Khảo sát độ phóng xạ trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố hồ chí minh

THƯ
VIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
------------------------------------------

LƯU HỮU NGUYÊN

KHẢO SÁT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG ĐÁ ỐP LÁT
DÙNG LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG
KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao
Mã số: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. TRẦN VĂN LUYẾN

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, động viên, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè.
Xin cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đến:
TS. Trần Văn Luyến, người thầy đã truyền cho tôi nhiệt tình nghiên cứu
khoa học, những kiến thức chuyên môn sâu, những chỉ bảo tận tình trong thực

nghiệm, trong đánh giá kết quả.
TS. Thái Khắc Định, người thầy đã giới thiệu tôi lựa chọn đề tài, tận tâm
giảng dạy và truyền niềm đam mê nghiên cứu khoa học, góp ý chân thành và bổ ích
cho tôi.
TS. Đỗ Xuân Hội, TS. Nguyễn Văn Hoa, TS. Huỳnh Quang Linh, TSKH.
Nguyễn Văn Hoàng, TS. Nguyễn Văn Hùng, TS. Nguyễn Quang Miên, TS. Bùi
Văn Loát, TS. Nguyễn Đông Sơn, TS. Võ Thanh Cương và tất cả quý thầy cô đã tận
tâm giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích, giúp tôi vững tin khi bước vào
đời.
Ks. Đào Văn Hoàng luôn khuyến khích, động viên và hết lòng giúp đỡ tôi.
Thầy cô phản biện và Hội đồng Khoa học đã dành nhiều thời gian đọc và
góp ý cho luận văn của tôi.
Ban Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh, các
anh chị phòng An toàn Bức xạ và Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi về tinh thần
và cơ sở vật chất cho tôi trong quá trình thực nghiệm tại Trung tâm.
Các bạn lớp Cao học Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao K18 đã
luôn sát cánh và giúp đỡ mình trong những giai đoạn khó khăn nhất.
Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ đã luôn ủng hộ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho con hoàn thành luận án.


BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO
Ước số và bội số đơn vị đo
Thang đo

Tên gọi

Kí hiệu

10-18 =

atto

(a)

10-15 =

femto

(f)

10-12 =

pico

(p)

10-9

=

nano

(n)

10-6

=

micro

()

10-3

=

milli

(m)

10+3

=

kilo

(k)

10+6

=

mega

(M)

10+9

=

giga

(G)

10+12 =

tera

(T)

10+15 =

peta

(P)

10+18 =

exa

(E)

Năng lượng bức xạ
1 Gray (Gy) = 1 J/kg
1 rad = 10mGy = 1E-7 J hấp thụ trong 1 gram vật chất.
1 Sievert (Sv) = 100 rem; 1 mSv = 0.1 rem.
1 Curie (Ci) = 3.7.1010 Becquerel (Bq) = hoạt độ phóng xạ của 1 gram Radi
1 EBq = 1018Bq
1 gray = 100 rad

1 rem = 0.01 sievert
1 rad = 1000 millirad = 0.01 gray
1 Roengten (R) = 0.876 rad (in air)


Chữ viết tắt
Ge

Germani – Nguyên tố germani.

GPS

Global Position System – Hệ thống định vị toàn cầu.

FWHF

Full width Half Maximum – Bề rộng ở nửa giá trị cực đại.

HPGe

High Pure Germani: germani siêu tinh khiết.

IAEA

International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng nguyên

tử quốc tế.
ICRP

International Commision for Radiological Protection - Ủy ban an toàn

phóng xạ quốc tế.
OED

Oranization for Europe Cooperration and Development – Tổ chức hợp

tác và phát triển Châu Âu.
PGs

Phó giáo sư.

SNAP

System for Nuclear Auxiliary Power – Hệ thống năng lượng hạt nhân

phụ trợ trong vệ tinh hoặc tàu vũ trụ.
T1/2

Chu kì bán hủy – Nửa thời gian sống của một đồng vị phóng xạ.

Ttvt

Tương tác vũ trụ.

UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic
Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học của Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng của bức
xạ nguyên tử.
UTM

Universal Transverse Mercator – Hệ thống biến đổi tọa độ toàn cầu.

WGS

World Geometrical System – Hệ thống đo đạc toàn cầu.

NCRP

National Council on Radiation Protection and Measuremens.

TP HCM

Thành phố Hồ Chí Minh.

TCXDVN

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam.

LHDTBHN Liều hiệu dụng trung bình hằng năm.


