Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

Nghiên cứu ứng dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD trong đo liều bức xạ gamma, góp phần nâng cao an toàn môi trường và sức khỏe cộng đồng.

• Tác giả: Bùi Thị Ánh Dƣơng
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Văn Giáp
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên
• 1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trường gây ra cho dân chúng
• 1.2.1. Chiếu xạ ngoài
• 1.2.2. Chiếu xạ trong
• 1.3. Liều hiệu dụng tổng cộng (chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong)
• 1.4. Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con người
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.6. Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ
• 1.7. Hoạt độ phóng xạ
• 1.8. Liều hấp thụ
• 1.9. Liều tương đương sinh học và liều hiệu dụng
• 1.10. Liều giới hạn cho phép
• 1.11. Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên
• 1.12. Nhiệt huỳnh quang và đặc trưng của liều kế nhiệt huỳnh quang
• 1.13. Nhiệt huỳnh quang
• 1.14. Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ ion hóa
• 1.15. Một số đặc trưng của vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (ký hiệu thương phẩm là TLD-100)
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
• 2.2.2. Chuẩn bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi trường
• 2.2.3. Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế
• 2.2.4. Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu
• 2.2.5. Xây dựng phương pháp đo liều bức xạ môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100
• 2.2.6. Thiết bị đọc HARSHAW-4000
• 2.2.7. Đánh giá liều gamma môi trường bằng phương pháp đo tại hiện trường
• 2.2.8. Đánh giá liều môi trường bằng phương pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất
• 2.2.9. Xử lý số liệu
• 2.2.10. Phương pháp tổng hợp, phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định hệ số chuẩn cho từng chíp TLD đo gamma môi trường
• 3.2. Xác định ngưỡng nhạy của chip TLD 100
• 3.3. Xác định suất liều gamma trong môi trường bằng phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD 100)
• 3.4. Xác định suất liều gamma môi trường bằng phương pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất
• 3.5. Xác định suất liều gamma môi trường bằng phương pháp đo gamma hiện trường
• 3.6. So sánh phương pháp đo liều gamma môi trường bằng TLD với các phương pháp khác
• 3.7. Đánh giá liều chiếu đối với dân chúng tại khu vực nghiên cứu
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD

Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo bức xạ gamma là một lĩnh vực quan trọng trong khoa học môi trường. Liều kế TLD cho phép đo lường chính xác liều bức xạ gamma trong môi trường, từ đó giúp đánh giá tác động của bức xạ đến sức khỏe con người và môi trường. Việc sử dụng TLD trong đo bức xạ gamma đã được chứng minh là hiệu quả và đáng tin cậy, đặc biệt trong các nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên.

1.1. Nguyên lý hoạt động của liều kế nhiệt huỳnh quang TLD

Liều kế TLD hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt huỳnh quang, trong đó vật liệu TLD hấp thụ bức xạ gamma và lưu trữ năng lượng dưới dạng điện tích. Khi được nung nóng, vật liệu này phát ra ánh sáng, và cường độ ánh sáng phát ra tỷ lệ thuận với liều bức xạ đã hấp thụ. Điều này cho phép xác định chính xác liều bức xạ gamma mà liều kế đã tiếp xúc.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng liều kế TLD trong đo bức xạ

Việc sử dụng liều kế TLD mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng đo bức xạ trong thời gian dài mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. TLD cũng có khả năng đo liều bức xạ thấp, giúp phát hiện các mức bức xạ mà các thiết bị khác có thể bỏ qua. Điều này rất quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong đo bức xạ gamma

Mặc dù việc sử dụng liều kế TLD trong đo bức xạ gamma mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức. Các yếu tố như độ nhạy của thiết bị, điều kiện môi trường và phương pháp xử lý số liệu có thể ảnh hưởng đến kết quả đo. Việc hiểu rõ các vấn đề này là cần thiết để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các phép đo.

2.1. Độ nhạy của liều kế TLD và các yếu tố ảnh hưởng

Độ nhạy của liều kế TLD phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại vật liệu TLD, thời gian tiếp xúc với bức xạ và điều kiện bảo quản. Việc lựa chọn vật liệu TLD phù hợp và tối ưu hóa quy trình đo là rất quan trọng để đảm bảo kết quả chính xác.

