CÁC NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA TRONG TỰ NHIÊN

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

MỞ ĐẦU
Nhiều nghiên cứu ở trong nước cũng như nước ngồi đã sử dụng các kỹ

OBO
OK S
.CO
M

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 ln có sự biến đổi, vì các đồng vị này ln ln bị phân
rã trong mơi trường. Vì vậy nghiên cứu các số liệu này biến đổi theo thời gian,
theo khơng gian cũng là những việc cần làm. Hơn nữa ở nước ta nghiên cứu này
khơng được triển khai thường xun 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 khố luận này tơi nghiên cứu cả hai phương pháp
đo hàm lượng và suất liều trong cùng một khơng gian và thời gian ở một số địa
điểm đặc trưng của khu đất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên -Hồ 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 mơi trường xung

KIL

quanh. Ngồi ra, việc nghiên cứu hàm lượng phóng xạ của các ngun tố phóng
xạ giúp chúng ta tìm kiếm quặng phóng xạ cũng như việc tìm kiếm các ngun
tố cộng sinh với các ngun tố phóng xạ.
Hồn thanh khố luận này tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình
của các Thầy giáo tập thể cán bộ trung tâm vật lý hạt nhân, đặc biệt là các Thầy
giáo hướng dẫn trực tiếp đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian vừa qua.
1



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Bn khoỏ lun ny l kt qu ca quỏ trỡnh 4 nm hc tp trong trng vi
s ging dy ca thy cụ giỏo, l s tng hp kin thc ca bn thõn trong thi

KIL
OBO
OKS
.CO
M

gian hc, cng nh trong quỏ trỡnh i thc tp ti trung tõm Vt lý ht nhõn.
Mc dự ó c gng hc hi, tỡm tũi nghiờn cu cỏc ti liu, cng nh c
s hng dn tn tỡnh ca thy cụ giỏo v s giỳp ca bn bố, nhng do thi
gian hn hp, kh nng v kinh nghim cũn cú hn, nờn khụng th trỏnh khi sai
sút, rt mong c s gúp ca quý thy cụ cựng tt c cỏc bn.
Xin chõn thnh cm n!

2

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
CHNG I. CC NGUYấN T PHểNG X V NH HNG CA
BC X GAMMA TRONG T NHIấN

KIL
OBO
OKS
.CO
M

.1 Cỏc nguyờn t phúng x trong t nhiờn.

Trong t nhiờn cú sn nhng ng v cú tớnh phúng x, ú l cỏc ng v
phúng x t nhiờn. V ngun gc phỏt sinh, ngi ta chia chỳng thnh 3 nhúm:
+ Nhúm th nht: Theo quan im hin nay, cỏc ng v thuc nhúm nyliờn
quan n s tng hp chỳng khi hỡnh thnh thỏi dng h. Chu k bỏn ró ca cỏc
ht nhõn ny vo c tui trỏi t(c 5x109 nm). Nhúm ny bao gm cỏc nguyờn
t 238U,232Th,40K,87Rb,24Sn... v mt s ht nhõn rt him khỏc.
+ Nhúm th hai: Nhúm ny sinh ra do s phõn ró v phõn chia t phỏt ca nhúm
th nht. Chỳng cú chu k bỏn ró t bộ hn 1 giõy n 104 ữ 105 nm.
+Nhúm th 3: Bao gm cỏc ht nhõn phúng x t nhiờn cũn li, chỳng sinh ra
do nhng nguyờn nhõn ngoi trỏi t nh do tng tỏc ca cỏc tia v tr cú nng
lng cao vi khớ quyn, ú l cỏc nguyờn t nh:3H, 7Be, 10Be, 14C... v mt s
nguyờn t sinh ra do s bt notron hay cú ngun gc t cỏc thiờn thch trong v
tr i vo trỏi t.

