Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

MỤC LỤC MỤC LỤC 4 DANH MỤC VIẾT TẮT 7 DANH MỤC HÌNH 8 MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục tiêu đề tài 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên 3 1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trƣờng gây ra cho dân chúng 6 1.2.1. Chiếu xạ ngoài 6 1.2.2. Chiếu xạ trong 7 1.2.3. Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong) 11 1.3. Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con ngƣời. 13 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 15 1.5. Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ 18 1.5.1. Hoạt độ phóng xạ 18 1.5.2. Liều hấp thụ 19 1.5.3. Liều tƣơng đƣơng sinh học và liều hiệu dụng 19 1.5.4. Liều giới hạn cho phép 21 1.6. Các phƣơng pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên 21 1.7. Nhiệt huỳnh quang và đặc trƣng của liều kế nhiệt huỳnh quang 23 1.7.1. Nhiệt huỳnh quang 23 1.7.2. Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ ion hóa 23 1.7.3. Một số đặc trƣng của vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (ký hiệu thƣơng phẩm là TLD-100) 25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 26 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu. 26 2.2.2 Chuẩn bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi trƣờng. 26 2.2.3 Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế 27 2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu. 28 2.2.5 Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD -100. 30 2.2.5.1 Thiết bị đọc HARSHAW- 4000: 30 2.2.6 Đánh giá liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo tại hiện trƣờng [20] 33 2.2.7 Đánh giá liều môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất 33 2.2.8 Xử lý số liệu 35 2.2.9 Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích 35 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Xác định hệ số chuẩn cho từng chíp TLD đo gamma môi trƣờng 36 3.2. Xác định ngƣỡng nhạy của chip TLD 100 36 3.3. Xác định suất liều gamma trong môi trƣờng bằng phƣơng pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD 100) 37 3.4. Xác định suất liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất 41 3.5. Xác định suất liều gamma môi trƣờng bằng phƣơng pháp đo gamma hiện trƣờng 43 3.6. So sánh phƣơng pháp đo liều gamma môi trƣờng bằng TLD với các phƣơng pháp khác 45 3.7. Đánh giá liều chiếu đối với dân chúng tại khu vực nghiên cứu 48 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 50 KẾT LUẬN 50 KHUYẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC VIẾT TẮT IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử quốc tế ICRP International Commission on Radiological Protection Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế TLD Thermoluminescence Dosimeter Liều kế nhiệt huỳnh quang VINATOM Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt Nam UNSCEAR United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hƣởng của bức xạ nguyên tử DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012] 17 Hình 2. 1 Mẫu liều kế sử dụng đo gamma môi trƣờng trong nhà và ngoài trời 27 Hình 2. 2 : Chiếu chuẩn liều kế 28 Hình 2. 3 Giá chuẩn đặt liều kế thí nghiệm 29 Hình 2. 4.Mô hình máy đọc Harshaw TLD – 4000 30 Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy đọc 31 Hình 3. 1. Suất liều gamma môi trƣờng đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 40 Hình 3. 2 Biểu đồ kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng bằng survey meter. 44 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium 3 Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [3] 5 Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nƣớc, tính ra Bq/kg [3] 8 Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3]. 8 Bảng 1. 5 Lƣợng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của ngƣời lớn [3]. 9 Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho ngƣời lớn [3]. 9 Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [3]. 12 Bảng 1. 8 Kết quả điều tra suất liều hiệu dụng của phông bức xạ tự nhiên trung bình hàng năm lên cộng đồng ở một số nƣớc Bắc Âu 16 Bảng 1. 9. Trọng số của các loại bức xạ ω R 20 Bảng 1. 10 Hệ số mô 20 Bảng 1. 11 Các đặc trƣng của một số vật liệu nhiệt huỳnh quang 24 Bảng 3. 1 Phông của các chip TLD-100 37 Bảng 3. 2.Giá trị suất liều môi trƣờng đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 39 Bảng 3. 3. Giá trị hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ trong mẫu đất thí nghiệm 42 Bảng 3. 4. Suất liều gamma môi trƣờng tính đƣợc theo phƣơng pháp đo hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất. 43 Bảng 3. 5. Kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng bằng survey meter. 