Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát phóng xạ trong môi trường

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

4

DANH MỤC BẢNG

6

LỜI MỞ ĐẦU

8

CHƢƠNG 1 PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG

9

1.1. Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.2. Các tia phóng xạ
1.1.3. Tổng quan các đại lượng đo lường phóng xạ

9
9
9
12

1.2. Nguồn gốc phóng xạ trong môi trƣờng
1.2.1. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên
1.2.2. Các quá trình phát tán chất thải phóng xạ trong khí quyển
1.2.3. Những nguồn phóng xạ nhân tạo

14
15
17
20

1.3. Đánh giá tác động phóng xạ trong môi trƣờng
24
1.3.1. Ảnh hưởng đối với môi trường đất:
24
1.3.2. Ảnh hưởng đối với môi trường nước
25
1.3.3. Ảnh hưởng đối với không khí
27
1.3.4. Đánh giá chung ảnh hưởng của các nguồn bức xạ đối với các cơ thể sống27
CHƢƠNG 2 ĐO ĐẾM PHÓNG XẠ

30

2.1. Tổng quan đo phóng xạ trong môi trƣờng
2.1.1. Các đơn vị đo lường phóng xạ
2.1.2. Khái niệm chu kỳ bán rã trong đo lường phóng xạ

30
30
31

2.2. Các thiết bị đầu đo phóng xạ
2.2.1. Các đầu đo ion hóa chất khí và đường tỷ lệ đặc trưng
2.2.2. Các đầu đo bán dẫn (buồng ion hóa dạng rắn):
2.2.3. Đầu đo nhấp nháy

31
34
38
40

2.3. Thực nghiệm đo phóng xạ trong môi trƣờng tại Việt Nam
2.3.1. Phương pháp thu góp mẫu
2.3.2. Các thiết bị phân tích chủ yếu

42
42
43
1


2.3.3. Hiện trạng phóng xạ, kết quả đo phóng xạ một số khu vực tại Việt Nam44
2.4. Kết luận về hoạt động đo lƣờng giám sát phóng xạ tại Việt Nam

47

CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT PHÓNG XẠ TRONG MÔI
TRƢỜNG 48
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG THIẾT KẾ

48

3.2. Thiết kế phần cứng
3.2.1. Lựa chọn đầu đo phóng xạ
3.2.2. Thiết kế mạch trung tâm ATmega8
3.2.3. Khối hiển thị dữ liệu LCD
3.2.4. Khối truyền thông RS232
3.2.5. Mô phỏng hoạt động của khối đo phóng xạ
3.2.6. Khối truyền phát dữ liệu sử dụng IP modem

49
49
52
54
56
57
60

3.3. Thiết kế phần mềm
3.3.1. Lập trình Vi điều khiển ATmega 8
3.3.2. Lập trình phần mềm hiển thị hoạt độ phóng xạ

65
65
66

3.4. Hệ thống hoàn chỉnh – thiết lập vận hành

70

CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

72

4.1.

Thành quả đạt đƣợc

4.2. Áp dụng hệ thống giám sát phóng xạ phục vụ NMĐHN
4.2.1. Giới hạn phát thải và tiêu chuẩn phát thải hiện hành
4.2.2. Áp dụng vào các hệ thống giám sát môi trường quanh NMĐHN
4.3.

Đề xuất mở rộng

72
72
73
74
75

PHỤ LỤC 1.

78

PHỤ LỤC 2

81

PHỤ LỤC 3

85

2


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là hoàn toàn trung thực.Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của
mình.
HỌC VIÊN

Lê Việt Dũng

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Các dạng năng lượng bức xạ trong phổ điện từ tăng từ trái qua phải với tần
số tăng ................................................................................................................... 10
Hình 1-2 Các loại bức xạ ion hóa ......................................................................... 11
Hình 1-3 Hoạt độ phóng xạ .................................................................................. 13
Hình 1-4 Mô hình một hệ thống giám sát phóng xạ trong môi trường ................ 14
Hình 2-1 Các dạng tương tác của các photon với vật chất ................................... 32
Hình 2-2 Phóng xạ Cerenkov ............................................................................... 34
Hình 2-3 Sơ đồ cấu tạo của một đầu đo chứa khí................................................. 35
Hình 2-4 Đường đặc trưng của buồng ion hoá và ống đếm tỉ lệ .......................... 36
Hình 2-5 Sơ đồ mô tả đầu đo bán dẫn .................................................................. 38
Hình 2-6 Sơ đồ khối mô tả một thiết bị ghi đo bức xạ sử dụng chất nhấp nháy .. 41

Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống giám sát nồng độ phóng xạ không dây ................ 48
Hình 3-2 Sơ đồ phần cứng của thiết bị đo nồng độ phóng xạ không dây ............ 49
Hình 3-3 Ống GM SBM-20 (СБМ-20, STS-5) .................................................... 50
Hình 3-4 Dập tắt phóng điện bằng mạch ngoài .................................................... 51
Hình 3-5 Mạch vi điều khiển trung tâm ............................................................... 52
Hình 3-6 Kết nối vi điều khiển với ống đếm SBM-20 ......................................... 53
Hình 3-7 Bộ hiển thị LCD và 16 chân .................................................................. 54
Hình 3-8 Khối hiển thị LCD thiết kế trên Proteus ............................................... 55
Hình 3-9 Cổng truyền thông RS232 ..................................................................... 56
Hình 3-10 Khối truyền thông RS232 thiết kế trên Proteus .................................. 57
Hình 3-11 Thiết lập hoàn chỉnh các khối đo và hiển thị phóng xạ trên Proteus .. 58
Hình 3-12 Layout mạch thật phần cứng ............................................................... 59
Hình 3-13 Mô phỏng hoạt động khối đo và hiển thị nồng độ (hoạt độ) phóng xạ59
Hình 3-14 Phần thân chưa kết nối của IP Modem................................................ 61
Hình 3-15 Giao diện phần mềm cấu hình IP Modem........................................... 64
Hình 3-16 Cấu hình chân kết nối IP Modem với khối vi xử lý (dạng DB9F-DB9F đối
xứng) ..................................................................................................................... 65
4


Hình 3-17 Lưu đồ thuật toán khối Vi điều khiển ................................................. 66
Hình 3-18 Bốn (4) lớp TCP/IP ............................................................................. 67
Hình 3-19 Giao diện phần mềm hiển thị trên máy tính ........................................ 69
Hình 3-20 Mạch đo và hiển thị nồng độ (hoạt động) phóng xạ ........................... 70
Hình 3-21 Thiết lập hệ thống giám sát và truyền phát dữ liệu hoàn chỉnh .......... 71
Hình 3-22 Kết nối IP Modem với MAX232 ........................................................ 71
Hình 3-23 Kết quả đo nồng độ phóng xạ theo thời gian ...................................... 72

