Tải bản đầy đủ (.doc) (46 trang)

các nguyên tố phóng xạ và ảnh hưởng của bức xạ gamma trong tự nhiên

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (727.67 KB, 46 trang )

Các nguyên tố phóng xạ và ảnh hưởng của bức xạ gamma trong tự
nhiên
Mục lục
Các nguyên t phóng x v nh h ng c a b c x gamma trong t nhiênố ạ àả ưở ủ ứ ạ ự 1
M c l cụ ụ 1
M uởđầ 2
các nguyên t phóng x v nh h ng c a b c x gamma trong tù nhiên.ố ạ àả ưở ủ ứ ạ 4
I.1 Các nguyên tè phóng x trong t nhiên.ạ ự 4
I.1.1 ng v phóng x c a Kali -40K.Đồ ị ạ ủ 6
I.1.2 Các ng v phóng x c a Thori v Uran 232Th, 235U,238Uđồ ị ạ ủ à 6
I.1.3 c i m c a các dãy phóng x t nhiên v hi n t ng cân b ng Đặ để ủ ạ ự à ệ ượ ằ
phóng x .ạ 8
I.2 Quy lu t phân b c a các nguyên t phóng x trên trái t.ậ ố ủ ố ạ đấ 9
I.2.1 Quy lu t phân b c a Uran v Thori trong v Trái t.ậ ố ủ à ỏ đấ 9
I.2.2 Quy lu t phân b c a Kali v Rubidi trong t á:ậ ố ủ à đấ đ 12
I.3 Vai trò c a b c x gamma trong a v t lý.ủ ứ ạ đị ậ 13
I.3.1 Vai trò c a b c x gamma.ủ ứ ạ 13
I.3.2 Phông b c x gamma.ứ ạ 14
su t li u b c x v nh h ng c a các ng v phóng x n môi tr ng xung ấ ề ứ ạ àả ưở ủ đồ ị ạđế ườ
quanh 17
II.1 Các i l ng o li u b c x dùng trong an to n b c x .đạ ượ đ ề ứ ạ à ứ ạ 17
II.1.1 Li u chi u.ề ế 17
II.1.2 Li u h p th D.ề ấ ụ 17
II.1.3 Su t li u h p thô:ấ ề ấ 18
II.1.4 Li u t ng ng.ề ươ đươ 18
II.1.4.1 H s ph m ch t Q.ệ ố ẩ ấ 18
II.1.4.2 Li u t ng ng.ề ươ đươ 19
II.1.4.3 Su t li u t ng ng :ấ ề ươ đươ 19
II.1.4.4 Su t li u chi u v m i quan h gi a su t li u chi u v h m ấ ề ế à ố ệ ữ ấ ề ế à à
l ng:ượ 20
II.1.4.5 Li u hi u d ng t ng ng.ề ệ ụ ươ đươ 20


II.2 nh h ng c a các ng v phóng x n môi tr ng xung quanh:Ả ưở ủ đồ ị ạđế ườ 21
II.2.1 nh h ng c a b c x i v i con ng i.Ả ưở ủ ứ ạđố ớ ườ 22
II.2.2 trung bình phóng x có trong ng i.Độ ạ ườ 23
II.2.3 An to n phóng x .à ạ 25
Ph ng pháp th c nghi mươ ự ệ 30
III.1 Chu n b m u v m u chu nẩ ị ẫ à ẫ ẫ 30
III.1.1 Cách t o m uạ ẫ 30
III.1.2 M u chu nẫ ẩ 31
III.2 Ph ng pháp tính h m l ng các nguyên tươ à ượ ố 32
III.2.1 Ph ng pháp tuy t iươ ệ đố 32
III.2.2 Ph ng pháp t ng i.ươ ươ đố 33
III.2.3 Sai sè trong x lý s li u th c nghi m.ử ố ệ ự ệ 33
III.3 H th ng thi t b o.ệ ố ế ị đ 34
III.3.1 S kh i c a thi t b o.ơđồ ố ủ ế ị đ 34
III.3.2 Detector bán d n.ẫ 35
III.3.2.1 Nguyên t c l m vi c c a detector bán d n.ắ à ệ ủ ẫ 36
III.3.2.2 M t s c tr ng c a detector bán d n.ộ ốđặ ư ủ ẫ 36
III.3.3 Máy o su t li u b c x .đ ấ ề ứ ạ 38
Các k t qu th c nghi mế ả ự ệ 39
IV.1 S li u th c nghi m.ố ệ ự ệ 39
IV.1.1 S m ã tr phông.ốđế đ ừ 39
IV.1.2 Ph b c x c a các nguyên t phóng x trong các m u t.ổ ứ ạ ủ ố ạ ẫ đấ 40
IV.1.3 H m l ng c a các nguyên tè 238U, 232Th v 40Kà ượ ủ à 40
IV.1.4 Su t li u b c x .ấ ề ứ ạ 41
K t lu nế ậ 44
T i li u tham kh oà ệ ả 45
Mở đầu
Nhiều nghiên cứu ở trong nước cũng như nước ngoài đã sử dụng các kỹ
thuật hạt nhân để đánh giá độ nhiễm bẩn phóng xạ tự nhiên. Đặc biệt đã có một
bảng số liệu cho các loại đất đá về các đồng vị phóng xạ tự nhiên cho các nước

