Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

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

BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2013


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

BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Văn Giáp

Hà Nội - 2013

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trịnh Văn Giáp- Viện trưởng Viện Khoa
học và Kỹ thuật Hạt nhân- Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tận tình hướng
dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin cảm ơn KS. Vũ Mạnh Khôi và KS. Nguyễn Quang Long cùng
các đồng nghiệp trong Trung tâm An toàn bức xạ và Trung tâm Quan trắc Phóng xạ
và Đánh giá tác động Môi trường - Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường- Trường Đại
học Khoa học tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập tại đây.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ, giúp đỡ tôi
để hoàn thành luận văn thạc sỹ này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 12 năm 2013
Học viên

Bùi Thị Ánh Dương


MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................................4
DANH MỤC VIẾT TẮT..............................................................................................5
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................6
MỞ ĐẦU......................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN............................................................................................3
1.4.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước..........................................................14
1.6.Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên........................................20
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........25

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ............................................................................49
KẾT LUẬN.................................................................................................................49
KHUYẾN NGHỊ........................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................51
.....................................................................................................................................................55
.....................................................................................................................................................55
.....................................................................................................................................................55
.....................................................................................................................................................56


DANH MỤC VIẾT TẮT

IAEA

International Atomic Energy Agency

Cơ

quan

Năng

lượng

nguyên tử quốc tế
ICRP

TLD

International

Commission

on Ủy ban an toàn phóng xạ

Radiological Protection

quốc tế

Thermoluminescence Dosimeter

Liều kế nhiệt huỳnh quang

VINATOM

Viện Năng lượng nguyên
tử Việt Nam

UNSCEAR

United Nation Scientific Committee Ủy ban khoa học Liên
on the Effects of Atomic Radiations

Hiệp Quốc về những ảnh
hưởng của bức xạ nguyên
tử


DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề
Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã

có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy
trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại
chính sau:
1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân
phóng xạ nguyên thủy.
2. Các nhân phóng xạ được hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật
chất của trái đất.
3. Các nhân phóng xạ được hình thành do con người tạo ra.
Các nhân phóng xạ được hình thành do hai nguồn gốc đầu được gọi là các nhân
phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con người tạo ra được gọi là các nhân
phóng xạ nhân tạo. So với lượng phóng xạ tự nhiên thì lượng phóng xạ do con
người tạo ra là rất nhỏ và một phần lượng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong
môi trường của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự
nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trường sống như đất, nước
và không khí [2].
Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con người một liều chiếu bức
xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều
chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con người và gây ra liều
chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con người qua
đường hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xước trên da. Mức liều chiếu do các nhân phóng

xạ tự nhiên gây ra cho con người có thể được xác định bằng các thiết bị đo liều bức
xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trường nhiệt phát quang. Trong đó, liều kế
nhiệt phát quang có thể xác định được liều chiếu trong thời gian dài, nên loại bỏ

1


được những ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến kết quả đo liều chiếu đối với
dân chúng [6]. Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ luôn ảnh hưởng dù ít hay nhiều
đến tình trạng sức khỏe của con người và môi trường xung quanh bởi sự tác động
của bức xạ lên vật chất sống. Con người từ lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với
phóng xạ và chịu ảnh hưởng của mọi loại phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm
soát bức xạ và những tác động có hại của phóng xạ đến sức khỏe con người cũng
như các ảnh hưởng của chúng lên môi trường sống là rất quan trọng và nhận được
nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài “Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang
( TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường” được thực hiện nhằm mục đích
xác định liều bức xạ gamma trong môi trường phục vụ cho việc xác định liều chiếu
của dân chúng tại các trạm quan trắc phóng xạ môi trường.
2. Mục tiêu đề tài
-Xây dựng phương pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trường bằng liều kế nhiệt
huỳnh quang TLD-100.
-Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu


Xây dựng phương pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi trường
bằng liều kế nhiệt huỳnh quang.



So sánh phương pháp đo liều bức xạ gamma môi trường sử dụng liều
kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phương pháp đo liều bức xạ
gamma trong môi trường khác.



Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trường đối với dân chúng
tại địa điểm thực nghiệm.

