Đánh giá hoạt độ của 238u, 232th và 40k trong mẫu khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.45 MB, 96 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ PHÚC
ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘ CỦA 238U, 232Th VÀ 40K
TRONG MẪU KHOAI SẮN SỬ DỤNG
HỆ PHỔ KẾ GAMMA PHÔNG THẤP HPGe
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh năm 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUYỄN THỊ PHÚC
ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘ CỦA 238U, 232Th VÀ 40K
TRONG MẪU KHOAI SẮN SỬ DỤNG
HỆ PHỔ KẾ GAMMA PHÔNG THẤP HPGe
Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao
Mã số chuyên ngành: 60 44 05
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HUỲNH TRÚC PHƯƠNG
Tp. Hồ Chí Minh năm 2015
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này tác giả đã nhận được sự quan tâm và giúp đỡ tận
tình từ rất nhiều người.
Tôi xin bày tỏ lòng trân trọng và cảm ơn đến Thầy TS. Huỳnh Trúc Phương
là người thầy đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong quá trình
học tập của tôi và là người đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Huỳnh Đình Chương đã chia sẻ kinh
nghiệm, truyền đạt kiến thức để tôi hiểu được ý nghĩa vật lý của chương trình hiệu
chuẩn hiệu suất ETNA và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu trong quá trình tôi
thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Kỹ thuật Hạt nhân – Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên, ĐHQG - Tp. HCM đã hỗ trợ thiết bị hệ phổ kế gamma phông thấp
HPGe GC3520 và tủ sấy mẫu cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô trong Bộ môn Vật lý Hạt nhân
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. HCM đã luôn tạo điều kiện tốt để tôi có thể
học tập và thực hiện luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các em kỹ thuật viên Phòng Kỹ thuật Hạt nhân –
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp. HCM, đặc biệt là các em Trương Hữu
Ngân Thy, Huỳnh Thị Yến Hồng và Lê Thị Ngọc Trang đã nhiệt tình giúp đỡ tôi về
tư liệu của hệ máy, sấy mẫu và đo đạc thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và tình yêu thương sâu sắc đến gia đình
luôn động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này, và tôi cũng gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến những người em học chung lớp đó là Thái Văn Ton, Mã
Thúy Quang, Phạm Thị Phú Phúc, Thạch Trung và Thái Thị Thủy Tiên đã cùng tôi
nổ lực rất nhiều trong suốt quá trình học tập.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 09 năm 2015
Nguyễn Thị Phúc
i
MỤC LỤC
Lời cảm ơn ................................................................................................................... i
Mục lục ........................................................................................................................ii
Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................... iv
Danh mục các bảng ..................................................................................................... v
Danh mục các hình ....................................................................................................vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 9
1.1 Nguồn gốc phóng xạ ............................................................................................. 9
1.1.1 Nguồn phóng xạ tự nhiên ............................................................................... 9
1.1.2 Nguồn phóng xạ nhân tạo ............................................................................. 14
1.2 Phóng xạ môi trường ........................................................................................... 17
1.2.1 Phóng xạ tự nhiên trong đất .......................................................................... 17
1.2.2 Phóng xạ tự nhiên trong không khí............................................................... 18
1.2.3 Phóng xạ tự nhiên trong đại dương .............................................................. 18
1.2.4 Phóng xạ tự nhiên trong thực phẩm .............................................................. 19
1.2.5 Phóng xạ tự nhiên trong cơ thể con người .................................................... 19
1.2.6 Phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng ................................................... 20
1.3 Chiếu xạ trong ..................................................................................................... 21
1.3.1 Đặc điểm của chiếu xạ trong ........................................................................ 21
1.3.2 Hiệu ứng chiếu xạ trong của các loại bức xạ ................................................ 21
1.3.3 Các con đường chất phóng xạ thâm nhập vào cơ thể ................................... 22
1.4 Phổ gamma .......................................................................................................... 23
1.4.1 Ghi nhận phổ gamma .................................................................................... 23
1.4.2 Tương tác của photon gamma với vật chất................................................... 23
1.4.3 Hệ số suy giảm tuyến tính ............................................................................ 27
CHƢƠNG 2: HỆ PHỔ KẾ GAMMA ĐẦU DÒ HPGe VÀ PHƢƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ ........................................................................................... 29
2.1 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe ......................................................................... 29
2.1.1 Đầu dò germanium siêu tinh khiết HPGe ..................................................... 29
2.1.2 Các loại đầu dò germanium .......................................................................... 30
2.1.3 Mô tả hệ phổ kế ............................................................................................ 32
2.2 Một vài đặc trưng cơ bản của đầu dò HPGe ....................................................... 35
2.2.1 Hiệu chuẩn hệ phổ kế gamma ....................................................................... 35
2.2.2 Tỉ số đỉnh – Compton P/C ............................................................................ 38
2.3 Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ các đồng vị 238U, 232Th, và 40K .......... 40
ii
2.3.1 Phương pháp tương đối................................................................................. 40
2.3.2 Phương pháp tuyệt đối .................................................................................. 40
2.4 Liều hiệu dụng trong tiêu thụ thực phẩm ............................................................ 42
