MỞ ĐẦU Bên cạnh các ưu điểm không thể thay thế trong lĩnh vực điện hạt nhân, bức xạ hạt nhân, y học hạt nhân, sinh học hạt nhân, vũ khí,… cũng tồn tại nguy cơ tiềm tàng, khó có thể lường trước về tác hại của hạt nhân- phóng xạ phát tán có chủ đích hoặc không có chủ đích ra môi trường. Nhân loại cũng đã chứng kiến nhiều sự cố hạt nhân- phóng xạ với mức độ tàn phá và ảnh hưởng chưa từng thấy trong lịch sử đối với con người, sinh vật và môi trường. Một thực tế rõ ràng rằng, dù hiện tại chúng ta chưa có điện hạt nhân, song sự cố hạt nhân và ô nhiễm phóng xạ cho bề mặt các công trình, trang thiết bị kỹ thuật luôn là nguy cơ tiềm tàng đối với nước ta, nhất là khi mà Trung Quốc đã và đang triển khai xây dựng, vận hành 03 nhà máy điện hạt nhân cách biên giới nước ta không xa. Trong biên chế của quân đội và lực lượng cứu hộ cứu nạn các nước hiện nay đều trang bị nhiều loại khí tài, thiết bị, dung dịch, chất tẩy xạ cho các đối tượng với quy mô khác nhau.
Với ưu điểm về độ thuận tiện khi sử dụng, hiệu quả tẩy xạ cao, phổ áp dụng rộng, nhiều loại chất tẩy xạ dạng gel đã và đang được quan tâm nghiên cứu nhằm đưa vào trang bị để xử lý các sự cố hoặc tấn công hạt nhân, bom bẩn, như: Decon gel 1108, decon gel 1120, Argonne supergel, Alara 1146, Pentek 604. Tiêu biểu trong họ sản phẩm này phải kể đến decon gel 1108, decon gel 1101, decon gel 1102 do công ty CBI poymers và Firstlinetech - Mỹ sản xuất theo ISO 9001. Nguyên tắc làm việc của họ sản phẩm này là dựa trên cơ sở phản ứng tạo phức vòng càng bền vững giữa hợp chất có khả năng tạo phức chất trong gel tẩy xạ với ion đồng vị phóng xạ. Phức vòng càng lôi kéo ion phóng xạ ra và lưu giữ chúng trong hợp phần chất tạo màng của gel.
Bên cạnh đó, trong thành phần chất tẩy xạ này còn có hợp phần chất hoạt động bề mặt, chất chống tái bám, chất an định, chất ức chế ăn mòn và một số phụ gia khác. Khi sử dụng, chất tẩy xạ dạng gel tự khô ở điều kiện thường và dễ dàng bóc lột ra khỏi bề mặt bị nhiễm xạ. Lớp màng nhiễm xạ sau khi bóc lột bỏ được thu gom và xử lý theo quy định hiện hành. Các sản phẩm này đã được EPA khuyến nghị sử dụng để tẩy các đồng vị phóng xạ ở dạng hạt, kim loại nặng, hợp chất hữu cơ tan hoặc không tan trong nước, thậm chí cả hợp chất của triti khi chúng bám nhiễm trên bề mặt nằm 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ngang, thẳng đứng hoặc vòm của hầu hết các vật liệu như: bê tông được sơn, bê tông không sơn, nhôm, thép, chì, cao su, thủy tinh, gỗ, sứ, vữa, gạch men, gỗ.
