Nghiên cứu xác định liều chiếu dân chúng do phóng xạ tự nhiên ở khu vực hà nội (phần hà nội mở rộng

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

DƢƠNG ĐỨC THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU DÂN CHÚNG DO
PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Ở KHU VỰC HÀ NỘI (PHẦN HÀ
NỘI MỞ RỘNG)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


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

DƢƠNG ĐỨC THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU DÂN CHÚNG DO
PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Ở KHU VỰC HÀ NỘI (PHẦN HÀ
NỘI MỞ RỘNG)

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRỊNH VĂN GIÁP

Hà Nội – 2015

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất
đến thầy TS. Trịnh Văn Giáp đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ dạy và giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn KS. Nguyễn Quang Long – Viện Khoa Học và
Kỹ Thuật Hạt Nhân đã chỉ dạy, tạo điều kiện và cho phép sử dụng số liệu của
đề tài: “Thiết lập cơ sở dữ liệu phông phóng xạ môi trƣờng Hà Nội (phần Hà
Nội mở rộng) và hoàn thiện bản đồ kỹ thuật số về phông phóng xạ môi trƣờng
Hà Nội tỷ lệ : 1:100.000”.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cán bộ Trung Tâm Quan
Trắc Phóng Xạ và Đánh Giá Tác Động Môi Trƣờng – Viện Khoa Học và
Kỹ Thuật Hạt Nhân – Viện Năng Lƣợng Nguyên Tử Việt Nam đã giúp đỡ
và tạo điều kiện tốt nhất, giúp em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Vật Lý trƣờng Đại
học Khoa học Tự nhiên đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt 2 năm học
vừa qua. Với vốn kiến thức mà em đƣợc tiếp thu trong quá trình học tập sẽ là
hành trang quý báu để em có thể hoàn thành tốt công việc sau này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân và bạn bè,
những ngƣời đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện về vật chất và tinh
thần cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
Hà Nội, ngày tháng

năm 2015

Học viên

Dƣơng Đức Thắng

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ........................................... vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊNError!

Bookmark

not defined.
1.1. Phóng xạ trong đất đá(2, 3) ..................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Các họ phóng xạ(2, 3) ...................... Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Cân bằng và mất cân bằng phóng xạ(2, 3)Error!

Bookmark

not

defined.
1.2. Phóng xạ do tia vũ trụ(2, 3) ..................... Error! Bookmark not defined.
1.3. Phơi nhiễm do phóng xạ tự nhiên(2, 3)... Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Phơi nhiễm do chiếu ngoài từ phóng xạ tự nhiên trong đất đá(2, 3)
................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Phơi nhiễm do chiếu ngoài từ tia vũ trụ(2, 3)Error! Bookmark not
defined.

1.3.3. Phơi nhiễm do chiếu trong từ các nguồn phóng xạ tự nhiên(2,

3)

................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.4. Một số đại lƣợng đo liều trong an toàn bức xạ(4) Error! Bookmark not
defined.
1.4.1. Liều chiếu(4) ................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.2. Liều hấp thụ(4)................................ Error! Bookmark not defined.
1.4.3. Liều tƣơng đƣơng(4) ....................... Error! Bookmark not defined.
1.4.4. Liều hiệu dụng(4)............................ Error! Bookmark not defined.

ii


1.5. Tƣơng tác của bức xạ gamma với vật chất(5, 6) .... Error! Bookmark not
defined.
1.5.1. Hiệu ứng quang diện(5, 6) ............... Error! Bookmark not defined.
1.5.2. Hiệu ứng Compton(5, 6) .................. Error! Bookmark not defined.
1.5.3. Hiệu ứng tạo cặp(5, 6) ...................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....... Error!
Bookmark not defined.
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu........ Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu ................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu....................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Mục đích nghiên cứu ............................ Error! Bookmark not defined.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................... Error! Bookmark not defined.
2.4. Phƣơng pháp đo gamma hiện trƣờng ... Error! Bookmark not defined.
2.4.1. Thiết bị sử dụng ............................ Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Phƣơng pháp hàm G(E) ................ Error! Bookmark not defined.

2.4.3. Phƣơng pháp diện tích đỉnh .......... Error! Bookmark not defined.
2.5. Phƣơng pháp đo gamma trong phòng thí nghiệm ..... Error! Bookmark
not defined.
2.5.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGeError!

