Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 73 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***
BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
***
BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Văn Giáp
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trịnh Văn Giáp Viện trưởng Viện
Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam đã tận
tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin cảm ơn KS. Vũ Mạnh Khôi và KS. Nguyễn Quang Long cùng
các đồng nghiệp trong Trung tâm An toàn bức xạ và Trung tâm Quan trắc Phóng
xạ và Đánh giá tác động Môi trường Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đã
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Môi trường Trường Đại
học Khoa học tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập tại đây.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ, giúp đỡ
tôi để hoàn thành luận văn thạc sỹ này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 11 tháng 12 năm 2013
Học viên
Bùi Thị Ánh Dương
MỤC LỤC
MỤC LỤC
.................................................................................................................
4
DANH MỤC VIẾT TẮT
...........................................................................................
5
DANH MỤC HÌNH
..................................................................................................
6
MỞ ĐẦU
..................................................................................................................
1
Chương 1: TỔNG QUAN
.........................................................................................
4
1.4.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
.......................................................
16
1.6.Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên
....................................
22
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
28
......
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
..........................................................................
54
KẾT LUẬN
.............................................................................................................
54
KHUYẾN NGHỊ
.....................................................................................................
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
.......................................................................................
56
....................................................................................................................62
...............................................................62
...............................................................................................................62
...............................................................................................................63
DANH MỤC VIẾT TẮT
IAEA
International Atomic Energy Agency
Cơ quan Năng lượng
nguyên tử quốc tế
ICRP
TLD
International Commission on Ủy ban an toàn phóng xạ
Radiological Protection
quốc tế
Thermoluminescence Dosimeter
Liều kế nhiệt huỳnh
quang
Viện Năng lượng nguyên
VINATOM
tử Việt Nam
UNSCEAR
United Nation Scientific Committee Ủy ban khoa học Liên
on the Effects of Atomic Radiations
Hiệp Quốc về những ảnh
hưởng của bức xạ
nguyên tử
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU
1.
Đặt vấn đề
Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này
đã có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy
trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại
chính sau:
1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân
phóng xạ nguyên thủy.
2. Các nhân phóng xạ được hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật
chất của trái đất.
3. Các nhân phóng xạ được hình thành do con người tạo ra.
Các nhân phóng xạ được hình thành do hai nguồn gốc đầu được gọi là các nhân
phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con người tạo ra được gọi là các
nhân phóng xạ nhân tạo. So với lượng phóng xạ tự nhiên thì lượng phóng xạ do
con người tạo ra là rất nhỏ và một phần lượng phóng xạ này đã bị phát tán vào
trong môi trường của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân
phóng xạ tự nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trường sống
như đất, nước và không khí [2].
Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con người một liều chiếu
bức xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra
liều chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con người và gây ra
liều chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con người
qua đường hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xước trên da. Mức liều chiếu do các
nhân phóng xạ tự nhiên gây ra cho con người có thể được xác định bằng các thiết
1
bị đo liều bức xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trường nhiệt phát quang.
Trong đó, liều kế nhiệt phát quang có thể xác định được liều chiếu trong thời
gian dài, nên loại bỏ được những ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến kết
quả đo liều chiếu đối với dân chúng [6]. Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ
luôn ảnh hưởng dù ít hay nhiều đến tình trạng sức khỏe của con người và môi
trường xung quanh bởi sự tác động của bức xạ lên vật chất sống. Con người từ
lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với phóng xạ và chịu ảnh hưởng của mọi loại
phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm soát bức xạ và những tác động có hại
của phóng xạ đến sức khỏe con người cũng như các ảnh hưởng của chúng lên
môi trường sống là rất quan trọng và nhận được nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài
“Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD) để đo liều bức xạ
gamma trong môi trường” được thực hiện nhằm mục đích xác định liều bức xạ
gamma trong môi trường phục vụ cho việc xác định liều chiếu của dân chúng tại
các trạm quan trắc phóng xạ môi trường.
2. Mục tiêu đề tài
Xây dựng phương pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trường bằng liều kế
nhiệt huỳnh quang TLD100.
Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu
Xây dựng phương pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi
trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang.
So sánh phương pháp đo liều bức xạ gamma môi trường sử dụng
liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phương pháp đo liều bức
xạ gamma trong môi trường khác.
2
Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trường đối với dân
chúng tại địa điểm thực nghiệm.
