Phương pháp đánh dấu bằng CARBON phóng xạ

GVHD: Ts. HUỲNH QUANG LINH
I.
I.
Khái quát về các đồng vị phóng xạ
Khái quát về các đồng vị phóng xạ
II.
II.
Phương pháp dùng đồng vị phóng
Phương pháp dùng đồng vị phóng
xạ trong thuỷ văn (thuỷ văn đồng vị)
xạ trong thuỷ văn (thuỷ văn đồng vị)
III.
III.
Các dữ liệu thực nghiệm
Các dữ liệu thực nghiệm
IV.
IV.
Một số ứng dụng đã triển khai ở Việt
Một số ứng dụng đã triển khai ở Việt
Nam
Nam
I.
I.
Giới thiệu khái quát về
Giới thiệu khái quát về
đồng vị phóng xạ
đồng vị phóng xạ
•
Các loại đồng vị thường sử dụng
trong nghiên cứu thuỷ văn
•

Sự hình thành và tồn tại
Các loại đồng vị thường sử dụng trong
Các loại đồng vị thường sử dụng trong
nghiên cứu thuỷ văn
nghiên cứu thuỷ văn
- Các đồng vị bền:
•

2
H (Deuterium - ký hiệu là D)
•

18
O đồng vị nặng của Oxygen
- Các đồng vị phóng xạ:
•

3
H (Tritium - ký hiệu là T,
•

14
C đồng vị phóng xạ của Carbon.
T cho nước trẻ với khoảng tuổi tới 100 năm và
14
C
dùng để tính tuổi của nước từ 1000 đến 40.000 năm
Hình: đường cong phân rã của
14
C

(chu kỳ bán rã: 5730 năm)
Nguồn gốc hình thành và quá trình tồn tại
Nguồn gốc hình thành và quá trình tồn tại
1). Quá trình hình thành tự nhiên
2). Quá trình hình thành nhân tạo
3). Sự phân rã các đồng vị phóng xạ
14
C
yearsT 5730
2/1
−
β
14
N
14
N +
1
n
12
C +
3
H
14
N +
1
n
14
C +
1
H

yearsT 32,12
2/1
−
β
3
He
3
T
Quá trình hình thành nhân tạo làm
tăng các đồng vị phóng xạ
•
Do các vụ thử vũ khí hạt nhân (bom khinh
khí) từ 1952  1963.
•
Sự phát xạ triti bởi các nhà máy ĐHN và
các nhà máy tái xử lý nhiên liệu hạt nhân,
các nhà máy chế tạo các sản phẩm huỳnh
quang kích hoạt bởi triti.
Trữ lượng cân bằng của triti có nguồn gốc tự
nhiên trong khí quyển vào khoảng
1,3 TBq ⇔ 3,6 kg hạt nhân triti
Lượng triti đưa vào khí quyển do các vụ thử
vũ khí hạt nhân nóng vào khoảng
7,4 x 10
5
TBq/Mt
(1 Mt ⇔ 1 triệu tấn thuốc nổ thông thường).
(
1 TU
1 TU

⇔
⇔
1 nguyên tử triti trong 1018 nguyên tử 1H
1 nguyên tử triti trong 1018 nguyên tử 1H
hay1 TU = 3,2 x 10-3 mCi/m3 = 118,4 Bq /m3
hay1 TU = 3,2 x 10-3 mCi/m3 = 118,4 Bq /m3 )
Hình 11.2:
14
C trong cây ở Đức và Venezuela.
Thử bomb làm tăng
14
C trong tự nhiên lên
100 pcm, đạt được đỉnh vào năm 1964
Ghi chú:
pmc – percent modern carbon
pmc – percent modern carbon
II.
II.
Phương pháp dùng đồng vị
Phương pháp dùng đồng vị
phóng xạ trong thuỷ văn
phóng xạ trong thuỷ văn
(thuỷ văn đồng vị)
(thuỷ văn đồng vị)
•
Phương pháp tiến hành
•
Ghi nhận kết quả và kiểm tra
•
Ý nghĩa thực tiễn của phương pháp

Phương pháp tiến hành
Phương pháp tiến hành
•
Do tỷ lệ
1
H:
3
H vào khoảng 1081:1
 làm giàu triti.
•
Dùng phương pháp điện phân, dựa lên nguyên
tắc các phân tử nhẹ của nước (không chứa triti)
dễ bị phân ly khi điện phân hơn các phân tử nặng
(chứa triti).
•
Trong thuỷ văn đồng vị hàm lượng triti được
biểu diễn bởi đơn vị T.U (tritium unit).
Phương pháp tiến hành
Phương pháp tiến hành
Mức độ tập trung của
14
C
được thể hiện qua tỉ số
14
C:
12
C thể hiện qua
đạu lượng pmc
Vd: 100 pcm
⇔

