Nghiên cứu Phóng xạ Nước ngầm Nam Bộ Việt Nam - Luận án TS Phan Long Hồ, ĐH KHTN

Nghiên cứu phông phóng xạ trong nước ngầm tại các tỉnh Nam Bộ Việt Nam. Phân tích nguồn gốc, mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường.

• Tác giả: Phan Long Hồ
• Người hướng dẫn: GS. Châu Văn Tạo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
• Đề tài: Nghiên cứu Phông Phóng Xạ Trong Nước Ngầm Tại Một Số Vùng Nam Bộ Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• TRANG THÔNG TIN LUẬN ÁN TIẾNG VIỆT
• THESIS INFORMATION
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Yêu cầu đánh giá về nồng độ phóng xạ trong an toàn nước
• 1.1.1. Yêu cầu đánh giá nồng độ tổng alpha và tổng beta
• 1.1.2. Yêu cầu đánh giá liều cá nhân trong an toàn nước
• 1.1.3. Những ảnh hưởng đến sức khỏe khi sử dụng nguồn nước nhiễm phóng xạ
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.1. Mức nồng độ tổng alpha, tổng beta trong mẫu nước trên thế giới
• 1.2.2. Mức đồng vị phóng xạ radium trong mẫu nước trên thế giới
• 1.2.3. Tỷ số đồng vị radium trong phân tích bản chất nguồn nước
• 1.3. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.3.1. Nồng độ tổng alpha, tổng beta trong một số mẫu nước tại Việt Nam
• 1.3.2. Nồng độ phóng xạ radium trong mẫu nước tại Việt Nam
• 1.4. Một số kỹ thuật đo phóng xạ trong mẫu nước
• 1.4.1. Kỹ thuật đo bằng hệ đếm nhấp nháy lỏng (LSC)
• 1.4.2. Kỹ thuật đo bằng hệ đếm tỷ lệ dòng khí (GPC)
• 1.4.3. Kỹ thuật đo bằng hệ phổ kế alpha
• 1.4.4. Kỹ thuật đo bằng hệ phổ kế gamma
• 1.4.5. Kỹ thuật đo bằng sự kết hợp giữa hệ phổ kế alpha và gamma
• 1.4.6. Kỹ thuật đo bằng khối phổ
• 1.4.7. Kỹ thuật đo thông qua máy đo nhanh khí radon
• 1.5. Một số kỹ thuật xử lý mẫu để phân tích phóng xạ trong mẫu nước
• 1.5.1. Kỹ thuật cô cạn mẫu
• 1.5.2. Kỹ thuật đồng kết tủa Pb(Ra)SO4 hoặc Ba(Ra)SO4 và Fe(OH)3
• 1.5.3. Kỹ thuật hấp thụ MnO2
• 1.5.4. Kỹ thuật hấp thụ trao đổi ion
• 1.5.5. Hấp thụ Ra bằng đĩa chuyên dụng có sẵn (Radium Rad Disc)
• 1.6. Tóm tắt chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Thiết kế nghiên cứu tại phòng thí nghiệm
• 2.2.1. Chuẩn hóa phương pháp đo nồng độ tổng alpha, tổng beta
• 2.2.2. Chuẩn hóa phương pháp đo Ra-224, Ra-226 và Ra-228
• 2.3. Cỡ mẫu và thiết kế nghiên cứu tại thực địa
• 2.3.1. Mô hình 1: Khảo sát nồng độ tổng alpha, tổng beta trong mẫu nước ngầm tại miền Nam Việt Nam
• 2.3.2. Mô hình 2: Khảo sát chi tiết mức nồng độ các đồng vị phóng xạ và các thành phần hóa học trong mẫu nước
• 2.4. Thu thập và bảo quản mẫu
• 2.5. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị xử lý mẫu đo phóng xạ
• 2.5.1. Hóa chất, chất chuẩn dùng trong phân tích phóng xạ
• 2.5.2. Dụng cụ, thiết bị xử lý mẫu đo hoạt độ phóng xạ
• 2.5.3. Thiết bị đo phóng xạ
• 2.6. Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu nước
• 2.6.1. Phương pháp đo hoạt độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta
• 2.6.2. Phương pháp xác định đồng vị phóng xạ Ra-224, Ra-226 và Ra-228
• 2.6.3. Phương pháp, thiết bị phân tích chất hóa học khác
• 2.7. Tính toán liều chiếu trong
• 2.7.1. Liều hiệu dụng với trường hợp đo nồng độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta
• 2.7.2. Tính toán liều hiệu dụng cho trường hợp đồng vị phóng xạ radium
• 2.8. Tóm tắt chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả chuẩn hóa phương pháp phân tích phóng xạ trong mẫu nước
• 3.1.1. Kết quả chuẩn hóa phương pháp đo tổng alpha, tổng beta
• 3.1.2. Kết quả chuẩn hóa phương pháp định lượng đồng vị radium
• 3.2. Mức nồng độ tổng alpha, tổng beta trong nước ngầm trước và sau xử lý ở một số vùng Nam Bộ Việt Nam
• 3.3. Mức nồng độ đồng vị radium và chất lượng nước tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng
• 3.3.1. Kết quả khảo sát chất lượng nước giếng khoan tại các hộ gia đình
• 3.3.2. Kết quả khảo sát chất lượng nước tại các trạm cấp nước tập trung
• 3.3.3. Mối tương quan giữa hoạt độ phóng xạ và các yếu tố ô nhiễm khác
• 3.3.4. Đánh giá hệ thống xử lý nước của các trạm cấp nước tập trung tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng
• 3.4. Phân loại đặc điểm mẫu nước tại các trạm cấp nước tập trung và sự mất cân bằng đồng vị phóng xạ
• 3.4.1. Phân loại đặc điểm của nước giếng khoan và nước mặt tại các trạm cấp nước tập trung
• 3.4.2. Sự mất cân bằng các đồng vị phóng xạ radium trong mẫu nước giếng khoan và mẫu nước mặt tại các trạm cấp nước tập trung
• 3.5. Đánh giá liều chiếu trong đối với dân cư khi sử dụng nguồn nước
• 3.5.1. Ước lượng liều hiệu dụng hàng năm thông qua nồng độ tổng alpha hoặc tổng beta
• 3.5.2. Ước lượng liều chiếu trong theo hoạt độ Ra-224, Ra-226 và Ra-228
• 3.6. Tóm tắt chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ Nhu cầu nghiên cứu và rủi ro tiềm ẩn

Khu vực Nam Bộ, Việt Nam, với đặc điểm địa chất phức tạp và sự phụ thuộc lớn vào nguồn nước ngầm cho sinh hoạt và sản xuất, đang đối mặt với những thách thức ngày càng tăng về chất lượng nguồn nước. Trong bối cảnh đó, vấn đề phóng xạ nước ngầm Nam Bộ đã nổi lên như một mối quan tâm khoa học và cộng đồng cấp thiết. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, ngoài các yếu tố ô nhiễm hóa học và vi sinh, sự hiện diện của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong nước ngầm là một nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người. Những đồng vị này chủ yếu xuất phát từ quá trình phân rã của các nguyên tố như uranium và thorium có trong tầng địa chất, bị hòa tan và vận chuyển vào mạch nước ngầm.

Nhu cầu nghiên cứu phóng xạ nước ngầm tại Việt Nam không chỉ đến từ yêu cầu đánh giá an toàn nước theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, mà còn từ sự cần thiết phải hiểu rõ hơn về phân bố, nguồn gốc và mức độ rủi ro của các chất phóng xạ. Sự hiện diện của phóng xạ trong nước uống có thể dẫn đến liều chiếu phóng xạ bên trong cơ thể, gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe con người, bao gồm tăng nguy cơ mắc ung thư và các bệnh lý khác. Do đó, việc xác định chính xác nồng độ các đồng vị phóng xạ và ước tính liều chiếu là bước quan trọng để xây dựng các biện pháp bảo vệ sức khỏe cộng đồng và quản lý bền vững nguồn tài nguyên nước.

Các nghiên cứu về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ đang ngày càng trở nên quan trọng hơn khi dân số và nhu cầu sử dụng nước tăng cao, đặc biệt ở các khu vực nông thôn và đô thị mới phát triển. Việc thiếu thông tin đầy đủ về mức độ ô nhiễm phóng xạ nước có thể khiến người dân tiếp xúc với rủi ro mà không hay biết. Vì vậy, các hoạt động khảo sát, đo đạc và phân tích chuyên sâu về đồng vị phóng xạ nước ngầm không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học cần thiết mà còn là nền tảng để xây dựng chính sách hiệu quả, đảm bảo an toàn phóng xạ nước cho hàng triệu người dân sinh sống tại khu vực Nam Bộ.

1.1. Tại sao cần nghiên cứu phóng xạ nước ngầm tại Nam Bộ

Nam Bộ là một trong những vùng kinh tế trọng điểm và đông dân cư của Việt Nam, nơi nguồn nước ngầm đóng vai trò thiết yếu cho sinh hoạt, nông nghiệp và công nghiệp. Tuy nhiên, đặc điểm địa chất của khu vực, với các tầng trầm tích chứa vật liệu phóng xạ tự nhiên như uranium và thorium, tiềm ẩn nguy cơ làm giàu các đồng vị phóng xạ trong nước ngầm. Việc thiếu dữ liệu toàn diện về mức độ phóng xạ nước ngầm Nam Bộ có thể dẫn đến sự chủ quan trong quản lý và sử dụng nước. Các cơ quan quản lý và các nhà khoa học đang nhấn mạnh "Yêu cầu đánh giá về nồng độ phóng xạ trong an toàn nước" để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Do đó, các nghiên cứu phóng xạ Việt Nam trong khu vực này là cấp thiết để xác định rủi ro, tuân thủ các "Tiêu chuẩn Việt Nam về phóng xạ" và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm phóng xạ nước [1], [25].

1.2. Những nguy cơ sức khỏe từ nước ngầm nhiễm phóng xạ

Sử dụng nguồn nước ngầm nhiễm phóng xạ trong thời gian dài có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe con người. Các đồng vị phóng xạ khi đi vào cơ thể qua đường tiêu hóa có thể phân rã, phát ra bức xạ ion hóa và gây tổn thương tế bào DNA, dẫn đến "Những ảnh hưởng đến sức khỏe khi sử dụng nguồn nước nhiễm phóng xạ" như tăng nguy cơ ung thư (đặc biệt là ung thư xương, thận, phổi), rối loạn di truyền, và các bệnh mãn tính khác. "Tính toán liều cá nhân trong an toàn nước" thông qua việc ước tính liều chiếu phóng xạ bên trong là cần thiết để đánh giá mức độ rủi ro. Việc tiếp xúc với các đồng vị như Radium-226, Radium-228 trong nước ngầm không chỉ gây hại trực tiếp mà còn ảnh hưởng gián tiếp đến chất lượng cuộc sống và tuổi thọ. Đảm bảo an toàn phóng xạ nước là mục tiêu tối thượng của mọi nghiên cứu.

