Xây dựng bản đồ phóng xạ môi trường tại quận 3 – tphcm ứng dụng phương pháp phân tích phổ gamma phông thấp và hệ thống thông tin địa lý (gis)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

PHAN THỊ Q TRÚC

XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG
QUẬN 3- TP HCM ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
PHÂN TÍCH PHỔ GAMMA VÀ HỆ THỐNG
THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)
Chuyên ngành : Vật lý kỹ thuật
Mã số: 60520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Huỳnh Quang Linh
ThS. Thái Mỹ Phê
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm 2014
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc
sĩ)

1. ...............................................................................................................
2. ...............................................................................................................
3. ...............................................................................................................
4. ...............................................................................................................
5. ...............................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KHOA HỌC ỨNG DỤNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHAN THỊ QUÝ TRÚC
Ngày, tháng, năm sinh: 26/5/1983
Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

MSHV: 11120682
Nơi sinh: TPHCM
Mã số : 60520401

I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng bản đồ phóng xạ mơi trường tại Quận 3 – TPHCM ứng
dụng phương pháp phân tích phổ gamma phơng thấp và hệ thống thơng tin địa lý

(GIS).
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Xem xét cơ sở lý thuyết cho việc xây dựng bản đồ; nghiên cứu phương pháp
xạ trình suất liều bức xạ gamma và phân tích phổ gamma bằng hệ gamma phơng
thấp;giới thiệu về hệ thống thơng tin địa lý (GIS)
- Thống kê tình hình xây dựng bản đồ phóng xạ mơi trường trên thế giới, tại
Việt Nam và ở Thành phố Hồ Chí Minh. Các yêu cầu cấp thiết phải xây dựng bản đồ
phóng xạ mơi trường tại TPHCM.
- Thực hành:
• Tiến hành xạ trình suất liều gamma tại địa bàn Quận 3, số lượng 300 điểm: thiết
kế mạng lưới bố trí đo suất liều gamma bằng máy đo suất liều hiện trường tại vị trí lấy
mẫu đất phân tích và chung quanh khu vực lấy mẫu theo hình mạng lưới có bán kính
và tọa độ xác định bằng thiết bị đinh vị tọa độ.
• Thực hiện việc thu thập các mẫu đất ở 14 Phường của Quận 3, số lượng 30
mẫu: các mẫu đất mang về phịng thí nghiệm phân tích hoạt độ phóng xạ các đồng vị
phóng xạ tự nhiên và nhân tạo có ý nghĩa về mặt phóng xạ mơi trường bằng hệ phổ kế
gamma phông thấp với detector bán dẫn.
- Sử dụng GVSIG, MAPINFO và các phần mềm chuyên dụng xây dựng bản đồ
suất liều gamma và bản đồ hàm lượng phóng xạ của các ngun tố phóng xạ mơi
trường; đánh giá kết quả thu được.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2014
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/7/2014
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Huỳnh Quang Linh; ThS. Thái Mỹ Phê

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2014
TRƯỞNG KHOA

LỜI CÁM ƠN
Trong q trình thực hiện luận văn, ngồi sự nỗ lực của bản thân, tôi đã
nhận được nhiều sự quan tâm, hướng dẫn, giúp đỡ của bố mẹ, thầy cô, và các
bạn đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến:
Thầy Thái Mỹ Phê là người hỗ trợ chính về chun mơn đã giúp đỡ tơi rất
nhiều về kiến thức và thiết bị trong quá trình thực hiện luận văn.
Thầy Huỳnh Quang Linh đã luôn hỗ trợ và động viên tơi cũng như đưa ra
những góp ý quan trọng cho tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
Anh Lỗ Thái Sơn đã hỗ trợ tôi trong việc thu thập các mẫu đất, xạ trình
suất liều gamma.
Bộ môn Vật lý hạt nhân - khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên
TP. Hồ Chí Minh đã hướng dẫn tơi quy trình đo đạc khi sử dụng thiết bị đo phổ
gamma phông thấp.
Anh Đỗ Nam Trung và các bạn đồng nghiệp trong Phịng Quản lý Cơng
nghệ thuộc Sở Khoa học và Công nghệ TPHCM đã tạo điều kiện cho tơi trong
q trình thực hiện luận văn.
Sau cùng tơi xin gửi lời cám ơn đến gia đình đã ln là nguồn động viên
lớn nhất giúp tơi hịan thành luận văn này.
Mặc dù tôi đã nghiêm túc và cố gắng hồn tất đề tài nhưng chắn chắn sẽ
khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong sự thơng cảm và góp ý giúp đỡ của
q thầy cơ và các bạn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 7 năm 2014
Học viên

Phan Thị Quý Trúc


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Thành phố Hồ Chí Minh là địa phương được chỉ định xây dựng trạm quan
trắc phóng xạ địa phương và trạm vùng theo Quyết định 1636/QĐ-TTg, ngày

31/08/2010 Phê duyệt “Quy hoạch mạng lưới quan trắc và cảnh báo phóng xạ
mơi trường quốc gia đến năm 2020”. Do đó việc xây dựng cơ sở dữ liệu về
phóng xạ môi trường sẽ hỗ trợ cho việc xây dựng trạm quan trắc phóng xạ vùng
và địa phương. Đề tài “xây dựng bản đồ phóng xạ mơi trường Quận 3 ứng dụng
phương pháp phân tích phổ gamma phơng thấp và hệ thống thơng tin địa lý
(GIS)” là thí điểm cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu ban đầu. Kết quả đã đạt được
như sau:
a) Thực hiện xạ trình suất liều gamma tại 300 điểm trên địa bàn Quận 3 cho
thấy giá trị suất liều gamma phân bố trong dải từ 0,07µSv/h đến 0.2µSv/h . Giá
trị suất liều trung bình là 0,13µSv/h, trong đó suất liều 0,15µSv/h chiếm đa số
(26,6%) tương ứng với 80 điểm đo được. Kết quả suất liều gamma đo được là
thấp và không gây ảnh hưởng nhiều đến con người và mơi trường.
b) Kết quả phân tích hoạt độ riêng của 30 mẫu đất : Hoạt độ riêng trung
bình của 238U là (26,021,44) Bq/kg; 232Th là (20,730,93) Bq/kg; 40K là
(98,821,10) Bq/kg. Chỉ số nguy hiểm bức xạ đều nhỏ hơn 1. Từ giá trị hoạt độ
phóng xạ riêng của các chất ta tính được suất liều hiệu dụng với giá trị trung
bình 0,040mSv/năm. Giá trị suất liều hiệu dụng cao nhất là 0,069mSv/năm là rất
nhỏ so với chuẩn ICRP 1mSv/năm cho dân chúng và mơi trường. Vì vậy ảnh
hưởng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên là không đáng kể.
Hiện chưa phát hiện được điểm dị thường trong kết quả đo. Kết quả này
cũng phù hợp với điều kiện tự nhiên tại Quận 3.


