Phóng xạ tự nhiên trong một số vật liệu xây dựng phổ biến tại cộng hòa dân chủ nhân dân lào (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

SONEXAY XAYHEUNGSY

PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN
TRONG MỘT SỐ VẬT LIỆU XÂY DỰNG
PHỔ BIẾN TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO

Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số

: 9.440106

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Hà Nội- 2019


Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Hồng Khiêm

Phản biện 1: ............................................................

Phản biện 2: .............................................................

Phản biện 3: ............................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học
viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Measurement of natural radioactivity
in some cements of Lao PDR by using NaI(Tl) gamma-ray
spectrometer, Advance in applied and engineering Physics IV,
Publishing House for Science and Technology,2016, 231
2. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Phương pháp xác định hoạt độ
của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên bằng phổ kế gamma dùng detector
NaI(Tl), Advance In Applied And Engineering Physics V, Publishing
House for Science and Technology, 2018, 295
3. S. Xayheungsy, L.H. Khiem, L.D. Nam, Radiation dose estimation of cement
samples used in Lao PDR, Communications in Physics, 27, No. 3,
2017,193-203.
4. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Le Dai Nam. Assessment Of The
Natual Radioactivity And Radiological Hazards In Lao Cement Samples.
Radiation Protection Dosimetry, 2018, Vol. 181, No. 3, 208–213.
5. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Natural Radioactivity In The
Soil Of Thoulakhom District In Vietiane Province, LaoPDR, Tập Chí

Phát Triển Khoa Học Và Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia TP. HCM,
ngày 21 tháng 3 năm 2018.
6. X.Sonexay, L.H.Khiem, L.D.Nam, Assessment of Natural Radioactivity
Levels and Radiation Hazards of Building Materials of Lao PDR.
International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER),
14.04.2018
7. Sonexay Xayheungsy1,3, N.C.Thanh2, L.D.Nam2, V.H.Giang2 and
L.H.Khiem2,3*, Measurement of natural radioactivity in some sand and
brick in Vietiane province, Lao PDR. IJRDO - Journal of Applied
Science, Volume-4, Issue, 11, Nov, 2018.


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
- Phóng xạ có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt trong đất, đá với các mức hàm
lượng khác nhau.
- Phóng xạ cao hơn ngưỡng an toàn là nguyên nhân gây ra nhiều loại bệnh
trong đó có bệnh ung thư, gây nguy hiểm cho con người.
- VLXD (xi măng, gạch, cát, đất, đá,…) chủ yếu được làm từ nguyên liệu
thô là đất, đá → Luôn tồn tại phóng xạ trong vật liệu xây dựng.
- Theo thống kê của LHQ, khoảng 70% thời gian sống của mỗi người là
trong các ngôi nhà (nhà ở, công sở, các công trình công cộng,…). Nếu vật liệu cho
các công trình xây dựng chứa phóng xạ cao sẽ rất nguy hiểm.
- Ủy ban Khoa học của LHQ về các hiệu ứng của bức xạ (UNSCEAR) đã
đưa ra ngưỡng an toàn về phương diện phóng xạ đối với VLXD.
- Ở đa số các nước, việc kiểm tra phóng xạ trong VLXD tước khi sử dụng là
bắt buộc.
- Tại CHDCND Lào, việc kiểm tra này chưa được thực hiện (do không có
nhân lực có chuyên môn).
- Từ năm 2011, Lào đã chính thức trở thành thành viên của IAEA.

- CP Lào yêu cầu Việt Nam giúp đào tạo cán bộ có trình độ cao về lĩnh vực
kiểm soát phóng xạ trong VLXD.
- Luận văn này nhằm mục đích học hỏi từ VN phương pháp đánh giá phóng
xạ tự nhiên trong VLXD để triển khai công việc này tại Lào.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ phổ kế gamma dùng các loại detector
khác nhau bao gồm detector nhấp nháy NaI(Tl) và detector bán dẫn siêu tinh khiết
loại HPGe để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các
VLXD.
Sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng
của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong một số VLXD điển hình thường được sử
dụng tại CHDCND Lào như: xi măng, đất, cát,… Các số liệu này cần cho việc đánh giá
liều bức xạ đối với các cư dân, cảnh báo và đưa ra các kiến nghị cần thiết với các cơ sở
sản xuất để họ có các điều chỉnh cần thiết nhằm đảm bảo tuyệt đối an toàn về phương
diện phóng xạ cho các VLXD mà họ đưa ra thị trường
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Tìm hiểu về tình hình nghiên cứu đề tài phân tích phóng xạ có trong các
VLXD dùng phổ kế gamma trên thế giới và trong nước.
- Tìm hiểu các kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ trong các
mẫu có thể tích lớn dùng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn và nhấp nháy.
- Nghiên cứu các đặc trưng của phổ kế gamma phông thấp dùng detector
bán dẫn và phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl).
- Nghiên cứu xây dựng các phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm:
phân tích phổ gamma, các phương pháp toán học dùng để tách đỉnh chập, làm tăng
khả năng phân giải phổ.
1


