Tìm hiểu về mô hình và phần mềm đánh giá tác động của các nhân phóng xạ tới môi trường

Header Page 1 of 126.

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

Nguyễn Thị Xuân Đến

TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH VÀ PHẦN MỀM
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN PHÓNG XẠ
TỚI MÔI TRƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2016

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

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

Nguyễn Thị Xuân Đến

TÌM HIỂU VỀ MÔ HÌNH VÀ PHẦN MỀM
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN PHÓNG XẠ
TỚI CÁC MÔI TRƢỜNG

Chuyên ngành:

Vật lý nguyên tử

Mã số:

60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Hào Quang

Hà Nội – Năm 2016

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ................. iv
DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .........................................v
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................4
1.1

Mục đích .......................................................................................................5

1.2

Cơ sở của phƣơng pháp trong ERICA ......................................................5

1.2.1 Mô hình dịch chuyển ..................................................................................6
1.2.2 Phép đo liều ................................................................................................9
1.2.2.1 Hệ số chuyển đổi liều .............................................................................9
1.2.2.2 Tính toán suất liều ...............................................................................10
1.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá tác động của bức xạ tới môi trƣờng. ............11
1.2.3.1 Các tiêu chuẩn dựa trên phân bố độ nhạy cảm của các loài ( SSD) 12
1.2.3.2 Các tiêu chuẩn dựa trên phƣơng pháp hệ số an toàn (SF) ..............13
1.2.3.3 Tác động của phóng xạ tới hệ sinh thái: động vật, thực vật ............17
1.2.4 Mô hình SRS-19 .......................................................................................18
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU-PHẦN
MỀM ERICA ...........................................................................................................21
2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................21
2.1.1 Các nhân phóng xạ ...................................................................................21

i
Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

2.1.2 Các sinh vật tham chiếu ...........................................................................23
2.2 Chi tiết về phƣơng pháp đánh giá theo từng mức trong phần mềm
ERICA. ...................................................................................................................24
2.2.1

Mức 1 .......................................................................................................27

2.2.2

Mức 2 .......................................................................................................29

2.1.3

Mức 3 .......................................................................................................32

2.3

Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm ERICA ....................................................35

2.3.1 Thêm các đồng vị phóng xạ......................................................................36
2.3.2 Mô tả tên, chi tiết các sinh vật. ................................................................36
CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ERICA ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA
NHÂN PHÓNG XẠ TỚI MÔI TRƢỜNG. ...........................................................38
3.1 Khu vực Drigg Coast, vƣơng quốc Anh ......................................................38
3.1.1 Tình trạng ..................................................................................................39
3.1.2 Bài toán ......................................................................................................41
3.2 Khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ ..53
3.2.1 Tình trạng .................................................................................................53
3.2.2 Bài toán .....................................................................................................53
KẾT LUẬN ..............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................60

ii
Footer Page 4 of 126.

Header Page 5 of 126.

LỜI CẢM ƠN

Để có được bản luận văn này, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và
sâu sắc nhất đến T.S Nguyễn Hào Quang -Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã
trực tiếp tận tình hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ em trong suốt quá trình triển khai,
nghiên cứu và hoàn thành Luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy cô giáo – Khoa Vật lý, Đại
học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức khoa
học chuyên ngành bổ ích cho bản thân em trong những năm tháng qua.
Em xin ghi nhận công sức và những đóng góp quý báu và nhiệt tình của các
bạn trong lớp cao học Vật lý khóa 2014-2016 đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ em
trong quá trình làm luận văn này. Để hoàn thành luận văn này, em xin cám ơn nhà
trường đã tạo điều kiện hướng dẫn và giúp đỡ em, đặc biệt là sự quan tâm động viên
khuyến khích và cảm thông sâu sắc của gia đình.
Cuối cùng, em rất mong nhận được sự đóng góp, nhận xét và phê bình của
quý Thầy cô và tất cả bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!

iii
Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1: Cơ sở đánh giá trong ERICA
Hình 1.2: Mô hình hệ sinh thái dƣới biển [4]