-1-

PHẦN MỞ ĐẦU

Trái đất được hình hành từ nhiều nguyên tố khác nhau trong đó có các
nguyên tố phóng xạ, các nguyên tố này phân bố rộng khắp các quyển của trái đất
như thạch quyển, địa quyển, thủy quyển, khí quyển và sinh quyển. Nguyên tố phóng
xạ tự nhiên có từ thời hồng hoang, cùng tuổi với vũ trụ. Nó bao gồm rất nhiều hạt
nhân phóng xạ nguyên thủy tạo thành các chuỗi phóng xạ uranium (U), thorium
(Th) và hạt nhân kali-40 (K-40).

Khi con người ở trong ngôi nhà thì ngôi nhà trở thành một “lô cốt” chắn
gần hết các tia bức xạ từ không gian bên ngoài chiếu vào nhà. Do đó liều chiếu
ngoài và chiếu trong đối với con người chủ yếu do vật liệu xây dựng từ nền nhà,
tường nhà, và trần nhà gây nên. Các loại vật liệu xây dựng này phần lớn được chế
tạo từ đất, đá lấy ở bề mặt trái đất, do đó nó cũng chứa một lượng phóng xạ tự nhiên
nhất định. Mặt khác, trong chu kỳ 24 giờ, con người sống làm việc và sinh hoạt bên
trong ngôi nhà của mình nhiều hơn bên ngoài khoảng 80%. Vấn đề cần quan tâm là
mức phóng xạ nào trong loại vật liệu xây dựng nào là nguy hiểm, ảnh hưởng đến
sức khỏe của con người? Điều này thế giới nghiên cứu đã nhiều, nhưng ở Việt Nam
vấn đề này còn khá mới mẻ và cho mãi đến năm 2006, vấn đề này mới thực sự được
quan tâm và đi sâu vào nghiên cứu. Tiếp theo đó năm 2007, Bộ xây dựng đã có
quyết định về việc ban hành tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 397:2007
“Hoạt độ phóng xạ tự nhiên của vật liệu xây dựng. Mức an toàn trong sử dụng và
phương pháp thử”. Phóng xạ trong vật liệu xây dựng chủ yếu là kali, uranium,
thorium và các nhân được tạo thành từ chuỗi phân rã phóng xạ của chúng, trong đó
quan trọng nhất là radium (Ra-226). Sự có mặt của Ra-226 trong vật liệu xây dựng
gây nên một liều chiếu cho những người sống trong nhà bởi việc hít thở khí radon
phân rã từ radium và thoát ra từ vật liệu xây dựng vào không khí trong nhà. Sự tác
động này gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người, đặc
biệt là làm gia tăng tỷ lệ ung thư phổi [16].


-2-

Dựa vào lý do này mà tôi thực hiện luận văn “Khảo sát độ phóng xạ trong
đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” nhằm:
+ Khảo sát hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đá ốp lát trong vật liệu xây
dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh phục vụ cho việc giám sát kỹ thuật theo
TCXDVN 397: 2007.
+ Tìm nguyên nhân mẫu đá ốp lát trong vật liệu xây dựng có hoạt độ phóng

xạ cao.
+ Đưa ra các khuyến cáo cần thiết cho nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Mục đích của luận văn là xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên của đá ốp lát
dùng làm vật liệu xây dựng bằng phổ kế gamma phông thấp tại Trung tâm Hạt nhân
TP. Hồ Chí Minh và tìm nguyên nhân mẫu đá ốp lát có phóng xạ cao.
Đề tài: “Khảo sát độ phóng xạ trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây
dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” được thực hiện với 61 mẫu đá ốp lát
khác nhau được thu thập và phân tích phóng xạ. Sau đó đánh giá các chỉ số Index
phóng xạ, liều hấp thụ trung bình hàng năm, hoạt độ Ra tương đương…

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Do phóng xạ tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe của con người xuất phát chủ
yếu từ vật liệu xây dựng trong đó đá ốp lát là vật liệu hiện nay con người tiếp xúc
trực tiếp thường xuyên cho nên đối tượng nghiên cứu của luận án này là đá ốp lát
được thu thập tại các cửa hàng vật liệu xây dựng ở TP. Hồ Chí Minh.
Phương pháp nghiên cứu là dùng hệ phổ kế gamma phông thấp tại Trung
tâm Hạt nhân TP. Hồ Chí Minh trên cơ sở lý thuyết về tương tác của tia gamma với
vật chất.