II. Phân tích các đồng vị phóng xạ trong nước ngầm Thách thức đo lường và đánh giá

Việc phân tích các đồng vị phóng xạ trong nước ngầm không chỉ đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp mà còn đối mặt với nhiều thách thức về độ nhạy, độ chính xác và khả năng xác định các đồng vị khác nhau trong cùng một mẫu. Nước ngầm ở Nam Bộ có thể chứa nhiều loại đồng vị phóng xạ tự nhiên, chủ yếu là các hạt nhân từ chuỗi phân rã của Uranium và Thorium, trong đó Radium (Ra-226, Ra-228, Ra-224) và Radon (Rn-222) là những yếu tố đáng quan tâm nhất do khả năng hòa tan và di chuyển trong nước. Thách thức lớn nhất là làm thế nào để đo lường nồng độ các đồng vị này một cách tin cậy, đặc biệt khi chúng thường xuất hiện ở mức rất thấp, đòi hỏi các thiết bị đo có độ nhạy cao và phương pháp xử lý mẫu chuyên biệt. Hơn nữa, việc đánh giá tổng hoạt độ phóng xạ alpha và beta cũng là một yêu cầu ban đầu để sàng lọc, nhưng không thể cung cấp thông tin chi tiết về từng đồng vị cụ thể.

Thách thức tiếp theo nằm ở việc đảm bảo tính đại diện của mẫu và chuẩn hóa các phương pháp đo lường giữa các phòng thí nghiệm khác nhau. Các yếu tố như điều kiện địa chất, thời gian thu mẫu, phương pháp bảo quản mẫu và kỹ thuật tiền xử lý đều có thể ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Đối với khu vực Nam Bộ, sự đa dạng về loại hình thủy văn và địa chất càng làm tăng tính phức tạp của việc thu thập và phân tích mẫu. Việc áp dụng các "Kỹ thuật đo phóng xạ trong mẫu nước" tiên tiến như hệ đếm nhấp nháy lỏng (LSC), phổ kế alpha, phổ kế gamma hay khối phổ là cần thiết để có được dữ liệu chính xác và toàn diện. Mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm riêng, đòi hỏi sự lựa chọn và tối ưu hóa phù hợp với mục tiêu nghiên cứu đồng vị và đặc tính của mẫu nước.

Cuối cùng, việc chuyển đổi dữ liệu nồng độ đồng vị phóng xạ thành thông tin có ý nghĩa về liều chiếu phóng xạ và rủi ro sức khỏe cũng là một thách thức quan trọng. Điều này đòi hỏi các mô hình tính toán liều chiếu được chấp nhận rộng rãi và khả năng diễn giải kết quả một cách thận trọng, có tính đến các yếu tố như tuổi tác, lượng nước tiêu thụ và các con đường phơi nhiễm khác. Chỉ khi vượt qua được những thách thức này, các nghiên cứu phóng xạ nước ngầm Nam Bộ mới có thể cung cấp bức tranh đầy đủ và chính xác về tình hình phóng xạ nước ngầm, từ đó đưa ra các khuyến nghị hiệu quả cho việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và quản lý tài nguyên nước.

2.1. Các đồng vị phóng xạ phổ biến trong nước ngầm Nam Bộ

Trong các nghiên cứu về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ, các đồng vị phóng xạ tự nhiên như Radium-226 (Ra-226), Radium-228 (Ra-228) và Radium-224 (Ra-224) thường được quan tâm đặc biệt. Các đồng vị này thuộc chuỗi phân rã của Uranium-238 và Thorium-232, có mặt tự nhiên trong các đá và trầm tích. Khi nước ngầm chảy qua các tầng địa chất này, các đồng vị phóng xạ có thể bị hòa tan và mang theo. Nồng độ Radium nước ngầm có thể biến đổi đáng kể tùy thuộc vào thành phần địa chất của tầng chứa nước và điều kiện thủy địa hóa. Việc xác định các đồng vị phóng xạ nước ngầm này là rất quan trọng vì chúng là hạt nhân alpha và beta, có thể gây ra liều chiếu phóng xạ đáng kể khi tiêu thụ. Bên cạnh Radium, Radon-222 (Rn-222) cũng là một đồng vị khí phóng xạ hòa tan trong nước ngầm, tuy nhiên tính chất bay hơi của nó thường làm giảm mối lo ngại khi nước được sử dụng ở nơi thoáng khí.

2.2. Tiêu chuẩn và ngưỡng an toàn phóng xạ cho nước uống ở Việt Nam

Để bảo vệ sức khỏe cộng đồng, Việt Nam đã ban hành các "Tiêu chuẩn về phóng xạ trong nước uống" nhằm kiểm soát mức độ phóng xạ nước ngầm. Các chỉ tiêu chính bao gồm nồng độ tổng alpha và tổng beta, cùng với giới hạn cho từng đồng vị phóng xạ cụ thể như Radium. Theo "Tiêu chuẩn của Việt Nam", ngưỡng giới hạn nồng độ tổng beta cho hầu hết các loại mẫu nước là 1.0 Bq/L [1]. Đối với nồng độ tổng alpha, "Tiêu chuẩn Việt Nam quy định 0.5 Bq/L cho nước khoáng thiên nhiên, nước uống đóng chai [24] và 0.1 Bq/L cho các mẫu nước còn lại bao gồm nước sạch, nước ngầm" [17]. Các ngưỡng này được xây dựng dựa trên khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) để đảm bảo an toàn phóng xạ nước và giảm thiểu "Liều chiếu phóng xạ" tiềm ẩn. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn phóng xạ nước này là bắt buộc đối với các nhà cung cấp nước và cần được giám sát chặt chẽ.

III. Phương pháp nghiên cứu đồng vị và kỹ thuật đo lường phóng xạ nước ngầm

Để đánh giá chính xác mức độ phóng xạ nước ngầm Nam Bộ, việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu đồng vị và "Kỹ thuật đo phóng xạ trong mẫu nước" tiên tiến là yếu tố then chốt. Quá trình này bao gồm từ khâu thu thập mẫu, xử lý mẫu đến phân tích bằng các thiết bị chuyên dụng. Bước đầu tiên và quan trọng là "Chuẩn hóa phương pháp đo nồng độ tổng alpha, tổng beta" để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu sàng lọc ban đầu. Nếu mức độ phóng xạ vượt quá ngưỡng cho phép, các phân tích chi tiết hơn về từng đồng vị phóng xạ cụ thể sẽ được thực hiện. "Kỹ thuật đo bằng hệ đếm nhấp nháy lỏng (LSC)" là một trong những phương pháp phổ biến và hiệu quả để xác định cả tổng alpha/beta và các đồng vị Radium. Kỹ thuật này cho phép đo trực tiếp hoạt độ phóng xạ trong dung dịch mẫu, giảm thiểu sai số do quá trình tiền xử lý.

Ngoài LSC, các "Kỹ thuật đo phóng xạ trong mẫu nước" khác cũng được sử dụng tùy thuộc vào mục tiêu và yêu cầu của nghiên cứu. "Kỹ thuật đo bằng hệ phổ kế alpha" và "Kỹ thuật đo bằng hệ phổ kế gamma" cung cấp thông tin chi tiết về năng lượng và loại bức xạ, giúp xác định chính xác các đồng vị phóng xạ có mặt trong mẫu. Đối với việc xác định Radium-226 và Radium-228, việc tách chiết hóa học và tập trung đồng vị trước khi đo là cần thiết để tăng độ nhạy. Các phương pháp như "Kỹ thuật đồng kết tủa Pb(Ra)SO4 hoặc Ba(Ra)SO4 và Fe(OH)3" hoặc "Kỹ thuật hấp thụ trao đổi ion" được áp dụng để làm giàu Radium từ lượng mẫu lớn, sau đó đo bằng LSC hoặc phổ kế alpha/gamma. "Phương pháp xác định đồng vị phóng xạ Ra-224, Ra-226 và Ra-228" đã được chuẩn hóa để đảm bảo kết quả chính xác và có thể so sánh được với các tiêu chuẩn quốc tế.

Việc lựa chọn và triển khai đúng phương pháp nghiên cứu đồng vị không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu mà còn quyết định đến khả năng đưa ra các đánh giá và khuyến nghị chính xác về an toàn phóng xạ nước. "Thiết kế nghiên cứu tại phòng thí nghiệm" và "thiết kế nghiên cứu tại thực địa" được thực hiện song song để thu thập dữ liệu toàn diện nhất về nồng độ đồng vị phóng xạ nước ngầm và các yếu tố hóa học liên quan. Sự kết hợp giữa các kỹ thuật hiện đại và quy trình chuẩn hóa nghiêm ngặt là chìa khóa để đạt được "Kết quả nghiên cứu và thảo luận" có giá trị khoa học cao và ý nghĩa thực tiễn trong việc quản lý chất lượng nước ngầm ở Nam Bộ.

3.1. Kỹ thuật xác định tổng alpha tổng beta và đồng vị Radium trong nước

Để đánh giá nhanh mức độ phóng xạ nước ngầm, "Phương pháp đo hoạt độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta" là bước sàng lọc ban đầu. Các kỹ thuật như "Kỹ thuật đo bằng hệ đếm tỷ lệ dòng khí (GPC)" hoặc "Kỹ thuật đo bằng hệ đếm nhấp nháy lỏng (LSC)" thường được sử dụng. LSC đặc biệt hiệu quả cho nước ngầm vì nó cho phép đo các hạt nhân phát alpha và beta không bay hơi ở nhiệt độ dưới 80°C [92], đồng thời có thể xác định trực tiếp các mẫu có nồng độ trên 0.11 Bq/L (alpha) và 0.15 Bq/L (beta) [93]. Đối với việc xác định các "đồng vị phóng xạ Radium" cụ thể như Ra-226, Ra-228 và Ra-224, các phương pháp "Chuẩn hóa phương pháp đo Ra-224, Ra-226 và Ra-228" chuyên sâu hơn được áp dụng, thường kết hợp tiền xử lý mẫu bằng "Kỹ thuật hấp thụ trao đổi ion" hoặc "đồng kết tủa Ba(Ra)SO4" trước khi đo bằng LSC hoặc phổ kế alpha để đạt độ nhạy cần thiết [94], [95].

3.2. Chuẩn hóa phương pháp và thiết bị phân tích phóng xạ hiện đại

Việc "Chuẩn hóa phương pháp" là yếu tố then chốt đảm bảo độ tin cậy và so sánh được của "Kết quả nghiên cứu phóng xạ". Các quy trình chuẩn hóa bao gồm hiệu chuẩn thiết bị, sử dụng chất chuẩn có chứng nhận và kiểm soát chất lượng nội bộ. "Kỹ thuật LSC đã được phát triển về mặt phương pháp ứng dụng đo nồng độ tổng alpha, tổng beta trong các mẫu môi trường" [92]. "Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã đưa ra phương pháp xác định nồng độ tổng alpha, tổng beta bằng nhấp nháy lỏng, mã hiệu phương pháp ISO 11704" [92]. "Tổ chức Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) có phương pháp ASTM D7283-17", cho phép xác định tổng alpha và tổng beta trong mẫu nước [93]. Các nghiên cứu phóng xạ Việt Nam cũng cần tuân thủ các chuẩn mực quốc tế này để nâng cao chất lượng dữ liệu và đóng góp vào kho tàng tri thức toàn cầu về ô nhiễm phóng xạ nước.

IV. Đánh giá liều chiếu phóng xạ Từ nồng độ đồng vị đến tác động sức khỏe

Sau khi xác định được nồng độ các đồng vị phóng xạ trong nước ngầm, bước tiếp theo và không kém phần quan trọng là đánh giá liều chiếu phóng xạ mà con người có thể nhận được từ việc sử dụng nguồn nước này. "Liều chiếu phóng xạ" là một thước đo định lượng về năng lượng bức xạ hấp thụ bởi mô sống, cho phép ước tính rủi ro sức khỏe. "Tính toán liều chiếu trong" là quy trình chuyển đổi nồng độ phóng xạ trong nước thành liều hiệu dụng, có tính đến các yếu tố như lượng nước tiêu thụ hàng ngày, tuổi tác, và các hệ số liều cho từng loại đồng vị. Đây là một quy trình phức tạp, đòi hỏi các mô hình toán học và các hệ số chuyển đổi được chấp nhận quốc tế để đảm bảo tính khoa học và chính xác. Việc đánh giá này là cần thiết để hiểu rõ "Những ảnh hưởng đến sức khỏe khi sử dụng nguồn nước nhiễm phóng xạ" và đưa ra các cảnh báo hoặc biện pháp can thiệp phù hợp.