Hình 1.3: Hàm phân bố độ nhạy loài [7]
Hình 2.1: Cấu trúc của phƣơng pháp tích hợp ERICA [5]
Hình 3.1: Vị trị lấy mẫu trong Khu vực Drigg Coast, vƣơng quốc Anh [7]
Hình 3.2:

Kết quả về hiệu ứng ở mức 2 tại khu vực Drigg Coast

Hình 3.3:

Đồ thị so sánh suất liều trong sinh vật tại mức 2 và mức 3

Hình 3.4:

Kết quả hiệu ứng ở mức 3 tại khu vực Drigg Coast

Hình 3.5:

Kết quả về rủi ro ở mức 2 tại Khu vực xóm Dấu, xã Đông Cửu,

huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ
Hình 3.6:

Kết quả về hiệu ứng ở mức 2 tại Khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông

Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ
Hình 3.7:

Kết quả ở mức 3 tại Khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện

Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ

iv
Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1.1: Phƣơng pháp sàng lọc đối với hệ sinh thái trên cạn [7]
Bảng 1.2: Phƣơng pháp sàng lọc đối với hệ sinh thái dƣới nƣớc [7]
Bảng 2.1 Các nhân phóng xạ mặc định trong ERICA [4]
Bảng 2.2: Các hạt nhân con cháu đƣợc sử dụng trong hệ số chuyển đổi liều [4]
Bảng 2.3: Danh sách các sinh vật tham chiếu mặc định trong hệ sinh thái
tƣơng ứng của phần mềm ERICA [4].
Bảng 2.4: Đánh giá rủi ro ở mức 2
Bảng 3.1: Số liệu phông phóng xạ - nồng độ hoạt độ trong đất của các nhân
phóng xạ [7]
Bảng 3.2: Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất tại khu vực Drigg
Coast [7]
Bảng 3.3: Số liệu về hệ số chiếm cứ, kính thƣớc, khối lƣợng của các sinh vật
đại diện cho khu vực Drigg Coast [7]
Bảng 3.4: Kết quả rủi ro cho mức 1 tại khu vực Drigg Coast
Bảng 3.5: Số liệu đầu vào mức 2 – Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ
trong sinh vật tại khu vực Drigg Coast [7]
Bảng 3.6: Kết quả thu đƣợc ở mức 2 tại khu vực Drigg Coast
Bảng 3.7: Kết quả suất liều trong sinh vật mức 3 tại khu vực Drigg Coast
Bảng 3.8: Kết quả ở mức 1 với phông phóng xạ tự nhiên tại khu vƣc Drigg
Coast

v

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

Bảng 3.9: Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất và cây sắn (cây
lƣơng thực) tại khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh
Phú Thọ [1]
Bảng 3.10: Kết quả thu đƣợc ở mức 1 tại khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu,
huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ
Bảng 3.11: Kết quả suất liều cho sinh vật ở mức 3 khu vực xóm Dấu Cỏ, xã
Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ

vi
Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AW

Ash weight - Khối lƣợng tro

CR

Concentration Ratio - Tỉ lệ nồng độ

DCC

Dose Conversion Coefficient - Hệ số chuyển đổi liều

DW

Dry weight -Khối lƣợng khô

EC

European Commission - Ủy bản châu Âu

EIA

Environmental Impact Assessment - Đánh giá tác động môi
trƣờng

EMCL

Environmental Media Concentration Limits - Giới hạn nồng
độ hoạt độ môi trƣờng

ERA

Ecological Risk Assessment -Đánh giá rủi ro sinh thái

ERICA

Environmental Risk from Ionising Contaminants: Assessment
and Management -Quản lý và đánh giá tác động của nhân
phóng xạ tới môi trƣờng

EAEC

European Atomic Energy Community - Cộng đồng Năng
lƣợng nguyên tử châu Âu

EU

European Union- Liên minh châu Âu

FASSET

Framework for Assessment of Environmental Impact - Quy
trình đánh giá tác động môi trƣờng

FW

Fresh weight –Khối lƣợng tƣơi

HDR

Hazardous Dose Rate -Suất liều ảnh hƣởng độc hại

HNED(R)

The highest no effect dose or dose rate- Suất liều cao nhất mà
không có ảnh hƣởng sinh học

vii
Footer Page 9 of 126.

