Phóng Xạ Tự Nhiên Trong Một Số Vật Liệu Xây Dựng Phổ Biến Tại Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

HÀ NỘI - 2019


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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. LÊ HỒNG KHIÊM

HÀ NỘI - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả thu được trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa
được công bố trong bất kì công trình nào khác.
Tác giả luận án
Sonexay Xayheungsy


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được chương trình tiến sĩ và viết luận tôi đã nhận được sự quan
tâm giúp đỡ tận tình của các tổ chức, cá nhân.
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn
khoa học GS. TS. Lê Hồng Khiêm về sự hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình cho
tôi trong suốt quá trình học tập, làm việc và thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Vật lý, Học viện khoa học và công
nghệ đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận án.

Tôi xin cảm ơn các cán bộ trung tâm vật lý hạt nhân, Viện vật lý đã luôn tạo
điều kiện tốt để tôi có thể thực hiện việc nghiên cứu khoa học phục vụ cho luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục và Thể thao Lào, Đại sứ quán nước
CHDCND Lào tại Việt Nam, Ban Giám hiệu trường Trường Đại học Quốc gia Lào
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động
viên, giúp đỡ, trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2018
Tác giả luận án

Sonexay Xayheungsy


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình ảnh
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG
VẬT LIỆU XÂY DỰNG ...........................................................................................6
1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD ....................................6
1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên......................................................................6
1.1.2. Hiện tượng thất thoát radon.....................................................................11
1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã .................................................12
1.2. Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người .....12

1.3. Hiện trạng nghiên cứu về phóng xạ trong VLXD trên thế giới ...................16
1.4. Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ trong các vật liệu xây dựng tại CHDCND Lào..19
CHƯƠNG 2. PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN
HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl) ..........................................................................20
2.1.Cơ sở vật lý ghi nhận bức xạ gamma bằng các detector nhấp nháy và
bán dẫn ....................................................................................................................20
2.1.1. Những đặc điểm chung về tương tác của bức xạ gamma với vật chất ....20
2.1.2. Hiệu ứng quang điện ................................................................................23
2.1.3. Tán xạ Compton .......................................................................................25
2.1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron-positron .........................................................27
2.1.5. Hấp thụ gamma trong vật chất.................................................................29
2.2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của phổ kế gamma dùng detector nhấp
nháy và bán dẫn ......................................................................................................32
2.3. Detector bán dẫn và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector bán dẫn......34
2.3.1. Nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn ..............................................34


2.3.2. Cấu hình của detector HPGe ...................................................................37
2.3.3. Phổ năng lượng của bức xạ gamma đo bằng detector bán dẫn HPGe ...38
2.4. Detector nhấp nháy NaI(Tl) và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector
nhấp NaI (Tl) ...........................................................................................................41
2.4.1. Cấu tạo của detector nhấp nháy NaI(Tl) .................................................41
2.4.2. Phổ năng lượng gamma đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl) ................43
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ...............................................48
3.1. Các khu vực lấy mẫu........................................................................................48
3.1.1. Thu thập các mẫu xi măng .......................................................................48
3.1.2. Thu thập các mẫu đất ...............................................................................51
3.1.3. Thu thập các mẫu cát ...............................................................................53
3.1.4. Thu thập các mẫu gạch ............................................................................57
3.2. Xử lý và chuẩn bị các mẫu để phân tích ........................................................57

3.3. Các mẫu chuẩn .................................................................................................59
3.4. Phương 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) ...............................60
3.5. Phương 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 ............67
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 ...........................................67
3.5.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên bằng
phương pháp tương đối ......................................................................................71
3.6. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD .....72
3.6.1. Hoạt độ tương đương radium ..................................................................72
3.6.2. Các chỉ số nguy hiểm do chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong ....................73
3.6.3. Suất liều hấp thụ ở độ cao 1m ..................................................................73
3.6.4. Liều hiệu dụng hàng năm .........................................................................73
CHƯƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ................74
4.1. Chuẩn năng lượng ............................................................................................74
4.2. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi của detector HPGe..............................75
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..................78


4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trong VLXD .............................................................79
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 ....................................................80
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) .............83
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 ...........................................................85
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 ...........................................................87

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 ...........................................................88
4.5. Đánh giá các đại lượng liên quan đến liều lượng học bức xạ trong các
VLXD của CHDCND Lào ......................................................................................89
4.5.1. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của xi măng sản xuất tại
CHDCND Lào ....................................................................................................89
4.5.2. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của đất dùng để sản xuất
VLXD tại CHDCND Lào ....................................................................................91
4.5.3. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của cát xây dựng tại
CHDCND Lào ....................................................................................................93
4.5.4. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của ghạch xây dựng tại
CHDCND Lào ....................................................................................................94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................99
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ....................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................103
PHỤ LỤC ...............................................................................................................112


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

ADC

Bộ biến đổi tương tự số

AEDE

Tương đương liều hiệu dụng năm AnnualEffective Dose quivalent

Bq

Phân rã/ giây

Analog-to- Digital converter

Becquerel

CHDCND Lao Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào
DNA

Axit deoxyribonucleic

Deoxyribonucleic acid

Xuất liều hấp thụ ở độ cao 1m

Gamma Dose Rate

Độ rộng tại nửa chiều cao cực đại

Full width at half Maximum

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu

Global Position System

Hex

Chỉ số nguy hiểm do chiếu ngoại External Hazard Index

Hin

Chỉ số nguy hiểm do chiếu trong Internal Hazard Index

DR
FWHM

HPGe
IAEA
Raeq

Germanium siêu tinh khiết

High Pure Germanium

Cơ quan năng lượng nguyên tử International Atomic energy Agency
quốc tế
Ra đi tương đương

