PHANI
Trang 21.1 Tổng quan về đồng vị phóng xạ 1.1.1 Ngn gốc phóng xạ
Phóng xạ tự nhiên có mặt trong trái đất từ khi mới hình thành Các nhân
phóng xạ tổn tại trong tất cả các mơi trường khơng khí, đất, nước và chúng có mặt ở khắp mọi nơi như trong lương thực, thực phẩm, nước uống, vật liệu xây dựng
và chúng còn tổn tại ngay bên trong cơ thể con ngườị Hơn 60 nguyên tố phóng xạ đã được tìm thấy và chúng được chia thành 2 loại:
— Nguồn phóng xạ tự nhiên: là các đồng vị phóng xạ có từ trước hoặc khi
trái đất được tạo thành hay được tạo ra từ vũ trụ
—_ Nguồn phóng xạ nhân tạo: là các đồng vị phóng xạ do con người chế tạo
ra bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc
1.1.1.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên
Các nguồn phóng xạ tự nhiên có thể được chia làm hai loại: các nhân phóng
xạ tự nhiên phổ biến trong vỏ trái đất và các nhân phóng xạ chủ yếu bắt nguồn từ
vu trụ
ạ Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến trong vỏ trái đất
Trong tự nhiên có nhiều đồng vị phóng xạ, tuy nhiên các nhân phóng xạ phổ
biến nhất trong vỏ trái đất thường là các đồng vị có thời gian bán rã lâu như: U”Ÿ,
Ủ*%, Th??, Ra”, Rn”?, K"? (chúng được nêu ra trong bang 1.1)
Bảng 1.1 Thời gian bán rã của các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến trong vỏ trái đất [7]
Stt | Nhân phóng xạ | Thời gian bán rã
1 |ƯP 7.13 x 10Ẻnăm 2 |u%8 4.47 x 10 năm 3 | Th? 1.41 x 10° nam 4 Rả 1.6 x 10°năm | 5 Rn” 3.82 ngay 6 |K*° 1.28 x 10° nam
Thông thường người ta xác định hoạt độ phóng xạ có trong khối lượng lớp
đất dày 30 cm và diện tích là 2,5 kmỸ Hoạt độ của các nhân phóng xạ phụ thuộc
Trang 3
Bảng 1.2 Hoạt độ các nhân phóng xạ có trong lớp đất dày 30 cm với diện tích
2,5 km? và điện tích ] m? [7]
Stt Nhân Hoạt độ lớp đất dày Hoạt độ lớp đất dày
phóng xạ 30 cm x 2,5 km? 30 cm x 1 m? (GBq) (Bq) 1 us 31 12.400 2 Th’? 52 20.800 3 Rả 500 200.000 4 Rn?” 63 25.200 5 k® 74 2.960 Tổng cộng 653 261.200
b Các nhân phóng xạ chủ yếu bắt nguần từ vũ trụ
Các bức xạ vũ trụ có rất nhiều trong không gian, chúng tổn tại chủ yếu
ngoài hệ mặt trời của chúng tạ Chúng có nhiều dạng khác nhau, từ những hạt
nặng có vận tốc rất lớn đến các photon năng lượng caọ Tầng trên của khí quyển
trái đất tác dụng với nhiều loại tia vũ trụ và làm sinh ra các nhân phóng xạ Phần
lớn các nhân phóng xạ này có thời gian bán rã ngắn hơn các nhân phóng xạ tự
nhiên có trên trái đất Bảng 1.3 trình bày các nhân phóng xạ tự nhiên chủ yếu bắt
nguồn từ vũ trụ
Bảng 1.3 Các nhân phóng xạ tự nhiên chủ yếu bắt nguồn từ vũ trụ [7]
Stt Nhân | Thời gian Nguồn gốc Hoạt độ tự
phóngxạ | bán rã nhiên 1L |CU 5600 năm | Các tương tác vũ trụ, N'“(n,p)C!“ | 0.22 Bq/g 2 |H 12.3 năm | Các tương tác vũ trụ với N hay O, | 1.2 x 10° Ba/kg
phan ứng tóe từ các tia vũ trụ, Li®(n,a)H?
3 Be’ 53.28 Các tương tác vũ trụ với N và O_ |0.01 Bq/kg
ngày
Trang 4
Bức xạ vũ trụ được chia làm 2 loại là bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp
Bức xạ sơ cấp được tạo nên bởi những hạt năng lượng cực kỳ cao (10'8 ev),
và chủ yếu là proton cùng với một số hạt khác có năng lượng lớn hơn Phần lớn
các tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngoài hệ mặt trời còn một phần đến từ mặt trời do quá trình cháy sáng của mặt trờị
Một số nhỏ bức xạ vũ trụ sơ cấp xuyên xuống bể mặt trái đất, còn phần lớn
chúng tương tác với khí quyển Khi tương tác với khí quyển chúng sinh ra các bức
xạ vũ trụ thứ cấp hoặc ánh sáng mà ta có thể nhìn thấy được trên mặt đất Những phần ứng này sinh ra các bức xạ có năng lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành
các photon ánh sáng, các electron, các neutron và các hạt muon rơi xuống mặt đất Lớp khí quyển và từ trường trái đất có tác dụng như một lớp vỏ bọc che chắn
các tia vũ trụ, làm giảm số lượng của chúng có thể đến được với bể mặt trái đất
Như vậy liều bức xạ vũ trụ con người nhận được sẽ phụ thuộc vào độ cao mà người đó đang ở Từ bức xạ vũ trụ, hàng năm con người có thể nhận một liễu
khoảng 0.27 mSv và con số này sẽ nhân gấp đôi cứ một lần tăng độ cao lên 2000
m Suất liều điển hình của bức xạ vũ trụ: 0.04 uGy⁄h trên bể mặt trái đất; 0.2
uGy/h ở độ cao 5000 m; 3 uGy/h ở độ cao 20000 m
Khi đi từ cực trái đất đến vùng xích đạo trên cùng bể mặt nước biển thì mức phóng xạ vũ trụ gidm đi 10% nhưng cũng di chuyển như vậy ở độ cao 20000 m thì
mức phóng xạ vũ trụ giảm đi 75% Điều này được cho thấy sự ảnh hưởng của địa
từ trường của trái đất và mặt trời lên các bức xạ vũ trụ sơ cấp [7]
c Các nhân phóng xạ có trong cơ thể người
Cơ thể người được cấu tạo nên từ các nguyên tố hoá học nên trong cơ thể
người cũng có các nhân phóng xạ Một số nhân phóng xạ vào cơ thể từ con đường
ăn, uống hay hít thở hàng ngàỵ Bảng 1.4 trình bày một số nhân phóng xạ chính
trong cơ thể người lớn, nặng 79 kg
Trang 5
Bảng 1.4 Một số nhân phóng xạ chính trong cơ thể người [46]
Stt| Nhânphóng Tổng lượng chất | Tổng hoạt độ (Bq) | Lượng hấp
xạ phóng xạ tìm thấy thụ hàng ngày trong cơ thể 1 Uranium 90 pg 1.1 1.9 pg 2 Thorium 30 pg 0.11 3 ng 3 K* 17 mg 4400 0.39 mg 4 Radium 31 pg 11 2.3 pg 5 |cl4 95 ug 15000 1.8 ng 6 Tritium 0,06 pg 23 0.003 pg 7 Polonium 0,2 pg 37 0.6 pg
1.1.1.2 Các đông vị phóng xạ nhân tạo [7]
Cụm từ “Nguồn phóng xạ” để chỉ các chất đồng vị phóng xạ phát ra các tia bức xạ alpha, beta, gamma và neutron Các nguồn phóng xạ này được sản xuất
trong các lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc hạt tích điện Về phương diện
bao bọc bên ngồi thì các nguồn phóng xạ nhân tạo có thể được chia làm hai loại
là nguồn phóng xạ kín và nguồn phóng xa hở
Nguồn phóng xạ kín là nguồn phóng xạ được bọc trong vỏ thép không gỉ
Các nguồn này được kiểm tra về độ kín, tính bên cơ học, tính chịu nhiệt, chịu áp
suất của vỏ bọc trước khi xuất xưởng Nguồn kín cịn được đặt trong container chì để vừa che chắn bức xạ vừa bảo vệ Các container chì được thiết kế sao cho
suất liều bức xạ bên ngoài container ở mức độ cho phép trong quá trình bảo quản, chuyên chở và sử dụng Nguồn phóng xạ kín thường được dùng trong các thiết bị
đo mức vật liệu, đo mật độ, kiểm tra chất lượng mối hàn, chiếu xạ chữa bệnh,
chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế, thăm dò địa chất, nghiên cứu khoa học Các
nguồn phóng xạ kín thường sử dụng như: Co”, Cs'”?, Ir 2
Nguồn phóng xạ hở là nguồn phóng xạ được sắn xuất dưới dạng dung dịch
lỏng, dạng rắn hay dạng bột được chứa trong lọ thủy tỉnh hay plastic mà khơng có vỏ bọc kín như nguồn kín Dung dịch phóng xạ được sử dụng khá phổ biến trong chẩn đoán hay chữa bệnh bằng cách uống hoặc tiêm vào cơ thể người bệnh, dùng
làm chất chỉ thị phóng xạ để đánh dấu trong nghiên cứu sự vận chuyển nước ngầm
hoặc nước mặt, nghiên cứu sự vận chuyển vật liệu trong các quá trình sản xuất
Trang 6
công nghiệp, nghiên cứu quan hệ đất - phân - cây trồng trong nông nghiệp Các
nguồn phóng xạ hở thường được sử dụng như: I°!, Cr?!, P3, Tem
Về phương diện an toàn bức xạ, các nguồn phóng xạ kín và phóng xạ hở có
các đặc điểm khác nhau về nguy cơ chiếu xạ và yêu cầu các biện pháp an toàn khác nhaụ Nguồn phóng xạ kín được bọc kín trong vỏ thép khơng gỉ và bảo vệ
bằng các container nên chúng không có kha nang dây bẩn môi trường mà chỉ
chiếu xạ ngoài đối với con người và môi trường Ngược lại, nguồn phóng xạ hở
thường được sản xuất dưới dạng dung dịch và đựng trong chai lọ, trước khi sử dụng
còn phải xử lý hoặc hịa lỗng, do đó nguồn phóng xạ này khơng những gây tác
hại do chiếu xạ ngồi mà cịn nguy hiểm hơn khi chúng xâm nhập vào cơ thể con
người qua đường tiêu hoá hay hô hấp hoặc hấp thu qua dạ Khi vào trong cơ thể con người, chúng sẽ chiếu xạ từ bên trong cơ thể con người và được gọi là chiếu xạ trong Chiếu xạ trong rất nguy hiểm vì khi các chất phóng xạ đi vào bên trong
cơ thể con người thì khơng thể áp dụng các biện pháp đảm bảo an toàn bức xạ như
giảm thời gian tiếp xúc với nguồn, tăng khoảng cách giữa người đến nguồn hay tăng bể dầy vật che chắn bức xạ
Bảng 1.5 Một số nhân phóng xạ nhân tạo chính [ 10]
Nhân Tựa Nguồn