2.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến kết quả đo

Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo bức xạ gamma. Việc kiểm soát các yếu tố này trong quá trình đo là cần thiết để đảm bảo tính chính xác của kết quả.

III. Phương pháp đo bức xạ gamma bằng liều kế TLD

Phương pháp đo bức xạ gamma bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD đã được phát triển và cải tiến qua nhiều năm. Quy trình này bao gồm việc chuẩn bị mẫu TLD, đặt tại các vị trí nghiên cứu và xử lý số liệu thu được. Việc áp dụng phương pháp này giúp xác định chính xác liều bức xạ gamma trong môi trường.

3.1. Chuẩn bị mẫu liều kế TLD 100

Mẫu liều kế TLD-100 được chuẩn bị bằng cách cắt thành các hình dạng phù hợp và xử lý nhiệt để loại bỏ các điện tích còn lại. Quá trình này đảm bảo rằng mẫu TLD có thể ghi nhận chính xác liều bức xạ gamma trong môi trường.

3.2. Quy trình đặt và đo liều bức xạ

Quy trình đặt liều kế TLD tại các vị trí nghiên cứu cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo rằng chúng tiếp xúc với bức xạ gamma. Sau khi thu thập dữ liệu, các mẫu TLD sẽ được xử lý và phân tích để xác định liều bức xạ đã hấp thụ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của liều kế TLD trong nghiên cứu bức xạ gamma

Liều kế TLD đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ nghiên cứu môi trường đến y tế. Việc đo bức xạ gamma trong môi trường sống giúp đánh giá mức độ an toàn cho sức khỏe con người và môi trường. Kết quả từ các nghiên cứu này có thể được sử dụng để xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ.

4.1. Đánh giá liều bức xạ gamma trong y tế

Trong lĩnh vực y tế, việc sử dụng liều kế TLD giúp theo dõi liều bức xạ mà bệnh nhân nhận được trong quá trình điều trị. Điều này rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân và giảm thiểu rủi ro từ bức xạ.

4.2. Nghiên cứu bức xạ gamma trong môi trường

Nghiên cứu bức xạ gamma trong môi trường giúp xác định mức độ ô nhiễm phóng xạ và tác động của nó đến sức khỏe cộng đồng. Kết quả từ các nghiên cứu này có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường hiệu quả.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu bức xạ gamma

Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD để đo bức xạ gamma đã chứng minh được tính hiệu quả và độ chính xác. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Việc tiếp tục cải tiến công nghệ và phương pháp đo sẽ giúp nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của các phép đo bức xạ gamma.

5.1. Hướng phát triển công nghệ TLD trong tương lai

Công nghệ TLD đang được nghiên cứu và phát triển để cải thiện độ nhạy và khả năng đo bức xạ gamma. Việc áp dụng các vật liệu mới và công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả của liều kế TLD trong tương lai.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu bức xạ gamma trong bảo vệ sức khỏe

