Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

MỤC LỤC
MỤC LỤC 4
DANH MỤC VIẾT TẮT 7
DANH MỤC HÌNH 8
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu đề tài 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên 3
1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trƣờng gây ra cho dân chúng 6
1.2.1. Chiếu xạ ngoài 6
1.2.2. Chiếu xạ trong 7
1.2.3. Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong) 11
1.3. Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con ngƣời. 13
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 15
1.5. Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ 18
1.5.1. Hoạt độ phóng xạ 18
1.5.2. Liều hấp thụ 19
1.5.3. Liều tƣơng đƣơng sinh học và liều hiệu dụng 19
1.5.4. Liều giới hạn cho phép 21
1.6. Các phƣơng pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên 21
1.7. Nhiệt huỳnh quang và đặc trƣng của liều kế nhiệt huỳnh quang 23
1.7.1. Nhiệt huỳnh quang 23
1.7.2. Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ ion hóa 23
1.7.3. Một số đặc trƣng của vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (ký hiệu
thƣơng phẩm là TLD-100) 25
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 26
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26
2.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu. 26

2.2.2 Chuẩn bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi
trƣờng. 26
2.2.3 Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế 27
2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu. 28
2.2.5 Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh
quang TLD -100. 30
2.2.5.1 Thiết bị đọc HARSHAW- 4000: 30
2.2.6 Đánh giá liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo tại hiện trƣờng [20]
33
2.2.7 Đánh giá liều môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ
trong mẫu đất 33
2.2.8 Xử lý số liệu 35
2.2.9 Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích 35
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1. Xác định hệ số chuẩn cho từng chíp TLD đo gamma môi trƣờng 36
3.2. Xác định ngƣỡng nhạy của chip TLD 100 36
3.3. Xác định suất liều gamma trong môi trƣờng bằng phƣơng pháp sử dụng liều
kế nhiệt huỳnh quang ( TLD 100) 37
3.4. Xác định suất liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo hoạt độ các nhân
phóng xạ trong mẫu đất 41
3.5. Xác định suất liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo gamma hiện
trƣờng 43
3.6. So sánh phƣơng pháp đo liều gamma môi trƣờng bằng TLD với các phƣơng
pháp khác 45
3.7. Đánh giá liều chiếu đối với dân chúng tại khu vực nghiên cứu 48
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 50
KẾT LUẬN 50
KHUYẾN NGHỊ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
DANH MỤC VIẾT TẮT

IAEA
International Atomic Energy Agency
Cơ quan Năng lƣợng
nguyên tử quốc tế
ICRP
International Commission on
Radiological Protection
Ủy ban an toàn phóng xạ
quốc tế
TLD
Thermoluminescence Dosimeter
Liều kế nhiệt huỳnh quang
VINATOM

Viện Năng lƣợng nguyên
tử Việt Nam
UNSCEAR
United Nation Scientific Committee
on the Effects of Atomic Radiations
Ủy ban khoa học Liên
Hiệp Quốc về những ảnh
hƣởng của bức xạ nguyên
tử

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012] 17
Hình 2. 1 Mẫu liều kế sử dụng đo gamma môi trƣờng trong nhà và ngoài trời 27
Hình 2. 2 : Chiếu chuẩn liều kế 28
Hình 2. 3 Giá chuẩn đặt liều kế thí nghiệm 29
Hình 2. 4.Mô hình máy đọc Harshaw TLD – 4000 30
Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy đọc 31
Hình 3. 1. Suất liều gamma môi trƣờng đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100
40
Hình 3. 2 Biểu đồ kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng bằng survey meter. 44
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium 3
Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [3] 5
Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nƣớc, tính ra Bq/kg
[3] 8
Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3]. 8
Bảng 1. 5 Lƣợng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của ngƣời lớn [3]. 9
Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho ngƣời lớn [3]. 9
Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [3]. 12
Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình
hàng năm lên cộng đồng ở một số nƣớc Bắc Âu 16
Bảng 1. 9. Trọng số của các loại bức xạ ω
R
20
Bảng 1. 10 Hệ số mô 20
Bảng 1. 11 Các đặc trƣng của một số vật liệu nhiệt huỳnh quang 24
Bảng 3. 1 Phông của các chip TLD-100 37
Bảng 3. 2.Giá trị suất liều môi trƣờng đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100