5

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Các nuclide phóng xạ và nguồn gốc của chúng (Nguồn: Báo cáo đánh giá
hiện trạng phóng xạ môi trường tại vùng dự án. Viện nghiên cứu hạt nhân, 2002)15
Bảng 1-2 Hàm lượng các chất phóng xạ trong một số quặng, đất đá (Nguồn: Báo cáo
kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 1) ... 16
Bảng 1-3 Những hạt nhân tạo thành dưới tác động của tia vũ trụ (Nguồn: Báo cáo kết
quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 1) ......... 17
Bảng 1-4 Hoạt độ phóng xạ khi đốt than (Nguồn: Báo cáo tác động môi trường,
Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lượng, 9/2003) ...... 19
Bảng 1-5 Mức độ phát tán năng lượng phóng xạ (Nguồn: Báo cáo tác động môi
trường, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lượng, 9/2003) 19
Bảng 1-6 Liều chiếu trung bình từ các chất thải rắn đem chôn lấp và sự phát tán toàn
cầu các hạt nhân do quá trình khai thác và xử lý nhiên liệu hạt nhân (Nguồn: Báo cáo
tác động môi trường, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng
lượng, 9/2003) ...................................................................................................... 21
Bảng 1-7 Hàm lượng các đồng vị phóng xạ điển hình trong các loại đất đá (Nguồn:
Báo cáo tác động môi trường, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện
Năng lượng, 9/2003) ............................................................................................. 24
Bảng 1-8 Hàm lượng các đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào độ sâu (Nguồn: Báo cáo tác
động môi trường, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lượng,
9/2003) .................................................................................................................. 24
Bảng 1-9 Các hạt nhân phóng xạ trong nước (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân
tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 2) ........................................... 25
Bảng 1-10 Ảnh hưởng phơi nhiễm sức khỏe lên cơ thể người (Nguồn: U.S.
Environment Protection Agency) ......................................................................... 27
Bảng 2-1 SI Bảng đơn vị SI đo lường các đại lượng phóng xạ............................ 30
Bảng 2-2 Quy đổi các đơn vị liên quan giữa hệ thường và hệ SI ........................ 30
Bảng 2-3 Phân rã phóng xạ .................................................................................. 31
Bảng 2-4 Bảng tổng hợp thông số chính các đầu đo Ion hóa chất khí ................. 37

Bảng 2-5 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong không khí tại các
vị trí khảo sát (Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, Viện Năng
lượng, tháng 06/2008) .......................................................................................... 45

6


Bảng 2-6 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong đất tại các vị trí
khảo sát (Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, Viện Năng
lượng, tháng 06/2008) .......................................................................................... 46
Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật cơ bản của ống SMB-20 (dựa trên datasheet của nhà sản
xuất) ...................................................................................................................... 50
Bảng 3-2 Các chân kết nối của LCD với ATMEGA8.......................................... 55
Bảng 3-3 Các chân kết nối của cổng COM với MAX232 ................................... 57
Bảng 3-4 Các chân kết nối của MAX232 với ATMEGA8 .................................. 57
Bảng 3-5 Thông số cơ bản của IP Modem ........................................................... 61
Bảng 3-6 Kết nối IP Modem ................................................................................ 65
Bảng 4-1 Lượng rò rỉ phóng xạ cho phép theo thiết kế........................................ 74
Bảng 4-2 Đặc tính kỹ thuật liên quan đến môi trường - rò rỉ phóng xạ ............... 75

7


LỜI MỞ ĐẦU
Môi trường - kể cả những nơi chưa từng bị con người tác động bao giờ - luôn luôn
chứa đựng một số thành phần của bức xạ hạt nhân. Các nguồn bức xạ hạt nhân trong
môi trường tự nhiên có thể có nguồn gốc khác nhau như: tia vũ trụ, hạt nhân phóng xạ
có nguồn gốc từ vũ trụ, hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc ở trái đất. Các nguồn bức xạ
này làm cho cơ thể bị chiếu xạ từ bên ngoài vào và từ bên trong ra (khi chúng lọt vào
được cơ thể qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá).

Trong nhiều năm qua, hoạt động thăm dò, đo lường và giám sát phóng xạ luôn
được duy trì và thực hiện bởi các đơn vị liên quan tại Việt Nam, nhưng sự xuất hiện
Nhà máy điện hạt nhân (NMĐNHN) trong tương lai sẽ kèm theo một loạt các vấn đề
liên quan đến môi trường sinh thái. Vận hành nhà máy Điện nguyên tử bao giờ cũng
kèm theo (mặc dù là rất ít) chất thải phóng xạ dạng khí, lỏng, rắn và làm ảnh hưởng
đến môi trường xung quanh. Để kiểm soát tốt được nồng độ phóng xạtrong không khí
cần thiết phải có các thiết bị đo và giám sát thông số này. Hiện nay, trên thị trường
cũng có một số loại thiết bị đo nồng độ phóng xạ tuy nhiên giá thành rất đắt chủ yếu
nhập khẩu ở nước ngoài. Mục đích của luận văn là đi thiết kế một thiết bị đo nồng độ
phóng xạ thông minh có khả năng hiển thị kết quả một cách chính xác và thân thiện
với người dùng. Luận văn “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát phóng xạ trong
môi trƣờng” gồm 4 chương
 Chương 1. PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG
 Chương 2. ĐO ĐẾM PHÓNG XẠ
 Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT PHÓNG XẠ TRONG MÔI
TRƯỜNG
 Chương 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Để có thể hoàn thành luận văn này, học viên chân thành cảm ơn thầy giáo
TS.Bùi Đăng Thảnh và các thầy, cô tại Trường ĐHBK Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tuy đã cố gắng hết sức, nhưng do thời gian
và kiến thức còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi sai sót, em rất mong sự bổ
sung, góp ý của các thầy cô!
Hà Nội n ày

thán

n m

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Lê Việt Dũng
8


CHƢƠNG 1

PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Phóng xạ là năng lượng phát ra từ nguồn, truyền qua vật liệu hoặc không gian.
Ánh sáng, nhiệt và âm thanh cũng là các loại phóng xạ. Tuy nhiên, loại phóng xạ nhắc
đến trong luận văn này là phóng xạ ion hóa (ionizing radiation), do nó có thể tạo ra các
hạt mang điện (ion) trong vật chất.
Phóng xạ ion hóa sản sinh ra từ các nguyên tử không bền vững. Những nguyên
tử này khác các loại nguyên tử thường (bền vững) do chúng có thừa năng lượng, thừa
khối lượng, hoặc thừa cả hai yếu tố trên.
Những nguyên tử không ổn định mang năng lượng phóng xạ. Để đạt được trạng
thái ổn định, những nguyên tử này cho đi, hoặc phát ra lượng năng lượng hoặc khối
lượng dư thừa của chúng. Việc phát ra phần dư thừa như vậy gọi là phóng xạ. Các loại
phóng xạ (trong phạm vi luận văn này) có thể bao gồm phóng xạ điện từ hoặc phóng
xạ hạt (ví dụ, phát ra khối lượng dư với động năng). Phóng xạ Gamma và các tia X
(X-ray) là phóng xạ điện từ, trong khi phóng xạ Beta và Alpha là các ví dụ của phóng
xạ hạt.
Phóng xạ ion hóa có thể tạo ra từ các thiết bị như máy chụp X quang, nhưng
cũng tồn tại phơi nhiễm phóng xạ tự nhiên, khi phóng xạ đến từ các tia vũ trụ, hoặc từ
các vật liệu phóng xạ tự nhiên chứa trong đất và các sinh vật sống
1.1.2. Các tia phóng xạ
Phóng xạ bao gồm một dải rộng các loại năng lượng, hình thành quang phổ điện
từ (theo hình dưới đây). Quang phổ bao gồm hai loại chính

- Bức xạ ion hóa
- Bức xạ không ion hóa
Bức xạ có đủ năng lượng để di chuyển các nguyên tử trong một phân tử hoặc
khiến chúng rung động, nhưng không đủ để loại bỏ các điện tử, được gọi là "bức xạ
không ion hóa." Ví dụ về các loại bức xạ bao gồm ánh sáng nhìn thấy và bức xạ gây ra
bởi lò vi sóng.
Bức xạ nằm trong phạm vi “bức xạ ion hóa” có đủ năng lượng để di chuyển
các điện tử gắn kết bền vững khỏi nguyên tử, do đó tạo ra các ion. Đây chính là loại
phóng xạ mà mọi người nghĩ đến khi nhắc đến “phóng xạ”. Con người sử dụng đặc
tính này của phóng xạ ion hóa để sản xuất điện, tiêu diệt tế bào ung thư và phục vụ các
quá trình sản xuất.
Hình 1-1 dưới đây thể hiện các dạng bức xạ trong môi trường theo phổ điện
trường tăng dần