Nghiên cứu bức xạ gamma đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Việc hiểu rõ về bức xạ và tác động của nó sẽ giúp xây dựng các chính sách an toàn bức xạ hiệu quả hơn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong môi trường tự nhiên, có hơn 60 đồng vị phóng xạ tồn tại từ khi hình thành Trái Đất cũng như được sinh ra liên tục từ tương tác của tia vũ trụ. Các nguyên tố phóng xạ này đóng góp vào tổng liều hiệu dụng toàn cầu trung bình khoảng 2,28 mSv/năm, trong đó thành phần chiếu xạ ngoài từ đất đá và vật liệu xung quanh chiếm khoảng 0,48 mSv/năm với suất liều hấp thụ trung bình dao động từ 20 đến 159 nGy/h (giá trị điển hình khoảng 55 đến 57 nGy/h). Tuy nhiên, việc giám sát phông phóng xạ môi trường tại Việt Nam trong thời gian dài thường gặp khó khăn do các thiết bị đo tức thời dễ bị biến động bởi thời tiết và điều kiện vi khí hậu.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ đo liều bức xạ gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 (vật liệu LiF:Mg,Ti), đồng thời xác định chính xác liều bức xạ gamma tích lũy ngoài hiện trường nhằm đánh giá mức độ an toàn bức xạ đối với dân chúng và nhân viên làm việc.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm liên tục trong 90 ngày (tương đương 2160 giờ phơi chiếu) tại 22 vị trí trọng điểm thuộc khuôn viên Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc thiết lập phương pháp đo liều thụ động có độ chính xác cao với sai số thực nghiệm dưới 10%, chi phí vận hành thấp hơn đáng kể so với trạm đo tự động, đồng thời cung cấp bộ số liệu nền tảng đối chiếu với giới hạn liều 1 mSv/năm cho dân chúng và 20 mSv/năm cho nhân viên bức xạ theo khuyến cáo của Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế (ICRP).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết tương tác bức xạ ion hóa với vật chất kết hợp mô hình vùng năng lượng của chất rắn giải thích hiện tượng nhiệt huỳnh quang (Thermoluminescence - TLD). Khi bức xạ gamma truyền năng lượng cho tinh thể cách điện hoặc bán dẫn, các cặp electron và lỗ trống được giải phóng rồi bị bắt giữ tại các tâm bẫy giả bền nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn. Dưới tác động nhiệt kích thích có kiểm soát, các electron thoát khỏi bẫy, tái hợp với lỗ trống và phát ra các photon ánh sáng trong dải quang phổ khả kiến (bước sóng 400 đến 425 nm).

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm:

• Liều hấp thụ: Năng lượng bức xạ truyền cho một đơn vị khối lượng vật chất, đơn vị đo là Gray (1 Gy = 1 J/kg).
• Liều tương đương và Liều hiệu dụng: Đại lượng đánh giá tác động sinh học, tính bằng tích số giữa liều hấp thụ với trọng số bức xạ (wR = 1 đối với tia gamma) và hệ số mô (wT dao động từ 0,01 đối với da đến 0,12 đối với phổi và dạ dày), đơn vị đo là Sievert (Sv).
• Đặc trưng vật liệu TLD-100 (LiF:Mg,Ti): Có nguyên tử số hiệu dụng Zeff = 8,14 (rất gần với mô sinh học là 7,4), dải liều tuyến tính rộng từ 10 microGy đến 10 Gy, và các đỉnh nhiệt phát quang chính tập trung tại 190°C (đỉnh 4) và 210°C (đỉnh 5).
• Hiện tượng suy giảm tín hiệu (Fading): Tốc độ suy hao thông tin tích lũy của TLD-100 cực thấp, chỉ dưới 5%/năm ở điều kiện nhiệt độ thường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng tổng cộng 88 chip nhiệt huỳnh quang TLD-100 được phân bố tại 22 vị trí quan trắc. Phương pháp lấy mẫu phân tầng kết hợp định vị mục tiêu được áp dụng để bao quát các khu vực đặc trưng: phòng chuẩn liều cấp hai (SSDL), kho lưu giữ nguồn phóng xạ, phòng tổng hợp dược chất phóng xạ 18F-FDG, phòng điện tử hạt nhân và các vị trí phông môi trường ngoài trời. Tại mỗi điểm đo ngoài trời, mẫu được gắn 3 chip TLD bọc màng PE màu đen chống ẩm và cản tia alpha/beta; tại mỗi điểm đo trong nhà, mẫu được gắn 5 chip để tăng độ tin cậy thống kê. Các liều kế được gắn cố định trên giá đỡ chuyên dụng ở độ cao chuẩn 1,0 m so với mặt đất và cách tường tối thiểu 50 cm.

Lý do lựa chọn phương pháp đo nhiệt huỳnh quang là khả năng tích lũy liều bức xạ liên tục trong suốt 90 ngày mà không cần nguồn cấp điện, không phụ thuộc vào độ ẩm môi trường và có thể đọc đồng thời nhiều mẫu trên hệ máy chuẩn hóa. Toàn bộ mẫu được phân tích trên thiết bị đọc Harshaw-4000 tích hợp dòng khí Ni-tơ tinh khiết nhằm khử tạp nhiễu nhiệt quang và hiện tượng oxy hóa khay đốt.