khác nhau trong UNSCEAR - NewYork - 1988 bằng số liệu thực nghiệm chứa
các mức trung bình của bức xạ vũ trụ và các trường bức xạ, các phóng xạ của khí
Radon trên các địa dư hành chính của các nước trong những thời gian xác định.
Tuy nhiên các số liệu luôn có sự biến đổi, vì các đồng vị này luôn luôn bị phân
rã trong môi trường.Vì vậy nghiên cứu các số liệu này biến đổi theo thời gian,
theo không gian cũng là những việc cần làm. Hơn nữa ở nước ta nghiên cứu này
không được triển khai thường xuyên và cũng chưa ở một diện rộng, mới chỉ đo ở
các vùng cục bộ. Do đó có thể nói chúng ta chưa có số liệu cơ bản ban đầu một
cách đầy đủ, mà mới chỉ đo một vài điểm đặc trưng, đặc biệt chưa theo dõi suất
liều trên cơ sở số liệu về hàm lượng phóng xạ tự nhiên ở trong thời gian từ năm
1980 đến 1998. Mục đích của khoá luận này tôi nghiên cứu cả hai phương pháp
đo hàm lượng và suất liều trong cùng một không gian và thời gian ở một số địa
điểm đặc trưng của khu đất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên-Hoà Lạc, bằng hệ thiết
bị detector bán dẫn siêu tinh khiết. Đây là các số liệu cơ bản ban đầu cả về hàm
lượng lẫn suất liều được đo, qua đó chúng ta có thể đánh giá được các loại đất đá
ở khu vực này, cũng như ảnh hưởng của suất liều đến môi trường xung quanh.
Ngoài ra, việc nghiên cứu hàm lượng phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ giúp
chúng ta tìm kiếm quặng phóng xạ cũng như việc tìm kiếm các nguyên tố cộng
sinh với các nguyên tố phóng xạ.
Hoàn thanh khoá luận này tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình
của PGS.TS Đặng Huy Uyên, tập thể cán bộ trung tâm vật lý hạt nhân, đặc biệt
là GS.TS Trần Đức Thiệp, PGS.TS Nguyễn Văn Đỗ và thầy Nguyễn Văn Khuê
những người đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian vừa qua.
Bản khoá luận này là kết quả của quá trình 4 năm học tập trong trường với
sự giảng dạy của thầy cô giáo, là sự tổng hợp kiến thức của bản thân trong thời
gian học, cũng như trong quá trình đi thực tập tại trung tâm Vật lý hạt nhân.
Mặc dù đã cố gắng học hỏi, tìm tòi nghiên cứu các tài liệu, cũng như được
sự hướng dẫn tận tình của thầy cô giáo và sự giúp đỡ của bạn bè. Nhưng do thời
gian hạn hẹp, khả năng và kinh nghiệm còn có hạn, nên không thể tránh khỏi sai
sót, rất mong được sự góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn.

Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội tháng 06 năm 2003
ch¬ng I
các nguyên tố phóng xạ và ảnh hưởng của bức xạ gamma trong tù
nhiên.
I.1 Các nguyên tè phóng xạ trong tự nhiên.
Trong tự nhiên có sẵn những đồng vị có tính phóng xạ, đó là các đồng vị
phóng xạ tự nhiên. Về nguồn gốc phát sinh, người ta chia chúng thành 3 nhóm:
+ Nhóm thứ nhất: Theo quan điểm hiện nay, các đồng vị thuộc nhóm nàyliên
quan đến sự tổng hợp chúng khi hình thành thái dương hệ. Chu kỳ bán rã của các
hạt nhân này vào cỡ tuổi trái đất(cỡ 5x10
9
năm). Nhóm này bao gồm các nguyên

238
U,
232
Th,
40
K,
87
Rb,
24
Sn và một số hạt nhân rất hiếm khác.
+ Nhóm thứ hai: Nhóm này sinh ra do sự phân rã và phân chia tự phát của nhóm
thứ nhất. Chúng có chu kỳ bán rã từ bé hơn 1 giây đến 10
4
÷ 10
5
năm.

+Nhóm thứ 3: Bao gồm các hạt nhân phóng xạ tự nhiên còn lại, chúng sinh ra
do những nguyên nhân ngoài trái đất như do tương tác của các tia vũ trụ có năng
lượng cao với khí quyển, đó là các nguyên tố như:
3
H,
7
Be,
10
Be,
14
C và một số
nguyên tố sinh ra do sự bắt notron hay có nguồn gốc từ các thiên thạch trong vũ
trụ đi vào trái đất.
Các đồng vị phóng xạ tự nhiên tạo thành các dãy cơ bản là
238
U,
235
U,


232
Th. Chúng tạo thành các dãy tương ứng là Uran, Actino Uran và Thori. Các
dãy cơ bản trên đều bắt đầu bằng đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn (
238
U:
T
1/2
=4,5.10
9
năm,

235
U: T
1/2
=7.10
8
năm và
232
Th: T
1/2
=45.10
9
năm) và kết thúc
bằng các đồng vị chì bền (Pb).
Hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên trong đất đá được quy
định bởi hoạt độ đá mẹ và tập hợp các quá trình tạo thành đất đá. Trong đó tồn
tại các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã dài như
40
K,
87
Rb,
238
U,
232
Th. Các đặc
trưng cơ bản như chu kỳ bán rã, hàm lượng trong các hợp chất tự nhiên của các
đồng vị phóng xạ này được đưa ra ở bảng sau đây:
Bảng 1: Chu kỳ bán rã và hàm lượng của một số đồng vị phóng xạ tù nhiên
Đồng vị Hàm lượng trong hợp chất tự
nhiên của đồng vị (%)
Chu kỳ bán rã (năm)