Việc "Tính toán liều hiệu dụng" được thực hiện riêng cho trường hợp đo nồng độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta và cho trường hợp đồng vị phóng xạ Radium cụ thể. Đối với tổng alpha và tổng beta, một hệ số chuyển đổi chung thường được sử dụng để ước tính liều chiếu. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ mang tính sàng lọc. Để có kết quả chính xác hơn, cần phải biết nồng độ của từng đồng vị phóng xạ nước ngầm riêng lẻ, đặc biệt là các đồng vị Radium (Ra-226, Ra-228), vì chúng có hệ số liều chiếu khác nhau và là những nguồn đóng góp chính vào tổng liều. Dựa trên nồng độ của Ra-226, Ra-228 và Ra-224 đã được xác định, các công thức và hệ số liều do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) khuyến nghị được áp dụng để tính toán liều hiệu dụng hàng năm.

Kết quả của quá trình đánh giá liều chiếu phóng xạ không chỉ cung cấp thông tin về rủi ro cá nhân mà còn là cơ sở để đánh giá rủi ro ở cấp độ cộng đồng. Nếu liều chiếu ước tính vượt quá ngưỡng an toàn do các tổ chức y tế quốc tế và quốc gia quy định, đó là dấu hiệu cho thấy cần có hành động khẩn cấp để bảo vệ sức khỏe người dân. Các biện pháp này có thể bao gồm khuyến nghị sử dụng nguồn nước thay thế, triển khai các công nghệ xử lý nước để loại bỏ đồng vị phóng xạ, hoặc áp dụng các chương trình giám sát y tế. Vì vậy, đánh giá liều chiếu phóng xạ là một phần không thể thiếu của bất kỳ nghiên cứu phóng xạ nước ngầm Nam Bộ nào, giúp chuyển đổi dữ liệu khoa học thành thông tin có ý nghĩa về sức khỏe cộng đồng và các giải pháp thực tiễn.

4.1. Cách tính toán liều hiệu dụng từ phóng xạ trong nước ngầm

Việc "Tính toán liều hiệu dụng" từ phóng xạ trong nước ngầm là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự kết hợp giữa dữ liệu nồng độ đồng vị phóng xạ và các yếu tố sinh học. Liều hiệu dụng được tính bằng cách nhân nồng độ hoạt độ của từng đồng vị (Bq/L) với lượng nước tiêu thụ hàng năm (L/năm) và hệ số liều chuyển đổi cho đồng vị đó (Sv/Bq). Các hệ số liều này đã được các tổ chức quốc tế như ICRP (Ủy ban Quốc tế về Bảo vệ Bức xạ) và WHO khuyến nghị, có tính đến loại bức xạ (alpha, beta) và sự nhạy cảm của các cơ quan trong cơ thể. "Tính toán liều hiệu dụng cho trường hợp đồng vị phóng xạ radium" là đặc biệt quan trọng do Radium có thời gian bán rã dài và khả năng tích tụ trong xương, gây ra "liều chiếu phóng xạ" đáng kể. Kết quả liều hiệu dụng thường được biểu thị bằng đơn vị mSv/năm, sau đó so sánh với ngưỡng an toàn quốc gia và quốc tế.

4.2. Ứng dụng mô hình liều chiếu để bảo vệ sức khỏe cộng đồng

Các mô hình liều chiếu phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng khỏi phóng xạ nước ngầm Nam Bộ. Bằng cách sử dụng các mô hình này, các nhà khoa học có thể ước tính liều chiếu mà một quần thể nhất định (ví dụ: trẻ em, người lớn) có thể nhận được từ việc uống nước nhiễm phóng xạ. Thông tin này là cơ sở để cơ quan chức năng đưa ra các quyết định về "Tiêu chuẩn và ngưỡng an toàn phóng xạ cho nước uống", "Hướng dẫn và khuyến nghị sử dụng nước", hoặc đầu tư vào các công nghệ xử lý nước hiệu quả. Việc áp dụng mô hình "liều chiếu phóng xạ" giúp xác định các khu vực có nguy cơ cao, từ đó ưu tiên nguồn lực để giám sát, can thiệp và giáo dục cộng đồng về an toàn phóng xạ nước, giảm thiểu "tác động của phóng xạ" đến dân cư.

V. Kết quả nghiên cứu thực địa về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ Những phát hiện quan trọng

Các kết quả nghiên cứu thực địa về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ đã cung cấp bức tranh chi tiết và đa chiều về tình hình ô nhiễm phóng xạ nước trong khu vực. Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu phóng xạ trong nước ngầm tại một số vùng Nam Bộ Việt Nam" của Phan Long Hồ (2022) đã thực hiện "Khảo sát nồng độ tổng alpha, tổng beta trong mẫu nước ngầm tại miền Nam Việt Nam" và "Khảo sát chi tiết mức nồng độ các đồng vị phóng xạ và các thành phần hóa học trong mẫu nước". Những phát hiện này không chỉ xác nhận sự hiện diện của các đồng vị phóng xạ tự nhiên mà còn chỉ ra sự biến động đáng kể về nồng độ giữa các khu vực địa lý khác nhau, phản ánh đặc điểm địa chất và thủy văn đa dạng của Nam Bộ. Các khu vực có tầng địa chất giàu uranium và thorium thường ghi nhận mức độ phóng xạ cao hơn.

Một trong những phát hiện quan trọng là sự vượt ngưỡng của nồng độ tổng alpha và các đồng vị Radium (Ra-226, Ra-228) ở một số khu vực, đặc biệt trong các giếng khoan sâu, cho thấy mối liên hệ giữa chiều sâu khai thác nước và khả năng nhiễm phóng xạ. Những kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát liên tục và đánh giá rủi ro cho các nguồn cấp nước uống. Bên cạnh đó, các nghiên cứu cũng đã so sánh kết quả với tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về phóng xạ nước, chỉ ra những điểm còn thiếu hoặc cần điều chỉnh trong quy định hiện hành để đảm bảo an toàn phóng xạ nước tối ưu cho người dân. "Nồng độ tổng alpha, tổng beta trong một số mẫu nước tại Việt Nam" và "Nồng độ phóng xạ radium trong mẫu nước tại Việt Nam" được đưa ra trong các báo cáo cho thấy một số mẫu đã vượt quá ngưỡng cho phép, đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý và can thiệp kịp thời.

Các "Kết quả nghiên cứu thực địa" cũng bao gồm việc phân tích mối tương quan giữa nồng độ đồng vị phóng xạ và các thông số hóa học khác của nước, giúp hiểu rõ hơn về các quá trình địa hóa ảnh hưởng đến sự di chuyển và tích tụ của Radium trong nước ngầm. Ví dụ, sự hiện diện của các ion nhất định hoặc độ pH của nước có thể ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của Radium từ đá. "Tỷ số đồng vị radium trong phân tích bản chất nguồn nước" cũng là một công cụ hữu ích để phân biệt nguồn gốc của phóng xạ. Những thông tin này là vô cùng quý giá cho việc phát triển các chiến lược quản lý nước ngầm hiệu quả, không chỉ về mặt an toàn phóng xạ mà còn về tổng thể chất lượng nước. Việc công bố và phổ biến rộng rãi "Kết quả nghiên cứu về phóng xạ nước ngầm Nam Bộ" là bước cần thiết để nâng cao nhận thức cộng đồng và hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách đưa ra các quyết định dựa trên bằng chứng khoa học.

5.1. Nồng độ tổng alpha tổng beta và các đồng vị Radium tại Nam Bộ

Các khảo sát đã chỉ ra rằng, "Nồng độ tổng alpha, tổng beta trong một số mẫu nước tại Việt Nam" tại khu vực Nam Bộ có sự biến động lớn. Một số giếng khoan sâu hoặc ở các khu vực địa chất đặc biệt đã ghi nhận nồng độ tổng alpha và tổng beta vượt quá ngưỡng quy định của Việt Nam [17], [24]. Đặc biệt, "Nồng độ phóng xạ radium trong mẫu nước tại Việt Nam" cho thấy Ra-226 và Ra-228 là những đồng vị phóng xạ có đóng góp đáng kể. "Radium nước ngầm" được tìm thấy ở nhiều nơi với mức độ khác nhau, tùy thuộc vào thành phần đá mẹ và điều kiện thủy địa hóa. Việc đánh giá chi tiết từng đồng vị phóng xạ nước ngầm này là cần thiết để ước tính chính xác "liều chiếu phóng xạ" mà người dân phải chịu, từ đó đưa ra các biện pháp bảo vệ sức khỏe phù hợp, hướng tới an toàn phóng xạ nước.

5.2. So sánh kết quả với tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về phóng xạ nước

Việc so sánh kết quả nghiên cứu phóng xạ nước ngầm Nam Bộ với "Tiêu chuẩn Việt Nam" và các tiêu chuẩn quốc tế như WHO (Tổ chức Y tế Thế giới) hoặc EPA (Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ) là một phần quan trọng để đánh giá mức độ rủi ro. "Ngưỡng giới hạn quy định nồng độ tổng beta cho các loại mẫu nước là 1.0 Bq/L theo Tiêu chuẩn của Việt Nam và hầu hết các quốc gia" [1]. Đối với tổng alpha, "Tiêu chuẩn Việt Nam quy định 0.1 Bq/L cho nước ngầm" [17]. "Riêng tại Hoa Kỳ không quy định riêng cho hoạt độ tổng beta mà tính gộp chung cho các hạt nhân phát beta và photon" với ngưỡng cho phép là 4 mrem/năm [27]. Việc so sánh này không chỉ cho thấy mức độ tuân thủ các quy định hiện hành mà còn giúp xác định các khoảng trống trong chính sách, từ đó đề xuất các điều chỉnh cần thiết để nâng cao an toàn phóng xạ nước cho cộng đồng.

VI. Tầm quan trọng của nghiên cứu phóng xạ nước ngầm và định hướng tương lai

Các nghiên cứu phóng xạ nước ngầm Nam Bộ đã khẳng định tầm quan trọng của nghiên cứu phóng xạ nước ngầm trong bối cảnh phát triển bền vững và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Sự hiện diện của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong nước ngầm là một thực tế không thể bỏ qua, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt từ các nhà khoa học, cơ quan quản lý và người dân. Kết quả từ các nghiên cứu không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học quý giá về phân bố và nồng độ phóng xạ, mà còn là nền tảng để đánh giá liều chiếu phóng xạ và rủi ro sức khỏe tiềm ẩn. Điều này giúp chính phủ và các tổ chức liên quan đưa ra những quyết sách dựa trên bằng chứng để đảm bảo an toàn phóng xạ nước cho người dân, đặc biệt là ở những khu vực phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nước ngầm cho sinh hoạt.

Trong tương lai, nghiên cứu phóng xạ nước ngầm Nam Bộ cần tiếp tục được đẩy mạnh với quy mô rộng hơn và độ chi tiết cao hơn. Điều này bao gồm việc mở rộng mạng lưới quan trắc, áp dụng các "Kỹ thuật đo phóng xạ" và phương pháp nghiên cứu đồng vị tiên tiến hơn, cũng như tăng cường phân tích mối tương quan giữa phóng xạ với các yếu tố địa chất, thủy văn và nhân sinh. Việc phát triển các mô hình dự báo nồng độ đồng vị phóng xạ nước ngầm và liều chiếu phóng xạ cũng là một hướng đi quan trọng để chủ động ứng phó với các nguy cơ tiềm tàng. Đồng thời, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và cơ quan quản lý nhà nước để chuyển giao kết quả nghiên cứu thành các giải pháp thực tiễn, có khả năng ứng dụng cao.

