Nghiên cứu nồng độ Radon trong nhà ở Đà Lạt theo vật liệu xây dựng

Khóa luận nghiên cứu nồng độ Radon trong nhà ở Đà Lạt từ các vật liệu xây dựng phổ biến. Phân tích mức độ an toàn và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

• Tác giả: Lê Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Phạm Xuân Hải
• Trường học: Trường Đại học Đà Lạt
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hạt Nhân
• Đề tài: Nồng Độ Radon Trong Nhà Ở Được Xây Dựng Bằng Một Số Vật Liệu Phổ Biến Trên Địa Bàn Thành Phố Đà Lạt, Tỉnh Lâm Đồng
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Lạt

Tóm tắt

I. Radon là gì và nguồn gốc trong nhà ở Đà Lạt

Radon là một chất khí phóng xạ tự nhiên, không màu, không mùi và không vị, được tạo ra từ quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ trong vỏ trái đất. Ở Đà Lạt, nồng độ radon trong nhà được xác định chủ yếu từ các vật liệu xây dựng và đất nền chứa các nguyên tố urani và thorium. Radon xâm nhập vào nhà thông qua các vết nứt, rãnh thoát nước trên nền nhà, khoảng trống giữa sàn, và có thể khuếch tán từ nước sinh hoạt hoặc vật liệu xây dựng. Theo nghiên cứu tại Trường Đại học Đà Lạt, khí radon là một trong những chất ô nhiễm trong nhà không nên xem nhẹ, đặc biệt ở những khu vực có đất phong hóa từ đá granit.

1.1. Định nghĩa và đặc điểm của radon

Radon (Rn-222) là nguyên tố hóa học có số thứ tự nguyên tử 86, thuộc nhóm khí hiếm. Đây là chất khí phóng xạ tự nhiên có chu kỳ bán rã 3,8 ngày. Radon không có mùi, không có màu, rất khó phát hiện bằng cảm quan thông thường. Nồng độ radon thường được đo bằng đơn vị Becquerel (Bq/m³) hoặc picocurie (pCi/L), phản ánh số lượng hạt phóng xạ được giải phóng từ radon trong một đơn vị thể tích không khí mỗi giây.

1.2. Nguồn phát sinh radon trong nhà ở Đà Lạt

Ở Đà Lạt, radon phát sinh chủ yếu từ các vật liệu xây dựng như gạch, xi măng, đá tự nhiên và từ đất nền chứa urani. Radon từ vật liệu xây dựng có thể khuếch tán vào không khí bên trong nhà qua các vi rỗ. Ngoài ra, radon từ nước giếng cũng là nguồn đáng quan tâm ở các vùng có nước ngầm phong phú. Sự tích tụ radon trong nhà phụ thuộc vào độ kín của nhà, thông gió, và loại vật liệu xây dựng được sử dụng.

II. Tác động của radon đến sức khỏe con người

Phơi nhiễm radon là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ung thư phổi không hút thuốc lá. Khi hít phải, radon và các sản phẩm phân rã của nó như polonium-218 và polonium-214 sẽ gắn dính vào mô phổi, gây bức xạ alpha liên tục. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), phơi nhiễm radon dài hạn ở nồng độ cao có thể làm tăng nguy cơ ung thư phổi lên 16% cho mỗi tăng 100 Bq/m³. Ở thành phố Đà Lạt, với khí hậu lạnh và độ kín của nhà tăng, nồng độ radon trong nhà ở có xu hướng cao hơn so với các vùng khác. Trẻ em và người già là nhóm dễ bị tổn thương nhất đối với tác hại của radon.

2.1. Cơ chế gây hại của radon

Radon phát ra bức xạ alpha, có khả năng xuyên qua màng tế bào và phá vỡ DNA. Sản phẩm phân rã radon gắn dính trên bề mặt phổi, liên tục phát xạ gây tổn thương các tế bào phổi. Phơi nhiễm radon kéo dài gây viêm, xơ hóa phổi và cuối cùng dẫn tới ung thư. Nồng độ radon cao trong nhà làm tăng nguy cơ này đáng kể.

