Đặc Điểm hoạt Độ phóng xạ 210 potrong hến biển bằng phổ alpha pips ortec

Đặc Điểm hoạt Độ phóng xạ 210 potrong hến biển bằng phổ alpha pips ortec Đặc Điểm hoạt Độ phóng xạ 210 potrong hến biển bằng phổ alpha pips ortec

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN TIẾN MẠNH

Po TRONG HẾN BIỂN BẰNG PHỔ ALPHA PIPS ORTEC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội, năm 2022

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN TIẾN MẠNH

Po TRONG HẾN BIỂN BẰNG PHỔ ALPHA PIPS ORTEC

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân

Mã số: 8440130.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Dương Văn Hào

2 PGS TS Bùi Văn Loát

Hà Nội, năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, tôi xin được bày tỏ sự cảm kích

đặc biệt và lời cảm ơn chân thành, sâu sắc nhất đến thầy giáo TS Dương Văn Hào

và PGS.TS Bùi Văn Loát những người đã định hướng, dìu dắt và giúp đỡ tôi thực

hiện đề tài nghiên cứu này Các thầy luôn luôn đồng hành, hướng dẫn tận tình, tâm

huyết với những kiến thức mới, kinh nghiệm quý báu, sẻ chia, tạo điều kiện cho học

viên có một môi trường học tập làm việc với phương pháp mới có tính hiệu quả và

ý nghĩa thực tiễn trong đời sống

Học viên cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong Bộ môn Vật lý

hạt nhân, Khoa Vật lý và các thầy cô Trường đại học Khoa học Tự nhiên đã trang bị

những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt thời

gian học tập tại đây

Học viên xin gửi lời cảm ơn đến thầy phản biện đã dành thời gian đọc và

đóng góp ý kiến cho luận văn này được hoàn thiện hơn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động viên

tôi trong suốt khóa học cũng như trong cuộc sống./

Học viên

Nguyễn Tiến Mạnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn nghiên cứu này của riêng tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy PGS TS Bùi Văn Loát và TS Dương Văn Hào Những kết quả và các số liệu trong luận văn tốt nghiệp không sao chép từ bất cứ đâu và hoàn toàn trung thực

Tôi xin cam đoan về tất cả điều này trước thầy cô, bộ môn và nhà trường./

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2021

Học viên

Nguyễn Tiến Mạnh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 9

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 10

1.3 Đối tượng nghiên cứu 12

1.4 Khu vực nghiên cứu 13

1.5 Tổng quan về polonium 15

1.5.1 Lịch sử nghiên cứu về Polonium 15

1.5.2 Đồng vị phóng xạ phóng xạ Polonium tự nhiên 16

1.5.3 Tính chất hóa lý của Polonium 18

1.5.4 Đồng vị 210 Po trong thực phẩm 19

1.5.5 Đặc tính của 210 Po trong cơ thể và ảnh hưởng của 210 Po đến sức khỏe con người.20 1.5.6 Yêu cầu của phép đo hoạt độ phóng xạ của 210 Po 22

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Cơ sở vật lý hạt nhân 24

2.1.1 Bức xạ alpha 24

2.1.2 Tương tác của bức xạ alpha với vật chất 25

2.2 Hệ đo phổ Alpha phông thấp 26

2.2.1 Buồng đo và máy hút chân không 27

2.2.2 Detector 28

2.2.3 Bộ tiền khuếch đại 30

2.2.4 Bộ khuếch đại 30

2.2.5 Bộ ADC (bộ biến đổi tương tự thành số) 30

2.2.6 Bộ phân tích biên độ đa kênh 31

2.3 Quy trình thực nghiệm 31

2.3.1 Chuẩn bị mẫu 31

2.3.2 Quy trình 32

2.4 Phương pháp thực nghiệm xác định hoạt độ của đồng vị 210 Po 35

2.4.1 Phương trình xác định hoạt độ riêng của đồng vị 210 Po bằng phương pháp

làm giàu mẫu và đo phổ alpha 35

2.4.2 Xác định hiệu suất ghi 36

2.4.3 Xác định hiệu suất hóa học 37

2.4.4 Phương trình xác định hoạt độ phóng xạ riêng của đồng vị 210 Po 37

2.4.5 Công thức truyền sai số 38

2.4.6 Liều hiệu dụng 38

2.4.7 Tích lũy sinh học 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Đo phổ alpha của tiêu bản thu được từ mẫu chuẩn và mẫu phân tích đánh giá độ ôn định quy trình tạo tiêu bản đo 40

3.1.1 Đo phổ alpha 40

3.1.2 Đánh giá chất lượng (QC) của việc tạo tiêu bản đo alpha 40

3.2 Kết quả và thảo luận 42

3.2.1 Đánh giá kết quả 42

3.2.2 Kết quả đo và tính hoạt độ của 210 Po 43

3.3 Liều hiệu dụng 48

3.4 Tích lũy sinh học 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mẫu hến biển (Corbicula) 12

Hình 1.2: Dạng tinh thể của Po 19

Hình 1.3: Sơ đồ chuỗi phân rã tự nhiên của 238 U 18

Hình 1.4: Sơ đồ chất phóng xạ đi vào cơ thể con người thông qua lương thực thực phẩm 20

Hình 1.5: Mô hình hệ thống đường di chuyển của 210Po trong cơ thể người 22

Hình 2.1: Hệ đo phổ alpha phông thấp 26

Hình 2.2: Cấu tạo của hệ đo phổ alpha phông thấp 27

Hình 2.4: Buồng đo 28

Hình 2.5: Đầu dò PIPS 28

Hình 2.6: Cấu tạo đầu dò PIPS 29

Hình 2.7: Quy trình thực nghiệm 32

Hình 2.8: Sơ đồ quy trình thực nghiệm 32

Hình 2.9: Mẫu Hến biển sau khi hòa tan 34

Hình 2.10: Thêm 800ml nước cất 34

Hình 2.11: Nhỏ 5 giọt chất chỉ thị 34

Hình 2.12: Đĩa bạc sau khi hấp thụ 34

Hình 3.1: Kết quả hiển thị trên phần mềm Maestro của mẫu Hến 1, 2, 3 và 4 42

Hình 3.2: Kết quả hiển thị trên phần mềm Maestro của mẫu Hến 18, 19, 20, 21 43

Hình 3.3: Hoạt độ trung bình 210Po trong các bộ phận của hến biển 46

Hình 3.4: Sự tương quan giữa hoạt độ 210Po trong mô cơ và khối nội tạng 47

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các đồng vị Polonium phân rã phóng xạ chính 17

Bảng 1.2: Một số đặc tính của Polonium 18

Bảng 3.1: Kết quả hoạt độ 210Po của các mẫu Hến biển sau khi tính toán 44

Bảng 3.2: Hoạt độ đồng vị phóng xạ 210Po trong các mẫu nước 48

Bảng 3.3: Liều hiệu dụng trong năm (E) đóng góp từ 210Po trong 12 loại hải sản trên vùng biển của Việt Nam đối với một người dùng 15.9kg/người/năm [Dương Văn Hào, 2020], tính cho độ tuổi trên 17 50