2


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên
Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh
của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt trên
Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành
những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh
chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất
lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium,
Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ
tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi
235

232

Th, chuỗi

238

U và chuỗi

U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lược như trong

Bảng 1.1.
Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium

Chuỗi Th-232
Hạt nhân

Thời

Chuỗi U-238
gian Hạt nhân

bán rã
Th-232

14 x 109năm

↓ 1α
Ra-228

6,7 năm

Thời

Chuỗi U-235
gian Hạt nhân

bán rã

rã

U-238

4,47x109nă

U-235

↓ 1α,2β

m

↓ 1α,1β

U-234
↓ 1α

Thời gian bán

Pa-231

0,704x109năm

32,8x103 năm

245x103năm

Th-230

↓ 1α,2β
Ra-224

↓ 1α
3,6 ngày

75x103năm

Ra-226

↓ 2α,1β
Ra-223

3

11,4 ngày


↓ 1α

↓ 1α

Rn-220

55 giây

↓ 1α

Rn-222
↓ 3α,2β

Po-216

0,16 giây

1600 năm

Rn-219
3,82 ngày

Pb-210
↓ 2β

↓ 1α
4 giây

↓ 1α
Po-215

1,8x10-3 giây

22 năm

Po-210
↓ 2α,2β

↓ 1α

Pb-208

Bền

138 ngày

Pb-206

↓ 2α,2β
Pb-207

Bền

Bền
Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong
nước và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể được chia
thành 3 loại:
• Loại được hình thành cùng với tuổi của Trái đất ;
• Loại được tạo thành do tương tác của tia vũ trụ với vật chất;
• Loại được tạo thành do hoạt động của con người.
Các hạt nhân phóng xạ được tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất,
nước và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng
lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự
nhiên với hàm lượng trung bình như sau:
370 Bq 40K (100 – 700 Bq)
25 Bq 226Ra (10 – 50 Bq)
25 Bq 238U (10 – 50 Bq)
25 Bq 232Th (7 – 50 Bq)

4

Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium
tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.005% là Uranium-234. U-238
và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng
xạ thuộc họ Actinium.
Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:
-

Đồng vị đầu tiên của chuỗi có chu kỳ bán rã lớn

-

Các chuỗi này đều có một đồng vị tồn tại dưới dạng khí, các chất khí
phóng xạ này là các đồng vị của radon.

-

Sản phẩm cuối cùng trong các chuỗi phóng xạ là Chì.

Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên
còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác như : 40K,

14

C...Những đồng vị

này có thể được thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trường. Đồng vị
phóng xạ 14C là đồng vị được hình thành do sự tương tác của bức xạ nơtron (có
trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Hoạt độ phóng xạ của một số nhân
phóng xạ chủ yếu trong môi trường được đưa ra trong bảng 1.2.
Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [4]

Hạt nhân
238

U

235

U

232

Th

226

Ra

Độ giàu trong tự nhiên
Hoạt độ
Chiếm 99.2745% uranium
trong tự nhiên, tổng lượng
≈0.7pCi/g ( 25Bq/kg)
uranium chiếm từ 0.5 đến 4.7
ppm trong đá thông thường
0.72% uranium trong tự nhiên
Chiếm từ 1.6 đến 20ppm trong
đá thông thường và chiếm
≈1.1pCi/g( 40Bq/kg)
trung bình khoảng 10.7ppm
lượng đá trên bề mặt Trái đất

Có trong đá vôi và đá phun trào 0.42pCi/g(
16Bq/kg)

5


trong đá vôi và 1.3pCi/g
( 48Bq/kg) trong đá phun
trào
0.016pC/L ( 0.6Bq/m3)
đến 0.75pCi/L(28Bq/m3)
222
Rn
Là khí hiếm
( giá trị trung bình hàng
năm ở Hoa Kỳ)
1-30pCi/g(
0.03740
K
Trong đất
1.1Bq/g)
1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trường gây ra cho dân chúng
Con người đang sống trong môi trường mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ tự
nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con
người. Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ ngoài;
Khi các nhân phóng xạ đi vào cơ thể con người và phát ra các tia bức xạ, khi đó sẽ
gây ra liều chiếu trong.
1.2.1. Chiếu xạ ngoài
• Bức xạ gamma từ các nhân phóng xạ trong đất, đá
Đây là nguồn chiếu xạ chủ yếu trong số các nguồn chiếu xạ ngoài của môi trường