39
Bảng 3. 3. Giá trị hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ trong mẫu đất thí nghiệm 42
Bảng 3. 4. Suất liều gamma môi trƣờng tính đƣợc theo phƣơng pháp đo hoạt độ các
nhân phóng xạ trong mẫu đất. 43
Bảng 3. 5. Kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng bằng survey meter. 44
Bảng 3. 6. Tóm tắt các kỹ thuật đo suất liều gamma môi trƣờng và kết quả đo 46
Bảng 3. 7. Kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng sau khi đã đƣợc điều chỉnh 47
1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã
có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ đƣợc tìm thấy
trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại
chính sau:
1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân
phóng xạ nguyên thủy.
2. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do tƣơng tác của các tia vũ trụ với vật
chất của trái đất.
3. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do con ngƣời tạo ra.
Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do hai nguồn gốc đầu đƣợc gọi là các nhân
phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con ngƣời tạo ra đƣợc gọi là các nhân
phóng xạ nhân tạo. So với lƣợng phóng xạ tự nhiên thì lƣợng phóng xạ do con
ngƣời tạo ra là rất nhỏ và một phần lƣợng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong
môi trƣờng của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự
nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trƣờng sống nhƣ đất, nƣớc
và không khí [2].
Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con ngƣời một liều chiếu bức
xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều
chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con ngƣời và gây ra liều

chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con ngƣời qua
đƣờng hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xƣớc trên da. Mức liều chiếu do các nhân phóng
xạ tự nhiên gây ra cho con ngƣời có thể đƣợc xác định bằng các thiết bị đo liều bức
xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trƣờng nhiệt phát quang. Trong đó, liều kế
nhiệt phát quang có thể xác định đƣợc liều chiếu trong thời gian dài, nên loại bỏ
2

đƣợc những ảnh hƣởng của các yếu tố môi trƣờng đến kết quả đo liều chiếu đối với
dân chúng [6]. Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ luôn ảnh hƣởng dù ít hay nhiều
đến tình trạng sức khỏe của con ngƣời và môi trƣờng xung quanh bởi sự tác động
của bức xạ lên vật chất sống. Con ngƣời từ lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với
phóng xạ và chịu ảnh hƣởng của mọi loại phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm
soát bức xạ và những tác động có hại của phóng xạ đến sức khỏe con ngƣời cũng
nhƣ các ảnh hƣởng của chúng lên môi trƣờng sống là rất quan trọng và nhận đƣợc
nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài “Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (
TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng” đƣợc thực hiện nhằm mục đích
xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng phục vụ cho việc xác định liều chiếu
của dân chúng tại các trạm quan trắc phóng xạ môi trƣờng.
2. Mục tiêu đề tài
-Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt
huỳnh quang TLD-100.
-Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu
 Xây dựng phƣơng pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng
bằng liều kế nhiệt huỳnh quang.
 So sánh phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma môi trƣờng sử dụng liều
kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phƣơng pháp đo liều bức xạ
gamma trong môi trƣờng khác.
 Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trƣờng đối với dân chúng
tại địa điểm thực nghiệm.

3

Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên
Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh
của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lƣợng lớn các chất phóng xạ có mặt trên
Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành
những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh
chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất
lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium,
Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ
tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi
232
Th, chuỗi
238
U và chuỗi
235
U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lƣợc nhƣ trong
Bảng 1.1.
Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium

Chuỗi Th-232
Chuỗi U-238
Chuỗi U-235
Hạt nhân
Thời gian
bán rã
Hạt nhân
Thời gian
bán rã

Hạt nhân
Thời gian bán
rã
Th-232
↓ 1α
Ra-228


↓ 1α,2β
Ra-224
14 x 10
9
năm

6,7 năm



3,6 ngày
U-238
↓ 1α,2β
U-234
↓ 1α
Th-230
↓ 1α
Ra-226
4,47x10
9
nă
m

245x10
3
năm

75x10
3
năm

U-235
↓ 1α,1β
Pa-231


↓ 2α,1β
Ra-223
0,704x10
9
năm

32,8x10
3
năm



11,4 ngày
4

↓ 1α

Rn-220
↓ 1α
Po-216


↓ 2α,2β
Pb-208

55 giây

0,16 giây



Bền
↓ 1α
Rn-222
↓ 3α,2β
Pb-210
↓ 2β
Po-210
↓ 1α
Pb-206
1600 năm

3,82 ngày

22 năm

138 ngày

Bền
↓ 1α
Rn-219
↓ 1α
Po-215


↓ 2α,2β
Pb-207

4 giây

1,8x10
-3
giây



Bền
Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong
nƣớc và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể đƣợc chia
thành 3 loại:
 Loại đƣợc hình thành cùng với tuổi của Trái đất ;
 Loại đƣợc tạo thành do tƣơng tác của tia vũ trụ với vật chất;
 Loại đƣợc tạo thành do hoạt động của con ngƣời.
Các hạt nhân phóng xạ đƣợc tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất,
nƣớc và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng
lƣợng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự
nhiên với hàm lƣợng trung bình nhƣ sau:

370 Bq
40
K (100 – 700 Bq)
25 Bq
226
Ra (10 – 50 Bq)
25 Bq
238
U (10 – 50 Bq)
5

25 Bq
232
Th (7 – 50 Bq)
Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium
tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.005% là Uranium-234. U-238
và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng
xạ thuộc họ Actinium.
Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:
- Đồng vị đầu tiên của chuỗi có chu kỳ bán rã lớn
- Các chuỗi này đều có một đồng vị tồn tại dƣới dạng khí, các chất khí
phóng xạ này là các đồng vị của radon.
- Sản phẩm cuối cùng trong các chuỗi phóng xạ là Chì.
Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên
còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác nhƣ :
40
K,
14
C Những đồng vị
này có thể đƣợc thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trƣờng. Đồng vị

phóng xạ
14
C là đồng vị đƣợc hình thành do sự tƣơng tác của bức xạ nơtron (có
trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử
14
N. Hoạt độ phóng xạ của một số nhân
phóng xạ chủ yếu trong môi trƣờng đƣợc đƣa ra trong bảng 1.2.
Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [4]
Hạt nhân
Độ giàu trong tự nhiên
Hoạt độ
238
U
Chiếm 99.2745% uranium
trong tự nhiên, tổng lƣợng
uranium chiếm từ 0.5 đến 4.7
ppm trong đá thông thƣờng
≈0.7pCi/g ( 25Bq/kg)
235
U
0.72% uranium trong tự nhiên

232
Th
Chiếm từ 1.6 đến 20ppm trong
đá thông thƣờng và chiếm trung
bình khoảng 10.7ppm lƣợng đá
≈1.1pCi/g( 40Bq/kg)
6

trên bề mặt Trái đất
226
Ra
Có trong đá vôi và đá phun trào
0.42pCi/g( 16Bq/kg)
trong đá vôi và 1.3pCi/g
( 48Bq/kg) trong đá phun
trào
222
Rn
Là khí hiếm
0.016pC/L ( 0.6Bq/m
3
)
đến 0.75pCi/L(28Bq/m
3
)
( giá trị trung bình hàng
năm ở Hoa Kỳ)
40
K
Trong đất
1-30pCi/g( 0.037-
1.1Bq/g)
1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trƣờng gây ra cho dân chúng
Con ngƣời đang sống trong môi trƣờng mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ tự
nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con
ngƣời. Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ ngoài;
Khi các nhân phóng xạ đi vào cơ thể con ngƣời và phát ra các tia bức xạ, khi đó sẽ
gây ra liều chiếu trong.

1.2.1. Chiếu xạ ngoài
 Bức xạ gamma từ các nhân phóng xạ trong đất, đá
Đây là nguồn chiếu xạ chủ yếu trong số các nguồn chiếu xạ ngoài của môi trƣờng
đối với con ngƣời. Từ các kết quả nghiên cứu thực hiện trên nhiều khu vực, lãnh thổ
khác nhau trên thế giới, ngƣời ta đã đánh giá suất liều hấp thụ trung bình ở độ cao
1m trên mặt đất đối với con ngƣời vào khoảng từ 20 đến 159nGy/h. Trong phổ suất
liều hấp thụ trung bình đó, ngƣời ta đánh giá một giá trị trung bình là 55 nGy/h,
tƣơng đƣơng với liều hiệu dụng trung bình một ngƣời phải chịu là 0.41mSv/ năm.
Tùy theo từng vị trí trên Trái Đất, giá trị đó có khác nhau, thí dụ nhƣ ở Mỹ là
0.28mSv/năm, ở Thụy Sỹ là 0.64mSv/năm [4].
7