ABSTRACT
Ho Chi Minh City is a region which will be designated for building local
radiation monitoring station and regional station according to the Decision No.
1636/QD-TTg approving the Master Plan on the National Monitoring Network
up to 2020. Building a database of environmental radioactivity would support
thus the design and construction of radiation monitoring stations. The thesis
“Mapping environmental radioactivity of District 3, HCMC using low gamma

spectrum analysis method and geographic information system(GIS) is a pilot
study for the construction of initial databases with following results:
- Performing the itinerary measurement of gamma dose rate at 300 points
in the District 3 shows the value gamma dose rate distribution in the range from
0,07µSv/h to 0.2µSv/h. The distribution has average value at 0,13µSv/h, mean
while the dose rate of 0,15µSv/h is the majority(26,6%) corresponding to 80
measured points. Results of measured gamma dose rate are low and do not affect
to people and the environment significantly.
The analytical results of the specific activity of 30 land samples in District
3 showed that the average specific activity of 238U is (26.021.44) Bq/kg,232Th is
(20.730.93) Bq/kg,40Kis(98.821.10) Bq/kg. Radiation hazard indices are less
than 1. From the activities of mentioned radionuclides the effective dose rate can
be calculated with the average value at 0.040 mSv per year. The greatest
effective dose rate is 0.069mSv/year compared with ICRP recommended annual
population dose 1mSv shows that the influence of the natural radionuclides is
negligible.
There are notanomaly detected in the measurement results. These results
are consistent with the natural conditions in District 3.


LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi cam đoan luận văn “Xây dựng bản đồ phóng xạ mơi trường Quận 3
ứng dụng phương pháp phân tích phổ gamma phơng thấp và hệ thống thông tin
địa lý (GIS)” là công trình nghiên cứu của riêng tơi. Kết quả đạt được trong luận
văn không sao chép lại của người khác. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn
là trung thực.
Luận văn này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Nếu sai tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm.
Tác giả luận văn

Phan Thị Quý Trúc


MỤC LỤC
TỔNG QUAN ....................................................................................................6
CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN................................................9
1. Nguyên tử, hạt nhân và các tia bức xạ ................................................................9
2. Các loại phân rã phóng xạ: ............................................................................... 10
2.1. Hạt  : ........................................................................................................ 11
2.2. Các hạt bêta ( - ) và positron ( + ) .......................................................... 11
2.3. Tia gamma ()............................................................................................. 11
2.4. Tia X: ......................................................................................................... 12
2.5. Hạt nơtrôn: .................................................................................................12
3. Quy luật phân rã phóng xạ ............................................................................... 12
3.1 Phương trình cân bằng phóng xạ ................................................................ 13
3.2 Phân rã phóng xạ đơn.................................................................................. 13
3.2.1.Hoạt độ phóng xạ ...................................................................................... 14
3.2.2 Hoạt độ phóng xạ riêng ............................................................................. 14
3.2.3 Thời gian sống hiệu dụng .......................................................................... 15
3.3. Phân rã phóng xạ hợp phần (n1 n2  n3) ................................................ 15
3.3.1 Khơng cân bằng phóng xạ ......................................................................... 15
3.3.2 Cân bằng hóng xạ thế kỷ ........................................................................... 16
3.3.3 Cân bằng phóng xạ chuyển tiếp ................................................................ 16
3.3.4. Phương trình phân rã phóng xạ Bateman.................................................. 17
3.4 Phân rã phóng xạ phức ................................................................................ 17
4. Các đơn vị đo lường bức xạ ............................................................................. 18
4.1. Hoạt độ phóng xạ ....................................................................................... 18
4.2. Liều chiếu. .................................................................................................18
4.3. Liều hấp thụ D ........................................................................................... 19

4.4. Liều tương đương. ..................................................................................... 19
4.5 Liều hiệu dụng tương đương. .......................................................................20
5. Thiết bị ghi đo bức xạ ...................................................................................... 20
CHƯƠNG II: CÁC NGUỒN PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO ....21
1. Lịch sử về phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo ......................................... 21
1.1. Nguồn gốc phóng xạ môi trường .................................................................22
1


1.2. Nguồn phóng xạ tự nhiên ............................................................................ 23
1.2.1. Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ [2] .....................................23
1.2.2. Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy .......................................................... 23
1.2.3. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mơi trường ............................... 27
1.3. Nguồn phóng xạ nhân tạo ........................................................................... 30
1.3.1. Vũ khí hạt nhân........................................................................................ 31
1.3.2. Điện hạt nhân........................................................................................... 31
1.3.3. Tai nạn hạt nhân ...................................................................................... 31
1.3.4. Y học hạt nhân ......................................................................................... 32
2. Phơng phóng xạ mơi trường ............................................................................. 32
CHƯƠNG III: NGUN TẮC PHỔ BỨC XẠ GAMMA............................. 35
1.Tương tác của bức xạ gamma với vật chất ........................................................ 35
1.1. Hiệu ứng quang điện................................................................................... 35
1.2. Hiệu ứng Compton...................................................................................... 36
1.3. Hiệu ứng tạo cặp ........................................................................................ 37
2. Cấu trúc phổ gamma ........................................................................................ 40
3. Vai trò của bức xạ gamma ............................................................................... 41
4. Phương pháp phân tích phổ gamma .................................................................42
4.1. Khái niệm..................................................................................................42
4.2. Nguồn bức xạ gamma ................................................................................. 42
5. Đặc tính phổ bức xạ gamma của bức xạ mơi trường......................................... 43

5.1. Các chuổi phóng xạ tự nhiên tiêu biểu có trong đất đá ............................... 44
5.1.1 Chuổi phóng xạ U-238 ............................................................................. 44
5.1.2 Chuổi phóng xạ U-235 ............................................................................ 45
5.1.3. Chuỗi phóng xạ Th-232 ......................................................................... 46
5.2. Nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong đất đá ............................... 45
5.2.1 Đồng vị phóng xạ K-40 ............................................................................ 45
5.2.2 Đồng vị phóng xạ Cs137............................................................................. 46
CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHƠNG PHĨNG XẠ MƠI
TRƯỜNG ............................................................................................................. 47
1.Phương pháp xạ hình đường bộ ........................................................................ 47
1.1. Thiết bị .......................................................................................................47
1.2. Thu thập và xử lý mẫu................................................................................. 47
1.3. Xử lý số liệu ................................................................................................ 47
2


