Luận án tiến sĩ khoa học môi trường nghiên cứu sự phân bố của po 210 trong nước biển trầm tích và ngao meretrix meretrix hàu crassostrea gigas trong vùng biển ven bờ khu vực bắc bộ 1

Nghiên cứu sự phân bố của Po-210 trong nước biển, trầm tích và ngao Meretrix meretrix, hàu Crassostrea gigas tại vùng biển ven bờ Bắc Bộ.

• Tác giả: Trần Thị Vân
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Duy Cam
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Phân Bố Của Po-210 Trong Nước Biển, Trầm Tích Và Ngao (Meretrix Meretrix), Hàu (Crassostrea Gigas) Trong Vùng Biển Ven Bờ Khu Vực Bắc Bộ
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
• 1.2. Mục tiêu của luận án
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.4. Tính mới của luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƯỜNG
• 2.1. Nguồn gốc các nhân phóng xạ trong môi trường
• 2.1.1. Nguồn gốc từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên
• 2.1.2. Nguồn phóng xạ nhân tạo
• 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu
• 3.3. Lựa chọn địa điểm nghiên cứu
• 3.4. Nội dung nghiên cứu
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp lấy mẫu hiện trường
• 3.5.2. Thời gian lấy mẫu
• 3.5.3. Số lượng và vị trí lấy mẫu
• 3.5.4. Lấy và xử lý mẫu tại hiện trường
• 3.5.5. Phương pháp xử lý mẫu lương thực - thực phẩm và phân tích hoạt độ các nhân phóng xạ trong phòng thí nghiệm
• 3.5.6. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích đo alpha, gamma, beta
• 3.5.7. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích định lượng nồng độ hoạt độ poloni-210 trong các mẫu môi trường
• 3.5.8. Chương trình đảm bảo và kiểm soát chất lượng
• 3.5.9. Phương pháp xác định độ muối nước biển và nồng độ Cl- nước biển
• 3.5.10. Phương pháp đánh giá sự phân bố của poloni-210 thông qua hệ số phân bố (Kd)
• 3.5.11. Phương pháp đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 từ môi trường vào trong hàu, ngao thông qua hệ số CF
• 3.5.12. Phương pháp đánh giá liều hiệu dụng chiếu trong trung bình đối với công chúng do ăn lương thực-thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên
• 3.5.13. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Phân bố của poloni-210 trong môi trường trầm tích - nước biển ven bờ khu vực nghiên cứu
• 4.2. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong nước biển ven bờ
• 4.3. Nồng độ hoạt độ của poloni-210 trong trầm tích biển ven bờ
• 4.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường tới sự phân bố poloni-210 ở trong môi trường nước biển ven bờ
• 4.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ các hợp chất hữu cơ hòa tan
• 4.4.2. Ảnh hưởng của độ muối nước biển
• 4.4.3. Ảnh hưởng của pH
• 4.5. Nguồn gốc của poloni-210 ở trong môi trường nước biển ven bờ biển vịnh Bắc Bộ
• 4.6. Nghiên cứu khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu
• 4.6.1. Nồng độ hoạt độ poloni-210 trong mẫu ngao và hàu
• 4.6.2. Ảnh hưởng của nồng độ ion clo trong nước biển đến sự tích lũy sinh học poloni-210 của hàu và ngao
• 4.6.3. Đánh giá khả năng tích lũy sinh học poloni-210 của ngao và hàu thông qua hệ số tích lũy (CF)
• 4.6.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cl- nước biển và pH đến khả năng tích lũy poloni-210 của ngao và hàu
• 4.7. Mức đóng góp poloni-210 vào liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm đối với công chúng đồng bằng Bắc Bộ
• 4.8. Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong lương thực và thực phẩm. Tính toán liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm do ăn lương thực - thực phẩm bị nhiễm phóng xạ và xác định mức đóng góp của nhân phóng xạ 210Po trong liều chiếu trong trung bình năm
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Phân Bố Poloni 210 Vùng Ven Bờ Bắc Bộ

Nghiên cứu về Poloni-210 (Po-210) trong môi trường nước biển đang ngày càng được quan tâm. Poloni-210 là một đồng vị phóng xạ alpha, sản phẩm phân rã của chuỗi Uranium-238, với chu kỳ bán rã 138,4 ngày. Mặc dù tồn tại với hàm lượng rất nhỏ, Po-210 mang cả độc tính của kim loại nặng và tính phóng xạ alpha năng lượng cao. Do đó, khi xâm nhập vào cơ thể sống, Poloni-210 cực kỳ nguy hiểm do gây ra phơi nhiễm bên trong. Nghiên cứu này tập trung vào vùng ven bờ Bắc Bộ, nơi có hệ sinh thái biển đa dạng và là nguồn cung cấp thực phẩm quan trọng. Luận án của Trần Thị Vân đã nghiên cứu sự phân bố của Po-210 trong nước biển, trầm tích, ngao và hàu, cung cấp dữ liệu nền quan trọng.

1.1. Tầm quan trọng của Nghiên cứu Môi trường Biển

Việc nghiên cứu môi trường biển đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo tồn đa dạng sinh học và đảm bảo an toàn thực phẩm cho cộng đồng. Vùng ven bờ Bắc Bộ là khu vực có hoạt động kinh tế biển sôi động, đồng thời cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ ô nhiễm. Việc khảo sát sự phân bố phóng xạ như Poloni-210 giúp đánh giá hiện trạng môi trường và đưa ra các biện pháp quản lý phù hợp.

1.2. Giới thiệu về Poloni 210 và Độc tính

Poloni-210 là một đồng vị phóng xạ tự nhiên thuộc chuỗi phân rã Uranium. Mặc dù nồng độ thấp, độc tính của Poloni-210 gây lo ngại do khả năng gây tổn thương tế bào khi xâm nhập cơ thể. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, Po-210 có thể tích lũy trong sinh vật biển, đặc biệt là các loài nhuyễn thể như ngao và hàu, ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm biển.

II. Thách Thức Ô Nhiễm Phóng Xạ An Toàn Thực Phẩm Biển

Một trong những thách thức lớn nhất trong nghiên cứu ô nhiễm phóng xạ là đánh giá chính xác nguồn gốc và đường đi của các chất phóng xạ trong môi trường. Poloni-210 có thể xâm nhập vào môi trường biển từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm phân rã tự nhiên của Uranium trong trầm tích, hoạt động công nghiệp, và thậm chí cả các nhà máy điện hạt nhân. Việc xác định nguồn gốc của Po-210 là rất quan trọng để có thể đưa ra các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả.

