Xác định mật độ tồn lưu một số nhân phóng xạ 137 CS, 239+240PU, 90SR trong tầng đất canh tác của một số loại đất ở miền bắc việt nam

bộ khoa học và công nghệ
viện năng lợng nguyên tử việt nam
==============================================

báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp bộ

xác định mật độ tồn lu một số
nhân phóng xạ 137 Cs, 239+240 Pu, 90 Sr
trong tầng đất canh tác của một số
loại đất ở miền bắc Việt Nam

CNĐT: Nguyễn Hào Quang

6268
10/01/2007

Hà Nội 2006


bộ khoa
khoa học
học và
và công
công nghệ
nghệ
bộ
viện năng
năng lợng
lợng nguyên
nguyên tử
tử việt

việt nam
nam
viện
---------------------------ooo----------------------------------------------------ooo--------------------------

báo cáo
cáo tổng
tổng kết
kết
báo
Đề tài
tài khoa
khoa học
học công
công nghệ
nghệ cấp
cấp bộ
bộ
Đề
năm 2004-2005
2004-2005
năm

Xác
định mật
mật độ
độ tồn
tồn lu
lu một
một số

số nhân
nhân
X
ác định
137
239+240
Cs, 239+240
Pu, 9090Sr
Sr trong
trong tầng
tầng đất
đất
phóng xạ
xạ 137
Cs,
Pu,
phóng
canh tác
tác của
của một
một số
số loại
loại đất
đất ở
ở miền
miền Bắc
Bắc
canh
Việt Nam
Nam

Việt
(Mã số
số :: B0/04/04-01)
B0/04/04-01)
(Mã

Cơ quan
quan chủ
chủ trì
trì :: Viện
Viện Khoa
Khoa Học
Học và
và Kỹ
Kỹ Thuật
Thuật Hạt
Hạt Nhân
Nhân
Cơ
Chủ nhiệm
nhiệm đề
đề tài
tài :: KS.
KS. Nguyễn
Nguyễn Hào
Hào Quang
Quang
Chủ

danh sách
những ngời tham gia thực hiện đề tài
__________________________________________

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Họ và tên

Học hàm, học vị
chuyên môn

Nguyễn Hào Quang
Nguyễn Quang Long
Đinh Bích Liễu
Nguyễn Thị Thu Hà
Trần Tuyết Mai
Đặng Đức Nhận

KS. Vật lý hạt nhân
CN. Hóa phân tích
CN. Hoá phân tích
CN.Vật lý hạt nhân
CN. Hóa phân tích
TS. Hoá phóng xạ

Cơ quan

Viện KH&KTHN
nt
nt
nt
nt
nt

các cơ quan và đơn vị phối hợp thực hiện đề tài
_____________________________________________________

Viện Quy hoạch và Thiết kế nông nghiệp - Phòng phân tích Đất và Môi
trờng


Bảng từ viết tắt

Cơ quan Năng lợng nguyên tử quốc tế

IAEA
UNCEAR

Uỷ ban khoa học về hiệu ứng bức xạ nguyên tử Liên hợp
quốc
United Nations Scientific Committee on the Effects of
Atomic Radiation

QA&QC

Đảm bảo và kiểm soát chất lợng
Quality Assurance and Quality Control

KHCN&MT

Khoa Học Công Nghệ và Môi Trờng

GPS

Thiết bị định vị toàn cầu
Global Positioning System
HpGe

Germany siêu tinh khiết
High purity Ge
Đầu dò đo alpha

PIPS

Passivated Implanted Planar Silicon
FAO

Tổ chức lơng thực thực phẩm quốc tế
Food and Agriculture Organization

UNESCO

Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hoá của Liên hợp quốc.
United Nations Educational, Scientific and Cultural
Organization

Cz

Đất cát


M

Đất mn trung bình v ít

P

P- Đất phù sa trung tính ít chua

Pg

Đất phù sa glây

XI

Đất xám có tầng loang lổ

Xf

Đất xám Feralit

Pr

Đất phù sa có tầng đốm r

CEC

Khả năng trao đổi cation
Cation exchange capacity

Sj

Đất phèn hoạt động

Sandy Clay Loam

Đất mùn sét trộn cát

Clay Loam

Đất mùn sét

Sandy Clay

Đất sét trộn cát

Silty Clay

Đất sét bùn

Loamy Sand

Cát nhiều mùn

preliminary result on the 137Cs, 239+240Pu, 90Sr inventories for
the tillage soil layer of some soil types in northern
vietnam
Nguyen Hao Quang, Nguyen Quang Long, Dinh Thi Bich Lieu, Tran Thi
Tuyet Mai, Dang Duc Nhan
Institute for Nuclear Science and Technique
P.O.Box 5T-160, Hoang Quoc Viet, Hanoi, Vietnam

The distribution of cummulative deposition of 137Cs in undisturbed
surface soil was well investigated in Vietnam. However, this kind of study
for 137Cs, 239+240Pu and 90Sr in the tillage soil layer is still not performed in the
country. This work aims at to supplement the gap.
137

Cs and 239+240Pu as well as 90Sr deposition densities in the tillage soil
layers are determined for 32 sites having different soil types. Soil samples
were taken at two depths, from the surface to 20 cm, and from 20 to 40 cm
using a cylindrical corer with inner diameter of 4.2 cm. Soil properties such
as texture, content of total organic matter, CEC, total nitrogen, total P2O5, pH,
Ca++, Mg++, P available, K available, were analyzed for each sample.

