứa U (VI) như khoáng carnotit là một cách có hiệu quả xả sạch U mà không cần khử Đối với

Ra, sự đồng kết tủa với các muối Ba là phổ biến và ít hơn với các muối Ca, Mg,

và thậm chí với các muối Fe, Mn cũng có thể xảy ra [30], [61]

1.1.3.2c Sự chuyển dịch và chuyển hóa của rađi trong môi trường:

Sự phân bố trong môi trường của rađi thay đổi phụ thuộc vào nguồn gốc của nó Hơn nữa, theo Dyck và Jonasson, các quá trình ảnh hưởng đến sự phân

bố có thể được phân tích theo phương trình dưới đây:

Ra2+ + Ba2+ + Ca – (đất sét)  Ca2+ + Ra – (đất sét) – Ba: sự hấp phụ, xCa2+ + (1-x)Ra2+ + MCO3  CaxR1-x CO3 + M2+: đồng kết tủa,