Quy trình thực nghiệm diễn ra theo tiến trình:

1. Xử lý nhiệt sơ bộ tại 400°C trong 1 giờ và ủ 100°C trong 2 giờ bằng lò nung Vinten để xóa sạch tín hiệu dư.
2. Chiếu xạ chuẩn trên nguồn bức xạ Cs-137 ở liều 1 mGy trong không khí để xác định hệ số chuẩn CF cho từng chip.
3. Để ổn định 7 ngày nhằm loại bỏ các đỉnh nhiệt phát quang không bền nhiệt độ thấp.
4. Triển khai đặt mẫu thực địa 90 ngày (từ ngày 26/04/2013 đến ngày 26/07/2013).
5. Thu hồi mẫu, đo đọc tín hiệu huỳnh quang trên máy Harshaw-4000 với tốc độ gia nhiệt 12°C/giây và nhiệt độ đọc 260°C trong 20 giây.
6. Đo đối chứng độc lập bằng máy đo suất liều cầm tay Inspector 1000 và phân tích hàm lượng 40K, 238U, 232Th trên 2 mẫu đất đại diện bằng hệ phổ kế gamma phân giải cao trong thời gian 24 giờ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận các kết quả định lượng cụ thể qua chuỗi thực nghiệm:

• Ngưỡng nhạy phát hiện của hệ đo: Qua khảo sát phông trên 10 chip TLD-100 đồng nhất, ngưỡng dò tìm tối thiểu của phương pháp đạt 0,01 mGy, chứng minh hệ thống đủ độ nhạy để đo đạc chính xác các mức bức xạ phông tự nhiên rất thấp.
• Suất liều gamma ngoài trời: Giá trị suất liều hấp thụ ngoài trời tại các vị trí bình thường dao động từ 0,06 ± 0,00 µGy/h đến 0,15 ± 0,04 µGy/h (tương đương suất liều hiệu dụng từ 0,04 ± 0,00 µSv/h đến 0,10 ± 0,03 µSv/h), hoàn toàn tương thích với mức trung bình tự nhiên toàn cầu là 57 nGy/h.
• Suất liều tại các khu vực làm việc đặc thù: Tại các vị trí gần kho nguồn phóng xạ và phòng điều chế dược chất, suất liều ghi nhận tăng cao rõ rệt, đạt cực đại 1,09 ± 0,14 µGy/h (0,76 ± 0,10 µSv/h tại Cột 12) và 0,27 ± 0,02 µGy/h (0,19 ± 0,01 µSv/h tại Cột 11). Mức liều này cao hơn 725% so với phông môi trường tự nhiên ngoài trời nhưng vẫn nằm trong phạm vi an toàn bức xạ nghề nghiệp cho phép.
• Tương quan suất liều trong nhà và ngoài trời: Kết quả đo cho thấy suất liều trong nhà luôn cao hơn ngoài trời từ 15% đến 30% tại các khu vực văn phòng thông thường, do đóng góp phát xạ gamma từ các hạt nhân phóng xạ tự nhiên chứa trong vật liệu xây dựng.

Thảo luận kết quả

Mọi diễn biến số liệu đo đạc được minh họa trực quan thông qua bảng đối chuẩn đa phương pháp và biểu đồ cột so sánh suất liều giữa 22 điểm quan trắc. Biểu đồ chỉ ra sự phân hóa không gian rất sắc nét: đường nền suất liều phẳng và ổn định tại các điểm phông tự nhiên (quanh ngưỡng 0,08 - 0,10 µSv/h), trong khi xuất hiện các đỉnh nhọn đột biến tại các phòng lưu trữ nguồn hoạt độ cao.

Nguyên nhân của sự chênh lệch giữa môi trường trong nhà và ngoài trời bắt nguồn từ cấu tạo vật liệu xây dựng như gạch nung, bê tông, cát, đá vốn chứa hàm lượng đáng kể các nhân phóng xạ 226Ra, 232Th và 40K (trung bình từ 25 đến 370 Bq/kg). Khi con người sinh hoạt bên trong công trình, kết cấu bao che hoạt động như nguồn phát xạ diện rộng, làm tăng liều hấp thụ gamma cục bộ.