Header Page 10 of 126.

IAEA

International Atomic Energy Agency - Cơ quan năng lƣợng
nguyên tử quốc tế

ICRP

International Commission on Radiological Protection - Ủy ban
quốc tế về bảo vệ phóng xạ

MB

Morbidity - Mắc bệnh

MT

Mortality - Tử vong

MUT

Mutation - Đột biến

PCC

Pearson Correlation Coefficient - Hệ số tƣơng quan Pearson

pdf

Probability distribution function - Hàm phân bố xác suất

PNEC

Predicted No-Effect Concentration – Giá trị nồng độ hoạt độ
dự đoán không ảnh hƣởng

PNED(R)

Predicted No-Effect Dose (Rate) – giá trị suất liều dự đoán
không ảnh hƣởng

RC

Reproductive Capacity - Sinh sản

RQ

Risk Quotient - Mức rủi ro

SCC

Spearman Rank Correlation Coefficient - Hệ số tƣơng quan
Spearman

SF

Safety factor - Hệ sốan toàn

SRS-19

Safety Report Series no 19 – Mô hình SRS-19

SSD

Species Sensitivity Distribution - Phân bố độ nhạy cảm loài

UF

Uncertainty factor - Hệ số sai số

viii
Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

UNSCEAR

The United Nations Scientific Committee on the Effects of
Atomic Radiation - Ủy ban khoa học của Liên hợp quốc về ảnh
hƣởng của bức xạ nguyên tử.

USDOE

United States Department of Energy - Bộ năng lƣợng Hoa Kỳ

ix
Footer Page 11 of 126.

Header Page 12 of 126.

MỞ ĐẦU
Ngày nay, các nhà máy điện hạt nhân đã và đang tạo ra nguồn năng lượng rất
lớn phục vụ cho nhu cầu của con người. Nhiều nhà máy điện hạt nhân và lò phản
ứng được xây dựng làm tăng ô nhiễm phóng xạ do rò rỉ phóng xạ, đặc biệt là các sự
cố nổ lò phản ứng hạt nhân (Chenobyl (Nga), Fukushima Daiichi (Nhật Bản), Three
Mile Island (Mỹ), Windscale (Anh)…) đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường
và tác động xấu đến cuộc sống của con người. Các chất thải chứa chất phóng xạ
chưa qua xử lí được thải trực tiếp ra môi trường xung quanh làm tăng hoạt độ chất
phóng xạ trong môi trường. Việc khai thác, chế biến đất hiếm có nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường cao do trong quặng đất hiếm có khoáng chất như urani, thori…
mang tính phóng xạ với cường độ cao gây ô nhiễm phóng xạ và phương pháp chế
biến đất hiếm cần sử dụng nhiều hóa chất ảnh hưởng đến môi trường.
-

Bức xạ tự nhiên

Một phần của phông phóng xạ là bức xạ vũ trụ đến từ không gian. Chúng hầu
hết bị cản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất.
Trên đỉnh núi cao hoặc bên ngoài máy bay, độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với ở mặt
biển. Các chất phóng xạ có đời sống dài có trong thiên nhiên thường ở dạng các
chất bẩn trong nhiên liệu hoá thạch. Trong lòng đất, các chất như vậy không làm ai
bị chiếu xạ, nhưng khi bị đốt cháy, chúng được thải vào khí quyển rồi sau đó
khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phông phóng xạ.
Nguyên nhân chung nhất của sự tăng phông phóng xạ là Radon, một chất khí
sinh ra khi Radi kim loại phân rã. Các chất phóng xạ khác được tạo thành trong quá
trình phân rã tồn tại tại chỗ trong lòng đất, nhưng Radon thì bay lên khỏi mặt đất.

