LUẬN văn sư PHẠM vật lý các phương pháp xử lý an toàn chất thải phóng xạ

MỤC LỤC
Trang
Phần 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................1
Phần 2: NỘI DUNG ................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HẠT NHÂN.........................................3
1.1. Nguyên tử .....................................................................................................3
1.1.1. Cấu tạo nguyên tử...................................................................................3
1.1.2. Sự kích thích và ion hóa nguyên tử .........................................................4
1.2. Phóng xạ .......................................................................................................5
1.2.1. Cấu trúc hạt nhân....................................................................................5
1.2.2. Hạt nhân đồng vị phóng xạ .....................................................................5
1.2.3. Hiện tượng phóng xạ ..............................................................................6
1.2.4. Quy luật phân rã phóng xạ ......................................................................6
1.2.5. Các loại phân rã phóng xạ.......................................................................8
1.2.5.1. Phân rã alpha....................................................................................8
1.2.5.2. Phân rã beta......................................................................................9
1.2.5.3. Phân rã positron .............................................................................10
1.2.5.4. Chiếm electron quỹ đạo..................................................................11
1.2.5.5. Phân rã gamma...............................................................................12
1.2.5.6. Quá trình biến hoán nội..................................................................12
1.2.5.7. Bức xạ neutron...............................................................................13
1.3. Các đơn vị đo liều bức xạ............................................................................14
1.3.1. Hoạt độ phóng xạ [2] ............................................................................14
1.3.2. Liều hấp thụ [4] ....................................................................................14
1.3.3. Liều tương đương [4]............................................................................15
1.3.4. Suất liều hấp thụ [4]..............................................................................15
1.3.5. Liều chiếu [2] .......................................................................................16
1.3.6. Thông lượng bức xạ [4] ........................................................................16
1.3.7. Kerma và suất kerma [4].......................................................................16
1.4. Các nguồn phóng xạ tự nhiên ......................................................................17
1.4.1. Tia vũ trụ [4] ........................................................................................17

1.4.2. Bức xạ vũ trụ [3]...................................................................................17
1.4.3. Nguồn bức xạ từ đất đá [4] ...................................................................17
1.4.4. Các chất phóng xạ trong cơ thể [2, 4]....................................................17
1.4.5. Liều chiếu xạ “tự nhiên” có nguồn gốc nhân tạo [3] ............................. 18
1.4.6. Vai trò của các nguồn phóng xạ tự nhiên và nhân tạo [4]......................18
1.5. Tương tác của bức xạ với vật chất [4]..........................................................19
1.5.1. Đặc điểm tương tác của bức xạ với vật chất..........................................19
1.5i học Glasgow ở Anh.
“Nhưng có một số vấn đề kĩ thuật trước hết phải vượt qua, chẳng hạn như người ta
có thể duy trì plasma đó trong những khoảng thời gian dài hay không”.
 Xử lý chất thải bằng kỹ thuật gia tốc [7]
Chất phóng xạ có thể bị tiêu hủy bởi nơtron sinh ra từ các máy gia tốc. Dưới
tác dụng của phản ứng hấp thụ nơtron và sau đó là phân rã beta, các chất phóng xạ
có thể biến thành các đồng vị bền không gây độc. Tuy đã thăm dò nhưng đây là
phương pháp chưa khả thi vì tính kinh tế.
 Xử lý chất thải phóng xạ bằng lazer [8]
Các nhà khoa học Anh và Đức đã sử dụng một
thiết bị laser khổng lồ, rút ngắn thời gian tồn tại của
một hạt chất thải phóng xạ từ hàng triệu năm xuống
còn vài phút. Kỳ tích này làm dấy lên hy vọng một
ngày nào đó con người có thể tìm ra giải pháp hữu
hiệu đối với hạn chế lớn nhất của năng lượng hạt
nhân: Chất thải.
Nhóm nghiên cứu sử dụng máy laser Vulcan,
Hình 3.15. Thiết bị lazer Vulcan có kích cỡ bằng một khách sạn nhỏ.
Nhóm nghiên cứu sử dụng máy laser Vulcan, có kích cỡ bằng một khách sạn
nhỏ, được đặt tại Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton, Oxfordshire, để biến
khoảng 1 triệu nguyên tử iodine-129 thành iodine-128. Chu kỳ bán rã của iodine129 là 15,7 triệu năm, có nghĩa nó vẫn là phóng xạ trong một thời gian cực dài. Trái
lại, chu kỳ bán rã của iodine-128 chỉ là 25 phút.
Iodine-129 là một trong nhiều đồng vị phóng xạ được tạo ra khi uranium bị