Khi so sánh với phương pháp đo tức thời bằng máy Inspector 1000 và phương pháp phân tích mẫu đất bằng phổ kế gamma, kết quả từ TLD-100 cho độ lệch tương đối rất nhỏ (dưới 8%). Điều này khẳng định liều kế TLD-100 có độ tin cậy vượt trội trong việc tích phân liều theo thời gian, loại trừ được các đột biến ngắn hạn do nhiễu thời tiết. Ước tính liều hiệu dụng hàng năm cho cộng đồng xung quanh khu vực nghiên cứu đạt từ 0,61 mSv/năm đến 0,88 mSv/năm, hoàn toàn an toàn và thấp hơn giới hạn tiêu chuẩn 1 mSv/năm của ICRP.

Đề xuất và khuyến nghị

• Mở rộng mạng lưới trạm quan trắc bức xạ gamma tích lũy bằng liều kế TLD-100 tại 100% các cơ sở y tế hạt nhân, khu công nghiệp và trung tâm nghiên cứu trọng điểm; duy trì chu kỳ thay liều kế định kỳ 90 ngày/lần nhằm kiểm soát sai số đo dưới 5% trong giai đoạn 2024 - 2026; cơ quan chủ trì thực hiện là Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (VINATOM).
• Ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kiểm soát hoạt độ phóng xạ tự nhiên đối với vật liệu xây dựng dân dụng; đặt mục tiêu giảm thiểu 20% mức liều chiếu gamma trong nhà cho các dự án xây dựng mới kể từ năm 2025; cơ quan phối hợp thực hiện là Bộ Khoa học và Công nghệ cùng Bộ Xây dựng.
• Tự động hóa quy trình xử lý nhiệt và đọc chip TLD trên hệ máy Harshaw-4000 kết hợp chuẩn hóa khí Ni-tơ; hướng tới mục tiêu rút ngắn 50% thời gian xử lý mẫu và nâng công suất phân tích lên mức 500 chip/ngày trong vòng 12 tháng tới; đơn vị triển khai là Trung tâm An toàn Bức xạ.
• Xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa bản đồ phông phóng xạ gamma môi trường theo tọa độ định vị vệ tinh GPS trên toàn quốc; cập nhật dữ liệu định kỳ theo quý và phấn đấu bao phủ dữ liệu nền cho 63 tỉnh thành trước năm 2027; cơ quan quản lý là Cục An toàn Bức xạ và Hạt nhân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Cán bộ quản lý an toàn bức xạ tại các bệnh viện và cơ sở y học hạt nhân: Nắm vững quy trình xử lý nhiệt, kỹ thuật chiếu chuẩn và vận hành thiết bị đọc TLD-100 để giám sát liều cá nhân cho nhân viên bức xạ cũng như kiểm soát an toàn khu vực phòng máy PET/CT, SPECT và xạ trị.
• Kỹ sư quan trắc môi trường và an toàn phóng xạ: Ứng dụng kỹ thuật bố trí cụm mẫu đo 3 chip ngoài trời và 5 chip trong nhà để xây dựng mạng lưới quan trắc thụ động dài hạn, tối ưu hóa ngân sách so với các trạm đo tự động liên tục.
• Giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Khoa học môi trường, Vật lý hạt nhân: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về mô hình lý thuyết nhiệt phát quang, phương pháp thực nghiệm hiệu chuẩn nguồn Cs-137 và kỹ thuật tính toán liều hiệu dụng theo ICRP.
• Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách an toàn hạt nhân: Khai thác dữ liệu thực nghiệm để xây dựng định mức kỹ thuật, hoàn thiện các quy định kiểm định liều kế nhiệt huỳnh quang và thiết lập tiêu chuẩn an toàn cho các công trình hạ tầng bức xạ quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao liều kế TLD-100 lại ưu việt hơn các máy đo cầm tay trong việc đánh giá liều bức xạ môi trường?
  Liều kế TLD-100 có khả năng tích lũy liều bức xạ liên tục trong suốt 90 ngày (2160 giờ), giúp phản ánh chính xác liều hấp thụ trung bình thực tế. Thiết bị cầm tay chỉ đo tức thời tại một thời điểm ngắn, dễ bị sai lệch bởi biến động thời tiết, độ ẩm và không phản ánh đúng liều hiệu dụng hàng năm theo chuẩn ICRP.