Bố cục của luận án
Luận án đuợc trình bày theo 3 chương:
Chương 1 trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu: nguồn gốc phóng xạ,


-3-

những ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người, radon trong vật liệu xây dựng
và tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ngoài nước.
Chương 2 là phần thực nghiệm: nêu các phương pháp nghiên cứu và lí do
chọn phương pháp dùng hệ phổ kế gamma phông thấp; trình bày về cấu tạo, những

đặc trưng của hệ phổ kế gamma phông thấp của Trung tâm Hạt nhân TP. HCM và
các đồng vị phóng xạ quan tâm; trình bày về quá trình thu thập, xử lý, đo mẫu và
tính toán hoạt độ các nhân phóng xạ quan tâm trong mẫu sao cho khoa học và chính
xác nhất.
Chương 3 là phần kết quả nghiên cứu: trình bày các kết quả định tính và
định lượng hoạt độ phóng xạ của 61 mẫu đá ốp lát thông qua việc xử lý phổ gamma;
giải thích nguyên nhân những mẫu có hoạt độ phóng xạ cao; so sánh kết quả này
với một số kết quả của các nghiên cứu khác trên thế giới.
Phần kết luận đưa ra những nhận xét tổng quát rút ra từ kết quả của quá
trình nghiên cứu cùng đề xuất của tác giả về một số nguyên tắc bảo vệ an toàn
phóng xạ có liên quan đến phóng xạ tự nhiên trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây
dựng.


-4-

Chương 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Vài nét về hiện tượng phóng xạ
Phóng xạ là một hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ thuở khai thiên lập địa,
nhưng đã bị bỏ quên cho đến năm 1896 khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện các
bức xạ từ muối của uranium. Sau đó, năm 1899 Pierre và Marrie Curie tìm ra hai
chất phóng xạ mới là polonium và radium. Năm 1934, Frederic Jiolot và Iren Curie
tạo ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo của phospho và nitrogen. Phát minh này đã mở
ra một kỷ nguyên của phóng xạ nhân tạo.
Theo định nghĩa [5], phóng xạ là biến đổi tự xảy ra của hạt nhân nguyên tử,
đưa đến sự thay đổi trạng thái hoặc bậc số nguyên tử hoặc số khối của hạt nhân. Khi
chỉ có sự thay đổi trạng thái xảy ra, hạt nhân sẽ phát ra tia gamma mà không biến
đổi thành hạt nhân khác; khi bậc số nguyên tử thay đổi sẽ biến hạt nhân này thành

hạt nhân của nguyên tử khác; khi chỉ có số khối thay đổi, hạt nhân sẽ biến thành
đồng vị khác của nó.
Các công trình nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng phóng xạ đã xác
nhận sản phẩm phân rã phóng xạ của hạt nhân gồm:
+ Tia alpha: là chùm các hạt tích điện dương, bị lệch trong điện trường và
từ trường, dễ bị các lớp vật chất mỏng hấp thụ. Về bản chất, tia alpha là chùm các
hạt nhân của nguyên tử helium ( 42 He ).
+ Tia beta: cũng bị lệch trong điện trường và từ trường, có khả năng xuyên
sâu hơn tia alpha. Về bản chất, tia beta là các electron (   ) và các positron (   ).
+ Tia gamma: không chịu tác dụng của điện trường và từ trường, có khả
năng xuyên sâu vào vật chất. Về bản chất, tia gamma là các photon có năng lượng
cao.


-5+ Neutron: 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.

1.2. Nguồn gốc phóng xạ
Mọi người và mọi vật đều cấu tạo từ nguyên tử. Một người lớn trung bình
là tập hợp của khoảng 4.1027 nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho và các
nguyên tố khác. Khối lượng nguyên tử tập trung ở phần hạt nhân nguyên tử mà độ
lớn của nó chỉ bằng một phần tỉ của nguyên tử. Xung quanh hạt nhân hầu như là
khoảng trống, ngoại trừ những phần tử rất nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh
hạt nhân được gọi là electron. Các electron quyết định tính chất hoá học của một
chất nhất định. Nó không liên quan gì với hoạt độ phóng xạ. Hoạt độ phóng xạ chỉ
phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân. Một nguyên tố được xác định bởi số lượng proton
trong hạt nhân. Hydro có 1 proton, heli có 2, liti có 3, berili có 4, bo có 5 và cacbon
có 6 proton. Số lượng proton nhiều hơn thì hạt nhân nặng hơn. Thori có 90 proton,
protatini có 91 và urani có 92 proton được xem là những nguyên tố siêu urani. Số
lượng các neutron quyết định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay không. Để các