Radium Equivalent

Hội đồng tư vấn khoa học của United Nations Scientific Committee
UNSCEAR

Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng on the Effects of AtomicRadiation
của bứcxạ nguyên tử

VLXD

Vật liệu xây dựng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phóng xạ tự nhiên trong xi măng Portland ở một số nước. ...................... 16
Bảng 1.2. Phóng xạ tự nhiên trong một số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất và
cát ở một số nước ..................................................................................... 17
Bảng 1.3. Hoạt độ phóng xạ của một số vật liệu ở Hà Nội ....................................... 18
Bảng 3.1. Thông tin về địa điểm lấy mẫu ở 4 nhà máy xi măng .............................. 49
Bảng 3.2. Vi trí lấy đất và cát Sông NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom. ............. 52
Bảng 3.3. Vị trí lấy cát Sông Mê Kông Tại thủ đô Viêng Chăn ............................... 55
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. .......... 60
Bảng 3.5. Cửa sổ năng lượng trong phổ gamma dùng để phân tích các đồng vị
phóng xạ tự nhiên .................................................................................... 61
Bảng 3.6. Giá trị của các hệ số chuẩn xác định từ các phổ chuẩn của IAEA. .......... 64
Bảng 3.7. Ước lượng sai số của phương pháp đo tuyệt đối ..................................... 69
Bảng 4.1. Hiệu suất ghi tại một số định năng lượng xác định của nguồn IAEA-RGU-176
Bảng 4.2. Giá trị và sai số chuẩn của các hệ số A0, A1, A2, A3, A4, A5 .................... 78
Bảng 4.3. Tên của các công ty sản xuất xi măng tại CHDCND Lào, loại xi măng, ký
hiệu mẫu và số mẫu đã lấy tương ứng ..................................................... 80
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 ....................................................... 81
Bảng 4.5. Hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong xi măng
của một số nước trên thế giới ................................................................... 82

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.......................................... 85
Bảng 4.7. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu đất ................................ 86
Báng 4.8. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu cát tại Sông Mê Kông và
Nam Ngeum của Lào ............................................................................... 87
Bảng 4.9. Hoạt độ phóng xạ riêng của các mẫu gạch tại CHDCND Lào ................. 89
Bảng 4.10. Mức độ nguy hiểm trong mẫu xi măng sản xuất tại CHDCND Lào ...... 90
Bảng 4.11. Mức độ nguy hiểm trong mẫu đất tại Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng
Chăn, CHDCND Lào ............................................................................... 92


Bảng 4.12. Các mức độ huy hiểm trong các mẫu cát tại Sông Mê Kông và Nam
Ngeum của Lào ........................................................................................ 94
Bảng 4.13. Mức độ huy hiểm trong mẫu gạch sản xuất tại CHDCND Lào ............. 95
Bảng 4.14. Hoạt độ phóng xạ riêng của một số VLXD tại CHDCND Lào .............. 95
Bảng 4.15. Giá trị trung bình của các đại lượng liên quan đến liều lượng học bức xạ
trong VLXD của CHDCND Lào ............................................................. 96


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
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. ..................................................................... 8
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............................................................................................. 10
Hình 1.3: Chuỗi phân rã của 232Th. Các đồng vị có gạch dưới có thể đo bằng phổ kế gamma .. 11
Hình 2.1: Sơ đồ minh họa hiệu ứng quang điện. ................................................................. 23
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả hiệu ứng tán xạ Compton trên electron tự do .................................. 25
Hình 2.3: Minh họa hiệu ứng tạo cặp electron-positron ...................................................... 27
Hình 2.4: Tiết diện tương tác của bức xạ gamma với nguyên tố chì (Pb) ........................... 30

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc của hệ phổ kế gamma ............................................................. 33
Hình 2.6. Hệ phổ kế gamma của Viện Vật lý ...................................................................... 34
Hình 2.7. Cấu trúc năng lượng của electron trong mạng nguyên tử của chất bán dẫn. Vùng
hóa trị được lấp đầy, trong khi vùng dẫn trống ................................................... 34
Hình 2.8. Cấu trúc vùng năng lượng trong các vật liệu ....................................................... 35
Hình 2.9. Vùng năng lượng của bán dẫn loại p và loại n .................................................... 36
Hình 2.10. Các cấu hình khác nhau của detector bán dẫn đồng trục hình trụ HPGe .......... 37
Hình 2.11: Ảnh chụp của detector bán dẫn HPGe ............................................................... 38
Hình 2.12. Minh họa các thành phần đóng góp vào hàm hưởng ứng của detector Ge khi đo
bức xạ gamma đơn năng có năng lượng.............................................................. 40
Hình 2.13. Phổ đo thực nghiệm bằng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe của các đồng
vị phóng xạ 137Cs và 60Co .................................................................................... 40
Hình 2.14. Phổ đo bằng detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe của nguồn đồng vị 152Eu . 41
Hình 2.15. Cấu tạo nguyên lý của detector nhấp nháy (hình vẽ trên) và cấu tạo của ống
nhân quang điện .................................................................................................. 42
Hình 2.16. Các kiểu tương tác của gamma với vật chất detector và các thành phần phổ
tương ứng. ........................................................................................................... 44
Hình 2.17. Phổ gamma của nguồn 137Cs và 60Co đo được bằng detecor nhấp nháy NaI(Tl)
với kích thước 3”x3” ........................................................................................... 45
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............................................................................................ 48
Hình 3.2. Bản đồ vị trí lấy mẫu đất cát và tại Huyện Thoulakhom thuộc tỉnh Viêng Chăn. ....... 51
Hình 3.3. Bản đồ các vị trí lấy mẫu cát bên bờ sông Mê Kông tại khu vực thủ đô Viêng
Chăn. ................................................................................................................... 53


