Nghiên cứu sự phân bố của po 210 trong nƣớc biển, trầm tích và ngao (meretrix meretrix), hàu (crassostrea gigas) trong vùng biển ven bờ khu vực bắc bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

TRẦN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA Po-210 TRONG NƯỚC BIỂN,
TRẦM TÍCH VÀ NGAO (MERETRIX MERETRIX),
HÀU (CRASSOSTREA GIGAS) TRONG VÙNG BIỂN VEN BỜ
KHU VỰC BẮC BỘ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

TRẦN THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ CỦA Po-210 TRONG NƯỚC BIỂN,
TRẦM TÍCH VÀ NGAO (MERETRIX MERETRIX),
HÀU (CRASSOSTREA GIGAS) TRONG VÙNG BIỂN VEN BỜ
KHU VỰC BẮC BỘ
Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
Mã số:

9440301.02

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Bùi Duy Cam
2. TS. Đặng Đức Nhận

Hà Nội - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Bùi Duy Cam và TS. Đặng Đức Nhận. Các kết quả,
số liệu trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trên các công
trình với sự đồng ý của các đồng tác giả, phần còn lại chưa được công bố
trong bất cứ một công trình nào.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

Trần Thị Vân

năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Bùi Duy Cam và
TS. Đặng Đức Nhận đã tận tình hướng dẫn và ủng hộ tôi trong suốt thời
gian học tập, thực hiện nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lãnh đạo và cán bộ của Viện
Nghiên cứu Môi trường và các vấn đề Xã hội/Liên hiệp Các Hội Khoa học và
Kỹ thuật Việt Nam và Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân/Viện Năng lượng
Nguyên tử Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cùng cộng tác trong
nghiên cứu và cung cấp nhiều kiến thức để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất,
Khoa Môi trường, Phòng Sau đại học và các thầy, các cô, các nhà khoa học ở
trong và ngoài Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giúp đỡ tôi rất nhiều
trong quá trình học tập, nghiên cứu và góp ý hoàn thiện bản luận án.
Tôi xin cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Chủ nhiệm đề tài cấp
nhà nước KC.05.21/11-15 đã tài trợ một phần kinh phí để thực hiện nghiên
cứu này.
Tôi xin đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình đã luôn động viên,
khích lệ giúp tôi có nghị lực để hoàn thành bản luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp đã động viên,
chia sẻ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Trần Thị Vân

năm 2019


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... 5
DANH MỤC BẢNG................................................................................................... 6
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 9
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ............................................................................. 9
2. Mục tiêu của luận án ............................................................................................. 10
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ........................................................... 11
4. Tính mới của luận án ............................................................................................ 11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 12
1.1. Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng ......................................................... 12
1.1.1. Nguồn gốc các nhân phóng xạ trong môi trƣờng ....................................... 12
1.1.1.1. Nguồn gốc từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên......................................... 12
1.1.1.2. Nguồn từ các phản ứng hạt nhân trong vũ trụ .................................... 14
1.1.1.3. Nguồn phóng xạ nhân tạo ................................................................... 15
1.1.2. Ảnh hƣởng của nhân phóng xạ đến sức khỏe con ngƣời ........................... 15
1.2. Giới thiệu về poloni-210 .................................................................................... 17
1.2.1. Nguồn gốc poloni-210 trong biển và đại dƣơng......................................... 17
1.2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên ............................................................................. 17
1.2.1.2. Nguồn gốc nhân tạo ............................................................................ 19
1.2.2. Đặc điểm của poloni-210............................................................................ 19
1.2.2.1. Đặc điểm hóa - lý ................................................................................ 19
1.2.2.2. Đặc tính của poloni-210 trong môi trường tự nhiên và nước ............. 20
1.2.2.3. Đặc điểm hóa phóng xạ của poloni-210 ............................................. 21
1.2.2.4. Quá trình sinh -địa hóa của poloni-210.............................................. 21
1.2.2.5. Quá trình tái nhập poloni-210 từ trầm tích yếm khí vào pha nước......... 22
1.2.3. Hấp thu poloni-210 của sinh vật biển ......................................................... 24
1.2.3.1. Tích lũy sinh học poloni-210 trong các sinh vật biển ......................... 24
1.2.3.2. Vận chuyển poloni-210 theo chuỗi thức ăn......................................... 24
1.2.4. Cơ chế xâm nhập poloni-210 vào cơ thể con ngƣời ................................... 26

1


1.3. Nghiên cứu poloni-210 trong môi trƣờng nƣớc biển ......................................... 28
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 28
1.3.1.1. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong nước biển ..................................... 28
1.3.1.2. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong trầm tích ...................................... 29
1.3.1.3. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong tảo ................................................ 30
1.3.1.4. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong sinh vật biển ................................ 31
1.3.1.5. Nghiên cứu sự phân bố và tích lũy sinh học của Poloni-210
trong môi trường nước biển ............................................................................. 33
1.3.2. Nghiên cứu ở Việt Nam.............................................................................. 36
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 37
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 37
2.1.1. Lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu .................................................................. 37
2.1.2. Lựa chọn địa điểm nghiên cứu ................................................................... 39
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 41
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 41
2.3.1. Phƣơng pháp lấy mẫu hiện trƣờng ............................................................. 42
2.3.1.1. Thời gian lấy mẫu ............................................................................... 42
2.3.1.2. Số lượng và vị trí lấy mẫu ................................................................... 42
2.3.1.3. Lấy và xử lý mẫu tại hiện trường ........................................................ 42
2.3.2. Phƣơng pháp xử lý mẫu lƣơng thực - thực phẩm và phân tích hoạt độ
các nhân phóng xạ trong phòng thí nghiệm.......................................................... 44
2.3.2.1. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích đo alpha, gamma, beta............ 44
2.3.2.2. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích định lượng nồng độ hoạt độ
poloni-210 trong các mẫu môi trường ............................................................. 47
2.3.2.3. Chương trình đảm bảo và kiểm soát chất lượng ................................. 51
2.3.3. Phƣơng pháp xác định độ muối nƣớc biển và nồng độ Cl- nƣớc biển ................ 53
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá sự phân bố của poloni-210 thông qua hệ số phân bố