2.1. Mức khuyến cáo an toàn

EPA khuyến cáo mức an toàn tối đa là 148 Bq/m³ (4 pCi/L). WHO đề xuất 100 Bq/m³ để giảm thiểu nguy cơ ung thư phổi. Ở Đà Lạt, cần thực hiện đo nồng độ radon trong nhà để xác định xem có vượt quá mức khuyến cáo hay không.

III. Các vật liệu xây dựng phổ biến ở Đà Lạt và nồng độ radon

Các vật liệu xây dựng phổ biến tại Đà Lạt như gạch tuynel, gạch nung, xi măng, đá tự nhiên, và gỗ đều có khả năng phát sinh radon khác nhau. Theo nghiên cứu của Trường Đại học Đà Lạt, gạch tuynel cho nồng độ radon cao hơn so với gạch nung. Xi măng chứa urani có thể là nguồn radon đáng kể trong các công trình sử dụng liều lượng lớn. Đá granit được sử dụng làm mặt bàn hoặc trang trí cũng có khả năng phát sinh radon cao. Gỗ là vật liệu xây dựng an toàn hơn với nồng độ radon thấp. Việc lựa chọn vật liệu xây dựng phù hợp là bước đầu tiên để kiểm soát radon trong nhà ở.

3.1. Gạch tuynel và nồng độ radon cao

Gạch tuynel là vật liệu phổ biến ở Đà Lạt nhưng có nồng độ radon tương đối cao do sử dụng đất từ các vùng có urani. Theo kết quả nghiên cứu, nhà xây bằng gạch tuynel ghi nhận nồng độ radon cao hơn 30-50% so với nhà xây bằng gạch nung. Gạch tuynel không nung ở nhiệt độ cao chứa hàm lượng radon cao hơn vì quá trình nung không loại bỏ hoàn toàn các đồng vị phóng xạ.

3.2. Gạch nung gỗ và các vật liệu an toàn

Gạch nung được nung ở nhiệt độ cao có nồng độ radon thấp hơn gạch tuynel. Gỗ tự nhiên là vật liệu xây dựng an toàn nhất, ghi nhận nồng độ radon tối thiểu vì nó không chứa tạp chất phóng xạ. Xi măng chất lượng cao với tạp chất thấp cũng giúp giảm phát sinh radon. Sử dụng vật liệu xây dựng an toàn là cách hiệu quả nhất để kiểm soát nồng độ radon.

IV. Biện pháp phòng chống radon trong nhà ở Đà Lạt

Kiểm soát radon trong nhà đòi hỏi tiếp cận đa chiều bao gồm lựa chọn vật liệu xây dựng an toàn, cải thiện thông gió, và xử lý đất nền. Đo nồng độ radon định kỳ là bước cần thiết để xác định mức độ ô nhiễm. Cải thiện thông gió bằng cách mở cửa sổ, sử dụng quạt thông gió, hoặc lắp đặt hệ thống thông gió cơ học có thể giảm nồng độ radon hiệu quả. Khít các khe hở trong nhà ngăn radon từ đất nền xâm nhập. Ở Đà Lạt, điều kiện khí hậu lạnh và độ kín nhà cao đòi hỏi chú ý đặc biệt đến thông gió tự nhiên và thông gió ép. Lắp máy hút radon dưới sàn (radon mitigation system) là giải pháp hiệu quả cho những nhà có nồng độ radon vượt tiêu chuẩn.

4.1. Đo lường và giám sát radon

Đo nồng độ radon định kỳ bằng các thiết bị chuyên dụng như RAD7 Radon Detector hoặc các cảm biến radon pasif. Ở Đà Lạt, nên đo radon ít nhất 2-3 lần mỗi năm, bao gồm mùa lạnh khi nhà kín. Nồng độ radon biến động theo mùa, nên giám sát liên tục giúp xác định tình trạng chính xác. Kết quả đo sẽ hướng dẫn các biện pháp xử lý phù hợp.