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Detector PIPS Đầu dò PIPS (Passivated Implanted Planar Silicon) ADC Bộ chuyển đổi tương tự thành số(Analog to Digital

Coverter) MCA Bộ phân tích biên độ đa kênh (Multi Channel

Analyzer) IAEA Cơ quan nguyên tử năng quốc tế (International Atomic

Energy Agency) ICRP Ủy ban quốc tế về bảo vệ phóng xạ (International

Commission on Radiological Protection) WHO Tổ chức Y tế thế giới (World Health Organization) UNSCEAR Ủy ban Khoa học của Liên hợp quốc về ảnh hưởng

của bức xạ nguyên tử(The United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation)

MỞ ĐẦU

Theo báo cáo đánh giá hiện trạng môi trường biển lần thứ nhất do Liên hiệp quốc phát hành năm 2016, trên 80% ô nhiễm biển có nguồn gốc từ đất liền, bao gồm lượng lớn các chất thải rắn, nước thải và rác thải Trong số các chất làm ô nhiễm biển, nguy hiểm nhất là các kim loại nặng và chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy vốn phát sinh từ các hoạt động công nghiệp hoặc từ các chất thải nguy hại không được quản lý và xử lý đúng cách Các chất này có khả năng tích tụ sinh học

và đặc biệt gây nguy hại cho môi trường, các hệ sinh thái biển Khi hệ sinh thái biển

bị ô nhiễm các sinh vật được sử dụng là thức ăn cho con người sẽ gián tiếp tác hại đến sức khỏe con người Vấn đề ô nhiễm môi trường và đặc biệt là ô nhiễm phóng

xạ môi trường biển đang ngày càng trở nên vô cùng phức tạp Trong suốt sáu mươi năm qua, hoạt động của con người đã dẫn đến việc các vùng biển và đại dương trên thế giới bị ô nhiễm ở các mức độ khác nhau bởi các hạt nhân phóng xạ do con người gây ra Các hạt nhân phóng xạ đã được phát tán ra môi trường từ nhiều nguồn khác nhau Với hơn 70% bề mặt Trái đất là đại dương, nên không có gì ngạc nhiên khi phần lớn các hạt nhân phóng xạ này hiện đang cư trú ở đó Một số hạt nhân phóng xạ sẽ tồn tại trong nước ở dạng hòa tan, trong khi một số khác sẽ ở dạng không hòa tan hoặc kết dính với các hạt vật liệu lơ lửng sẽ bị chuyển sang trầm tích biển hoặc bị hấp thụ bởi sinh vật biển

Theo WHO, 2011, Le và cộng sự, 2017 ít nhất 8% phơi nhiễm bức xạ xảy ra

từ việc tiêu thụ thực phẩm được sản xuất trong môi trường tự nhiên Ăn hải sản có chứa hạt nhân phóng xạ là một trong những nguồn chính gây phơi nhiễm phóng xạ

tự nhiên (Mishra và cộng sự, 2009; Nguyen và cộng sự., 2021) Do đó, nghiên cứu xác định hoạt độ phóng xạ trong các loài sinh vật biển (hải sản) và đánh giá nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người do ăn phải hải sản chứa phóng xạ là một trong những mối quan tâm lớn trên toàn thế giới (Yamamoto và cộng sự, 1994; Saito và Cunha, 1997; Hassona và cộng sự, 2008; Štrok và Smodiš, 2011; Uddin và cộng sự, 2012; Aközcan và Uğur, 2013; Marsico và cộng sự, 2014; 2011; Al-Masri và cộng

sự, 2019; Hao, 2020)

210Po là một đồng vị phân rã phóng xạ alpha, với chu kỳ bán rã 138 ngày, nằm trong chuỗi phân rã của 238U Tuy nhiên, khi nghiên cứu tính chất phóng xạ của môi trường khí và các lắng đọng có thể coi 210Po là sản phẩm phân rã của 222Rn Đồng vị 222Rn được tạo thành do 226

Ra có trong môi trường phân rã tạo thành, có thể ở dạng tự do chúng có thể thoát ra ngoài vỏ Trái đất bay vào không khí Điều này có nghĩa 222Rn ban đầu từ vỏ Trái đất (các quá trình địa chất, khai thác, chế biến các chất dẫn xuất) và thải vào bầu khí quyển (McDonald và cộng sự., 1996; Connan

và cộng sự., 2007) Sau khi được phát ra, 210Po tồn tại dưới dạng các hạt sol khí và được vận chuyển đến môi trường đất, thực vật và môi trường nước bằng cách lắng đọng bụi hoặc nước mưa (Çatal và cộng sự., 2012; Mishra và cộng sự., 2009) Các liều bức xạ đóng góp từ nồng độ 210Po được báo cáo là cao hơn đáng kể bởi Al-Masri và cộng sự (2000); Carvalho (1995) Nó được biết đến là liên kết trong các hạt hữu cơ lơ lửng trong môi trường biển, tích lũy vào cơ thể các cá thể trong quần thể và hệ sinh thái sau đó được di chuyển theo chuỗi thức ăn vào cơ thể con người (UNSCEAR, 1982) 210Po được hấp thụ bởi các sinh vật phù du và các bã mùn hữu

cơ dạng hạt (Tateda và cộng sự., 2003) Trong môi trường biển, 210

Po hoặc các hạt nhân phóng xạ khác được tích lũy mạnh bởi các sinh vật biển và sẽ được chuyển sang con người khi chúng được sử dụng là ăn thức ăn (Carvalho and Fowler, 1993; Carvalho, 1995; Carvalho và cộng sự., 2011)

Trong số các hạt nhân phóng xạ tự nhiên trong môi trường biển, 210Po là một trong những hạt nhân mức độ phổ biến và gây ra liều chiếu trong cao nhất đối với

cơ thể con người và được thâm nhập theo con đường tiêu hóa các sản phẩm là hải sản, thực phẩm có nguồn gốc từ biển Sự hiện diện của 210Po trong môi trường biển được cho là do sự lắng đọng trực tiếp của bản thân 210

Po và sự lắng đọng gián tiếp của quá trình phân hủy đồng vị mẹ 210Pb của nó, đồng vị này có thể đến từ khí quyển, nước biển, hoạt động địa chất - núi lửa và các vật liệu trầm tích dưới đáy biển (Fowler, 2011; Sirelkhatim và cộng sự., 2008; Skwarzec và Bojanowski, 1988; Saçan và cộng sự, 2010; Carvalho, 2011; Meli và cộng sự, 2013) Nồng độ hạt nhân phóng xạ trong các loài sinh vật biển có thể cao hơn nhiều lần trong nước biển do khả năng tích lũy sinh học của chúng (Khan và Wesley, 2011) Hầu hết các cuộc

