NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA PHÂN GIẢI CAO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ MINH

NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN
TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA
PHÂN GIẢI CAO

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lưu Tam Bát

Phản biện 1: TS. Đàm Nguyên Bình
Phản biện 2: PGS. TS. Bùi Văn Loát

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
Vào hồi 15 giờ 00 phút, ngày 31 tháng 12 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội

ii


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
MỞ ĐẦU
Lương thực là những sản phẩm thiết yếu đối với con người, trước hết
giúp nuôi sống con người và sử dụng để phát triển chăn nuôi tạo nên các loại
thực phẩm quan trọng khác. Như chúng ta đã biết trong môi trường luôn tồn tại
các chất phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên cùng với các nhân phóng xạ nhân tạo
còn sót lại từ các hoạt động thử vũ khí hạt nhận, sự cố nhà máy điện hạt nhân
trong lịch sử. Cũng như mọi sinh vật khác, lương thực bị nhiễm phóng xạ có
trong môi trường, kết quả là con người bị nhiễm xạ khi tiêu thụ các loại thức ăn
này. Chính vì vậy, trên thế giới và ở nước ta luôn coi trọng việc xác định nồng
độ các nhân phóng xạ trong lương thực, thực phẩm. Nhất là ở những vùng gần
với các nhà máy điện hạt nhân, thường phải xây dựng cơ sở dữ liệu về phóng xạ
trong lương thực thực phẩm phục vụ cho việc khảo sát, đánh giá và giám sát ảnh
hưởng của nhà máy điện hạt nhân khi đi vào hoạt động.
Quảng Ninh là tỉnh giáp với nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của
Trung Quốc (cách khoảng 60km). Dựa vào các dữ liệu khí tượng có thể thấy
rằng: Trong trường hợp nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của Trung Quốc
xảy ra sự cố thì vùng biên giới và duyên hải Đông Bắc bị nặng nhất, trong đó có
tỉnh Quảng Ninh. Vì vậy việc tiến hành đề tài “Nghiên cứu đo hoạt độ các đồng
vị phóng xạ trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh bằng
hệ thống phổ kế gamma phân giải cao” nhằm khảo sát hoạt độ phóng xạ của
một số đồng vị phóng xạ tự nhiên và đồng vị phóng xạ nhân tạo trong một số
loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh là rất cần thiết.
Luận văn sử dụng detector Gecmani siêu tinh khiết SEGe-Canberra của
Trung tâm Kiểm định Phóng xạ - Viện Y học phóng xạ và U bướu quân đội để
phân tích xác định hàm lượng của một số nhân phóng xạ phân rã gamma trong
một số mẫu lượng thực ở tỉnh Quảng Ninh.

1


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
- Về mặt lý thuyết, luận văn tìm hiểu cơ sở vật lý của kỹ thuật xác định
hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp phổ gamma.
- Về mặt thực nghiệm: Xác định một số đặc trưng của hệ phổ kế
Gecmani siêu tinh khiết SEGe; Chuẩn năng lượng; Xây dựng đường cong hiệu
suất ghi với cấu hình đo hình trụ phục vụ cho việc phân tích mẫu lương thực;
Tiến hành phân tích xác định hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị trong mẫu
lương thực.
Luận văn gồm có 3 chương:
Chương 1. Tổng quan về xác định hoạt độ phóng xạ trong lương thực
thực phẩm
Chương 2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm
Chương 3. Kết quả thực nghiệm

2


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ
PHÓNG XẠ TRONG LƯƠNG THỰC
1.1. Phóng xạ trong lương thực, thực phẩm
Đồng vị phóng xạ xuất hiện tự nhiên trong môi trường, bao gồm các cơ
quan của cơ thể, lương thực thực phẩm và nước uống của con người. Chúng ta
tiếp xúc với nguồn bức xạ này hàng ngày. Bức xạ đến từ không gian (các tia vũ
trụ) cũng như các nhân phóng xạ tự nhiên có trong đất, nước, và không khí.
Hoạt độ riêng của các chất phóng xạ tự nhiên trong lương thực thực phẩm và