Nếu nó lan toả rộng và hoà tan đi thì không gây ra nguy hại gì, nhưng nếu một
ngôi nhà xây dựng tại nơi có Radon bay lên tới mặt đất, thì Radon có thể tập trung
trong nhà đó, nhất là khi các hệ thống thông khí không thích hợp. Radon tập trung
trong nhà có thể lớn hơn hàng trăm lần, có khi hàng ngàn lần so với bên ngoài.

1
Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

Loại trừ khí Radon, bức xạ tự nhiên không có hại đối với sức khoẻ. Nó là một
phần của tự nhiên và các chất phóng xạ có trong cơ thể con người cũng là một phần
của tạo hoá.
-

Bức 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. 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.
Do đó việc xác định và đánh giá liều lượng phóng xạ mà sinh vật nhận được là
khá quan trọng để kiểm soát mức độ ảnh hưởng của môi trường đối với sinh vật và
cuộc sống của con người.
Phương pháp phổ biến và chính xác nhất để xác định liều mà sinh vật nhận
được do các đồng vị phóng xạ gây ra là lấy mẫu và phân tích trong phòng thí
nghiệm. Tuy nhiên công việc này cần kết hợp với việc sử dụng các mô hình mô tả

quá trình xâm nhập của các nhân phóng xạ vào trong các cấu phần của hệ sinh thái
để có thể đánh giá các tác động xấu của các nhân phóng xạ tới môi trường một cách
nhanh và hiệu quả hơn. ERICA là một phương pháp hiệu quả để tính toán suất liều
và xem xét ảnh hưởng xấu của chúng tới sinh vật dựa trên sự phân chia hệ sinh thái
thành các cấu phần nhỏ là hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái nước ngọt và hệ sinh
sinh thái biển. Luận văn “Tìm hiểu về mô hình và phần mềm đánh giá tác động của
nhân phóng xạ tới môi trƣờng” giới thiệu về phần mềm tính toán liều phóng xạ
trong môi trường ERICA và sử dụng nó để phân tích và đánh giá tác động của các
nhân phóng xạ tới các môi trường tại hai khu vực Drigg Coast, vương quốc Anh và
khu vực Phú Thọ, Việt Nam.
Luận văn được trình bày trong ba chương:

2
Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

-

Chương 1 trình bày về mục đích, cở sở của phương pháp và các mô hình
trong phần mềm ERICA;

-

Chương 2 trình bày chi tiết về phần mềm ERICA và cách sử dụng phần mềm
cho tính toán rủi ro trong môi trường;

-

Chương 3 sử dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của các nhân
phóng xạ tới các môi trường tại hai khu vực Drigg và khu vực ở Phú Thọ.

Một vài kết luận và kiến nghị của tác giả được trình bày ở cuối luận văn.

3
Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
ERICA là dự án được tài trợ bởi Cộng đồng nguyên tử châu Âu
(EURATOM), bao gồm 15 tổ chức trong 7 nước Châu Âu (Anh, Pháp, Đức, Tây
Ban Nha, Wale, Ai-len, Thụy Điển) tham gia vào dự án này. Dự án được thực hiện
từ năm 2004 tới 2007 với mục đích hỗ trợ, giúp đỡ các nước châu Âu đánh giá tác
động của bức xạ ion hóa tới môi trường và bảo vệ môi trường khỏi các ảnh hưởng
xấu của chất phóng xạ [2]. Hiện nay, ngoài các nước trong khu vực châu Âu thì
một số quốc gia khác cũng sử dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của các
nhân phóng xạ trong môi trường như: Nhật, Nga (ứng dụng vào đánh giá trong sự
cố nhà máy điện hạt nhân), Úc (đánh giá tác động của phóng xạ xung quanh khu
vực lưu trữ chất thải phóng xạ, nước cộng hòa Komi (đánh giá ảnh hưởng xấu của
phóng xạ tự nhiên tới sinh vật)…
Phương pháp tích hợp ERICA là phương pháp bảo vệ môi trường khỏi các
tác động xấu của phóng xạ bao gồm các yếu tố về đánh giá, đặc điểm rủi ro và quản
lý. Phương pháp hướng dẫn người dùng cách xây dựng vấn đề và thực hiện các
đánh giá tác động. Đánh giá trong ERICA được chia thành ba mức là: mức sàng lọc
chung, mức sàng lọc riêng và mức phân tích chi tiết, được dựa trên các khái niệm
sinh vật tham chiếu liên quan tới liều chiếu, liều ảnh hưởng và các nhóm động thực
vật tương thích với phương pháp đánh giá của ICRP [2].