3
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên
Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành
tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt
trên Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở
thành những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành
tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán
rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali,
Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng
vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232Th, chuỗi
U và chuỗi 235U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm
238
lược như trong Bảng 1.1.
Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium
Chuỗi Th232
Hạt nhân
Th232
Chuỗi U235
Thời gian Hạt nhân Thời gian Hạt nhân
Thời gian bán
bán rã
rã
14 x 109năm
↓ 1α
Ra228
Chuỗi U238
6,7 năm
bán rã
U238
4,47x109nă
U235
↓ 1α,2β
m
↓ 1α,1β
U234
↓ 1α
Pa231
245x103năm
Th230
↓ 1α,2β
↓ 1α
75x103năm
4
↓ 2α,1β
0,704x109năm
32,8x103 năm
Ra224
3,6 ngày
↓ 1α
Ra226
↓ 1α
Rn220
55 giây
↓ 1α
0,16 giây
Po210
↓ 2α,2β
↓ 1α
Bền
3,82 ngày
11,4 ngày
↓ 1α
Rn219
Pb210
↓ 2β
Pb208
1600 năm
Rn222
↓ 3α,2β
Po216
Ra223
4 giây
↓ 1α
Po215
1,8x103 giây
22 năm
138 ngày
↓ 2α,2β
Pb207
Pb206
Bền
Bền
Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong
nước và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể được
chia thành 3 loại:
Loại được hình thành cùng với tuổi của Trái đất ;
Loại được tạo thành do tương tác của tia vũ trụ với vật chất;
Loại được tạo thành do hoạt động của con người.
Các hạt nhân phóng xạ được tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong
đất, nước và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan
Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị
phóng xạ tự nhiên với hàm lượng trung bình như sau:
370 Bq 40K (100 – 700 Bq)
25 Bq 226Ra (10 – 50 Bq)
5
25 Bq 238U (10 – 50 Bq)
25 Bq 232Th (7 – 50 Bq)
Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium238 chiếm 99,3% Uranium
tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium235 và khoảng 0.005% là Uranium234. U238
và U234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U235 là đồng vị phóng
xạ thuộc họ Actinium.
Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:
Đồng vị đầu tiên của chuỗi có chu kỳ bán rã lớn
Các chuỗi này đều có một đồng vị tồn tại dưới dạng khí, các chất khí
phóng xạ này là các đồng vị của radon.
Sản phẩm cuối cùng trong các chuỗi phóng xạ là Chì.
Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự
nhiên còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác như : 40K, 14C...Những
đồng vị này có thể được thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trường.
Đồng vị phóng xạ 14C là đồng vị được hình thành do sự tương tác của bức xạ
nơtron (có trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Hoạt độ phóng xạ của
một số nhân phóng xạ chủ yếu trong môi trường được đưa ra trong bảng 1.2.
Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [4]
Hạt nhân
238
U
235
U
Th
232
Độ giàu trong tự nhiên
Chiếm 99.2745% uranium
trong tự nhiên, tổng lượng
uranium chiếm từ 0.5 đến 4.7
Hoạt độ
≈0.7pCi/g ( 25Bq/kg)
ppm trong đá thông thường
0.72% uranium trong tự nhiên
Chiếm từ 1.6 đến 20ppm trong ≈1.1pCi/g( 40Bq/kg)
6
đá thông thường và chiếm
trung bình khoảng 10.7ppm
lượng đá trên bề mặt Trái đất
0.42pCi/g(
16Bq/kg)
trong đá vôi và 1.3pCi/g
226
Ra
Có trong đá vôi và đá phun trào
( 48Bq/kg) trong đá phun
trào
0.016pC/L ( 0.6Bq/m3)
222
Rn
40
đến 0.75pCi/L(28Bq/m3)
Là khí hiếm
K
( giá trị trung bình hàng
năm ở Hoa Kỳ)
130pCi/g(
Trong đất
0.037
1.1Bq/g)
1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trường gây ra cho dân chúng
Con người đang sống trong môi trường mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ
tự nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con
người. Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ
ngoài; Khi các nhân phóng xạ đi vào cơ thể con người và phát ra các tia bức xạ,
khi đó sẽ gây ra liều chiếu trong.