40
K 0,019 1,39.10
9
87
Rb 27,85 5,0.10
10
232
Th 100 1,4.10
10
235
U 0,7 7,1.10
8
238
U 99,28 4,5.10
9
I.1.1 Đồng vị phóng xạ của Kali -
40
K.
40
K là đồng vị phóng xạ vừa phân rã β
+
,vừa phân rã β
-
đồng vị chiếm K. Khi
40
K phân rã β
-
sẽ biến thành
40
Ca. Hạt nhân con được tạo thành ở trạng thái cơ

bản. Xác suất của quá trình này là 89 %. Chỉ có 11%
40
K phân rã β
+
hoặc chiếm
K trở thành
40
Ar. Hạt nhân con
40
Ar ở trạng thái kích thích khi trở về trạng thái
cơ bản có năng lượng 1,46 MeV. Vì vậy bức xạ gamma 1,46 MeV là bức xạ đặc
trưng của
40
K. Chu kỳ bán rã của
40
K là 1,39.10
9
năm. Từ khi hình thành trái đất
đến nay lượng
40
K đã giảm đi 8 lần.
I.1.2 Các đồng vị phóng xạ của Thori và Uran
232
Th,
235
U,
238
U
Cả 3 đồng vị phóng xạ trên đều là những đồng vị phân rã alpha. Các sản
phẩm con cháu của 3 đồng vị trên đều không bền. Khi tạo thành chúng lại tiếp

tục phân rã tạo thành 3 dãy tự nhiên. Cả 3 dãy phóng xạ trên đều được kết thúc
bởi đồng vị phóng xạ chì bền.
Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy phóng xạ
232
Th có số khối được mô tả
theo công thức A=4n, với n là số nguyên biến đổi từ 52 đến 58.
Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy
235
U có số khối được mô tả theo công
thức A= 4n+3, với n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 58.
Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy
238
U có số khối được mô tả theo công
thức A= 4n+2, với n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 59.
Dãy phóng xạ
232
Th được bắt đầu từ
232
Th và kết thúc bởi đồng vị chì bền
208
Pb trải qua 6 phân rã α và 4 phân rã β:

232
Th
α

228
Ra
β


228
Ac
β
228
Th
α
224
Ra
(1,4.10
10
năm) (5,7 năm) (6,13 giê) (1,9 năm) (3,64 ngày)
α
220
Rn

α
216
Po

α
212
Pb

β
212
Bi
β

212
Po

(5,3 giây) (0,445 giây) (10,6 giê) (60,6 phót) (3.10
-7
giây)

208
Tl
β

208
Pb (bền)
(3,1 phót)
Dãy phóng xạ
238
U được bắt đầu từ
238
U và kết thúc bởi đồng vị chì bền
208
Pb trải qua 8 phân rã α và 4 phân rã β:
238
U
α

234
Th
β

234
Pa
β
234

U
α
230
Th
(4,5.10
9
năm) (24,1 ngày) (117 phót) (2,5.10
5
năm) (8,0.10
4
năm)
226
Ra
α

222
Rn
α

218
Po

α
214
Pb
β
214
Bi
(11,6.10
3

năm) (3,82 ngày) (3,05 phót) (26,8 phót) (19,7 phót)

214
Po
α

210
Pb
β

210
Bi
β
210
Po
α
206
Pb(bền) .
(1,6.10
-4
giây) (20,4 năm) (5 ngày) (138 ngày)
Dãy phóng xạ
235
U, gọi là dãy Actini, được bắt đầu từ
235
U và kết thúc bởi đồng
vị chì bền
207
Pb trải qua 7 phân rã α và 4 phân rã β:
235

U
α

231
Th
β

231
Pa
α
227
Ac
α
223
Fr
(7,1.10
8
năm) (225giê) (3,25 năm) (21,6 năm) (22 phót)

227
Th
α

223
Ra
α

219
Rn
(18,2 ngày) (11,44năm) (4,0 giây)

215
Po
α

211
Pb
β

211
Bi
β
211
Po
α
207
Pb(bền)
α
α
(1,78.10
-3
giây) (36,1 phót) (2,16giây) (0,5 giây)
α β

207
Tl (4,79 phót)
I.1.3 Đặc điểm của các dãy phóng xạ tự nhiên và hiện tượng cân bằng
phóng xạ.
Cả 3 dãy phóng xạ đều bắt đầu từ các hạt nhân phân rã α, có chu kỳ bán
rã rất lớn so với chu kỳ bán rã của các hạt nhân con cháu trong dãy. Do tuổi của
các mẫu quặng rất lớn, cỡ tuổi của Trái Đất, do đó đến nay các dãy phóng xạ đều