2.1. Nguồn Gốc Phóng Xạ Poloni 210 trong Nước Biển

Nguồn gốc Poloni-210 trong nước biển có thể đến từ phóng xạ tự nhiên, nước thải công nghiệp, và thậm chí cả từ các sự cố hạt nhân. Phân tích đồng vị giúp xác định nguồn gốc chính xác, từ đó có biện pháp kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm.

2.2. Rủi Ro Tích Lũy Sinh Học Poloni 210 ở Sinh Vật Biển

Nghiên cứu cho thấy sinh vật biển, đặc biệt là các loài nhuyễn thể như ngao, hàu, có khả năng tích lũy Poloni-210 từ nước biển và thức ăn. Điều này làm tăng rủi ro phóng xạ cho người tiêu dùng hải sản. Đánh giá mức độ tích lũy và ảnh hưởng đến sức khỏe là cần thiết để đảm bảo an toàn thực phẩm biển.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Phân Tích Phân Bố Poloni 210 Hiệu Quả

Nghiên cứu về sự phân bố Poloni-210 đòi hỏi các phương pháp phân tích phóng xạ tiên tiến và quy trình lấy mẫu nghiêm ngặt. Luận án của Trần Thị Vân đã sử dụng các kỹ thuật như đo phổ alpha để xác định nồng độ Poloni-210 trong các mẫu nước biển, trầm tích, ngao và hàu. Việc áp dụng các phương pháp này đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả nghiên cứu.

3.1. Quy Trình Lấy Mẫu và Xử Lý Mẫu Phóng Xạ

Việc lấy mẫu phải tuân thủ quy trình nghiêm ngặt để tránh nhiễm bẩn và đảm bảo tính đại diện của mẫu. Xử lý mẫu bao gồm cô đặc, tách chiết và chuẩn bị mẫu cho phân tích phóng xạ. Chất lượng của dữ liệu phụ thuộc rất lớn vào quy trình này.

3.2. Đo Lường và Phân Tích Nồng Độ Poloni 210 Bằng Phổ Alpha

Phương pháp phân tích phóng xạ phổ biến là sử dụng phổ alpha để đo năng lượng và xác định nồng độ Poloni-210. Kỹ thuật này cho phép phân tích chính xác nồng độ Poloni-210 trong các mẫu môi trường.

3.3. Xác Định Hệ Số Phân Bố Kd và Tích Lũy CF

Hệ số phân bố (Kd) đánh giá sự phân bố Poloni-210 giữa pha nước và pha rắn (trầm tích). Hệ số tích lũy (CF) cho biết khả năng tích lũy Poloni-210 của sinh vật biển. Các chỉ số này giúp hiểu rõ hơn về sự di chuyển và tích tụ của Poloni-210 trong hệ sinh thái biển.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Phân Bố Poloni 210 ở Vùng Ven Bờ Bắc Bộ

Kết quả nghiên cứu của Trần Thị Vân đã cung cấp các dữ liệu quan trọng về sự phân bố Poloni-210 trong nước biển, trầm tích, ngao và hàu tại vùng ven bờ Bắc Bộ. Nghiên cứu cũng đã chỉ ra mối liên hệ giữa nồng độ Poloni-210 và một số yếu tố môi trường như độ mặn, pH, và hàm lượng chất hữu cơ hòa tan. Những phát hiện này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá rủi ro phóng xạ và quản lý môi trường biển.

4.1. Nồng Độ Poloni 210 trong Nước Biển và Trầm Tích Ven Bờ

Nghiên cứu đã xác định nồng độ Poloni-210 trong nước biển và trầm tích tại các điểm khác nhau ở vùng ven bờ Bắc Bộ. Kết quả cho thấy có sự biến đổi về nồng độ Poloni-210 theo không gian và thời gian, liên quan đến các yếu tố môi trường.

4.2. Tích Lũy Poloni 210 trong Ngao và Hàu

Kết quả cho thấy ngao và hàu có khả năng tích lũy Poloni-210 từ nước biển. Nồng độ Poloni-210 trong các loài này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm kích thước, tuổi, và vị trí địa lý.

4.3. Ảnh Hưởng của Yếu Tố Môi Trường đến Phân Bố Poloni 210

Nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như độ mặn, pH, và hàm lượng chất hữu cơ hòa tan đến sự phân bố Poloni-210. Kết quả cho thấy có mối liên hệ đáng kể giữa các yếu tố này và nồng độ Poloni-210 trong nước biển và sinh vật biển.

V. Ứng Dụng Đánh Giá An Toàn Thực Phẩm và Quản Lý Môi Trường

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để đánh giá an toàn thực phẩm biển và quản lý môi trường biển một cách hiệu quả hơn. Việc xác định mức độ ô nhiễm phóng xạ và nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người là rất quan trọng để đưa ra các biện pháp phòng ngừa và bảo vệ. Các dữ liệu thu thập được cũng có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình dự báo và quản lý rủi ro trong tương lai.

5.1. Đánh Giá Rủi Ro Phơi Nhiễm Phóng Xạ từ Hải Sản

Dựa trên nồng độ Poloni-210 trong sinh vật biển và thói quen tiêu thụ hải sản của người dân, nghiên cứu có thể ước tính rủi ro phơi nhiễm phóng xạ đối với người tiêu dùng. Điều này giúp xác định các nhóm dân cư dễ bị ảnh hưởng và đưa ra các khuyến nghị về tiêu thụ hải sản an toàn.

5.2. Đề Xuất Giải Pháp Quản Lý Môi Trường Biển Bền Vững

Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng để đề xuất các giải pháp quản lý môi trường biển bền vững. Điều này bao gồm kiểm soát nguồn thải, bảo vệ các khu vực nhạy cảm, và nâng cao nhận thức cộng đồng về an toàn thực phẩm biển.

VI. Kết Luận Tương Lai Hướng Nghiên Cứu Poloni 210 Mới

Nghiên cứu về sự phân bố Poloni-210 trong môi trường biển vẫn còn nhiều thách thức và cơ hội phát triển. Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu để hiểu rõ hơn về động học phóng xạ của Poloni-210, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sự phân bố phóng xạ, và các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm phóng xạ hiệu quả. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học, các nhà quản lý, và cộng đồng là rất quan trọng để bảo vệ môi trường biển và đảm bảo an toàn thực phẩm cho các thế hệ tương lai.

