Chất thải phóng xạ

Chất thải phóng xạ là chất thải có chứa chất phóng xạ Chất thải phóng xạ thường là sản phẩm phụ của nhà máy điện hạt nhân và các ứng dụng khác của phân hạch hạt nhân hoặc công nghệ hạt nhân, chẳng hạn[.] Chất thải phóng xạ chất thải có chứa chất phóng xạ Chất thải phóng xạ thường sản phẩm phụ nhà máy điện hạt nhân ứng dụng khác phân hạch hạt nhân công nghệ hạt nhân, chẳng hạn nghiên cứu y học Chất thải phóng xạ nguy hiểm cho hầu hết hình thức sống mơi trường, quy định quan phủ để bảo vệ sức khỏe người mơi trường Phóng xạ giảm theo thời gian, đó, chất thải thường bị lập lưu trữ khoảng thời gian khơng cịn mối nguy hiểm Thời gian lưu trữ phụ thuộc vào loại chất thải Chất thải mức độ thấp với mức phóng xạ thấp khối lượng khối lượng (chẳng hạn số chất thải y tế chất thải phóng xạ cơng nghiệp) cần phải lưu trữ cho giờ, vài ngày cao cấp chất thải (như nhiên liệu hạt nhân qua sản phẩm phụ hạt nhân tái chế) phải lưu trữ cho năm Các phương pháp để quản lý chất thải phóng xạ phân biệt lưu trữ cho ngắn ngủi chất thải, xử lý gần bề mặt thấp chất thải cấp số trung gian, chôn sâu chuyển hóa cho chất thải có mức phóng xạ ca Một tóm tắt lượng chất thải phóng xạ phương pháp quản lý hầu phát triển trình bày xem xét định kỳ phần Công ước chung an toàn quản lý nhiên liệu qua sử dụng an tồn cơng tác quản lý chất thải phóng xạ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) Các nguồn chất thải phóng xạ[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải phóng xạ sinh từ nhiều nguồn khác Phần lớn chất thải có nguồn gốc từ chu trình nhiên liệu hạt nhân tái chế vũ khí hạt nhân Những nguồn khác chất thải y học công nghiệp, loại vật liệu phóng xạ tự nhiên (NORM) tích tụ việc chế biến tiêu thụ than, dầu, khí đốt vài loại khống sản Chu trình nhiên liệu hạt nhân[sửa | sửa mã nguồn] Front end[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải từ giai đoạn front end chu trình nhiên liệu hạt nhân thường chất thải phóng xạ anpha sinh từ việc khai thác urani Chúng thường chứa radi sản phẩm phân rã Urani đioxit (UO2)) tích tụ từ việc khai thác thường có tính phóng xạ khơng mạnh - cao khoảng nghìn lần so với đá granite dùng xây dựng Chúng tinh luyện từ yellowcake (U 3O8), sau biến đổi thành khí urani hexaflorit (UF6) A) Ở dạng khí, chúng làm giàu để tăng hàm lượng U235 từ 0.7% lên khoảng 4.4% (LEU) Sau chúng chuyển hoá thành oxit dạng men cứng (UO 2) để chế tạo thành nhiên liệu lò phản ứng [1] Sản phẩm phụ chủ yếu trình làm giàu urani cạn kiệt (DU), chủ yếu đồng vị U-238, với hàm lượng U-235 khoảng 0.3% Chúng cất trữ dạng UF6 U3O8 Do chúng có tính chất mật độ cao nên chúng ứng dụng để làm loại giáp chống xe tăng chí làm trục thuyền buồm [2] Chúng sử dụng với plutoni để tạo nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX), dùng để pha loãng urani làm giàu mạnh từ kho vũ khí để biến đổi chúng thành nhiên liệu lò phản ứng Back end[sửa | sửa mã nguồn] Ở giai đoạn back end chu trình nhiên liệu hạt nhân chủ yếu nhiên liệu qua sử dụng, chứa sản phẩm phân rã phóng xạ beta gamma; nguyên tố actini phóng xạ anpha, urani-234, neptuni-237, plutoni-238 ameri-241; chí nguyên tố phóng xạ nơtron californi (Cf) Các đồng vị hình thành từ lị phản ứng hạt nhân Chúng ta cần phân biệt trình xử lí urani để tạo thành nhiên liệu trình tái chế nhiên liệu qua sử dụng Nhiên liệu qua sử dụng chứa sản phẩm phân rã có tính phóng xạ cao Đa số chúng chất hấp thụ nơtron, gọi chất độc nơtron trường hợp Những chất hấp thụ nhiều nơtron đến mức độ khiến cho chuỗi phản ứng dừng lại, chí điều khiển hồn tồn bị loại bỏ Lúc nhiên liệu lò phản ứng phải thay nhiên liệu mới, số lượng đáng kể urani-235 plutoni diện Ở Mĩ, nhiên liệu qua sử dụng lưu trữ vào kho; Nga, Anh, Pháp, Nhật Bản Ấn Độ, nhiên liệu tái chế để loại bỏ sản phẩm phân rã, sau nhiên liệu tái sử dụng Q trình tái chế chủ yếu bao gồm việc xử lí vật liệu có tính phóng xạ cao, sản phẩm phân rã loại bỏ khỏi nhiên liệu dạng chất thải cấp cao đậm đặc Trong nước khác tái chế nhiên liệu cách thực chu trình plutoni đơn, Ấn Độ nước lên kế hoạch triển khai chu trình plutoni đa [3] Thành phần nhiên liệu tính phóng xạ dài hạn[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải phóng xạ dài hạn từ back end chu trình nhiên liệu đối tượng đặc biệt thích hợp thiết kế kế hoạch quản lí chất thải hồn chỉnh nhiên liệu qua sử dụng (SNF) Đối với trình phân rã phóng xạ dài hạn, nguyên tố actini SNF có ảnh hưởng quan trọng tính chất đặc trưng chúng chu kì bán rã dài Tuỳ thuộc vào loại lò phản ứng cung cấp nhiên liệu, thành phần actini SNF khác Sau ví dụ ảnh hưởng nhiên liệu hạt nhân thori Th-232 vật liệu có nhiều khả xảy phản ứng hấp thụ nơtron phân rã hạt beta trừ, kết qủa q trình tạo U-223 có tính phân hạch Chu trình SNF thori có chứa urani Phân rã phóng xạ ảnh hưởng mạnh đến đường cong hoạt động dài hạn SNF khoàng triệu năm Việc sử dụng nhiên liệu khác lò phản ứng cho thành phần SNF khác nhau, với đường cong hoạt động khác Các mối lo ngại trình sản xuất vũ khí[sửa | sửa mã nguồn] Bời urani plutoni vật liệu vũ khí hạt nhân, nên đặt nhiều lo ngại q trình sản xuất vũ khí Thông thường (trong nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng), plutoni plutoni cấp độ lò phản ứng Plutoni-239 vật liệu phù hợp cho việc chế tạo vụ khí hạt nhân, ngồi cịn có chứa chất nhiễm khơng mong muốn như: plutoni-240, plutoni-241 plutoni-238 Những đồng vị khó tách có cách tốn để thu vật liệu phân hạch (ví dụ q trình làm giàu urani lị phản ứng sản xuất plutoni chuyên dụng) [4] Chất thải cấp cao chứa hồn tồn sản phẩm phân rã phóng xạ cao, đa số chúng có chu kì sống tương đối ngắn Điều gây nên lo ngại chất thải lưu trữ, kho chứa địa chất sâu lòng đất, qua nhiều năm sản phẩm phân hạch bị phân rã, suy giảm mức độ phóng xạ chất thải khiến cho plutuni dễ dàng bị tiếp cận Chất ô nhiễm không mong muốn Pu-240 phân rã nhanh Pu239, khiến chất lượng bom tăng lên theo thời gian (tuy nhiên khối lượng suy giảm theo thời gian) Vì vậy, số người tranh luận rằng, thời gian trôi qua, khu vực lưu trữ sâu có tiềm trở thành "mỏ plutoni", mà từ vật liệu này, vũ khí hạt nhân tạo thành cách tương đối khó khăn Những người trích ý tưởng chu kì bán rã Pu-240 6560 năm Pu-239 24110 năm, độ giàu tương đối đồng vị so với đồng vị theo thời gian xảy với chu kì bán rã 9000 năm (do đó, cần 9000 năm để phần Pu-240 hỗn hợp đồng vị plutoni bán rã cách tự nhiên - đạt đến độ giàu cần thiết để chuyển Pu từ cấp độ lò phản ứng sang cấp độ vũ khí) Vì "mỏ plutoni cấp