nước thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thổ nhưỡng, phân bón
đối với cây trồng (địa chất), thức ăn đối với các loài nuôi thả; điều kiện khí hậu
và tình hình sản xuất nông nghiệp của khu vực. Ngoài ra, con người cũng có thể
tiếp xúc với bức xạ từ những hoạt động tạo ra chất phóng xạ của chính mình
như: Tập trung nhân phóng xạ tự nhiên, vận hành các thiết bị, các vụ vận hành
hạt nhân dân sự và quân sự. Chất phóng xạ có thể gây ô nhiễm lương thực thực
phẩm sau khi được thải ra môi trường.
Các mức phông phóng xạ trong thức ăn khác nhau và phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, bao gồm loại thức ăn và vùng địa lý sản xuất ra loại thức ăn đó.
Các nhân phóng xạ thường có trong thức ăn là: K40, Ra226, U238 và các đồng vị
con cháu liên quan. Hình 1.2 mô tả khái quát các con đường mà chất phóng xạ
đi vào cơ thể con người qua lương thực thực phẩm.
1.2. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma
Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó
chúng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng, để về trạng
thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản. Từ phổ gamma thu được khi đo
mẫu trên hệ phổ kế ta sẽ tính được hoạt độ của các nhân phóng xạ có trong mẫu.

3


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
Trong phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ theo phổ gamma ta
quan tâm đến hệ số phân nhánh Iγ của bức xạ gamma. Theo định nghĩa:
Iγ=số phân rã gamma đặc trưng có năng lượng Eγ/số phân rã phóng xạ
Nếu gọi nγ là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ
mẫu trong một đơn vị thời gian thì nó được xác định theo công thức:
nγ= Iγ A

(1.1)

Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu.
Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng
Eγ
Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một
đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của
vạch gamma đặc trưng, ta có:
n0 = ε nγ

(1.2)

Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t,
sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định
được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s.
Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức:

n0 

s
t

(1.3)

Từ công thức (1.1) và công thức (1.2), ta tính được hoạt độ của đồng vị
có trong mẫu theo biểu thức:

A

n0
I 

(1.4)

4


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC
NGHIỆM
2.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra
2.1.1. Sơ đồ khối
Hình 2.1 là sơ đồ hệ phổ kế gamma dải rộng với detector
SEGe của hãng Canberra được đặt tại Viện Y học Phóng xạ và U
bướu Quân đội.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ phổ kế SEGe – Canberra

Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ phổ kế SEGe – Canberra
1. Detector SEGe
2. Nguồn nuôi cao thế
3. Tiền khuếch đại
4. Máy phát xung chuẩn

5. Khuếch đại tuyến tính
6. Máy phân tích biên độ đa kênh
7. Máy tính

5

Tóm tắt luận văn thạc sĩ
2.1.2. Detector
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
Detector Gecmani là đi ốt bán dẫn có cấu trúc P-I-N (Hình 2.3), trong
đó vùng ở giữa (I) là vùng nghèo nhạy với bức xạ ion hóa, đặc biệt là tia X và
tia gamma. Dưới điện áp ngược điện trường mở rộng qua vùng này. Khi photon
tương tác với vật chất bên trong thể tích vùng nghèo, các cặp điện tử - lỗ trống
được tạo ra và di chuyển vể các điện cực P, N dưới tác dụng của điện trường.
Lượng điện tích này tỷ lệ với năng lượng tích lũy trong detector của photon tới
và được chuyển thành xung thế bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích.

Hình 2.3: Nguyên tắc hoạt động của detector bán dẫn
Do Gecmani có khe vùng nhạy tương đối thấp nên detector phải được
làm mát để giảm nhiệt sinh ra từ các phần tử mang điện (do đó tỷ lệ nghịch với
dòng rò) đến mức chấp nhận được. Ni tơ lỏng ở nhiệt độ 77 oK thường được
dùng để làm mát các detector này. Hình 2.4 mô tả sơ đồ cấu tạo của bộ làm
lạnh.