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ................................................... 44
3.1 Qui trình phân tích các đồng vị phóng xạ ........................................................... 44
3.1.1 Thu thập mẫu phân tích ................................................................................ 44
3.1.2 Xử lý mẫu phân tích...................................................................................... 44
3.1.3 Các vạch năng lượng sử dụng để đo hoạt độ của 238U, 232Th và 40K ............ 45
3.2 Hiệu chuẩn hệ phổ kế phông thấp HPGe GC3520.............................................. 46
3.3 Các kết quả về hoạt độ riêng và liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn ........... 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 66
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 70
iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
HPGe
IAEA
ICRP
CNEN
NISA
INES
FAO
Tiếng anh
Tiếng việt
High Pure Germanium
Germani siêu tinh khiết
International Atomic Energy
Cơ quan Năng lượng Nguyên tử
Agency
Quốc tế
International Convention for
Hiệp ước Quốc tế về bảo vệ
Radiological Protection
phóng xạ hạt nhân
Commission of Nuclear Energy Ủy ban Năng lượng hạt nhân
Nuclear and Industrial Safety
Cơ quan hạt nhân và an toàn
Agency
công nghiệp
International Nuclear Events
Thang sự kiện hạt nhân Quốc tế
Scale
Food and Agriculture
Tổ chức Nông nghiệp và Lương
Organization of the United
thực của Liên Hiệp Quốc
Nations
ADC
Analog – to Digital Converter
Bộ biến đổi tương tự - số
MCA
Multi Channel Analyzer
Bộ phân tích đa kênh
FWHM
Full Width Half Maximum
Bề rộng một nửa giá trị cực đại
MDA
Minium Detectable Activity
Giới hạn phát hiện hoạt độ
United Nations Scientific
Ủy ban Khoa học của Liên Hiệp
Committee on the Effects of
Quốc về ảnh hưởng của phóng
Atomic Radiation
xạ nguyên tử
Dose coefficients for
Hệ số liều cho phóng xạ
UNSCEAR
DCFi
XRF
radionuclide
X-Ray Flourescence Analysic
Phương pháp phân tích huỳnh
quang tia X
TBTG
Trung bình Thế giới
BRVT
Bà Rịa Vũng Tàu
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Bảng
Diển giải
Một số thông tin cơ bản về hạt nhân phóng xạ nguyên
Trang
1
1.1
2
1.2
3
1.3
4
1.4
Một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo chính
15
5
1.5
Hoạt độ phóng xạ của các nguyên tố trong đất
17
6
1.6
Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đại dương
18
7
1.7
Hoạt độ phóng xạ 40K, 226Ra trong một số thực phẩm
19
8
1.8
Hoạt độ phóng xạ trong cơ thể người
20
9
1.9
10
1.10
11
3.1
12
3.2
13
3.3
14
3.4
15
3.5
16
3.6
17
3.7
thủy
Các đồng vị phóng xạ tự nhiên với số nguyên tử thấp
Một số hạt nhân phóng xạ phổ biến được tạo ra do bức xạ
vũ trụ
Nồng độ và hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ Uranium,
Thorium và Potassium trong vật liệu xây dựng
Mức độ tác hại của các loại bức xạ trong trường hợp chiếu
xạ ngoài và chiếu xạ trong
Thông tin về hoạt độ phóng xạ của các mẫu chuẩn
Giá trị vị trí đỉnh, năng lượng, FWHM khi khảo sát mẫu
chuẩn RGU1
Các thông số về năng lượng, diện tích đỉnh và hiệu suất
ghi của hệ phổ kế gamma
Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ 238U, 232Th và
40
K trong các mẫu khoai sắn
Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ 238U, 232Th và
40
K trong khoai sắn ở các địa điểm
So sánh hoạt độ phóng xạ khoai sắn trong luận văn này
với một số nước trên thế giới và giá trị trung bình thế giới
Liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn hàng năm
v
11
13
13
20
22
47
47
49
50
52
56
57
với C = 15 (kg/năm)
18
3.8
19
3.9
20
3.10
Liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn hàng năm
với C = 25 (kg/năm)
Liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn hàng năm
với C = 58 (kg/năm)
Liều hiệu dụng trong tiêu thụ khoai sắn hàng năm
với C = 80 (kg/năm)
vi
58
59
60
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
STT
Hình
Diển giải
1
1.1
Sơ đồ phân rã của ba họ phóng xạ trong tự nhiên
10
2
1.2
Sơ đồ phân rã của 40K
12
3
1.3
Các con đường phơi nhiễm phóng xạ của con người
23
4
1.4
Hiệu ứng Compton
25
5
2.1
6
2.2
Mặt cắt ngang đầu dò Ge đồng trục
32
7
2.3
Hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe GC3520
32
8
2.4
Cấu trúc đầu dò GC3520
33
9
2.5
Buồng chì che chắn 747
34
10
3.1
Sơ đồ quy trình xử lý mẫu khoai sắn
44
11
3.2
Khoai sắn trước và sau xử lý
45
12
3.3
Khoai sắn sau xử lý được nhốt trong hộp nhựa 3
45
13
3.4
Đường chuẩn năng lượng của hệ phổ kế
48
14
3.5
15
3.6
16
3.7
17
3.8
18
3.9
Các đặc trưng về năng lượng của các loại đầu dò Ge
khác nhau
Đồ thị và phương trình đường chuẩn hiệu suất trong
GENIE – 2000
So sánh liều hiệu dụng với C = 15 (kg/năm) ở các địa
điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới
So sánh liều hiệu dụng với C = 25 (kg/năm) ở các địa
điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới
So sánh liều hiệu dụng với C = 58 (kg/năm) ở các địa
điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới
So sánh liều hiệu dụng với C = 80 (kg/năm) ở các địa
điểm khảo sát với giá trị trung bình Thế Giới
vii
Trang
31
49
57
58
59
60
MỞ ĐẦU
Môi trường sống của chúng ta chứa rất nhiều đồng vị phóng xạ, có thể chia
thành hai loại. Loại thứ nhất có nguồn gốc từ tự nhiên như: các đồng vị phóng xạ
nguyên thủy tồn tại ngay từ lúc trái đất hình thành và nhóm đồng vị phóng xạ do
tương tác giữa tia vũ trụ với bầu khí quyển của trái đất gây ra. Loại thứ hai có
nguồn gốc nhân tạo là kết quả do hoạt động của con người tạo ra như: các bức xạ
(tia X) dùng để chuẩn đoán bệnh và điều trị ung thư, sản phẩm từ các vụ nổ thử
nghiệm hạt nhân và tai nạn nhà máy điện hạt nhân (Chernobyl Disister năm 1986 và
Fukushima Earthquake năm 2011). Các kiểu phân rã của các nguồn phóng xạ là:
bức xạ gamma (), bức xạ anpha (), bức xạ beta (). Mặc dù những nơi khác nhau
trên trái đất thì lượng phóng xạ sẽ khác nhau, nhưng nó ảnh hưởng rất lớn đến môi
trường xung quanh, đến nguồn nước ngầm, đến hệ sinh thái trên cạn - dưới nước và
quan trọng nhất là ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.
Sau hai tai nạn lớn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (1986, Ucraina) và
Fukushima (2011, Nhật Bản) thì vấn đề an toàn phóng xạ được quan tâm hàng đầu
trên Thế Giới. Đặc biệt là vấn đề an toàn phóng xạ trong thực phẩm. Do vậy, nông
phẩm sạch luôn là đề tài được quan tâm bởi người tiêu dùng. Hiện nay, để bảo quản
lương thực và thực phẩm người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau trong đó có
phương pháp chiếu xạ. Tuy nhiên, ít người tiêu dùng quan tâm tới đồng vị phóng xạ
tự nhiên cũng như đồng vị phóng xạ nhân tạo tồn tại trong các nông phẩm này.
