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

L IC M

N

Để hoàn thành lu n văn nƠy, em xin bƠy t lòng bi t n sơu s c nh t
đ n th y TS. Tr nh Văn Giáp đư t n tình h

ng d n, ch d y vƠ giúp đ em

trong su t quá trình th c hi n lu n văn.
Xin chân thành c m n KS. Nguy n Quang Long ậ Vi n Khoa Học và
Kỹ Thu t H t σhơn đư ch d y, t o đi u ki n và cho phép s d ng s li u c a
đ tài: ắThi t l p c s d li u phông phóng x môi tr

ng Hà Nội (ph n Hà

Nội m rộng) và hoàn thi n b n đ kỹ thu t s v phông phóng x môi tr

ng

Hà Nội tỷ l : 1:100.000”.
Em xin g i l i c m n chơn thƠnh đ n các cán bộ Trung Tâm Quan
Tr c Phóng X vƠ Đánh Giá Tác Động Môi Tr
Kỹ Thu t H t Nhân ậ Vi n σăng L

ng ậ Vi n Khoa Học và

ng Nguyên T Vi t Nam đư giúp đ

và t o đi u ki n t t nh t, giúp em hoàn thành lu n văn nƠy.
Em xin chân thành c m n các th y, cô trong Khoa V t Lý tr

ng Đ i

học Khoa học T nhiên đư t n tình truy n đ t ki n th c trong su t β năm học
vừa qua. V i v n ki n th c mƠ em đ

c ti p thu trong quá trình học t p s lƠ

hƠnh trang quỦ báu để em có thể hoƠn thƠnh t t công vi c sau nƠy.
Cu i cùng em xin g i l i c m n đ n gia đình, ng
nh ng ng

i thơn vƠ b n bè,

i đư luôn động viên, giúp đ , t o mọi đi u ki n v v t ch t vƠ tinh

th n cho em trong su t th i gian học t p vƠ lƠm lu n văn.
HƠ σội, ngƠy tháng

năm β015

Học viên

D

i

ng Đ c Th ng

M CL C

L I C M σ .................................................................................................... i
DANH M C B NG ........................................................................................ iv
DANH M C HÌNH V ................................................................................... vi
DANH M C CÁC CH

VI T T T, KÝ HI U .......................................... viii

M Đ U ........................................................................................................... 1
Ch

ng 1: T NG QUAN V PHÓNG X T

NHIÊN ................................. 3

1.1. Phóng x trong đ t đá(2, 3) ....................................................................... 3
1.1.1. Các họ phóng x

(2, 3)

........................................................................ 3

1.1.2. Cân bằng và m t cân bằng phóng x
1.2. Phóng x do tia vũ tr

(2, 3)

(2, 3)

......................................... 5

....................................................................... 6

1.γ. Ph i nhi m do phóng x t nhiên(2, 3)..................................................... 7
1.γ.1. Ph i nhi m do chi u ngoài từ phóng x t nhiên trong đ t đá(2, 3) . 8
1.γ.β. Ph i nhi m do chi u ngoài từ tia vũ tr

(2, 3)

.................................... 9

1.γ.γ. Ph i nhi m do chi u trong từ các ngu n phóng x t nhiên(2, 3)..... 9
1.4. Một s đ i l

ng đo li u trong an toàn b c x

(4)

................................. 10

1.4.1. Li u chi u(4) ................................................................................... 10
1.4.2. Li u h p th
1.4.3. Li u t

(4)

ng đ

................................................................................ 11

ng(4) ....................................................................... 11

1.4.4. Li u hi u d ng(4)............................................................................ 13
1.5. T

ng tác c a b c x gamma v i v t ch t(5, 6) ..................................... 14

1.5.1. Hi u ng quang di n(5, 6) ............................................................... 15
1.5.2. Hi u ng Compton(5, 6) .................................................................. 17
1.5.3. Hi u ng t o cặp(5, 6) ...................................................................... 19
CH

σG β: Đ I T

β.1. Đ i t

σG VÀ PH

σG PHÁP σGHIÊσ C U .............. 21

ng và ph m vi nghiên c u........................................................ 21

ii


β.1.1. Đ i t

ng nghiên c u ................................................................... 21

2.1.2. Ph m vi nghiên c u....................................................................... 21

2.2. M c đích nghiên c u ............................................................................ 21
β.γ. Ph

ng pháp nghiên c u...................................................................... 21

β.4. Ph

ng pháp đo gamma hi n tr

ng ................................................... 22

2.4.1. Thi t b s d ng ............................................................................ 22
2.4.β. Ph

ng pháp hƠm G(E) ................................................................ 25

β.4.γ. Ph

ng pháp di n tích đ nh .......................................................... 28

β.5. Ph

ng pháp đo gamma trong phòng thí nghi m ................................ 29

2.5.1. H ph k gamma phông th p HPGe ............................................ 29
2.5.2. Tính su t li u từ ho t độ c a m u đ t ........................................... 30
CH

