phóng xạ xung quanh chúng ta

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ PHÓNG XẠ XUNG QUANH CHÚNG TA Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths.GVC. Hoàng Xuân Dinh Võ Thị Tố Uyên Mã số SV: 1100272 Lớp: Sƣ phạm Vật Lý Khóa: 36 Cần Thơ, năm 2013 LỜI CẢM ƠN Những năm tháng trên giảng đường Đại học Cần Thơ là những năm tháng vô cùng quý báu và quan trọng đối với tôi. Các Thầy Cô đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý giá làm nền tảng để tôi bước trên con đường giảng dạy sau này. Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và được sự giúp đỡ của các Thầy Cô, gia đình và bạn bè tôi đã hoàn thành luận văn của mình. ới l ng k nh trọng và biết ơn s u s c, tôi in được bày t lời cảm ơn ch n thành nhất đến quý Thầy Cô và tập thể lớp Sư phạm ật Lý khóa 36 đã luôn bên cạnh để ủng hộ và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn này. Đặc biệt tôi in cảm ơn thầy Hoàng Xu n Dinh đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình thực hiện luận văn, con in cảm ơn cha m và mọi người trong gia đình đã tạo điều kiện vật chất cũng như tinh thần trong suốt những năm học qua. Dù bản than đã có nhiều cố g ng nhưng ch c ch n bài không tránh kh i những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin k nh chúc quý Thầy cô và toàn thể các bạn lớp Sư phạm ật Lý khóa 36 lời chúc sức kh e và luôn thành công trên con đường giảng dạy, học tập của mình. MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1 1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................... 1 2. Mục đích của đề tài ..................................................................................................... 1 3. Giới hạn của đề tài ...................................................................................................... 1 4. Phương pháp và phương tiện thực hiện ...................................................................... 1 5. Các bước thực hiện ..................................................................................................... 2 Phần NỘI DUNG .......................................................................................................... 3 Chương 1: NGUỒN PHÓNG XẠ .................................................................................. 3 1.1. Nguồn phóng xạ tự nhiên ......................................................................................... 3 1.1.1. Các tia vũ trụ ......................................................................................................... 3 1.1.1.1. Các tia vũ trụ sơ cấp........................................................................................... 3 1.1.1.2. Tia vũ trụ thứ cấp ............................................................................................... 5 1.1.2. Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất ................................................................... 7 1.1.2.1. Các họ phóng xạ................................................................................................. 7 1.1.2.2. Các hạt nhân phóng xạ với số nguyên tử thấp ................................................. 12 1.2. Nguồn phóng xạ nhân tạo ...................................................................................... 13 1.2.1. Các nguồn phóng xạ alpha, beta và gamma........................................................ 13 1.2.2. Các nguồn phóng xạ phát neutron ...................................................................... 14 1.2.2.1. Nguồn neutron theo phản ứng (α, n) ................................................................ 