Trong quá trình phát triển, cây sẽ nhận chất dinh dưỡng từ đất, mạch nước ngầm,
nước mưa, phân bón, thuốc trừ sâu do con người cung cấp cũng góp phần tích lũy
hạt nhân phóng xạ trong cây trồng. Như vậy, trong lương thực, thực phẩm có chứa
một lượng chất phóng xạ nhất định thì câu hỏi được đặt ra là lượng chất phóng xạ
có trong một loại lương thực nào đó là bao nhiêu? Mức tiêu thụ lương thực đó bao
nhiêu là an toàn về mặt phóng xạ? Khi chúng thâm nhập vào cơ thể người qua con
đường ăn uống thì ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người là ở mức độ nào?
1
Sắn là loại cây lương thực quan trọng thứ 3 trong nền nông nghiệp thế giới
chỉ sau lúa gạo và lúa mì. Tại châu Phi, châu Á và châu Mỹ Latin, hàng triệu người
sử dụng sắn như là nguồn lương thực chủ yếu nhằm đảm bảo an ninh lương thực.
Đồng thời, sắn cũng là cây thức ăn gia súc, cây nhiên liệu sinh học, cây hàng hóa
xuất khẩu quan trọng trên thế giới và Việt Nam. Tại Việt Nam, sắn là cây lương
thực có diện tích trồng và sản lượng lớn đứng hàng thứ 3 sau lúa và ngô. Sắn được
trồng chủ yếu tại Nigeria, Brazil, Thái Lan, Indonesia và Công gô, lượng sắn được
sản xuất tại 5 quốc gia này khoảng 60% sản lượng sắn trên thế giới. Tuy nhiên, các
nước xuất khẩu sản phẩm từ sắn (sắn lát, sắn cục, tinh bột sắn) chủ yếu tại Thái Lan,
Việt Nam và Indonesia. Trong đó, Thái Lan chiếm khoảng 80% sản lượng thương
mại toàn cầu, Việt Nam và Indonesia mỗi nước chiếm 8% thị phần thế giới. Các
khoáng chất cần thiết cho sắn như: Đạm (N), Lân (P2O5), Kali (K2O), Canxi (Ca),
Magie (Mg), Lưu huỳnh (S) và các vi lượng (Cu, Zn, Mo, Fe, Mn, Bo…). Mỗi
khoáng chất đều có vai trò riêng và quan trọng trong suốt quá trình sinh trưởng của
sắn. Trong đó, Kali có vai trò vận chuyển hydratcacbon từ thân lá về rễ củ và các bộ
phận khác của cây. Đất nghèo thiếu K sẽ làm giảm năng suất củ rất rõ rệt. Trên đất
giàu dinh dưỡng, Kali phát huy tác dụng tốt giúp sắn tăng sự hoạt động của thượng
tầng và tích lũy tinh bột. Theo Howeler (1981), tác giả đã tổng kết các kết quả
nghiên cứu của nhiều tác giả khác và chỉ ra rằng: Sắn có nhu cầu cao về dinh dưỡng
khoáng, cao nhất là Kali, kế đến là N, Ca, sau đó là P. Tùy theo điều kiện đất đai,
giống, thời gian thu hoạch mà trung bình một tấn sắn của tươi thu hoạch sẽ lấy đi
của đất: 4,1(kg) K; 2,3 (kg) N; 0,6 (kg) Ca; 0,5 (kg) P và 0,3 (kg) Mg. Do đó, K và
N là hai nguyên tố mà sắn lấy đi nhiều nhất trong đất [27].
Người dân có thể tiêu thụ sắn thông qua việc luộc ăn trực tiếp hoặc thông
qua việc sử dụng các sản phẩm của nó như: bánh mì, bột quánh cho các loại súp, sợi
mì, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu…. Từ những nhận định trên, việc khảo sát
hoạt độ phóng xạ trong các mẫu môi trường (trầm tích, cỏ, đất, không khí, nước,
mẫu thực phẩm….) nói chung và việc nghiên cứu, đánh giá hoạt độ phóng xạ có
trong khoai sắn nói riêng trong luận văn này là hết sức cần thiết để bảo vệ sức khỏe
2
của người tiêu dùng trước ảnh hưởng của những đồng vị phóng xạ tự nhiên và
phóng xạ nhân tạo có trong môi trường cũng như trong thực phẩm. Do đó, trên thế
giới đã thực hiện nhiều công trình nghiên cứu khoa học về vấn đề này:
Năm 2004, F. L. Melquiades ở Đại học Center West, Brazil cùng với C. R.
Appoloni ở trường Đại học Londrina, Brazil đã báo cáo kết quả nghiên cứu phân
tích hoạt độ phóng xạ
40
K,
137
Cs và
208
Tl trong các mẫu sữa ở Londrina và một số
vùng Nam Brazil, bằng hệ phổ kế HPGe. Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân
phóng xạ
40
K,
137
Cs và
208
Tl đã xác định lần lượt là 482 37 (Bq/kg); 3,7 1,1
(Bq/kg) và 0,5 0,2 (Bq/kg). Mặc dù, hoạt độ riêng của 40K cao nhưng khi sâm nhập
vào cơ thể người, dưới sự kiểm soát của sự cân bằng nội mô thì nó ít nguy hiểm cho
sức khỏe con người hơn
137
Cs. Kết quả đạt được khi so sánh với chuẩn được thiết
lập bởi Ủy ban Năng lượng hạt nhân (CNEN) Quốc gia Brazil là an toàn cho người
tiêu dùng [20].
Năm 2012, Mayeen Uddin Khandaker, Panakal John Jojo và Hasan Abu
Kassim thuộc trường Đại học Malaysia và Trung tâm Nghiên cứu nâng cao thuộc
khoa Vật lý trường Cao đẳng Quốc gia Fatima Mata, Ấn Độ đã báo cáo kết quả
nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ của 238U, 232Th và 40K trong các mẫu đất và
rau được thu thập ở khu vực ven biển phía tây nam của Ấn Độ, bằng hệ phổ kế
HPGe. Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong đất và rau lần lượt là 21 4
(Bq/kg) và 2,4 0,4 (Bq/kg) cho 238U; 21 3 (Bq/kg) và 1,9 0,5 (Bq/kg) cho 232Th;
290 20 (Bq/kg) và 80,3 54,9 (Bq/kg) cho
lập bởi IAEA là: 17-60 (Bq/kg) cho
238
40
K. Giá trung bình trên thế giới được
U; 11-64 (Bq/kg) cho
232
Th và 140-850
(Bq/kg) cho 40K. Kết quả cho thấy là an toàn về mặt phóng xạ cho người dân. Riêng
hạt nhân phóng xạ 137Cs không tìm thấy trong các mẫu [19].
