Tổng quan nghiên cứu

Hoạt độ phóng xạ trong môi trường nước là một chỉ số quan trọng phản ánh mức độ ô nhiễm phóng xạ, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, tổng hoạt độ beta trong nước không được vượt quá 1 Bq/L để đảm bảo an toàn. Nghiên cứu này tập trung đánh giá nồng độ hoạt độ phóng xạ beta tổng trong một số loại mẫu nước tại Hà Nội sử dụng thiết bị đo nhấp nháy lỏng Hidex 300SL. Mục tiêu chính là xây dựng phương pháp đo hoạt độ beta tổng hiệu quả, áp dụng cho các mẫu nước máy, nước ngầm, nước mưa, nước ao và nước sông, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị trong kiểm soát ô nhiễm phóng xạ môi trường. Thời gian thu thập mẫu kéo dài từ ngày 14 đến 19 tháng 3 năm 2017, tại các địa điểm khác nhau trên địa bàn Hà Nội. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao chất lượng kiểm soát môi trường nước mà còn hỗ trợ trong công tác ứng phó sự cố phóng xạ, đặc biệt trong lĩnh vực y học phóng xạ và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình đo hoạt độ phóng xạ bằng kỹ thuật nhấp nháy lỏng (Liquid Scintillation Counting - LSC). Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  • Lý thuyết phân bố Poisson: Giúp mô tả xác suất phát hiện photon trong quá trình nhấp nháy, từ đó tính hiệu suất ghi của detector dựa trên tỷ số trùng phùng ba trên trùng phùng đôi (TDCR).
  • Nguyên lý hoạt động của detector nhấp nháy lỏng: Phân tích sự tương tác giữa bức xạ beta và chất nhấp nháy lỏng, chuyển đổi năng lượng bức xạ thành photon ánh sáng, được ống nhân quang (PMT) thu nhận và chuyển thành tín hiệu điện.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

  • Hiện tượng quenching: Là sự giảm cường độ huỳnh quang do tạp chất hoặc các yếu tố hóa học trong mẫu, ảnh hưởng đến hiệu suất đếm.
  • Phân tách xung alpha/beta: Sử dụng chỉ số chiều dài xung (Pulse Length Index - PLI) và năng lượng để phân biệt tín hiệu alpha và beta trên đồ thị 2D.
  • Hiệu suất ghi (Detection Efficiency): Tỷ lệ phần trăm các hạt beta được detector ghi nhận so với tổng số hạt phát ra.
  • Ngưỡng phát hiện (Minimum Detectable Activity - MDA): Hoạt độ thấp nhất có thể phát hiện được với độ tin cậy nhất định.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu nước thu thập tại Hà Nội gồm nước máy, nước ngầm, nước mưa, nước ao và nước sông Hồng. Mẫu được xử lý bằng phương pháp bay hơi để làm giàu mẫu, cô đặc thể tích từ 1 lít xuống còn khoảng 8-10 ml, sau đó trộn với chất nhấp nháy lỏng Aqualight Beta theo tỷ lệ phù hợp.

Phương pháp phân tích sử dụng thiết bị Hidex 300SL với 3 ống nhân quang PMT đặt ở góc 120 độ, được vận hành bằng phần mềm MikroWin 300 SL trên hệ điều hành Windows. Thời gian đo mỗi mẫu là 300 phút để đảm bảo độ chính xác và giảm sai số.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 5 loại mẫu nước, mỗi loại được đo ít nhất một lần. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên tại các địa điểm khác nhau nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích số liệu dựa trên công thức tính nồng độ hoạt độ beta tổng, hiệu suất ghi và sai số truyền, đồng thời so sánh với các tiêu chuẩn quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT và QCVN 09-MT:2015/BTNMT.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất ghi và ngưỡng phát hiện: Sử dụng nguồn chuẩn 14C với hoạt độ 1,7 kBq, hiệu suất ghi của thiết bị đạt 99,25% ± 1,5% trong thời gian đo 300 phút. Ngưỡng phát hiện của thiết bị được xác định là 0,06 Bq/L, phù hợp với yêu cầu phân tích mẫu nước có hoạt độ thấp.

  2. Nồng độ hoạt độ beta tổng trong các mẫu nước:

    • Nước máy: 0,39 ± 0,05 Bq/L
    • Nước ngầm: 0,74 ± 0,05 Bq/L
    • Nước mưa: 0,58 ± 0,05 Bq/L
    • Nước ao: 0,54 ± 0,05 Bq/L
    • Nước sông Hồng: 0,64 ± 0,05 Bq/L

    Tất cả các mẫu đều có nồng độ hoạt độ beta tổng thấp hơn mức giới hạn cho phép 1 Bq/L theo QCVN.

  3. So sánh với tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế: Kết quả đo đều nằm trong giới hạn an toàn của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, QCVN 09-MT:2015/BTNMT và tiêu chuẩn WHO (1996), cho thấy môi trường nước tại các địa điểm khảo sát chưa bị ô nhiễm phóng xạ beta vượt mức nguy hiểm.

  4. Độ tin cậy và tính ổn định của thiết bị: Các kết quả đo lặp lại có sai số nhỏ, chứng tỏ thiết bị Hidex 300SL có độ ổn định cao và phù hợp cho việc đo hoạt độ phóng xạ beta tổng trong mẫu nước môi trường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân nồng độ hoạt độ beta tổng trong các mẫu nước đều thấp hơn giới hạn cho phép có thể do nguồn phóng xạ tự nhiên trong đất và nước tại khu vực Hà Nội không bị ảnh hưởng nhiều bởi các nguồn phóng xạ nhân tạo hoặc ô nhiễm công nghiệp. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trước đây về mức độ phóng xạ trong nước sinh hoạt và môi trường tại các thành phố lớn.