1.2.1. Chiếu xạ ngoài
Bức xạ gamma từ các nhân phóng xạ trong đất, đá
Đây là nguồn chiếu xạ chủ yếu trong số các nguồn chiếu xạ ngoài của môi
trường đối với con người. Từ các kết quả nghiên cứu thực hiện trên nhiều khu
vực, lãnh thổ khác nhau trên thế giới, người ta đã đánh giá suất liều hấp thụ
trung bình ở độ cao 1m trên mặt đất đối với con người vào khoảng từ 20 đến
159nGy/h. Trong phổ suất liều hấp thụ trung bình đó, người ta đánh giá một giá
trị trung bình là 55 nGy/h, tương đương với liều hiệu dụng trung bình một người
7
phải chịu là 0.41mSv/ năm. Tùy theo từng vị trí trên Trái Đất, giá trị đó có khác
nhau, thí dụ như ở Mỹ là 0.28mSv/năm, ở Thụy Sỹ là 0.64mSv/năm [4].
Trong thành phần của các nguồn chiếu xạ ngoài từ bức xạ gamma của các đồng
vị phóng xạ từ đất thì 40K chiếm 35% các đồng vị phóng xạ của dãy 238U chiếu
25%, và của dãy 232Th là 40%.
Phóng xạ của tia vũ trụ
Phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ đóng góp vào liều hấp thụ đối với con
người là không đáng kể. Ở độ cao mực nước biển, liều hấp thụ gây ra bởi thành
phần bức xạ ion hóa là 27nGy/h, tương ứng với liều hiệu dụng là 240µSv/ năm.
Liều này tăng theo độ cao so với mực nước biển ( cứ 100m tăng 4µSv). Trên
25km thì liều đó có giá trị gần như không đổi, vào khoảng 80µGy/h. Tính trung
bình theo các nhóm người sống trên Trái Đất thì liều hiệu dụng hàng năm do tia
vũ trụ được đánh giá là 355µSv, trong đó thành phần đóng góp của bức xạ ion hóa
là 300µSv, còn 55µSv là của thành phần nơtron [4].
1.2.2. Chiếu xạ trong
Khi các chất phóng xạ tự nhiên xâm nhập vào cơ thể qua con đường ăn uống và
hít thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể. Quá trình chuyển
hóa làm cho một số đồng vị được thải ra ngoài và một số còn lưu lại trong cơ
thể.
Hai tổ chức quốc tế là Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh
hưởng của bức xạ nguyên tử United Nation Scientific Committee on the Effects
of Atomic Radiations (UNSCEAR) và Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế
International Commission on Radiological Protection (ICRP) đã tính liều hiệu
dụng hàng năm gây bởi chiếu xạ trong đối với con người. Do tính chất phức tạp
8
của các đặc trưng của các đồng vị trong các dãy phóng xạ tự nhiên nên để thuận
tiện, người ta chia các dãy đó thành từng nhóm khi tính toán liều chiếu xạ trong:
Dãy 238U
Do tính chất hóa lý của các đồng vị trong dãy 238U là khác nhau nên hoạt độ của
chúng trong các loại thực phẩm khác nhau nằm trong một dải khá rộng. Một số
số liệu về hoạt độ của các đồng vị trong một số loại thực phẩm điển hình được
đưa ra trong bảng 1.3.
Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nước, tính ra Bq/kg
[4]
238
Thực phẩm
234
210
U
230
U
Th
226
Ra
228
Pb
232
228
Th
210
Ra
T
Sản phẩm 1
0.5
5
Po
90
sữa
Sản phẩm 2
2
15
120
1
10
1
thịt
Lúa, ngô,…
20
Rau có lá
20
Rau củ, hoa 3
10
20
0.5
80
50
30
320
50
50
3
15
0.5
60
40
20
3
15
0.5
quả
Cá
Nước
0.1
100
0.5
5000
5
0.05
0.5
0.05
30
1
0.3
5
h
0.3
Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3].
Đồng
238
vị
Hoạt
234
U
U
1
230
Th
0.5
226
210
210
232
228
228
0.5
500
50
1
1
1
Ra
Pb
độ
riêng
9
Po
Th
Ra
Th
µBq/m3
Bảng 1. 5 Lượng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của người lớn [4].
Loại thực phẩm
Sản phẩm sữa
Sản phẩm thịt
Lúa, ngô, …
Rau có lá
Rau củ, hoa quả
Cá
Nước
Lượng tiêu thụ hàng năm
105kg/năm
50
140
60
170
15
500 lít/năm
Trên cơ sở số liệu hoạt độ của các đồng vị trong lương thực thực phẩm và nước
tiêu thụ của con người trong các bảng 1.3,1.4,1.5 , liều hấp thụ con người nhận
được hàng năm được đưa ra trong bảng 1.6.
Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho người lớn [4].
Đồng vị
238
234
U U
Th
226
Ra
210
Pb210Po
232
Th
228
Ra
230
228Th
Lượng phóng xạ hấp thụ (mBq)
Liều hiệu dụng
Ăn uống
(µSv/năm)
0,8
0.4
5,7
47
1,9
3,5
0,6
4
1.10
2,5.103
1,9.104
9.104
1,3.103
1,4.104
1,3.103
Hít thở
3
14.10
3,5.103
4.103
3,9.103
7.103
7.103
7.103
Riêng đối với đồng vị 222Rn vì là chất khí duy nhất trong dãy 238U, nên Rn và
các sản phẩm phân rã của nó dễ dàng đi vào cơ thể con người qua đường hô hấp.
Radon222 là sản phẩm phân rã trực tiếp của đồng vị 226Ra trong dãy 238U, với chu
kỳ bán rã của 222Rn là 3.8 ngày, nên Radon thường thoát ra từ môi trường đất và
10
vật liệu xây dựng. Vì vậy hàm lượng 222Rn trong nhà thường cao hơn ở ngoài
trời.
Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m 3; ở Mỹ trung bình là 55Bq/m3 nhưng
trong khoảng 13% các căn hộ riêng , tức là khoảng hàng triệu nhà, hàm lượng
radon lên tới 300Bq/m3[4].
Ở Việt Nam, chưa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một
số nghiên cứu cho thấy: Lượng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng
30Bq/m3; ở miền núi thường lớn hơn vài lần[5].
Hàm lượng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tùy thuộc vào mùa trong
năm và các yếu tố địa lý, khí hậu…Trong một nhà: tầng thấp có hàm lượng radon
cao hơn so với tầng cao. Trong phòng thoáng, hàm lượng radon thấp hơn so với
trong phòng kín.
Dãy phân rã phóng xạ Thori ( Thori 232 232Th)
Với Th 232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững 208Pb. 220
Rnlà sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th 232 và thường được gọi là thoron
(Tn), có thời gian sống 80,06 giây, chu kỳ bán rã 55,6 giây. Vì thoron có đời sống
quá ngắn nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như
radon trước khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và
thường gặp hơn trong đất và trong khí đất. Do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí
thoron tích tụ trong nhà. Tuy nhiên ngay cả với lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có
thể là một mối nguy hiểm vì con cháu của nó bao gồm 212Pb có chu kỳ bán rã 10,6
giờ đủ dài hơn để tích lũy đến một mức đáng kể trong không khí thở.
Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ
11
Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều
chiếu xạ trong, phải kể đến 3H, 7Be, 14C, và 22Na. Trong số 4 đồng vị này thì 14C
có đóng góp lớn hơn cả. Hoạt độ phóng xạ gây bởi 14C có trong cơ thể người
được đánh giá vào khoảng 50Bq/g, tương ứng với liều hiệu dụng là 12µSv/năm
[2].
Các đồng vị phóng xạ sống dài khác
Trong số các đồng vị phóng xạ tự nhiên, không thuộc họ phóng xạ nào
nhưng đóng góp đáng kể vào liều chiếu trong, phải kể đến đồng vị 40K.
Lượng K có trong cơ thể người vào khoảng 2.103 g/g có thể khác nhau tùy
theo lứa tuổi, giới tính. Trong cơ thể đàn ông có nhiều kali hơn so với phụ nữ. Ở
cơ thể người già, lượng kali giảm trung bình 10mg/năm.
Độ phổ cập tương đối của 40K trong kali tự nhiên là 0,117% thời gian bán
rã của 40K là 1,28.109 năm. Hoạt độ 40K trong cơ thể người( tính cho trọng lượng
trung bình là 50kg) được đánh giá là 600Bq/kg, tương ứng với liều hiệu dụng
hàng năm là 165µSv/năm.
1.2.3. Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong)
Bảng dưới đây cho biết liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng
xạ tự nhiên, tính trung bình cho người lớn trong các vùng có phóng xạ tự nhiên
bình thường ( theo ICRP). Ta nhận thấy radon đóng vai trog chủ yếu trong liều
hấp thụ tổng cộng do phóng xạ tự nhiên. Để hình dung mức độ lớn, nhỏ của liều
hiệu dụng tổng cộng hàng năm do các nguồn phóng xạ tự nhiên trình bày trong
bảng 7, ta có thể so sánh với liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng
xạ khác. Chẳng hạn trong y tế, mỗi lần chụp Xquang, liều hấp thụ hiệu dụng
mà người ta phải chịu là vào khoảng 0,5mSv.