4.2. Cải thiện thông gió và xử lý đất nền

Tăng thông gió tự nhiên bằng mở cửa sổ thường xuyên giúp giảm nồng độ radon nhanh chóng. Lắp hệ thống thông gió cơ học với bộ lọc HEPA loại bỏ hạt radon. Xử lý đất nền bằng cách lắp màng chống radon dưới sàn, hút radon dưới sàn (soil depressurization) là những giải pháp dài hạn hiệu quả. Khít các vết nứt và khe hở trên nền nhà ngăn radon xâm nhập.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1- Tổng quan - Giới thiệu : Nguồn và mức độ phơi nhiễm bức xạ tự nhiên bao gồm phơi nhiễm bên ngoài và bên trong. Chương 2- Thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu và thông số kỹ thuật của máy Smart Radon Eye+. Chương 3 - Kết quả và thảo luận: Số liệu khảo sát được trình bày và so sánh với mức trung bình trên toàn thế giới. Giải thích sự thay đổi hàng ngày của nồng độ radon trong nhà và các biện pháp khắc phục nhằm giảm nồng độ radon trong nhà.

Nguồn và mức độ phơi nhiễm bức xạ tự nhiên Radon (222Rn) một khí phóng xạ tự nhiên, là sản phẩm của phân rã radium 226 Ra, sinh ra từ chuỗi phóng xạ của 238U. 222Rn có chu kỳ bán hủy 3,82 ngày và phát ra phóng xạ alpha với năng lượng là 5,5 MeV. 222Rn sinh ra chủ yếu từ đất và khuếch tán vào trong nhà thông qua các kẽ nứt của tường, nền nhà trước khi nó bị phân rã alpha và nồng độ có thể tập trung cao do sự đối lưu không khí kém trong nhà. Nồng độ Radon trong nhà bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số khác nhau như điều kiện khí quyển, mùa, địa chất, cấu trúc nhà, loại vật liệu xây dựng và thói quen sinh sống của người dân.

Vì thế nồng độ Radon khác nhau trong các loại phòng khác nhau của cùng một ngôi nhà [1]. Radon và các con cháu của nó được xem là nguyên nhân gây ra một số căn bệnh như ung thư phổi, đặc biệt là trong các môi trường như hang động, khu hầm mỏ dưới đất, các ngôi nhà có sự đối lưu không khí kém. Tích lũy và tiếp xúc với radon xảy ra chủ yếu trong các ngôi nhà - nơi mọi người dành phần lớn thời gian trong ngày cho các hoạt động ăn ngủ nghỉ ngơi hoặc làm việc và do đó, việc đo đạc nồng độ khí Radon trong nhà là việc cần thiết. Việc khảo sát nồng độ Radon trong nhà và trong môi trường được xem là việc quan trọng đối với nhiều quốc gia trên thế giới, do bởi việc hít thở khí radon và con cháu của nó là nguyên nhân gây ra các bệnh phóng xạ, theo khảo sát của ICRP, khí Radon đóng góp gần 50% tổng liều phóng xạ tự nhiên mà con người tiếp xúc.

Khí Radon khi đi vào cơ thể con người (thông qua việc hít thở hoặc ăn uống), nó giải phóng năng lượng alpha có thể làm hỏng DNA trong các tế bào của các cơ quan nhạy cảm như phổi và dạ dày dẫn đến ung thư. Do đó, Radon xuất hiện tự nhiên trong các ngôi nhà đã được xác định là chất gây ung thư phổi ở người và được coi là nguyên nhân thứ hai gây ung thư phổi sau hút thuốc lá. Khảo sát nồng độ Radon trong không khí trong nhà và ngoài trời đã được thực hiện ở nhiều nơi trên toàn thế giới. Thụy Điển là quốc gia khảo sát khí Radon 2 trong nhà sớm nhất, được thực hiện bởi Hultqvist vào năm 1956, nghiên cứu cho thấy nồng độ khí Radon trong nhà ở của Thuỵ Điển ở mức cao [3].

Vào những năm 1990, Séc xây dựng bản đồ số nồng khí Radon trong nhà trên toàn lãnh thổ nước Cộng hòa Séc ra đời với tỷ lệ 1:200.000, một số ngôi nhà tại đây có nồng độ Radon cao bất thường. Bắc Mỹ và châu Âu đã tiến hành các phương pháp khảo sát khí Radon trong nhà. Tổ chức ICRP, đã tiến hành phát triển các kỹ thuật đo từ năm 1994 [2]. Tại Việt Nam cũng đã có một số nghiên cứu về khí Radon.