Cỏc ng v phúng x t nhiờn to thnh cỏc dóy c bn l
232

238

U, 235U, v

Th. Chỳng to thnh cỏc dóy tng ng l Uran, Actino Uran v Thori. Cỏc

dóy c bn trờn u bt u bng ng v phúng x cú chu k bỏn ró ln (238U:
T1/2=4,5.109 nm,

235

U: T1/2=7.108 nm v

232

Th: T1/2=45.109 nm) v kt thỳc

bng cỏc ng v chỡ bn (Pb).

Hm lng ca cỏc nguyờn t phúng x t nhiờn trong t ỏ c quy
nh bi hot ỏ m v tp hp cỏc quỏ trỡnh to thnh t ỏ. Trong ú tn
ti cỏc ng v phúng x cú chu k bỏn ró di nh 40K, 87Rb, 238U, 232Th. Cỏc c
trng c bn nh chu k bỏn ró, hm lng trong cỏc hp cht t nhiờn ca cỏc
ng v phúng x ny c a ra bng sau õy:
3



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

Bảng 1: Chu kỳ bán rã và hàm lượng của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên
Đồng vị

Hàm lượng trong hợp chất tự

Chu kỳ bán rã (năm)

40

87

K

Rb

232

Th

235

U

238

U

.1.1
40

KIL
OBO
OKS
.CO
M

nhiên của đồng vị (%)
0,019

1,39.109

27,85

5,0.1010

100

1,4.1010

0,7

7,1.108

99,28

4,5.109

Đồng vị phóng xạ của Kali -40K.

K là đồng vị phóng xạ vừa phân rã β+,vừa phân rã β- đồng vị chiếm K.

Khi 40K phân rã β- sẽ biến thành 40Ca. 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 40Ar. Hạt nhân con 40Ar 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 40K. Chu kỳ bán rã của 40K là 1,39.109 năm. Từ khi hình thành trái
đất đến nay lượng 40K đã giảm đi 8 lần.
.1.2

Các đồng vị phóng xạ của Thori và Uran 232Th, 235U,238U

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.

4

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
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.
238

U có số khối được mô tả theo công

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy

thức A= 4n+2, với n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 59.

Dãy phóng xạ 232Th được bắt đầu từ 232Th và kết thúc bởi đồng vị chì bền
208

Pb trải qua 6 phân rã α và 4 phân rã β:
232

α

Th

228

β

Ra

228

(1,4.1010 năm) (5,7 năm)
α

220

Rn
(5,3 giây)

α

β

Ac

228

(6,13 giờ)

216

α

Po
(0,445 giây)

α

Th

224

Ra

(1,9 năm) (3,64 ngày)

212

212

β

Pb
(10,6 giờ)

β

Bi

(60,6 phút)

212

Po
(3.10-7giây)

α

α

208

208
Tl
Pb (bền)
(3,1 phút)
Dãy phóng xạ 238U được bắt đầu từ 238U và kết thúc bởi đồng vị chì bền 208Pb
β

trải qua 8 phân rã α và 4 phân rã β:
238

U

α

234

β

Th

(4,5.109 năm) (24,1 ngày)
226

α

Ra

222

Po

α

210

218

(1,6.10-4giây) (20,4 năm)

210

234

214

(5 ngày)

Pb

(26,8 phút)

β

Bi

U

α

230

Th

(2,5.105 năm) (8,0.104năm)

α

Po

(3,05 phút)

β

Pb

β

Pa

(117 phút)

α

Rn

(11,6.103năm) (3,82 ngày)
214

234

210

Po

214

β

Bi

(19,7 phút)

α

206

Pb(bền) .