σG γ: K T QU TH C NGHI M VÀ TH O LU N .................... 31

γ.1. Xác đ nh các h s chuyển đ i cho detector NaI(Tl) ........................... 31
3.2. K t qu đo gamma hi n tr

ng ............................................................ 36

3.2.1. K t qu đo gamma hi n tr
3.2.2. K t qu đo gamma hi n tr

ng s d ng ph

ng pháp hƠm G(E) 36

ng s d ng ph

ng pháp di n tích

đ nh .......................................................................................................... 39
γ.γ. So sánh ph

ng pháp ph gamma hi n tr

ng và phòng thí nghi m . 41

γ.γ.1. So sánh ho t độ phóng x ............................................................. 41
γ.γ.β. So sánh su t li u h p th c a b c x gamma ................................ 44
γ.γ. Đánh giá su t li u ................................................................................. 47
K T LU N VÀ KI N NGH ......................................................................... 51
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................... 53
PH L C ........................................................................................................ 55
Ph l c 1: Ho t độ riêng c a các nhân phóng x tính bằng ph

ng pháp

di n tích đ nh ............................................................................................... 55

iii


Ph l c 2: Ho t độ riêng c a các nhân phóng x phân tích trong phòng thí
nghi m ......................................................................................................... 57
Ph l c 3: Su t li u gamma môi tr

ng (nGy/h) ........................................ 59

Ph L c 4: Su t li u tính theo ph

ng pháp hƠm G(E) .............................. 61

iv


DANH M C B NG
B ng 1. 1: Thành ph n phông phóng x t nhiên và li u hi u d ng trung bình
năm lên c thể s ng từ các thành ph n phóng x t nhiên trên th gi i........... 9
B ng 1. 2: Trọng s b c x WR đ i v i một s lo i b c x ............................ 12
B ng 1. 3: Trọng s mô đ i v i các bộ ph n chính trong c thể .................... 13

B ng 2. 1: Các h s c a hàm G(E) ................................................................ 27

B ng 3. 1: Ngu n chuẩn .................................................................................. 31

B ng γ. β: Đáp ng góc c a detector v i ngu n 137Cs.................................... 32
B ng 3. 3: Hi u su t ghi N0/φ c a detector ..................................................... 34
B ng 3. 4: Hi u su t ghi N0/φ đ i v i các nhân phóng x t nhiên................ 34
B ng 3. 5: H s φ/A và φ/I c a detector........................................................ 35
B ng 3. 6: Các h s chuyển đ i đ i v i phóng x t nhiên .......................... 35
B ng γ. 7: Kênh trung tơm vƠ năng l

ng c a 40K, 214Bi và 208Tl .................. 37

B ng 3. 8: K t qu ho t độ và su t li u c a phóng x t nhiên tính theo
ph

ng pháp di n tích đ nh ............................................................................. 40

B ng 3. 9: Ho t độ các đ ng v phóng x t nhiên trong m u đ t ................. 41
B ng 3. 10: Su t li u (nGy/h) thu đ

c từ các ph

v

ng pháp khác nhau. ....... 45


DANH M C HÌNH VẼ
Hình 1. 1: S đ phân rã c a ba họ phóng x

238

U, 232Th và 235U .................... 4

Hình 1. 2: S suy gi m c a chùm gamma khi đi qua v t ch t........................ 14
Hình 1. 3: Hi u ng quang đi n ...................................................................... 16
Hình 1. 4: Tán x Compton ............................................................................. 17
Hình 1. 5: Hi u ng t o cặp ............................................................................ 19
Hình 1. 6: Độ quan trọng t
l

ng đ i c a ba hi u ng ph thuộc vƠo năng

ng vƠ đi n tích z c a ch t h p th . ............................................................. 20

Hình β. 1: S đ ph

ng pháp nghiên c u ..................................................... 22

Hình 2. 2: H ph k gamma hi n tr
Hình 2. 3: Ph gamma hi n tr

ng....................................................... 23

ng ................................................................. 24

Hình β. 4: Máy đo li u sách tay TCS-171 ...................................................... 24
Hình 2. 5: Hàm G(E) c a các lo i detector NaI(Tl) ........................................ 26
Hình 2. 6: H detector HPGe và bu ng chì..................................................... 29

Hình γ. 1: Đo đáp ng góc Nf/N0 c a detector ................................................ 31
Hình γ. β: Đáp ng góc t

ng đ i c a detector v i ngu n 137Cs ................... 32

Hình γ. γ: Xác đ nh hi u su t ghi c a detector N0/φ ...................................... 33
Hình 3. 4: M i liên h gi a năng l
Hình 3. 5: Ph gamma hi n tr

ng tia gamma và N0/φ........................... 34

ng đo t i th tr n Tơy Đằng - huy n Ba Vì .. 36

Hình γ. 6: Đ nh quang đi n c a 40K ................................................................ 36

vi


Hình γ. 7: Đ nh quang đi n c a 214Bi .............................................................. 37
Hình γ. 8: Đ nh quang đi n c a 208Tl .............................................................. 37
Hình 3. 9: M i liên h gi a kênh vƠ năng l
Hình 3. 10: Su t li u tính theo ph

ng ............................................ 38

ng pháp hƠm G(E) ................................. 38

Hình γ. 11: Xác đ nh di n tích đ nh ................................................................ 39
Hình 3. 12: S t
tr

ng và k t q a phân tích trong phòng thí nghi m. ..................................... 42

Hình 3. 13: S t
tr

ng quan gi a k t qu đo ho t độ phóng x c a 40K t i hi n

ng quan gi a k t qu đo ho t độ phóng x c a 238U t i hi n

ng và k t q a phân tích trong phòng thí nghi m. ..................................... 43

Hình 3. 14: S t
hi n tr

ng quan gi a k t qu đo ho t độ phóng x c a

232

Th t i

ng và k t q a phân tích trong phòng thí nghi m. ............................. 43

Hình 3. 15: So sánh m i t

ng quan c a su t li u tính bằng β ph

ng pháp

di n tích đ nh và PTN ..................................................................................... 45
Hình 3. 16: So sánh m i t
hƠm G(E) vƠ ph

ng quan c a su t li u tính bằng β ph

ng pháp

ng pháp tính trong PTσ. .................................................... 46

Hình 3. 17: Phân b su t li u tính từ các ph

ng pháp khác nhau ................. 47

Hình 3. 18: B n đ phân b và s đóng góp c a các đ ng v vào su t li u tính
từ ph

ng pháp di n tích đ nh. ....................................................................... 49

