Luận án Tiến sĩ Vật lý: Phóng xạ tự nhiên trong một số vật liệu xây dựng phổ biến tại CHDCND Lào - TRƯỜNG CÁN BỘ QUẢN LÝ GIÁO DỤC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ </b>

<b>SONEXAY XAYHEUNGSY</b>

<b>PHÓNG XẠ TƯ NHIÊN TRONG MỘT SỐ </b>

<b>VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN </b>

<b>TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO</b>

<b>LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT</b>

<b>HÀ NỘI - 2019</b>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ

CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

<b>HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ </b>

<b>SONEXAY XAYHEUNGSY </b>

<b>PHĨNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ </b>

<b>VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN </b>

<b>TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO</b>

<b>Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử và hạt nhân </b>

<b>Mã số </b>

<b>: 9.440106 </b>

<b>LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT </b>

<b>NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. LÊ HỒNG KHIÊM </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Tơi xin cam đoan:

Đây là cơng 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 cơng bố trong bất kì cơng trình nào khác.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Để hoàn thành được chương trình tiến sĩ và viết luận tơi 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
tơi 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 q trình học tập, nghiên cứu và
hồn 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 tơi 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 tơi xin bảy tỏ lịng 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.

<i>Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2018</i>

<b>Tác giả luận án </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

<b>MỤC LỤC </b>

<i>Trang </i>

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

<b>MỞ ĐẦU</b> ... 1

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG </b>
<b>VẬT LIỆU XÂY DỰNG</b> ... 6

<b>1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD</b> ... 6

<i>1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên</i>... 6

<i>1.1.2. Hiện tượng thất thốt radon</i> ... 11

<i>1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã</i> ... 12

<b>1.2.Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người</b> ... 12

<b>1.3. Hiện trạng nghiên cứu về phóng xạ trong VLXD trên thế giới</b> ... 16

<b>1.4. Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ trong các vật liệu xây dựng tại CHDCND Lào</b>.. 19

<b>CHƯƠNG 2. PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN </b>
<b>HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl)</b> ... 20

<b>2.1.Cơ sở vật lý ghi nhận bức xạ gamma bằng các detector nhấp nháy và </b>
<b>bán dẫn</b> ... 20

<i>2.1.1. Những đặc điểm chung về tương tác của bức xạ gamma với vật chất</i> .... 20

<i>2.1.2. Hiệu ứng quang điện</i> ... 23

<i>2.1.3. Tán xạ Compton</i> ... 25

<i>2.1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron-positron</i> ... 27

<i>2.1.5. Hấp thụ gamma trong vật chất</i> ... 29

<b>2.2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của phổ kế gamma dùng detector nhấp </b>
<b>nháy và bán dẫn</b> ... 32

<b>2.3. Detector bán dẫn và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector bán dẫn</b> ... 34

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

<i>2.3.2. Cấu hình của detector HPGe</i> ... 37

<i>2.3.3. Phổ năng lượng của bức xạ gamma đo bằng detector bán dẫn HPGe</i> ... 38

<b>2.4. Detector nhấp nháy NaI(Tl) và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector </b>
<b>nhấp NaI (Tl)</b> ... 41

<i>2.4.1. Cấu tạo của detector nhấp nháy NaI(Tl)</i> ... 41

<i>2.4.2. Phổ năng lượng gamma đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl)</i> ... 43

<b>CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM</b> ... 48

<b>3.1. Các khu vực lấy mẫu</b> ... 48

<i>3.1.1. Thu thập các mẫu xi măng</i> ... 48

<i>3.1.2. Thu thập các mẫu đất</i> ... 51

<i>3.1.3. Thu thập các mẫu cát</i> ... 53

<i>3.1.4. Thu thập các mẫu gạch</i> ... 57

<b>3.2. Xử lý và chuẩn bị các mẫu để phân tích</b> ... 57

<b>3.3. Các mẫu chuẩn</b> ... 59

<b>3.4. Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự </b>
<b>nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl)</b> ... 60

<b>3.5. Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự </b>
<b>nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe</b> ... 67

<i>3.5.1. Phân tích số liệu khi dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ </i>
<i>phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên</i> ... 67

<i>3.5.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên bằng </i>
<i>phương pháp tương đối</i> ... 71

<b>3.6. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD</b> ... 72

<i>3.6.1. Hoạt độ tương đương radium</i> ... 72

<i>3.6.2. Các chỉ số nguy hiểm do chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong</i> ... 73

<i>3.6.3. Suất liều hấp thụ ở độ cao 1m</i> ... 73

<i>3.6.4. Liều hiệu dụng hàng năm</i> ... 73

<b>CHƯƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN</b> ... 74

<b>4.1. Chuẩn năng lượng</b> ... 74

<b>4.2. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi của detector HPGe</b> ... 75

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trong VLXD</b> ... 79

<i>4.4.1. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu xi măng đo bằng </i>
<i>phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe</i> ... 80

<i>4.4.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong </i>
<i>các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl)</i> ... 83

<i>4.4.3. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu đất đo bằng phổ </i>
<i>kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe</i> ... 85

<i>4.4.4. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu cát đo bằng phổ </i>
<i>kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe</i> ... 87

<i>4.4.5. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu gạch đo bằng phổ </i>
<i>kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe</i> ... 88

<b>4.5. Đánh giá các đại lượng liên quan đến liều lượng học bức xạ trong các </b>
<b>VLXD của CHDCND Lào</b> ... 89

<i>4.5.1. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của xi măng sản xuất tại </i>
<i>CHDCND Lào</i> ... 89

<i>4.5.2.Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của đất dùng để sản xuất </i>
<i>VLXD tại CHDCND Lào</i> ... 91

