Khảo sát độ phóng xạ trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
------------------------------------------


LƯU HỮU NGUYÊN




KHẢO SÁT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG ĐÁ ỐP LÁT
DÙNG LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG
KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH




Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60 44 05



LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN VĂN LUYẾN






Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
THƯ
VIỆN
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, động viên, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè.
Xin cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến:
TS. Trần Văn Luyến, người thầy đã truyền cho tôi nhiệt tình nghiên cứu
khoa học, những kiến thức chuyên môn sâu, những chỉ bảo tận tình trong thực
nghiệm, trong đánh giá kết quả.
TS. Thái Khắc Định, người thầy đã gi
ới thiệu tôi lựa chọn đề tài, tận tâm
giảng dạy và truyền niềm đam mê nghiên cứu khoa học, góp ý chân thành và bổ ích
cho tôi.
TS. Đỗ Xuân Hội, TS. Nguyễn Văn Hoa, TS. Huỳnh Quang Linh, TSKH.
Nguyễn Văn Hoàng, TS. Nguyễn Văn Hùng, TS. Nguyễn Quang Miên, TS. Bùi
Văn Loát, TS. Nguyễn Đông Sơn, TS. Võ Thanh Cương và tất cả quý thầy cô đã tận
tâm giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích, giúp tôi vững tin khi bước vào
đời.
Ks. Đào Văn Hoàng luôn khuy
ến khích, động viên và hết lòng giúp đỡ tôi.

Thầy cô phản biện và Hội đồng Khoa học đã dành nhiều thời gian đọc và
góp ý cho luận văn của tôi.
Ban Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh, các
anh chị phòng An toàn Bức xạ và Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi về tinh thần
và cơ sở vật chất cho tôi trong quá trình thực nghiệm tại Trung tâm.
Các bạn lớp Cao học Vật lý nguyên tử
, hạt nhân và năng lượng cao K18 đã
luôn sát cánh và giúp đỡ mình trong những giai đoạn khó khăn nhất.
Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ đã luôn ủng hộ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho con hoàn thành luận án.

BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO

Ước số và bội số đơn vị đo

Thang đo Tên gọi Kí hiệu
10
-18
= atto (a)
10
-15
= femto (f)
10
-12
= pico (p)
10
-9
= nano (n)
10
-6

= micro ()
10
-3
= milli (m)
10
+3
= kilo (k)
10
+6
= mega (M)
10
+9
= giga (G)
10
+12
= tera (T)
10
+15
= peta (P)
10
+18
= exa (E)

Năng lượng bức xạ

1 Gray (Gy) = 1 J/kg
1 rad = 10mGy = 1E-7 J hấp thụ trong 1 gram vật chất.
1 Sievert (Sv) = 100 rem; 1 mSv = 0.1 rem.
1 Curie (Ci) = 3.7.10
10

Becquerel (Bq) = hoạt độ phóng xạ của 1 gram Radi
1 EBq = 10
18
Bq
1 gray = 100 rad
1 rem = 0.01 sievert
1 rad = 1000 millirad = 0.01 gray
1 Roengten (R) = 0.876 rad (in air)

Chữ viết tắt
Ge Germani – Nguyên tố germani.
GPS Global Position System – Hệ thống định vị toàn cầu.
FWHF Full width Half Maximum – Bề rộng ở nửa giá trị cực đại.
HPGe High Pure Germani: germani siêu tinh khiết.
IAEA International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng nguyên
tử quốc tế.
ICRP International Commision for Radiological Protection - Ủy ban an toàn
phóng xạ quốc tế.
OED Oranization for Europe Cooperration and Development – Tổ chức hợp
tác và phát triển Châu Âu.
PGs Phó giáo sư.
SNAP System for Nuclear Auxiliary Power – Hệ thống năng lượng hạt nhân
phụ trợ trong vệ tinh hoặc tàu vũ tr
ụ.
T
1/2
Chu kì bán hủy – Nửa thời gian sống của một đồng vị phóng xạ.
Ttvt Tương tác vũ trụ.
UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic
Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học của Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng của bức

xạ nguyên tử.
UTM Universal Transverse Mercator – Hệ thống biến đổi tọa độ toàn cầu.
WGS World Geometrical System – Hệ thống đo đạc toàn cầu.
NCRP National Council on Radiation Protection and Measuremens.
TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh.
TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.
LHDTBHN Liều hiệu dụng trung bình hằng năm.