Hình 3. 19: B n đ phân b và s đóng góp c a các đ ng v vào su t li u tính
từ ph

ng pháp đo m u đ t trong PTN........................................................... 49

vii


DANH M C CÁC CH
Ch cái vi t t t
IAEA
ICRU
ICRP
EML
JAERI

VI T T T, KÝ HI U
C m từ đ y đ

(International Atomic Energy Agency)
C quan năng l ng nguyên t qu c t
(International Commission on Radiation Units and
Measurements)
y ban qu c t v đ n v vƠ đo l ng b c x
(International Commission on Radiological Protection)
y ban qu c t v b o v phóng x
(Environmental Measurements Laboratory)
Phòng thí nghi m đo môi tr ng
(Japan Atomic Energy Research Institute)
Vi n nghiên c u năng l ng nguyên t Nh t B n

PTN

Phòng Thí Nghi m

HPGe

(High-purity Germanium Detectors)
Detector Germani siêu tinh khi t

viii


Đ U

M

Để xác đ nh li u dơn chúng do các đ ng v phóng x t nhiên gây ra,
ph

ng pháp ph bi n và chính xác nh t là l y m u và phân tích trong phóng

thí nghi m.

n

c ta một s tác gi nh σgô Quang Huy, Ph m Duy Hiển,

Nguy n Hào Quang(15), Tr nh Văn Giáp(1)ầđư s d ng ph
đánh giá li u dân chúng khá chi ti t
Cùng v i ph
cũng lƠ ph
trong môi tr

trong môi tr

ng pháp đo ph gamma hi n tr

ng

ng pháp hi u qu để xác đ nh ho t độ c a các đ ng v phóng x
ng. Ph

ng pháp nƠy đư đ

c nhi u n

c trên th gi i s d ng

ng từ nh ng năm 1980(5). IAEA vƠ ICRU đư

ng pháp nƠy để xác đ nh nhanh ho t độ c a các đ ng v phóng x
ng nói chung và c trong tr

Tuy nhiên hi n nay ph
đ

một s t nh và trên ph m vi toàn qu c.

ng pháp trên, ph

để phân tích phóng x môi tr
đ su t ph

ng pháp nƠy để

c áp d ng rộng rãi

ng pháp đo ph gamma hi n tr

Vi t Nam. V i h

pháp đo ph gamma hi n tr

(9, 17)

.

ng v n ch a

ng nghiên c u s d ng ph

ng

ng để xác đ nh ho t độ c a các đ ng v phóng

x và su t li u gamma trong môi tr
tr c phóng x môi tr

ng h p khi x y ra s c

ng ph c v cho vi c kh o sát và quan

ng, tác gi chọn đ tài: ắNghiên c u xác đ nh li u

chi u dân chúng do phóng x t nhiên

khu v c hà nội (ph n Hà Nội m

rộng)”. V i m c đích:
- Nghiên c u vi c s d ng ph k gamma hi n tr
NaI(Tl) hình tr kích th

ng s d ng detector

c 3”Φ3” để xác đ nh ho t độ c a các nhân phóng x

trong đ t và su t li u gamma

độ cao 1 mét so v i mặt đ t.

- Đánh giá su t li u do các nhân phóng x gây ra và kh năng nh
h

ng c a chúng đ i v i con ng
Lu n văn đ

i.

c chia thƠnh γ ch

ng v i các nội dung nh sau:

1


Ch

ng 1: T ng quan, trình bày t ng quan v phóng x t nhiên và

ngu n g c c a phóng x t nhiên trong môi tr
Ch

ng 2: Đ i t

ng vƠ ph

ng pháp nghiên c u. Ch

chung vào c s lý thuy t và xây d ng hai ph
tr

ng lƠ: Ph
Ch

ng pháp hƠm G(E) vƠ ph

ho t độ phóng x và su t li u gamma môi tr
ng v i ph

ng nƠy t p

ng pháp đo ph gamma hi n

ng pháp di n tích đ nh.

ng 3: K t qu và th o lu n. Ch

gamma hi n tr

ng.

ng nƠy so sánh các k t qu đo
ng c a ph

ng pháp ph k

ng pháp l y m u và phân tích trong phòng thí

nghi m. Từ đó ch ra u điểm c a ph

ng pháp đo ph gamma hi n tr

2

ng.


Ch

ng 1: T NG QUAN V PHÓNG X T

NHIÊN

1.1. Phóng x trong đ t đá(2, 3)
1.1.1. Các họ phóng x

(2, 3)

Trong s hƠng trăm nguyên t vƠ đ ng v c u thƠnh Trái Đ t từ th i
nguyên kh i tr

c khi h mặt tr i đ

c hình thành có các nguyên t phóng x

U, Th và K. Chúng còn t n t i đ n ngày nay nh có chu kỳ bán rư t
đ

ng

ng v i tu i Trái Đ t, kho ng 4,5 tỷ năm. Các nhơn đ ng đ u ba họ phóng

x trong đ t đá lƠ

238

U, 232Th và

235

U có chu kỳ bán t

ng ng là 4,5 tỷ năm,

14 tỷ năm vƠ 700 tri u năm.
Các đ ng v trong ba họ phóng x nói trên phân rã alpha và beta, trong
quá trình phân rã liên ti p nƠy đ ng v mẹ bi n thành các đ ng v ắcon cháu”
và quá trình c ti p di n để cu i cùng dừng l i
206

Pb,

208

Pb và

207

ba đ ng v b n c a chì:

Pb. T t c có 47 đ ng v khác nhau thuộc ba họ nói trên.