Việc sử dụng phương pháp đo nhấp nháy lỏng với thiết bị Hidex 300SL cho phép đo chính xác hoạt độ beta tổng với hiệu suất ghi cao và ngưỡng phát hiện thấp, vượt trội hơn so với các phương pháp truyền thống như detector bán dẫn hay detector chứa khí. Biểu đồ phổ năng lượng beta của mẫu chuẩn C-14 và các mẫu nước cho thấy sự phân biệt rõ ràng giữa tín hiệu mẫu và phông nền, minh chứng cho hiệu quả của phương pháp.

Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là thiết bị chưa được trang bị khối đo alpha, nên chưa thể đánh giá tổng hoạt độ alpha/beta. Đây là hướng phát triển tiếp theo để hoàn thiện quy trình đo và đánh giá toàn diện mức độ ô nhiễm phóng xạ trong nước.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi phương pháp đo nhấp nháy lỏng Hidex 300SL trong các phòng thí nghiệm môi trường để nâng cao độ chính xác và hiệu quả kiểm soát ô nhiễm phóng xạ nước. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; Chủ thể: các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý môi trường.

  2. Nâng cấp thiết bị để bổ sung chức năng đo hoạt độ alpha nhằm đánh giá toàn diện tổng hoạt độ phóng xạ alpha/beta trong mẫu nước, đáp ứng yêu cầu giám sát môi trường toàn diện. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng; Chủ thể: Viện Y học phóng xạ và các đơn vị liên quan.

  3. Xây dựng quy trình chuẩn trong xử lý và làm giàu mẫu nước để đảm bảo tính đồng nhất và độ tin cậy của kết quả đo, đặc biệt trong các trường hợp sự cố phóng xạ hạt nhân. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; Chủ thể: các phòng thí nghiệm và trung tâm kiểm định.

  4. Tăng cường đào tạo chuyên môn cho cán bộ kỹ thuật về kỹ thuật đo nhấp nháy lỏng, xử lý dữ liệu và phân tích kết quả nhằm nâng cao năng lực giám sát phóng xạ môi trường. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia môi trường: Nghiên cứu cung cấp phương pháp đo và dữ liệu thực nghiệm về hoạt độ phóng xạ beta trong nước, hỗ trợ các nghiên cứu về ô nhiễm phóng xạ và bảo vệ môi trường.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và an toàn bức xạ: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn, quy trình giám sát và ứng phó sự cố phóng xạ trong môi trường nước.

  3. Phòng thí nghiệm kiểm định phóng xạ: Áp dụng quy trình đo và xử lý mẫu được đề xuất để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác kiểm tra chất lượng nước.

  4. Ngành y học phóng xạ và điều trị ung thư: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở đánh giá mức độ phóng xạ trong nước tiểu và máu bệnh nhân, hỗ trợ theo dõi quá trình đào thải phóng xạ và điều chỉnh phác đồ điều trị.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp đo nhấp nháy lỏng có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
    Phương pháp nhấp nháy lỏng có hiệu suất ghi cao (đến 99%), ngưỡng phát hiện thấp (khoảng 0,06 Bq/L), không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng tự hấp thụ và có thể đo trực tiếp trong mẫu lỏng, giúp giảm sai số và tăng độ chính xác.

  2. Hiện tượng quenching ảnh hưởng như thế nào đến kết quả đo?
    Quenching làm giảm cường độ huỳnh quang do tạp chất hoặc các yếu tố hóa học trong mẫu, dẫn đến giảm hiệu suất đếm. Việc hiệu chuẩn và xử lý mẫu đúng cách giúp giảm thiểu ảnh hưởng này.

  3. Tại sao cần làm giàu mẫu nước trước khi đo?
    Hoạt độ phóng xạ trong nước thường rất thấp, làm giàu mẫu giúp cô đặc các nguyên tố phóng xạ, tăng nồng độ hoạt độ để thiết bị có thể phát hiện chính xác hơn.

  4. Thiết bị Hidex 300SL có thể đo được loại bức xạ nào?
    Hiện tại thiết bị được trang bị để đo hoạt độ phóng xạ beta tổng trong mẫu nước. Việc đo alpha cần nâng cấp thêm khối chức năng.

  5. Kết quả đo có thể áp dụng để đánh giá mức độ an toàn của nguồn nước không?
    Có, kết quả đo nồng độ hoạt độ beta tổng nằm trong giới hạn cho phép theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, giúp đánh giá mức độ an toàn và khả năng sử dụng nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất.

Kết luận

  • Đã xây dựng và triển khai thành công phương pháp đo hoạt độ phóng xạ beta tổng trong các mẫu nước sử dụng thiết bị nhấp nháy lỏng Hidex 300SL.
  • Hiệu suất ghi của thiết bị đạt gần 99%, ngưỡng phát hiện thấp 0,06 Bq/L, phù hợp với yêu cầu giám sát môi trường.
  • Nồng độ hoạt độ beta tổng trong các mẫu nước tại Hà Nội dao động từ 0,39 đến 0,74 Bq/L, đều nằm trong giới hạn an toàn theo quy chuẩn quốc gia.
  • Nghiên cứu tạo tiền đề cho việc mở rộng ứng dụng thiết bị trong đo phóng xạ nước tiểu, máu bệnh nhân và công tác ứng phó sự cố phóng xạ.
  • Khuyến nghị nâng cấp thiết bị và hoàn thiện quy trình đo để đánh giá toàn diện tổng hoạt độ alpha/beta, đồng thời đào tạo nhân lực chuyên môn cho công tác giám sát phóng xạ môi trường.

Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả kiểm soát ô nhiễm phóng xạ và bảo vệ sức khỏe cộng đồng trong tương lai.