MỞ ĐẦU Tác hại của bức xạ môi trường đến sức khoẻ con người là hết sức nguy hiểm. Các bức xạ có thể làm cho nhiều men sống quan trọng, nhiều tuyến trong cơ thể và các tế bào bị huỷ hoại. Để biết được những tác động có hại của bức xạ lên cơ thể người ta căn cứ vào các yếu tố như vị trí tác động, liều lượng tác động, trạng thái. Các nhà khoa học cảnh báo điều cần thiết và cấp bách là phải điều tra, đánh giá phông bức xạ tự nhiên môi trường nhằm xác định giá trị tổng liều tương đương trung bình năm của bức xạ tự nhiên lên cộng đồng dân cư.
Với ý nghĩa thiết thực đó, đề tài này tập trung vào việc xác định liều bức xạ môi trường dựa vào Detector nhiệt huỳnh quang. Thông qua việc xác định này, sẽ đưa ra các đánh giá cụ thể và một số nhận xét về kết quả với mục đích làm chính xác hóa liều bức xạ môi trường hằng năm làm tiền đề cho các nghiên cứu chính xác hơn trong tương lai. Hiện tượng nhiệt huỳnh quang – TL (Thermoluminescence), hay còn gọi là quá trình phát quang cưỡng bức nhiệt, là hiện tượng đã và đang thu được nhiều thành công trong các lĩnh vực như (xác định tuổi, kiểm soát liều bức xạ môi trường, đo liều cá nhân, nghiên cứu cấu trúc vật liệu .) Có nhiều vật liệu được sử dụng đo liều bức xạ như các hợp chất liti florua (LiF), liti borat (Li2B2O7), canxi florua (CaF2)….Trong đề tài nghiên cứu về đo liều bức xạ môi trường này tôi lựa chọn liều kế nhiệt huỳnh quang LiF(Mg,Cu,P) để đo. Việc nghiên cứu các đặc tính của vật liệu này cũng sẽ mang lại nhiều điều bổ ích và thiết thực đóng góp vào việc nghiên cứu thực nghiệm của các công trình sau này.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PHƢƠNG PHÁP 1. Phân bố các nguyên tố phóng xạ trong môi trƣờng 1. Phân bố phóng xạ trong tự nhiên Như đã biết, sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt trên Trái Đất.
Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên, trong vỏ Trái Đất vẫn còn những nguyên tố Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Chuỗi các nguyên tố này tạo thành những họ phóng xạ tự nhiên, đó là họ Uranium, họ Thorium và họ Actinium. Tất cả các thành viên của các họ phóng xạ này trừ nguyên tố cuối cùng đều có tính phóng xạ.
Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium thiên nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0. U-238 và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng xạ thuộc họ Actinium. Các họ phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm: - Đồng vị đầu tiên của họ có chu kỳ bán rã lớn - Các họ này đều có một đồng vị tồn tại dưới dạng khí, các chất khí phóng xạ này là các đồng vị của radon. - Sản phẩm cuối cùng trong các họ phóng xạ là Chì.
Ngoài các đồng vị trong các họ phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác như : 40K, 14C.Những đồng vị này có thể được thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trường. Đồng vị phóng xạ 14C là đồng vị được hình thành do sự tương tác của bức xạ nơtron (có trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong nước và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể được chia thành 3 loại: loại được hình thành từ trước khi trái đất hình thành; loại được tạo 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thành do tương tác của tia vũ trụ với vật chất; loại được tạo thành do hoạt động của con người.
Các hạt nhân phóng xạ được tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất, nước và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự nhiên với hàm lượng trung bình như sau: 370 Bq 40K (100 – 700 Bq) 25 Bq 226Ra (10 – 50 Bq) 25 Bq 238U (10 – 50 Bq) 25 Bq 232Th (7 – 50 Bq) Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232 Th, chuỗi 238U và chuỗi 235U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lược như trong Bảng 1.1: Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium Chuỗi Th-232 Chuỗi U-238 Chuỗi U-235 Hạt nhân Thời gian Hạt nhân Thời gian Hạt nhân Thời gian bán rã bán rã bán rã Th-232 14 x 109năm U-238 4,47x109nă U-235 0,704x109n ↓ 1α ↓ 1α,2β m ↓ 1α,1β ăm Ra-228 6,7 năm U-234 Pa-231 ↓ 1α 245x103nă 32,8x103 m năm Th-230 ↓ 1α,2β ↓ 1α ↓ 2α,1β 3 75x10 năm Ra-224 3,6 ngày Ra-226 Ra-223 ↓ 1α ↓ 1α ↓ 1α 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Rn-220 55 giây Rn-222 1600 năm Rn-219 11,4 ngày ↓ 1α ↓ 3α,2β ↓ 1α Po-216 0,16 giây Pb-210 3,82 ngày Po-215 4 giây ↓ 2β Po-210 22 năm 1,8x10-3 ↓ 2α,2β ↓ 1α ↓ 2α,2β giây Pb-208 Bền Pb-206 138 ngày Pb-207 Bền Bền Trong tự nhiên, ngoài ba dãy phóng xạ trên còn một số các nguyên tố phóng xạ tự nhiên khác không tạo thành dãy phóng xạ như K40. Ngoài ra còn có các đồng vị C14, H3, Cs137.
