Tóm tắt luận án tiến sĩ vật lý nghiên cứu tương quan tỷ số các đồng vị phóng xạ môi trường và ứng dụng trong bài toán đánh giá nguồn gốc trầm tích

 
















Chuyên ngành: V









- 2013

2





1. 
2. 


:















- 

- 

3



 
Do 
            
n

ánh giá

  phi công
.
- ni  
ang c quan
 
            

 lý gi

ang làm thay 
xói ã 
ây. 










    

4
âyc nhiu nc quan tâm.
v
cha 
 (i) 


môi trng; (ii)    

- 
trong vùng             
ph

(1ng pháp phân tích các 
; (2) ng pháp phân
tích các 3) Kh
l
137
Cs: (i) Trong 

trong ; (4) 
 

; (5) 



 (6) ng phóng



 4 chng (Chng 1:
; Chng pháp n; Chng
3: Kt qu và tho lun; Ch) .

1. ng pháp phân tích các 

5

           
.
2. 
 
229
Th

3. 
137
Cs           ó    
phng pháp 
137
Cs.
4. 
226
Ra và

232



226
Ra/
232

- h 


226
Ra/
232
.
5. 
230
Th và
232


230
Th/
232
Th trong 
- 

230
Th/
232

.
6.      
230
Th/
232
  
226
Ra/
232
Th 
l.
7. 
; kt qu nghiên cu là c 
n trong t
ã làm

môi tr.

1.1. 
 này trình bày  urani, thori 
137
Cs - .

6
1.2. 
1.2.1 Tính chất của các actinit
T 
1.2.2 Sự liên kết địa hóa

urani .

1.2.3 Ảnh hưởng của sự phong hóa


1.2.4 Các chu trình địa hóa
G: (i) 

; (iii) 
; (iv) .
1.2.5 Các quá trình kết lắng trong môi trường gần bề mặt
rình bày 
.
1.3
1.3.1 Sự tách phân đoạn các đồng vị urani

234
U và
238

 , 
do 
1.3.2 Sự tách phân đoạn các actinit khác và con cháu của chúng

 thori,
 radon.
1.3.3 Sự mất cân bằng phóng xạ trong đất

urani và thori trong môi t
1.3.4 Sự mất cân bằng phóng xạ trong trầm tích

dãy urani

7
1.4 


1.5. Phân tích 
1.5.1 Phân tích các đồng vị phóng xạ môi trường trên phổ kế gamma
T
 trên.
1.5.2 Phân tích các đồng vị phóng xạ môi trường trên phổ kế anpha



Các 
7
Be,
137
Cs,
210

. Tuy nhiên, các 
urani và thori n.
(1992) 
226

trong  (1994) 

230
Th tng quan v
232

m tích. m 2003,

urani và thori  m tích. ,

226
Ra/
232
Th,
226
Ra/
230
Th và
228
Ra/
232
Th

urani 

ang 

ác 
cha .


a ra
Xurani, thori
và
137
Cs ây:

8
1. 

137

137


137
Cs trong


2. Các vùng 
238
U/
232


urani 
trong a chúng.
3. Quá trình hình thành 
dãy urani 

urani 
nhau. Do 
2.2 Phng p

137
Cs theo 

  
137
Cs
 6cm, 6  30cm và 30  40cm 
c canh tác khác nhau (
xuyên và 
137
  

tích. 
137
Cs trong  là khác


t 2 và 3   
 urani và dãy thori 
khu vc vi 7 lt ph bin trong vùng Tây Nguyên và ông
. 
gc phát sinh
trong
.nh h
l 

9
2.3 Các phng pháp phân tích
2.3.1 Phân tích các đồng vị phóng xạ môi trường
2.3.1.1 Phân tích đồng vị phóng xạ trên hệ phổ kế gamma
Phn này trình bày c




phân tích (QC).
2.3.1.2 Phân tích các đồng vị thori trên hệ phổ kế anpha
Phn này trình bày quy trình phân tích các 
và ; thu
; t; g.
2.3.2 Phân tích nguyên tố bằng phương pháp huỳnh quang tia X (XRF)
N ng pháp
- 

m ng pháp rây rên máy
m 
phng pháp rn.

