Đặt vấn đề Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại chính sau: 1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân phóng xạ nguyên thủy.
Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do tƣơng tác của các tia vũ trụ với vật chất của trái đất. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do con ngƣời tạo ra. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do hai nguồn gốc đầu đƣợc gọi là các nhân phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con ngƣời tạo ra đƣợc gọi là các nhân phóng xạ nhân tạo. So với lƣợng phóng xạ tự nhiên thì lƣợng phóng xạ do con ngƣời tạo ra là rất nhỏ và một phần lƣợng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong môi trƣờng của thế giới.
Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trƣờng sống nhƣ đất, nƣớc và không khí [2]. Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con ngƣời một liều chiếu bức xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con ngƣời và gây ra liều chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con ngƣời qua đƣờng hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xƣớc trên da. Mức liều chiếu do các nhân phóng xạ tự nhiên gây ra cho con ngƣời có thể đƣợc xác định bằng các thiết bị đo liều bức xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trƣờng nhiệt phát quang. Trong đó, liều kế nhiệt phát quang có thể xác định đƣợc liều chiếu trong thời gian dài, nên loại bỏ 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đƣợc những ảnh hƣởng của các yếu tố môi trƣờng đến kết quả đo liều chiếu đối với dân chúng [6].
Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ luôn ảnh hƣởng dù ít hay nhiều đến tình trạng sức khỏe của con ngƣời và môi trƣờng xung quanh bởi sự tác động của bức xạ lên vật chất sống. Con ngƣời từ lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với phóng xạ và chịu ảnh hƣởng của mọi loại phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm soát bức xạ và những tác động có hại của phóng xạ đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ các ảnh hƣởng của chúng lên môi trƣờng sống là rất quan trọng và nhận đƣợc nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài “Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng” đƣợc thực hiện nhằm mục đích xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng phục vụ cho việc xác định liều chiếu của dân chúng tại các trạm quan trắc phóng xạ môi trƣờng.
Mục tiêu đề tài -Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100. -Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu Xây dựng phƣơng pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang. So sánh phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma môi trƣờng sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng khác.
Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trƣờng đối với dân chúng tại địa điểm thực nghiệm. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lƣợng lớn các chất phóng xạ có mặt trên Trái Đất.
Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232Th, chuỗi 238U và chuỗi 235 U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lƣợc nhƣ trong Bảng 1.
1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium Chuỗi Th-232 Chuỗi U-238 Chuỗi U-235 Hạt nhân Thời gian Hạt nhân Thời gian Hạt nhân Thời gian bán bán rã bán rã rã Th-232 14 x 109năm U-238 4,47x109nă U-235 0,704x109năm ↓ 1α ↓ 1α,2β m ↓ 1α,1β Ra-228 6,7 năm U-234 Pa-231 32,8x103 năm ↓ 1α 245x103năm Th-230 ↓ 1α,2β ↓ 1α 75x103năm ↓ 2α,1β Ra-224 3,6 ngày Ra-226 Ra-223 11,4 ngày 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ↓ 1α ↓ 1α 1600 năm ↓ 1α Rn-220 55 giây Rn-222 Rn-219 4 giây ↓ 1α ↓ 3α,2β 3,82 ngày ↓ 1α Po-216 0,16 giây Pb-210 Po-215 1,8x10-3 giây ↓ 2β 22 năm Po-210 ↓ 2α,2β ↓ 1α 138 ngày ↓ 2α,2β Pb-208 Bền Pb-206 Pb-207 Bền Bền Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong nƣớc và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể đƣợc chia thành 3 loại: Loại đƣợc hình thành cùng với tuổi của Trái đất ; Loại đƣợc tạo thành do tƣơng tác của tia vũ trụ với vật chất; Loại đƣợc tạo thành do hoạt động của con ngƣời. Các hạt nhân phóng xạ đƣợc tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất, nƣớc và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự nhiên với hàm lƣợng trung bình nhƣ sau: 370 Bq 40K (100 – 700 Bq) 25 Bq 226Ra (10 – 50 Bq) 25 Bq 238U (10 – 50 Bq) 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 25 Bq 232Th (7 – 50 Bq) Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.