- Nghiên cứu và đánh giá các nguồn sai số khả dĩ gây ra do các hiệu ứng:tự
hấp thụ gamma trong mẫu, hình học đo, hình học mẫu, trùng phùng ngẫu nhiên,

trùng phùng tổng,…
- Xây dựng các phương pháp phân tích trên phổ kế gamma bán dẫn phông
thấp nhằm nâng cao độ nhạy và tăng đọ chính xác của phép phân tích.
CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG
1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD
1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên
a) Chuỗi phân rã của đồng vị 238U
Chuỗi phân rã của đồng vị 238U được đưa ra trong hình vẽ 1.1.
238
(1)
U 4,468×109 y năm
↓α
(2) 234Th
24,1 ngày
↓β
234
(3)
Pa 1,17 phút
↓β
234
(4)
U 2,455×105 năm
↓α
230
(5)
Th 7,538 ×104 năm
↓α
226

(6)
Ra 1600 năm
↓α
222
(7)
Rn
3,8232 ngày
↓α
218
(8)
Po
3,094 phút
↓α
214
(9)
Pb 26,8 phút
↓β
214
(10)
Bi 19,9 phút
↓β
214
(11)
Po
162,3 giây
↓α
210
(12)
Pb
22,3 năm

↓β
210
(13)
Bi 5,013 ngày
↓β
210
(14)
Po
138,4 ngày
↓α
206
Pb
Hình 1.1. Chuỗi phân rã của đồng vị 238U. Những đồng vị được gạch dưới là các
đồng vị có thể đo được bằng phổ kế gamma
2


b) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U
Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235U chỉ chiếm 0,72% trong tổng số
uran. Tuy tỉ lệ của đồng vị này có trong tự nhiên không nhiều, nhưng do nó có chu
kỳ bán rã ngắn nên nếu xét về phương diện bức xạ gamma, nó cũng đóng vai trò
quan trọng không kém so với tầm đồng vị 238U. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng
vị 235U được trình bày trong hình vẽ 1.2.
235
(1)
U 1,7×108 năm
↓α
231
(2)
Th

25,52 giờ
↓β
231
(3)
Pa 3,276 ×104 năm
↓α
227
(4)
Ac 21,772 năm
↓β
227
(5)
Th
18,718 ngày
+ α (1,38 %) to 223Fr 22 phút then β
↓α
223
(6)
Ra
11,43 ngày
↓α
219
(7)
Rn 3,96 giây
↓α
215
(8)
Po 1,781 giay
↓α
211

(9)
Pb 36,1 phút
↓β
211
(10)
Bi
2,14 phút
↓α
207
(11)
Tl
4,77 phút
+ β (0,273%) 211Po 516 giây then α
↓β
207
Pb
Hình 1.2: Chuỗi phân rã của 235U. Chỉ có gamma do đồng vị 235U phát ra là có thể
đo được bằng phổ kế gamma
c) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 232Th
Đồng vị 232Th chiếm 100% trong tự nhiên. Chuỗi phân rã của đồng vị
phóng xạ này được trình bày trong hình vẽ 1.3.
3


(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

(7)
(8)
(9)

232

Th 1,405 ×109 năm
↓α
228
Ra 5,75 giờ
↓β
228
Ac 6,15 giờ
↓β
228
Th 1,9127 năm
↓α
224
Ra 3,627 ngày
↓α
220
Rn 55,8 giây
↓α
216
Po 150 giây
↓α
212
Pb 10,64 giờ
↓β
212

Bi
60,54 phút
↓ β (64,06%)
↓ α (35,94%)

Po 0,3 giây 208Tl 3,06 phúg
↓α
↓β
206
Pb
Hình 1.3: Chuỗi phân rã của 232Th. Các đồng vị có gạch dưới có thể đo bằng phổ kế gamma
1.1.2. Hiện tượng thất thoát radon
1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã
1.2. Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người
1.3. Hiện trạng nghiên cứu về phóng xạ trong VLXD trên thế giới
Ở hầu hết các nước trên thế giới, việc kiểm tra, đánh giá mức độ phóng xạ
có trong các VLXD là công việc bắt buộc. Để minh họa, chúng tôi liệt kê một số
công trình gần đây nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên trong các loại VLXD khác
nhau đã tiến hành bởi các nhà khoa học ở một số nước trên thế giới
Bảng 1.1. Phóng xạ tự nhiên trong xi măng Portland ở một số nước.
Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
Quốc gia
226
232
40
Ra
Th
K
Hy Lạp [12]
92

31
310
Áo [13]
26,7
14,2
210
Bangladesh [14]
60,5
64,7
952,2
Trung Quốc [15]
56,50
36,50
173,2
Ai Cập [16]
134
88
416
Pakistan [17]
31,3
26,8
51,3
Thổ Nhĩ Kỳ [18]
40,5
26,1
267,1
Ghana [19]
61,63
25,96
451,30