Tháng 6 năm 2012, D.I.Jwanbot, M.M Izam và G.G. Nyam thuộc khoa Vật
lý trường Đại học Jos và trường Đại học Abuja, Nigeria đã báo cáo kết quả nghiên
cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U (226Ra), 232Th và 40K trong các mẫu cây lương
thực (như: khoai mở, khoai sắn, khoai lang, củ hành, xà lách, dưa chuột, tiêu xanh,
cà chua, đậu bắp, bắp cải, nước bí đao, rau bina, đậu xanh…..) được tiêu thụ ở cao
3
nguyên Jos, bằng hệ phổ kế NaI(Tl). Giá trị hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ
nằm trong dãy giá trị như sau: từ 12,36 0,82 (Bq/kg) đến 56,92 8,84 (Bq/kg) đối
với
40
K; từ 1,46 0,05 (Bq/kg) đến 10,42 0,04 (Bq/kg) đối với
238
U và từ
1,53 0,08 (Bq/kg) đến 6,85 0,42 (Bq/kg) đối với 232Th. Liều hiệu dụng hàng năm
do tiêu thụ thực phẩm là thấp hơn giá trị trung bình trên toàn thế giới 0,29
(mSv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000. Kết quả cho thấy an toàn phóng xạ
về tiêu thụ thực phẩm đối với người dân ở đây [18].
Tháng 3 năm 2013, nhóm tác giả ở Chittagong, Bangladesh đã báo cáo kết
quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th và 40K trong các mẫu đất tại
các khu vực phá tàu (the ship breaking areas) ở Chitagong, Bangladesh, bằng hệ
phổ kế HPGe. Hoạt độ riêng trung bình của 238U, 232Th và 40K có giá trị lần lượt là:
23,66 1,55 (Bq/kg); 34,33 3,57 (Bq/kg) và 702,32 50,34 (Bq/kg). Giá trị trung
bình thế giới lần lượt là: 33 (Bq/kg); 45 (Bq/kg) và 412 (Bq/kg). Hoạt độ radium
tương đương, chỉ số nguy hiểm bức xạ, suất liều hấp thụ ngoài trời và liều hiệu
dụng lần lượt có giá trị là: 126,72 10,53 (Bq/kg); 0,97 0,08 (Bq/kg); 60,95 4,97
(nGy/h) và 0,07 (mSv/năm). Giá trị trung bình thế giới lần lượt là: 89 (Bq/kg); 0,66
(Bq/kg); 59 (nGy/h) và 0,07 (mSv/năm). Từ những kết quả đạt được cho thấy khu
vực lấy mẫu đất không còn an toàn về mặt phóng xạ đối với môi trường và sức khỏe
công nhân làm việc trên bến phá tàu [21].
Ngày 15 tháng 3 năm 2013, nhóm nghiên cứu Omar El Samad, Rola
Alayan, Rana Baydoun và Wissam Zaidan thuộc Ủy ban Năng lượng Nguyên tử
Lebanon, Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Quốc gia ở Beirut, Lebanon đã báo cáo
kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 40K và 137Cs trong các mẫu sữa, rau
củ và các sản phẩm công nghiệp (mứt, dưa chua, rượu trắng, rượu vang đỏ, bia,
nước ngọt có ga, lúa mì, bánh mì trắng, khoai tây chiên, trà, chocolat, cà phê
espresso, cà phê, quả hạc) được thu thập từ các thành phố lớn dọc theo bờ biển
Lebanon trong suốt 2 năm (2009-2010), bằng hệ phổ kế HPGe. Hoạt độ riêng của
137
Cs thấp hơn giới hạn phát hiện hoạt độ MDA nên không xác định được. Hoạt độ
riêng của hạt nhân phóng xạ
40
K có giá trị 6,9-868 (Bq/kg). Liều hiệu dụng hàng
4
năm trong tiêu thụ thực phẩm có giá trị thấp hơn rất nhiều so với giá trị trung bình
trên toàn thế giới 0,3 (mSv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000. Kết quả cho
thấy an toàn phóng xạ về tiêu thụ thực phẩm đối với người dân ở đây [22].
Ngày 12 tháng 6 năm 2013, M. J. Ferdous, S. Ahmed, A. Begum và Amena
Begum thuộc khoa Vậy lý trường Đại học Dhaka ở Bangladesh đã báo cáo kết quả
nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 238U, 232Th, 40K, 226Ra và 228Ra trong 33 mẫu
rau được mua tại các chợ ở Bangladesh, bằng hệ phổ kế HPGe và xác định liều hiệu
dụng hàng năm trong tiêu thụ rau của người dân với lượng thiêu thụ 4,69 (kg/năm)
được xác định bởi Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên Hiệp Quốc
(FAO). Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ
228
Ra và
40
238
U,
232
Th,
226
Ra,
K có giá trị lần lượt là: 7,77 3,34 (Bq/kg); 2,86 0,91 (Bq/kg);
24,35 7,61 (Bq/kg); 12,75 5,79 (Bq/kg) và 867,03 8,93 (Bq/kg). Liều hiệu dụng
hàng năm trong tiêu thụ thực phẩm cho tất cả các hạt nhân phóng xạ khảo sát có giá
trị là 0,065 (mSv/năm), giá trị này nhỏ hơn liều giới hạn được thiết lập bởi
UNSCEAR, 2000 là 0,29 (mSv/năm). Hoạt độ riêng của 40K tương đối cao do hàm
lượng 40K trong đất cao và hệ số chuyển đổi của 40K cao hơn các đồng vị phóng xạ
tự nhiên khác. Ngoài ra.
40
K là nguyên tố sinh học cần thiết cho sự phát triển của
cây trồng và nồng độ của 40K trong mô người được kiểm soát dưới sự chuyển hóa
chặt chẽ gọi là sự cân bằng nội mô nên không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của
con người. Kết quả cho thấy an toàn về mặt phóng xạ trong tiêu thụ thực phẩm đối
với người dân ở Bangladesh [17].