Hình 3.4. Ảnh chụp các bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ đô Viêng Chăn. ................... 54
Hình 3.5. Bờ bãi cát Sông Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn. . 54
Hình 3.6. Khung hình vuông có chiều dài mỗi cạnh 100 cm .............................................. 56
Hình 3.6. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu ................................................................................... 57

Hình 3.7. Cối, chày và rây 0,2 mm để nghiền và sàng mẫu. ............................................... 58
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. ........................................................................................... 58
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. ...................................................... 59
Hình 3.10. Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) tại Trung tâm hạt nhân, Viện
vật lý. ................................................................................................................... 61
Hình 3.11. (a) Phổ phông đo trong thời gian 52700 giây. (b) Phổ chuẩn IAEA RGU-1 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. ... 61
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 dùng detector NaI(Tl). ........ 66
Hình 4.1. Phổ và chuẩn năng lượng của phổ kế gamma...................................................... 75
Hình 4.2. Đường cong hiệu suất ghi của detector dùng mẫu IAEA-RGU-1. ...................... 78
Hình 4.3. Phổ của mẫu xi măng 1K1 đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl) được vẽ và tự động xác
định hoạt độ phóng xạ riêng bằng phần mềm XIMANG do chúng tôi tự viết .......... 84
Hình 4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trong VLXD tại CHDCND Lào .................................... 97
Hình 4.5. Hoạt độ phóng xạ riêng của Raeqcủa một số VLXD tại CHDCND Lào .............. 98
Hình 4.6. Liều chiếu trong hàng năm của một số VLXD tại CHDCND Lào. ..................... 98
Hình 4.7. Chỉ số nguy hại chiếu ngoài và trong của một số VLXD tại CHDCND Lào. .......... 98


1

MỞ ĐẦU
Trái đất của chúng ta chứa nhiều loại đồng vị phóng xạ, đa số chúng được
tạo ra ngay từ khi Trái đất mới được hình thành. Người ta thấy rằng trong tự nhiên
có thể có 92 nguyên tố. Các nguyên tố từ 93 trở đi là nhân tạo. Các đồng vị phóng
xạ có trong trái đất bao gồm: các đồng vị phóng xạ nguyên thủy được tạo ra cùng
với sự hình thành của trái đất và một số đồng vị phóng xạ khác được hình thành do

tương tác của các tia vũ trụ với vật chất trên trái đất. Ngoài ra còn có các đồng vị
phóng xạ nhân tạo do chính con người tạo ra. Các đồng vị phóng xạ được hình
thành do hai nguồn gốc đầu được gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Các đồng vị
phóng xạ do con người tạo ra được gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Các đồng
vị phóng xạ tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ trái đất bao gồm các đồng vị 238U, 235U,
232

Th và các sản phẩm trong các chuỗi phân rã của chúng. Ngoài ra, đồng vị

40

K

cũng luôn tồn tại trong tự nhiên với hàm lượng khá cao.
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo được hình thành bởi các hoạt động khác nhau
của con người trong đời sống hàng ngày. Có thể kể ra một số hoạt động đặc biệt của
con người sinh ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Đó là các vụ thử vũ khí hạt nhân,
các quá trình xử lý nhiên liệu, hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân, các sự cố hạt
nhân…Những hoạt động này có thể phát tán ra môi trường một lượng rất lớn các
đồng vị phóng xạ. Ngoài ra, còn có rất nhiều hoạt động thường ngày khác của đời
sống xã hội cũng sinh ra các đồng vị phóng xạ. Có thể kể tên một số hoạt động này
như: việc khai thác mỏ, các hoạt động công nghiệp, việc đốt cháy than trong các
nhà máy nhiệt điện…
Rất nhiều nghiên cứu đã khẳng định sự hiện diện của các đồng vị phóng xạ
tự nhiên và cả nhân tạo ở khắp mọi nơi trên trái đất trong các môi trường khác nhau
như đất, nước, không khí…Các đồng vị phóng xạ luôn phát ra các bức xạ khác nhau
như alpha, beta và gamma. Các bức xạ này tạo thành một nền phóng xạ trong môi
trường. Phụ thuộc vào nhiều yếu tố, độ lớn của nền phóng xạ môi trường này khác
nhau ở từng khu vực khác nhau. Các đồng vị phóng xạ có thể thâm nhập vào cơ thể
con người thông qua nhiều con đường, phổ biến hơn cả là qua việc hít thở và ăn

uống. Khi đó, các đồng vị này sẽ là nguồn chiếu trong gây nguy hiểm cho sức khỏe
của con người.