3H 12.3 năm Thử vũ khí và các lò phân hạch, các cơ sở tái chế BỊ | 8.04 ngày Tht bom hat nhân và lò phần ứng, điều trị tuyến giáp
“ 1.57x10” năm _ Thử bom hạt nhân và lò phẩn ứng !'Cs | 30.17 năm [Thử bom hạt nhân và lò phần ứng Sr | 28.78 năm Thử bom hạt nhân và 1d phan ứng
Te 2.11x10° năm [Phân rã tạo ra ”Mo để dùng trong y học
39py | 2.41x10°năm Từ phẩnứng: (?°Ưn->??U->”°Np+B=>??PưB)
1.1.2 Một số ứng dụng của các nguồn phóng xạ cho mục đích hịa bình Y học hạt nhân và công nghiệp là hai lĩnh vực ứng dụng đông vị phóng xạ
nhiều nhất tại Việt Nam
1.1.2.1 Ứng dụng hạt nhân trong y học
Y học hạt nhân là một ngành của y học, nó ứng dụng các bức xạ và nguồn
phóng xa trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh Nó sử dụng bức xạ để cung cấp
các thông tin giúp cho việc chẩn đốn tình trạng bệnh lý của bệnh nhân một cách
nhanh chóng và chính xác Thông qua ảnh-bức-xạ-chụp-từ mấy X quang hay máy t)H.£H.TỰ Hi
CBHD: PGS.TS Định Xuân Thắng
Trang 7CT, tình trạng bệnh lý và sự rối loạn chức năng các cơ quan bên trong cơ thể con người như tuyến giáp, xương, tim, gan có thể được chẩn đoán và phát hiện một cách nhanh chóng Một số chẩn đoán khác cũng có thể được thực hiện thơng qua
dược phẩm phóng xạ như khảo sát sự chẩy của máu đến não, sự hoạt động của
gan, phổi, tim hoặc thận, để đánh giá sự phát triển của xương và khẳng định các
quy trình chẩn đốn khác Thời gian bán hủy của đồng vị dùng để chẩn đoán phải
đủ dài để khảo sát q trình chuyển hố sinh học nhưng đủ ngắn để giảm thiểu
liều bức xạ đến bệnh nhân Tecneti - 99m thường được sử dụng làm dược phẩm
phóng xạ để chẩn đốn vì nó có thời gian bán hủy 6 giờ và nó phát ra tia gamma
năng lượng không cao (gây nên liều bức xạ thấp đối với bệnh nhân)
Một trong những ứng dụng đặc biệt khác của nguồn bức xạ trong y học là dùng để điều trị bệnh ung thư (xa trị) Có hai loại xạ trị là xạ trị ngoài và xạ trị trong
— _ Xa trị ngoài: các tế bào bị phân chia nhanh và đặc biệt nhạy cảm với sự
làm hại của bức xạ do đó sự phát triển của ung thư có thể được điều khiển hoặc loại trừ bằng cách chiếu xạ các khu vực chứa khối u phát triển Sự chiếu xạ này có thể được thực hiện khi sử dụng chùm tia gamma từ nguồn Cõ60 hoặc máy gia tốc như một nguồn tia X năng lượng caọ
—_ Xa trị trong: xạ trị trong được tiến hành bằng cách đặt một nguồn bức xạ
nhỏ (chất phát tia gamma hoặc bêta) vào vùng điều trị, bức xạ này gây ra sự phá hủy các tế bào của khối ụ Cấy Iriđi - 192 thường được sử dụng cho mục đích nàỵ
Chúng được sản xuất ở dạng dây và được đưa vào vùng điều trị qua ống thông lưu,
thường ở đầu và ngực Sau khi điều trị một liều chính xác, dây cấy được lấy rạ
Với quy trình này thì bức xạ tập trung vào khối u và gây ra sự chiếu xạ tổng vào cơ thể ít hơn
Hai dược phẩm phóng xạ thường được sử dụng để điều trị bệnh là lốt - 131
và Phospho - 32 lốt - 131 được sử dụng để điểu trị ung thư tuyến giáp còn phospho-32 dùng để kiểm soát chứng tăng hồng cầu trong tly xuong [11]
Trang 8
Bảng 1.6 Mội số đồng vị sử dụng trong y học sẵn xuất từ
lò phản ứng hại nhân [11]
Tên đồng vị Ứng dụng
Molipden-99 | Tao Tecneti-99m
Tecneti-99m | Khảo sát sự chẩy của máu đến não, sự hoạt động của gan, phối, tim hoặc thận, để đánh giá sự phát triển của xương
| Crôm-5I Đánh dấu tế bào hồng cầu, sự mất protein ở bộ máy tiêu hoá
Coban-60 Dùng để xạ trị bằng chùm tia ngoài
Đồng-64 Nghiên cứu bệnh di truyền
Ytecbi-169 | Nghiên cứu dịch não tủy trong não
lốt-125 Đánh dấu tốc độ lọc tiểu cầu của thận, chẩn đoán nghẽn tĩnh mạch
sâu ở chân, đo mật độ xương
lốt-131 Diéu trị tuyến giáp, ung thư biểu bì, chẩn đốn chức năng khơng
bình thường của gan, sự chầy máu ở thận, tắc nghẽn nước tiểu Iriđi-192 Ở đạng dây được sử dụng như nguồn xạ trị bên trong
Sắt-59 Nghiên cứu động học của sắt trong chuyển hoá sinh học sắt (lá
lách)
Phospho-32 | Điều trị chứng tăng hồng cầu (dư tế bào hồng cầu)
Kali-42 Xác định kali trao đổi trong động mạch vành Samari-153 | Làm nhẹ đau đớn do ung thư xương
Selen-75 Sử dụng ở dạng selen-mêtinôlin để nghiên cứu men tiêu hoá
Natri-24 Nghiên cứu chất điện giải trong cơ thể
1.1.2.2 Ứng dụng hạt nhân trong công nghiệp [19]
Trong công nghiệp, từ lâu bức xạ đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
như: chụp ảnh phóng xạ và chụp ảnh X-quang, đo độ dày sản phẩm, đo mức, đo
mật độ, nồng độ, thành phần vật liệu, khử trùng
ạ Chụp ảnh phóng xạ và chụp ảnh X-quang
Phương pháp chụp ảnh phóng xạ và chụp ảnh X-quang đều dựa trên nguyên
tắc hấp thụ tỉa bức xạ khi đi qua đối tượng được kiểm tra, gọi là phương pháp
truyền quạ Tia bức xạ bị hấp thụ theo biểu thức:
I=1,e" (1.1)
Trong đó:
Trang 9
— _ lạ và [là cường độ chùm tia bức xạ trước và sau vật chắn;
— x là bể dày vật chấn; 4 là hệ số suy giảm tuyến tính phụ thuộc vào
năng lượng bức xạ và mật độ vật chắn
Theo biểu thức 1.1, cường độ chùm tia sau vật chắn bé hơn hoặc bằng cường
độ chùm tia trước vật chắn Tỉ số I/Iạ phụ thuộc vào chiều dày và mật độ vật chắn
đối với chùm tia bức xạ có năng lượng cho trước
Chì bảo vệ và định hướng Hộp đựng phim chùm tia Nguồn phóng xạ Vật cần chụp Hình 1.1 Sơ đồ máy chụp ảnh phóng xạ
Phương pháp chụp ảnh phóng xạ hay tia X được ứng dụng trong việc kiểm tra
chất lượng mối hàn, chất lượng vật đúc và các sản phẩm kim loạị Kỹ thuật này còn được dùng để chụp ảnh các cấu kiện bê tông cốt thép nhằm xác định kích thước và mạng phân bố các cốt thép trong cấu kiện bê tông
b Do dé dày sản phẩm
Máy đo độ dày sản phẩm cũng dựa vào hiệu ứng hấp thụ của chùm tia bức
xạ khi đi qua vật thử, tức là phương pháp truyền quạ Trong các máy này, thay cho việc dùng phim nhạy X-quang, người ta dùng detector bức xạ đặt ngay sau vật thử Các detector thường dùng là các buồng ion hoá, detector Geiger-Muller hay detector nhấp nháỵ Khi có bức xạ đi qua vùng hoạt động của detector thì detector sẽ cho ra tín hiệụ Một hệ điện tử xử lý các tín hiệu này và đưa vào máy đếm hay máy tự ghị
Trang 10
Chì bảo vệ và định hướng chùm tia Máy đếm ctor Ợ Š 5 Lp Nguồn phóng xạ Khe định hướng Vật cần đo độ dày
Hình 1.2 Sơ đô máy đo độ dày sản phẩm [19]
Tùy thuộc vào độ dày sản phẩm cần đo mà lựa chọn nguồn phóng xạ có
năng lượng thích hợp Ví dụ để đo chiều dày các tấm thép có thể dùng nguồn
Cỏ hay cs)37
8
phát tia gamma, còn để đo độ dày tờ giấy có thể dùng nguồn
KrŠ” phát tỉa bêtạ
c Đo mức
Máy đo mức chủ yếu dựa vào phương pháp truyền quạ Tia bức xạ bị hấp thụ mạnh khi bị vật liệu chắn cịn khơng bị hấp thụ khi khơng có vật liệụ Phương
pháp đo mức bằng bức xạ trong nhiều trường hợp là phương pháp duy nhất không thể thay bằng cách đo thông thường được Sơ đổ máy đo mức được trình bày trên
hình 1.3 Đặt nguồn phóng xạ gamma ở một phía và detector ở phía kia của bổn
chứa vật liệụ Khi mức vật liệu thấp hơn mức nguồn và detector thì số đếm cao , còn khi mức vật liệu ở trên mức nguồn và detector thì detector cho số đếm thấp Hệ thống điện tử phân biệt ngưỡng các số đếm có thể xác định được mức vật liệụ
Trang 11
Chiéu cao Detector | PB a) Nguồn phóng xạ Số đếm
Hình 1.3 Sơ đồ máy ảo mức
Máy đo mức được dùng để đo mức chất lỏng trong các chai hoặc lon bia và
nước giải khát ở các nhà máy bia và nước giải khát Khi chất lỏng không đủ đây,
máy tự động loại các chai hoặc lon đó ra ngồị Ðo mức vật liệu trong các bổn
chứa vật liệu ở nhà máy xi măng Thông thường một bồn có 2 hệ thống kiểm tra
mức vật liệu: mức dưới và mức trên Đo mức vật liệu trong nhà máy giấy, ở đây
ngoài việc kiểm tra mức dưới và mức trên, cịn theo dõi vị trí mức vật liệu trong
bổn chứa trong quá trình làm việc Ðo mức các dung dịch hoá chất trong các nhà
máy hoá chất Một dụng cụ đo mức đơn giản, cầm tay, có thể dùng để đo mức chất lồng CO trong bình cứu hỏạ
d Do mat độ, nông độ, thành phần vật liệu
Các máy do mật độ vật thử và nồng độ các chất trong dung dịch lỗổng cũng
dựa trên các nguyên tắc đo truyền qua và tán xạ Ví dụ vài máy đo này:
—_ Máy đo sự phân bố mật độ trong vật thử để kiểm tra tính đồng đều của
vật thử
— Máy đo mật độ (độ chặt) và độ ẩm của nền đường bê tông hay nền đất của đê đập, để đo độ ẩm cần dùng nguồn nơtrôn
- Máy đo nông độ bùn hay chất lơ lửng trong nước ở ao hồ, cửa sông, néng độ các chất trong các dung dịch ở các nhà máy giấy, hoá chất v.v