Tháng 8 năm 2013, nhóm tác giả từ các Viện nghiên cứu, Ghana đã báo cáo
kết quả nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ
238
U,
232
Th và 40K trên mẫu đất và
mẫu khoai sắn tại các khu vực xung quanh một nhà máy xi măng ở Ghana, bằng hệ
phổ kế HPGe. Nhóm đã xác định hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ, lập tỷ số
giữa hoạt độ các hạt nhân phóng xạ tương ứng trong khoai sắn và trong đất, đối với
238
U và 232Th thì tỷ số này nhỏ hơn một nhưng đối với hạt nhân phóng xạ 40K thì tỷ
số lớn hơn 2. Liều hiệu dụng trung bình hằng năm trong tiêu thụ khoai sắn có giá trị
là 1,23 0,09 (mSv/năm) với lượng tiêu thụ khoai sắn hàng năm của người dân ở
5
đây là 152,9 (kg/năm), giá trị này cao hơn liều hiệu dụng giới hạn hàng năm cho
công chúng 1mSv/năm được thiết lập bởi Hiệp ước Quốc tế về bảo vệ phóng xạ hạt
nhân (ICRP). Khoai sắn ở khu ở vực này được trồng xung quanh một nhà máy xi
măng và thuận theo hướng gió có chứa bụi xi măng nên hoạt độ phóng xạ riêng của
các hạt nhân tăng đáng kể, nhất là
40
K. Nhóm đã cảnh báo về sự không an toàn
phóng xạ trong khoai sắn đối với sức khỏe của người dân, động vật tiêu thụ khoai
sắn trong khu vực nghiên cứu [11].
Tháng 8 năm 2013, nhóm nghiên cứu P. Tchokossa, J.B Olomo, F.A.
Balogun thuộc trường Đại học Obafemi Awolowo và C.A. Adesanmi thuộc Ủy ban
Năng lượng Nguyên tử Nigeria, Negeria đã báo cáo kết quả nghiên cứu hoạt độ
phóng xạ
238
U,
232
Th,
40
K và
137
Cs trong rau, trái cây, củ, ngô, thịt được tiêu thụ
nhiều nhất ở khu vực sản xuất dầu khí ở Delta State, Nigeria bằng hệ phổ kế HPGe.
Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại rau có giá trị như sau: từ
36,48 8,31 (Bq/kg) đến 68,02 14,47 (Bq/kg) đối với hạt nhân
(Bq/kg) đến 5,18 3,60 (Bq/kg) đối với hạt nhân
2,98 1,20 (Bq/kg) đối với hạt nhân
(Bq/kg) đối với hạt nhân
137
232
238
40
K; từ 2,33 0,93
U; từ 1,26 0,66 (Bq/kg) đến
Th và từ 0,27 0,08 (Bq/kg) đến 2,47 0,64
Cs. Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các
loại trái cây có giá trị như sau: từ 31,22 10,91 (Bq/kg) đến 61,91 14,44 (Bq/kg)
đối với
40
K; từ 1,17 0,18 (Bq/kg) đến 2,67 1,59 (Bq/kg) đối với
0,10 0,02 (Bq/kg) đến 1,60 0,30 đối với
232
238
U; từ
Th và từ 0,70 0,17 (Bq/kg) đến
3,26 0,97 (Bq/kg) đối với 137Cs. Mặc dù, hạt nhân phóng xạ nhân tạo 137Cs có đóng
góp trong giá trị hoạt độ riêng của rau và trái cây nhưng thấp và nằm trong giới hạn
chấp nhận của quốc tế. Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại củ có
giá trị như sau: từ 49,10 4,70 (Bq/kg) đến 202,75 8,75 (Bq/kg) đối với
40
K; từ
9,58 2,32 (Bq/kg) đến 17,78 2,82 (Bq/kg) đối với 238U; từ 6,92 2,01 (Bq/kg) đến
16,60 4,67 (Bq/kg) đối với
232
Th và đối với hạt nhân
137
Cs thì dưới giới hạn phát
hiện hoạt độ MDA. Hoạt độ riêng trung bình của các hạt nhân phóng xạ trong ngô
có giá trị như sau: 16,29 3,20 (Bq/kg) đối với 40K; 5,56 1,15 (Bq/kg) đối với 238U;
4,45 1,57 (Bq/kg) đối với
232
Th và đối với hạt nhân
6
137
Cs thì dưới giới hạn phát
hiện hoạt độ MDA. Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ trong các loại thịt có
giá trị như sau: từ 329,33 33,97 (Bq/kg) đến 392,40 41,03 (Bq/kg) đối với 40K; từ
2,85 1,76 (Bq/kg) đến 6,99 4,29 (Bq/kg) đối với
2,84 0,17 (Bq/kg) đối với
232
238
U; từ 0,67 0,08 (Bq/kg) đến
Th và đối với hạt nhân
137
Cs thì dưới giới hạn phát
hiện hoạt độ MDA. Hoạt độ riêng của các hạt nhân phóng xạ chủ yếu được đóng
góp bởi hạt nhân 40K. Hạt nhân phóng xạ nhân tạo 137Cs không phát hiện được trong
các mẫu củ, ngô, thịt. Thông thường, khoai mở và khoai sắn là những loại củ có
kích thước lớn, đâm sâu trong đất do đó khả năng hấp thụ hạt nhân phóng xạ tự
nhiên trong đất nhiều hơn rau, củ sát mặt đất và ngô. Kết quả cho thấy hoạt độ
phóng xạ trong các mẫu là thấp so với giới hạn Quốc tế và được xem là an toàn
phóng xạ đối với người tiêu thụ thực phẩm ở khu vực này [23].
Ngày 25 tháng 07 năm 2012, C. Canbazo ̆lu thuộc trường Đại học Kilis 7
Aralik, Turkey và M. Do ̆ru thuộc trường Đại học Bitlis Eren, Turkey đã báo cáo
kết quả nghiên cứu hoạt độ phóng xạ 238U (226Ra), 232Th, 40K và 137Cs trong các mẫu
rau và trái cây được trồng ở khu vực Elazi ̆, bằng hệ phổ kế NaI(Tl). Xác định liều
hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ thực phẩm với lượng tiêu thụ hàng năm của
người dân là 73 (kg/năm) cho cả rau và trái cây. Hoạt độ riêng trung bình của các
hạt nhân phóng xạ trong rau và trái cây lần lượt là 1,52 0,34 (Bq/kg) đối với 238U;
0,98 0,23 (Bq/kg) (Bq/kg) đối với
0,59 0,16 (Bq/kg) đối với
137
232
Th; 18,66 1,13 (Bq/kg) đối với
40
K và
Cs. Liều hiệu dụng hàng năm trong việc ăn cả rau và
trái cây là 50,55 (Sv/năm) giá trị này thấp hơn giá trị trung bình thế gới 290
(Sv/năm) được thiết lập bởi UNSCEAR, 2000. Kết quả cho thấy là an toàn về mặt
phóng xạ trong việc tiêu thụ rau và trái cây của người dân ở khu vực này [12].