44 Bảng 3. 6. Tóm tắt các kỹ thuật đo suất liều gamma môi trƣờng và kết quả đo 46 Bảng 3. 7. Kết quả đo suất liều gamma môi trƣờng sau khi đã đƣợc điều chỉnh 47 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại chính sau: 1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân phóng xạ nguyên thủy. 2. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do tƣơng tác của các tia vũ trụ với vật chất của trái đất. 3. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do con ngƣời tạo ra. Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành do hai nguồn gốc đầu đƣợc gọi là các nhân phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con ngƣời tạo ra đƣợc gọi là các nhân phóng xạ nhân tạo. So với lƣợng phóng xạ tự nhiên thì lƣợng phóng xạ do con ngƣời tạo ra là rất nhỏ và một phần lƣợng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong môi trƣờng của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trƣờng sống nhƣ đất, nƣớc và không khí [2]. Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con ngƣời một liều chiếu bức xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con ngƣời và gây ra liều chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con ngƣời qua đƣờng hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xƣớc trên da. Mức liều chiếu do các nhân phóng xạ tự nhiên gây ra cho con ngƣời có thể đƣợc xác định bằng các thiết bị đo liều bức xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trƣờng nhiệt phát quang. Trong đó, liều kế nhiệt phát quang có thể xác định đƣợc liều chiếu trong thời gian dài, nên loại bỏ 2 đƣợc những ảnh hƣởng của các yếu tố môi trƣờng đến kết quả đo liều chiếu đối với dân chúng [6]. Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ luôn ảnh hƣởng dù ít hay nhiều đến tình trạng sức khỏe của con ngƣời và môi trƣờng xung quanh bởi sự tác động của bức xạ lên vật chất sống. Con ngƣời từ lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với phóng xạ và chịu ảnh hƣởng của mọi loại phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm soát bức xạ và những tác động có hại của phóng xạ đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ các ảnh hƣởng của chúng lên môi trƣờng sống là rất quan trọng và nhận đƣợc nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài “Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng” đƣợc thực hiện nhằm mục đích xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng phục vụ cho việc xác định liều chiếu của dân chúng tại các trạm quan trắc phóng xạ môi trƣờng. 2. Mục tiêu đề tài -Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100. -Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu. 3. Nội dung nghiên cứu  Xây dựng phƣơng pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang.  So sánh phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma môi trƣờng sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng khác.  Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trƣờng đối với dân chúng tại địa điểm thực nghiệm. 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lƣợng lớn các chất phóng xạ có mặt trên Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232 Th, chuỗi 238 U và chuỗi 235 U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lƣợc nhƣ trong Bảng 1.1. Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium Chuỗi Th-232 Chuỗi U-238 Chuỗi U-235 Hạt nhân Thời gian bán rã Hạt nhân Thời gian bán rã Hạt nhân Thời gian bán rã Th-232 ↓ 1α Ra-228 ↓ 1α,2β Ra-224 14 x 10 9 năm 6,7 năm 3,6 ngày U-238 ↓ 1α,2β U-234 ↓ 1α Th-230 ↓ 1α Ra-226 4,47x10 9 nă m 245x10 3 năm 75x10 3 năm U-235 ↓ 1α,1β Pa-231 ↓ 2α,1β Ra-223 0,704x10 9 năm 32,8x10 3 năm 11,4 ngày 4 ↓ 1α Rn-220 ↓ 1α Po-216 ↓ 2α,2β Pb-208 55 giây 0,16 giây Bền ↓ 1α Rn-222 ↓ 3α,2β Pb-210 ↓ 2β Po-210 ↓ 1α Pb-206 1600 năm 3,82 ngày 22 năm 138 ngày Bền ↓ 1α Rn-219 ↓ 1α Po-215 ↓ 2α,2β Pb-207 4 giây 1,8x10 -3 giây Bền Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong nƣớc và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể đƣợc chia thành 3 loại:  Loại đƣợc hình thành cùng với tuổi của Trái đất ;  Loại đƣợc tạo thành do tƣơng tác của tia vũ trụ với vật chất;  Loại đƣợc tạo thành do hoạt động của con ngƣời. Các hạt nhân phóng xạ đƣợc tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất, nƣớc và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng lƣợng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự nhiên với hàm lƣợng trung bình nhƣ sau: 370 Bq 40 K (100 – 700 Bq) 25 Bq 226 Ra (10 – 50 Bq) 25 Bq 238 U (10 – 50 Bq) [...]... pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều bức xạ tự nhiên trong môi trƣờng cần đƣợc quan tâm nghiên cứu để có thể triển khai ứng dụng vào thực tiễn Đặc biệt với nền tảng sẵn có trong lĩnh vực đo liều cá nhân và khi Việt Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân thì vấn đề an toàn bức xạ đƣợc ƣu tiên quan 17 tâm Do đó, tiềm năng ứng dụng và hiệu quả của phƣơng pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang trong. .. của môi trƣờng 21 Phƣơng pháp đo thụ động bằng cách sử dụng các liều kế nhiệt huỳnh quang, liều kế phim để đo tại thực địa Phƣơng pháp này cho phép đánh giá suất liều bức xạ trong một khoảng thời gian tƣơng đối dài (1- 6 tháng) Hiện nay kỹ thuật nhiệt huỳnh quang đƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều môi trƣờng và đo liều cá nhân cho nhân viên bức xạ bởi một số ƣu điểm sau :  Vật liệu nhiệt huỳnh. .. trong đo liều bức xạ môi trƣờng là rất lớn 1.5 Bức xạ hạt nhân và các đơn vị đo liều bức xạ Trong quá trình phân rã các nguyên tố phóng xạ sẽ phát ra các tia bức xạ, bao gồm: bức xạ anpha, bức xạ bêta, bức xạ gamma, bức xạ nơtron và các mảnh phân hạch Khi tác dụng với môi trƣờng vật chất, các bức xạ này có những khả năng gây ra sự ion hóa khác nhau Và để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các loại tia bức xạ. .. liều kế đƣợc để trong thời gian 1 tuần nhằm loại bỏ tạp nhiễu (gây ra do quá trình chiếu xạ) và các tín hiệu nhiệt huỳnh quang không bền vững Sau đó tiến hành đo lƣợng bức xạ nhiệt huỳnh quang từng mẫu trên hệ đo HARSHAW -4000 để xác định hệ số chuẩn cho từng chip 2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu Để thử nghiệm đo liều bức xạ gamma trong môi trƣờng, chúng tôi đã sử. .. đặt liều kế thí nghiệm 29 2.2.5 Xây dựng phƣơng pháp đo liều bức xạ môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD -100 2.2.5.1Thiết bị đọc HARSHAW- 4000: Trong thí nghiệm này, để đọc tín hiệu nhiệt huỳnh quang chúng tôi sử dụng thiết bị đo tín hiệu huỳnh quang HARSHW-4000 của Phòng đo liều bức xạ ion hóa thuộc Trung tâm An toàn bức xạ, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Những tín hiệu nhiệt huỳnh quang. .. các bức xạ đi sâu vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lƣợng trên đƣờng đi [2] 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Trên thế giới: Hiện nay, liều kế nhiệt huỳnh quang Thermoluminescence Dosimeter – TLD đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng để đo liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, công nghiệp, nghiên cứu hạt nhân, đo liều. .. hạt nhân, đo liều môi trƣờng Một số nƣớc nhƣ Braxin, Ấn Độ , Banglades… cũng có các nghiên cứu về việc sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều phóng xạ môi trƣờng [8], [10], [15] Tùy vào các phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau mà các vật liệu nhiệt huỳnh quang đƣợc sử dụng để nghiên cứu cũng khác nhau nhƣ LiF:Mg:Ti (ký hiệu thƣơng phẩm là TLD-100), CaF2:Dy, CaSO4 : Dy Các nghiên cứu ở Braxin, Banglades,... Mẫu liều kế sử dụng đo gamma môi trƣờng trong nhà và ngoài trời Các chíp đƣợc đặt trong một hộp nhựa trong suốt với kích thƣớc 3x5 mm và đƣợc bao bọc bằng một lớp màng PE trƣớc khi đem đặt ngoài môi trƣờng 2.2.3 Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế Mặc dù mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang chƣa đƣợc sử dụng để đo liều nhƣng trong quá trình bảo quản chúng vẫn thƣờng xuyên bị tác động của các tia phóng xạ từ môi. .. bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012] Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát bức xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi liều bức xạ tự nhiên Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên gây ra, một số phƣơng pháp đã đƣợc áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt Nam nhƣ : dùng máy đo suất liều bức xạ gamma trong. .. tƣợng nhiệt huỳnh quang Hiện tƣợng phát quang xảy ra là do chúng ta đã cung cấp năng lƣợng cho các electron dƣới dạng nhiệt làm cho các điện tử này thoát khỏi hố bẫy và chuyển dịch về mức cơ bản cùng với đó là phát ra những phôtôn ánh sáng trong miền khả kiến 1.7.2 Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ ion hóa Nói chung, trong các loại vật liệu nhiệt huỳnh quang đang đƣợc sử dụng . bức xạ trong tự nhiên 21 1.7. Nhiệt huỳnh quang và đặc trƣng của liều kế nhiệt huỳnh quang 23 1.7.1. Nhiệt huỳnh quang 23 1.7.2. Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng trong đo liều bức xạ. nghiên cứu. 3. Nội dung nghiên cứu  Xây dựng phƣơng pháp xác định liều bức xạ gamma trong môi trƣờng bằng liều kế nhiệt huỳnh quang.  So sánh phƣơng pháp đo liều bức xạ gamma môi trƣờng sử dụng. bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi trƣờng. 26 2.2.3 Xử lý nhiệt độ và chuẩn liều kế 27 2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 tại các địa điểm nghiên cứu. 28