The samples were sieved through a sieve with a mesh of <1 mm to
remove coarse gravels and then calcinated. 137Cs in samples was analyzed on
a gamma spectrometer equipped with HPGe detector. About 50 gam of the
dry soil was chemically treated and dissolved Pu was purified then
electrochemically deposited on a stainless steel disk. 239+240Pu was quantified
on an alpha spectrometer equipped with PIPS detector. Another 250 gam of
the sample was radiochemically treated and 90Sr was collected with
Strontium Nitrate carrier. 90Sr in the samples was analyzed through it's
daughter 90Y on a low level beta counting system. Quality control for the

analytical results has been performed using IAEA reference material (Soil
4/2000) and the deviation between experimentally obtained results and
certified values are within ± 5 %.
It was revealed that the 239+240Pu, 90Sr and 137Cs depositions in the tillage
soil layers in this study vary within a range of 11-116 Bq/m2, 75-588 Bq/m2,
207-1301 Bq/m2 respectively. The dependence of the 239+240Pu, 90Sr and 137Cs
inventories on soil types was not detectable. The empirical formular
describing the distribution of 137Cs depositions in undisturbed soil still can be


applied for predicting the amount of cummulative deposition of
tillage soil provided that the soil was not erosive.

137

Cs in the


Tóm tắt kết quả xác định mật độ tồn lu 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong
tầng đất canh tác của một số loại đất ở miền bắc việt nam

Sự phân bố mật độ rơi lắng của 137Cs trong bề mặt đất không xáo trộn
đã đợc đánh giá tốt ở Việt nam. Tuy nhiên việc nghiên cứu ba đồng vị 137Cs,
239+240
Pu and 90Sr trong đất canh tác (xáo trộn) vẫn cha đợc thực hiện trên
toàn lãnh thổ. Mục đích của công việc Xác định mật độ tồn lu một số nhân
phóng xạ 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong tầng đất canh tác của một số loại đất ở
miền Bắc Việt Nam để bổ xung vào sự thiếu hụt này.
Mật độ rơi lắng của 137Cs, 239+240Pu cũng nh là 90Sr trên bề mặt đất
canh tác đợc xác định trên 32 vị trí trong các loại đất khác nhau. Mẫu đất

đợc lấy ở hai độ sâu : từ bề mặt xuống 20 cm và từ 20 cm đến 20 cm, sử
dụng dụng cụ lấy mẫu là một ống thép hình trụ có đờng kính là 4,2 cm .
Những tính chất của mẫu đất nh là độ mịn, tổng hàm lợng chất hữu cơ ,
tổng hàm lợng nitơ, phốt pho, , độ pH , Ca++, Mg++ K, sự trao đổi thành
phần cation(CEC) đợc phân tích cho từng mẫu.
Mẫu đất đợc nghiền nhỏ cỡ <1 mm , giây để loại bỏ hết cỏ, rễ trong
mẫu, sau đó đợc tro hoá.Nhân phóng xạ 137Cs đợc phân tích bằng hệ phổ
kế gamma với dêtectơ Gemanium siêu tinh khiết. Khoảng 50 gam mẫu sẽ
dùng để phân tích nhân phóng xạ Plutonium 239,240, sử dụng phơng pháp
hoá phóng xạ để tách 239+240Pu ra khỏi mẫu và dùng phơng pháp điện phân
cho tích tụ lên bề mặt đĩa thép không rỉ , sau đó xác định hàm lợng 239+240Pu
bằng hệ phổ kế alpha với bốn đầu dò PIPS Series A của hãng CANBERRA.
Mặt khác khoảng 250 gam mẫu dùng để phân tích nhân phóng xạ90Sr , sử
dụng phơng pháp hoá phóng xạ để tách đồng vị này ra và phân tích nó
thông qua đồng vị con là 90Y, 90Y đợc xác định hàm lợng bằng hệ đếm
beta phông thấp. Mẫu chuẩn của IAEA đợc sử dụng để đánh giá chất lợng
các phép phân tích và kết quả đợc đánh giá 5 %.
Kết quả cho thấy mật độ của 239+240Pu, 90Sr and 137Cs trong tầng đất canh
tác của đề tài này nằm trong giải 11-116 Bq/m2, 75-588 Bq/m2, 207-1301
Bq/m2 tơng ứng. Mật độ tồn lu của 239+240Pu, 90Sr and 137Cs không phụ
thuộc vào các loại đất. Công thức bán thực nghiệm để tính toán mật độ tồn
lu của137Cs trong đất không xáo trộn có thể áp dụng để tiên đoán mật độ rơi
lắng của 137Cs trong đất canh tác hay noi chung là đất không bị sói mòn.


MụC LụC
I. mở đầu ................................................................................................................... 1
II. Cơ sở lý thuyết .............................................................................................. 3
III. Phần nghiên cứu thực nghiệm............................................................5

1. Cụng vic thu gúp mu ..............................................................................5
2. Cụng vic x lý mu v chun b mu o .................................................9
3. Phng phỏp phõn tớch ............................................................................10
3.1. Phõn tớch hm lng 137Cs..............................................................10
3.2. Phõn tớch hm lng 239+240Pu ........................................................11
3.3. Phõn tớch hm lng 90Sr................................................................11
IV. xác lập quy trình sử dụng hệ phổ kế gamma đầu dò HPGE
GMX ORTEC để xác định nồng độ các nhân phóng xạ trong
đất, quy trình các định

239+240

pu và

90

sr phù hợp với các loại

đối tợng đất canh tác ...........................................................................11
A. quy trình sử dụng hệ phổ kế gamma đầu dò HPGE GMX
ORTEC để xác định nồng độ các nhân phóng xạ trong đất ......11

1. Phạm vi áp dụng.......................................................................................11
2. Tài liệu tham khảo ...................................................................................12
3. Tóm tắt nội dung quy trình ......................................................................12
4. ý nghĩa của quy trình và cách sử dụng....................................................13
5. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình xử lý phổ ........................................13
6. Thiết bị .....................................................................................................14
7. Hộp đựng mẫu..........................................................................................14
8. Chuẩn năng lợng và hiệu suất ghi cho hệ phổ kế gamma......................14