Trong thành phần của các nguồn chiếu xạ ngoài từ bức xạ gamma của các đồng vị
phóng xạ từ đất thì
40
K chiếm 35% các đồng vị phóng xạ của dãy
238
U chiếu 25%,
và của dãy
232
Th là 40%.
 Phóng xạ của tia vũ trụ
Phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ đóng góp vào liều hấp thụ đối với con ngƣời là
không đáng kể. Ở độ cao mực nƣớc biển, liều hấp thụ gây ra bởi thành phần bức xạ
ion hóa là 27nGy/h, tƣơng ứng với liều hiệu dụng là 240µSv/ năm. Liều này tăng
theo độ cao so với mực nƣớc biển ( cứ 100m tăng 4µSv). Trên 25km thì liều đó có
giá trị gần nhƣ không đổi, vào khoảng 80µGy/h. Tính trung bình theo các nhóm
ngƣời sống trên Trái Đất thì liều hiệu dụng hàng năm do tia vũ trụ đƣợc đánh giá là
355µSv, trong đó thành phần đóng góp của bức xạ ion hóa là 300µSv, còn 55µSv là
của thành phần nơtron [4].

1.2.2. Chiếu xạ trong
Khi các chất phóng xạ tự nhiên xâm nhập vào cơ thể qua con đƣờng ăn uống và hít
thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể. Quá trình chuyển hóa làm
cho một số đồng vị đƣợc thải ra ngoài và một số còn lƣu lại trong cơ thể.
Hai tổ chức quốc tế là Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh
hƣởng của bức xạ nguyên tử - United Nation Scientific Committee on the Effects of
Atomic Radiations (UNSCEAR) và Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế- International
Commission on Radiological Protection (ICRP) đã tính liều hiệu dụng hàng năm
gây bởi chiếu xạ trong đối với con ngƣời. Do tính chất phức tạp của các đặc trƣng
của các đồng vị trong các dãy phóng xạ tự nhiên nên để thuận tiện, ngƣời ta chia các
dãy đó thành từng nhóm khi tính toán liều chiếu xạ trong:
 Dãy
238
U
8

Do tính chất hóa lý của các đồng vị trong dãy
238
U là khác nhau nên hoạt độ của
chúng trong các loại thực phẩm khác nhau nằm trong một dải khá rộng. Một số số
liệu về hoạt độ của các đồng vị trong một số loại thực phẩm điển hình đƣợc đƣa ra
trong bảng 1.3.
Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nƣớc, tính ra Bq/kg
[4]
Thực phẩm
238
U-
234
U
230

Th
226
Ra
210
Pb-
210
Po
232
Th
228
Ra
228
T
h
Sản phẩm
sữa
1
0.5
5
90
0.3
5
0.3
Sản phẩm
thịt
2
2
15
120
1

10
1
Lúa, ngô,…
20
10
80
320
3
60
3
Rau có lá
20
20
50
50
15
40
15
Rau củ, hoa
quả
3
0.5
30
50
0.5
20
0.5
Cá
30
-

100
5000
-
-
-
Nƣớc
1
0.1
0.5
5
0.05
0.5
0.05
Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3].
Đồng vị
238
U-
234
U
230
Th
226
Ra
210
Pb
210
Po
232
Th
228

Ra
228
Th

Hoạt độ
riêng
µBq/m
3

1
0.5
0.5
500
50
1
1
1
9

Bảng 1. 5 Lƣợng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của ngƣời lớn [4].
Loại thực phẩm
Lƣợng tiêu thụ hàng năm
Sản phẩm sữa
105kg/năm
Sản phẩm thịt
50-
Lúa, ngô, …
140-
Rau có lá
60-

Rau củ, hoa quả
170-
Cá
15-
Nƣớc
500 lít/năm
Trên cơ sở số liệu hoạt độ của các đồng vị trong lƣơng thực thực phẩm và nƣớc tiêu
thụ của con ngƣời trong các bảng 1.3,1.4,1.5 , liều hấp thụ con ngƣời nhận đƣợc
hàng năm đƣợc đƣa ra trong bảng 1.6.
Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho ngƣời lớn [4].
Đồng vị
Lƣợng phóng xạ hấp thụ (mBq)
Liều hiệu dụng
(µSv/năm)
Ăn uống
Hít thở
238
U-
234
U
1.10
4

14.10
3

0,8
230
Th
2,5.10

3

3,5.10
3

0.4
226
Ra
1,9.10
4

4.10
3

5,7
210
Pb-
210
Po
9.10
4

3,9.10
3

47
232
Th
1,3.10
3

7.10
3

1,9
228
Ra

1,4.10
4

7.10
3

3,5
228Th
1,3.10
3

7.10
3

0,6

 Riêng đối với đồng vị
222
Rn vì là chất khí duy nhất trong dãy
238
U, nên Rn và các
sản phẩm phân rã của nó dễ dàng đi vào cơ thể con ngƣời qua đƣờng hô hấp.