2. Phương pháp đo hoạt độ phóng xạ: nghiên cứu phổ gamma bằng hệ phổ kế gamma
phông thấp với detector bán dẫn. ........................................................................... 47
2.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe .......................................................... 48
2.1.1. Nguyên lý ghi nhận bức xạ ......................................................................48
2.1.2. Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe và các đặc trưng ............................. 49
2.2 Quy trình phân tích mẫu trong phịng thí nghiệm ......................................... 54
2.2.1 Thu thập mẫu ............................................................................................ 54
2.2.2 Xử lý mẫu .................................................................................................54
2.2.3. Đo mẫu ....................................................................................................55
2.3. Xác định hoạt độ phóng xạ của mẫu mơi trường ......................................... 56
2.3.1 Phương pháp tuyệt đối .............................................................................. 56
2.3.2. Phương pháp tương đối ............................................................................ 57
2.3.3. Tính trung bình các giá trị có trọng số ...................................................... 58
2.4. Các đại lượng vật lý đánh giá mức nguy hiểm phóng xạ ............................. 58

2.4.1. Suất liều hấp thụ ...................................................................................... 58
2.4.2. Liều hiệu dụng hàng năm ......................................................................... 59
2.4.3. Chỉ số nguy hiểm bức xạ .......................................................................... 59
CHƯƠNG V: HỆ THỐNG BẢN ĐỒ THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS ................ 60
1.Giới thiệu.......................................................................................................... 60
1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 60
1.2. Thành phần và dữ liệu của GIS .................................................................60
2.Chức năng của GIS ........................................................................................... 61
2.1. Quản lý dữ liệu: ........................................................................................ 61
2.2. Phân tích dữ liệu: ....................................................................................... 61
3. Phần mềm sử dụng cho GIS ............................................................................. 62
4. Các đặc điểm của hệ thống bản đồ Quận 3 – TPHCM của Trung tâm ứng dụng
thông tin địa lý. ......................................................................................................63
CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN .................. 64
1.Nguyên tắc xây dựng bản đồ ............................................................................. 64
2. Phép chiếu .......................................................................................................64
3. Bản đồ phơng phóng xạ ................................................................................... 65
4. Tình hình nghiên cứu phóng xạ mơi trường ..................................................... 66
4.1. Trên thế giới: .............................................................................................. 66
4.2. Trong nước và trên địa bàn Thành phố HCM ............................................. 66
3


CHƯƠNG VII: TIẾN HÀNH ĐO ĐẠC THỰC TẾ TẠI QUẬN 3, THU THẬP
SỐ LIỆU, XỬ LÝ MẪU, PHÂN TÍCH DỮ LIỆU ............................................. 68
1.Đặc điểm của Quận 3 -TPHCM ........................................................................ 68
1.1. Vị trí địa lý ................................................................................................ 68
1.2. Dân số.......................................................................................................68
1.3. Đặc điểm kinh tế, văn hóa xã hội .............................................................. 68
1.3.1.Cơ sở hạ tầng: ........................................................................................... 68

1.3.2 Phát triển kinh tế: ...................................................................................... 68
1.3.3 Giáo dục – đào tạo: ................................................................................... 69
1.3.4.Thể dục Thể Thao: .................................................................................... 70
1.3.5.Y tế:.......................................................................................................... 70
1.3.6. Chăm lo đời sống: .................................................................................... 70
2.Xạ trình suất liều bức xạ gamma .......................................................................70
2.1. Mô tả khu vực khảo sát và thu thập số liệu cho bản đồ suất liều................ 70
2.1.1.Xác định tọa độ:........................................................................................ 71
2.1.2 Ghi số đo suất liều phóng xạbằng máy Inspector:......................................72
2.1.3. Số liệu xạ trình:........................................................................................ 73
2.2. Phần mềm sử dụng GvSIG ........................................................................ 73
2.3. Phần thông tin địa lý của bản đồ Quận 3 .................................................. 74
2.4 Nhập số liệu suất liều phóng xạ.................................................................75
2.4. Nội suy và vẽ bản đồ suất liều ...................................................................76
3.Xác định hoạt độ phóng xạ: .............................................................................. 79
3.1.Các bước thực hiện lấy mẫu hiện trường: .................................................... 79
3.2.Gia cơng mẫu: ............................................................................................. 80
CHƯƠNG VIII: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐO ĐẠC .......89
1. Kết quả xạ trình suất liều bức xạ gamma đo được tại Quận 3. .......................... 89
2. Hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu đất ......................... 91
2.1. Chuẩn phóng xạ.......................................................................................... 91
2.2.Kết quả hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong các mẫu đất...................... 92
3. Kết quả tính toán về suất liều hấp thụ, liều hiệu dụng hàng năm và chỉ số nguy
hiểm bức xạ chiếu ngoài và hoạt độ phóng xạ của nguyên tố phóng xạ nhân tạo
137
Cs. .................................................................................................................. 98
CHƯƠNG IX. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................. 108
1. Nội dung đã thực hiện .................................................................................... 108
2. Kết luận ......................................................................................................... 108
4

3. Kiến nghị ....................................................................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 110
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 111

5


TỔNG QUAN
Cuộc sống của con người hiện nay đang chịu ảnh hưởng rất nhiều từ các yếu tố
môi trường và sự tồn tại các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo là một trong những
yếu tố đó. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên đến từ vũ trụ hay có trong vỏ trái đất hoặc
các đồng vị phóng xạ nhân tạo sinh ra do các hoạt động hạt nhân của con người từng
phút, từng giờ đang ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cộng đồng.
Tại các thành phố lớn, ngồi các nhân tố ơ nhiễm mơi trường, sự hiện diện của
các nhân phóng xạ cũng có tác động trực tiếp đến cuộc sống của mỗi người dân nơi
đây. Bức xạ ion hố nói chung cũng như các chất phóng xạ có rất nhiều ứng dụng
trong đời sống và nền kinh tế. Tuy nhiên chúng lại có ảnh hưởng khơng tốt đến sức
khoẻ con người, vì vậy để phát huy những mặt có lợi, hạn chế những tác động có hại
tới con người và mơi trường sống cần có những nghiên cứu đánh giá nghiêm túc về
mức phơng phóng xạ trên từng địa bàn cụ thể, lập ra bản đồ mức phơng phóng xạ trên
địa bàn, theo dõi những khuynh hướng thay đổi nếu có theo thời gian do tác động của
tự nhiên và xã hội trong quá trình vận động phát triển. Phân tích phóng xạ mơi trường
là một khâu quan trọng để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các bức xạ tồn tại
trong tự nhiên đối với mơi trường sống và con người.