hạt nhân ổn định, số lượng neutron trong hầu hết mọi trường hợp đều phải lớn hơn
số lượng proton một ít. Ở các hạt nhân ổn định proton và neutron liên kết với nhau
bởi lực hút rất mạnh của hạt nhân mà không phần tử nào thoát ra ngoài. Trong
trường hợp như vậy, hạt nhân sẽ tồn tại bền vững. Tuy nhiên, mọi việc sẽ khác đi
nếu số lượng neutron vượt khỏi mức cân bằng. Trong trường hợp này, hạt nhân sẽ
có năng lượng dư và đơn giản là sẽ không liên kết được với nhau. Sớm hay muộn
nó cũng phải xả phần năng lượng dư thừa đó. Hạt nhân khác nhau thì việc giải thoát
năng lượng dư cũng khác nhau, dưới dạng các sóng điện từ và các loại hạt khác: ,
, n, p. Năng lượng đó được gọi là bức xạ.


-6Z
100

Sp=0
Z=N

80

60

Các hạt nhân
+
phóng xạ 
Sn=0
Các hạt nhân bền

40

-

Các hạt nhân phóng xạ 

20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

N

Hình 1.1. [6] Giản đồ Z-N phân biệt các hạt nhân bền và khơng bền.
Mặt phẳng (Z,N) chứa tất cả các hạt nhân bền đối với phân rã nucleon, giới
hạn bởi các đường cong Sp = 0 và Sn = 0 (Sp và Sn là các năng lượng tách proton và
neutron ra khỏi hạt nhân). Dải hẹp gạch ca rơ gồm các hạt nhân bền đối với phân rã
 . Vùng gạch chéo phía trên gồm các hạt nhân phân rã   còn vùng gạch chéo

phía dưới gồm các hạt nhân phân rã  
Q trình mà ngun tử khơng bền giải thốt năng lượng dư của nó gọi là
sự phân rã phóng xạ. Tính phóng xạ phụ thuộc vào hai nhân tố: thứ nhất là tính
khơng bền vững của hạt nhân do tỉ số N/Z q cao hoặc q thấp so với đường cong
trên hình 1.1 và thứ hai là quan hệ khối lượng giữa hạt nhân mẹ (hạt nhân trước
phân rã), hạt nhân con (hạt nhân sau phân rã) và hạt được phát ra. Tính phóng xạ
khơng phụ thuộc vào các tính chất hố học và vật lý của hạt nhân đồng vị và vì vậy
khơng thể thay đổi bằng bất cứ cách gì. Hạt nhân nhẹ, với ít proton và neutron trở
nên ổn định sau một lần phân rã. Khi một nhân nặng như radi hay urani phân rã,
những hạt nhân mới được tạo ra có thể vẫn khơng ổn định, mà giai đoạn ổn định
cuối cùng chỉ đạt được sau một số lần phân rã.
Ví dụ: urani 238 có 92 proton và 146 neutron ln mất đi 2 proton và 2
neutron khi phân rã. Số lượng proton còn lại sau một lần urani phân rã là 90, nhưng


-7hạt nhân có số lượng proton 90 lại là thori, vì vậy urani 238 sau một lần phân rã sẽ
làm sinh ra thori 234 cũng không ổn định và sẽ trở thành protactini sau một lần
phân rã nữa. Hạt nhân ổn định cuối cùng là chì chỉ được sinh ra sau lần phân rã thứ
14. Quá trình phân rã này xảy ra đối với nhiều hạt nhân phóng xạ có ở trong môi
trường.
Hoạt độ phóng xạ chỉ khả năng phát ra bức xạ của một chất. Hoạt độ không
có nghĩa là cường độ của bức xạ được phát ra hay những rủi ro có thể xảy ra đối với
sức khoẻ con người. Nó được quy định bằng đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), phỏng
theo tên một nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel. Hoạt độ phóng xạ (a) của một
tập hợp các hạt nhân phóng xạ được tính bởi số các phân rã trong nó trong một đơn
vị thời gian theo công thức sau a  