—_ Máy đo nồng độ tro trong than đá Máy cân than tự động và liên tục
—_ Máy đo thành phần đất đá trong các giếng khoan địa chất hay dầu mỏ ~ Trong công nghiệp dâu mỏ, máy đo truyền qua được dùng để đo mật độ
các chất lồng và bùn trong hệ thống kín cũng như xác định biên giới giữa 2 chất lỏng khác nhau để tách các thành phần này ra khỏi nhaụ
Trang 12
—_ Máy phân tích thành phần nguyên tố của vật thử Trong máy này thường dùng hiệu ứng phát tia X đặc trưng khi tia gamma năng lượng thấp kích thích các
nguyên tử của vật thử
ẹ Khử trùng [L1]
Sự chiếu xạ gamma được sử dụng rộng rãi để khử trùng các sản phẩm y học,
các sẵn phẩm khác như len, thực phẩm Co-60 là đồng vị chính được sử dụng vì nó phát gamma năng lượng caọ Chiếu xạ gamma ở mức lớn để khử trùng thực phẩm và các dụng cụ y tế như ống tiêm, găng tay, quần áo và nhiều dụng cụ dễ bị nguy
hại khi khử trùng bằng nhiệt
1.1.3 Các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong khơng khí và các tai nạn hạt nhân
Trên phạm vi toàn câu, các nhân phóng xạ nhân tạo bắt nguồn từ các vụ nổ
hạt nhân trong khí quyển trước năm 1980 và từ các hoạt động của công nghiệp hạt nhân, các tai nạn hạt nhân Bảng 1.5 so sánh các đồng vị phóng xạ nhân tạo được
thải ra trong các vụ thử vũ khí hạt nhân, tai nạn Chernobyl
1.1.3.1 Các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong khơng khí
Rơi lắng từ các vụ thử vũ khí hạt nhân là nguồn phóng xạ nhân tạo lớn nhất trong môi trường Vụ nổ thiết bị hạt nhân đầu tiên có cơng suất 19 kilôton vào
ngày 16 tháng 7 năm 1945 tại Mỹ và sau đó là hai quả bom nguyên tử được ném
xuống Nhật tại Hirosima và Nagasaki vào đầu tháng 08 năm 1945 Các vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển đã được tiến hành vào những năm 1952 đến năm
1958 và sau đó là từ 1961 đến 1962 Hiệp ước hạn chế thử vũ khí hạt nhân trong
khí quyển được cơng bố vào năm 1963 [10]
Sản phẩm phóng xạ từ các nguồn nói trên đã được vận chuyển đi rất xa theo
dòng lưu chuyển trong khí quyển và thủy quyển gây nên tình trạng nhiễm bẩn
phóng xạ tồn câụ Hầu hết phóng xạ từ các vụ thử hạt nhân đều đã phân rã đến mức khơng cịn ý nghĩa về mặt môi trường, ngoại trừ một số các đồng vị có thời
gian bán hủy dàị Cho đến nay sau gần 4 thập kỷ thử nghiệm vũ khí hạt nhân ồ ạt,
các nhân phóng xạ còn tồn đọng lại trong môi trường chủ yếu là Cs-I37, Sr-90, C-
14, H-3, các đồng vị Pu, vì chúng là những đồng vị có thời gian bán rã tương đối
dàị
Lượng nhân phóng xạ sinh ra, hướng vận chuyển và thời gian tổn lưu của
chúng trong khí quyển phụ thuộc rất nhiều vào công suất của vụ nổ Ở những vụ
nổ dưới 100 kilôton TNT (1 kilôton TNT tương đương 4.2x10”” J) phần lớn các
nhân phóng xạ nằm gọn trong tầng đối lưu, di chuyển và phân bố dọc theo dải vĩ
Trang 13
tuyến của địa điểm vụ nổ và được lưu tơn trong khí quyển vài tháng trước khi rơi xuống đất (chủ yếu theo mưa) Nếu vụ nổ có cơng suất lớn hơn 500 kilơton, phần lớn nhân phóng xạ bốc thẳng lên tầng bình lưu, di chuyển và phân bố rộng khắp toàn cầu trong thời gian nhiễu năm trên tầng này, rồi cuối cùng rơi xuống đất qua tâng đối lưu do các quá trình xáo trộn theo phương thẳng đứng giữa hai tầng bình
lưu và đối lưụ [5]
Trong khoảng thời gian cho đến trước năm 1980 đã có 423 vụ nổ hạt nhân
trong khí quyển do 5 cường quốc tiến hành Các vụ nổ này xảy ra trên đất liền, trên biển và có khi xảy ra ở độ cao hàng trăm km Chỉ tiết về các vụ nổ được giới
thiệu trong bảng 3.2 Từ năm 1962, khi Mỹ và Liên Xô ký hiệp định ngừng thử vũ
khí hạt nhân trong khí quyển, hai nước này vẫn tiến hành hàng trăm vụ thử vũ khí
hạt nhân đưới lòng đất [5] Vụ thử vũ khí hạt nhân dưới lòng đất diễn ra gần đây
nhất là của Cộng hoà dân chủ nhân dân Triểu Tiên (ngày 9/10/2006) đã gây ra không ít những phản đối trên toàn thế giới mà đặc biệt là các nước láng giểng của
nước nàỵ Lượng nhân phóng xạ thốt ra ngồi khí quyển từ các vụ thử này không
đáng kể,
Bảng 1.7 Các vụ nổ hạt nhân trong khí quyển [Š}
Nước tiến | Thời gian | Số Địa điểm Công suất ước
hành vụ lượng (MT)
Phân | Nhiệt
hạch | hạch
Mỹ 1945-1962 | 193 |Các đảo Marshall, Jonhson, 72 67 Christmas trên Thái Bình
Dương, Las Vegas bang Nevada
Liên Xô 1949-1962 | 142 Semipalatinsk, Kazachtan, đảo | I11 67
Nova Zemla trên Bắc Băng
Dương
Anh 1952-1953 | 21 Maralinga, Autralia & đảo 11 6
Christmas trên Thái Bình Dương
Pháp 1960-1974 | 45 |Lgeria & quần đảo san hô| 11 1 Tuamoto, nam Thái Bình Dương
Trung Quốc | 1964-1980 | 22 | Lopnor, Tân Cương 13 §
Tổng cộng 423 218 329
Trong số những địa điểm thử nghiêm vũ khí hạt nhân nêu trong bảng 1.7 thì có 3 địa điểm gần Việt Nam hơn cả mà các chỉ tiết của chúng được nêu trong
Trang 14
bang 1.8 Tuy nhién, khodng cách gần hay xa chưa phải là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến mức độ rơi lắng phóng xa mà lộ trình của đám mây phóng xạ có ảnh hưởng quan trọng hơn nhiều [5]
Bảng 1.8 Vị trí các vụ nổ hạt nhân trong khí quyển gần Viét Nam [5]
Vị trí vụ nổ Kinh độ — Cách Hà Nội | Thời điểm Đặc điểm
vĩ độ (km) của các vụ nổ |
Lop Nor - Tan 40°14°N, 2600 1964-1980 Phan hach,
Cương 90°33°E nhiét hach |
Semipalatink - 50°25'N, 3960 1949-1962 Phân hạch,
Kazachtan 80°14'E nhiệt hạch |
Chernoby!] - 51°30°N, 7150 4/1986 Lo phan ting
Ukraine 31°17E nơ tron nhiệt
Quần đảo san 11°39°N, 7340 1952-1962 Nhiét hach | hô Marshall - 162°15'E
Thái Bình
Dương |
Vận chuyển sol khí phóng xạ sau các vụ nổ hạt nhân:
Sau vụ nổ hạt nhân, một phần các sản phẩm phóng xa rơi ngay tại chỗ, hoặc
di chyén ít nhiều trước khi rơi xuống đất theo các hướng gió cục bộ mặt đất Phần
thứ hai nằm trong quả cầu lửa ở phía trên sẽ phát triển thành các sol khí lơ lửng và
di chuyển theo các dòng khí ở tầng đối lưu rồi theo mưa (tuyết) rơi xuống đất sau một vài tháng Khi công suất đủ lớn, một bộ phận các nhân phóng xạ bốc thẳng
lên tầng bình lưụ Các sol khí trong tầng bình lưu có thời gian sống lâu hơn (vài
năm), nhưng cuối cùng cũng rơi xuống đất qua tầng đối lưụ
Trong tầng đối lưu, đám mây sol khí phóng xạ sẽ bị gió lơi đi, có thể rất xa, cho đến khi gặp những điều kiện khí tượng nhất định như mưa (tuyết) sẽ rơi xuống
đất Phân bố rơi lắng thường rất không đều do đám mây phóng xạ có thể đi rất xa mới gặp vùng có mưa, khi đó tồn bộ lượng phóng xạ có thể rơi xuống đất Ví dụ
trong vụ thử vũ khí hạt nhân tại Nevada, tháng 4 năm 1953, lượng rơi lắng phóng
xạ cao nhất trên nước Mỹ (trừ vùng thử nghiệm) được quan trắc tại Troy - Nữu
Ước, cách Nevada 3000 km Các đám mây phóng xạ ở tầng cao thường di chuyển rat xa, mang sol khi phóng xạ đi khắp toàn cầu trong thời gian vài chục ngàỵ [5]
Trang 15
Trên tầng bình lưu, với thời gian sống trung bình vài năm (không kể phân rã
hạt nhân) các sol khí phóng xạ “kịp” phân bố trên khắp toàn cầu, từ xích đạo đến hai cực Sự khác biệt đặc trưng khí tượng ở hai tầng bình lưu và đối lưu đã tạo ra
lớp phân cách giữa hai tầng gọi là lớp đệm đối lưu ngăn cần sự pha trộn giữa hai tầng Hiện tượng này thường xảy ra vào mùa xuân ở Bắc bán cầụ Độ cao của lớp đệm đối lưu giảm dần từ xích đạo (15-16 km) đến hai cực (10-11 km) Do cơ chế
trên, các sol khí phóng xạ từ tầng bình lưu có thể xâm nhập vào tầng đối lưu và cuối cùng rơi lắng xuống đất
Rơi lắng phóng xa tại những nơi cách xa địa điểm thử nghiệm chịu tác động bởi công suất vụ nổ, quá trình vận chuyển tâm xa của các khối khí trong tầng đối
lưu cũng như ảnh hưởng của quá trình pha trộn thẳng đứng giữa hai tầng bình lưu
và đối lưu như đã trình bàỵ
1.1.3.2 Tai nạn hạt nhân
Khoảng 150 tai nạn lớn nhỏ của ngành năng lượng hạt nhân đã xảy ra, lớn
nhất vẫn là tai nạn Chernobyl (xem bảng 1.9) [10] Sự cố Chernobyl xay ra vao cuối tháng 4 năm 1986, gây nên rơi lắng phóng xạ ở Bắc bán cầu trong vòng vài
tháng sau đó Một số nước châu Âu đã bị ảnh hưởng khá nặng bởi sự cố nàỵ Tại Việt Nam, các nhân phóng xạ từ Chernobyl cũng đã được quan trắc tại Hà Nội, Tp
Hồ Chí Minh và Đà Lạt Hình 1.4 là kết quả quan trắc Cs-137, CS-134 ở Đà Lạt trong nhiều năm, trong đó sự cố Chernobyl đã được ghi lại khá rõ
= as 3E Baim? wBqim?