Định hướng phát triển bền vững cho việc quản lý nguồn nước ngầm ở Nam Bộ cần tích hợp chặt chẽ các khía cạnh về an toàn phóng xạ nước. Điều này bao gồm việc xây dựng và thực thi các quy định nghiêm ngặt hơn về chất lượng nước uống, đầu tư vào công nghệ xử lý nước hiệu quả để loại bỏ đồng vị phóng xạ, và nâng cao nhận thức cộng đồng về các rủi ro liên quan đến ô nhiễm phóng xạ nước. Chỉ khi có một chiến lược toàn diện và sự tham gia của tất cả các bên liên quan, chúng ta mới có thể đảm bảo rằng nguồn nước ngầm quý giá của Nam Bộ sẽ tiếp tục là nguồn tài nguyên an toàn và bền vững cho các thế hệ tương lai. Các "Đề xuất các biện pháp quản lý và giảm thiểu rủi ro phóng xạ" cần được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học vững chắc và khả năng thực thi trong điều kiện thực tiễn của khu vực.

6.1. Đề xuất các biện pháp quản lý và giảm thiểu rủi ro phóng xạ

Để bảo vệ cộng đồng khỏi phóng xạ nước ngầm Nam Bộ, cần triển khai nhiều "biện pháp quản lý và giảm thiểu rủi ro phóng xạ" đồng bộ. Đầu tiên, tăng cường "Giám sát chất lượng nước ngầm" định kỳ, đặc biệt là ở các khu vực có nguy cơ cao, để phát hiện sớm các bất thường về nồng độ đồng vị phóng xạ. Thứ hai, áp dụng các công nghệ xử lý nước phù hợp như lọc thẩm thấu ngược, hấp phụ bằng vật liệu đặc biệt (ví dụ: MnO2), hoặc trao đổi ion để loại bỏ Radium và các chất phóng xạ khác. Thứ ba, phổ biến thông tin và nâng cao nhận thức cộng đồng về "an toàn phóng xạ nước", hướng dẫn người dân cách kiểm tra và xử lý nước tại gia đình nếu cần thiết. Cuối cùng, cần có các chính sách quy hoạch sử dụng đất và khai thác nước ngầm bền vững để tránh làm trầm trọng thêm tình hình ô nhiễm phóng xạ nước.

6.2. Hướng phát triển bền vững cho việc nghiên cứu nguồn nước Nam Bộ

Để đảm bảo "nguồn nước Nam Bộ" an toàn về lâu dài, "hướng phát triển bền vững cho việc nghiên cứu" cần tập trung vào các lĩnh vực: (1) Xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia về phóng xạ nước ngầm với độ phủ rộng và cập nhật liên tục. (2) Phát triển các mô hình dự báo rủi ro phóng xạ dựa trên địa chất và thủy văn. (3) "Nghiên cứu phóng xạ Việt Nam" về các công nghệ xử lý nước mới, thân thiện với môi trường và có chi phí thấp. (4) Tăng cường hợp tác quốc tế để chia sẻ kinh nghiệm và công nghệ trong lĩnh vực phóng xạ nước ngầm. (5) Đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao về "Kỹ thuật đo phóng xạ" và "đánh giá liều chiếu phóng xạ". Những nỗ lực này sẽ góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và đảm bảo an ninh nguồn nước cho khu vực Nam Bộ.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu phông phóng xạ môi trường trong tài nguyên nước ngầm đóng vai trò then chốt đối với an ninh nguồn nước và sức khỏe cộng đồng, đặc biệt tại các khu vực chịu áp lực kép từ biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn như đồng bằng Nam Bộ. Trong bối cảnh hơn một nửa dân số Việt Nam phụ thuộc vào nguồn nước dưới đất và toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long ghi nhận tới 779.503 giếng khoan khai thác nhỏ lẻ, nguy cơ phơi nhiễm bức xạ tự nhiên qua đường tiêu hóa đặt ra yêu cầu cấp bách về mặt khoa học hạt nhân và dịch tễ học môi trường. Luận án tiến sĩ ngành Vật lý nguyên tử và hạt nhân của nghiên cứu sinh Phan Long Hồ (2022) với đề tài "Nghiên cứu phông phóng xạ trong nước ngầm tại một số vùng Nam Bộ Việt Nam" dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Châu Văn Tạo và PGS. Trần Thiện Thanh tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, là công trình tiên phong giải quyết toàn diện bài toán này.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi tồn tại trong y văn Việt Nam trước đây là sự thiếu vắng các khảo sát hệ thống, quy mô lớn về hoạt độ đồng thời của tổng alpha, tổng beta và các đồng vị phóng xạ nhóm Radium thuộc chuỗi phân rã tự nhiên. Đa số các công bố trong nước chỉ tập trung đo đạc sàng lọc tổng thể hoặc khảo sát đơn lẻ Ra-226 trên nền nước khoáng, nước mặt mà hoàn toàn bỏ qua đồng vị phát alpha nguy hiểm có chu kỳ bán rã ngắn là Ra-224 (3,63 ngày) cũng như sự đóng góp cụ thể của từng đồng vị vào liều hiệu dụng cá nhân. Bên cạnh đó, các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành như QCVN 01-1:2018/BYT hay QCVN 09-MT:2015/BTNMT mới chỉ dừng lại ở ngưỡng sàng lọc sơ bộ (0,1 Bq/L cho tổng alpha và 1,0 Bq/L cho tổng beta) mà chưa xây dựng được mô hình liên kết giữa thủy địa hóa, địa tầng anoxic và cơ chế di chuyển của các hạt nhân phóng xạ.

Để giải quyết các khoảng trống trên, luận án thiết lập hệ thống 4 câu hỏi nghiên cứu (Research Questions - RQ) và 4 giả thuyết khoa học (Hypotheses - H):

• RQ1: Mức độ ô nhiễm hoạt độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta và các đồng vị Ra-224, Ra-226, Ra-228 trong nước ngầm và nước sinh hoạt tại Nam Bộ thực tế là bao nhiêu?
• RQ2: Mức đóng góp tương đối của từng đồng vị phóng xạ vào hoạt độ tổng và liều chiếu trong đối với các nhóm tuổi khác nhau (đặc biệt là trẻ sơ sinh) có vượt ngưỡng an toàn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) không?
• RQ3: Tỷ số đồng vị hoạt độ phóng xạ (Ra-226/Ra-228, Ra-224/Ra-228) phản ánh bản chất địa hóa, nguồn gốc tầng chứa nước và trạng thái mất cân bằng phóng xạ như thế nào?
• RQ4: Các công nghệ xử lý nước tập trung tại địa phương loại bỏ các đồng vị phóng xạ và các ion ô nhiễm hóa học đi kèm với hiệu suất ra sao?

Hệ thống giả thuyết tương ứng:

• H1: Hoạt độ tổng alpha trong nước ngầm Nam Bộ vượt quy chuẩn hiện hành tại một tỷ lệ đáng kể và chịu sự chi phối chính từ đồng vị Ra-226.
• H2: Trẻ sơ sinh tiêu thụ trực tiếp nước ngầm chưa xử lý tại các vùng dị thường phóng xạ sẽ nhận liều hiệu dụng cam kết hàng năm vượt khuyến cáo của WHO (0,1 mSv/năm).
• H3: Tỷ số đồng vị Radium phản ánh tính chất nước giàu anoxic (nồng độ oxy hòa tan thấp, hàm lượng sắt cao) và sự mất cân bằng phóng xạ thế kỷ của chuỗi Thorium.
• H4: Quy trình keo tụ, lắng lọc truyền thống tại các trạm cấp nước có khả năng loại bỏ chọn lọc các cation phóng xạ nhưng không xử lý được các anion hòa tan bền vững.

Khung lý thuyết của nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng: Lý thuyết phân rã phóng xạ tự nhiên chuỗi Uranium-238 và Thorium-232, Động học tương tác pha rắn - lỏng trong môi trường xốp (Adsorption-Desorption Kinetics), và Mô hình chuyển đổi liều bức xạ sinh học nội quy chuẩn hóa của ICRP/WHO.

Đóng góp đột phá của luận án mang tính định lượng rõ rệt: Xác định 17,6% trong tổng số 108 mẫu nước ngầm Nam Bộ có nồng độ tổng alpha vượt ngưỡng quy chuẩn 0,1 Bq/L; chứng minh Ra-226 đóng góp từ 23% đến 60% vào hoạt độ tổng alpha ($n = 12; r = 0,91; p < 0,001$); phát hiện trẻ sơ sinh có thể nhận liều chiếu trong vượt từ 1,1 đến 1,5 lần mức giới hạn an toàn của WHO nếu sử dụng nước giếng khoan chưa xử lý; đồng thời lần đầu tiên xác lập cơ sở dữ liệu tỷ số đồng vị Ra-224/Ra-228 và Ra-226/Ra-228 phục vụ truy nguyên nguồn gốc thủy văn tại vùng hạ lưu sông Mê Kông.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu phóng xạ trong môi trường nước trên thế giới đã phát triển mạnh mẽ từ những năm 1950. Các tổ chức quốc tế hàng đầu như Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 2011, 2017), Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), và Ủy ban Quốc tế về An toàn Bức xạ (ICRP, 1996) đã thiết lập quy trình sàng lọc bức xạ nghiêm ngặt. Theo khuyến cáo của WHO, ngưỡng sàng lọc ban đầu cho nước uống là 0,5 Bq/L đối với tổng alpha và 1,0 Bq/L đối với tổng beta. Nếu vượt ngưỡng này, việc định lượng chuyên biệt 17 đồng vị phóng xạ chủ chốt (trong đó có Ra-226, Ra-228, U-238, Th-232, Pb-210, Po-210) là bắt buộc nhằm kiểm soát tiêu chí liều cá nhân (Individual Dose Criterion - IDC) không vượt quá 0,1 mSv/năm.

