luận văn thạc sĩ nghiên cứu đo hoạt độ các đồng vị phóng xạ trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh quảng ninh bằng hệ thống phổ kế gamma phân giải cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ MINH NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA PHÂN GIẢI CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ MINH NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA PHÂN GIẢI CAO Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LƯU TAM BÁT Hà Nội – Năm 2015 z LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập thời gian làm luận văn tốt nghiệp nhận nhiều quan tâm, động viên giúp đỡ Qua xin gửi lời cảm ơn tới Ts Lưu Tam Bát, người hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy Hội đồng chấm luận văn góp ý cho tơi để luận văn hồn thiện Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị kiến thức bổ ích tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp xung quanh giúp đỡ, động viên suốt khóa học sống Học viên Nguyễn Thị Minh z MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG LƯƠNG THỰC 1.1 Phóng xạ lương thực thực phẩm 1.2 Cơ sở vật lý 1.2.1 Phân rã gamma 1.2.2 Quy luật phân rã phóng xạ 1.2.3 Chuỗi phân rã phóng xạ 1.2.4 Sự cân phóng xạ chuỗi phân rã 10 1.2.5 Tương tác tia gamma với vật chất .12 1.2.5.1 Hiệu ứng quang điện 12 1.2.5.2 Tán xạ Compton .13 1.2.4.3 Hiệu ứng tạo cặp .16 1.2.6 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma .17 1.2.6.1 Phương pháp phổ gamma 17 1.2.6.2 Các chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên 22 CHƯƠNG – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .28 2.1 Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra .28 2.1.1 Sơ đồ khối 28 2.1.2 Detector 29 2.1.3 Các thông số hệ phổ kế gamma SEGe 31 2.1.4 Phần mềm Genie 2000 .32 2.1.5 Quy trình vận hành .33 2.2 Chuẩn lượng 34 2.3 Khảo sát độ phân giải lượng vào lượng xạ gamma 35 2.4 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi 36 z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao 2.5 Lấy mẫu, xử lý mẫu chuẩn bị mẫu đo 38 2.6 Phương pháp tính hoạt độ 39 2.7 Phương pháp tính MDA 40 CHƯƠNG III – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .42 3.1 Chuẩn lượng 42 3.2 Xác định số thông số hệ phổ kế gamma 44 3.2.1 Sự phụ thuộc độ phân giải lượng vào lượng xạ gamma 44 3.2.2 Khảo sát phông hệ đo 46 3.3 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi cho mẫu lương thực 48 3.4 Xác định hoạt độ riêng mẫu 50 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các đỉnh gamma có cường độ mạnh đồng vị phóng xạ tự nhiên phát 19 Bảng 2.1: Thông tin mẫu sử dụng để phân tích hệ phổ kế gamma .38 Bảng 3.2: Độ phân giải lượng detector SEGe – Canberra 44 Bảng 3.3: Số đếm đỉnh lượng phổ phông hệ phổ kế gamma SEGe đo thời gian 150000 giây .47 Bảng 3.4: Kết thực nghiệm xác định hiệu suất ghi đỉnh lượng toàn phần xạ gamma đặc trưng mẫu chuẩn .49 Bảng 3.5: Kết thực nghiệm xác định hoạt độ số đồng vị phóng xạ mẫu gạo Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g .52 Bảng 3.6: Kết thực nghiệm xác định hoạt độ số đồng vị phóng xạ mẫu ngô Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g .52 Bảng 3.7: Kết thực nghiệm xác định hoạt độ số đồng vị phóng xạ mẫu khoai Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng 175.8 g 53 Bảng 3.8: Hoạt độ riêng số đồng vị mẫu gạo đo hệ phổ kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết 53 Bảng 3.9: Hoạt độ riêng số đồng vị mẫu ngô đo hệ phổ kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết 54 Bảng 3.10: Hoạt độ riêng số đồng vị mẫu khoai đo hệ phổ kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết 54 Bảng 3.11: Hoạt độ riêng trung binh số đồng vị mẫu gạo, ngô, khoai 55 luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao MỞ ĐẦU Lương thực sản phẩm thiết yếu người, trước hết giúp nuôi sống người sử dụng để phát triển chăn nuôi tạo nên loại thực phẩm quan trọng khác Như biết mơi trường ln tồn chất phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên với nhân phóng xạ nhân tạo cịn sót lại từ hoạt động thử vũ khí hạt nhận, cố nhà máy điện hạt nhân lịch sử Cũng sinh vật khác, lương thực bị nhiễm phóng xạ có môi trường, kết người bị nhiễm xạ tiêu thụ loại thức ăn Liều hiệu dụng người xác định thông qua hoạt độ đồng vị phóng xạ lương thực Chính vậy, giới nước ta coi trọng việc xác định nồng độ nhân phóng xạ lương thực, thực phẩm Nhất vùng gần với nhà máy điện hạt nhân, thường phải xây dựng sở liệu phóng xạ lương thực thực phẩm phục vụ cho việc khảo sát, đánh giá giám sát ảnh hưởng nhà máy điện hạt nhân vào hoạt động Quảng Ninh tỉnh giáp với nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành Trung Quốc (cách khoảng 60km), hoàn thành đưa vào sử dụng tổ máy vào năm 2015, tổ máy thứ hai vào năm 2016 