độ vũ khí" vấn đề tương lai xa (khoảng 9000 năm so với tại), cịn nhiều thời gian công nghệ tiến lên nhằm giải vấn đề Pu-239 phân rã thành U-235 – đồng vị phù hợp để làm vũ khí có chu kì bán rã dài (xấp xỉ 109 năm) Vì plutoni phân rã để lại urani-235 Tuy nhiên, lò phản ứng đại làm giàu U-235 liên quan đến U-238, nên U-238 tiếp tục dùng tác nhân biến tính cho U-235 tạo thành phân rã plutoni Một giải pháp cho vấn đề tái chế plutoni thành nhiên liệu ví dụ lò phản ứng nhanh Trong lò phản ứng nhanh dùng để luyện kim, plutoni urani tách bị ô nhiễm nguyên tố actini sử dụng làm vũ khí hạt nhân Q trình ngừng hoạt động vũ khí hạt nhân[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải từ vũ khí hạt nhân ngừng hoạt động dường khơng có chứa tác nhân beta hay gamma khác ngồi triti ameri Nó chứa nhiều actini phóng xạ anpha Pu-239, nguyên liệu phân hạch dùng để làm bom, với nhiều nguyên liệu khác hoạt động mạnh Pu-238 Po Trong khứ tác nhân kích hoạt nơtron bom nguyên tử thường berili nguyên tố phóng xạ anpha hoạt động mạnh poloni, thay poloni Pu-238 Vì lí an ninh quốc gia, chi tiết thiết kế loại bom đại thường không phát hành rộng rãi Một vài thiết kế bao gồm máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ sử dụng Pu-238 để cung cấp nguồn lượng điện lâu dài cho thiết bị điện tử thiết bị Nhiều khả vật liệu phân hạch bom cũ q trình tân trang lại có chứa sản phẩm phân rã đồng vị plutoni sử dụng nó, có khả bao gồm U-236 tử Pu-240 tạp chất, với U-235 từ Pu-239 phân rã; thời gian bán huỷ tương đối dài đồng vị Pu này, chất thải từ phân rã phóng xạ nguyên liệu làm lõi bom ít, trường hợp nguy hiểm (ngay điều kiện dễ phóng xạ) so với thân Pu-239 Pu-241 phân rã beta tạo thành Am-241; gia tăng ameri vấn đề lớn so với phân rã Pu239 Pu-240 ameri chất phóng xạ gamma (gia tăng phơi nhiễm bên ngồi cơng nhân) chất phóng xạ anpha gây việc gia tăng nhiệt Plutoni tách từ ameri nhiều trình khác nhau, bao gồm q trình hố học cao nhiệt chiết tách dung môi từ dung dịch nước/hữu Quy trình chiết tách kiểu PUREX rút gọn sử dụng phương pháp để tách Urani tự nhiên khơng phân hạch chứa 99.3% U-238 có 0.7% U-235 Chất thải tàn dư[sửa | sửa mã nguồn] Do hoạt động lịch sử thường liên quan đến công nghiệp radi, khai thác urani, chương trình quân sự, có nhiều khu vực có chứa bị nhiễm phóng xạ Chỉ riêng Hoa Kì, Bộ Năng lượng (DOE) tun bố có "hàng triệu galơng chất thải phóng xạ" "hàng nghìn nguyên nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng" "một lượng lớn đất nước bị ô nhiễm"." [5] Mặc dù chất thải có số lượng lớn, DOE tuyên bố mục tiêu làm tất khu vực bị ô nhiễm thành cơng trước năm 2025 [5] Ví dụ khu vực Fernald, Ohio có "31 triệu pao sản phẩm urani", "2.5 tỉ pao chất thải", "2.75 triệu yard khối đất mảnh vụn bị ô nhiễm" "khu vực rộng 223 mẫu nằm bên tầng nước ngầm Great Miami có nồng độ urani vượt tiêu chuẩn nước dùng để uống"."[5] Hoa Kì có 108 địa điểm nhận định khu vực bị ô nhiễm không sử dụng được, lên đến hàng nghìn mẫu.[5][6] DOE muốn làm giảm thiểu đa số tất chúng trước năm 2025, cách sử dụng phương pháp geomelting phát triển gần đây, nhiên nhiệm vụ khó khăn phải thừa nhận vài khu vực khơng khắc phục hồn tồn Ví dụ, số 108 địa điểm định này, Phịng thí nghiệm Quốc gia Oar Ridge, có "167 địa điểm xả thải chất gây ô nhiễm biết" ba phân khu thuộc khu vực rộng 37 000 mẫu 37.000 mẫu Anh (150 km2) này.[5] Tuy nhiên số địa điểm Hoa Kì nhỏ hơn, nên vấn đề làm giải đơn giản hơn, DOE hoàn thành việc làm cách thành cơng, hay đóng cửa số địa điểm [5] Y tế[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải y tế phóng xạ thường chứa tác nhân giải phóng hạt beta tia gamma Chúng chia thành hai nhóm Trong y học hạt nhân chẩn đốn, lượng lớn tác nhân giải phóng gamma có thời gian sống ngắn techneti-99m sử dụng Đa số chúng xử lí cách để yên cho chúng phân rã khoảng thời gian ngắn trước xử lí chất thải thơng thường Các đồng vị khác sử dụng y học, với chu kì bán rã ngoặc đơn, bao gồm: • Y-90, sử dụng để điều trị ung thư hạch (2.7 ngày) • I-131, sử dụng để xét nghiệm chức tuyến giáp điều trị ung thư tuyến giáp (8.0 ngày) • Sr-89, sử dụng để điều trị ung thư xương, tiêm tĩnh mạch (52 ngày) • Ir-192, sử dụng cho cận xạ trị (74 ngày) • Co-60, sử dụng cho cận xạ trị xạ trị bên ngồi (5.3 năm) • Cs-137, sử dụng cho cận xạ trị, xạ trị bên ngồi (30 năm) Cơng nghiệp[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải có nguồn gốc từ cơng nghiệp chứa tác nhân phóng xạ anpha, beta, nơtron gamma Tác nhân phóng xạ gamma sử dụng chụp X quang nguồn giải phóng nơtron sử dụng nhiều ứng dụng, chẳng hạn q trình logging giếng dầu [7] Chất phóng xạ tự nhiên (NORM)[sửa | sửa mã nguồn] Các chất chứa phóng xạ tự nhiên gọi NORM Sau xử lí người khiến cho tính phóng xạ cúa chúng lộ tích tụ (như trình khai thác mỏ đưa than lên bề mặt đốt để tạo tro cô đặc), chúng trở thành chất phóng xạ tự nhiên tăng cường công nghệ (TENORM) [8] Rất nhiều loại chất thải vật liệu phóng xạ hạt anpha sinh từ chuỗi phân rã urani thori Nguồn phóng xạ thể người kali-40 (40K), thông thường 17 mg thể thu nhận thêm 0,4 mg/ngày [9] Hầu hết loại đá, thành phần chúng, thường có mức độ phóng xạ thấp Trong phạm vi từ millisievert (mSv) đến 13 mSv năm tùy thuộc vào địa điểm, độ phơi nhiễm phóng xạ từ đồng vị phóng xạ tự nhiên trung bình 2.0 mSv người năm toàn giới [10] Nguồn chiếm phần lớn tổng số nguồn thông thường (độ phơi nhiễm hàng năm trung bình từ nguồn khác 0.6 mSv từ xét nghiệm y tế, 0.4 mSv từ tia vũ trụ, 0.007 mSv từ tàn dư thử nghiệm hạt nhân khí khứ với thảm họa Chernobyl, 0.0002 mSv từ chu trình nhiên liệu hạt nhân, 0.005 mSv phơi nhiễm nghề nghiệp).[10] TENORM không quy định hạn chế chất thải lò phản ứng hạt nhân, khơng có khác biệt lớn nguy phóng xạ loại vật liệu [11] Than[sửa | sửa mã nguồn] Than có chứa lượng nhỏ phóng xạ urani, bari, thori kali, nhưng, trường hợp than tinh khiết, nồng độ trung bình nguyên tố nhỏ nhiều so với vỏ Trái Đất Các địa tầng xung quanh, đá phiến sét bột kết, thường chứa phóng xạ nhiều chút so với trung bình điều thấy thành phần tro loại than ''bẩn'' [12][13] Các khoáng chất tro hoạt động tích tụ tro bụi chúng khơng đốt cháy hồn tồn [12] Độ phóng xạ tro bụi gần giống đá phiến sét đen nhỏ đá photphat, gây lo ngại lượng nhỏ tro bụi bầu khơng khí bị người hít vào.[14]Theo báo cáo NCRP Hoa Kì, độ phơi nhiễm dân số từ nhà máy điện 1000 MWe lên tới 490 người-rem/năm nhà máy điện dùng than, lớn 100 lần so với nhà máy điện hạt nhân (4.8 người-rem/năm trình vận hành thơng thường, 136 ngườirem/năm chu trình nhiên liệu hạt nhân hồn chỉnh).