dN
, trong đó N là số hạt nhân chưa bị phân rã

dt

N = N0. Như vậy, a   N   N 0e  t ,  là hằng số phân rã có giá trị xác định đối với
mỗi đồng vị phóng xạ.
Nếu số lượng phân rã là 1/1 giây, hoạt độ của chất đó được tính là 1 Bq.
Hoạt độ không liên quan gì đến kích thước hay khối lượng của một chất. Nếu số
lượng phân rã xảy ra ở một lượng nhỏ của một chất là 1000/1 giây, hoạt độ của chất
đó lớn hơn 100 lần so với một số lượng lớn chất chỉ có 10 phân rã xảy ra trong 1
giây.
Tốc độ phân rã được mô tả bằng chu kỳ bán rã, đó là thời gian mà 1/2 số
hạt nhân không bền của một chất nào đó phân rã. Chu kỳ bán rã là đơn nhất và
không thay đổi cho từng hạt nhân phóng xạ và có thể là từ một phần giây đến hàng
tỷ năm. Chu kỳ bán rã của radon Rn – 219 là 4 giây, của Rn - 220 là 55 giây, của Rn
– 222 là 3,5 ngày, của sulfua S-38 là 2 giờ 52 phút, của radi Ra-223 là 11,43 ngày,
và cacbon C-14 là 5.730 năm. Trong các chu kỳ bán rã liên tiếp, hoạt độ chất phóng
xạ giảm bởi phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ ban đầu theo công thức
sau N =

N0
. Điều đó cho phép tính hoạt độ còn lại của bất cứ chất nào tại một thời
2n

điểm bất kỳ trong tương lai.


-8Bức xạ có khắp nơi trong môi trường: trong đất, nước, không khí, thực
phẩm, vật liệu xây dựng, kể cả con người - một sản phẩm của môi trường. Hầu hết
các chất phóng xạ có đời sống dài đều sinh ra trước khi có trái đất, vì vậy một lượng
phóng xạ luôn tồn tại là điều bình thường không thể tránh khỏi. Trong thế kỷ vừa
qua, phông phóng xạ đã tăng lên không ngừng do các hoạt động như thử vũ khí hạt

nhân và phát điện hạt nhân. Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm,
thành phần của đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, và mức độ nào đấy nữa là điều
kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất, hướng gió… tất cả đều ảnh hưởng đến phông bức
xạ. Bức xạ được xem là tự nhiên hay nhân tạo là do nguồn gốc sinh ra của nó. Từ đó
nguồn phóng xạ được chia làm hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng
xạ nhân tạo. Nguồn phóng xạ tự nhiên là các chất đồng vị phóng xạ có mặt trên trái
đất, trong nước hay trong bầu khí quyển. Nguồn phóng xạ nhân tạo do con người
chế tạo bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc.
1.2.1. Các nguồn phóng xạ tự nhiên:
Nguồn phóng xạ tự nhiên gồm hai nhóm sau: nhóm thứ nhất là nhóm các
đồng vị phóng xạ nguyên thủy có từ khi tạo thành trái đất, vũ trụ. Nhóm thứ hai là
nhóm đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ - được tia vũ trụ tạo ra. Các đồng vị
phóng xạ tự nhiên gồm cỡ 70 đồng vị, trong đó quan trọng nhất là các đồng vị
92

U 235 ,

92

U 238 , 90Th 232 cùng các đồng vị con cháu trong các dãy phân rã của chúng

* Nhóm đồng vị phóng xạ nguyên thủy
Phông phóng xạ trên trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại cả trước và khi
trái đất được hình thành. Chúng có chu kỳ bán rã ít nhất khoảng vài triệu năm, gồm
có uranium, thorium và con cháu của chúng, cùng với một số nguyên tố phóng xạ
khác tạo thành bốn họ phóng xạ cơ bản: họ thorium Th232 (4n); họ uranium U238
(4n+2); họ actinium U235 (4n+3) và họ phóng xạ nhân tạo neptunium Np241 (4n+1).
Các đặc điểm của 3 họ phóng xạ tự nhiên:
- Thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu với thời gian bán rã rất
lớn và thường được dùng để định tuổi địa chất.

-9- Mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ đây là một trong
các lý do chính gây nên phông phóng xạ của môi trường. Chúng là các đồng vị khác
nhau của nguyên tố radon: trong họ uranium là 86Rn222 (radon), trong họ thorium là
86Rn

220

(thoron), trong họ actinium là 86Rn219 (actinon). Trong họ phóng xạ nhân tạo

neptunium không có thành viên khí phóng xạ.
- Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ tự nhiên đều là chì: Pb206
trong họ uranium, Pb207 trong họ actinium và Pb208 trong họ thorium. Trong họ
phóng xạ nhân tạo neptunium, thành viên cuối cùng là Bi209.