2.4.1 Đối tượng nghiên cứu
u.
2.4.2 Vị trí nghiên cứu và phương pháp thu góp mẫu
2.4.2.1 Vị trí nghiên cứu
Gm 11 v trí:  
0

0
  
13
0

0

C (12
0

 
0
        
(12
0

0

0

108
0
          
0

108
0

0

0


0

0


0


0


10

0

0


0

0
vàng trên Bazan).
2.4.2.2 Thu góp mẫu
Mb mt   
. Quy cách ly mu nh sau (xem Bng 2.4):
(i) Mẫu đất bề mặt: 
(ii) Mẫu đất theo profin: l
sâu 30 cm - 6 cm, 6 - 30 cm và 30 - 
10 cm.
(iii) Mẫu trầm tích bề mặt: p dày kh.
(iv) Mẫu trầm tích theo profin: cm, 

2.4. 
Code









A
Mô hình nghiên



Bazan (Rhodic
Nitisols)

15
AS1 ÷ AS15
B
Mô hình nghiên



Bazan (Rhodic
Ferralsols)

15
BS1 ÷ BS15
C
Mô hình nghiên





Bazan (Rhodic
Ferralsols)
- 
- 

hình)
15
5
CS1 ÷ CS15
CT1 ÷ CT5
D



Bazan (Rhodic
Ferralsols)

15
DS1 ÷ DS15
E






Acrisols)
- t profin
- 
- 

t mô hình)
- 

3
12
6

1
ESP1÷ESP3
ES1 ÷ ES12
ET1 ÷ ET6

ET7
F






mácma axít
(Humic Acrisols)
- 
- 
- 

22
24
01
FSP1÷FSP22

FS1 ÷ FS24
FTP1
G




- 
- 
40
3
GS1 ÷ GS40
GTP1÷GTP3

11
Code









Acrisols)

H

Di Linh, Di Linh,



mácma (Rhodic
Ferralsols)
- 
- 

18
01

HS1 ÷ HS18
HTP1

I




Bazan (Xanthic
Feralsols)
-   
profin
- 
20

40
ISP1÷ISP20

IS1 ÷ IS40
K







Acrisols)
-   
profin
- 
10

10
KSP1÷KSP10

KS1 ÷ KS10
L




Bazan (Rhodic
Ferralsols)
-   

15
LS1 ÷ LS15
M



-
  

01
MT1
2.4.3 Xử lý mẫu và phân tích
Tt c 

2.5 Ph
Các phng pháp x lý s liu bao gm: TP
S



KT QU VÀ THO LUN

3.1.1. Phương pháp phân tích đồng vị phóng xạ trên phổ kế gamma
a) Bề dày mẫu tối ưu
lý thuyt 


 



12
b) Thời gian hồi phục của
222
Rn trong mẫu
-312 (269 ± 19 Bq/kg

226
Ra)
u t vùng Lâm ng T
222

226
1418%; (ii) S
  9597% sau 2225 ngày.
Trong khthi gian t .
c) Ưu điểm của phương pháp mới
(i) Làm cho radon cân bằng phóng xạ với đồng vị mẹ tốt hơn
P(parafin trên hp ng mu) 

222

226
Ra).
(ii) Giảm sự khác biệt về mật độ giữa các mẫu đo với nhau
Vi , mmu 
3

   = 0,06 g/cm
3
( 4,2%). V  

3
 = 0,07 g/cm
3

( 4,0%). 