9. Chuẩn bị mẫu đo ......................................................................................17
10. Đo mẫu...................................................................................................17


11. Xử lý kết quả đo.....................................................................................17
12. Độ chính xác và độ đúng .......................................................................26
12.1. Độ chính xác.................................................................................26
12.2. Độ đúng ........................................................................................26
B. Xác lập quy trình xác định 239+240Pu...................................................27

1. Quy trình xác định 239+240Pu trong mẫu đất bằng xử lý hoá kết hợp với
phổ kế alpha .......................................................................................................27
2. Quy trình xác định 239+240Pu trong mẫu đất bằng xử lý hoá kết hợp với
phổ kế alpha áp dụng tại phòng kiểm xạ môi trờng.........................................29
2.1. Phạm vi áp dụng .............................................................................29
2.2. Nguyên tắc ......................................................................................29
2.3. Thiết bị, dụng cụ .............................................................................30
2.4. Hoá chất ..........................................................................................30
3. Quy trình phân tích ..................................................................................31
3.1. Chuẩn bị mẫu ..................................................................................31
3.2. Tách Pu bằng phơng pháp trao đổi ion .........................................31
3.3. Tách Pu bằng phơng pháp chiết....................................................32
3.4. Điện phân tạo nguồn Pu trên đĩa thép không rỉ ..............................33
3.5. Phân tích hoạt độ Pu trên phổ kế alpha...........................................33
4. Tính toán kết quả .....................................................................................34
4.1. Tốc độ đếm và sai số đếm phóng xạ của mẫu ................................34
4.2. Hoạt độ phóng xạ trong mẫu ..........................................................35
5. Giới hạn phát hiện của 239+240Pu trong mẫu đất ........................................35
6. Kết quả phân tích so sánh mẫu quốc tế IAEA-385..................................36
C. Xác lập quy trình xác định 90sr trong mẫu đất tại phòng

kiểm xạ môi trờng ...................................................................................38

1. Phạm vi áp dụng.......................................................................................39
2. Tài liệu tham khảo ...................................................................................39


3. Thuật ngữ .................................................................................................39
4. Nguyên lý về phơng pháp ......................................................................40
5. Các nguyên tố gây nhiễu..........................................................................40
6. Quy trình phân tích ..................................................................................40
6.1. Quy trình phân tích 90Sr bằng phơng pháp fumming ....................40
6.2. Quy trình phân tích 90Sr bằng phơng pháp trao đổi ion ................44
7. Tính toán ..................................................................................................46
7.1. Hiệu chỉnh tốc độ đếm tại thời điểm tách.......................................46
7.2. Tính hoạt độ 90Sr .............................................................................47
7.3. Sai số của phép phân tích................................................................47
V. Kết quả phân tích 137Cs, 239+240Pu, 90Sr ...................................................48

1. Kt qu phõn tớch 137Cs............................................................................48
2. Kt qu phõn tớch 239+240Pu.......................................................................52
3. Kt qu phõn tớch 90Sr..............................................................................55
4. Kt qu ỏnh giỏ s ph thuc ca mc tn lu 137Cs, 239+240Pu trong
tng t canh tỏc vo cỏc yu t a lý v th nhng ......................................57
VI . kết luận ...................................................................................................61
Tài liệu tham khảo ....................................................................................63
Phụ lục
1. Bảng kết quả phân tích tổng hợp ..................................................... 65
2. Bảng kết quả phân tích tổng hợp Sr-90 bằng phơng
pháp phân tích huỳnh quang tia x .............................................................. 77
3. Phổ huỳnh quang tia X ............................................................................. 85

Báo cáo tài chính


I.

MỞ ĐẦU

Việc thống kê mật độ rơi lắng của các nhân phóng xạ 137Cs, 239+240Pu, 90Sr
trong các tầng đất canh tác đã được thực hiện ở nhiều nước phát triển nhằm mục
đích đánh giá liều chiếu dân chúng gây bởi các nhân phóng xạ này từ các vụ nổ
hạt nhân cũng như các sự cố hạt nhân xảy ra trên thế giới. Ở Anh và các nước
cộng đồng chung châu Âu đã thiết lập được bản đồ mật độ rơi lắng của 137Cs với
độ phân giải 5km X 5km. Với cùng độ phân giải như vậy ở châu Âu người ta đã
thu được các bản đồ về phân bố tính chất của đất canh tác và các loại hoa màu
được trồng trên đó. Trên cơ sở đó người ta xây dựng các mô hình cho phép đánh
giá được mức độ vận chuyển 137Cs vào các sản phẩm lương thực và thực phẩm
được thu hoạch trên các vùng đất đó. Ở Việt Nam việc xác định mật độ tồn lưu
của các hạt nhân phóng xạ 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong đất không bị xáo trộn đã
được thực hiện ở một số phòng thí nghiệm môi trường thuộc Viện nghiên cứu
hạt nhân Đà Lạt, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Trung tâm Kỹ thuật hạt
nhân thành phố Hồ Chí Minh.
Trong khuôn khổ của Dự án “ §iều tra cơ bản về sự nhiễm bẩn phóng xạ
nhân tạo do các hoạt động hạt nhân và sự cố hạt nhân trên thế giới gây ra trên
lãnh thổ Việt Nam (1997-2000)” chúng ta đã thu được bản đồ phân bố mật độ
tồn lưu của 137Cs trong đất không bị xáo trộnError! Reference source not
found.Error! Reference source not found..
Mối tư¬ng quan giữa mức tồn lưu của nhân phóng xạ 239+240Pu với nhân
phóng xạ 137Cs trong đất không bị xáo trộn cho phép có thể suy ra mức tồn lưu
của nhân phóng xạ 239+240Pu từ số liệu về mức tồn lưu của 137Cs Error!
Reference source not found.. Song các số liệu về mật độ tồn lưu của các hạt

nhân phóng xạ này trong tầng đất canh tác ở Việt Nam hiện chưa có. Đối với
một số đối tượng đất việc phân tích các nhân phóng xạ 239+240Pu, 90Sr cũng còn
gặp một số khó khăn đòi hỏi phải có những nghiên cứu cải tiến quy trình xử lý
mẫu để có thể thu được các kết quả chính xác.