Trong luận văn này, chúng tôi đi phân tích 238U, 232Th và 40K trong mẫu bột
khoai sắn sử dụng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe độ phân giải cao thuộc
phòng Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQG - Tp.HCM
(cơ sở Linh Trung) để tính toán hoạt độ phóng xạ riêng của các hạt nhân 238U, 232Th,
40
K và xác định liều hiệu dụng hàng năm trong tiêu thụ khoai sắn của người dân, rồi
7
từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của phóng xạ tự nhiên trong khoai sắn lên sức
khỏe con người.
Nội dung luận văn bao gồm ba chương:
Chương 1, nêu tổng quan các khái niệm cơ bản về phóng xạ, nguồn gốc
phóng xạ, nguyên tắc hình thành và ghi nhận phổ gamma, con đường hạt nhân
phóng xạ xâm nhập vào cơ thể con người.
Chương 2, trình bày cấu tạo hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe và phương
pháp xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ 238U, 232Th, 40K.
Chương 3, trình bày thực nghiệm và kết quả phân tích 238U, 232Th, 40K trong
các mẫu bột khoai sắn từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hạt nhân phóng xạ
trong mẫu lên sức khỏe con người.
8
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Nguồn gốc phóng xạ
Phóng xạ là hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ rất lâu nhưng chỉ được biết đến
vào năm 1896 khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện ra các bức xạ từ muối
Uranium. Ba năm sau, Piere Curie và Marie Curie tìm ra hai chất phóng xạ mới là
Polonium và Radium. Năm 1934, Frederic và Irene Curie đã tạo ra đồng vị phóng
xạ nhân tạo Phosphor và Nitrogen khi chiếu hạt anpha từ nguồn Polonium vào Al và
Bo. Phát minh này đã mở ra một kỷ nguyên cho phóng xạ nhân tạo [8].
1.1.1 Nguồn phóng xạ tự nhiên
Phóng xạ tự nhiên là những đồng vị phóng xạ tồn tại trong tự nhiên, là các
đồng vị phóng xạ có mặt trong đất, nước, không khí. Chúng là sản phẩm của các
đồng vị có mặt ngay thời điểm Trái Đất được hình thành. Chúng tự phân rã bằng
cách phát ra các hạt , , hoặc . Các đồng vị phóng xạ tự nhiên thường có chu kì
bán rã lớn, và có khoảng 60 đồng vị phóng xạ [7].
i) Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy
Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy bao gồm
40
K và ba họ phóng xạ: họ
thorium (232Th), uranium (238U) và actinium (235U). Hình 1.1 trình bày sơ đồ phân rã
của ba họ phóng xạ trong tự nhiên. Bảng 1.1 trình bày một số thông tin cơ bản của
hạt nhân phóng xạ nguyên thủy
Đặc điểm của ba họ phóng xạ [2]:
Thành viên thứ nhất của mỗi họ là đồng vị phóng xạ sống lâu, với thời
gian bán rã có thể so sánh với thời gian tồn tại của Trái Đất (khoảng 10 tỷ năm). Họ
thorium với hạt nhân đầu tiên
232
Th có thời gian bán rã bằng 1,4.1010 năm nên hầu
như thorium không giảm trong quá trình tồn tại của Trái Đất. Trong lúc đó, hạt nhân
đầu tiên 238U của họ uranium có thời gian bán rã là 4,9.109 năm nên
một phần. Còn trong chuỗi actinium, hạt nhân đầu tiên
là 24400 năm nên đã phân rã hết do đó
235
239
238
U bị phân rã
Pu có chu kì bán rã ngắn
U trở thành thành viên đầu tiên của họ
này và có chu kì bán rã là 7.108 năm bị phân rã đáng kể. Chính vì vậy trong vỏ Trái
9
Đất có rất nhiều thorium, còn
238
235
U có hàm lượng bằng 140 lần bé hơn hàm lượng
U.
Mỗi họ phóng xạ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ,
chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon. Trong họ uranium, khí
được gọi là radon (T1/2=3,825 ngày); trong họ thorium, khí
gọi là thoron; còn trong họ actinium, khí
219
220
222
Rn
Rn (T1/2=52s) được
Rn (T1/2=3,92s) được gọi là actinon.
Trong ba loại khí phóng xạ thì radon đóng vai trò quan trọng nhất vì thời gian bán
rã dài nhất.
Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ đều là chì: 206Pb thuộc họ
uranium, 207Pb thuộc học actinium và 208Pb thuộc họ thorium.
Hình 1.1 Sơ đồ phân rã của ba họ phóng xạ trong tự nhiên.
10
Bảng 1.1 Một số thông tin cơ bản về hạt nhân phóng xạ nguyên thủy [26]
Hạt nhân
Kí
Thời gian
hiệu
bán rã
Uranium 235
235
U
7,04.108 năm
Uranium 238
238
U
4,47.109 năm
Th
1,41.1010 năm
Ra
1,6.103 năm
Thorium 232
232
Radium 226
226
Hoạt độ tự nhiên
0,72% tổng uranium tự nhiên
99,2745% tổng uranium tự nhiên
0,5 – 4,7 ppm uranium trong các loại đá
1,6 – 20 ppm trong các loại đá với mức
trung bình trong vỏ Trái Đất là 10,7 ppm
0,42 pCi/g (16 Bq/kg) trong đá vôi và
1,3 pCi/g (48 Bq.kg) trong đá mắc ma
Là khí hiếm, dãy hàm lượng không khí
Radon 222
222
Rn
trung bình hàng năm ở Mỹ từ 0,016
3,82 ngày
pCi/L (0,6 Bq/m3) đến 0,75 pCi/L (28
Bq/m3)
Potassium 40
40
K
Có trong đất
1,28.109 năm
1 – 30 pCi/g (37 – 1100 Bq/kg)
Một số đồng vị phóng xạ nguyên thủy [8]
Uranium: khá phổ biến trong tự nhiên, đứng thứ 38 về độ giàu trong
các nguyên tố có mặt trên Trái Đất. Trong tự nhiên Uranium có ba đồng vị là 238U,
235
U và 234U với độ phổ cập tương ứng là 99,28%; 0,72%; 0,0057% trong đó 235U là
một nguyên liệu hạt nhân quan trọng luôn đi kém với 238U. Uranium phân tán rộng
khắp trong tự nhiên, có nhiều trong đá, hòa tan vào nước biển và hấp thụ vào đất
cùng với các khoáng vật. Người ta ước tính tổng hàm lượng Uranium ở lớp trên
cùng của vỏ trái đất cỡ 1015 tấn, hàm lượng Uranium trong nước biển khoảng 10-6
(gram/L) và hàm lượng trung bình trong vở trái đất khoảng 4.10-4%.