2
Trong đời sống hàng ngày, nhu cầu về các công trình xây dựng của con
người ngày càng tăng. Các công trình này vô cùng đa dạng cả về quy mô, kiến
trúc lẫn công năng nhưng phổ biến hơn cả là các tòa nhà do Chính phủ hoặc các
công ty lớn đầu tư xây dựng phục vụ cho sinh hoạt của một số lượng lớn cư dân.
Đối với người dân, ngôi nhà là nhu cầu bắt buộc cho sinh hoạt hàng ngày. Các
công trình xây dựng đều được làm từ các VLXD thông thường. Những VLXD
chính điển hình là: xi măng, cát, sỏi, gạch, đá…VLXD được chế tạo từ các vật
liệu thô khai thác trong tự nhiên như đất, đá, cát…Như đã nói ở trên, luôn tồn tại
các đồng vị phóng xạ, ít nhất là các đồng vị phóng xạ tự nhiên, trong các nguyên
liệu thô dùng để sản xuất ra các VLXD. Do vậy, chắc chắn trong các loại VLXD
được các công ty sản xuất VLXD cung cấp luôn luôn chứa một lượng nhất định
các đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo với hàm lượng ít hay nhiều. Độ phóng
xạ riêng trong các VLXD này phụ thuộc vào độ phóng xạ riêng của các vật liệu
thô đã dùng để chế tạo. Hiển nhiên là độ phóng xạ riêng của các vật liệu thô sẽ
khác nhau ở những khu vực địa lý khác nhau.
Đối với người dân, đặc biệt là người dân của CHDCND Lào, ngôi nhà là nơi
sinh hoạt chính của các thành viên gia đình. Lượng thời gian trung bình mỗi cư dân
hiện diện trong ngôi nhà của mình, của người quen hoặc trong các tòa nhà công
cộng chiếm đến 80% thời gian của một ngày đêm (24 giờ). Ngoài các nguồn phóng
xạ đến từ không gian, từ mặt đất, bên trong mỗi ngôi nhà, luôn tồn tại phóng xạ gây
bởi các đồng vị phóng xạ có trong VLXD dùng để kết cấu lên ngôi nhà đó. Hơn
nữa, bản thân mỗi bức tường trong ngôi nhà lại là những vật tán xạ làm cho các bức
xạ (đặc biệt bức xạ gamma) bị tán xạ nhiều lần làm tăng khả năng giam giữ các tia
bức xạ trong các căn phòng và do đó làm tăng mức độ nguy hiểm với các cư dân
sinh hoạt trong các ngôi nhà. Nếu liều chiếu gây bởi các đồng vị phóng xạ vượt quá

ngưỡng an toàn đối với sức khỏe của con người thì cần phải có những biện pháp
khắc phục cần thiết. Việc khắc phục này không dễ nên phương án tối ưu nhất là
không sử dụng ngôi nhà đó nữa. Phương án này là lãng phí và rất khó khả thi đối
với người dân lao động vì ngôi nhà là niềm mơ ước và là tài sản có giá trị của họ.
Để tránh mắc phải sai lầm này, trước khi tiến hành xây dựng các công trình, cần
phải đo để xác định được hoạt độ phóng xạ có trong các vật liệu sẽ sử dụng để xây
dựng công trình.


3
Quy trình khảo sát phóng xạ tự nhiên trong vật chất nói chung được thực
hiện thông qua việc đo phóng xạ gamma do các đồng vị có trong các mẫu cần khảo
sát phát ra. Việc đo phóng xạ gamma của các đồng vị có trong VLXD ngay tại hiện
trường xây dựng đối với người dân là không khả thi. Đây là nhiệm vụ của những
người làm chuyên môn. Sẽ có một số khó khăn khi đo phóng xạ trong các VLXD:
Trước hết, bài toán đo hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị có trong
VLXD là bài toán đo hoạt độ thấp. Để triển khai được bài toán này, cần phải có hệ
phổ kế gamma đủ nhạy. Độ nhạy của phổ kế lại phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:
hiệu suất ghi của detector, khả năng che chắn phông, độ ổn định của phổ kế theo
thời gian…Đồng thời, độ chính xác của các kết quả đo phụ thuộc rất nhiều vào
phương pháp đo để xác định hoạt độ phóng xạ riêng.
Vấn đề cần đặt ra là phóng xạ trong các loại VLXD đang được dùng để xây
dựng các công trình tại CHDCND Lào có thực sự nguy hiểm, ảnh hưởng đến sức
khỏe của con người hay không? Để trả lời được câu hỏi này, cần phải có những
nghiên cứu định lượng về hoạt độ phóng xạ có trong VLXD của CHDCND Lào.
Nếu hoạt độ phòng xạ nhỏ hơn một lượng nhất định thì có thể xem là chúng không
ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Vấn đề này đã nghiên cứu nhiều trên thể
giới nhưng tại CHDCND Lào. Tuy nhiên tại CHDCND Lào thì vấn đề này chưa
từng được giải quyết do nhiều lý do khác nhau. Gần đây, CHDCND Lào đã chính
thức tham gia và đã là thành viên của Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA.

Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã khuyến cáo với chính phủ Lào
cần có các nghiên cứu này. Khó khăn lớn nhất đối với CHDCND Lào hiện nay là
chưa có nhân lực trong lĩnh vực này. Chính vì vậy, Chính phủ CHDCND Lào đã đặt
vấn đề với Chính phủ Việt Nam giúp đỡ, trước mắt là đào tạo cho 01 nghiên cứu
sinh có thể độc lập giải quyết bài toán này. Đó là xuất phát điểm của việc Nghiên
cứu sinh được Chính Phủ CHDCND Lào cử đến Viện vật lý, Viện hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam làm nghiên cứu sinh. Xuất phát từ những lý do trên,
Nghiên cứu sinh đã chọn đề tài nghiên cứu cho luận án tiến sĩ của mình là “Phóng
xạ tự nhiên trong một số VLXD phổ biến tại CHDCND Lào”. Ý nghĩa của việc
chọn luận án này là:
- Lần đầu tiên, khảo sát hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự
nhiên có trong VLXD phổ biến đang được sử dụng tại CHDCND Lào.