(138 ngày)

Dãy phóng xạ 235U, gọi là dãy Actini, được bắt đầu từ 235U và kết thúc bởi đồng
vị chì bền 207Pb trải qua 7 phân rã α và 4 phân rã β:
235

U

α

231

Th

(7,1.108 năm) (225giờ)

β

231

Pa

α

(3,25 năm)

227

Ac

α

(21,6 năm)

223

Fr

(22 phút)
5



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

227

Po

α

211

Pb

(1,78.10-3giây) (36,1 phút)

β

211

Bi

(2,16giây)
α

Po

α

207

219

Rn

(4,0 giây)
Pb(bền)

(0,5 giây)

β

207

.1.3

211

β

α

Ra

(11,44năm)

KIL
OBO
OKS
.CO
M

(18,2 ngày)

215

223

α

Th

Tl

(4,79 phút)

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:

λ1N1 = λ2N2 =....= λ1Ni

Trong đó: λi là hằng số phân rã phóng xạ của nguyên tố thứ i
N1 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

6



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
thái kích thích thấp. Do đó, các bức xạ gamma do các nguyên tố đầu dãy phát ra
có cường độ thấp.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

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
của dãy 238U.

235

U chỉ cỡ 5% hoạt độ phóng xạ alpha

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 235U
và 232Th phát ra.

Cả 3 dãy phóng xạ 238U, 235U, 232Th đều chứa 3 đồng vị phóng xạ của Radi
là 226Ra, 222Ra và 224Ra. 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
220

222

Rn,

219

Rn và

Rn. Khi đồng vị phóng xạ 219Rn 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.
.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.

.2.1 Quy luật phân bố của Uran và Thori trong vỏ Trái đất.
Trong đất đá Uran và Thori tồn tại dưới dạng UO2 và ThO2. Các loại đất
đá khác nhau có hàm lượng Uran và Thori khác nhau. Hàm lượng trung bình
7



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
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.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Bảng dưới đưa ra hàm lượng trung bình của Uran và Thoritrong các loại
đá macma và tỷ số về hàm lượng của Uran và Thori. Đặc trưng nổi bật của loại
đá macma là tỷ số giữa hàm lượng của Uran và Thori (Th/U) luôn luôn lớn hơn
1, mặc dù hàm lượng 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 4÷5,0 đối với đá
Granit có tính kiềm.

Bảng 2: Hàm lượng trung bình (ppm) của Uran và Thori trong các loại đá
macma.

Loại đá

U

Th

Th/U

Đá peridiot, peoxen

0,03

0,08

2,7

Đá gabro, đá diaba

0,6

1,8

3,0

Đá điorit

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

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

Loại đá xâm nhập:

Các loại phun trào:

8



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
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:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Bảng 3: Hàm lượng trung bình (ppm) của các loại đá trầm tích.
Loại đá

U

Th

Th/U

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

Đá phiếm sét silic

2,8

6,2

2,2

Đá phiếm silic

1,7

2,2

1,2

Loại đá

U

Th

Th/U

Đá vôi

1,6

1,8

1,1

Đá macma

2,8

2,5

0,9

Đá dolomit

3,7

2,8

0,8

1,0

1,0

1,0

Đá có nguồn gốc lục địa:

Các loại đá silic:

Các loại đá cacbonat:

Các loại đá chứa muối:
Đá thạch cao khan

9



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
0,9

1,0

1,1

Than ỏ

3,4

4,8

1,4

KIL
OBO
OKS
.CO
M

M mui

ỏ phim du m
.2.2

<100

10ữ15

<0,5

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.40K
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

Loi ỏ Bazan Kali

64050

430

140

ỏ Bazan Olivin cú tớnh kim

13800

33

418

31

430

Bng 5: Hm lng trung bỡnh (ppm) ca Kali v Rubidi trong mt s loi ỏ
trm tớch.

Loi ỏ

K

Rb

K/Rb
10



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
26000

140

186

Đá pha cát

10700

60

167

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Đá phiếm

Đá vơi

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 40K trong các loại đá trầm tích nhỏ hơn trong
các loại đá macma.
.3

Vai trò của bức xạ gamma trong địa vật lý.

.3.1

Vai trò của bức xạ gamma.