Không thể l n họ này v i họ khác căn c trên s kh i A c a đ ng v trong
mỗi họ. C thể A = 4n + β đ i v i họ 238U, A = 4n đ i v i họ 232Th và A = 4n
- 1 đ i v i họ 235U, n là nh ng s nguyên. Hình 1.1 trình bƠy đ y đ các đ ng
v trong ba họ nói trên cùng v i các kênh phân rã và chu kỳ bán rã c a chúng.
Các ắcon cháu” trong ba họ phóng x nói trên phân rã r t nhanh (T1/2 r t
bé) so v i đ ng v đ ng đ u nên hƠm l

238

U có chu kỳ bán rã

1600 năm, hƠng tri u l n ng n h n so v i 238U nên hƠm l

ng 226Ra trong đ t

Chẳng h n,

226

ng c a chúng trong đ t đá r t th p.

Ra là một m t xích ch y u trong họ

đá cũng th p h n hƠng tri u l n 238U. Tuy nhiên, ho t độ riêng tính trên đ n v
kh i l

ng l i cao h n hƠng tri u l n. Hai ông bà Curie ph i mi t mài nghi n

đ p, hòa tách hàng t n quặng uranium bằng ph

3

ng pháp th công m i tách


đ

c vài miligam radium (Ra), một nguyên t hoàn toàn m i lúc b y gi và

có ho t độ phóng x riêng cao h n uranium đ n hàng tri u l n.

Hình 1. 1: S đ phân rã c a ba họ phóng x

238

U, 232Th và 235U

Ngoài uranium và thorium, phóng x từ đ t đá còn b t ngu n từ 40K.
Trong v Trái Đ t nguyên t kali khá ph bi n, có hƠm l

ng trung bình

2,6%, l n h n nhi u so v i thorium (7,β ppm) vƠ uranium (1,8 ppm). σh ng
kali ch ch a 0,01% đ ng v

40

K và tỷ l này n đ nh trong mọi môi tr

ng vì

đ ng v phóng x nƠy đư có từ th i nguyên kh i cách nay hàng ch c tỷ năm.
HƠm l

ng trung bình c a uranium trong v Trái Đ t là 1,8 ppm, trong

l p đ t b mặt hƠm l
sét có kích th
i còn l i là
cháu” đ

235

ng th

ng cao h n do U d b h p th b i các ph n t

c bé trong đ t. Trong v Trái Đ t, 238U chi m 99,27 %, ph n ít
U (0,73%). Ngoài ra còn có

234

U (0,0058 %) lƠ đ ng v ắcon

c t o thành do phân rã phóng x c a

238

U (hình 1.1). Tuy nhiên,

uranium phân b không đ u trong đ t đá. Tùy theo lo i khoáng v t, hàm
l

ng dao động từ vài ph n trăm ppm trong các đá ultrabasic đ n hàng ch c

ppm trong granite. Còn
th

các d th

ng và quặng phóng x , hƠm l

ng lên đ n hàng nghìn hoặc hàng v n ppm.

4

ng U


HƠm l
hƠm l

ng trung bình c a

232

Th trong v Trái Đ t lƠ 7,β ppm. σh ng

ng bi n đ i theo lo i khoáng v t, từ γ đ n 50 ppm trong granite và

permatic xu ng còn từ 1 đ n γ ppm trong basalt vƠ các đá basic. 232Th th
xu t hi n trong các khoáng zircon,

đó

232

ng

Th thay th nh ng v trí cùa Zr

trong tinh thể. Các sa khoáng cát đen ch a Ti và Zr dọc theo ven bi n th

ng

là ngu n cung c p Zr dùng làm v bọc thanh nhiên li u lò ph n ng h t nhân.
1.1.2. Cân bằng và m t cân bằng phóng x

(2, 3)

Do chu kỳ bán rã c a các đ ng v ắcon cháu” trong c ba họ phóng x
đ u ng n h n r t nhi u so v i đ ng v mẹ vƠ cũng r t ng n so v i th i gian

t n t i c a Trái Đ t nên v lý thuy t, có thể x y ra cân bằng th kỷ gi a các
đ ng v thành viên trong họ. Khi đó ho t độ phóng x Ai c a b t c thành
viên i nƠo cũng đ u nh nhau vƠ bằng ho t độ phóng x c a đ ng v mẹ Ai
nh công th c (1.1)
Ai = λiNi = λ1N1 = A1

(1.1)

trong đó λi và Ni là hằng s phân rã và s h t nhân c a thành viên th i.
Tuy nhiên, trên th c t gi a các thành viên trong chuỗi có thể m t cân
bằng th kỷ khi một thƠnh viên nƠo đó b tách ra kh i chuỗi phóng x , hoặc
đ

c b sung từ môi tr

Hi n t

ng bên ngoài vào chuỗi do các quá trình đ a hóa.

ng đ t gãy chuỗi nƠy có hai nguyên nhơn chính liên quan đ n các đặc

điểm nguyên t vƠ đ ng v c a các thành viên trong chuỗi.
Do thuộc nh ng nguyên t khác nhau, nh ng thành viên trong chuỗi có
thể có tính ch t khác nhau trong môi tr
trong n
230

ng. Thí d uranium có độ linh động

c cao h n r t nhi u so v i nh ng nguyên t con - cháu c a nó nh

Th hoặc

226

Ra. Vì th

d hòa tan trong môi tr

230

Th có hƠm l

ng n

ng r t th p trong n

c có hƠm l

5

c ng m.

226

Ra

ng ion Cl- cao, nh ng r t khó

c có nhi u ion sulphate. Ngoài ra, 226Ra, 230Th và 238U trong

hòa tan trong n
n

c ng m đ

c các khoáng v t h p ph v i m c độ khác nhau cũng gơy ra

m t cân bằng phóng x . Radon lƠ khí tr nên r t d thoát ra kh i đ t đá. Sau
khi thoát vào không khí, các ắcon cháu” c a Radon g n k t vào b i khí và
theo đ

ng hô h p xâm nh p vƠo c thể và tr thành ngu n chi u trong ch

y u đ i v i con ng

i.