6


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh
2.1.3. Các thông số của hệ phổ kế gamma SEGe
Luận văn sử dụng detector bán dẫn Gecmani đồng trục (SEGe) model
GC1518, số Seri 11037715 do hãng Canberra sản xuất.
- Đường kính tinh thể 52 mm,
- Chiều dày tinh thể 34.5 mm,
- Phân giải năng lượng 1.8 keV tại đỉnh năng lượng 1.33 MeV của đồng

60

vị Co
- Tỷ số Đỉnh/Compton là 44:1
- Thế làm việc của detector là 3500 V
- Cửa sổ (end-cap) có đường kính 76 mm, bề dày 1.5 mm

7


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
2.1.4. Quy trình vận hành
- Lên cao thế: Đưa công tác trên khối HV về vị trí ON.; Nhấn nút Reset
và chắc chắn rằng đèn hiển thị tại ON bật sáng. Nếu ON không sáng sau khi
nhấn Reset, khi đó không được lên cao áp và kiểm tra lại các điều kiện của hệ
đo; Tiếp đó bắt đầu lên cao áp theo từng bước, cứ 5 s tăng 10 V. Tiếp tục làm
như vậy cho đến khi cao áp đạt 3500 V.
- Chọn chế độ làm việc: Sử dụng nguồn chuẩn để chuẩn chuấn máy. Từ
thực nghiệm chọn được hệ số trên COARSE GAIN là 10, FINE GAIN là 8,
SHAPING TIME là 4 µs.
Tiến hành chuẩn năng lượng, đo phông, chuẩn hiệu suất và phân tích
mẫu.
- Hạ cao thế và tắt máy: Sau khi kết thức việc đo phổ thực hiện quy
trình hạ cao áp và tắt máy. Vặn vòng số trên khối HV theo chiều ngược chiều
kim đồng hồ, mỗi lần không quá 10 V, mỗi bước hạ cao áp như vậy cách nhau
10 s. Khi vòng số về vị trí 0, đưa công tắc về vị trí OFF.
2.2. Chuẩn năng lượng
Để chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế SEGe tác giả sử dụng các nguồn
60

chuẩn: Co, 57Co,131I, 137Cs.
2.3. Khảo sát độ phân giải năng lượng vào năng lượng bức
xạ gamma
Phân giải năng lượng liên quan đến sự phản hồi của detector. Độ phân
giải năng lượng được định nghĩa là khả năng phân biệt hai bức xạ có năng lượng
gần nhau của detector. Đại lượng này thường được biểu diễn bằng độ rộng ở
một nửa (FWHM) chiều cao xung. Luận văn sử dụng các nguồn chuẩn
57

Co,

131

I,

137

60

Co,

Cs để khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng

8


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
lượng của bức xạ gamma. Các nguồn chuẩn được đo sao cho diện tích đỉnh hấp
thụ toàn phần của các bức xạ gamma đặc trưng được chọn có sai số thống kê
nhỏ hơn 1 %.

2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi
Mẫu chuẩn dùng để lập đường cong hiệu suất ghi là mẫu chuẩn hỗn hợp
(mẫu chuẩn RGU-1 kết hợp với mẫu chuẩn IAEA 156) của Bộ môn Vật lý Hạt
nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên phục vụ cho việc phân tích mẫu
thực vật. Từ phổ ghi nhận mẫu chuẩn và dữ liệu hạt nhân ta xác định được hiệu
suất ghi của đetector tại năng lượng tương ứng với năng lượng của bức xạ
gamma được chọn làm chuẩn theo công thức:
( )=

(2.1)

Trong đó:
N là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần (xung)
t là thời gian đo mẫu chuẩn (giây)
Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma có năng lượng E
A hoạt độ của nguồn tại thời điểm đo (Bq)
Sai số được xác định theo công thức:

∆ =
Với ∆ , ∆ , ∆

∆

+

∆

+

∆

(2.2)

tương ứng là sai số của hoạt độ nguồn, sai số của hệ số

phân nhánh và sai số của diện tích đỉnh.

9


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
2.5. Lấy mẫu, xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo
Vị trí lấy mẫu
Bảng 2.1: Thông tin của các mẫu sử dụng để phân tích trên hệ phổ kế gamma
Khối lượng
Vị trí lấy mẫu
tươi (Kg)
Mẫu gạo 1
Xã Vạn Ninh, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu gạo 2
Xã Cộng Hòa, huyện Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu gạo 3
Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu gạo 4
Xã Việt Hưng, Tp. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu ngô 1

Xã Đồn Đạc, huyện Ba Chẽ, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu ngô 2
Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu ngô 3
Xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu ngô 4
Xã Hải Sơn, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu ngô 5
Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh
10
Mẫu khoai 1 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
18
Mẫu khoai 2 Xã Lê Lợi, huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh
18
Mẫu khoai 3 Xã Vạn Yên, Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh
18
Mẫu khoai 4 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh
18
Mẫu khoai 5 Xã Yên Đức, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh
18
Xử lý mẫu
- Gạo, ngô sau khi lấy được nhặt sạch các tạp chất bên trong mẫu; khoai
được rửa sạch, cắt bỏ rễ, đầu đuôi và để ráo nước rồi thái lát.
- Các mẫu được sấy ở nhiệt độ 105 oC cho đến khi khối lượng không
đổi
- Than hóa 5-6 giờ cho hết khói ở nhiệt độ tối đa đối với từng mẫu.