xảy ra hiện tượng cân bằng phóng xạ. Khi hiện tượng này xảy ra, hoạt độ phóng
xạ của các nguyên tố trong cùng một dãy đều bằng nhau. Ta có phương trình cân
bằng phóng xạ sau:
λ
1
N
1
= λ
2
N
2
= = λ
1
N
i
Trong đó: λ
i
là hằng số phân rã phóng xạ của nguyên tố thứ i
N
1
là hoạt độ phóng xạ của nguyên tố thứ i
Khi đó nếu biết hoạt độ phóng xạ của một nguyên tố nào đó trong dãy, sẽ
suy ra được hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân khác, và do đó biết được hàm
lượng của các nguyên tố trong dãy. Trong địa chất quan tâm đến hàm lượng
của các nguyên tố U, Th, K.
Trong cả 3 dãy phóng xạ tự nhiên các nguyên tố phóng xạ ở đầu dãy khi
phân rã, hạt nhân con được tạo thành thường ở trạng thái cơ bản hoặc ở trạng
thái kích thích thấp. Do đó, các bức xạ gamma do các nguyên tố đầu dãy phát ra
có cường độ thấp.
Các nguyên tố cuối dãy khi phân rã hạt nhân con được tạo thành ở trạng

thái kích thích có năng lượng cao. Vì vậy, các nguyên tố này khi phân rã sẽ phát
ra các bức xạ gamma có năng lượng lớn và cường độ mạnh. Cho nên có thể sử
dụng các nguyên tố này để phân tích và xác định hàm lượng của Uran, Thori và
Kali trong đất đá.
Hoạt độ phóng xạ alpha của dãy
235
U chỉ cỡ 5% hoạt độ phóng xạ alpha
của dãy
238
U.
Cường độ bức xạ gamma do các nguyên tố trong dãy phóng xạ
238
U rất
mạnh so với cường độ bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ trong dãy
235
U

232
Th phát ra.
Cả 3 dãy phóng xạ
238
U,
235
U,
232
Th đều chứa 3 đồng vị phóng xạ của Radi

226
Ra,
222

Ra và
224
Ra. Các đồng vị phóng xạ này đều phân rã α tạo thành đồng
vị phóng xạ của Radon. Các đồng vị phóng xạ của Radon là
222
Rn,
219
Rn và
220
Rn. Khi đồng vị phóng xạ
219
Rn tương tác với một proton tạo nên hạt nhân dật
lùi và ở trạng thái đó nó có thể bay ra khỏi đất đá đi vào khí quyển. Đây là một
trong những nguyên nhân gây ra tính phóng xạ của không khí.
I.2 Quy luật phân bố của các nguyên tố phóng xạ trên trái đất.
Nghiên cứu phân bố hay hàm lượng cả các nguyên tố phóng xạ trong các
loại đất đá cơ bản của Trái Đất sẽ cho phép tìm hiểu vai trò của các quá trình hạt
nhân trong lịch sử hình thành của Trái Đất và các quá trình biến đổi địa chất đã
xẩy ra.
I.2.1 Quy luật phân bố của Uran và Thori trong vỏ Trái đất.
Trong đất đá Uran và Thori tồn tại dưới dạng UO
2
và ThO
2
. Các

loại đất đá
khác nhau có hàm lượng Uran và Thori khác nhau. Hàm lượng trung bình của
Uran và Thori cũng như tỷ số về hàm lượng của chúng là một trong những thông
số đặc trưng cho từng loại đất đá và nguồn gốc của nó.

Bng di a ra hm lng trung bỡnh ca Uran v Thoritrong cỏc loi ỏ
macma v t s v hm lng ca Uran v Thori. c trng ni bt ca loi ỏ
macma l t s gia hm lng ca Uran v Thori (Th/U) luụn luụn ln hn 1,
mc dự hm lng ca Uran v Thori trong cỏc loi t ỏ ny l khỏc nhau. T
s ny bin thiờn trong khong t 2,7 i vi ỏ Peridiot n 4 Bảng dới đa ra
hàm lợng trung bình của Uran và Thoritrong các loại đá macma và tỷ số về
hàm lợng của Uran và Thori. Đặc trng nổi bật của loại đá macma là tỷ số giữa
hàm lợng của Uran và Thori (Th/U) luôn luôn lớn hơn 1, mặc dù hàm lợng của
Uran và Thori trong các loại đất đá này là khác nhau. Tỷ số này biến thiên
trong khoảng từ 2,7 đối với đá Peridiot đến 4ữ5,0 i vi ỏ Granit cú tớnh
kim.
Bng 2: Hm lng trung bỡnh (ppm) ca Uran v Thori trong cỏc loi ỏ
macma.
Loi ỏ U Th Th/U
Loi ỏ xõm nhp:
ỏ peridiot, peoxen 0,03 0,08 2,7
ỏ gabro, ỏ diaba 0,6 1,8 3,0
ỏ iorit 1,8 6,0 3,3
Đá plagionit 2,7 9,6 4,0
Đá granit 4,5 18,0 4,0
Đá granit có tính kiềm
≈ 6,0
25,0
4,0÷5,0
Các loại phun trào:
Đá diaba, đá bazan 0,7 2,3 3,2
Đá andezit 1,2 4,0 3,3
Đá liparit 4,7 19,0 4,0
Đối với các loại đá trầm tích, tỷ số Th/U biến thiên trong khoảng rộng và
có loại tỷ số nhỏ hơn 2. Đặc điểm này được thể hiện ở bảng 3 dưới đây:

Bảng 3: Hàm lượng trung bình (ppm) của các loại đá trầm tích.
Loại đá U Th Th/U
Đá có nguồn gốc lục địa:
Đá cuội kết 2,4 9,0 3,7
Đá sa thạch 2,9 10,0 3,6
Đá alginit (sét kết)
4,0 11,5 2,4
Đá cuội kết thạch anh 6,3 31,0 5,1
Đá phiến sét chứa than
>10÷20
15,0 <1,0
Các loại đá silic:
Đá phiếm sét silic 2,8 6,2 2,2
Đá phiếm silic 1,7 2,2 1,2
Cỏc loi ỏ cacbonat:
Loi ỏ U Th Th/U
ỏ vụi 1,6 1,8 1,1
ỏ macma 2,8 2,5 0,9
ỏ dolomit 3,7 2,8 0,8
Cỏc loi ỏ cha mui:
ỏ thch cao khan 1,0 1,0 1,0
M mui 0,9 1,0 1,1
Than ỏ 3,4 4,8 1,4
ỏ phim du m <100
10ữ15
<0,5
I.2.2 Quy lut phõn b ca Kali v Rubidi trong t ỏ:
Trong iu kin t nhiờn c Kali v Rubidi u cú ho tr 1, chỳng tn ti trng
thỏi liờn kt ion v u l cỏc kim loi thuc nhúm kim loi kim. Trong
điều kiện tự nhiên cả Kali và Rubidi đều có hoà trị 1, chúng tồn tại ở trạng thái

liên kết ion và đều là các kim loại thuộc nhóm kim loại kiềm.
40
K chim khong
0,0119% lng Kali t nhiờn, cũn
87
Rb chim khong 27,85% Rubidi t nhiờn.
Hm lng trung bỡnh ca Kali v Rubidi cng nh t l hm lng ca
chỳng trong cỏc loi t ỏ khỏc nhau l khỏc nhau. Cỏc s liu c th v hm
lng ca Kali v Rubidi cng nh t s hm lng gia chỳng c trỡnh by
cỏc bng sau:
Bng 4: Hm lng trung bỡnh (ppm) ca Kali v Rubidi trong mt s
loi ỏ macma.
Loi ỏ K Rb K/Rb
ỏ Granit 37700 145 240
ỏ Andehit 13300 31 430
Loi ỏ Bazan Kali 64050 430 140
ỏ Bazan Olivin cú tớnh kim 13800 33 418
Bảng 5: Hàm lượng trung bình (ppm) của Kali và Rubidi trong một số loại đá
trầm tích.
Loại đá K Rb K/Rb
Đá phiếm 26000 140 186
Đá pha cát 10700 60 167
Đá vôi 2700 3 900
Đá trầm tích cacbonat 2900 10 290
Đá trầm tích pha cát 2270 110 227
Từ các số liệu ta thấy rằng
40
K trong các loại đá trầm tích nhỏ hơn trong các
loại đá macma.
I.3 Vai trò của bức xạ gamma trong địa vật lý.

I.3.1 Vai trò của bức xạ gamma.
Cường độ bức xạ do một nguyên tố nào đó phát ra luôn tỷ lệ với hàm lượng
của nguyên tố đó trong đối tượng nghiên cứu. Nếu phân rã phóng xạ của các
nguyên tố phát ra các dạng bức xạ khác nhau (alpha, beta và gamma) thì hàm
lượng của nó có thể được xác định dùa vào việc ghi nhận một trong số các loại
bức xạ trên. Phổ bức xạ gamma do hạt nhân phóng xạ phát ra là phổ gián đoạn,
có năng lượng hoàn toàn xác định đặc trưng cho nguyên tố đó.
Khả năng đâm xuyên của hạt alpha rất nhỏ, nên trước khi đo hoạt độ alpha
cần phải tiến hành xử lý hoá học các mẫu.Việc xử lý mẫu để đo phổ gamma là
rất phức tạp. Ngày nay trong địa vật lý hạt nhân phơưng pháp phổ alpha Ýt dược
sử dụng để xác định hàm lượnh các nguyên tố.
Bức xạ beta tuy có khả năng đâm xuyên lớn nhưng do phổ beta là phổ liên
tục. Nên trong địa vật lý hạt nhân phương pháp phổ beta hầu như không được sử
dụng để xác định hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ.
Ngy nay vi s phỏt trin v ngy cng hon thin ca cỏc thit b gamma,
cho nờn trong a vt lý ht nhõn hm lng ca cỏc nguyờn t phúng x Uran,
Thori v Kali c xỏc nh theo phng phỏp ph gamma.
Cỏc bc x gamma do cỏc nguyờn t phúng x phỏ ra do cú ph giỏn on.
Mi ht nhõn phúng x gamma u phỏt ra mt s vch bc x gamma cú nng
lng hon ton xỏc nh. Ngoi ra, cỏc bc x gamma cú kh nng õm xuyờn
ln, do ú phng phỏp gamma cú tm quan trng ln. Trong phũng thớ nghim
cỏc mu o ph gamma khụng cn phi x lý hoỏ hc trc khi o, ch cn x lý
s b nh sy khụ v nghin nh.
Vi cỏc thit b ph k gamma bỏn dn cú phõn gii cao, cho phộp tỏch
c hu ht cỏc nh hp th ton phn ca cỏc vch bc x gamma do cỏc
nguyờn t phúng x cú trong t ỏ phỏt ra. Vi vic tr giỳp ca cỏc phn mm
mỏy tớnh vic xỏc nh din tớch ca cỏc nh hp th ton phn cho chớnh xỏc
rt cao. Nh vy, vi ph k gamma bỏn dn cú th xỏc nh hm lng phúng
x ca cỏc nguyờn t phúng x phỏt ra bc x gamma cú trong mu t.
I.3.2 Phụng bc x gamma.