Ấn Độ [20]
37,0
24,1
432,2
Malaysia [21]
34,7
32,9
190,6
Brazil [22]
61,7
58,5
564,0
(10)

212

4


Bảng 1.2. Phóng xạ tự nhiên trong một số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất và
cát ở một số nước
Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq kg-1)
Raeq
TT
Quốc gia
Lọai mẫu
226
232
40
(Bq kg-1)

Ra
Th
K
Gạch
41
89
681
220,707
Úc [24]
Đất
62,9
162,8
403,3
326,758
1
Cát
3,7
40
44,4
64,3188
Gạch
124,7
28,9
390,2
196,07
Trung Quốc
[15], [25],
Đất
44,6
86,7

352,8 
195,75
2
[26]
Cát
40,7
21,5
302,6
96,4
Gạch
24
24,1
258
78,329
Ai Cập
[27], [28],
Đất
13
6
433
54,921
3
[29]
Cát
9,2
3.3
47,3
17,5611
Gạch
16,2

70
76
122,15
Brazil
Đất
30
67
112
134,43
4
[30], [31]
Cát
35,3
74
315
165,38
Gạch
43.2
53,7
631,2
168,59
Pakistan
[17]
Đất
42.4
56,2
565,3
166,29
5
Cát

21,5
31,9
519,6
107,13
Gạch
63,74
38,6
313,71
143,09
6 Ấn Độ [32]
Đất
116,1
43,51
300,07
201,44
Cát
90,27
101,67
280,71
257,27
Gạch
35
30
400
Thế giới
7
Đất
35
30
400

[33]
Cát
35
30
400
Bảng 1.3. Hoạt độ phóng xạ của một số vật liệu ở Hà Nội
Hoạt độ phóng xạ
TT
Loại mẫu
K-40
Ra-226
Th-232
1
Cát đen
515 ± 23
24,4 ± 1,4
36,2 ± 1.0
2
Cát khuyến lương
483 ± 15
53,5 ± 3,7
46 ± 3,6
3
Cát vàng
651 ± 21
25,5 ± 0,9
32,3 ± 0.6
4
Cát vàng bãi Bùng Hà Bắc
357 ± 2

12,4 ± 2,5
20 ± 2,4
5
Xi măng Hải Phòng
73 ± 9
28,6 ± 2,5
32,3 ± 2,8
6
Xi măng Hoàng Thạch
196 ± 2
65,9 ± 3,7
27,8 ± 2,8
7
Xi măng X77
205 ± 2
69,6 ± 3,7
32,2 ± 2,8
8
Sỏi
389 ± 8
23,5 ± 5
23 ± 4
9
Đá
46 ± 21
25,5 ± 5
19 ± 4
10
Gạch xây
665 ± 0

84,0 ± 15
85 ± 4
11
Gạch lát
385 ± 5
39 ± 8
34 ± 4
12
Vữa trát tường
525 ± 5
44 ± 4
37 ± 4
13
Bột đá
< 10
12,4 ± 2,5
6,8 ± 2,4
14
Tro xỉ hồ chứa
626 ± 3
122 ± 9
100 ±
15
Tro bay
788 ± 7
164 ± 13
126± 1
5

1,4. Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ trong các vật liệu xây dựng tại CHDCND Lào
CHDCND Lào là nước đang phát triển. Trong những năm gần đây, kinh tế
Lào không ngừng tăng trưởng và phát triển ổn định, với GDP tăng bình quân 7,6%;
thu nhập bình quân đầu người đạt gần 1.700 USD giai đoạn 2013-2014. Những
thành tựu đó tạo thuận lợi để Chính phủ Lào thực hiện thành công kế hoạch phát
triển kinh tế - xã hội năm năm lần thứ 7 trong năm nay cũng như các mục tiêu phát
triển Thiên niên kỷ. Cùng với phát triển về kinh tế, nhu cầu xây dựng ngày càng
tăng. Nhiều công ty sản xuất VLXD ra đời. Tuy nhiên, do trình độ khoa học của
CHDCND Lào còn đang ở mức rất khiêm tốn nên việc kiểm tra phóng xạ tự nhiên
trong các loại VLXD cho đến nay chưa được triển khai. Nguyên nhân chính là do
chưa có nhân lực đảm nhận được nhiệm vụ này. Bản thân nghiên cứu sinh cũng đã
được định hướng chọn đề tài về khảo sát phóng xạ tự nhiên trong VLXD cũng
nhằm mục đích triển khai hướng nghiên cứu này rộng rãi tại CHDCND Lào.
CHƢƠNG 2
PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN HPGe VÀ
NHẤP NHÁY NaI(Tl)
2.1. Cơ sở vật Lý ghi nhận bức xạ gamma bằng các detector nhấp nháy và bán dẫn
2.1.1. Những đặc điểm chung về tương tác của bức xạ gamma với vật chất
2.1.2. Hiệu ứng quang điện
2.1.3. Tán xạ Compton
2.1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron-positron
2.1.5. Hấp thụ gamma trong vật chất
2.2. Cấu trúc và nguyên Lý làm việc của phổ kế gamma dùng detector nhấp
nháy và bán dẫn
2.3. Detector bán dẫn và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector bán dẫn
2.3.1. Nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn
2.3.2. Cấu hình của detector HPGe
2.3.3. Phổ năng lượng của bức xạ gamma đo bằng detector bán dẫn HPGe
2.4. Detector nhấp nháy NaI(Tl) và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector
nhấp NaI(Tl)