Hình 1: Ảnh hưởng của bức xạ đến con người ( Bức xạ tự nhiên 82 %, bức xạ nhân
tạo 18%
Có rất nhiều phương pháp phân tích phóng xạ như: hố phóng xạ, đo phổ

anpha, phương pháp kích hoạt neutron, đo phổ gamma phơng thấp, phương pháp xạ
hình đường bộ…Bức xạ gamma có trong hầu hết các nguồn phóng xạ tự nhiên và
nhân tạo. Phổ bức xạ gamma là công cụ mạnh mẽ trong việc theo dõi và đánh giá các
bức xạ môi trường. Phương pháp đo phổ gamma có khả năng đo trực tiếp các tia
6


gamma do các nhân phóng xạ trong mẫu phát ra mà khơng cần tách các nhân phóng
xạ ra khỏi chất nền của mẫu , giúp ta xác định một cách định tính và định lượng các
nhân phóng xạ trong mẫu. Đề tài này xin đóng góp một phần trong việc đánh giá sự
hiện diện các đồng vị phóng xạ tự nhiên tiêu biểu (U-238, Th-232 và K-40 ) và
nguyên tố phóng xạ nhân tạo tiêu biểu Cs-137 tại địa bàn Quận 3 từ đó đóng góp vào
việc hình thành sơ bộ một phần nền phơng phóng xạ mơi trường tại TPHCM. Ngồi
ra đề tài cũng ứng dụng hệ thống thơng tin địa lý (GIS), một trong những hệ thống có
khả năng quản lý và phân tích dữ liệu một cách hữu hiệu phục vụ đắc lực cho công
tác quản lý hiện nay, kết hợp với một số phần mềm vẽ bản đồ để thể hiện bản đồ phân
bố hoạt độ phóng xạ tự nhiên của mơi trường và bản đồ phân bố suất liều gamma tại
các vị trí lấy mẫu đất phân tích hoạt độ và theo suất liều đo được bằng thiết bị đo hiện
trường ( máy đo suất liều ).
Tại Thành phố Hồ Chí Minh những nghiên cứu đánh giá về lĩnh vực này trong
những năm qua đã bắt đầu thực hiện như ở quy mơ cịn hạn chế, chưa xây dựng được
bản đồ tổng thể vể phông phóng xạ mơi trường. Để làm được điều này cần có các
nghiên cứu đánh giá ở từng địa bàn cụ thể, từ đó xây dựng bản đồ phơng phóng xạ mơi
trường tại đó. Vì vậy chúng tơi tiến hành thực hiện đề tài: “Xây dựng bản đồ phóng
xạ mơi trường tại Quận 3 – TPHCM ứng dụng phương pháp phân tích phổ
gamma phơng thấp và hệ thống thơng tin địa lý (GIS)” nhằm thử nghiệm nắm bắt
các công cụ và phương tiện hiện đại xây dựng bản đồ phơng phóng xạ; đồng thời bước
đầu cung cấp các dữ liệu về phóng xạ mơi trường tại một địa bàn cụ thể cũng là nội
dung thí điểm đầu tiên cho cơ quan hữu quan để xem xét việc áp dụng cho các địa bàn
khác ở thành phố Hồ Chí Minh, góp phần hình thành sơ bộ bản đồ tổng thể phơng xạ

mơi trường tại đây để các nhà quản lý nắm được hiện trạng phóng xạ ở Thành phố Hồ
Chí Minh từ đó đưa ra các chính sách quy hoạch, quản lý phù hợp.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Đây là đề tài cả lý thuyết và thực nghiệm : Trên cơ sở thực nghiệm bằng hệ
phổ kế gamma phơng thấp có độ phân giải cao được sử dụng để xác định hoạt độ
phóng xạ của các đồng vị phóng xạ tư nhiên và nhân tạo trong mẫu đất ; đồng thời kết
hợp phương pháp tính suất liều chiếu chủ yếu do bức xạ gamma từ đất bề mặt bằng
cách sử dụng hệ số chuyển đổi lý thuyết do các phịng thí nghiệm trên thế giới thực
hiện . Ngồi ra trong đề tài cịn sử dụng thiết bị đo suất liều chiếu cách mặt đất 1 m để
xác định định tính giá trị suất liếu chiếu bằng phương pháp xạ trình đường bộ theo vị
trí lấy mẫu đất và số điểm xạ hình tùy thuộc vào mật độ dân cư trong vùng cần nghiên
cứu ; sau đó kết hợp với cơng nghệ GIS, bằng cách tích hợp các dữ liệu vào bản đồ
GIS, sử dụng phầm mềm Mapinfo và suffer để vẽ bản đồ, nội suy và xây dựng bản đồ
phân bố hoạt độ phóng xạ của các ngun tố phóng xạ mơi trường ( U-238, Th-232, K40, Cs-137) và suất liều chiếu do bức xạ gamma tại Quận 3. Đánh giá kết quả nghiên
cứu, so sánh kết quả giữa 2 phương pháp xạ hình và đo họat độ phóng xạ nhằm mục
đích góp phần vào việc xây dựng bản đồ phơng phóng xạ mơi trường tại Thành phố
Hồ Chí Minh.
Ý NGHĨA CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Thành phố Hồ Chí Minh đang tiến hành song song hai việc: xây dựng kế hoạch
ứng phó sự cố bức xạ và xây dựng trạm quan trắc phóng xạ địa phương theo đề nghị
của Bộ Khoa học và Công nghệ, nếu đề tài thực hiện được sẽ là cơ sở dữ liệu quan
7


trọng có ý nghĩa trong cơng tác quản lý hiện nay, vừa đánh giá được tác động của
phơng phóng xạ môi trường ảnh hưởng đến người dân, vừa làm cơ sở dữ liệu cho hoạt
động xây dựng trạm quan trắc vùng và địa phương trong thời gian tới.
Trong khu vực Đông Nam Á nhiều nước đã tiến hành xây dựng bản đồ phơng
phóng xạ mơi trường trên cả nước, thậm chí cả những nước chưa có nhu cầu xây dựng
nhà máy điện hạt nhân như Philipines. Điều đáng nói là họ đã làm việc này từ những