• Quy trình xử lý nhiệt trước khi sử dụng chip TLD-100 được tiến hành như thế nào?
  Chip TLD-100 được nung trong lò nung chuyên dụng ở nhiệt độ 400°C trong thời gian 1 giờ, sau đó tiếp tục ủ ở 100°C trong 2 giờ. Chế độ nhiệt nghiêm ngặt này giải phóng hoàn toàn các electron bị bẫy trước đó, xóa sạch 100% tín hiệu dư và đưa ngưỡng nhạy phát hiện về mức tối ưu 0,01 mGy.

• Vì sao suất liều gamma trong nhà thường cao hơn ngoài trời?
  Vật liệu xây dựng như gạch, cát, đá, bê tông chứa các đồng vị phóng xạ tự nhiên gồm Kali-40, chuỗi Uranium-238 và Thorium-232 với hoạt độ từ 25 đến 370 Bq/kg. Trong không gian kín, sự phát xạ diện rộng từ sàn, tường và trần nhà làm suất liều gamma trong nhà cao hơn ngoài trời từ 15% đến 30%.

• Hệ số chuẩn CF của từng chip TLD được xác định bằng công thức nào?
  Hệ số chuẩn CF (đơn vị mGy/nC) được xác định thông qua tỷ số giữa liều chiếu chuẩn đã biết trên nguồn Cs-137 (1 mGy) và hiệu số giữa số đọc của chip với phông bản thân. Sau khi chiếu chuẩn và để ổn định 7 ngày, mẫu được đọc trên máy Harshaw-4000 để xác định hệ số riêng cho từng chip.

• Mức liều gamma đo được tại khu vực nghiên cứu có gây hại cho sức khỏe con người không?
  Suất liều gamma tại các điểm phông tự nhiên chỉ dao động từ 0,04 đến 0,10 µSv/h, tương ứng liều hiệu dụng hàng năm từ 0,61 đến 0,88 mSv/năm. Giá trị này hoàn toàn nằm dưới giới hạn an toàn 1 mSv/năm đối với dân chúng theo khuyến cáo của ICRP và không gây bất kỳ rủi ro sinh học nào.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình công nghệ chuẩn hóa đo liều bức xạ gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 kết hợp hệ đọc Harshaw-4000 với ngưỡng nhạy 0,01 mGy.
• Thu thập và xử lý chính xác bộ số liệu thực nghiệm phơi chiếu liên tục 90 ngày tại 22 vị trí trọng điểm trong khuôn viên Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân.
• Khẳng định độ tin cậy của phương pháp TLD với sai số đo dưới 10%, có sự tương thích cao khi đối chứng với máy đo hiện trường Inspector 1000 và phổ kế gamma phân tích đất.
• Xác định suất liều gamma môi trường tự nhiên dao động ổn định trong ngưỡng 0,04 đến 0,10 µSv/h, trong khi khu vực kho nguồn đạt tối đa 0,76 µSv/h.
• Đánh giá tổng liều hiệu dụng hàng năm của dân cư đạt 0,61 đến 0,88 mSv/năm, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn an toàn bức xạ quốc tế.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là hoàn thiện một giải pháp kỹ thuật đo liều thụ động kinh tế, tin cậy và có tính khả thi cao để triển khai diện rộng. Bước tiếp theo, công nghệ này cần được áp dụng nhân rộng trên mạng lưới 10 tỉnh thành trọng điểm giai đoạn 2025 - 2027. Hãy tham khảo toàn văn luận văn thạc sĩ để nắm bắt chi tiết phương pháp luận và ứng dụng hiệu quả công nghệ liều kế nhiệt huỳnh quang vào công tác quan trắc phóng xạ thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] ↓ 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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.