6.1. Tổng kết và Nhấn mạnh tầm quan trọng

Nghiên cứu này đã cung cấp dữ liệu nền quan trọng về sự phân bố Poloni-210 ở vùng ven bờ Bắc Bộ, góp phần vào việc đánh giá rủi ro phóng xạ và quản lý môi trường biển. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo an toàn thực phẩm.

6.2. Hướng nghiên cứu tương lai về Poloni 210

Các hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về động học phóng xạ của Poloni-210, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sự phân bố phóng xạ, và các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm phóng xạ hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ khoa học môi trường của nghiên cứu sinh Trần Thị Vân thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (năm 2019) thuộc chuyên ngành Môi trường đất và nước (mã số: 9440301.02), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Bùi Duy Cam và TS. Đặng Đức Nhận.

Về tính cấp thiết, đồng vị phóng xạ Poloni-210 ($^{210}\text{Po}$) là sản phẩm phân rã alpha ($\alpha$) mang năng lượng 5,304 MeV với chu kỳ bán rã 138,4 ngày, giữ vị trí đồng vị phóng xạ cuối cùng của chuỗi phân rã tự nhiên Urani-238 ($^{238}\text{U}$) trước khi chuyển thành Chì-206 ($^{206}\text{Pb}$) bền. Mặc dù tồn tại ở mức nồng độ vết trong tự nhiên, $^{210}\text{Po}$ kết hợp độc tính của kim loại nặng và tác động ion hóa mạnh của bức xạ alpha khi xâm nhập vào cơ thể sinh vật qua chuỗi thức ăn, hình thành liều chiếu trong. Về mặt thực tiễn, việc Trung Quốc xây dựng và vận hành nhà máy điện hạt nhân tại thành phố cảng Phòng Thành, cách thành phố Móng Cái (tỉnh Quảng Ninh) khoảng 60 km theo đường chim bay, đặt ra yêu cầu phải thiết lập bộ cơ sở dữ liệu nền phông bức xạ môi trường biển ven bờ vịnh Bắc Bộ trước khi nhà máy đi vào hoạt động.

Về khoảng trống nghiên cứu, các công trình trước đây tại Việt Nam chỉ sử dụng $^{210}\text{Po}$ ở mức độ phân tích cân bằng phóng xạ với $^{210}\text{Pb}$ nhằm xác định tốc độ bồi lấp cửa sông, lòng hồ hoặc cảng biển. Chưa có công bố nào nghiên cứu có hệ thống về sự phân bố của $^{210}\text{Po}$ trong nước biển ven bờ, trầm tích và động vật nhuyễn thể hai mảnh vỏ, cũng như chưa có tính toán định lượng về mức đóng góp của $^{210}\text{Po}$ vào liều hiệu dụng chiếu trong hàng năm qua tiêu thụ lương thực - thực phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm 4 nội dung cụ thể:

1. Tạo được bộ dữ liệu nền phông phóng xạ của $^{210}\text{Po}$ trong môi trường nước - trầm tích - ngao (Meretrix meretrix), hàu (Crassostrea gigas) ở vùng nước biển ven bờ khu vực Bắc Bộ.
2. Làm rõ được sự phân bố trong pha nước - pha rắn (pha hạt) của nhân phóng xạ $^{210}\text{Po}$ trong môi trường nước biển ven bờ khu vực Bắc Bộ. Xem xét ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến sự phân bố của nhân phóng xạ $^{210}\text{Po}$ trong môi trường nước biển - vật chất lơ lửng - trầm tích.
3. Đánh giá được khả năng vận chuyển của nhân phóng xạ $^{210}\text{Po}$ từ môi trường nước biển ven bờ khu vực Bắc Bộ vào trong ngao, hàu. Xem xét ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến khả năng vận chuyển nhân phóng xạ $^{210}\text{Po}$ vào ngao, hàu.
4. Xác định được mức đóng góp của nhân phóng xạ $^{210}\text{Po}$ vào liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm do ăn lương thực thực phẩm của công chúng vùng đồng bằng duyên hải Bắc Bộ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước biển tầng mặt, trầm tích bề mặt (0–5 cm), ngao (Meretrix meretrix), hàu (Crassostrea gigas) thương phẩm và 19 loại lương thực - thực phẩm chủ yếu trong khẩu phần ăn của cư dân đồng bằng Bắc Bộ (gạo, ngô, sắn, rau, củ, hoa quả, thịt gia súc, gia cầm, trứng, cá nước ngọt, cá biển).
• Phạm vi không gian: Vùng biển ven bờ 3 địa phương Bắc Bộ gồm tỉnh Quảng Ninh (Vịnh Hạ Long, Vịnh Bãi Tử Long, Tiên Yên, Móng Cái), thành phố Hải Phòng (đảo Cát Bà) và tỉnh Thái Bình (cửa sông Ba Lạt, huyện Tiền Hải).
• Phạm vi thời gian: Hai đợt lấy mẫu thực địa đại diện theo mùa khí hậu: cuối mùa mưa năm 2014 (tháng 8 – tháng 9/2014) và cuối mùa khô năm 2015 (tháng 4 – tháng 5/2015).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã điểm lại các công trình nghiên cứu về phóng xạ môi trường, sinh - địa hóa và chu trình vận chuyển của $^{210}\text{Po}$ trên thế giới và ở Việt Nam:

Các hướng nghiên cứu quốc tế được trích dẫn:

• Về nguồn gốc và cơ chế rơi lắng: Các nghiên cứu của Paatero và cộng sự (2010), Ioannidou và cộng sự (2011) chỉ ra nồng độ hoạt độ của $^{210}\text{Pb}$ và $^{210}\text{Po}$ trong rơi lắng khí quyển thay đổi theo mùa, đạt giá trị thấp nhất vào mùa mưa (tháng 7–8) và cao nhất vào mùa khô (tháng 11 đến tháng 2 năm sau). Báo cáo của Ủy ban Khoa học của Liên hợp quốc về tác động của bức xạ nguyên tử (UNSCEAR, 2000) thống kê tổng lượng $^{210}\text{Po}$ phát sinh từ hoạt động công nghiệp trên toàn cầu đạt khoảng 660 $\text{GBq}\cdot\text{năm}^{-1}$, trong đó khai thác và chế biến quặng phosphat chiếm 490 $\text{GBq}\cdot\text{năm}^{-1}$.
• Về tính chất thủy - địa hóa và quá trình tái nhập từ trầm tích: Nghiên cứu của Benoit và Hemond (1990) chứng minh $^{210}\text{Po}$ trong điều kiện trầm tích lòng hồ thiếu oxy có thể bị khử từ dạng $\text{Po(IV)}$ khó tan thành $\text{Po(II)}$ dễ tan và tái nhập trở lại pha nước cùng với sự chuyển hóa của mangan. Kim và cộng sự, Shannon và Cherry phân tích sự mất cân bằng phóng xạ giữa $^{210}\text{Po}$ và $^{210}\text{Pb}$ trong cột nước mặt biển do ái lực mạnh của $^{210}\text{Po}$ với các hạt lơ lửng và vật chất hữu cơ.
• Về tích lũy sinh học và chuỗi thức ăn: Stewart và Fisher (2003a, 2003b) chứng minh $^{210}\text{Po}$ xâm nhập vào tế bào chất của thực vật phù du rất nhanh (đạt cân bằng sau 0,6 ngày), hiệu quả đồng hóa ở động vật ăn thực vật đạt 17% ở vẹm xanh và từ 20% đến 55% ở động vật phù du. Heyraud (1976), Cherry (1989), Cherry và Shannon (1974) ghi nhận $^{210}\text{Po}$ tập trung cao ở các cơ quan nội tạng tiêu hóa, đạt mức 150.000 $\text{Bq}\cdot\text{kg}^{-1}\text{dw}$ trong gan - tụy của giáp xác. Đánh giá của Pentreath (1988) cho thấy trong khẩu phần ăn hải sản, $^{210}\text{Po}$ đóng góp tới khoảng 75% tổng liều chiếu trong từ các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Carvalho (1995, 2011), McDonald và cộng sự (1993), Germain và cộng sự (1995), Charmasson và cộng sự (1999) đã công bố các giá trị nồng độ hoạt độ, hệ số phân bố $K_d$ và hệ số tích lũy $CF$ cho nhiều loài thủy sinh vật.
• Các ấn phẩm hướng dẫn của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA): TRS 247 (1985), TRS 422 (2004) đưa ra các giá trị tham chiếu cho hệ số phân bố $K_d$ của poloni trong vùng biển rìa đại dương là $2\times 10^7\text{ L}\cdot\text{kg}^{-1}$ và hệ số tích lũy $CF$ cho động vật thân mềm là $1\times 10^4\text{ L}\cdot\text{kg}^{-1}\text{fw}$.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu phóng xạ môi trường nước trước đây mới chỉ dừng lại ở việc dùng phương pháp chì-210 ($^{210}\text{Pb}$) qua cân bằng với $^{210}\text{Po}$ để tính tốc độ bồi lấp cơ học (Nguyễn Hào Quang và cộng sự, 2005; Phan Sơn Hải và cộng sự, 2004; Đặng Đức Nhận và cộng sự, 2004).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Luận án bổ sung các số liệu thực nghiệm nguyên gốc về nồng độ hoạt độ của $^{210}\text{Po}$ trong nước biển, trầm tích ven bờ và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ở vùng biển ven bờ miền Bắc Việt Nam; thực hiện đo đạc và xác định hệ số phân bố $K_d$ giữa pha nước - pha rắn trong điều kiện môi trường ven bờ chịu ảnh hưởng bởi dòng chảy lục địa (nơi độ muối, pH và hàm lượng cacbon hữu cơ hòa tan DOC biến động theo mùa); đồng thời xác định hệ số tích lũy sinh học $CF$ trên ngao và hàu và tính toán liều chiếu trong thực tế từ chế độ dinh dưỡng của cộng đồng dân cư địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên: Poloni-210 thuộc chuỗi $^{238}\text{U}$, được hình thành qua các nhân trung gian gồm $^{226}\text{Ra}$, $^{222}\text{Rn}$ và $^{210}\text{Pb}$. Khái niệm $^{210}\text{Po}$ "được hỗ trợ" (supported) dùng để chỉ lượng đồng vị sinh ra trực tiếp tại chỗ từ sự phân rã của khoáng vật chứa $^{238}\text{U}$ trong đất đá, trầm tích. Khái niệm $^{210}\text{Po}$ "không được hỗ trợ" (unsupported) chỉ phần đồng vị tạo thành từ khí radon ($^{222}\text{Rn}$) thoát vào khí quyển, phân rã tạo thành $^{210}\text{Pb}$ và $^{210}\text{Po}$ rồi theo sol khí rơi lắng khô hoặc rơi lắng ướt xuống bề mặt nước biển.
• Lý thuyết cân bằng pha và vận chuyển hạt nhân: Trong môi trường nước, poloni tồn tại chủ yếu ở trạng thái $\text{Po(IV)}$ có tính thủy phân mạnh, dễ tạo keo và hấp phụ lên các hạt vật chất lơ lửng, oxit sắt-mangan hoặc chất hữu cơ. Sự phân bố giữa pha hạt và pha hòa tan được mô tả qua hệ số phân bố: $$K_d = \frac{C_s}{C_w}$$ Trong đó $C_s$ là nồng độ hoạt độ trong pha rắn/trầm tích ($\text{Bq}\cdot\text{kg}^{-1}\text{dw}$) và $C_w$ là nồng độ hoạt độ trong pha hòa tan ($\text{Bq}\cdot\text{L}^{-1}$).
• Lý thuyết tích lũy sinh học: Mức độ làm giàu hạt nhân phóng xạ từ nước vào mô mềm sinh vật được biểu thị qua hệ số tích lũy: $$CF = \frac{C_{biota}}{C_w}$$ Trong đó $C_{biota}$ là nồng độ hoạt độ trong mô sinh vật tươi ($\text{Bq}\cdot\text{kg}^{-1}\text{fw}$) và $C_w$ là nồng độ hoạt độ trong nước biển ($\text{Bq}\cdot\text{L}^{-1}$).
• Mô hình đánh giá liều bức xạ: Liều hiệu dụng chiếu trong hàng năm ($E_{in}$, đơn vị $\mu\text{Sv}\cdot\text{năm}^{-1}$) đối với người trưởng thành được xác định theo mô hình của Ủy ban Bảo vệ bức xạ ion hóa quốc tế (ICRP) và UNSCEAR dựa trên khối lượng tiêu thụ từng loại lương thực - thực phẩm và hệ số chuyển đổi liều cho từng đồng vị phóng xạ khi hấp thụ qua đường tiêu hóa.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Lấy mẫu hiện trường:
  • Mẫu nước biển: Lấy 10 lít bằng gầu múc ở độ sâu 0,5 m khi triều cường (cột nước 3–3,5 m; riêng khu vực Cát Bà cột nước khoảng 5 m), cách bờ 1 km. Mẫu được bảo quản trong can nhựa polyethylene mật độ cao (HDPE).
  • Mẫu trầm tích: Thu thập lớp bề mặt (0–5 cm) tại cùng vị trí lấy mẫu nước vào thời điểm triều kiệt bằng gầu chuyên dụng, lưu trữ trong lọ thủy tinh tối màu nắp nhám.
  • Mẫu hàu và ngao: Thu thập mẫu thương phẩm tại các bãi nuôi địa phương (riêng Thái Bình là bãi triều quảng canh). Kích thước ngao: dài $4(\pm 1)\text{ cm}\times\text{rộng }3(\pm 1)\text{ cm}\times\text{cao }1(\pm 0,5)\text{ cm}$; kích thước hàu: $9(\pm 2)\text{ cm}\times 5(\pm 1)\text{ cm}\times 1,5(\pm 1)\text{ cm}$. Khối lượng 6 kg/điểm, rửa sạch bùn cát, bảo quản lạnh bằng thùng xốp cách nhiệt.
  • Mẫu lương thực - thực phẩm: Thu thập tại ruộng, ao, hộ gia đình theo danh mục khẩu phần ăn của Viện Dinh dưỡng (Bộ Y tế) gồm ngũ cốc, rau củ, thịt, trứng, cá.
• Xử lý mẫu trong phòng thí nghiệm:
  • Kiểm soát nhiệt độ: Do poloni có tính bay hơi cao dính kèm phân tử kép $\text{Po}_2$ ngay từ nhiệt độ thấp, toàn bộ quá trình xử lý, làm bay hơi dung dịch mẫu được kiểm soát nghiêm ngặt không vượt quá 100 °C.
  • Sấy khô mẫu sinh vật và thực phẩm ở 80 °C đến khối lượng không đổi để tính tỷ lệ khối lượng khô ($\text{dw}$) trên khối lượng tươi ($\text{fw}$). Một phần mẫu thực phẩm được tro hóa ở 450 °C trong 5 giờ để làm giàu nồng độ phục vụ đo đạc $^{90}\text{Sr}$ và $^{239+240}\text{Pu}$.
• Kỹ thuật phân tích phóng xạ:
  • Đo hoạt độ alpha của $^{210}\text{Po}$ và $^{239+240}\text{Pu}$: Sử dụng hệ phổ kế alpha Alpha Spectrometer Model 7200-02 (Canberra, Mỹ) tích hợp đầu dò bán dẫn PIPS. Sử dụng chất đánh dấu nội chuẩn $^{209}\text{Po}$ để hiệu chỉnh hiệu suất thu hồi hóa học. Kiểm soát chất lượng thông qua mẫu chuẩn quốc tế IAEA-CU-2006-02.
  • Đo hoạt độ gamma: Sử dụng đầu dò Germani siêu tinh khiết (HPGe) ghép nối hệ phổ kế Canberra, giải phổ 40 keV đến 3 MeV, độ phân giải 1,0 keV. Mẫu sấy khô được đóng kín trong bình 3pi-Marinelli trong thời gian tối thiểu 3 tuần để đảm bảo cân bằng phóng xạ. Thời gian đo phổ trên 24 giờ để sai số thống kê dưới $\pm 10%$. Nhận diện $^{210}\text{Pb}$ tại đỉnh 46 keV, $^{234}\text{Th}$ tại 63 keV, $^{137}\text{Cs}$ tại 661 keV, $^{40}\text{K}$ tại 1,46 MeV.
  • Đo hoạt độ beta: Xác định $^{90}\text{Sr}$ thông qua phân rã của nhân con $^{90}\text{Y}$ bằng máy đếm tổng alpha/beta phông thấp và kiểm chứng bằng thiết bị đếm nhấp nháy lỏng Tri-Carb 3770 (hãng Packard/PerkinElmer).
• Đo thông số môi trường hiện trường: Sử dụng máy đo đa chỉ tiêu WTW Multi197i với điện cực SenTix 41 (đo pH) và Tetracon 96 (đo độ mặn, ion $\text{Cl}^-$).