- Tro hóa ở nhiệt độ nhỏ hơn 445oC trong khoảng tối đa 18 giờ đến khi
tro có mầu đen xám và tơi xốp là đạt yêu cầu.
Tạo mẫu dùng để phân tích:

10


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
Tro sau khi tro hóa, để nguội, được nghiền mịn tối đa và trộn đều. Tro
được đựng trong hộp nhựa sạch hình trụ đường kính 8 cm, nén mẫu bằng dụng
cụ ép đơn giản để cấu hình đo của mẫu và mẫu chuẩn là đồng nhất.
2.6. Phương pháp tính hoạt độ
Hoạt độ của mẫu được tính theo công thức:
=

(2.3)

Trong đó:
A là hoạt độ của mẫu (Bq)
Ns là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần (xung)
ts là thời gian đo mẫu (giây)
Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma
ε hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng tương ứng. Đại lượng này được suy
ra từ đường chuẩn hiệu suất ghi ở trên.
Sai số của hoạt độ được tính như sau:

∆ =
Với ∆ , ∆ , ∆

∆

+

∆

+

∆

(2.4)

tương ứng là sai số của hiệu suất ghi, sai số của hệ số

phân nhánh và sai số của diện tích đỉnh.
2.7. Phương pháp tính MDA
Trong trường hợp tốc độ đếm tại đỉnh năng lượng toàn phần trong phổ
đo mẫu nhỏ hơn tốc độ đếm phông tại đỉnh đó thì hoạt độ của đồng vị phóng xạ

11


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
đang xét được xem như nhỏ hơn giá trị MDA tính theo công thức (2.5), với độ
lệch chuẩn B =

N B , NB là diện tích đỉnh trong phổ của mẫu.

MDA (Bq) =

2,71  4,66 B

t    I

12

(2.5)


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
CHƯƠNG III – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
3.1. Chuẩn năng lượng
Trong bảng 3.1 đưa ra năng lượng của các tia gamma và vị trí cực đại
(kênh) tương ứng để chuẩn năng lượng.
Bảng 3.1: Số liệu của các tia gamma được chọn để chuẩn năng lượng và vị trí
cực đại tương ứng
Năng lượng đỉnh
Hệ số phân nhánh
Vị trí cực đại
Nguồn
(keV)
(Iγ)
(kênh)
57
Co
122
0.856
451
364
0.8176
1396
131

I
637
0.0717
2471
137
Cs
661
0.8512
2546
1173
0.9997
4545
60
Co
1332
0.9998
5170
Trong Genie 2000 đường chuẩn năng lượng được xử lý tự động. Từ số
liệu ở trên, tác giả sử dụng chương trình Origin để thiết lập đường chuẩn năng
lượng cho hệ phổ kế SEGe. Đường chuẩn năng lượng có dạng tuyến tính:
y = 3.897 x – 22.56
R2 = 1
Trong đó: y là giá trị của kênh tương ứng với x là năng lượng E (keV)
R là hệ số đánh giá chất lượng khớp
3.2. Xác định một số thông số của hệ phổ kế gamma
3.2.1. Sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng của
bức xạ gamma

13

Tóm tắt luận văn thạc sĩ
Bảng 3.2: Độ phân giải năng lượng của detector SEGe – Canberra
Năng lượng đỉnh
Hệ số phân nhánh
Nguồn
FWHM (keV)
(keV)
(Iγ)
57
Co
122
0.856
2.27
364
0.8176
2.36
131
I
637
0.0717
2.48
137
Cs
661
0.8512
2.51
1173
0.9997
2.66

60
Co
1332
0.9998
2.72
Bảng 3.2 là kết quả thực nghiệm xác định độ phân giải của detector
SEGe (FWHM) theo năng lượng tia gamma. Từ số liệu thu được, sử dụng
chương trình Origin ta sẽ xây dựng được đường cong mô tả sự phụ thuộc của độ
phân giải năng lượng vào năng lượng bức xạ gamma. Độ phân giải năng lượng
tăng theo năng lượng bức xạ gamma theo hàm số có dạng:
∆ =

