MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong môi trường nước luôn tồn tại một lượng chất phóng xạ nhất định dođóng góp của các nguồn phóng xạcó trong tự nhiên và các nguồn phóng xạ nhân tạo. Môi trường nước bị nhiễm xạ có thể gây ra các tác hại to lớn đến sức khỏe con người, đặc biệt khi các chất phóng xạ này đi vào và lưu lại trong cơ thể con người thông qua đường uống. Phân tích hoạt độ alpha/beta tổng được sử dụng như là bước đầu và đơn giản cho việc xác định mức độ nhiễm bẩn phóng xạ của nguồn nước cũng như một phương pháp để kiểm soát mức độ ô nhiễm phóng xạ của môi trường nói chung. Nồ ng đô ̣ phóng xa ̣ của các mẫu nước tron g môi trường thường rấ t nhỏ.
Do đó, hoạt độ phóng xạ của mẫu nước thường không được xác định trực tiếp trên các thiết bị hạt nhân mà xác định hoạt độ phóng xạ cần phải kết hợp với các phương pháp hóa phóng xạ và kỹ th uâ ̣t đo lường bức xa ̣ ha ̣t nhân. Phép phân tích hạt nhân có nhiê ̣m vu ̣ xác đinh ̣ hoa ̣t đô ̣ phóng xa ̣ của các mẫu đã đươ ̣c xử lý và xác đinh ̣ hoa ̣t đô ̣ riêng của mẫu ban đầ u. Phương pháp hóa phóng xa ̣ và kỹ thuâ ̣t đo phân tić h ha ̣t nhân có thể hỗ trơ ̣ cho nhau .Các phương pháp này rất hữu ích trong các nghiên cứu về độ tinh khiết của việc cấp nước sinh hoa ̣t , công nghiệp, mức độ ô nhiễm nguồn nước và nước thải phóng xạ .Có hai phương pháp để xác định hoạt độ alpha/beta tổng trong nước, đó là phương pháp phân tích thông thường với việc chuẩn bị mẫu bằng cách bay hơi đến khô mẫu cần phân tích và phương pháp dùng hệ nhấp nháy lỏng. Phương pháp dùng hệ nhấp nháy lỏng có một số ưu điểm so với phương pháp thông thường đó là nó không xảy ra hiệu ứng tự hấp thụ trên mẫu và hiệu suất ghi của hệ đo cao.
Viện Y học phóng xạ và U bướu Quân đội được trang bị mới một hệ đo nhấp nháy lỏng Hidex 300SL, thiế t bi ̣ có thể được sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu nước môi trường cũng như có thể phân tích hoạt đ ộ phóng xạ trong nước tiể u và máu. Tuy nhiên, hệ thiết bị ban đầu mới chỉ giới hạn cho việc đo đạc hoạt độ 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com beta trong mẫu. Do vậy, nhằm mục đích triển khai sử dụng thiết bị một cách hiệu quả, chúng tôi đã chọn thực hiệnđề tài với tiêu đề: “Đánh giá nồ ng đô ̣ hoa ̣t đô ̣ phóng xạ beta tổng trong một số loại mẫu nước sử dụng thiết bị Hidex 300SL”. Mục tiêu đề tài Tìm hiểu các phương pháp đo hoạt độ phóng xạ anpha/beta tổng trên hệ đo nhấp nháy lỏng.