[12] Dầu khí[sửa | sửa mã nguồn] Cặn dư từ ngành cơng nghiệp dầu khí thường chứa radi sản phẩm phân rã Lượng sulfat từ giếng dầu thường giàu radi, nước, dầu khí đốt từ giếng thường chứa radon Radon phân rã sinh đồng vị phóng xạ rắn hình thành lớp phủ bên đường ống Trong nhà máy chế biến dầu, khu vực nhà máy nơi propan chế biến thường khu vực bị nhiễm, radon có điểm sơi tương tự propan.[15] Chú thích[sửa | sửa mã nguồn] SỰ PHĨNG XẠ CỦA HẠT NHÂN I Hiện tượng phóng xạ • Phóng xạ q trình tự phân rã hạt nhân không bền vững Nhắc lại: Hạt nhân đầu cuối bảng tuần hoàn thường hạt nhân bền vững Chú ý: Q trình phóng xạ q trình tự phát, khơng thể can thiệp vào q trình phóng xạ • Q trình phóng xạ kèm theo tạo hạt kèm theo phát xạ điện từ (tia gamma) • Hạt nhân phóng xạ gọi hạt nhân mẹ Hạt nhân tạo thành sau phân rã gọi hạt nhân II Các loại phóng xạ Phóng xạ anpha ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng hạt nhân biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân pơlơni Po210 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân chì Pb206 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối giảm lùi bảng tuần hồn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ bêta trừ ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng electrơn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân cácbon C14 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân nitơ N14 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối số khối hạt nhân mẹ tiến bảng tuần hồn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ bêta cộng ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng pôzitrôn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân phơt-pho P30 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân silic Si 30 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối số khối hạt nhân mẹ lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ gamma ( ) loại phóng xạ kèm với loại phóng xạ , , • Hạt nhân Y sau phóng xạ , , trạng thái kích thích Hạt nhân sau trở trạng thái bình thường phát phơtơn có lượng cao Các phơtơn gọi tia gamma • • Khơng có biến đổi hạt nhân phóng xạ Vì hạt phóng xạ phóng xạ phơ tơn (khơng có điện tích khơng có khối lượng nghỉ) nên ta ký hiệu hạt gamma III Đặc điểm loại tia phóng xạ Tia : • Là dịng hạt nhân • khoảng 2.107 m/s khoảng ) Làm iơn hóa khơng khí Bị lệch âm tụ điện (Do có khối lượng lớn - đến 4u - nên bị lệch tia • chuyển động với tốc độ vào khoảng 20000 km/s (tức tia • Trong khơng khí khoảng vài centimet • Trong vật rắn khoảng vài micrơmet Tia : • • • • • Tia Là dịng electrơn chuyển động với vận tốc gần tốc độ ánh sáng Làm ion hóa khơng khí yếu tia Bị lệch dương tụ điện Trong khơng khí khoảng vài met Trong kim loại khoảng vài milimet : • Là dịng pơzitrơn • Làm ion hóa khơng khí yếu tia • chuyển động với vận tốc gần tốc độ ánh sáng , mạnh tia X Bị lệch âm tụ điện (Mặc dù tia , , bị lệch theo hai phương khác điện trường độ lệch - lấy trị tuyệt đối - nhau) • Trong khơng khí khoảng vài met • Trong kim loại khoảng vài milimet Tia : • Là dịng phơtơn có lượng cao mà mắt khơng nhìn thấy được, có bước sóng ngắn bước sóng tia X • Tia có đầy đủ đặc điểm tia X có khả đâm xuyên cao có tác dụng sinh lý mạnh • Làm ion hóa khơng khí mạnh • Trong bê tơng vài met • Trong chì vài centimet IV Định luật phóng xạ: Đặc tính q trình phóng xạ: • Có chất q trình biến đổi hạt nhân • Phóng xạ phản ứng hạt nhân tỏa lượng • Có tính tự phát khơng điều khiển • Là q trình ngẫu nhiên Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng khoảng thời gian gọi chu kỳ bán rã Sau chu kỳ bán rã, lượng chất phóng xạ cịn lại nửa so với ban đầu Gọi • No số nguyên tử chất phóng xạ lúc t = • N số ngun tử chất phóng xạ cịn lại lúc t • T chu kỳ bán rã (cùng đơn vị với t) Ta chứng minh công thức sau: Gọi • mo khối lượng chất phóng xạ lúc t = m khối lượng chất phóng xạ cịn lại lúc t • T chu kỳ bán rã (cùng đơn vị với t) Ta chứng minh cơng thức sau: • Vì nên đặt gọi số phóng xạ (đơn vị s - 1) ta có cơng thức viết theo cách khác sau: Chú ý: Giữa N m ta có quan hệ sau: V Ứng dụng đồng vị phóng xạ Dùng phương pháp ngun tử đánh dấu Pha phơt-pho phóng xạ (P30) vào chất phơt-pho thơng thường (P31) bón cho chẳng hạn Cây hấp thụ chất phôt-pho mà không phân biệt loại phôt-pho Như thế, nhờ máy dị phóng xạ mà ta theo dõi trình hấp thụ chất lân cối Phương pháp gọi phương pháp nguyên tử đánh dấu Phương pháp định tuổi cổ vật có nguồn gốc thực vật: Trong khơng khí ln tồn lượng định đồng vị cacbon C14 Đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã vào khoảng 5730 năm Thực vật hấp thụ ôxit cacbon khơng khí nên hấp thụ ln C14 Khi thực vật cịn sống tỉ lệ C14 C12 không đổi Nhưng thực vật chết tỉ lệ giảm dần Như cách đo tỉ lệ C14 C12 di vật cổ ta tính tuổi chúng Phép định tuổi cổ vật cho phép đo tuổi cổ vật từ 500 năm đến 5500 năm Bức xạ gì? Mọi người vật cấu tạo từ nguyên tử Một người lớn trung bình tập hợp khoảng 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000 nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nito, phốt nguyên tố khác Khối lượng nguyên tử tập trung phần hạt nhân nguyên tử mà độ lớn phần tỷ nguyên tử Xung quanh hạt nhân khoảng trống, ngoại trừ phần tử nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân gọi electron Các electron định tính chất hố học chất định Nó khơng liên quan với hoạt độ phóng xạ Hoạt độ phóng xạ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân Một nguyên tố xác định số lượng Proton hạt nhân Hydro có proton, Heli có 2, Liti có 3, Berili có 4, Bo có Cacbon có proton Số lượng Proton nhiều hơn, hạt nhân nặng Thori có 90 proton, Protatini có 91 Urani có 92 proton xem nguyên tố siêu Urani Số lượng nơtron định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay khơng Để hạt nhân ổn định, số lượng nơtron hầu hết trường hợp phải lớn số lượng Protron Ở hạt nhân ổn định protron nơtron liên kết với lực hút mạnh hạt nhân mà khơng phần tử ngồi Trong trường hợp vậy, hạt nhân tồn bền vững Tuy nhiên việc khác số lượng nơtron vượt khỏi mức cân Trong trường hợp này, hạt nhân có lượng dư đơn giản không liên kết với Sớm hay muộn phải xả phần lượng dư thừa Hạt nhân khác việc giải thoát lượng dư khác nhau, dạng sóng điện từ dịng phân tử Năng lượng gọi xạ Sự phân rã phóng xạ gì? Q trình mà ngun tử khơng bền giải lượng dư gọi phân rã phóng xạ Hạt nhân nhẹ, với Proton nơtron trở lên ổn định sau lần phân rã Khi nhân