4
- Đào tạo cán bộ đầu tiên của CHDCND Lào nắm vững được phương pháp
nghiên cứu để có thể triển khai bài toán này không chỉ đối với các VLXD mà còn
cho cả các loại đối tượng khác.
Đề tài nghiên cứu này được xây dựng theo hướng nghiên cứu thực nghiệm và
việc nghiên cứu được tiến hành trên các hệ phổ kế gamma hiện đại hiện đang có tại
Trung tâm Vật lý hạt nhân của Viện vật lý thuộc Viện hàn lâm khoa học và công
nghệ Việt Nam
Các mục tiêu chính của luận án
Các mục tiêu chính của luận án là:
- 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.
Những nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu tài liệu về phân tích phóng xạ có trong các
VLXD dùng phổ kế gamma trên thế giới và Việt Nam.
- Tìm hiểu các kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ trong các
mẫu có thể tích lớn sử dụng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn và nhấp nháy.
Đồng thời 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 và các phương pháp phân tích trên phổ kế gamma bán dẫn
phông thấp nhằm nâng cao độ nhạy và tăng độ chính xác của phép phân tích. Đồng
thời 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…


5
Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn:
- Kết quả chính của luận án là bộ số liệu thực nghiệm về hoạt độ phóng xạ
riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các VLXD khác nhau thường
được dùng để thiết kế các công trình xây dựng tại CHDCN Lào. Bộ số liệu này có
thể tham khảo cho việc đánh giá mức độ an toàn phóng xạ cho các cư dân sinh sống
và làm việc tại các công trình xây dựng sử dụng các nguyên vật liệu này.
- Bộ số liệu này cũng là cơ sở để đưa ra các khuyến cáo tới các nhà quản lý,
các nhà sản xuất và tới dân chúng về mức độ nguy hiểm phóng xạ của các VLXD
tại CHDCND Lào nếu có.
- Bộ số liệu cũng sẽ là số liệu tham khảo tốt giúp cho Bộ khoa học và công

nghệ Lào xây dựng tiêu chuẩn về phóng xạ trong các VLXD dân dụng tại
CHDCND Lào.
- Lần đầu tiên nghiên cứu này được triển khai tại CHDCND Lào. Thông qua
luận án, Nghiên cứu sinh sẽ làm chủ được các phương pháp phân tích hạt nhân dùng
phổ kế gamma.
- Các kỹ thuật thực nghiệm đã nghiên cứu và áp dụng trong luận án sẽ là cơ sở để
Nghiên cứu sinh áp dụng cho các hướng nghiên cứu khác có sử dụng kỹ thuật hạt nhân.
BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Bố cục và nội dung của luận án gồm phần mở đầu, 4 chương, phần kết luận
và cuối cùng là danh mục các tài liệu tham khảo.
Phần mở đầu trình bày lý do để lựa chọn đề tài của luận án.
Chương 1 có tiêu đề: Tổng quan về các đồng vị phóng xạ có trong VLXD.
Chương này tập trung trình bày các kiến thức tổng quan
Chương 2 được dùng để trình bày tóm tắt các kiến thức về phổ gamma sử dụng
các detector thông dụng.
Chương 3 tập trung trình bày các phương pháp thực nghiệm đã được sử
dụng trong luận án để định lượng hóa hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng
xạ tự nhiên có trong một số VLXD thường dung tại CHDCND Lào.
Chương 4 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận.


6
CHƯƠNG 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
Trái đất của chúng ta chứa nhiều loại đồng vị phóng xạ, đa số chúng được
tạo ra ngay từ khi Trái đất mới được hình thành. Người ta thấy rằng trong tự nhiên
có thể có tới hơn 92 loại đồng vị phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ có trong trái đất
được bao gồm: các đồng vị phóng xạ nguyên thủy được tạo ra cùng với sự hình

thành của trái đất và một số đồng vị phóng xạ khác được hình thành do tương tác
của các tia vũ trụ với vật chất trên trái đất. Ngoài ra còn có các đồng vị phóng xạ
nhân tạo do chính con người tạo ra. Các đồng vị phóng xạ được hình thành do hai
nguồn gốc đầu được gọi là các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Các đồng vị phóng xạ do
con người tạo ra được gọi là các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Người ta đã phát hiện
được các đồng vị phóng xạ tự nhiên và cả nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các
môi trường khác nhau như đất, nước, không khí, … Các đồng vị phóng xạ nguyên
thủy phổ biến nhất là
87

238

U,

232

Th, 235U và các sản phẩm phân rã của chúng, 40K và

Rb. Trong môi trường đất đá thường có mặt các đồng vị phóng xạ của ba chuỗi

phóng xạ bắt đầu từ các đồng vị 238U, 232Th và 235U [1].
Các đồng vị phóng xạ có trong tự nhiên sẽ ảnh hưởng lớn đến các sinh vật
sống trên trái đất, đặc biệt sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Đặc biệt các
VLXD chủ yếu được chế tạo từ đất đá lấy trong tự nhiên. Do vậy, khả năng có
phóng xạ trong các VLXD là không thể loại trừ. Trong trường hợp VLXD có lượng
phóng xạ lớn hơn ngưỡng cho phép sẽ là vấn đề rất nguy hiểm đối với con người.
Vì vậy, việc khảo sát phóng xạ tự nhiên có trong các VLXD là công việc cần thiết
trước khi sử dụng các vật liệu này cho các công trình xây dựng kiên cố [2].
1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên
Cả uranium lẫn thorium đều là các đồng vị phóng xạ. Chúng chủ yếu phân rã

alpha thành các đồng vị phóng xạ con cháu. Uranium tự nhiên gồm ba đồng vị sống
dài là 238U, 235U và 234U, trong đó đồng vị 238U chiếm nhiều hơn cả. Lượng 235U và
234

