Chương 1: Tổng quan về phóng xạ tự nhiên Từ tro bụi của các vụ nó của các ngôi sao, khoảng 4.5 tý năm trước đây đã hình thành Mat Trời và hệ thông hành tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó. có một lượng rat lớn các nguyên tố phỏng xa. Theo thời gian.
đa số các nguyên tô phóng xạ nay phân ra vả trở thành các nguyên tổ bẻn, chúng là thành phan chỉnh trone hệ thông hảnh tỉnh của chúng ta ngày nay. Tuy nhiên, trong vỏ Trái Dat vẫn con những nguyên tô phỏng xạ. đó la những nguyén tô phóng xạ có thời gian bản ra cỡ tuôi của Trải Dat hoặc lớn hơn. Các đồng vị phóng xa này cùng với san phẩm phan rã của chúng là nguồn chính của bức xạ ion hoa tự nhiên tác dụng lên mọi sinh vật trên Trái Dat, Một nguồn của các bức xạ ion hoá tự nhiên khác là các tia vũ trụ khi chúng đi vào tang khí quyên và bè mặt Trái Dat [5].
Các nhân phóng xạ tự nhiên có trên trái đất Phỏng phóng xạ trên trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại cả trước và khi trái dat được hình thành. Nam 1896 nhà bác học người pháp Becquerel phát hiện ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là Uranium va con chau của nó. Đến nay người ta biết các chất phóng xạ trên trái đất gồm các nguyên tổ uranium. thorium vả con cháu của chúng, củng một số nguyên t6 phóng xạ khác [7].
trong đó đáng chú ý nhất là hạt nhân K”” [6]. Da số các hạt nhân này có chu ki bán rũ rất lớn, khoảng hang trăm triệu năm. các sản phẩm của các hạt nhân nay không bên nên tiệp tục phân rã tạo thành ba họ phóng xa trong tự nhiên: Thorium (ThỶ”); Uranium (U””); Actinium (U”). Sơ dé phân ra của ba họ phóng xa trong tự nhiên được trình bay trong hình \.
1 1,2: Ba họ phóng xạ tự nhiên có đặc điểm chung là [12]: > Thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xa sông lâu với thời gian bán rã có thé so sánh với thời gian tồn tại của Trái Dat. Tat cá các hạt nhân con trong mỗi họ đều có chu ki bán rã nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân mẹ nên các họ cân bằng phóng xạ thé ky. hoạt độ của các hạt nhân trong mỗi họ đều bang nhau và băng hoạt độ cua hạt nhắn mẹ (néu giả sử bo qua sự mat cân bằng do địa hóa). Khóa luan tỏt nghiệp dai học GVHD: TS.
Tran Quốc Dũng 1 > Mỗi day phan ra phóng xạ đều có một nguyên tố là khí phóng xạ: chúng là các đẳng vị khác nhau của nguyên tổ Radon, đó là khi „¿Rn””” gọi là radon trong day phan rã phóng xạ urani (U*"*), khi gn” trong dãy phân rã phóng xa thori (ThỲ?), khí ysn?"’ trong day phân ra phóng xạ aetini (U*'”). > Sản phẩm phân rã cuối cùng của cả ba dãy phân rã phóng xạ đều lả đồng vị bèn: PbỶ” trong dãy phan ra phỏng xạ actini có độ pho cập 1a 22. PbTM trong day phan ra phỏng xạ urani có độ pho cập là 24.1% và PbTM trong dãy phân rã phóng xạ thori có độ phỏ cập là 52,4%. Hoạt độ trung bình của các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ trái đất [24].