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
2.5.2. Tính suất liều từ hoạt độ của mẫu đấtError!
defined.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ............. Error!
Bookmark not defined.
3.1. Xác định các hệ số chuyển đổi cho detector NaI(Tl) Error! Bookmark
not defined.

iii


3.2. Kết quả đo gamma hiện trƣờng sử dụng phƣơng pháp hàm G(E) Error!
Bookmark not defined.
3.2. Kết quả đo gamma hiện trƣờng sử dụng phƣơng pháp diện tích đỉnh
..................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. So sánh phƣơng pháp phổ gamma hiện trƣờng và phòng thí nghiệm
..................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.3.1. So sánh hoạt độ phóng xạ ............. Error! Bookmark not defined.
3.3.2. So sánh suất liều hấp thụ của bức xạ gammaError!

Bookmark

not defined.
3.3. Đánh giá suất liều ................................. Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 3
PHỤ LỤC ........................................................ Error! Bookmark not defined.
Phụ lục 1: Hoạt độ riêng của các nhân phóng xạ tính bằng phƣơng pháp
diện tích đỉnh ............................................... Error! Bookmark not defined.
Phụ lục 2: Hoạt độ riêng của các nhân phóng xạ phân tích trong phòng thí
nghiệm ......................................................... Error! Bookmark not defined.
Phụ lục 3: Suất liều gamma môi trƣờng (nGy/h) ....... Error! Bookmark not
defined.
Phụ Lục 4: Suất liều tính theo phƣơng pháp hàm G(E) ... Error! Bookmark
not defined.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Thành phần phông phóng xạ tự nhiên và liều hiệu dụng trung bình
năm lên cơ thể sống từ các thành phần phóng xạ tự nhiên trên thế giới.. Error!
Bookmark not defined.

iv


Bảng 1. 2: Trọng số bức xạ WR đối với một số loại bức xạError! Bookmark
not defined.
Bảng 1. 3: Trọng số mô đối với các bộ phận chính trong cơ thể ............. Error!

Bookmark not defined.

Bảng 2. 1: Các hệ số của hàm G(E) ................ Error! Bookmark not defined.

Bảng 3. 1: Nguồn chuẩn .................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 2: Đáp ứng góc của detector với nguồn 137CsError! Bookmark not
defined.
Bảng 3. 3: Hiệu suất ghi N0/φ của detector ..... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 4: Hiệu suất ghi N0/φ đối với các nhân phóng xạ tự nhiên......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 5: Hệ số φ/A và φ/I của detector........ Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 6: Các hệ số chuyển đổi đối với phóng xạ tự nhiênError! Bookmark
not defined.
Bảng 3. 7: Kênh trung tâm và năng lƣợng của 40K, 214Bi và 208Tl ........... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 8: Kết quả hoạt độ và suất liều của phóng xạ tự nhiên tính theo
phƣơng pháp diện tích đỉnh ............................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 9: Hoạt độ các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong mẫu đất .......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3. 10: Suất liều (nGy/h) thu đƣợc từ các phƣơng pháp khác nhau. Error!
Bookmark not defined.

v


vi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Sơ đồ phân rã của ba họ phóng xạ 238U, 232Th và 235U ........... Error!

Bookmark not defined.
Hình 1. 2: Sự suy giảm của chùm gamma khi đi qua vật chất................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 1. 3: Hiệu ứng quang điện ...................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 4: Tán xạ Compton ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 5: Hiệu ứng tạo cặp ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 6: Độ quan trọng tƣơng đối của ba hiệu ứng phụ thuộc vào năng
lƣợng và điện tích z của chất hấp thụ. ............. Error! Bookmark not defined.

Hình 2. 1: Sơ đồ phƣơng pháp nghiên cứu ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 2: Hệ phổ kế gamma hiện trƣờng....... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 3: Phổ gamma hiện trƣờng ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 4: Máy đo liều sách tay TCS-171 ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 5: Hàm G(E) của các loại detector NaI(Tl)Error!

Bookmark

not

defined.
Hình 2. 6: Hệ detector HPGe và buồng chì..... Error! Bookmark not defined.