2.4.1. Cấu tạo của detector nhấp nháy NaI(Tl)
2.4.2. Phổ năng lượng gamma đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl)

6


CHƢƠNG 3
PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
3.1. Các khu vực lấy mẫu
Trong khuôn khổ của luận án, chúng tôi chỉ chọn 4 loại vật liệu sau đây để
nghiên cứu. Đó là các vật liệu: xi măng, cát, gạch và đất
3.1.1. Thu thập cácmẫu xi măng

Hình 3.1. Vị trí trên bản đồ của các nhà máy xi măng tại CHDCND Lào mà chúng
tôi đã lấy mẫu để phân tích.
Bảng 3.1. Thông tin về địa điểm lấy mẫu ở 4 nhà máy xi măng
Ký hiệu
Ký hiệu vị
Địa điểm
Loại xi măng
TT
mẫu
trí trên bản
Vĩ
độ
Kính độ
(Viết tắt)
đồ
1
1V1

2
1V2
3
1V3
Porland
4
1V4
cement
(1V)
5
1V5
6
1V6
7
1V7
A
18°56'7.6"N
102°27'7.0"E
8
2V1
9
2V2
10
2V3
11
2V4
hỗn hợp (2V)
12
2V5
13

2V6
14
2V7
15
1VT1
hỗn hợp
16
1VT2
B
18°6'27.3"N
102°47'7.9"E
(1VT)
17
1VT3
7


18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

31
32
33
34
35
36
37

2VT1
2VT2
2VT3
2VT4
1K1
1K2
1K3
1K4
2K1
2K2
2K3
2K4
1SV1
1SV2
1SV3
1SV4
2SV1
2SV2
2SV3
2SV4

Porland

cement (2VT)
Porland
cement
(1K)
C

17°24'19.8"N

105°12'58.2"E

D

15°50'39.1"N

106°23'16.4"E

hỗn hợp (2K)

Porland
cement
(1SV)
hỗn hợp
(2SV)

3.1.2. Thu thập các mẫu đất

Hình 3.2. Bản đổ vị trí lấy mẫu đất tại Huyện Thoulakhom thuộc tỉnh Viêng Chăn.
8

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

30

Bảng 3.2. Vi trí lấy đất và cát Sông NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom.
vị trí
Ký hiệu mẫu
Tên làng (viết tắt)
Vĩ độ
Kính độ
1P1
1P2
Ban Dong (P1)
18°16'52.5" N
102°40'51.5"E
1P3
2P1
2P2
Ban PhaThao (P2)
18°19'40.5" N
102°39'56.5"E
2P3
3P1
3P2
Ban Nam Ang (P3)
18°22'23.9" N
102°36'5.4"E
3P3
4P1
Ban Nanokkhoum
4P2
18°17'18.2" N

102°41'35.8"E
(P4)
4P3
5P1
Ban Phonmouang
5P2
18°20'15.7" N
102°40'51.4"E
(P5)
5P3
6P1
6P2
Ban NaKang (P6)
18°20'42.0" N
102°39'40.4"E
6P3
7P1
7P2
Ban Naxanglek (P7)
18°21'54.5" N
102°37'48.8"E
7P3
8P1
8P2
Ban Keun (P8)
18°21'51.2" N
102°35'13.3"E
8P3
9P1
9P2

Ban Hatnoi (P9)
18°22'58.6" N
102°33'52.5"E
9P3
10P1
Ban Boungphao
10P2
18°20'49.3" N
102°33'59.6"
(P10)
10P3

9


3.1.3. Thu thập các mẫu cát

Thủ đô Viêng Chăn

Thái lan

Bản đồ
Lào

Vị trí lấy mẫu
Ki lô mét
Sông Mê Kông

Hình 3.3. Bản đồ các vị trí lấy mẫu cát bên bờ sông Mê Kông tại khu vực thủ đô
Viêng Chăn.

Hình 3.4. Ảnh chụp các bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ đô Viêng Chăn.