14 1.2.2.2. Nguồn neutron theo phản ứng (γ, n) ................................................................ 15 Chương 2: PHÓNG XẠ XUNG QUANH CHÚNG TA .............................................. 17 2.1. Độ phóng xạ trung bình trong nước ....................................................................... 17 2.1.1. Độ phóng xạ trong nước sông ............................................................................. 17 2.1.2. Độ phóng xạ trong nước mưa ............................................................................. 18 2.1.2.1. Độ phóng xạ trong nước mưa ở Hungari ......................................................... 18 2.1.2.2. Độ phóng xạ trong nước mưa ở Mỹ................................................................. 19 2.1.2.3. Độ phóng xạ trong nước mưa ở Việt Nam ...................................................... 20 2.1.3. Độ phóng xạ trong nước sinh hoạt ...................................................................... 20 2.1.4. Độ phóng xạ trong nước từ đất (nước ngầm) ..................................................... 21 2.1.5. Độ phóng xạ trong nước biển ở Việt Nam.......................................................... 22 2.2. Độ phóng xạ trung bình trong không khí .............................................................. 23 2.2.1. Sự phát tán phóng xạ trong không khí ............................................................... 23 2.2.2. Các bức xạ có nguồn gốc từ đất ......................................................................... 24 2.2.2.1. Hoạt độ phóng xạ ............................................................................................ 24 2.2.2.2. Liều nhận được trong không khí ..................................................................... 25 2.2.2.3. Năng lượng alpha thế ...................................................................................... 25 2.2.3. Các bức xạ có nguồn gốc nhân tạo .................................................................... 25 2.2.3.1. Sự nhiễm bẩn tổng quát từ các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân ................ 26 2.2.3.2. Các nhà máy sản xuất nhiên liệu hạt nhân ...................................................... 26 2.2.3.3. Sự giải phóng chất phóng xạ từ các lò phản ứng vào không khí .................... 26 2.2.4. Phóng xạ trong không khí tại một số nước Châu Á ............................................ 26 2.3. Độ phóng xạ trong đất .......................................................................................... 27 2.3.1. Độ phóng xạ trong đất phù sa ............................................................................. 28 2.3.2. Ảnh hưởng của chất phóng xạ lên môi trường đất ............................................ 30 2.3.3. Phát hiện phóng xạ trong đất tại Nhật Bản ........................................................ 30 2.4. Độ phóng xạ trung bình trong các mẫu dinh dưỡng và cây .................................. 31 2.4.1. Phát hiện phóng xạ trong lá cây ở Việt Nam ..................................................... 33 2.4.2. Phóng xạ trong nước uống và sữa siêu sạch ở Mỹ ............................................ 33 2.4.3. Phóng xạ trong sữa Meiji ở Nhật Bản ............................................................... 33 2.5. Độ phóng xạ trong thủy sinh vật ............................................................................ 34 2.5.1. Độ phóng xạ trong cá ở sông Đanuýp của Hungari ........................................... 34 2.5.2. Độ phóng xạ trong hải sản ở Nhật bản .............................................................. 35 2.5.3. Độ phóng xạ trong rong, rêu và tảo .................................................................... 