điều tra đánh giá mức độ nguy hại phóng xạ liều chiếu trong đều cho thấy rằng việc tiêu thụ hải sản có đóng góp đáng kể bởi đồng vị 210Po, nồng độ 210Po từ sinh vật biển có thể đóng góp đến 90% liều bức xạ tự nhiên (Cherry và Shannon, 1974; Stepnowski và Skwarzec, 2000; Wildgust và cộng sự, 2000; Mishra và cộng sự, 2009) Gần đây, nghiên cứu của Dương Văn Hào và cộng sự (2021) cũng chỉ ra rằng liều hiệu dụng hàng năm từ 210Po do ăn hải sản ở Việt Nam là khá cao khi so sánh với các hạt nhân phóng xạ khác nhau Nồng độ 210Po trong hải sản có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nồng độ 210Po trong môi trường, đặc điểm sinh dưỡng/sinh học của các loại sinh vật biển khác nhau và đặc điểm tích lũy sinh học của từng cơ quan khác nhau (Makmur và cộng sự, 2020)

Bảo vệ sức khỏe con người là động lực chính cho đề tài này Hến biển là một loài đáng chú ý về kiểu ăn lọc và đã được nhiều nghiên cứu trong nước công bố

về khả năng tích lũy các nguyên tố kim loại nặng và đây cũng là loại động vật sống đáy Thức ăn của chúng chủ yếu đến từ sinh vật phù du và các vật liệu hữu cơ lơ lửng Do cơ chế ăn với một “bộ lọc” nên chúng có thể tích lũy lớn hàm lượng phóng

xạ trong cơ và khối nội tạng (Lim và cộng sự., 2019; Hameed và cộng sự., 2004; Chen và cộng sự., 1997; Makmur và cộng sự., 2020; Khan và cộng sự., 2014) Với những đặc điểm có thể nêu trên thì nguy cơ tích lũy phóng xạ của hến biển là rất hiện hữu Chính vì thế, việc nghiên cứu đặc điểm hoạt độ phóng xạ nói chung và nghiên cứu đặc điểm hoạt độ phóng xạ của đồng vị 210Po có tính nguy hại phóng xạ cao trong hến biển là có tính cấp thiết Nghiên cứu sẽ cung cấp dữ liệu cơ sở về đặc điểm hoạt độ 210Po trong hến và dùng để trong đánh giá an toàn phóng xạ khi sử dụng hến làm thực phẩm (hải sản) và cũng là cơ sở dữ liệu để đánh giá sự thay đổi phóng xạ trong môi trường biển ở khu vực được lấy mẫu

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo luận văn được chia thành

3 chương:

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, các nghiên cứu về phóng xạ trong môi trường biển đã được tiến hành từ rất sớm Trong những năm 1950 và 1960, các nghiên cứu tập trung nghiên cứu cách thức bụi phóng xạ toàn cầu từ quá trình thử nghiệm vũ khí hạt nhân xâm nhập vào đại dương và phân bố trong cột nước, đến các lớp trầm tích dưới đáy biển

và chuỗi thức ăn của sinh vật biển Các hạt nhân phóng xạ được quan tâm là plutonium (Pu), americium (Am), radiocesium (Cs), và radiostrontium (Sr) tồn tại tương đối lâu, các sản phẩm phân hạch từ các vụ nổ hạt nhân

Từ cuối những năm 1970 đến 1980, nhiều nghiên cứu đã khám phá đặc điểm của hạt nhân phóng xạ với trầm tích, hạt lơ lửng và chất keo biển Trọng tâm quan trọng của nghiên cứu phóng xạ biển vào thời điểm đó là chất thải từ các nhà máy tái chế của châu Âu đến các vùng trong môi trường biển ở Bắc bán cầu Đáng kể nhất, chất thải vào biển từ các nhà máy tái chế tại Sellafield, Vương quốc Anh và La Hague, Phát đã dẫn đến mức độ hạt nhân phóng xạ tăng lên ở Biển Ailen, Kênh Anh và Biển Bắc tương ứng Mục đích của các cuộc điều tra vào thời điểm này là tìm hiểu đặc điểm hóa học của các hạt nhân phóng xạ transuranic, chủ yếu là plutonium và americium, và cơ chế tập trung (tích tụ) của chúng trong trầm tích, cách chúng phân rã và phát tán ra môi trường khác Một vấn đề chính đặt ra cho giai đoạn này là ước tính liều lượng bức xạ đối với con người phát sinh từ việc tiêu thụ thực phẩm biển bị ô nhiễm Tuy nhiên, ngoài quan điểm bảo vệ phóng xạ thuần túy, người ta đã tìm kiếm và thu được những hiểu biết cơ bản về tiềm năng của các hạt nhân phóng xạ như là chất đánh dấu trong nghiên cứu các quá trình biển tiến, biển lui, cũng như hiểu được việc dịch chuyển các hạt nhân phóng xạ tới các quần thể động vật và thực vật địa phương

Vụ tai nạn Chernobyl năm 1986 dẫn đến việc giải phóng hạt nhân phóng xạ trên toàn cầu Biển Baltic và Biển Đen đã bị ảnh hưởng bởi tai nạn Chernobyl, với

90Sr, 134C, 137Cs và 239,240Pu đi vào những môi trường này

Sau khi xảy ra tai nạn Fukushima ở Nhật Bản năm 2011, không có thêm vụ ô nhiễm phóng xạ lớn nào trên môi trường biển Trong một thời kỳ được đánh dấu bởi

những lo ngại về tính bền vững lâu dài của môi trường, người ta đã nhận ra rằng các hạt nhân phóng xạ tồn tại trong môi trường biển trong một thời gian dài Các nghiên cứu đề cập chi tiết hơn về sự tương tác của hạt nhân phóng xạ với các sinh vật riêng

lẻ và mạng lưới thức ăn, đóng góp cho sự hiểu biết toàn cầu ở cấp độ loài và hệ sinh thái Quan điểm truyền thống về bảo vệ phóng xạ đã được thay thế bằng cách tiếp cận trọng tâm và kinh tế hơn Có một nhận thức rằng, ngay cả khi con người được bảo vệ, môi cũng cần được bảo vệ, tuy nhiên một vấn đề đặt ra là có một số sinh vật biển sống ở những khu vực mà con người không thể tiếp cận Điều này đòi hỏi sự phát triển của một hệ thống quốc tế về bảo vệ phóng xạ đối với môi trường và các nghiên cứu mới về việc chuyển các hạt nhân phóng xạ vào các quần thể sinh vật biển

Gần đây, hoạt động của các quá trình phóng xạ biển diễn ra phức tạp hơn Các nhà khoa học tập trung ứng dụng các loại sinh vật trong việc quan trắc sinh học môi trường phóng xạ biển Hến biển là một trong những đối tượng tiềm năng có thể được tính đến để đánh giá khả năng ứng dụng Các nghiên cứu về hoạt độ phóng xạ trong loài ăn lọc, sống đáy khác như vem xanh đã được sử dụng như một loài quan trắc sinh học cho các kim loại nặng: Chen (1997); Lim (2019); Khan (2014); Makmur (2020) Ngoài việc đánh giá rủi ro cho việc tiêu thụ Hến hay Vẹm biển tới sức khỏe con người, các nghiên cứu còn cho thấy đặc điểm tích lũy, phân phối, bài tiết và bên cạnh đó là có thể ứng dụng của nó đối với việc giám sát môi trường Các nghiên nghiên cứu trên thế giới đã cho thấy việc nghiên cứu đồng vị phóng xạ trong môi trường biển mang lại nhiều hiểu biết khoa học mới Ngoài việc đánh giá an toàn môi trường phóng xạ, đặc tính, sự phân bố, mối quan hệ của các đồng vị trong sinh vật biển, mối quan hệ của chúng với môi trường xung quanh, kết quả của các nghiên cứu cũng chỉ ra được khả năng hấp thụ phóng xạ cũng như ứng dụng của sinh vật biển trong việc quan trắc môi trường biển cũng như nghiên cứu môi trường biển