Radon-222 là sản phẩm phân rã trực tiếp của đồng vị
226
Ra trong dãy
238
U, với chu
10

kỳ bán rã của
222
Rn là 3.8 ngày, nên Radon thƣờng thoát ra từ môi trƣờng đất và vật
liệu xây dựng. Vì vậy hàm lƣợng
222
Rn trong nhà thƣờng cao hơn ở ngoài trời.
Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m
3
; ở Mỹ trung bình là 55Bq/m
3
nhƣng trong
khoảng 1-3% các căn hộ riêng , tức là khoảng hàng triệu nhà, hàm lƣợng radon lên
tới 300Bq/m
3
[4].
Ở Việt Nam, chƣa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một số
nghiên cứu cho thấy: Lƣợng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng
30Bq/m
3
; ở miền núi thƣờng lớn hơn vài lần[5].
Hàm lƣợng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tùy thuộc vào mùa trong
năm và các yếu tố địa lý, khí hậu…Trong một nhà: tầng thấp có hàm lƣợng radon
cao hơn so với tầng cao. Trong phòng thoáng, hàm lƣợng radon thấp hơn so với

trong phòng kín.
 Dãy phân rã phóng xạ Thori ( Thori 232-
232
Th)
Với Th 232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững
208
Pb.
220
Rnlà
sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th 232 và thƣờng đƣợc gọi là thoron (Tn), có
thời gian sống 80,06 giây, chu kỳ bán rã 55,6 giây. Vì thoron có đời sống quá ngắn
nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống nhƣ radon trƣớc
khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thƣờng gặp hơn
trong đất và trong khí đất. Do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong
nhà. Tuy nhiên ngay cả với lƣợng nhỏ nhƣ vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy
hiểm vì con cháu của nó bao gồm
212
Pb có chu kỳ bán rã 10,6 giờ đủ dài hơn để tích
lũy đến một mức đáng kể trong không khí thở.
 Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ
Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều chiếu
xạ trong, phải kể đến
3
H,
7
Be,
14
C, và
22
Na. Trong số 4 đồng vị này thì

14
C có đóng
11

góp lớn hơn cả. Hoạt độ phóng xạ gây bởi
14
C có trong cơ thể ngƣời đƣợc đánh giá
vào khoảng 50Bq/g, tƣơng ứng với liều hiệu dụng là 12µSv/năm [2].
 Các đồng vị phóng xạ sống dài khác
Trong số các đồng vị phóng xạ tự nhiên, không thuộc họ phóng xạ nào
nhƣng đóng góp đáng kể vào liều chiếu trong, phải kể đến đồng vị
40
K.
Lƣợng K có trong cơ thể ngƣời vào khoảng 2.10
-3
g/g có thể khác nhau tùy
theo lứa tuổi, giới tính. Trong cơ thể đàn ông có nhiều kali hơn so với phụ nữ. Ở cơ
thể ngƣời già, lƣợng kali giảm trung bình 10mg/năm.
Độ phổ cập tƣơng đối của
40
K trong kali tự nhiên là 0,117% thời gian bán rã
của
40
K là 1,28.10
9
năm. Hoạt độ
40
K trong cơ thể ngƣời( tính cho trọng lƣợng trung
bình là 50kg) đƣợc đánh giá là 600Bq/kg, tƣơng ứng với liều hiệu dụng hàng năm là
165µSv/năm.

1.2.3. Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong)
Bảng dƣới đây cho biết liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ
tự nhiên, tính trung bình cho ngƣời lớn trong các vùng có phóng xạ tự nhiên bình
thƣờng ( theo ICRP). Ta nhận thấy radon đóng vai trog chủ yếu trong liều hấp thụ
tổng cộng do phóng xạ tự nhiên. Để hình dung mức độ lớn, nhỏ của liều hiệu dụng
tổng cộng hàng năm do các nguồn phóng xạ tự nhiên trình bày trong bảng 7, ta có
thể so sánh với liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ khác. Chẳng
hạn trong y tế, mỗi lần chụp X-quang, liều hấp thụ hiệu dụng mà ngƣời ta phải chịu
là vào khoảng 0,5mSv.