9


Hình 1-1 Các dạng năng lƣợng bức xạ trong phổ điện từ tăng từ trái qua phải với tần số tăng

i) Bức xạ không ion hóa
Con người ứng dụng các đặc tính bức xạ không ion hóa trong rất nhiều ứng
dụng thường thấy:
- Vi sóng sử dụng trong viễn thông và khi hâm nóng thức ăn
- Đèn hồng ngoại để giữ nhiệt
- Sóng radio phát thanh
Bức xạ không ion hóa từ mức bức xạ tần số rất thấp bên trái qua dải âm thanh,
dải vi sóng, qua phần nhìn thấy được tới dải cực tím
Bức xạ tần số cực thấp có bước sóng rất dài (một triệu mét hoặc hơn) và các tần
số trong khoảng 100 Hertz hoặc thấp hơn. Các tần số radio có bước sóng từ 1-100
meter và tần số từ 1-100 triệu Hertz. Các vi sóng ta thường sử dụng hâm nóng thức ăn

có bước sóng khoảng một phần một trăm mét và có tần số khoảng 2.5 tỉ hertz
ii) Bức xạ ion hóa
Bức xạ cực tím tần số cao hơn đã có đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa
học. Bức xạ tia X và bức xạ Gamma ở cuối dải bức xạ từ, có tần số rất cao (trong
khoảng 100 tỉ tỉ Hertz) và bước sóng rất ngắn, vào khoảng 1 picometre. Bức xạ trong
dải này có năng lượng cao, đủ để tách các hạt điện tử, hoặc trong trường hợp bức xạ
bức xạ năng lượng rất cao, có thể phá vỡ hạt nhân nguyên tử.
Ion hóa là quá trình trong đó các phần mang điện của một phân tử (thường là
điện tử) được cấp đủ năng lượng để bứt khỏi nguyên tử.Quá trình này đưa đến kết qủa
là hai hạt tích điện hoặc các ion: phân tử với điện tích dương và điện tử tự do với điện
tích âm.
Mỗi quá trình ion hóa phát ra năng lượng của khoảng 33 eV (điện tích hạt
nhân). Vật chất xung quanh nguyên tử hấp thụ năng lượng. So sánh với các dạng bức
xạ có thể hấp thụ khác bức xạ ion hóa tích trữ lượng năng lượng lớn hơn vào một diện
tích nhỏ. Trên thực tế, 33 eV từ một ion hóa thừa đủ năng lượng để phá vỡ liên kết hóa
học giữa hai nguyên tử carbon. Tất cả bức xạ ion hóa đều đủ sức, trực tiếp hay gián
tiếp, tách các điện tử khỏi hầu hết các phân tử.
10


iii) Phân loại bức xạ ion hóa
Bức xạ ion có một số lợi ích trong áp dụng thực tế. Ví dụ, chúng ta sử dụng bức xạ ion
trong các đầu báo khói, để chữa trị ung thử hoặc trong khử trùng các thiết bị y tế. Tuy
nhiên, bức xạ ion hóa có nguy cơ gây nguy hiểm nếu không được sử dụng đúng cách.
Hình 1-2 thể hiện mức xuyên phá của các loại bức xạ ion hóa

Hình 1-2 Các loại bức xạ ion hóa

a)
Các hạt alpha

Các hạt alpha là các hạt mang điện, sinh ra từ các vật chất xuất hiện tự nhiên
như uranium, thorium, và radium và các nguyên tố con người tạo ra như plutonium và
americium. Những nguồn phát hạt alpha thường được sử dụng (một lượng rất nhỏ)
trong các thiết bị như các đầu báo khói.
Nói chung, các hạt alpha có năng lực hạn chế trong việc đâm xuyên các vật liệu
khác. Các hạt phóng xạ ion này có thể bị chặn bởi một tờ giấy, bởi da hoặc thậm chí
qua lớp không khí. Tuy nhiên, vật chất phát ra các hạt alpha thì có khả năng gây nguy
hiểm nếu có người nuốt hoặc hít phải. Đối với phơi nhiễm ngoài thì thường không gây
nguy hiểm.
b)
Các hạt Beta
Các hạt Beta, giống như các điện tử, phát ra từ các vật chất xuất hiện tự nhiên
(như strontinum-90). Những nguồn phát hạn beta được sử dụng trong các ứng dụng y
tế, như chữa các tật về mắt.
Nói chung, các hạt beta nhẹ hơn các hạt alpha, và chúng thường có năng lực
xuyên phá vật chất mạnh hơn. Những hạt này có thể di chuyển vài metre trong không
khí, và có thể đi xuyên qua da. Tuy nhiên, một tấm mỏng kim loại hoặc nhựa hoặc một
khối gỗ có thể ngăn được hạt beta.
c)
Các tia Gamma và tia X
Các tia Gamma và tia X mang sóng năng lượng cao có thể đi qua các khoảng
cách lớn với vận tốc ánh sáng và thường có khả năng cao đâm xuyên các vật chất. Vì
lý do đó, các tia gamma (như cobalt-60) thường được sử dụng trong các ứng dụng y tế
để chữa trị ung thư và khư trùng các thiết bị y tế. Tương tự, các tia x thường được sử
dụng để đưa ra hình ảnh quét tĩnh của các phần cơ thể (như răng và xương), và cũng
được sử dụng trong công nghiệp để tìm các vết rạn trong các mối hàn.

11

Mặc dù có năng lực đâm xuyên các vật chất khác, nói chung, cả tia gamma và tia x
đều không có khả năng khiến vật chất khác mang tính phóng xạ. Vài metre concrete
(bêtông) hoặc vài metre vật chất đặc (như chì) có thể ngăn được bức xạ loại này.
d)
Neutrons
Các hạt neutron là các hạt hạt nhân tốc độ cao có khả năng đặc biệt đâm xuyên
vật chất. Trong số năm loại bức xạ ion đề cập ở đây, các hạt neutron là loại duy nhất
có khả năng làm vật khác nhiễm xạ. Quá trình này, gọi là kích hoạt neutron, sản sinh
ra rất nhiều nguồn phóng xạ sử dụng trong y tế, nghiên cứu khoa học hoặc ứng dụng
công nghiệp (bao gồm thăm dò dầu mỏ)
Do khả năng đặc biệt đâm xuyên các vật chất khác, neutron có thể di chuyển
khoảng cách rất xa trong không khí và yêu cầu lớp vật liệu chưa hydro rất dày (như
bêtông hoặc nước) để ngăn chúng. Tuy nhiên, bức xạ neutron chủ yếu xuất hiện trong
các lò phản ứng hạt nhân, xung quanh là lớp nước dày cung cấp lớp che chắn hiệu quả.
1.1.3. Tổng quan các đại lƣợng đo lƣờng phóng xạ
Để phục vụ cho phần báo cáo tiếp theo và hiện trạng phóng xạ và sự ảnh hưởng của
chúng đối với môi trường xung quanh, ở đây xin đề cập đến những khái niệm chung
cũng như ý nghĩa của các đại lượng và đơn vị đo liên quan đến phóng xạ. Về chi tiết
các đại lượng này, các giá trị quy đổi giữa các đơn vị và phương pháp đo của chúng sẽ
được trình bày kỹ càng hơn trong chương II
Có bốn loại đơn vị đo khác nhaunhưng có mối liên hệ chặt chẽ để sử dụng đo
phóng xạ, độ phơi nhiễm, liều suất hấp thụ và liều suất tương đương, bao gồm cả các
đơn vị thường (hệ đếm Anh, ví dụ Ci) và hệ đo quốc tế (hệ metric, ví dụ Bq)
-