nặng Radi hay Urani phân rã, hạt nhân tạo khơng ổn định, mà giai đoạn ổn định cuối đạt sau số lần phân rã Ví dụ: Urani 238 có 92 proton 146 nơtron proton nơtron phân rã Số lượng proton lại sau lần Urani phân rã 90, hạt nhân có số lượng proton 90 lại Thori, Urani 238 sau lần phân rã làm sinh Thori 234 không ổn định trở thành Protatini sau lần phân rã Hạt nhân ổn định cuối chì sinh sau lần phân rã thứ 14 Quá trình phân rã xảy nhiều hạt nhân phóng xạ có mơi trường Đơn vị hoạt độ phóng xạ (Becquerel) gì? Hoạt độ phóng xạ khả phát xạ chất Hoạt độ nghĩa cường độ xạ phát hay rủi ro xảy sức khoẻ người Nó quy định đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), theo tên nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel Hoạt độ phóng xạ tập hợp hạt nhân phóng xạ tính số phân rã trong đơn vị thời gian Nếu số lượng phân rã 1/1 giây, hoạt độ chất tính Bq Hoạt độ khơng liên quan đến kích thước hay khối lượng chất Một nguồn phóng xạ có độ lớn điếu thuốc dùng dụng cụ quan trắc phóng xạ có hoạt độ lớn hoạt độ thùng lớn chất thải phóng xạ hàng tỷ lần Nếu số lượng phân rã xảy lượng nhỏ chất 1000/1 giây, hoạt độ chất lớn 100 lần so với số lượng lớn chất có 10 phân rã xảy giây Chu kỳ bán rã diễn nào? Tốc độ phân rã mô tả chu kỳ bán rã, thời gian mà 1/2 số hạt nhân khơng bền chất phân rã Chu kỳ bán rã đơn không thay đổi cho hạt nhân phóng xạ từ phần giây đến hàng tỷ năm Chu kỳ bán rã Sulfua - 38 52 phút, Radi - 223 11,43 ngày, Cacbon - 14 5.730 năm Trong chu kỳ bán rã liên tiếp, hoạt độ chất phóng xạ giảm phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ ban đầu Điều cho phép tính hoạt độ lại chất thời điểm tương lai Bức xạ có khắp nơi mơi trường Hầu hết chất phóng xạ có đời sống dài sinh trước có Trái đất, lượng xạ ln tồn điều bình thường khơng thể tránh khỏi Trong kỷ vừa qua, phơng phóng xạ tăng lên khơng ngừng hoạt động thử vũ khí hạt nhân phát điện hạt nhân Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm, thành phần đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, mức độ điều kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất cao, thấp, hướng gió… tất ảnh hưởng đến phông xạ Bức xạ xem tự nhiên hay nhân tạo nguồn gốc sinh Bức xạ tự nhiên xạ nhân tạo gì? Bức xạ tự nhiên Một phần phơng phóng xạ xạ vũ trụ đến từ không gian Chúng hầu hết bị cản lại khí bao quanh Trái đất, phần nhỏ tới Trái đất Trên đỉnh núi cao bên ngồi máy bay, độ phóng xạ lớn nhiều so với mặt biển Các phi hành đồn làm việc chủ yếu độ cao có xạ vũ trụ lớn mức bình thường mặt đất khoảng 20 lần Các chất phóng xạ có đời sống dài có thiên nhiên thường dạng chất bẩn nhiên liệu hố thạch Trong lịng đất, chất không làm bị chiếu xạ, bị đốt cháy, chúng thải vào khí sau khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phơng phóng xạ Ngun nhân chung tăng phơng phóng xạ Radon, chất khí sinh Radi kim loại phân rã Các chất phóng xạ khác tạo thành trình phân rã tồn tại chỗ lịng đất, Radon bay lên khỏi mặt đất Nếu lan toả rộng hồ tan khơng gây nguy hại gì, ngơi nhà xây dựng nơi có Radon bay lên tới mặt đất, Radon tập trung nhà đó, hệ thống thơng khí khơng thích hợp Radon tập trung nhà lớn hàng trăm lần, có hàng ngàn lần so với bên Loại trừ khí Radon, xạ tự nhiên khơng có hại sức khoẻ Nó phần tự nhiên chất phóng xạ có thể người phần tạo hoá Bức xạ nhân tạo

Chất thải phóng xạ chất thải có chứa chất phóng xạ Chất thải phóng xạ thường sản phẩm phụ nhà máy điện hạt nhân ứng dụng khác phân hạch hạt nhân công nghệ hạt nhân, chẳng hạn nghiên cứu y học Chất thải phóng xạ nguy hiểm cho hầu hết hình thức sống mơi trường, quy định quan phủ để bảo vệ sức khỏe người mơi trường Phóng xạ giảm theo thời gian, đó, chất thải thường bị lập lưu trữ khoảng thời gian khơng cịn mối nguy hiểm Thời gian lưu trữ phụ thuộc vào loại chất thải Chất thải mức độ thấp với mức phóng xạ thấp khối lượng khối lượng (chẳng hạn số chất thải y tế chất thải phóng xạ cơng nghiệp) cần phải lưu trữ cho giờ, vài ngày cao cấp chất thải (như nhiên liệu hạt nhân qua sản phẩm phụ hạt nhân tái chế) phải lưu trữ cho năm Các phương pháp để quản lý chất thải phóng xạ phân biệt lưu trữ cho ngắn ngủi chất thải, xử lý gần bề mặt thấp chất thải cấp số trung gian, chôn sâu chuyển hóa cho chất thải có mức phóng xạ ca Một tóm tắt lượng chất thải phóng xạ phương pháp quản lý hầu phát triển trình bày xem xét định kỳ phần Công ước chung an toàn quản lý nhiên liệu qua sử dụng an tồn cơng tác quản lý chất thải phóng xạ Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) Các nguồn chất thải phóng xạ[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải phóng xạ sinh từ nhiều nguồn khác Phần lớn chất thải có nguồn gốc từ chu trình nhiên liệu hạt nhân tái chế vũ khí hạt nhân Những nguồn khác chất thải y học công nghiệp, loại vật liệu phóng xạ tự nhiên (NORM) tích tụ việc chế biến tiêu thụ than, dầu, khí đốt vài loại khống sản Chu trình nhiên liệu hạt nhân[sửa | sửa mã nguồn] Front end[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải từ giai đoạn front end chu trình nhiên liệu hạt nhân thường chất thải phóng xạ anpha sinh từ việc khai thác urani Chúng thường chứa radi sản phẩm phân rã Urani đioxit (UO2)) tích tụ từ việc khai thác thường có tính phóng xạ khơng mạnh - cao khoảng nghìn lần so với đá granite dùng xây dựng Chúng tinh luyện từ yellowcake (U 3O8), sau biến đổi thành khí urani hexaflorit (UF6) A) Ở dạng khí, chúng làm giàu để tăng hàm lượng U235 từ 0.7% lên khoảng 4.4% (LEU) Sau chúng chuyển hoá thành oxit dạng men cứng (UO 2) để chế tạo thành nhiên liệu lò phản ứng [1] Sản phẩm phụ chủ yếu trình làm giàu urani cạn kiệt (DU), chủ yếu đồng vị U-238, với hàm lượng U-235 khoảng 0.3% Chúng cất trữ dạng UF6 U3O8 Do chúng có tính chất mật độ cao nên chúng ứng dụng để làm loại giáp chống xe tăng chí làm trục thuyền buồm [2] Chúng sử dụng với plutoni để tạo nhiên liệu oxit hỗn hợp (MOX), dùng để pha loãng urani làm giàu mạnh từ kho vũ khí để biến đổi chúng thành nhiên liệu lò phản ứng Back end[sửa | sửa mã nguồn] Ở giai đoạn back end chu trình nhiên liệu hạt nhân chủ yếu nhiên liệu qua sử dụng, chứa sản phẩm phân rã phóng xạ beta gamma; nguyên tố actini phóng xạ anpha, urani-234, neptuni-237, plutoni-238 ameri-241; chí nguyên tố phóng xạ nơtron californi (Cf) Các đồng vị hình thành từ lị phản ứng hạt nhân Chúng ta cần phân biệt trình xử lí urani để tạo thành nhiên liệu trình tái chế nhiên liệu qua sử dụng Nhiên liệu qua sử dụng chứa sản phẩm phân rã có tính phóng xạ cao Đa số chúng chất hấp