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm qua các bộ, ngành, địa phương như: Bộ Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, Viện Hải dương học, Trường Đại học thủy sản, …, tùy theo chức năng, các đơn vị trên đã và đang tiến hành một số chương

trình điều tra, khảo sát và đánh giá chất lượng môi trường biển Việt Nam Một số nghiên cứu có thể kể đến dưới đây:

Riêng ngành Năng lượng nguyên tử Việt Nam cũng đã tổ chức thực hiện 02

đề tài cấp Bộ về “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật phân tích hạt nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển Việt Nam” trong giai đoạn 1999-2003 do Viện Nghiên cứu hạt nhân (Đà Lạt) và Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân đồng chủ trì với nội dung là thiết lập quy trình thu góp, xử

lý, bảo quản và phân tích các hàm lượng các nguyên tố phóng xạ chính như 90Sr,

137Cs, 210Po, 210Pb, 226Ra, 239,240Pu, U và Th trong các đối tượng môi trường biển

Năm 2012, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cho phép Viện Nghiên cứu hạt nhân mở nhiệm vụ “Quan trắc và phân tích phóng xạ môi trường biển tại hai địa điểm dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân thuộc tỉnh Ninh Thuận” Qua thực hiện nhiệm vụ, thu được số liệu về nồng độ các đồng vị phóng xạ nhân tạo: 90Sr,

137Cs, 239Pu, 240Pu

Giai đoạn 2013-2015, Viện Khoa học kỹ thuật hạt nhân đã thực hiện đề tài

“Xác định nồng độ phóng xạ Cs tại một số điểm trong môi trường biển miền Bắc Việt Nam từ sự cố nhà máy điện hạt nhân FUKUSHIMA DAI ICHI” Chỉ tiêu phân tích là các đồng vị phóng xạ tự nhiên (U, Th, K, 210

Pb) và một số đồng vị phóng xạ nhân tạo (137Cs, 134Cs, 3H) trong các đối tượng mẫu trầm tích, sinh vật và nước biển Các kết quả thu được cũng rất khiêm tốn, đã phân tích và đưa ra sơ bộ các số liệu về mức nền của các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo (238U, 232Th, 40K, 137Cs, 134Cs,

210Po, 210Pb) trong các đối tượng môi trường biển Đồng thời cũng phát hiện dấu hiệu lan tỏa ô nhiễm các nhân phóng xạ từ Fukushima đến Biển Đông (thông qua

Po trong hến biển là hoàn toàn có ý nghĩa cả về khoa học và thực tiễn

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Hình 1.1:Mẫu hến biển (Corbicula)

Hến chỉ nhỉnh hơn đầu ngón tay

cái, có vỏ hình bầu dục hay tam giác, có

khi gần tròn, cân đối, phồng to và dày

Vùng đỉnh vỏ nhô cao Phần đầu và đuôi

gần bằng nhau Cạnh trước và sau đều

tròn, cạnh bụng cong nhiều hơn Mặt

ngoài vỏ nhẵn và bóng, màu vàng xanh

hay vàng đen Mặt trong màu trắng hay

xám Hến sinh sản bằng cách thả ấu trùng

đã nở bên trong vỏ vào các vùng nước

quanh nơi sinh sống Sự thụ tinh xảy ra

bên trong vỏ

Ở Việt Nam, màu sắc của hến cũng

có khác nhau Lúc ở rạch vỏ màu sáng,

xuống sông có sậm hơn, đến khi lên cồn

lại chuyển màu xanh óng ánh như màu

thép Khi vỏ hến chuyển sang hơi vàng đôi

chút là lúc này vỏ mỏng mà ruột mập và

trắng

Hến là một thực phẩm chứa nhiều

vitamin B12 và sắt, rất tốt cho những

Phân loại khoa học

Giới (regnum) Animalia

người thiếu máu, nó cũng ít chất béo, ít

cholesterol và nhiều axit béo omega-3

thích hợp cho người bệnh tim mạch

Thành phần dinh dưỡng trong 100g thịt

hến có 12,77g chất đạm, 13,9 mg chất sắt,

0,245 mg chất đồng

Tại Việt Nam có 4 loài thường gặp

là Corbicula baudoni, C.moreletiana, C

bocurti và C cyreniformis Hến vốn sinh

ra từ rạch, lớn lên một tí là ra sông, khi

trưởng thành thì sống ở vùng cồn Lúc hến

sống được bên cồn là rất mập, trắng lại

tròn, nên rất ngon Từ tháng 3 đến tháng 8

âm lịch, nước sông cạn, con hến cũng sinh

sôi nảy nở sau một mùa mưa (ở Quảng

Nam) Hến có quanh năm, nhưng "rộ mùa"

chủ yếu từ tháng 3 đến tháng 8 âm lịch

Tháng 3, mùa nước sông cạn, con hến qua

một mùa mưa cũng sinh sôi nảy nở nhiều

1.4 Khu vực nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, có vị trí địa chính trị và địa kinh tế rất quan trọng mà không phải bất kỳ quốc gia nào cũng có Với đường bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống Nam, thì nước ta có diện tích biển khoảng trên 1 triệu km2, gấp 3 lần diện tích đất liền, chiếm gần 30% diện tích Biển Đông (cả Biển Đông gần 3,5 triệu ki-lô-mét vuông) Với khoảng 35 loại hình khoáng sản có trữ lượng khai thác khác nhau từ nhỏ đến lớn Đặc biệt, tiềm năng dầu khí phân bố trong 6 bồn trầm tích và hoạt động khai thác dầu khí được duy trì tại 11 mỏ ở thềm lục địa phía Nam Theo các số liệu thống kê, trữ lượng cá ở vùng biển nước ta khoảng 5 triệu tấn/năm, trữ lượng cá có thể đánh bắt hằng năm khoảng 2,3 triệu tấn và là môi trường rất thuận lợi để phát triển nuôi cá và đặc sản

biển Bên cạnh đó với sự phong phú, đa dạng về tài nguyên tự nhiên và văn hóa đặc

trưng vùng biển, đảo đã tạo ra những tiềm năng to lớn và lợi thế cho du lịch biển

Việt Nam Với lợi thế về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên thì không có gì ngạc nhiên

khi nói biển là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng trong nền kinh tế cũng như