−2 × 10

+ 0.002 + 4.863

R = 0.996
Trong đó: E là năng lượng tia gamma (keV)
R là hệ số đánh giá chất lượng khớp
Từ số liệu thực nghiệm ta thấy rằng độ phân giải năng lượng của
detector tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60Co là 2.72 keV. Giá trị này lớn hơn độ
phân giải 1.8 keV của nhà sản xuất đưa ra. Sự sai khác này có thể chấp nhận
được.
3.2.2. Khảo sát phông của hệ đo
Phông của hệ đo ảnh hưởng đáng kể đến giới hạn phát hiện và độ chính
xác của phép đo hoạt độ mức thấp. Phông thường có nguồn gốc sau đây: Các
thành phần cứng và mềm của bức xạ vũ trụ, bức xạ gamma của vật liệu cấu trúc
detector và thiết bị, bức xạ gamma của môi trường xung quanh.

14

Tóm tắt luận văn thạc sĩ
Vì vậy đo đạc phông được thực hiện thường xuyên khi có thể và trước
mỗi phép đo rất cần thiết cho việc hiệu chỉnh phông khi phân tích phổ đo mẫu.
Luận văn tiến hành đo khảo sát phông của hệ phổ kế SEGe trong thời gian
150000 giây khi đóng nắp buồng chì.
3.3. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi cho mẫu lương
thực
Sử dụng phần mềm xử lý phổ Genie 2000 xác định diện tích đỉnh hấp
thụ toàn phần trong phổ đo mẫu chuẩn và sử dụng công thức (2.1) để tính hiệu
suất ghi tương ứng với các đỉnh năng lượng. Kết quả được ghi trong bảng dưới
đây:
Bảng 3.3: Kết quả thực nghiệm xác định hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn
phần của bức xạ gamma đặc trưng trong mẫu chuẩn
Đồng
vị
214
Pb
214
Pb
214
Pb
214
Bi
214
Bi
214
Bi
214

Bi
214
Bi

E
(keV)
242
295.2
351.9
609.3
1120.3
1238.1
1764.5
2204

Iγ
0.0743
0.193
0.376
0.461
0.151
0.058
0.153
0.0508

Diện tích
đỉnh (xung)
13800±146
29100±179
46900±141

32600±64
5820±38
1970±6
3730±47
936±14

Tốc độ đếm đã trừ
phông (xung/giây)
0.1624±0.0017
0.3424±0.0021
0.5502±0.0017
0.3815±0.0008
0.0685±0.0004
0.0232±0.0001
0.0439±0.0006
0.011±0.0002

Hiệu suất ghi
0.0245±0.0003
0.0199±0.0001
0.0164±5E-05
0.0093±2E-05
0.0051±3E-05
0.0045±1E-05
0.0032±4E-05
0.0024±4E-05

Sử dụng chương trình Origin và số liệu trong bảng 3.4 ta thiết lập được
đường cong hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần có dạng:
y = exp(1.99205 – 1.03937ln(x))

với x là năng lượng tia gamma (keV)
y là hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần tương ứng

15


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
3.4. Xác định hoạt độ riêng của các mẫu
Các mẫu sau khi được nhốt trong khoảng thời gian 4 tuần để đạt được
trạng thái cân bằng thế kỷ giữa các nhân phóng xạ mẹ và các hạt nhân con cháu
sẽ được đem đi đo. Các mẫu được đo trên hệ phổ kế SEGe ở trên trong khoảng
thời gian 150000. Sau khi phân tích sử dụng phần mềm Genie 2000 để xác định
diện tích đỉnh tương ứng của các đồng vị phóng xạ quan tâm. Dựa vào đường
chuẩn hiệu suất ghi trong mục 3.3 để xác định hiệu suất tại các đỉnh năng lượng
toàn phần tương ứng. Từ đó xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ có trong
mẫu theo công thức (2.3). Hoạt độ riêng được tính bằng cách chia hoạt độ của
đồng vị phóng xạ trong mẫu cho khối lượng mẫu dùng để tro hóa (khối lượng
mẫu tươi). Số liệu thực nghiệm được trình bày trong các bảng dưới đây.
Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ
trong mẫu gạo 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng
175.8 g
Chuỗi
phân
rã
232
Th
238
U
232
Th