thụ nơtron, gọi chất độc nơtron trường hợp Những chất hấp thụ nhiều nơtron đến mức độ khiến cho chuỗi phản ứng dừng lại, chí điều khiển hồn tồn bị loại bỏ Lúc nhiên liệu lò phản ứng phải thay nhiên liệu mới, số lượng đáng kể urani-235 plutoni diện Ở Mĩ, nhiên liệu qua sử dụng lưu trữ vào kho; Nga, Anh, Pháp, Nhật Bản Ấn Độ, nhiên liệu tái chế để loại bỏ sản phẩm phân rã, sau nhiên liệu tái sử dụng Q trình tái chế chủ yếu bao gồm việc xử lí vật liệu có tính phóng xạ cao, sản phẩm phân rã loại bỏ khỏi nhiên liệu dạng chất thải cấp cao đậm đặc Trong nước khác tái chế nhiên liệu cách thực chu trình plutoni đơn, Ấn Độ nước lên kế hoạch triển khai chu trình plutoni đa [3] Thành phần nhiên liệu tính phóng xạ dài hạn[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải phóng xạ dài hạn từ back end chu trình nhiên liệu đối tượng đặc biệt thích hợp thiết kế kế hoạch quản lí chất thải hồn chỉnh nhiên liệu qua sử dụng (SNF) Đối với trình phân rã phóng xạ dài hạn, nguyên tố actini SNF có ảnh hưởng quan trọng tính chất đặc trưng chúng chu kì bán rã dài Tuỳ thuộc vào loại lò phản ứng cung cấp nhiên liệu, thành phần actini SNF khác Sau ví dụ ảnh hưởng nhiên liệu hạt nhân thori Th-232 vật liệu có nhiều khả xảy phản ứng hấp thụ nơtron phân rã hạt beta trừ, kết qủa q trình tạo U-223 có tính phân hạch Chu trình SNF thori có chứa urani Phân rã phóng xạ ảnh hưởng mạnh đến đường cong hoạt động dài hạn SNF khoàng triệu năm Việc sử dụng nhiên liệu khác lò phản ứng cho thành phần SNF khác nhau, với đường cong hoạt động khác Các mối lo ngại trình sản xuất vũ khí[sửa | sửa mã nguồn] Bời urani plutoni vật liệu vũ khí hạt nhân, nên đặt nhiều lo ngại q trình sản xuất vũ khí Thông thường (trong nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng), plutoni plutoni cấp độ lò phản ứng Plutoni-239 vật liệu phù hợp cho việc chế tạo vụ khí hạt nhân, ngồi cịn có chứa chất nhiễm khơng mong muốn như: plutoni-240, plutoni-241 plutoni-238 Những đồng vị khó tách có cách tốn để thu vật liệu phân hạch (ví dụ q trình làm giàu urani lị phản ứng sản xuất plutoni chuyên dụng) [4] Chất thải cấp cao chứa hồn tồn sản phẩm phân rã phóng xạ cao, đa số chúng có chu kì sống tương đối ngắn Điều gây nên lo ngại chất thải lưu trữ, kho chứa địa chất sâu lòng đất, qua nhiều năm sản phẩm phân hạch bị phân rã, suy giảm mức độ phóng xạ chất thải khiến cho plutuni dễ dàng bị tiếp cận Chất ô nhiễm không mong muốn Pu-240 phân rã nhanh Pu239, khiến chất lượng bom tăng lên theo thời gian (tuy nhiên khối lượng suy giảm theo thời gian) Vì vậy, số người tranh luận rằng, thời gian trôi qua, khu vực lưu trữ sâu có tiềm trở thành "mỏ plutoni", mà từ vật liệu này, vũ khí hạt nhân tạo thành cách tương đối khó khăn Những người trích ý tưởng chu kì bán rã Pu-240 6560 năm Pu-239 24110 năm, độ giàu tương đối đồng vị so với đồng vị theo thời gian xảy với chu kì bán rã 9000 năm (do đó, cần 9000 năm để phần Pu-240 hỗn hợp đồng vị plutoni bán rã cách tự nhiên - đạt đến độ giàu cần thiết để chuyển Pu từ cấp độ lò phản ứng sang cấp độ vũ khí) Vì "mỏ plutoni cấp độ vũ khí" vấn đề tương lai xa (khoảng 9000 năm so với tại), cịn nhiều thời gian công nghệ tiến lên nhằm giải vấn đề Pu-239 phân rã thành U-235 – đồng vị phù hợp để làm vũ khí có chu kì bán rã dài (xấp xỉ 109 năm) Vì plutoni phân rã để lại urani-235 Tuy nhiên, lò phản ứng đại làm giàu U-235 liên quan đến U-238, nên U-238 tiếp tục dùng tác nhân biến tính cho U-235 tạo thành phân rã plutoni Một giải pháp cho vấn đề tái chế plutoni thành nhiên liệu ví dụ lò phản ứng nhanh Trong lò phản ứng nhanh dùng để luyện kim, plutoni urani tách bị ô nhiễm nguyên tố actini sử dụng làm vũ khí hạt nhân Q trình ngừng hoạt động vũ khí hạt nhân[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải từ vũ khí hạt nhân ngừng hoạt động dường khơng có chứa tác nhân beta hay gamma khác ngồi triti ameri Nó chứa nhiều actini phóng xạ anpha Pu-239, nguyên liệu phân hạch dùng để làm bom, với nhiều nguyên liệu khác hoạt động mạnh Pu-238 Po Trong khứ tác nhân kích hoạt nơtron bom nguyên tử thường berili nguyên tố phóng xạ anpha hoạt động mạnh poloni, thay poloni Pu-238 Vì lí an ninh quốc gia, chi tiết thiết kế loại bom đại thường không phát hành rộng rãi Một vài thiết kế bao gồm máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ sử dụng Pu-238 để cung cấp nguồn lượng điện lâu dài cho thiết bị điện tử thiết bị Nhiều khả vật liệu phân hạch bom cũ q trình tân trang lại có chứa sản phẩm phân rã đồng vị plutoni sử dụng nó, có khả bao gồm U-236 tử Pu-240 tạp chất, với U-235 từ Pu-239 phân rã; thời gian bán huỷ tương đối dài đồng vị Pu này, chất thải từ phân rã phóng xạ nguyên liệu làm lõi bom ít, trường hợp nguy hiểm (ngay điều kiện dễ phóng xạ) so với thân Pu-239 Pu-241 phân rã beta tạo thành Am-241; gia tăng ameri vấn đề lớn so với phân rã Pu239 Pu-240 ameri chất phóng xạ gamma (gia tăng phơi nhiễm bên ngồi cơng nhân) chất phóng xạ anpha gây việc gia tăng nhiệt Plutoni tách từ ameri nhiều trình khác nhau, bao gồm q trình hố học cao nhiệt chiết tách dung môi từ dung dịch nước/hữu Quy trình chiết tách kiểu PUREX rút gọn sử dụng phương pháp để tách Urani tự nhiên khơng phân hạch chứa 99.3% U-238 có 0.7% U-235 Chất thải tàn dư[sửa | sửa mã nguồn] Do hoạt động lịch sử thường liên quan đến công nghiệp radi, khai thác urani, chương trình quân sự, có nhiều khu vực có chứa bị nhiễm phóng xạ Chỉ riêng Hoa Kì, Bộ Năng lượng (DOE) tun bố có "hàng triệu galơng chất thải phóng xạ" "hàng nghìn nguyên nhiên liệu hạt nhân qua sử dụng" "một lượng lớn đất nước bị ô nhiễm"." [5] Mặc dù chất thải có số lượng lớn, DOE tuyên bố mục tiêu làm tất khu vực bị ô nhiễm thành cơng trước năm 2025 [5] Ví dụ khu vực Fernald, Ohio có "31 triệu pao sản phẩm urani", "2.5 tỉ pao chất thải", "2.75 triệu yard khối đất mảnh vụn bị ô nhiễm" "khu vực rộng 223 mẫu nằm bên tầng nước ngầm Great Miami có nồng độ urani vượt tiêu chuẩn nước dùng để uống"."[5] Hoa Kì có 108 địa điểm nhận định khu vực bị ô nhiễm không sử dụng được, lên đến hàng nghìn mẫu.[5][6] DOE muốn làm giảm thiểu đa số tất chúng trước năm 2025, cách sử dụng phương pháp geomelting phát triển gần đây, nhiên nhiệm vụ khó khăn phải thừa nhận vài khu vực khơng khắc phục hồn tồn Ví dụ, số 108 địa điểm định này, Phịng thí nghiệm Quốc gia Oar Ridge, có "167 địa điểm xả thải chất gây ô nhiễm biết" ba phân khu thuộc khu vực rộng 37 000 mẫu 37.000 mẫu Anh (150 km2) này.