36 2.6. Độ phóng xạ trong vật liệu xây dựng ................................................................... 37 2.6.1. Liều hiệu dụng trong nhà và tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với vật liệu xây dựng ....................................................................................................................................... 39 2.6.1.1. Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn .................................................................. 39 2.6.1.2. Tiêu chuẩn theo liều hiệu dụng chiếu ngoài ................................................... 39 2.6.1.3. Tiêu chuẩn theo chỉ số hoạt độ chiếu ngoài và chiếu trong ............................ 40 2.6.1.4. Tiêu chuẩn đối với vật liệu khối và vật liệu lát bề mặt ................................... 41 2.7. Độ phóng xạ trong cơ thể người ........................................................................... 42 2.7.1. Độ phóng xạ trung bình trong cơ thể người ....................................................... 42 2.7.2. Phơi nhiễm phóng xạ và mức độ ảnh hưởng đến cơ thể con người .................. 44 2.7.3. Con người có thể nhiễm phóng xạ khi bay ........................................................ 46 2.8. Độ phóng xạ trong thuốc lá ................................................................................... 46 Phần KẾT LUẬN ............................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 51 Phần MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Loài người không bao giờ quên khi hai quả bom nguyên tử lần đầu tiên ném xuống hai thành phố Nagasaki và Hiroshima (Nhật Bản) vào tháng 8 năm 1945. Hậu quả của việc nổ bom nguyên tử này đã sản sinh ra những tia phóng xạ gây nguy hiểm cho con người và những sinh vật khác trong một thời gian dài. Trong môi trường sinh sống của chúng ta, đâu đâu cũng có chất phóng xạ. Trên thực tế, sinh hoạt của loài người chưa bao giờ xa rời chất phóng xạ, chủ yếu là chất phóng xạ tự nhiên gồm có: phóng xạ từ vũ trụ, mặt đất và kiến trúc cũng như chất phóng xạ ngay trong cơ thể con người. Phóng xạ nhân tạo gồm: phóng xạ trong chuẩn đoán và điều trị bằng tia xạ như chiếu X quang, chụp cộng hưởng từ, dược phẩm phóng xạ, phế thải phóng xạ, hạt bụi vũ khí hạt nhân sau khi bị nổ, tia xạ của lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc… Trên thực tế, rất nhiều hoạt động của con người không thể tách rời với chất phóng xạ, ví dụ như lượng tia xạ trong không khí, thực phẩm và nước uống cần thiết cho sự sống. Với những lý do trên chúng ta cần quan tâm hơn về phóng xạ đặc biệt là phóng xạ ngay xung quanh chúng ta. Vì thế tôi chọn đề tài “Phóng xạ xung quanh chúng ta” làm luận văn tốt nghiệp cho mình. 2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu phóng xạ ở xung quanh chúng ta và biết được tầm ảnh hưởng của chúng đối với con người cũng như môi trường và các sinh vật khác. 3. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Trong khuôn khổ của đề tài này chúng ta chỉ nghiên cứu về phóng xạ trong một số mẫu môi trường như: nước, đất, không khí, chất dinh dưỡng, thực vật, động vật (cá), vật liệu xây dựng, thuốc lá và cơ thể con người qua các tài liệu sách vở, báo chí và internet. 