xác định nồng độ 226ra và 210po trong một số loại phân bón lá kích thích tăng trưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
------------

LÊ THỊ TUYẾT TRINH

Đề tài:

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ 226Ra VÀ 210Po
TRONG MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN LÁ
KÍCH THÍCH TĂNG TRƯỞNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2013


1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM
KHOA VẬT LÝ
------------

LÊ THỊ TUYẾT TRINH

Đề tài:

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ 226Ra VÀ 210Po
TRONG MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN LÁ

KÍCH THÍCH TĂNG TRƯỞNG

Ngành: VẬT LÝ HỌC
Mã số: 35105046

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. LÊ CÔNG HẢO

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2013


2

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận bên cạnh nỗ lực của bản
thân em còn nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình từ gia đình, các quý
thầy cô.
Con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình luôn động viên, ủng hộ, giúp đỡ con.
Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Vật lý, trường Đại học Sư
Phạm TP.Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện cho
em hoàn thành khóa luận.
Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm Vật
lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em về
mặt cơ sở vật chất trong quá trình tạo mẫu và đo đạt thực nghiệm.
Và nhất là em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Công Hảo - Giảng viên trường
Đại học Khoa học Tự nhiên TP.Hồ Chí Minh, thầy đã trực tiếp hướng dẫn cung cấp
cho em những kiến thức chuyên môn cũng như những kiến thức thực tế có liên quan
đến đề tài.
Cảm ơn các anh chị và các bạn cùng thực hiện thí nghiệm trong phòng Vật lý
hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã cùng chia sẽ kinh nghiệm và kiến
thức của mình.

Cuối cùng cảm ơn các bạn đã quan tâm, chia sẻ suốt thời gian qua.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013

LÊ THỊ TUYẾT TRINH


3

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADIUM ..........................................................10
1.1.Giới thiệu .........................................................................................................10
1.1.1.Nguồn gốc của radium ..............................................................................10
1.1.2.Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 226Ra ....................................10
1.2.Đặc tính ............................................................................................................14
1.2.1.Radium kim loại ........................................................................................14
1.2.2.Trạng thái oxi hóa......................................................................................14
1.3.Hợp chất không tan và tan của radium ............................................................15
1.3.1.Hợp chất không tan của radium ................................................................15
1.3.2.Hợp chất tan của radium............................................................................16
1.4.Radium trong phân bón ...................................................................................16
1.5.Ảnh hưởng radium đến sức khỏe con người và môi trường ............................17
1.6.Các phương pháp xác định 226Ra .....................................................................17
1.6.1.Các phương pháp tạo mẫu phân tích 226Ra ................................................18
1.6.2.Các phương pháp đo mẫu phân tích 226Ra.................................................20
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POLONIUM ....................................................22

2.1.Giới thiệu .........................................................................................................22
2.1.1.Nguồn gốc và ứng dụng của polonium .....................................................22
2.1.2.Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 210Po ...................................23
2.2.Đặc tính của polonium .....................................................................................24
2.2.1.Polonium kim loại .....................................................................................24
2.2.2.Trạng thái oxi hóa .....................................................................................26
2.3.Hợp chất tan và không tan của polonium ........................................................26


4

2.3.1.Hợp chất tan ..............................................................................................26
2.3.2.Hợp chất không hòa tan ............................................................................26
2.4.Polonium trong phân bón lá ............................................................................27
2.5.Ảnh hưởng polonium đến sức khỏe và môi trường .........................................27
2.6.Các phương pháp lắng đọng polonium trên đĩa...............................................27
2.6.1.Kỹ thuật lắng đọng tự phát polonium lên bề mặt kim loại ........................28
2.6.2.Kỹ thuật điện phân polonium lên bề mặt kim loại ....................................29
CHƯƠNG 3: HỆ ĐO ALPHA ANALYST ...........................................................30
3.1.Tiện ích của hệ đo ...........................................................................................30
3.2.Buồng chân không (buồng đo) ........................................................................31
3.3.Detector ............................................................................................................32
3.3.1.Detector PIPS ............................................................................................32
3.3.2.Đầu dò Alpha PIPS....................................................................................34
3.3.3.Hiệu suất đo ...............................................................................................36
3.4.Bộ tiền khuếch đại ...........................................................................................36
3.5.Bộ khuếch đại ..................................................................................................37
3.6.Bộ ADC (bộ biến đổi tương tự thành số) ........................................................38
3.7.Bộ phân tích biên độ đa kênh MCA ................................................................38
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM .............................................................................39