thập kỷ trước. Tại các nước phát triển họ đã có bản đồ phơng phóng xạ tự nhiên và
nhân tạo, bộ số liệu hàm lượng các hạt nhân phóng xạ tại nhiều địa phương và cịn cả
những trạm quan sát, theo dõi phóng xạ tự động.
Ngành kỹ thuật hạt nhân tại nước ta đang phát triển nhanh chóng trong nhiều
lĩnh vực: y học, cơng nghiệp, nơng nghiệp, sinh hoc, nghiên cứu.... Bên cạnh đó, nước
ta đang chuẩn bị xây dựng nhà máy điện hạt nhân, điều này càng đòi hỏi các yêu cầu
gắt gao về vấn đề an toàn bức xạ. Tuy nhiên hiện nay Thành phố Hồ Chí Minh vẫn
chưa có bản đồ phơng phóng xạ tự nhiên. Một số tỉnh đã tiến hành xây dựng bản đồ
phơng phóng xạ ví dụ Hải Dương, Quảng Trị, Bà Rịa- Vũng Tàu, Quảng Ninh, Bình
Dương, Đồng Nai…
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• Tập hợp tổng thể các số liệu từ các đề tài và dự án trước đây đã cung cấp cái
nhìn sơ bộ về nền phơng PX tại Việt Nam nói chung và TPHCM nói riêng. Tuy nhiên
do được thiết kế với các mục đích riêng nên bộ số liệu chưa đầy đủ, chưa có tính hệ
thống, số điểm và tần suất quan trắc cịn thưa…
• Một số cuộc khảo sát đánh giá phóng xạ mơi trường tại TPHCM chưa đủ, chưa
mang tính đặc trưng của từng khu vực, chưa thể hiện được đặc điểm về địa hình của
thành phố. Chưa có đề tài nào đánh giá mức PXMT tại từng quận của Thành phố.
Các văn bản pháp luật liên quan:
• Quyết định số 01/2006/QD-TTg, ngày 03/01/2006 về Chiến lược ứng dụng
năng lượng nguyên tử vì mục đích hịa bình đến năm 2020;
• Quyết định 1636/QĐ-TTg, ngày 31/08/2010 Phê duyệt “Quy hoạch mạng lưới
quan trắc và cảnh báo phóng xạ mơi trường quốc gia đến năm 2020”, trong đó
TPHCM được chỉ định xây dựng trạm quan trắc phóng xạ địa phương và trạm vùng.
• Thơng tư 27/2010/TT-BKHCN, ngày 30/12/ 2010 của Bộ KH&CN Hướng dẫn
về đo lường bức xạ, hạt nhân và xây dựng, quản lý mạng lưới quan trắc và cảnh báo
phóng xạ mơi trường.
• Năm 2011 Bộ KH&CN đã có cơng văn số 2479/BKHCN-VNLNT, ngày
03/10/2011 yêu cầu các Sở KH&CN địa phương xây dựng và trình dự án xây dựng
trạm quan trắc phóng xạ địa phương. Việc xây dựng bản đồ PXMT là việc đầu tiên

phải thực hiện.

8


CHƯƠNG I: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Nguyên tử, hạt nhân và các tia bức xạ
Tất cả các vật chất đều cấu tạo từ các nguyên tố. Trong tự nhiên đã tìm thấy
hơn 90 nguyên tố, từ hydrogen đến uranium. Các nguyên tố bao gồm các nguyên tử, là
phần tử nhỏ nhất mà một nguyên tố hóa học có thể phân chia ra được mà khơng mất đi
tính chất hóa học của nó.
Các nguyên tử có cấu trúc riêng của mình phụ thuộc vào loại nguyên tố. Nhưng
đặc điểm chung của chúng là cấu tạo từ hạt nhân nguyên tử có điện tích dương nằm ở
giữa và các êlectrơn điện tích âm chuyền động trên các qũy đạo xung quanh hạt nhân.
Số điện tích dương của hạt nhân bằng tổng số các điện tích âm của các êlectrơn chuyển
động quanh nó. Ngun tử trung hịa về điện tích. Số êlectrơn qũy đạo tăng dần khi
ngun tử càng nặng. Ví dụ ngun tử hydrogen có 1 êlectrơn quỹ đạo cịn uranium có
92 êlectrơn qũy đạo.
Ngun tử có đường kính khoảng 10-10 m cịn hạt nhân có kích thước khoảng
10 m. Khối lượng hạt nhân chiếm phần lớn khối lượng nguyên tử cịn khối lượng
các êlectrơn khơng đáng kể. Ví dụ khối lượng nguyên tử hydrogen bằng 1,67343.10-27
kg còn khối lượng êlectrôn bằng 9,1091.10-31 kg.
-15

Các êlectrôn chuyển động trên các qũy đạo hay các lớp vỏ, mà tại đó êlectrơn
tồn tại một cách độc lập và có năng lượng xác định. Ở qũy đạo càng thấp, năng lượng
liên kết của êlectrôn càng lớn. Theo thứ tự từ tâm ra, các qũy đạo, hay các lớp, được
ký hiệu là K, L, M, N.

Hình 1.1. Các lớp của các

êlectrơn qũy đạo trong ngun
tử natrium

H

M

L

K

Các êlectrôn của nguyên tử chiếm đầy các trạng thái thấp nhất ở các qũy đạo
thấp nhất. Ví dụ nguyên tử natrium có 11 êlectrơn, trong đó 2 êlectrơn chiếm nằm ở
lớp K, 8 êlectrôn nằm ở lớp L và 1 êlectrơn cịn lại nằm ở lớp M (Hình 1.1). Đó là
trạng thái cơ bản của ngun tử. Các êlectrơn nằm ở lớp càng thấp thì càng bị lực tác
dụng hút mạnh vào hạt nhân. Để chuyển nó lên lớp cao hơn phải có năng lượng cung
cấp từ bên ngồi. Khi một êlectrơn nào đó được cung cấp năng lượng chuyển từ lớp
dưới lên lớp trên thì để lại một lỗ trống ở lớp mà nó vừa bỏ đi. Khi đó ngun tử ở
trạng thái kích thích. Nếu được cung cấp một năng lượng rất lớn, êlectrơn có thể thốt
9