(Kd)........................................................................................................................ 53
2.3.5. Phƣơng pháp đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 từ môi trƣờng
vào trong hàu, ngao thông qua hệ số CF .............................................................. 54
2.3.6. Phƣơng pháp đánh giá liều hiệu dụng chiếu trong trung bình đối với
công chúng do ăn lƣơng thực-thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên .................... 55
2.3.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu .......................................................................... 55
2


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN .................................... 56
3.1. Phân bố của poloni-210 trong môi trƣờng trầm tích - nƣớc biển ven bờ
khu vực nghiên cứu ................................................................................................... 56
3.1.1. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong nƣớc biển ven bờ .......................... 56
3.1.2. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong trầm tích biển ven bờ.................... 59
3.1.3. Phân bố của poloni-210 trong trầm tích - nƣớc biển ven bờ ........................ 60
3.1.4. Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng tới sự phân bố poloni-210
ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ ................................................................... 65
3.1.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ các hợp chất hữu cơ hoà tan ....................... 65
3.1.4.2. Ảnh hưởng của độ muối nước biển ..................................................... 68
3.1.4.3. Ảnh hưởng của pH .............................................................................. 70
3.1.5. Nguồn gốc của poloni-210 ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ biển
vịnh Bắc Bộ .......................................................................................................... 73
3.2. Nghiên cứu khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu ................ 78
3.2.1. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong mẫu ngao và hàu ................................. 78
3.2.2. Ảnh hƣởng của nồng độ ion clo trong nƣớc biển đến sự tích lũy sinh học
poloni-210 của hàu và ngao .................................................................................. 81
3.2.3. Đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu
thông qua hệ số tích lũy (CF) ............................................................................... 83
3.2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ Cl- nƣớc biển và pH đến khả năng tích lũy
poloni-210 của ngao và hàu .................................................................................. 86

3.3. Mức đóng góp poloni-210 vào liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm
đối với công chúng đồng bằng Bắc Bộ ..................................................................... 89
3.3.1. Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong lƣơng thực
và thực phẩm......................................................................................................... 90
3.3.2. Tính toán liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm do ăn lƣơng thực thực phẩm bị nhiễm phóng xạ và xác định mức đóng góp của nhân phóng xạ
210

Po trong liều chiếu trong trung bình năm ......................................................... 94

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 100
KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 104

3


PHỤ LỤC 1............................................................................................................. 116
Vị trí địa lý các điểm lấy mẫu phục vụ nghiên cứu của luận án ............................. 116
PHỤ LỤC 2............................................................................................................. 119
Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ trong lƣơng thực và thực phẩm
thuộc khẩu phần ăn chủ yếu của ngƣời dân ở khu vực nghiên cứu ........................ 119
PHỤ LỤC 3............................................................................................................. 122
Bản đồ vị trí địa lý các điểm lấy mẫu trầm tích - nƣớc - hàu - ngao phục vụ
nghiên cứu của luận án ........................................................................................... 122
PHỤ LỤC 3............................................................................................................. 123
Bản đồ vị trí địa lý các điểm lấy mẫu lƣơng thực - thực phẩm phục vụ nghiên cứu
của luận án .............................................................................................................. 123
PHỤ LỤC 4............................................................................................................. 124

Thiết bị đo Po-210 Alpha Spectrometer Model 7200-02 ....................................... 124
PHỤ LỤC 5............................................................................................................. 128
Một số hình ảnh quá trình nghiên cứu thực hiện luận án ....................................... 128

4


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ, cụm
từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CF

Concentration Factor

Hệ số tích lũy

DOC

Dissolved organic carbon

Hợp chất hữu cơ hòa tan

Dry weight

Khối lƣợng khô

HDPE

High Density Polyethylene

Nhựa polyetylen mật độ cao

HOC

Hydrophobic organic
compounds

Hợp chất hữu cơ kỵ nƣớc

IAEA

International Atomic Energy
Agency

Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử
quốc tế

ICRP

International Commission on
Radiological Protection

Ủy ban Bảo vệ bức xạ ion hóa
quốc tế

Fresh weight

Khối lƣợng tƣơi

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

NIST

National Institute of
Standards and Technology

Viện Các chất chuẩn và Công nghệ
Quốc gia

PCE

Particles Concentration
Effect

Hiệu ứng hàm lƣợng hạt

PM

Particulate matter

Chất rắn lơ lửng

dw

fw

PRPX
TF
TSM

Phân rã phóng xạ
Transport Factor

Hệ số vận chuyển

Total suspended matter

Tổng hàm lƣợng vật chất lơ lửng

UNSCEAR United Nations Scientific
Committee on the Effects of
Atomic Radiation

Ủy ban Khoa học của Liên hợp quốc
về tác động của bức xạ nguyên tử

vcs

et al.

và cộng sự

ww

Wet weight

Khối lƣợng ƣớt

5


DANH MỤC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1.

Nồng độ hoạt độ của 210Po trong nƣớc biển ở một số vùng biển
trên Thế giới

29

Bảng 1.2.

Giá trị nồng độ hoạt độ của 210Po trong động vật nhuyễn thể hai
mảnh vỏ ở các vùng biển khác nhau

31

Bảng 1.3.

Giá trị Kd của một số nguyên tố trong môi trƣờng rìa đại
dƣơng

34

Bảng 2.1.

Số lƣợng mẫu phân tích hoạt độ phóng xạ 210Po

42

Bảng 3.1.

Hệ số phân bố Kd(s) của 210Po giữa hai pha nƣớc - trầm tích

63

Bảng 3.2.

Độ pH và nồng độ hoạt độ
khu vực nghiên cứu

Po trong mẫu nƣớc biển ở các

70

Bảng 3.3.

Nồng độ hoạt độ 210Po trong các mẫu nƣớc biển, thịt ngao và
hàu ở khu vực ven bờ biển vịnh Bắc Bộ

78

Bảng 3.4.

Tốc độ hút - lọc của một số loài động vật hai mảnh vỏ

80

Bảng 3.5.

Nồng độ ion Cl- nƣớc biển ở các khu vực nghiên cứu

81

Bảng 3.6.

Hệ số tích lũy (CF) của 210Po đối với ngao và hàu ở vùng biển
ven bờ vịnh Bắc Bộ

84

Bảng 3.7.

So sánh giá trị CF của 210Po đối với các loài động vật nhuyễn
thể hai mảnh vỏ trong các môi trƣờng biển khác nhau trên Thế
giới

85

Bảng 3.8.

Nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ 210Po trong lƣơng thực và thực
phẩm thuộc khẩu phần ăn chủ yếu của ngƣời dân ở khu vực
nghiên cứu

90

Bảng 3.9.

Giá trị hệ số vận chuyển (TF) trung bình của
số loại lƣơng thực - thực phẩm

210

210

Po trong một

92

Bảng 3.10. Khẩu phần ăn chủ yếu và lƣợng tiêu thụ trung bình hàng ngày
của cƣ dân đồng bằng Bắc Bộ

95

Bảng 3.11. Liều hiệu dụng trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành ở

vùng đồng bằng Bắc Bộ do ăn lƣơng thực-thực phẩm nhiễm
phóng xạ tự nhiên và nhân tạo

96

Bảng 3.12. Liều chiếu trung bình năm (µSv năm-1) gây ra bởi
210
Pb do tiêu thụ lƣơng thực - thực phẩm

98

6

210

Po và


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

Hình 1.1.

Ba chuỗi phóng xạ tự nhiên 238U, 235U và 232Th

Hình 1.2.

Nguồn gốc nhân phóng xạ
đại dƣơng

Hình 1.3.

Những con đƣờng để 210Po xâm nhập vào cơ thể con ngƣời

27

Hình 1.4.

Cơ chế đánh giá vận chuyển các nhân phóng xạ từ môi
trƣờng nƣớc biển vào chuỗi thức ăn

35

Hình 2.1.

Quy trình chuẩn bị và xử lý mẫu để xác định hoạt độ phóng
xạ tự nhiên và nhân tạo trong lƣơng thực-thực phẩm

48

Hình 2.2.

Quy trình phân tích hoạt độ 210Po

50

Hình 2.3.

Đỉnh năng lƣợng alpha của nội chuẩn 209Po và của nhân
210
Po trong các loại mẫu IAEA-CU-2006-02

52

Hình 2.4.

Phổ năng lƣợng của 209Po (nội chuẩn) và của
mẫu nƣớc biển TB02 đợt 1 năm 2014

52

Hình 3.1.

Nồng độ hoạt độ 210Po trong nƣớc biển ven bờ (mBqL-1)

56

Hình 3.2.

Nồng độ hoạt độ 210Po trong trầm tích biển ven bờ (Bq kg-1dw)

59

Hình 3.3.

Mối tƣơng quan giữa Kd(s) của 210Po và hàm lƣợng hợp chất

hữu cơ hòa tan trong nƣớc biển vào mùa mƣa năm 2014

65

Hình 3.4.

Mối tƣơng quan giữa Kd(s) của 210Po và hàm lƣợng hợp chất
hữu cơ hòa tan trong nƣớc biển vào mùa khô năm 2015

67

Hình 3.5.

Mối tƣơng quan giữa Kd(s) của
vào mùa mƣa năm 2014

210

Po và độ muối nƣớc biển

68

Hình 3.6.

Mối tƣơng quan giữa Kd(s) của
vào mùa khô năm 2015

210

Po và độ muối nƣớc biển

68

Hình 3.7.

Ảnh hƣởng của pH đến nồng độ hoạt độ của
nƣớc biển

Hình 3.8.

Mối tƣơng quan giữa Kd(s) của 210Po và pH nƣớc biển

72

Hình 3.9.

Các thành phần của mô hình khối mô tả các nguồn phát sinh
210
Po trong môi trƣờng biển áp dụng trong các nghiên cứu
đại dƣơng học dựa trên nguyên lý mất cân bằng phóng xạ
của chuỗi 238U

74

210

7

13

Po trong môi trƣờng biển và

210

210

Po trong

Po trong

18

71


Hình 3.10. Mối tƣơng quan giữa nồng độ hoạt độ của
hàu/ngao và nồng độ ion Cl- nƣớc biển

210

Po trong thịt

82

Hình 3.11a. Mối tƣơng quan đồng biến giữa pH và hệ số tích lũy CF của
210
Po trong hàu và ngao

86

Hình 3.11b. Mối tƣơng quan nghịch biến giữa độ muối (Cl-) với hệ số
tích lũy CF của 210Po trong hàu và ngao

87

8


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Poloni-210 (Po-210,

210

Po) là một đồng vị phóng xạ của nguyên tố

Poloni (Po), có thời gian bán rã 138,4 ngày, phân rã alpha (α) với năng lƣợng
5,304 MeV (100%) và là đồng vị phóng xạ cuối cùng của chuỗi phóng xạ tự
nhiên Urani-238 (238U). Do đó, trong tự nhiên 210Po có mặt ở mọi nơi với mức
độ khác nhau và phụ thuộc vào mức độ đồng vị mẹ

238

U có mặt trong môi

trƣờng. Trong phòng thí nghiệm, 210Po đƣợc tổng hợp thông qua việc bắn phá
đồng vị 209Bi bởi nơtron từ lò phản ứng hạt nhân hoặc máy gia tốc để biến đổi
209

Bi thành

210

Bi, sau đó phân rã beta (β) tạo thành

210

Po. Ngoài ra, các hoạt

động sản xuất của con ngƣời nhƣ nung quặng apatit để sản xuất phốt pho, đốt
than, sử dụng phân bón phốt phát (phân lân), v.v… cũng góp phần làm tăng
hàm lƣợng 210Po trong môi trƣờng.
Nghiên cứu về 210Po trong môi trƣờng thủy quyển nói chung cũng nhƣ
hành vi của nó trong môi trƣờng nƣớc biển nói riêng đã đƣợc nhiều nhà khoa
học quan tâm nghiên cứu trong 50 năm gần đây. Ban đầu, mối quan tâm
nghiên cứu về poloni là độ phóng xạ alpha của nó trong một số sinh vật biển
là tƣơng đối cao so với sinh vật trên cạn do đóng góp của poloni từ nƣớc và
động - thực vật phù du. Khám phá này dẫn tới thúc đẩy các nghiên cứu tìm
hiểu về khả năng vận chuyển, tích lũy nhân phóng xạ poloni giữa các sinh vật
biển và về liều bức xạ mà con ngƣời có thể phải tiếp nhận do ăn hải sản theo
chuỗi thức ăn [97, 112]. Mặc dù trong tự nhiên, Po-210 chỉ tồn tại ở mức vết,
nhƣng do đặc tính đồng thời có cả độc tính của một kim loại nặng và cả độc
tính của một đồng vị phóng xạ phân rã alpha (α) với năng lƣợng cao, nên khi
Po-210 đi vào bên trong cơ thể sống sẽ rất độc bởi gây ra liều chiếu trong.
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về Po-210 trong môi trƣờng nƣớc mới chỉ
dừng lại ở mức phân tích hàm lƣợng của chúng trong trầm tích để xác định
tốc độ bồi lấp cửa sông, lòng hồ hoặc bến cảng bằng phƣơng pháp sử dụng