4.1.Giới thiệu về phân bón kích thích tăng trưởng ...............................................39
4.2.Thực nghiệm ....................................................................................................39
4.2.1.Dụng cụ, thiết bị và hóa chất .....................................................................39
4.2.1.1.Dụng cụ ...............................................................................................39
4.2.1.2.Thiết bị ................................................................................................40
4.2.1.3.Hóa chất ..............................................................................................40
4.2.2.Xác định nồng độ 226Ra trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng ...40
4.2.2.1.Cách tạo đĩa MnO 2 .............................................................................40
4.2.2.2.Quá trình hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO 2 ...............................................42
4.2.3.Xác định nồng độ 210Po trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng ...45


5

4.2.3.1.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn ..............................45
4.2.3.2.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng ............................46
4.3.Phương pháp tính toán số liệu thực nghiệm ....................................................47
4.3.1.Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng lỏng .........47
4.3.2.Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng rắn ...........48
4.4.Kết quả thực nghiệm: .......................................................................................49
KẾT LUẬN ...............................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54
PHỤ LỤC ..................................................................................................................56


6

Ac

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Actinium

Ag

Bạc

Au

Vàng

Bi

Bismuth

CH 3 COCH 3

Axeton

EDTA: C 10 H 16 N 2 O 8

Etilendiamin Tetraaxentic Acid

C6H8O6

Ascorbic acid

Cu

Đồng

Fr

Francium

Ni

Nikel

Pa

Protactinium

Pb

Chì

Po

Polonium

Si

Silic

Ra

Radium

Rn

Radon

Te

Tellurium

Tl

Thallium

Th

Thorium

U

Uranium

ADC

Anolog to Digital Coverter

DJ

Diffused Junction

MCB
MCA

Multi Channel Buffer

PIPS

Passsivated Implanted Planar Silicon

SSB

Surface Barrier Detector

Multi Channel Analyzer


7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-238.....................................................11
Hình 1.2: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-235.....................................................12
Hình 1.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232 .....................................................13
Hình 1.4: Quá trình bay hơi ......................................................................................18
Hình 1.5: Quá trình tách chiết hóa học .....................................................................19
Hình 1.6: Quá trình hấp thu 226Ra trên đĩa MnO 2 ....................................................20
Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiện 238U phân rã thành 210Po ..................................24
Hình 3.1: Hệ đo Alpha Analyst tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân – ĐH KHTN .............30
Hình 3.2: Sơ đồ hệ đo Alpha Analyst .......................................................................31
Hình 3.3: Máy hút chân không .................................................................................31
Hình 3.4: Buồng đo ..................................................................................................31
Hình 3.5: Đầu dò PIPS .............................................................................................32
Hình 3.6: Cấu tạo đầu dò PIPS .................................................................................33
Hình 4.1: Đĩa trước khi ngâm KMnO 4 .....................................................................41
Hình 4.2: Đĩa sau khi ngâm KMnO 4 ........................................................................41

Hình 4.3: Khuấy từ ở nhiệt độ phòng .......................................................................43
Hình 4.4: Chiều quay của dung dịch ........................................................................43
Hình 4.5: Buồng đặt đĩa MnO 2 ................................................................................44
Hình 4.6: Khay đặt đĩa MnO 2 ..................................................................................44
Hình 4.7: Sơ đồ các bước thực hành hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO 2 ..........................45
Hình 4.8: Khấy mẫu ở t=800C ..................................................................................46
Hình 4.9: Chiều quay của dung dịch ........................................................................46
Hình 4.10: Sơ đồ các bước thực hành hấp thụ 210Po trên đĩa đồng (Cu) ..................47