1


Trên cơ sở đó Đề tài hướng tới
đạt được các mục tiêu sau:
1. Thu số liệu về mức tồn
lưu của 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong
khoảng 60 mẫu đất được thu góp
từ vị trí của mười loại đất khác
nhau (đất phù sa trung tính, đất
phù sa chua, đất phù sa glây, đất
phèn hoạt động, đất glây chua,
đất mặn trung bình và ít, đất xám
bạc màu, đất đỏ).
2. Xem xét sơ bộ sự phụ
thuộc của mức tồn lưu 137Cs,
239+240
Pu, 90Sr trong tầng đất canh
tác vào các yếu tố địa lý và thổ
nhưỡng.
3. Cải thiện các quy trình
phân tích 90Sr, 239+240Pu dựa trên
các thành phần của đất.
H×nh 1. B¶n ®å ph©n bè mËt ®é tån l−u cña 137Cs
(thang logarit tù nhiªn) trong ®Êt ViÖt Nam.

2


II. Cơ sở lý thuyết
Sự vận chuyển của các nhân phóng xạ trong môi trờng đất
B mt t b nhim x do quỏ trỡnh ri lng ca cỏc nhõn phúng x t khớ
quyn. Quỏ trỡnh ri lng cú th xy ra trong iu kin khụ hoc b kộo theo cỏc
ht ma. i vi t canh tỏc vic ti tiờu bng nc cú cha cỏc nhõn phúng
x cng lm cho t b nhim x. Cng cú th xy ra t b nhim x theo giú
cun i v gõy ra s nhim bn phúng x cho cỏc vựng t khỏc. Cỏc nhõn
phúng x trong quỏ trỡnh ri lng cng cú th b chn li bi lp thm thc vt
c trng trờn t canh tỏc. Phn phúng x ri c lờn trờn b mt t cú th
c biu th bng cụng thc sau:
1 f = exp ( -à . B)

(1)

Trong ú:
- f l phn phúng x ri lng b gi li bi lp thm thc vt trng trờn
t canh tỏc.
- B l khi lng (khi lng khụ) lp thm thc vt trng trờn t
canh tỏc (kg/m2).
- à l h s chn li ca cht ri lng (m2/kg).
Cỏc nhõn phúng x trong mụi trng t cng cú th b hp thu vo trong
lp thc vt c trng trờn ú. Quỏ trỡnh ny thng c mụ t nh h s vn
chuyn B (l t s gia nng nhõn phúng x trong mt n v khi lng
khụ ca lp thc vt vi nng nhõn phúng x ú trong mt n v khi lng
khụ ca t). H s vn chuyn B thay i tng i rng ph thuc vo loi
t, loi thc vt trng trờn ú v iu kin mụi trng. Thờm vo ú c tớnh

canh tỏc cng nh hng nhiu n quỏ trỡnh hp thu.
3


Mức tồn lưu của các nhân phóng xạ trong tầng đất canh tác có thể bị giảm
đi do: quá trình hấp thu của lớp thảm thực vật được trồng trên đó và được lấy đi
do quá trình thu hoạch chúng; quá trình rửa trôi; quá trình cuốn theo gió vào
không khí và quá trình thấm sâu xuống tầng đất dưới. Trong tất cả các quá trình
này thì quá trình rửa trôi là quan trọng, nó có thể dẫn tới việc dịch chuyển các
nhân phóng xạ xuống các vị trí có độ cao thấp trong vùng hoặc bị dời chuyển đi
nơi khác. Việc đánh giá sự mất mát lượng nhân phóng xạ do quá trình rửa trôi có
thể dựa trên tốc độ xói mòn đất. Đối với tầng đất canh tác, quá trình thấm sâu
xuống tầng đất dưới là một quá trình quan trọng làm giảm mức tồn lưu của các
nhân phóng xạ có trong tầng này. Vì trong hầu hết các vùng trên thế giới lượng
mưa thường vượt trội so với lượng nước mất đi do quá trình bốc hơi. Vì thế có
một quá trình vận chuyển sâu xuống các lớp đất phía dưới của nước có chứa đất.
Các nhân phóng xạ có độ hoà tan lớn sẽ dễ dàng bị loại bỏ khỏi lớp đất canh tác.
Các nhân phóng xạ 137Cs, 239+240Pu, 90Sr không phải là các chất dễ tan vì thế tốc
độ thấm sâu xuống lớp đất phía dưới sẽ nhỏ hơn nhiều so với các chất dễ tan.
Lượng các nhân phóng xạ trong dung dịch đất có thể được xác định bằng hệ số
phân bố KD. KD được định nghĩa là tỷ số giữa nồng độ nhân phóng xạ trong đất
với nồng độ nhân phóng xạ trong pha nước (đơn vị là Bq/kg đất khô/ Bq/L dung
dịch đất = L/kg ). Đặc trưng cho quá trình thấm sâu xuống các tầng đất phía
dưới được xác định bằng hệ số trễ R.
R = 1 + ρ . KD / θ

(2)

Trong đó: ρ là mật độ của đất
θ là phần thể tích trong đất chứa nước.