Trong nước, nhóm tác giả Phạm Quỳnh Lương bước đầu đã nghiên cứu chế tạo và đánh giá được hiệu quả tẩy xạ trên bề mặt thép, gạch men, nhựa và thủy tinh của hệ gel trên cơ sở PVA, axit citric, glycerin cho kết quả khả quan. Gần đây, năm 2017-2018, nhóm nghiên cứu của TS. Vũ Ngọc Toán- Viện Hóa học- Vật liệu cũng đã và đang triển khai xây dựng nhiều thành phần đơn chế tạo chất tẩy xạ dạng gel trên cơ sở polyvinyl ancol, polyvinyl axetat, cacboxyl metyl xenlulo, EDTA, citric, citrat, dimetyl succinic acid, polypyrrol, glycerin,… Nhóm nghiên cứu này cũng tiến hành đánh giá hiệu quả tẩy xạ của sản phẩm trên mẫu vật liệu xây dựng như gỗ, gạch men, kính với các ion mô phỏng phóng xạ, kết quả thu được khá khả quan. Nhằm đóng góp thêm vào việc đa dạng hóa các sản phẩm chất tẩy xạ dạng gel hiệu năng cao, phổ sử dụng rộng, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo chất tẩy xạ dạng gel ứng dụng để xử lý chống nhiễm xạ các bề mặt công trình xây dựng” bằng các trang thiết bị, vật tư sẵn có trong nước như: PVA, axit citric, muối citrat, EDTA, polypyrol, glycerin, CMC, SDS, APG và một số phụ gia khác.
Hiệu quả tẩy xạ của sản phẩm được đánh giá đối với muối phóng xạ của U238, Cs137, Sr90, I131 trong khoảng 100-200 Bq/cm2 trên bề mặt một số loại vật liệu xây dựng gồm: gỗ, màng sơn ankyd, cao su cán tráng, thép CT-3, bê tông. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng được quy trình chế tạo và đánh giá chất lượng, hiệu quả tẩy xạ của chất tẩy xạ dạng gel trên bề mặt một số vật liệu sử dụng phổ biến trong xây dựng như gỗ, bê tông, thép, sơn trên nền thép, sơn trên bê tông. Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Nội dung 1: Nghiên cứu xây dựng quy trình chế tạo chất tẩy xạ dạng gel. - Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá chất lượng và hiệu quả tẩy xạ của sản phẩm chế tạo đối với một số loại vật liệu xây dựng.
- Nội dung 3: Hoàn thiện quy trình chế tạo và đề xuất biện pháp ứng dụng chất tẩy xạ dạng gel trong thực tế để xử lý ô nhiễm phóng xạ cho bề mặt công trình xây dựng. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1. Các nguồn phát sinh bụi phóng xạ và đặc điểm của bụi phóng xạ 1. Các nguồn phát sinh bụi phóng xạ * Vũ khí hạt nhân Cùng với vũ khí hóa học, vũ khí sinh học, vũ khí hạt nhân (VKHN) là một trong ba loại vũ khí huỷ diệt lớn (VKHDL) sử dụng năng lượng giải phóng từ các phản ứng phân hạch và tổng hợp hạt nhân để tiêu diệt mục tiêu.
* Sự cố hạt nhân Dưới tác động chủ quan (do tấn công, phá hoại) hoặc không chủ quan (do mất cắp, trục trặc kỹ thuật, động đất, sóng thần, thiên tai,…) mà một số nơi, vị trí có chứa nguồn phóng xạ ở mức độ lớn, không được duy trì ở trạng thái hoạt động bình thường, tán phát phóng xạ ra môi trường xung quanh được xem là sự cố hạt nhân. Tùy thuộc vào tính chất, mức độ, bản chất của từng sự cố mà mức độ rò rỉ, tác hại của chúng đối với con người và môi trường sẽ khác nhau. Cơ quan năng lượng nguyên tử thế giới đã đưa ra 04 mức cảnh báo cho sự cố hạt nhân (4-8) [23]. Hiện nay, với mục đích hòa bình là sản xuất năng lượng điện để phục vụ cuộc sống, năng lượng điện hạt nhân đóng góp một phần không nhỏ trong ngành năng lượng, ví dụ: Mỹ- với 104 lò phản ứng hạt nhân, cung cấp 836,63 triệu kW.h/năm; Pháp- với 439,74 triệu kW.h/năm; Nhật Bản- với 263,83 triệu kW.h/năm; Nga- với 177,39 triệu kW.h/năm; Hàn Quốc- với 142,94 triệu kW.h/năm; Đức- với 140,53 triệu kW.