Hình 1.4 Sự thay đổi của ham lugng Cs-1374_) va Cs-134 ( - )
tại Đà Lạt từ 1986 ~ 1991; (a) Cs-134, CS-134 trong mau roi ldng, (b) Cs-134, CS- 134 trong khơng khí, (C) lugng mua trung bình tháng [5]
Trang 16
020 T——————————— Th-232, U-238 s § §§8§ŠS5ssS3Sšš"s c Ta Sẻ Sẽ Sẽ Sẽ Še==
| “7+ Th-232 (uBg/m3) ———U-238 (uBq/m3) —+— K-40 (mBq/m3) |
Hình 1.5 Sự thay đổi hàng thang cia ham lugng “°K, *’Th va ?°U trong khơng khí
tại trạm quan trắc tại thành phố Hồ Chi Minh
Ước tính sự cố Chernobyl gây ra một lượng rơi lắng Cs-l37 trên toàn cầu khoảng 10x10! Bq Nhìn chung, phần đóng góp này là không đáng kể so với lượng Cs-137 đã có sẵn từ các vụ thử vụ khí hạt nhân, nhất là đối với các nước
không chịu ảnh hưởng trực tiếp từ sự cố Tuy nhiên, đối với các nước gần Chernobyl và một số nước Bắc Âu như Phần Lan, Thụy Điển, Na Uy thì phần rơi
lắng phóng xạ từ sự cố này nhiều hơn từ các vụ thử vũ khí hạt nhân trước đó [10] Bảng 1.9 Tóm tắt các tai nạn hạt nhân chính [ 10],{36]
Địa điểm, thời gian Bản chất tai nạn Hoạt độ tổng
Kyshtym, USSR Nổ hoá học trong bình chứa 250 mỶ chất | _ 0,74EBq
1957 thải hoạt độ caọ
4Ce+SPr (66%), Z1+°°Nb (24%) SPY (5,4%); '5RứRh (3,7%)
Windscale, UK Cháy máy lạnh, bộ làm chậm graphit được 1975 TBq 10/1957 dùng để sản xuất Pu và ?!9bo (chiếu xạ Bi);
31 (740 TBq) ; °’Cs (22 TBq); ‘Ru (3 TBq); "Xe (1,2 PBq); ”'°Po (8,8 TBq)
Ấn Độ Dương 4/1964 Vệ tỉnh của Mỹ chứa nguồn SNAP giàu
?38Ðu bị cháy trên tầng bình lưụ
®Ưbu 629 TBq
Palomares Spain Tai nạn cửa máy bay ném bom, bom| ~°Pu ?”Pu
1/1966 được tháo ra và phân rã
Thule Greenland 1968 Tai nạn của máy bay ném bom, bom 290D 1
được tháo ra và phân 1ã TBq
Trang 17
Bac Canada, 1/1978 Vé tinh Cosmos 954 Nga chứa lò hạt| 20kg uran nhân bị rơi, phân tán phóng xạ trên diện giàu
tích ~ 50 x 800 km; ®®Sr: 3,11TBq; !!J; 190 TBq
181 TBq; '°’Cs: 3,18 TBq
Three Mile Island USA, | Mất lanh trong 15 900 MWe tang nhiét | Gần 370 PBq
3/1979 độ gây hỏng lớp vỏ và chảy 50% nhiên | khí hiếm, chủ liệụ Thải một lượng lớn phóng xạ trong| yếu là'?Xe lị nhưng khơng ảnh hưởng môi trường
Chernobyl, Ucraina, Nổ và cháy lò RBMK do mất lạnh Hồng Tổng ~ 2 EBq
4/1986 phần lớn cấu trúc lò và thải khí và bốc
hơi phóng xạ và các sản phẩm kích hoạt
vào khí quyển
Tokai Mura, Nhật Tai nạn sản phẩm của khối tới hạn trong khi | Chưa xác định
9/1999 xử lý uran giàu, gây nổ và phản ứng hạt được
nhân khơng kiểm sốt được trong 1 ngàỵ
Bảng 1.10 Tổng hoạt độ phóng xạ chính (EBq) thải ra trong các vụ thử vũ khí hạt nhân, tai nạn Chernobyl [10],[36]
Đông vị | Chu kỳ bán hủy | Thử vũ khí | Chernobyl
Trang 18Ba 12.8 ngay 732 0.13 "Ce 32.5 ngay 254 0.088 “Ce 284.9 ngay 29.6 0.97 “”Np 2.36 ngày 3.0x10° 238py 87.7 năm 2.6x105 ®®bu | 2.41x 10°năm 0.00652 3.7 x10? Pu | 6.56x 10? năm 0.00435 #!Pụ 14.4 năm 0.142 Am 432.7 năm 0.0038 (1 Ebq=10" Bq)
Bằng 1.11 Hàm lượng phóng xạ trong khơng khí tại một số nơi trên thế giới sau tai
nan Chernobyl [30]
Thời điểm đo Địa điểm Đồng vị phóng Hàm lượng
đạc xa trong khơng khí
(uBqm)
11/05/1986 Rexburg, Indoha Bly 11.39 11/05/1986 Thanh pho New Yord BN 20.72 11/05/1986 Thành phố New Yord BICs 9.72
1.1.4 Tương tác của bức xạ lên cơ thể con người
Cơ thể con người là đối tượng quan trọng nhất khi nghiên cứu các hiệu ứng sinh học của bức xạ Có hai cách chiếu xạ lên cơ thể người, là chiếu xạ ngoài và
chiếu xạ trong Chiếu xạ ngoài là sự chiếu xạ do một nguồn bức xạ bên ngoài lên
cơ thể Chiếu xạ trong là sự chiếu xạ do nguồn phóng xạ hở xâm nhập vào trong cơ thể Sự hiểu biết về cơ thể người cho phép trả lời hai vấn để cơ bản khi cơ thể
chịu tác dụng của bức xa, đó là:
- Các chất phóng xạ xâm nhập vào cơ thể, di chuyển trong đó và bị thải
ra như thế nàọ
— Các hiệu ứng sinh học của bức xạ đối với các cơ quan trong cơ thể như
thế nàọ
Hai vấn để này sẽ được trình bày chỉ tiết trong phan 1.1.4.1 và 1.1.4.2
1.1.4.1 Cơ chế của sự xâm nhập, đi chuyển và thải ra của các chất phóng
xạ đối với cơ thể con người
Trang 19
Co thé con người dựa trên một bộ xương Bao phủ bên ngoài là một lớp da làm nhiệm vụ bảo vệ, trao đổi nhiệt và cân bằng thể dịch Bên trong là những cơ
quan chức năng như hơ hấp, tiêu hố, tn hoàn, tiết niệu, da, v.v Các cơ quan này có nhiệm vụ thu nhận không khí, thức ăn, nước, vận chuyển vật chất và thai chất thải ra ngoàị Về phương diện an toàn bức xạ, các cơ quan đó cũng là các
phương tiện nhờ đó các nhân phóng xạ xâm nhập vào cơ thể, vận chuyển bên
trong đó và cuối cùng bị thải ra ngoàị
Việc hiểu biết cấu trúc và chức năng các cơ quan trong cơ thể và số phận
các chất phóng xạ xâm nhập vào cơ thể giúp ích trong việc xác định liều bức xạ
của các chất phóng xạ trong cơ thể và tính toán được giới hạn an tồn các chất phóng xạ được phép xâm nhập vào cơ thể (an toàn bức xạ khi chiếu xạ từ các
nguồn hở bên trong cơ thể) ạ Hệ thống tuần hoàn
Hệ thống tuần hoàn gồm tim và mạng lưới các mạch máu gồm động mạch,
mao mạch , tĩnh mạch Hệ thống tuần hồn có chức năng vận chuyển oxygen tiv
các phế nang của phổi vào các tế bào và khí carbonic do té bào thải ra tới các phế nang; vận chuyển chất dinh dưỡng và các chất chuyển hoá từ đường tiêu hoá tới
các cơ quan khác nhau; vận chuyển các hormone và kháng thể; vận chuyển các sản phẩm thải trong quá trình chuyển hoá tới thận để thải ra ngoàị Hệ thống tuần
hồn cịn đóng vai trị như một bể nước để giữ cân bằng chất lỏng trong một số bộ
phận có chất lồng và giữ nhiệt độ không đổi trong cơ thể
Tất cả các chức năng trên đều do máu thực hiện Máu gồm các tế bào hồng câu, bạch cầu, tiểu cầu và huyết tương Dưới áp suất nén do quả tìm bơm, máu
chảy qua các mạch máu tới các cơ quan và ngược lạị Các mao quản, là một hệ
thống rất nhiều các mạch máu cực nhỏ, phân tán trong các cơ quan có nhiệm vụ
chuyển các khí và các phân tử khác tới các tế bàọ
Các chất phóng xạ có thể thâm nhập vào cơ thể qua các vết thương hở hoặc qua đường tiêu hoá, đường hô hấp và da tới hệ tuần hoàn và đi khắp nơi trong cơ
thể Mức độ tác động của các chất phóng xạ lên mô, cơ quan phụ thuộc vào tính chất hố học của nhân phong xạ Vi du: Calcium, Strontium, Barium, Radium bi
xương hấp thụ nhiều; Iode tập trung 6 tuyến giáp trạng vùng cổ Trên cơ sở khả năng hấp thụ đặc thù của cơ quan bị bệnh, người ta chế tạo các dược chất phóng
xạ thích hợp để điều trị hay chẩn đoán y học
b Hệ thống hô hấp
Trang 20
Chức năng của hệ thống hô hấp là vận chuyển oxy từ môi trường vào máu và thải khí cacbonic từ máu ra ngồị Hệ thống hơ hấp gồm có mũi, khí quản và
phổị Phổi cấu tạo từ các phế quần phân nhánh và tận cùng bằng các phế nang với
mạch lưới mao mạch bao bọc xung quanh Sự trao đổi khí giữa mơi trường và máu diễn ra tại các phế nang và mao mạch Trong phổi có hàng trăm triệu mao mạch
và diện tích bể mặt tổng cộng để trao đổi khí vào khoảng từ 50 m' đến 200 mỸ
Do diện tích trao đổi lớn như vậy nên hô hấp được coi là một trong các con đường chính xâm nhập chất độc vào cơ thể
Về mặt an toàn bức xạ, hệ thống hô hấp là đường xâm nhập vào cơ thể của
các chất phóng xạ thể khí, mà đặc biệt là bụi phóng xạ Các hạt bụi có kích thước
lớn hơn 10 hm thường bị ngăn cẩn ở phần ngồi đường hơ hấp nhờ các lông mũi
đày đặc Những hạt bụi nhỏ hơn có thể xâm thập sâu hơn, nằm lại trong hệ thống
hô hấp và chỉ bị đẩy ra nhờ chuyển động quét của các nhung mao lót thành phế quản (kết hợp hành động ho) hoặc bằng đường hoá học (chẳng hạn bị hòa tan) và sau đó là hành động nuốt Như vậy vật chất xâm nhập vào qua đường hô hấp sẽ đi đến hệ thống tiêu hoá Những hạt bụi hòa tan được ở phế nang sẽ xâm nhập vào máu và đi khắp cơ thể Những hạt bụi khơng hịa tan sẽ bị các tế bào lympho trong phổi “ăn” và tiêu diệt Bụi phóng xạ qua đường hô hấp vào phổi sẽ gây nên sự chiếu xạ trong cơ thể Liểu chiếu phụ thuộc vào các tính chất hoá lý của vật