Mặt khác R cũng được xác định bởi công thức sauError! Reference
source not found.:
R = ( Vw / θ) / Vs

(3)

Trong đó: Vw là tốc độ thấm sâu xuống các tầng đất phía dưới
Vs là tốc độ di chuyển hiệu dụng của chất tan

4


Hệ số phân bố của các nhân phóng xạ thay đổi tuỳ thuộc vào loại đất và các
điều kiện thổ nhưỡng khác. Bảng 1 đưa ra giá trị trung bình và dải giá trị của hệ
số phân bố đối với các nguyên tố quan tâm: Cs, Pu và Sr.
Bảng 1. Hệ số phân bố KD của Cs, Pu và Sr trong đất (L/kg) Error!
Reference source not found.
Loại đất
Nguyên
tố

Đất cát (Sand)

Đất thịt (Loam)

Đất sét (Clay)

Đất mùn (Organic)

Giá trị

trung
bình

Dải giá
trị

Giá trị
trung
bình

Dải giá
trị

Giá trị
trung
bình

Dải giá
trị

Giá trị
trung
bình

Dải giá
trị

Cs

2,7.102

1,8.1004,0.104

4,4.103

3,3.1026,0.104

1,8.103

7,4.1014,4.104

2,7.102

2,0.10-13,6.105

Pu

5,4.102

1,8.1011,6.104

1,2.103

1,1.1021,3.104

4,9.103

7,4.1013,3.105

1,8.103

1,0.1013,3.105

Sr

1,3.101

5,5.10-13,3.102

2,0.101

6,7.10-16,0.102

1,1.102

2,0.1006,0.103

1,5.102

4,1.1005,4.103

III. PHẦN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
1. Công việc thu góp mẫu
Dựa trên bản đồ phân loại đất một số vị trí lấy mẫu đã được lựa chọn trong
các tỉnh Thái Bình, Hà Nội, Thái Nguyên và Vĩnh Phúc. Bảng 2 đưa ra các vị trí
lấy mẫu và loại đất tương ứng với từng vị trí. Lượng mưa trung bình năm tại các
vị trí lấy mẫu được xác định bằng phương pháp nội suy từ bản đồ lượng mưa
trung bình năm của toàn quốc. Các mẫu đất được lấy làm hai đợt, đợt 1 trong
năm 2004 và đợt 2 trong năm 2005. Hình 3 và 4 chỉ ra các vị trí lấy mẫu trên
bản đồ phân loại đất.

PhÇn tr¨m
sÐt

PhÇn tr¨m
mïn

5


Hình 3. Vị trí lấy mẫu đợt 1

Hồng Tiến

Ngocj Thanh

Hình 4. Vị trí lấy mẫu đợt 2

6


Bảng 2. Vị trí lấy mẫu và loại đất tương ứng dựa trên bản đồ phân loại
đấtError! Reference source not found.

STT

VÞ trÝ

Tên mẫu

Kinh độ
(°E)

Vĩ độ (°N)

Loại
đất†

Lượng
mưa
TB
năm
(mm)

Độ
sâu
(cm)

1

Th¸i b×nh

Vò An 1

106,390250

20,423150

Pr

1771

0-20

2

Th¸i b×nh

Vò An 2

106,390250

20,423150

Pr

1771

20-40

3

Th¸i b×nh

Vò Phóc 1

106,323033

20,429117

Pg

1788

0-20

4

Th¸i b×nh

Vò Phóc 2

106,323033

20,429117

Pg

1788

20-40

5

Th¸i b×nh

Hoµng DiÖu 1

106,354167

20,467283

Pg

1767

0-20

6

Th¸i b×nh

Hoµng DiÖu 2

106,354167

20,467283

Pg

1767

20-40

7

Th¸i b×nh

B×nh Minh 1

106,426933

20,393800

P

1771

0-20

8

Th¸i b×nh

B×nh Minh 2

106,426933

20,393800

P

1771

20-40

9

Th¸i b×nh

Phong Ch©u 1

106,327983

20,549450

P

1778

0-20

10

Th¸i b×nh

Phong Ch©u 2

106,327983

20,549450

P

1778

20-40

11

Th¸i b×nh

T©n B×nh 1

106.318117

20.470317

Cz

1778

0-20

12

Th¸i b×nh

T©n B×nh 2

106.318117

20.470317

Cz

1778

20-40

13

Th¸i b×nh

§«ng Kinh 1

106.413283

20.544700

P

1767

0-20

14

Th¸i b×nh

§«ng Kinh 2

106.413283

20.544700

P

1767

20-40

15

Th¸i b×nh

Thuþ Thanh 1

106.451083

20.548067

Sj

1717

0-20

16

Th¸i b×nh

Thuþ Thanh 2

106.451083

20.548067

Sj

1717

20-40

17

Th¸i b×nh

Thuþ Xu©n 1

106.599683

20.586833

M

1669

0-20

18

Th¸i b×nh

Thuþ Xu©n 2

106.599683

20.586833

M

1669

20-40

19

Th¸i b×nh

Diªm §iÒn 1

106.560383 20.555100

Sj

1669

0-20

20

Th¸i b×nh

Diªm §iÒn 2

106.560383

20,555100

Sj

1669

20-40

21

Th¸i b×nh

Thuþ B×nh 1

106,518933

20,572217

Cz

1716

0-20

22

Th¸i b×nh

Thuþ b×nh 2

106,518933

20,572217

Cz

1716

20-40

23

Th¸i b×nh

Thuþ Phong 1

106,475650

20,552183

Sj

1716

0-20

24

Th¸i b×nh

Thuþ Phong 2

106,475650

20,552183

Sj

1716

20-40

25

Th¸i b×nh

§«ng T©n 1

106,414667

20,522417

P

1767

0-20

26

Th¸i b×nh

§«ng T©n 2

106,414667

20,522417

P

1767

20-40

27

Th¸i b×nh

Thuþ Duyªn 1

106,466617

20,558100

Sj

1716

0-20

28

Th¸i b×nh

Thuþ Duyªn 2

106,466617

20,558100

Sj

1716

20-40

7


Kinh độ
(°E)

