Nghiên cứ đặc điểm trường bức xạ tự nhiên phục vụ đánh giá ô nhiễm phóng xạ trên một số mỏ chứa chất phóng xạ và khu vực dân cư miền núi bắc bộ

NGUYỄN VĂN NAM NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỜNG BỨC XẠ TỰ NHIÊN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM PHÓNG XẠ TRÊN MỘT SỐ MỎ CHỨA CHẤT PHÓNG XẠ VÀ KHU VỰC DÂN CƯ MIỀN NÚI BẮC BỘ Chuyên ngành: Địa vật lý

NGUYỄN VĂN NAM

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TRƯỜNG BỨC XẠ TỰ NHIÊN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM PHÓNG XẠ TRÊN MỘT SỐ MỎ CHỨA CHẤT PHÓNG XẠ VÀ

KHU VỰC DÂN CƯ MIỀN NÚI BẮC BỘ

Chuyên ngành: Địa vật lý

Mã số: 62.44.61.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐỊA CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS Lê Khánh Phồn

Hà Nội - 2010

MỤC LỤC

Trang bìa………

Lời cam đoan ………

Mục lục………

Danh mục các bảng 4

Danh mục các hình vẽ 6

Danh mục các ảnh 7

MỞ ĐẦU 8

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ MÔI TRƯỜNG PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 14

1.1 Một số khái niệm và đơn vị đo lường trong đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên 14

1.2 Khái quát về môi trường phóng xạ tự nhiên 17

1.3 Các thành phần và đối tượng trong nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên 20

1.4 Tình hình nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên trên thế giới 22

1.5 Tình hình nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên ở Việt Nam và một số tồn tại 24

Chương 2 ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN VÀ MÔ HÌNH ĐẶC TRƯNG CÁC MỎ CHỨA PHÓNG XẠ MIỀN NÚI BẮC BỘ 29

2.1 Khái quát điều kiện môi trường tự nhiên các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ 29

2.2 Mô hình địa chất, suất liều gamma trên thân quặng chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 35

2.3 Mô hình địa chất, nồng độ khí radon trên thân quặng chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 46

2.4 Sự thay đổi nồng độ khí phóng xạ theo thời gian, theo mùa 52

2.5 Sự phát tán của các thành phần liều chiếu vào không gian 55

2.6 Sự phát tán của các nhân phóng xạ trong nước và cây trồng 57

2.7 Nghiên cứu nâng cao hiệu quả đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên trên một số mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 59

Chương 3 ĐẶC ĐIỂM TRƯỜNG BỨC XẠ TỰ NHIÊN TRÊN MỘT

SỐ MỎ CHỨA PHÓNG XẠ VÀ KHU VỰC DÂN CƯ

MIỀN NÚI BẮC BỘ 72

3.1 Đặc điểm suất liều gamma và liều chiếu ngoài trên một số mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 74

3.2 Đặc điểm phân bố nồng độ radon trên một số mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 78

3.3 Đặc điểm phân bố hàm lượng các chất phóng xạ (U, Th, K) trên mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 81

3.4 Đặc điểm tổng liều tương đương trên các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ 88

Chương 4 ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG PHÓNG XẠ TRÊN MỘT SỐ MỎ CHỨA PHÓNG XẠ VÀ KHU VỰC DÂN CƯ MIỀN NÚI BẮC BỘ 92

4.1 Kết quả đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên vùng Đông Cửu - Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ 92

4.2 Kết quả đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên vùng Phong Thổ - Tam Đường, tỉnh Lai Châu 103

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 129

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHẦN PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Hệ số chất lượng QF và trọng số bức xạ WR với một số loại bức xạ 16 Bảng 1.2 Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ trái đất 18 Bảng 1.3 Định mức liều giới hạn hàng năm 19 Bảng 1.4 Định mức nồng độ giới hạn hàng năm 20 Bảng 1.5 Thống kê các diện tích không an toàn phóng xạ trên một số mỏ đã

điều tra ở Bắc Bộ 26 Bảng 2.1 Danh sách các mỏ chứa phóng xạ đã phát hiện, điều tra, đánh giá

ở Bắc Bộ 29 Bảng 2.2 Các kiểu mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ 34 Bảng 2.3 Hệ số làm yếu cường độ gamma của nguồn thể tích 39 Bảng 2.4 Suất liều bức xạ gamma trên thân quặng urani hàm lượng

0,01% U3O8 40 Bảng 2.5 Suất liều bức xạ gamma trên thân quặng hỗn hợp, hàm lượng

0,01% Th2O và 0,005% U3O8 42 Bảng 2.6 Tham số khuếch tán thực nghiệm của radon trong môi trường 49 Bảng 2.7 Nồng độ Rn tại các vị trí khác nhau trong môi trường không khí 50 Bảng 2.8 Sự thay đổi hệ số eman hóa (Kem) của quặng urani

vào điều kiện đo 53 Bảng 2.9 Nồng độ các chất phóng xạ trong nước mặt và nước ngầm ở mỏ đất hiếm Mường Hum 57 Bảng 3.1 Suất liều gamma trên nền các loại đất đá thuộc một số mỏ phóng xạ

ở Bắc Bộ 74 Bảng 3.2 Nồng độ radon môi trường trên nền các loại đất đá thuộc một số mỏ phóng xạ ở Bắc Bộ 78 Bảng 3.3 Nồng độ Radon, Thoron và hàm lượng uran trong nước ở một số mỏ 81 Bảng 3.4 Đặc trưng thống kê thành phần môi trường phóng xạ của mẫu nước theo nền đá gốc 83 Bảng 3.5 Thống kê hàm lượng nguyên tố phóng xạ theo các loại thực vật

ở một số vùng mỏ phóng xạ 85

Bảng 3.6 Thống kê hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong thực vật

trồng trên các nền đá khác nhau 85 Bảng 3.7 Tổng hợp mức phông bức xạ tự nhiên và phân vùng phóng xạ

trên một số mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ 88 Bảng 4.1 Giới hạn toạ độ vùng Đông Cửu - Thanh Sơn - Phú Thọ 93 Bảng 4.2 Cường độ bức xạ gamma đặc trưng của các đối tượng địa chất

vùng Tam Đường - Phong Thổ 109 Bảng 4.3 Đặc trưng thống kê thành phần môi trường phóng xạ của mẫu

nước theo phân vùng môi trường phóng xạ 114 Bảng 4.4 Tổng hoạt độ ,  của các mẫu nước

vùng Phong Thổ-Tam Đường, tỉnh Lai Châu 115 Bảng 4.5 Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ trong các mẫu lương thực

vùng nghiên cứu 116

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các thành phần môi trường phóng xạ tự nhiên 21 Hình 2.1 Sơ đồ phân bố các mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ 31 Hình 2.2 Trường bức xạ gamma của nguồn kích thước hữu hạn 37 Hình 2.3 Đồ thị suy giảm suất liều bức xạ gamma trên mô hình thân quặng Urani độc lập 41 Hình 2.4 Đồ thị suy giảm bức xạ gamma trên mô hình thân quặng

hỗn hợp (U, Th) 43 Hình 2.5 Kiểm chứng mô hình suất liều gamma tuyến T1- mỏ đất hiếm

Đông Pao - Lai Châu 45 Hình 2.6 Mô hình phân bố nồng độ khí phóng xạ trong lớp eman hoá

nằm ngang 46 Hình 2.7 Mô hình tính nồng độ khí phóng xạ trong môi trường không khí 48 Hình 2.8 Kiểm chứng mô hình nồng độ khí Radon tuyến T2 - mỏ đất hiếm

Đông Pao - Lai Châu 51 Hình 2.9 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ radon theo ngày, đêm trên mỏ đất hiếm Yên Phú - Yên Bái 54 Hình 2.10 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ radon theo ngày đêm,

theo mùa (thân quặng F5) vùng Đông Pao, Lai Châu 55 Hình 2.11 Sự biến đổi không gian của các thành phần môi trường phóng xạ

theo mặt cắt 0601- Đông Pao 56 Hình 2.12 Sự phát tán của các nguyên tố phóng xạ trong nước mặt 58 vùng Bình Đường - Cao Bằng 58 Hình 2.13 Sự thay đổi hàm lượng các chất phóng xạ trong cây ngô ở mỏ

đất hiếm Mường Hum - Lao Cai 58 Hình 2.14 Đồ thị suất liều gamma trên khối vật liệu xây dựng ở Lai Châu 71 Hình 2.15 Miền ảnh hưởng của suất liều gamma do khối vật liệu xây dựng

gây ra 71 Hình 3.1 Sơ đồ đẳng trị suất liều gamma vùng Đông Pao - Lai Châu 77 Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị nồng độ Radon vùng Đông Pao - Lai Châu 80

Hình 3.3 Sự thay đổi nồng độ nguyên tố phóng xạ trong mẫu nước theo

hướng dòng chảy ở mỏ đất hiếm Đông Pao - Lai Châu 82

Hình 3.4 Sự thay đổi nồng độ nguyên tố phóng xạ trong mẫu nước theo hướng dòng chảy ở mỏ đất hiếm Mường Hum – Lao Cai 84