ra ngồi ngun tử, nghĩa là khơng bị lực hút của nguyên tử, và để lại một lỗ trống tại
lớp nó vừa bỏ đi. Khi đó ta nói nguyên tử bị ion hóa, tức là ngun tử có điện tích
dương bằng điện tích các êlectrơn bay ra ngồi.
Khi ngun tử bị kích thích hay bị ion hóa, vị trí cũ của êlectrơn trở thành lỗ
trống. Nếu một êlectrơn nào đó ở lớp cao hơn rơi vào lỗ trống ở lớp thấp hơn thì nó
giải phóng một năng lượng bằng hiệu số giữa hai mức năng lượng tương ứng với hai
lớp này. Năng lượng E được giải phóng ra khỏi nguyên tử dưới dạng một bức xạ.
Năng lượng này có giá trị lớn đối với các lớp thấp và bức xạ phát ra được gọi là tia

gamma, còn đối với các lớp cao hơn, năng lượng bức xạ bé, khi đó nguyên tử phát ra
các tia ánh sáng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy hoặc ánh sáng hồng ngoại. Tia gamma và
các bức xạ ánh sáng đều là sóng điện từ, chúng chỉ khác nhau về tần số sóng. Chúng
có tính chất hạt nên còn gọi là
photon hay lượng tử ánh sáng.

Hình 1.2. Nguyên tử bức xạ tia gamma
Năng lượng tia bức xạ thường đo bằng đơn vị êlectrôn-volt, viết tắt là eV. Đó là
năng lượng của êlectrơn, có điện tích bằng e = 1,6.10-19 C, được gia tốc trong hiệu điện
thế 1 volt. Liên hệ giữa eV và các đơn vị năng lượng thường dùng J và erg như sau :
1 eV = 1,6021.10-19 J = 1,6021.10-12 erg
Do bức xạ vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt nên năng lượng của một
photon, hay một lượng tử ánh sáng, được xác định như sau:
 = h

(1.1)

trong đó h là hằng số Planck còn  là tần số của sóng điện từ.
2. Các loại phân rã phóng xạ:
Một hạt nhân khơng bền phóng ra các bức xạ để chuyển về trạng thái bền. Quá
trình này được gọi là sự phân rã phóng xạ. Các bức xạ khi phân rã phóng xạ thường là
hạt alpha (), hạt bêta (-) , hạt positron (+), tia gamma () , tia X, v.v.
10


2.1. Hạt  :
Hạt  là hạt nhân nguyên tử helium, có 2 prơtơn và 2 nơtrơn. Phân rã  xuất hiện
đối với các nguyên tố có số khối lượng lớn và là các nguyên tố phóng xạ tự nhiên. Một
số đồng vị phóng xạ nhân tạo có số khối lượng trong khoảng 60-85 cũng phát xạ  .
Ký hiệu q trình phân hủy  như sau:

ZX

A



 +

Z-2Y

A-4

(1.2)

Một số tính chất của hạt :
- Có khối lượng bằng khoảng 4 lần khối lượng hạt nhân hydrogen và có điện tích
bằng +2.
- Gây ion hóa khi đi ngang qua mơi trường.
- Quảng đường chạy rất ngắn khi đi qua môi trường, chẳng hạn có thể bị dừng lại
bằng một tờ giấy mỏng.
2.2. Các hạt bêta ( - ) và positron ( + )
Các hạt này khơng có trong thành phần của hạt nhân. Chúng được sinh ra nhờ
các quá trình sau:
0n

1

 1p1 + -1e0(tỉ số n/p cao); phân rã  -

(1.3)

1p

1

 0n1 + +1e0(tỉ số n/p thấp); phân rã  +

(1.4)

Một số tính chất của hạt  :
- Hạt  - có điện tích -1 cịn hạt  + có điện tích +1.
- Ion hóa vật chất như hạt  nhưng cường độ bé hơn hạt .
- Quảng đường hấp thụ phụ thuộc vào năng lượng, quảng đường trong khơng
khí khoảng vài mét. Có thể chắn lại bằng một lá nhơm dày cỡ 1 mm.
2.3. Tia gamma ()
Quá trình phân rã  thường xảy ra sau q trình phóng các hạt  hoặc , khi hạt
nhân cuối ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái cơ bản.
Một số tính chất của tía  :
- Đó là bức xạ điện từ, khơng có điện tích.
- Ion hóa vật chất khơng trực tiếp.
- Có khả năng đâm xuyên sâu: năng lượng càng cao, khả năng đâm xuyên càng
lớn. Tia  có thể dễ dàng đâm xuyên qua cơ thể người.

11


2.4. Tia X:
Tia X được sinh ra khi vật chất hấp thụ chùm êlectrôn năng lượng cao. Trong ống
phát tia X, chùm êlectrôn được gia tốc đến vận tốc cao rồi va chạm với bia để sinh ra
tia X. Có hai cơ chế sinh tia X:

- Khi êlectrôn bay đến gần hạt nhân của bia thì lực hút giữa êlectrơn mang điện
tích âm và hạt nhân mang điện tích dương làm êlectrôn thay đổi quỹ đạo và mất một
phần năng lượng. Động năng mất này được phát sinh ra dưới dạng tia X, gọi là
bremstrahlung.
- Khi êlectrôn va chạm và đánh bật một êlectrôn liên kết mạnh trong nguyên tử,
chẳng hạn một êlectrơn ở vỏ K thì ngun tử ở trạng thái không bền. Nguyên tử trở về
trạng thái bền bằng cách chuyển một êlectrôn ở vỏ cao hơn, chẳng hạn vỏ L, về chổ
trống và năng lượng thừa được giải phóng bằng cách phát ra tia X.
Tia X cũng có tính chất như tia gamma nhưng do năng lượng thấp hơn nên khả
năng đâm xuyên thấp hơn. Năng lượng tia X thường từ vài keV đến vài trăm keV.
2.5. Hạt nơtrơn:
Nơtrơn là hạt có khối lượng gần bằng khối lượng hạt nhân hydrogen song khơng có
điện tích. Nơtrơn tương tác với vật chất theo nhiều dạng khác nhau, phụ thuộc vào
năng lượng nơtrôn , chẳng hạn tán xạ đàn hồi , không đàn hồi và chiếm nơtrôn để phát
ra các hạt , p, d,  . Nguồn đồng vị phát nơtrơn thường gồm 2 thành phần: Đồng vị
phóng xạ phát hạt anpha (Ra, Po, Rn) hay phát tia gamma (Al28, In116, Sb124, Na24,
.v.v.) và vật liệu (Li7, Be9, B11 ... ) mà các hạt anpha hay tia gamma tương tác với nó
sinh ra nơtrơn.
3. Quy luật phân rã phóng xạ
Do các hạt nhân phóng xạ ln ln phát ra các tia bức xạ nên số lượng của chúng
giảm theo thời gian. Số các hạt nhân phóng xạ N(t) của một đồng vị phóng xạ giảm
theo thời gian theo dạng hàm số mũ
N(t) = N0 e-t