4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN THỰC HIỆN Đề tài được thực hiện bằng phương pháp tổng hợp các tài liệu từ sách, báo, internet,… 1 5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN Bước 1: Nhận đề tài. Bước 2: Tìm, nghiên cứu tài liệu và viết đề cương. Bước 3: Viết luận văn. Bước 4: Nộp luận văn và trao đổi với giáo viên hướng dẫn. Bước 5: Chỉnh sửa và hoàn tất luận văn. Bước 6: Báo cáo luận văn. 2 Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: NGUỒN PHÓNG XẠ Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại, gồm nguồn phóng xạ tự nhiên (natural radioactive source) và nguồn phóng xạ nhân tạo (artificial radioactive source). Nguồn phóng xạ tự nhiên là các chất đồng vị phóng xạ có sẵn trong tự nhiên (trong đất, trong nước và trong bầu khí quyển). Còn phóng xạ nhân tạo do con người chế tạo ra bằng cách cho các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc. Phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo đã tạo ra chất phóng xạ khắp mọi nơi. Các hạt nhân được tạo thành theo các cách khác nhau, thậm chí các loại liên kết hóa học khác nhau cũng làm thay đổi bản chất của chúng, và do đó tính chất của mỗi dãy phóng xạ cũng khác nhau. 1.1 NGUỒN PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Nguồn phóng xạ tự nhiên gồm các chất phóng xạ có nguồn gốc bên ngoài Trái Đất như các tia vũ trụ và các chất phóng xạ có nguồn gốc từ Trái Đất như các nhân phóng xạ có trong đất, đá, trong khí quyển, trong nước. Dưới đây trình bày hai nguồn phóng xạ tự nhiên nói trên. 1.1.1 Các tia vũ trụ Các bức xạ proton, alpha,… năng lượng cao rơi vào khí quyển Trái Đất từ không gian bên ngoài gọi là các tia vũ trụ. Tia vũ trụ có năng lượng cỡ từ hàng chục MeV đến 1020 eV hay cao hơn. Trên đường đi đến mặt đất, tia vũ trụ xuyên qua lớp vật chất dày khoảng 103 g/cm2 của khí quyển và do tương tác với vật chất nên thành phần các bức xạ khác với tia vũ trụ nguyên thủy. Tia vũ trụ nguyên thủy gọi là tia vũ trụ sơ cấp còn bức xạ sinh ra do tia vũ trụ sơ cấp tương tác với bầu khí quyển gọi là tia vũ trụ thứ cấp. Các tia vũ trụ sơ cấp gồm hai thành phần là thành phần thiên hà, chúng được sinh ra từ các vật thể vũ trụ rất xa Trái Đất, và thành phần Mặt Trời, sinh ra từ các vụ nổ Mặt Trời. Thành phần thiên hà gồm 79% các proton năng lượng cao, 20% các hạt alpha và các hạt ion nặng hơn, phần còn lại là các electron, photon, neutron,… Thành phần Mặt Trời gồm các proton và hạt alpha với năng lượng tương đối thấp, vào khoảng ≤ 400 MeV và có cường độ rất lớn ≈ 106-107 hạt/cm2.s. Cũng có những trường hợp đặc biệt, chúng có năng lượng một vài GeV. 1.1.1.1 Các tia vũ trụ sơ cấp  Thành phần các tia vũ trụ sơ cấp Các tia vũ trụ sơ cấp đẳng hướng và không đổi theo thời gian với cường độ khoảng 2-4 hạt/cm2.s. Các tia vũ trụ sơ cấp được chia thành các nhóm như sau: Nhóm p gồm proton, deutron và triton; nhóm α gồm alpha và 2He3; nhóm các hạt nhân nhẹ gồm lithium, beryllium và boron (Z = 3-5); nhóm các hạt nhân trung bình gồm carbon, oxygen, nitrogen và fluorine (Z = 6-9); nhóm hạt nhân nặng gồm các hạt nhân với Z ≥ 3 10; nhóm hạt nhân rất nặng gồm các hạt nhân với Z ≥ 20 và nhóm hạt nhân siêu nặng gồm các hạt nhân với Z ≥30. Các tính chất của các nhóm tia vũ trụ sơ cấp được trình bày trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Thành phần hóa học của các tia vũ trụ sơ cấp. N/Nnặng là tỉ số giữa số hạt của nhóm xem xét so với số hạt của nhóm hạt nặng. Hai cột cuối cùng ứng với các số liệu thực nghiệm khác nhau. Nhóm hạt nhân Z P 1 650 3360 6830 α 2 47 258 1040 Nhẹ 3-5 1,0 10-5 10-5 Trung bình 6-9 3,3 2,64 10,1 Nặng ≥10 1 1 1 Rất nặng ≥20 0,26 0,06 0,05 Siêu nặng ≥30 ≈0,3.10-4 0,6.10-5 N/Nnặng trong tia vũ trụ sơ cấp Giá trị trung bình của N/Nnặng trong vũ trụ Từ bảng 1.1 ta thấy rằng các tia vũ trụ sơ cấp, cũng giống như tất cả vật chất nói chung, chủ yếu gồm các hạt proton và alpha, nhưng trong vật chất vũ trụ số hạt proton và alpha gấp 3600 đến 8000 lần lớn hơn số hạt nhân nặng, trong lúc tỉ số này đối với tia vũ trụ chỉ vào khoảng 700. Tuy nhiên, ngược lại, thành phần các hạt nhân rất nặng và đặc biệt các hạt nhân nhẹ trong tia vũ trụ lớn hơn rất nhiều so với trong vật chất vũ trụ.  