Hình 3.5 Sự thay đổi hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong mẫu thóc ở mỏ đất hiếm Đông Pao 87

Hình 3.6 Sự phát tán các nguyên tố phóng xạ trong hạt ngô ở mỏ urani Bình Đường - Cao Bằng 87

Hình 3.7 Tỷ lệ phần trăm suất liều tương đương toàn vùng Thanh Sơn 90

Hình 3.8 Tỷ lệ phần trăm suất liều tương đương toàn vùng Mường Hum 90

Hình 3.9 Sơ đồ phân vùng môi trường phóng xạ vùng Đông Pao 91

Hình 4.1 Sơ đồ vị trí vùng đánh giá môi trường phóng xạ 94

Hình 4.2 Bản đồ tổng liều tương đương vùng Đông Cửu - Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ 100

Hình 4.3 Sơ đồ hiện trạng và phân vùng ô nhiễm phóng xạ vùng Đông Cửu - Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ 102

Hình 4.4 Vị trí vùng Phong Thổ - Tam Đường, tỉnh Lai Châu 104

Hình 4.5 Bản đồ đẳng trị liều chiếu ngoài vùng Phong Thổ - Tam Đường, tỉnh Lai Châu 112

Hình 4.6 Bản đồ đẳng trị liều chiếu trong vùng Phong Thổ - Tam Đường, tỉnh Lai Châu 118

Hình 4.7 Bản đồ tổng liều tương đương bức xạ vùng Phong Thổ- Tam Đường, tỉnh Lai Châu 120

Hình 4.8 Bản đồ hiện trạng và phân vùng môi trường phóng xạ vùng Phong Thổ - Tam Đường, tỉnh Lai Châu 126

DANH MỤC CÁC ẢNH Ảnh 3.1 Nhà dân làm ngay tại vùng mỏ Bắc Nậm Xe - Lai Châu 73

Ảnh 3.2 Làm nhà và canh tác ngay trên thân quặng urani ở vùng Bình Đường - Cao Bằng 73

Ảnh 4.1 Cảnh quan khu vực đánh giá môi trường xã Đông Cửu - Thanh Sơn - Phú Thọ 93

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, công tác bảo vệ môi trường nói chung cũng như môi trường phóng xạ nói riêng đã và đang trở thành vấn đề quan trọng hàng đầu được thế giới trong đó có Việt Nam quan tâm nghiên cứu để đưa ra các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ảnh hưởng của chúng tới môi trường sống Bảo vệ môi trường đã trở thành một vấn đề cấp thiết mang tính toàn cầu

Miền Bắc Việt Nam là một trong những địa bàn đã phát hiện một số lượng đáng kể các mỏ chứa phóng xạ với loại hình khác nhau Các mỏ này ngoài việc cung cấp khoáng sản phục vụ phát triển kinh tế xã hội còn gây ra nguy cơ ô nhiễm môi trường phóng xạ tự nhiên không chỉ trong phạm vi khu mỏ mà ở cả các khu vực lân cận

Những năm gần đây, hàng loạt các mỏ khoáng sản đã và đang được đẩy mạnh công tác thăm dò, khai thác, phục vụ mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong số đó, phần lớn các mỏ đất hiếm chứa phóng xạ ở Bắc Bộ đã và sẽ được thăm dò, khai thác Khi công tác thăm dò, khai thác diễn ra, chắc chắn sự phát tán, rửa trôi sẽ làm gia tăng các chất phóng xạ từ vùng mỏ vào môi trường

Được Đảng và Nhà nước quan tâm, công tác đánh giá môi trường phóng xạ

tự nhiên trong những năm gần đây được nhiều cơ quan, đơn vị, viện nghiên cứu, trường đại học, sở khoa học và công nghệ một số tỉnh tham gia nghiên cứu Kết quả

đã phát hiện và khoanh định được nhiều vùng không an toàn phóng xạ, mang lại hiệu quả thiết thực trong công tác quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội của địa phương

Công tác nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên bước đầu đã đạt được một số thành tựu nhất định, song cũng đã bộc lộ các hạn chế như: hệ phương pháp, thiết bị nghiên cứu ở các đơn vị tham gia nghiên cứu không thống nhất và đồng bộ, một số thiết bị không đảm bảo độ nhạy trong nghiên cứu môi trường; mạng lưới đo

vẽ, lấy mẫu cũng rất khác nhau giữa các đề tài, đề án trong cùng tỷ lệ đo vẽ; công tác tính toán định lượng các thành phần liều và thành lập bản đồ phân vùng ô nhiễm cũng chưa có sự thống nhất giữa các đơn vị tham gia nghiên cứu

Vì vậy, vấn đề mang tính cấp thiết hiện nay là cần nghiên cứu chi tiết đặc điểm các thành phần môi trường phóng xạ tự nhiên để từ đó thiết lập hệ phương pháp nghiên cứu, tỷ lệ, mạng lưới đo vẽ, xử lý luận giải hợp lý để đánh giá mức độ

ô nhiễm môi trường phóng xạ tự nhiên trên các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân

cư miền núi Bắc Bộ với độ tin cậy và hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu đặc điểm các thành phần trường bức xạ tự nhiên trên các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ và mối quan hệ giữa các thành phần môi trường để xác lập luận cứ khoa học đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên, phân chia các diện tích ô nhiễm phóng xạ phục vụ cho sự phát triển bền vững nền kinh tế và bảo vệ sức khỏe cộng đồng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: các thành phần môi trường phóng xạ tự nhiên trong các môi trường sống của con người (đất, nước, không khí) thuộc các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư lân cận

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là: các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư lân cận thuộc các tỉnh miền núi Bắc Bộ

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích của đề tài, luận án phải giải quyết các nội dung chính sau đây:

- Nghiên cứu tổng quan về môi trường phóng xạ tự nhiên nhằm sáng tỏ các thành phần, các đại lượng, các đối tượng trong nghiên cứu môi trường phóng xạ

- Nghiên cứu xác lập mô hình địa chất môi trường phóng xạ đặc trưng trên các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ và tính toán lý thuyết các thành phần trường bức xạ trên mô hình để thấy được khả năng và mức độ phát tán của các thành phần trường bức xạ đặc trưng trên vùng nghiên cứu

- Nghiên cứu sự thay đổi không gian và thời gian của các thành phần môi trường phóng xạ nhằm đề xuất phương pháp quan trắc môi trường phóng xạ, hiệu chỉnh đại lượng liều chiếu trong, nâng cao hiệu quả nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm các thành phần môi trường phóng xạ trên một số mỏ chứa phóng xạ đặc trưng và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ, xác lập quá trình phát

tán của chúng trong các môi trường sống của con người trên cơ sở đó đánh giá khả năng và mức độ ô nhiễm môi trường phóng xạ tự nhiên, phân chia các diện tích ô nhiễm trên mỗi vùng nghiên cứu

- Đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên trên một số mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ

5 Cơ sở tài liệu

Luận án được xây dựng trên cơ sở thu thập, tổng hợp các tài liệu địa chất và môi trường phóng xạ được các tác giả Liên đoàn Địa chất xạ hiếm thực hiện trong nhiều năm qua trên khu vực các tỉnh miền núi Bắc Bộ mà trong đó NCS trực tiếp làm chủ nhiệm hoặc tham gia thực hiện, nguồn tài liệu này bao gồm:

- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ đo và xử lý tài liệu địa vật lý phóng xạ trong tìm kiếm đánh giá và thăm dò quặng phóng xạ trên lãnh thổ Việt Nam

- Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định mức độ ô nhiễm môi trường của các nguồn phóng xạ tự nhiên để xây dựng quy trình công nghệ đánh giá chi tiết các vùng ô nhiễm phóng xạ tự nhiên

- Nghiên cứu khảo sát, đánh giá hiện trạng bức xạ tự nhiên và xây dựng cơ

sở dữ liệu về môi trường phóng xạ trên địa bàn thị xã Lai Châu, huyện Tam Đường

6 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các nội dung nghiên cứu nêu trên, NCS đã sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu, gồm:

- Nghiên cứu cở sở lý thuyết về các thành phần tạo nên môi trường phóng xạ

tự nhiên và tính toán các đại lượng đặc trưng làm cơ sở để đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên

- Phương pháp mô hình hóa các đối tượng địa chất môi trường đặc trưng, giải bài toán thuận về mức độ gây ra trường bức xạ (trường gamma, khí radon) trên mô hình làm cơ sở lựa chọn thiết bị, mạng lưới đo vẽ, đánh giá môi trường

- Phương pháp thực nghiệm đo đạc, kiểm chứng các tham số trường bức xạ trên đối tượng cụ thể, đối sánh với các tính toán lý thuyết nhằm đánh giá hiệu quả các kết quả thực tiễn và lý thuyết

- Phương pháp luận giải tổng hợp các kết quả tính toán và đo đạc để lựa chọn phương pháp, cách thức thích hợp nhằm đánh giá các trường bức xạ trên các thân quặng, các đối tượng địa chất cũng như mức độ lan truyền, phát tán của chúng vào môi trường

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Đã đưa ra hệ phương pháp, thiết bị nghiên cứu hợp lý, phù hợp với các điều kiện kinh tế kỹ thuật với độ chính xác cao trong đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên

- Đã đưa ra phương pháp phân vùng môi trường phóng xạ gồm 1 vùng an toàn và 3 vùng ô nhiễm tương ứng cho 3 nhóm đối tượng bị chiếu xạ (C, B, A) Nó giúp đắc lực cho việc kiểm soát môi trường phóng xạ của các cấp chính quyền địa phương miền núi Bắc Bộ

- Đề xuất hệ phương pháp đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên ngoài việc

áp dụng hiệu quả trong vùng mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ còn có thể áp dụng để đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên với các vùng có điều kiện địa chất, địa vật lý tương tự

- Hệ phương pháp nêu trên đã được kiểm định, đánh giá ô nhiễm trên 2 vùng: Đông Cửu - Thanh Sơn - Phú Thọ và Phong Thổ - Tam Đường - Lai Châu Kết quả

đã giúp cho chính quyền địa phương kiểm soát môi trường phóng xạ Độ tin cậy hay

độ chính xác đo đạc và xử lý phân tích hoàn toàn đáp ứng các quy định trong "Quy phạm kỹ thuật thăm dò phóng xạ" do Bộ Công nghiệp ban hành năm 1998

8 Những điểm mới của luận án

8.1 Bằng khảo sát môi trường phóng xạ tự nhiên theo mạng lưới ô vuông và theo tất cả các đối tượng có mặt trong vùng đã phát hiện các đối tượng “nhân tạo” bị nhiễm phóng xạ và tránh bỏ sót dị thường

8.2 Phát hiện sự dao động đáng kể của nồng độ khí phóng xạ giữa ban ngày

và ban đêm, giữa mùa mưa và mùa khô Vì việc đo nồng độ khí phóng xạ chỉ tiến hành theo một mùa nhất định vào ban ngày (thường vào mùa khô) Nên khi tính liều chiếu trong qua đường hô hấp cần sử dụng kết quả trung bình hóa nồng độ khí phóng xạ trong năm

8.3 Mỗi vùng khảo sát môi trường phóng xạ tự nhiên trên các mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ được chia thành 2 diện tích gồm:

“diện chứa quặng” và “diện lân cận” và thực hiện đo đạc, khảo sát theo 2 mạng lưới khác nhau, nhờ đó đã tiết kiệm đáng kể khối lượng điểm đo mà vẫn không bỏ sót dị thường và đối tượng nghiên cứu trong vùng

8.4 Lần đầu tiên đưa ra nguyên tắc xây dựng bản đồ liều tương đương bức

xạ trên cơ sở chồng chập các bản đồ liều thành phần, luôn đảm bảo nguyên tắc: Liều tương đương = tổng liều thành phần tại mỗi vị trí và thống nhất phương pháp tính toán định lượng các thành phần liều chiếu phù hợp với các thiết bị nghiên cứu hiện tại

9 Luận điểm bảo vệ

9.1 Bằng tính toán lý thuyết trường bức xạ gamma và nồng độ khí phóng xạ trên mô hình mỏ chứa phóng xạ ở các tỉnh miền núi Bắc Bộ đã nhận dạng được các đặc trưng trường phóng xạ tự nhiên, từ đó lựa chọn hệ thiết bị nghiên cứu, mạng lưới đo vẽ tối ưu, phù hợp cho một số mỏ chứa phóng xạ và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ

9.2 Đã: xác lập được hệ phương pháp, thiết bị, mạng lưới đo vẽ và phương pháp tính toán liều thành phần hợp lý, thành lập bản đồ liều tương đương theo phương pháp chồng chập các bản đồ liều thành phần và phân vùng môi trường phóng xạ theo 2 vùng là “vùng an toàn” và “vùng ô nhiễm” Trong đó, vùng ô nhiễm được phân ra 3 mức ứng với 3 nhóm đối tượng bị chiếu xạ (C, B, A), nó đã thực sự nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường phóng xạ

tự nhiên

9.3 Đã áp dụng hệ phương pháp đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên trên

2 vùng: Đông Cửu - Thanh Sơn - Phú Thọ và Phong Thổ - Tam Đường - Lai Châu, qua đó đã phân chia được các vùng an toàn và vùng ô nhiễm phóng xạ loại I, II, III

phù hợp với thực tế, đủ mức chi tiết và tin cậy cho việc đề xuất các giải pháp giảm thiểu, phòng ngừa trong công tác quy hoạch và phát triển bền vững nền kinh tế xã hội của địa phương

11 Lời cảm ơn

Luận án được hoàn thành tại Bộ môn Địa vật lý, Khoa Dầu khí Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội và Liên đoàn Địa chất xạ hiếm dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư, Tiến sĩ Lê Khánh Phồn - Bộ môn Địa vật lý, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất và Tiến sĩ Nguyễn Tuấn Phong - Chuyên viên địa vật lý, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

Trong quá trình thực hiện luận án, NCS luôn nhận được sự giúp đỡ của các thày, cô giáo trong Bộ môn Địa vật lý, Khoa sau đại học, Lãnh đạo trường Đại học

Mỏ - Địa chất, Lãnh đạo Liên đoàn Địa chất xạ hiếm, Vụ Khoa học và Công nghệ, Trung tâm Thông tin và Lưu trữ, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

Nhân dịp này NCS xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến tất cả các cơ quan, các thày cô giáo, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và những người thân đã tận tình giúp đỡ NCS hoàn thành luận án NCS cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn tới các nhà khoa học, các nhà địa chất đi trước đã cho phép NCS sử dụng và kế thừa những kết quả nghiên cứu trong luận án của mình

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ MÔI TRƯỜNG PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 1.1 Một số khái niệm và đơn vị đo lường trong đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên

1.1.1 Khái niệm nguồn phóng xạ tự nhiên

Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại, gồm: nguồn phóng xạ tự nhiên (Natural radioactive source) và nguồn phóng xạ nhân tạo (Artificial radioactive source) Nguồn phóng xạ tự nhiên, mà người ta thường gọi là phông phóng xạ tự nhiên bao gồm các đồng vị phóng xạ có mặt trong trái đất, trong nước và trong bầu khí quyển Nguồn phóng xạ nhân tạo do con người chế tạo ra bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc [18]

1.1.2 Khái niệm phông bức xạ tự nhiên

Nghị định số 50/1998/NĐ-CP Chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã quy định [7]:

“Phông bức xạ tự nhiên là những bức xạ có nguồn gốc tự nhiên (như bức xạ

từ vũ trụ, từ các hạt nhân phóng xạ tự nhiên có trong đất đá, không khí, nước, cơ thể con người và sinh vật, vật liệu …)”

Hiện nay, các đơn vị chính được sử dụng trong đo lường bức xạ là hoạt độ, liều hấp thụ, liều tương đương, liều hiệu dụng và liều chiếu [18] Sau đây là định nghĩa các đơn vị này

1.1.3 Đơn vị đo lường trong đánh giá môi trường phóng xạ

1 Bq là 1 phân rã trong 1 giây

Hoạt độ riêng (specific activity) là hoạt độ phóng xạ của một đơn vị nguồn

phóng xạ Đơn vị thường dùng là Bq/kg (thường dùng đối với nguồn dạng rắn), Bq/m3 (thường dùng với nguồn dạng lỏng hay khí)

2 Liều hấp thụ (Absorbed dose)

Tác hại của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào sự hấp thụ năng lượng của bức

xạ và gần đúng tỷ lệ với nồng độ năng lượng hấp thụ trong mô sinh học Do đó đơn

vị cơ bản của liều bức xạ được biểu diễn qua năng lượng hấp thụ trên một đơn vị khối lượng của mô Khái niệm liều hấp thụ không chỉ dùng cho đối tượng sinh học

mà dùng cho một môi trường vật chất bất kỳ Do vậy, nó được định nghĩa như sau:

cho vật chất trong yếu tố thể tích và khối lượng vật chất dm của thể tích đó

D =

dm

d

( 1.3) Đơn vị liều hấp thụ trong hệ SI là Gray (ký hiệu là Gy)

3 Liều tương đương

Tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau là khác nhau Đó là do sự khác nhau về độ mất mát năng lượng trên 1 đơn vị đường đi của các loại bức xạ khác nhau và 1Gy của hạt alpha cho hiệu ứng sinh học lớn hơn 20 lần so với 1Gy của bức xạ gamma

Liều tương đương H là đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích của liều hấp thụ D với hệ số chất lượng (Quality Factor) đối với các loại bức xạ, được ký hiệu là QF Ủy ban Quốc tế về bảo vệ bức xạ ICRP (International Commission on Radiation Protection) đặt lại tên hệ số chất lượng là trọng số bức xạ (Radiation Weighting Factor) và ký hiệu là WR Tức là:

H = D WR (1.4) Đơn vị dùng trong hệ SI là Sievert (ký hiệu là Sv)

4 Liều chiếu (Exposure dose)

Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa không khí của bức xạ tại một vị trí nào

đó Liều chiếu X là tỷ số giữa giá trị tuyệt đối tổng điện tích dQ của tất cả các ion cùng dấu được tạo ra trong một thể tích nguyên tố của không khí, khi tất cả các electron và positron thứ cấp do các gamma tạo ra bị hãm hoàn toàn trong thể tích không khí đó và khối lượng dm của thể tích nguyên tố không khí đó