Độ phóng xạ,hoạt độhay độ hoạt động (Radioactivity) thường được hiểu là
lượng bức xạ ion phát ra bởi một vật chất. Cho dù vật chất này phát ra các
hạt alpha, beta, các tia gamma, tia X hay các neutron, một lượng chất phóng
xạ cũng được thể hiện dưới dạng độ phóng xạ của nó, nói cách khác là thể
hiện xem có bao nhiêu nguyên tử của vật chất này phân rã trong một chu kỳ

cho trước. Đơn vị để đo lượng độ phóng xạ này là curie (Ci) và becquerel
(Bq)

-

Độ tiếp xúc(Exposure) miêu tả lượng phóng xạ đi qua không khí, đưa đến
một điểm. Rất nhiều bộ giám sát phóng xạ thực hiện nhiệm vụ đo đếm đại
lượng này. Đơn vị của độ phơi nhiễm là roentgen (R) và coulomb/kilogam
(C/kg)

-

Liều suất hấp thụ (Absorbed dose) thể hiện lượng phóng xạ hấp thụ bởi một
vật thể hoặc con người (là lượng năng lượng mà nguồn phóng xạ đã gửi lại
trong các vật chất mà chúng đi qua). Đơn vị cho liều hấp thụ là “radiation
absorbed dose” (rad) và gray (Gy)

-

Liều suất tươn đươn (dose equivalent) hay còn gọi là liều suất hiệu dụng
(effective dose) phụ thuộc vào hai yếu tố, một là lượng phóng xạ được hấp
thụ và hai là hiệu ứng y tế của loại bức xạ đó. Đối với bức xạ beta và
12


gamma, liều suất tương đương của chúng bằng với liều hấp thụ. Trong khi
đối với bức xạ alpha và neutron, liều suất tương đương cao hơn liều suất hấp
thụ, do những loại bức xạ này mang lại rủi ro hơn đối với cơ thể người. Đơn
vị cho liều suấ tương đương là “roentgen equivalent man” (rem) và sievert
(Sv)

Trong thực tiễn, 1 R (độ phơi nhiễm) = 1 rad (liều suất hấp thụ) = 1 rem (liều
suất tương đương)

Hình 1-3 Hoạt độ phóng xạ

13


Hình 1-4 Mô hình một hệ thống giám sát phóng xạ trong môi trƣờng

Hình 1-4 ở trên thể hiện một hệ thống giám sát phóng xạ môi trường liên tục
hoàn chỉnh. Những đại lượng được đo lường bao gồm radiation dose (Liều suất) và
radioactivity concentration (mật độ hoạt độ phóng xạ trong một đơn vị thể tích không
khí), kết hợp với các quan sát khí tượng. Dữ liệu được đưa về hệ thống xử lý. Giao tiếp
với công chúng cho phép họ truy cập qua giao diện thời gian thực bằng trình trình
duyệt máy tính, bằng phần mềm giám sát từ xa của hệ thống, hoặc qua phần mềm theo
dõi từ xa được phát triển cho điện thoại thông minh.
Sản phẩm thực hiện trong đề tài này, là một mạch đơn giản thực hiện các nhiệm
vụ tương tự như trạm quan sát kể trên, bao gồm đo lường tính toán các đại lượng
phóng xạ, sau đó truyền phát dữ liệu đến trung tâm thông tin (ở đây là một máy tính
thực hiện nhiệm vụ giám sát). Đề tài cũng thực hiện phần mềm ứng dụng trên nền tảng
Windows để xử lý và thể hiện dữ liệu. Đây là những nền tảng cốt lõi của một hệ thống
giám sát phóng xạ hoàn chỉnh, với những mở rộng và nghiên cứu nghiêm túc hợp lý,
hoàn toàn có thể trở thành một hệ thống giám sát hoàn chỉnh như đã trình bày ở trên.
Những đề xuất mở rộng và nâng cấp sẽ được trình bày trong chương cuối của Báo cáo
này.
1.2. NGUỒN GỐC PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
Các chất phóng xạ trong môi trường tự nhiên bắt nguồn từ những nguyên nhân sau:

14

-

-

Các chất phóng xạ thâm nhập vào môi trường từ các quá trình hoạt động kinh
tế, kỹ thuật khác nhau trong đó quan trọng nhất là các quá trình sản xuất tạo ra
các chất thải phóng xạ thải ra môi trường có khả năng phát tán lan truyền.
Trước hết phải kể đến các vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và nước.
Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt
nhân (nhà máy điện hạt nhân, hoặc cơ sở chế tạo thiết bị hạt nhân có liên quan
đến an toàn, thậm chí là các cơ sở quân sự liên quan đến chế tạo vũ khí hạt
nhân…)

-

Quá trình xử lý nhiên liệu hạt nhân, khai thác nghiền quặng, làm giàu nhiên liệu
hạt nhân, hoạt động của các lò phản ứng, xử lý lại nhiên liệu hạt nhân của các
nhà máy hóa phóng xạ và các chất thải hạt nhân

-

Tích trữ chất thải phóng xạ dưới đáy biển

Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các
sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển vác chất phóng xạ)
- Các chất phóng xạ có sẵn trong tự nhiên bao gồm đồng vị 40K và ba họ phóng
xạ quan trọng là họ 238U họ 235U và họ 232Th
- Các đồng vị phóng xạ sinh ra trong vũ trụ

Bảng 1-1 dưới đây liệt kê một số nguồn nuclide phóng xạ phổ biến
-

Bảng 1-1 Các nuclide phóng xạ và nguồn gốc của chúng (Nguồn: Báo cáo đánh giá hiện trạng phóng xạ
môi trƣờng tại vùng dự án. Viện nghiên cứu hạt nhân, 2002)

Các nuclide phóng xạ
K, 14C, 7Be, 235-238Ur, 232Th
40
K, 137Cs, 210Pb, 226Ra, 232Th,
222
Rn

Nguồn

40

238

Phóng xạ tự nhiên
Ur, Khai thác Ur

Triti, 14C, 54Mn, 55Fe, 65Zn, 85Kr, 89-90Sr, Thử vũ khí hạt nhân
106
Ru, 131I, 137Cs, 140Ba, 144Ce;
238,239,240,241
Pu; 241Am.
54

Mn; 110Ag; 58,60Co; 124,125Sb;

Cs; triti; 14C; 85Kr

129,131

I; Chất thải của NMĐNT

134,137
54

Co; 90Sr; 103,106Ru;
125
Sb; 1137Cs; 144Ce;
238,239,240
Pu; 241Am; 85Kr
MN;
110
Ag;
103,106

58,60

106

Rh; Tái chế nhiên liệu hạt nhân.
Pr;

144

Ru; 106Rh; 134,137Cs; 131I; 90Sr
1.2.1. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Sự cố NMĐNT

i) Các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong vỏ trái đất
Các quá trình biến đổi hạt nhân, phân rã phóng xạ không phụ thuộc vào áp suất,
nhiệt độ của khí quyển, chúng diễn ra với một tốc độ không thay đổi. Vì đặc điểm đó,
các chất phóng xạ được coi là các “đồng hồ địa chất” để đo tuổi tuyệt đối của các loại
15


quặng và đá núi. Người ta đã tìm thấy được 17 đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán hủy
lớn, luôn tồn tại trong tự nhiên nhưng quan trọng và có ý nghĩa nhất, cả trong lĩnh vực
môi trường và địa chất là các đồng vị thuộc các họ phóng xạ 238U, họ 235U, họ 232Th và
40
K. Các quá trình phân rã phóng xạ diễn ra ở 3 dạng: phân rã Alpha, phân rã Bêta và
quá trình K-bắt:
238

U

87

Rb

40

K

234

87

40

Th

Sr

Ar

Khi phân rã phóng xạ, Uran và Thori tạo thành các sản phẩm trung gian đó là
các đồng vị phóng xạ khác và tạo thành các dãy phóng xạ. Có 3 dãy phóng xạ trong tự
nhiên với đồng vị xuất phát 238U (dãy Uran), 235U (dãy Actini) và 232Th (dãy Thori).
Các đồng vị cuối cùng trong các dãy phóng xạ là các đồng vị bền 206Pb, 207Pb và 208Pb.
Hàm lượng một số đồng vị phóng xạ trong các loại quặng, đất đá của vỏ trái đất
trình bày trong bảng sau
Bảng 1-2 Hàm lƣợng các chất phóng xạ trong một số quặng, đất đá (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và
phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 1)

Loại quặng, đất đá

Hoạt độ riêng (mBq/gram)
40
238
K
U

Đá phun trào
Granit
Mapia

Đá trầm tích
Đá vôi
Các bônát
Sa thạch
Phiến thạch dầu
Các loại đất
Đất xám
Đất nâu xám
Đất đen
Than bùn
Trung bình trong đất

232

Th

1000
240

60
10

80
10

90
370
700

30

27
19
44

7
8
10
45

670
700
410
90
370

31
28
22
6
26

48
41
36
6
26

ii) Bức xạ vũ trụ
Bức xạ vũ trụ được tạo thành khi các tia vũ trụ xuyên vào bầu khí quyển trái
đất. Các đồng vị tạo thành từ vũ trụ quan trọng nhất là 3H, 7Be, 14C, 22Na, 38Cl và 32S.