3
 = 0,094 g/cm
3
( 8,5%).
V    i    
  
210
Pb (46keV) và
234

95,4%.
3.1.4 Độ nhạy của phương pháp

     

.
3.1.5 Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng phân tích


             
an.
3.1.2. Phương pháp phân tích các đồng vị thori bằng phổ kế α
a) Đánh giá độ chính xác của phương pháp
 
229
Th

13
Phân tích

230
Th và
232
Th trong 15 mu t bng 2 phng pháp (dùng
228
Th và
229
Th làm chun); thng kê 
trung bình ca 2 tp s liu thu c. Kt lun thu c là: hai phng pháp
phân tích cho kt qu ging nhau  mc tin cy 95%.
 
232
áp gamma
Vic so sánh kt qu phân tích
232
Th bng phng pháp anpha và
phng pháp gamma trên 97 mu (thng kê 
trung bình ca 2 tp s liu thu ã i n kt : 

b) Các ưu điểm của phương pháp phân tích dùng
228
Th làm nội chuẩn

228
u im: (i) 

229
Th; (ii) 

229

Th (T
1/2

 
229
Th lên
 
230
Th; (iv)    
 
   
137
    
tích
3.2.1 Phân bố
137
Cs theo độ sâu
 
      
      ,  
    
137
 
20cm,    
137
Cs t
trung trong 10

137
 

 15,75,85]

137


 
Các kchính: (i) V ,
137

0-30 cm; h-
ESP1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 3 6
Hoạt độ (Bq/kg)
Độ sâu (cm)
FSP1
0
2
4
6

8
10
12
14
16
18
20
0 2 4
Hoạt độ (Bq/kg)
Độ sâu (cm)

Hình 3.16
137

các 

14
phân tích; (ii) H
137
Cs6
630 g (2,5 ÷ 12 ln), s
   trong  
  (1,1÷2,1 ln)
    
nhau 
   
 
137
  
-

 
gày (1,59 Bq/kg).
3.2.2 Hàm lượng
137
Cs trong trầm tích và trong đất gốc
-  
137
trng cây ngn ngày ti 
 và trong nhánh trái (0,81 Bq/kg) .
- H 
137
rng  (2,24
Bq/kg) và  (2,14 Bq/kg) tng ng nhau.
- 
137
Cs trung bình 1,76 Bq/kg - là 
nhánh trái và .
H
137
Cs trong t 

137
ó nó 



3.3.1 Các đồng vị phóng xạ dãy urani và thori trong đất bề mặt
3.3.1.1 Phân bố hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo độ sâu
Kc tin hành (ESP1, ESP2, ESP3, FSP1, FSP2)
c trên  lp .

Vprofin ESP1, ESP2, ESP3:
226
Ra,
232
Th 
  . Tuy
vy, t
226
Ra/
232
sâu  .
V FSP2:
226
Ra,
232
Th 
phân tích. ng thi, t
Đất rừng
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0-6cm 6-30cm
Lớp đất
Cs-137 (Bq/kg)
Cây công nghiệp
0,0

0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0-6cm 6-30cm
Lớp đất
Cs-137 (Bq/kg)
Cây ngắn ngày
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
0-6cm 6-30cm
Lớp đất
Cs-137 (Bq/kg)

Hình 4.7. 
137


15

226
Ra/
232
Th 
3.3.1.2 Phân bố hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo không gian

  ca mt s c trng phóng x dãy
urani, thori (, t
226
Ra/
232
Th, 
230
Th/
232
Th) 
11    . Ti mi v trí, mu
t c ly theo li ô vuông, khcách li 510m. :
- 
v trí không gian 
phân tích (
226
Ra/
232

không gian. Trong tr

226
Ra/
232
Th ng riêng.
- 
theo im ly        


226

Ra/
232
Th không
không gian. Trong tr 

226
Ra/
232
Th ng riêng.
- 
theo im ly 
226
Ra/
232
Th
im ly . Trong trp này,
226
Ra có s tng

232
ng quan ng riêng.
- 
226
Ra/
232
11 v trí 
 kh
 
226
Ra/

232


- 
230
Th/
232
không gian 
 
230
Th/
232
Th ng riêng.
- 
226

232

 
- 
238

232


- 
228
Ra và
228


16

3.3.2 Các đồng vị phóng xạ dãy urani và thori trong trầm tích
3.3.2.1 Các đồng vị phóng xạ trong trầm tích và trong đất gốc
-   v trí C,        và các t s
226
Ra/
232
Th,
230
Th/
232
Th trong t      rí không gian,
ng thi chúng cng . Các