- 1 -
PHẦN MỞ ĐẦU

Trái đất được hình hành từ nhiều nguyên tố khác nhau trong đó có các
nguyên tố phóng xạ, các nguyên tố này phân bố rộng khắp các quyển của trái đất
như thạch quyển, địa quyển, thủy quyển, khí quyển và sinh quyển. Nguyên tố phóng
xạ tự nhiên có từ thời hồng hoang, cùng tuổi với vũ trụ. Nó bao gồm rất nhiều hạt
nhân phóng xạ nguyên thủy tạo thành các chuỗi phóng xạ uranium (U), thorium
(Th) và hạt nhân kali-40 (K-40).
Khi con người ở trong ngôi nhà thì ngôi nhà trở thành m
ột “lô cốt” chắn
gần hết các tia bức xạ từ không gian bên ngoài chiếu vào nhà. Do đó liều chiếu
ngoài và chiếu trong đối với con người chủ yếu do vật liệu xây dựng từ nền nhà,
tường nhà, và trần nhà gây nên. Các loại vật liệu xây dựng này phần lớn được chế
tạo từ đất, đá lấy ở bề mặt trái đất, do đó nó cũng chứa một lượng phóng xạ tự
nhiên
nhất định. Mặt khác, trong chu kỳ 24 giờ, con người sống làm việc và sinh hoạt bên
trong ngôi nhà của mình nhiều hơn bên ngoài khoảng 80%. Vấn đề cần quan tâm là
mức phóng xạ nào trong loại vật liệu xây dựng nào là nguy hiểm, ảnh hưởng đến
sức khỏe của con người? Điều này thế giới nghiên cứu đã nhiều, nhưng ở Việt Nam
vấn đề này còn khá mới mẻ và cho mãi đến năm 2006, vấn đề
này mới thực sự được

quan tâm và đi sâu vào nghiên cứu. Tiếp theo đó năm 2007, Bộ xây dựng đã có
quyết định về việc ban hành tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 397:2007
“Hoạt độ phóng xạ tự nhiên của vật liệu xây dựng. Mức an toàn trong sử dụng và
phương pháp thử”. Phóng xạ trong vật liệu xây dựng chủ yếu là kali, uranium,
thorium và các nhân được tạo thành từ chuỗi phân rã phóng xạ của chúng, trong đó
quan trọng nhất là radium (Ra-226). S
ự có mặt của Ra-226 trong vật liệu xây dựng
gây nên một liều chiếu cho những người sống trong nhà bởi việc hít thở khí radon
phân rã từ radium và thoát ra từ vật liệu xây dựng vào không khí trong nhà. Sự tác
động này gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người, đặc
biệt là làm gia tăng tỷ lệ ung thư phổi [16].
- 2 -
Dựa vào lý do này mà tôi thực hiện luận văn “Khảo sát độ phóng xạ trong
đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” nhằm:
+ Khảo sát hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đá ốp lát trong vật liệu xây
dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh phục vụ cho việc giám sát kỹ thuật theo
TCXDVN 397: 2007.
+ Tìm nguyên nhân mẫu đá ốp lát trong vật liệu xây dựng có hoạt độ phóng
xạ cao.
+ Đưa ra các khuyế
n cáo cần thiết cho nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Mục đích của luận văn là xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên của đá ốp lát
dùng làm vật liệu xây dựng bằng phổ kế gamma phông thấp tại Trung tâm Hạt nhân
TP. Hồ Chí Minh và tìm nguyên nhân mẫu đá ốp lát có phóng xạ cao.
Đề tài: “Khảo sát độ phóng xạ trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây
dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” được thực hiện v
ới 61 mẫu đá ốp lát
khác nhau được thu thập và phân tích phóng xạ. Sau đó đánh giá các chỉ số Index
phóng xạ, liều hấp thụ trung bình hàng năm, hoạt độ Ra tương đương…
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Do phóng xạ tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe của con người xuất phát chủ
yếu từ vật liệu xây dựng trong đó đá ốp lát là vật liệu hiện nay con người tiếp xúc
trực tiếp thường xuyên cho nên đối tượng nghiên cứu của luận án này là đá ốp lát
được thu thập tại các cửa hàng vật liệu xây dựng ở TP. Hồ Chí Minh.
Phương pháp nghiên cứu là dùng hệ phổ kế gamma phông thấ
p tại Trung
tâm Hạt nhân TP. Hồ Chí Minh trên cơ sở lý thuyết về tương tác của tia gamma với
vật chất.
Bố cục của luận án
Luận án đuợc trình bày theo 3 chương:
Chương 1 trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu: nguồn gốc phóng xạ,
- 3 -
những ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người, radon trong vật liệu xây dựng
và tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ngoài nước.
Chương 2 là phần thực nghiệm: nêu các phương pháp nghiên cứu và lí do
chọn phương pháp dùng hệ phổ kế gamma phông thấp; trình bày về cấu tạo, những
đặc trưng của hệ phổ kế gamma phông thấp của Trung tâm Hạt nhân TP. HCM và
các đồng vị phóng xạ quan tâm; trình bày về quá trình thu thập, xử lý, đo m
ẫu và
tính toán hoạt độ các nhân phóng xạ quan tâm trong mẫu sao cho khoa học và chính
xác nhất.
Chương 3 là phần kết quả nghiên cứu: trình bày các kết quả định tính và
định lượng hoạt độ phóng xạ của 61 mẫu đá ốp lát thông qua việc xử lý phổ gamma;
giải thích nguyên nhân những mẫu có hoạt độ phóng xạ cao; so sánh kết quả này
với một số kết quả của các nghiên cứu khác trên thế giới.
Phần kết luận
đưa ra những nhận xét tổng quát rút ra từ kết quả của quá
trình nghiên cứu cùng đề xuất của tác giả về một số nguyên tắc bảo vệ an toàn
phóng xạ có liên quan đến phóng xạ tự nhiên trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây
dựng.