12

Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [4].
Nguồn
Chiếu xạ ngoài
Chiếu xạ trong
Toàn phần
Tia vũ trụ



-Thành phần hạt tích điện
300
-
300
-Thành phần Nơtron
55
-
55
Các đồng vị có nguồn

gốc



Tia vũ trụ
-
15
15
Dãy uran-radi
238
U(
không kể radon)
100
60
160
Dãy thori
232
Th( không
kể radon)
160
6
166
Radon và các sản phẩm
-
1260
1260
40
K
150
165

315
87
Rb
-
6
6
Tổng cộng( làm tròn)
770
1510
2280
Từ các nguồn phóng xạ nhân tạo khác, thí dụ nhƣ từ các vụ thử hạt nhân (bụi
lắng phóng xạ trong không khí, nƣớc mƣa,…) Liều hiệu dụng đƣợc đánh giá là vào
khoảng dƣới 0,1mSv/năm.
Từ ngành điện hạt nhân: các nguồn chất thải khác nhau từ các nhà máy điện
hạt nhân và các cơ sở xử lý nhiên liệu… gây nên liều hiệu dụng trung bình đối với
một ngƣời khoảng 10
-3
mSv.
Liều giới hạn cho phép, theo khuyến cáo của các cơ quan quôc tế (ICRP,
UNSCEAR) đối với nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đối với dân chúng là
1mSv/năm .
13

1.3. Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con ngƣời.
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với
sức khỏe con ngƣời thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây
ra hiệu ứng ion hoá . Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn đƣợc tạo ra
đôi khi ảnh hƣởng đến quá trình sinh học bình thƣờng. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào
trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron,
đều có thể ảnh hƣởng tới sức khoẻ[2].

 Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra khi
chúng phân huỷ thành một nguyên tố bền. Nó gồm hai proton và hai notron, nó
mang điện dƣơng . Trong không gian, bức xạ alpha không có khả năng truyền xa và
dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy
nhiên, nếu một chất phát tia Alpha đƣợc đƣa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng
lƣợng tới các tế bào xung quanh. Ví dụ, nếu con ngƣời hít phải một lƣợng khí radon
vào trong phổi thì chúng có thể sẽ tạo ra sự chiếu xạ với các mô nhạy cảm, mà các
mô này thì không có lớp bảo vệ bên ngoài giống nhƣ da[2].
 Bức xạ Beta: Bao gồm các electron nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt alpha
và nó có thể thấm sâu hơn. Bức xạ bêta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, tấm kính
hay chỉ bởi lớp quần áo bình thƣờng. Nó cũng có thể xuyên qua đƣợc lớp ngoài của
da và khi đó nó sẽ làm tổn thƣơng lớp da bảo vệ. Trong vụ tai nạn ở nhà máy điện
hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia bêta mạnh đã làm cháy da những ngƣời cứu
hoả. Nếu các bức xạ bêta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong các mô trong
đó.
 Bức xạ Gamma: Bức xạ gamma là năng lƣợng sóng điện từ. Nó đi đƣợc
khoảng cách lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Khi tia gamma bắt đầu đi
vào vật chất, cƣờng độ của nó cũng bắt đầu giảm. Trong quá trình xuyên vào vật
chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Các va chạm đó với tế bào của cơ thể
14

sẽ làm tổn hại cho da và các mô ở bên trong. Các vật liệu đặc nhƣ chì, bê tông là
tấm chắn lý tƣởng đối với tia gamma.
 Bức xạ tia X: Bức xạ tia X tƣơng tự nhƣ bức xạ gamma, nhƣng bức xạ
gamma đƣợc phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con ngƣời tạo ra trong
một ống tia X mà bản thân nó không có tính phóng xạ. Vì ống tia X hoạt động bằng
điện, nên việc phát tia X có thể bật, tắt bằng công tắc.
 Bức xạ Nơtron: Bức xạ nơtron đƣợc tạo ra trong quá trình phát điện hạt
nhân, bản thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhƣng nếu va chạm với các hạt
nhân khác, nó có thể kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện

tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá. Nơtron có sức xuyên mạnh hơn tia
gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tƣờng bê tông dày, bởi nƣớc hoặc tấm
chắn paraphin[2].
Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể sống,
tùy theo liều lƣợng nhận đƣợc và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể gây hại ít
nhiều cho cơ thể. Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con ngƣời:
- Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy
liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thƣơng đến
chức năng của tế bào.
- Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nƣớc trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự do,
các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ trong tế
bào, nhƣ các enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các
chức năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vƣợt quá khả năng
phục hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc
tê liệt, gây ảnh hƣởng đến sức khỏe.
- Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận đƣợc một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion
hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể sống. Làm
15