[5] Tuy nhiên số địa điểm Hoa Kì nhỏ hơn, nên vấn đề làm giải đơn giản hơn, DOE hoàn thành việc làm cách thành cơng, hay đóng cửa số địa điểm [5] Y tế[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải y tế phóng xạ thường chứa tác nhân giải phóng hạt beta tia gamma Chúng chia thành hai nhóm Trong y học hạt nhân chẩn đốn, lượng lớn tác nhân giải phóng gamma có thời gian sống ngắn techneti-99m sử dụng Đa số chúng xử lí cách để yên cho chúng phân rã khoảng thời gian ngắn trước xử lí chất thải thơng thường Các đồng vị khác sử dụng y học, với chu kì bán rã ngoặc đơn, bao gồm: • Y-90, sử dụng để điều trị ung thư hạch (2.7 ngày) • I-131, sử dụng để xét nghiệm chức tuyến giáp điều trị ung thư tuyến giáp (8.0 ngày) • Sr-89, sử dụng để điều trị ung thư xương, tiêm tĩnh mạch (52 ngày) • Ir-192, sử dụng cho cận xạ trị (74 ngày) • Co-60, sử dụng cho cận xạ trị xạ trị bên ngồi (5.3 năm) • Cs-137, sử dụng cho cận xạ trị, xạ trị bên ngồi (30 năm) Cơng nghiệp[sửa | sửa mã nguồn] Chất thải có nguồn gốc từ cơng nghiệp chứa tác nhân phóng xạ anpha, beta, nơtron gamma Tác nhân phóng xạ gamma sử dụng chụp X quang nguồn giải phóng nơtron sử dụng nhiều ứng dụng, chẳng hạn q trình logging giếng dầu [7] Chất phóng xạ tự nhiên (NORM)[sửa | sửa mã nguồn] Các chất chứa phóng xạ tự nhiên gọi NORM Sau xử lí người khiến cho tính phóng xạ cúa chúng lộ tích tụ (như trình khai thác mỏ đưa than lên bề mặt đốt để tạo tro cô đặc), chúng trở thành chất phóng xạ tự nhiên tăng cường công nghệ (TENORM) [8] Rất nhiều loại chất thải vật liệu phóng xạ hạt anpha sinh từ chuỗi phân rã urani thori Nguồn phóng xạ thể người kali-40 (40K), thông thường 17 mg thể thu nhận thêm 0,4 mg/ngày [9] Hầu hết loại đá, thành phần chúng, thường có mức độ phóng xạ thấp Trong phạm vi từ millisievert (mSv) đến 13 mSv năm tùy thuộc vào địa điểm, độ phơi nhiễm phóng xạ từ đồng vị phóng xạ tự nhiên trung bình 2.0 mSv người năm toàn giới [10] Nguồn chiếm phần lớn tổng số nguồn thông thường (độ phơi nhiễm hàng năm trung bình từ nguồn khác 0.6 mSv từ xét nghiệm y tế, 0.4 mSv từ tia vũ trụ, 0.007 mSv từ tàn dư thử nghiệm hạt nhân khí khứ với thảm họa Chernobyl, 0.0002 mSv từ chu trình nhiên liệu hạt nhân, 0.005 mSv phơi nhiễm nghề nghiệp).[10] TENORM không quy định hạn chế chất thải lò phản ứng hạt nhân, khơng có khác biệt lớn nguy phóng xạ loại vật liệu [11] Than[sửa | sửa mã nguồn] Than có chứa lượng nhỏ phóng xạ urani, bari, thori kali, nhưng, trường hợp than tinh khiết, nồng độ trung bình nguyên tố nhỏ nhiều so với vỏ Trái Đất Các địa tầng xung quanh, đá phiến sét bột kết, thường chứa phóng xạ nhiều chút so với trung bình điều thấy thành phần tro loại than 'bẩn' [12][13] Các khoáng chất tro hoạt động tích tụ tro bụi chúng khơng đốt cháy hồn tồn [12] Độ phóng xạ tro bụi gần giống đá phiến sét đen nhỏ đá photphat, gây lo ngại lượng nhỏ tro bụi bầu khơng khí bị người hít vào.[14]Theo báo cáo NCRP Hoa Kì, độ phơi nhiễm dân số từ nhà máy điện 1000 MWe lên tới 490 người-rem/năm nhà máy điện dùng than, lớn 100 lần so với nhà máy điện hạt nhân (4.8 người-rem/năm trình vận hành thơng thường, 136 ngườirem/năm chu trình nhiên liệu hạt nhân hồn chỉnh).[12] Dầu khí[sửa | sửa mã nguồn] Cặn dư từ ngành cơng nghiệp dầu khí thường chứa radi sản phẩm phân rã Lượng sulfat từ giếng dầu thường giàu radi, nước, dầu khí đốt từ giếng thường chứa radon Radon phân rã sinh đồng vị phóng xạ rắn hình thành lớp phủ bên đường ống Trong nhà máy chế biến dầu, khu vực nhà máy nơi propan chế biến thường khu vực bị nhiễm, radon có điểm sơi tương tự propan.[15] Chú thích[sửa | sửa mã nguồn] SỰ PHĨNG XẠ CỦA HẠT NHÂN I Hiện tượng phóng xạ • Phóng xạ q trình tự phân rã hạt nhân không bền vững Nhắc lại: Hạt nhân đầu cuối bảng tuần hoàn thường hạt nhân bền vững Chú ý: Q trình phóng xạ q trình tự phát, khơng thể can thiệp vào q trình phóng xạ • Q trình phóng xạ kèm theo tạo hạt kèm theo phát xạ điện từ (tia gamma) • Hạt nhân phóng xạ gọi hạt nhân mẹ Hạt nhân tạo thành sau phân rã gọi hạt nhân II Các loại phóng xạ Phóng xạ anpha ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng hạt nhân biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân pơlơni Po210 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân chì Pb206 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối giảm lùi bảng tuần hồn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ bêta trừ ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng electrơn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân cácbon C14 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân nitơ N14 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối số khối hạt nhân mẹ tiến bảng tuần hồn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ bêta cộng ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng pôzitrôn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân phơt-pho P30 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân silic Si 30 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ Vậy: Trong phóng xạ , hạt nhân có số khối số khối hạt nhân mẹ lùi ô bảng tuần hoàn so với hạt nhân mẹ Phóng xạ gamma ( ) loại phóng xạ kèm với loại phóng xạ , , • Hạt nhân Y sau phóng xạ , , trạng thái kích thích Hạt nhân sau trở trạng thái bình thường phát phơtơn có lượng cao Các phơtơn gọi tia gamma • • Khơng có biến đổi hạt nhân phóng xạ Vì hạt phóng xạ phóng xạ phơ tơn (khơng có điện tích khơng có khối lượng nghỉ) nên ta ký hiệu hạt gamma III Đặc điểm loại tia phóng xạ Tia : • Là dịng hạt nhân • khoảng 2.107 m/s khoảng ) Làm iơn hóa khơng khí Bị lệch âm tụ điện (Do có khối lượng lớn - đến 4u - nên bị lệch tia • chuyển động với tốc độ vào khoảng 20000 km/s (tức tia • Trong khơng khí khoảng vài centimet • Trong vật rắn khoảng vài micrơmet Tia : • • • • • Tia Là dịng electrơn chuyển động với vận tốc gần tốc độ ánh sáng Làm ion hóa khơng khí yếu tia Bị lệch dương tụ điện Trong khơng khí khoảng vài met Trong kim loại khoảng vài milimet : • Là dịng pơzitrơn • Làm ion hóa khơng khí yếu tia • chuyển động với vận tốc gần tốc độ ánh sáng , mạnh tia X Bị lệch âm tụ điện (Mặc dù tia , , bị lệch theo hai phương khác điện trường độ lệch - lấy trị tuyệt đối - nhau) • Trong khơng khí khoảng vài met • Trong kim loại khoảng vài milimet Tia : • Là dịng phơtơn có lượng cao mà mắt khơng nhìn thấy được, có bước sóng ngắn bước sóng tia X • Tia có đầy đủ đặc điểm tia X có khả đâm xuyên cao có tác dụng sinh lý mạnh • Làm ion hóa khơng khí mạnh • Trong bê tơng vài met • Trong chì vài centimet IV Định luật phóng xạ: Đặc tính q trình phóng xạ: • Có chất q