Hai đ ng v cùng nguyên t cũng có thể m t cân bằng phóng x nh
tr
234

ng h p cặp 234U - 238U. Khi h t nhân 238U phân rã alpha, h t nhân gi t lùi
U có động năng đ l n để có thể thoát ra ngoài tinh thể. K t qu là

giƠu h n trong n

234

U

c ng m vƠ nghèo đi trong khoáng v t so v i 238U. H t nhân

gi t lùi trong phân rã alpha cũng có thể t o nên nh ng đ
trong tinh thể, qua đó các nguyên t d b chi t ra n

ng v t sai h ng

c ng m làm m t cân

bằng phóng x .
1.2. Phóng x do tia vũ tr

(2, 3)

B c x ion hóa có ngu n g c từ vũ tr có thể chia ra làm ba lo i g m:
tia vũ tr s c p, tia vũ tr th c p và tia phát ra từ ch t phóng x đ

c hình

thƠnh do các tia vũ tr ph n ng v i v t ch t trong khí quyển. Tia vũ tr s
c p l i có hai lo i, tia có ngu n g c thiên hà và tia xu t phát từ Mặt Tr i.
C

ng độ tia vũ tr có ngu n g c thiên hƠ đ n Trái Đ t không bi n đ i

theo th i gian vƠ đẳng h
l

ng. Thành ph n chính c a chúng lƠ proton năng

ng cao đ n 30 GeV, chi m đ n 85%, sau đó (10%) lƠ h t nhân c a nh ng

nguyên t nhẹ nh He, Li, Be, C..., s còn l i là electron, photon, neutrino.
Chúng là s n phẩm c a ph n ng h t nhân x y ra trong quá trình bùng n và
hình thành các thiên thể thuộc h thiên hà. Neutron có thể sinh ra đơu đó trong
vũ tr do ph n ng t ng h p h t nhơn nh ng không k p đ n trái đ t tr
b phân rã

-

c khi

bi n thành proton v i chu kỳ bán rã kho ng 15 phút. Trong khi

6


đó, tia s c p xu t phát từ Mặt Tr i bi n đ i theo th i gian ph thuộc vào chu
kỳ ho t động 11 năm c a Mặt Tr i.
Khi đi vƠo khí quyển, tia vũ tr s c p có năng l

ng l n s gây ra

ph n ng h t nhân v i các nguyên t và phân t trong không khí t o nên
nh ng b c x ion hóa trong khí quyển bao g m photon, electron, neutron,
proton, pion, muon..., chúng đ

c gọi là các tia vũ tr th c p.

σh một nam châm kh ng l , từ tr

ng c a Trái Đ t đư u n quỹ đ o

các h t tích đi n trong tia vũ tr làm cho chúng b t tr l i hoặc l
quanh tr

c khi đơm vƠo khí quyển. Theo đ

tích đi n h

ng vào xích đ o s có xu h

độ tia vũ tr tăng theo vĩ độ,
nhi m do tia vũ tr cao h n

ng l

ng s c c a từ tr

n vòng

ng các h t

n v hai c c lƠm cho c

ng

nh ng vĩ độ trung bình c a B c bán c u ph i

vùng xích đ o đ n 30 - 40%.

Không khí trong khí quyển h p th và gi m t c các tia vũ tr năng
l
ng

ng cao r t hi u qu , nh đó đư gi m thiểu đáng kể tác h i đ i v i con
i s ng trên mặt đ t. CƠng lên cao ph i nhi m do tia vũ tr càng l n do b

dày c a l p không khí che ch n càng gi m. Trên đ nh Everest cao 8 850 m so
v i mặt biển, ph i nhi m do tia vũ tr tăng lên β0 l n so v i độ cao ngang
mặt n

c biển.

1.3. Ph i nhi m do phóng x t nhiên(2, 3)
Con ng

i b ph i nhi m do các tia phóng x từ nh ng nhân phóng x

trong t nhiên hoặc có ngu n g c nhân t o. σói chung đ i v i dân chúng trên
toàn c u, ph i nhi m do phóng x t nhiên đóng góp ph n ch y u. Ph i
nhi m do phóng x t nhiên l i g m có hai thành ph n, do chi u ngoài và do
chi u trong.

7


1.3.1. Ph i nhi m do chi u ngoài từ phóng x t nhiên trong đ t đá(2, 3)
Các b c x ion hóa từ nh ng nhân phóng x trong l p đ t b mặt t o

nên phông phóng x trên mặt đ t vƠ đóng góp chính vƠo li u chi u ngoài.
Trong ba lo i b c x alpha, beta, gamma, b c x gamma đóng góp l n nh t
vào phông phóng x trên mặt đ t do có kh năng xuyên qua l p đ t b mặt
m nh h n hai lo i b c x kia. Tuy nhiên, ngay đ n b c x gamma phát xu t
từ nh ng nhân phóng x nằm

l p đ t sơu h n γ0 cm cũng không đóng góp

vƠo tr

ng phóng x trên mặt đ t. Tia beta xuyên sơu kém h n nên ch nh ng

nhân

l p đ t r t m ng trên b mặt m i có tác d ng chi u x ít nhi u. Tia

alpha từ các nhân phóng x trong đ t đá h u nh không đóng góp gì vƠo
phông phóng x trên mặt đ t, chúng ch gây tác d ng khi thâm nh p vƠo c
thể qua con đ

ng hô h p và tiêu hóa.