U-238 và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng xạ thuộc họ Actinium. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm: - Đồng vị đầu tiên của chuỗi có chu kỳ bán rã lớn - Các chuỗi này đều có một đồng vị tồn tại dƣới dạng khí, các chất khí phóng xạ này là các đồng vị của radon. - Sản phẩm cuối cùng trong các chuỗi phóng xạ là Chì. Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác nhƣ : 40K, 14C.Những đồng vị này có thể đƣợc thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trƣờng.
Đồng vị phóng xạ 14C là đồng vị đƣợc hình thành do sự tƣơng tác của bức xạ nơtron (có trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Hoạt độ phóng xạ của một số nhân phóng xạ chủ yếu trong môi trƣờng đƣợc đƣa ra trong bảng 1. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [4] Hạt nhân Độ giàu trong tự nhiên Hoạt độ Chiếm 99.2745% uranium trong tự nhiên, tổng lƣợng 238 U ≈0.7pCi/g ( 25Bq/kg) uranium chiếm từ 0.7 ppm trong đá thông thƣờng 235 U 0.72% uranium trong tự nhiên Chiếm từ 1.6 đến 20ppm trong 232 Th đá thông thƣờng và chiếm trung ≈1.1pCi/g( 40Bq/kg) bình khoảng 10.7ppm lƣợng đá 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trên bề mặt Trái đất 0.42pCi/g( 16Bq/kg) trong đá vôi và 1.3pCi/g 226 Ra Có trong đá vôi và đá phun trào ( 48Bq/kg) trong đá phun trào 0. Liều chiếu do phóng xạ môi trƣờng gây ra cho dân chúng Con ngƣời đang sống trong môi trƣờng mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ tự nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con ngƣời.
Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ ngoài; Khi các nhân phóng xạ đi vào cơ thể con ngƣời và phát ra các tia bức xạ, khi đó sẽ gây ra liều chiếu trong. Chiếu xạ ngoài Bức xạ gamma từ các nhân phóng xạ trong đất, đá Đây là nguồn chiếu xạ chủ yếu trong số các nguồn chiếu xạ ngoài của môi trƣờng đối với con ngƣời. Từ các kết quả nghiên cứu thực hiện trên nhiều khu vực, lãnh thổ khác nhau trên thế giới, ngƣời ta đã đánh giá suất liều hấp thụ trung bình ở độ cao 1m trên mặt đất đối với con ngƣời vào khoảng từ 20 đến 159nGy/h. Trong phổ suất liều hấp thụ trung bình đó, ngƣời ta đánh giá một giá trị trung bình là 55 nGy/h, tƣơng đƣơng với liều hiệu dụng trung bình một ngƣời phải chịu là 0.
Tùy theo từng vị trí trên Trái Đất, giá trị đó có khác nhau, thí dụ nhƣ ở Mỹ là 0.28mSv/năm, ở Thụy Sỹ là 0. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong thành phần của các nguồn chiếu xạ ngoài từ bức xạ gamma của các đồng vị phóng xạ từ đất thì 40K chiếm 35% các đồng vị phóng xạ của dãy 238U chiếu 25%, và của dãy 232Th là 40%. Phóng xạ của tia vũ trụ Phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ đóng góp vào liều hấp thụ đối với con ngƣời là không đáng kể. Ở độ cao mực nƣớc biển, liều hấp thụ gây ra bởi thành phần bức xạ ion hóa là 27nGy/h, tƣơng ứng với liều hiệu dụng là 240µSv/ năm.
Liều này tăng theo độ cao so với mực nƣớc biển ( cứ 100m tăng 4µSv). Trên 25km thì liều đó có giá trị gần nhƣ không đổi, vào khoảng 80µGy/h. Tính trung bình theo các nhóm ngƣời sống trên Trái Đất thì liều hiệu dụng hàng năm do tia vũ trụ đƣợc đánh giá là 355µSv, trong đó thành phần đóng góp của bức xạ ion hóa là 300µSv, còn 55µSv là của thành phần nơtron [4]. Chiếu xạ trong Khi các chất phóng xạ tự nhiên xâm nhập vào cơ thể qua con đƣờng ăn uống và hít thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể.
Quá trình chuyển hóa làm cho một số đồng vị đƣợc thải ra ngoài và một số còn lƣu lại trong cơ thể.