9

chì-210 (210Pb) [5,6, 7, 36]. Hiện ở Việt Nam, chƣa có công bố khoa học nào
về phân bố

210

Po trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ và các loài nhuyễn thể

hai mảnh vỏ nói riêng, cũng nhƣ việc tính toán mức đóng góp của

210

Po vào

liều chiếu trong gây ra do ăn các loại lƣơng thực - thực phẩm.
Bên cạnh đó, Trung Quốc hiện nay đã xây dựng và đƣa vào vận hành
nhà máy điện hạt nhân ở thành phố cảng Phòng Thành, cách thành phố Móng
Cái (tỉnh Quảng Ninh) khoảng 60 km theo đƣờng chim bay, nên việc nghiên
cứu nồng độ hoạt độ và phân bố 210Po trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ vịnh
Bắc Bộ và tính toán mức đóng góp của 210Po trong liều hiệu dụng chiếu trong
trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành do tiêu thụ lƣơng thực - thực phẩm
có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần xây dựng phông nền phóng xạ môi trƣờng
nƣớc biển khu vực vịnh Bắc Bộ trƣớc khi nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành
hoạt động.
Từ những thực tiễn nêu trên, đề tài luận án lựa chọn là “Nghiên cứu sự
phân bố của Po-210 trong nƣớc biển, trầm tích và ngao (Meretrix meretrix),
hàu (Crassostrea gigas) trong vùng biển ven bờ khu vực Bắc Bộ”.
2. Mục tiêu của luận án
- Tạo đƣợc bộ dữ liệu nền phông phóng xạ của Po-210 trong môi
trƣờng nƣớc - trầm tích - ngao (Meretrix meretrix), hàu (Crassostrea gigas) ở

vùng nƣớc biển ven bờ khu vực Bắc Bộ.
- Làm rõ đƣợc sự phân bố trong pha nƣớc - pha rắn (pha hạt) của nhân
phóng xạ 210Po trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ khu vực Bắc Bộ. Xem xét
ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng đến sự phân bố của nhân phóng xạ
210

Po trong môi trƣờng nƣớc biển - vật chất lơ lửng - trầm tích.
- Đánh giá đƣợc khả năng vận chuyển của nhân phóng xạ 210Po từ môi

trƣờng nƣớc biển ven bờ khu vực Bắc Bộ vào trong ngao, hàu. Xem xét ảnh
hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng đến khả năng vận chuyển nhân phóng xạ
210

Po vào ngao, hàu .
10


- Xác định đƣợc mức đóng góp của nhân phóng xạ

210

Po vào liều hiệu

dụng chiếu trong trung bình năm do ăn lƣơng thực thực phẩm của công chúng
vùng đồng bằng duyên hải Bắc Bộ.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Xây dựng bộ số liệu về nồng độ phóng xạ của

210

Po trong nƣớc biển,

trầm tích và trong ngao (Meretrix meretrix), hàu (Crassostrea gigas) thu thập
tại vùng ven bờ biển tại các tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng và Thái Bình.
- Bƣớc đầu làm rõ sự phân bố của

210

Po trong môi trƣờng nƣớc biển

ven bờ, dựa trên việc xác định hệ số phân bố K d của
trầm tích; Đánh giá khả năng tích lũy sinh học

210

210

Po giữa pha nƣớc và

Po của ngao, hàu thông qua

hệ số tích lũy (CF). Đánh giá ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng nhƣ
hợp chất hữu cơ hòa tan (DOC), độ muối nƣớc biển, nồng độ Cl- nƣớc biển và
pH tới sự phân bố của 210Po ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ và khả năng
tích lũy sinh học nhân phóng xạ 210Po của ngao, hàu.
- Xác định mức đóng góp của nhân phóng xạ

210

Po vào liều hiệu dụng

chiếu trong trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành vùng đồng bằng duyên
hải Bắc Bộ do ăn lƣơng thực - thực phẩm.
4. Tính mới của luận án
- Lần đầu tạo đƣợc bộ số liệu về hiện trạng nền phông phóng xạ alpha
của 210Po trong nƣớc, trầm tích, ngao (M. meretrix), hàu (C. gigas) và một số
loại lƣơng thực - thực phẩm khác ở vùng biển khu vực Bắc Bộ, Việt Nam
(tỉnh Thái Bình, thành phố Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh).
- Xác định đƣợc hệ số phân bố Kd của

210

Po giữa pha nƣớc và pha rắn

với những đặc điểm riêng của môi trƣờng nƣớc biển ven bờ biển khu vực Bắc
Bộ; và xác định hệ số tích lũy CF của 210Po đối với ngao và hàu.
- Xác định đƣợc mức đóng góp của

210

Po vào liều hiệu dụng chiếu

trong trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành vùng đồng bằng duyên hải
Bắc Bộ do ăn lƣơng thực - thực phẩm.