Ảnh hưởng của từ trường Trái Đất lên tia vũ trụ sơ cấp Từ trường Trái Đất và từ trường trong không gian giữa các hành tinh có ảnh hưởng đến tia vũ trụ sơ cấp. Ta hãy xét ảnh hưởng của từ trường Trái Đất. Thứ nhất, từ trường Trái Đất cản trở các hạt năng lượng thấp đi vào Trái Đất. Chẳng hạn, một hạt proton chuyển động trong lưỡng cực từ của Trái Đất thì động lượng tối thiểu của nó bằng pmin để có thể bay vào khí quyển dưới góc θ so với vĩ tuyến địa từ λ được xác định bởi công thức: pmin  59,3 cos 4  ( 1  cos  . cos 3   1)2 GeV / c (1.1) Ở vĩ tuyến λ = 00, tức là ở xích đạo, động lượng tối thiểu để proton bay vào bầu khí quyển bằng pmin= 15GeV/c. Tại cực của từ trường, tức là tại vĩ tuyến λ= 900, proton có thể bay vào bầu khí quyển với động lượng bất kỳ vì pmin= 0. 4 Do động lượng của hạt tích điện bị hạn chế theo công thức (1.1) nên cường độ tia vũ trụ sơ cấp phụ thuộc vào vĩ độ, gọi là hiệu ứng vĩ độ. Chẳng hạn, cường độ của tia vũ trụ sơ cấp ở độ cao 10 km tại cực I(900) và tại xích đạo I(00) khác nhau như sau: I (90 0 )  I (0 0 )  0,36 I (90 0 ) (1.2) Thứ hai, từ trường Trái Đất ngăn cản tia vũ trụ sơ cấp bay vào bầu khí quyển dưới phương bay xác định. Chẳng hạn hạt mang điện tích dương không thể bay vào bầu khí quyển dưới một góc xác định so với đường chân trời về phía đông. Ví dụ, với proton có năng lượng 2 GeV thì góc cấm này bằng 580. Do đó ta có hiệu ứng bất đối xứng đôngtây, được xác định bởi đại lượng: I west  I east I west  I east (1.3) Trong đó Iwest và Ieast là cường độ các tia vũ trụ sơ cấp đến từ hướng tây và hướng đông. Ở độ cao lớn thì tỉ số này bằng 0,25. Việc phát hiện ra độ mất đối xứng đông-tây cho thấy tia vũ trụ sơ cấp gồm các hạt tích điện dương. Từ trường giữa các hành tinh ảnh hưởng không đáng kể đến các tia vũ trụ sơ cấp. Đóng vai trò quan trọng nhất trong loại từ trường này là từ trường của các khối plasma phát ra từ bề mặt Mặt Trời trong các vụ nổ Mặt Trời. Các từ trường này chuyển động trong không gian và làm thay đổi một cách tuần hoàn các điều kiện xuyên qua của tia vũ trụ. Đó là nguyên nhân chính của hiện tượng biến thiên theo thời gian của tia vũ trụ sơ cấp theo chu kỳ 11 năm, 27 năm,… Một hiện tượng khác khi các hạt tích điện chuyển động trong từ trường Trái Đất là các bẫy từ. Đó là các miền không gian mà các hạt tích điện với năng lượng một vài GeV trở xuống không thể bay vào cũng như bay ra khỏi chúng. Các bẫy từ có dạng các hình xuyến bao quanh Trái Đất và là các đới tích tụ các hạt tích điện. Các đới này chủ yếu chứa các hạt proton và electron, được gọi là các vành đai bức xạ của Trái Đất. Khoảng cách từ các vành đai này đến mặt đất phụ thuộc vào năng lượng tia sơ cấp, năng lượng càng cao thì chúng càng gần mặt đất. 1.1.1.2 Tia vũ trụ thứ cấp Tia vũ trụ thứ cấp sinh ra do tia vũ trụ sơ cấp tương tác với vật chất trong bầu khí quyển. Quá trình tương tác thường gồm hai giai đoạn. Các hạt sơ cấp bị hấp thụ và sinh ra các hạt thứ cấp, sau đó các hạt thứ cấp ion hóa môi trường khí quyển. Tia vũ trụ thứ cấp gồm các hạt hadron (pion, proton, neutron,…), các hạt muon, electron và photon. Người ta thường chia chúng thành ba thành phần là thành phần kích hoạt hạt nhân (các hạt hadron), thành phần cứng (muon) và thành phần mềm (electron, photon). 