Những đồng vị này phát sinh trong các phản ứng hạt nhân của tia vũ trụ với các
nguyên tử nitơ, oxy và acgon trong khí quyển. Hàm lượng trung bình trong không khí
và nước mưa của các đồng vị tạo thành từ tia vũ trụ nêu trong bảng sau
16


Bảng 1-3 Những hạt nhân tạo thành dƣới tác động của tia vũ trụ (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và
phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 1)

Hàm lƣợng giới hạn
Trong không
Nƣớc mƣa (Bq/103
khí (Bq/103 m3) l)
3
H
12.3 năm
0.02-0.2
200-400
7
Be
53 ngày
0.08-30
400-4000
14
C
5730 năm
40
22
-4
-4

Na
2.6 ngày
2.10 -8.10
0.004-0.04
38
Cl
37.2 ngày
400- 4000
32
S
87.5 ngày
0.008 -1
20 - 200
1.2.2. Các quá trình phát tán chất thải phóng xạ trong khí quyển
Hạt nhân phóng
xạ tạo thành

Chu kỳ bán rã

i) Phát tán phóng xạ
Khi rơi vào khí quyển, các hạt nhân phóng xạ chịu ảnh hưởng của các quá trình
vật lý khác nhau. Quá trình quan trọng nhất là phát tán các sản phẩm phóng xạ trong
khí quyển và sau đó chúng tách ra khỏi khí quyển. Do tán xạ các chất phóng xạ xâm
nhập vào biên giới của vũ trụ (thấp nhất khoảng vài kilomet khí quyển) gây nên bởi
chuyển động của gió và khuếch tán diễn ra trong phạm vi cục bộ cũng như phạm vi
toàn cầu.
Đầu tiên các hạt nhân phóng xạ bị tán xạ do sự tuần hoàn cục bộ của khí quyển.
Quá trình này xảy ra trong một vài giây hoặc phút dẫn đến phát tán các hạt nhân phóng
xạ trong dải ngang vì kilomét. Sự pha loảng và biến đổi gây ra bởi các cơn lốc và
chuyển động của gió. Theo chiều cao, cơn lốc này bị hạn chế bởi kích thước của lớp

biến đổi còn theo chiều ngang chúng được phân bố trong một phạm vi rộng
Các hạt nhân phóng xạ tách khỏi tầng đối lưu của khí quyển, rơi vào trái đất
bằng hai cơ chế: rửa trôi nhờ lắng động ướt và bụi khô. Ngoài ra các hạt có kích thước
nhỏ do chuyển động có thể chuyển động từ tầng đối lưu lên tầng bình lưu và di chuyển
khắp toàn cầu. Sự chuyển động của các đám mây bụi phóng xạ phụ thuộc vào các quá
trình khí tượng trong khí quyển và bị chia tách giữa hai tầng đối lưu và bình lưu.
Các chất phóng xạ nằm trong giới hạn tầng đối lưu gồm các bụi phóng xạ từ các
vụ nổ hạt nhân hoặc tai nạn lò phản ứng, duy trì ảnh hưởng chỉ một lớp không khí
mỏng của tầng này.
Các đám mây bụi phóng xạ đạt đến tầng bình lưu chịu ảnh hưởng các quá trình
bình lưu sau đó dịch chuyển toàn cầu và rơi dần xuống tầng bình lưu. Các quy luật hệ
thống gió của cả tầng đối lưu và tầng bình lưu tồn tại theo vùng thương là theo hướng
từ Đông sang Tây hoặc từ Tây sang Đông. Dòng không khí ở nửa bán cầu Bắc chuyển
động chủ yếu từ Tây sang Đông với tốc độ gió tăng cùng với tăng độ cao. Dòng khí
quyển theo vùng bị thay đổi dưới ảnh hưởng của các dòng xoáy và tạo thành các hệ
thống gió “lốc” có thành phần chuyển động từ Bắc bán cầu xuống Nam bán cầu.
17


ii) Quá trình vận chuyển và tạo thành các sol khí
Các trạng thái vật lý và hóa học của các hạt nhân ảnh hưởng lớn đến sự đưa nó vào
khí quyển và nó có thể trở thành các đối tượng dịch chuyển trong quá trình dịch
chuyển của các đoàn khí. Các hạt nhân phóng xạ có thể được giải phóng ở các dạng
sau:
Khí trơ được tách ra từ khí quyển chỉ do kết quả của quá trình phân rã phóng xạ
tự nhiên nhưng có khả năng sinh ra các sản phẩm phóng xạ là các hạt nhân con
cháu với tính chất hóa lý khác nhau
- Các chất có khả năng hoạt động mạnh như 131I có thể tương tác hóa lý với các
nguyên tố khác, thí dụ bị hấp thụ trên bề mặt các sol khí
- Các hạt nhân kích thước nhỏ tích tụ (đường kính 0.01 µm) khi tương tác với các

sol khí
- Các hạt nhân lớn của nhiên liệu hạt nhân bị lắng đọng nhanh xuống mặt đất
Như vậy các hạt nhân phóng xạ có thể rơi vào khí quyển ở nhiều dạng hoát lý khác
nhau và bị thay đổi trong quá trình dịch chuyển đặc biệt khi tương tác với các chất sol
khí của môi trường xung quanh
-

Phát tán các đồng vị phóng xạ tự nhiên do các hoạt động kinh tế kỹ thuật
Chúng ta tập trung chú ý đến quá trình phát tán các đồng vị phóng xạ tự nhiên
vào môi trường xung quanh bởi các hoạt động của con người. Phần lớn các đồng vị
phóng xạ loại này là do việc khai thác và sử dụng quặng phốt phát, tái xử lý Monazit,
sử dụng xỉ than, đá ong trong vật liệu xây dựng dẫn đến sự phát tán các hạt nhân
phóng xạ vào khí quyển gần mặt đất, trong đó đáng chú ý là xạ khí Radon. Sự phát tán
trực tiếp của các đồng vị phóng xạ vào khí quyển chiếm ưu thế do sự cháy các chất
cháy dưới lòng đất: than đá, dầu hỏa
iii) Các chất phóng xạ liên quan đến dầu hỏa và dẫn xuất khí
Phần lớn các túi dầu trong lớp vỏ trái đất trên toàn thế giới đều có hàm lượng
cao các chất hữu cơ cùng với các phiến thạch sét. Khi chứa nhiều các phốt phát có
Uran, hàm lượng Uran trong chúng đạt đến 1000 g/T hoặc lớn hơn
iv) Phát tán các chất phóng xạ khi đốt than
Than là nguồn nhiên liệu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Hàng ngày
trên toàn thế giới đốt khoảng 4.6x 109 tấn than (số liệu thống kê năm 1987) trong đó
70% sử dụng để sản sinh năng lượng. Tất cả các loại than đều chứa các hạt nhân của
dãy phóng xạ Uran và Thori ở trạng thái cân bằng thế kỷ. Khi đốt cháy than trạng thái
cân bằng đó bị vỡ, một phần theo khí thải bay vào khí quyển, một phần ở loại các chất
xỉ than bao gồm: 238U, 234U, 234Th, 232Th, 228Ra, 228Th, 228Ac, 226Ra, 214Bi, 212Pb, 212Bi,
208
Tl,40K. Hàm lượng trung bình của các đồng vị phóng xạ trong than cho ở trong bảng