238
U
137
Cs
232
Th
232
Th
40
K

Đồng
vị

E
(keV)

Iγ

Hiệu suất
ghi ε

212

239
295
583
609
662
727

911
1,461

0.433
0.1932
0.8457
0.4615
0.8512
0.0658
0.258
0.11

0.0248
0.0199
0.0098
0.0093
0.0086
0.0078
0.0062
0.0038

Pb
Pb
208
Tl
214
Bi
137
Cs
212

Bi
228
Ac
4
K
214

16

Diện tích
đỉnh
(xung)
306±19
38±5
144±29
226±17
356±24
36±8
207±15
21900±620

Hoạt độ (Bq)
0.1902±0.0118
0.066±0.0087
0.116±0.0234
0.104±0.0263
0.3248±0.0219
0.4689±0.1042
0.546±0.0396
343.8571±9.7348

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Bảng 3.5: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ
trong mẫu ngô 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng
175.8 g
Chuỗi
phân rã
232
Th
238
U
232
Th
238
U
137
Cs
232
Th
232
Th
40
K

Đồng
vị
212
Pb

214
Pb
208
Tl
214
Bi
137
Cs
212
Bi
228
Ac
4
K

E
(keV)
239
295
583
609
662
727
911
1,461

Iγ
0.433
0.1932
0.8457

0.4615
0.8512
0.0658
0.258
0.11

Hiệu suất
ghi ε
0.0248
0.0199
0.0098
0.0093
0.0086
0.0078
0.0062
0.0038

Diện tích
đỉnh (xung)
1.3
2.9
600±74
186±9
76±11
192±34
359±21
42700±819

Hoạt độ (Bq)
<0.005

<0.0185
0.4834±0.0596
0.0422±0.0139
0.0693±0.01
2.501±0.4429
1.1843±0.0882
678.4349±13.1740

Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ
trong mẫu khoai 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng
175.8 g
Chuỗi
phân
rã
232
Th
238
U
232
Th
238
U
137
Cs
232
Th
232
Th
40
K

Đồng
vị

E
(keV)

Iγ

Hiệu suất
ghi ε

Diện tích
đỉnh (xung)

Hoạt độ (Bq)

212

239
295
583
609
662
727
911
1,461

0.433
0.1932

0.8457
0.4615
0.8512
0.0658
0.258
0.11

0.0248
0.0199
0.0098
0.0093
0.0086
0.0078
0.0062
0.0038

481±75
235±34
398±20
815±43
179±27
103±12
698±67
63500±992

0.299±0.0466
0.4084±0.0591
0.3207±0.0161
1.0141±0.0664
0.1633±0.0246

1.3417±0.1563
2.6078±0.2814
1013.0128±15.9568

Pb
Pb
208
Tl
214
Bi
137
Cs
212
Bi
228
Ac
40
K
214

17


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Bảng 3.7: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu gạo đo trên hệ phổ
kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết
Đồng vị
phóng
xạ

212
Pb

Chuỗi
phân rã
232

Th

Hoạt độ riêng (Bq/kg)
Mẫu gạo 1

Mẫu gạo 2

Mẫu gạo 3

Mẫu gạo 4

0.019±0.001

0.01±0.004

<0.006

0.013±0.003

0.007±0.001

0.007±0.001

0.008±0.002

0.019±0.006

208

Tl

0.012±0.002

0.009±0.002

0.004±0.001

0.004±0.001

U

214

Bi

0.01±0.003

0.008±0.002

0.016±0.005

0.021±0.007

137

Cs

137

Cs

0.032±0.002

0.029±0.002

<0.004

0.068±0.004

232

Th

212

0.047±0.01

0.044±0.003

0.053±0.0041

0.074±0.006

Th
40
K

228

0.055±0.004
34.386±0.973

0.032±0.007
26.222±0.693

0.018±0.004
31.827±0.811

0.019±0.003
33.404±0.859

238
232

U

214

Th

238

Pb

Bi

232

Ac
40
K

Bảng 3.8: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu ngô đo trên hệ phổ
kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết
Chuỗi
phân
rã
232