1R = 2,58.10-4 C/kg (1.8) Suất liều chiếu X* là liều chiếu trong một đơn vị thời gian Đơn vị suất liều chiếu trong hệ SI là C/kg/s

Đơn vị ngoài hệ SI thường dùng là R/h hay mR/h

1.2 Khái quát về môi trường phóng xạ tự nhiên

Ngay từ những ngày đầu tiên nghiên cứu về tia X và các chất phóng xạ, người ta đã ghi nhận được rằng chiếu xạ liều cao có thể gây tổn thương mang tính bệnh lý đối với các tế bào cơ thể người Thêm vào đó, các nghiên cứu dài hạn về bệnh lý đối với cư dân bị chiếu xạ, đặc biệt là những người còn sống sót sau hai vụ ném bom nguyên tử tại Hirsoshima và Nagasaki ở Nhật Bản năm 1945 đã cho thấy: chiếu xạ còn có khả năng tiềm tàng gây ra các triệu chứng ác tính về sau Chính vì vậy, các hoạt động liên quan đến bức xạ phải tuân theo các tiêu chuẩn nhất định về

an toàn để bảo vệ con người khỏi bị chiếu xạ [18]

Bức xạ và các chất phóng xạ là đặc tính vốn có và vĩnh cửu của môi trường,

vì vậy những rủi ro liên quan đến chúng chỉ có thể được hạn chế chứ không thể loại

bỏ hoàn toàn Thêm vào đó, việc sử dụng các chất phóng xạ nhân tạo đang được phát triển rộng rãi Các nguồn phóng xạ cũng rất quan trọng đối với nhiều ngành kinh tế Việc sử dụng năng lượng hạt nhân và ứng dụng sản phẩm phụ của bức xạ

và các chất phóng xạ đang tiếp tục tăng nhanh trên phạm vi toàn cầu [18], [50]

Sự chấp nhận của cộng đồng đối với những rủi ro liên quan đến bức xạ cần phải được cân bằng với các nguồn lợi thu được từ việc sử dụng bức xạ Bởi vậy, các rủi ro cần phải được hạn chế và bảo vệ bằng việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ

Các nhân phóng xạ có mặt ở mọi nơi (trong đất, nước, không khí, thức ăn, nước uống, vật liệu xây dựng…) trong môi trường sống của con người

Mọi lúc, mọi nơi trong cuộc sống, con người đều nhận được một liều chiếu

từ các tia bức xạ Ở những vị trí, những vùng miền khác nhau, liều tương đương bức

xạ là khác nhau Ngày nay, đã phát hiện được rất nhiều các đồng vị phóng xạ, trong

đó các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ trái đất được đưa ra trong bảng 1.2 dưới đây:

Bảng 1.2 Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ trái đất [18],[60]

Nhân

phóng xạ

Hoạt độ tự nhiên

U235 Chiếm khoảng 0,72% tổng số khối lượng uran tự nhiên

U238 Chiếm 99,2745% tổng số uran tự nhiên Uranium tự nhiên có từ 0,5

+ Chiếu xạ ngoài là sự chiếu xạ do nguồn bức xạ bên ngoài lên cơ thể + Chiếu xạ trong là sự chiếu xạ do nguồn phóng xạ hở xâm nhập vào trong

cơ thể

Trong cơ thể con người gồm nhiều cơ quan khác nhau Các tế bào tạo nên các mô và các cơ quan hoạt động một cách có hệ thống Nếu tế bào mất khả năng nhân đôi hoặc các chức năng của tế bào bị hạn chế thì các mô và các cơ quan cũng

bị thay đổi, gây lên các bệnh như đục thủy tinh thể, giảm số lượng bạch cầu, ban sốt đỏ… Khi đó chức năng chung của cơ thể cũng bị thay đổi, xuất hiện các triệu chứng như nôn mửa, chảy máu hay co giật, nhiều năm sau đó có thể xuất hiện bệnh ung thư

Liều tương đương bức xạ (H) là đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của bất kỳ loại bức xạ nào Liều tương đương bức xạ H là tổng của liều chiếu ngoài

Hn và liều chiếu trong Ht:

H = Hn + Ht (1.9) Trong đó: Hn là liều chiếu ngoài do các bức xạ xâm nhập từ bên ngoài vào

cơ thể trong năm

Ht là liều chiếu trong xâm nhập vào cơ thể quan con đường ăn uống và hô hấp trong năm

Để làm căn cứ đánh giá mức độ ô nhiễm phóng xạ, người ta đưa ra các tiêu chuẩn về liều giới hạn và nồng độ giới hạn

Liều giới hạn: là giá trị lớn nhất của liều tương đương cá nhân trong một

năm mà nhân viên bức xạ (nhân viên làm việc với chất phóng xạ) có thể bị chiếu Nếu bị chiếu đều đặn bởi liều này trong suốt 50 năm làm việc liên tục thì vẫn không có biến động gì về sức khoẻ của bản thân họ và con cháu họ

Nồng độ giới hạn: là nồng độ cao nhất của chất phóng xạ trong một đơn vị

thể tích nước ăn hoặc khí thở đối với các đối tượng để cho mức xâm nhập hàng năm của chất phóng xạ vào cơ thể không vượt quá giới hạn quy định

Đối tượng những người bị chiếu xạ được phân ra 3 loại như sau:

- Đối tượng A: gồm nhân viên bức xạ làm việc trực tiếp với các chất phóng

xạ

- Đối tượng B: những người lân cận

- Đối tượng C: dân chúng

Bảng 1.3 và bảng 1.4 dưới đây quy định liều giới hạn hàng năm và định mức nồng độ giới hạn hàng năm đối với các đối tượng tiếp xúc bức xạ

Bảng 1.3 Định mức liều giới hạn hàng năm [6],[50],[59]

Liều bức xạ giới hạn (mSv/năm) Đối tượng

Theo cơ quan năng lượng nguyên tử (IAEA) - 1996

Việt Nam (1996)

Bảng 1.4 Định mức nồng độ giới hạn hàng năm [6],[47],[50]

Nồng độ (hàm lượng) giới hạn Đối tượng

gây bức xạ Trong không khí

(Bq/l)

Trong nước (Bq/l)

Trong vật liệu xây dựng 238

Mặt khác, phải sử dụng các biện pháp thu thập, lấy mẫu, phân tích để xác định được hàm lượng (nồng độ) các nhân phóng xạ trong các môi trường sống của con người

1.3 Các thành phần và đối tượng trong nghiên cứu môi trường phóng

xạ tự nhiên

- Các thành phần của môi trường phóng xạ tự nhiên

Môi trường phóng xạ được hình thành từ các nguồn bức xạ khác nhau và tồn tại trong điều kiện tự nhiên luôn biến đổi Sự biến đổi của môi trường phóng xạ tự nhiên hoặc làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm môi trường hoặc có thể giảm thiểu tác động của nó Môi trường phóng xạ tự nhiên là tập hợp môi trường sống của con người mà ở đó các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa, tùy theo mức độ có thể ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe con người sống trong môi trường đó Các thành phần chính tạo nên môi trường phóng xạ tự nhiên được thể hiện ở hình 1.1 dưới đây

Hình 1.1 Các thành phần môi trường phóng xạ tự nhiên Trong hình 1.1, môi trường phóng xạ tự nhiên được đánh giá thông qua liều tương đương bức xạ do các tia phóng xạ alpha, beta, gamma phát ra từ các nhân phóng xạ có trong các môi trường khác nhau, một mặt thông qua nồng độ các nhân phóng xạ trong các cây lương thực, thực phẩm, trong nước uống để tính liều chiếu trong qua đường tiêu hóa

- Đối tượng nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên

Môi trường sống của con người là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóa học, sinh học, xã hội bao quanh và có ảnh hưởng tới sự sống và phát triển của các cá

Đất, đá

(U, Th, K,

Cs…)

Không khí (Rn, Tn, Ac…), Bụi

Nước (U, Ra, Th,

K, Cs…)

Sinh vật (U, Th, K…)

Chiếu trong qua đường tiêu hoá (mSv/năm)

nhân và cộng đồng con người [19] Đối tượng nghiên cứu của môi trường nói chung

và môi trường phóng xạ nói riêng chính là môi trường sống của con người Môi trường sống của con người nói một cách cụ thể gồm các đối tượng chính sau:

1.4 Tình hình nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên trên thế giới

Bằng chứng về tác hại của bức xạ phóng xạ đối với con người khi tiếp xúc với các chất phóng xạ đã được khẳng định từ sau khi Becqueren phát minh ra hiện tượng phóng xạ năm 1896 và càng được củng cố vào những thập niên đầu của thế

kỷ 20 Vì vậy, việc bảo vệ và xác định các điều kiện an toàn cho môi trường sống, cho con người khi làm việc trực tiếp hoặc tiếp xúc ngẫu nhiên với các bức xạ là rất cần thiết Chính vì thế, ngay từ đầu thế kỷ XX, nhiều tổ chức Quốc tế về an toàn bức xạ đã ra đời

