(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và mô hình đánh giá liều chiếu xạ tại một số khu vực mỏ đất hiếm và sa khoáng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ LIỀU CHIẾU XẠ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC MỎ ĐẤT HIẾM VÀ MỎ SA KHOÁNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ LIỀU CHIẾU XẠ TẠI MỘT SỐ KHU VỰC MỎ ĐẤT HIẾM VÀ MỎ SA KHOÁNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân nguyên tử Mã số: Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hào Quang TS Đào Đình Thuần Hà Nội - 2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu với hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Hào Quang TS Đào Đình Thuần Các số liệu, kết nêu luận án trung thực đồng ý đồng tác giả cơng trình khoa học cơng bố Luận án khơng có chép, sử dụng bất hợp pháp kết quả, số liệu từ tài liệu cơng trình khoa học tác giả khác Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung trình bày luận án Tác giả luận án NCS Nguyễn Văn Dũng i TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình tiến sĩ viết luận án, nhận quan tâm, giúp đỡ tận tình tổ chức, cá nhân Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn TS Nguyễn Hào Quang TS Đào Đình Thuần tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu chuyên môn, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thiện luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn thầy cô, cán tham gia giảng dạy công tác Trung tâm Đào tạo hạt nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam tận tình giảng dạy, giúp đỡ hỗ trợ thủ tục cần thiết cho tác giả trình học tập, nghiên cứu sinh thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội giúp đỡ góp ý kiến thức chun mơn q báu cho tác giả suốt thời gian học tập thực luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Ban chủ nhiệm Khoa Môi trường, Ban chủ nhiệm Bộ môn Môi trường sở đồng nghiệp động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập, công tác thực luận án Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn hữu, người thân ln động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả học tập, nghiên cứu cơng tác, cịn nhiều khó khăn, thách thức, gặt hái thành định Bản luận án không tránh khỏi cịn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận ý kiến đóng góp thầy cô, nhà khoa học, đồng nghiệp người quan tâm, để tác giả tiếp tục hoàn thiện luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Dũng ii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN PHĨNG XẠ MƠI TRƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN TẠI CÁC MỎ ĐẤT HIẾM VÀ SA KHOÁNG 1.1 Một số khái niệm phóng xạ 1.2 Quy luật phân rã phóng xạ 1.3 Một số đại lượng đơn vị đo sử dụng an toàn xạ 1.3.1 Liều chiếu 1.3.2 Liều hấp thụ suất liều hấp thụ 1.3.3 Liều tương đương suất liều tương đương 1.3.4 Liều hiệu dụng suất liều hiệu dụng 1.4 Các nhân phóng xạ tự nhiên bề mặt Trái Đất 11 1.4.1 Các nhân phóng xạ thuộc chuỗi phóng xạ 11 1.4.2 Các nhân phóng xạ ngun thủy khơng thuộc chuỗi phóng xạ 13 1.4.3 Các nhân phóng xạ tự nhiên có nguồn gốc từ vũ trụ 14 1.5 Phơng phóng xạ tự nhiên 15 1.5.1 Hiện trạng phóng xạ mơi trường giới 16 1.5.2 Nền phơng phóng xạ mơi trường tự nhiên Việt Nam .20 1.6 Tình hình thăm dị, khai thác chế biến quặng đất sa khoáng 22 1.6.1 Trên giới 22 1.6.2 Tại Việt Nam 23 1.6.3 Đặc điểm địa lý tự nhiên, địa chất – khoáng sản khu mỏ đất Mường Hum 26 1.6.4 Đặc điểm địa lý tự nhiên, địa chất - khoáng sản mỏ sa khoáng monazite Bản Gié 30 1.7 Những