Hình 3. 1: Đo đáp ứng góc Nf/N0 của detector Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 2: Đáp ứng góc tƣơng đối của detector với nguồn 137Cs ............ Error!
Bookmark not defined.

vii


Hình 3. 3: Xác định hiệu suất ghi của detector N0/φError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3. 4: Mối liên hệ giữa năng lƣợng tia gamma và N0/φError! Bookmark
not defined.
Hình 3. 5: Phổ gamma hiện trƣờng đo tại thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì
......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 6: Đỉnh quang điện của 40K ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 7: Đỉnh quang điện của 214Bi .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 8: Đỉnh quang điện của 208Tl .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 9: Mối liên hệ giữa kênh và năng lƣợngError!

Bookmark

not

defined.
Hình 3. 10: Suất liều tính theo phƣơng pháp hàm G(E)Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 11: Xác định diện tích đỉnh ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 12: Sự tƣơng quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 40K tại hiện
trƣờng và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm.Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 13: Sự tƣơng quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 238U tại hiện
trƣờng và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm.Error! Bookmark not
defined.
Hình 3. 14: Sự tƣơng quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của

hiện trƣờng và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm.Error!
not defined.

viii

232

Th tại

Bookmark


Hình 3. 15: So sánh mối tƣơng quan của suất liều tính bằng 2 phƣơng pháp
diện tích đỉnh và PTN ..................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 16: So sánh mối tƣơng quan của suất liều tính bằng 2 phƣơng pháp
hàm G(E) và phƣơng pháp tính trong PTN. .... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 17: Phân bố suất liều tính từ các phƣơng pháp khác nhau .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3. 18: Bản đồ phân bố và sự đóng góp của các đồng vị vào suất liều tính
từ phƣơng pháp diện tích đỉnh. ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3. 19: Bản đồ phân bố và sự đóng góp của các đồng vị vào suất liều tính
từ phƣơng pháp đo mẫu đất trong PTN........... Error! Bookmark not defined.

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
Chữ cái viết tắt
IAEA
ICRU

ICRP
EML
JAERI

Cụm từ đầy đủ
(International Atomic Energy Agency)
Cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế
(International Commission on Radiation Units and
Measurements)
Ủy ban quốc tế về đơn vị và đo lƣờng bức xạ
(International Commission on Radiological Protection)
Ủy ban quốc tế về bảo vệ phóng xạ
(Environmental Measurements Laboratory)
Phòng thí nghiệm đo môi trƣờng
(Japan Atomic Energy Research Institute)
Viện nghiên cứu năng lƣợng nguyên tử Nhật Bản

PTN

Phòng Thí Nghiệm

HPGe

(High-purity Germanium Detectors)
Detector Germani siêu tinh khiết

x


MỞ ĐẦU

Để xác định liều dân chúng do các đồng vị phóng xạ tự nhiên gây ra,
phƣơng pháp phổ biến và chính xác nhất là lấy mẫu và phân tích trong phóng
thí nghiệm. Ở nƣớc ta một số tác giả nhƣ Ngô Quang Huy, Phạm Duy Hiển,
Nguyễn Hào Quang(15), Trịnh Văn Giáp(1)…đã sử dụng phƣơng pháp này để
đánh giá liều dân chúng khá chi tiết ở một số tỉnh và trên phạm vi toàn quốc.
Cùng với phƣơng pháp trên, phƣơng pháp đo phổ gamma hiện trƣờng
cũng là phƣơng pháp hiệu quả để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ
trong môi trƣờng. Phƣơng pháp này đã đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới sử dụng
để phân tích phóng xạ môi trƣờng từ những năm 1980(5). IAEA và ICRU đã
đề suất phƣơng pháp này để xác định nhanh hoạt độ của các đồng vị phóng xạ
trong môi trƣờng nói chung và cả trong trƣờng hợp khi xảy ra sự cố(9, 17).
Tuy nhiên hiện nay phƣơng pháp đo phổ gamma hiện trƣờng vẫn chƣa
đƣợc áp dụng rộng rãi ở Việt Nam. Với hƣớng nghiên cứu sử dụng phƣơng
pháp đo phổ gamma hiện trƣờng để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng
xạ và suất liều gamma trong môi trƣờng phục vụ cho việc khảo sát và quan
trắc phóng xạ môi trƣờng, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định liều
chiếu dân chúng do phóng xạ tự nhiên ở khu vực hà nội (phần Hà Nội mở
rộng)”. Với mục đích:
- Nghiên cứu việc sử dụng phổ kế gamma hiện trƣờng sử dụng detector
NaI(Tl) hình trụ kích thƣớc 3”Φ3” để xác định hoạt độ của các nhân phóng xạ
trong đất và suất liều gamma ở độ cao 1 mét so với mặt đất.
- Đánh giá suất liều do các nhân phóng xạ gây ra và khả năng ảnh
hƣởng của chúng đối với con ngƣời.
Luận văn đƣợc chia thành 3 chƣơng với các nội dung nhƣ sau:

1


Chƣơng 1: Tổng quan, trình bày tổng quan về phóng xạ tự nhiên và
nguồn gốc của phóng xạ tự nhiên trong môi trƣờng.

