Báo cáo: "Các nguồn phóng xạ tự nhiên" pot

Các nguồn phóng xạ
tự nhiên
Sinh viên thực hiện:
Hồ Ngọc Đăng Khoa
Nguyễn Thị Ngọc Trâm
Nguyễn Thị Hoài Thu
Nguyễn Ngọc Vân
MỤC LỤC
Các nhân phóng xạ nguyên thủy
1
Tia vũ trụ
Tia vũ trụ
2
Phân bố phóng xạ trong đất, đá
3
Những vùng phông tự nhiên cao
4
NGUỒN PHÓNG
XẠ TN
Vỏ trái
đất
Thực
Phẩm
Nước
biển
Tia
vũ trụ
Cơ thể
người
Sự phân bố các nguồn phóng xạ tự nhiên
1) Trong lớp vỏ trái đất

Phông phóng xạ trên trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại
cả trước và khi trái đất được hình thành
Henry becquerel
Năm 1896 nhà bác học người Pháp Becquerel phát hiện
ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là uranium và con cháu của nó
Uranium gồm 3 đồng vị khác nhau:
U
238
: chiếm 99,3%
U
235
: chiếm 0,7%
U
234
: chiếm 5.10
-3
%
Thuộc cùng một họ gọi là họ
uranium
Thành viên đầu tiên của một
họ khác, gọi là họ actinium
Th
232
là thành viên đầu tiên của họ thorium.
Ba họ phóng xạ cơ bản
Thorium (Th
232
)
Actinium (U
235

)
Uranium (U
238
)
Đặc điểm chung:
Thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu, với thời
gian bán rã được đo theo các đơn vị địa chất
Mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ,
chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon
chu kỳ bán rã 4,51.10
9
năm
chu kỳ bán rã 7,13.10
8
năm
chu kỳ bán rã 1,39.10
10
năm
Khí
86
Rn
222
được gọi là radon,
thời gian bán rã 3,825 ngày
Khí
86
Rn
219
được gọi là
actinon, thời gian bán rã

3,92s
Khí
86
Rn
220
được gọi là
thoron, thời gian bán rã 52s
Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ đều là chì
Lý do chính gây nên phông phóng xạ tự nhiên của môi trường
Pb
206

Pb
207
Pb
208

Thorium (Th
232
)
Họ 4n
Uranium (U
238
)
Họ 4n+2
Actinium (U
235
)
Họ 4n+3
Ngoài các đồng vị phóng xạ trong ba họ thorium, uranium

và actinium, trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng
xạ với số nguyên tử thấp
Hạt nhân
Độ giàu đồng
vị (%)
Thời gian bán rã
( năm)
Các bức xạ chính
Các hạt (MeV) Gamma
K
40
0,0119 1,3.10
9
1,35 1,46 MeV
Rb
87
27,85 5,0.10
10
0,275 Không có
La
138
0,089 1,1.10
11
1,0 0,80; 1,43 MeV
Sm
147
15,07 1,3.10
11
2,18 Không có
Lu

176
2,6 3,0.10
10
0,43 0,20; 0,31 MeV
Re
137
62,93 5,0.10
10
0,043 Không có
Một trong các đồng vị phóng xạ tự nhiên là K
40
, rất phổ biến
trong môi trường, trong thực vật, động vật, cơ thể người.
Hàm lượng trung bình:
Trong đất đá :
27g/kg
Trong đại dương: 380mg/lít
Trong cơ thể người:
1,7g/kg
Đồng vị phóng xạ tự nhiên quan trọng khác là C
14
với thời
gian bán rã 5600 năm.
Kết quả của biến đổi hạt nhân do các tia vũ trụ bắn phá hạt
nhân N
14

Trước khi xuất hiện bom hạt nhân
Hàm lượng tổng cộng của C
14

Trong khí quyển: 1,5.10
11
MBq (4MCi)
Trong thực vật 4,8.10
11
MBq (13MCi)
Trong đại dương 9.10
12
MBq (240 MCi)
Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể hàm lượng C
14

Cho đến năm 1960 đã thải ra khí quyển khoảng 1,1.10
11
MBq
(3MCi).
2) Các nhân phóng xạ có trong nước biển
Toàn bộ nước trên trái đất, kể cả nước biển, đều chứa các nhân
phóng xạ
Nhân phóng
xạ
Hoạt độ dùng
để tính
toán
Thái bình
dương
6,549x10
17
m

3
Đại tây dương
3,095x10
17
m
3
Tất cả các đại
dương
1,3x10
18
m
3
uranium 33mBq/lit 22x10
18
Bq 11x10
18
Bq 41x10
18
Bq
K
40
11 Bq/lit 7400x10
18
Bq 3300x10
18
Bq 14000x10
18
Bq
H
3