11


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng

1.1.1. Nguồn gốc các nhân phóng xạ trong môi trường
Các nhân phóng xạ trong môi trƣờng đƣợc phát sinh từ hai nguồn, đó là
nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ nhân tạo do con ngƣời tạo ra
trong quá trình ứng dụng năng lƣợng hạt nhân trong các lĩnh vực nhƣ công
nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, y - sinh học và các loại hình nghiên
cứu và phát triển khác.
1.1.1.1. Nguồn gốc từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên
Trong môi trƣờng, các nhân phóng xạ tự nhiên phát sinh từ 3 nguồn, đó
là: (i) Các nhân phóng xạ nguyên thủy; (ii) Các nhân phóng xạ sinh ra từ các
chuỗi phóng xạ tự nhiên; (iii) Các nhân phóng xạ sinh ra từ các phản ứng hạt
nhân trong vũ trụ.
Nguồn phóng xạ nguyên thủy bao gồm các nhân tồn tại từ khi hình
thành Trái Đất là kết quả của hiện tƣợng giãn nở vũ trụ (Big Bang). Chúng có
chu kỳ bán rã dài ngang với tuổi của Trái Đất vào khoảng 4,5×109 năm, đó là
các nhân kali-40 (40K), vanadi-50 (50V), rubidi-87 (87Rb), cadimi-113 (113Cd),
indi-115 (115In). Nhân phóng xạ nguyên thủy có đóng góp đáng kể nhất vào
liều bức xạ, cả chiếu ngoài và chiếu trong đối với công chúng là kali-40 (40K)
và rubidi-87 (87Ru).
Nguồn phóng xạ sinh ra từ chuỗi phóng xạ tự nhiên: đây là các nhân
phóng xạ đƣợc sinh ra liên tiếp từ quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên. Đứng
đầu mỗi chuỗi là một nhân phóng xạ, tiếp theo là các con - cháu - chắt của nó
đƣợc tạo ra do phân rã phóng xạ alpha, beta kèm theo gamma với các chu kỳ
bán phân rã khác nhau và cuối chuỗi là một đồng vị bền của chì (Pb). Có ba
chuỗi phóng xạ tự nhiên, tƣơng ứng với đầu họ là Urani-238 (238U), Urani-235
(235U) và Thori -232 (232Th) (Hình 1.1).
12


Hình 1.1. Ba chuỗi phóng xạ tự nhiên 238U, 235U và 232Th [27]
Đặc điểm của cả ba chuỗi phóng xạ tự nhiên là trong quá trình phân rã

đều sinh ra khí trơ radon (Rn), chuỗi phóng xạ tự nhiên
chuỗi phóng xạ tự nhiên

235

U sinh ra

219

238

U sinh ra

Rn và chuỗi phóng xạ tự nhiên

222

Rn,

232

Th

sinh ra 220Rn. Một phần nhân khí trơ radon sẽ thoát ra từ đất vào không khí và
phân rã tiếp trong khí quyển. Trong chuỗi phóng xạ tự nhiên
214

Po và

210

Po; Trong chuỗi phóng xạ tự nhiên

235

U có

215

238

U có

218

Po,

Po; Trong chuỗi

phóng xạ tự nhiên 232Th có 216Po và 212Po. Các nhân phóng xạ poloni đƣợc tạo
ra trong không khí sẽ bám dính trên các hạt sol khí và di chuyển cùng sol khí
trong khí quyển, nhƣng khả năng di chuyển trong khoảng không gian rộng thì
chỉ có đồng vị Po-210 vì chu kỳ bán rã của nó là tƣơng đối dài (138,4 ngày).
Trong quá trình di chuyển, Po-210 sẽ bị rơi lắng dƣới dạng khô cùng bụi khí
do trọng lực hoặc rơi lắng ƣớt do nƣớc mƣa rửa trôi.

13


Nhƣ vậy, trong môi trƣờng tự nhiên, Po-210 có hai nguồn là: (i) Nguồn

phân rã tại chỗ của chuỗi phóng xạ tự nhiên có mặt trong các khoáng chất; (ii)
Nguồn do rơi lắng từ khí quyển. Nguồn thứ nhất của Po-210 đƣợc gọi là Po210 đƣợc hỗ trợ (supported), còn nguồn thứ hai đƣợc gọi là Po-210 không
đƣợc hỗ trợ (unsupported). Nguồn Po-210 không đƣợc hỗ trợ phụ thuộc vào
tốc độ rơi lắng, tức là điều kiện khí tƣợng của từng khu vực. Nhiều công trình
nghiên cứu, (ví dụ nhƣ Paatero vcs [95], Ioannidou vcs [62], v.v…) cho thấy
nồng độ hoạt độ của 210Pb là mẹ của 210Po trong chuỗi phóng xạ tự nhiên 238U
trong rơi lắng khô và ƣớt có giá trị thấp nhất vào mùa mƣa (tháng 7, tháng 8)
và cao nhất vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau). Nhƣ vậy, có thể
thấy, cũng tƣơng tự nhƣ

210

Pb vào mùa khô nồng độ hoạt độ của

210

Po trong

không khí là cao hơn so với nồng độ hoạt độ của nó vào mùa mƣa nhƣng
nồng độ hoạt độ của hai nhân phóng xạ này trong không khí cũng nhƣ trong
môi trƣờng thủy quyển là không cân bằng. Sự mất cân bằng phóng xạ giữa hai
nhân phóng xạ

210

Po và

210

Pb đƣợc giải thích là do đặc tính thủy địa hóa môi

trƣờng cũng nhƣ độ hòa tan của chúng là khác nhau [107]. Pb-210 có xu thế
hòa tan vào nƣớc tốt hơn so với Po-210.
1.1.1.2. Nguồn từ các phản ứng hạt nhân trong vũ trụ
Sự tƣơng tác của các hạt nhƣ nơtron, proton, meson năng lƣợng cao từ
bên ngoài khoảng không vũ trụ với vật chất trong khí quyển trái đất, tạo ra
một số nhân phóng xạ nhƣ 22Na, 3H, 14C, 7Be. Chu kỳ bán phân rã và phƣơng
thức phân rã phóng xạ của các nhân đƣợc tạo ra do các phản ứng hạt nhân với
các tia vũ trụ và có chu kỳ bán phân rã lớn hơn 1 ngày gồm có 3H (t1/2=12,33
năm, -),

7+10

Be (t1/2=53,29 ngày và 1,51x106 năm, + và -),

14

C (t1/2=5730

năm, -), 22Na (t1/2=2,602 năm, +), 26Al (t1/2=7,4×105 năm, + và bắt giữ điện
tử, EC), 32Si (t1/2=172 năm, -), 32+33P (t1/2=14,26 ngày và 25,34 ngày, -), 35S
(t1/2=87,51 ngày, -), 36Cl (t1/2=3,01×105 năm, -),