Th

238

Đồng
vị
phóng
xạ
212
Pb

U

214

Th

208

232

Pb

Mẫu ngô 3

Mẫu ngô 4

Mẫu ngô 5

<0.005

0.046±0.0029

0.0588±0.0043

0.091±0.026

0.0407±0.003

<0.0185

0.1014±0.007

0.071±0.0099

0.036±0.008

0.025±0.001

0.048±0.006

0.0165±0.003

0.0247±0.0043

0.015±0.003

0.0407±0.003

0.004±0.001

0.078±0.0077

0.0914±0.0085

0.035±0.009

0.0633±0.006

Cs

0.007±0.001

0.0114±0.003

0.3569±0.0102

0.01±0.007

0.2082±0.006

214

137

Cs

137

232

Th

212

232

228

K

Mẫu ngô 2

Tl

U

40

Mẫu ngô 1

Bi

238

Th

Hoạt độ riêng (Bq/kg)

Bi

0.25±0.044

<0.0083

<0.138

0.033±0.005

<0.013

Ac

0.118±0.009

0.1937±0.016

0.2778±0.023

0.103±0.03

0.0755±0.014

67.843±1.317

84.462±1.699

102.93±2.089

91.689±1.983

45.78±1.095

40

K

18


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Bảng 3.9: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu khoai đo trên hệ phổ
kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết

Chuỗi
phân
rã

Đồng
vị
phóng
xạ

Hoạt độ riêng (Bq/kg)
Mẫu khoai 1

Mẫu khoai 2

Mẫu khoai 3

212

0.017±0.003

0.016±0.004

U

214

0.023±0.003

0.036±0.007

Th

208

Tl

0.018±0.001

238

U

214

Bi

137

Cs

137

Cs

232

Th

212

232

228

40

40

232

Th

Mẫu khoai 4

Mẫu khoai 5

0.017±0.0045

-

0.005±0.0004

0.02±0.005

0.013±0.00057

0.002±0.0001

0.014±0.004

0.012±0.0031

0.0029±0.0001

0.0013±0.0005

0.056±0.004

0.036±0.008

0.023±0.007

0.013±0.0014

0.005±0.0003

0.009±0.001

0.015±0.003

0.009±0.002

0.002±0.0002

0.001±0.0004

Bi

0.075±0.009

0.121±0.013

0.159±0.0149

0.011±0.0017

0.005±0.0004

Ac

0.145±0.016

0.088±0.017

0.047±0.0095

0.019±0.0009

0.013±0.0027

56.28±0.886

73.13±1.953

97.36±2.556

5.071±0.011

14.652±0.034

Pb

238

Pb

232

Th
K

K

Bảng 3.10: Hoạt độ riêng trung binh của một số đồng vị trong các mẫu gạo, ngô,
khoai
Chuỗi phân
rã
232
Th
238
U
232
Th
238
U
137
Cs
232
Th
232

Th
40

K

Đồng vị
phóng xạ
212
Pb
214
Pb
208
Tl
214
Bi
137
Cs
212
Bi
228
Ac
40

K

Mẫu gạo
(Bq/kg tươi)
0.014±0.0027
0.0103±0.0025
0.0073±0.0015

0.0138±0.0043
0.043±0.0027
0.0545±0.0058
0.031±0.0045

Mẫu ngô
(Bq/kg tươi)
0.0591±0.0091
0.0584±0.0065
0.029±0.0039
0.0543±0.0066
0.1187±0.0056
0.1415±0.0245
0.1536±0.0184

Mẫu khoai
(Bq/kg tươi)
0.011±0.003
0.0188±0.0031
0.0096±0.0017
0.0266±0.0041
0.0072±0.0013
0.0742±0.0078
0.0624±0.0092

31.46±0.834

78.54±1.6366

49.3±1.088

19


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Hình 3.1: So sánh hoạt độ riêng của một số đồng vị phóng xạ trong gạo, ngô,
khoai
Hình 3.1 là biểu đồ so sánh hoạt độ riêng (Bq/khối lượng tươi) của các
đồng vị phóng xạ xác định được trong các mẫu gạo, ngô và khoai. Nhìn vào
biểu đồ này ta thấy rằng:
Hoạt độ của đồng vị

40

K là cao nhất, với hoạt độ lớn nhất là

102.93±2.089 Bq/kg trong mẫu ngô 3, thấp nhất trong mẫu gạo 2 là
26.222±0.693 Bq/kg. Đây có thể là do hàm lượng của 40K ở trong đất và hệ số
vận chuyển của 40K từ đất vào cây trồng cao hơn so với một số nhân phóng xạ
tự nhiên khác.
Bên cạnh đó, 137Cs, đồng vị được tạo ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân
trong các vụ thử vũ khí hạt nhân và các sự cố hạt nhân trong lịch sử, cũng được
phát hiện trong một số mẫu nhưng với hoạt độ rất nhỏ so với giới hạn cho phép
của thế giới[6].