ERICA là một phần mềm tính toán linh hoạt có cấu trúc dựa theo phương
pháp tích hợp ERICA để đánh giá rủi ro sinh học trong sinh vật. Phần mềm cũng
liên kết với cơ sở dữ liệu hiệu ứng bức xạ trong FREDERICA-được biên soạn qua
các tài liệu khoa học, thí nghiệm tác dụng bức xạ và các nghiên cứu thực địa, xung
quanh các nhóm động vật hoang dã khác nhau với hầu hết dữ liệu và phân loại rộng
rãi theo hiệu ứng sinh học, bao gồm bốn loại hiệu ứng chính: mắc bệnh, tử vong,
sinh sản và đột biến. Trong đó, cơ sở dữ liệu được xây dựng dựa trên các sinh vật
tham chiếu, mỗi sinh vật tham chiếu có quy định riêng về hình học, khối lượng và
chúng đại diện cho các sinh vật trên đất liền, trong nước ngọt và hệ sinh thái biển.

4
Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

1.1 Mục đích
Áp dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của nhân phóng xạ tới môi
trường, bảo vệ sinh vât, môi trường khỏi tác động xấu của phóng xạ. Trên thực tế,
các đánh giá để xác định liều phóng xạ và ước tính ảnh hưởng của chúng tới con
người là rõ ràng, chi tiết và phát triển hơn so với hệ sinh thái. Tuy nhiên, khi đề cập
tới sinh vật, người ta cho rằng mức độ an toàn bức xạ đối với con người cũng sẽ là
đủ để bảo vệ môi trường tự nhiên. Theo Ủy ban Quốc tế về an toàn bức xạ (ICRP)
đã tuyên bố năm 1977: “Các nguyên tắc hướng tới mục tiêu an toàn bức xạ là phù
hợp, hiệu quả và duy trì điều kiện an toàn cho các nồng độ hoạt độ liên quan tới
con người. Mức độ an toàn được yêu cầu để bảo vệ con người là phù hợp để bảo
vệ các loài khác” [2].
Năm 1990, ICRP quan tâm tới hướng di chuyển phóng xạ trong môi trường
và cho rằng: Các tiêu chuẩn để kiểm soát môi trường để bảo vệ con người ở mức
độ hiện nay được cho rằng sẽ đảm bảo an toàn cho các sinh vật khác tránh khỏi các

rủi ro. Con đường chiếu phóng xạ tới con người và sinh vật rất khác nhau kể cả khi
sinh sống trong cùng một môi trường, do đó, suất liều nhận được cũng khác nhau.
Ví dụ, trong hệ sinh thái biển, liều mà sinh vật đáy nhận được rất cao, trong khi liều
mà con người nhận được lại ở dưới ngưỡng phát hiện. Do vậy, rủi ro mà con người
nhận được sẽ khác so với rủi ro mà môi trường nhận được và đánh giá rủi ro sinh
học được sử dụng để đánh giá các ảnh hưởng xấu có thể gây ra cho sinh vật do bị
chiếu xạ [2].
1.2 Cơ sở của phƣơng pháp trong ERICA
Cơ sở của phương pháp ERICA là dựa vào các mô hình dịch chuyển, phép
đo liều, các tiêu chuẩn và hiệu ứng sinh học trong các sinh vật tham chiếu. Trong
trường hợp, số liệu về nồng độ hoạt độ môi trường bị thiếu thì phần mềm ERICA
cung cấp cho người dùng mô hình phát tán để ước lượng nồng độ hoạt độ môi
trường.