37+39

269 năm, + và -), 81Kr (t1/2=2,29×105 năm, -) [117].
14

Ar (t1/2=35,04 ngày và

Các nhân phóng xạ tạo ra do phản ứng hạt nhân trong vũ trụ có hàm
lƣợng lớn nhất ở tầng bình lƣu. Ngoài ra, một số hạt nơtron và proton tồn tại ở
trong tầng đối lƣu vẫn có đủ năng lƣợng tạo ra các phản ứng hạt nhân để sinh
ra các hạt nhân phóng xạ gần bề mặt trái đất. Hàm lƣợng của các nhân phóng
xạ có nguồn gốc vũ trụ không chỉ phụ thuộc vào độ cao mà còn phụ thuộc vào
vĩ độ và thay đổi theo chu kỳ hoạt động 11 năm của mặt trời.
1.1.1.3. Nguồn phóng xạ nhân tạo
Các nhân phóng xạ nhân tạo có mặt trong hệ sinh thái trên Trái đất từ
ba nguồn chính, đó là:
- Từ các vụ thử vũ khí hạt nhân.
- Từ các tai nạn nhà máy điện hạt nhân nhƣ vụ nổ nhà máy điện hạt
nhân Chernobyl (Ucraina) năm 1986 và tai nạn nhà máy điện hạt nhân
Fukushima (Nhật bản) năm 2011 do động đất và sóng thần.
- Từ nguồn thải lỏng và khí của các nhà máy điện hạt nhân cũng nhƣ
các cơ sở tái chế vật liệu hạt nhân, ví dụ nhƣ Sellafield ở Anh và Cap de la
Hague ở Pháp [117].
Đại dƣơng bao phủ diện tích 361,11×106 km2, chiếm 70,8% tổng diện
tích bề mặt trái đất [18]. Do đó, đại dƣơng là nơi tiếp nhận chủ yếu các nhân
phóng xạ tự nhiên và nhân tạo xả vào môi trƣờng do rơi lắng từ không khí
cũng nhƣ từ các nguồn nƣớc thải trực tiếp đổ ra biển.
Các nguồn khác nhƣ là đánh chìm chất thải hạt nhân, xả thải định kỳ
của nhà máy điện hạt nhân, tai nạn tàu ngầm, tai nạn rơi vệ tinh sử dụng động
cơ chạy bằng năng lƣợng hạt nhân và sử dụng các đồng vị phóng xạ trong y
tế, công nghiệp và khoa học cũng góp phần làm ô nhiễm phóng xạ đại dƣơng.
1.1.2. Ảnh hưởng của nhân phóng xạ đến sức khỏe con người
Các nhân phóng xạ là các chất độc theo khía cạnh năng lƣợng của bức
xạ do chúng phát ra. Các tác động đến sức khỏe của con ngƣời do phơi nhiễm
15

phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại phóng xạ, chẳng hạn nhƣ
phóng xạ alpha, beta, gamma hay nơtron; liều phơi nhiễm và thời gian tiếp
xúc. Các nhân phóng xạ phát ra bức xạ có năng lƣợng cao, có thể tới hàng
chục kiloelectron Volt (keV) trở lên. Do vậy, vật chất phơi nhiễm trong
trƣờng bức xạ đều bị ion hóa ở các mức độ khác nhau, nên tia phóng xạ còn
đƣợc gọi là bức xạ ion hóa. Do hiệu ứng ion hóa vật chất nên bức xạ ion hóa
là nguy hiểm đối với cơ thể sống. Mức độ ảnh hƣởng của bức xạ ion hóa tới
sức khỏe con ngƣời phụ thuộc vào liều bức xạ (radiation dose) là lƣợng năng
lƣợng của bức xạ đã truyền hoàn toàn cho một đơn vị khối lƣợng thể trọng.
Có hai kiểu phơi nhiễm phóng xạ, đó là chiếu ngoài và chiếu trong
tƣơng ứng với hai loại liều là liều chiếu ngoài và liều chiếu trong. Liều chiếu
trong là liều gây bởi các nhân phóng xạ nằm bên trong cơ thể. Liều chiếu
ngoài là liều chiếu khi nguồn bức xạ nằm bên ngoài cơ thể, do đó có thể có
những biện pháp hữu hiệu để tránh bị phơi nhiễm phóng xạ từ nguồn. Đƣờng
hô hấp và đƣờng tiêu hóa là hai con đƣờng chính để các nhân phóng xạ xâm
nhập đƣợc vào bên trong cơ thể, gây liều chiếu trong. Chiếu trong nguy hiểm
hơn chiếu ngoài vì khó có biện pháp hiệu quả để làm giảm liều khi phóng xạ
đã ở bên trong cơ thể và các nhân phóng xạ gây ảnh hƣởng trực tiếp đến cấu
trúc tế bào.
Với mức liều phơi nhiễm cao, ví dụ từ 1 Sivơ (Sv) trở lên thì gây những
hậu quả nhƣ nhau đối với toàn thể tập thể công chúng từ bức xạ ion hóa, đó là
bỏng da, hoại tử, rụng tóc và mức độ trầm trọng nhất là chết ngƣời. Các hiệu
ứng của bức xạ ion hóa đối với cơ thể sống ở mức liều cao hơn ngƣỡng 1 Sv
nhƣ trình bày ở trên thuộc nhóm hiệu ứng tất định vì nó xảy ra nhƣ nhau đối
với tất cả các cơ thể sống với xác suất bằng 1. Khi con ngƣời bị phơi nhiễm
phóng xạ ở những mức liều thấp hơn nhiều lần so với ngƣỡng 1 Sv hay còn
gọi là liều chiếu nghề nghiệp thì bức xạ ion hóa phát ra từ các nhân phóng xạ