Hình 1.2. Họ thorium (4n)

Hình 1.3. Họ actinium (4n+3)


- 10 -

Hình 1.4. Họ uranium (4n+2)
Ngoài các đồng vị phóng xạ trong 4 họ phóng xạ cơ bản trên, trong tự nhiên
còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp. Các đồng vị phóng xạ
quan trọng nhất được dẫn ra trong bảng 1.1.
Một trong các đồng vị phóng xạ tự nhiên là K40, rất phổ biến trong môi
trường (hàm lượng K trong đất đá là 27g/kg và trong đại dương ~ 380 mg/lít), trong
thực vật, động vật và cơ thể người (hàm lượng K trung bình trong cơ thể người

khoảng 1,7g/kg).
Bảng 1.1. [11] Đặc trưng của 40K và các nhân chính của 3 họ phóng xạ.
Nhân

Chu kỳ bán hủy

Hàm lượng/ Hoạt độ tự nhiên

235

7,04 x 108 năm

0,72% uran tự nhiên.

238

4,47 x 109 năm

99,2745% uran tự nhiên, 0,5-0,7 ppm uran trong đá.

232

1,41 x 1010 năm

1,6-20 ppm trong đá vôi, trung bình 10,7 ppm.

226

1,6 x 103 năm

16 Bq/kg trong đá vôi, 48 Bq/kg trong đá nóng chảy.

222

3,82 ngày

0,6 – 28 Bq/m3 trong không khí.

40

1,28 x 1010 năm

Đất: 37-1000 Bq/kg.

U
U
Th
Ra
Rn

K


- 11 * Nhóm các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ:
Đồng vị phóng xạ tự nhiên quan trọng khác là C14 với chu kỳ bán rã 5600
năm. C14 là kết quả của biến đổi hạt nhân do các tia vũ trụ bắn phá hạt nhân N14.
Trước khi xuất hiện bom hạt nhân, hàm lượng tổng cộng của C14 trong khí quyển
khoảng 1,5.1011MBq, trong thực vật khoảng 4,8.1011 MBq, trong đại dương khoảng
9.1012 MBq. Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể hàm lượng C14. Cho
đến năm 1960, tất cả các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân đã thải ra khí quyển khoảng

1,1.1011 MBq. Cacbon phóng xạ tồn tại trong khí quyển dưới dạng khí CO2, đi vào
cơ thể động vật qua quá trình hô hấp và vào thực vật qua quá trình quang hợp nên
được sử dụng để đánh giá tuổi các mẫu khảo cổ vật liệu hữu cơ thông qua các số
liệu hoạt độ riêng C14 của chúng.
Các đồng vị phóng xạ được tạo thành từ tia vũ trụ:
Bức xạ vũ trụ lan khắp không gian, chúng tồn tại chủ yếu ngoài hệ mặt trời
của chúng ta. Bức xạ có nhiều dạng, từ những hạt nặng có vận tốc rất lớn đến các
photon năng lượng cao và các hạt muyon ( ). Tầng trên của khí quyển trái đất tác
dụng với nhiều loại tia vũ trụ và làm sinh ra các nhân phóng xạ. Phần lớn các nhân
phóng xạ này có thời gian bán rã ngắn hơn các nhân phóng xạ tự nhiên có trên trái
đất. Bảng 1.2 trình bày các nhân phóng xạ chính có nguồn gốc từ vũ trụ.
Bảng1.2. [11] Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc vũ trụ
Nhân T1/2

Nguồn

Hoạt độ

14

C

5730 năm

Ttvt 14N(n,p)14C

220 Bq/kg trong vật liệu hữu cơ

3

H

12,3 năm

Ttvt N và O 6Li(n,  )3H 1,2 x 10-3 Bq/kg

7

53,28 ngày

Ttvt với N và O

Be

0,01 Bq/kg

Ttvt: Tương tác vũ trụ
Các nhân phóng xạ vũ trụ khác là Be10, Al26, Cl36, Kr80, C14, Si32, Ar39, Na22,
S35, Ar37, P32, P33, Mg38, Na24, S38, F18, Cl38, Cl34m.


- 12 Bức xạ vũ trụ:
Cùng với các nhân phóng xạ tạo nên khi tia vũ trụ tương tác với lớp khí
quyển, bản thân các tia vũ trụ cũng góp phần vào tổng liều hấp thụ của con người.
Bức xạ vũ trụ được chia làm hai loại là bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp.
Bức xạ vũ trụ sơ cấp được tạo nên bởi các hạt có năng lượng cực kỳ cao
(lên đến 108 eV), đa phần là proton cùng với một số hạt khác nặng hơn. Phần lớn
các tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta và chúng cũng đã
được tìm thấy trong không gian vũ trụ. Một số ít bắt nguồn từ mặt trời do quá trình
cháy sáng của mặt trời.