5
Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

Hình 1.1: Cơ sở đánh giá trong ERICA
1.2.1 Mô hình dịch chuyển
Trong mỗi hệ sinh thái (hệ sinh thái trên cạn, nước ngọt và biển) sẽ có mô
hình dịch chuyển riêng. Mỗi mô hình dịch chuyển thể hiện mối quan hệ giữa nguồn
phát, hướng di chuyển của nhân phóng xạ và sinh vật tham chiếu. Hình 1.2 là ví dụ
mô hình đối với hệ sinh thái dưới biển.

6
Footer Page 17 of 126.

Header Page 18 of 126.

Hình 1.2: Mô hình hệ sinh thái dƣới biển [4]
Chú thích:
Là tương tác chắc chắn xảy ra
Là tương tác có thể xảy ra;
Nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong sinh vật được ước tính từ nồng độ
hoạt độ của nhân phóng xạ trong môi trường sử dụng các tỷ số nồng độ hoạt độ
(CR) cho hệ sinh thái trên cạn, hệ số phân bố (Kd) cho hệ sinh thái dưới nước, CR
và Kd được định nghĩa theo công thức (1.1), (1.2) và (1.3):
Đối với sinh vật tham chiếu trên cạn:

(1.1)
Trong đó:
-

ACbio là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong sinh vật (Bq/ kg fw);

7
Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

-

ACsoil là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong đất (Bq /kg dw);

Trường hợp ngoại lệ cho các nguyên tố H-3, C-14, P-32 và S-35:

(1.2)
Trong đó:
-

ACair là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong không khí (Bq/ m3);

Đối với hệ sinh thái dưới nước (Kd là hệ số phân bố được sử dụng để mô tả tỉ
số nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong trầm tích và trong nước):

(1.3)
Trong đó:
-

ACsed là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong trầm tích (Bq /kg dw).

-

ACwater là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong nước (Bq/ l).

Tuy nhiên, người dùng nên ưu tiên các giá trị CR có được từ thực nghiệm. Cơ sở
dữ liệu mặc định chứa các giá trị về trung bình toán học cùng với độ lệch chuẩn, các
giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, hàm phân bố xác suất (pdf), số lượng dữ liệu đầu vào.
Trong trường hợp, nồng độ hoạt độ phóng xạ đang giảm (do ngừng các nồng độ
hoạt độ hạt nhân hoặc khắc phục hậu quả tai nạn phóng xạ), giả định về trạng thái
cân bằng giữa nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong môi trường và trong
các sinh vật (tỉ lệ nồng độ hoạt độ) có thể dẫn đến việc đánh giá thấp liều lượng
trong sinh vật.

8

Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

1.2.2 Phép đo liều
Chiếu xạ được ước tính bằng suất liều hấp thụ (năng lượng được truyền bởi
bức xạ ion hóa qua một đơn vị khối lượng của một sinh vật trong một đơn vị thời
gian, đơn vị là μGy/ h, được sử dụng trong phần mềm ERICA). Giá trị suất liều hấp
thụ được xác định dựa trên nồng độ hoạt độ trong các hệ sinh thái và sinh vật tham
chiếu và hệ số chuyển đổi liều.
Ước tính suất liều hấp thụ (μGy /h) trong phần mềm ERICA, cho phép giải
thích ảnh hưởng của nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong môi trường và
sinh vật. Các nhân phóng xạ có trong môi trường gây ra cả chiếu xạ ngoài và chiếu
xạ trong đối với sinh vật. Chiếu xạ trong tăng do sự hấp thụ các nhân phóng xạ vào
cơ thể nhờ con đường tiêu hóa hoặc hô hấp và được xác định bởi nồng độ hoạt độ
của các nhân phóng xạ trong sinh vật, kích thước của sinh vật, loại và năng lượng
của các bức xạ phát ra. Chiếu xạ ngoài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ ô
nhiễm trong môi trường, mối quan hệ hình học giữa nguồn bức xạ và sinh vật tham
chiếu, môi trường sống, kích thước cá thể, tính chất của vật liệu che chắn và các
tính chất vật lý của nhân phóng xạ.
1.2.2.1 Hệ số chuyển đổi liều
Mối quan hệ giữa nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong mỗi sinh vật và
suất liều hấp thụ được mô tả bởi hệ số chuyển đổi liều (DCC, đơn vị là (µGy /h)/
(Bq/ kg) fw). Trong trường hợp đơn giản nhất, giả sử sinh vật tồn tại trong môi
trường đồng nhất, vô hạn và có phân bố phóng xạ đồng nhất, dưới điều kiện trên,
hệ số chuyển đổi liều hấp thụ chiếu trong- DCCint và chiếu ngoài - DCCext cho bức
xạ đơn lẻ được định nghĩa như hàm của năng lượng hấp thụ với công thức (1.4) và
(1.5):
(1.4)