Hình 3.5. Bờ bãi cát Sông Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn.
Bảng 3.3. Vị trí lấy cát Sông Mê Kông Tại thủ đô Viêng Chăn
TT
ký hiệu mẫu
Địa Điểm
Tên làng (Viết tất)
Vĩ độ
Kính độ
1

1NK1

2

1NK2

Ban
HuayYai(NK1)
10

18°56'7.6"N

102°27'7.0"E


3

1NK3

4

1NK4

5

1NK4

6

2Nk1

7

2NK2

8

2Nk3

9

2Nk4

10

3NK1

11

3NK2

12

3NK3

13

3NK4

14

4N1

15

4NK2

16

4NK3

17

4NK4

18

5NK1

19

5NK2

20

5NK3

21

5NK4

22

6NK1

23

6NK2

24

6NK3

25

6NK4

26

1NG1

27

1NG2

28

1NG3

29

NG4

30

2NG1

31

2NG2

32

2NG3

33

2NG4

Ban
HuayHom(NK2)

18°6'27.3"N

102°47'7.9"E

Ban
NongDa(NK3)

17°58'22.7"N

102°30'8.9"E

Ban Don
Chan(NK4)

17°57'57.0"N

102°35'47.3"

Ban Hom1(NK5)

17°50'10.8"N

102°35'58.8"

Ban Hom2(NK6)

17°51'16.5"N

102°35'37.8"

Ban Keun (P11)

18°21'30.7"N

102°34'19.3"E

Ban Pakchan (P12)

18°22'15.1"N

102°32'10.7"E

11


Hình 3.6. Khung hình vuông có chiều dài mỗi cạnh 100 cm.
3.1.4. Thu thập các mẫu gạch
3.2. Xử lý và chế tạo các mẫu để phân tích

Hình 3.6. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu

Hình 3.7. Cối, chày và rây 0,2 mm để nghiền và sàng mẫu.

Hình 3.8. Ảnh chụp các mẫu xi măng đã được chế tạo dùng để đo hoạt độ
của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên.

12


3.3. Các mẫu chuẩn

Hình 3.9. Ảnh chụp các mẫu chuẩn phóng xạ tự nhiên của Cơ quan Năng lượng
Nguyên tử Quốc tế IAEA: RGU-1, RGTh-1 và RGK-1.
Bảng 3.4. Thông tin của các mẫu chuẩn IAEA được sử dụng để xác định hoạt độ
phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu phân tích.
Mật độ khối
Hoạt độ phóng xạ
Tên mẫu
Khối lượng mẫu (g)
lượng (g/cm3)
riêng (Bq/kg)
IAEA-RGK-1

340,91

1,8

14000±400

IAEA-RGU-1

378,82

1,94

4940±30

IAEA-RGTh-1
309,01
1,736
3250±90
3.4. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ
tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl)

Hình 3.10. Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) tại Trung tâm Hạt
nhân, Viện Vật Lý.
Bảng 3.5. Cửa sổ năng lượng trong phổ gamma dùng để phân tích các đồng vị
phóng xạ tự nhiên [65], [66].
Đồng vị
Đồng
Năng lượng
Cường độ tương
Cửa sổ năng
TT
mẹ
vị con
gamma (keV)
đối (%)
lượng (keV)
238
214
1
U
Bi
1764,49
15,36

1632 – 1897
232
208
2
Th
Tl
2614,53
35,86
2418 – 2811
40
40
3
K
K
1460,8
100
1351
-1570

13


Hình 3.11. (a) Phổ phông đo trong thời gian 52700 giây. (b) Phổ chuẩn IAEA RGU1 đo trong thời gian 13942 giây. (c) Phổ chuẩn IAEA RGTh-1 đo trong thời gian
giây 18190 giây.(d) Phổ chuẩn IAEA RGK-1 đo trong thời gian 17215 giây.
Tốc độ đếm
sẽ tỉ lệ với hoạt độ
của đồng vị thứ n cần phân tích
(n=1, 2 và 3 tương ứng với 40K, 238U và 232Th) theo công thức sau:
∑

(3.1)

Trong đó
là các hiệu suất đếm trong vùng đỉnh thứ i cho đồng vị thứ
n. Tốc độ đếm sau khi đã trừ phông được xác định bằng công thức sau:


N
t



i, j

 Ri , b

i, j

(3.2)

j

xác định được các hoạt độ AK, ATh và AU của các đồng vị K, U và Th từ
hệ phương trình sau:

 e A e A e A
 e A e A
 Th  e3,2 AU  e3,3 ATh
K

K

1,1

U

2, 2

U

1, 2

U

1, 3

Th

(3.3)

Th

2, 3

từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGK-1 ta có:

e

1,1




A

1,1

(3.4)

1,1

Còn từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 ta có:


A

e 
A
e

1, 2



1, 2
2, 2

(3.5)

2, 2

2, 2

2, 2

Và cuối cùng, từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGTh-1 ta có:

e

1, 3





1, 3





1, 2

A
A

A

2, 2

3, 3

14

2,3

(3.6)








2, 2

A
A
A
Có thể xác định các hệ số chuẩn còn lại nếu kết hợp cả đóng góp của U và
Th trong vùng phổ thứ ba:
e2 , 3 

2,3

2,3

2,3

3, 3

e

3, 2


A





3, 2
2, 2

e

3, 3





3, 3

3, 2

A
A

A

(3.7)