Trên ph m vi toàn c u, đóng góp c a phông phóng x vào li u chi u
ngoài g m có 35% từ 40K, 25% từ nh ng nuclit phát tia
y u lƠ hai đ ng v
232

214

Pb và

214

trong họ

Bi) và 40% từ nh ng nuclit phát tia

238

U (ch

trong họ

Th (ch y u là 208Tl và 228Ac)(2,3). B c x gamma c a nh ng đ ng v vừa kể

trên đ u th y rõ trong các m u đ t phân tích bằng ph k gamma dùng
detector Ge siêu tinh khi t.
T i một đ a điểm c thể nƠo đó phông phóng x ph thuộc vào hàm
l

ng các nhân phóng x có trong đ t đá xung quanh, mƠ hƠm l

đ i khá m nh từ vùng này sang vùng khác. Thí d
Quang vƠ Yên Bái có hƠm l

ng này thay

Vi t Nam, hai t nh Tuyên

ng radium cao g p ba l n m c trung bình

(42,77 Bq/kg), trong khi đó vùng đ t xám mi n Đông σam Bộ nh Bình
Ph

c, Tây Ninh... l i r t nghèo phóng x , đặc bi t là 40K (và c t ng kali) v i

hƠm l

ng vài ch c l n th p h n m c trung bình (411,93 Bq/kg). Cát đen dọc

theo ven biển mi n Trung ch a khoáng monazite, nên ho t độ phóng x riêng

8


c a thorium trong cát có thể cao h n m c trung bình hàng ch c l n (59,84
Bq/kg).
Các b c x ion hóa gamma và beta tr c ti p chi u lên con ng
đ t khi

ngoài tr i và từ nh ng v t li u xây d ng khi

k t qu nghiên c u từ nhi u n

i từ mặt

trong nhà. Theo các

c trên th gi i, phông gamma bên trong nhà

th

ng cao h n ngoƠi tr i đ n 20%. Th ng kê cũng cho th y trung bình con

ng

i s ng trong nhƠ đ n 80% th i gian. Cho nên su t li u chi u ngoài hi u

d ng mƠ con ng

i nh n đ

c ch y u là do sinh ho t trong nhà.

B ng 1. 1: Thành ph n phông phóng x t nhiên và li u hi u d ng trung bình
năm lên c thể s ng từ các thành ph n phóng x t nhiên trên th gi i.
Thành ph n phông phóng x t
nhiên
Tia vũ tr (chi u ngoài)
Tia phóng x từ đ t (chi u ngoài)
Radon (chi u trong do hô h p)
Nhân phóng x t nhiên thâm
nh p vƠo c thể (chi u trong)
T ng cộng chi u ngoài và chi u
trong

Li u hi u d ng trung
bình hƠng năm trên th
gi i (mSv/năm)
0,4

0,5
1,2

Kho ng bi n
thiên
(mSv/năm)
0,3 ậ 10
0,3 ậ 0,6
0,2 ậ 10

0,3

0,2 ậ 0,8

2,4

1,0 ậ 10

1.3.2. Ph i nhi m do chi u ngoài từ tia vũ tr

(2, 3)

Trên toàn c u li u hi u d ng trung bình do tia vũ tr vào kho ng 0,4
mSv/năm (b ng 1.1). Tuy nhiên li u hi u d ng tăng lên theo độ cao, c thể
độ cao 15 km có thể lên đ n β0 mSv/năm
mSv/năm

vùng xích đ o và từ 50 đ n 120

hai c c tùy theo ho t động Mặt Tr i.

1.3.3. Ph i nhi m do chi u trong từ các ngu n phóng x t nhiên(2, 3)
Các nhân phóng x t nhiên thâm nh p vƠo c thể theo th c ăn, n
u ng vƠ đ

c

ng hô h p. Riêng v i 40K, đ ng v này còn t n t i trong các mô

9


nh một thành ph n đ ng v c a kali v i hƠm l
đ n 2,5 g/kg thể trọng, t p trung ch y u
phóng x , ng
4000 Bq.

40

ng trong c thể thay đ i từ 1

các mô c b p. Quy ra ho t độ

i nặng 70 kg có thể xem nh một ngu n phóng x ho t độ

K còn thâm nh p vƠo c thể qua th c ăn. HƠm l

ng

40

K trong

th c phẩm nằm trong kho ng từ β0 đ n 600 Bq.kg-1.
Nói chung, li u hi u d ng trung bình do chi u trong từ các nhân phóng
x có trong đ t nh

238

U, 226Ra, 232Th và 40K lƠ 0,γ mSv/năm (b ng 1.1).

Trong s các nhân phóng x t nhiên,

222

Rn đóng góp nhi u nh t vào

li u chi u trong. Li u hi u d ng chi u trong trung bình do hít th các ắcon
cháu”

222

Rn lƠ 1,β mSv/năm g p b n l n ph n đóng góp do t t c các nhân

phóng x khác cộng l i (0,γ mSv/năm) (b ng 1.1). 222Rn phân rã α v i chu kỳ
bán phơn rư γ,8β ngƠy, nh ng vì radon lƠ khí tr nên b n thân radon l i theo
h i th ra ngoài và ch gây ra r t ít h u qu cho c thể. Gây ra li u chi u trong
ch y u là do các con cháu c a nó, nh ng đ ng v phát b c x gamma v i chu
kỳ bán rã ng n h n γ0 phút nh

214

Bi, 214Pb... Khi radon thoát vào môi tr

ng

không khí, radon phân rã thành các s n phẩm s ng ng n g n k t v i sol khí có
kích th

c micron, từ đó xơm nh p sâu vào ph i theo đ

li u chi u trong. HƠm l

ng hô h p và gây ra

ng 222Rn và con cháu trong không khí v mùa hè cao

h n mùa đông, ban đêm cao h n ban ngƠy.
1.4. Một s đ i l

ng đo li u trong an toàn b c x

(4)

1.4.1. Li u chi u(4)
Li u chi u cho bi t kh năng ion hóa không khí c a b c x t i một v
trí nƠo đó. Li u chi u X là t s gi a giá tr tuy t đ i t ng đi n tích dQ c a t t
c các ion cùng d u đ

c t o ra trong một thể tích nguyên t c a không khí,

khi t t c các electron và positron th c p do các b c x gamma t o ra b hãm

10


hoàn toàn trong thể tích không khí đó, vƠ dm kh i l

ng là c a thể tích

nguyên t không khí đó.
X=

dQ
dm

(1.2)