(1.5)

Trong đó N0 là số hạt nhân ban đầu tại t = 0, N(t) là số hạt nhân tại thời điểm t còn 
là tốc độ phân rã. Đây là quy luật phân rã phóng xạ.
Thời gian bán rã T1/2 là thời gian để số hạt nhân phóng xạ giảm đi 2 lần. Từ cơng
thức (1.5) ta có:

T1/ 2 

0,693


(1.6)

Sau thời gian 2T1/2 số hạt nhân phóng xạ sẽ giảm đi 4 lần, sau thời gian 3T1/2 - số
hạt nhân phóng xạ giảm đi 8 lần, v.v.
Trên hình 1.3 trình bày đường cong phân rã của số hạt nhân phóng xạ.

12


N(t)

3.1

N0

1
N0
2
1
N0
4
1
N0
8

T1/2

2T1/2

3T1/2

t

Hình 1.3. Quy luật phân rã phóng xạ.
Phương trình cân bằng phóng xạ
Xét một chuỗi phân rã phóng xạ liên tiếp :
R1  R2  R3    Rn
Nguyên tố phóng xạ thứ n trong chuỗi là Rn có số hạt nhân phóng xạ là Nn biến
đổi theo thời gian như sau :
dNn
=n-1 Nn-1 - n Nn
dt

(1.7)

Trong đó:  là hằng số phân rã phóng xạ
n-1Nn-1 là số hạt nhân phóng xạ mới tạo thành từ nguyên tố phóng xạ
phóng xạ Rn-1.
nNn là số hạt nhân phóng xạ phân rã từ nguyên tố Rn.
Nếu đạt tới sự cân bằng phóng xạ thì:
n-1Nn-1 = nNn

(1.8)

Khi đó số hạt nhân phóng xạ tạo thành trong một thời gian đúng bằng số hạt

nhân phân rã.
Nếu có sự cân bằng trong tồn chuỗi thì:
1N1 = 2N2 =  =nNn

(1.9)

Đây là sự cân bằng thế kỷ. Như vậy, nếu biết hoạt độ phóng xạ của đồng vị
phóng xạ con cháu sẽ suy ra được đồng vị phóng xạ ở các thế hệ trước.
3.2 Phân rã phóng xạ đơn
Trong một chuỗi phân rã phóng xa đơn, hạt nhân mẹ phân rã ra một sản phẩm
bền.
13


Gọi: N(t) là số hạt nhân phóng xạ mẹ tại thời điểm t, N là tổng số nguyên tử (n),
N(0) là số nguyên tử tại thời điểm cân bằng t = 0. Những nguyên tử phóng xạ này phân
rã với hằng số (). Chu kì bán hủy của chất là t1/2,  = ln(2)/t1/2. ta có:
dN
= - N(t)
dt

(1.10)

Ta suy ra được:
N(t) = N(0) e

-t

1
= N(0)  

2

t

t 12

(1.11)

Thời gian sống trung bình của hạt nhân phóng xạ là:
=

1 
1
tN (t )dt =

N (0) 0


3.2.1.Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ là số phân rã trên đơn vị thời gian ( đơn vị làBq hoặc Ci )
A(t)  n(t) = n(0)e-t
Bq được xác định là sự biến đổi trên giây và 1Ci = 3.7  1010 Bq

Hoạt độ, A(t)

Sự biểu diễn hoạt độ của hạt nhân phóng xạ (mẹ), mà hồnh độ là thời gian tượng
trưng cho chu kì bán hủy của hạt nhân phóng xạ và tung độ đo hoạt độ ban đầu (A0).
Trục tung được xem như tương đương với số hạng của N(t) hoặc n(t) cũng như liên
quan đến N0 và n0 tương ứng. Xem hình ( 1.4 )

Thời gian, t
Hình 1.4: Hoạt độ của phân rã hạt nhân. Hoạt độ hạt nhân phóng xạ được chuẩn hóa
hoạt độ ban đầu, A(0), và chu kì bán hủy.
3.2.2 Hoạt độ phóng xạ riêng
Hoạt độ phóng xạ riêng là hoạt độ trên một đơn vị khối lượng (m) của hạt nhân
phóng xạ. Đơn vị của hoạt độ phóng xạ riêng là Bq/g hoặc Ci/g
SA 

A n  mN AV N AV



m m m M
M

(1.12)
14


Với M là khối lượng nguyên tử.
Hoạt độ phóng xạ riêng không phụ thuộc vào khối lượng thực và thời gian của
hạt nhân phóng xạ riêng.
3.2.3 Thời gian sống hiệu dụng
Thời gian sống hiệu dụng tính cho cả hai phân rã phóng xạ và phân rã sinh học của
đồng vị phóng xạ. Nó là sự kết hợp của chu kì bán hủy phóng xạ và chu kì bán hủy
sinh học.
eff = rad + bio
t1 / 2,eff =

t

t
ln( 2)
= 1 / 2, rad 1 / 2,bio
eff
t1 / 2, rad  t1 / 2,bio

3.3. Phân rã phóng xạ hợp phần (n1 n2  n3)
Hạt nhân phóng xạ( n1) phân rã với sản phẩm con cháu (n2), và sau đó phân rã
cho sản phẩm bền cuối cùng (n3).
dn1
=  1 n1 (t )  n1 (t ) = n1 (0)e  1t
dt

(1.13)

Cân bằng vi phân cho n2, bao gồm việc tạo ra n2 từ phân rã của n1
dn2
= 1n1 (t )  2 n 2 (t )
dt

n2 (t )  n2 (0)e 2t 

(1.14)

n1 (0)1  1t
e  e 2 t
2  1





(1.15)

Cân bằng vi phân cho sản phẩm cuối cùng n3 gồm một sản phẩm, khơng biến
mất vì đây là sản phẩm bền.
dn3
  2 n 2 (t )
dt