Ủy ban Quốc tế về An toàn bức xạ (ICRP) đã được thành lập vào năm 1928 nhằm mục đích xây dựng các nguyên tắc cơ bản và đưa ra các khuyến cáo về các vấn đề bảo vệ an toàn bức xạ

Tháng 3 năm 1960, Hội đồng thống đốc Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) lần đầu tiên đã phê chuẩn các biện pháp bảo vệ an toàn bức xạ với tuyên bố rằng: “Những tiêu chuẩn an toàn cơ bản của IAEA… sẽ dựa trên cơ sở các khuyến cáo của Ủy ban Quốc tế về An toàn bức xạ (ICRP) để phát triển và mở rộng cho phù hợp khi có thể

Năm 1990 một bước tiến quan trọng nhằm đi tới sự thống nhất Quốc tế về an toàn bức xạ đã được xúc tiến: Một Ủy ban hỗn hợp giữa các tổ chức Quốc tế về An toàn bức xạ (IACRS) đã được thành lập như một diễn đàn trao đổi ý kiến và hợp tác trong các vấn đề liên quan tới an toàn bức xạ và hạt nhân giữa các tổ chức Quốc tế với nhau Tham gia vào Ủy ban này gồm: Ủy ban Khối cộng đồng chung Châu Âu

(CEC), Hội đồng tương trợ kinh tế (CMEA), Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực thế giới (FAO), Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), tổ chức lao động Quốc tế (ILO), Cơ quan Năng lượng Hạt nhân của tổ chức hợp tác Phát triển Kinh

tế (OECD/NEA), Ủy ban Khoa học của Liên Hợp quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử (UNSCEAR) và tổ chức Y tế Thế giới (WHO) Sau đó, tổ chức Y

tế liên Mỹ cũng tham gia vào

Các nước phát triển như Mỹ, Liên Xô trước kia (nay là CHLB Nga), Nhật Bản, Đức, Anh đều đã đề ra các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ, đồng thời nghiên cứu, chế tạo các thiết bị để điều tra, đánh giá môi trường bức xạ tự nhiên

Về công tác nghiên cứu, đánh giá môi trường bức xạ tự nhiên: ngay từ những năm 1930, các nhà địa chất Liên Xô đã sử dụng phương pháp khí phóng xạ nghiên cứu các mỏ nước khoáng, nước nóng và các vấn đề về địa chất thuỷ văn, địa chất công trình

Năm 1954 Liên Xô (cũ) chế tạo ra nhà máy điện nguyên tử đầu tiên và hàng loạt các ứng dụng được hình thành Trong đó, lĩnh vực địa chất và môi trường cũng hình thành hàng loạt các thiết bị đo ghi bức xạ tự nhiên, nhân tạo nhằm các mục đích khác nhau gồm: các thiết bị phân tích kích hoạt nơtron, thiết bị phân tích rơnghen huỳnh quang để phân tích các mẫu vật địa chất với độ chính xác và khả năng phát hiện cao

Các thiết bị đo ghi bức xạ như máy đo gamma, máy đo phổ gamma, máy đo khí phóng xạ phục vụ cho các mục đích nghiên cứu địa chất và môi trường

Song song với công tác ứng dụng năng lượng nguyên tử vào đời sống xã hội hàng ngày, trước các đòi hỏi cải thiện môi trường, cải thiện điều kiện sống, từ những thập niên 80, 90 của thế kỷ XX, nhiều nước đã thực hiện các chương trình nghiên cứu, đánh giá môi trường bức xạ tự nhiên trên lãnh thổ của mình Tùy theo khả năng kinh tế, mức độ tài liệu đã có mà mỗi nước có các phương pháp xây dựng các bản đồ thành phần môi trường bức xạ khác nhau Ví dụ: ở Mỹ người ta xử lý, tổng hợp các tài liệu đo phổ bức xạ gamma hàng không thành các bản đồ suất liều gamma môi trường (độ cao 1m), bản đồ hàm lượng uran, thori, kali với quy mô toàn

Liên Bang Ở Thụy điển, những năm 1980 đã thành lập 300 mảnh bản đồ suất liều gamma trên cơ sở bản đồ kết quả tìm kiếm thăm dò khoáng sản ở những vùng miền

có cường độ phóng xạ trên 30µR/h …[48],[54]

Bản đồ môi trường phóng xạ nền (phông) đã được các nước như Nga, Đức,

Mỹ, Thụy Điển… đặc biệt chú ý, nhiều nước đã thành lập bản đồ phóng xạ nền đến

tỷ lệ 1:50.000 trên quy mô toàn Liên Bang Một số khu vực trọng điểm đã thành lập bản đồ đến tỷ lệ 1:25.000, thậm chí đến 1:2.000 (khu vực mỏ phóng xạ, đất hiếm, khu vực có hàm lượng cao các chất phóng xạ) Cục Địa chất Mỹ đã hoàn thành việc thành lập bản đồ phân bố nồng độ khí radon trên toàn Liên bang năm 1996 và công

bố rộng rãi trên mạng Internet

Các kết quả nghiên cứu cơ bản về các bản đồ thành phần môi trường bức xạ

tự nhiên của một số nước đã thực hiện chủ yếu tập trung vào những năm

1970-1990 Các tài liệu, bản đồ thành phần môi trường đã được nhiều Quốc gia phổ biến trên các website của mình để sẵn sàng cung cấp thông tin về môi trường phóng xạ đến từng người dân

1.5 Tình hình nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên ở Việt Nam và một số tồn tại

1.5.1 Hiện trạng nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên ở Việt Nam

Công tác nghiên cứu môi trường phóng xạ ở nước ta đến năm 1980 mới được

cố Giáo sư Nguyễn Đình Tứ đặt nền móng đầu tiên trong đề tài cấp nhà nước mang

mã số 5202 “Cơ sở khoa học về việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo

vệ môi trường” Trong đó: bốn đề tài nhánh liên quan đến phóng xạ ra đời gồm [43],[45]:

Đề tài nhánh mã số 5202-01: Nghiên cứu ảnh hưởng của phóng xạ đối với sức khỏe con người nhằm đề ra phương pháp điều trị, do GS-TS Lê Thế Trung - Viện trưởng Viện Quân y 103 chủ trì

Đề tài nhánh mã số 5202-02: Nghiên cứu mức độ ô nhiễm xạ môi trường không khí tại Việt Nam do Viện hóa học Quân sự Bộ tư lệnh Hóa học chủ trì

Đề tài nhánh mã số 5202-03: Nghiên cứu xác lập các vùng nhiễm xạ và mức

độ ô nhiễm xạ do GS-TS Trương Biên - Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (nay là trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội) chủ trì

Đề tài nhánh mã số 5202-04: Nghiên cứu độ ô nhiễm xạ đất, nước, thực vật các khu công nghiệp và các thành phố đông dân do TS Đặng Huy Uyên - Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội (nay là Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội) chủ trì

Từ giữa những năm 1990 đến năm 2000, chương trình địa chất Đô thị của Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã thực hiện các đề tài môi trường đô thị

Từ năm 2000 đến năm 2006, công tác nghiên cứu môi trường phóng xạ tại các mỏ chứa phóng xạ được Liên đoàn Địa chất Xạ Hiếm - Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam thực hiện

Được Đảng và Nhà nước quan tâm đến công tác bảo vệ môi trường nói chung và vấn đề an toàn bức xạ nói riêng Hơn chục năm trở lại đây, các ngành, các địa phương trong cả nước cùng với sự tham gia nỗ lực của các cơ quan: Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, trường Đại học Mỏ-Địa chất; Trường Đại học Khoa Học tự nhiên; Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam; Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam; các sở Tài nguyên và Môi trường thuộc các tỉnh…đã tham gia điều tra môi trường phóng xạ ở những vùng có nguy cơ ô nhiễm môi trường phóng xạ tự nhiên trên lãnh thổ

Song song với công tác nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên, công tác ban hành các chỉ tiêu pháp lệnh về an toàn và kiểm soát bức xạ, các văn bản, nghị định của cơ quan thẩm quyền cũng lần lượt ra đời

Tháng 7/1996, Nhà nước ta đã ban hành “Pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ”

Năm 1998, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 50/1998/NĐ-CP “Quy định chi tiết việc thi hành Pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ”

Ngày 3 tháng 6 năm 2008, Luật năng lượng nguyên tử ra đời trong đó quy định: Tổ chức, cá nhân phải lập báo cáo đánh giá an toàn bức xạ khi thăm dò, khai thác, chế biến phóng xạ

Có thể khái quát về nội dung công tác nghiên cứu, điều tra hiện trạng môi trường phóng xạ và kết quả của từng chương trình như sau:

1 Công tác nghiên cứu địa chất môi trường đô thị, khu công nghiệp

Đây là chương trình đầu tiên mang tính quốc gia có nội dung nghiên cứu môi trường phóng xạ (bắt đầu từ năm 1995 đến 2001) Các phương pháp nghiên cứu môi trường bức xạ tự nhiên gồm: đo suất liều gamma, khí radon và lấy mẫu nước Trong chương trình này, 57 đô thị và khu công nghiệp đã được khảo sát môi trường phóng

xạ Sản phẩm là tập số liệu kết quả đo gamma, đo khí phóng xạ và kết quả phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ trong môi trường nước Các kết quả được tổng hợp

và xây dựng bản đồ liều tương đương tỷ lệ 1:25.000

2 Công tác nghiên cứu môi trường trên các mỏ phóng xạ, mỏ chứa phóng xạ Công tác này được tiến hành từ năm 2000 đến năm 2006 Kết quả chính là tập

số liệu về các thành phần môi trường phóng xạ, trên cơ sở đó khoanh định các diện tích nghiên cứu theo các mức độ ô nhiễm Riêng ở khu vực miền núi Bắc Bộ đã khoanh định được một số diện tích ô nhiễm phóng xạ theo các mức độ khác nhau như sau (xem bảng 1.5)

Bảng 1.5 Thống kê các diện tích không an toàn phóng xạ trên một số mỏ đã điều tra ở Bắc Bộ [44],[45]

TT Ký hiệu

vùng

Số lượng diện tích ô nhiễm

Diện tích (km2)

Số hộ dân Dân số

3 Chương trình địa chất môi trường đảo

Các phương pháp xác định thành phần môi trường gồm: đo suất liều gamma,

đo nồng độ khí phóng xạ, lấy mẫu nước phân tích nhân phóng xạ Kết quả là một số các đảo gần bờ, có dân cư sinh sống (đảo Ngọc Vừng, đảo Quan Lạn, đảo Cô Tô, đảo Thanh Lân, đảo Phú Quốc…) đã thực hiện các nội dung đánh giá môi trường phóng

xạ Sản phẩm là bản đồ liều tương đương tỷ lệ từ 1:10.000 đến 1:25.000 (đã phân chia các vùng ô nhiễm liên quan đến nguồn phóng xạ)

Ngoài 3 chương trình nêu trên, còn một số chương trình nghiên cứu môi trường phóng xạ do các sở Khoa học công nghệ và Môi trường một số tỉnh phối hợp với các Trường Đại học, Viện nghiên cứu, Liên đoàn Địa chất …thực hiện

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên đã áp dụng

Sau hàng chục năm nghiên cứu và điều tra môi trường phóng xạ ở Việt Nam, phương pháp nghiên cứu các thành phần môi trường trong từng chương trình, từng

đề án, đề tài có khác nhau Sau giai đoạn 2005 đến nay, các phương pháp nghiên cứu môi trường phóng xạ ngày càng được bổ sung và hoàn thiện hơn Một mặt công nghệ sản xuất thiết bị thế giới đã chuyển sang giai đoạn công nghệ kỹ thuật số, một mặt trong nước đã tăng cường trang bị các thiết bị hiện đại phù hợp với các yêu cầu phát triển chung của công tác nghiên cứu môi trường trong nước và thế giới

Tổng hợp lại các chương trình nghiên cứu, đã tiến hành các phương pháp sau: 1- Phương pháp đo gamma môi trường

2- Phương pháp đo khí phóng xạ môi trường

3- Phương pháp đo phổ gamma môi trường

4- Lấy, gia công, phân tích U, Th, K, Ra trong mẫu

5- Phương pháp quan trắc môi trường phóng xạ (monitoring)

6- Xác định tổng hoạt độ alpha, beta trong nước

7- Phương pháp thu thập số liệu kinh tế xã hội

1.5.3 Một số tồn tại trong nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên ở Việt Nam

Công tác nghiên cứu môi trường phóng xạ tự nhiên bước đầu đã đạt được một

số thành tựu nhất định Tuy nhiên, cũng đã bộc lộ một số các hạn chế sau:

1 Hệ phương pháp: không đồng bộ và thống nhất trong các đề tài, đề án nghiên cứu Có chương trình chỉ xác định thành phần suất liều gamma Mỗi cơ

quan, đơn vị tùy theo năng lực và thiết bị hiện có của mình để thiết kế các chương trình nghiên cứu

2 Mạng lưới đo vẽ, lấy mẫu chưa thống nhất giữa các cơ quan, đề tài, đề án trong cùng tỷ lệ đo vẽ, nhiều phương pháp hoặc mạng lưới quá thưa, hoặc quá dày không phù hợp với tỷ lệ nghiên cứu, dẫn đến độ tin cậy kết quả chưa cao Các chương trình khảo sát phần lớn bị hạn chế bởi tài chính và hệ thiết bị nghiên cứu, dẫn đến một số chương trình nghiên cứu chỉ xác định một thành phần hoặc một số thành phần môi trường, chưa đánh giá được liều tương đương tổng hợp của khu vực nghiên cứu, làm cho việc liên kết, tổng hợp gặp nhiều khó khăn

3 Thiết bị trong quan sát không đồng bộ, thời kỳ đầu, đa số các đơn vị sử dụng các thiết bị điều tra địa chất chuyển sang Vì vậy, một số chủng loại thiết bị không đảm bảo độ nhạy nghiên cứu môi trường Các thiết bị nghiên cứu cùng một thành phần môi trường nhưng rất khác nhau, ví dụ: cùng nghiên cứu thành phần khí phóng xạ, có nơi dùng máy đo là loại RADON-82, có nơi dùng RDA-200, có nơi lại

sử dụng máy RAD-7 ở những thời kỳ khác nhau, việc liên kết, đối sánh giữa các số liệu là rất khó khăn

4 Đa số các đơn vị tham gia nghiên cứu môi trường chưa tiến hành quan trắc môi trường phóng xạ để xác định sự thay đổi thành phần môi trường giữa ngày và đêm, giữa các mùa trong năm trong khi tính liều từ kết quả đo đạc ban ngày hoặc vào một mùa nhất định mà không hiệu chỉnh các thành phần trường biến đổi, dẫn đến độ chính xác của kết quả không cao

5 Tổng liều tương đương bức xạ được tính toán ở các đơn vị cũng chưa có

sự thống nhất, tùy thuộc vào khả năng và năng lực thiết bị sẵn có mà mỗi đơn vị tự thực hiện việc tính tổng liều tương đương theo các thành phần môi trường phóng xạ hiện có, dẫn đến hiểu sai lệch về mức độ ô nhiễm môi trường phóng xạ

6 Chưa có sự thống nhất các mức liều tương đương trong việc phân chia các vùng ô nhiễm dẫn đến cùng là vùng “không an toàn” nhưng mức liều rất khác nhau

Trong luận án này, NCS sẽ giải quyết các tồn tại đã nêu trên

Chương 2 ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN VÀ MÔ HÌNH ĐẶC TRƯNG CÁC MỎ CHỨA PHÓNG XẠ MIỀN NÚI BẮC BỘ

Trong khuôn khổ luận án, cụm từ “mỏ chứa phóng xạ” được hiểu là: các

mỏ, điểm quặng có chứa các chất phóng xạ uran và thori trong tự nhiên, đã được phát hiện trong quá trình điều tra, tìm kiếm, đánh giá và thăm dò khoáng sản do ngành Địa chất thực hiện trong những năm vừa qua

2.1 Khái quát điều kiện môi trường tự nhiên các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ

2.1.1 Vị trí địa lý tự nhiên các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ

Kết quả hơn 50 năm điều tra, đánh giá, trên lãnh thổ Việt Nam đã phát hiện nhiều mỏ, điểm quặng chứa phóng xạ phân bố trên các cấu trúc địa chất khác nhau

có tuổi từ Proterozoi đến Đệ tứ Trong đó các mỏ, điểm quặng chứa phóng xạ tập trung chủ yếu ở khu vực miền núi Bắc Bộ và Trung Trung Bộ

Trong số các mỏ, điểm quặng đã phát hiện, điều tra, đánh giá, ở khu vực miền núi Bắc Bộ đã phát hiện gồm 24 mỏ, điểm quặng Vị trí, mức độ điều tra các mỏ được tổng hợp ở bảng dưới đây (xem bảng 2.1):

Bảng 2.1 Danh sách các mỏ chứa phóng xạ đã phát hiện, điều tra,

đánh giá ở Bắc Bộ [11]

(thôn, bản, xã) Kiểu mỏ

Mức độ điều tra

3 Thori chứa urani và REE Tà Lèng Dạng mạch 2

4 Thori chứa urani và REE Sin Chải Dạng mạch 2

5 Thori chứa urani và REE Tả Chu Phùng Dạng mạch 3

6 Thori chứa urani và REE Thèn Sin Dạng mạch 2

7 Thori chứa urani và REE Bình Lư Dạng mạch 3

8 REE chứa thori, urani Bắc Nậm Xe Dạng mạch 1

9 REE chứa thori, urani Nam Nậm Xe Dạng mạch 1

10 REE chứa thori, urani Yên Phú Dạng mạch 2

11 Cu chứa urani Sin Quyền Dạng mạch 2

14 Pegmatit chứa thori Thanh Sơn Xâm nhập 2

15 Apatit chứa urani Cam Đường Phốt phorit 3

20 Phốt phát chứa urani Bình Đường Trên bề mặt 1

21 REE chứa thori, urani Mường Hum Trên bề mặt 1

22 Thori và urani Làng Nhẽo Biến chất trao

23 Thori và urani Thanh Sơn Biến chất trao

24 Than chứa urani Núi Hồng Than Linhit 2

Ghi chú: 1: là mỏ đã được thăm dò

2: là mỏ đã được đầu tư đánh giá khoáng sản và dự báo tài nguyên

3: điểm quặng ở mức độ phát hiện, biểu hiện

- Về mức độ điều tra các mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ rất khác nhau, có mỏ mới dừng lại ở mức độ phát hiện các biểu hiện quặng hóa phóng xạ như mỏ Bình