Trên bình diện quốc tế, các công trình khảo sát nước ngầm ghi nhận mức độ biến động phóng xạ rất lớn tùy thuộc vào cấu trúc địa chất. Alkhomashi và cộng sự (2016) khi nghiên cứu nước ngầm vùng Tây Bắc Saudi Arabia bằng kỹ thuật LSC và phổ alpha đã ghi nhận hoạt độ tổng alpha lên tới 3,15 ± 0,26 Bq/L, tổng beta đạt 5,39 ± 0,44 Bq/L, trong đó Ra-228 dao động từ 1,81 đến 5,67 Bq/L với tỷ số Ra-226/Ra-228 trung bình chỉ 0,24. Alomari và cộng sự (2019) khảo sát 87 mẫu nước ngầm tại Jordan, phát hiện tổng alpha dao động từ 0,18 đến 9,46 Bq/L và tổng beta từ 0,36 đến 7,48 Bq/L. Trong khi đó, các nghiên cứu của Chau và cộng sự (2009, 2016) tại Ba Lan và Asikainen (1981) tại Phần Lan đã chứng minh tỷ số đồng vị hoạt độ Ra-226/Ra-228 là một chỉ dấu thủy văn cực kỳ nhạy cảm: dao động từ 0,30 đến 1,71 ở nhóm nước bicarbonate (Ca-Mg-HCO3) và tăng vọt lên 2,0 (từ 0,89 đến 7,60) đối với nhóm nước chloride (Na-Cl). Ở các vùng sa khoáng tại Punjab, Ấn Độ, Kumar và cộng sự ghi nhận tỷ số Ra-226/Ra-228 lên tới 70 ± 40.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước đây phân bổ phân tán và chưa đồng bộ:

• Bùi Văn Loát (2004) dùng hệ nhấp nháy lỏng TRI-CARB-2770 TR/SL xác định tổng alpha (0,0079 - 0,268 Bq/L) và tổng beta (0,30 - 2,1 Bq/L) trong 6 mẫu nước sông hồ Hà Nội;
• Lê Ngọc Thanh (2011) khảo sát nước ngầm vùng sa khoáng titan Bình Thuận ghi nhận 2/10 mẫu vượt 0,1 Bq/L tổng alpha;
• Phan Long Hồ và Lê Đình Hùng (2014) khảo sát 254 mẫu nước đóng chai miền Nam bằng buồng đếm tỷ lệ dòng khí, phát hiện 27,6% mẫu có vết alpha;
• Lê Công Hảo (2015) dùng máy RAD7 đo nước giếng khoan Thủ Đức ghi nhận Ra-226 từ 0,08 đến 0,54 Bq/L;
• Dương Văn Hào và cộng sự (2019, 2020, 2021) khảo sát nước khoáng và nước giếng đào thủ công tại 7 tỉnh miền Bắc bằng LSC và HPGe, ghi nhận Ra-226 dao động từ < 0,0012 đến 2,7 Bq/L.

Trong y văn tồn tại hai luồng tranh luận học thuật lớn:

1. Tranh luận về phương thức sàng lọc an toàn: Một trường phái (áp dụng trong đa số tiêu chuẩn quốc gia như TCVN, QCVN) cho rằng chỉ cần kiểm soát hai chỉ số tổng alpha và tổng beta là đủ để sàng lọc an toàn. Ngược lại, Chương trình Mục tiêu Y tế Công cộng bang California (PHG) và các nghiên cứu dịch tễ của Hirunwatthanakul et al. (2006) hay Finkelstein & Kreiger (1996) chỉ ra rằng xác suất rủi ro ung thư xương và ung thư đường tiêu hóa do Ra-228 và Ra-226 ở mức nồng độ rất thấp (MCL 0,185 Bq/L) vẫn cao hơn gấp nhiều lần so với các chỉ số hóa lý thông thường. Do đó, việc không định lượng trực tiếp từng đồng vị Radium riêng lẻ sẽ dẫn đến đánh giá sai lệch rủi ro bức xạ.
2. Tranh luận về giả định cân bằng phóng xạ thế kỷ: Nhiều mô hình thủy văn truyền thống giả định sự cân bằng giữa Ra-228 và Ra-224 thuộc chuỗi phân rã Thorium. Tuy nhiên, các nhà địa hóa học hạt nhân hiện đại phản biện rằng động học hòa tan, giải hấp và thời gian bán rã quá ngắn của Ra-224 (3,63 ngày) tạo ra sự mất cân bằng phóng xạ động trong tầng chứa nước.

Luận án của Phan Long Hồ đã định vị chính xác ở giao điểm của hai cuộc tranh luận trên, vượt lên trên các khảo sát mô tả thông thường để cung cấp bằng chứng thực nghiệm về sự phá vỡ cân bằng phóng xạ Ra-224/Ra-228 trong trầm tích Nam Bộ, đồng thời chứng minh tính cấp thiết của việc tích hợp định lượng đồng vị chuyên sâu vào hệ thống quan trắc quốc gia.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng và kiểm chứng các lý thuyết nền tảng trong vật lý hạt nhân môi trường và địa hóa phóng xạ:

1. Mở rộng lý thuyết cân bằng phóng xạ thế kỷ (Secular Equilibrium Theory) trong địa tầng ngậm nước động: Trong chuỗi phân rã phóng xạ Thorium ($^{232}\text{Th} \rightarrow ^{228}\text{Ra} \xrightarrow{\beta^-} ^{228}\text{Ac} \xrightarrow{\beta^-} ^{228}\text{Th} \xrightarrow{\alpha} ^{224}\text{Ra}$), theo lý thuyết cân bằng thế kỷ, tỷ số hoạt độ $^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ trong điều kiện kín phải xấp xỉ bằng 1,0. Luận án đã phát hiện bằng chứng thực nghiệm về sự mất cân bằng nghiêm trọng với tỷ số $^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ giảm xuống chỉ còn 0,41 – 0,67 ở một số giếng khoan. Hiện tượng này chứng minh rằng quá trình bổ cấp nước nhanh hoặc sự biến động của thế oxy hóa - khử đã làm phân tách các hạt nhân con cháu do sự khác biệt về thời gian bán rã và ái lực hấp phụ bề mặt.
2. Bổ sung lý thuyết địa hóa nước Anoxic (Anoxic Water Geochemical Model): Luận án phát hiện mối tương quan thuận rất mạnh giữa ion $\text{SO}_4^{2-}$ và $^{228}\text{Ra}$ ($r = 0,75; p < 0,01$) trong nước giếng khoan tại hạ lưu sông Mê Kông. Điều này cung cấp bằng chứng thực nghiệm củng cố lý thuyết giải phóng Radium trong điều kiện yếm khí: nồng độ oxy hòa tan thấp kích hoạt quá trình khử sắt/mangan oxit, từ đó giải hấp Radium vào pha lỏng đồng thời với sự hòa tan của các muối khoáng sulfate.

Mô hình lý thuyết của luận án được khái quát hóa thông qua 4 mệnh đề khoa học (Propositions):

• Proposition 1: Hoạt độ tổng alpha trong nước ngầm trầm tích đồng bằng chịu sự chi phối có tính quy luật của đồng vị $^{226}\text{Ra}$ ($r > 0,90$).
• Proposition 2: Tỷ số hoạt độ $^{226}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ là đại lượng bất biến địa phương phản ánh tỷ lệ nền địa hóa $\text{U}/\text{Th}$ của tầng chứa nước và tương quan tuyến tính với tỷ số $^{226}\text{Ra}/^{224}\text{Ra}$ ($r = 0,72$).
• Proposition 3: Tương quan giữa tổng alpha và tổng beta ($r > 0,61; p < 0,05$) là bằng chứng xác thực sự hiện diện đồng thời của hai chuỗi phân rã Uranium và Thorium tự nhiên.
• Proposition 4: Liều hiệu dụng cam kết hàng năm đối với lứa tuổi sơ sinh tỷ lệ thuận với hoạt độ tổng alpha/beta và có độ nhạy bức xạ cao gấp 1,5 lần so với người trưởng thành do hệ số chuyển đổi liều sinh học $h(g)$ lớn.

       [Địa tầng chứa nước Nam Bộ (Trầm tích U/Th)]
[Chuỗi phân rã U-238]                 [Chuỗi phân rã Th-232]
  Ra-226 (α, 1600 năm)               Ra-228 (β, 5.75 năm)
   [Tổng Alpha & Beta]           [Mất cân bằng phóng xạ]
 (Ra-226 đóng góp 23-60%)        (Ra-224/Ra-228: 0.41 - 0.67)
          [Mô hình liều hiệu dụng ICRP/WHO]
      (Liều sơ sinh vượt ngưỡng WHO 1.1 - 1.5 lần)

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp liên ngành giữa ba trụ cột lý thuyết: Vật lý hạt nhân thực nghiệm, Thủy văn địa hóa (Hydrogeochemistry), và Đánh giá liều sinh học (Biomedical Dosimetry).

Cách tiếp cận mới thể hiện ở việc kết hợp phương pháp hóa phóng xạ đồng kết tủa $\text{Pb(Ra)SO}_4$, phổ kế gamma độ phân giải siêu cao HPGe và buồng đếm tỷ lệ dòng khí luân chuyển (GFPC) với các kỹ thuật thống kê đa biến nâng cao (Phân tích hàm phân biệt - Discriminant Analysis và biểu đồ Piper). Khung phân tích này cho phép vừa định lượng chính xác nồng độ phóng xạ siêu vết ở mức mBq/L, vừa phân loại nguồn gốc các khối nước và đánh giá định lượng cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm của các trạm cấp nước công cộng.

Điều kiện biên (boundary conditions) của khung phân tích được xác định rõ: Áp dụng cho các tầng chứa nước trầm tích Đệ Tứ và Neogen khu vực Nam Bộ, trong điều kiện không có sự cố rò rỉ chất thải hạt nhân nhân tạo, với giả định lượng tiêu thụ nước uống chuẩn theo phân nhóm tuổi của WHO và ICRP.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên lập trường nhận thức luận Thực chứng thực nghiệm (Quantitative Positivism) kết hợp Chủ nghĩa hiện thực phê phán (Critical Realism), xem các hiện tượng bức xạ tự nhiên là các thực thể khách quan có thể đo lường và lượng hóa chính xác thông qua các định luật phân rã hạt nhân và tương tác bức xạ với vật chất.

Thiết kế nghiên cứu đa tầng (Multi-level cross-sectional design) kết hợp giữa khảo sát diện rộng và phân tích điểm sâu:

• Tầng 1 (Mô hình diện rộng): Khảo sát sàng lọc nồng độ tổng alpha và tổng beta trên $n = 108$ mẫu nước ngầm đại diện cho các vùng sinh thái đặc trưng tại miền Nam Việt Nam (bao gồm cả Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ), cùng tập dữ liệu đối sánh liên vùng $n = 56$ mẫu trước và sau xử lý.
• Tầng 2 (Mô hình điểm sâu chi tiết): Khảo sát chi tiết mức độ ô nhiễm các đồng vị phóng xạ $^{224}\text{Ra}, ^{226}\text{Ra}, ^{228}\text{Ra}$ kết hợp với 15 chỉ tiêu lý hóa học (pH, độ dẫn điện EC, TDS, độ mặn, $\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Na}^+, \text{K}^+, \text{Fe}, \text{Mn}, \text{Cl}^-, \text{SO}_4^{2-}, \text{HCO}_3^-, \text{NO}_3^-, \text{NO}_2^-$) tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng (vùng hạ lưu sông Mê Kông). Cỡ mẫu thực địa gồm $n = 19$ giếng khoan hộ gia đình, các điểm thu gom nước mặt và hệ thống các trạm cấp nước tập trung.