8

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc điểm bốn đồng vị chính của radium .................................................11
Bảng 1.2: Các đặc tính hóa lý của radium ................................................................14
Bảng 1.3: Những hợp chất không tan của radium ....................................................15
Bảng 2.1: Các đồng vị polonium ..............................................................................23
Bảng 2.2: Những đặc tính hóa lý của polonium .......................................................25
Bảng 3.1: Bề dày cửa sổ của đầu dò PIPS và SSB ...................................................34
Bảng 3.2: Một số đầu dò Alpha PIPS của hãng Canberra sản xuất ..........................35
Bảng 3.3: Hai loại tiền khuếch đại hạt điện tích Si của hãng Canberra ..................37
Bảng 4.1: Các giá trị f g , m, ɛ , V ..............................................................................49
Bảng 4.2: Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn ...................................49
Bảng 4.3: Nồng độ 226Ra ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng .................................50
Bảng 4.4: Nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng rắn ...................................50
Bảng 4.5: Nồng độ 210Po ở trong mẫu phân bón lá dạng lỏng .................................51


9

LỜI MỞ ĐẦU
Kinh tế nước ta bắt nguồn từ nền nông nghiệp. Nếu trước kia, ta chỉ sản xuất
dựa trên những công cụ, giống cây trồng cùng phương thức chăm sóc truyền thống
thì ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã tạo ra những
công cụ sản xuất nông nghiệp hiện đại giảm sức lao động của con người và thông
qua quá trình nghiên cứu lai tạo giống đã góp phần nâng cao phẩm chất nông sản.
Ngoài ra, một yếu tố hết sức quan trọng quyết định năng suất trồng trọt mà chúng ta
phải kể đến đó là quá trình chăm bón của nhà nông. Tùy giai đoạn phát triển mà nhà
nông sẽ lựa chọn loại phân bón thích hợp.
Một trong những loại phân bón được sử dụng rộng rãi ngày nay là phân bón lá
kích thích tăng trưởng bởi nó mang lại lợi nhuận cao vì làm cho cây trồng tăng
trưởng nhanh, cho nhiều hoa, trái đẹp....chỉ trong thời gian ngắn. Vậy thì khi chúng
ta sử dụng các loại phân bón lá kích thích cây tăng trưởng thì có ảnh hưởng gì đến
sức khỏe?
Một trong những mặt đáng lo ngại khi sử dụng phân bón đó là nồng độ phóng
xạ có trong chúng. Trong đó, 226Ra và 210Po là những đồng vị phóng xạ tự nhiên có
ảnh hưởng trực tiếp đến với sức khỏe con người.
Với mục đích xác định nồng độ

226

Ra và

210

Po bằng cách hấp thụ

226

Ra trên

đĩa MnO 2 , hấp thụ 210Po trên đĩa đồng và đo đạc bằng hệ đo Alpha Analyst thì luận
văn gồm các chương về cơ sở lý thuyết và thực nghiệm như sau:
Chương 1: Tổng quan về radium
Chương 2: Tổng quan về polonium
Chương 3: Hệ đo Alpha Analyst
Chương 4: Thực nghiệm


10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADIUM
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Nguồn gốc của radium
Năm 1898, sau khi phát hiện ra polonium thì Pierre và Marie Curie lại khám
phá thêm một nguyên tử khác, nguyên tử radium có hoạt tính mạnh hơn nguyên tử
polonium, mạnh tới 900 lần uranium [15]. Đến năm 1910 thì tách thành công
radium tinh khiết bằng cách điện phân muối RaCl 2 .
Ban đầu, radium được cho là nguyên tử không nguy hiểm đối với con người.
Radium được sử dụng cho mục đích về thương mại như radium có mặt trong một số
sản phẩm như thức ăn gia súc, mỹ phẩm, nước uống, phân bón……Nhưng dần dần,
người ta cũng phát hiện những bất lợi của tia phóng xạ mở đầu là những cái chết
không rõ nguồn gốc của những người công nhân làm việc trong môi trường có
radium. Cuối cùng, người ta nhìn thấy tác nhân giết người không ai khác đó là tia
phóng xạ của radium và radon. Do đó, tại những địa điểm làm việc có tính chất
phóng xạ, người ta đã tiến hành nhiều biện pháp bảo vệ con người bằng cách dựng
nên những bức tường bằng chì đồng thời còn kiểm soát và quản lí chặt chẽ các cơ
sở công nghiệp liên quan tới chất phóng xạ [8], [16].
Ngày nay, radium được sử dụng nhiều trong nghiên cứu về lĩnh vực địa hóa,
sự thay đổi khí hậu, sự phát triển của núi lửa, trầm tích và sự hình thành những

khoáng sản dưới đại dương…. Ngoài ra, radium còn được xem như là chất đánh dấu
tự nhiên do sự phân bố khác biệt của đồng vị này trong môi trường khác nhau, được
ứng dụng trong việc nghiên cứu các loại đất đá, khảo sát tương tác giữa nước bề
mặt và nước ngầm, theo dõi dòng chảy của nước cũng như xác định nguồn nước
gốc… [2], [4].
1.1.2. Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 226Ra [8]
Radium có bốn đồng vị chính là:

223

Ra,

224

Ra,

226

Ra,

Ra được trình bày

228

trong Bảng 1.1. Các đồng vị này được tìm thấy trong cả ba chuỗi phóng xạ tự nhiên
xuất phát từ 238U, 232Th, 235U.


11

Bảng 1.1: Đặc điểm bốn đồng vị chính của radium [2]
Năng lượng
Đồng vị

T 1/2

Phân rã

phân rã
(MeV)

Sản phẩm
phân rã

223

11 ngày

Alpha

5,99

219

224

3,7 ngày

Alpha

5,789

220

226

1600 năm

Alpha

4,78

222

228

5,8 năm

Beta

0,046

228

Ra
Ra
Ra
Ra

Hình 1.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-238

Rn
Rn
Rn
Ac


12



Hình 1.1 trình bày chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-238: Trong quá trình

phân rã tạo ra 226Ra có chu kì bán rã dài nhất và độ phổ cập cao nhất (khoảng 1600
năm, chiếm trên 99%) có sản phẩm phân rã là 222Rn nên được ứng dụng nhiều trong
nghiên cứu nước ngầm do 226Ra và 222Rn có độ hòa tan cao và sự thăng giáng mạnh
về hàm lượng trong các loại nước.


Hình 1.2 trình bày chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-235: Trong quá trình

phân rã tạo 223Ra có chu kì bán rã 11 ngày.

Hình 1.2: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-235


13



Hình 1.3 trình bày chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232: Trong quá trình

phân rã tạo 228Ra có chu kì bán rã 5,75 năm và 224Ra có chu kì bán rã 3,7 ngày.

Hình 1.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232
Đặc điểm chung của ba chuỗi phóng xạ tự nhiên là:
Hạt nhân thứ nhất trong chuỗi (hạt nhân mẹ) là đồng vị sống rất lâu. Tất cả các



hạt nhân con trong mỗi chuỗi đều có chu kì bán rã nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân
mẹ nên chuỗi cân bằng phóng xạ trường kì. Khi đó, hoạt độ phóng xạ của các hạt
nhân trong chuỗi cân bằng nhau và bằng hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ.
Mỗi chuỗi đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng



vị khác nhau của khí radon: ví dụ như trong chuỗi của
235

U là 219Rn, trong chuỗi 232Th là 220Rn…

238

U là

222

Rn, trong chuỗi

14



Đều bắt đầu bằng đồng vị có chu kì bán rã rất cao kết thúc bằng đồng vị chì

bền (Pb).
1.2. Đặc tính
1.2.1. Radium kim loại
Radium là kim loại kiềm thổ, có các đặc tính hóa lý trình bày trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2: Các đặc tính hóa lý của radium [17]
Số hiệu nguyên tử

88

Khối lượng riêng nguyên tử

≈ 5g/mol

Mật độ nguyên tử

5g/mL (ở 200C)

Nhiệt độ nóng chảy

7000C

Nhiệt độ sôi

11400C

Điệng trở suất

1µΩM (ở 200C)

Độ dẫn điện

18,6 W/mK (ở 270C)
Radium có màu bạc, mềm, phóng xạ

Tính chất vật lý

mạnh.
Bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí do
tác dụng với nitơ tạo ra Ra 3 N 2 có màu

Tính chất hóa học

đen

1.2.2. Trạng thái oxi hóa
Cấu hình electron của nguyên tố radium trung tính ở trạng thái cơ bản là:
1s 2
2s 2 2p 6
3s 2 3p 6 3d 10
4s 2 4p 6 4d 10 4f 14
5s 2 5p 6 5d 10
6s 2 6p 6
7s2