Thorium: phân tán rộng trên vỏ trái đất, hàm lượng trung bình của
Thorium lớp trên cùng của vở Trái Đất khoảng 1,2.10-5%. Độ giàu của Thorium
tương đương với chì (1,6.10-5%), do vậy Thorium không được xem là nguyên tố
11
hiếm. Thorium có 6 đồng vị trong tự nhiên
227
Th,
228
230
Th,
Th,
231
Th,
232
Th,
234
Th
nhưng 232Th phân tán rộng hơn cả. Hàm lượng Thorium có xu hướng tăng dần trong
các lớp bề mặt. Đó là do các khoáng chất chứa Thorium có đọ hòa tan cực kỳ thấp.
Do đó kết quả theo sau các quá trình phong hóa là các thành phần khác nhau của đất
bị phân hủy ở mức độ rất lớn trong khi các khoáng chất Thorium phân hủy ở mức
độ thấp hơn, vì vậy mà Thorium ở các lớp bề mặt được làm giàu.
Kali: là kim loại kiềm có ba đồng vị, nhưng chỉ có 40K có tính phóng
xạ với độ phổ cập 0,0118% và thời gian bán rã bằng 1,28.109 năm, phát tia gamma
có năng lượng 1,46 MeV.
40
K và con cháu của nó là
40
Ar có mối liên hệ chặt chẽ
với nhau khi chúng cùng tồn tại trong các khoáng vật, tỷ số
40
Ar/40K bằng 1,4 là
không đổi, đây là cơ sở phương pháp xác định niên đại địa chất của đá. 40K rất phổ
biến trong môi trường (hàm lượng 40K trung bình trong đất, đá là 27 g/kg và trong
nước biển là 380 mg/L), trong thực vật, trong động vật, cơ thể con người (hàm
lượng 40K trung bình trong cơ thể con người là 1,7 g/kg) [2]. Hình 1.2 trình bày sơ
đồ phân rã của 40K. Hoạt độ 40K trong cơ thể người (tính cho trọng lượng trung bình
50kg) được đánh giá là 600 (Bq/kg), tương ứng liều hiệu hàng năm là 165
(Sv/năm) ở Việt Nam [1].
40
K
10,72 %
89,28 %
40
40
Ar
Ca
Hình 1.2 Sơ đồ phân rã của 40K.
Ngoài các đồng vị phóng xạ nguyên thủy trong ba họ Thorium, Uranium,
Actinium và 40K thì trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với với số
nguyên tử thấp được trình bày trong bảng 1.2.
12
Bảng 1.2 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên với số nguyên tử thấp [26]
Độ giàu
Chu kì
Hoạt độ
Năng lƣợng bức xạ chính
đồng vị
bán rã
riêng
(MeV)
(%)
(năm)
(Bq/kg)
V
0,2500
6,00.105
Rb
27,9000
Hạt
nhân
50
87
187
Re
Alpha
Beta
Gamma
0,11
0,780
1,550
4,80.1010
8,88.105
0,280
62,9000
4,30.1010
8,88.10-3
0,003
0,048
115
In
95,8000
6,00.1014
184,26
190
Pt
0,0130
6,90.1011
13,32
La
0,0890
1,12.1011
756,9
Np
23,9000
2,40.105
9,25
1,880
Sm
11,2700
> 1011
4,07
4,010
2,6000
2,20.1010
8,88.10-2
0,041
138
144
148
176
Hf
3,180
0,280
0,810
0,043
0,310
ii) Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ
Bảng 1.3 Một số hạt nhân phóng xạ phổ biến được tạo ra do bức xạ vũ trụ [26]
Hạt nhân
Carbon 14
Kí
Thời gian
hiệu
bán rã
14
C
5730 năm
Nguồn
Tương tác của tia vũ
trụ, 14N(n,p)14C
Hoạt độ tự nhiên
6 pCi/g (0,22
Bq/g) trong vật
liệu hữu cơ.
Tương tác của tia vũ
Hydrogen 3
3
(Tritium)
H
12,3 năm
trụ với N và O, sự va
0,032 pCi/kg
chạm từ các tia vũ trụ,
(1,2.10-3Bq/kg)
6
Beryllium 7
7
Be
53,28 ngày
Li(n,)3H
Tương tác của tia vũ
0,27 pCi/kg (0,01
trụ với N và O
Bq/kg)
Các bức xạ đến từ vũ trụ (chùm hạt photon năng lượng cao, hạt muon hay
chùm hạt mang điện) tương tác với các hạt nhân trong tầng cao của lớp khí quyển
13
Trái Đất tạo ra các đồng vị phóng xạ khác nhau. Các hạt nhân này theo nước mưa
đến bề mặt Trái Đất.
Trong số các hạt nhân phóng xạ do bức xạ vữ trụ tạo ra, ba hạt nhân 3H, 14C
và 7Be là phổ biến nhất do có thời gian sống tương đối dài, có hoạt độ đáng kể nên
có ý nghĩa với các nghiên cứu về môi trường. Bảng 1.3 liệt kê một số hạt nhân
phóng xạ phổ biến được tạo ra do bức xạ vũ trụ.
Một số hạt nhân phóng xạ khác có nguồn gốc vũ trụ là: 10Be, 26Al, 36Cl, 80Kr,
14
C, 32Si, 39Ar, 22Na, 35S, 37Ar, 33P, 32P, 38Mg, 24Na, 38S, 31Si, 18F, 39Cl, 38Cl, 34mCl.
Khi các tia vũ trụ tương tác với các hạt nhân trong tầng cao của lớp khí
quyển Trái Đất, chúng tạo ra các hạt nhân phóng xạ. Tuy nhiên bản thân các tia vũ
trụ cũng đóng góp vào tổng liều hấp thụ của con người. Có hai loại bức xạ vũ trụ:
bức xạ vũ trụ sơ cấp và bức xạ vũ trụ thứ cấp.