Tìm hiểu tính năng kỹ thuật và hoạt động của thiết bị Hidex 300SL được trang bị tại Viện Y học phóng xạ và U bướu Quân đội. Xây dựng phương pháp đo hoa ̣t đô ̣ phóng xa ̣ beta tổng trong các mẫu nước sử dụng thiết bị Hidex 300SL. Áp dụng phân tích nồng độ hoạt độ beta tổng trong một số mẫu nước để đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị. Nội dung nghiên cứu Đề tài gồ m 3 chương: Tổ ng quan Phương pháp xác đinh ̣ nồ ng đô ̣ hoa ̣t đô ̣ phóng xa ̣ beta tổ ng trên hê ̣ đo nhấ p nháy lỏng Kết quả và kết luận 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
Nguồn gốc của chất phóng xạ trong nƣớc Con người bị chiếu xạ tự nhiên từ một số nguồn bao gồm các tia vũ trụ và các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong đất, nước và không khí. Ngoài ra, còn có thể có các nguyên tố phóng xạ được sinh ra khi bức xạ vũ trụ tương tác với hạt nhân trong bầu khí quyển và vỏ trái đất thông qua các quy trình phá vỡ hoặc hiếm hơn là thông qua việc kích hoạt các neutron hay muon. Việc sản sinh ra các nguyên tố phóng xạ bởi tác dụng của tia vũ trụ trong bầu khí quyển có xu hướng theo các mô hình độ cao và vĩ độ sau đó là các mô hình tăng cường bức xạ vũ trụ. Xấp xỉ 70% nguyên tố phóng xạ sinh ra bởi tác động của tia vũ trụđượchình thành ở tầng bình lưu, các phần còn lại thì hình thành ở tầng đối lưu .Các nguyên tố phóng xạ nổi bật hơn bao gồm 3H, 7Be, 14C và 22Na.
Các nguyên tố phóng xạ sinh ra bởi tia vũ trụ sẽ đóng góp vào mức phóng xạ trong đất và nước thông qua các cơ chế lắng đọng [11]. Sơ đồ chuỗi phóng xạ 238U[3]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ chuỗi phóng xạ 232Th[3].
Sơ đồ chuỗi phóng xạ 235U[3]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhóm các nguyên t ố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Rubidium, Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác.Bảng số 1 đưa ra mô ̣t số đă ̣c trưng cơ bản như độ phổ biến đồng vị, chu kỳ bán rã của các đồ ng vi ̣trong hơ ̣p chấ t tự nhiên. Mô ̣t số đă ̣c trưng của các đồ ng vi ̣phóng xa ̣ trong tự nhiên[2]. TT Đồng vị Hàm lượng hợp chất trong tự nhiên(%) Chu kỳ bán rã (năm) 40 1 K 0,012 1,248 x 109 87 2 Rb 27,83 4,9 x 1010 232 3 Th 99,98 1,405 x 1010 235 4 U 0,72 7,038 x 108 238 5 U 99,28 4,498 x 109 Kali-40 là một ví dụ hiếm gặp vừa phân rã β−, vừa phân rã β+ và chiếm K.
Kali-40 phân rã thành canxi-40 (40Ca) phát ra hạt beta (β−, electron) với năng lượng cực đại đạt 1,33 MeV và một antineutrino. Xác xuất quá trình phân rã β– cỡ 89,28%. Khi phân rã β+ và chiếm K, nó phân rã thànhargon-40 (40Ar) đươ ̣c ta ̣o thành ở tra ̣ng thái kích thích với năng lượng 1.460 MeV và một neutrino. Xác xuất quá trình phân rã β+ cỡ 10,72 %.
Phân rã phóng xạ của đồng vị đặc biệt này giải thích sự thật rằng argon là khí hiếm rẻ nhất luôn có sẵn.Rất hiếm (0,001% thời gian) nó phân rã thành 40Ar bằng cách phát rapositron (β+) và neutrino.Hàm lượng trung bình của Kali trong vỏ trái đấ t cỡ 1,84 %. Nồng độ của 40K trong đất dải từ 37 đến 1100 Bq/kg và có giá trị trung bình 400 Bq /kg [5]. Chuỗi phóng xạ 238U có thể chia thành các chuỗi phóng xạ con trong đó hoạt tính phóng xạ của nhân phóng xạ đầu chuỗi sẽ chi phối hoạt tính phóng xạ của các nhân phóng xạ khác có trong chuỗi. Uran khá phổ biến trong tự nhiên, nồng độ của 238 U trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg và có giá trị trung bình trên toàn thế giới là 25 Bq /kg.