Nguồn tư liệu và số lượng mẫu phân tích

Tổng số mẫu phân tích hoạt độ phóng xạ $^{210}\text{Po}$ trong nghiên cứu là 103 mẫu, phân bố tại ba địa phương theo bảng sau:

STT	Địa điểm nghiên cứu	Nước biển (mẫu)	Trầm tích (mẫu)	Hàu (mẫu)	Ngao (mẫu)	Lương thực - thực phẩm (mẫu)	Tổng cộng (mẫu)
1	Thái Bình	6	6	6	6	1	25
2	Hải Phòng	6	6	6	6	2	26
3	Quảng Ninh	16	16	2	2	16	52
Tổng		28	28	14	14	19	103

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về phóng xạ trong môi trường

Chương này thiết lập nền tảng lý thuyết về phóng xạ tự nhiên và nhân tạo, tập trung vào đồng vị $^{210}\text{Po}$. Tác giả làm rõ các nguồn gốc phát sinh poloni trong môi trường gồm phân rã tự nhiên từ chuỗi $^{238}\text{U}$, rơi lắng sol khí từ khí quyển (trong đó bụi núi lửa đóng góp khoảng 50% vào tầng đối lưu), và phát thải công nghiệp (nung quặng apatit, đốt than nhiệt điện, khai thác dầu khí).

Về mặt hóa lý, poloni là kim loại nhóm VI, không có đồng vị bền, có 42 đồng vị phóng xạ với khối lượng nguyên tử từ 186 đến 227. Đồng vị $^{210}\text{Po}$ có hoạt độ riêng rất cao ($16,6\text{ Ci}\cdot\text{mg}^{-1}$), phát hạt alpha 5,304 MeV kèm bức xạ gamma giật lùi yếu ở đỉnh 0,803 MeV (hiệu suất $1,2\times 10^{-3}%$). Chương tổng hợp số liệu công bố quốc tế về nồng độ $^{210}\text{Po}$ trong nước biển và nhuyễn thể hai mảnh vỏ:

Vùng biển trên thế giới	Nồng độ $^{210}\text{Po}$ trong nước biển ($\text{mBq}\cdot\text{L}^{-1}$)	Loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ	Nồng độ $^{210}\text{Po}$ trong sinh vật ($\text{Bq}\cdot\text{kg}^{-1}$)
Nam Đại Tây Dương	0,74 (0,30 – 1,5)	Vẹm xanh (Perna viridis, Malaysia)	45,69 – 96,44 (fw)
Đông Bắc Thái Bình Dương	$1,1 \pm 0,37$	Vẹm xanh (Perna perna, Brazil)	363 (dw)
Tây Bắc Thái Bình Dương	$1,90 \pm 0,07$	Trai Địa Trung Hải (M. galloprovincialis, Monaco)	428 – 459 (dw)
Biển Ai-len	1,1 – 3,08	Trai xanh (Mytilus edulis, Đan Mạch)	$149 \pm 82$ (dw)
Biển Bắc Trung Quốc	1,6 – 2,8	Vẹm xanh (Perna perna, Nam Ấn Độ)	78,09 – 320 (fw)