Vĩ độ (°N)

Loại
đất

Lượng
mưa TB
năm
(mm)

Phóc Thµnh 1

106,299217

20,500450

Pg

1778

0-20

Th¸i b×nh

Phóc Thµnh 2

106,299217

20,500450

Pg

1778

20-40

31

Th¸i b×nh

Quèc TuÊn 1

106,425633

20,483150

P

1767

0-20

32

Th¸i b×nh

Quèc TuÊn 2

106,425633

20,483150

P

1767

20-40

33

Th¸i b×nh

§«ng Hoµng 1

106,388533

20,502033

Pr

1767

0-20

34

Th¸i b×nh

§«ng Hoµng 2

106,388533

20,502033

Pr

1767

20-40

35

§«ng anh

Nam Hång 1-1

105,78

21,15889

XI

1676

0-20

36

§«ng anh

Nam Hång 1-2

105,78

21,15889

XI

1676

20-40

37

§«ng anh

Nam Hång 2-1

105,780556

21,15917

XI

1676

0-20

38

§«ng anh

Nam Hång 2-2

105,780556

21,15917

XI

1676

20-40

39

§«ng anh

Nam Hång 3-1

105,780833

21,15611

XI

1676

0-20

40

§«ng anh

Nam Hång 3-2

105,780833

21,15611

XI

1676

20-40

41

§«ng anh

Nam Hång 4-1

105,78

21,15694

XI

1676

0-20

42

§«ng anh

Nam Hång 4-2

105,78

21,15694

XI

1676

20-40

43

§«ng anh

Nam Hång 5-1

105,78056

21,1578

XI

1676

0-20

44

§«ng anh

Nam Hång 5-2

105,78056

21,1578

XI

1676

20-40

45

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 1-1

105,72472

21,3367

Xf3

1818

0-20

46

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 1-2

105,72472

21,3367

Xf3

1818

20-40

47

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 2-1

105,72389

21,3361

Xf3

1818

0-20

48

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 2-2

105,72389

21,3361

Xf3

1818

20-40

49

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 3-1

105,72333

21,3369

Xf3

1818

0-20

50

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 3-2

105,72333

21,3369

Xf3

1818

20-40

51

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 4-1

105,72389

21,3378

Xf3

1818

0-20

52

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 4-2

105,72389

21,3378

Xf3

1818

20-40

53

VÜnh phóc

Ngäc Thanh 5-1

105,72472

21,3386

Xf3

1818

0-20

54

VÜnh phóc
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn

Ngäc Thanh 5-2

105,72472

21,3386

Xf3

1818

20-40

Hång TiÕn 1-1

105,86083

21,3972

XI

1753

0-20

Hång TiÕn 1-2

105,86083

21,3972

XI

1753

20-40

STT

VÞ trÝ

29

Th¸i b×nh

30

55
56

Tên mẫu

Độ sâu
(cm)

8


STT

VÞ trÝ

57

Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i
nguyªn
Nam Th¸i

nguyªn

58
59
60
61
62
63
64

Tên mẫu

Kinh độ
(°E)

Vĩ độ (°N)

Loại
đất†

Lượng
mưa TB
năm
(mm)

Độ sâu
(cm)

Hång TiÕn 2-1

105,86861

21,3983

XI

1753

0-20

Hång TiÕn 2-2

105,86861

21,3983

XI

1753

20-40

Hång TiÕn 3-1

105,86778

21,4397

XI

1753

0-20

Hång TiÕn 3-2

105,86778

21,4397

XI

1753

20-40

Hång TiÕn 4-1

105,86778

21,4389

XI

1753

0-20

Hång TiÕn 4-2

105,86778

21,4389

XI

1753

20-40

Hång TiÕn 5-1

105,87417

21,4425

XI

1753

0-20

Hång TiÕn 5-2

105,87417

21,4425

XI

1753

20-40

†

Cz- Đất cát; M- Đất mặn trung bình và ít; P- Đất phù sa trung tính ít chua; Pg- Đất phù sa glây; PrĐất phù sa có tầng đốm rỉ; Sj- Đất phèn hoạt động; XI- Đất xám có tầng loang lổ; Xf- Đất xám Feralit

Các vị trí lấy mẫu được lựa chọn là đất trồng lúa. Tọa độ (kinh độ và vĩ độ)
của vị trí lấy mẫu được xác định bằng thiết bị định vị toàn cầu Magellan (GPS).
Tại mỗi vị trí, mẫu đất được lấy làm hai lớp: lớp một từ 0-20cm, lớp hai từ
20-40cm bằng thiết bị lấy mẫu đất. Thiết bị lấy mẫu đất là một ống thép hình trụ
có đường kính trong là 4,2cm. Hình 5 mô tả thiết bị lấy mẫu đất. Tại mỗi vị trí
lấy mẫu, chúng tôi lấy bốn lõi đất cho mỗi lớp để có thể thu được khối lượng
tươi cho mỗi mẫu đất khoảng 1,5-2,5 kg. Tổng số mẫu thu thập được là 64 mẫu.