0,6 mBq/lit 370x10
18
Bq 190x10
18
Bq 740x10
15
Bq
C
14
5 mBq/lit 3x10
18
Bq 1,5x10
18
Bq 6,7x10
18
Bq
Rb
87
1,1 mBq/lit 700x10
18
Bq 330x10
18
Bq 1300x10
18
Bq
3) Phóng xạ trong thực phẩm
40
K pCi/kg
226
Ra pCi/kg

3520 1
40
K pCi/kg
226
Ra pCi/kg
3400 0,6-1
40
K pCi/kg
226
Ra pCi/kg
390 …
40
K pCi/kg
226
Ra pCi/kg
3000 0.5
CÁC NHÂN PHÓNG XẠ TRONG CƠ THỂ NGƯỜI
Cơ thể con người được cấu tạo nên từ các nguyên tố hóa
học, vì vậy trong cơ thể người có các nhân phóng xạ.
Một số các nhân phóng xạ vào cơ thể do ăn thực phẩm và
uống nước cũng như do hít thở hằng ngày.
Nhân phóng
xạ
Tổng lượng chất phóng
xạ tìm thấy trong cơ
thể
Tổng hoạt
độ (Bq)
Lượng hấp thụ
hằng ngày

Uranium 90 µg 1,1 1,9 µg
Thorium 30 µg 0,11 3 µg
K
40
17mg 4400 0,39 mg
Radium 31 pg 1,1 2,3 pg
C
14
95 µg 15.000 1,8 µg
Tritium 0,06 pg 23 0,003 pg
Polonium 0,2 pg 37 Khoảng 0,6 pg
Bảng sau trình bày một số nhân phóng xạ chính trong cơ thể
người lớn, nặng 70kg.
Các bức xạ proton, alpha, … năng lượng cao rơi vào khí
quyển Trái Đất từ không gian bên ngoài gọi là các tia vũ trụ
Năng lượng: Vài chục MeV đến 10
20
eV
CÁC TIA VŨ TRỤ
Lớp vật chất
dày khoảng 10
3
g/cm
2
của khí
quyển
Gồm 79% các proton năng
lượng cao, 20% các hạt alpha và
các hạt ion nặng hơn, Phần còn
lại là các electron, photon,

neutron,…
Mặt trời
Thiên hà
Gồm các proton và hạt
alpha với năng lượng tương đối
thấp, vào khoảng MeV
và có cường độ rất lớn 10
6
–
10
7
hạt/cm
2
.s.
400
≤
Các tia vũ trụ sơ cấp được chia thành các nhóm như sau
Nhóm p: gồm proton, deutron và triton
Nhóm :
α
gồm alpha và
2
He
3

Nhóm các hạt nhân nhẹ: lithium, beryllium và boron (Z = 3-5)
Nhóm các hạt nhân trung bình:
Gồm carbon, oxygen, nitrogen và flourine (Z = 6-9)
Nhóm các hạt nhân nặng:
các hạt nhân với Z

≥
10
Nhóm các hạt nhân rất nặng: các hạt nhân với Z
≥
20
Nhóm các hạt nhân siêu nặng: các hạt nhân với Z
≥
30
TIA VŨ TRỤ SƠ CẤP
Ảnh hưởng của từ trường Trái Đất lên tia vũ trụ sơ cấp:
Thứ nhất: từ trường Trái Đất cản trở các hạt năng lượng thấp
đi vào Trái Đất
Chẳng hạn, một hạt
proton chuyển động trong
lưỡng cực từ của Trái Đất
4
min
3 2
cosλ
p 59,3 GeV/c
( 1 cosθ.cos λ 1)
=
− +
Ở vĩ tuyến
λ
= 0
0
, tức là ở xích đạo
Ở vĩ tuyến
λ

= 90
0
, tức là ở cực
P
min
= 15 GeV/c
P
min
= 0.
Thứ hai, từ trường Trái Đất ngăn cản tia vũ trụ sơ cấp bay vào
bầu khí quyển dưới phương bay xác định
Chẳng hạn hạt mang điện tích dương không thể bay vào
bầu khí quyển dưới một góc xác định so với đường chân trời
về phía đông.
Ví dụ: với proton có năng lượng 2 GeV thì góc cấm này
bằng 58
0
.
Do đó ta có hiệu ứng bất đối xứng đông- tây, được xác
định bởi đại lượng:
west east
west east
I -I
I +I
TIA VŨ TRỤ SƠ CẤP
Trong đó I
west
và I
east
là cường độ các tia vũ trụ sơ cấp đến từ

hướng tây và hướng đông. Ở độ cao lớn thì tỉ số này là 0,25.
TIA VŨ TRỤ THỨ CẤP
Tia vũ trụ thứ cấp gồm 3 thành phần:
1
2
3
Kích hoạt hạt nhân (các hạt hadron)
Thành phần cứng (muon)
Thành phần mềm (electron, photon).
Quá trình tương tác thường gồm hai giai đoạn