trình biến đổi hạt nhân • Phóng xạ phản ứng hạt nhân tỏa lượng • Có tính tự phát khơng điều khiển • Là q trình ngẫu nhiên Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng khoảng thời gian gọi chu kỳ bán rã Sau chu kỳ bán rã, lượng chất phóng xạ cịn lại nửa so với ban đầu Gọi • No số nguyên tử chất phóng xạ lúc t = • N số ngun tử chất phóng xạ cịn lại lúc t • T chu kỳ bán rã (cùng đơn vị với t) Ta chứng minh công thức sau: Gọi • mo khối lượng chất phóng xạ lúc t = m khối lượng chất phóng xạ cịn lại lúc t • T chu kỳ bán rã (cùng đơn vị với t) Ta chứng minh cơng thức sau: • Vì nên đặt gọi số phóng xạ (đơn vị s - 1) ta có cơng thức viết theo cách khác sau: Chú ý: Giữa N m ta có quan hệ sau: V Ứng dụng đồng vị phóng xạ Dùng phương pháp ngun tử đánh dấu Pha phơt-pho phóng xạ (P30) vào chất phơt-pho thơng thường (P31) bón cho chẳng hạn Cây hấp thụ chất phôt-pho mà không phân biệt loại phôt-pho Như thế, nhờ máy dị phóng xạ mà ta theo dõi trình hấp thụ chất lân cối Phương pháp gọi phương pháp nguyên tử đánh dấu Phương pháp định tuổi cổ vật có nguồn gốc thực vật: Trong khơng khí ln tồn lượng định đồng vị cacbon C14 Đồng vị phóng xạ với chu kỳ bán rã vào khoảng 5730 năm Thực vật hấp thụ ôxit cacbon khơng khí nên hấp thụ ln C14 Khi thực vật cịn sống tỉ lệ C14 C12 không đổi Nhưng thực vật chết tỉ lệ giảm dần Như cách đo tỉ lệ C14 C12 di vật cổ ta tính tuổi chúng Phép định tuổi cổ vật cho phép đo tuổi cổ vật từ 500 năm đến 5500 năm Bức xạ gì? Mọi người vật cấu tạo từ nguyên tử Một người lớn trung bình tập hợp khoảng 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000 nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nito, phốt nguyên tố khác Khối lượng nguyên tử tập trung phần hạt nhân nguyên tử mà độ lớn phần tỷ nguyên tử Xung quanh hạt nhân khoảng trống, ngoại trừ phần tử nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân gọi electron Các electron định tính chất hố học chất định Nó khơng liên quan với hoạt độ phóng xạ Hoạt độ phóng xạ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân Một nguyên tố xác định số lượng Proton hạt nhân Hydro có proton, Heli có 2, Liti có 3, Berili có 4, Bo có Cacbon có proton Số lượng Proton nhiều hơn, hạt nhân nặng Thori có 90 proton, Protatini có 91 Urani có 92 proton xem nguyên tố siêu Urani Số lượng nơtron định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay khơng Để hạt nhân ổn định, số lượng nơtron hầu hết trường hợp phải lớn số lượng Protron Ở hạt nhân ổn định protron nơtron liên kết với lực hút mạnh hạt nhân mà khơng phần tử ngồi Trong trường hợp vậy, hạt nhân tồn bền vững Tuy nhiên việc khác số lượng nơtron vượt khỏi mức cân Trong trường hợp này, hạt nhân có lượng dư đơn giản không liên kết với Sớm hay muộn phải xả phần lượng dư thừa Hạt nhân khác việc giải thoát lượng dư khác nhau, dạng sóng điện từ dịng phân tử Năng lượng gọi xạ Sự phân rã phóng xạ gì? Q trình mà ngun tử khơng bền giải lượng dư gọi phân rã phóng xạ Hạt nhân nhẹ, với Proton nơtron trở lên ổn định sau lần phân rã Khi nhân nặng Radi hay Urani phân rã, hạt nhân tạo khơng ổn định, mà giai đoạn ổn định cuối đạt sau số lần phân rã Ví dụ: Urani 238 có 92 proton 146 nơtron proton nơtron phân rã Số lượng proton lại sau lần Urani phân rã 90, hạt nhân có số lượng proton 90 lại Thori, Urani 238 sau lần phân rã làm sinh Thori 234 không ổn định trở thành Protatini sau lần phân rã Hạt nhân ổn định cuối chì sinh sau lần phân rã thứ 14 Quá trình phân rã xảy nhiều hạt nhân phóng xạ có mơi trường Đơn vị hoạt độ phóng xạ (Becquerel) gì? Hoạt độ phóng xạ khả phát xạ chất Hoạt độ nghĩa cường độ xạ phát hay rủi ro xảy sức khoẻ người Nó quy định đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), theo tên nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel Hoạt độ phóng xạ tập hợp hạt nhân phóng xạ tính số phân rã trong đơn vị thời gian Nếu số lượng phân rã 1/1 giây, hoạt độ chất tính Bq Hoạt độ khơng liên quan đến kích thước hay khối lượng chất Một nguồn phóng xạ có độ lớn điếu thuốc dùng dụng cụ quan trắc phóng xạ có hoạt độ lớn hoạt độ thùng lớn chất thải phóng xạ hàng tỷ lần Nếu số lượng phân rã xảy lượng nhỏ chất 1000/1 giây, hoạt độ chất lớn 100 lần so với số lượng lớn chất có 10 phân rã xảy giây Chu kỳ bán rã diễn nào? Tốc độ phân rã mô tả chu kỳ bán rã, thời gian mà 1/2 số hạt nhân khơng bền chất phân rã Chu kỳ bán rã đơn không thay đổi cho hạt nhân phóng xạ từ phần giây đến hàng tỷ năm Chu kỳ bán rã Sulfua - 38 52 phút, Radi - 223 11,43 ngày, Cacbon - 14 5.730 năm Trong chu kỳ bán rã liên tiếp, hoạt độ chất phóng xạ giảm phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ ban đầu Điều cho phép tính hoạt độ lại chất thời điểm tương lai Bức xạ có khắp nơi mơi trường Hầu hết chất phóng xạ có đời sống dài sinh trước có Trái đất, lượng xạ ln tồn điều bình thường khơng thể tránh khỏi Trong kỷ vừa qua, phơng phóng xạ tăng lên khơng ngừng hoạt động thử vũ khí hạt nhân phát điện hạt nhân Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm, thành phần đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, mức độ điều kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất cao, thấp, hướng gió… tất ảnh hưởng đến phông xạ Bức xạ xem tự nhiên hay nhân tạo nguồn gốc sinh Bức xạ tự nhiên xạ nhân tạo gì? Bức xạ tự nhiên Một phần phơng phóng xạ xạ vũ trụ đến từ không gian Chúng hầu hết bị cản lại khí bao quanh Trái đất, phần nhỏ tới Trái đất Trên đỉnh núi cao bên ngồi máy bay, độ phóng xạ lớn nhiều so với mặt biển Các phi hành đồn làm việc chủ yếu độ cao có xạ vũ trụ lớn mức bình thường mặt đất khoảng 20 lần Các chất phóng xạ có đời sống dài có thiên nhiên thường dạng chất bẩn nhiên liệu hố thạch Trong lịng đất, chất không làm bị chiếu xạ, bị đốt cháy, chúng thải vào khí sau khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phơng phóng xạ Ngun nhân chung tăng phơng phóng xạ Radon, chất khí sinh Radi kim loại phân rã Các chất phóng xạ khác tạo thành trình phân rã tồn tại chỗ lịng đất, Radon bay lên khỏi mặt đất Nếu lan toả rộng hồ tan khơng gây nguy hại gì, ngơi nhà xây dựng nơi có Radon bay lên tới mặt đất, Radon tập trung nhà đó, hệ thống thơng khí khơng thích hợp Radon tập trung nhà lớn hàng trăm lần, có hàng ngàn lần so với bên Loại trừ khí Radon, xạ tự nhiên khơng có hại sức khoẻ Nó phần tự nhiên chất phóng xạ có thể người phần tạo hoá Bức xạ nhân tạo Bảng 2.1 – Dãy Uran: Tên nguyên tố Ký hiệu Uran U238 Thori Th234 Protactini Pa234 Uran U234 Thori Th230 Radi Ra226 Radon Rn222 Poloni Po218 Chì