15

Radium mang đầy đủ tính chất của kim loại kiềm thổ và thể hiện số oxi hóa là
+2.
1.3. Hợp chất không tan và tan của radium [2], [4], [7]
1.3.1. Hợp chất không tan của radium
Radium là kim loại kiềm thổ có tính chất hóa học tương tự như barium. Trong
hợp chất radium chỉ tồn tại với số oxi hóa +2. Đa số các hợp chất không tan của
radium tan ít hơn các hợp chất của barium tương ứng. Nhưng với radi cacbonat thì
tan nhiều hơn so với bari cacbonat. Vì vậy, khi chưng cất phân đoạn hỗn hợp muối
bari-radi cacbonat thì muối RaCO 3 sẽ kết tủa trong phần nước lọc các chất tan
được.
Bảng 1.3: Những hợp chất không tan của radium
Gốc axít

Chất kết
tủa

Tính tan trong nước

SO 24−

RaSO 4

Tan ít hơn BaSO 4

CrO 24−

RaCrO 4

Tan ít hơn BaCrO 4

CO2−
3

RaCO 3

Ít tan

IO

−
3

Tính tan trong các hợp
chất khác
Không tan trong axít loãng,
tan trong axít H 2 SO 4đặc
Tan trong axít mạnh, không
tan trong dung dịch Na 2 CO 3
Tan trong axít loãng

0,176 g/L ở O0C
Ra(IO 3 ) 2

0,437 g/L ở 250C

Tan trong hỗn hợp muối

1,244g/L ở 780C

Na 2 CO 3 và Na 2 SO 4

1,705 g/L ở 1000C

BeF42−

RaBeF 4

Tan ít hơn BaBeF 4

NO3−

Ra(NO 3 ) 2

13,9 g/100g

Tan trong hỗn hợp axít
Không tan trong dung dịch
HNO 3 80%


16

Đáng chú ý là khả năng tạo đồng kết tủa của radium với các kim loại kiềm thổ
đặc biệt là barium. Vì vậy mà barium thường được dùng làm chất mang radium rất
tốt.
1.3.2. Hợp chất tan của radium

Nguyên tố radium tác dụng mạnh với nước tạo ra hydroxit hòa tan Ra(OH) 2 .
Radium còn có khả năng liên kết với gốc axít, với nhiều nguyên tố khác, đặc biệt là
nhóm halogen để tạo ra muối tan như là RaCl 2 , RaBr 2 …. các muối RaCl 2 , RaBr 2 ,
Ra(NO 3 ) 2 tan nhiều trong nước nhưng tính tan của chúng sẽ giảm khi tăng nồng độ
axít vô cơ tương ứng.


Muối RaBr 2 : RaBr 2 có độ tan là 70,6g trong 100g nước, nóng chảy ở nhiệt độ

728oC và bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Nếu muối RaBr 2 được giữ trong ống nghiệm
từ sáu tháng trở lên sẽ tạo ra hiệu điện thế giữa muối và ống thủy tinh gây nổ khi
ống chịu một tác động bên ngoài.


Muối RaCl 2 : Có độ tan là 24,5g trong 100g nước. RaCl 2 là hợp chất không

màu tự phát sáng khi để lâu trở thành màu vàng nhạt, nếu có lẫn barium thì nó có
màu đỏ. RaCl 2 cháy với ngọn lửa màu đỏ, quang phổ gồm hai vạch sáng trong vùng
màu đỏ, một vạch sáng trong vùng màu xanh, hai vạch sáng yếu trong vùng màu
tím.
Dựa vào tính tan trong nước của muối radium và muối barium, người ta dùng
phương pháp chưng cất phân đoạn và phương pháp kết tủa để tách riêng radium và
barium.
1.4. Radium trong phân bón [6], [9], [10]
Phosphate được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón có chứa hạt
nhân phóng xạ uranium, thorium, và các sản phẩm phân rã của chúng trong đó có
radium. Do đó, khi sản xuất phân bón sẽ có một lượng radium nhất định trong nó.
Mà radium là một nhân phóng xạ với đồng vị 226Ra có chu kỳ phân rã dài kèm theo
các sản phẩm phân rã của nó là

222

Rn và

210

Po là những nhân phóng xạ nguy hiểm

dễ dàng xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hóa hay đường hô hấp gây tổn hại
nghiêm trọng đến sức khỏe con người nếu lượng radium ban đầu trong phân bón có