vấn đề tồn nghiên cứu phóng xạ mơi trường mỏ khống sản nước ta 31 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG DỮ LIỆU PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG 33 2.1 Hệ phương pháp nghiên cứu .33 iii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si 2.1.1 Cơ chế phát tán khí phóng xạ đến mơi trường thân quặng chứa NORM 34 2.1.2 Cơ chế phát tán xạ gamma đến môi trường từ thân quặng chứa NORM 37 2.1.3 Lấy mẫu đo suất liều trường 40 2.1.4 Phương pháp detector vết hạt nhân đo nồng độ radon thoron 42 2.1.5 Xử lý mẫu đo nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ phịng thí nghiệm 43 2.1.6 Chương trình đảm bảo kiểm soát chất lượng (QA/QC) phép đo phóng xạ gamma 45 2.2 Xác định nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ theo phương pháp phở gamma 47 2.2.1 Cơ sở vật lý .47 2.2.2 Chọn vạch gamma đặc trưng xác định hoạt độ phóng xạ 48 2.2.3 Xác định nồng độ hoạt độ 238U cân không cân 48 2.2.4 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối 49 2.2.5 Xác định nồng độ radon không khí khu vực xung quanh tụ khống 52 2.3 Phương pháp phân tích tài liệu 53 2.3.1 Tính suất liều gamma hấp thụ khoảng cách m cách mặt đất 53 2.3.2 Tính liều hiệu dụng gamma chiếu ngồi trung bình năm (AGED) 53 2.3.3 Tính liệu hiệu dụng chiếu qua đường tiêu hóa (Ein) .54 2.3.4 Tính liều hiệu dụng trung bình năm hít thở radon qua đường hô hấp 55 2.3.5 Hoạt độ tương đương Rađi .56 2.3.6 Chỉ số nguy hiểm chiếu chiếu 56 2.3.7 Nguy ung thư khoảng thời gian sống cộng đồng cư dân 57 2.3.8 Phương pháp xác định biến đổi liều xạ sau có hoạt động khống sản khu vực nghiên cứu 57 2.4 Xây dựng sở liệu phóng xạ mơi trường mỏ khống sản chứa NORM 60 2.4.1 Nguyên tắc xây dựng sở liệu phóng xạ mơi trường 61 2.4.2 Quy trình phát triển phần mềm 62 iv TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si 2.4.3 Lựa chọn ngôn ngữ lập trình 64 2.4.4 Tiêu chuẩn cho sở liệu phóng xạ mơi trường 65 2.5 Hiệu chỉnh kết đo đánh giá sai số kết qủa phân tích .68 2.5.1 Đánh giá sai số 68 2.5.2 Hiệu chỉnh sai khác khối lượng mẫu chuẩn mẫu phân tích 70 2.5.3 Công thức truyền sai số 71 2.5.4 Các nguồn gây sai số 72 3.1 Mơ hình địa mơi trường nghiên cứu chế phát tán phóng xạ tới môi trường 73 3.2 Đánh giá ảnh hưởng phóng xạ mơi trường mỏ đất Mường Hum 75 3.2.1 Đánh giá phát tán nhân phóng xạ mơi trường 75 3.2.2 Kết đánh giá liều xạ tụ khoáng đất 80 3.3 Đánh giá ảnh hưởng phóng xạ mơi trường mỏ sa khống monazite Bản Gié 88 3.3.1 Đánh giá phát tán nhân phóng xạ mơi trường 88 3.3.2 Đánh giá mức liều chiếu xạ khu vực mỏ monazite Bản Gié 90 3.5 Điều tra xã hội học, tình hình sức khỏe dân chúng sinh sống lân cận khu mỏ khống sản chứa phóng xạ 106 3.5.1 Xử lý tổng hợp kết điều tra xã hội học khu vực nghiên cứu 106 3.5.2 Đánh giá ảnh hưởng nhiễm phóng xạ sức khỏe dân chúng khu vực mỏ đất Mường Hum 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .114 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 Phụ lục 134 Phụ lục 138 v TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CSDL D ELCR Hex Hin HPGe IAEA IAED ICRP LHQ NCS NORM OAED PXMT Raeq TAEDE UNSCEAR US EPA vi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá trị trọng số xạ (WR) số loại xạ ion hóa có lượng khác Bảng 1.2 Giá trị trọng số mô WT ICRP khuyến cáo 10 Bảng 1.3 Các nhân phóng xạ tự nhiên ngun thủy khơng thuộc chuỗi phóng xạ vỏ Trái Đất 14 Bảng 1.4 Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến vỏ Trái Đất 15 40 226 232 Bảng 1.5 Nồng độ hoạt độ trung