18

Bảng 1-4 Hoạt độ phóng xạ khi đốt than (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng, Nghiên cứu tiền khả thi
NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)

Đồng vị

Hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ (Bq/kg)
Than
Xỉ than
Tro bụi
9-31
56-185
70-370
19
92
160
9-19
39
85-174
6-20
18-78
63-130
1-20
56-81
15-130
7-25
20-166
85-281
26-130

192-230
233-740

238

U
U
232
Th
228
Ra
228
Th
226
Ra
40
K
234

v) Khía cạnh toàn cầu
Mặc dù sự phát triển kinh tế kỹ thuật làm gia tăng sự nhiễm xạ tự nhiên là rất
lớn (như đã nêu trên), đặc biệt nguy hại là các đòng vị 226Ra và 210Pb nhưng nó vẫn
còn ở mức thấp hơn sự phát tán các đồng vị tự nhiên trên toàn cầu. Bảng dưới đây cho
tự thấy mức độ phát tán tương đối tính trên dòng năng lượng phóng xạ (J/sec)
Mức độ phát tán dòng năng lượng phóng xạ (J/sec)
Bảng 1-5 Mức độ phát tán năng lƣợng phóng xạ (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng, Nghiên cứu tiền
khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)

STT

Hạt nhân Điện hạt nhân và khai Đốt
thác quặng năm 1981 than

1
2
3

222

Rn
Ra
210
Pb
226

53,000
0.2
8

3000
10
26

Khí thiên
nhiên và
dầu mỏ
75,000
10
18

Các đồng vị
phóng xạ tự
nhiên
120,000,000
1100
19,000

vi) Di chuyển từ biển vào đất liền
Trong thực tế và được sự cho phép của một số chính phủ, một số xí nghiệp đã
đổ ra biển các chất thải hạt nhân hoạt độ thấp. Đối với các chất thải hạt nhân hoạt độ
cao và chu kỳ bán rã lớn, người ta cho vào các container bằng bêtông và thả vào các
khu vực biển sâu. Hiện nay có một số khu vực biển quốc tế chôn lấp chất thải hạt nhân
như vậy có thể ảnh hưởng đến các vùng biển của các nước lân cận.
vii) Những nguồn phóng xạ trong môi trƣờng biển Thái Bình Dƣơng
Trong môi trường biển tồn tại hai loại nguồn phóng xạ, giống như trên lục địa
đó là tự nhiên và nhân tạo. Những hạt nhân phóng xạ tự nhiên xuất hiện và tồn tại từ
hàng triệu năm trước đây cùng với sự hình thành của trái đất. Trong đó đáng kể là các
hạt nhân phóng xạ: 40K với chu kỳ bán rã là 1.28 x 109 năm, 232Th với chu kỳ bán rã
1.405x1010 năm và 238U với chu kỳ bán rã 4.468x109 năm. Cả hai hạt nhân 238U và
232
Th có những sản phẩm phân rã và cùng tham gia vào các con đường chiếu xạ con
người do sử dụng các hải sản từ biển
19


1.2.3. Những nguồn phóng xạ nhân tạo
Những nguồn phóng xạ nhân tạo chính trong môi trường biển là: sự thử vũ khí
hạt nhân trong khí quyển và dưới nước, những chất thải phóng xạ hoạt độ thấp từ các
nhà máy điện hạt nhân, nhà máy tái chế nhiên liệu hạt nhân, các nhà máy sản xuất vũ
khí hạt nhân, những sự cố hạt nhân dưới biển, sự chôn lấp các chất thải phóng xạ ở

biển…
Những nguồn phóng xạ này đặc biệt là các vụ thử vũ khí hạt nhân dưới biển
được xem là những nguồn lớn nhất gây ra ô nhiễm phóng xạ nhân tạo trong môi
trường biển.
i) Các vụ thử vũ khí hạt nhân
Các vụ thử vũ khí hạt nhân được tiến hành từ năm 1945 đến năm 1980 trên toàn
thế giới đã tung các chất phóng xạ thứ cấp do quá trình phân hạch, tổng hợp hạt nhân
và kích hoạt neutron… vào môi trường một số lượng đáng kể. Các phương thức tiến
hành thử hạt nhân có ảnh hưởng lớn đến đặc điểm phát sinh các chất phóng xạ đưa vào
môi trường. Công suất nổ, vị trí nổ xác định số lượng các chất phóng xạ sinh ra sau đó
và xâm nhập vào khí quyển
Các vũ khí hật nhân hiện đại với ba pha phổ: phân hạch- tổng hợp- phân hạch,
sử dụng nguyên liệu nổ hạt nhân là Uran với độ làm giàu cao hoặc là Plutoni. Nguyên
liệu nổ hạt nhân trong quá trình phân hạch làm trung gian kích thích giai đoạn hai của
vụ nổ là quá trình tổng hợp hạt nhân- Nhiệt hạch. Các neutron sinh ra trong quá trình
nhiệt hạch kích thích giai đoạn nổ thứ ba- Phân hạch. Trong giai đoạn phân hạch thứ
ba người ta sử dụng nguyên liệu là 238U. Phần lớn các sản phẩm phóng xạ được tạo
thành từ đồng vị 238U. Trong bảng giới thiệu các sản phẩm tạo thành của 3 giai đoạn
khác nhau.
Người ta đã đánh giá được sự tung các đồng vị phóng xạ vào môi trường của vụ
nổ ở Hiroshima- Nhật Bản là 15 kt và tất cả các vụ thử hạt nhân trong khí quyển từ
năm 1945 đến năm 1963 gần 450 Mt.
Các neutron tạo thành trong khi phân hạch hoặc tổng hợp hạt nhân có thể làm
sinh ra các phản ứng hạt nhân thứ cấp tạo ra các đồng vị phóng xạ mới gọi là đồng vị
thứ cấp. Ví dụ neutron phản ứng với Nitơ trong không khí tạo thành đồng vị 14C. Đồng
vị 55Fe được tạo thành khi neutron tương tác với vật liệu chế tạo bom (khoảng 1023
Bq/kt). Trong đất các đồng vị thứ cấp tạo thành quan trọng nhất là 28Al, 56Mn và 24Na.
Khi nổ trong môi trường nước biển, đồng vị thứ cấp đặc trưng là 24Na và 28Cl.
Khi vụ nổ hạt nhân xảy ra, sẽ diễn ra sự phát tán lan truyền một lượng lớn các
chất nhiên liệu hạt nhân không phân hạch 238U và 239Pu vào khí quyển, ngoài ra

neutron sinh ra trong các phản ứng hạt nhân sẽ kích hoạt 238U tạo thành một lượng
đáng kể 239Pu. Một vụ nổ bom hạt nhân công suất 10MGt, chỉ cần 50% năng lượng
hình thành sự phân hạch đã tạo thành 250 kg 239Pu.
20