đối với con người. Từ các kết quả nghiên cứu thực hiện trên nhiều khu vực, lãnh thổ
khác nhau trên thế giới, người ta đã đánh giá suất liều hấp thụ trung bình ở độ cao
1m trên mặt đất đối với con người vào khoảng từ 20 đến 159nGy/h. Trong phổ suất
liều hấp thụ trung bình đó, người ta đánh giá một giá trị trung bình là 55 nGy/h,
tương đương với liều hiệu dụng trung bình một người phải chịu là 0.41mSv/ năm.
Tùy theo từng vị trí trên Trái Đất, giá trị đó có khác nhau, thí dụ như ở Mỹ là
0.28mSv/năm, ở Thụy Sỹ là 0.64mSv/năm [4].
Trong thành phần của các nguồn chiếu xạ ngoài từ bức xạ gamma của các đồng vị
phóng xạ từ đất thì 40K chiếm 35% các đồng vị phóng xạ của dãy 238U chiếu 25%, và
của dãy 232Th là 40%.

6


• Phóng xạ của tia vũ trụ
Phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ đóng góp vào liều hấp thụ đối với con người là
không đáng kể. Ở độ cao mực nước biển, liều hấp thụ gây ra bởi thành phần bức xạ
ion hóa là 27nGy/h, tương ứng với liều hiệu dụng là 240µSv/ năm. Liều này tăng
theo độ cao so với mực nước biển ( cứ 100m tăng 4µSv). Trên 25km thì liều đó có
giá trị gần như không đổi, vào khoảng 80µGy/h. Tính trung bình theo các nhóm
người sống trên Trái Đất thì liều hiệu dụng hàng năm do tia vũ trụ được đánh giá là
355µSv, trong đó thành phần đóng góp của bức xạ ion hóa là 300µSv, còn 55µSv là
của thành phần nơtron [4].
1.2.2. Chiếu xạ trong
Khi các chất phóng xạ tự nhiên xâm nhập vào cơ thể qua con đường ăn uống và hít
thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể. Quá trình chuyển hóa làm
cho một số đồng vị được thải ra ngoài và một số còn lưu lại trong cơ thể.
Hai tổ chức quốc tế là Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh
hưởng của bức xạ nguyên tử - United Nation Scientific Committee on the Effects of
Atomic Radiations (UNSCEAR) và Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế- International

Commission on Radiological Protection (ICRP) đã tính liều hiệu dụng hàng năm
gây bởi chiếu xạ trong đối với con người. Do tính chất phức tạp của các đặc trưng
của các đồng vị trong các dãy phóng xạ tự nhiên nên để thuận tiện, người ta chia
các dãy đó thành từng nhóm khi tính toán liều chiếu xạ trong:
• Dãy 238U
Do tính chất hóa lý của các đồng vị trong dãy

238

U là khác nhau nên hoạt độ của

chúng trong các loại thực phẩm khác nhau nằm trong một dải khá rộng. Một số số
liệu về hoạt độ của các đồng vị trong một số loại thực phẩm điển hình được đưa ra
trong bảng 1.3.

7


Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nước, tính ra Bq/kg
[4]
238

Thực phẩm

234

210

U-

230

U

Th

226

Ra

228

Pb-

232

210

228

Th

Ra

T

Sản

phẩm 1

0.5

5

Po
90

sữa
Sản

phẩm 2

2

15

120

1

10

1

thịt
Lúa, ngô,…
20
Rau có lá
20
Rau củ, hoa 3

10
20
0.5

80
50
30

320
50
50

3
15
0.5

60
40
20

3
15
0.5

quả
Cá
Nước

0.1

100
0.5

5000
5

0.05

0.5

0.05

30
1

0.3

5

h
0.3

Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3].
238

Đồng vị

234

UU

Hoạt độ 1

230

Th

0.5

226

210

210

232

0.5

500

50

1

Ra

Pb

Po

Th

228

228

1

1

Ra

riêng
µBq/m3
Bảng 1. 5 Lượng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của người lớn [4].
Loại thực phẩm
Sản phẩm sữa
Sản phẩm thịt
Lúa, ngô, …
Rau có lá
Rau củ, hoa quả
Cá
Nước