5 Ta hãy xem xét cơ chế sản sinh các thành phần khác nhau của tia vũ trụ thứ cấp. Các hạt sơ cấp với năng lượng lớn (>> GeV) thường tương tác với các hạt nhân khi đi xuyên qua bầu khí quyển với các tính chất sau: - Proton mất khoảng một nửa năng lượng của mình. - Phần chính của năng lượng mất đi này tạo nên một số lớn các hạt tương đối tính, người ta gọi là đám mưa rào, trong đó chủ yếu là các hạt pion và khoảng 15-20% là các hạt kaon. Ví dụ, proton sơ cấp với năng lượng 103 GeV sinh ra đám mưa rào gồm khoảng 10 hạt. - Phần còn lại của năng lượng nói trên tạo nên các hạt delta-nucleon và kích thích các hạt nhân cuối. Delta-nucleon là các nucleon sinh ra với năng lượng cỡ 160 MeV. Các hạt nhân kích thích, khi chuyển về trạng thái cơ bản, phát ra các hạt proton, neutron, alpha,… Quãng chạy tự do của các hạt sơ cấp trong bầu khí quyển vào khoảng 80 g/cm3. Do đó proton năng lượng cao, khi đi xuyên qua bầu khí quyển có thể tham gia hàng chục lần va chạm với các hạt nhân của khí quyển, trong mỗi lần va chạm đó proton sơ cấp mất khoảng một nửa năng lượng của mình để sinh ra các hạt thứ cấp như đã nói trên. Các hạt thứ cấp này hoặc bị hấp thụ, hoặc bay xuống mặt đất. Các hạt pion trung hòa, do thời gian sống cỡ 10-16 s nên bị phân rã ngay thành cặp hai gamma. Sự tồn tại của các hạt pion tích điện phụ thuộc vào năng lượng của chúng. Với năng lượng lớn, các hạt pion có thể bay một quãng đường bằng nửa quãng đường tự do của proton sơ cấp trong khí quyển (80 g/cm3). Các hạt pion năng lượng cỡ 200 GeV có thể tham gia vào quá trình sinh các hạt hadron. Thành phần mềm của tia vũ trụ thứ cấp gồm các hạt electron, positron và gamma. Tia gamma năng lượng cao được sinh ra đồng thời với các hạt hadron do quá tình phân rã hạt pion trung hòa: π0 → γ + γ (1.4) Các gamma năng lượng cao này, khi đi xuyên qua môi trường, sinh các cặp electron-positron rồi các electron-positron phát ra các tia gamma hãm. Quá trình sinh các hạt electron, positron, gamma như vậy xảy ra cho đến khi năng lượng các electron và positron giảm đến năng lượng cỡ 72 MeV, là năng lượng mà các hạt electron và positron mất năng lượng trong không khí chuyển từ cơ chế ion hóa sang cơ chế bức xạ hãm. Thành phần cứng của tia vũ trụ thứ cấp gồm các hạt muon, sinh ra do sự phân rã của các hạt pion tích điện: π± → µ± + ν (ν) (1.5) Các hạt muon năng lượng cao có khả năng đâm xuyên rất lớn do mất năng lượng rất ít đối với các quá trình ion hóa và bức xạ hãm trong môi trường. 6 Cường độ các thành phần tia vũ trụ thứ cấp phụ thuộc vào độ cao của bầu khí quyển. Thành pần hadron giảm rất nhanh theo chiều cao từ trên xuống và hầu như bằng không tại mặt biển. Thành phần electron-photon có cường độ lớn ở độ cao lớn và bị hấp thụ rất nhanh khi đi đến mặt đất, có cường độ không đáng kể so với thành phần muon. Tại mặt biển, cường độ các thành phần cứng và mền bằng Ihart = 1,7.10-2 hạt/cm2.s và Isoft = 0,7.10-2 hạt/cm2.s. Như vậy cường độ tia vũ trụ thứ cấp ở mặt biển vào khoảng 100 lần bé hơn cường độ ở giới hạn bầu khí quyển, mà trong đó chủ yếu là các hạt muon. Ngoài các hạt sơ cấp và các hạt thứ cấp nêu trên, tại lớp trên của khí quyển xảy ra các phản ứng hạt nhân giữa các hạt hadron với các hạt nhân hadron với các hạt nhân khí quyển, sinh ra các hạt nhân phóng xạ và các hạt nhân bền. Các hạt nhân phóng xạ gồm H3, C14. Be7, P32, S35, Cl39. Nói riêng, do bức xạ vũ trụ, nồng độ của H3 trong nước của Trái Đất chiếm khoảng 10-16%. Trong số các đồng vị bền, đáng chú ý nhất là Li6, thành phần vũ trụ làm tăng độ phổ biến của nó trong tự nhiên là 0,03%. 