Cường độ bức xạ do một ngun tố nào đó phát ra ln tỷ lệ với hàm
lượng của ngun tố đó trong đối tượng nghiên cứu. Nếu phân rã phóng xạ của
các ngun tố phát ra các dạng bức xạ khác nhau (alpha, beta và gamma) thì hàm
lượng của nó có thể được xác định dựa 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 hồn tồn xác định đặc trưng cho ngun tố đó.
Khả năng đâm xun của hạt alpha rất nhỏ, nên trước khi đo hoạt độ alpha
cần phải tiến hành xử lý hố 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 ít dược
sử dụng để xác định hàm lượnh các ngun tố.

Bức xạ beta tuy có khả năng đâm xun lớn nhưng do phổ beta là phổ liên
tục. Nên trong địa vật lý hạt nhân phương pháp phổ beta hầu như khơng được sử
dụng để xác định hàm lượng của các ngun tố phóng xạ.

Ngày nay với sự phát triển và ngày càng hồn thiện của các thiết bị
gamma, cho nên trong địa vật lý hạt nhân hàm lượng của các ngun tố phóng xạ
Uran, Thori và Kali được xác định theo phương pháp phổ gamma.
11



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Các bức xạ gamma do các ngun tố phóng xạ phá ra do có phổ gián
đoạn. Mỗi hạt nhân phóng xạ gamma đều phát ra một số vạch bức xạ gamma có

KIL
OBO
OKS
.CO
M

năng lượng hồn tồn xác định. Ngồi ra, các bức xạ gamma có khả năng đâm
xun lớn, do đó phương pháp gamma có tầm quan trọng lớn. Trong phòng thí
nghiệm các mẫu đo phổ gamma khơng cần phải xử lý hố học trước khi đo, chỉ
cần xử lý sơ bộ như sấy khơ và nghiền nhỏ.

Với các thiết bị phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải cao, cho phép tách
được hầu hết các đỉnh hấp thụ tồn phần của các vạch bức xạ gamma do các
ngun tố phóng xạ có trong đất đá phát ra. Với việc trợ giúp của các phần mềm
máy tính việc xác định diện tích của các đỉnh hấp thụ tồn phần cho độ chính xác
rất cao. Như vậy, với phổ kế gamma bán dẫn có thể xác định hàm lượng phóng
xạ của các ngun tố phóng xạ phát ra bức xạ gamma có trong mẫu đất.
.3.2

Phơng bức xạ gamma.

Trong tất cả các loại đất đá thuộc vỏ trái đất đều chứa các ngun tố
phóng xạ tự nhiên Uran, Thori, Kali và Rubidi với hàm lượng khác nhau. Trong
đó Rubidi là hạt nhân phân rã beta mềm thuần t, có chu kỳ rất lớn. Hàm lượng
của nó trong đất đá rất nhỏ. Vì vậy 87Rb ít được quan tâm trong địa vật lý hạt
nhân. Bức xạ do 87Rb phát ra khơng đóng góp vào phơng phóng xạ chung trên
mặt đất.

Các ngun tố phóng xạ trong đất đá và trong các vật liệu xây dựng đều

nằm trong 3 họ phóng xạ Uran, Thori và Kali. 40K là ngun 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. Qng chạy của các bức xạ gamma trong đất đá rất
12



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ln. Khi c sinh ra t cỏc lp t ỏ gn mt t, cỏc bc x gamma cú th
bay ra khi mt t to thnh phụng phúng x gamma trờn mt t. Ngoi ra

KIL
OBO
OKS
.CO
M

phụng bc x trờn mt t cũn do bc x v tr gõy ra. Thnh phn phụng phúng
x gamma do tia v gõy ra ph thuc vo chiu cao so vi mc nc bin.
Thnh phn ny thng rt nh so vi cỏc bc x gamma do cỏc nguyờn t
phúng x di mt t v vt liu xõy dng xung quanh gõy nờn. Nh vy, khi
núi n phụng phúng x cú ngha l nú c to thnh t cỏc nguyờn t cú trong
t.