226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
tích và trong  nhau
 (s dng 

0
: μ
1
= μ

2

- v trí E, 
không gian và    

226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th trong t không thay ng thi các t
s này cng không thay i theo thi gian phát sinh trm tích. Trong tr

226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232

là nh % (s dng nói trên).
3.3.2.2 Hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo độ sâu lớp trầm tích
- i vi v trí F và 2 im ti G (GTP1, GTP2), s thng giáng hàm
lng các ng v theo  sâu trm tích u khá ln, vt ra ngoài phm vi
sai s phân tích  mc tin cy 99,7%. Tuy th, t
226
Ra/

232
Th rt ít thay
  sâu trm tíchiu ó 
.
- i vi v trí H và 1 im ti G (GTP3), hàm lng các ng v thng
giáng mnh theo  sâu trm tích, ng thi t
226
Ra/
232
Th cng thay 
theo  sâu trm tí
226
Ra/
232


226
Ra/
232

này 

- u phát hin thy có ng 
226
Ra và
232
phát sinh ng quan khá
cao (r = 0,84  0,99) cho dù 
226
Ra/

232
Th có thay 
- M
226
Ra/
232

230
Th/
232
Th

17
ng qpha 
2 ngun 
ng này 

3.3.3 Phân bố các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt
Phân b hàm ltheo 
, ES12), mt h (ET7) và 
 (MT1)au:
- Hàm l
238
U,
226
Ra,
228
Ra,
228
Th,

230
Th và
232
Th trong

Nh vy
ng giáng hàm l
.
- 




- 
226
Ra/
232
Th thay 

230
Th/
232
Th không thay %) i
vi tt c 4 mu. T       
226
Ra/
232
Th và
230
Th/

232


226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232

- 4 trng hp
226
Ra và
232
Th,
230
Th và
232
Th
t          

226
Ra và
232

230
Th và
232


trên các  
- a 
tr
226
Ra/
232
Th,
230
Th/
232


hong ng. 
.

18
S1
S2
S3
S13
S17
S14
S4
S5
S6
S8
S7
S9
S10
S11

S15
S16
S19
S21
S20
S18
26.75 26.80 26.85 26.90 26.95 27.00 27.05 27.10 27.15
Kinh do Dong
57.28
57.33
57.38
57.43
57.48
57.53
57.58
57.63
57.68
57.73
Vi do Bac
M22
M24
M23
108-
11-
S12
Diem lay mau

Hình 4.1 S 
trên l
Hng

4

4
4.1.1 Vị trí nghiên cứu và thu góp mẫu
     
       
    
2
  

km
2

là X-1 và X-2. Có ti li
ra 
4.1).
10cm 

 (vùng X-1 có : XH1 
XH12; vùng X-2 có : XH13  
  XH24).
4.1.2 Xử lý mẫu và phân tích
            
137
Cs,
238
U,
226
Ra,
228

Ra và
228
phân tích
230
Th và
232
npha.
4.1.3 Kết quả và thảo luận
4.1.3.1 Sự cân bằng phóng xạ

226
Ra,
228
Ra,
228


230
Th,
232
Th,
228

4.2)
ca mt s nghiên ckhác [53,70,93].
X-1
X-2
0
50
100

150
0 50 100 150
Ra-226, Bq/kg
Th-230, Bq/kg
0
50
100
150
200
0 100 200
Ra-228, Bq/kg
Th-232, Bq/kg
0
50
100
150
200
0 100 200
Ra-228, Bq/kg
Th-228, Bq/kg

Hình 4.2 

19
4.1.3.2 Quan hệ giữa
226
Ra và
232
Th, giữa
230

Th và
232
Th

226

232

--2.