đóng góp không nhỏ vào phát triển chung của đất nước Tuy nhiên, hoạt động của

con người đã dẫn đến việc các vùng biển và đại dương trên thế giới bị ô nhiễm ở

các mức độ khác nhau, các hạt nhân phóng xạ do con người gây ra đang tạo áp lực

không nhỏ đến quần thể sinh vật biển và môi trường biển nói chung

Khu vực nghiên cứu được chọn là vùng biển Thái Thụy thuộc huyện Thái

Thụy, tỉnh Thái Bình:

Vị trí địa lý: Huyện Thái Thụy nằm

ở phía đông bắc tỉnh Thái Bình, có vị trí

địa lý:

 Phía đông giáp vịnh Bắc Bộ

 Phía tây giáp huyện Đông Hưng và

huyện Quỳnh Phụ

 Phía nam giáp huyện Kiến

Xương và huyện Tiền Hải

 Phía bắc giáp huyện Vĩnh Bảo và

huyện Tiên Lãng, thành phố Hải

Phòng

Giữa huyện có sông Diêm Hộ chảy qua theo hướng tây - đông, đổ ra cửa

Diêm Hộ, chia huyện thành hai nửa gần tương đương về diện tích Huyện Thái

Thụy cách thành phố Thái Bình 32 km, cách Hà Nội 142 km

Huyện có diện tích là 256,83 km² Dân số năm 2009 là 267.012 người, mật

độ dân số đạt 1.040 người/km²

Khí hậu: Khí hậu Thái Thụy thuộc vùng đặc trưng của khí hậu nhiệt đới ven biển

Bắc Bộ, chịu ảnh hưởng của gió mùa Nhiệt độ trung bình trong năm từ 22 - 24°C;

độ ẩm trung bình 86-87%; lượng mưa trung bình 1.788 mm/năm.Thái Thụy có

1.552,3 ha rừng ngập mặn, tập trung tại các xã ven biển, có tác dụng lớn trong phòng hộ đê biển, điều hoà khí hậu và có giá trị lớn về cảnh quan môi trường, bảo tồn hệ sinh thái ngập nước ven biển, có cồn đen rộng hàng chục ha là nơi có thể phát triển ngành du lịch biển.Với bờ biển đài 27 km2 và hàng chục nghìn km² lãnh hải, có 3 của sông lớn hàng năm đổ ra biển một lượng lớn phù sa, vùng biển Thái Thụy có một tiềm năng hải sản phong phú Theo số liệu điều tra của viện nghiên cứu Hải sản 1, trong vừng biển Thái Thụy có ít nhất 46 loài cá có giá trị kinh tế cao,

10 loài tôm, 5 loài mực

Địa hình: Địa hình đồng bằng duyên hải Sông Hóa, sông Diêm Hộ, sông Trà Lý

chảy qua; có cửa Thái Bình, cửa Diêm Hộ, cửa Trà Lý

Huyện Thái Thụy nằm trong vùng đồng bằng châu thổ được bồi đắp bởi phù

sa của hai con sông lớn Thái Bình và Trà Lý, địa hình có xu thế cao dần về phía biển, có 27 km bờ biển, hệ thống sông ngòi chằng chịt với các sông chính là sông Hoá, Sông Diêm Hộ và sông Trà Lý Sông Hoá chảy qua phía Bắc của huyện, là ranh giới tự nhiên giữa huyện Thái Thụy và huyện Vĩnh Bảo, thành phố Hải Phòng

đổ ra biển ở cửa Thái Bình Sông Diêm Hộ chảy từ tây sang đông chia huyện thành

2 khu là khu bắc và khu nam, đổ ra biển ở cửa Diêm Điền Sông Trà Lý là chi lưu của sông Hồng, chạy qua phần phía nam huyện, phân định ranh giới giữa huyện Thái Thụy với huyện Tiền Hải và Kiến Xương, đổ ra biển ở cửa Trà Lý

1.5 Tổng quan về polonium

1.5.1 Lịch sử nghiên cứu về Polonium

Khi William Röntgen khám phá ra tia X và Henri Becquerel nhận thấy Uranium là chất phóng xạ tự nhiên thì Marie quyết định chọn phóng xạ làm đề tài nghiên cứu Thời đó chưa có nguồn phóng xạ nhân tạo nên Pierre và Marie Curie phải chiết Uranium từ quặng Pitchblende Sau khi chiết hết Uranium từ quặng Pitchblende thì hai vợ chồng nhận thấy rằng hãy còn một chất liệu nào đó phát xạ

Họ tiếp tục phân tích quặng Pitchblende và vào năm 1898 phát hiện ra nguyên tử Polonium có hoạt tính mạnh hơn 400 lần Uranium Họ thấy tính chất Polonium tương tự với Bismuth và sau đó đã tách Polonium từ Bismuth bằng sự thăng hoa chân không

Trong quá khứ, Polonium từng được sử dụng để pha với những chất phụ gia cho nhiều ứng dụng như là sơn, lông chổi… Nhưng vì Polonium rất độc hại nên ngày nay những ứng dụng này đã bị cấm

1.5.2 Đồng vị phóng xạ Polonium tự nhiên

Các đồng vị Polonium đều là sản phẩm phân rã của các đồng vị phóng xạ tự nhiên hoặc nhân tạo Polonium có khoảng hơn 25 đồng vị phân rã phóng xạ (TCVN 10759-1:2016) Tuy nhiên trừ các đồng vị Polonium nhân tạo là 208Po và 209Po được tạo ra để chế tạo các nguồn hoặc dung dịch chuẩn, còn lại chúng nằm trong chuỗi phóng xạ tự nhiên 238U, 235U, 232Th và các đồng vị phóng xạ siêu uran

Trên Hình 1.2 đưa ra sơ đồ phân rã phóng xạ của dãy phóng xạ tự nhiên 238U

Từ 222Rn đến chì 210Pb trải qua 4 lần phân rã phóng xạ, tức còn có 4 đồng vị phóng

xạ khác được tạo thành đó là 218Po, 214Pb, 214Bi và 214Po Tuy nhiên, cả 4 đồng vị phóng xạ trên đều có chu kỳ bán rã rất nhỏ với đồng vị 222Rn Vì mậy có thể coi khi

Rn được thoát từ đất đá bay vào không khí, khi phân rã phóng xạ nhanh chóng phân

rã về 210Pb Đồng vị 210Pb là đồng vị phóng xạ beta với chu kỳ bán rã lớn cỡ 22,3 năm (Bùi Văn Loát, 2017) Trong không khí chúng có thể tồn tại dưới dạng sol khí hoặc phân tử Trong quá trình chuyển động chúng có thể lắng đọng khô hoặc ướt xuống dưới đất, hoặc nước sông hồ và đại dương Vì vậy 210Pb từ không khí được lắng đọng xuống nước bề mặt sau đó lắng đọng xuống trầm tích dưới đáy đóng góp vào chì 210Pb có sẵn trong nước hoặc trầm tích biển Tương tự trong dãy phóng xạ