Bức xạ vũ trụ sơ cấp: được tạo nên bởi các hạt có năng lượng cực kỳ cao (lên
đến 1018 eV), đa phần là proton cùng với một số hạt nặng khác. Phần lớn các các tia
vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời và chúng cũng đã được tìm thấy trong
không gian vũ trụ. Một số bức xạ bắt nguồn từ ánh nắng Mặt Trời do quá trình cháy
sáng của Mặt Trời.
Bức xạ vũ trụ thứ cấp: là các bức xạ được tạo ra khi tia sơ cấp tương tác với
các nguyên tử của bầu khí quyển. Những phản ứng này sinh ra các bức xạ năng
lượng thấp ở dạng chùm hạt electron, neutron, muon, photon.
Bầu khí quyển và từ trường Trái Đất đóng vai trò như lá chắn chống lại bức
xạ vũ trụ, làm giảm lượng bức xạ vũ trụ đến bề mặt Trái Đất. Điều này có nghĩa là,
liều hàng năm con người nhận từ bức xạ vũ trụ nhiều hay ít phụ thuộc vào độ cao,
càng lên cao thì lượng bức xạ vũ trụ càng tăng [26].
1.1.2 Nguồn phóng xạ nhân tạo
Phóng xạ nhân tạo là những đồng vị phóng xạ do con người tạo nên bằng
cách chiếu các đồng vị không phóng xạ trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc
để tạo ra các đồng vị phóng xạ. Con người đã sử dụng hạt nhân phóng xạ hơn 100
năm góp phần bổ sung vào nguồn phóng xạ tự nhiên. Chúng chỉ là một lượng rất
14
nhỏ so với lượng phóng xạ có sẵn trong tự nhiên. Mặt khác, chu kì bán rã của chúng
rất ngắn nên hoạt độ của chúng giảm đi đáng kể khi con người ngừng thủ nghiệm
vũ khí hạt nhân trên mặt đất. Bảng 1.4 trình bày một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo
chính [8], [26].
Bảng 1.4 Một số hạt nhân phóng xạ nhân tạo chính [26]
Hạt nhân
Tritium
Kí
Chu kì
hiệu
bán rã
3
H
12,3
năm
Nguồn gốc
Thử nghiệm vũ khí, các lò phản ứng phân
hạch, nhiên liệu hạt nhân tái chế, sản suất
vũ khí hạt nhân
Sản phẩm phân hạch được tạo từ thử
Iodine 131
131
I
8,04
nghiệm vũ khí và các lò phản ứng phân
ngày
hạch, điều trị y học về các vấn đề tuyến
giáp
Iodine 129
Cesium 137
Strontium 90
129
137
90
I
Cs
Sr
Technetium 99
99
Plutonium 239
239
Tc
Pu
1,57.107
năm
30,17
năm
28,78
năm
Sản phẩm phân hạch được tạo từ thử
nghiệm vũ khí và các lò phản ứng phân
hạch
Sản phẩm phân hạch được tạo từ thử
nghiệm vũ khí và các lò phản ứng phân
hạch
Sản phẩm phân hạch được tạo từ thử
nghiệm vũ khí và các lò phản ứng phân
hạch
2,11.105
Sản phẩm phân rã của 99Mo, được sử dụng
năm
trong chuẩn đoán y tế
2,41.104
Được tạo ra bởi neutron bắn phá 238U
năm
15
i) Vũ khí hạt nhân
Rơi lắng từ các vụ thử vũ khí hạt nhân là nguồn gốc phóng xạ hạt nhân lớn
nhất trong môi trường. Dấu hiệu của bơm hạt nhân là các sản phẩm phân hạch của
235
U và 239Pu. Dấu hiệu của phản ứng nhiệt hạch là Triti đi kèm phản ứng phân hạch
thứ cấp khi neutron nhanh tương tác với 235U ở lớp bọc ngoài. Các đồng vị phóng xạ
khác cũng được tạo ra do kết quả của việc bắt neutron với các vật liệu làm bom và
không khí xung quanh. Một trong những sản phẩm quan trọng nhất là 14C được tạo
ra do phản ứng
14
N(n,p)14C làm cho hàm lượng
14
C trong khí quyển tăng gấp đôi
vào giũa những năm 1960. Từ khí quyển, các đồng vị phóng xạ sẽ lắng động xuống
bề mặt Trái Đất dưới dạng rơi lắng tại chỗ (12%), nằm trên tầng đối lưu (10%) và
tầng bình lưu (78%). Rơi lắng ở tầng bình lưu là rơi lắng toàn cầu và sẽ gây nhiễm
bẩn toàn cầu với hoạt độ thấp. Trong khi hầu hết các đồng vị phóng xạ nằm trên bề
mặt Trái Đất thì 3H và
14
C đi vào chu trình khí quyển, thủy quyển và sinh quyển
toàn cầu. Tổng lượng phóng xạ đã đưa vào khí quyển qua các vụ thử hạt nhân là
3,107 Sv/người với 70% là
14
C, các đồng vị khác như
137
Cs,
90
Sr,
95
Zr và
106
Ru
chiếm phần còn lại.
ii) Điện hạt nhân
Chương trình hạt nhân dân sự bắt đầu từ lò phản ứng Calder Hall ở Tây Bắc
nước Anh năm 1956. Số lò phản ứng hạt nhân tăng nhanh, cho đến cuối năm 2002,
theo thống kê của IAEA, điện hạt nhân đã chiếm tới 16% sản lượng điện toàn thế
giới và có chiều hướng gia tăng. Các đồng vị phóng xạ thải ra môi trường đều từ
chu trình nhiên liệu hạt nhân như khai thác mỏ, nghiền Uran, sản xuất và tái chế các
thanh nhiên liệu. Việc thải các chất phóng xạ từ các nhà máy điện có thể lên cỡ
TBq/năm hoặc nhỏ hơn.
iii) Tai nạn hạt nhân
Khoảng 150 tai nạn lớn nhỏ của ngành hạt nhân đã xảy ra, lớn nhất vẫn là tai
nạn Chernobyl năm 1986 ở Ucraina và Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật bản,
được đánh giá ở mức độ 7 theo đánh giá của NISA theo Thang sự kiện hạt nhân
Quốc tế (INES). Các tai nạn gây nên sự nhiễm bẩn phóng xạ bởi các chất thải rắn và
16