2,3

2, 2

3, 3

Giá trị của các hoạt độ trong các mẫu chuẩn của IAEA là: A11=9869 Bq,
A12=129.55 Bq, A13=0.07 Bq, A22=3527 Bq, A23=18 Bq và A33=2298 Bq.
Bảng 3.6. Giá trị của các hệ số chuẩn xác định từ các phổ chuẩn của IAEA.
e11
e12
e13
e22
e23
e32
e33
7,22 ×10-4 1,03×10-4
-2,41 ×10-4
7,93×10-4 -4,42 ×10-4 - 2,43×10-5 1,29×10-3

Chung ta xác định được hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên uran,
thori và kali theo các công thức sau:

 
e e

e e
e e
 e2 , 3
AU  U  ATh
e2 , 2 e2 , 2
e
 e
A   A A
e e
e
ATh 

U

Th

2, 2

3, 2

2,3

3, 3

2, 2

3, 2

K

1, 2

1,1

1,1

K

(3.8)

(3.9)

1, 3

U

(3.10)

Th

1,1

Sai số của hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có
thể tính bằng các công thức sau:

 A  e N
1

K

1

1,1t

1
 A  e N
U

3, 3t



1/2

2

 t R 2, b



3

 t R3,b



2, 2 t

1
 A  e N

Th

 t R1,b

1/ 2

(3.11)

1/ 2

Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ QB64 và sơ đồ khối của phần mềm
này được đưa ra trong hình 3.12

15


Hình 3.12. Lưu đồ thuật toán xác định tự động hàm lượng của các đồng vị phóng
xạ tự nhiên trong các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dung detector NaI(Tl).
3.5. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ
tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe
Có hai kỹ thuật đo: kỹ thuật đo tuyệt đối và kỹ thuật đo tương đối.
Trước khi đo hoạt độ của của các đông vị phóng xạ trong mẫu, cần tiến
hành các phép đo chuẩn như:
 Đường cong chuẩn năng lượng
 Đường cong chuẩn dạng đỉnh (FWHM)
 Đường cong chuẩn hiệu suất ghi.
3.5.1. Phân tích số liệu khi dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ
phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên
3.5.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên bằng
phương pháp tương đối

. Khi đó hoạt độ riêng của đồng vị trong mẫu đo được xác định bởi công
thức[72]:
0,693t /T

m 1/2,i
M
C
1 e
A m  m  S  AS 
0,693t s /T1/2,i
Cs M m
1 e

(3.20)

Công thức tính sai số tương đối của hoạt độ có dạng:

  A    M    M   C   C 
  s   m   s   m   s 
Am
 A s   M m   M s   C m   Cs 

Am

2

2

2

16

2

2

(3.21)


3.6. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD
3.6.1. Hoạt độ tƣơng đƣơng radium
 10 
 10 
Raeq  ARa    ATh  
(3.2)
 AK
7
 130 
3.6.2. Các chỉ số nguy hiểm do chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong
A
A
A
Hex  Ra + Th + K  1
(3.23)
370 259 4810
A
A
A
(3.24)
Hin  Ra + Th + K  1

185 259 4810
3.6.3. Suất liều hấp thụ ở độ cao 1m
(3.25)
D  0,462 A  0,604 A  0,0417 A  80nGy.h1
R

Ra

Th

K

3.6.4. Liều hiệu dụng năm

AED(mSv. y 1 )  D(nGy.h1 )  8760(h)  0,8  0,7(Sv.Gy 1 ) 106

(3.26)

CHƢƠNG 4
CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
4.1. Chuẩn năng lƣợng
. Để chuẩn năng lượng, người ta dùng các mẫu chuẩn phát ra gamma có năng
lượng đã biết. Thường các nguồn chuẩn đơn nguyên tố như 22Na, 137Cs, 60Co, 152Eu,...
chúng tôi dễ dàng xây dựng được đường chuẩn năng lượng bằng công thức:
(4.1)

Hình 4.1. Phổ và chuẩn năng lượng của phổ kế gamma:
(a), (b) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector nhấp nháy
NaI(Tl) dùng nguồn 137Cs và 60CO.
(c), (d) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector HPGe dùng

nguồn 152Eu.
17


4.2. Xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi của detector HPGe
Công thức tính hiệu suất đỉnh hấp thụ toàn phần có dạng [3]:
(4.2)
Chúng tôi đã sử dụng mẫu chuẩn IAEA-RGU1 để xác định đường cong
hiệu suất ghi của detector. Mẫu chuẩn này có các đồng vị là sản phẩm phân rã của
đồng vị

238

U . được biểu diễn bằng đa thức bậc 5 có dạng:
(4.3)

Hình 4.2. Đường cong hiệu suất ghi của detector dùng mẫu IAEA-RGU-1.
Bảng 4.2. Giá trị và sai số chuẩn của các hệ số A0, A1, A2, A3, A4, A5
Các hệ số