Lượng tiêu thụ hàng năm
105kg/năm
501406017015500 lít/năm

8

Th


Trên cơ sở số liệu hoạt độ của các đồng vị trong lương thực thực phẩm và nước tiêu
thụ của con người trong các bảng 1.3,1.4,1.5 , liều hấp thụ con người nhận được
hàng năm được đưa ra trong bảng 1.6.
Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho người lớn [4].

Đồng vị
238

234

U- U
Th
226
Ra
210
Pb-210Po
232
Th
228
Ra
230

228Th

Lượng phóng xạ hấp thụ (mBq)

Ăn uống
Hít thở
1.104
14.103
3
2,5.10
3,5.103
1,9.104
4.103
9.104
3,9.103
1,3.103
7.103
1,4.104
7.103
1,3.103
7.103

Liều hiệu dụng
(µSv/năm)
0,8
0.4
5,7
47
1,9
3,5
0,6

• Riêng đối với đồng vị 222Rn vì là chất khí duy nhất trong dãy

238

U, nên Rn và các

sản phẩm phân rã của nó dễ dàng đi vào cơ thể con người qua đường hô hấp.
Radon-222 là sản phẩm phân rã trực tiếp của đồng vị

226

Ra trong dãy

238

U, với chu

kỳ bán rã của 222Rn là 3.8 ngày, nên Radon thường thoát ra từ môi trường đất và vật
liệu xây dựng. Vì vậy hàm lượng 222Rn trong nhà thường cao hơn ở ngoài trời.
Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m3; ở Mỹ trung bình là 55Bq/m3 nhưng trong
khoảng 1-3% các căn hộ riêng , tức là khoảng hàng triệu nhà, hàm lượng radon lên
tới 300Bq/m3[4].
Ở Việt Nam, chưa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một số
nghiên cứu cho thấy: Lượng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng
30Bq/m3; ở miền núi thường lớn hơn vài lần[5].
Hàm lượng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tùy thuộc vào mùa trong
năm và các yếu tố địa lý, khí hậu…Trong một nhà: tầng thấp có hàm lượng radon

9


cao hơn so với tầng cao. Trong phòng thoáng, hàm lượng radon thấp hơn so với

trong phòng kín.
• Dãy phân rã phóng xạ Thori ( Thori 232- 232Th)
Với Th 232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững

208

Pb. 220 Rnlà

sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th 232 và thường được gọi là thoron (Tn), có
thời gian sống 80,06 giây, chu kỳ bán rã 55,6 giây. Vì thoron có đời sống quá ngắn
nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như radon trước
khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thường gặp hơn
trong đất và trong khí đất. Do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong
nhà. Tuy nhiên ngay cả với lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy
hiểm vì con cháu của nó bao gồm

212

Pb có chu kỳ bán rã 10,6 giờ đủ dài hơn để tích

lũy đến một mức đáng kể trong không khí thở.
• Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ
Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều chiếu
xạ trong, phải kể đến 3H, 7Be, 14C, và 22Na. Trong số 4 đồng vị này thì 14C có đóng
góp lớn hơn cả. Hoạt độ phóng xạ gây bởi 14C có trong cơ thể người được đánh giá
vào khoảng 50Bq/g, tương ứng với liều hiệu dụng là 12µSv/năm [2].
• Các đồng vị phóng xạ sống dài khác
Trong số các đồng vị phóng xạ tự nhiên, không thuộc họ phóng xạ nào
nhưng đóng góp đáng kể vào liều chiếu trong, phải kể đến đồng vị 40K.
Lượng K có trong cơ thể người vào khoảng 2.10 -3 g/g có thể khác nhau tùy

theo lứa tuổi, giới tính. Trong cơ thể đàn ông có nhiều kali hơn so với phụ nữ. Ở cơ
thể người già, lượng kali giảm trung bình 10mg/năm.