1.1.2 Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất gồm các họ phóng xạ uranium, thorium và các hạt nhân phóng xạ nhẹ khác như K40, Rb87,… 1.1.2.1 Các họ phóng xạ Năm 1896 nhà bác học Anh Becquerel phát hiện ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là uranium và con cháu của nó. Đến nay người ta biết ba họ phóng xạ tự nhiên là họ thorium (Th232), uranium (U238) và actinium (U235) (các hình 1.1, 1.3 và 1,4 tương ứng) và họ phóng xạ nhân tạo neptunium (Np137) (hình 1.2). Uranium gồm ba đồng vị khác nhau: khoảng 99,3% uranium thiên nhiên là U238, khoảng 0,7% là U235 và khoảng 5.10-3% là U234. U238 và U234 thuộc cùng một họ uranium, còn U235 là thành viên đầu tiên của họ thorium. Họ phóng xạ nhân tạo neptunium bắt đầu bằng hạt nhân Np237. 7 α 238 92U (UI) 234 90Th (MsTh1) 1,4.1010 năm β- 6,7 năm 89Ac 228 (MsTh1) β- 6,1 h 228 90Th (RaTh) α 54 s 216 84Po (ThA) α 0,16 s α 224 88Ra α (ThX) 1,9 năm 3,6 ngày 220 86Rn (Th) 212 82Pb (ThB) β- 10,6 phút 214 83Bi (RaC) β- α 210 81Tl 60,5 phút 60,5 phút 214 84Po (RaC’) (RaC’’) β- α 3,1 phút 206 82Pb 3.10-7s Hình 1.1 Họ thorium (4n) 8 α 237 93Np 233 91Pa 2,2.106 năm β- 27 ngày 233 92U 1,6.105 năm β4,8 ngày 89Ac 255 α 87Fr 221 10 ngày α 4,8 phút α 229 90Th α 217 85At 88Ra 225 7340 năm α 213 83Bi 0,018 s α α 209 81Tl 47 phút β- 47 phút 213 84Po 22 phút α 82Pb β209 4.10-6 s 3,4 h β- 209 83Bi Hinh 1.2. Họ neptunium (4n +1) 9 238 92U 234 90Th α (UI) (UX) 4,56.109 năm β- 24 ngày 91Pa 234 (UZ) β- 6,7 h 234 92U (UII) α 1617 năm 222 86Rn α 3,8 ngày 230 90Th α 2,48.105 năm 218 84Po (RaA) α 3,8 ngày 88Ra α (I0) 226 6.104 năm 214 82Pb (RaB) β- 27 phút 214 83Bi (RaC) 210 81Tl α (RaC’’) 20 phút β- β 1,32 phút 20 phút 214 84Po (RaC’) 210 82Pb α 3.10-7s (RaD) β- 23 năm 206 81Tl (RaE’) α 5 ngày β- 206 (RaE) β- 4,2 phút 5 ngày 82Pb 210 83Bi α 210 84Po (RaF) Hình 1.3. Họ uranium (4n +2) 10 235 92U (AcU) α 231 90Th (UY) 7.108 năm β- 25,6 h 91Pa 231 α 89Ac α 227 3,4.104 năm 13,5 năm 227 11,4 ngày 219 86Rn (An) α (AcA) 4s β- α 88Ra (RdAc) 18,9 ngày (AcX) 1,8.10-3 s 1,8.10-3 sec 215 85At 90Th α 215 84Po 223 13,5 năm β- α 87Fr 223 211 82Pb (AcB) β- 20 phút 211 83Bi α (RaC) 2,16 phút β- 2,16 phút 211 84Po (AaC’) 207 81Tl (AcC”) β- 1,32 phút α 207 82Pb 5.10-3 s Hình 1.4. Họ actinium (4n + 3) Trong ba họ phóng xạ tự nhiên thorium, uranium, actinium và họ phóng xạ nhân tạo neptunium, tất cả các hạt nhân nặng với số khối A lớn hơn 209 đều phân rã alpha do năng lượng coulomb tăng. Nếu số khối lớn hơn giá trị 209 thì hạt nhân này chuyển thành hạt nhân bền bằng một số phân rã gồm phân rã α và phân rã β xen kẽ nhau. Khi phân rã α thì số khối giảm đi 4 đơn vị còn số điện tích giảm 2 đơn vị, do đó số phần trăm của các hạt neutron tăng. Ta đã biết rằng, các hạt nhân bền đối với phân rã β khi A bé cần chứa số neutron với số phần trăm không lớn. Từ đó ta thấy rằng hạt nhân nặng, sau một vài phân rã α trở thành không bền đối với phân rã β. Do đó trong họ phóng xạ, các quá trình phân rã α và β xen kẽ nhau. 11 Số khối A không đổi khi phân rã β và giảm đi 4 đơn vị khi phân rã α. Như vậy phần còn dư sau khi chia cho 4 sẽ giống nhau đối với tất cả các thành viên của cùng một họ. Do đó phải tồn tại 4 họ phân rã phóng xạ như đã trình bày trên. Bốn họ phóng xạ này thường được kí hiệu là các họ 4n (Thorium), 4n + 1 (Neptunium), 4n + 2 (Uranium) và 4n + 3 (Actinium). Các họ phóng xạ này có các đặc điểm sau: - Ba họ phóng xạ tự nhiên có đặc điểm chung là thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu, với thời gian bán rã được đo theo đơn vị địa chất. Điều này dễ hiểu vì nếu xét thời gian từ khi vũ trụ hình thành thì các đồng vị sống tương đối ngắn bị phân rã trong một vài tỉ năm tồn tại của Trái Đất. Thật vậy, họ phóng xạ nhân tạo neptunium, trong đó thành viên thứ nhất là Np237 với thời gian bán rã 2,2.106 năm, rất ngắn để nó phân rã hết nếu nó được sinh ra cùng thời với các nguyên tố khác của Trái Đất. Họ thorium với hạt nhân đầu tiên là 90Th232 với thời gian bán rã bằng 