17

nồng độ cao. Vì vậy, việc xác định nồng độ radium ban đầu trong các loại phân bón
là hết sức quan trọng.
1.5. Ảnh hưởng radium đến sức khỏe con người và môi trường [9], [10]
226

Ra có tính phóng xạ rất cao kể cả các sản phẩm phân rã của nó. 226Ra có thể

đi vào cơ thể bằng con đường ăn uống và hít thở không khí. Người ta đánh giá nếu
ăn hoặc uống một lượng khoảng 0,0025g

Ra thì người đó sẽ chịu một liều chiếu

226

khoảng 25Sv, trong khi đó xác suất mắc bệnh ung thư và dẫn đến tử vong với người
chịu liều 1Sv là 4%. Vì vậy khi tiếp xúc với 226Ra cần phải đeo mặt nạ và các dụng

cụ bảo hộ cần thiết để đảm bảo an toàn. 226Ra có đặc điểm hóa học giống với canxi,
nếu 226Ra tồn tại trong xương thì sẽ gây tổn hại lớn cho xương như ung thư xương,
thoái hóa xương… Hạt alpha phát ra trong chuỗi phân rã của

Ra ở trong cơ thể

226

con người có thể phá hủy các tế tào trong cơ thể và làm tăng khả năng gây ung thư
phổi. Các kho cất giữ radium phải được thông gió tránh tích tụ khí radon.
Tác động của phân bón đến môi trường phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, quy
trình sản xuất và xử lý chất thải …đây là những nguyên nhân tạo ra một lượng khí
thải phóng xạ vào không khí, lượng chất thải dạng rắn như canxi sulfalt (hay còn
gọi là phosphogypsum) vào nước…Vì vậy, chúng ta cần nỗ lực để giảm thiểu lượng
chất thải gây ô nhiễm ra môi trường sống.
1.6. Các phương pháp xác định 226Ra
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của những kỹ thuật phân tích
các đồng vị phóng xạ nói chung và

Ra nói riêng có thể được xác định bởi nhiều

226

phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp sẽ có những đặc điểm nhất định về độ
nhạy, thời gian tiến hành, phạm vị ứng dụng. Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp
nào là tùy thuộc vào các yếu tố như:
-

Thể tích mẫu và hàm lượng phóng xạ trong mẫu

-

Hoạt độ phát hiện tối thiểu

-

Độ nhạy của detector, bố trí hình học và hiệu suất đo của detector.

-

Độ phức tạp khi làm mẫu


18

-

Số lượng mẫu phân tích được mỗi ngày

-

Chi phí thực hiện

Sau đây là một số phương pháp có thể được dùng để phân tích 226Ra:
1.6.1. Các phương pháp tạo mẫu phân tích 226Ra [2], [4], [7]
 Phương pháp bay hơi:
Đây là phương pháp chuẩn bị mẫu xác định 226Ra bằng phổ kế gamma. Nếu sử
dụng quá trình bay hơi nung mẫu đến khô cạn thì sẽ xác định được tổng hoạt độ
alpha và beta bằng máy đo phổ nhấp nháy lỏng.
Ưu điểm: Quá trình này đơn giản ít tốn nhiều công sức.

Nhược điểm: Còn tồn tại trong mẫu một số nguyên tố làm cho phổ ghi nhận
được có độ phân giải thấp ảnh hưởng đến việc đánh giá chính xác kết quả đo.
Phổ alpha có độ phân

Quy trình bốc bay
N

Hình 1.4: Quá trình bay hơi

giải kém

E

 Phương pháp tách hóa học:
Ưu điểm: Quá trình tách hóa: sử dụng phương pháp này sẽ loại bỏ đi nhiều
nguyên tố không mong muốn, giữ lại trong mẫu nguyên tố mà ta quan tâm nên kết
quả đo là tối ưu.
Nhươc điểm: Tuy nhiên quá trình tách hóa diễn ra phức tạp tốn kém nhiều
thời gian, công sức và kinh phí.