Lư, Cam Đường…; một số mỏ đã được điều tra ở mức đánh giá tài nguyên như mỏ Thanh Sơn, mỏ Làng Nhẻo, Phai Cát, Bản Lang…; duy nhất có 1 mỏ đã được thăm

dò sơ bộ về quặng phóng xạ là mỏ urani Bình Đường - Cao Bằng

2.1.2 Đặc điểm phân bố các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ

Hầu hết các mỏ chứa phóng xạ ở miền núi Bắc Bộ đã phát hiện đều tập trung ở

2 khu vực là đới sinh khoáng dọc đứt gãy lớn Sông Hồng kéo dài tới biên giới Việt Trung ở Lai Châu (đới tây bắc) và đới sinh khoáng Sông Lô Gâm kéo từ Thái Nguyên đến Cao Bằng, Hà Giang (đới đông bắc)

Vị trí các mỏ chứa phóng xạ được thể hiện trên sơ đồ phân bố các mỏ phóng xạ

ở Bắc Bộ (xem hình 2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ phân bố các mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ

Theo các tác giả Nguyễn Văn Hoai, Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Đắc Đồng [11], [15], ở Bắc Bộ tồn tại 2 đới sinh khoáng có triển vọng khoáng sản phóng xạ đó

là đới đông bắc và đới tây bắc, các đới này có đặc điểm sau:

Đới đông bắc

Đới đông bắc chiếm toàn bộ phần đông Bắc Bộ và Việt Bắc với ranh giới phía tây nam là đứt gãy Sông Chảy Trên diện tích đông Bắc Bộ về phía đông của đứt gãy Sông Chảy, biểu hiện quặng hoá urani không lớn Những nghiên cứu cho đến

nay mới chỉ phát hiện được một số lượng hạn chế các thành tạo chứa urani

Đặc trưng khoáng hoá trong vùng là các thành hệ quặng urani thực thụ (loại trầm tích cơ học thẩm thấu trong proluvi) và thành hệ quặng Nasturan - galenit - sfalerit trong trầm tích lục nguyên carbonat bị dập vỡ Đặc trưng cho đới này, đã phát hiện các biểu hiện quặng phóng xạ ở Bình Đường - Cao Bằng, hay các điểm quặng urani ở Tùng Bá, Làng Vài - Hà Giang

Đới tây bắc

Về không gian, đới tây bắc được Nguyễn Văn Hoai và nnk, 1986 xem như một tỉnh sinh khoáng kim loại xạ hiếm nằm trùng với đới kiến tạo Tây Bắc [11], [15] Tỉnh sinh khoáng này được giới hạn về phía đông bắc bởi đứt gãy Sông Chảy, phía tây nam bởi đứt gãy Sông Mã Một phần tỉnh sinh khoáng này kéo dài sang địa phận nước Trung Quốc và một phần nằm dưới mực nước biển Đông hiện tại Kiến trúc đặc trưng cho tỉnh sinh khoáng này là các hệ thống đứt gãy sâu phương tây bắc - đông nam với lịch sử phát triển lâu dài Các xâm nhập mafic, siêu mafic, xâm nhập

và phun trào á kiềm, xâm nhập kiềm phát triển khá phổ biến Quặng hoá phóng xạ trong vùng Tây Bắc tương đối phong phú và được thành tạo trong nhiều loại đá có thành phần và tuổi khác nhau Phần lớn khoáng hoá phóng xạ được tìm thấy dạng mạch hoặc xâm tán trong các đá xâm nhập granitoid hoặc phun trào Kim loại phóng xạ đi đôi với đất hiếm và molipden Nhiều mỏ đất hiếm có chất lượng tốt và trữ lượng lớn (mỏ đất hiếm Nậm Xe, mỏ đất hiếm Đông Pao, mỏ đất hiếm Mường Hum) có chứa phóng xạ Urani trong các đá biến chất cổ được phát hiện trong các trầm tích biến chất của hệ tầng Sông Hồng Đá chứa quặng là các tầng đá phiến kết tinh gneis, amphibolit, gneis bị migmatit hoá Tuy nhiên quy mô quặng hoá cũng như mức độ nghiên cứu còn hạn chế

2.1.3 Đặc điểm địa hình và phân bố dân cư trên các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ

Bức tranh tổng quát chung về đặc điểm địa hình và sự phân bố dân cư trên các mỏ chứa phóng xạ miền núi Bắc Bộ là:

Hầu hết các mỏ đều nằm trên các khu vực miền núi, địa hình phân cắt mạnh,

độ dốc lớn, thường từ 20 ÷ 400 có nơi đạt tới 500- 700 và phát triển những thung lũng hẹp dạng chữ V Độ cao tuyệt đối từ vài trăm mét đến vài nghìn mét, trung bình 600m ÷ 800m Thân quặng chứa phóng xạ thường lộ ra trên các sườn dốc của địa hình tại các vách núi, bờ suối hay trên sườn núi Trong khu vực phát triển các thân quặng chứa phóng xạ thường gặp các phân vị địa chất có hàm lượng phóng xạ cao, có khả năng gây ra liều tương đương bức xạ vượt giới hạn an toàn cho phép Dọc các thung lũng, sườn núi là nơi định cư, sinh sống của đồng bào dân tộc Do tập tục sinh hoạt còn lạc hậu nên phần lớn đồng bào định cư, canh tác ở gần khu vực

mỏ phóng xạ chưa ý thức được sự nguy hại của các chất phóng xạ Trong nếp sống, sinh hoạt còn chủ yếu sử dụng các nguồn nước suối, nước giếng đào tại chỗ, có nơi đồng bào làm nhà định cư lâu dài ngay trên khu vực phân bố các thân quặng phóng

xạ hoặc canh tác, trồng cấy lương thực ngay trên các phân vị địa chất với hàm lượng các chất phóng xạ cao Nạn phá rừng làm rãy vẫn thường xuyên xảy ra trên các sườn núi, thậm chí cả những nơi có mỏ chứa phóng xạ đã làm gia tăng quá trình phát tán các chất phóng xạ vào môi trường sống

2.1.4 Phân chia kiểu mỏ chứa phóng xạ ở miền núi Bắc Bộ

Theo Nguyễn Quang Hưng, Nguyễn Đắc Đồng [11], các mỏ chứa phóng xạ đã phát hiện ở miền núi Bắc Bộ có thể xếp vào các kiểu mỏ chính gồm:

6 Mỏ biến chất tiếp xúc trao đổi;

7 Mỏ than linit và trầm tích chứa than

Bảng 2.2 dưới đây phân chia các kiểu mỏ chứa phóng xạ đã phát hiện ở Bắc Bộ:

Bảng 2.2 Các kiểu mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ [11]

TT Kiểu mỏ Địa danh Khoáng sản chính Mức độ

nghiên cứu

Tà Lèng Thori chứa U và REE Điều tra Sin Chải Thori chứa U và REE Điều tra

Tả Chu Phùng Thori chứa U và REE Điều tra Thèn Sin Thori chứa U và REE Điều tra, đánh giá Đông Pao Thori chứa U và REE Điều tra

Bắc Nậm Xe REE chứa Th và U Thăm dò, điều tra,

đánh giá Nam Nậm

Xe REE chứa Th và U Điều tra, đánh giá Yên Phú REE chứa Th và U Điều tra, đánh giá

Sin Quyền Cu chứa U Thăm dò, điều tra,

đánh giá Pia Oăc Sn-W chứa U Điều tra, đánh giá

1 Dạng mạch

2 Xâm nhập Thanh Sơn Peg chứa Th và U Điều tra, đánh giá

3 Phosphat Cam Đường apatit chứa U Điều tra

4 Phun trào

Bình Đường Phốt phát chứa U Thăm dò, điều tra,

trao đổi Thanh Sơn Tremolit chứa Th, U Điều tra

7 Than linhit Núi Hồng Bán antraxit chứa Th, U Điều tra

Từ bảng phân chia kiểu mỏ chứa phóng xạ ở Bắc Bộ cho thấy:

+ Về số lượng: kiểu mỏ phóng xạ dạng mạch đã phát hiện phong phú nhất (13 mỏ) gồm hầu hết các mỏ đất hiếm chứa phóng xạ (trừ 01 mỏ đất hiếm Mường Hum)

+ Về quy mô, diện phân bố: hầu hết các mỏ, điểm quặng đều phân bố trong đới sinh khoáng tây bắc Các mỏ, điểm quặng urani thường có quy mô không lớn, diện phân bố nhỏ hẹp, ít triển vọng về mặt khoáng sản Các mỏ, điểm quặng thori - urani đi kèm trong các thân quặng đất hiếm thường có quy mô lớn, diện phân bố cũng rộng hơn