Giá trị

Sai số

A0

0,0296

4,72E-04

A1

-8,16E-05

2,62E-06

A2

1,05E-07

4,95E-09

A3

-6,64E-11

4,20E-12

A4

2,03E-14

1,64E-15

A5

-2,41E-18

2,39E-19

4.3. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong
các mẫu VLXD bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe
Chúng tôi đã xây dựng quy trình phân tích dùng cả detector nhấp nháy và
bán dẫn. Thời gian đo các mẫu khoảng 72000 giây để đảm bảo thống kê. Detector
bán dẫn mà chúng tôi đã sử dụng thuộc loại HPGe kiểu n có dạng hình trụ cới mã
số là N0.GEM20P4-70 của hãng ORTEC. Hiệu suất ghi tương đối là 20% (so với
hiệu suất ghi của detector NaI(Tl) hình trụ kích thước 3ʺ ×3ʺ ). Phân giải năng
18


lượng của detector tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60Co là 1.8 keV. Tỉ số
Đỉnh/Compton bằng 55/1. Phổ kế gamma được lắp ghép từ các khối điện tử
chuyên dụng được chế tạo bởi hãng ORTEC theo chuẩn NIM bao gồm các khối
điện tử sau: khối cao thế, khối khuyếch đại (257A) và khối phân tích đa kênh cắm
vào máy tính có ký hiệu PCA-MR 8192 ACCUSPEC. Phần mềm thu nhận, hiển thị
và phân tích phổ MAESTRO-32 cũng được mua từ hãng ORTEC
4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trong VLXD
4.4.1. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu xi măng đo bằng
phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe
Bảng 4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu xi măng đo bằng phổ kế
gamma dùng detector bán dẫn HPGe
Mẫu

Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
238

232

U

Th

40

K

1V

39,48±0,86

9,83±0,76

156,92±3,76

2V

38,94±0,86

9,47±0,75

61,76±2,66

1VT

33,28±1,26

17,21±1,35

131,93±5,48

2VT

29,41±1,05

20,96±1,23

168,70±5,08

1K

28,96±1,07

20,59±1,27

141,83±4,94

2K

25,76±1,16

16,20±1,19

111,28±4,63

1SV

53,19±1,24

7,73±0,98

45,22±3,64

2SV

49,52±1,24

4,74±0,86

39,32±3,50

Trung bình
Ngưỡng an toàn

37,32±0,3746

13,34±0,3673

107,12±1,4861

35

30

400

4.4.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong
các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl)
Bảng 4.6. Hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các
mẫu xi măng đo bằng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) và phân tích
tự động bằng phần mềm XIMANG

Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
Mẫu
238
232
40
U
Th
K
1V
63,22
12,06
157,43
2V
65,02
13,51
130,38
1K
49,58
47,11
114,03
2K
54,45
30,62
94,09

19


4.4.3. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu đất đo bằng phổ kế
gamma dùng detector bán dẫn HPGe

Bảng 4.7. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu đất
Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
Mẫu
238
232
40
U
Th
K
P1
11,28±0,90
7,43±1,05
40,52±3,88
P2
25,94±1,13
29,56±1,52
137,13±5,39
P3
30,06±1,17
44,47±1,70
581,52±8,09
P4
20,43±1,06
14,47±1,25
81,38±4,68
P5
15,73±0,99
15,10±1,27
68,63±4,47
P6

13,25±0,95
7,13±1,04
8,96±2,60
P7
29,01±1,16
37,77±1,62
88,31±4,78
P8
31,46±1,19
44,42±1,70
468,59±7,60
P9
28,61±1,16
39,58±1,64
415,23±7,34
P10
25,62±1,13
31,39±1,54
372,28±7,12
Trung bình
23,14±0,34
27,13±0,46
226,26±1,85
Trung bình của thế giới (đất) [33]
35
30
400
4.4.4. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu cát đo bằng phổ kế
gamma dùng detector bán dẫn HPGe
Báng 4.8. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu cát tại Sông Mê Kông

và Nam Ngeum của Lào
Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
Mẫu
238
232
40
U
Th
K
NK1
19,88±0,13
32,05±0,33
535,15±5,59
NK2
16,20±0,11
25,73±0,27
541,55±5,62
NK3
15,32±0,11
21,94±0,24
515,04±5,15
NK4
16,53±0,12
24,01±0,26
545,40±5,65
NK5
12,31±0,10
17,12±0,20
456,27±4,88
NK6

12,51±0,10
18,05±0,21
483,12±5,15
P11
9,47±0,08
9,54±0,13
229,57±2,96
P12
11,51±0,09
11,97±0,16
272,89±3,38
Trung bình
14,22±0,05
20,05±0,11
447,37±2,31
Trung bình của thế giới (đất)
35
30
400

20


4.4.5. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu gạch đo bằng phổ
kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe
Bảng 4.9. Hoạt độ phóng xạ riêng của các mẫu gạch tại CHDCND Lào
Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1)
Mẫu
238
232