16

sẽ gây biến đổi cấu trúc của tế bào mà cụ thể là làm thay đổi cấu trúc mạch
ADN hoặc ở mức độ sâu hơn nữa là làm biến đổi nhiễm sắc thể, tức là biến
đổi gen. Các hiệu ứng làm thay đổi cấu trúc ADN hoặc gen dƣới tác dụng của
bức xạ ion hóa chỉ xảy ra với xác suất nhất định và phụ thuộc tuyến tính vào
liều bức xạ. Mức liều càng cao, nhƣng thấp hơn nhiều so với ngƣỡng, thì xác
suất phát sinh bệnh tật ở con ngƣời bị phơi nhiễm phóng xạ cũng càng cao và
các hiệu ứng này thuộc nhóm hiệu ứng ngẫu nhiên. Các hiệu ứng ngẫu nhiên
bao gồm suy giảm hệ miễn dịch, đục thủy tinh thể, ung thƣ và di truyền.
Có hai cơ chế làm phát sinh bệnh tật do bức xạ ion hóa là cơ chế trực
tiếp và cơ chế gián tiếp. Cơ chế trực tiếp là do năng lƣợng của bức xạ tác
động trực tiếp lên cấu trúc của tế bào làm thay đổi cấu trúc nhân tế bào. Cơ
chế gián tiếp là năng lƣợng của bức xạ trƣớc tiên ion hóa phân tử nƣớc (đến
70% thể trọng cơ thể) tạo ra các gốc tự do có tính ôxy hóa rất mạnh có khả
năng ôxy hóa cấu trúc của tế bào.
1.2. Giới thiệu về poloni-210
1.2.1. Nguồn gốc poloni-210 trong biển và đại dương
1.2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
Trong tự nhiên, 210Po đƣợc sinh ra trong chuỗi phóng xạ 238U:
238
230
210
U α 234Th
Th α 226Ra α 222Rn
Po α 206Pb (bền)
Nguồn poloni tự nhiên trong biển và đại dƣơng bao gồm rơi lắng sol
khí từ tầng bình lƣu (1-5%) và từ tầng đối lƣu [91], trong đó tro bụi từ phun
trào núi lửa cung cấp đến khoảng 50% lƣợng

210

Po trong tầng đối lƣu [124],

phần 210Po còn lại trong đại dƣơng là từ chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên 238U
từ đất liền rồi lan truyền trong khí quyển cùng với sự chuyển dịch của các
khối không khí (Hình 1.2).
Trong đất liền, khí

222

Rn bắt nguồn từ phân rã phóng xạ của chuỗi

phóng xạ tự nhiên 238U có trong thành phần khoáng vật của vỏ trái đất thoát

17


Rơi lắng “210Po
không đƣợc hỗ trợ”
Trao đổi giữa không khí có
Rn và 210Po với nƣớc biển

222

Hình thành “210Po đƣợc hỗ trợ” do xói mònrửa trôi khoáng vật chứa 238U từ đất liền

Hình 1.2. Nguồn gốc nhân phóng xạ 210Po trong môi trường biển và đại dương
gồm hai thành phần: nguồn được hỗ trợ và nguồn không được hỗ trợ [122].
vào khí quyển rồi tiếp tục phân rã để tạo ra “210Po không đƣợc hỗ trợ

210

Po”

và rơi lắng khô và ƣớt xuống bề mặt trái đất, kể cả đại dƣơng. Khái niệm
“210Po không đƣợc hỗ trợ” để chỉ lƣợng đồng vị 210Po chỉ đƣợc tạo ra từ phân
rã của nhân

222

Rn đã bay vào không khí cắt đứt khỏi các nhân trƣớc

không phải là khí và nằm lại trong đất, tức là

210

222

Rn

Po không còn đƣợc tiếp tục

“hỗ trợ” từ các phân rã của chuỗi. Đồng thời, do xói mòn nền đất-đá trong lục
địa có chứa khoáng vật urani bị rửa trôi theo dòng chảy của suối, sông và cuối
cùng là đổ vào biển. Theo con đƣờng xói mòn mà trong lớp trầm tích đáy biển
và đại dƣơng cũng có

238

U để tạo ra “210Po đƣợc hỗ trợ

210

Po” nhƣ trình bày

trên Hình 1.2. Khái niệm “210Po đƣợc hỗ trợ” để chỉ lƣợng 210Po luôn đƣợc bổ
sung trong đất hoặc trong trầm tích do phân rã phóng xạ của chuỗi phóng xạ
tự nhiên

238

U. Nồng độ hoạt độ của

210

Po trong nƣớc mƣa (rơi lắng ƣớt) dao

động trong khoảng từ 1 mBq.L-1 đến 100 mBq.L-1 nƣớc [32]. Một lƣợng nhỏ
của 210Po trong nƣớc biển là do quá trình trao đổi giữa không khí (có 222Rn và
210

Po) và nƣớc biển (Hình 1.2).
18


1.2.1.2. Nguồn gốc nhân tạo
Poloni-210 có thể đƣợc tổng hợp trong lò phản ứng hạt nhân bằng cách
cho chùm nơtron nhanh bắn vào bia bismut-209 (209Bi) để tạo ra bismut-210
(210Bi) mà sau đó qua phân rã beta sẽ tạo ra poloni-210 (210Po). Ngoài ra, hoạt

động của con ngƣời có thể gián tiếp làm tăng đáng kể nồng độ hoạt độ của
210

Po trong không khí, ví dụ nhƣ các hoạt động liên quan đến khai thác mỏ,

nghiền quặng, quá trình tách chiết và sản xuất urani và thép. Nồng độ hoạt độ
của

210

Po trong quặng và chất thải từ công nghiệp luyện thép có thể cao tới

5660 Bq kg-1 [41]. Các chất thải sau quá trình tuyển quặng trong sản xuất phốt
pho và ngành công nghiệp phân bón phốt phát (phân lân) và phát thải từ công
nghiệp dầu mỏ và tách chiết khí ga, khai thác than phục vụ sản xuất điện và
bùn thải từ công nghiệp khai khoáng cũng nhƣ luyện kim cũng có liên quan
đến việc phát thải 210Po vào môi trƣờng vì tất cả các loại chất thải này đều có
chứa 238U [13, 57]. Theo thông báo của Ủy ban Khoa học của Liên hợp quốc
về tác động của bức xạ nguyên tử (UNSCEAR) [117], lƣợng 210Po sinh ra trên
toàn cầu hàng năm liên quan đến các hoạt động của con ngƣời khoảng 660
GBq năm-1, trong đó có 490 GBq năm-1 do các ngành công nghiệp khai thác
và chế biến quặng phốt phát.
1.2.2. Đặc điểm của poloni-210
1.2.2.1. Đặc điểm hóa - lý
Poloni không có đồng vị bền nhƣng hoạt độ phóng xạ riêng lại cao nên
tất cả các các tính chất hóa - lý của nó chỉ có thể xác định đƣợc trên cơ sở các
kết quả nghiên cứu hóa phóng xạ ở mức nồng độ vết. Không thể áp dụng các
công cụ quang phổ cổ điển để đánh giá các tính chất hóa-lý của poloni ở mức
độ phân tử. Do vậy, các tính chất hóa học của poloni đã đƣợc biết vẫn còn
nghèo nàn, hầu nhƣ các đặc điểm hóa học cơ bản của poloni đều đƣợc công