(1.16)
t

n3 (t )  n3 (0)    2 n 2 ( )d
0



= n3 (0)  n2 (0)1  e  t   n1 (0)1 
2




2
1
e 1t 
e  2t 
1   2
1   2



(1.17)

3.3.1 Khơng cân bằng phóng xạ
Khi 1 > 2, vì n2(0) = 0, nên cơng thức (1.15) bị giảm bớt:
n2 (t ) 

n1 (0)1 1t
e  e   2t
2  1





(1.18)

Hoạt độ của nhân mẹ và nhân con được biểu diễn bằng đồ thị ở hình (1.5) ở đó
có thể thấy hoạt độ tổng cộng bị chi phối bởi hoạt độ của hạt nhân con:
A1 + A2  A2

t  7 t1/2,1

(1.19)

15


Hoạt độ

Thời gian
Hình 1.5: Biểu diễn sự khơng cân bằng phóng xạ
3.3.2 Cân bằng hóng xạ thế kỷ
Cân bằng phóng xạ thế kỷ xảy ra khi hạt nhân mẹ có thời gian sống rất dài so
với hạt nhân con (1 < < 2). Sau 7 chu kì bán hủy của hạt nhân con, hoạt độ của
hạt nhân con và nhân mẹ là bằng nhau và được biểu diễn ở hình (1.6) đối với n2(0)
= 0:
n2 (t ) 

n1 (0)1
1  e   2t
2




với t  7 t1/2,1

(1.20)

Hoạt độ

A2 (t )  2 n2 (t )  1n1 (0)  A1 (0)

Thời gian
Hình 1.6: Biểu diễn cân bằng phóng xạ thế kỷ
3.3.3 Cân bằng phóng xạ chuyển tiếp
Cân bằng phóng xạ chuyển tiếp xảy ra khi hạt nhân mẹ có thời gian sống dài (1
< 2). Cuối cùng tất cả hoạt độ phân rã ứng với chu kì bán hủy của hạt nhân mẹ

được minh họa trong phép cân bằng ở hình (1.7), với n2(0) = 0:
n2 (t ) 

n1 (0)1 1t
1
e 
n1 (t )
2  1
2  1

16


2
2  1

với t  7 t1/2,1

(1.21)

Hoạt độ

A2 (t )   2 n2 (t )  A1 (t )

Thời gian
Hình 1.7: Biểu diễn cân bằng phóng xạ chuyển tiếp
3.3.4. Phương trình phân rã phóng xạ Bateman
Sự cân bằng Bateman ( n1  n2  n3  ...  ni )
Bateman đã mở rộng sự cân bằng chung cho cho những chuỗi phân rã, ví dụ
như chuỗi phân rã hạt nhân nặng của Th-232, U-235, và U-238. Giả sử nồng độ của tất

cả hạt nhân con lúc đầu là 0 (ví dụ, ni(0) = 0 với i>1), nồng độ của hạt nhân phóng xạ
i-th có thể được xác định từ:
i

e

ni (t )  1 2 ...i 1 n1 (0)
j 1

  jt

(1.22)

l

 (

k

 j )

k 1

3.4 Phân rã phóng xạ phức
Một hạt nhân phóng xạ cũng có thể phân rã bằng nhiều cách, ví dụ, bằng phân
rã  và .

Hình 1.8: Phân rã phóng xạ phức mà hạt nhân phóng xạ A phân rã ra B hoặc C
Giả sử hạt nhân phóng xạ A phân rã thành B và C theo phân số B và C, mơ tả
trong hình (1.8). Vì 1 tượng trưng cho xác suất phân rã của A, sau đó xác suất phân rã

từ A đến B là 1 = B A, tương tự với C là2 = C A. Tất cả xác suất phân rã A là
tổng của xác suất riêng phần, đó là, A = 1 + 2 (xác suất chung từ sự kết hợp của 2
đường phân rã). Do đó sự cân bằng cho hạt nhân phóng xạ A là:
dn A
  A n A (t )  (1   2)n A (t )
dt

(1.23)
17


Hoạt độ của A là:
AA (t )   A n A (t )  (1  2 )n A (t )  A1 (t )  A2 (t )

Và
AA (t )  AA (0)e   At  AA (0)e  (1  2 )t   A n A (0)e  (1  2 ) t

(1.24)

Nếu B và C bền, ta có:



(0)1  e 

n B (t )  n B (0)  f B n A (0) 1  e   At
nC (t )  nC (0)  f C n A

  At

(1.25)

4. Các đơn vị đo lường bức xạ [12]
Các đơn vị chính được sử dụng để đo lường bức xạ là hoạt độ, liều hấp thụ, liều
tương đương, liều chiếu. Sau đây trình bày các đơn vị đo lường này.
4.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ là số phân rã của nguồn phóng xạ trong một đơn vị thời gian :
a=-

dN
dt

(1.26)

Trong đó N là số hạt nhân chưa bị phân rã, tính theo công thức (1.5). Như vậy:
a = N = e-t

(1.27)

Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ trong hệ SI là Becquerel (ký hiệu là Bq). 1 Bq là 1 phân
rã trong 1 giây. Đơn vị thường dùng khác là Curie (ký hiệu là Ci), liên hệ với đơn vị
Bq như sau:
1 Ci = 3,7.1010 Bq

(1.28)

Liên hệ giữa các bội số của Bq với Ci và các ước số của Ci như sau:
Đơn vị Bq

Đơn vị Ci

1 GBq = 109 Bq

1 Ci = 37 GBq

1 MBq = 106 Bq

1 mCi = 37 MBq

3

1 KBq = 10 Bq

1 Ci = 37 KBq

Hoạt độ phóng xạ riêng là hoạt độ phóng xạ của một đơn vị nguồn phóng xạ, đơn
vị thường dùng là Bq/kg (thường dùng cho nguồn dạng rắn) , Bq/m3 (thường dùng cho
nguồn dạng lỏng hay khí).
4.2. Liều chiếu.
Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay ít, ban đầu người ta dùng khái
niệm liều và dựa vào tác dụng ion hố của bức xạ đó gây ra trong khơng khí. Đơn vị
đầu tiên được dùng là Roentgen (ký hiệu là R).
Roentgen là lượng bức xạ gamma (tia X hoặc tia γ) khi đi qua 1cm3 khơng khí
khơ ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHg) thì tạo thành một đơn vị diện tích của
mỗi loại ion.
Trong khơng khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R = 0,93 Rad.
18