235

U có hai đồng vị phóng xạ của Polonium là 215Po và 211Po Đồng vị 215Po vừa phân rã β- với chu kỳ bán rã 1,78.10-3s và phân rã alpha với chu kỳ bán rã 36,1 phút Đồng vị 211Po phân rã alpha với chu kỳ bán rã 5.10-3s Hai đồng vị này có hoạt độ phóng xạ rất nhỏ so với hoạt độ của các đồng vị Polonium trong dãy 238U (Bui Van Loat, 2017) Trong dãy phóng xạ 232Th có 2 đồng vị của Polonium là 216Po và 212Po đều phân rã alpha với chu kỳ bán rã rất nhỏ lần lượt bằng 0,16 s và 3.10-7

235U cỡ 36,1 phút Để xác định hoạt độ của chúng cần phải tạo tiêu bản đo alpha Do thời gian tạo tiêu bản đo alpha rất dài thường kéo dài khoảng 2 ngày so với chu kỳ bán rã của chúng vì vậy chúng không thể tiến hành xác định hoạt độ của chúng theo phương pháp alpha

Theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10759-1:2016 (ISO 11665-1:2012) về Đo hoạt độ phóng xạ môi trường - Không khí: randon-222 - Phần 1: Nguồn gốc, các sản phẩm phân rã sống ngắn và các phương pháp đo), đặc điểm phân rã của 3 đồng

vị Polonium được quan tâm trong nghiên cứu môi trường, cũng như sử dụng tạo nguồn hoặc dung dịch chuẩn Polonium được đưa ra trong Bảng 1.1 như sau:

Bảng 1.1 Các đồng vị Polonium có chu kỳ phân rã phóng lớn

Đồng vị Chu kỳ bán

rã

Loại phân rã Năng lượng MeV Cường độ

10759-Hình 1.2 Sơ đồ chuỗi phân rã tự nhiên của 238U

1.5.3 Tính chất hóa lý của Polonium

Bảng 1.2: Một số đặc tính của Polonium

Mật độ nguyên tử (ở nhiệt độ

phòng) 9.196 g/ml Mật độ nguyên tử (ở nhiệt độ sôi) 9.398 g/ml

Nhiệt độ nóng chảy 254oC Nhiệt độ sôi 962oC Điện trở suất 0.4µΩM (ở 00C)

Độ dẫn điện 20W/mk

Tính chất vật lý: Polonium là kim loại có màu trắng bạc, mềm, dễ bị trầy

xước, có khả năng hóa hơi để trở thành dạng khí dễ dàng Trên hình 1.3 đưa ra dạng cấu trúc tinh thề của Polonium

\ Hình 1.3: Dạng tinh thể của Polonium Tính chất hóa học: Polonium được coi là một kim loại với các đặc điểm vật

lý và hóa học là trung gian giữa kim loại và phi kim loại Đặc tính hóa học của nó tương đồng với S, Se, Te và các kim loại đất hiếm, Polonium dễ dàng hòa tan trong axit loãng nhưng chỉ tan nhẹ trong kiềm Ở pH=1 thì 210Po bị thủy phân và tạo thành các phức bởi các axit như axit oxalic, axit xitric và axit tartaric

Dạng tồn tại hòa tan, kết tủa: Có ít dữ liệu về độ hòa tan cho Polonium,

nhưng nó thường được xác định là không hòa tan mạnh Polonium được tìm thấy kết tủa với các hợp chất khác nhau của antimon, bitmut, tellurium và các nguyên tố đất hiếm Trong các dung dịch có tính axit, polonium được kết tủa với hydro sunfua (H2S), cùng với các sunfua không hòa tan khác Nó cũng được hấp thụ hoặc kết hợp vào chất keo Polonium hòa tan trong axit HCl, HF, H2SO4, để tạo thành các muối hòa tan như: PoF2, PoCl2, PoCl4, PoBr4 (dễ hòa tan trong axit loãng nhưng chỉ tan nhẹ trong kiềm)

Có thể điều chế Polonium trong lò phản ứng hạt nhân khi bắn chùm neutron vào Bitmut

Một trong những nguyên nhân dẫn đến sự tồn tại của 210Po trong cơ thể con người là do việc sử dụng những thực phẩm có chứa đồng vị phóng xạ này

Các loại thức ăn khác nhau có chứa lượng 210Po ở những mức độ khác nhau trong phạm vi từ 40 đến 400 mBq mỗi ngày, tương ứng với một lượng hấp thụ hàng năm khoảng 10 – 100 Bq Liều hiệu dụng hằng năm của 210Po được tìm thấy trong bữa ăn thường là 95μSv/năm và trong bữa ăn chay là 50 μSv/năm Các nghiên cứu cho thấy hoạt độ của 210Po trong các mẫu thức ăn biển cao hơn so với các thức ăn có nguồn gốc từ mặt đất Do hoạt độ phóng xạ của 210Po có trong hải sản cao hơn đáng

kể so với trong thực phẩm chay nên liều lượng tác động vào người tiêu thụ nhiều hải sản có thể cao hơn từ 5-15 lần

Hình 1.4 Sơ đồ chất phóng xạ đi vào cơ thể con người thông qua lương thực,

thực phẩm Nhìn vào sơ đồ này thì chất phóng xạ di chuyển trong không khí, đất, nước sau đó đi vào lương thực, thực phầm Con người sử dụng thực phẩm thì các chất phóng xạ sẽ đi vào con người qua đường ăn uống

Do độ ion hóa mạnh, khả năng đâm xuyên yếu nên bức xạ alpha không nguy hiểm đối với chiếu ngoài, nhưng rất nguy hiểm đối với chiếu trong Cũng như các đồng vị phân rã alpha khi 210Po xâm nhập vào cơ thể con người sẽ rất nguy hại đến sức khỏe con người Do quãng chạy của hạt alpha rất nhỏ, khả năng ion hóa mạnh,

trọng số bức xạ của hạt alpha bằng 20 khi so sánh với gamma là 1 nên khi một lượng nhỏ 210

Po xâm nhập vào mô nào đó, nó gây ra liều phơi nhiễm rất lớn Kết quả gây ra một số bênh như ung thư, hay các bệnh về bạch cầu

210Po được hấp thụ vào cơ thể người theo hai con đường: hô hấp (10-15%) và tiêu hóa (30-55%) Nó tích tụ với hoạt tính cao ở trong gan, lá lách và thận (chiếm khoảng 45% tổng số, khoảng 55% còn lại tích lũy trong mô thịt và xương) của con người Những thông số này tương ứng đồng nhất với động vật có vú 210

Po có ái lực với hồng cầu và protein của huyết tương (thường xuất hiện, tích lũy nhiều trong thịt động vật giàu protein, hải sản và một số loại lá thực vật có lông) Thời gian bán hủy sinh học là 50 ngày và trong khoảng từ 2-10 ngày đầu thì nó bị đào thải phần lớn ra khỏi cơ thể con người Con đường đào thải thông qua phân, nước tiểu và tóc (Thomas và cộng sự, 2001)

Polonium là một chất độc, để so sánh sự độc hại của nó thì với cùng một trọng lượng, Polonium độc hại hơn 250.000 lần so với Hydrogen Cyanide (chất được biết đến dùng để đầu độc với tính chất gây tử vong cao ở hàm lượng dù rất nhỏ)