liệu hay nói cách khác nó phụ thuộc vào kích thước hạt bụi và tính chất hịa tan
của nó
c Hệ thống tiêu hoá
Hệ thống tiêu hố có nhiệm vụ dẫn nước, thực phẩm vào cơ thể và chế biến
chúng thành các chất đinh dưỡng để nuôi sống tế bàọ Hệ thống tiêu hoá là một cái ống dài gồm nhiều đoạn chức năng như miệng, thực quản, dạ dày, ruột non,
ruột già Ngoài ra cịn có các bộ phận phụ trợ như các tuyến nước bọt ở miệng,
tuyến tụy ở gần đạ dày, gan và túi mật Trong hệ tiêu hoá, thực phẩm được biến
thành các thành phần hoá học đơn giản và được hấp thụ từ ruột non vào máu và
được khuếch tán tới các tế bào và cơ quan Thực phẩm không được cơ thể hấp thụ
sẽ tới ruột già, được cô đặc lại và đẩy ra ngoài thành chất thải gọi là phân
Hệ thống tiêu hoá cũng là một trong các cửa ngõ chính bị các chất phóng xạ
xâm nhập vào cơ thể cùng với thực phẩm và nước uống Nếu chất phóng xạ hịa
tan được thì chúng theo hệ tuần hoàn di khắp cơ thể Nếu khơng hịa tan được,
chúng sẽ bị đẩy ra ngoài cùng với phân
d Da
Trang 21Da tạo nên lớp bao mặt ngoài cơ thể với diện tích trung bình 1,8 m” Da gồm hai lớp, lớp ngoài gọi là biểu bì và lớp trong gọi là chân bì, giữa chúng là màng nền ở độ sâu 70 im từ bể mặt dạ Cấu trúc của chân bì khác hồn tồn với
biểu bì Chân bì cấu tạo từ mô liên kết, các sợi đàn hồi, nước và chất béọ Gắn trên chân bì là các tuyến mồ hôi, tuyến nhờn, nang lông, mạch máu và dây thần kinh Da có chức năng bảo vệ cơ thể khỏi các chất có hại như vi trùng và hoá chất,
bài tiết các chất thải của cơ thể, sấy ấm hoặc làm lạnh cơ thể và điều chỉnh sự lưu thông máụ Khi lớp da bị thương tổn thì đây là cửa ngõ chất phóng xạ có thể xâm
nhập vào các bộ phận khác trong cơ thể
ẹ Hệ thống tiết niệu
Hệ thống tiết niệu là con đường bài tiết chủ yếu các dịch thể dư thừa bao gồm cả các chất phóng xạ dạng hòa tan từ cơ thể ra ngoàị Hệ thống tiết niệu gồm
các thận, các niệu quản, bàng quang và ống nước tiểụ Nguồn nước thải từ đường
tiết niệu là một trong các thành phần dùng để đánh giá lượng chất phóng xạ xâm
nhập vào cơ thể Vì vậy nguồn nước thải này là đối tượng cân được xử lý vì chứa một lượng lớn chất thải phóng xạ từ cơ thể rạ
f Hệ thống bạch huyết
Hệ thống bạch huyết thực ra là một bộ phận của hệ thống tuần hồn Nó
gồm có địch bạch huyết nằm xen kẻ giữa các mô, các bể bạch huyết và các tuyến bạch huyết nằm rải rác trên thành ống tiêu hoá, đường hô hấp hoặc dưới da vùng
cổ, nách, háng Hệ thống bạch huyết có chức năng vận chuyển nguyên vật liệu
giữa các tế bào với hệ tuần hồn Nó còn giữ vai trò bảo vệ, ngăn chặn, tiêu diệt
các vi trùng, dị vật và độc tố xâm nhập vào hệ thống tuần hoàn Khi da bị tổn
thương, chất phóng xạ sẽ xâm nhập qua hệ bạch huyết tới các vùng khác nhau của cơ thể
g Cac hệ thống khác
Ngồi các hệ thống có liên quan trực tiếp đến quá trình xâm nhập, vận
chuyển và bài tiết các chất phóng xạ, trong cơ thể còn các hệ thống khác không
trực tiếp tham gia các q trình trên Đó là hệ thống thần kinh, hệ thống nội tiết,
hệ thống sinh sắn, hệ thống xương, hệ thống cơ bắp, hệ thống thị giác, hệ thống
thính giác, v.v Dưới tác dụng của bức xạ các hệ thống này bị tổn thương và mức
độ tổn thương phụ thuộc vào liều chiếu cũng như cấu trúc của chúng Ví dụ hệ thống xương chứa nhiều calcium, do đó các ion hố trị hai radium, strontium và chì có thể trao đổi với calcium làm cho xương trở thành một tổ chức dễ hấp thụ các nguyên tố này, kể cả khi chúng là các đồng vị phóng xạ Chính các nhân phóng xạ
Trang 22gay ra ung thư xương, chủ yếu là các tế bào trên bề mặt xương và các tế bào tạo mắu trong tủy xương
1.1.4.2 Các hiệu ứng sinh học của bức xạ đối với các cơ quan trong cơ thể
Mục này sẽ trình bày các loại thương tổn do bức xạ gây ra ở mức phân tử,
mức tế bào và mức cơ thể, trong đó nêu ra các loại bệnh ở các cơ quan do các tia
bức xạ chiếu vào, không phân biệt là chiếu ngoài hay chiếu trong ạ Các hiệu ứng bức xạ ở mức phân tử
>_ Tia bức xạ kích thích và ion hố các nguyên tử và phân tử vật
chất
Các bức xạ ion hoá như tia X, tia gamma, các hạt alpha, beta và neutron đều
tương tác với vật chất khi đi qua môi trường Các cơ chế tương tác chủ yếu gồm
hai hiệu ứng là kích thích và ion hố nguyên tử vật chất
Kích thích là q trình mà nguyên tử hoặc phân tử khi hấp thụ năng lượng từ
tia bức xạ chuyển lên một trạng thái năng lượng mới, không bển vững gọi là trạng
thái kích thích Nguyên tử hoặc phân tử ở trạng thái kích thích đó dễ dàng và
nhanh chóng phát năng lượng đã hấp thụ được dưới dạng những phôton, bức xạ
nhiệt hay phản ứng hoá học để trở về trạng thái ban đầu trước khi tương tác với tia
bức xạ
lon hoá là quá trình mà năng lượng từ tia bức xạ làm bật êlectrôn qũy đạo
của nguyên tử hoặc phân tử ra ngoàị Nguyên tử lúc đầu trung hòa về điện nay trở
thành một cặp ion: ion âm (hoặc êlectrôn bị bật ra) và ion đương (phần còn lại của
nguyên tử hoặc phân tử) Một hạt tích điện khi đi qua vật chất chỉ mất một phần
năng lượng của mình do ion hố ngun tử hay phân tử Do đó dọc theo đường đi
của mình qua vật chất, hạt tích điện có nhiều lần va chạm và có thể tạo ra rất nhiều cặp ion Vì vậy năng lượng của hạt tích điện giảm dân trên qũy đạọ Ở cuối
qũy đạo, các hạt tích điện khơng cịn năng lượng đủ lớn để ion hoá vật chất, sẽ
liên kết với các ion trái dấu để thành nguyên tử hay phân tử trung hòa về điện hoặc tổn tại tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt
Như vậy dọc theo qũy đạo của hạt tích điện xuất hiện nhiều cặp ion Các ion
này không tổn tại lâu mà gây nên các phản ứng hoá học tiếp theo hoặc kết hợp với nhau để thành những phần tử trung hoà về điện Để biểu diễn độ lớn của khả
năng ion hoá người ta dùng khái niệm độ truyền năng lượng tuyến tính (LET)
Trang 23
Đối với tia X và tia gamma quá trình tương tác không gây ra sự ion hoá trực
tiếp như trên Trong các hiệu ứng quang điện và tạo cặp, các êlectrôn bị bứt ra sẽ gây lon hố mơi trường, đó là q trình ion hố gián tiếp
Sự kích thích và ion hố ngun tử hay phân tử nêu trên làm thay đối tính
chất hoá học hay sinh học của các phân tử sinh học Có hai cơ chế tác dụng là tác dụng trực tiếp và tác dụng gián tiếp
> Tác dụng trực tiếp của tia bức xạ lên các phân tử sinh học
Năng lượng bức xạ được truyền cho các phân tử sinh học mà chủ yếu là đại phân tử hữu cơ Năng lượng đó gây các tổn thương về cấu trúc, chức năng và tạo
tiền để cho các tổn thương tiếp theọ Như vậy bức xạ có thể tách các nhóm chức
hố học quan trọng ra khỏi các cấu trúc không gian của chúng và tạo ra các phân
tử mới từ phân tử bình thường ban đầụ Sự biến đổi trong cấu trúc của các đại
phân tử sinh học sẽ ảnh hưởng tới tốc độ các phản ứng hoá sinh, các hoạt động chức năng của chúng Tiếp theo là các phản ứng hố học có thể xảy ra giữa các
phân tử bị tổn thương hoặc bị kích thích tạo ra các phân tử mới và lạ đối với cơ
quan sinh học, đa số là các chất độc, có hạị Đó là tính chất gây độc tố trong tác
dụng sinh học của bức xạ ion hoá
> Tac dụng gián tiếp của tỉa bức xạ lên các phân tử sinh học
Trong cơ quan sinh học, nước chiếm một tỉ lệ khoảng 80% và có vai trị
quan trọng Bức xạ ion hoá khi tác dụng lên cơ quan sinh học sẽ gây nên hiệu ứng
kích thích và ion hoá phân tử nước HạỌ Quá trình tác dụng của tia bức xạ lên
phân tử nước có thể tóm tắt như sau:
— Q trình kích thích phân tử:
H*
Tia bức xạ + HạO —> (HO) (1.2) OH’
— Quá trình ion hố phân tử: Tia bức xạ + HạO —> (HạO) + e
⁄⁄“N
H + OH (1.3) e + H,0 > (H2,0)