bình K, Ra Th đất số nước giới 19 Bảng 1.6 Kích thước thân quặng đất mỏ Mường Hum .27 Bảng 1.7 Thành phần hoá học quặng đất mỏ Mường Hum .29 Bảng 1.8 Bảng thống kê hàm lượng nguyên tố đất mỏ Mường Hum .29 Bảng 2.1 Hệ số làm yếu cường độ gamma nguồn thể tích 39 Bảng 2.2 Một số thông số đặc trưng hệ phổ kế gamma sử dụng nghiên cứu dùng detector HPGe hãng Canberra (Mỹ) .45 Bảng 2.3 Các đặc trưng nguồn chuẩn phóng xạ sử dụng xác định nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ mẫu mơi trường 46 Bảng 2.4 Hiệu suất ghi tuyệt đối detector đỉnh đặc trưng 50 Bảng 2.5 Ngưỡng phát hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe .52 Bảng 2.6 Kết xác định nồng độ hoạt độ mẫu chuẩn IAEA 375 52 Bảng 2.7 Giá trị gi fi số nhân phóng xạ tự nhiên 54 Bảng 2.8 Mức tiêu thụ lương thực-thực phẩm trung bình năm dân chúng khu vực miền núi miền Trung miền Bắc Việt Nam 55 Bảng 3.1 Kết tính liều xạ gia tăng hoạt động khoáng sản mỏ Mường Hum .86 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp hàm lượng nhân phóng xạ nước 96 Bảng 3.3 Kết phân tích tởng hoạt độ alpha, beta 96 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp thành phần suất liều xạ gamma .97 vii TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si 117 US EPA, (1999), Indoor Air Quality, Objectives e Radon, United States Environmental Protection Agency, EPA Publications 118 Van, H.D et al (2020), “Fort-Dauphin beach sands, south Madagascar: natural radionuclides and mineralogical studies”, Viet Nam Journal of Earth Science, Vol.42:2615-9783 119 Vikas,D et al (2014), “Asessment of Natural Radioactivity levels and Associated Dose rates in soil samples from northern rajasthan, India”, Radiation Protection Dosimetry,158,pp.235–240 120 Van, T T., Bat, L T., Nhan, D D., Quang, N H., Cam, B D., & Hung, L V (2019), “Estimation of radionuclide concentrations and average annual committed effective dose due to ingestion for the population in the Red River Delta, Vietnam”, Environmental management, 63(4), 444-454 121 Van Hao, D., Nguyen Dinh, C., Jodłowski, P., & Kovacs, T (2019), “High-level natural radionuclides from the Mandena deposit, South Madagascar”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 319(3), 1331-1338 122 Veerasamy, N., Sahoo, S K., Inoue, K., Arae, H., & Fukushi, M (2020), “Geochemical behavior of uranium and thorium in sand and sandy soil samples from a natural high background radiation area of the Odisha coast, India”, Environmental Science and Pollution Research, 27(25), 3133931349 123 WHO (2009), In: Zeeb, H., Shannoun, F (Eds.), WHO Handbook on Indoor Radon: APublic Health Perspective World Health Organization Press, Geneva, p 91 124 WHO (2017), Guidelines for drinking-water quality: fourth edition incorporating the first addendum, ISBN 978-92-4-154995-0 125 Zeng Q, Brown PH (2000), “Soil potassium mobility and uptake by corn under differential soil moisture regimes”, Plant and soil, 221(2), 121-134 126.https://nucleus.iaea.org/rpst/referenceproducts/referencematerials/radionu clides/IAEA-RGK-1.htm(accessed on 27 May 2021) 127.https://nucleus.iaea.org/rpst/referenceproducts/referenc materials/radionuclides/I AEA-RGU-1.htm(accessed on 27 May 2021) 132 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si 128.https://nucleus.iaea.org/rpst/referenceproducts/referencematerials/radionu clides/I AEA-RGTh-1.htm(accessed on 27 May 2021) 129.https://nucleus.iaea.org/rpst/ReferenceProducts/ReferenceMaterials/Radi onuclides/IAEA-375.htm(accessed