- 4 -
Chương 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Vài nét về hiện tượng phóng xạ
Phóng xạ là một hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ thuở khai thiên lập địa,
nhưng đã bị bỏ quên cho đến năm 1896 khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện các
bức xạ từ muối của uranium. Sau đó, năm 1899 Pierre và Marrie Curie tìm ra hai
chất phóng xạ mới là polonium và radium. Năm 1934, Frederic Jiolot và Iren Curie
tạo ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo của phospho và nitrogen. Phát minh này đã mở
ra một kỷ nguyên của phóng xạ nhân tạo.
Theo định nghĩa [5], phóng xạ là biến
đổi tự xảy ra của hạt nhân nguyên tử,
đưa đến sự thay đổi trạng thái hoặc bậc số nguyên tử hoặc số khối của hạt nhân. Khi
chỉ có sự thay đổi trạng thái xảy ra, hạt nhân sẽ phát ra tia gamma mà không biến
đổi thành hạt nhân khác; khi bậc số nguyên tử thay đổi sẽ biến hạt nhân này thành
hạt nhân của nguyên tử khác; khi chỉ có số khối thay đổi, hạt nhân sẽ biến thành
đồng vị khác củ
a nó.
Các công trình nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng phóng xạ đã xác
nhận sản phẩm phân rã phóng xạ của hạt nhân gồm:
+ Tia alpha: là chùm các hạt tích điện dương, bị lệch trong điện trường và
từ trường, dễ bị các lớp vật chất mỏng hấp thụ. Về bản chất, tia alpha là chùm các
hạt nhân của nguyên tử helium (
He
2
4
).
+ Tia beta: cũng bị lệch trong điện trường và từ trường, có khả năng xuyên

sâu hơn tia alpha. Về bản chất, tia beta là các electron (


) và các positron (


).
+ Tia gamma: không chịu tác dụng của điện trường và từ trường, có khả
năng xuyên sâu vào vật chất. Về bản chất, tia gamma là các photon có năng lượng
cao.
- 5 -
+ Neutron: có sức xuyên mạnh hơn tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại
bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn paraphin.

1.2. Nguồn gốc phóng xạ
Mọi người và mọi vật đều cấu tạo từ nguyên tử. Một người lớn trung bình
là tập hợp của khoảng 4.10
27
nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho và các
nguyên tố khác. Khối lượng nguyên tử tập trung ở phần hạt nhân nguyên tử mà độ
lớn của nó chỉ bằng một phần tỉ của nguyên tử. Xung quanh hạt nhân hầu như là
khoảng trống, ngoại trừ những phần tử rất nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh
hạt nhân được gọi là electron. Các electron quyết định tính chất hoá học của một
chất nhất định. Nó không liên quan gì vớ
i hoạt độ phóng xạ. Hoạt độ phóng xạ chỉ
phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân. Một nguyên tố được xác định bởi số lượng proton
trong hạt nhân. Hydro có 1 proton, heli có 2, liti có 3, berili có 4, bo có 5 và cacbon
có 6 proton. Số lượng proton nhiều hơn thì hạt nhân nặng hơn. Thori có 90 proton,
protatini có 91 và urani có 92 proton được xem là những nguyên tố siêu urani. Số
lượng các neutron quyết định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay không. Để các

hạt nhân ổn định, số lượng neutron trong hầu hết mọi trường hợp đề
u phải lớn hơn
số lượng proton một ít. Ở các hạt nhân ổn định proton và neutron liên kết với nhau
bởi lực hút rất mạnh của hạt nhân mà không phần tử nào thoát ra ngoài. Trong
trường hợp như vậy, hạt nhân sẽ tồn tại bền vững. Tuy nhiên, mọi việc sẽ khác đi
nếu số lượng neutron vượt khỏi mức cân bằng. Trong trường hợp này, hạt nhân sẽ
có năng lượng dư
và đơn giản là sẽ không liên kết được với nhau. Sớm hay muộn
nó cũng phải xả phần năng lượng dư thừa đó. Hạt nhân khác nhau thì việc giải thoát
năng lượng dư cũng khác nhau, dưới dạng các sóng điện từ và các loại hạt khác: ,
, n, p. Năng lượng đó được gọi là bức xạ.