(1.5)

9
Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

Trong đó:
- E (MeV) là năng lượng của nguồn đơn năng;
- Φ(E) là phần hấp thụ của năng lượng đã cho;

-

là hệ số chuyển đổi;

Từ các tính toán đối với các nguồn bức xạ đơn lẻ, hệ số chuyển đổi liều
(DCC) có nguồn gốc từ chiếu xạ trong và chiếu xạ ngoài, có tính đến các loại bức
xạ cũng như năng lượng và cường độ của các nhân phóng xạ phát ra. Hạt nhân
phóng xạ con cháu được bao gồm trong tính toán của DCC của các nhân phóng xạ
mẹ.
Suất liều tổng cộng được tính toán bằng công thức (1.6), (1.7) và (1.8):
(1.6)
(1.7)
(1.8)

Trong đó:
- wf là hệ số trọng số của các loại bức xạ (β năng lượng thấp, β+ γ và α);
1.2.2.2 Tính toán suất liều
Hệ số chuyển đổi liều có thể được sử dụng để ước tính suất liều hấp thụ từ

nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong môi trường và trong sinh vật. Tuy nhiên,
hiệu ứng bức xạ không chỉ phụ thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại
bức xạ. Trong ERICA, hệ số trọng số bức xạ đối với các loại bức xạ như sau: 10
đối với bức xạ alpha và 3 đối với bức xạ beta có năng lượng <10 keV và đối với
beta năng lượng >10 keV và gamma là 1 [4].

10
Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

Công thức (1.9) tính toán suất liều chiếu trong:

(1.9)
Trong đó:
-

là suất liều chiếu trong cho sinh vật tham chiếu b;

-

là nồng độ hoạt độ của hạt nhân phóng xạ i (Bq/ kg);

-

là hệ số chuyển đổi liều của nhân phóng xạ thứ i cho chiếu xạ trong;

Công thức (1.10) tính toán suất liều chiếu ngoài:

(1.10)
Trong đó:
- vz là hệ số chiếm cứ, là phần thời gian sinh vật b dành thời gian tại vị trí z
trong môi trường sống;
-

là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ thứ i trong hệ sinh thái tham

chiếu, ở vị trí z (Bq /kgfw hoặc dw) (đất hoặc trầm tích) Bq/l (nước));
-

là hệ số chuyển đổi liều cho chiếu xạ ngoài, được định nghĩa là tỉ
số giữa nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ thứ i trong hệ sinh thái tại vị trí z
và suất liều chiếu của sinh vật b đơn vị:(µGy/ h)/ (Bq/ kg (/l));

1.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá tác động của bức xạ tới môi trƣờng
Mục đích sàng lọc là xem xét có cần thiết để tiến hành các phân tích sâu hơn
ở các mức tiếp theo hay không. Một số tiêu chí dùng để sàng lọc các nhân phóng xạ

11
Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

như chiếu xạ (nguồn phóng xạ, phông phóng xạ, tích luỹ sinh học,…) và các hiệu
ứng (tiêu chuẩn độc hại sinh thái, tiêu chuẩn phân vùng cân bằng) [5].
1.2.3.1 Các tiêu chuẩn dựa trên phân bố độ nhạy cảm của các loài (SSD)
Các tiêu chuẩn này có nguồn gốc từ việc khớp thông tin về độ nhạy cảm của
các loài khác nhau để có phân bố toán học. Sự phân bố độ nhạy cảm của các loài