Các hạt sơ cấp bị hấp thụ và sinh ra các hạt thứ cấp

sau đó các hạt thứ cấp ion hoá môi trường khí quyển
Tia vũ trụ thứ cấp sinh ra do tia vũ trụ sơ cấp tương tác với vật
chất trong bầu khí quyển
proton
Hạt tương
đối tính
Delta
nucleon
Kích thích
hạt nhân
(Proton, neutron, alpha)
Pion
gamma
muon
Electron-
positron
Cơ chế sản sinh các thành phần khác nhau của tia vũ trụ

Delta-nucleon là các
nucleon sinh ra với năng
lượng cỡ 160 Mev.
TIA VŨ TRỤ THỨ CẤP
Cường độ các thành phần tia vũ trụ thứ cấp phụ thuộc vào độ
cao của bầu khí quyển.
Thành phần hadron giảm rất nhanh theo chiều cao từ trên xuống
và hầu như bằng không tại mặt biển.
Thành phần electron-photon có cường độ lớn ở độ cao lớn và
bị hấp thụ rất nhanh khi đi đến mặt đất, có cường độ không đáng
kể so với thành phần muon.
Tại mặt biển, cường độ các thành phần cứng và mềm bằng
I
hard
= 1,7.10
-2
hạt/cm
2
.s và I
soft
= 0,7.10
-2
hạt/cm
2
.s.
Như vậy cường độ tia vũ trụ thứ cấp ở mặt biển vào khoảng
100 lần bé hơn cường độ ở giới hạn bầu khí quyển, mà trong đó
chủ yếu là các hạt muon.
Sự phân bố phóng xạ trong thạch quyển và địa quyển
1) Đá kết tinh:

Đá núi lửa và núi biến chất là đá kết tinh được tạo thành
dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất lớn
Độ giàu của hai nguyên tố tăng theo hàm lượng silic,
Trong đá giàu silic :
Hàm lượng uran là cao nhất nhưng hiếm khi vượt quá 30ppm,
Trong đá nghèo silic:
Có hàm lượng uran cỡ 0,1 ppm hoặc thấp hơn
Vào khoảng trên 1,4 tỷ năm trước, hầu như không có
oxygen trong khí quyển và uranoxit có thể tồn tại trên bề mặt
trái đất dưới dạng hạt quặng tự nhiên không bị oxy hóa,
Theo thời gian, các
điểm tích tụ này bị chôn
vùi, ép sâu và bị biến
chất thành các mỏ kết tủa
Hạt uran di chuyển theo các dòng suối và do mật độ cao nên
chúng bị tích tụ trong các mỏ sa khoáng.
2) Đá trầm tích:
Khoảng 1,4 tỷ năm trước hoặc sớm hơn, uran phong hóa
từ các đá núi lửa, đá kết tinh hoặc đá trầm tích bị khuyếch
tán dưới dạng các ion hòa tan hoặc một trong các
phức của nó.
2+
2
UO
Sự tái tích tụ uran do các phản ứng oxy hóa khử gián tiếp từ
các quá trình sinh học rất gần bề mặt trái đất. Các đá trầm tích
như thế sẽ làm giàu uran.
Đá Trầm tích tìm thấy ở bãi Nam, Ninh Hải, Ninh Hoà
3) Đá phiến sét ( diệp thạch) giàu hữu cơ và than đá:
Các lớp sét tích lũy và vật liệu hữu cơ có thể xuất hiện trong

môi trường biển và cửa sông dưới độ sâu vài km trong các phiến
đá sét giàu hữu cơ
Uran bị hấp thụ lên trên các lớp hữu cơ và lớp sét.
Đá phiến sét Chattanooga đông USA có hàm lượng trung
bình là 79 ppm được xem như nguồn uran chính của Mỹ.
Các vùng Alum ở Thụy Điển
và Kupferschiefer ở Đức cũng là
các vùng đá phiến sét giàu uran.
4) Sa thạch ( đá cát kết):
Sa thạch là nơi tích tụ phần lớn uran có tính kinh tế. Nước
chứa uran chảy qua sa thạch và đi vào miền khử, ở đấy uran bị
khử và kết tủa, tạo nên lớp áo phủ trên các hạt cát. Thân quặng
được tạo ra và lớn dần.
Con cháu của dãy uran được giải phóng và do độ hòa tan
khác nhau có thể được vận chuyển tách ra khỏi khối uran. Những
khối chất này tích tụ dần dần và làm giàu thân quặng.
Loại đất, đá
40
K
232
Th
238
U
mg/kg Bq/kg mg/kg Bq/kg mg/kg Bq/kg
Có nguồn gốc núi lửa
Granit
Bazan
5
0.5
1200

230
17
4
70
15
3
1
35
12
Đá vôi
Cát kết
Đá phiến sét
0.3
1.3
3.0
70
300
700
2
3
12
8
11
45
2
1.5
4
25
18
50

Đất trung bình toàn
cầu
1.4 370 6 25 2 25