Chƣơng 2: Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu. Chƣơng này tập
chung vào cơ sở lý thuyết và xây dựng hai phƣơng pháp đo phổ gamma hiện
trƣờng là: Phƣơng pháp hàm G(E) và phƣơng pháp diện tích đỉnh.
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận. Chƣơng này so sánh các kết quả đo
hoạt độ phóng xạ và suất liều gamma môi trƣờng của phƣơng pháp phổ kế
gamma hiện trƣờng với phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí
nghiệm. Từ đó chỉ ra ƣu điểm của phƣơng pháp đo phổ gamma hiện trƣờng.

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1.

Trịnh Văn Giáp (2012), Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp bộ “Điều tra khảo
sát để xây dựng cơ sở dữ liệu phông phóng xạ môi trường trên lãnh thổ đất
liền (giai đoạn 2009-2011)”.

2.

Phạm Duy Hiển (2014), “Phóng xạ trong môi trường và các nguồn phát
thải”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

3.

Phạm Duy Hiển (2015), “An toàn điện hạt nhân”, Nhà xuất bản Khoa học
và Kỹ thuật.

4.

Ngô Quang Huy (2010), “An toàn bức xạ ion-hóa”, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật.

5.

Bùi Văn Loát (2009), “Địa vật lý hạt nhân”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật.

6.

Nguyễn Triệu Tú (2007), “Ghi nhận và đo lường bức xạ”, Nhà xuất bản
đại học Quốc Gia Hà Nội.

TIẾNG ANH
7.

Beck, H. L., De Campo, J. and Gogolak, C (1972). “In situ Ge(Li) and
NaI(Tl) Gamma-ray Spectrometry”, (Health and Safety Laboratory)
HASL-258.

8.

Beck, H. L., De Campo, J. and Gogolak, C (1964), “Spectrometric
Techniques for Measuring Environmental Gamma Radiation”, (Health
and Safety Laboratory) HASL-150.

9.

ICRU (1994), “Gamma-Ray Spectrometry in the Environment. ICRU

Report

53,

International

Commission

Measurements”, Bethesda, MD.

3

on

Radiation Units

and


10.

ICRP Publication 38 (1983), “Radionuclide Transformations - Energy and
Intensity of Emissions”. ICRP.

11.

Leif Lovborg and Peter Kirkegaard (1974), “Response of 3"x 3" NaI(Tl)
detectors to terrestrial gamma radiation”, Nuclear Instruments and
Methods, p. 239 – 251.

12.

Kohshi Chikasawa, Takao Ishii, Hideo Sugiyama (2001), “Terestrial
Gamma Radiation in Kochi Prefecture, Japan”, Journal of Health
Science, 47(4) 362-372.

13.

M. C. Losana, M. Magnoni and F. Righino ARPA Piemonte (2001),
“Comparison of Different Methods for the Assessment of the
Environmental Gamma Dose”, Radiation Protection Dosimetry Vol. 97,
No 4, pp. 333–336 (2001).

14.

Nanping WANG, Lei XIAO, Canping LI (2005), “Determination of
Radioactivity Level of

238

U,

232

Th and

40

K in Surface Medium in Zunhai

City by in-situ Gamma-ray Spectrometry”. Journal of NUCLEAR
SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol. 42, No. 10, p. 888-896.
15.

N. Q. Huy, P. D. Hien, N. H. Quang (2012), “Nature radioactivity and
external dose assessment of surface soild in Vietnam”, Radiation
Protection Dosimetry (2012), Vol. 151, No. 3, pp. 522 – 531.

16.

Nguyen Duc Tuan (2009), “Design and construction of portable multichannel analyser used with scintillation dectector for radiation
environmental measurement”, MEXT Technical Report.

17.

UNSCEAR (2000), “Sources and Effects of Ionizing Radiation. United
Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation”, Report
to the General Assembly, United Nations, New York.

4