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chuỗi phóng xạ 232Th có thể chia thành các chuỗi phóng xạ con sau: 232Th; 228 Ra-->224Ra; 220Rn-->208Pb. Nồng độ của 232Th trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg tương tự như 238U và có giá trị trung bình trên toàn thế giới là 40 Bq /kg. Lượng nhân phóng xạ 235U chỉ chiếm 0.72% tổng lượng uran có trong tự nhiên nên có rất ít trong môi trường đất [3]. Như đã chỉ ở trên , tất cả các loại đất đá đều chứa các nguyên tố phóng xạ.
Khi có dòng nước chảy qua đất đá, các nguyên tố phóng xạ có thể được hòa tan vào trong nước. Tùy theo tính chất hóa học của các nguyên tố hóa học, mức độ hòa tan của chúng vào trong nước khác nhau.Các nguyên tố phóng xạ tồn tại dưới dạng hợp chất hòa tan trong nước sẽ chảy theo dòng nước. Các nguyên tố nằm trong hợp chất kết tủa lắng đọng xuống đáy sông.Hoạt độ phóng xạ riêng trong nước (Bq/l) của các nguyên tố biến thiên trong khoảng rộng [2]. Loài người đã đóng góp đáng kể vào sự có mặt của nguyên tố phóng xạ trong môi trường.
Từ những ngày đầu khám phá ra chất phóng xạ, phát triển phân hạch hạt nhân được áp dụng cho cả thời gian chiến tranh và hòa bình rồi đến ngày nay sử dụng trong y học, công nghiệp và nghiên cứu, các nguồn phóng xạ do con người tạo ra đóng góp vào liều bức xạ. Việc khai thác mỏ uranium cũng là một sự đóng góp đáng kể vào việc ô nhiễm môi trường. Một trong những quan tâm là chất thải sinh ra từ việc ứng dụngnăng lượng nguyên tử vào đời sống của con người. Như dùng dược chất phóng xạ để chẩn đoán và điều trị bệnh nhân ungthư.
Các nguyên tố phóng xạ được sử dụng thường có hiệu quả cao trong việc chẩn đoán, điều trị bệnh nhân ung thư và có chu kỳ bán rã ngắn như I-131, Tc-99m, P-32,…. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chuyển chất thải của DCPX ra môi trường.4 mô tả quy trình điều trị bệnh nhân ung thư sử dụng dược chất phóng xạ. Ở đây, bệnh nhân ung thư được điều trị ở hai dạng đó là điều trị ngoại trú và điều trị nội trú.
Đối với bệnh nhân điều trị ngoại trú, bệnh nhân được tiêm hoặc uống thuốc dược chất phóng xạ với một lượng hoạt độ phóng xạnhỏ hơn mức theo quy định, có thể được về nhà và không phải lưu trú tại bệnh viện. Còn những bệnh nhân điều trị nội trú sẽ được điều trị một lượng hoạt độ phóng xạ lớn và phải được cách ly với những người xung quanh khoảng 3 đến 5 ngày mới được xuất viện.Dù bệnh nhân được điều trị ngoại trú hay nội trú thì những bệnh nhân này hình dung sẽ đóng góp một lượng các nguyên tố phóng xạ nhất định ra môi trường xung quanh.2 đưa ra đặc trưng loại phân rã và chu kỳ bán rã của một số nguyên tố phóng xạ nhân tạo. Mô ̣t số đồ ng vi ̣phóng xa ̣ nhân ta ̣o trong môi trường[2]. TT Đồng vị phóng xạ Loại phân rã Chu kỳ bán rã 3 1 H Βeta 12,32 năm 2 14 C Βeta 5730 năm 3 85 Kr Βeta 10,7 năm 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 90 Sr Βeta 28 năm 5 89 Sr Βeta 50,5 ngày 6 131 I Βeta 8 ngày 7 95 Zn Βeta 56 ngày 8 137 Cs Βeta 30 năm 9 136 Cs Βeta 13.