Trong bng di õy a ra mt s bc x gamma c trng ca mt s

ng v phúng x trong dóy Uran, Thori v Kali:

Bng 6: Cỏc c trng ca bc x gamma t nhiờn cú trong dóy
232

Th.

ng v phúng x

Dóy 238U
234

Th

214

Pb

214

Bi

Chu k bỏn ró

24,1 ngy

26,8 phỳt

19,8 phỳt

Nng lng bc x
gamma (KeV)

238

U v dóy

Lng bc x
gamma cú trong
100 phõn ró

63

5,7

93

6,8

295

18,9

352

36,0

609

41,2

1120

16,3

1764

15,8

13



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Dãy 232Th
Ac

212

Pb

208

40

Tl

K

6,1 giờ

911

20,0

969

13,3

10,6 giờ

239

43,1

3,1 phút

583

29,0

2614

33,7

1462

11,0

KIL

OBO
OKS
.CO
M

228

1,39.109 năm

14




KIL
OBO
OKS
.CO
M

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

15



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
CHƯƠNG II. SUẤT LIỀU BỨC XẠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐỒNG
VỊ PHĨNG XẠ ĐẾN MƠI TRƯỜNG XUNG QUANH
Các đại lượng đo liều bức xạ dùng trong an tồn bức xạ.

.4.1

Liều chiếu.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

.4

Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay ít, ban đầu người ta
dùng khái niệm liều và dựa vào tác dụng ion hố của bức xạ đó gây ra trong
khơng 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 1cm3 khơng
khí khơ ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHg) thì tạo thành một đơn vị diện
tích của mỗi loại ion.

Trong khơng khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R =
0,93 Rad.
.4.2

Liều hấp thụ D.

Liều hấp thụ D là năng lượng trung bình của bức xạ ion hố cho vật chất
dξ có trong khối lượng là dm:

D=

dξ
dm

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=104 erg/g=100 Rad.

Năng lượng trung bình của bức xạ ion hố là năng lượng của bức xạ ion
hố được truyền cho vật chất trong một thể tích và bằng:
16



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
ξ =Rin- Rout +ΣQ

Trong đó:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Rin là năng lượng bức xạ tới thể tích. Nó bằng tổng năng lượng của tất cả
các hạt mang điện và khơng mang điện đi vào trong thể tích đó trừ đi năng lượng
tĩnh.

Rout là năng lượng bức xạ thốt 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.
.4.3

Suất liều hấp thụ: 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 =

dD
dt

-1 -1

D có thứ ngun là J.Kg .s hay Gray/giây.

.4.4

Liều tương đương.

.4.4.1 Hệ số phẩm chất Q.

Được đưa ra để đánh giá hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ ion hố
khác nhau ở mức chiếu thấp hàng ngày trong cơng tác an tồn 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 mơi trường nước tại điểm khảo sát
được biểu diễn như sau:

1 khi L≤10 KeV/mm.

Q(L)=

0,32L - 2,2 khi 10 KeV≤ L ≤ 100 KeV/mm.
300/ L khi L ≥ 100 KeV/mm.
17



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
.4.4.2 Liều tương đương.
Liều tương đương H tại một điểm trong mô tả là tích của hai đại lượng Q

KIL
OBO
OKS
.CO
M

và D.
Trong đó:

D là liều hấp thụ

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

.4.4.3 Suất liều tương đương H :
Suất liều tương đương H là tỷ số của dH trên dt:
H=

dH
dt

Thứ nguyên của suất liều tương đương là J.Kg-1.giây-1. Tên riêng của H là
Sv/s.
.4.4.4
lượng:

Suất liều chiếu và mối quan hệ giữa suất liều chiếu và hàm

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 lớp đất đá bên dưới mặt đất và
18



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
chu cao h tớnh t mt t. Ký hiu I l sut liu chiu bc x gamma, I ph
thuc vo qU, qTh v qK di dng tng quỏt:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

I = f(qU, qTh ,qK)

Trong ú: qU, qTh v qK ln lt l hm lng Uran, Thori v Kali tng
ng trong t ỏ.