2. Công việc xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo
Mẫu sau khi thu thập về được sấy khô, sau đó đem cân ghi lại khối lượng
mẫu. Mẫu khô được nghiền nhỏ sau đó cho khoảng (200-250)gam mẫu vào hộp
nhựa hình trụ (hình học 2pi) và được đo trên hệ phổ kế gamma đầu dò HpGe để
xác định các nhân phát gamma như: 214Bi, 214Pb, 210Pb, 137Cs, 228Ac, 208Tl v.v. Để
phân tích 90Sr và 239+240Pu lấy khoảng (500-1000)gam đất nung ở nhiệt độ 500°C
trong khoảng thời gian 4 giờ, ghi lại hệ số tro hóa. Sau đó lấy khoảng 50 gam
mẫu đất đã nung để phân tích 239+240Pu và khoảng 500gam mẫu đất đã nung để
phân tích 90Sr.
9


Hình 5. Thiết bị lấy mẫu đất

3. Phương pháp phân tích
3.1. Phân tích hàm lượng 137Cs
Phương pháp phân tích hàm lượng 137Cs trong mẫu đất được áp dụng trong
đề tài này là phương pháp phổ kế gamma với đầu dò gamma dải rộng GMX của
hãng EG&G ORTEC có độ phân giải và hiệu suất ghi tương đối tại tia năng
lượng 1,33MeV tương ứng 1,9keV và 41,4%. Mẫu đo có khối lượng từ 170 đến
290gam được cho vào hộp nhựa hình trụ có đường kính 10cm (đường kính đầu
dò 9,6cm) sau đó được đặt trực tiếp lên trên đầu đầu dò và được đo trong khoảng
thời gian 80000 – 85000 giây. Hệ thu phổ gamma là máy phân tích đa kênh
DART EG&G ORTEC. Phần mềm phân tích phổ là GammaVision-32 phiên bản
5.3. Mẫu chuẩn được sử dụng để phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ có
trong mẫu là ba mẫu chuẩn RGU-1, RGTh-1 và RGK-1 của cơ quan Nguyên tử
năng Quốc tế (IAEA). Chi tiết về quy trình phân tích 137Cs được đưa ra trong
môc IV.
10


3.2. Phõn tớch hm lng 239+240Pu
Phng phỏp phõn tớch hm lng 239+240Pu trong mu t c ỏp dng
trong ti ny l s dng phng phỏp chit v trao i ion tỏch 239+240Pu ra
khi mu t. Sau ú 239+240Pu c in phõn trờn a thộp khụng g. Hiu sut
thu hi húa hc trong quỏ trỡnh tỏch húa c kim soỏt bng cỏch s dng cht
ỏnh du 242Pu. Hiu sut thu hi húa hc bng phng phỏp ny trung bỡnh t
ti 45%. Mu c o trờn h ph k AlphaAnalyst vi bn u dũ PIPS Series
A ca hóng Canberra. phõn gii ca u dũ l 25-30 keV. Chi tit v quy
trỡnh phõn tớch 239+240Pu c a ra trong mục IV.
3.3. Phõn tớch hm lng 90Sr
Phng phỏp phõn tớch hm lng 90Sr trong mu t c ỏp dng trong
ti ny l s dng phng phỏp chit v trao i ion tỏch 90Sr ra khi mu
t. 90Sr sau ú c lu trong thi gian 18 ngy nhm t ti cõn bng

phúng x vi 90Y. Nng 90Sr c xỏc nh bng cỏch o cng bc x
Cherenkov do ht bờta ca 90Y to ra trong l cha dung dch 90Sr trờn h o
nhp nhỏy lng ALOCA 6100. Chi tit v quy trỡnh húa hc tỏch v lm giu
90
Sr trong mu t c a ra trong mục IV.

IV. Xác lập Quy trình sử dụng hệ phổ kế gamma đầu dò
HpGe GMX ORTEC để xác định nồng độ các nhân phóng
xạ trong đất, quy trình xác định

239+240

Pu và 90Sr phù hợp

với các loại đối tợng đất canh tác

A. Quy trình sử dụng hệ phổ kế gamma đầu dò HpGe GMX
ORTEC để xác định nồng độ các nhân phóng xạ trong đất

1. Phạm vi áp dụng
Quy trình này dùng để nhận dạng và định lợng các nhân phóng xạ phát
gamma trong các mẫu đất bằng phổ kế gamma với đầu dò HpGe dải rộng. Nó
đợc áp dụng cho các nhân phóng xạ phát gamma với năng lợng trong dải từ 20
keV đến 3000 keV. Dải đo hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ khác nhau
11


là từ 0,1 đến 1000 Bq. Quy trình này cũng có thể đợc áp đụng để nhận dạng
định tính các nhân phóng xạ phát gamma cũng nh định lợng chúng đối với
một số đối tợng mẫu khác nh các mẫu dung dịch, mẫu lơng thực, thực phẩm

nếu chú ý đến cách xử lý mẫu và hiệu chính về sự tự hấp thụ của mẫu đo.

2. Tài liệu tham khảo
ASTM Standards: Hớng dẫn chuẩn để phân tích các mẫu đất sử dụng hệ
phổ kế gamma phân giải cao ( C 1402 04)
Tài liệu hớng dẫn sử dụng phần mềm GammaVision 32 Phiên bản 5.3

3. Tóm tắt nội dung quy trình
Các đầu dò HpGe có độ phân giải năng lợng cao và các máy phân tích đa
kênh đợc sử dụng để nhận dạng các hạt nhân phóng xạ phát gamma có mặt
trong mẫu đo và đồng thời cho khả năng xác định định lợng hoạt độ phóng xạ
của chúng với độ chính xác cao.
Để nhận dạng định tính các nhân phóng xạ có trong mẫu đo, cần phải chuẩn
năng lợng cho hệ phổ kế. Để định lợng cần phải chuẩn hiệu suất và dạng phổ.
Đồng thời, mỗi hình học đo của mẫu chuẩn và mẫu đo phải đợc xác lập nh là
một phần của quy trình chuẩn hiệu suất.
Các mẫu đất phải đợc xử lý qua các bớc nh: xấy khô, nghiền nhỏ, cân
và cho vào hộp đựng mẫu tơng ứng với các hình học của mẫu đo đã đợc
chuẩn. Để phân tích định lợng cần phải sử dụng các hộp đựng mẫu có kích
thớc và cách bố trí vị trí tơng đối của nó với đầu dò phù hợp với các mẫu
chuẩn. Các phép đo định tính xác định sự có mặt của các nhân phóng xạ có trong
mẫu không cần phải sử dụng các hộp mẫu đo có hình học đã đợc chuẩn.
Sử dụng phần mềm phân tích phổ gamma (GammaVision phiên bản 5.3)
đối chiếu năng lợng của các tia gamma trong phổ thu đợc của mẫu đo với
năng lợng các tia gamma có trong th viện điện tử đợc xây dựng từ các tài liệu
tham khảo [8] [9] để nhận diện các nhân phóng xạ phát gamma có trong mẫu.
Phân tích định lợng hoạt độ riêng của các nhân phóng xạ có trong mẫu đợc
thực hiện dựa trên tốc độ đếm của mẫu đo, hiệu suất ghi theo năng lợng thu
đợc từ phép chuẩn hiệu suất và tỷ số phân nhánh của nhân phóng xạ tơng ứng.
12