230

232

--24.3).

226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232

 -1 và X-            
99,7%
226
Ra/
232
Th và

230
Th/
232
Th  
. T
226
Ra/
232
Th i vi
 -  -2    0,9270,032 và 1,0470,035.  
230
Th/
232
Th ca --0,031  0,6710,026.
t
226
Ra/
232
Th -1 (μ
1

-2 (μ
2
)  
0
: μ
1
= μ
2


1
: μ
1

≠ μ
2

226
Ra/
232
-1 và vùng
X- 
230
Th/
232
Th trong
-1 và vùng X-2 
4.1.3.3 Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại hồ lắng
a) Nhận biết tầng đất xuất xứ của trầm tích
 
137
     -     
 0,68 Bq/kg (trung bình 0,43 Bq/kg). H
137

tích vùng X-          0,38 Bq/kg
-1 
trong X-
137
h

phân tích
u bên d
b) Nhận biết nguồn gốc không gian của trầm tích dựa vào tỷ số
226
Ra/
232
Th
S      X-1 và X-2     

r = 0,99
0
50
100
150
0 50 100 150
Th-232, Bq/kg
Ra-226, Bq/kg

r = 0,93
0
50
100
150
0 50 100 150
Th-232, Bq/lkg
Ra-226, Bq/kg

r = 0,997
0
20

40
60
80
100
0 50 100 150
Th-232, Bq/kg
Th-230, Bq/kg

r = 0,96
0
20
40
60
80
0 50 100 150
Th-232, Bq/lkg
Th-230, Bq/kg

Hình 4.3
226
Ra và
232
Th,
230
Th và
232


20

Hình 4.6. 







 
ax + by = c (4.1)
-1 và X-2; 

226
Ra/
232
vùng X-1, X-2 S tính toán 
 X-1 44%  19% và  -56%  23%.
c) Nhận biết nguồn gốc không gian của trầm tích dựa vào tỷ số
230
Th/
232
Th
 4.1)   
vùng X-1 và X-2; 
230
Th/
232
Th -1, X-2
X-1 46%  27% và
-54%  32%.

4
4.2.1 Vị trí nghiên cứu
km
2
, xây dng 
. 
  (, , các sông nhánh t
naklung và akrlap có lu vc 
4.2.2 Thu góp mẫu
4.2.2.1 Thu góp mẫu đất
-10 cm) 
, là là .
4.2.2.2 Thu góp mẫu trầm tích
    


      
     
sông và vù
4.6.
4.2.3. Phân tích mẫu
     

áp 


21
gamma  anpha.       

4.2.4. Kết quả và thảo luận

4.2.4.1 Sự cân bằng phóng xạ

226

230
Th

226

230
Th. 
ca mt s nghiên ckhác [53,70,93]. 
228
 
232
Th 
228


228
Ra4.7).
4.2.4.3 Quan hệ giữa
226
Ra và
232
Th, giữa
230
Th và
232
Th

226

232

vùng D (r = 0,98) và vùng G (r = 0,93) - u
u

226

232
ng quan
ti A, B, I tu

226

232
Th (C, H và K)
ng quan vi nhau (E và F).
230

232

6 vùng: A (r = 0,96); B (r = 0,89); C (r = 0,99); E (r = 0,94); G (r = 0,94 và
vùng K (r = 0,89). 
230


232
 không có tng quan (H và I).
4.2.4.4 Tỷ số

226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th đối với các vùng
T
226
Ra/
232
Th  vùng D
và M       
226
Ra/
232
Th thay     
không gian (). St 
226
Ra/
232
Th liên quan

226
.
0
20
40
60

0 20 40 60
Th-230 (Bq/kg)
Ra-226 (Bq/kg)
r = 0,82
0
20
40
60
80
100
0 50 100
Th-232 (Bq/kg)
Ra-228 (Bq/kg)
r = 0,99
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Ra-228 (Bq/kg)
Th-228 (Bq/kg)
r = 0,99

Hình 4.7 Ho

22
T
230

Th/
232
Th 
vùng: A, B, C, D, E, G, K và M(F, H, I và L) 
230
Th/
232
Th thay ().
4.2.4.5 Đánh giá nguồn gốc không gian của trầm tích hồ
a) Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại C
aklung (


óng góp ca nó.