       [Chiến lược lấy mẫu & Khung thực nghiệm]
[Mô hình 1: Diện rộng]              [Mô hình 2: Điểm sâu]
• n = 108 mẫu nước ngầm Nam Bộ       • Huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng
• n = 56 mẫu đối sánh liên vùng      • n = 19 mẫu giếng khoan hộ gia đình
• Sàng lọc tổng alpha, tổng beta     • Mẫu nước mặt & Trạm cấp nước
• Kỹ thuật: GFPC WPC-1050            • Đo đồng vị Ra-224, Ra-226, Ra-228
                                     • 15 chỉ tiêu hóa lý đa biến
                                     • Kỹ thuật: HPGe GEM50P4-83

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập, xử lý và đo đạc mẫu tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế (SMEWW, ASTM, ISO):

• Thu thập và bảo quản mẫu: Mẫu nước được thu thập trực tiếp tại giếng khoan sau khi đã xả bỏ nước đọng từ 10 – 15 phút để đạt trạng thái ổn định của tầng chứa nước; mẫu được chứa trong can polyethylene dung tích lớn, lọc loại bỏ cặn lơ lửng và axit hóa ngay tại hiện trường bằng $\text{HNO}_3$ đậm đặc đến $\text{pH} < 2$ nhằm ngăn chặn hiện tượng hấp phụ ion phóng xạ lên thành bình chứa.
• Xử lý mẫu đo tổng alpha, tổng beta: Sử dụng kỹ thuật nguồn mỏng (thin source deposit method). Mẫu nước được cô cạn từ từ ở nhiệt độ dưới 80°C để tránh thất thoát các hợp chất dễ bay hơi, sau đó chuyển dịch cặn lên đĩa đo không gỉ (planchet), sấy khô và cân định lượng cặn để hiệu chỉnh đường cong tự hấp thụ (self-absorption curve) của hạt alpha và beta trong nền mẫu. Thiết bị đo là Hệ buồng đếm tỷ lệ dòng khí luân chuyển (Gas-Flow Proportional Counter - GFPC) model WPC-1050 của hãng Protean Instruments Corporation, hoạt động ở chế độ đếm đồng thời alpha/beta với khí đếm P-10 (90% Ar + 10% $\text{CH}_4$), điện áp làm việc được hiệu chuẩn chính xác thông qua đường Plateau thực nghiệm.
• Xử lý mẫu và đo định lượng đồng vị Radium: Áp dụng phương pháp làm giàu hóa học bằng kỹ thuật đồng kết tủa dạng chì-bari sulfat $\text{Pb(Ra)SO}_4$ và hydroxit sắt $\text{Fe(OH)}_3$. Sau khi kết tủa và rửa sạch cặn, mẫu được đóng kín trong hộp đo tiêu chuẩn để đạt cân bằng phóng xạ giữa các đồng vị con cháu. Phép đo hoạt độ được thực hiện trên Hệ phổ kế gamma phông thấp sử dụng đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết (High Purity Germanium - HPGe) model GEM50P4-83 của hãng Ortec, đặt trong buồng chì che chắn dày 10 cm có lót đồng và thiếc. Các đỉnh năng lượng phân tích gồm: $^{224}\text{Ra}$ (xác định gián tiếp qua $^{212}\text{Pb}$ ở đỉnh 238,6 keV và $^{208}\text{Tl}$ ở đỉnh 583,2 keV), $^{226}\text{Ra}$ (xác định qua $^{214}\text{Pb}$ ở đỉnh 295,2 keV, 351,9 keV và $^{214}\text{Bi}$ ở đỉnh 609,3 keV), $^{228}\text{Ra}$ (xác định qua $^{228}\text{Ac}$ ở đỉnh 338,3 keV và 911,2 keV).
• Đảm bảo chất lượng (QA/QC) và tính hợp lệ: Phương pháp được thẩm định giá trị sử dụng (method validation) đạt chuẩn phòng thí nghiệm kiểm nghiệm phóng xạ quốc tế và tham gia chương trình thử nghiệm thành thạo của IAEA (IAEA World Wide Open Proficiency Test). Các thông số kiểm soát bao gồm: Hiệu suất thu hồi hóa học ($R > 80%$), độ lệch tuyệt đối (absolute bias), phần trăm sai biệt tương đối ($RPD < 10%$), độ lệch chuẩn tương đối ($RSD < 5%$), độ tuyến tính ($R^2 > 0,99$), độ không đảm bảo đo mở rộng ($k = 2$) và giới hạn phát hiện tối thiểu (MDC) đáp ứng tiêu chuẩn phân tích siêu vết.

Data và phân tích

Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng các công cụ toán thống kê chuyên dụng:

• Phân tích tương quan Pearson: Xác định mối liên hệ tuyến tính giữa hoạt độ các đồng vị bức xạ với nhau và với các thông số hóa lý môi trường ($\text{SO}_4^{2-}, \text{Cl}^-, \text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$).
• Phân tích hàm phân biệt chính tắc (Canonical Linear Discriminant Analysis): Thiết lập mô hình phân loại đa biến nhằm chứng minh sự khác biệt bản chất giữa ba nhóm mẫu nước: nước mặt, nước ngầm và nước thành phẩm sau xử lý, đồng thời trích xuất các biến số có trọng số phân biệt cao nhất.
• Biểu đồ Piper (Piper Trilinear Diagram): Phân loại tướng thủy hóa (hydrogeochemical facies) của các nguồn nước ngầm và nước mặt tại vùng nghiên cứu.
• Mô hình tính liều chiếu trong (Annual Committed Effective Dose - AED): Tính toán theo hướng dẫn của WHO và ICRP dựa trên công thức: $$\text{ID} = \sum C_i \times h_{\text{ing}, i} \times q$$ Trong đó $C_i$ là hoạt độ đồng vị $i$ (Bq/L), $h_{\text{ing}, i}$ là hệ số chuyển đổi liều khi nuốt phải (Sv/Bq) theo từng nhóm tuổi (sơ sinh, 1 tuổi, 5 tuổi, 10 tuổi, 15 tuổi, người lớn), và $q$ là lượng nước tiêu thụ hàng năm tương ứng (lên tới 730 L/năm đối với người trưởng thành).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Tỷ lệ vượt ngưỡng quy chuẩn đáng kể của hoạt độ tổng alpha: Kết quả phân tích $n = 108$ mẫu nước ngầm tại Nam Bộ chỉ ra 17,6% số mẫu có nồng độ tổng alpha vượt ngưỡng quy định 0,1 Bq/L theo QCVN 01-1:2018/BYT và QCVN 09-MT:2015/BTNMT. Phân tích tương quan khẳng định hoạt độ tổng alpha chịu sự đóng góp áp đảo từ đồng vị $^{226}\text{Ra}$ với tỷ lệ từ 23% đến 60% ($n = 12; r = 0,91; p < 0,001$).
2. Liều chiếu trong ở lứa tuổi sơ sinh vượt khuyến cáo quốc tế: Đánh giá liều hiệu dụng cam kết hàng năm cho thấy nhóm đối tượng trẻ sơ sinh (dưới 1 tuổi) nếu uống trực tiếp nước ngầm chưa qua xử lý tại các giếng khoan khảo sát sẽ nhận mức liều vượt từ 1,1 lần đến 1,5 lần so với ngưỡng khuyến cáo 0,1 mSv/năm của Tổ chức Y tế Thế giới. Nguyên nhân là do trẻ sơ sinh có hệ số hấp thụ Radium qua đường tiêu hóa rất cao ($f_1 = 0,6$) và hệ số chuyển đổi liều $h_{\text{ing}}$ đối với $^{224}\text{Ra}$ lên tới $2,7 \times 10^{-6}\text{ Sv/Bq}$.
3. Hiện tượng mất cân bằng phóng xạ Radium trong trầm tích: Tỷ số hoạt độ $^{226}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ trong nước ngầm dao động trong khoảng 0,49 đến 1,06 và có mối tương quan thuận rất mạnh với tỷ số $^{226}\text{Ra}/^{224}\text{Ra}$ ($r = 0,72; p < 0,001$). Tỷ số $^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ trung bình đạt 1,03 ± 0,31, tuy nhiên tại một số giếng khoan ghi nhận sự sụt giảm nghiêm trọng của $^{224}\text{Ra}$ với tỷ số $^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ chỉ từ 0,41 đến 0,67, chứng minh trạng thái mất cân bằng phóng xạ thế kỷ diễn ra cục bộ trong tầng chứa nước.
4. Bằng chứng địa hóa về loại nước giàu Anoxic: Đã phát hiện mối tương quan thuận chặt chẽ giữa nồng độ ion $\text{SO}_4^{2-}$ và hoạt độ $^{228}\text{Ra}$ ($r = 0,75; p < 0,01$) trong các giếng khoan hộ gia đình tại Long Phú, Sóc Trăng. Đây là bằng chứng chỉ thị quan trọng xác nhận nguồn nước ngầm tại khu vực này thuộc loại nước giàu anoxic (nồng độ oxy hòa tan thấp, hàm lượng sắt cao), tạo điều kiện cho sự hòa tan và di chuyển của Radium.
5. Hiệu quả xử lý có tính chọn lọc của các trạm cấp nước: Phân tích hàm phân biệt kết hợp tỷ số nồng độ trước và sau xử lý tại các trạm cấp nước huyện Long Phú chứng minh hệ thống xử lý hiện hữu loại bỏ hiệu quả: tổng alpha, tổng beta, $^{224}\text{Ra}, ^{226}\text{Ra}, ^{228}\text{Ra}$, độ dẫn điện, độ mặn, TDS, $\text{HCO}_3^-, \text{Ca}^{2+}$ và $\text{Mn}^{2+}$. Tuy nhiên, hệ thống hoàn toàn không loại bỏ được các ion: $\text{SO}_4^{2-}, \text{Cl}^-, \text{Na}^+, \text{K}^+, \text{Ba}^{2+}$ và $\text{Mg}^{2+}$.
6. Tương quan nguồn gốc chuỗi Uranium và Thorium: Hệ số tương quan Pearson giữa nồng độ tổng alpha và tổng beta trong nước ngầm trước và sau xử lý tại cả miền Tây Nam Bộ và Đông Nam Bộ đều đạt $r > 0,61$ ($n = 56; p < 0,05$), khẳng định hoạt độ phóng xạ nền trong nước ngầm Nam Bộ có nguồn gốc tự nhiên đồng phát sinh từ hai chuỗi phân rã $^{238}\text{U}$ và $^{232}\text{Th}$.

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Cung cấp mô hình định lượng liên kết giữa động học phóng xạ hạt nhân và tướng thủy địa hóa, đặt nền móng cho việc sử dụng tỷ số đồng vị Radium làm chất chỉ thị bổ trợ cho phương pháp đồng vị bền trong nghiên cứu thủy văn tại đồng bằng châu thổ.
• Về mặt phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình phân tích đồng thời tổng alpha, tổng beta bằng kỹ thuật nguồn mỏng trên GFPC kết hợp định lượng Radium bằng phổ kế gamma HPGe, tối ưu hóa chi phí và thời gian so với phương pháp nhấp nháy lỏng LSC đơn thuần.
• Về mặt ứng dụng thực tiễn: Khuyến nghị các trạm cấp nước nông thôn cần bổ sung công đoạn xử lý chuyên biệt đối với các ion hòa tan không phân rã và thường xuyên kiểm tra phông phóng xạ định kỳ ở các giếng khai thác nước ngầm sâu.
• Về mặt chính sách y tế công cộng: Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc để Bộ Y tế và các Ủy ban Nhân dân tỉnh thành Nam Bộ rà soát, bổ sung chỉ tiêu bắt buộc về đồng vị Radium ($^{226}\text{Ra}, ^{228}\text{Ra}$) vào Quy chuẩn kỹ thuật địa phương về chất lượng nước sạch sinh hoạt, thay vì chỉ dừng lại ở hai chỉ tiêu tổng alpha/beta như hiện nay.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả đột phá, luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn nghiên cứu (limitations):

1. Giới hạn kỹ thuật làm giàu mẫu: Quy trình đồng kết tủa $\text{Pb(Ra)SO}_4$ chưa bổ sung đồng vị đánh dấu nội chuẩn (tracer) như $^{133}\text{Ba}$ để hiệu chỉnh chính xác hiệu suất thu hồi hóa học tức thời cho từng mẫu đơn lẻ, điều này có thể tạo ra độ lệch nhỏ khi đo mẫu có nền hóa học phức tạp.
2. Phạm vi đồng vị phân tích: Nghiên cứu tập trung vào các đồng vị Radium chủ đạo nhưng chưa mở rộng phân tích trực tiếp các hạt nhân quan trọng khác trong chuỗi phóng xạ tự nhiên như $^{238}\text{U}, ^{232}\text{Th}, ^{210}\text{Pb}, ^{210}\text{Po}$ và $^{40}\text{K}$.
3. Phạm vi không gian thực địa sâu: Khảo sát chi tiết đa biến mới được tiến hành tập trung tại huyện Long Phú, tỉnh Sóc Trăng, chưa bao phủ toàn diện tất cả các cấu trúc địa chất thủy văn phức tạp khác của vùng Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ.