Chương cũng phân tích cơ chế hấp thu và độc học: $^{210}\text{Po}$ liên kết chọn lọc với nhóm sulfhydryl của protein mô mềm, tích tụ ưu tiên tại gan, thận, tụy và cơ quan tiêu hóa. Đánh giá của Pentreath chỉ ra rằng chế độ ăn nhiều hải sản có thể dẫn đến liều chiếu hàng năm khoảng 200 rem từ bức xạ tự nhiên, trong đó $^{210}\text{Po}$ chiếm tỷ trọng áp đảo (~75%).

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết cơ sở khoa học lựa chọn 3 trạm nghiên cứu đại diện cho các điều kiện sinh thái ven bờ Bắc Bộ:

• Tỉnh Quảng Ninh: Đại diện khu vực chịu sức ép công nghiệp khai thác than quy mô 42 triệu tấn/năm, các nhà máy nhiệt điện than (Uông Bí 710 MWe, Cẩm Phả 260 MWe), nhà máy xi măng và là điểm tiếp giáp gần nhất với Nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành (Trung Quốc).
• Cửa sông Ba Lạt (Thái Bình): Đại diện khu vực cửa sông ven biển chịu tải lượng lớn trầm tích, chất hữu cơ và phù sa rửa trôi từ hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, mang theo dư lượng phân bón phosphat và đất xói mòn từ thượng nguồn.
• Đảo Cát Bà (Hải Phòng): Khu vực đảo sinh thái, ít hoạt động công nghiệp khai khoáng và không chịu tác động trực tiếp của các dòng sông lớn, đóng vai trò trạm đối chứng môi trường.

Về đối tượng sinh học, ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) được chọn do đời sống cố định ở giai đoạn trưởng thành, phương thức bắt mồi lọc hút đáy, diện tích nuôi trồng lớn dọc vịnh Bắc Bộ (quy hoạch đạt 12.695 ha và sản lượng 200.250 tấn vào năm 2020), đóng vai trò sinh vật chỉ thị tích lũy ô nhiễm phóng xạ. Chương quy định quy trình chuẩn bị mẫu, kỹ thuật đo hoạt độ trên hệ phổ kế alpha Canberra Model 7200-02 sử dụng chất nội chuẩn $^{209}\text{Po}$, phổ kế gamma HPGe, các công thức xác định hệ số phân bố $K_d$, hệ số tích lũy $CF$ và quy trình bảo đảm chất lượng (QA/QC) với mẫu chuẩn IAEA-CU-2006-02.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận khoa học theo các nội dung chính:

• Sự phân bố của $^{210}\text{Po}$ trong nước biển và trầm tích: Xác định dải nồng độ hoạt độ của $^{210}\text{Po}$ trong nước biển ven bờ ($\text{mBq}\cdot\text{L}^{-1}$) và trầm tích đáy ($\text{Bq}\cdot\text{kg}^{-1}\text{dw}$) tại các trạm qua 2 mùa. Tính toán giá trị hệ số phân bố $K_d(s)$ giữa pha hạt/trầm tích và pha nước, so sánh với giá trị khuyến cáo của IAEA ($2\times 10^7\text{ L}\cdot\text{kg}^{-1}$).
• Ảnh hưởng của các thông số môi trường đến hệ số $K_d$:
  • Hàm lượng hợp chất hữu cơ hòa tan (DOC): Phân tích tương quan giữa $K_d(s)$ và DOC vào mùa mưa 2014 và mùa khô 2015, làm rõ cơ chế tạo phức giữa poloni và các đại phân tử hữu cơ hòa tan làm thay đổi tỷ lệ tồn tại giữa pha lỏng và pha bám dính.
  • Độ mặn và nồng độ ion $\text{Cl}^-$: Đánh giá tương quan nghịch giữa độ mặn với sự phân bố và tích lũy phóng xạ, giải thích qua cơ chế cạnh tranh phối tử của ion clorua với poloni.
  • Độ pH: Khảo sát tương quan giữa pH nước biển (dao động tại các vùng cửa sông và biển hở) với hoạt độ $^{210}\text{Po}$ và hệ số $K_d$.
• Mô hình nguồn gốc $^{210}\text{Po}$: Áp dụng mô hình khối mô tả các thành phần nguồn phát sinh $^{210}\text{Po}$ dựa trên sự mất cân bằng phóng xạ với $^{238}\text{U}$ và $^{210}\text{Pb}$, phân định tỷ trọng giữa nguồn rơi lắng không khí và nguồn xói mòn lục địa.
• Tích lũy sinh học trong ngao và hàu: Xác định nồng độ hoạt độ của $^{210}\text{Po}$ trong phần thịt tươi ngao và hàu tại các điểm nghiên cứu. Tính toán hệ số tích lũy sinh học $CF$ ($\text{L}\cdot\text{kg}^{-1}\text{fw}$), ghi nhận tương quan đồng biến với pH và tương quan nghịch biến với nồng độ ion $\text{Cl}^-$. So sánh giá trị lọc hút sinh học và hệ số $CF$ thu được với dữ liệu quốc tế.
• Đánh giá liều chiếu trong đối với công chúng: Đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên ($^{210}\text{Po}$, $^{210}\text{Pb}$, $^{226}\text{Ra}$, $^{232}\text{Th}$, $^{40}\text{K}$) và nhân tạo ($^{137}\text{Cs}$, $^{90}\text{Sr}$, $^{239+240}\text{Pu}$) trong 19 loại lương thực - thực phẩm. Xác định hệ số vận chuyển $TF$ và tính toán liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm ($\mu\text{Sv}\cdot\text{năm}^{-1}$) cho người trưởng thành đồng bằng Bắc Bộ, xác định tỷ lệ đóng góp của $^{210}\text{Po}$ so với các đồng vị phóng xạ khác.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả và đóng góp mới của luận án bao gồm:

• Lần đầu tiên thiết lập được bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm về hiện trạng nền phông phóng xạ alpha của đồng vị $^{210}\text{Po}$ trong nước biển ven bờ, trầm tích bề mặt và hai loài động vật nhuyễn thể hai mảnh vỏ phổ biến là ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) tại vùng biển ven bờ khu vực Bắc Bộ (tỉnh Thái Bình, thành phố Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh).
• Xác định được giá trị thực nghiệm của hệ số phân bố $K_d$ giữa pha nước và trầm tích biển ven bờ trong điều kiện thủy - địa hóa đặc thù của miền Bắc Việt Nam (chịu ảnh hưởng đan xen của dòng rửa trôi lục địa, biến thiên độ mặn, pH và hàm lượng chất hữu cơ hòa tan theo mùa).
• Xác định được hệ số tích lũy sinh học $CF$ của $^{210}\text{Po}$ đối với ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas); thiết lập mối tương quan giữa khả năng tích lũy sinh học của hai loài này với độ mặn (nồng độ ion $\text{Cl}^-$) và pH nước biển.
• Định lượng được mức đóng góp của $^{210}\text{Po}$ trong tổng liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm đối với người trưởng thành tại vùng đồng bằng duyên hải Bắc Bộ thông qua con đường tiêu thụ lương thực - thực phẩm thường nhật.
• Kiến nghị thực tiễn: Đề xuất sử dụng bộ số liệu của luận án làm phông nền bức xạ chuẩn để đối chiếu, theo dõi và giám sát tác động môi trường biển xuyên biên giới khi Nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành (Trung Quốc) đi vào vận hành thương mại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Phạm vi không gian mới tập trung khảo sát tại 3 tỉnh/thành phố ven bờ Bắc Bộ (Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình), chưa mở rộng ra toàn bộ dải ven biển miền Trung và miền Nam.
• Chuỗi thời gian quan trắc thực địa thực hiện trong 2 đợt đại diện (cuối mùa mưa 2014 và cuối mùa khô 2015), chưa có điều kiện quan trắc liên tục theo từng tháng trong nhiều năm liên tiếp.
• Đối tượng thủy sinh chỉ thị tập trung vào hai loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ ăn lọc, chưa mở rộng phân tích các bậc dinh dưỡng cao hơn trong chuỗi thức ăn như cá tầng nổi, cá tầng đáy hay các loài giáp xác biển sâu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Tiếp tục mở rộng mạng lưới trắc quan phóng xạ môi trường biển ven bờ định kỳ hàng năm nhằm cập nhật diễn biến phông bức xạ sau khi các tổ máy của Nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành vận hành hết công suất.
• Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh hóa liên kết giữa $^{210}\text{Po}$ với các phân đoạn protein đặc hiệu trong mô cơ quan của động vật thủy sản.

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Hóa phóng xạ, Sinh thái biển: Tham khảo quy trình phân tích thực nghiệm xác định hạt nhân phát alpha ở mức nồng độ vết, kỹ thuật kiểm soát nhiệt độ tránh bay hơi poloni, phương pháp chuẩn hóa phổ kế alpha với đầu dò PIPS sử dụng chất đánh dấu nội chuẩn $^{209}\text{Po}$ và phương pháp xác định hệ số phân bố $K_d$, hệ số tích lũy $CF$.
• Cơ quan quản lý nhà nước về an toàn bức xạ và hạt nhân (Cục An toàn bức xạ và hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam): Sử dụng bộ số liệu nền phông phóng xạ của luận án làm tài liệu đối chiếu kỹ thuật trong công tác kiểm soát an toàn bức xạ môi trường vùng biển biên giới Đông Bắc.
• Cơ quan quản lý an toàn thực phẩm và y tế công cộng: Tham khảo bảng số liệu đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trong 19 loại lương thực - thực phẩm để phục vụ đánh giá liều bức xạ chiếu trong và xây dựng các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn bức xạ đối với hải sản nuôi trồng ven bờ.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồng vị Poloni-210 có những đặc tính vật lý và độc tính phóng xạ nào đáng chú ý?

Poloni-210 là đồng vị phóng xạ cuối cùng của chuỗi phân rã tự nhiên Urani-238, có chu kỳ bán rã 138,4 ngày, phân rã alpha 100% với mức năng lượng 5,304 MeV kèm bức xạ gamma giật lùi 0,803 MeV nhưng suất phát rất thấp ($1,2\times 10^{-3}%$). Poloni-210 có hoạt độ riêng rất cao ($16,6\text{ Ci}\cdot\text{mg}^{-1}$), phát nhiệt lượng $140\text{ W}\cdot\text{g}^{-1}$. Độc tính của $^{210}\text{Po}$ là độc tính kép: vừa mang tính chất độc của một kim loại nặng, vừa mang độc tính bức xạ ion hóa mật độ cao của chùm hạt alpha khi đi vào cơ thể qua đường tiêu hóa và hô hấp, gây liều chiếu trong tác động trực tiếp lên cấu trúc tế bào nội mô, tủy xương và ADN.

2. Tại sao trong quy trình xử lý hóa phóng xạ để phân tích Poloni-210, nhiệt độ mẫu tuyệt đối không được vượt quá 100 °C?

Poloni là nguyên tố có tính chất dễ bay hơi. Ngay ở nhiệt độ phòng (25 °C), khoảng 50% lượng poloni có thể bị bay hơi trong vòng 45 giờ dưới dạng phân tử kép $\text{Po}_2$. Do đó, trong các khâu xử lý hóa học như phân hủy mẫu, cô cạn hoặc chiết tách dung dịch, việc duy trì nhiệt độ dưới 100 °C là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc để tránh thất thoát hoạt độ của đồng vị phóng xạ, bảo đảm độ chính xác của phép phân tích định lượng.

3. Phân biệt khái niệm Poloni-210 "được hỗ trợ" (supported) và "không được hỗ trợ" (unsupported) trong môi trường biển?

• $^{210}\text{Po}$ "được hỗ trợ" (supported) là phần hoạt độ poloni được tạo ra liên tục từ sự phân rã phóng xạ của các đồng vị mẹ đứng trước trong chuỗi tự nhiên $^{238}\text{U}$ nằm sẵn trong thành phần khoáng vật của trầm tích hoặc đất đá lục địa.
• $^{210}\text{Po}$ "không được hỗ trợ" (unsupported) là phần hoạt độ poloni sinh ra từ khí radon ($^{222}\text{Rn}$) thoát ly từ mặt đất vào khí quyển, phân rã độc lập thành $^{210}\text{Pb}$ và $^{210}\text{Po}$ cắt rời khỏi chuỗi khoáng vật nguồn, sau đó lắng đọng xuống biển qua rơi lắng khô hoặc rơi lắng ướt theo nước mưa.