230
Th/
232
Th không thay 

230
Th/
232
.

230
Th/
232
Th
4

ng A và B; 
230
Th/
232
Th A,
B và Csông aklung 68%  22% và
%  11%.
b) Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại F
ak

226
Ra tng

232
ng chúng t

226
Ra/
232
Th th .
230
Th tng

232
ng chúng không tng quan

230
Th/
232
Th  ng 

   H (    . Vì vy   
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th không có ng ch thm tích. Nguyên nhân
u ti H.
DH  ngã ba sông, nên t
nhánh vào vùng ngã ba này thay        
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th thay u trong vùng H.
c) Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại E


226
Ra/
232
Th

23


230
Th/
232
Th thay 

226
Ra và
232
Th,
230
Th và
232
Th tng
               
226
Ra/
232
Th,
230
Th/
232
Th 


226
Ra/
232
Th và
230
Th/

232

nguyên nhân ã 
d) Đánh giá nguồn gốc trầm tích tại K



226
Ra/
232
Th thay trong vùng E và C;  
226
Ra
tng qu 
232
i hai vùng này
226
Ra/
232

hàm tkhông th ch th ngun gc ti K.

230
Th/
232
Th không thay trong vùng C và E; 

230
Th/
232

 Do ó
nó  
(4C và E; a, b, c

230
Th/
232
Th C, E và Kcho
th óng góp
40%  20%, còn 
óng góp 60%  23%.
4.2.4.6 Thông tin về nguồn gốc trầm tích từ các nguyên tố vết
C có k
9÷92ây, chúng 
minh chng nhn c bi 
230
Th/
232
Th.
, C và D
0
50
100
150
200
0 100 200 300
Ba, ppm
Ce, ppm
A
B

D
C
D
B
A, C
0
20
40
60
80
100
0 100 200 300
Ba, ppm
La, ppm
A
B
D
C
D
B
A, C
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150
Rb, ppm
Ba, ppm

A
B
D
C
B
A
C
D

Hình 4.12

24
a ra trên Hình 4  
La và 



230
Th/
232


a ra trên Hình 4
này, các Ce, Ba,
La và Rb 

4.2.4.7 Nhận biết nguồn gốc trầm tích dựa vào
137
Cs
Hot 

137
Cs trcây công nghip là 2,62 Bq/kg (
lch chu 0,73 Bq/kg) và trong trng cây ngn ngày là 1,16 Bq/kg
( 0,14 Bq/kg). t  
137
, có
 h
 Tính trung bình, ng cây công
nghip 31%  15% 
ngn ngày 69%  24%.

 



- ng pháp phân tích các urani, thori


0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300
Ba, ppm
Ce, ppm
H
G

F
G
H
F
0
20
40
60
80
0 100 200 300
Ba, ppm
La, ppm
H
G
F
H
G
F
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150
Rb, ppm
Ba, ppm
H
G
F

H
G
F

Hình 4.13. Qu

25


- 

229
Th


137


- 
137
-
 . , hàm

137
       hn 80% 
137
 
trung trong 10 c
-   trung bình ca
137

   có s
khác bit   2,52Bq/kg;
là 2,07Bq/kg; t trng ngày là 1,59Bq/kg.
- Hàm l
137
Cs tng 

urani,
thori trong t và trm tích vùng 
-         tím trên Bazan,    
Bazan)  urani 
trí không gian
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th 
các ng v ng. Trong trng
hp này, 
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232



- 
Bazan,  có hà
 không gian   
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
Th
các ng v ng. i vi
trng hp này, 
226
Ra/
232
Th và
230
Th/
232
    

- urani 