Một số nhỏ bức xạ vũ trụ sơ cấp xuyên xuống bề mặt trái đất còn phần lớn
chúng tương tác với khí quyển. Khi tương tác với khí quyển, chúng sinh ra các bức
xạ vũ trụ thứ cấp hoặc ánh sáng mà ta có thể nhìn thấy trên mặt đất. Những phản
ứng này làm sinh ra các bức xạ có năng lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành
các photon ánh sáng, các electron, các neutron và các hạt muyon rơi xuống mặt đất.
Lớp khí quyển và từ trường trái đất có tác dụng như một lớp vỏ bọc che
chắn các tia vũ trụ, làm giảm số lượng của chúng có thể đến được bề mặt của trái
đất. Như vậy, liều bức xạ con người nhận được sẽ phụ thuộc vào độ cao mà người
ấy đang ở: từ bức xạ vũ trụ, hàng năm con người có thể nhận một liều cỡ 0,27 mSv
và sẽ tăng lên gấp đôi nếu độ cao tăng 2000 m.
Suất liều điển hình của bức xạ vũ trụ như sau: 0,04 µGy/h trên bề mặt trái
đất, 0,2µGy/h ở độ cao 5000m và 3 µGy/h ở độ cao 20000 m.
Lượng bức xạ vũ trụ trên mặt biển chỉ giảm 10% từ vùng cực tới xích đạo
nhưng tại độ cao khoảng 20000 m thì mức giảm này là 75%. Rõ ràng là có sự ảnh
hưởng từ địa từ trường của trái đất và từ trường của mặt trời lên các bức xạ vũ trụ
sơ cấp.
1.2.2. Các nguồn phóng xạ nhân tạo
Những hoạt động của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ được tìm
thấy trong môi trường và cơ thể trong hơn 100 năm trở lại đây và qua đó bổ sung


- 13 vào nguồn phóng xạ tự nhiên những sản phẩm của con người. Chúng chỉ là một
lượng rất nhỏ so với lượng phóng xạ có sẵn trong tự nhiên. Vì chu kỳ bán rã của
chúng ngắn nên hoạt độ của chúng đã giảm đáng kể từ khi ngừng thử vũ khí hạt
nhân trên trái đất. Một số chất đã được thải vào khí quyển do các vụ thử vũ khí hạt
nhân và phần nhỏ hơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân. Những giới hạn phát thải
được phép đối với nhà máy điện hạt nhân bảo đảm chúng không gây tác hại gì. Hầu
hết các chất phóng xạ sinh ra từ phân hạch hạt nhân nằm trong chất thải phóng xạ
và được lưu giữ cách biệt với môi trường. Có khoảng 2000 đồng vị phóng xạ nhân
tạo trong đó:

Vũ khí hạt nhân
Rơi lắng từ các vụ thử vũ khí hạt nhân là nguồn phóng xạ nhân tạo lớn nhất
trong môi trường. Dấu hiệu của bom hạt nhân là các sản phẩm phân hạch của

235

U

và 239Pu. Dấu hiệu của phản ứng nhiệt hạch là triti đi kèm các phản ứng phân hạch
thứ cấp khi neutron nhanh tương tác với

238

U ở lớp vỏ bọc ngoài. Các đồng vị

phóng xạ khác cũng được tạo ra do kết quả của việc bắt neutron với các vật liệu làm
bom và không khí xung quanh. Một trong những sản phẩm quan trọng nhất là 14C
được tạo ra do phản ứng 14N (n,p) 14C làm cho hàm lượng 14C trong khí quyển tăng
gấp đôi vào giữa những năm 1960.
Từ khí quyển, các đồng vị phóng xạ sẽ lắng đọng trên địa cầu dưới dạng rơi
lắng tại chỗ (12%), nằm trên tầng đối lưu (10%) và tầng bình lưu (78%). Rơi lắng ở
tầng bình lưu là rơi lắng toàn cầu và sẽ gây nhiễm bẩn toàn cầu với hoạt độ thấp.
Trong khi hầu hết các đồng vị phóng xạ nằm trên bề mặt trái đất thì 3H và 14C đi
vào các chu trình khí quyển, thủy quyển và sinh quyển toàn cầu. Tổng lượng phóng
xạ đã đưa vào khí quyển qua các vụ thử vũ khí hạt nhân là 3.107 Sv/người với 70%
là 14C; các đồng vị khác 137Cs, 90Sr, 95Zr và 106Ru chiếm phần còn lại.
Điện hạt nhân
Chương trình hạt nhân dân sự bắt đầu từ lò phản ứng Calder Hall tây bắc
nước Anh năm 1956. Số các lò phản ứng hạt nhân tăng nhanh, cho đến cuối năm