Hiện có khoảng 430 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động trên toàn thế giới, cung cấp khoảng 5,7% sản lượng năng lượng trên thế giới và 13% sản lượng điện toàn cầu. Bên cạnh mặt tích cực này thì số lượng lớn các nhà máy điện hạt nhân, cùng với vô số vũ khí hạt nhân, nguồn phóng xa trên toàn thế giới cũng là những nguy cơ tiềm ẩn về sự cố hạt nhân có thể xảy ra bất kể lúc nào. Thế giới đã từng chứng kiến nhiều sự cố hạt nhân, như: ngày 10/10/1957 sự cố hạt nhân xảy ra tại Windscale fire- Anh (cấp độ 5); ngày 28/3/1979 tại Three Mile Island- Pennsylvania- Mỹ xảy ra sự cố tại hai lò phản ứng hạt nhân, rò rỉ 1,58 petabecqueral ra môi trường (cấp độ 5); ngày 26/4/1986 sự cố xảy ra tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl- Nga (cấp độ 7); Đây là nhà máy điện hạt nhân lớn nhất 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Châu Âu với công suất 5.700 MW nằm bên bờ hồ trữ nước Kakhovka trên sông Dnieper cách Donetsk 300 km về phía Tây. Tùy thuộc vào từng tai nạn mà phóng xạ sẽ rò rỉ vào khí quyển ở các mức độ khác nhau.
Trường hợp xảy ra các vụ nổ thì lõi hạt nhân có thể sản sinh ra những đám mây phóng xạ (chứa nhiều 131I, 137Cs) trong không khí tồn tại hàng chục năm- không phân rã. Những ion phóng xạ này sẽ tự keo tụ lại và bị mưa hoặc gió vận chuyển xuống mặt đất- nhiễm xạ vào các công trình, công sự, hầm hào, động thực vật và nước mặt, sau đó hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp sẽ ảnh hưởng tới con người. Một số hình ảnh về sự cố hạt nhân được diễn tả trong hình 1. Hình ảnh sự cố và tác hại của hạt nhân, phóng xạ Về cơ bản, đối với các công trình xây dựng khi có tấn công hoặc sự cố hạt nhân xảy ra thì bụi phóng xạ là tác nhân gây hại chủ yếu kế sau sóng xung kích, nhiệt, bức xạ.
Chúng là những hạt nhỏ, có kích thước khác nhau, mức độ nhiễm xạ khác nhau sẽ xen bám trên bề mặt các công trình, công sự, hầm hào… và phát ra môi trường xung quanh tia phóng xạ [31]. * Các chất phóng xạ tạo ra trong vụ nổ - sự cố hạt nhân: Có thể nói, phân hạch hạt nhân là một trong các phương thức chính tạo ra hạt nhân phóng xạ, phát tán trong không khí, di chuyển, rơi lắng khắp nơi. Các sản phẩm của vụ nổ hoặc sự cố hạt nhân gồm: 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Các sản phẩm phân hạch: Phân hạch hạt nhân là một trong các phương thức chính tạo ra hạt nhân phóng xạ rơi lắng khắp nơi. Sản phẩm phân hạch có suất lượng đặc trưng phụ thuộc vào hạt nhân phân hạch và năng lượng nơtron bắn vào.
Suất lượng cao nhất khi phân hạch 235U xảy ra với các số khối trên hai điểm cực đại phân biệt giữa số khối 85-104 và các số khối 130-149. Các hạt nhân có khả năng phân hạch khác như 239Pu cũng có đường tương tự về suất lượng phân hạch. Suất lượng của các sản phẩm 90Sr và 137Cs là cao. Do đó hai sản phẩm phân hạch này thường được sử dụng để đánh giá khoảng và sự lan rộng của sự rơi lắng phóng xạ.
Tổng cộng có hơn 200 sản phẩm phân hạch khác nhau được phát ra trong một vụ nổ hạt nhân với chu kỳ bán rã nằm trong khoảng từ phần của giây cho tới 17 triệu năm [30]. Trong số hơn 200 sản phẩm phân hạch phát ra trong vụ nổ hạt nhân, chỉ có một vài sản phẩm có những tác động đến môi trường và thời gian sống đủ lâu để trở thành vấn đề môi trường và sinh thái. + Chất nổ hạt nhân không tham gia phản ứng: Phần không bị phân chia của hạt nhân nguyên tử là các hạt nhân không tham gia vào phản ứng hạt nhân dây chuyền còn lại sau vụ nổ.