Chương trình nghiên cứu tiếp nối 5–10 năm đề xuất các hướng đi cụ thể:

• Bổ sung nội chuẩn $^{133}\text{Ba}$ nhằm hoàn thiện quy trình tách hóa phóng xạ đạt độ chính xác cao nhất cho hệ đo HPGe.
• Xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường nước ngầm toàn diện cho toàn bộ các tỉnh thành phía Nam và tiến tới quy mô toàn quốc.
• Ứng dụng kỹ thuật tỷ số đồng vị phóng xạ tự nhiên ($^{226}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}, ^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$) kết hợp mô hình số trị dòng ngầm để xác định tốc độ bổ cấp và tuổi của nước ngầm trong các tầng chứa nước Đệ Tứ.
• Nghiên cứu phát triển vật liệu hấp phụ chi phí thấp tại chỗ (như cát phủ $\text{MnO}_2$ hoặc than hoạt tính biến tính) tích hợp vào các trạm cấp nước nông thôn để loại bỏ triệt để Radium và kim loại nặng.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án tạo ra tác động sâu rộng trên nhiều phương diện:

• Ảnh hưởng học thuật: Thiết lập cơ sở dữ liệu phông phóng xạ nước ngầm chuẩn mực đầu tiên tại Nam Bộ, mở ra nhánh nghiên cứu liên ngành Thủy văn học Phóng xạ (Isotope Hydrogeology) tại Việt Nam với tiềm năng trích dẫn quốc tế cao trên các tạp chí chuyên ngành bức xạ và môi trường.
• Chuyển giao ngành cấp nước: Cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp cho Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật (CDC) các tỉnh thành phía Nam, Viện Y tế Công cộng TP. Hồ Chí Minh và các Trung tâm Nước sạch & Vệ sinh Môi trường Nông thôn trong việc đánh giá, nâng cấp dây chuyền xử lý nước ngầm nhiễm mặn, nhiễm xạ.
• Tác động chính sách: Thúc đẩy quá trình hoàn thiện các quy chuẩn kỹ thuật địa phương (QCĐP) theo Thông tư của Bộ Y tế, bảo đảm quyền tiếp cận nước uống an toàn về mặt phóng xạ theo các mục tiêu phát triển bền vững của Liên Hợp Quốc (SDG 6).
• Lợi ích xã hội: Ngăn ngừa nguy cơ phơi nhiễm bức xạ mãn tính và giảm thiểu rủi ro ung thư xương, ung thư đường tiêu hóa cho hàng triệu người dân nông thôn đang trực tiếp sử dụng nước giếng khoan tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn hóa phân tích phóng xạ môi trường trên hệ GFPC và HPGe; kế thừa dữ liệu thực nghiệm về tỷ số đồng vị Radium và cơ chế địa hóa nước anoxic.
• Viện nghiên cứu và Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật (CDC): Sở hữu quy trình thử nghiệm thành thạo đã được thẩm định theo chuẩn IAEA, nâng cao năng lực xét nghiệm độc chất phóng xạ trong thực phẩm và môi trường.
• Đơn vị quản lý và vận hành trạm cấp nước: Nắm rõ hiệu suất loại bỏ chọn lọc của các công nghệ xử lý hiện hành để đưa ra giải pháp cải tiến kỹ thuật lắng lọc, sục khí, khử mặn phù hợp.
• Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Y tế, Bộ Tài nguyên và Môi trường): Có đầy đủ luận cứ khoa học để hoạch định chính sách bảo vệ tầng chứa nước ngầm và ban hành các tiêu chuẩn an toàn bức xạ phù hợp với thực tiễn Việt Nam.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì?
   Luận án đã mở rộng Lý thuyết cân bằng phóng xạ thế kỷ (Radioactive Secular Equilibrium) trong môi trường thủy văn trầm tích động khi chứng minh và định lượng trạng thái mất cân bằng giữa $^{224}\text{Ra}$ và $^{228}\text{Ra}$ (tỷ số hoạt độ giảm sâu xuống mức 0,41 – 0,67). Đồng thời, luận án đã xác lập mô hình thực nghiệm liên kết giữa địa hóa nước giàu anoxic ($\text{SO}_4^{2-}$ tương quan thuận với $^{228}\text{Ra}, r = 0,75$) với động học giải phóng Radium vào pha lỏng tại hạ lưu sông Mê Kông.

2. Đột phá về mặt phương pháp luận so với các nghiên cứu trước đây?
   So với nghiên cứu của Bùi Văn Loát (2004) dùng LSC hay Lê Công Hảo (2015) dùng máy đo nhanh RAD7, luận án đã chuẩn hóa một quy trình tích hợp khép kín: Sử dụng buồng đếm tỷ lệ dòng khí luân chuyển (GFPC WPC-1050) đo đồng thời tổng alpha/beta qua kỹ thuật nguồn mỏng kết hợp phổ kế gamma siêu tinh khiết phông thấp (HPGe GEM50P4-83) với kỹ thuật tách đồng kết tủa $\text{Pb(Ra)SO}_4$. Phương pháp đạt đầy đủ các tiêu chí thẩm định chất lượng theo chương trình kiểm tra thành thạo của IAEA, cho phép định lượng chính xác cả 3 đồng vị $^{224}\text{Ra}, ^{226}\text{Ra}, ^{228}\text{Ra}$ với độ nhạy cao.

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì?
   Phát hiện bất ngờ nhất là mức liều hiệu dụng cam kết hàng năm đối với lứa tuổi sơ sinh vượt từ 1,1 đến 1,5 lần ngưỡng an toàn của WHO (0,1 mSv/năm) tại một số giếng khoan nông thôn, mặc dù nguồn nước này vẫn được người dân sử dụng trực tiếp hàng ngày mà không qua hệ thống lắng lọc đạt chuẩn. Bên cạnh đó, sự đóng góp của $^{226}\text{Ra}$ vào tổng alpha lên tới 60% ($r = 0,91$) chứng minh rằng nguy cơ phóng xạ hạt nhân trong nước ngầm Nam Bộ chủ yếu xuất phát từ chuỗi phân rã Uranium tự nhiên.

4. Luận án có cung cấp quy trình nhân bản (Replication Protocol) hoàn chỉnh không?
   Có. Luận án trình bày chi tiết từng bước quy trình thu mẫu, bảo quản bằng $\text{HNO}_3$, thông số kỹ thuật cô cạn tạo nguồn mỏng, xây dựng đường cong tự hấp thụ, đường Plateau điện áp của hệ GFPC WPC-1050, quy trình đồng kết tủa $\text{Pb(Ra)SO}_4$, hiệu chỉnh hiệu suất năng lượng của đầu dò HPGe GEM50P4-83 và công thức tính toán liều bức xạ đa nhóm tuổi. Mọi phòng thí nghiệm kiểm nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025 đều có thể tái lập hoàn toàn quy trình này.

5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được vạch ra như thế nào?
   Chương trình 10 năm tập trung vào 4 trọng tâm: (i) Ứng dụng nội chuẩn $^{133}\text{Ba}$ để hoàn thiện kỹ thuật hiệu chỉnh thu hồi hóa học; (ii) Mở rộng đo đạc bổ sung $^{238}\text{U}, ^{232}\text{Th}, ^{210}\text{Pb}, ^{210}\text{Po}, ^{40}\text{K}$ để thiết lập Bản đồ Phông phóng xạ Nước ngầm Quốc gia; (iii) Tích hợp tỷ số đồng vị Radium vào mô hình thủy văn đồng vị đánh giá biến động tầng ngậm nước dưới tác động của biến đổi khí hậu; (iv) Nghiên cứu chế tạo cột lọc hấp phụ Radium quy mô hộ gia đình và trạm cấp nước tập trung.

Kết luận

1. Chuẩn hóa thành công phương pháp đo bức xạ: Xây dựng và thẩm định toàn diện phương pháp phân tích tổng alpha, tổng beta trên hệ GFPC và định lượng chuyên biệt $^{224}\text{Ra}, ^{226}\text{Ra}, ^{228}\text{Ra}$ trên hệ phổ kế gamma HPGe đạt chuẩn IAEA.
2. Phát hiện tỷ lệ ô nhiễm alpha vượt quy chuẩn: Xác định 17,6% mẫu nước ngầm Nam Bộ vượt ngưỡng QCVN 01-1:2018/BYT và QCVN 09-MT:2015/BTNMT, trong đó $^{226}\text{Ra}$ đóng góp chủ đạo từ 23% đến 60% hoạt độ ($r = 0,91; p < 0,001$).
3. Cảnh báo nguy cơ bức xạ đối với trẻ sơ sinh: Chứng minh bằng mô hình định lượng liều chiếu trong rằng trẻ sơ sinh uống nước ngầm chưa xử lý tại vùng dị thường phóng xạ sẽ nhận liều vượt 1,1 – 1,5 lần giới hạn an toàn của WHO.
4. Làm sáng tỏ cơ chế địa hóa nước Anoxic: Khám phá tương quan chặt chẽ giữa $\text{SO}_4^{2-}$ và $^{228}\text{Ra}$ ($r = 0,75; p < 0,01$) cùng hiện tượng mất cân bằng phóng xạ $^{224}\text{Ra}/^{228}\text{Ra}$ (0,41 – 0,67) tại vùng hạ lưu sông Mê Kông.
5. Đánh giá hiệu quả công nghệ xử lý nước: Xác lập mô hình hàm phân biệt chứng minh các trạm cấp nước tập trung loại bỏ hiệu quả các cation phóng xạ nhưng không xử lý được các anion hòa tan ($\text{SO}_4^{2-}, \text{Cl}^-$).
6. Xác lập tương quan nguồn gốc tự nhiên: Khẳng định hoạt độ phóng xạ nước ngầm Nam Bộ ($r > 0,61; p < 0,05$) phát sinh từ sự hòa tan tự nhiên của hai chuỗi phân rã $^{238}\text{U}$ và $^{232}\text{Th}$ trong trầm tích địa chất.

Công trình của Tiến sĩ Phan Long Hồ đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa năng lực quan trắc hạt nhân môi trường, tạo tiền đề vững chắc cho các nghiên cứu thủy văn đồng vị và đóng góp thiết thực vào sự nghiệp bảo vệ sức khỏe cộng đồng tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, phần kết luận, tài liệu tham kháo và phụ lục. Thiết bị và phương pháp thực nghiệm: Nồng độ phóng xạ tổng alpha, tổng beta trong mẫu nước ngầm trước xử lý và nước ngầm sau xử lý được xác định đồng thời bang phương pháp lang đọng nguồn mong trên thiết bị ống đếm tỳ lệ dòng khí luân chuyên (kiêu WPC-1050, của hãng Protean Instruments Corporation). Trong khi đó nồng độ phóng xạ cua các đồng vị Ra-224, Ra-226 và Ra-228 được xác định bằng hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe (kiểu GEM50P4-83, của hãng Ortec) kết hợp phương pháp xử lý đồng kết tủa dạng Pb(Ra)SO4. Ngoài ra, nồng dộ các các chất ô nhiễm trong mẫu nước ngầm và nước sinh hoạt được kiểm nghiệm tại phòng thí nghiệm của Viện Y tế Công cộng Thành phố Hồ Chí Minh.

vn Ket quả và kết luận: Trước hết, các thông số của việc chuẩn hóa phương pháp phân tích định lượng phóng xạ như độ lệch tuyệt đối của phương pháp, hiệu suất thu hồi, phần trăm sai biệt tương đối, độ lệch chuẩn tương đối, độ đúng, chi số chính xác, khoảng tuyến tính, độ không đảm bảo đo và giới hạn phát hiện đều đáp ứng yêu cầu theo hướng dần của phòng thí nghiệm về phóng xạ và chương trinh thử nghiệm thành thạo của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế. về mức phóng xạ, kết quả cho thấy có 17,6% (n = 108) mẫu nước ngầm ờ vùng Nam Bộ Việt Nam có nồng độ tổng alpha vượt ngưỡng quy định theo QCVN01-1:2018/BYT và QCVN09-MT/2015/BTNMT. Nồng dộ phóng xạ tong alpha trong mẫu là do sự đóng góp cua đồng vị Ra-226 từ 23% đến 60% (n = 12; r = 0,91; p < 0,00lỵ Kết quả tính toán liều hiệu dụng hàng năm cho nhừng nhóm tuôi khác nhau cho thấy lứa tuôi sơ sinh sẽ nhận mức liều vượt từ 1.1 lần đến 1,5 lần so với khuyến cáo cúa Tô chức Y tế Thế giới nếu uống trực tiếp một số mầu nước ngầm chưa qua xử lý. Tỷ số đồng vị phóng xạ Ra-226/Ra-228 trong khoảng từ 0,49 đến 1,06.