Trong số 24 mỏ chứa phóng xạ thuộc 7 kiểu mỏ kể trên ở Bắc Bộ thì mức độ nghiên cứu điều tra địa chất là rất khác nhau Mỏ được thăm dò sơ bộ đối với khoáng sản phóng xạ là mỏ urani Bình Đường - Cao Bằng; mỏ đã được đánh giá tài nguyên khoáng sản phóng xạ là các mỏ đất hiếm, trong đó đã xác định hàm lượng, tài nguyên, trữ lượng quặng phóng xạ đi kèm

- Theo bản chất chứa phóng xạ, các mỏ ở Bắc Bộ chia ra 2 kiểu mỏ chính sau:

1 Kiểu mỏ chứa phóng xạ độc lập: gồm các mỏ chứa phóng xạ mà trong thành phần của chúng, quặng urani là khoáng sản chính Đại diện kiểu mỏ này là mỏ urani Bình Đường - Cao Bằng và một số điểm quặng urani ở Phai Cát, Làng Vài, Sin Quyền

2 Kiểu mỏ chứa phóng xạ hỗn hợp: gồm các mỏ khoáng sản đất hiếm, mỏ pegmatit, mỏ đồng, mỏ than mà trong chúng có mặt đồng thời cả quặng thori và urani tự nhiên

2.2 Mô hình địa chất, suất liều gamma trên thân quặng chứa phóng xạ

và khu vực dân cư miền núi Bắc Bộ

2.2.1 Tính toán lý thuyết suất liều gamma trên mô hình thân quặng chứa phóng xạ ở miền núi Bắc Bộ

Theo bản chất chứa phóng xạ, mỏ chứa phóng xạ ở miền núi Bắc Bộ gồm 2 kiểu đó là:

- Mỏ chứa phóng xạ độc lập: gồm các thân quặng urani mà điển hình là mỏ urani Bình Đường - Cao Bằng với các thân quặng phóng xạ công nghiệp đã phát hiện có hàm lượng từ 0,05÷0,17% U3O8, hầu hết các thân quặng phóng xạ có hàm lượng biên thấp nhất ở mức 0,01%U3O8 Thân quặng lộ trên các sườn dốc địa hình với bề dày từ vài mét đến vài chục mét, chiều dài từ hàng chục đến vài trăm mét Như vậy, với quy mô và diện phân bố của thân quặng urani đối với kiểu mỏ chứa phóng xạ độc lập đủ để bão hòa tia gamma xung quanh môi trường thân quặng

- Mỏ chứa phóng xạ hỗn hợp: gồm các thân quặng chứa cả thorium và urani Đây là kiểu mỏ phổ biến ở vùng Bắc Bộ mà điển hình là các mỏ đất hiếm, các mạch pegmatit chứa phóng xạ Thân quặng chứa phóng xạ dạng mạch với chiều dày từ vài mét đến vài chục mét, thậm chí hàng trăm mét, chiều dài từ vài chục đến hàng nghìn mét Các chất phóng xạ xâm tán trong các mạch quặng, hình dạng thân quặng phóng xạ chính là các thân quặng pegmatit hay các thân quặng đất hiếm Hàm lượng các chất phóng xạ trong mạch quặng thường từ 0,01-0,02%U3O8 và 0,02-0,05%Th2O Trong một số thân quặng giàu, hàm lượng có thể đạt đến > 0,03%U3O8

và > 0,05%Th2O Với quy mô và mức độ phân bố thân quặng đủ để bão hòa tia gamma xung quanh môi trường thân quặng

Các mỏ quặng phân bố trên khu vực miền núi, có địa hình dốc dần, thân quặng thường lộ ở những sườn núi dốc Theo chiều thấp của địa hình là bản làng, dân cư sinh sống, trồng cấy lương thực và sử dụng nguồn nước chảy qua khu vực thân quặng xuống làm nguồn nước sản xuất, sinh hoạt

Để thấy được mức độ phát tán của suất liều gamma trong môi trường và khả năng ảnh hưởng của chúng trên từng kiểu mỏ kể trên đến các vị trí khác nhau trong môi trường không khí Dưới đây tính lý thuyết suất liều gamma trên thân quặng đặc trưng cho 2 kiểu mỏ điển hình và phổ biến ở Bắc Bộ kể trên, trong đó thân quặng urani với hàm lượng trung bình tối thiểu 0,01%U3O8 đặc trưng cho kiểu mỏ chứa phóng xạ độc lập Loại hình mỏ hỗn hợp, gồm cả thori và urani đi kèm trong các thân quặng khác nhau với hàm lượng quặng urani tối thiểu là 0,005%U3O8 và thori

tối thiểu là 0,01% Th2O đặc trưng và điển hình trên các thân quặng chứa phóng xạ kiểu hỗn hợp

Thân quặng phóng xạ trong trường hợp này được xem như thân quặng nằm ngang, kích thước hữu hạn Nguồn phát bức xạ gamma ở đây được coi là nguồn có dạng hình đĩa hữu hạn bán kính R lộ ngay trên mặt đất (xem hình 2.2)

Cường độ gamma do nguồn trên mặt đất kích thước hữu hạn, bán kính r được tính như sau:

Xét cường độ gamma của yếu tố nguồn, khối lượng dm có thể tích dV nằm trong đĩa phóng xạ

Hình 2.2 Trường bức xạ gamma của nguồn kích thước hữu hạn

Cường độ nguồn yếu tố dI được tính như sau:

KQ e

r

dm K

sin

) ( )

( 2

k

k

k sin 2

) (

2 0 1

sin

sin 1

d e

d

  (2.3) Trong đó:

0

1 sec

.

sin )

x

du u e x e d e

x (u=x.sec) (2.4)

Kết quả tính được:

l]} H)sec l

[(

cos H) l

( - H.sec (

cos - H) ( {

2

0 k

1 0 k

1 0

k 0 k

2 2

0

H R

Ta hãy xét các trường hợp riêng của công thức (2.5) nêu trên:

1 Không gian bức xạ bán vô hạn, phép đo cường độ thực hiện tại sát mặt đất

(đo gamma mặt đất): Khi đó ta có:

0()(

2)

(

1

H I

H

KQ H

Đây là công thức để tính suất liều gamma trong môi trường không khí

Trong các công thức nêu trên:

I - Suất liều bức xạ gamma (hay còn gọi là cường độ gamma, R/h);

Bảng 2.3 Hệ số làm yếu cường độ gamma của nguồn thể tích

(theo tài liệu thực nghiệm)

m=/, cm2/g Loại

quặng Kiểu đo

Detector ghi cường

độ gamma (Ig)

Ngưỡng năng lượng (MeV)

Đất

đá Nước

Không khí

0,037 0,028 -

- 0,025 Quặng

urani

Vi phân NaI (Tl)

1,05-1,35 1,35-1,55 1,65-1,85 2,05-2,65

0,034 0,034 0,034 0,035

- 0,036 0,037 0,038

- 0,032 0,033 0,034 Tích

phân

CU-19

NaI (Tl)

- 0,035

0,034 0,021

- 0,024

- 0,022 Quăng

Thori

Vi phân NaI (Tl)

1,05-1,35 1,35-1,55 1,65-1,85 2,05-2,65 2,4-2,8

0,032 0,032 0,033 0,035 0,037

- 0,032 0,034 0,035 0,037

- 0,029 0,030 0,031 0,033

Từ các công thức (2.6) và (2.7) nêu trên, để thấy được sự suy giảm suất liều gamma ở các vị trí khác nhau trong môi trường không khí Ta hãy tính suất liều gamma trên 2 loại hình thân quặng phóng xạ ở Bắc Bộ lần lượt như sau:

- Trường hợp 1: thân quặng urani độc lập với hàm lượng phóng xạ trong thân quặng ở mức tối thiểu là 0,01% U3O8 (tương ứng là 85ppmU)

- Trường hợp 2: Thân quặng phóng xạ hỗn hợp chứa cả thori và urani với hàm lượng tối thiểu trong thân quặng là Th2O là 0,01% và U3O8 là 0,005%

Thiết bị sử dụng để đo liều bức xạ gamma là thiết bị có detector loại tinh thể NaI(Tl), chiều dày và chiều dài của các thân quặng ở Bắc Bộ như đã nêu ở phần trên, tức đã đủ bão hòa tia gamma Ta tính suất liều gamma do các kiểu thân quặng phóng xạ chỉ chứa urani độc lập và thân quặng hỗn hợp chứa cả urani và thori gây

ra tại các vị trí khác nhau so với ranh giới thân quặng Hệ số làm yếu khối của bức

xạ gamma trong đất đá đối với quặng U lấy bằng 0,028 và Th là 0,021; Hệ số làm yếu khối của bức xạ gamma trong không khí đối với quặng U lấy bằng 0,025; đối với Th lấy là 0,022 (theo bảng hệ số thực nghiệm nêu trên cho loại tinh thể NaI (Tl) đối với quặng Th và U cùng có mặt trong thân quặng), mật độ đất đá trong thân quặng tính là 2,0g/cm3 và mật độ không khí lấy là 0,03g/cm3

Các giá trị hàm Kin được lấy trong bảng tra sẵn trong các giáo trình phóng