Dng tng minh ca cụng thc c xỏc nh cao h=1,2 m l:
I= 1,5qK+ 0,65qU +0,29qTh

Sut liu chiu I c tớnh ra àR/h, trong ú:

qU l hm lng ca Uran c tớnh ra ppm

qTh l hm lng ca Th c tớnh ra ppm
qK l hm lng ca K c tớnh ra %.

.4.4.5
Liu hiu dng tng ng.
Trong a vt lý ht nhõn nghiờn cu mụi trng thng xỏc nh liu
hiu dng tng ng, nú t l vi sut liu chiu v c xỏc nh bng
cụng thc sau:

H = K.I.Q.N.t

Trong ú:

K l h s ph thuc vo mụi trng, trong khụng khớ K = 0,869.
I l sut liu chiu bc x gamma c xỏc nh bng thc nghim.
Q l h s phm cht ca bc x, vi bc x gamma Q = 1.
N l h s tớnh cho cỏc yu t mụi trng, vi khụng khớ N = 1.
t l thi gian chiu.

Nu I o bng àR/h thỡ H c tớnh ra mrem.

19



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Sut liu chiu tng ng theo s liu ca c quan Quc t v An ton
phúng x Th gii l 50mSv hay 5 rem.
nh hng ca cỏc ng v phúng x n mụi trng xung

quanh:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

.5

Trong th gii ca chỳng ta luụn luụn tn ti cỏc bc x t nhiờn. Poloni
v Radi mang tớnh phúng x cú trong xng ca chỳng ta. Cỏc c bp ca con
ngi cú cha Cacbon v Potassi phúng x. Trong phi cú cỏc sol khớ v Triti
mang tớnh phúng x. Chỳng ta cng b chiu x t v tr v b nh hng bi cỏc
bc x cú trong t nhiờn v trong cỏc cht m ta n ung hng ngy.
Cho n nm 1934 cỏc cht phúng x nhõn to u tiờn c to ra. T ú
nhiu cht phúng x c s dng trong khoa hc, cụng nghip, bo v mụi
trng, y hc v trong mt s lnh vc thng mi.... Mc dự bc x cú nhiu li
ớch nhng nhiu ngi vn lo ngi v bc x v nh hng ca nú.
Cỏc h sinh vt cú th b hu hoi nghiờm trng khi chiu nhng lng
quỏ mc ca bt k mt loi bc x no. Khi nghiờn cu nh hng ca ng v
phúng x n mụi trng xung quanh, chỳng ta c bit quan tõm n mc
nh hng ca chỳng n sc kho con ngi.
.5.1

nh hng ca bc x i vi con ngi.

Cỏc nh hng cú th quan sỏt c ca bc x c chia lm ba loi:
Cp tớnh, kinh niờn v di truyn.

nh hng cp tớnh l nhng nh hng xy ra ngay sau khi chiu mt
liu bc x quỏ ln v khụng th no nghi ng c l chỳng khụng phi do bc
x gõy nờn.

nh hng kinh niờn xy ra trong nhng thi gian di sau khi chiu
nhng liu lng bc x thp v bao gm nhng s vic nh rỳt ngn tui th
trung bỡnh...
20



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
nh hng di truyn l nhng nh hng i vi quỏ trỡnh sinh sn v
xut hin nhng t bin trong cỏc th h di truyn. Cỏc nh hng thuc loi

KIL
OBO
OKS
.CO
M

ny cú th xy ra do nhiu nguyờn nhõn khỏc nhau, cho nờn khi cú s c xy ra
chỳng ta cha chc chn c rng ú l do nh hng ca bc x. Tuy vy
chỳng ta cú th kim nghim bng cỏch: Nu s c ny tng khi ta chiu vi liu
lng tng v cỏc c quan sinh sn cỏc kt qu c cho bng sau:
Bng 7: Mc nh hng ca cỏc liu chiu khỏc nhau v cỏc khu vc khỏc
nhau.