Nhan Chu kỳ bán rã Độ giàu trong tự nhiên 7,04.72% uran tự nhiên ___.10" năm 99,2745% uran tự nhiên ~0,7 pCug (25 Bq/kg) 0,5 - 4,7 ppm uran trong đá 141.10 l6 - 20 ppm trong đá | =1,1 pCi/g (40 Ba/kg) thông thường Trung bình 10,7 ppm lượng đá trên bé mat trái dat Có trong đá vôi, đá phun | 0.42 pCi/g (16 Ba/kg) trảo trong đá vôi;l.3 pCi/g (4& Ba/kg) trong đá phun trao Rn?” 3.82 ngay 00l6 pCiL (06 Bq/m”) đến 0.75 pCi/L (28 Baim’) trong không khi | - 30 pCi/g (37 - 1100 By/kg) Khoa luận tot nuhiep dai hac GVHD: TS. Tran Quốc Ding Phân rã anpha (a) ———> SN Phân rã bcla([) m—— U”*( 4,468. Day phân ra U?®.10" nim) Khoa luận tốt nghiệp đại học GVHD: TS. Tran Quốc Ding ThỲ°(1.55 phút) Pb?°8 II 4.
Day phân ra Th” 1.2, Các nhân phóng xạ trong các môi trường Các nhân phóng xạ được tìm thay trong tat cả các môi trường. Dat, nước, không khi,.va ngay cả trong cơ thê của con người. Không có một nơi nào trên trai dat ma không có phóng xạ. Phóng xạ tự nhiên trong đất Theo Brodsky A, Eisenbud M và Gesell T.
Phong bức xạ được tạo ra do các vật liệu chứa phóng xạ có chiều sâu quy chuẩn là 30 cm. Các đồng vị tự nhiên từ chu trình địa quyền đá =đất =không khí nước có thê tham gia vào chu trình sinh quyên đất =*thực vật động vật con người. dat là một mắc xích quan trong kết nói cả hai chu trình này. Nếu chúng ta chỉ quan tâm đến phóng xạ tự nhiên trong đất bẻ mặt thi các hạt nhân Ra””".
Th?” va con cháu của chúng. cũng như KỶ? Khóa luận tot nghiệp đại học GVHD: TS. Tran Quốc Dũng l4 chủ yếu phát các tia gamma, các tia gamma này chiếu vào người gọi là chiếu xạ ngoải [6]. Các nguyên tô phóng xạ có trong đất có nguồn gốc chính là do các đá tạo thành dat (đá gốc hay đá mẹ).
vi thé tùy thuộc vào loại đất, loại khoáng vật chứa trong đất va mật độ của chúng ma hoạt độ của các đồng vị phỏng xạ có trong đất có the khác nhau. du: Vi đất được hình thanh tử các sản phẩm phân hủy của đả mangan có tính axit thường chứa các đồng vị phóng xạ như uranium, thorium, radium va kali với ham lượng lớn. Ngược lai, đất được hình thành tử các đá bazơ nói chung đều chứa lượng đồng vị phóng xạ ít hơn so với đất được hình thành tử đá axit [7]. Các đông vị có trong đất ngoài 3 day phóng xạ tự nhiên.
còn có 18 đồng vị thuộc 16 nguyên 16, có thời gian ban rã lớn nên còn tôn tại đến bây giờ trong Trái pat (K”, V", se", Rb”, Cd! In", Te, Tel, La, Nd!" sm'”, Sm! Gal, Lu’, He Re'?, Os'%, Pt!TM). Tuy nhiên hoạt độ phóng xa của chúng có giá trị rất nhỏ do hàm lượng của chúng trong đất rất nhỏ [5]. Các chất phóng xạ có thé tách rời khỏi đất chủ yêu bằng các quá trình sau [7]: > Phân rủ tự nhiên của các nguyên tổ phóng xạ. > Thực vật hap thu các nguyên tổ phóng xạ, nhờ quá trình rể cây hút chất dinh dưỡng từ đất mà các nguyên tổ phóng xạ trong đất sẽ bắt đầu đi vào chu trình sinh học.
> Sự rưa trôi do nước. > Sự thoát hơi va phát xạ vào khí quyền. Bang cách trộn lẫn với không khí. len lõi qua các lỗ thoát va mao mạch của dat mà các khí phỏng xạ cùng sản phẩm phân rã của nỏ dan dan tách rời khỏi đất va di lên be mặt khi quyên như là kết quả của sự khuéch tán va biến đổi cơ học giữa khí dat và không khí trong khi quyền, Trong bang 1.2 là một số số liệu của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có hoạt độ trung binh trong đất vượt quá 100 Bq/T.