Bụi phóng xạ tạo thành sẽ lan truyền trong không khí đi vào tầng bình lưu tồn
tại ở đó và lan truyền khắp toàn cầu. Tùy theo vị trí bụi phóng xạ rơi lắng trở lại bầu
khí quyển mà khí quyển bị nhiễm các đồng vị phóng xạ có thời gian sống dài và các
đồng vị có thời gian sống ngắn.
ii) Khai thác quặng Uran, làm giàu và sản xuất nhiên liệu hạt nhân
Trong quá trình sản xuất nhiên liệu hạt nhân bao gồm khai thác quặng, xử lý
ban đầu, quá trình làm giàu để dùng trong lò phản ứng, tái xử lý các nhiên liệu thải và
chôn cất chất thải, một lượng lớn các chất phóng xạ tung vào môi trường.
Nhiên liệu đưa và lò phản ứng chỉ có tính phóng xạ tự nhiên, không gây nguy
hiểm cho con người khi tiếp xúc trực tiếp với các vật liệu này.Trong quá trình làm việc
của lò phản ứng, tổng lượng phóng xạ phát ra của vật liệu tăng lên hàng triệu lần. Mặc
dù phần lớn lượng phóng xạ này sẽ mất đi trong vòng vài ngày, vài tuần, vài tháng đầu
tiên do phân rã tự nhiên các đồng vị phóng xạ ngắn ngày, độ phóng xạ hàng năm vẫn
tăng nhanh do hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân.Lượng chất thải phóng xạ của
các NMĐHN phụ thuộc vào các yếu tố như: Loại lò phản ứng hạt nhân, các hệ thống
xử lý chất thải phóng xạ, các hệ thống bảo dưỡng thiết bị…
Lượng thải phóng xạ phát ra do quá trình hoạt động của lò phản ứng hạt nhân,
khi đốt cháy nhiên liệu Uran tạo ra vô số các đồng vị phóng xạ ở dạng khí, rắn, và
lỏng.Khi khai thác quặng, đồng vị phóng xạ phát tán chủ yếu là Radon số lượng phát
tán tới 1 GBq/ tấn quặng với hàm lượng U3O8 trong quặng là 1%. Hiện nay trên thế
giới khai thác khoảng 40 nghìn tấn quặng Uran hàng năm.
Nhiên liệu được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân trong các nhà máy điện
nguyên tử tạo ra các đồng vị phóng xạ có hoạt độ 20 GBq/ 1 Mw- năm năng lượng
điện.Khi tách Uran từ quặng và khi làm giàu quặng, lượng sol khí tạo thành từ 2 nghìn

tấn quặng/ ngày là 1GBq của các đồng vị 238U, 232Th, 226Ra, 210Pb.
Trong bảng dưới đây giới thiệu các đánh giá dự báo độ lớn các nguồn phóng xạ
và liều tập thể đối với dân chúng. Các nguồn mạnh là do quá trình khai thác và làm
giàu quặng, quá trình chế tạo nhiên liệu. Liều chiếu trong bảng này được tính trên chu
kỳ 10 năm đối với một thế hệ người
Bảng 1-6 Liều chiếu trung bình từ các chất thải rắn đem chôn lấp và sự phát tán toàn cầu các hạt nhân do
quá trình khai thác và xử lý nhiên liệu hạt nhân (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng, Nghiên cứu tiền
khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)

Nguồn phát tán
Khai thác quặng, làm giàu và sản xuất
nhiên liệu hạt nhân
Hoạt động của các lò phản ứng hạt
nhân
- Các chất thải hoạt độ thấp
- Các chất thải hoạt độ trung bình

Liều chiếu tƣơng đƣơng hiệu dụng
tập thể (Sv)
150

0.00005
0.5
0.05
21


-

Xử lý lại và chôn cất chất thải

rắn
Các hạt nhân phát tán toàn cầu
Tổng cộng (môi trường xung quanh)

63
200

iii) Các nguồn gốc gây tác động phóng xạ từ NMĐHN
Như đã trình bày ở trên, NMĐHN không phải nguồn nhân tạo chủ yếu gây ra
phóng xạ ion môi trường. Thực tế chứng minh rằng xác suất xảy ra sự cố nghiêm trọng
gây tác động đến môi trường và con người xung quanh là rất thấp. Tuy nhiên do tính
thời sự, quan ngại của công chúng sau sự cố Fukushima cũng như những đòi hỏi thêm
về mặt thông tin và các nghiên cứu mở rộng trong bối cảnh chủ trương xây dựng nhà
máy hạt nhân tại Việt Nam, ta cần đi sâu hơn khảo sát và nghiên cứu các nguồn phóng
xạ liên quan đến ngành công nghiệp này (tham khảo nguồn phóng xạ từ làm giàu
Uranium ở trên mục 1.2.3.2)
Những nguồn phóng xạ neutron từ NMĐHN có thể nhắc đến ở đây bao gồm:
-

Các tạp chất thải ra từ chất tải nhiệt.

-

Rò rỉ phóng xạ tử trong thanh nhiên liệu khi lớp vỏ bọc của một số thanh nhiên
liệu có thể bị nứt, hở, do đó một số sản phẩm phân hạch có thể theo khe hở
thoát ra khỏi thanh nhiên liệu rồi hoà vào chất tải nhiệt.

-

Trong số các sản phẩm phân hạch nhiều đồng vị phóng xạ có chu kỳ rã rất lớn,

vì thế khi có mặt trong thành phần của phóng xạ, chúng có thể gây ảnh hưởng
lâu dài tới môi trường.

-

Rò rỉ chất tải nhiệt do thành ống bên trong bị gỉ và ăn mòn trong môi trường
nhiệt độ cao, áp suất lớn v.v…

-

Các thanh nhiên liệu hạt nhân.

-

Các thanh nhiên liệu chưa sử dụng.

Các thanh nhiên liệu trước khi đưa vào lò phản ứng đã có độ phóng xạ cao, vì vậy
đều có nguy cơ phát lượng phóng xạ ra ngoài do các sai phạm trong quá trình vận
chuyển, sản xuất, lưu giữ v.v… làm ô nhiễm tới môi trường.
-

Các thanh nhiên liệu đã sử dụng.

Các thanh nhiên liệu đã cháy trong lò có chứa rất nhiều sản phẩm phân hạch.
Chúng sinh ra đủ loại bức xạ với các chu kỳ bán rã dài, ngắn khác nhau, từ một vài
giây đến hàng nghìn tỷ năm, có độ phóng xạ cao trong một thời gian dài vì vậy cần
được lưu giữ và bảo vệ kỹ càng trong khi chờ tái chế hoặc xử lý.
Từ lò phản ứng hạt nhân
Với các loại lò nước nhẹ 1000MW(e) vận hành bình thường thì hàng năm sẽ sinh
ra từ 200  600m3 các chất thải rắn hoặc đóng cứng có hoạt tính phóng xạ tầm trung