5730 năm sau còn lại 50 pmc
Việc đo triti thường được sử dụng phương pháp đo gián
tiếp sản phẩm phân huỷ của triti là
3
He bằng khối phổ kế.
Ghi nhận kết quả
Ghi nhận kết quả
Ý nghĩa kết quả thu nhận được
Ý nghĩa kết quả thu nhận được
•
< 1 TU: nước cận đại,bổ cấp trước năm 1952.
•
1 - 2 TU: hỗn hợp giữa nước cận đại và thành
phần bổ cấp mới
•
2 - 8 TU: nước hiện đại (< 5-10 năm)
•
10-20 TU và lớn hơn: tồn dư của triti do bom
hạt nhân
Quá trình kiểm tra
Quá trình kiểm tra
•
Nếu phối hợp cả phép đo triti lẫn phép đo
3
He thì ta
có được một công cụ đắc lực để đánh giá thời gian
cư trú của nước ngầm và tốc độ bổ cấp cùng các
đặc trưng dòng chảy và chế độ khuếch tán trong các
tầng ngầm nông.
(tỉ số 3He/ 3H sẽ là số đo của tuổi biểu kiến của

nước tức là thời gian đã trôi qua kể từ lúc khối nước
mất tiếp xúc với khí quyển).
•
Phối hợp độ lệch phần nghìn của tỉ số 13C : 12C
trong mẫu thử.
Vd: Đa số các loại đá cacbonat ở biển có
δ 13C = -2 đến 0 ‰
Hầu hết thực vật có giá trị khoảng -23
Ý nghĩa thực tiễn của phương pháp
Ý nghĩa thực tiễn của phương pháp
•
Nghiên cứu, điều tra và đánh giá tiềm năng
nước dưới đất.
•
Thăm dò và khai thác an toàn tài nguyên
nước.
•
Bảo vệ, chống ô nhiễm môi trường nước.
•
Đánh giá tác động do các hoạt động công
nghiệp, nông nghiệp và đô thị hoá lên môi
trường nước.
•
Khảo sát đánh giá hiện trạng các công trình
thủy (đê, đập, hồ chứa…)
III.
III.
Các dữ liệu thực nghiệm
Các dữ liệu thực nghiệm
Ứng dụng

14
C nghiên cứu dòng chảy
Gradient giảm và tuổi của nước
ngầm trong một vài trường hợp
•
Kiểm tra tính liên tục của dòng chảy trong tầng nước
ngầm.
•
Tính toán vận tốc dòng chảy trong tầng nước ngầm.
Nghiên cứu giếng phun ở bờ biển phía
nam Nam Phi
•
Từ khu vực giếng phun, lượng C
14
giảm theo
hàm liên tục.
Hình 1: Sự phụ thuộc tuổi của C
14
(giả sử nồng độ ban đầu là 85 pmc) trong mẫu
nước giếng phun vào khoảng cách từ phần trồi lên mặt đất.
Nghiên cứu giếng phun ở bờ biển phía
nam Nam Phi
•
Ta có thể tính được vận tốc trung bình của dòng nước
trong đất (groundwater) trong các giếng phun bằng cách
chọn 2 điểm trên đồ thị đường thẳng, ví dụ điểm 2 km-
4000 năm và điểm 18 km-28000 năm.
•
Kết quả này rất nhỏ thể hiện rằng dòng chảy bị ngắt
quãng (lack) cục bộ trong cả hệ thống.

yearm /66.01000
400028000
218
=×
−
−
Nghiên cứu giếng phun ở bờ biển phía
nam Nam Phi
•
Các thông số cần thiết khác cho việc khảo sát:
•
Mức cột nước đo áp
•
Nhiệt độ
•
Thành phần hóa học của nước khảo sát
•
Thành phần hóa học của đồng vị(δD, δ
18
O, tritium)
Khảo sát lưu vực Paris
(dài khoảng 400 km)
•
Kết quả khảo sát do Evin và Vuillaume thực hiện (1970)
thể hiện bảng 1 (loại giếng phun, bản chất của nguồn
nước, lớp địa tầng của mẫu nước được lấy).
Bảng 1: Kết quả khảo sát lưu vực Paris
Bảng 1: Kết quả khảo sát lưu vực Paris