Đ n v li u chi u trong h SI lƠ C/kg. Đ n v ngoài h SI th

ng dùng

là Roentgen (ký hi u là R), 1 R = 2,58 ×10-4 C/kg
.
.
Su t li u chi u X là li u chi u trong một đ n v th i gian X = dX . Đ n

dt

v su t li u chi u trong h SI lƠ C/kg/s. Đ n v ngoài h SI th

ng dùng là

R/h hay mR/h.
1.4.2. Li u h p th

(4)

Li u h p th là t s gi a năng l
cho kh i l



ng trung bình dE mà b c x truy n

ng v t ch t dm c a thể tích đó:


dE
D=
dm

(1.3)

Đ n v li u h p th trong h SI là Gray (ký hi u là Gy). 1 Gy bằng
năng l

ng 1 June truy n cho 1 kg v t ch t. 1 Gy = 1 J/kg
Đ n v th

ng dùng là rad, 1 rad = 100 erg/g = 0,01 Gy
.

.

Su t li u h p th D là li u h p th trong một đ n v th i gian D = dD .
dt

Đ n v su t li u h p th trong h SI lƠ Gy/s. Đ n v khác là rad/s hay rad/h.
ng đ

ng(4)

Li u h p th t

ng đ

1.4.3. Li u t

ng hay li u t

ng đ

ng H lƠ đ i l

ng để đánh

giá m c độ nguy hiểm c a các lo i b c x , bằng tích c a li u h p th D v i

11

h s ch t l

ng QF (Quality Factor) hay trọng s b c x WR đ i v i các lo i

b c x . Trọng s b c x WR đ

c đ a trong b ng 1.2.

H = D ×WR
Đ n v li u t

ng đ

(1.4)

ng trong h SI là Sievert (ký hi u là Sv). Ta có:
1 Sv = 1 Gy × WR

Su t li u t

ng đ

.

ng H : là li u t

.
gian H = dH . Đ n v su t li u t

dt

ng đ

ng đ

ng trong một đ n v th i

ng trong h SI lƠ Sv/s. Đ n v khác

lƠ Sv/h, rem/s hay rem/h. Các đ n v th

ng dùng trong th c t µSv/h và

mrem/h v i 1 mrem/h =10µSv/h.
Phông b c x t nhiên: Là giá tr li u t

ng đ

ng b c x do các b c

x vũ tr và b c x c a các nhân phóng x phân b một cách t nhiên trong
các l p đ t đá b m t trái đ t, trong khí quyển, th c ăn, n
thể con ng

c u ng vƠ trong c

i t o ra.

B ng 1. 2: Trọng s b c x WR đ i v i một s lo i b c x
Lo i b c x
Tia X, gamma, beta
Neutron

Proton
H t alpha, m nh v phân
h ch, h t nhân nặng

σăng l ng
B t kỳ
Nhi t (0,025eV)
0,01 MeV
0,1 MeV
0,5 MeV
> 0,1 MeV - 2 MeV
> 2 MeV ậ 20 MeV
σăng l ng cao

12

WR
1
5
10
10
20
20
5
5

20


1.4.4. Li u hi u d ng(4)
Khi đ nh nghĩa li u t

ng đ

ng chúng ta đư coi t t c các mô sinh học

hay c quan trong c thể có cùng một độ nh y c m b c x . Trên th c t các
mô vƠ c qua có độ nh y c m khác nhau, thể hi n b i đ i l

ng gọi là trọng

s mô WT (Tisue Weighting Factor) b ng 1.3 là trọng s mô đ i v i các bộ
ph n chính trong c thể và khi một b c x có năng l

ng nƠo đó v i trọng s

b c x WR, gọi là b c x lo i R, chi u vào mô T thì li u h p th t

ng đ

ng

đ i v i mô này là:
HT =

 WR. DT,R

(1.5)

R

Trong đó: DT,R là li u h p th do b c x R chi u vào mô (T).
B ng 1. 3: Trọng s mô đ i v i các bộ ph n chính trong c thể
Tên c quan

Trọng s mô WT

Th n
T y x ng
Ph i
D dày
Ruột non
Mặt x ng
Th c qu n
Bàng quang
Vú
Gan
Tuy n giáp
Còn l i

0,20
0,12
0,12
0,12
0,12
0,01

0,05
0.05
0,05
0,05
0,05
0,05

Đ nh nghĩa li u hi u d ng: khi b c x lo i R chi u vào một s mô
trong c thể thì li u hi u d ng (kí hi u là E), là t ng các tích s li u t
đ

ng đ i v i từng lo i mô v i trọng s mô t

13

ng ng.

ng


E =

WT.HT =

 WT (  WR.DT,R )
T

T

(1.6)

R

Đ n v đo li u hi u d ng trong h SI: đ n v đo li u hi u d ng trong h
SI cũng lƠ Sievert (kí hi u Sv) nh đ i v i li u t
1.5. T

ng đ

ng.

ng tác c a b c x gamma v i v t ch t(5, 6)
Gi ng nh các h t trung hoà v đi n, các tia gamma không gây ra s

ion hoá tr c ti p. Vi c ghi nh n chúng ch kh dĩ n u chúng t o thành trong
detector các h t tích đi n th c p. Khi đi qua v t ch t, các tia

b suy gi m

theo đ nh lu t hàm s mũ (hình 1.2).