22


hoặc thấp. Lượng chất thải này thu được từ việc làm sạch hệ thống làm mát lò, bãi
chứa nhiên liệu, từ sự khử nhiễm xạ các thiết bị lò và gồm cả những phần như các bộ
lọc, các thành phần kim loại đã bị nhiễm phóng xạ trong quá trình lò vận hành.
Các đồng vị phóng xạ trong chất thải của lò được sinh ra bởi phóng xạ neutron.
Trong cấu trúc của vật liệu lò và chất tải nhiệt, hầu hết các sản phẩm phóng xạ có chu
kỳ bán rã ngắn 59Ni và 63Ni có chu kỳ bán rã dài. Tuy nhiên các sản phẩm này có thể
hạn chế ở mức thấp nhờ vào cách sử dụng chất liệu chứa niken trong vùng hoạt động
của lò phản ứng. Có một số cách khử nhiễm phóng xạ là từ thanh nhiên liệu và việc
bảo phủ thanh nhiên liệu không được hoàn toàn ở một khoảng thời gian.
Các dòng phóng xạ tầm thấp (chất lỏng và chất khí) được cách ly khỏi môi trường
khi lò phản ứng vận hành bình thường, chúng được giám sát bởi mạng lưới monitoring
và kiểm tra chặt chẽ, cách ly và xử lý làm sạch.
Chất thải phóng xạ tầm trung cũng có các chủng loại và thành phần như đối với
dòng phóng xạ tầm thấp, nhưng chúng bị nhiễm xạ mạnh hơn, cũng có thể bao gồm
các thành phần đặc biệt như các thiết bị lọc đã qua sử dụng và bộ trao đổi ion của hệ
thống làm sạch chất làm mát ban đầu.
Lò phản ứng hạt nhân là nơi sản sinh ra nơtron với công suất rất lớn và có phổ
năng lượng trải rộng từ vùng năng lượng nhiệt (0,025eV) tới gần hai chục MeB. Tại
đây có tới 99% số nơtron được phát ra trong khoảng khắc cỡ vài chục phần triệu giây
ứng với mỗi sự phân hạch. Vì thế để bảo vệ an toàn đối với bức xạ nơtron người ta
giảm năng lượng của nó bằng nhiều cách lớp lắng đọng trên mặt đất và sự rửa chất
phóng xạ do mưa và tác động của thiết bị bảo vệ như là lò kín và hệ thống thống phun
và lọc.
Từ nhiên liệu đã qua lò, chất thải tầm cao
Với các loại lò năng lượng, chủ yếu là loại sử dụng nhiên liệu đã được làm giàu
nhẹ U235 (khoảng từ 3 đến 7%). Trong nhiên liệu được thải ra khỏi các thành pahàn
nhiên liệu điển hình còn lại thường chứa khoảng 0,8% U235 chưa cháy hết, 94,3% U238

; và 4,9% các sản phẩm phóng xạ và các đồng vị mới của các nguyên tố kim loại năng
bao gồm 2% hỗn hợp các loại đồng bị của phutonium. Nhiên liệu đã dùng rồi nóng lên
do kết quả của quá trình bán rã phóng xạ, quá trình này vẫn tiếp tục sau khi nhiên liệu
đã được thải khỏi lò. Các thanh nhiên liệu này được giữ lại tại mặt bằng của lò phản
ứng trong một thời gian ngắn nhất để hoạt tính phóng xạ mạnh của chúng tan rã. Sau
đó chúng có thể được chuyển đến để cất giữ dài hạn bằng các phương tiện thích hợp,
hoặc là được vận chuyển đến một nhà máy sử dụng lại. Thời kỳ bán rã bảo quản tại
khu vực lò phản ứng thường từ 1 đến 5 năm hoặc lâu hơn, sau đó chúng được vận
chuyển đi xa khỏi nhà máy tới điểm cất giữ mới, thời gian này kéo dài đến 50 năm.
Trong quá trình tái chế, một số các chất thải có độ phóng xạ nhỏ hơn xuất hiện như các
lớp vỏ, khoảng không gian, các chất không hoà tan). Chúng chứa một số lượng các
23


đồng vị phóng xạ có chu kỳ sống dài. Các vỏ thùng chứa phóng xạ bêta, gamma và
alpha. Thêm nữa là các chất thải tầm trung và thấp cũng được phát sinh.
Việc thải chất phóng xạ vào môi trường có thể xảy ra dưới nhiều dạng : Thải rắn,
thải khí và xon khí, thải ở dạng bụi.
1.3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
1.3.1. Ảnh hƣởng đối với môi trƣờng đất:
Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên sinh ra do sự tương tác của các tia trong Vũ Trụ
và các bức xạ khác với khí quyển và ngưng đọng lại ở các lớp đá. Hạt nhân đặc
trưng là U238, Th232, hạt nhân con trong các dãy này và K40. Ngoài ra, còn có một số
đồng vị khác có nguồn gốc tự nhiên như Be7, Na22, Na24.
Bảng 1-7 Hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ điển hình trong các loại đất đá (Nguồn: Báo cáo tác động môi
trƣờng, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)

Loại nham thạch

Hàm lƣợng các chất phóng xạ chứa trong

các loại nham thạch Bq/kg (BCi/g)
K40
U238
Th232

Nham thạch do núi lửa
999 (27)
59 (1,6)
81 (2,2)
Granit
Diopit
703 (19)
23 (0,62)
33 (0,88)
Bazalt
241 (6,5)
11 (0,32)
11 (0,30)
Durit
148 (4,0)
0,4 (0,01)
24 (0,66)
Đất phù sa
Đá vôi
89 (2,6)
28 (0,75)
7 (0,19)
Cacbonat
–
27 (0,72)

8 (0,21)
Cát
370 (10)
18 (0,5)
11 (0,3)
Đất sét
703 (19)
44 (1,2)
44 (1,2)
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều loại nhưng sống lâu và tồn tại trong đất
là đồng vị Sr90 và Cs137. Các đồng vị này gây nên sự ô nhiễm phóng xạ trong đất.
Hàm lượng các đồng vị này lại phụ thuộc vào độ sâu so với mặt đất. Thông thường
ở độ sâu 45cm ÷ 55cm thì không thấy tồn tại các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Tuy
nhiên, ngay ở cùng độ sâu chừng 15cm tính từ mặt đất thì hàm lượng các đồng vị
khác nhau như Sr90, Cs137 cũng khác nhau trong các loại đất khác nhau.
Bảng 1-8 Hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào độ sâu (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng,
Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)

Độ sâu
(cm)
0,0 ÷ 2,5
2,5 ÷ 5,0

Đất sét pH = 4,6
Sr (%)
50
20

Cs (%)
98

2

Đất cát pH = 6,6
Sr (%)
63
22

Cs (%)
98
2

Đất ở phía bìa có
đá vôi pH = 7,6
Sr (%) Cs (%)
57
43
24
21
24


5,0 ÷ 7,5
15
–
13
–
19
–
7,5 ÷ 10
–

–
2
–
6
–
90
Sr là sản phẩm thải luôn có mặt trong các vụ thử hạt nhân. Nguyên tố này có
khả năng trao đổi tương tác với canxi trong xương. Bụi phóng xạ có mang theo Sr90
rơi xuống các đồng cỏ và thấm vào đất canh tác rồi bị gia súc ăn phải. Cuối cùng,
chất phóng xạ độc hại đi vào cơ thể con người và nhất là trẻ sơ sinh qua con đường
sữa bò.
1.3.2. Ảnh hƣởng đối với môi trƣờng nƣớc
Một số hạt nhân phóng xạ tìm thấy trong nước chủ yếu là Ra và K40, có nguồn
gốc từ các nguồn tự nhiên, đặc biệt là qua thấm lọc từ khoáng chất. Những chất
khác đến từ các nguồn ô nhiễm, chủ yếu từ các nhà máy sản xuất năng lượng hạt
nhân và các vụ thử vũ khí hạt nhân.
Bảng 1-9 Các hạt nhân phóng xạ trong nƣớc (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu
phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 2)

Hạt nhân
phóng xạ

Chu kỳ
bán rã

Phản ứng hạt nhân, mô tả.
Nguồn

Xuất hiện từ các nguồn tự nhiên và từ các phản ứn vũ trụ

5.730 năm

N14 C14, các nơtron nhiệt từ
các nguồn vũ khí hạt nhân
hoặc Vũ Trụ, phản ứng với
N2 .

Si32

~ 300 năm

Ar40 Si32, các mảnh vụn hạt
nhân (phân rã các hạt nhân)
của Ar khí quyển do các
proton tia Vũ Trụ.

K40

~ 1,4 x 109
năm

C14

0,0119% K tự nhiên.

Xuất hiện từ họ uran U238
Ra226

1.620 năm

Khuếch tán từ quặng trầm
tích và khí quyển.

Pb210

21 năm

Ra226 → 6 bước → Pb210

Th230

75.200
năm

U238 → 3 bước → Th230 sản
ra tại chỗ.

Th234

24 ngày

U238 → Th234 sản ra tại chỗ.

Từ nguồn các lò phản ứng và sản xuất vũ khí hạt nhân
25