báo cáo đánh giá suất liều môi trường của một số đồng vị phóng xạ trong đất bằng mcnp5

ĐÁNH GIÁ SUẤT LIỀU MÔI TRƯỜNG
CỦA MỘT SỐ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG ĐẤT BẰNG MCNP5
SVTH: LẠI VIẾT HẢI
CBHD: TS.TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN
CBPB: ThS.NGUYỄN HOÀNG ANH
Tp. Hồ Chí Minh - Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
1
2. Mục đích của khóa luận
1. Tổng quan về phóng xạ tự nhiên
5. Mô hình thực hiện
Nội dung
6. Kết quả và thảo luận
7. Kết luận và kiến nghị
2
4. Chương trình MCNP5
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3
1.Tổng quan về phông phóng xạ tự nhiên
Đồng vị phóng xạ tự nhiên
Chuỗi Uranium
(
238
U)
Chuỗi Thorium

(
232
Th)
40
K,
14
C,
Chuỗi Actinium
(
235
U)
Đất
Đồng vị phóng xạ tự nhiên
Nước
Cơ thể người
Không khí
4
Tổng quan về phông phóng xạ tự nhiên
5
Ảnh hưởng của tia phóng xạ
lên cơ thể người
6
Tổng quan tình hình nghiên cứu
 Năm 1974, Poston và Syner [11] đã thực hiện nghiên cứu trong môi trường
không khí bán vô hạn bị nhiễm xạ
 Năm 1981, D.C.Kocher [10] nghiên cứu trong vùng nước và đất bán vô
hạn bị nhiễm xạ
 Năm 1993, Keith F.Eckerman và Jeffrey C.Ryman [7] đã kết hợp tung độ
gian đoạn và phương pháp Monte Carlo để giải phương trình vận chuyển
photon cho nguồn photon được phân bố trong môi trường

 Năm 1995, K,Saito và P.Jacob [12] tính liều cơ quan từ nguồn tự nhiên
được phân bố đồng đều sử dụng phương pháp Monte Carlo
 Năm 2005, Hung T.V, Satoh.D, Takahashi.F, Tsuda.S, Endo,A.Saiko.K and
YamaguchiY [8], đã tính toán hệ số chuyển đổi liều của các đồng vị phóng
xạ phân bố đồng đều trong không khí
Đánh giá suất liều hấp thụ từ phông phóng xạ môi
trường của các chuỗi đồng vị phóng xạ
238
U,
232
Th và
40
K có trong đất đối với cơ thể con người.
2. Mục đích của khóa luận
7
8
-Sử dụng chương trình MCNP5 để tính trực
tiếp hệ số chuyển đổi liều tương đương trong
cơ quan hoặc mô của phantom MIRD-5 của
các chuỗi phóng xạ
232
Th,
238
U,
40
K
-So sánh với kết quả nội suy giá trị hệ số
chuyển đổi liều từ dữ liệu của FGR-12
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng

-Phông phóng xạ gamma do môi trường đất
gây ra từ một số khu vực ở Đắk Lắk
Phương pháp nghiên cứu
9
4. Chương trình MCNP5
Input file
Cell
cards
Surface
cards
Data
cards
10
Chương trình MCNP5
Kí hiệu tính toán Mô tả
F1:n hoặc F1:p hoặc F1:e
Dòng phân tích trên bề mặt
F2:n hoặc F2:p hoặc F2:e
Thông lượng mặt trung bình
F4:n hoặc F4:p hoặc F4:e
Thông lượng cell trung bình
F5:n hoặc F5:p
Thông lượng điểm hay đầu dò
F
6:n hoặc F6:n,p hoặc
Năng lượng trung bình để lại trong
cell
F7:n
Năng lượng mất mát trong phân
hạch

F8:p hoặc F8:e hoặc F8:p,e
Phân bố tạo xung trong đầu dò
Bảng 1. Các loại tally tính toán
F6:p
5. Mô hình thực hiện
Hình 1. Dạng hình học của mô hình tính liều [2]
11
Các thành phần của đất và không khí
trong mô hình
Nguyên tố Tỉ lệ khối lượng
H 0,00064
C 0,00014
N 0,75086
O 0,23555
Ar 0,01281
Bảng 2. Thành phần không khí [7]
12
Các thành phần của đất và không khí
trong mô hình
Nguyên tố Tỉ lệ khối lượng
H 0,021
C 0,016
O 0,577
Al 0,050
Si 0,271
K 0,013
Ca 0,041
Fe 0,011
Bảng 3. Thành phần đất [7]
13

Phantom MIRD-5
Hình 2. Cấu tạo phantom MIRD-5 [13]
14
Năng lượng của các chuỗi phóng xạ
i
TB
i
i
i
E
E





Xác suất phát
của đỉnh năng
lượng thứ i
Năng lượng của
đỉnh thứ i
Chuỗi
232
Th Chuỗi
238
U
40
K
0,88922 MeV 0,70038 MeV 1,46082 MeV (0,1055)
(5)

15
Bảng 4. Năng lượng trung bình của các chuỗi đồng vị phóng xạ
Các đại lượng vật lý cần tính toán
(4.1.2)
(4.1.1)
Đơn vị: W/Kg hoặc Gy/s
Đơn vị: J/Kg hoặc Gy
ht
E
D
m