Các dong vị này được quan tâm đến khi tinh liễu phóng xạ tự nhiên va các hiệu ứng phỏng xạ tự nhiên với con người, Khóa luân tốt nghiệp dai hoc GVHD; TS. Tran Quốc Dũng 15 Bang 1. Hoạt độ riêng và hoạt độ trung bình trong đất của vài đồng vị [5]. q Đồng vị Hoạtoa độ ririêeng n£ (B d/ g ) | H à m m l ư ợ nưg ợ n g ( g / g ) Hoạt độ tr`ubnìngh EM 8.10 = Phóng xạ cúa dat đặc trưng cho mức phóng xa của đá mẹ và có thê ảnh hưởng đến mức phóng xa của thủy quyén, sinh quyên và khi quyền.
Như vậy, phóng xa trong đất có thé đại diện cho bức tranh phóng xạ tự nhiên của một ving lãnh thô. Thực vật, động vật và con người cũng hắp thụ và chịu tác động của các bức xạ và phóng xa từ vũ trụ nhưng nói chung ty trọng nay rất nhỏ và có thẻ bỏ qua [9]. Phóng xa tự nhiên trong nước Các nguyên tô phóng xạ có trong đất có thể bằng một số quá trình ma tách ra khỏi đất. rồi bị cuốn trôi theo dòng nước, tuy nhiên hàm lượng của chúng trong nước nhỏ hơn trong đất 10 đến 100 lin vì khi lưu chuyển chúng chỉ tan một phần nhỏ trong nước.
phan lớn còn lại sẽ lắng đọng vao dat [7]. Hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong các đại dương được tính theo giá trị của Almanac thế giới năm 1999 |24|. Nhân Thai bình Đại tây đương | Tất cả các đại phóng dương .10'” m”) ‘Uranium| 33 mBq/lit | 22. 10” Bq | 1300/10 Bq | Khóa luận tốt nghiệp đại hoc GVHD: TS.
Tran Quốc Dũng 16 Trong tat cả các nguôn nước trên trái dat ké ca nước biên thì đều chứa phóng xa, độ phỏng xạ trong nước chủ yếu là do KTM quyết định vì nồng độ của nó cao hơn nhiều so với đồng vị khác [7]. Phóng xạ tự nhiên trong không khí [12] Khí phóng xạ phát ra từ đất. đá và nước trong tự nhiên khuyéch tán trong khong khi. Sự có mặt của các khi phóng xạ trong 3 họ phỏng xa tự nhiên là một trong các nguyên nhân chính gay nén phông phóng xạ tự nhiên trong không khi.
ngoài ra có nguyên nhân tir các tia vũ trụ nhưng không dang kẻ. Trong các khí phỏng xa thi ta quan tâm đến radon là một đồng vị phóng xạ khí trơ rất nguy hiểm. Radon-222 của chuỗi uranium-238, radon-220 của chuỗi thorium-232 va radon-119 của chuỗi uranium-235, thường được gọi là các radon va thoron, Đông vị của radon là thoron (Rn???. có chu kỷ bán rã lả S6s.
Do có chu kỳ bán ra ngắn nén dong vị này không kịp lan truyền tới các lớp không khí phía trên. Độ phỏng xạ của đồng vị nay trong không khí nhỏ hơn hang ngản lần so với đồng vị Rn? Ham lượng radon trong không khí phụ thuộc vào ham lượng uranium trong đất và phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên. Hàm lượng radon trong nhà cao hơn ở ngoài trời. Radon là nhân phóng xạ gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người.
Radon trong không khí xâm nhập vào cơ thể bằng con đường hít thở. Nông độ radon chiếm tới hơn 50% liễu chiếu trong hàng năm, trong đó radon trong nhà chiếm tới 95% liễu chiều trong của radon. Sự chiều ngoài của radon không gây hại bang sự chiếu trong cơ thé khi con người hít thé bụi có nhân phóng xạ nảy bám vào. Radon được xem là nguồn phỏng xạ tự nhiên cỏ ảnh hưởng lớn nhất đối với sức khỏe con người.