U chiếm rất ít trong tự nhiên. Thorium tự nhiên chỉ có duy nhất một đồng vị

232

Th. Các đồng vị phóng xạ này rã thành các đồng vị con và bản thân các đồng vị

con cũng là phóng xạ lại phân rã thành các đồng vị con cháu và cứ như vậy quá


7
trình phân rã tạo thành chuỗi cho đến đồng vị cuối cùng là đồng vị bền. Trong điều
kiện chuẩn, tỉ số 235U/238U là không đổi và tất cả các đồng vị trong chuỗi phân rã đạt
trạng thái cân bằng.
Để hiểu được phổ gamma của các đồng vị này, cần phải biết rõ sơ đồ rã của
chúng theo chuỗi cũng như tính chất của các đồng vị con cháu có mặt trong chuỗi.
Các hình vẽ 1.1, 1.2 và 1.3 đưa ra sơ đồ phân rã của các đồng vị phóng xạ mẹ 238U,
235

U và

232

Th. Các sơ đồ này không phải là hoàn toàn đầy đủ vì vẫn còn thiếu một

số nhánh phân rã khác. Tuy nhiên, do xác suất rã theo các nhánh này không đáng kể
(theo quan điểm của người dùng phổ kế gamma) nên chúng được bỏ qua [3].

a) Chuỗi phân rã của đồng vị 238U
Chuỗi phân rã của đồng vị

238

U được đưa ra trong hình vẽ 1.1. Trong tự

nhiên 238U chiếm 99,25% của lượng uran tự nhiên. Đồng vị 238U là đồng vị phóng
xạ phân rã alpha thành đồng vị
phân rã thành

234m

234

Th. Đồng vị này cũng là đồng vị phóng xạ và

Pa. Chuỗi phân rã này tiếp diễn cho đến đồng vị cuối cùng của

chuỗi là đồng vị bền

206

Pb. Nếu nhìn vào chu kỳ bán rã của các đồng vị phóng xạ

trong chuỗi, ta thấy chu kỳ bán rã của tất cả các đồng vị này đều ngắn hơn nhiều
so với chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ 238U. Điều này có nghĩa rằng hoạt độ của các
đồng vị con cháu của

238

bằng vĩnh viễn với

U. Khi đó hoạt độ của tất cả các đồng vị con cháu sẽ chính

bằng hoạt độ của

238

238

U trong khối uran tự nhiên nếu không bị xáo trộn sẽ cân

U. Tổng số trong chuỗi phân rã có 14 đồng vị phóng xạ nên

hoạt độ tổng của mẫu sẽ lớn hơn hoạt độ của đồng vị 238U hoặc của bất kỳ đồng vị
phóng xạ nào trong chuỗi 14 lần [4],[5], [6].
(1)

238

U 4,468×109 năm
↓α

(2)

234

Th

24,1 ngày
↓β

(3)

234

Pa 1.17 phút
↓β

(4)

234

U

2,455×105 năm
↓α

(5)

230

Th 7,538 ×104 năm
↓α


8
(6)

226

Ra 1600 năm
↓α

(7)

222

Rn 3,8232 ngày
↓α

(8)

218

Po 3,094 phút
↓α

(9)

214

Pb 26,8 phút
↓β

(10)

2214

Bi 19,9 phút
↓β

(11)

214

Po 162,3×10-6 giây
↓α

(12)

210

Pb 22,3 năm
↓β

(13)

210

Bi 5,013 ngày
↓β

(14)

210

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.
Cũng có trường hợp đồng vị con có chu kỳ bán rã dài hơn so với đồng vị mẹ.
Chẳng hạn như trường hợp 234mPa/234U. Nếu chỉ quan tâm đến 234mPa thì hiện tượng
cân bằng phóng xạ sẽ không xảy ra. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với những nguồn
có thời gian kể từ khi nó được chế tạo lớn hơn 10 lần chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ
trước đó có thời gian sống dài nhất, trong ví dụ này là của
gần như của đồng vị

238

Pa, thực chất cũng

234m

U. Trong thực tế, điều này có nghĩa rằng hoạt độ đo được

trong mẫu của bất kỳ đồng vị con cháu nào cũng xấp xỉ với hoạt độ của đồng vị mẹ
238

U và của tất cả các đồng vị phóng xạ khác có trong chuỗi phân rã. Có thể đo hoạt

độ của vài đồng vị trong chuỗi để có đoán nhận chính xác hơn.
Trong số các đồng vị con trong chuỗi phân rã của

238

U, không phải đồng vị

nào cũng có thể đo gamma một cách dễ dàng. Thực tế chỉ có 6 đồng vị trong hình


9
vẽ 1.1 đã được gạch chân là có thể đo được một cách tương đối thuận tiện. Do vậy,
có thể đo hoạt độ của các đồng vị này và từ đó suy ra hoạt độ của các đồng vị trước
đó trong chuỗi phân rã. Chú ý cần phải kiểm tra về điều kiện cân bằng vì phương
pháp này chỉ đúng cho mẫu cân bằng. Điều kiện cân bằng có thể kiểm tra được
bằng cách đo hoạt độ của một số đồng vị trong chuỗi, chẳng hạn như 234Th, 234mPa,
226