đốt trong lò phản ứng. Hiện các nhà máy điện hạt nhân phải dỡ và cất giữ chúng.
Ken Ledingham, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc ĐH Strathclyde, Glassgow, Anh,
cho biết: “Máy laser sẽ không giải quyết triệt để vấn đề chất thải song nó giảm độ
độc”.
 Ưu điểm:
- Máy lazer Vulcan có thể rút ngắn thời gian tồn tại của một hạt chất thải
phóng xạ từ hàng triệu năm xuống còn vài phút. Nên có thể tái sử dụng chất thải hạt
nhân.
- Máy laser Vulcan có thể tạo ra các xung điện mạnh và ngắn, một triệu tỷ
watts. Các xung đó được bắn vào một cục vàng nhỏ, tạo ra đủ bức xạ gamma để
đánh bật các neutron đơn lẻ khỏi iodine-129, biến nó thành iodine-128. Kết quả thí
nghiệm sẽ được công bố trên tạp chí vật lý D: Applied Physics.
 Nhược điểm: Tuy nhiên, công nghệ lazer phải đối mặt với những trở ngại
khác. Đó là khi giảm đột ngột chu kỳ bán rã của các đồng vị sẽ làm mức bức xạ
phát ra trong mỗi ngày tăng vọt. Bức xạ ban đầu từ iondide-128 sẽ cao gấp hàng
trăm tỉ lần so với từ iondide-129, gây nguy hiểm đối với nhân viên vận hành.

Luận văn tốt nghiệp Đại Học

71

Chuyên ngành SP Vật lý


GVHD: Dương Quốc Chánh Tín

SVTH: Huỳnh Yến Tuyết

Phần 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận
Tuy chất thải phóng xạ luôn là vấn đề đau đầu cho các nhà khoa học nhưng
những lợi ích của ngành hạt nhân là không nhỏ. Vì vậy, việc xử lý chất thải hạt
nhân một cách an toàn sẽ giúp cho ngành công nghiệp hạt nhân ngày càng phát
triển, đồng thời cũng thúc đẩy các ngành công nghiệp hiện đại khác phát triển vượt
bậc. Điều này có vai trò rất quan trọng trong việc thay thế điện công nghiệp bởi điện
hạt nhân, góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kín đang đe dọa trái đất. Bên cạnh các
phương pháp mang nhiều rủi ro như: Chôn chất thải phóng xạ dưới đáy biển, chôn
ở sông băng, chôn trực tiếp xuống đất, chôn dưới vùng hút chìm, phương pháp keo
tụ, phương pháp hóa hơi, phương pháp trao đổi ion,…còn có nhiều phương pháp
rất đáng quan tâm trong tương lai như: xử lý chất thải hạt nhân bằng kỹ thuật lazer,
chuyển đổi hạt nhân phóng xạ bằng kỹ thuật gia tốc, đưa chất thải phóng xạ vào
không gian, phương pháp hòa loãng vào lớp vỏ trái đất, sử dụng gốm zircor trong
bao gói chất thải phóng xạ,…tất cả các phương pháp này đều có những ưu điểm
riêng chỉ vì còn gặp một số thử thách về kỹ thuật, độ dài thời gian tin cậy của từng
phương pháp, chính trị, kinh phí đầu tư,…mà các phương pháp này vẫn chưa được
tiến hành một cách triệt để trong thực tế. Nhằm góp phần cung cấp kiến thức về
ngành hạt nhân và việc lựa chọn để nghiên cứu sâu các phương pháp xử lý chất thải
hạt nhân cho những ai quan tâm đến vấn đề này, tôi đã nghiên cứu các vấn đề sau:
- Tổng quan về bức xạ hạt nhân.
- Những tác hại và lợi ích của phóng xạ.
- Tổng hợp và phân loại các phương pháp xử lý và quản lý chất thải phóng xạ
gồm có những phương pháp không khả thi và những phương pháp khả thi cần được
nghiên cứu sâu hơn.
2. Kiến nghị
Luận văn này chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu lý thuyết chứ chưa đi sâu nghiên
cứu về thực nghiệm và khảo sát thực tế các phương pháp xử lý chất thải hạt nhân.
Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu chúng tôi nhận thấy có một số phương pháp
rất khả thi như: tái chế chất thải hạt nhân bằng phân tử, sử dụng khoáng chất zircon
trong bao gói chất thải phóng xạ, xử lý chất thải hạt nhân bằng lazer. Vì vậy, trong