12
Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [4].
Nguồn
Chiếu xạ ngoài
Tia vũ trụ
Thành phần hạt tích 300
Chiếu xạ trong Toàn phần
300
55
15
60
15
160
U( không kể radon)
Dãy thori 232Th( không 160
6
166
kể radon)
Radon và các sản phẩm
40
K
87
Rb
Tổng cộng( làm tròn)
1260
165
6
1510
1260
315
6
2280
điện
Thành phần Nơtron
55
Các đồng vị có nguồn
gốc
Tia vũ trụ
Dãy
uranradi 100
238
150
770
Từ các nguồn phóng xạ nhân tạo khác, thí dụ như từ các vụ thử hạt nhân
(bụi lắng phóng xạ trong không khí, nước mưa,…) Liều hiệu dụng được đánh
giá là vào khoảng dưới 0,1mSv/năm.
Từ ngành điện hạt nhân: các nguồn chất thải khác nhau từ các nhà máy
điện hạt nhân và các cơ sở xử lý nhiên liệu… gây nên liều hiệu dụng trung bình
đối với một người khoảng 103mSv.
Liều giới hạn cho phép, theo khuyến cáo của các cơ quan quôc tế (ICRP,
UNSCEAR) đối với nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đối với dân chúng là
1mSv/năm .
13
1.3.
Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con người.
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối
với sức khỏe con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể
và gây ra hiệu ứng ion hoá . Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn
được tạo ra đôi khi ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với
bất kỳ loại nào trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia
gamma, tia X và nơtron, đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ[2].
Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra
khi chúng phân huỷ thành một nguyên tố bền. Nó gồm hai proton và hai
notron, nó mang điện dương . Trong không gian, bức xạ alpha không có
khả năng truyền xa và dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ bởi một tờ giấy
hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy nhiên, nếu một chất phát tia
Alpha được đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng lượng tới các tế
bào xung quanh. Ví dụ, nếu con người hít phải một lượng khí radon
vào trong phổi thì chúng có thể sẽ tạo ra sự chiếu xạ với các mô nhạy
cảm, mà các mô này thì không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như
da[2].
Bức xạ Beta: Bao gồm các electron nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt
alpha và nó có thể thấm sâu hơn. Bức xạ bêta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại,
tấm kính hay chỉ bởi lớp quần áo bình thường. Nó cũng có thể xuyên qua được
lớp ngoài của da và khi đó nó sẽ làm tổn thương lớp da bảo vệ. Trong vụ tai nạn
ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia bêta mạnh đã làm cháy da
những người cứu hoả. Nếu các bức xạ bêta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu
xạ trong các mô trong đó.
Bức xạ Gamma: Bức xạ gamma là năng lượng sóng điện từ. Nó đi được
khoảng cách lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Khi tia gamma bắt đầu đi
14
vào vật chất, cường độ của nó cũng bắt đầu giảm. Trong quá trình xuyên vào vật
chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Các va chạm đó với tế bào của cơ
thể sẽ làm tổn hại cho da và các mô ở bên trong. Các vật liệu đặc như chì, bê
tông là tấm chắn lý tưởng đối với tia gamma.
Bức xạ tia X: Bức xạ tia X tương tự như bức xạ gamma, nhưng bức xạ
gamma được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con người tạo ra trong
một ống tia X mà bản thân nó không có tính phóng xạ. Vì ống tia X hoạt động
bằng điện, nên việc phát tia X có thể bật, tắt bằng công tắc.
Bức xạ Nơtron: Bức xạ nơtron được tạo ra trong quá trình phát điện hạt
nhân, bản thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhưng nếu va chạm với các hạt
nhân khác, nó có thể kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt
điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá. Nơtron có sức xuyên mạnh hơn
tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc
tấm chắn paraphin[2].
Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể
sống, tùy theo liều lượng nhận được và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể
gây hại ít nhiều cho cơ thể. Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người:
Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt
gãy liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương
đến chức năng của tế bào.
Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự
do, các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ
trong tế bào, như các enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê
liệt các chức năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt
quá khả năng phục hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ
bị rối loạn hoặc tê liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
15
Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức
xạ ion hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể
sống. Làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh
trung ương. Các ảnh hưởng trên đều có chung một số triệu chứng như: buồn
nôn, ói mửa, mệt mỏi, sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da,
liều cao của tia X gây ra ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh
dục
gây
vô
sinh
tạm
thời
.
Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay
thấp đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dưới dạng các bệnh ung thư, bệnh
máu trắng, ung thư xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di
truyền... Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách
nhanh chóng và truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một
liều lượng như nhau, nhưng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ
đi sâu vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi
[2].
1.4.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Trên thế giới:
Hiện nay, liều kế nhiệt huỳnh quang Thermoluminescence Dosimeter – TLD
đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng
để đo liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, công nghiệp, nghiên
cứu hạt nhân, đo liều môi trường ... Một số nước như Braxin, Ấn Độ ,
Banglades… cũng có các nghiên cứu về việc sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang
để đo liều phóng xạ môi trường [8], [10], [15]. Tùy vào các phương pháp nghiên
cứu khác nhau mà các vật liệu nhiệt huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu
cũng khác nhau như LiF:Mg:Ti (ký hiệu thương phẩm là TLD100), CaF2:Dy,
CaSO4 : Dy. Các nghiên cứu ở Braxin, Banglades, Malaysia, Ấn Độ … cho thấy
16
liều bức xạ gamma môi trường tự nhiên thay đổi theo từng nước, từng vùng. Giá
trị suất liều bức xạ gamma tự nhiên ở vị trí 1m so với mặt đất trung bình trên thế
giới ở trong khoảng 57nGy/h [17]. Ở Malaysia liều gamma môi trường bên ngoài
( outdoor) đo được tại vùng Selama vào khoảng 273±133 nGy/h. Ở khu vực dân
cư sinh sống, liều gamma môi trường (bao gồm cả trong nhà và ngoài trời) tương
ứng vào khoảng 205±59 nGy/h và 212±64 nGy/h [8].
Từ năm 1993, các nước Bắc Âu gồm Đan Mạch, Phần Lan, Na Uy, Ireland và
Thụy Điển đã công bố kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ
tự nhiên trung bình hàng năm lên dân chúng được đưa ra trong Bảng 1.8.
Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung
bình hàng năm lên cộng đồng ở một số nước Bắc Âu
Loại nguồn
Phần
Thụy
Đan
Na Uy
Irelan
Lan
Bức xạ gamma từ đất, vật 0.5
Điển
0.5
Mạch
0.3
0.5
d
0.2
liệu xây dựng (mSv)
Hàm lượng radon trong nhà và 2.0
1.9
1.0
1.7
0.2
nơi làm việc(mSv)
Các nguyên tố phóng xa trong 0.3
0.3
0.3
0.35
0.3
cơ thể (mSv)
Bức xạ vũ trụ (mSv)
Tổng cộng (mSv)
0.3
3.0
0.3
1.9
0.3
2.85
0.3
1.0
0.3
3.1
* Ở Việt Nam:
Đối với nước ta, liều kế nhiệt huỳnh quang đã được nghiên cứu và sử
dụng chủ yếu trong đo liều cá nhân cho các nhân viên bức xạ tại các cơ sở y tế
và trong công nghiệp. Theo thống kê của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
(VINATOM) cũng cho thấy hiện nay tại Việt Nam có khoảng 3000 người
17
thường xuyên làm việc và tiếp xúc với các nguồn phóng xạ và tia X trong bệnh
viện, trong công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Cụ thể phân bố nhân viên bức
xạ trong các lĩnh vực khác nhau ở Việt Nam được thể hiện trên hình 1.1. Tất cả
các nhân viên bức xạ phải sử dụng liều kế TLD trong quá trình làm việc và cứ ba
tháng một lần liều kế TLD được chuyển về cơ sở hạt nhân để đọc giá trị liều
mà nhân viên bức xạ đã nhận được .
Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX2012]
Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát
bức xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi
liều bức xạ tự nhiên. Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên
gây ra, một số phương pháp đã được áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt
Nam như : dùng máy đo suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so
với mặt đất, hoặc lấy mẫu đất đá để phân tích hàm lượng Uran, Thori, Kali từ đó
tính toán được liều chiếu gây ra đối với dân chúng. Một số kết quả xác định liều
dân chúng của Việt Nam sử dụng các phương pháp trên đã được một số các nhà
khoa học của Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam thực hiện. Tuy nhiên vấn
đề bức xạ môi trường chưa được quan tâm đúng mức. Tình hình sử dụng liều kế
nhiệt huỳnh quang để đánh giá liều bức xạ tự nhiên đối với dân chúng chưa
18