Liều gây chết trung bình (LD50) đối với phơi nhiễm bức xạ cấp tính nói chung là khoảng 4,5 Sv Theo lý thuyết, một gam 210Po có thể đầu độc 20 triệu người, trong đó 10 triệu người sẽ chết Độc tính thực tế của 210

Po thấp hơn những ước tính này, bởi vì phơi nhiễm bức xạ trải ra trong vài tuần (thời gian bán hủy sinh học của polonium ở người là 30 đến 50 ngày) khi so sánh với một liều tức thời Người ta ước tính rằng liều gây chết trung bình 210

Po là 15 MBq (0,4 mCi), hay 0,089 microgam, vẫn là một lượng cực kỳ nhỏ Đây cũng chính là lý do luận văn tiến hành đánh giá hoạt độ phóng xạ của 210Po trong các đối tượng môi trường, từ

đó đánh giá liều nhiễm hàng năm do chúng gây ra

Hình 1.5: Mô hình hệ thống đường di chuyển của 210Po trong cơ thể người (Thomas

và cộng sự, 2001)

1.5.6 Yêu cầu của phép đo hoạt độ phóng xạ của 210 Po

Về nguyên tắc đối với đồng vị phân rã alpha sau phân rã hạt nhân con của chúng phát gamma thì hoạt độ của chúng có thể được xác định bằng phương pháp

đo alpha hoặc phương pháp phổ gamma phương pháp phổ gamma có ưu điểm không phải tạo tiêu bản đo, nhưng chỉ áp dụng được đối với các đồng vị phát bức xạ gamma năng lượng cao Còn đối với đồng vị phát gamma năng lượng nhỏ, ví dụ như 210

Pb phát gamma đặc trưng năng lượng 46,5 keV muốn xác định hoạt độ của

210Pb theo phổ gamma cần phải sử dụng detector bán dẫn siêu tinh khiết dải rộng và tiêu bản mẫu đo phải mỏng cũng như phải hiệu chỉnh nhiều tham số đặc tính của mẫu đo Tuy nhiên nền Compton tại đỉnh hấp thụ toàn phần của các vạch gamma năng lượng thấp rất cao, nên ngưỡng phát hiện đồng vị 210Pb theo phương pháp phổ gamma rất lớn, chỉ có thể áp dụng đối với mẫu môi trường có hoạt độ phóng xạ riêng lớn, như mẫu đất Không chỉ vậy, đồng vị 210Po không phát tia gamma đặc

trưng mà chỉ phát hạt alpha và tạo ra đồng vị bền cuối cùng là 206Pb Ngược lại, để xác định hoạt độ theo phương pháp phổ alpha cần phải tiến hành xử lý hóa học mẫu, tức tập hợp/làm giàu đồng vị phân rã alpha quan tâm trong thể tích phân tích lớn về thể tích rất nhỏ phù hợp với phép đo hoạt độ alpha Do phông của thiết bị đo alpha nhất là phổ alpha rất nhỏ, có thể bỏ qua nên ngưỡng phát hiện của phương pháp đo alpha rất thấp, đáp ứng được bài toán xác định hoạt độ của các đồng vị phân rã alpha nhưng phát gamma năng lượng thấp, hoặc phân rã alpha thuần túy, không phát gamma Vì vậy để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của 210Pb cũng như 210Po trong mẫu môi trường có hoạt độ nhỏ, như mẫu lương thực, thực phẩm, cần phải sử dụng phương pháp đo phổ alpha hoặc đếm alpha tổng cộng (Dương Văn Hào và cộng sự, 2021)

Do 210Po trong các mẫu môi trường nói chung, trong hến nói riêng rất nhỏ, nên để xác định hoạt độ phóng xạ của 210Po cần phải tiến hành tập hợp/làm giàu các đồng vị 210Po có trong đối tượng nghiên cứu thể tích lớn về một thể tích rất nhỏ, có hình học đo phù hợp với phép đo hoạt độ alpha Tiêu bản mẫu đo trong nghiên cứu của luân văn được hấp thụ bền mặt có thể nói tiêu bản mẫu đo chỉ là dạng hấp thụ tự phát trên bề mặt của đĩa bạc (có thể đánh giá mức độ mỏng của mẫu tầm phân tử) Muốn xác định được hoạt độ alpha của đồng vị được tập hợp trong tiêu bản, thì các bức xạ alpha phát ra từ mẫu phải bay ra khỏi bề mặt mẫu, đi tới tới bề mặt detector, sau đó bức xạ alpha phải đi qua cửa sổ detector đi vào vùng nhậy (thể tích làm việc) của detector Vì vậy, hoạt độ phóng xạ alpha của đồng vị có trong tiêu bản thu được cần phải được đo trong chân không bằng detector có bề dày của số rất nhỏ so với quãng chạy của hạt alpha, thí dụ detector như hàng rào mặt

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong nghiên cứu này là phương pháp phân tích phổ alpha phông thấp sử dụng hệ phổ kế alpha phông thấp tại Trường Đại học Khoa học tự nhiên

Như chúng ta đã biết, hạt alpha có quãng chạy trong không khí rất ngắn, khả năng đâm xuyên cũng rất kém, một lớp mỏng như tờ giấy cũng hoàn toàn ngăn cách được hạt alpha nên việc khảo sát các vấn đề liên quan đến hạt alpha là rất khó khăn, đòi hỏi chúng ta phải có những phương pháp kỹ thuật tiên tiến và hiện đại chuẩn bị

từ mẫu (tách riêng biệt đồng vị, tập hợp/làm giàu hoạt độ) đo đến các trang thiết bị đều phải đạt tiêu chuẩn cho phép và chính xác thì mới có kết quả tốt theo ý muốn

Hệ đo phổ Alpha phông thấp này là thiết bị đo hiện đại hiện nay do hãng Ortec sản xuất, giúp ta dễ dàng khảo sát các mẫu phóng xạ alpha, và cho kết quả chính xác Tính chất hệ đo phổ Alpha phông thấp dùng đo hạt alpha trong miền năng lượng khoảng từ 3 đến 8 MeV nên nó phù hợp với các mẫu môi trường phát alpha Các thao tác của quá trình đo, phân tích và xử lý, với việc đo bằng hệ đo phổ Alpha phông thấp chủ yếu được thực hiện trên phần mềm ứng dụng Alpha Vision Ngoài việc đưa mẫu vào hoặc lấy mẫu ra thì hệ đo này không có bất kì nút điều khiển nào khác và mẫu sau khi đã chuẩn bị tốt khi đưa vào hệ đo mẫu sẽ được bảo

vệ tốt trong buồng chân không vì buồng đảm bảo số hạt alpha phát ra từ mẫu trong thị trường của đầu dò bằng với số hạt đến đầu dò Nói chung hệ đo phổ Alpha phông thấp là thiết bị đo hiệu quả cao đối với các mỗi phát hạt alpha

2.1 Cơ sở vật lý hạt nhân

2.1.1 Bức xạ alpha

Các hạt alpha được phát ra từ các hạt nhân phân rã có năng lượng cao trong dải từ 4 đến 8 MeV Năng lượng của bức xạ alpha được xác định chính xác (đơn năng) và là đặc trưng của hạt nhân phóng xạ phát ra hạt alpha đó