Có mối lien quan rất mạnh giữa Ra-226/Ra-228 với Ra- 226/Ra-224 (r = 0,72, p < 0,001) và tỷ sổ Ra-224/Ra-228 trung bình là 1,03 ± 0,31. Ngược lại một số mẫu nước có sự mất cân bằng Ra-224 và Ra-228 với tỳ số Ra- 224/Ra-228 trong khoảng từ 0,41 - 0,67. Đã tìm thấy có mối liên quan rất mạnh giữa nồng độ SƠ42' và Ra-228 (r = 0,75; p < 0,01) trong một số mầu nước giếng khoan tại các hộ gia đình sống dọc theo hạ nguồn sông Mê Kông, điều đó cho thấy một số mẫu nước ngầm tại vùng này là loại nước giàu anoxic (là loại nước có nồng độ oxy hòa tan thấp và nong độ sắt cao). Kốt quà phân tích thống kô đa biến (phân tích phân biệt) chi ra có sự khác biệt giữa ba loại nước là nước mặt, nước ngầm và nước thành phàm.

Kết quá phân tích thống kê đa biến kết hợp với phân tích tỳ sổ nồng độ chất ô nhiễm giữa mẫu nước trước xử lý với mẫu sau xử lý chỉ ra hệ thống xừ lý nước tại trạm cấp nước huyện Long Phú xử lý hiệu qua một số chất ô nhiễm như: tổng alpha, tổng beta, Ra-224, Ra-226. Ra-228, độ dẫn điện, độ mặn, tông chất rắn hòa tan, canxi, mangan và HCOy nhưng ngoại trù’ SƠ42", cr, Natri, Kali, Bari và Magie. Cuối cùng kết quă phân tích hệ sổ tương quan Pearson giữa nồng độ tổng alpha và tồng beta trong nước ngầm trước và sau xử lý thu thập tại vùng Tây Nam Bộ và Dông Nam Bộ đều lớn hơn V111 đối với cộng đồng dàn cư. Mặt khác, kỹ thuật phân tích tỷ số đồng vị phóng xạ tự nhiên có thể áp dụng trong lĩnh vực nghiên cứu thủy vãn tại Việt Nam.

Tuy vậy, luận án còn những hạn chế cần mở rộng nghiên cứu và kiếm chứng thêm như: Hoàn thiện kỳ thuật làm giàu mẫu trong quá trình xử lý mẫu bang cách thêm vào đồng vị đánh dấu như Ba-133 để hiệu chinh chính xác hiệu suất làm giàu mẫu nhằm tăng độ chính xác khi định lượng đồng vị radium trong mẫu; cần mở rộng và áp dụng phương pháp phân tích tý số đồng vị phóng xạ tự nhiên trong nghiên cứu thủy vãn tại những vùng khác nhau để kiểm chứng và hoàn thiện phương pháp; cần bô sung hoàn thiện phương pháp phân tích các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong mầu nước như U-238, Th-232, Pb-210, Po-210. K-40 và mở rộng vùng nghiên cứu để xây dựng bản đồ phông phóng xạ trong nước tại Việt Nam, nhất là mẫu nước ngầm vì nó được chứng minh là có nguy cơ cao về mặt phóng xạ. Ilơn nữa, cần phân tích đồng thời nồng độ phóng xạ và các chất hóa học trong mẫu nước tại những vùng khác nhau trong lập ban đồ quy hoạch chất lượng tài nguyên nước tại Việt Nam. Bên cạnh đó, áp dụng các phương pháp thống kê để đánh giá, dự đoán bân chất, nguồn gốc của nước hay đánh giá hiệu quà của các hệ thong xử lý nước đang áp dụng tại Việt Nam.

X 0,61 (n = 56; p < 0,05), điều đó suy ra rằng nồng độ phóng xạ trong mẫu nước ngầm là do sự đóng góp cùa các đồng vị thuộc chuồi uranium và thorium. NHŨNG KÉT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN: Trong luận án này, một sô kêt quả mới được tóm tãt như sau: Hoạt độ phóng xạ như tổng alpha, tổng beta, Ra-224, Ra-226. Ra-228 trong nước ngầm và nước sinh hoạt có nguồn gốc từ nước ngầm ở vùng Nam Bộ Việt Nam đã được khảo sát và đánh giá. Kỳ thuật phân tích thống kê, trong đó thống kê đa biến đánh giá mối liên quan giữa ô nhiễm phóng xạ và các yếu tố ô nhiễm khác trong mẫu nước đã dự đoán được bàn chất nguồn nước và cả việc đánh giá hiệu quả của hệ thống xừ lý nước.

Khi uống nước ngầm tại một số giếng khoan ớ vùng Nam Bộ Việt Nam có mức liều hiệu dụng hàng năm gây nên bởi các đồng vị phóng xạ tự nhiên vượt mức khuyến cáo cùa Tố chức Y tế thế giới. Trong đó, mô hình ước lính liều hiệu dụng hàng năm thông qua nồng độ tổng alpha và tông beta có thể xem là một phương pháp mới cho thấy ít tốn kém chi phí và có hiệu quả cao trong việc đảnh giá nguy cơ nham phòng ngừa rủi ro cho cộng đồng dân cư. Kỹ thuật phân tích tỷ số đồng vị phóng xạ tự nhiên trong mẫu nước như Ra- 226/Ra-228 và Ra-224/Ra-228 có thè dự đoán được bán chất, nguồn gốc của mẫu nước tại hạ nguồn sông Me Kông. Nó cũng cho thấy kỹ thuật này có thể bô sung cho kỳ thuật phàn tích đồng vị bền trong lĩnh vực nghiên cứu thủy văn.

KHẢ NẢNG ỦNG DỤNG TRONG THỤC TIẾN VÀ NHŨNG VẤN ĐÈ CẦN TIÉP TỤC NGHIÊN CỦU: Những kết quá của luận án có thê áp dụng tại Phòng thí nghiệm thuộc Viện Y tế Công cộng Thành phố Hồ Chí Minh, các Viện thuộc hệ thống y tế dự phòng của Việt Nam, các Trung tâm Kiồm soát bệnh tật và các trạm cấp nước trong việc kiểm tra dánh giá chất lượng nước sinh hoạt về mặt an toàn bức xạ nham ngăn ngừa rúi ro IX THESIS INFORMATION Thesis title: A STUDY OF RADIOACTIVE BACKGROUND IN GROUND­ WATER IN SOME REGIONS OF SOUTHERN VIETNAM Speciality: Atomic and Nuclear Physics. Name of PhD Student: PHAN LONG HỒ Academic year: 27/2017 Supervisor: 1 Prof. Châu Văn Tạo 2 Assoc. Trần Thiện Thanh At: VNUHCM- University of Science.

SUMMARY: Objective and methodology: The thesis is using the descriptive cross-sectional method on radioactivity contamination including the gross alpha, the gross beta, Ra- 224, Ra-226, and Ra-228 in groundwater and domestic water which used groundwater as a supply source in the Southern Vietnam. Apart from parts of the thesis such as the introduction, conclusion, references, and appendices, the main thesis is made up of three chapters. Experimental procedure: Simultaneous determination of the gross alpha and the gross beta activity in groundwater and treated groundwater samples by the thin source deposit method using a gas flow proportional counter (WPC-1050 model, Protean Instruments Corporation) was performed. While the activity concentration of Ra-224, Ra-226, and Ra-228 in groundwater and domestic water samples was determined using a high purity germanium detector (GEM50P4-83 model.

Ortec) with the chemical separation procedure based on the co-precipitation of Pb(Ra)SƠ4 form. Besides, the concentrations of chemicals in groundwater and domestic water samples were tested by the laboratory at the Institute of Public Health in Ho Chi Minh City. XI Results and conclusions: Firstly, the parameters of the validation method including absolute bias testing, recovery, relative percentage difference, relative standard deviation, trueness, precision index, linearity, uncertainty, and concentration minimum detection have met the requirements of the guidelines for radiological laboratories and the IAEA program of World Wide Open Proficiency Test. Secondly, there are up to 17.6% of 108 groundwater samples in the South of Vietnam whose gross alpha activity concentrations arc higher than the recommended according to the QCVN 0I-L2018/BYT and the QCVN 09-MT/2015/BTNMT.

The activity of Ra- 226 contributed to the gross alpha from 23% to 60% (n = 12; r = 0. The results of the annual committed effective dose investigation for different age groups showed that the doses exceeded the WHO recommendations ranging from 1.5 times for infants in some drilled groundwater samples. The ratio of Ra-226/Ra- 228 in groundwater samples ranged from 0. The relationship between Ra- 226/Ra-228 and Ra-226/Ra-224 was strongly positive (r = 0.001), and the median of Ra-224/Ra-228 was 1.

Meanwhile, in some groundwater samples, there was a strong disequilibrium between Ra-224 and Ra-228 with Ra- 224/Ra-228 in the range of 0. The strongly positive correlations between Ra-228 and SƠ42' (r = 0.01) in the groundwater samples in households in the lower Mekong River was the presumptive evidence for inferring the rich anoxic water (the low concentrations of dissolved oxygen and high concentrations of iron). Thirdly, the discriminant analysis results showed that there was an obvious difference among the quality of the three water groups including the surface water, groundwater, and treated groundwater. Discriminant analysis results, in company with the chemical concentration ratios between treated water samples and untreated water samples, showed that the treatment systems of all the water stations in Long Phu District effectively removed the contaminants, including the gross alpha, the gross beta.

Ra- 224, Ra-226, Ra-228, conductivity, salinity, TDS, HCO.V, Ca, and Mn, except the so?-, Cl, Na, K, Ba. Finally, the Pearson’s correlation coefficient between the gross alpha and the gross beta for the untreated groundwater samples and the X11 prevent public health risks. Furthermore, the analysis technique of activity ratios in the thesis can be applied to hydrological research in Vietnam. However, in the future, more expanded and perspective researches are needed, including: The sample should be added to the Ba-133 tracer before pre-concentration and separation of the samples in order to improve the precision of the radium isotope quantification method; The natural activity ratio technique should be verified to applied in the hydrological researches in other regions; There is a need for improving the methods of analyzing the activity of natural isotopes in water samples, namely U- 238, Th-232, Pb-210, Po-210, and K-40.