Từ năm 1992 đến 2002 trong chương trình điều tra địa chất đô thị do Liên Đoàn Vật lý địa chất và Hội địa Vật lý Việt Nam tiến hành, đã có 54 đô thị trên toàn quốc tiến hành đo nồng độ khí Radon trong không khí ngoài trời và trong nhà. Kết quả cho thấy nồng độ khí Radon trong nhà ở dao động từ 5 đến 406 Bq. Một số khảo sát hiện trạng nồng độ khí Radon trong nhà và nước sinh hoạt tại một số khu vực dân cư thuộc thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả cho thấy nồng độ Radon trong nhà dân dao động từ 4 đến 22,7 Bq.

Nhìn chung, việc nghiên cứu Radon trong nhà ở Việt Nam mới chỉ là bước đầu. Tiếp nối kết quả nghiên cứu về phông phóng xạ tự nhiên trên địa bàn thành phố Đà Lạt. Nhằm mục tiêu đánh giá các mối nguy hại về sức khỏe, việc khảo sát nồng độ khí Radon trong nhà trong một số khu vực dân cư trên địa bàn thành phố Đà Lạt được thực hiện liên tục trong 01 tuần sử dụng máy đo Radon Eye+. Nghiên cứu này được thực hiện tại 6 phường, thành phố Đà Lạt và 03 ngôi nhà ở mỗi phường, thành phố được lựa chọn để thực hiện nghiên cứu này.

Tại mỗi ngôi nhà được lựa chọn đặt máy đo Radon Eye+ của Hàn Quốc liên tục trong mùa khô. Nồng độ khí Radon, xác suất nguy cơ ung thư do hít phải khí phóng xạ Radon được tính toán để đánh giá mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe người dân trong khu vực được khảo sát. Khí hậu Đà Lạt là khí hậu nhiệt đới gió mùa, có hai mùa tương phản nhau là mùa khô và mùa mưa. Mùa khô thường bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau, mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11.

Khoảng kết thúc mùa mưa dao động từ đầu tháng 10 đến 3 tháng 12. Nhiệt độ trung bình năm 18-21 °C, nhiệt độ cao khoảng 32 °C và thấp 4,5 °C và số giờ nắng tương đối trong năm khoảng 2000 giờ có nắng, tập trung chủ yếu vào mùa khô. Độ ẩm không khí tương đối cao, đặc biệt vào mùa mưa luôn lớn hơn 90%. Liều hiệu chiếu xạ tự nhiên trên toàn cầu trung bình 2,4 mSv trong đó: tia vũ trụ đóng góp khoảng 0,34 mSv/năm, mặt đất khoảng 0,39 mSv/năm, thực phẩm khoảng 0,29 mSv/năm và hô hấp khoảng 1,26 mSv/năm được tóm tắt trong Bảng 1.

Liều bức xạ trung bình từ các nguồn tự nhiên [1] Liều hiệu dụng trung bình Nguồn hàng năm trên toàn thế Phạm vi điển hình ( mSv ) giới ( mSv ) Tiếp xúc bên ngoài Các tia vũ trụ 0,4 0,3 – 1,0 a Tia gamma trên mặt đất 0,5 0,3 – 0,6 b Tiếp xúc bên trong Hít phải (chủ yếu là radon) 1.2 0,2 – 10 c Nuốt phải 0,3 0,2 – 0,8 d Tổng cộng 2.4 1 - 10 a Phạm vi từ mực nước biển đến độ cao mặt đất. b Tùy thuộc vào thành phần hạt nhân phóng xạ của đất và vật liệu xây dựng. c Tùy thuộc vào sự tích tụ khí radon trong nhà. d Tùy thuộc vào thành phần hạt nhân phóng xạ của thực phẩm và nước uống.