Liu lng (Rad)

Khu vc chu tỏc dng

nh hng gõy ra

500 ữ 10000

Khu vc cú u

Bnh u

3000

Khu vc a phng

Ung loột do bc x

Mt

Bnh mt cú mng

Khu vc a phng

Gõy ra bờnh ung th

500 ữ 800

Cỏc tuyn sinh sn

Khụng sinh c

50

Cỏc tuyn sinh sn

Tc t bin gp 2

Ton b c th

Cht 50% trng hp

Ton b c th

Bun nụn

Ton b c th

i mỏu thun nghch

1000

Liu lng ton phn l
200

400
200
50
.5.2

trung bỡnh phúng x cú trong ngi.

Trong nhng nm 1970 Hungaria, ngi ta ó o lng phúng x ca
cỏc nguyờn t sinh ra t t nhiờn cng nh nhõn to ó xõm nhp vo c th con
ngi. Cỏc s liu c th c trỡnh by bng sau.

21



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Bng 8: Hot phúng x ca cỏc ng v phúng x trong cỏc b phn ca c
th ngi.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Hot phúng x Bq/ Kg

Cỏc ng v phúng x

Phi

Xng

mụ mm Ton c
ca c th
th

-

-

-

0,2- 0,9

C

-

-

-

40

K

-

-

-

60

Rb

-

-

-

8,5

-

0,15

0,007

-

Th

0,02

0,2

0,002

-

Ra

-

0,3

0,005

-

Pb 210Po

-

3,0

0,200

-

0,02

0,2

0,002

-

-

0,09

0,004

-

-

-

-

2-3

-

8-16

-

-

-

-

-

0,8- 1,6

T nhiờn
3

H

14
40
87

Dóy 238U - 234U
230
226
210

Dóy 232Th
228

Ra 224-Ra

Nhõn to cỏc v n ht nhõn
3

H

90

Sr

137

Cs

T kt qu bng 8 chỳng ta thy trong phi ca con ngi cỏc cht
phúng x ớt c trỳ nhng trờn thc t thỡ cỏc cht phúng x khớ Radon v Toron

22



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
lai c trỳ phi nhiu nht. Hungaria ngi ta ó kho sỏt v ó nhn c
cỏc kt qu trỡnh by bng sau:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Bng 9: Liu lng phúng x vo phi tớnh trung bỡnh trong 1 nm t cỏc
ngun chiu x khỏc nhau.
Ngun chiu x

222

Hot phúng x cõn Liu lng phúng x
bng Bq/m3
vo phi tớnh trung bỡnh
trong 1 nm (àGy/nm)

Rn v cỏc nguyờn t
con chỏu ca nú:

Trong mụi trng t do

8

Trong mụi trng xõy
dng:
Vt liu xõy dng

20

340

Nc

0,004 ữ40

0,07 ữ700

0,04

1

0,4

45

220

Rn v cỏc nguyờn t
con chỏu ca nú:

Trong mụi trng t do

Trong mụi trng xõy
dng:
Vt liu xõy dng
.5.3

An ton phúng x.

Da vo cỏc tớnh cht tỏc dng ca bc x ht nhõn, ngi ta phõn bit hai
loi chiu trong v chiu ngoi.

Chiu trong xy ra khi cht phúng x i vo c quan bờn trong ca c th
theo khụng khớ, thc n, ung, thuc hỳt...v cú th i qua da khi ngi b
23



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
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

KIL
OBO
OKS
.CO
M

cơ thể và chu kỳ bán rã của nó. Khi chiếu trong bằng các liều lượng lớn có thể
xẩy ra các bệnh ở các cơ quan bên trong của cơ thể và có thể thường xẩy ra một
cách có tính chu kỳ và có thể chia làm bốn giai đoạn:

- Giai đoạn đầu là giai đoạn sau khi bị chiếu một vài giờ thì thường xuất
hiện sự uể oải, buồn nơn, lợm giọng, váng đầu, chóng mặt và đơi khi nhiệt độ
tăng từ 0,5 ÷ 1,5oC và huyết áp của mạch tăng.