4. ý nghĩa của quy trình và cách sử dụng
Phổ gamma của các mẫu đất đợc sử dụng để nhận biết và định lợng hoạt
độ các nhân phóng xạ phát gamma. Vì thế cần phải sử dụng đầu dò HpGe có khả
năng phân giải năng lợng tốt.
Thu thập và phân tích số liệu đợc thực hiện một cách tự động thông qua hệ
thống phần cứng (DART EG&G ORTEC) và phần mềm (GammaVision phiên
bản 5.3).
Phân tích định tính và định lợng đợc thực hiện trên cùng một số liệu đo
đạc. Quy trình này có thể áp dụng cho một dải rộng các mức hoạt độ phóng xạ
khác nhau từ mức phông tự nhiên đến các mức nhiễm bẩn do sự cố.
Thu thập mẫu và mang chúng về phòng thí nghiệm để phân tích đợc xem
nh là một phơng pháp cơ bản để xác định sự có mặt của các nhân phóng xạ có
trong đất.

5. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình xử lý phổ
Trong các phổ gamma phức tạp, mức độ ảnh hởng lẫn nhau của các nhân
phóng xạ bị chi phối bởi một số yếu tố. Nhiễu phổ xảy ra khi hai nhân phóng xạ
cùng phát ra các tia gamma có năng lợng gần bằng nhau trong phạm vi phân
giải năng lợng của hệ phổ kế. Phần mềm GammaVision cho phép tách các đỉnh
phổ có năng lợng gần nhau không quá 0,5 FWHM (bề rộng ở một nửa chiều
cao của đỉnh phổ).
Trong mẫu có nhiều nhân phóng xạ với các hoạt độ phóng xạ rất khác nhau
thì việc xác định các nhân phóng xạ có hoạt độ thấp và năng lợng thấp thờng
gặp nhiều khó khăn do bị ảnh hởng của nền Compton liên tục của các nhân
phóng xạ có hoạt độ lớn và phát ra các tia gamma có năng lợng cao hơn.
Hiệu ứng tổng gây bởi quá trình phát các tia gamma gần nh đồng thời
hoặc do quá trình ngẫu nhiên cũng ảnh hởng tới quá trình xử lý phổ gamma.
Phần mềm GammaVision cũng cho phép hiệu chỉnh đối với các hiệu ứng này.

13


6. Thiết bị
Đầu dò HpGe GMX đờng kính 59,5 mm chiều dài 72,6 mm có độ phân
dải năng lợng và hiệu suất ghi tơng đối tại đỉnh phổ có năng lợng 1332keV
tơng ứng là 2,0keV và 35%.
Buồng chì chống phông hình trụ có đờng kính trong và ngoài tơng ứng 28
cm và 50,4 cm đợc chế tạo gồm một lớp thép ở ngoài cùng có bề dày 1 cm, một
lớp chì có bề dày 10 cm và một lớp lót bằng đồng trong cùng có bề dày 0,2 cm.
Nguồn cung cấp cao thế cho đầu dò là thiết bị DART EG&G ORTEC có
khả năng tạo ra cao thế 5000V với cờng độ dòng 100àA. Điều chỉnh cao thế
đợc thực hiện qua máy tính.
Bộ khuếch đại phổ DART EG&G ORTEC tơng thích với tiền khuyếch đại
có hệ số khuyếch đại điều chỉnh đợc từ 3 đến 1000 lần bớc điều chỉnh 1/4000.
Hằng số thời gian tạo dạng xung có thể lựa chọn 1 hoặc 6 às.
Bộ thu thập số liệu phổ MCA DART EG&G ORTEC có 8000 kênh có thể
chứa 2tỷ số đếm mỗi kênh.
Máy tính PIII-918 MHz RAM 128Mb hệ điều hành Win98 với phần mềm
GammaVision phiên bản 5.3 đợc cài đặt bên trong máy cho phép thu thập và xử
lý số liệu một cách tự động.

7. Hộp đựng mẫu
Hộp đựng mẫu đo có 2 loại cấu hình khác nhau: hình trụ hộp nhỏ đờng
kính 6,7cm cao 4cm; hình trụ hộp lớn đờng kính 10,3cm cao 6,7cm. Hộp dựng
mẫu loại nhỏ đợc làm từ nhựa PVC còn hộp đựng mẫu loại lớn đợc làm từ
nhựa PE.

8. Chuẩn năng lợng và hiệu suất ghi cho hệ phổ kế gamma

Đầu tiên, việc vận hành hệ phổ kế và đầu dò HpGe GMX ORTEC đợc
tuân thủ theo hớng dẫn của nhà sản xuất EG&G ORTEC [10] [11]. Công việc
điêù chỉnh các khối điện tử và thiết lập các tham số cho chúng đợc thực hiện
với việc sử dụng nguồn phóng xạ chuẩn 137Cs và máy giao động ký điện tử
Tektronix TDS340 100MHz. Nguồn phóng xạ 137Cs (hoạt độ khoảng 37kBq)
14