<i>4.5.3. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của cát xây dựng tại </i>
<i>CHDCND Lào</i> ... 93

<i>4.5.4.Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của ghạch xây dựng tại </i>
<i>CHDCND Lào</i> ... 94

<b>KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ</b> ... 99

<b>DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ</b> ... 102

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b> ... 103

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<b>DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT </b>

<b>Chữ viết tắt </b> <b>Tiếng Việt </b> <b>Tiếng Anh </b>

ADC Bộ biến đổi tương tự số Analog-to- Digital converter

<i>AEDE </i> Tương đương liều hiệu dụng năm AnnualEffective Dose quivalent

Bq Phân rã/ giây Becquerel

CHDCND Lao Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào

DNA Axit deoxyribonucleic Deoxyribonucleic acid

<i>DR</i> Xuất liều hấp thụ ở độ cao 1m Gamma Dose Rate

FWHM 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

HPGe Germanium siêu tinh khiết High Pure Germanium

IAEA Cơ quan năng lượng nguyên tử
quốc tế

International Atomic energy Agency

Raeq Ra đi tương đương Radium Equivalent

UNSCEAR

Hội đồng tư vấn khoa học của
Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng
của bứcxạ nguyên tử

United Nations Scientific Committee
on the Effects of AtomicRadiation

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>

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 Sơng NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom. ... 52

Bảng 3.3. Vị trí lấy cát Sơng 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 Sơng Mê Kơng 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

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

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

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH </b>

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 mơ 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 137_{Cs và}60_{Co 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

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

Hình 3.4. Ảnh chụp các bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ đơ 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 vng 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 phơng 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

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

1

<b>MỞ ĐẦU </b>

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. Ngồi ra cịn 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 238_U,235_U,
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 mơi trường một lượng rất lớn các
đồng vị phóng xạ. Ngồi ra, cịn 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…

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

2

Trong đời sống hàng ngày, nhu cầu về các cơng trình xây dựng của con
người ngày càng tăng. Các cơng trình này vơ cùng đa dạng cả về quy mô, kiến
trúc lẫn công năng nhưng phổ biến hơn cả là các tịa 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
cơng 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, ln 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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

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 chun mơn. Sẽ có một số khó khăn khi đo phóng xạ trong các VLXD:

Trước hết, bài tốn đo hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị có trong
VLXD là bài tốn 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 cơng 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 khơng
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 tốn 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:

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

4

- Đào tạo cán bộ đầu tiên của CHDCND Lào nắm vững được phương pháp
nghiên cứu để có thể triển khai bài tốn này khơng 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 cơng
nghệ Việt Nam

<b>Các mục tiêu chính của luận án </b>

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 tồn về phương
diện phóng xạ cho các VLXD mà họ đưa ra thị trường.

<b>Những nội dung nghiên cứu chính của luận án </b>

- 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).

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

5

<b>Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn: </b>

- 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 cơng trình xây dựng tại CHDCN Lào. Bộ số liệu này có
thể tham khảo cho việc đánh giá mức độ an tồn phóng xạ cho các cư dân sinh sống
và làm việc tại các cơng trình xây dựng sử dụng các ngun 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.

<b>Chương 1 </b>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

<b>Chương 2 </b>được dùng để trình bày tóm tắt các kiến thức về phổ gamma sử dụng
các detector thông dụng.

<b>Chương 3 </b>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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

6

<b>CHƯƠNG 1 </b>

<b>TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ </b>
<b>CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG </b>
<b>1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD </b>

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. Ngồi ra cịn 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
mơi trường khác nhau như đất, nước, khơng khí, … Các đồng vị phóng xạ nguyên
thủy phổ biến nhất là 238_U,232_Th, 235_{U và các sản phẩm phân rã của chúng,}40_{K và}
87_{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 238_U,232_{Th và} 235_{U [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 khơng 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 cơng trình xây dựng kiên cố [2].

<i><b>1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên </b></i>

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 238_U,235_{U và}234_{U, trong đó đồng vị}238_{U chiếm nhiều hơn cả. Lượng}235_{U 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}

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

7

trình phân rã tạo thành chuỗi cho đến đồng vị cuối cùng là đồng vị bền. Trong điều
kiện chuẩn, tỉ số 235_U/238_{U 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 khơng phải là hồn tồn 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].

<i><b>a) Chuỗi phân rã của đồng vị </b><b>238</b><b>_U</b></i>

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 234_{Th. Đồng vị này cũng là đồng vị phóng xạ và}

phân rã thành 234mPa. 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_{U trong khối uran tự nhiên nếu không bị xáo trộn sẽ cân}

bằng vĩnh viễn với 238_{U. Khi đó hoạt độ của tất cả các đồng vị con cháu sẽ chính}

bằng hoạt độ của 238U. 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 238_{U hoặc của bất kỳ đồng vị}

phóng xạ nào trong chuỗi 14 lần [4],[5], [6].

(1) 238_{U 4,468×10}9 _năm

↓ α

(2) 234Th 24,1 ngày
↓ β

(3) 234_{Pa 1.17 phút}

↓ β

(4) 234_{U 2,455×10}5 _năm

↓ α

(5) 230_{Th 7,538 ×10}4_năm

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

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) 214Po 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

<b>Hình 1.1.</b> Chuỗi phân rã của đồng vị 238_{U. 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 234m_Pa/234_{U. Nếu chỉ quan tâm đến}234m_{Pa thì hiện tượng}

cân bằng phóng xạ sẽ khơng 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 234m_{Pa, thực chất cũng}

gần như của đồng vị 238_{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 đốn nhận chính xác hơn.

Trong số các đồng vị con trong chuỗi phân rã của 238_{U, không phải đồng vị}

</div>

<!--links-->