Trong tt c cỏc loi t ỏ thuc v trỏi t u cha cỏc nguyờn t phúng x t
nhiờn Uran, Thori, Kali v Rubidi vi hm lng khỏc nhau. Trong ú Rubidi l
ht nhõn phõn ró beta mm thun tuý, cú chu k rt ln. Hm lng ca nú
trong t ỏ rt nh. Vỡ vy Trong tất cả các loại đất đá thuộc vỏ trái đất
đều chứa các nguyên tố phóng xạ tự nhiên Uran, Thori, Kali và Rubidi với hàm l-
ợng khác nhau. Trong đó Rubidi là hạt nhân phân rã beta mềm thuần tuý, có
chu kỳ rất lớn. Hàm lợng của nó trong đất đá rất nhỏ. Vì vậy
87
Rb ít c
quan tõm trong a vt lý ht nhõn. Bc x do
87
Rb phỏt ra khụng úng gúp vo
phụng phúng x chung trờn mt t.
Các nguyên tố phóng xạ trong đất đá và trong các vật liệu xây dựng đều
nằm trong 3 họ phóng xạ Uran, Thori và Kali.
40
K là nguyên tố phóng xạ kèm
theo bức xạ gamma có năng lượng 1,46MeV. Các hạt nhân con cháu của Uran,
Thori và Kali phân rã alpha hoặc beta thường được tạo thành ở các trạng thái
kích thích, chúng phát ra các bức xạ gamma đặc trưng để trở về trạng thái cơ
bản.
Các bức xạ gamma nhất là các bức xạ có năng lượng cao, có hệ số suy
giảm trong đất đá rất nhỏ. Quãng chạy của các bức xạ gamma trong đất đá rất
lớn. Khi được sinh ra từ các líp đất đá gần mặt đất, các bức xạ gamma có thể bay
ra khỏi mặt đất tạo thành phông phóng xạ gamma trên mặt đất. Ngoài ra phông
bức xạ trên mặt đất còn do bức xạ vũ trụ gây ra. Thành phần phông phóng xạ
gamma do tia vũ gây ra phụ thuộc vào chiều cao so với mực nước biển. Thành
phần này thường rất nhỏ so với các bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ
dưới mặt đất và vật liệu xây dựng xung quanh gây nên. Như vậy, khi nói đến
phông phóng xạ có nghĩa là nó được tạo thành từ các nguyên tố có trong đất.

Trong bảng dưới đây đưa ra một số bức xạ gamma đặc trưng của một số
đồng vị phóng xạ trong dãy Uran, Thori và Kali:
Bảng 6: Các đặc trưng của bức xạ gamma tự nhiên có trong dãy
238
U và dãy
232
Th.
Đồng vị phóng xạ Chu kỳ bán rã
Năng lượng bức xạ
gamma (KeV)
Lượng bức xạ gamma
có trong 100 phân rã
Dãy
238
U
234
Th
214
Pb
214
Bi
24,1 ngày
26,8 phót
19,8 phót
63
93
295
352
609
1120

1764
5,7
6,8
18,9
36,0
41,2
16,3
15,8
Dãy
232
Th
228
Ac
212
Pb
208
Tl
6,1 giê
10,6 giê
3,1 phót
911
969
239
583
2614
20,0
13,3
43,1
29,0
33,7

40
K 1,39.10
9
năm 1462 11,0
ch¬ng II
suất liều bức xạ và ảnh hưởng của các đồng vị phóng xạ đến môi trường
xung quanh.
II.1 Các đại lượng đo liều bức xạ dùng trong an toàn bức xạ.
II.1.1 Liều chiếu.
Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay Ýt, ban đầu người ta
dùng khái niệm liều và dùa vào tác dụng ion hoá của bức xạ đó gây ra trong
không khí. Đơn vị đầu tiên được dùng là Roentgen (ký hiệu là R).
Roentgen là lượng bức xạ gamma (tia X hoặc tia γ) khi đi qua 1cm
3
không
khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (0
0
C, 760 mmHg) thì tạo thành một đơn vị diện
tích của mỗi loại ion.
Trong không khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R = 0,93
Rad.
II.1.2 Liều hấp thụ D.
Liều hấp thụ D là năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá cho vật chất
dξ có trong khối lượng là dm:
D=
dm
d
ξ
Một đơn vị khác của liều hấp thụ được sử dụng rộng rãi hơn là Rad, đó là
lượng bức xạ khi đi qua vật chất và truyền năng lượng 100 erg cho vật chất:

1 Rad=100 erg/g=10
-
J/kg
Trong hệ SI dùng đơn vị có tên là Gray (Gy):
1Gy=1 J/kg
Như vậy: 1Gy=10
4
erg/g=100 Rad.
Năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá là năng lượng của bức xạ ion
hoá được truyền cho vật chất trong một thể tích và bằng:

ξ
=R
in
- R
out
+ΣQ
Trong đó:
R
in
là năng lượng bức xạ tới thể tích. Nó bằng tổng năng lượng của tất cả
các hạt mang điện và không mang điện đi vào trong thể tích đó trừ đi năng lượng
tĩnh.
R
out
là năng lượng bức xạ thoát khỏi thể tích.
ΣQ là tổng tất cả các thay đổi của năng lượng khối (nếu giảm thì đại lượng
này mang dấu +, còn nếu tăng mang dấu -) của các hạt nhân và các hạt cơ bản
trong mọi tương tác xẩy ra trong thể tích đó.
II.1.3 Suất liều hấp thô:

D

Suất liều hấp thụ là tỷ số dD trên dt, trong đó:
dD là sự tăng của liều hấp thụ trong khoảng thời gian dt.
D
=
dt
dD
D
có thứ nguyên là J.Kg
-1
.s
-1
hay Gray/giây.
II.1.4 Liều tương đương.
II.1.4.1 Hệ số phẩm chất Q.
Được đưa ra để đánh giá hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ ion hoá
khác nhau ở mức chiếu thấp hàng ngày trong công tác an toàn phóng xạ. Hội
đồng đơn vị bức xạ ICRU-1991 đã chỉ ra rằng sự phụ thuộc của hệ số phẩm chất
Q vào năng lượng truyền tuyến tính L trong môi trường nước tại điểm khảo sát
được biểu diễn như sau:
1 khi L 1 khi L≤10 KeV/mm.
Q(L)= 0,32L - 2,2 khi 10 KeV 0,32L - 2,2 khi 10 KeV≤ L ≤
100 KeV/mm.
300/
L
khi L ≥ 100 KeV/mm.
II.1.4.2 Liều tương đương.
Liều tương đương H tại một điểm trong mô tả là tích của hai đại lượng Q
và D.

Trong đó:
D là liều hấp thô
Q hệ số phẩm chất tại điểm đo.
H=Q.D
Đơn vị đo liều tương đương có tên là rem:
1 rem =1 Rad x Q
Một đơn vị đo liều tương đương là J.Kg
-1
. Tên riêng của liều tương đương
là Sievert (Sv).
1 Sv = 1 Gy x Q
Vậy: 1 Sv = 100 rem
II.1.4.3 Suất liều tương đương
H
:
Suất liều tương đương
H
là tỷ số của dH trên dt:
H
=
dt
dH
Thứ nguyên của suất liều tương đương là J.Kg
-1
.giây
-1
. Tên riêng của
H

Sv/s.

II.1.4.4 Suất liều chiếu và mối quan hệ giữa suất liều chiếu và hàm
lượng:
Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian.
Cường độ bức xạ gamma trên mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng của các
nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và Kali trong líp đất đá bên dưới mặt đất và
chếu cao h tính từ mặt đất. Ký hiệu I là suất liều chiếu bức xạ gamma, I phụ
thuộc vào q
U
, q
Th
và q
K
dưới dạng tổng quát:
I = f(q
U
, q
Th
,q
K
)
Trong đó: q
U
, q
Th
và q
K
lần lượt là hàm lượng Uran, Thori và Kali tương
ứng trong đất đá.
Dạng tường minh của công thức được xác định ở độ cao h=1,2 m là:
I= 1,5q

K
+ 0,65q
U
+0,29q
Th
Suất liều chiếu I được tính ra SuÊt liÒu chiÕu I ®îc tÝnh ra µR/h, trong đó:
q
U


hàm lượng của Uran được

tính ra ppm
q
Th
là hàm lượng của Th được

tính ra ppm
q
K
là hàm lượng của K được

tính ra %.
II.1.4.5 Liều hiệu dụng tương đương.
Trong địa vật lý hạt nhân nghiên cứu môi trường thường xác định liều
hiệu dụng tương đương, nó tỷ lệ với suất liều chiếu và được xác định bằng
công thức sau:
H = K.I.Q.N.t
Trong đó:
K là hệ số phụ thuộc vào môi trường, trong không khí K = 0,869.

I là suất liều chiếu bức xạ gamma được xác định bằng thực nghiệm.
Q là hệ số phẩm chất của bức xạ, với bức xạ gamma Q = 1.
N là hệ số tính cho các yếu tố môi trường, với không khí N = 1.
t là thời gian chiếu.
Nếu I đo bằng µR/h thì H được tính ra mrem.
Suất liều chiếu tương đương theo số liệu của cơ quan Quốc tế về An toàn
phóng xạ Thế giới là 50mSv hay 5 rem.
II.2 Ảnh hưởng của các đồng vị phóng xạ đến môi trường xung quanh:
Trong thế giới của chúng ta luôn luôn tồn tại các bức xạ tự nhiên. Poloni và
Radi mang tính phóng xạ có trong xương của chúng ta. Các cơ bắp của con
người có chứa Cacbon và Potassi phóng xạ. Trong phổi có các sol khí và Triti
mang tính phóng xạ. Chúng ta cũng bị chiếu xạ từ vũ trụ và bị ảnh hưởng bỡi các
bức xạ có trong tự nhiên và trong các chất mà ta ăn uống hàng ngày.
Cho đến năm 1934 các chất phóng xạ nhân tạo đầu tiên được tạo ra. Từ đó
nhiều chất phóng xạ được sử dụng trong khoa học, công nghiệp, bảo vệ môi
trường, y học và trong một số lĩnh vực thương mại Mặc dù bức xạ có nhiều lợi
Ých nhưng nhiều người vẫn lo ngại về bức xạ và ảnh hưởng của nó.
Các hệ sinh vật có thể bị huỷ hoại nghiêm trọng khi chiếu những lượng
quá mức của bất kỳ một loại bức xạ nào. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đồng vị
phóng xạ đến môi trường xung quanh, chóng ta đặc biệt quan tâm đến mức độ
ảnh hưởng của chúng đến sức khoẻ con người.
II.2.1 Ảnh hưởng của bức xạ đối với con người.
Các ảnh hưởng có thể quan sát được của bức xạ được chia làm ba loại:
Cấp tính, kinh niên và di truyền.
Ảnh hưởng cấp tính là những ảnh hưởng xẩy ra ngay sau khi chiếu một
liều bức xạ quá lớn và không thể nào nghi ngờ được là chúng không phải do bức
xạ gây nên.
Ảnh hưởng kinh niên xẩy ra trong những thời gian dài sau khi chiếu
những liều lượng bức xạ thấp và bao gồm những sự việc như rút ngắn tuổi thọ
trung bình