⁄⁄“
H + (OH}
(H;O)', (H;O)*, H*, (OH) là các ion, còn HỶ , (OH)' là các phân tử ở trạng
thái kích thích (có thể gọi là các gốc tự do) rất dễ tạo ra các phản ứng mới như:
Trang 24
H’ +H’ oH,
OH’ +H" > H,0 (1.4)
OH’ + OH" - H,0,
Hydrogen peroxide (H,Ọ) 14 mét chất oxy hoá mạnh, rất có hại đối với phân tử hữu cơ Trong thực tế lượng H;O; có thể được sản sinh nhiều khi trong mơi
trường có nhiều oxỵ
Tác dụng gián tiếp còn xuất hiện do sự hình thành các nhóm nguyên tứ hoạt tính, gọi là các gốc tự dọ Các gốc tự do cũng dễ gây nên những biến đổi tại các
phân tử hữu cơ RH và tao ra thêm các phân tử R” mới bị kích thích theo kiểu dây
chuyển:
RH+H' >R°+H,
RH + OH” — R` + HạO (1.5)
Gốc RỶ ở trạng thái kích thích dé gây ra cdc phan ứng hoá học làm cho số
lượng các phân tử RH bị tổn thương tăng lên Tác dụng của RỶ có tính chất dây chuyển, tức là ban thân phần ứng của RỶ lên oxy lại tạo ra các R” mới:
R°+0)—> RO,’
RO, + RH > ROOH +R’ (1.6)
Do đó tác dụng lan xa và kéo dài sau chiếu xạ > Biểu hiện tổn thương phân tử
— Giảm hàm lượng của một hợp chất hữu cơ nhất định nào đó sau
chiếu xạ Trong thực tế người ta thường theo dõi các enzym, các protein đặc hiệu, các acide nhân, v.v Hàm lượng của chúng bị giảm vì quá trình tổng hợp và sản xuất có thể bị kìm hãm, cũng có thể sự phân hủy và chuyển hoá của các chất đó
đã tăng lên do chiếu xạ
— _ Hoạt tính sinh học của các phân tử hữu cơ bị suy giảm hoặc mat han do
cấu trúc phân tử bị hư hại hoặc bị phá vỡ Thông thường một nhóm chức hố học
quan trọng bị phá hủy hoặc bị phân lỵ Do vậy phân tử thay đổi tính chất và tác
dụng
—_ Tăng hàm lượng một số chất có sẵn hoặc xuất hiện những chất lạ trong
cơ quan sinh học Thông thường đó là những chất có hại, độc Đó là sản phẩm mới
của sự phân ly các phân tử hữu cơ hoặc của các phản ứng hoá học mới xảy ra do
chiếu xạ Điển hình là H;O¿, histamin,v.v
— Một trong các tổn thương phân tử ảnh hưởng đến chức năng sinh học quan trọng là tổn thương phân tử DNA và RNẠ Các tổn thương đó có thể ảnh
hưởng trực tiếp đến hoạt động di truyền của tế bàọ
Trang 251.1.4.2 Các hiệu ứng bức xạ ở mức tế bào
Cơ thể người được cấu thành từ các các phần tử vi mô gọi là tế bàọ Các tế
bào có cùng chức năng hợp thành các mô và các mô hợp thành một cơ quan Cuối cùng các cơ quan tạo nên cơ thể Các cơ quan chính trong cơ thể như hệ hô hấp, hệ tiêu hoá, hệ tuần hoàn, hệ tiết niệu, v.v
Do các phân tử bị tổn thương nên tế bào cũng bị tổn thương Bức xạ có thể trực tiếp gây nên rối loạn chức năng hoạt động hoặc hư hại cấu trúc của tế bàọ
Bức xạ có thể làm hư hại màng, bào tương và nhân tế bàọ Tổn thương nhân có
thể biểu hiện bằng tổn thương nhiễm sắc thể của tế bàọ Do vậy hoạt động chức năng của tế bào như chức năng sinh sản (phân chia tế bào) bị ảnh hưởng và cuối
cùng có thể hủy diệt tế bàọ
ạ Cấu trúc của tế bào
Tế bào thường có 3 phần chính là màng tế bào, nhân tế bào và bào tương, trừ tế bào hồng câu không có nhân tế bàọ
Màng tế bào
Bào tương
Nhân tế bào
Hình 1.6 Cấu trúc cơ bẵn của tế bàọ
Màng tế bào hình thành biên giới của tế bào và vật chất trao trối với tế bào
qua màng tế bàọ Nhân tế bào điều khiển các chức năng của tế bào, trong đó có sự trưởng thành và phân chia tế bàọ Bào tương là một môi trường giống chất lỏng và chứa nhiều cơ quan chức năng của tế bàọ Hầu hết các thay đổi hoá học trong tế bào đều xẩy ra trong bào tương Trong 3 thành phần chính của tế bào thì nhân tế bào đóng vai trị quan trọng nhất Nó chứa chất liệu di truyền, gọi là
Deoxyribonueleic Acid (DNA), có dạng các sợi dây xoắn, tạo thành các nhiễm sắc
thể Nó giúp cho thông tin di truyền được truyền từ thế hệ các tế bào đến thế hệ tiếp theọ Nhân tế bào trong cơ thể người chứa 46 nhiễm sắc thể
b Sự phân chia tế bào
Các tế bào trong cơ thể đều trải qua giai đoạn sản sinh, trong đó chúng phân chia và hình thành các bản sao chính xác của chính mình Mỗi tế bào phân chia để
tao thành hai tế bào mới và chính là các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào là các
Trang 26
thành phần tham gia chính trong q trình phân chia nàỵ Các tế bào hồng cầu khơng có nhân tế bào, do đó chúng không thể phân chiạ Như vậy các tế bào hồng
cầu phải được sản xuất liên tục, quá trình sản xuất này xảy ra trong tủy xương
Đối với người lớn, việc phân chia tế bào kéo dài hàng giờ hoặc hàng ngàỵ
Đối với trể em và trẻ con chưa sinh quá trình phân chia xảy ra nhanh hơn, có thể
ngắn đến 20 phút Nếu sự tổn thương do bức xạ xảy ra trong quá trình phân chia
thì sự tổn thương đó có thể mạnh hơn Như vậy trẻ em và trẻ con chưa sinh, do sự
phân chia tế bào nhanh, thì nguy cơ của hiệu ứng bức xạ sẽ lớn hơn Cũng với lý
do đó, các khối u, gồm các tế bào phân chia nhanh, cũng dễ bị tổn thương do bức
xa hon các mô thông thường
c Sự tổn thương tế bào và việc sửa chữa
Sự tổn thương tế bào do bức xạ chủ yếu do các hiệu ứng trên DNA và có thể
gồm 3 hiệu ứng chính như sau:
—_ Tế bào có thể chết
— Chất liệu di truyền của tế bào có thể thay đổi và sự thay đổi này được
truyền qua các tế bào mớị
— Sự thay đổi có thể xảy ra trong tế bào và tế bào đó có thể dẫn tới sự
phân chia dị thường
Các tế bào có cơ chế sửa chữa rất hữu hiệu và hồi phục khỏi tổn thương do
các tác nhân bên ngoài gây ra, kể cả tác nhân bức xạ Nếu tốc độ tổn thương tế bào khá chậm thì khả năng hồi phục caọ Việc chiếu xạ với liều nhận được trong
thời gian dài, hàng tháng hay hàng năm, được gọi là chiếu xạ trường cửu, thì kha
năng sửa chữa tế bào caọ Đối với chiếu xa cấp tập, nghĩa là một liều lớn nhận được trong một vài giờ hay ngắn hơn, thì khả năng sửa chữa tế bào thấp hơn
Chính vì vậy, khi điều trị bằng bức xa, liều chiếu cần được phân ra thành một số lần chứ không chiếu một lần để cho các tế bào khỏe mạnh gần với khối u có thời
gian hồi phục trong lúc các tế bào ung thư có độ nhạy cảm bức xạ cao có khả năng
tổn thương cao hơn và khó hồi phục d Sự nhạy cảm bức xạ
Độ nhạy cảm bức xạ của tế bào nói lên mức độ mất khả năng tái sinh của tế
bào nghĩa là mức độ bị hủy điệt tế bào sau chiếu xạ Từ lâu người ta đã nhận thấy
tác dụng của tia X quang càng lớn ở những tế bào phân chia mạnh và cấu trúc,
chức năng của chúng càng chưa cố định Chính vì vậy mà các cơ quan ung thư
(sinh sản mạnh, nhiều tế bào non và có cấu trúc bất thường) có độ nhạy cảm bức
xạ cao hơn các cơ quan lành
Trang 27
Độ nhạy cẩm bức xạ của các mô cũng khác nhaụ Độ nhạy cảm cao nhất ở
các mô tạo máu trong tủy xương, mô sinh dục Tiếp theo là các mô niêm mạc, da,
thủy tỉnh thể của mắt Mô liên kết như sụn xương, mạch máu có độ nhạy cảm
trung bình Sau đó là các tế bào của các phủ tạng, mô tuyến nội tiết và cuối cùng
là các mô cơ, xương và thần kinh có độ nhạy cảm bức xạ thấp nhất Chính vì vậy
tia bức xạ có thể gây các tổn thương khác nhau ở các mô khác nhau tạo ra các
triệu chứng khác nhaụ
1.1.4.3 Các hiệu ứng bức xạ ở mức cơ thể
Các tế bào tạo nên các mô và các cơ quan hoạt động một cách có hệ thống
Nếu tế bào mất khả năng sinh sôi hoặc các chức năng của tế bào bị hạn chế thì
các mơ và các cơ quan cũng bị thay đổi, gây nên bệnh đục thủy tinh thể, giảm số
bạch cầu, bệnh ban sốt đỏ, v.v Khi đó chức năng chung của cơ thể cũng thay đổi,
xuất hiện các triệu chứng như nôn mửa, chẩy máu hay co giật Các bệnh ung thư có thể xuất hiện nhiều năm sau đó
Các hiệu ứng do bức xạ có thể phân thành hai loại, là hiệu ứng tất nhiên và
hiệu ứng ngẫu nhiên
ạ Hiệu ứng tất nhiên