4. Vì sao ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu tích lũy sinh học?

Ngao và hàu là động vật thân mềm nhuyễn thể hai mảnh vỏ có tập tính sống vùi hoặc cố định đáy khi trưởng thành, phương thức dinh dưỡng là hút lọc nước biển và hạt lơ lửng, có khả năng tích hợp mức độ ô nhiễm môi trường cục bộ qua thời gian dài. Chúng có hệ số tích lũy sinh học ($CF$) cao đối với các chất ô nhiễm (từ $10^3$ đến $10^5$), cao hơn nhiều loài thủy sinh khác. Về mặt kinh tế - xã hội, đây là hai đối tượng nuôi trồng thủy sản chủ lực với quy hoạch hơn 12.695 ha tại ven biển Bắc Bộ, là nguồn thực phẩm được tiêu thụ thường xuyên của người dân, đóng vai trò mắt xích chuyển tiếp hạt nhân phóng xạ vào cơ thể con người.

5. Luận án sử dụng trang thiết bị và kỹ thuật nào để định lượng nồng độ hoạt độ của Poloni-210?

Luận án sử dụng hệ phổ kế alpha chuyên dụng Alpha Spectrometer Model 7200-02 (Alpha Analyst, hãng Canberra, Mỹ) trang bị đầu dò bán dẫn PIPS. Để định lượng chính xác hiệu suất thu hồi hóa học của quá trình xử lý mẫu, tác giả sử dụng đồng vị phóng xạ $^{209}\text{Po}$ làm chất đánh dấu nội chuẩn và kiểm soát chất lượng phân tích thông qua mẫu chuẩn môi trường biển quốc tế IAEA-CU-2006-02.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Thị Vân đã xây dựng thành công bộ dữ liệu thực nghiệm về nồng độ và sự phân bố của đồng vị phóng xạ alpha $^{210}\text{Po}$ trong nước biển, trầm tích và sinh vật chỉ thị ven bờ Bắc Bộ. Công trình đã xác định các thông số khoa học gồm hệ số phân bố $K_d$ và hệ số tích lũy sinh học $CF$, đồng thời làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như độ mặn, pH và cacbon hữu cơ hòa tan tới hành vi sinh thái của poloni. Kết quả tính toán liều hiệu dụng chiếu trong từ chuỗi thức ăn cung cấp căn cứ định lượng khẳng định mức độ an toàn bức xạ đối với sức khỏe cộng đồng, đồng thời tạo lập cơ sở dữ liệu phông nền phục vụ việc theo dõi môi trường phóng xạ khu vực biên giới biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Poloni-210 (Po-210, 210Po) là một đồng vị phóng xạ của nguyên tố Poloni (Po), có thời gian bán rã 138,4 ngày, phân rã alpha (α) với năng lƣợng 5,304 MeV (100%) và là đồng vị phóng xạ cuối cùng của chuỗi phóng xạ tự nhiên Urani-238 (238U). Do đó, trong tự nhiên 210Po có mặt ở mọi nơi với mức độ khác nhau và phụ thuộc vào mức độ đồng vị mẹ 238U có mặt trong môi trƣờng. Trong phòng thí nghiệm, 210Po đƣợc tổng hợp thông qua việc bắn phá đồng vị 209Bi bởi nơtron từ lò phản ứng hạt nhân hoặc máy gia tốc để biến đổi 209 Bi thành 210Bi, sau đó phân rã beta (β) tạo thành 210Po.

Ngoài ra, các hoạt động sản xuất của con ngƣời nhƣ nung quặng apatit để sản xuất phốt pho, đốt than, sử dụng phân bón phốt phát (phân lân), v.v… cũng góp phần làm tăng hàm lƣợng 210Po trong môi trƣờng. Luận án tiến sĩ Môi trường Nghiên cứu về 210Po trong môi trƣờng thủy quyển nói chung cũng nhƣ hành vi của nó trong môi trƣờng nƣớc biển nói riêng đã đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu trong 50 năm gần đây. Ban đầu, mối quan tâm nghiên cứu về poloni là độ phóng xạ alpha của nó trong một số sinh vật biển là tƣơng đối cao so với sinh vật trên cạn do đóng góp của poloni từ nƣớc và động - thực vật phù du. Khám phá này dẫn tới thúc đẩy các nghiên cứu tìm hiểu về khả năng vận chuyển, tích lũy nhân phóng xạ poloni giữa các sinh vật biển và về liều bức xạ mà con ngƣời có thể phải tiếp nhận do ăn hải sản theo chuỗi thức ăn [97, 112].

Mặc dù trong tự nhiên, Po-210 chỉ tồn tại ở mức vết, nhƣng do đặc tính đồng thời có cả độc tính của một kim loại nặng và cả độc tính của một đồng vị phóng xạ phân rã alpha (α) với năng lƣợng cao, nên khi Po-210 đi vào bên trong cơ thể sống sẽ rất độc bởi gây ra liều chiếu trong. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về Po-210 trong môi trƣờng nƣớc mới chỉ dừng lại ở mức phân tích hàm lƣợng của chúng trong trầm tích để xác định tốc độ bồi lấp cửa sông, lòng hồ hoặc bến cảng bằng phƣơng pháp sử dụng 9 chì-210 (210Pb) [5,6, 7, 36]. Hiện ở Việt Nam, chƣa có công bố khoa học nào về phân bố 210Po trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ và các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ nói riêng, cũng nhƣ việc tính toán mức đóng góp của 210Po vào liều chiếu trong gây ra do ăn các loại lƣơng thực - thực phẩm. Bên cạnh đó, Trung Quốc hiện nay đã xây dựng và đƣa vào vận hành nhà máy điện hạt nhân ở thành phố cảng Phòng Thành, cách thành phố Móng Cái (tỉnh Quảng Ninh) khoảng 60 km theo đƣờng chim bay, nên việc nghiên cứu nồng độ hoạt độ và phân bố 210Po trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ vịnh Bắc Bộ và tính toán mức đóng góp của 210Po trong liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm đối với ngƣời trƣởng thành do tiêu thụ lƣơng thực - thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần xây dựng phông nền phóng xạ môi trƣờng nƣớc biển khu vực vịnh Bắc Bộ trƣớc khi nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành hoạt động.

Luận án tiến sĩ Môi trường Từ những thực tiễn nêu trên, đề tài luận án lựa chọn là “Nghiên cứu sự phân bố của Po-210 trong nƣớc biển, trầm tích và ngao (Meretrix meretrix), hàu (Crassostrea gigas) trong vùng biển ven bờ khu vực Bắc Bộ”.