Hình 1. 2: S suy gi m c a chùm gamma khi đi qua v t ch t
I

trong đó I0 là c



ng độ

I e

(1.7)

x

0

trong chùm ban đ u, I là c

ng độ

đi qua

l p v t ch t chi u dày x; µ là h s suy gi m tuy n tính, đo bằng đ n v cm-1.
Đ i v i các photon năng l

ng 1 MeV, chi u dày l p chì suy gi m một n a

hay chi u d y l p chì c n thi t để hãm một n a các phôtôn bằng 0,95 cm. Đ i

14


v i không khí, chi u dày l p suy gi m một n a bằng kho ng 8γ m, còn đ i
v i nhôm 3,7 cm.
σh v y, h s suy gi m tuy n tính µ liên h v i ti t di n tán x hoặc
h p th toàn ph n Ń trên một nguyên t v t ch t bằng biểu th c (1.8) sau:
n = nŃ

(1.8)

trong đó n lƠ s nguyên t ch t h p th trong 1 cm3, Ń đ

c đo bằng

đ n v cm2 hoặc đ n v bam.
S suy gi m chùm các tia
bằng t t c các lo i t

khi chúng đi qua v t ch t đ

c xác đ nh

ng tác c a chúng v i v t ch t nƠy. Đó lƠ hi u ng

quang đi n, tán x Compton, hi u ng t o cặp và hi u ng t
h t nhân. Hi u ng cu i cùng ch t
m c đích ghi nh n các b c x

ng tác v i các

ng tác v i xác su t r t nh , do đó v i

, chúng ta ch kh o sát ba hi u ng đ u.

Đ i v i h s suy gi m toàn ph n, có thể vi t biểu th c (1.9) sau:
µ= ń + Ńk + π

(1.9)

trong đó ń là hộ s h p th quang di n; Ńk là hộ s tán x Compton; π là
h s h p th do quá trình t o cặp.
1.5.1. Hi u ng quang di n(5, 6)
Hi u ng quang đi n là hi u ng t
nguyên t , trong đó năng l

ng hv0 c a l

ng tác c a l

ng t

v i electron

b tiêu hao để th ng s liên

ng t

k t c a electron trong nguyên t và truy n cho nó một động năng, nghĩa lƠ:
hv0=Elk+Ek

(1.10)

Trong biểu th c (1.10) trên Elk lƠ năng l

ng liên k t c a electron trong

nguyên t ; Ek lƠ động năng c a quang đi n t . S đ mô t hi u ng quang
đi n đ

c gi i thi u trên hình 1.3. Trong hi u

15

ng quang đi n, khi một


electron quang đi n b b t ra ngoài, nó s t o ra một lỗ tr ng t i l p v mà nó
b t ra. Lỗ tr ng này s nhanh chóng đ
trong môi tr

c l p đ y b i nh ng elcctron t do

ng v t ch t hoặc s d ch chuy n c a các elcctron

nh ng l p

ngoài c a nguyên t . Kèm v i s d ch chuy n c a electron gi a hai l p trong
nguyên t là vi c phát ra tia X đặc tr ng hay còn gọi là tia X huỳnh quang.
Tia X đặc trung này s b h p th b i nh ng nguyên t khác trong v t ch t
thông qua hi u ng quang đi n

các lóp v có liên k t y u v i nguyên t , tuy

nhiên s góp mặt c a nó v n có thể nh h
Ngoài ra, trong một s tr

ng đ n hƠm đáp ng c a detector.

ng h p, tia X đặc tr ng đ

c h p th b i electron

nh ng l p ngoài c a chính nguyên t đó. K t quá là electron này s b b t ra
kh i nguyên t vƠ đ

c gọi lƠ electron Auger. Hai quá trình phát tia X đặc

tr ng vƠ phát electron Auger c nh tranh l n nhau.

Hình 1. 3: Hi u ng quang đi n
Hi u ng quang đi n không thể x y ra trên electron t do vì để tho
mưn đ nh lu t b o toƠn xung l

ng thì ngoƠi l

ng t

và electron ra còn c n

thi t ph i có mặt một h t th ba. H t đó lƠ h t nhân nguyên t . Electron liên
k t v i h t nhân càng m nh thì xác su t hi u ng quang đi n trên nó càng l n,
n u năng l

ng c a l

ng t

l n h n năng l

16

ng liên k t c a electron. Đó lƠ


đặc điểm c a hi u ng quang đi n. Nó gi i thích vì sao ti t di n hi u ng
quang đi n đ i v i các electron v K luôn luôn l n h n so v i ti t di n hi u
ng nƠy đ i v i các electron

nh ng v cao h n. σó cũng gi i thích vì sao

ti t di n h p th quang đi n các tia

tăng nhanh theo s tăng nguyên t s

c a ch t h p th .
1.5.2. Hi u ng Compton(5, 6)
Theo s tăng năng l

ng c a các tia gamma thì ti t di n c a hi u ng

quang đi n gi m và quá trình ch y u làm suy gi m chùm l

ng t gamma

tr thành quá trình tán x Compton. Hi u ng Compton là hi u ng tán x c a
l

ng t gamma trên electron t do. Một ph n năng l

gamma đ

ng c a l

c truy n cho electron gi t lùi. Trong vùng năng l

ch y u c a h s suy gi m µ đ

ng t

ng, n i ph n

c gây ra b i quá trình nƠy, đó lƠ vùng gi a

0,5 vƠ 5MeV đ i v i chì và gi a 0,05 vƠ 15MeV đ i vói nhôm, năng l
c a b c x t i tr nên l n h n so v i năng l

ng

ng liên k t c a electron trong

nguyên t . H s tán x Compton Ńk tỷ l v i nguyên t s Z.

Hình 1. 4: Tán x Compton
σh v y có thể mô t tán x c a l

ng t

trên electron năng l

ng đ

l n nh một quá trình va ch m c a hai h t. S đó quá trình tán x Compton
đ

c biểu di n trên hình 1.4. L

ng t

t i v i năng l

17

ng hv0 b tán x trên