Pb214 Bitmut Bi214 Poloni Po214 Tali Tl210 Chì Pb210 Bitmut Bi210 Poloni Po210 Chì Pb206 Các loại hạt xạ α β + γ + + + + + + + + + + + + + + Chu kỳ bán rã 4,5 x 109 năm 24,1 ngày 117 phút 2,5 x 105 năm 8,0 x 104 năm 1,6 x 103 năm 3,82 ngày 3,05 phút + + + + + + + + + + + + + + 26,8 phút 19,7 phút 1,6 x 10-4 giây 1,32 phút 20,4 năm ngày 138 ngày Hạt nhân bền Bảng 2.2 – Dãy Thori: Tên nguyên tố Thori Ký hiệu Th232 Các loại hạt xạ α + β γ + Chu kỳ bán rã 1,41 x 1010 năm Radi Ra228 Aktoni Ac228 Thori Th228 Radi Ra224 Radon Rn220 Poloni Po210 Chì Pb212 Bitmut Bi212 Poloni Po212 Tali Tl208 Chì Pb208 + + 6,7 năm + + + + + + + + 6,13 1,90 năm 3,64 ngày 55,3 giây 0,145 giây + + + + + 10,6 60,6 phút x 10-7 giây + + 3,1 phút Hạt nhân bền Bảng 2.3 – Dãy Actini: Tên nguyên tố Ký hiệu Uran U235 Thori Th231 Protactini Pa231 Aktoni Ac227 Thori Th227 Pranci Fr223 Các loại hạt xạ α β + γ + + + + + + + + + + + Chu kỳ bán rã 71 x 108 năm 225 3,25 x 104 năm 21,6 năm 18,2 ngày 22 phút Radi Ra223 Radon Rn219 Poloni Po215 Chì Pb211 Astatin At211 Bitmut Bi211 Poloni Po211 Tali Tl207 Chì Pb207 + + + + + 11,44 ngày 4,0 giây 1,78 x 10-3 giây + + + + + 0,9 phút + + + 36,1 phút + 2,16 phút 0,5 giây 4,79 phút Hạt nhân bền 2.1.2 Các hạt nhân phóng xạ khác: – Trong loại đất, đá lịng Trái Đất có số ngun tố phóng xạ khác, khơng nằm dãy có thời gian sống dài Bảng 2.4 – Các nguyên tố phóng xạ riêng lẻ tự nhiên: Tên nguyên tố Ký hiệu Kali K40 Vanadi V50 Rubidi Rb87 Indi In115 Lantan La138 Samari Sm147 Luteti Lu176 Các loại hạt xạ α β γ + + + + + 1,3 x 109 năm x 1014 năm 4,8 x 1010 năm + + Chu kỳ bán rã x 1014 năm + + 1,1 x 1011 năm 1,05 x 1011 năm + + 2,2 x 1010 năm – Hoạt độ đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào thành phần đất, đá xác định Hoạt độ hạt nhân phóng xạ loại đá có nguồn gốc từ núi lửa đá granit… thường cao đá có nguồn gốc từ phù sa đá vôi, đá cuội… – Ngược lại với loại đá, loại đất mật độ chất phóng xạ cịn tùy thuộc vào dạng đất, q trình hình thành loại đất, nguồn nước có đất tạo thành cối đất 2.1.3 Bức xạ từ Vũ Trụ: – Bức xạ sơ cấp từ Vũ Trụ vào bầu khí Trái Đất chủ yếu gồm hạt proton, hạt α lượng nhỏ hạt điện tử, γ nơtrino Các hạt tương tác với hạt nhân nguyên tử khí khí tạo xạ thứ cấp hạt thứ cấp, xạ điện từ gọi chung xạ Vũ Trụ thứ cấp Bức xạ Vũ Trụ sơ cấp bao gồm xạ từ hệ thiên hà – Mức độ xạ Vũ Trụ cịn phụ thuộc vào độ cao khí hoạt động Mặt Trời cao lượng phóng xạ tăng Bảng 2.5 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên: Tên nguyên tố Ký hiệu Triti H3 Berili Be7 Berili Be10 Cacbon C14 Natri Na22 Silic Si32 Photpho P32 Photpho P33 Lưu huỳnh S35 Clo Cl136 Các loại hạt xạ α β γ + 12,3 năm + + 5.730 năm + + 2,6 năm 650 năm + 14,3 ngày + 24,4 ngày + + 54 ngày 25 x 106 năm + + Chu kỳ bán rã 88 ngày + 3,1 x 105 năm 2.2 Phóng xạ nhân tạo: 2.2.1 Thử nghiệm vũ khí hạt nhân: – Các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân sinh sản phẩm phóng xạ Các sản phẩm phóng xạ phát tán khí loại đất đá hấp thụ mức độ khác Các chất phóng xạ có chu kỳ bán rã dài, ngắn khác chúng tồn môi trường địa phương xung quanh vụ nổ hàm lượng khác so với nơi xa vụ nổ Bảng 2.6 – Các đặc trưng chất phóng xạ khí sinh từ vụ nổ hạt nhân: Các chất phóng xạ H3 C14 Mn54 Fe55 Kr85 Sr90 Zn95 Ne95 Sr89 Ru103 Ru106 I131 Cs137 Chu kỳ bán rã Các dạng xạ α β 12,3 năm + 5.730 năm + 310 ngày γ + 2,7 ngày 10,7 năm + 28 năm + 65 ngày + 35 ngày + 50,5 ngày + 39,8 ngày + 365 ngày + + ngày + + 30 năm + + Cs136 Ba140 La140 Ce141 Ce144 Pu138 Pu239 Pu240 Pu241 Am241 13,5 ngày + + 12,8 ngày + + 40,2 + + 33,1 ngày + 285 ngày + 87 năm + 24.000 năm + 6.600 năm + 14 năm + + 430 năm + – Từ vụ nổ hạt nhân, hạt phóng xạ hình thành tung vào khí quyển; chúng bị mưa, gió kéo theo phát tán khắp khí rơi xuống mặt đất Các chất phóng xạ rơi xuống mặt biển phát tán nước biển từ đại dương sang đại dương khác qua hoạt động đại dương Như vậy, trình phát tán tác nhân q trình gây nhiễm xạ toàn cầu 2.2.2 Sử dụng lượng hạt nhân: Tất nhà máy phát điện sử dụng lượng hạt nhân sinh chất phóng xạ phát tán vào mơi trường khí Các chất phóng xạ sinh liên tục với lượng lớn phản ứng dây chuyền phân hạch lò phản ứng Qua tính tốn, người ta thấy rằng, lị phản ứng hạt nhân với cơng suất 1000 MW phát tán lượng phóng xạ 1010 Ci Lượng phóng xạ tung vào mơi trường trạng thái lỏng phóng xạ (khí) Bảng 2.7 – Nhiễm xạ môi trường nhà máy điện nguyên tử gây ra: Bq/năm (1000 MW) Ci/năm (1000 MW) 1,12 30,2 Trạng thái lỏng Sản phẩm phân hạch Triti H3 (H3) 5750 2,13 x 102 Trạng thái khí Khí trơ 3,57 x 102 Á kim hỗn hợp khí 1,48 x 10-2 9650 0,4 2.2.3 Các nguồn khác: – Ngày đồng vị phóng xạ sử dụng y học, sinh học công nông nghiệp cách rộng rãi Chính vậy, chất phóng xạ dư thừa, chất thải từ sử dụng làm cho mơi trường bị nhiễm bẩn Nhìn chung, số ứng dụng coi việc sử dụng y học nguồn đóng góp đáng kể vào việc làm nhiễm mơi trường Tuy vậy, lượng phóng xạ nhỏ – Các nhà máy nhiệt điện hoạt động thải tro bụi vào khơng khí Ngồi tro bụi đồng vị phóng xạ tro bụi làm bẩn mơi trường khơng khí khu cơng nghiệp Khả ô nhiễm phụ thuộc vào chất lượng than dùng nhà máy, vào lượng tro, bụi rơi xuống vùng xung quanh phụ thuộc vào loại công nghệ mà nhà máy sử dụng III – Ảnh hưởng phóng xạ mơi trường người: 3.1 Ảnh hưởng môi trường đất: – Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên sinh tương tác tia Vũ Trụ xạ khác với khí ngưng đọng lại lớp đá Hạt nhân đặc trưng U238, Th232, hạt nhân dãy K40 Ngồi ra, cịn có số đồng vị khác có nguồn gốc tự nhiên Be7, Na22, Na24 Bảng 3.1 – Hàm lượng đồng vị phóng xạ điển hình loại đất đá: Loại nham thạch Nham thạch núi lửa Hàm lượng chất phóng xạ chứa loại nham thạch Bq/kg (BCi/g) K40 U238 Th232 999 (27) 59 (1,6) 81 (2,2) 703 (19) 23 (0,62) 33 (0,88) 241 (6,5) 11 (0,32) 11 (0,30) 148 (4,0) 0,4 (0,01) 24 (0,66) Granit Diopit Bazalt Durit ... tự x? ?? Gamma, x? ?? Gamma phát hạt nhân nguyên tử, tia X người tạo ống tia X mà thân khơng có tính phóng x? ?? Vì ống tia X hoạt động điện, nên việc phát tia X bật, tắt công tắc Bức x? ?? Nơtron Bức x? ??... tạo x? ?? thứ cấp hạt thứ cấp, x? ?? điện từ gọi chung x? ?? Vũ Trụ thứ cấp Bức x? ?? Vũ Trụ sơ cấp bao gồm x? ?? từ hệ thi? ?n hà – Mức độ x? ?? Vũ Trụ phụ thuộc vào độ cao khí hoạt động Mặt Trời cao lượng phóng x? ??... trình phân rã x? ??y nhiều hạt nhân phóng x? ?? có mơi trường Đơn vị hoạt độ phóng x? ?? (Becquerel) gì? Hoạt độ phóng x? ?? khả phát x? ?? chất Hoạt độ khơng có nghĩa cường độ x? ?? phát hay rủi ro x? ??y sức khoẻ