- Giai đoạn hai là giai đoạn ủ bệnh thường kéo dài từ một vài ngày đến
một vài tuần.

- Giai đoạn ba là thời kỳ phát triển bệnh. Nhiệt độ tăng lên 41oC, buồn
nơn, xuất huyết. Khả năng chết thường xẩy khoảng giữa ngày thứ 18 đến ngày
thứ 20, hạn hữu xẩy ra sau ngày thứ 30.

- Giai đoạn bốn là thời kỳ khỏi bệnh thường sau 25 ÷ 30 ngày, sự khơi
phục hồn tồn sức khẻo rất khó xẩy ra, thường bị già trước tuổi.
Sự chiếu ngồi bao gồm bức xạ phơng tự nhiên và bức xạ của các nguồn
phóng xạ mà ta tiếp xúc trong q trình làm việc bức xạ phơng được tạo ra bởi
các tia vũ trụ và các chất phóng xạ chứa trong các vật liệu của mơi trường xung
quanh. Khi chiếu ngồi bằng các liều lượng lớn có thể xuất hiện các bệnh bỏng
da, khác với bỏng thường do tác động của ánh sáng mặt trời bởi độ dài của thời
kỳ ủ bệnh (thường một vài ngày).

Để ngăn ngừa, phòng tránh tối đa tác hại của bức xạ ion hố cần phải hạn
chế tới mức tối thiểu liều chiếu trong và chiếu ngồi.

Người ta phân biệt ba loại chuẩn an tồn phóng xạ.

Loại A: Dành cho người làm việc trực tiếp với các nguồn phóng xạ.

24

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Loại B: Dành cho người làm việc gần địa điểm tiến hành các cơng việc
với nguồn phóng xạ, nhưng khơng trực tiếp làm việc với các chất phóng xạ và

KIL
OBO
OKS
.CO
M

các nguồn bức xạ. Tất cả những người làm việc trong cơ quan hành chính, các cơ
sở sản xuất cũng như trong các nhà xưởng hoặc ở ngồi trời trong phạm vi của
vùng được bảo vệ đều thuộc loại B này.

Loại C : Dành cho dân cư, bao gồm những người sống ở gần vùng được
bảo vệ.

- Khi tính tốn liều giới hạn cực đại cho phép chiếu trong và chiếu ngồi
đối với các cá thể thuộc ba loại chuẩn an tồn phóng xạ kể trên người ta sử dụng
khái niệm về các cơ quan tới hạn. Đó là những cơ quan trọng chủ yếu theo quan
điểm hiệu ứng sinh học trong các điều kiện chiếu xạ nhất định. Người ta phân
biệt bốn nhóm cơ quan tới hạn sau:

Nhóm 1: Tồn thân, các cơ quan tuần hồn.

Nhóm 2: Thuỷ tinh thể, cơ bắp, tế bào mỡ, gan, lá lách, thận, bộ máy tiêu
hố và các cơ quan khác khơng thuộc nhóm 1, 3 và 4.
Nhóm 3: Tuyến giáp trạng, xương và da.
Nhóm 4: Tay, cẳng tay, bàn chân.

Đối với sự chiếu chung tồn thân thì liều cực đại cho phép, ký hiệu là
MPD (Maximum Permissible Dose) được xác định bằng cơng thức sau:
MPD = (N-18).5 rem

Trong đó: N - là tuổi của người bị chiếu.

Tuy nhiên, một người khơng được nhận nhiều hơn 3 rem trong 13 tuần
hoặc 12 rem trong 12 tháng. Bảng dưới đây giới thiệu các giá trị MPD đối với
các cơ quan khác nhau cho hai loại A và C .

Bảng 10: Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người.
25