4.1. Liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ:
ht
ht
D
P
t



16
4.2. Liều tương đương
4.3. Liều hiệu dụng
Các đại lượng vật lý cần tính toán
,,
W

T r r T r
HD
W
TT
EH

(4.2)
(4.3)
Đơn vị: J/Kg hoặc Sv (Sievert)
Đơn vị: J/Kg hoặc Sv (Sievert)
17
Đa thức nội suy Lagrange bậc 3
 
1 2 3 3
3 0 1
0 1 0 1 0 3 0 3
3
02
1 0 1 2
0 1 0 1 2
2 0 2 2 3 0 3 1 2
3
13 3
2
( ( ( ) ( ( ( )
( ( ( ) ( ( ( )
( ( ( ) ( ( ( )
) ) ) )
) ) ) )
) ) ) )

) ) ) )( ( ( ) ( ( ( )
x x x x x x x x x x x x
P x f f
x x x x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x
ff
x x x x x x x x x x x x
     
    
     
     
   
     
(4.4)
18
19
a.Xây dựng mô hình đánh giá suất liều bằng MCNP5 và kiểm định
hiệu lực của mô hình
 Tính hệ số chuyển đổi liều tương đương bằng MCNP5
 Nội suy giá trị hệ số chuyển đổi liều tương đương của
FGR-12 bằng đa thức Lagrange
 So sánh kết quả mô phỏng và nội suy của FGR-12
b.Áp dụng đánh giá suất liều môi trường ở một số địa điểm ở Đắk
Lắk
 Tính suất liều tương đương trong các cơ quan
 Tính liều hiệu dụng trung bình hằng năm
6. Kết quả và thảo luận
20
Cơ quan/ Mô
h

T
(Sv/Bq.s
-1
.m
3
)
(10
-17
)
D(%)
Nội suy Mô phỏng
Tuyến
thượng thận 2,4929 2,4026 -3,62
Mặt xương
4,1516 3,0741 -25,95
Não
2,8196 2,7549 -2,29
Vú
3,1760 2,9754 -6,31
Thực quản
2,3545 2,3400 -0,62
Dạ dày
2,5644 2,4567 -4,20
Ruột non
2,4039 2,3251 -3,28
Ruột già trên
2,4620 2,4519 -0,41
Ruột già dưới
2,4785 2,5203 1,69
Túi mật

2,4469 3,3497 36,90
Tim
2,5391 2,4679 -2,80
Hệ số chuyển đổi liều tương đương
mô phỏng và nội suy
Bảng 5: Hệ số chuyển đổi liều tương đương mô phỏng và nội suy
của chuỗi
232
Th
Hệ số chuyển đổi liều tương đương
mô phỏng và nội suy
0E+00
1E-17
2E-17
3E-17
4E-17
5E-17
6E-17
Hệ
số liều
tương
đương
(Sv/Bq.s
-1
.m
3
)
Hình 3: Hệ số chuyển đổi liều tương đương mô phỏng và nội suy
của chuỗi
232

Th
: Nội suy : Mô phỏng
21
Các mô hoặc cơ quan
Hệ số chuyển đổi liều tương đương
mô phỏng và nội suy
0.E+00
5.E-18
1.E-17
2.E-17
2.E-17
3.E-17
3.E-17
4.E-17
Hệ
số liều
tương
đương
(Sv/Bq.s
-1
.m
3
)
: Nội suy : Mô phỏng
Hình 4: Hệ số chuyển đổi liều tương đương mô phỏng và nội suy
của chuỗi
238
U
22
Các mô hoặc cơ quan

Hệ số chuyển đổi liều tương đương
mô phỏng và nội suy
0.E+00
1.E-18
2.E-18
3.E-18
4.E-18
5.E-18
6.E-18
7.E-18
8.E-18
9.E-18
1.E-17
Hệ
số liều
tương
đương
(Sv/Bq.s
-1
.m
3
)
: Nội suy : Mô phỏng
Hình 5: Hệ số chuyển đổi liều tương đương mô phỏng và nội suy
của chuỗi
40
K
23
Các mô hoặc cơ quan
Áp dụng tính suất liều tương đương

ở một số địa điểm tại Đắk Lắk
Mẫu
Nồng độ phóng xạ trong các mẫu đất (Bq/m
3
)
BB BEB BR CP T1
Chuỗi
232
Th 114437,0 129816,0 132624,0 136506,0 134349,0
Chuỗi
238
U 76787,0 89402,2 88441,0 90189,0 89262,3
40
K 773832,0 958464,0 970673,0 1045840,0 1002788,0
Bảng 6. Nồng độ phóng xạ của một số mẫu đất ở Đắk Lắk [1]
24
25
Hình 6: Suất liều tương đương của các cơ quan
ở khu vực BB
0.E+00
1.E-12
2.E-12
3.E-12
4.E-12
5.E-12
6.E-12
7.E-12
Suất liều tương đương (Sv/s)
Các mô hoặc cơ quan
:

238
U :
232
Th :
40
K
Áp dụng tính suất liều tương đương
ở một số địa điểm tại Đắk Lắk