được sử dụng để tính toán các giá trị suất liều không gây ra hiệu ứng hoặc có ảnh
hưởng đến mức chấp nhận được của các loài (PNED(R)). Giá trị PNED(R) được
tính theo công thức (1.11):

(1.11)
Trong đó:
- PNED(R) là giá trị suất liều không gây ra hiệu ứng (µGy/h);
- SF là hệ số an toàn, có giá trị thay đổi từ 1 tới 5;
- HD(R)5 là suất liều độc hại gây ảnh hưởng tới 5% loài (µGy/h);
Giá trị HD(R)5 được tính dựa vào phân bố độ nhạy loài như hình 1.3:

12
Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

Hình 1.3: Hàm phân bố độ nhạy loài [7]
Trong đó:
Là khoảng tin cậy 95%
Là mô hình phân bố;
1.2.3.2 Các tiêu chuẩn dựa trên phƣơng pháp hệ số an toàn (SF)
Thông thường, mức độ ảnh hưởng sinh học thấp nhất sẽ được sử dụng. Các
giá trị này được chia cho hệ số an toàn (tức là 10, 100 hoặc 1000) để lấy chuẩn. Giá
trị của các hệ số an toàn được lựa chọn tùy thuộc vào loại, số lượng và chất lượng
của nhân phóng xạ có sẵn và tùy thuộc vào các mối nguy hiểm của các chất gây ô
nhiễm. Phương pháp hệ số an toàn sử dụng để xác định giá trị giá trị suất liều hoặc
liều chiếu không gây ra hiệu ứng (µGy/h) theo công thức (1.12) và (1.13);

(1.12)

(1.13)

13
Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

Trong đó:
-

PNED là liều chiếu không gây hiệu ứng;

-

lowest ED50 là liều độc hại thấp nhất gây ra 50% hiệu ứng;

-

lowest EDR10 là suất liều độc hại thấp nhất gây ra 10% hiệu ứng;
Các tiêu chuẩn được lựa chọn sử dụng cho đánh giá trong nhiều nghiên cứu

được trích dẫn từ báo cáo của IAEA [1992] và UNSCEAR [1996]. Việc xác định
các ảnh hưởng và tác dụng sinh học của nhân phóng xạ tới sinh vật bắt đầu vào
giữa những năm 1970 và các đánh giá được tiến hành trên các tài liệu sẵn có về các
hiệu ứng do chiếu xạ trường diễn. Các giá trị suất liều được đề xuất dưới đây không
có tác dụng sinh học đáng kể và được dự kiến ở mức độ quần thể trong báo cáo của
IAEA [1992] và nhắc lại trong UNSCEAR [1996] được tóm tắt như sau [5].
Suất liều hấp thụ cho các loài động vật dưới nước không vượt quá 10 mGy/ d (4

Gy/y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ được thải vào môi trường nước.
ORNL [1998] đã tính toán tiêu chuẩn sàng lọc cho nước và trầm tích dựa trên kích
thước cá và sử dụng giá trị suất liều chấp nhận là 0.4 mGy/ h.
Suất liều dùng tối đa mà sinh vật trên cạn có thể nhận được là nhỏ hơn 10
mGy/d.
-

Thực vật trên cạn: Suất liều hấp thụ cho cây trồng trên cạn không nên vượt quá
10 mGy/ d (4 Gy / y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ được thải vào
môi trường trên cạn.

-

Động vật trên cạn: Suất liều hấp thụ của các loài động vật trên cạn không được
vượt quá 1 mGy / d (0.4 Gy / y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ
được thải vào môi trường đất.
Việc sử dụng nhiều loại tiêu chuẩn độc hại sinh thái khác nhau (giả định là

an toàn) dựa trên thông tin chiếu xạ và phản ứng đơn giản, khả dĩ, tích hợp các
thông tin về chiếu xạ và các hiệu ứng tương ứng. Các tiêu chuẩn này cho phép sàng

14
Footer Page 25 of 126.