Ra và 214Pb, 214Bi và 210Pb.
Cần nhấn mạnh điều kiện để đạt được cân bằng là mẫu phải không bị xáo

trộn. Trong trường hợp ngược lại, có thể các đồng vị con sẽ bị thất thoát và do đó sẽ
phá vỡ cân bằng.
b) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U
Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ

235

U 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. Chuỗi phân rã này có 12 đồng vị bao gồm 11 tầng phân

rã và có 7 loại hạt alpha có năng lượng khác nhau được phát ra (nếu bỏ qua một vài
nhánh phân rã có xác suất rất nhỏ) [6].
(1)

235

U 1,7×108 năm
↓α

(2)

231

Th 25,52 giờ
↓β

(3)

231

Pa 3,276 ×104 năm
↓α

(4)

227

Ac 21,772 năm
↓β

(5)

227

Th

18,718 ngày

+ α (1,38 %)

223

↓α
(6)

223

Ra 11,43 ngày
↓α

(7)

219

Rn 3,96 giây
↓α

Fr 22 phút
↓β

10
(8)

215

Po 1,781×10-3 giây
↓α

(9)

211

Pb 36,1 phút
↓β

(10)

211

Bi 2,14 phút
↓α

(11)

207

Tl 4,77 phút

+ β (0,273%)

211

Po 516 ×10-3 giây

↓β
207

↓α

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.
Trong số các đồng vị này, chỉ có đỉnh gamma của đồng vị
dễ dàng đo được. Việc đo gamma của một số đồng vị khác như
219

235

227

U là có thể

Th,

223

Ra và

Rn khó khăn hơn nhiều. Mặc dầu sai số khi đo gamma của các đồng vị con có

thể tương đối cao nhưng việc đo hoạt độ của chúng cũng vẫn cho phép có những
đoán nhận về hoạt độ của 235U hoặc kiểm tra về cân bằng phóng xạ của mẫu.
Đáng tiếc đỉnh gamma của đồng vị 235U với năng lượng 185,72 keV lại gần trùng
với đỉnh gamma của đồng vị 226Ra với năng lượng 186,2 keV. Hoạt độ tổng cộng của
mẫu ở trạng thái cân bằng sẽ lớn hơn 11 lần hoạt độ của 235U [3, 4].
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. Chuỗi phân rã này bao gồm 10 tầng và
phát ra 6 loại hạt alpha. Có thể dùng phổ kế gamma để đo các đỉnh của 228Ac, 212Pb,
212

Bi và 208Tl một cách dễ dàng. Phân rã của đồng vị 212Bi bị phân nhánh. Nó chỉ rã

alpha về đồng vị 208Tl với xác suất 35,94%. Nhánh phân rã beta tạo ra đồng vị 212Po
và không thể đo được bằng phổ kế gamma. Nếu đo

208

Tl để tính hoạt độ của thori

thì cần lấy hoạt độ của 208Tl chia cho giá trị của tỉ số rẽ nhánh là 0,3594 [4, 7].


11
232

(1)

Th 1,405 ×109 năm
↓α

228

(2)

Ra 5,75 giờ
↓β

228

(3)

Ac 6,15 giờ
↓β

228

(4)

Th 1,9127 năm
↓α

224

(5)

Ra 3,627 ngày
↓α

220

(6)

Rn 55,8 giây
↓α

216

(7)

Po 150 ×10-3 giây
↓α

212

(8)

Pb 10,64 giờ
↓β

212

(9)

Bi 60,54 phút

↓ β (64,06%)

(10)

212

↓ α (35,94%)

Po 0,3 ×10-6 giây

↓α
206

208

Tl 3,06 phút
↓β

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
Nếu không có các quá trình làm xáo trộn môi trường thì các chuỗi phóng xạ
này trong môi trường đất thường ở trạng thái cân bằng về mặt phóng xạ. Điều này
có nghĩa hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ có trong mỗi chuỗi là bằng
nhau và bằng với hoạt độ của đồng vị bắt đầu mỗi chuỗi. Phân bố của các đồng vị
phóng xạ trên trái đất không đều. Phân bố này phụ thuộc vào vị trí địa lý, kiến tạo
địa chất, loại cây cỏ, tình trạng sinh sống của con người, vv...


12

Tất cả các chuỗi phân rã trên đều tạo thành các đồng vị của radon. Radon chỉ
có dưới dạng khí thường bị bẫy lại trong mẫu rắn nhưng nếu nó có thể thoát ra
ngoài, chẳng hạn như trong quá trình nghiền mẫu thì cân bằng giữa radon và các
đồng vị trước nó trong chuỗi phân rã (đa số chúng có chu kỳ bán rã nhỏ hơn nên
phân rã rất nhanh) sẽ không còn nữa.
Về nguyên tắc, điều này sẽ ảnh hưởng đến hoạt độ tổng cộng cũng như tốc
độ đếm của mẫu. Tuy nhiên, do chu kỳ bán rã của 219Rn trong dãy phân rã của 235U
và chu kỳ bán rã của 220Rn trong chuỗi phân rã của thori là rất nhỏ nên ngay cả khi
khí radon bị thoát ra khỏi mẫu thì hiện tượng cân bằng vẫn có thể được tái thiết lập
chỉ sau một số phút. Tuy nhiên, điều này là không đúng với chuỗi phân rã của đồng
vị phóng xạ 238U.
Đồng vị thứ bảy trong chuỗi phân rã của
3,825 ngày. Nếu đồng vị