19

Quá trình tách chiết hóa học

Phổ ghi nhận

N

E

Hình 1.5: Quá trình tách chiết hóa học
 Phương pháp hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO 2 :
Trong dung dịch phân bón lá kích thích tăng trưởng tồn tại rất nhiều dạng
nguyên tố khác nhau. Vậy để có thể xác định sự có mặt cũng như nồng độ của 226Ra
thì MnO 2 cho phép hấp thụ có chọn lọc radium.
Ưu điểm: Khả năng hấp thụ 226Ra của đĩa MnO 2 cho kết quả có thể chấp nhận
mà không tốn nhiều công sức, thời gian đo ngắn do đó mà tôi đã dùng đĩa MnO 2 để
hấp thụ Ra trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng.
Mangan dioxitde (MnO 2 ) là hợp chất vô cơ, ở thể rắn có màu nâu đen, nhiệt
độ nóng chảy 5350C, không tan trong nước. Khả năng đặc biệt của MnO 2 là hấp thụ
mạnh 226Ra và các đồng vị con cháu như 222Rn, 21 0Po, 214Po và 218Po.
Nhược điểm: Khó sử dụng cho mẫu lớn.
Quá trình hấp thu Ra trên đĩa MnO 2

Phổ Alpha ghi nhận được
N

E


20

Hình 1.6: Quá trình hấp thu

226

Ra trên đĩa MnO 2

1.6.2. Các phương pháp đo mẫu phân tích 226Ra [4], [7]
 Xác định 226Ra bằng hệ phổ kế gamma:

Ưu điểm: Dễ dàng đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng
thời và độc lập các đồng vị của 226Ra.
Nhược điểm: Không đo được những mẫu có nồng độ 226Ra thấp, thời gian đo
quá lâu, thể tích mẫu cần đo lớn (khoảng 1lít), không thể sử dụng để đo với số
lượng mẫu lớn.
 Xác định 226Ra bằng hệ nhấp nháy lỏng:
Ưu điểm: Đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng thời và
độc lập các đồng vị của 226Ra.
Nhược điểm: Mất khá nhiều thời gian và công sức, độ phân giải của phổ thu
được rất kém cần phải hiệu chỉnh phổ bằng những thuật toán khác nhau để thu được
phổ như mong muốn.
 Xác định 226Ra bằng hệ đo Alpha Analyst:
Ưu điểm:
- Xác định trực tiếp các đồng vị phóng xạ, không mất thời gian chờ quá trình
cân bằng phóng xạ từ các đồng vị con cháu như phương pháp hệ phổ kế gamma. Do
đó, sẽ tiết kiệm được thời gian phân tích và cho kết quả chính xác.
- Detector bán dẫn PIPS có nền phông phóng xạ thấp, độ phân giải năng lượng
cao, dễ sử dụng, không yêu cầu cao thế hay việc làm mát detector như phổ kế
gamma.
- Giới hạn phát hiện tốt hơn hệ phổ kế gamma, do đó rất thích hợp để phân
tích các đồng vị phóng xạ trong môi trường.
- Thể tích mẫu đo nhỏ khoảng 150-200 mL.
Nhược điểm:


21

-

Xác định 226Ra thông qua phóng xạ alpha, cần phải chế tạo mẫu mỏng đều để

tất cả các hạt alpha đều đi vào detector mà không mất nhiều công sức.
Kết luận: Qua một số phương pháp làm mẫu phân tích và đo đạt trên thì với
điều kiện phòng thí nghiệm của trường Đại học KHTN TP.HCM ta lựa chọn xác
định nồng độ 226Ra trong các mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng bằng phương
pháp hấp thụ Ra trên đĩa MnO 2 và đo mẫu bằng hệ đo Alpha Analyst.


22

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POLONIUM
2.1. Giới thiệu
2.1.1. Nguồn gốc và ứng dụng của polonium [3], [15], [17]
Khi William Röntgen khám phá ra tia X và Henri Becquerel nhận thấy
uranium là chất phóng xạ tự nhiên thì Marie quyết định chọn phóng xạ làm đề tài
nghiên cứu. Thời đó chưa có nguồn phóng xạ nhân tạo nên Pierre và Marie Curie
phải chiết uranium từ quặng pitchblende. Sau khi chiết hết uranium từ quặng
pitchblende thì hai vợ chồng nhận thấy rằng hãy còn một chất liệu nào đó phát xạ.
Họ tiếp tục phân tích quặng pitchblende và vào năm 1898 phát hiện ra nguyên tử
polonium có hoạt tính mạnh hơn 400 lần uranium [15]. Họ thấy tính chất polonium
tương tự với bismuth và sau đó đã tách polonium từ bismuth bằng sự thăng hoa
chân không.
Polonium là một nguyên tử hiếm khó có thể phát hiện được với những máy đo
có độ nhạy cao. Trong một tấn quặng pitchblende chỉ có chưa tới 100 micro-gram.
Để có đủ polonium đáp ứng nhu cầu cho ngành hạt nhân, người ta phải sản xuất
thêm polonium bằng hai cách. Phương pháp thứ nhất là bắn hạt neutron vào những
nguyên tử bismuth. Nhờ có thêm một neutron, đồng vị 209Bi trở thành đồng vị 210Bi.
Sau đó, đồng vị