Đây là loại đồng vị được hình thành do sự tương tác giữa tia vũ trụ với những nguyên tố trong khí quyển. Tƣơng tác của tia phóng xạ với vật chất Tia phóng xạ theo nghĩa gốc là các dòng hạt chuyển động nhanh phóng ra từ các chất phóng xạ (các chất chứa các hạt nhân nguyên tử không ở trạng thái cân bằng bền). Các hạt phóng ra có thể chuyển động thành dòng định hướng. Các tia phóng xạ có bản chất giống như ánh sáng thường nhưng không thể nhìn thấy và có mức năng lượng cao hơn mức năng lượng của ánh sáng thường.
Các tia phóng xạ có khả năng đi xuyên qua vật chất và có khả năng giải phóng điện tử ra khỏi nguyên tử vật chất để trở thành điện tử tự do làm thay đổi tính chất của vật trở thành dẫn điện. Đó còn được gọi là khả năng ion hóa của các tia phóng xạ. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Liều bức xạ môi trƣờng.1 Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con ngƣời.
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với sức khỏe con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây ra hiệu ứng ion hoá. Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn được tạo ra đôi khi ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron, đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ. Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra khi chúng phân huỷ thành một nguyên tố bền.
Nó gồm hai proton và hai notron, nó mang điện dương. Trong không gian, bức xạ alpha không có khả năng truyền xa và dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy nhiên, nếu một chất phát tia Alpha được đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng lượng tới các tế bào xung quanh. Ví dụ, nếu con người hít phải một lượng khí radon vào trong phổi thì chúng có thể sẽ tạo ra sự chiếu xạ với các mô nhạy cảm, mà các mô này thì không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như da.
Bức xạ Beta: Bao gồm các electron nhỏ hơn rất nhiều so với các hạt alpha và nó có thể thấm sâu hơn. Bức xạ bêta có thể bị cản lại bởi tấm kim loại, tấm kính hay chỉ bởi lớp quần áo bình thường. Nó cũng có thể xuyên qua được lớp ngoài của da và khi đó nó sẽ làm tổn thương lớp da bảo vệ. Trong vụ tai nạn ở nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986, các tia bêta mạnh đã làm cháy da những người cứu hoả.
Nếu các bức xạ bêta phát ra trong cơ thể, nó có thể chiếu xạ trong các mô trong đó. Bức xạ Gamma: Bức xạ gamma là năng lượng sóng điện từ. Nó đi được khoảng cách lớn trong không khí và có độ xuyên mạnh. Khi tia gamma bắt đầu đi vào vật chất, cường độ của nó cũng bắt đầu giảm.
Trong quá trình xuyên vào vật chất, tia gamma va chạm với các nguyên tử. Các va chạm đó với tế bào của cơ thể sẽ làm tổn hại cho da và các mô ở bên trong. Các vật liệu đặc như chì, bê tông là tấm chắn lý tưởng đối với tia gamma. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bức xạ tia X: Bức xạ tia X tương tự như bức xạ gamma, nhưng bức xạ gamma được phát ra bởi hạt nhân nguyên tử, còn tia X do con người tạo ra trong một ống tia X mà bản thân nó không có tính phóng xạ.
Vì ống tia X hoạt động bằng điện, nên việc phát tia X có thể bật, tắt bằng công tắc. Bức xạ Nơtron: Bức xạ nơtron được tạo ra trong quá trình phát điện hạt nhân, bản thân nó không phải là bức xạ ion hoá, nhưng nếu va chạm với các hạt nhân khác, nó có thể kích hoạt các hạt nhân hoặc gây ra tia gamma hay các hạt điện tích thứ cấp gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá. Nơtron có sức xuyên mạnh hơn tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn paraphin. Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể sống, tùy theo liều lượng nhận được và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể gây hại ít nhiều cho cơ thể.
Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người: Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương đến chức năng của tế bào.