40
U (Bq.kg-1)
Th (Bq.kg-1)
K (Bq.kg-1)
1BG

42,46±2,23

54,03±3,10

589,74±14,08

2BG

43,77±2,25

54,84±3,11

598,94±14,14

3BG

41,17±2,21

54,43±3,11

628,26±14,34

4BG

40,38±2,20

53,92±3,10

610,59±14,22

5BG

37,66±2,16

55,98±3,13

634,82±14,38

6BG

44,08±2,26

55,53±3,12

625,25±14,32

Trung bình

41,59±0,91

54,79±1,27

614,60±5,82

Trung bình của thế giới (đất)

35

30

400

4.5. Đánh giá các đại lƣợng liên quan đến liều lƣợng học bức xạ trong các
VLXD của CHDCND Lào
4.5.1. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của xi măng sản xuất tại
CHDCND Lào
Bảng 4.10. Mức độ huy hiểm trong mẫu xi măng sản xuất tại CHDCND Lào
AEDE
Mẫu
Req (Bq.kg-1) D (nGy.h-1)
Hex
Hin
(mSv. y-1)
1V
65,62±1,42 30,72±0,63 0,151±0,01 0,18±0,01 0,28±0,01
2V

57,24±1,39 26,29±0,61 0,129±0,01

0,16±0,01

0,26±0,01

1VT

68,05±2,34 31,27±1,03 0,153±0,01

0,18±0,01

0,27±0,01

2VT

72,37±2,09 33,28±0,91 0,163±0,01

0,19±0,01 0,275±0,01

1K

69,32±2,14 31,73±0,93 0,156±0,01

0,19±0,01

0,27±0,01

2K

57,49±2,09 26,32±0,92 0,129±0,01

0,16±0,01

0,23±0,01

1SV

67,72±1,89 31,13±0,84 0,153±0,01

0,18±0,01

0,33±0,01

2SV

59,31±1,76 27,38±0,79 0,134±0,01

0,16±0,01

0,29±0,01

Trung bình

64,64±0,66 29,76±0,29 0,146±0,01

0,16±0,01

0,28±0,02

1

1

Ngưỡng an toàn

370

57

0,41

21


4.5.2. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của đất dùng để sản xuất
VLXD tại CHDCND Lào.
Bảng 4.11. Mức độ nguy hiểm trong mẫu đất tại Huyện Thoulakhom,
Tỉnh Viêng Chăn, CHDCND Lào
Req
D
AEDE
Mẫu
Hex
Hin
-1
-1
(Bq.kg )
(nGy.h )
(mSv.y-1)
P1

25,02±1,78

11,39±0,78

0,06±0,01

0,07±0,01

0,09±0,01

P2

78,77±2,48

35,56±1,08

0,17±0,01

0,21±0,01

0,28±0,01

P3

138,43±2,77 65,00±1,21

0,32±0,01

0,37±0,01

0,46±0,01

P4

47,39±2,11

21,57±0,92

0,11±0,01

0,13±0,01

0,18±0,01

P5

42,61±2,1

19,25±0,91

0,09±0,01

0,12±0,01

0,16±0,01

P6

24,14±1,78

10,80±0,77

0,05±0,01

0,07±0,01

0,10±0,01

P7

89,82±2,62

39,90±1,14

0,20±0,01

0,24±0,01

0,32±0,01

P8

131,06±2,77 60,91±1,20

0,30±0,01

0,35±0,01

0,44±0,01

P9

117,18±2,68 54,44±1,17

0,27±0,01

0,32±0,01

0,39±0,009

P10

99,17±2,54

46,32±1,11

0,23±0,01

0,27±0,01

0,34±0,01

Trung Bình

79,36±0,76

36,51±0,33

0,179±0,01

0,214±0,01

0,28±0,01

Ngưỡng an toàn

370

57

0,41

1

1

4.5.3. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của cát xây dựng tại
CHDCND Lào
Bảng 4.12. Các mức độ huy hiểm trong các mẫu cát tại Sông Mê Kông và Nam
Ngeum của Lào
Req
D
AEDE
Mẫu
Hex
Hin
(Bq.kg-1)
(nGy.h-1)
(mSv.y-1)
1NK

106,91±0,65 50,86±0,31 0,249±0,01 0,29±0,01 0,34±0,01

2NK

94,69±0,59 45,61±0,292 0,224±0,01 0,26±0,01 0,30±0,01

3NK

86,36±0,54

41,81±0,27

4NK

92,86±0,59

44,88±0,29 0,220±0,01 0,25±0,01 0,295±0,002

5NK

71,9±0,48

35,05±0,24

0,17±0,01 0,19±0,01 0,23±0,001

6NK

75,52±0,51

36,83±0,25

0,18±0,01 0,20±0,01 0,24±0,01

1NG

40,79±0,31

19,71±0,15

0,09±0,01 0,11±0,01 0,14±0,01

2NG

49,64±0,36

23,93±0,18

0,12±0,01 0,13±0,01 0,17±0,01

Trung bình

77,34±0,24

37,33±0,12 0,183±0,01 0,21±0,01 0,25±0,01

Ngưỡng an toàn

370

57

0,21±0,01 0,23±0,01 0,28±0,01

0,41

22

1

1