10


Độ phổ cập tương đối của 40K trong kali tự nhiên là 0,117% thời gian bán rã
của 40K là 1,28.109 năm. Hoạt độ 40K trong cơ thể người( tính cho trọng lượng trung
bình là 50kg) được đánh giá là 600Bq/kg, tương ứng với liều hiệu dụng hàng năm là
165µSv/năm.
1.2.3. Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong)
Bảng dưới đây cho biết liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ
tự nhiên, tính trung bình cho người lớn trong các vùng có phóng xạ tự nhiên bình
thường ( theo ICRP). Ta nhận thấy radon đóng vai trog chủ yếu trong liều hấp thụ
tổng cộng do phóng xạ tự nhiên. Để hình dung mức độ lớn, nhỏ của liều hiệu dụng
tổng cộng hàng năm do các nguồn phóng xạ tự nhiên trình bày trong bảng 7, ta có
thể so sánh với liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ khác. Chẳng
hạn trong y tế, mỗi lần chụp X-quang, liều hấp thụ hiệu dụng mà người ta phải chịu
là vào khoảng 0,5mSv.

Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [4].
Nguồn
Chiếu xạ ngoài
Tia vũ trụ
-Thành phần hạt tích điện 300
-Thành phần Nơtron
55
Các đồng vị có nguồn

Chiếu xạ trong

Toàn phần

-

300
55

15
60

15
160

U( không kể radon)
Dãy thori 232Th( không kể 160

6

166

radon)
Radon và các sản phẩm
40
K
87
Rb

1260
165

6

1260
315
6

gốc
Tia vũ trụ
Dãy

uran-radi 100

238

150
-

11


Tổng cộng( làm tròn)

770

1510

2280

Từ các nguồn phóng xạ nhân tạo khác, thí dụ như từ các vụ thử hạt nhân (bụi
lắng phóng xạ trong không khí, nước mưa,…) Liều hiệu dụng được đánh giá là vào

khoảng dưới 0,1mSv/năm.
Từ ngành điện hạt nhân: các nguồn chất thải khác nhau từ các nhà máy điện
hạt nhân và các cơ sở xử lý nhiên liệu… gây nên liều hiệu dụng trung bình đối với
một người khoảng 10-3mSv.
Liều giới hạn cho phép, theo khuyến cáo của các cơ quan quôc tế (ICRP,
UNSCEAR) đối với nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đối với dân chúng là
1mSv/năm .
1.3.

Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con người.
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với

sức khỏe con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây
ra hiệu ứng ion hoá . Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn được tạo ra
đôi khi ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào
trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron,
đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ[2].
•

Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra khi

chúng phân huỷ thành một nguyên tố bền. Nó gồm hai proton và hai notron, nó
mang điện dương . Trong không gian, bức xạ alpha không có khả năng truyền xa và
dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy
nhiên, nếu một chất phát tia Alpha được đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng
lượng tới các tế bào xung quanh. Ví dụ, nếu con người hít phải một lượng khí radon
vào trong phổi thì chúng có thể sẽ tạo ra sự chiếu xạ với các mô nhạy cảm, mà các
mô này thì không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như da[2].

12

• Bức xạ Beta: Bao gồm các electron nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt alpha
và nó có thể thấm sâu hơn. Bức xạ bêta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, tấm kính
hay chỉ bởi lớp quần áo bình thường. Nó cũng có thể xuyên qua được lớp ngoài của
da và khi đó nó sẽ làm tổn thương lớp da bảo vệ. Trong vụ tai nạn ở nhà máy điện
hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia bêta mạnh đã làm cháy da những người cứu
hoả. Nếu các bức xạ bêta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong các mô trong
đó.
• Bức xạ Gamma: Bức xạ gamma là năng lượng sóng điện từ. Nó đi được
khoảng cách lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Khi tia gamma bắt đầu đi
vào vật chất, cường độ của nó cũng bắt đầu giảm. Trong quá trình xuyên vào vật
chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Các va chạm đó với tế bào của cơ thể
sẽ làm tổn hại cho da và các mô ở bên trong. Các vật liệu đặc như chì, bê tông là
tấm chắn lý tưởng đối với tia gamma.
• Bức xạ tia X: Bức xạ tia X tương tự như bức xạ gamma, nhưng bức xạ
gamma được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con người tạo ra trong
một ống tia X mà bản thân nó không có tính phóng xạ. Vì ống tia X hoạt động bằng
điện, nên việc phát tia X có thể bật, tắt bằng công tắc.
• Bức xạ Nơtron: Bức xạ nơtron được tạo ra trong quá trình phát điện hạt
nhân, bản thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhưng nếu va chạm với các hạt
nhân khác, nó có thể kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện
tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá. Nơtron có sức xuyên mạnh hơn tia
gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm
chắn paraphin[2].
Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể sống,
tùy theo liều lượng nhận được và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể gây hại ít
nhiều cho cơ thể. Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người:
- Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy

13


liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương đến
chức năng của tế bào.
- Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự do,
các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ trong tế
bào, như các enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các
chức năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt quá khả năng
phục hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc
tê liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
- Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion
hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể sống. Làm
ảnh hưởng trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ương. Các
ảnh hưởng trên đều có chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi,
sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra
ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời .
-Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay thấp
đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dưới dạng các bệnh ung thư, bệnh máu
trắng, ung thư xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền...
Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách nhanh
chóng và truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một liều
lượng như nhau, nhưng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ đi sâu
vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi [2].
1.4.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới:
Hiện nay, liều kế nhiệt huỳnh quang Thermoluminescence Dosimeter – TLD đã

được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng để đo
liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, công nghiệp, nghiên cứu hạt

14


nhân, đo liều môi trường ... Một số nước như Braxin, Ấn Độ , Banglades… cũng có
các nghiên cứu về việc sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều phóng xạ môi
trường [8], [10], [15]. Tùy vào các phương pháp nghiên cứu khác nhau mà các vật
liệu nhiệt huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu cũng khác nhau như LiF:Mg:Ti
(ký hiệu thương phẩm là TLD-100), CaF2:Dy, CaSO4 : Dy. Các nghiên cứu ở
Braxin, Banglades, Malaysia, Ấn Độ … cho thấy liều bức xạ gamma môi trường tự
nhiên thay đổi theo từng nước, từng vùng. Giá trị suất liều bức xạ gamma tự nhiên ở
vị trí 1m so với mặt đất trung bình trên thế giới ở trong khoảng 57nGy/h [17]. Ở
Malaysia liều gamma môi trường bên ngoài ( outdoor) đo được tại vùng Selama vào
khoảng 273±133 nGy/h. Ở khu vực dân cư sinh sống, liều gamma môi trường (bao
gồm cả trong nhà và ngoài trời) tương ứng vào khoảng 205±59 nGy/h và 212±64
nGy/h [8].
Từ năm 1993, các nước Bắc Âu gồm Đan Mạch, Phần Lan, Na Uy, Ireland và
Thụy Điển đã công bố kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự
nhiên trung bình hàng năm lên dân chúng được đưa ra trong Bảng 1.8.
Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình
hàng năm lên cộng đồng ở một số nước Bắc Âu
Loại nguồn

Phần

Thụy

Đan

Na Uy

Irelan

Lan
-Bức xạ gamma từ đất, vật liệu 0.5

Điển
0.5

Mạch
0.3

0.5

d
0.2

xây dựng (mSv)
Hàm lượng radon trong nhà và 2.0

1.9

1.0

1.7

0.2

nơi làm việc(mSv)
Các nguyên tố phóng xa trong 0.3

0.3

0.3

0.35

0.3

cơ thể (mSv)
Bức xạ vũ trụ (mSv)
Tổng cộng (mSv)

0.3
3.0

0.3
1.9

0.3
2.85

0.3
1.0

0.3
3.1

* Ở Việt Nam:

15


Đối với nước ta, liều kế nhiệt huỳnh quang đã được nghiên cứu và sử dụng
chủ yếu trong đo liều cá nhân cho các nhân viên bức xạ tại các cơ sở y tế và trong
công nghiệp. Theo thống kê của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
(VINATOM) cũng cho thấy hiện nay tại Việt Nam có khoảng 3000 người thường
xuyên làm việc và tiếp xúc với các nguồn phóng xạ và tia X trong bệnh viện, trong
công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Cụ thể phân bố nhân viên bức xạ trong các
lĩnh vực khác nhau ở Việt Nam được thể hiện trên hình 1.1. Tất cả các nhân viên
bức xạ phải sử dụng liều kế TLD trong quá trình làm việc và cứ ba tháng một lần
liều kế TLD được chuyển về cơ sở hạt nhân để đọc giá trị liều mà nhân viên bức xạ
đã nhận được .

Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012]
Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát bức
xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi liều bức
xạ tự nhiên. Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên gây ra, một số
phương pháp đã được áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt Nam như : dùng máy
đo suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so với mặt đất, hoặc lấy
mẫu đất đá để phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali từ đó tính toán được liều
chiếu gây ra đối với dân chúng. Một số kết quả xác định liều dân chúng của Việt
Nam sử dụng các phương pháp trên đã được một số các nhà khoa học của Viện

16


Năng lượng Nguyên tử Việt Nam thực hiện. Tuy nhiên vấn đề bức xạ môi trường

chưa được quan tâm đúng mức. Tình hình sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để
đánh giá liều bức xạ tự nhiên đối với dân chúng chưa được chú trọng ở nước ta. Vì
vậy, phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều bức xạ tự nhiên
trong môi trường cần được quan tâm nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng vào
thực tiễn. Đặc biệt với nền tảng sẵn có trong lĩnh vực đo liều cá nhân và khi Việt
Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân thì vấn đề an toàn bức xạ được ưu tiên quan
tâm. Do đó, tiềm năng ứng dụng và hiệu quả của phương pháp sử dụng liều kế nhiệt
huỳnh quang trong đo liều bức xạ môi trường là rất lớn.
1.5.

Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ

Trong quá trình phân rã các nguyên tố phóng xạ sẽ phát ra các tia bức xạ, bao gồm:
bức xạ anpha, bức xạ bêta, bức xạ gamma, bức xạ nơtron và các mảnh phân hạch.
Khi tác dụng với môi trường vật chất, các bức xạ này có những khả năng gây ra sự
ion hóa khác nhau. Và để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các loại tia bức xạ này,
các nhà khoa học hạt nhân đã đưa ra khái niệm về bức xạ hạt nhân.
1.5.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó
chính là số hạt nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một
lượng chất phóng xạ có N hạt nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó được tính
theo công thức sau:

A( t ) =

dN
= λ .N ( t ) = λ .N 0 exp(−λ .t ) = A( 0 ) exp(−λ .t )
dt

Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ, λ là hằng số phân rã phóng xạ, N là số hạt nhân

phóng xạ hiện có.

17


Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel
tương ứng với một phân rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là
Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam

226

Ra, tương ứng với

3,7.1010 phân rã trong một giây. Mối liên hệ giữa hai đơn vị :
1Ci=3,7.1010Bq
1Ci=37GBq
1Bq=2,7.10-11Ci=27pCi
1.5.2. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ trung bình DT trong mô T được tính bằng năng lượng bức xạ truyền
cho một đơn vị khối lượng mô. Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Gray( Gy)
1Gy=1J/kg=100 Rad
Trước đây, thường dùng đơn vị là Rad ( radiation absorbed dose).
Rad là liều lượng bức xạ mà 1 kg vật chất hấp thụ được một năng lượng bằng 10 -2J.
1Rad= 10-2 J/kg
1.5.3. Liều tương đương sinh học và liều hiệu dụng
Cùng một liều hấp thụ nhưng tác dụng sinh học của bức xạ còn tùy thuộc vào loại
bức xạ và loại mô ( cơ quan sinh học) bị chiếu xạ.
Để đặc trưng cho các loại bức xạ khác nhau, người ta dùng đại lượng có tên gọi là
hệ số phẩm chất hay trọng số bức xạ ω R. Trọng số bức xạ (wR ) là một hệ số mà biến
đổi liều hấp thụ trong một mô hay cơ quan thành liều tương đương và được xác

định theo loại và năng lượng của bức xạ mà cơ quan hay mô đó bị chiếu. Như vậy,

18