222

238

U là

222

Rn có chu kỳ bán rã là

Rn bị thất thoát khỏi mẫu thì cần phải có một khoảng

thời gian đủ dài để các đồng vị con đứng trước 210Pb phân rã trước khi hoạt độ của
đồng vị

222

lượng của

Rn tăng trở lại. Trong nhiều trường hợp, người ta thường xác định hàm

238

U thông qua hoạt độ của các đồng vị con sau radon. Để làm như vậy,

cần nhốt mẫu trong hộp kín và đợi một khoảng thời gian cỡ 10 lần chu kỳ bán rã
của đồng vị 222Rn (khoảng một tháng) để thiết lập lại quá trình cân bằng [3].
1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã
Nhìn chung khi khảo sát phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên thì thường xảy ra
cân bằng trong các chuỗi phân rã. Tuy nhiên vẫn có một số trường hợp mất cân
bằng phóng xạ. Khi nước ngầm chảy qua các vùng đá có thể hoà lẫn một số đồng vị
và làm trôi các đồng vị này đến một vị trí khác. Đối với đa số các đồng vị thì điều
này không quan trọng. Những đồng vị này nằm trong nước sẽ phân rã nhanh và do
đó trong khối đá hiện tượng cân bằng vẫn dễ dàng được thiết lập lại, ngoại trừ
trường hợp của đồng vị

210

Pb vì chu kỳ bán rã của đồng vị này là 22,3 năm. Điều

này có nghĩa rằng khi bị trôi đi khỏi khối đá ban đầu, đồng vị này không phân rã
gây ra sự thiếu hụt trong khối đá ban đầu. Bởi vì lý do này mà không nên xác định
hoạt độ của 238U thông qua việc chỉ đo hoạt độ của đồng vị 210Pb.
1.2. Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người
VLXD là thành phần chính của các công trình xây dựng trong đó có nhà ở
của người dân và các công trình xây dựng phục vụ cho sinh hoạt cộng đồng. Có thể

13
lên đến 80% tổng thời gian sinh hoạt của người dân là trong các ngôi nhà. Vì vậy,
phóng xạ có trong VLXD sẽ là nguồn chiếu xạ đáng kể lên mỗi người dân. Mức độ
nguy hiểm của việc chiếu xạ do VLXD phụ thuộc vào hàm lượng của các đồng vị
phóng xạ có trong VLXD đã được dùng để kết cấu lên ngôi nhà. Nếu hàm lượng
của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD vượt ngưỡng an toàn cho phép, sức khỏe
của cư dân sẽ bị đe dọa. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tác động của
phóng xạ đến sức khỏe con người. Dưới đây chúng tôi sẽ tóm tắt lại các hiệu ứng
chính nhất do phóng xạ gây ra đến sức khỏe của con người [2].
Lĩnh vực nghiên cứu các hiệu ứng sinh học do phóng xạ là một hướng
nghiên cứu lớn đã và đang được các tập thể khoa học quốc tế nghiên cứu rất mạnh.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã có được sự hiểu biết một cách hệ thống về các
hiệu ứng bức xạ lên các cơ quan trong cơ thể người, thiết lập được các mức giới hạn
vè liều chiếu và hàm lượng của các đồng vị phóng xạ, xác định được các triệu
chứng bệnh phóng xạ và các phác đồ điều trị [8].
Chiếu xạ lên cơ thể người bao gồm hai loại: chiếu xạ ngoài và chiếu xạ
trong. Chiếu xạ ngoài gây ra do các bức xạ mà các đồng vị phóng xạ nằm ngoài
cơ thể người phát ra. Các bức xạ này sẽ đi vào cơ thể con người, tương tác với
vật chất có trong cơ thể người. Chiếu xạ trong gây ra khi các đồng vị phóng xạ
thâm nhập được vào trong cơ thể con người thông qua việc hít thở hay ăn uống
của con người. Các đồng vị này sẽ liên tục phát ra các loại bức xạ từ bên trong
cơ thể con người. Mức độ nguy hiểm của chiếu xạ trong là rất lớn.
Khi cơ thể con người bị chiếu xạ sẽ xuất hiện các tổn thương. Có thể phân
loại các tổn thương này ở các mức độ như sau: tổn thương ở mức phân tử, tổn
thương ở mức tế bào và tổn thương ở mức cơ thể.
Về mặt cấu trúc, cơ thể con người dựa trên bộ khung xương được phủ bằng
lớp da bao mặt ngoài cơ thể có nhiệm vụ bảo vệ các cơ quan bên trong, trao đổi
nhiệt và cân bằng thể dịch. Da gồm hai lớp, lớp ngoài là biểu bì và lớp trong là chân

bì còn giữa hai lớp là màng nền.
Các cơ quan chính bên trong cơ thể người là: hô hấp, tiêu hóa, tuần hoàn, tiết
niệu… Hệ thống tuần hoàn gồm có tim, các động mạch, mao mạch và tĩnh mạch.
Hệ thống hô hấp gồm mũi, khí quản và phổi. Hệ thống tiêu hóa gồm miệng, thực
quản, dạ dày, ruột non, ruột già. Ngoài ra còn có một số bộ phận phụ trợ như các