Ảnh hưởng di truyền là những ảnh hưởng đối với quá trình sinh sản và
xuất hiện những đột biến trong các thế hệ di truyền. Các ảnh hưởng thuộc loại
này có thể xẩy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, cho nên khi có sự cố xẩy ra
chóng ta chưa chắc chắn được rằng đó là do ảnh hưởng của bức xạ. Tuy vậy
chúng ta có thể kiểm nghiệm bằng cách: Nếu sự cố này tăng khi ta chiếu với liều
lượng tăng và các cơ quan sinh sản các kết quả được cho ở bảng sau:
Bảng 7: Mức độ ảnh hưởng của các liều chiếu khác nhau và các khu vực khác
nhau.
Liều lượng(Rad) Khu vực chịu tác dụng Ảnh hưởng gây ra
500 ÷ 10000
3000
1000
Liều lượng toàn phần là
200
500 ÷ 800
50
400
200
50
Khu vực có u
Khu vực địa phương
Mắt
Khu vực địa phương
Các tuyến sinh sản
Các tuyến sinh sản
Toàn bộ cơ thể
Toàn bộ cơ thể
Toàn bộ cơ thể
Bệnh u
Ung loét do bức xạ

Bệnh mắt có mộng
Gây ra bênh ung thư
Không sinh đẻ được
Tốc độ đột biến gấp 2
Chết 50% trường hợp
Buồn nôn
Đổi máu thuận nghịch
II.2.2 Độ trung bình phóng xạ có trong người.
Trong những năm 1970 ở Hungaria, người ta đã đo lượng phóng xạ của
các nguyên tố sinh ra từ tự nhiên cũng như nhân tạo đã xâm nhập vào cơ thể con
người. Các số liệu cụ thể được trình bày ở bảng sau.
Bảng 8: Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong các bộ phận của cơ
thể người.
Hoạt độ phóng xạ Bq/ Kg
Các đồng vị phóng xạ Phổi Xương Ở mô mềm
của cơ thể
Toàn cơ
thể
Tự nhiên
3
H
14
C
40
K
87
Rb
Dãy
238
U -

234
U
230
Th
226
Ra
210
Pb –
210
Po
Dãy
232
Th
228
Ra –
224-
Ra
Nhân tạo các vụ nổ hạt nhân
3
H
90
Sr
137
Cs
-
-
-
-
-
0,02

-
-
0,02
-
-
-
-
-
-
-
-
0,15
0,2
0,3
3,0
0,2
0,09
-
8-16
-
-
-
-
-
0,007
0,002
0,005
0,200
0,002
0,004

-
-
-
0,2- 0,9
40
60
8,5
-
-
-
-
-
-
2 - 3
-
0,8- 1,6
Từ kết quả bảng 8 chóng ta thấy ở trong phổi của con người các chất
phóng xạ Ýt cư trú nhưng trên thực tế thì các chất phóng xạ khí Radon và Toron
lai cư trú ở phổi nhiều nhất. Ở Hungaria người ta đã khảo sát và đã nhận được
các kết quả trình bày ở bảng sau:
Bảng 9: Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các
nguồn chiếu xạ khác nhau.
Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân
bằng Bq/m
3
Liều lượng phóng xạ
vào phổi tính trung bình
trong 1 năm (µGy/năm)
222
Rn và các nguyên tố

con cháu của nó:
Trong môi trường tự do 8
Trong môi trường xây
dựng:

Vật liệu xây dựng 20 340
Nước
0,004 ÷40 0,07 ÷700
220
Rn và các nguyên tố
con cháu của nó:
Trong môi trường tự do 0,04 1
Trong môi trường xây
dựng:
Vật liệu xây dùng 0,4 45
II.2.3 An toàn phóng xạ.
Dùa vào các tính chất tác dụng của bức xạ hạt nhân, người ta phân biệt hai
loại chiếu trong và chiếu ngoài.
Chiếu trong xẩy ra khi chất phóng xạ đi vào cơ quan bên trong của cơ thể
theo không khí, thức ăn, đồ uống, thuốc hút và có thể đi qua da khi người bị
xây xát. Tác dụng của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sự nguy
hiểm tăng lên theo sự tăng của hoạt độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ đi vào

×