- 14 2002, theo thống kê của IAEA, điện hạt nhân đã chiếm 16% sản lượng điện toàn thế
giới và đang có chiều hướng gia tăng. Các đồng vị phóng xạ thải vào môi trường
đều từ các chu trình nhiên liệu hạt nhân như khai thác mỏ, nghiền uran, sản xuất và
tái chế các thanh nhiên liệu. Việc thải các chất phóng xạ từ các nhà máy điện có thể
lên đến cỡ TBq/năm hoặc nhỏ hơn. Suất liều đối với các nhóm dân tiêu chuẩn có
bậc cỡ  Sv / năm.
Tai nạn hạt nhân
Khoảng 150 tai nạn lớn nhỏ của ngành hạt nhân đã xảy ra, lớn nhất là tai
nạn Chernobyl, Ucraina 1986 gây nên sự nhiễm bẩn phóng xạ bởi các chất thải rắn
và lỏng là hỗn hợp các hợp chất hóa học và các đồng vị phóng xạ.
Ngoài ra, một số nhân phóng xạ nhân tạo còn được tạo thành từ các khu
chứa chất thải phóng xạ, các chất thải rắn hay đồng vị phóng xạ nhân tạo đánh dấu.

1.3. Ảnh hưởng của các loại bức xạ đến con người
Bức xạ sinh ra dưới nhiều hình thức, các dạng quan trọng nhất là các dạng
có thể xuyên qua vật chất và làm cho nó bị điện tích hóa hay ion hóa ảnh hưởng đến
sức khỏe con người. Nếu bức xạ ion hóa thấm vào các mô sống, các ion 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 hóa, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và
neutron, đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ.
1.3.1. Bức xạ alpha
Hạt alpha là hạt nhân 2He4. Phân rã alpha xảy ra khi hạt nhân phóng xạ có tỉ
số N/Z quá thấp. Bức xạ alpha được phát ra bởi các nguyên tử của các nguyên tố
nặng như uran, radi, radon và plutoni.
Hạt alpha phát ra với năng lượng cố định. Hình 1.5 trình bày quá trình phân
rã

88


222
Ra 226 

 2 He 4 , gồm hai nhánh phát alpha: nhánh thứ nhất với hạt
86 Rn

alpha năng lượng 4,591 MeV và nhánh thứ hai với hạt alpha năng lượng 4,777


- 15 MeV. Hạt nhân Rn222 sau phân rã theo nhánh thứ nhất nằm ở trạng thái kích thích
và tiếp tục phân rã gamma để chuyển về trạng thái cơ bản. Hạt nhân Rn222 sau phân
rã theo nhánh thứ hai nằm ở trạng thái cơ bản.

Ra226
 4,591 MeV
5.7%
 4,777 MeV
94,3%
 0,186 MeV
(35% -)

Hình 1.5. Sơ đồ phân rã

Rn222

226
88Ra






222
86Rn

+ 2He4

Hạt alpha bị hấp thụ rất mạnh khi đi qua vật chất, do đó quãng đường đi của
nó rất ngắn. Lớp da chết ở mặt da đủ dày để hấp thụ tất cả bức xạ alpha từ một
nguồn phóng xạ. Kết quả là, bức xạ alpha từ nguồn bên ngoài chiếu vào cơ thể
không gây nên nguy hiểm. Tuy nhiên, khi hạt nhân phóng xạ alpha lọt vào trong cơ
thể qua đường tiêu hoá hoặc hô hấp, không bị cản lại bởi lớp da chết, năng lượng
bức xạ alpha sẽ truyền cho các tế bào cơ thể. Ví dụ trong phổi, nó có thể tạo ra liều
chiếu trong đối với các mô nhạy cảm, mà các mô này thì không có lớp bảo vệ bên
ngoài giống như da. Vì vậy, các đồng vị phóng xạ alpha rất độc khi chúng có mặt
bên trong cơ thể.


- 16 -

Hình 1.6. Các con đường bức xạ và chất phóng xạ đi vào cơ thể.