Khi hạt nhân phóng xạ phát ra hạt alpha, nguyên tử số (Z) của nó bị giảm hai đơn vị (do mất hai proton), và số khối (bằng tổng số proton và nơtron trong hạt nhân nguyên tử) của nó bị giảm bốn đơn vị (do mất hai proton và hai nơtron) Trên

sơ đồ của các hạt nhân, phân rã alpha có ký hiệu là 

Bức xạ alpha hay còn gọi là hạt alphacó bản chất là hạt nhân của nguyên tử Heli (4He) Điện tích của hạt nhân alpha bằng (+2), khối lượng tĩnh của nó bằng 4 đơn vị khối nguyên tử Phần lớn các hạt nhân phóng xạ alpha đều có nguyên tử số lớn hơn 82 (A>82), nặng hơn chì, tập trung vào các hạt nhân của các đồng vị phóng

xạ tự nhiên và các nguyên tố Urani Nói chung năng lượng hạt alpha càng lớn khi Z càng tăng, năng lượng alpha do các đồng vị phóng xạ phát ra nằm trong khoảng 4-8 MeV, tương ứng với tốc độ chuyển động của chúng chừng 1.5-2.109 cm/s

Mỗi hạt alpha có năng lượng xác định nên phổ bức xạ alpha của bất kỳ đồng

vị nào đều là phổ vạch, bao gồm một hoặc một vài vạch

Quỹ đạo chuyển động của hạt alpha là quãng đường mà hạt alpha đi được trong môi trường vật chất mà nó đi qua, còn được gọi là quãng chạy Quãng chạy của các hạt alpha trong vật chất đã cho có giá trị nhất định và đặc trưng bởi độ dài quãng chạy R Ví dụ độ dài quãng chạy trong không khí của các hạt alpha do 210Po phát ra (E0 = 5.3 MeV) bằng 3,84cm

2.1.2 Tương tác của bức xạ alpha với vật chất

So sánh với các hạt, tia bức xạ khác thì hạt alpha có khối lượng và điện tích khá lớn, bao gồm bốn nucleon trong đó có hai proton mang điện tích dương Khi các hạt alpha dịch chuyển qua chất hấp thụ chúng tác dụng lực điện Coulomb lên các điện tử quỹ đạo của chất hấp thụ Các điện tử quỹ đạo này sẽ được đẩy lên các lớp vỏ có mức năng lượng cao hơn hoặc bị bứt ra khỏi nguyên tử, do đó tạo thành các cặp ion

Vì động năng của các hạt alpha đủ để ion hóa nguyên tử khi va chạm, do đó người ta gọi bức xạ alpha là bức xạ ion hóa trực tiếp Hạt alpha có thể truyền một lượng lớn năng lượng cho chất hấp thụ trên một khoảng cách đường đi ngắn và tạo

ra một số lượng lớn các cặp ion Ví dụ, một hạt alpha có một năng lượng 3,5 MeV

sẽ dịch chuyển xấp xỉ 20 mm và tạo ra 100 000 cặp ion trong không khí Với giá trị năng lượng như vậy hạt alpha sẽ dịch chuyển một quãng đường xấp xỉ 0,03 mm (hoặc 30 m) trong mô tế bào cơ thể người

Hạt alpha có khả năng đâm xuyên yếu nhất so với các loại bức xạ ion hóa khác vì thế bức xạ alpha có thể coi là vô hại đối với nguy cơ chiếu xạ bên ngoài cơ thể Quãng chạy của hạt alpha sẽ rất quan trọng khi chúng ta gặp phải những vấn đề

trong kiểm soát đối với bức xạ alpha hoặc khi khảo sát mức độ nguy hiểm của các hạt alpha ở bên trong và bên ngoài cơ thể con người

Mặc dù kích thước hạt alpha rất nhỏ (nhỏ hơn 10-13 cm), nhưng nó có khối lượng đáng kể (4,0028 đơn vị khối lượng nguyên tử) và diện tích (+2), cho nên khi chuyển dịch trong không gian giữa các nguyên tử, hạt alpha có khả năng tương tác với các nguyên tử của vật chất bằng trường tĩnh điện của mình Trên đường chuyển động, hạt alpha có thể gặp các hạt nhân nguyên tử, nhưng với xác suất nhỏ bởi vì hạt nhân có kích thước chừng 105 lần nhỏ hơn kích thước nguyên tử

Trên thực tế không gian được lấp đầy bởi các điện tử và các trường điện của chúng Khi chuyển động trong không gian hạt alpha sẽ bứt các điện tử ra khỏi nguyên tử và phân tử vật chất môi trường Do tốc độ chuyển động lớn, hạt alpha không kịp bắt giữ electron tự do, chính vì thế trên đường đi của nó tạo ra một số ion dương và ion âm (các cặp ion)

Số cặp ion được tạo ra bởi hạt alpha khi nó mất toàn bộ năng lượng của mình để ion hóa gọi là sự ion hóa toàn phần Chính vì khả năng đâm xuyên kém nên khi di chuyển nó thường mất năng lượng rất nhanh và dễ dàng bị hấp thụ vào vật chất của môi trường Chính vì vậy mà để phân tích và xác định được đồng vị phát hạt alpha cần những kỹ thuật đặc biệt và thiết bị đòi hỏi các tiêu chuẩn kỹ thuật cao

và đảm bảo như điều kiện chân không, tạo mẫu đạt tiêu chuẩn

2.2 Hệ đo phổ Alpha phông thấp

Hệ đo phổ alpha phông thấp tại Đại học Khoa học tự nhiên được trình bày trong hình 2.1

Hình 2.1: Hệ đo phổ alpha phông thấp

Hình 2.2: Cấu tạo của hệ đo phổ alpha phông thấp Cấu tạo của hệ đo phổ alpha phông thấp gồm 3 phần:

- Buồng đo và máy hút chân không

- Bộ khuếch đại

- Bộ chuyển đổi tương tự thành số (ADC)

Chức năng của các bộ phận trong hệ phổ kế:

2.2.1 Buồng đo và máy hút chân không

Hệ đo phổ alpha phông thấp được thiết kế để đo phổ alpha, do đó đòi hỏi giảm tối thiểu sự mất năng lượng của hạt alpha trong môi trường Buồng đo chứa mẫu đo và detector, đồng thời có khả năng hút chân không rất tốt và nhanh Khi đo

có thể xem môi trường trong buồng đo gần như chân không hoàn toàn (Hình 2.3, 2.4)

Trong buồng chân không được thiết kế có các khe cách đều nhau Với các khe cách đều, ta có thể thay đổi khoảng cách giữa mẫu đo và detector theo ý muốn, như thế ta có thể khảo sát mẫu với hệ đo phổ alpha phông thấp theo khoảng cách để tìm ra vị trí nào của khe mẫu phân tích cho kết quả tốt nhất vừa tránh làm nhiễm bẩn đầu dò do tán xạ giật lùi của phân rã alpha