Khi hồn thành, nhà máy có tổ máy với công suất 1.080 MW điện Đây tỉnh địa đầu phía đơng bắc Việt Nam, có biên giới quốc gia hải phận giáp giới nước Cộng hồ Nhân dân Trung Hoa Trên đất liền, phía bắc tỉnh (có huyện Bình Liêu, Hải Hà thị xã Móng Cái) giáp huyện Phịng Thành thị trấn Đông Hưng, tỉnh Quảng Tây với 132,8 km đường biên giới; phía đơng vịnh Bắc Bộ; phía tây giáp tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang, Hải Dương; phía nam giáp Hải Phịng; bờ biển dài 250 km Dựa vào liệu khí tượng thấy rằng: Trong trường hợp nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành Trung Quốc xảy cố vùng biên giới duyên hải Đông Bắc bị nặng nhất, có tỉnh Quảng Ninh Hình 1.1 trình bày tần suất hướng gió thổi đến Việt Nam Hơn nữa, năm nước ta có từ 15-17 đợt gió mùa Đơng Bắc, gần số lượng đợt gió mùa Đơng Bắc bổ sung, luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao tốc độ gió 15m/s, vận chuyển chất nhiễm nhanh Theo phân tích trên, khu vực nghiên cứu tập trung tỉnh Quảng Ninh, vùng ven biển Hải Phòng hai huyện ven biển Thái Bình, tất nhiên vùng núi Đơng Bắc Châu thổ Sông Hồng chịu ảnh hưởng mức độ khác có tai nạn hạt nhân Hình 1.1: Tần suất, hướng gió thổi đến Việt Nam từ nhà máy điện hạt nhân Vì việc tiến hành đề tài “Nghiên cứu đo hoạt độ đồng vị phóng xạ số loại lương thực vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh hệ thống phổ kế gamma phân giải cao” nhằm khảo sát hoạt độ phóng xạ số đồng vị phóng xạ tự nhiên đồng vị phóng xạ nhân tạo số loại lương thực vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh cần thiết Có nhiều kỹ thuật để khảo sát hàm lượng nhân phóng xạ môi trường Một kỹ thuật biết đến kỹ thuật đo phổ tia gamma Trong môi trường có nhiều nguồn phóng xạ tạo tia gamma với lượng luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao hiệu suất phát khác nhau, tia gamma thu thập dạng phổ phân tích hệ phổ kế gamma Trong khuôn khổ luận văn tác giả đưa phương pháp thực nghiệm xác định hoạt độ hệ phổ kế đại diện, quy trình phân tích hệ phổ kế gamma khác Luận văn sử dụng detector Gecmani siêu tinh khiết SEGe-Canberra Trung tâm Kiểm định Phóng xạ - Viện Y học phóng xạ U bướu quân đội để phân tích xác định hàm lượng số đồng vị phóng xạ phân rã gamma số mẫu lượng thực tỉnh Quảng Ninh - Về mặt lý thuyết, luận văn tìm hiểu sở vật lý kỹ thuật xác định hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ phương pháp phổ gamma - Về mặt thực nghiệm: Xác định số đặc trưng hệ phổ kế Gecmani siêu tinh khiết SEGe; Chuẩn lượng; Xây dựng đường cong hiệu suất ghi với cấu hình đo hình trụ phục vụ cho việc phân tích mẫu lương thực; Tiến hành phân tích xác định hoạt độ phóng xạ số đồng vị mẫu lương thực Luận văn gồm có chương: Chương Tổng quan xác định hoạt độ phóng xạ lương thực thực phẩm Chương Đối tượng phương pháp thực nghiệm Chương Kết thực nghiệm luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG LƯƠNG THỰC 1.1 Phóng xạ lương thực, thực phẩm Đồng vị phóng xạ xuất tự nhiên mơi trường, bao gồm quan thể, lương thực thực phẩm nước uống người Chúng ta tiếp xúc với nguồn xạ hàng ngày Bức xạ đến từ không gian (các tia vũ trụ) nhân phóng xạ tự nhiên có đất, nước, khơng khí Hoạt độ riêng chất phóng xạ tự nhiên lương thực thực phẩm nước thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều kiện thổ nhưỡng, phân bón trồng (địa chất), thức ăn lồi ni thả; điều kiện khí hậu tình hình sản xuất nơng nghiệp khu vực Ngồi ra, người tiếp xúc với xạ từ hoạt động tạo chất phóng xạ như: Tập trung nhân phóng xạ tự nhiên, vận hành thiết bị, vụ vận hành hạt nhân dân quân Chất phóng xạ gây nhiễm lương thực thực phẩm sau thải môi trường Cho dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo chất phóng xạ qua chuỗi thức ăn theo cách giống vật chất khơng phóng xạ Mức độ nguy hại tới sức khỏe người phụ thuộc vào loại nhân phóng xạ khoảng thời gian người tiếp xúc với Lượng xạ người tiếp xúc thay đổi từ nơi đến nơi khác cá nhân Các mức phơng phóng xạ thức ăn khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại thức ăn vùng địa lý sản xuất loại thức ăn Các nhân phóng xạ thường có thức ăn là: K40, Ra226, U238 đồng vị cháu liên quan Nhìn chung, K40 thường đồng vị phóng xạ tự nhiên Các đồng vị phóng xạ khác tồn nồng độ thấp, có nguồn gốc từ chuỗi phân rã uran thori Khi xảy cố hạt nhân, lượng lớn chất phóng xạ phát thải vào môi trường, loại rau lương thực bị nhiễm xạ chủ yếu tiếp xúc trực tiếp với khơng khí nhiễm phóng xạ hấp thụ nhân phóng xạ từ đất thơng qua hệ thống rễ Trong lượng nhỏ nhân phóng xạ vận chuyển lên luan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.caoluan.van.thac.si.nghien.cuu.do.hoat.do.cac.dong.vi.phong.xa.trong.mot.so.loai.luong.thuc.o.vung.ven.bien.tinh.quang.ninh.bang.he.thong.pho.ke.gamma.phan.giai.cao z