Các hoạt động của con người liên quan đến việc sử dụng bức xạ và các chất phóng xạ, gây ra phơi nhiễm phóng xạ bên cạnh phơi nhiễm tự nhiên. Ví dụ như việc khai thác và sử dụng quặng có chứa chất phóng xạ tự nhiên, và sản xuất năng lượng bằng cách đốt than có chứa các chất đó. Việc sản xuất vật liệu hạt nhân hoặc 4 thử nghiệm vũ khí hạt nhân vì mục đích quân sự, đã để lại một lượng lớn dư lượng phóng xạ ở một số nơi trên thế giới. Các nhà máy điện hạt nhân và các cơ sở hạt nhân khác thải chất phóng xạ vào môi trường và tạo ra chất thải phóng xạ trong quá trình vận hành và ngừng hoạt động.

Việc sử dụng vật liệu phóng xạ trong công nghiệp, nông nghiệp, y tế và nghiên cứu đang mở rộng trên toàn cầu và con người đã bị tổn hại do xử lý sai nguồn phóng xạ. Chiếu xạ ngoài I. Bức xạ vũ trụ Bức xạ vũ trụ có rất nhiều trong không gian, chúng tồn tại chủ yếu ở ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Chúng có nhiều dạng khác nhau, từ những hạt nặng có vận tốc lớn đến các photon năng lượng cao.

Tầng trên của khí quyển trái đất tác dụng với nhiều loại tia vũ trụ và làm sinh ra các nhân phóng xạ. Phần lớn các nhân phóng xạ này có thời gian bán rã ngắn hơn so với các nhân phóng xạ tự nhiên có trong trái đất. Các nhân phóng xạ chủ yếu bắt nguồn từ vũ trụ như: 14C, 3H, 7Be, ngoài ra còn các nhân phóng xạ khác như: 10Be, 26Al, 36Cl, 80K, 32Si, 22Na, 32P,… Bức xạ vũ trụ được chia thành 2 loại là bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp. Bức xạ vũ trụ sơ cấp được tạo ra bởi những hạt năng lượng cực kỳ cao (lên đến 1018 eV) và chủ yếu là các proton cùng với một số hạt khác có năng lượng lớn hơn.

Phần lớn các tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời, còn một phần đến từ mặt trời do quá trình cháy sáng. Một số nhỏ bức xạ vũ trụ sơ cấp xuyên xuống bề mặt trái đất, còn phần lớn chúng tương tác với khí quyển. Khi tương tác với khí quyển chúng sinh ra các bức xạ vũ trụ thứ cấp hoặc ánh sáng mà ta có thể nhìn thấy được. Những tương tác này làm sinh ra các bức xạ có năng lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành các photon ánh sáng, các electron, các nơtron và các hạt muyon rơi xuống mặt đất.

Lớp khí quyển và từ trường của trái đất sẽ có tác dụng như một lớp vỏ bọc che chắn các tia vũ trụ, làm giảm số lượng của chúng đến bề mặt trái đất. Như vậy 5 liều bức xạ mà người trên bề mặt trái đất nhận được phụ thuộc vào độ cao mà người đó đang ở. Từ bức xạ vũ trụ, một năm con người có thể nhận một liều cỡ 0,30 mSv và con số này sẽ tăng lên gấp đôi nếu độ cao tăng lên 2. Bức xạ trong vỏ trái đất Năm 1896 nhà bác học người Pháp là Becquerel phát hiện ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là uranium (U) và con cháu của nó.

Đến nay người ta biết các chất phóng xạ trên trái đất gồm các nguyên tố U, thorium (Th) và các con cháu của chúng, cùng 1 số nguyên tố phóng xạ khác. U, Th và các con cháu của chúng tạo nên 3 họ phóng xạ cơ bản là họ uranium (238U), thorium (232Th) và actinium (235U). Trừ thành viên cuối cùng, các thành viên còn lại của các họ này đều là các đồng vị phóng xạ. Một trong các đồng vị phóng xạ tự nhiên là 40K rất phổ biến trong môi trường, hàm lượng của 40K trung bình trong đất đá là 27 g/kg và trong đại dương khoảng 30 mg/l; trong thực vật, động vật và cơ thể người, hàm lượng của 40K vào khoảng 1,7 g/kg.

Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến trong lớp vỏ trái đất.