Kết quả của sự tổn thương tế bào là sự chết tế bàọ Nếu chỉ có một số tế bào bị tác dụng thì trong cơ thể cịn nhiều tế bào và những tế bào mới sẽ thay thế các tế bào bị chết Như vậy đối với các liều chiếu thấp thì khơng có hiệu ứng dang kể Tuy nhiên khi tăng liều chiếu thì đến một giá trị liều chiếu nào đó, một số đủ lớn các tế bào bị chết và ảnh hưởng đến sự hoạt động của cơ quan cơ thể Khi số các tế bào bị tác dụng càng lớn thì sự mất chức năng của cơ quan càng nghiêm
trọng Hiệu ứng loại này được gọi là hiệu ứng tất nhiên và có liều chiếu ngưỡng
Liễu chiếu ngưỡng là liều chiếu mà dưới nó khơng có hiệu ứng xảy rạ Trên liễu chiếu ngưỡng hiệu ứng càng nguy hiểm khi liều chiếu càng lớn
Hiệu ứng tất nhiên đối với mỗi người phụ thuộc vào các yếu tố sinh học,
như tuổi và sức khỏe, và các yếu tố hoá học như lượng oxigen trong mô Mỗi quần
thể người có một mức nhạy cảm bức xạ Liễu ngưỡng thấp đối với quần thể người nhạy cảm cao đối với bức xạ và liễu ngưỡng cao đối với quan thể người nhạy cảm
ít đối với bức xạ
Hiệu ứng tất nhiên có ý nghĩa quan trọng đối với chiếu xạ cấp, tức là chiếu
một liều xạ lớn trong khoảng thời gian ngắn Khi đó một lượng lớn bức xạ làm hư hong cdc cd quan co thể làm cho chúng ngừng hoạt động và gây tử vong Với liễu
Trang 28
cấp lớn, hiệu ứng tất nhiên làm người chết trong vòng vài ngày hay vài tuần, gọi
là hiệu ứng sớm
Bảng 1.12 trình bày các hiệu ứng sớm do chiếu xạ cấp Các mức liều nêu ra
trong bảng này là các giá trị gần đúng do độ nhạy cảm bức xạ thay đổi đối với
từng quần thể ngườị Đây là liều chiếu toàn thân
Bảng 1.12 Hiệu ứng sớm khi chiếu xạ cấp [19]
Liều chiếu (mSv) Hiệu ứng
50.000 + Hư hỏng nghiêm trọng hệ thần kinh trung ương — chết nhanh 8.000 — 50.000 Phá hủy đường ruột và các bạch cầu - chết trong vòng 2 tuần 4.000 50% số người chết trong vịng 30 ngày nếu khơng có chăm sóc y tế 2.000 — 8.000 Hư hồng bạch cầu và đường ruột Có thể chết do nhiễm trùng thứ cấp nhưng trong nhiễu trường hợp có thể tránh được bằng phương pháp điều trị đặc biệt
| 1,000 — 2.000 Các bệnh do bức xạ như nôn mửa, ỉa chảy — nhưng không chết
Bang 1.13 trinh bày các hiệu ứng tất nhiên đối với các cơ quan cơ thể đặc biệt do chiếu xạ cấp Liều chiếu trong bảng 1.13 là liều chiếu đối với cơ quan chịu
tác dụng
Bảng 1.13 Hiệu ứng tất nhiên đối với các cơ quan cơ thể đặc biệt do chiếu xạ cấp [ 19]
Liều chiếu Cơ quan cơ thể Hiệu ứng
(mSv)
3.500 Tinh hoan Vô sinh vĩnh viễn
150+ Tỉnh hồn Vơ sinh tạm thờị
3.000 Buồng trứng Vô sinh
2.500 + Dạ Bệnh ban sốt đỏ, có thể rụng lông vĩnh viễn
3.500 Mắt Bệnh đục thủy tỉnh thể muộn
500 Tủy xương đỏ Giảm sản sinh bạch cầụ
60 Thai nhị Liều chiếu tối thiểu có thể gây hiệu ứng (có thể dị dạng)
Một số hiệu ứng xảy ra muộn vài năm đến vài chục năm kể từ lúc chiếu xạ
Đó là các hiệu ứng muộn Chẳng hạn bệnh đục thủy tỉnh thể thuộc hiệu ứng muộn
vì nó xẩy ra sau một vài năm
Trang 29
b Các hiệu ứng ngẫu nhiên
Đôi khi, hiệu ứng của bức xạ không giết chết tế bào mà chỉ thay đổi nó bằng một cách nào đó Trong đa số trường hợp, sự thay đổi này của tế bào không
đáng kể và không quan sát ngay được Tuy nhiên vết thương có thể tác dụng lên
hệ điều khiển của tế bào và sau đó làm nó phân chia nhanh hơn bình thường Nếu tế bào bị tác dung bat dau phân chia theo cách này thì sẽ sinh ra một lượng rất lớn các tế bao con đị thường Các tế bào dị thường này tấn cơng vào các mơ bình
thường làm cho các mô đó trở thành dị thường và tạo nên ung thư Các ung thư không xuất hiện ngay sau khi chiếu xạ mà muộn một thời gian, trong thời gian này không quan sát được hiệu ứng Thời gian ủ bệnh từ một vài năm đối với bệnh bạch cầu đến vài ba chục năm đối với các u ung thư Ủng thư thuộc loại hiệu ứng
muộn
Độ lớn liều chiếu không làm thay đổi tính nghiêm trọng của ung thư, mà ảnh hưởng đến khả năng xuất hiện ung thư Nói khác đi nguy cơ ung thư tăng theo
liều chiếụ Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng ngẫu nhiên vì nó xảy ra một cách ngẫu nhiên hay theo xác suất
Về phương điện an toàn bức xạ người ta giả thuyết rằng xác suất xẩy ra hiệu ứng ngẫu nhiên tăng tuyến tính theo liều chiếu và không có ngưỡng liềụ Nếu khơng có ngưỡng liều chiếu thì ung thư có thể xảy ra ngay cả khi liều rất thấp Vì vậy nguy cơ của hiệu ứng ngẫu nhiên là lý do đầu tiên phải xác định các
liều giới hạn cho nhân dân và nhân viên bức xạ
1.1.5 Các giới hạn liều chiếu xạ
Theo khuyến cáo của ICRP thì mục đích của bảo vệ bức xạ là ngăn ngừa các
hiệu ứng tất nhiên có hại và hạn chế xác suất các hiệu ứng ngẫu nhiên đến các mức cho phép Hệ thống giới hạn liều gồm 3 yêu cầu sau:
— Khong thừa nhận công việc nào nếu nó khơng mang lại lợi nhuận thuần dương tính
~ Liêu chiếu xạ phải giữ càng thấp càng tốt một cách hợp lý, các nhân tố
kinh tế và xã hội cần phải được tính đến (ALARA: As Low As Reasonably
Achievable)
— Liểu tương đương đối với mỗi cá nhân không được vượt quá các giới hạn do ủy ban khuyến cáọ
Trang 30
Bảng 1.14 Các giới hạn liều tương đương theo khuyến cáo của ICRP [18]
Liều tương Nhân viên bức xạ Nhân dân
đương hiệu dụng
Toàn thân 20 mSv/năm 1 mSv/năm
was Thủy tỉnh thể: 150 Sv/năm Da và thủy tỉnh thể: 50
Tế bào
Da: 500 mSv/năm mSv/ Nam
Các tế bào khác: 500 mSv/năm |
Ghỉ chú:
“Liêu tương đương hiệu dụng” là đại lượng để do các hiệu ứng ngẫu nhiên,
dựa trên trên nguyên tắc là các rủi ro phải được xem như bằng nhau giữa sự chiếu toàn thân đẳng hướng và không đẳng hướng theo công thức:
H=>VW.H, (1.7)
T
Trong đó:
Wr: là trọng số của mô T
Hr: là liều tương đương của mô T
Trọng số là tỉ số của các rải ro do các hiệu ứng ngẫu nhiên trên các mô (T)
so với tổng số các rủi rọ Các trọng số nêu trong bảng 3.9 được dùng theo các thừa
số rủi ro đối với ung thư gây chết người và các hiệu ứng đi truyền
Về các giới hạn đối với các mô đơn lẻ hay các cơ quan (thủy tỉnh thể của mắt:
150 mSv/năm, các mô và cơ quan khác: 500 mSv/năm), các giới hạn liều tương đương được chọn không vượi quá các liều ngưỡng trong suốt thời gian làm việc trên
quan điểm ngăn ngừa các hiệu ứng tất nhiên
Bảng 1.15 Các thừa số rủi ro và các trọng số [19]
L Cơ quan, mô Thừa số rủi ro Sv” | Trọng số Các hiệu ứng
Tinh hoàn hay 4x 10° 0.25 Céc hiéu tng di truyén buồng trứng xuất hiện trong 2 thế hệ đâu (các con và cháu) |
Tủy xương đỏ 2x10” 0.12 |Bệnh bạch cầu gây chết
ngườị
Xương 5x10 0.03 Bệnh ung thư xương gây
chết ngườị
Phổi 2x 10° 0.12 | Bệnh ung thư phổi gây chết ngườị
Ì Tuyến giáp 5x10 0.03 | Bệnh ung thư tuyến giáp
gây chết ngườị
Vú 2.5x 10° 0.15 | Bệnh ung thư vú gây chết
ngườị
Các mô khác 5x10? 0.30 | Các khối uác tính
Tổng cộng 1.00
Trang 31
1.2 Téng quan vé chi (Pb) [15]
Trong sản xuất, chì được dùng dưới hai dạng là chì vơ cơ và chì hữu cơ Chì
vơ cơ và hợp chất của chì, được sử dụng nhiều và phổ biến hơn chì hữu cơ Về mặt
độc học, có sự khác nhau hoàn toàn giữa tác hại của chì vơ cơ và chì hữu cơ
1.2.1 Tính chất của chì, hợp chất chì và chì hữu cơ
ạ Chì
Là một kim loại mềm, dễ uốn, màu xám, vết cắt mới có màu sáng, sau đó xám dần tạo thành lớp PbO¿; Trọng lượng nguyên tử 207,19; tỷ trọng của chì là:
11,37, chảy ở 325°C, bốc hơi ở 550°C
Chì đun nóng đồ bốc hơi và bị oxy hoá từng phần tùy theo cách đun nóng:
— _ Nếu đun nóng dần, chì bị oxi hoá thành PbỌ
— _ Nếu đun nóng nhanh, PbO hồ tan vào chì đang nóng chảy, để nguội tạo
thành những lớp vảy nhỏ gọi là lithargẹ
Về mặt hoá học, chì khó bị tác dụng bởi HCI và H;SO¿ loãng Nhưng H;SO¿
đặc đun nóng tác dụng với chì cho PbSO¿ và toả khí SOạ
Chi tan trong HNO; tao thanh chi nitrat va khi NO)
b Các hợp chất vô cơ của chì
— PbO: ít hịa tan trong nước, dùng để chế tạo chì axêtat và chì cacbonat,
chế tạo ắc quy (làm tấm cắt, thẻ plaque)
—_ Pb(OH);: chì hydrat được tạo thành từ kiểm và muối chì hồ tan, là bột trắng, mất nước ở 130C, ít tan trong nước