20


Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Các đồng vị con cháu thuộc hai dãy uran, thori là
212

Pb,

208

Tl,

214

Bi,

214

Pb,

212

Bi,

228

Ac cũng được phát hiện nhưng với hoạt độ rất nhỏ và khác nhau

nhiều trong mỗi mẫu. Điều đó chứng tỏ các đồng vị trong mỗi dãy không cân
bằng với nhau. Điều này được giải thích là do các đồng vị phóng xạ nói riêng
và các nguyên tố vi lượng trong đất đi vào thực vật chủ yếu qua con đường sinh
dưỡng là rễ cây, nên các đồng vị có tính chất hóa học khác nhau nên sự hấp thu
các nhân phóng xạ sẽ khác nhau. Ngoài ra mỗi loại cây trồng sẽ có nhu cầu dinh

dưỡng khác nhau nên hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong từng loại lượng
thực không giống nhau.

21


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
KẾT LUẬN
Luận văn này được thực hiện với mục đích khảo sát nồng độ của một số
đồng vị phóng xạ trong ba loại lượng thực: gạo, ngô, khoai. Luận văn đã tìm
hiểu phương pháp và kỹ thuật xác định hoạt độ phóng xạ của các đồng vị tự
nhiên và nhân tạo trong các mẫu thực vật theo phương pháp phổ gamma.
Về mặt lý thuyết
Luận văn trình bày cơ sở vật lý, cơ sở của phương pháp phổ gamma.
Luận văn cũng tìm hiểu khái quát cấu tạo của hệ phổ kế gamma bán dẫn và
nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn siêu tinh khiết.
Về mặt thực nghiệm
Luận văn tiến hành chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế sử dụng các nguồn
phóng xạ chuẩn 60Co, 57Co, 137Cs, 131I.
Khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng tia
gamma và khảo sát phông của hệ phổ kế SEGe.
Tiến hành đo mẫu chuẩn IAEA RGU-1+IAEA 156. Từ số liệu thu được
xây dựng đường cong hiệu suất ghi phục vụ cho việc phân tích mẫu thực vật.
Xử lý mẫu và tiến hành đo mẫu.
Như vậy, luận văn đã khảo sát nồng độ một số đồng vị phóng xạ phát
gamma trong 4 mẫu gạo, 5 mẫu ngô, 5 mẫu khoai trên địa bàn của tỉnh Quảng
Ninh tại thời điểm lấy mẫu. Tuy nhiên, ba loại lương thực trên chỉ là một trong
những thành phần chủ đạo của chế độ ăn uống và là trọng tâm trong việc khảo
sát các nguồn phát gamma. Để thu được dữ liệu thiết thực hơn, cần khảo sát
nhiều mẫu hơn nữa nhằm nâng cao độ chính xác và xác định nồng độ của các

đồng vị phóng xạ trong nhiều loại thực phẩm khác như rau, thịt, các loại thủy
hải sản khác.

22


Tóm tắt luận văn thạc sĩ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản Khoa học
và kỹ thuật.
2. Lương Thị Thơm (2014), Xác định hoạt độ riêng của các nguyên tố
phóng xạ trong mẫu đất đá và thực vật bằng phương pháp phổ gamma,
Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại
học Quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
3. Bui Van Loat, Le Tuan Anh, Dong Van Thanh, Nguyen The Nghia,
Pham Duc Khue (2012), “Measurement of some characteristics of the
BEGe detector”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics 28,
19-25.
4. Canberra industries Inc (2003), Germanium Detectors User’s Manual,
New York.
5. Canberra industries Inc (2013), Genie™ 2000 Spectroscopy Software,
New York.
6. Codex Committee on Food Additives and Contaminants (2011), “Codex
Guideline Levels for Radionuclides in Foods Contaminated Following a
Nuclear or Radiological Emergenc”, General General Standarts for
Contaminants and Toxins in Food and Feeds.
7. Glenn F. Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, John
Wiley & Sons, New York.

23