on 27 May 2021) 130 https://www-nds.iaea.org/xgamma_standards/(accessed on 27 May 2021) 131 www.physics.isu.edu/radinf/natural.htm(accessed on 27 May 2021) 133 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Phụ lục Một số hình ảnh phổ phân tích mẫu Ảnh Ảnh 134 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Bảng Liều chiếu đơn vị thực phẩm tiêu thụ (g r, Sv Bq-1) phần hấp thu hệ tiêu hóa (fr) số nhân phóng xạ tự nhiên người trưởng thành (IAEA, 2014), sử dụng công thức (2.27) Nuclide K-40 Ra-226 214Bi 214Pb Th-232 Ac-228 Th-234 U-234 U-238 Bảng Khẩu phần ăn mức tiêu thụ lương thực-thực phẩm người trưởng thành miền núi phía Bắc Việt Nam (NIN, 2010) 135 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Bảng Nồng độ hoạt độ (trung bình ± sai số chuẩn) nhân phóng xạ tự nhiên mẫu lương thực-thực phẩm, nước đất (S) khu vực mỏ quặng đất Mưởng Hum Đơn vị: Bq kg-1 trọng lượng khô (dw) đất, Bq kg-1 trọng lượng ướt (ww) thực phẩm nấu chín Bq L-1 nước Sample Rice (cooked) Maize (cooked) Cassava (cooked) Colza (Brassica juncea) (cooked) Water S-01 S-02 S-03 S-04 S-05 S-06 S-07 S-08 -1 Bảng Tỷ lệ liều hấp thụ tính tốn, D ( Gy h ), liều hiệu dụng trung -1 bình năm trời (OAED, mSv a ), liều hiệu dụng trung bình năm nhà -1 -1 (IAED, mSv a ) tổng liều hiệu dụng hàng năm (AEDE, mSv a ), số nguy hiểm ngồi trời (Hex, khơng có đơn vị), số nguy hiểm nhà (Hin, đơn vị) nguy ung thư thời gian sống (ELCR) cư dân địa phương sống khu vực mỏ quặng đất Mường Hum No (S-01) (S-02) (S-03) (S-04) (S-05) (S-06) (S-07) (S-08) 136 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Bảng Liều hiệu dụng chiếu qua đường tiêu hóa hàng năm người trưởng thành sống khu vực mỏ quặng đất Mường Hum Food Rice Maize Cassava Vegetable Water Total 222 220 Bảng Nồng độ hoạt độ radon ( Rn) thoron ( Rn) khơng khí nhà; liều hiệu dụng hàng năm (E Rn ETn) tổng liều hiệu dụng hàng năm ( ERn+Tn) hít phải radon thoron dân cư Hà Nội khu vực mỏ quặng đất Mường Hum Location STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 10 10 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 103 137 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Phụ lục Bảng Nồng độ hoạt độ hạt nhân phóng xạ tự nhiên Sample Nos 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 45 46 47 48 49 50 51 Bảng Nồng độ hạt nhân phóng xạ tự nhiên đất vùng nghiên cứu so với vùng khác Regions Ban Gie, Nghe An Vietnam (63 provinces) Ho Chi Minh city, Vietnam Muong Hum, Vietnam Bolikhamxay, Laos Savannakhet, Laos Khammouan, Laos Southern Thailand Perak, Malaysia Johor, Malaysia Penang, Malaysia Turkey Niger Delta, Nigeria Kerala coast, India Ullal region, India South Madagascar 139 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH KHẢO SÁT THỰC ĐỊA Đặt Detector vết hạt nhân Khảo sát trường 140 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si Xử lý phân tích mẫu 141 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com luan an tien si ... động xạ công nhân công chúng hoạt động thăm dị, khai thác, chế biến khống sản chứa NORM Luận án với đề tài ? ?Nghiên cứu xây dựng sở liệu mơ hình đánh giá liều chiếu xạ số khu vực mỏ đất mỏ sa khoáng? ??... trường mỏ đất Mường Hum 75 3.2.1 Đánh giá phát tán nhân phóng xạ môi trường 75 3.2.2 Kết đánh giá liều xạ tụ khoáng đất 80 3.3 Đánh giá ảnh hưởng phóng xạ mơi trường mỏ sa khoáng monazite...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM - NGUYỄN VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ LIỀU CHIẾU XẠ TẠI MỘT SỐ