Bi phát ra tia beta để trở thành đồng vị

210

Po. Phương pháp thứ

210

hai là dùng một máy tăng tốc để bắn hạt proton vào những nguyên tử bismuth. Nhờ
có thêm một proton, đồng vị
Khi phân rã,

Bi trở thành đồng vị

209

Po biến thành đồng vị

210

210

Po.

Pb, một đồng vị bền không phát xạ.

206

Mỗi hạt alpha phát ra từ phản ứng phân rã trên có năng lượng bằng 5,307 MeV. Từ
đó có thể tính được công suất của một gram polonium lên tới 140 watt. Công suất
đó mạnh đến nỗi làm cho một khối polonium lúc nào cũng nóng và vùng khí xung

quanh nó bị kích thích gây ra một hào quang màu xanh [17].
Nhờ khả năng làm nóng những vật xung quanh, polonium được dùng làm
nguồn nhiệt giữ ấm hay làm pin phát điện cho những linh kiện của phi thuyền vũ trụ
và vệ tinh nhân tạo.


23

Khi trộn polonium với beryllium thì hạt alpha do polonium phát ra làm vỡ hạt
nhân beryllium và sinh ra neutron. Người ta dùng đặc tính này để làm nguồn
neutron sử dụng cho các phản ứng phân hạch đầu tiên trong lò phản ứng hạt nhân
hay để châm ngòi bom nguyên tử.
Trong quá khứ, polonium từng được sử dụng để pha với những chất phụ gia
cho nhiều ứng dụng như là sơn, lông chổi,… Nhưng vì polonium rất độc hại nên
ngày nay những ứng dụng này đã bị cấm.
2.1.2. Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 210Po
210

Po là sản phẩm của chuỗi phân rã tự nhiên

238

U, có chu kì bán hủy

T 1/2 =138,376 ngày.
Po có khoảng hơn 25 đồng vị phóng xạ. Một số đồng vị của polonium cũng

210

tồn tại trong tự nhiên xảy ra trong chuỗi phân rã nhưng thời gian sống chúng ngắn

vì vậy mà người ta chỉ quan tâm đến

208

Po,

209

Po và nhất là

Po được trình bày

210

trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các đồng vị polonium [14]
Đồng vị
208

Po

209

Po

Chu kỳ bán
rã
2,9 năm
102 năm

Loại phân rã

Năng lượng
MeV

Cường độ

Αlpha

5,215

99%

Βeta

1,401

0,02%

Αlpha

4,890

99,74%

Βeta

1,893

0,26%

Chế tạo

Bi(d,3n)…

Bi(d,2n)…
Bi(n ,β)

210

Po

138,38 ngày

Αlpha

5,307

99,9%

Bi(p,γ)
Bi(He-3,d)
Pb(α,2nγ)…


24

Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiện
-

238

U phân rã thành

210

Po [8]

Po, 209Po là hai đồng vị có thời gian sống dài không lợi về mặt kinh tế. Vì

208

khi chế tạo trên chùm hạt của máy gia tốc hay lò phản ứng sẽ cần nhiều thời gian,
không nhỏ hơn một chu kỳ bán rã của các đồng vị đó, tức khoảng năm bảy năm
hoặc lâu hơn nữa.
-

Po có chu kỳ bán rã 138,376 ngày là thích hợp nhất, không quá ngắn và

210

cũng không quá dài. 210Po chủ yếu phát ra các hạt alpha (trên 99,9%) có năng lượng
rất lớn.
2.2. Đặc tính của polonium [11], [17]
2.2.1. Polonium kim loại
Bảng 2.2 trình bày những đặc tính hóa lý của polonium