ảnh hƣởng trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ƣơng. Các
ảnh hƣởng trên đều có chung một số triệu chứng nhƣ: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi,
sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra
ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời .
-Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lƣợng cao hay thấp
đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dƣới dạng các bệnh ung thƣ, bệnh máu
trắng, ung thƣ xƣơng, ung thƣ phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền
Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách nhanh
chóng và truyền năng lƣợng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một liều
lƣợng nhƣ nhau, nhƣng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ đi sâu
vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lƣợng trên đƣờng đi [2].

1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
Trên thế giới:
Hiện nay, liều kế nhiệt huỳnh quang Thermoluminescence Dosimeter – TLD đã
đƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng để đo
liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, công nghiệp, nghiên cứu hạt
nhân, đo liều môi trƣờng Một số nƣớc nhƣ Braxin, Ấn Độ , Banglades… cũng có
các nghiên cứu về việc sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều phóng xạ môi
trƣờng [8], [10], [15]. Tùy vào các phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau mà các vật
liệu nhiệt huỳnh quang đƣợc sử dụng để nghiên cứu cũng khác nhau nhƣ LiF:Mg:Ti
(ký hiệu thƣơng phẩm là TLD-100), CaF
2
:Dy, CaSO
4
: Dy. Các nghiên cứu ở
Braxin, Banglades, Malaysia, Ấn Độ … cho thấy liều bức xạ gamma môi trƣờng tự
nhiên thay đổi theo từng nƣớc, từng vùng. Giá trị suất liều bức xạ gamma tự nhiên ở
vị trí 1m so với mặt đất trung bình trên thế giới ở trong khoảng 57nGy/h [17]. Ở
Malaysia liều gamma môi trƣờng bên ngoài ( outdoor) đo đƣợc tại vùng Selama vào
khoảng 273±133 nGy/h. Ở khu vực dân cƣ sinh sống, liều gamma môi trƣờng (bao
16

gồm cả trong nhà và ngoài trời) tƣơng ứng vào khoảng 205±59 nGy/h và 212±64
nGy/h [8].
Từ năm 1993, các nƣớc Bắc Âu gồm Đan Mạch, Phần Lan, Na Uy, Ireland và
Thụy Điển đã công bố kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự
nhiên trung bình hàng năm lên dân chúng đƣợc đƣa ra trong Bảng 1.8.
Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình
hàng năm lên cộng đồng ở một số nƣớc Bắc Âu
Loại nguồn
Phần

Lan
Thụy
Điển
Đan
Mạch
Na Uy
Irelan
d
-Bức xạ gamma từ đất, vật liệu
xây dựng (mSv)
0.5
0.5
0.3
0.5
0.2
Hàm lƣợng radon trong nhà và
nơi làm việc(mSv)
2.0
1.9
1.0
1.7
0.2
Các nguyên tố phóng xa trong
cơ thể (mSv)
0.3
0.3
0.3
0.35
0.3
Bức xạ vũ trụ (mSv)

0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
Tổng cộng (mSv)
3.1
3.0
1.9
2.85
1.0
* Ở Việt Nam:
Đối với nƣớc ta, liều kế nhiệt huỳnh quang đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng
chủ yếu trong đo liều cá nhân cho các nhân viên bức xạ tại các cơ sở y tế và trong
công nghiệp. Theo thống kê của Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt Nam
(VINATOM) cũng cho thấy hiện nay tại Việt Nam có khoảng 3000 ngƣời thƣờng
xuyên làm việc và tiếp xúc với các nguồn phóng xạ và tia X trong bệnh viện, trong
công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Cụ thể phân bố nhân viên bức xạ trong các
lĩnh vực khác nhau ở Việt Nam đƣợc thể hiện trên hình 1.1. Tất cả các nhân viên
bức xạ phải sử dụng liều kế TLD trong quá trình làm việc và cứ ba tháng một lần
17

liều kế TLD đƣợc chuyển về cơ sở hạt nhân để đọc giá trị liều mà nhân viên bức xạ
đã nhận đƣợc .

Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012]
Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát bức
xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi liều bức
xạ tự nhiên. Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên gây ra, một số
phƣơng pháp đã đƣợc áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt Nam nhƣ : dùng máy

đo suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so với mặt đất, hoặc lấy
mẫu đất đá để phân tích hàm lƣợng Uran, Thori, Kali từ đó tính toán đƣợc liều
chiếu gây ra đối với dân chúng. Một số kết quả xác định liều dân chúng của Việt
Nam sử dụng các phƣơng pháp trên đã đƣợc một số các nhà khoa học của Viện
Năng lƣợng Nguyên tử Việt Nam thực hiện. Tuy nhiên vấn đề bức xạ môi trƣờng
chƣa đƣợc quan tâm đúng mức. Tình hình sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để
đánh giá liều bức xạ tự nhiên đối với dân chúng chƣa đƣợc chú trọng ở nƣớc ta. Vì
vậy, phƣơng pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều bức xạ tự nhiên
trong môi trƣờng cần đƣợc quan tâm nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng vào
thực tiễn. Đặc biệt với nền tảng sẵn có trong lĩnh vực đo liều cá nhân và khi Việt
Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân thì vấn đề an toàn bức xạ đƣợc ƣu tiên quan
18

tâm. Do đó, tiềm năng ứng dụng và hiệu quả của phƣơng pháp sử dụng liều kế nhiệt
huỳnh quang trong đo liều bức xạ môi trƣờng là rất lớn.
1.5. Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ
Trong quá trình phân rã các nguyên tố phóng xạ sẽ phát ra các tia bức xạ, bao gồm:
bức xạ anpha, bức xạ bêta, bức xạ gamma, bức xạ nơtron và các mảnh phân hạch.
Khi tác dụng với môi trƣờng vật chất, các bức xạ này có những khả năng gây ra sự
ion hóa khác nhau. Và để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các loại tia bức xạ này,
các nhà khoa học hạt nhân đã đƣa ra khái niệm về bức xạ hạt nhân.
1.5.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lƣợng chất phóng xạ nào đó
chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một
lƣợng chất phóng xạ có N hạt nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó đƣợc tính
theo công thức sau:
).exp().exp(
)0(0)()(
tAtNN
dt

dN
A
tt



Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ, λ là hằng số phân rã phóng xạ, N là số hạt nhân
phóng xạ hiện có.
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel
tƣơng ứng với một phân rã trong 1 giây. Trƣớc kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là
Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam
226
Ra, tƣơng ứng với
3,7.10
10
phân rã trong một giây. Mối liên hệ giữa hai đơn vị :
1Ci=3,7.10
10
Bq
1Ci=37GBq
19

1Bq=2,7.10
-11
Ci=27pCi
1.5.2. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ trung bình D
T
trong mô T đƣợc tính bằng năng lƣợng bức xạ truyền
cho một đơn vị khối lƣợng mô. Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Gray( Gy)

1Gy=1J/kg=100 Rad
Trƣớc đây, thƣờng dùng đơn vị là Rad ( radiation absorbed dose).
Rad là liều lƣợng bức xạ mà 1 kg vật chất hấp thụ đƣợc một năng lƣợng bằng 10
-2
J.
1Rad= 10
-2
J/kg
1.5.3. Liều tƣơng đƣơng sinh học và liều hiệu dụng
Cùng một liều hấp thụ nhƣng tác dụng sinh học của bức xạ còn tùy thuộc vào loại
bức xạ và loại mô ( cơ quan sinh học) bị chiếu xạ.
Để đặc trƣng cho các loại bức xạ khác nhau, ngƣời ta dùng đại lƣợng có tên gọi là
hệ số phẩm chất hay trọng số bức xạ ω
R
. Trọng số bức xạ (w
R
) là một hệ số mà biến
đổi liều hấp thụ trong một mô hay cơ quan thành liều tƣơng đƣơng và đƣợc xác
định theo loại và năng lƣợng của bức xạ mà cơ quan hay mô đó bị chiếu. Nhƣ vậy,
liều tƣơng đƣơng sinh học của mô ( cơ quan) T nào đấy của cơ thể trong một trƣờng
bức xạ đƣợc tính theo hệ thức
RT
R
RT
DH
,




Trong đó, tổng đƣợc lấy theo tất cả các loại bức xạ trong trƣờng bức xạ.
Đối với các photon, electron, muon, năng lƣợng bất kỳ thì ω
R
= 1
Giá trị ω
R
của các loại bức xạ đƣợc ghi trong bảng 1.9 . Bảng 1.9 đƣa ra trọng số
của tất cả các loại bức xạ với các năng lƣợng khác nhau