— _ Pb;Ox: đun chì từ 300 - 400 °C sẽ được minium (PbO (massicot) bi oxy hoá) Minium là bột đỏ, hầu như không tan trong nước Có thể bị phân hủy khi đun nóng tạo thành PbO¿, PbO và oxị Dùng làm chất màu pha sơn, giấy bọc trong
công nghệ thủy tinh pha lê, men sứ, chì cacbonat pha lẫn với dầu lanh làm chất gin (Mastic) chỗ nối ở nồi hơi
— PbO;: chì bioxit có màu nâu, là chất oxy hoá mạnh
— PbS (chì sunfua): trong thiên nhiên là galen, dùng để chế tạo kim loại,
son, verni
PbCl; (chì clorua): là bột trắng, ít tan trong nước lạnh, nóng chảy ở
500°C sẽ mất bớt Cl, nếu thêm oxi sẽ thành oxiclorua màu vàng, làm bột màụ
— PbSO¿: là bột trắng, dùng để pha sơn
— PbCO:: là bột trắng, tan trong nước, dùng để pha sơn
— PbCrO¿: là bột màu vàng, dùng làm sơn c Chì hữu cơ (chì tetraetyl — Pb(C2Hs)4
Trang 32Chi tetraetyl 14 m6t hợp chất cơ kim, không màu, lỏng sánh như dầu, không
tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ, dễ bay hơị Chì tetraety]l có tỷ trọng
1,65; điểm sôi 198 ~ 200°C dưới 1 atm (kèm theo sự phân hủy)
Chì tetractyl trong khơng khí ở nồng độ thấp có mùi hoa quả, nổng độ cao gây khó chịụ Nó là một chất dễ cháy nổ, chì tetraetyl có thể nổ ở trén 180°C
6 nhiệt độ thường và tránh ánh sáng, chì tetraety] là một hợp chất bển vững,
nhưng nó tự phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng hoặc nhiệt cho ra sẩn phẩm như
Êtan, mêtan, butan, êtylen, propylen, axêtylen, hyđro, chì (ở dạng hạt nhỏ mịn)
Sự phân hủy này bắt đầu từ khoảng 100°C trở đị
Phần lớn các axit vô cơ tác dụng với chì tetraetyl, đơi khi gây nổ, nhất là với HNO: đặc và nóng
Chì tetraetyl phản ứng mạnh với các halogen, clorat, bicrômat, nitrat, pemangant, peroxit, nó khơng tác dụng với các kim loại thông thường
Chì tetraetyl là một chất chống kích nổ cho xăng ô tô, chỉ cần một lượng nhỏ
chì vào nhiên liệu cũng có khả năng làm tăng chỉ số octan, tức làm tăng khả năng chống nổ của nhiên liệụ Người ta đã thử nghiệm với 33.000 chất thì chì tetraetyl
là chất chống kích nổ tốt nhất
Chỉ số octan càng cao, khả năng chống nổ càng tốt, tức là nhiên liệu càng tốt, vì kích nổ làm giảm tuổi thọ động cơ (xăng không cháy mà nổ sẽ làm tăng
lượng tiêu thụ xăng, giẩm công suất và động cơ bị quá nóng) Chất isooctan là
nhiên liệu khơng bị kích nổ, được quy ước có chỉ số octan bằng 100; chất n-heptan là nhiên liệu rất dễ kích nổ, được quy ước có chỉ số kích nổ bằng 0
Chỉ số octan của một loại xăng bằng tỷ lệ % của isooctan trong hỗn hợp của nó với n-heptan mà trong điều kiện thử tiêu chuẩn hỗn hợp này có khả năng
chống nổ tương đương với loại xăng ấỵ Ví dụ, xăng có chỉ số octan 85 nghĩa là xăng có khả năng chống kích nổ tương đương với hỗn hợp gồm 85% isooctan và
15% n-heptan
1.2.2 Sử dụng chì trong sản xuất
Theo thống kê trên thế giới có tới 360 nghề sử dụng chì và hợp chất chì vơ cơ Trong mục này chỉ nêu một số ứng dụng phổ biến ở Việt Nam
ạ Chế tạo ắc quy chì (bình điện)
Chì chiếm hơn 70% trọng lượng ắc quỵ Đầu tiên, chì kim loại được nấu chảy để đúc các bộ khung của tấm ngăn trong ắc quỵ Các tấm ngăn được trét kín các lỗ khung bằng bột oxit chì ở dạng nhão, đó là minium (PbạO¿) hoặc litharge (PbO)
Trang 33
Nơi làm việc thường có hơi chì, bụi chì và hợp chất của chị Day là nguồn tiếp xúc
gây nhiễm độc chì nhiều nhất ở Việt Nam b Đúc chữ in và sắp chữ in
Đúc chữ in từ hợp kim chì ~ antimon, trong đó chì chiếm khoảng 30% để đáp
ứng yêu cầu về độ cứng, bển của chữ đúc Chì và hợp kim của nó được nấu chảy
và đổ vào khuôn Ở nhiệt độ thấp hơn độ sơi của nó, hơi chì ít toả ra nhưng bề mặt của chì nóng chảy bị oxi hoá nhanh chóng khi tiếp xúc với khơng khí và tạo ra
những hạt oxit chì rất nhỏ, mịn, dễ xâm nhập vào cơ thể khi thao tác Ngay ở các máy đúc chữ hiện đại, công nhân vẫn phải thường xuyên tiếp xúc với chì
c Sử dụng chì và các hợp kim của chì (với thiếc, antimon, đồng)
Chì và các hợp kim của chì được dùng để thi công hoặc chế tạo các dụng cụ khác nhau:
Hàn các ống chì trong cơng nghiệp hố chất (chủ yếu trong công nghệ
sản xuất HạSO/),
~ Hàn ống chì dân dụng (hiện nay ít dùng hoặc không dùng nữa)
—_ Chế tạo các loại dụng cụ như màn hoặc tấm chắn bức xạ, bọc dây điện
— _ Sơn: minium, crômat, sunfat, cacbonat chì — _ Luyện kim: đúc, mạ
— _ Sứ, thủy tỉnh (men chì) — Cao su, chất đẻọ
1.2.3 Đường xâm nhập của chì vào cơ thể
Qua đường hô hấp: đường hô hấp là đường xâm nhập quan trọng nhất của các hơi, khói, bụi chì Trước hết chì được hít vào qua mũi, sau đó được chuyển lại
mũi — hầu do cơ chế thanh lọc của phổị
Qua đường miệng: chì vào trực tiếp đường miệng do tay có dính chì cầm thức ăn, thuốc lá, hoặc các vật khác đưa vào miệng
Qua đường da: khác với chì tetratyl, chì vơ cơ hấp thụ qua da rất ít Trong một số mỡ và dầu công nghiệp có chứa chì naphtenat có thể bi hap thy qua dạ
Việc tôn trọng quy tắc vệ sinh trong sản xuất có thể dự phịng nhiễm độc chì qua đường tiêu hoá, tuy nhiên dự phịng nhiễm độc chì qua đường hơ hấp rất khó
khăn ;
Lượng chì hấp thụ vào cơ thể chiếm 50% lượng hợp chất chì đọng trong phổị Trong khi đó với lượng hợp chất chì tương đương nuốt vào hầu như được thải theo phân, chỉ 10% được hấp thụ qua đường tiêu hoá
Trang 34
Riêng chì tetraetyl xâm nhập vào cơ thể bằng đường hô hấp, nhất là qua da, xâm nhập qua đường tiêu hoá hiếm xây rạ
1.2.4 Độc tính và tác hại của chì ạ Độc tính của chì
Chì và các hợp chất của chì đều độc, các hợp chất chì càng dễ hòa tan càng độc Ngay cả muối không tan của chì như cacbonat, sunfat khi vào đường tiêu hoá
cũng bị HCI ở dạ dày hòa tan một phần và gây độc
Độc tính của chì kim loại với người lớn là:
- 1000 mg hấp thụ vào cơ thể một lần sẽ gây tử vong
—_ l0 mg một lần trong mỗi một ngày sẽ gây nhiễm độc nặng trong vài
tuần
—_ lmg hàng ngày, sau nhiều ngày có thể gây nhiễm độc mãn tính
Nguồn chì trong mơi trường sống từ nước uống, thức ăn, khói bụi vào cơ thể
hàng ngày có thể từ 0.1 tới 0.5 mg
Các muối chì có liều độc với người lớn là:
— Chi axetat: 1g
— _ Chì cacbonat: 2-4g
— Chi tetraetyl: nhỏ giọt 1/10ml] trên da chuột cống sẽ gây chết trong vòng
18 ~ 24 giờ
Chì tetraetyl: trong thực nghiệm trên động vật, khi nhỏ 1/10 m] chì tetraetyl
trên da chuột cống, chuột sẽ chết trong vòng 18 - 24 giờ Thỏ chết sau 1§ giờ khi ở trong khơng khí có nổng độ chì tetraetyl 0.182 mg/Ị Trong cơ thể sống, chì
tetraetyl khơng phải là tác nhân tác động trực tiếp Trong cơ thể, nó tập trung chủ
yếu ở gan, rồi chuyển thành chì tetraetyl, chất này được phân bố trong các cơ quan
khác nhau, nhất là nãọ G não, nó gây tác động độc sinh ra bệnh nãọ
b Tác hại của chì
Do độc tính của chì cao nên nó có thể gây tác hại cho toàn cơ thể, có thể tóm tắt như sau:
~ Tác hại đến hệ thống tạo huyết của cơ thể: gây rối loạn tổng hợp HEM (hồng cầu máu) Ảnh hưởng đến hình thái tế bào, làm gidm tuổi thọ hồng cầu và gây thiếu máụ
— _ Tác hại đến hệ thống than kinh: gây bệnh não do chì (nhứt đầu, mồi cơ, hoang tưởng, mất trí nhớ, mê sắng, co giật, hôn mê), và nếu khỏi cũng để lại di chứng teo vỏ não, tràn dich nao, ngu dan, mat cam gidc
Trang 35
Tác hại đến thận: gây tổn thương ống thận dẫn đến bệnh thận mãn tính, không phục hồị
Tác hại đến tiêu hoá: gây ra các cơn đau bụng chì do táo bón, tăng
copropophirin niệu, thiếu máụ
— _ Tác hại đến tim mạch: tăng huyết áp (không rõ do tác hại trực tiếp đến mạch máu hay do hậu quả ảnh hưởng đến thận)
— Các ảnh hưởng khác: sinh sản, nội tiết, nhiễm sắc thể 1.2.5 Giới hạn cho phép của nơng độ chì trong khơng khí [17]
TCVN 5937: 2005 quy định giới hạn tối đa cho phép của hàm lượng chì trong
khơng khí là 0.5 g/m? (trung bình năm) và 1.5 g/m? (24 giờ)