tương lai, khi nghiên cứu các phương pháp xử lý chất thải hạt nhân các nhà khoa
học cần đi sâu nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm và khảo sát trên thực tế các vấn
đề sau:
- Nghiên cứu cải tiến cấu trúc phân tử Pac- man để chúng có tác dụng tốt trong
nước và không khí.
- Cần phân tích thật sâu sắc mối tương quan giữa hàm lượng plutoni trong
zircon và tuổi thọ của chúng để đảm bảo thời gian bền của zircon khi bao gói chất
thải hạt nhân.
- Hiệu quả của kỹ thuật lazer đối với từng loại đồng vị khác nhau. Nghiên cứu
năng lượng electron cần gia tốc, công suất máy gia tốc cần sử dụng trong thiết bị
lazer.

Luận văn tốt nghiệp Đại Học

72

Chuyên ngành SP Vật lý


GVHD: Dương Quốc Chánh Tín

SVTH: Huỳnh Yến Tuyết

3. Hướng nghiên cứu trong tương lai
Trong tương lai nếu có điều kiện chúng tôi sẽ đi sâu nghiên cứu trên thực tế
qua các số liệu thực nghiệm các phương pháp zircon hóa và kỹ thuật lazer. Bởi kỹ
thuật lazer có thể làm giảm độ độc của chất thải hạt nhân, còn phương pháp zircon
hóa có thể bảo quản an toàn chất thải phóng xạ trong thời gian rất dài. Khi đó, dựa
trên kết quả thu được từ thực nghiệm sẽ mở thêm một bước lớn cho việc lựa chọn
phương pháp xử lý chất thải hạt nhân ứng dụng vào thực tiễn.

Luận văn tốt nghiệp Đại Học

73

Chuyên ngành SP Vật lý


GVHD: Dương Quốc Chánh Tín

SVTH: Huỳnh Yến Tuyết

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS. Châu Văn Tạo (2004). An toàn bức xạ ion hóa. NXB ĐHQG TPHCM.
[2] PGS.TS. Ngô Quang Huy (2004). An toàn bức xạ ion hóa. NXB KHKT.
[3] PGS.TS. Phạm Quốc Hùng (2002). Phòng tránh phóng xạ và an toàn hạt nhân.
NXB ĐHQG HN.
[4] PGS.TS. Trần Đại Nghiệp (2002). An toàn bức xạ. NXB KHKT Hà Nội.
[5] Dương Quốc Chánh Tín, nghiên cứu khả năng sử dụng gốm zircon
trong bao gói chất thải phóng xạ hạt nhân, luận văn thạc sĩ khoa học Vật
Lý, Trường Đại Học Cần Thơ, 2009.
[6] />Pages/Gi%E1%BA%A3iph%C3%A1px%E1%BB%ADl%C3%BDch%E1%BA%A
5tth%E1%BA%A3ih%E1%BA%A1tnh%C3%A2n.aspx
[7] />[8] />[9] />[10] />xzz1BCNJCXcv
[11] />[12] />etnbsp.html
[13] />[14] />[15] />[16] />[17] />[18] />[19] />s/D%c3%b9ngt%e1%ba%a3ox%e1%bb%adl%c3%bdr%c3%b2r%e1%bb%89ph%
c3%b3ngx%e1%ba%a1.aspx
[20] />[21] />[22] PGS.TS. Vũ Thanh khiết (2007). Vật lý hiện đại. NXB Giáo Dục.
[23] />[24] />nhan/1735092921/188/
[25] />[26] />

Luận văn tốt nghiệp Đại Học

74

Chuyên ngành SP Vật lý