bố trong những năm 1960.
19


Poloni (Po), số nguyên tử Z = 84, khối lƣợng nguyên tử gần bằng 209, là
một kim loại màu xám bạc, thuộc nhóm VI của Bảng Hệ thống tuần hoàn các
nguyên tố hóa học Mendeleev. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của poloni,
tƣơng ứng là 254 0C và 962 0C. Tuy nhiên, ngay cả ở nhiệt độ phòng (25 0C) thì
50% lƣợng poloni sẽ bốc hơi trong 45 giờ dƣới dạng phân tử kép Po2 [124].
Poloni-210 có hoạt độ riêng cao (16,6 Ci/mg) nên cƣờng độ bức xạ của
các mẫu 210Po ở mức độ miligam có khả năng nhanh chóng phân hủy hầu hết
các hợp chất hữu cơ và thậm chí cả các dung môi. Cấu trúc tinh thể của các
vật liệu rắn cũng nhanh chóng bị phá hủy hoặc thay đổi [124].
Poloni có một số trạng thái ôxi hóa là −II, + II, + IV và + VI, trong đó
trạng thái IV là bền nhất trong dung dịch nƣớc. Poloni tạo thành các muối tan
với clorua, bromua, axetat, nitrat và các anion vô cơ khác. Một trong các tính
chất hóa học quan trọng của poloni là sự thủy phân tƣơng tự nhƣ hầu hết các
nguyên tố nhóm IV và tạo kết tủa hydroxit. Trong dung dịch nƣớc có pH=7,
tích số tan của Po(OH)4 = 10−37, tích số tan của PoS2 = 10−28.3 [16]. Ông-bà
Curies đã sử dụng đặc tính này để tách poloni và xác định khối lƣợng nguyên
tử của nó.
1.2.2.2. Đặc tính của poloni-210 trong môi trường tự nhiên và nước
Poloni-210 tồn tại trong môi trƣờng nƣớc tự nhiên chủ yếu ở dạng
Po(IV). Do sự thủy phân một phần của Po(IV) nên hình thành các keo phóng
xạ và nó có tính ái lực cao với các hạt lơ lửng trong nƣớc. Poloni-210 bị hấp
phụ mạnh lên bề mặt các hạt keo lơ lửng có bản chất là khoáng chất hoặc vật
chất hữu cơ. Thông số chính kiểm soát quá trình hấp phụ và giải hấp phụ 210Po
từ dung dịch lên các hạt khoáng chất lơ lửng là trạng thái ôxi hóa khử, mật độ
210

Po giảm mạnh từ bề mặt chất hấp phụ nơi mật độ ôxy còn cao vào sâu trong

lòng chất hấp phụ nơi hầu nhƣ không còn ôxy [17]. Điều này đƣợc giải thích là
do sự hấp phụ đồng hình

210

Po lên các ôxyt mangan và đƣợc giải phóng khi

Mn(IV) bị khử thành Mn(II). Benoit và Hemond [19] ƣớc tính rằng, Po(IV)
20


(dạng không hòa tan) có thể bị khử thành trạng thái Po(II) (dạng hòa tan) cùng
với mangan và ở điều kiện yếm khí nó có thể kết tủa ở dạng poloni sunfua, nếu
trong môi trƣờng tồn tại ion S2- [19, 113]. Hơn nữa, với sự tƣơng đồng về đặc
tính giữa poloni và các nguyên tố nhóm VI nhƣ lƣu huỳnh (S), selen (Se) và
telu (Te), có thể xảy ra sự bay hơi sinh học (biovolatilization) của poloni dƣới
dạng các dẫn xuất alkyl. Do đặc điểm dễ bay hơi, nên các quá trình chiết tách
xử lý mẫu để nghiên cứu về poloni cần đặc biệt lƣu ý đến yếu tố nhiệt độ,
không để nhiệt độ mẫu vƣợt quá 100 0C [54].
1.2.2.3. Đặc điểm hóa phóng xạ của poloni-210
Cho đến nay, poloni đƣợc biết có 42 đồng vị với nguyên tử khối từ 186
đến 227 đơn vị khối lƣợng [123] và tất cả đều có tính phóng xạ. Trong tự
nhiên, poloni đƣợc tìm thấy có 7 đồng vị, trong đó phổ biến nhất là đồng vị
210

Po. Poloni-210 là nhân phóng xạ phát hạt alpha có năng lƣợng là 5,304

MeV và chu kỳ bán rã là 138,4 ngày. Năng lƣợng giật lùi của 210Po sau phân

rã đƣợc phát ra dƣới dạng tia gamma có năng lƣợng 0,803 MeV và suất ra rất
thấp (1.23×10-5). Hoạt độ riêng của

210

chùm hạt alpha mang suất liều bức xạ tƣơng đƣơng 4,5 mg
238

Pu hoặc 446 kg

238

U. Vì vậy, độc tính phóng xạ của

lƣợng phát ra từ nguồn

210

210

Po rất cao, ví dụ 1 μg
210

Po phát ra

226

Ra, 262 mg

Po là rất cao. Năng

Po là 140W/g, nên khối kim loại poloni nặng 0,5

gam sẽ có nhiệt độ bề mặt cao hơn 500 0C.
Ngoài

210

Po thì các đồng vị

218

Po và

214

Po cũng là các nhân phát alpha

thuộc chuỗi 238U nhƣng chu kỳ bán rã của chúng ngắn hơn nhiều. Chu kỳ bán
rã của 218Po và 214Po tƣơng ứng là 3,05 phút và 1,64×10-4 giây.
1.2.2.4. Quá trình sinh -địa hóa của poloni-210
Tuy Po-210 là sản phẩm phân rã beta trực tiếp của Pb-210 (210Pb),
nhƣng hình thái sinh-địa hóa của hai nhân phóng xạ 210Po và

210

Pb trong môi

trƣờng thủy quyển lại rất khác nhau. Po-210 rất dễ dàng tách khỏi pha nƣớc
và bám vào các hạt lơ lửng, trong khi đó phần lớn Pb-210 vẫn có khả năng tồn

21