1,4.1010 năm nên hầu như thorium không giảm trong quá trình tồn tại của Trái Đất. Trong lúc đó, hạt nhân đầu tiên 92U238 của họ uranium có thời gian sống 4,5.109 năm nên U238 bị phân rã một phần còn hạt nhân 92U235 với thời gian bán rã 7.108 năm bị phân rã đáng kể. Chính vì vậy, trong vỏ Trái Đất rất nhiều thorium còn U235 có hàm lượng bằng 140 lần bé hơn hàm lượng U238. Đồng vị Np237 chỉ có một lượng rất bé trong mỏ uranium do phản ứng 92U238 (n, 2n) 92U237 và phân rã β tiếp theo 237 92U → 93Np237 + e- + ν - Đặc điểm chung thứ hai của ba họ phóng xạ tự nhiên là mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon. Trong trường hợp họ uranium, khí 86Rn222 được gọi là radon, trong họ thorium, khí 86Rn220 được gọi là thoron còn trong họ actinium khí 86Rn219 được gọi là action. Chú ý rằng trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium không có thành viên khí phóng xạ. Trong ba loại khí phóng xạ thì radon đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có thời gian bán rã 3,825 ngày lớn hơn nhiều so với thời gian bán rã của thoron (52 s) và action (3,92 s). - Đặc điểm thứ ba của ba họ phóng xạ tự nhiên là sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ đều là chì: Pb206 trong họ uranium, Pb207 trong họ actinium và Pb208 trong họ thorium. Trong khi đó thành viên cuối cùng trong họ neptunium là Bi209. 1.1.2.2 Các hạt nhân phóng xạ với số nguyên tử thấp Ngoài các đồng vị phóng xạ trong ba họ thorium, uranium và actinium, trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp. Các đồng vị phóng xạ quan trọng nhất được dẫn ra trong bảng 1.2. 12 Bảng 1.2. Các đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp. Độ giàu đồng vị (%) Thời gian bán rã (năm) Hoạt độ riêng (Bq/kg) K40 0,0118 1,3.109 V50 0,25 Rb87 Hạt nhân Năng lượng bức xạ chính (MeV) Beta (β) Gamma (γ) 31635 1,33 1,46 6,0.105 0,11 0,78 1,55 27,9 4,8.1010 8,88.105 0,28 Re187 62,9 4,3.1010 8,88.10-3 0,003 In115 95,8 6,0.1014 184,26 0,048 Pt190 0,013 6,9.1011 13,32 La138 0,089 1,12.1011 765,9 Nd144 23,9 2,4.105 9,25 1,88 Sm148 11,27 >1014 4,07 4,01 Hf176 2,6 2,2.1010 8,88.10-2 0,043 Alpha (α) 3,18 0,28 0,81 0,043 0,31 Một trong các đồng vị phóng xạ tự nhiên là K40, rất phổ biến trong môi trường (hàm lượng potassium trung bình trong đất đá là 27 g/kg và trong đại dương là khoảng 380 mg/L), trong thực vật, động vật, cơ thể con người (hàm lượng potassium trung bình trong cơ thể người vào khoảng 1,7 g/kg). 1.2 NGUỒN PHÓNG XẠ NHÂN TẠO Cụm từ “Nguồn phóng xạ” để chỉ các chất đồng vị phóng xạ phát ra các tia bức xạ alpha, beta và gamma. Các nguồn phóng xạ này được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc hạt tích điện. Trong lò phản ứng hạt nhân, các chất đồng vị phóng xạ sinh ra từ các phản ứng của neutron với hạt nhân. 1.2.1 Các nguồn phóng xạ alpha, beta và gamma Các chất đồng vị phóng xạ khi phân rã phát ra các hạt alpha hoặc beta và sau đó phát tiếp các tia gamma. Chúng được sử dụng như một trong các dạng của nguồn phóng xạ. Do đó nguồn phóng xạ này được coi như nguồn alpha, nguồn beta hoặc nguồn gamma tùy theo mục đích sử dụng. Bảng 1.3 trình bày một số nguồn phóng xạ alpha, beta và gamma thường dùng. 13 Bảng 1.3. Một số nguồn phóng xạ alpha, beta và gamma thường dùng. Tên Đồng vị Loại bức xạ Năng lượng (MeV) Thời gian bán rã Dạng nguồn Americium Am241 α 5,48 458 năm Kín γ 0,060 Krypton Kr85 β 0,67 10,6 năm Kín Strontium Sr90 β 2,27 28 năm Kín Cobalt Co60 γ 1,174; 1,332 5,27 năm Kín Iodine I131 γ 0,080; 0,284 8 ngày Hở Dung dịch 0,364; 0,637 Caesium Cs137 γ 0,66 30 năm Kín Tecnecium Tc99m γ 140,5 6 giờ Hở Dung dịch Phosphorus P32 β 1,711 15 ngày Hở Tấm áp 1.2.2 Các nguồn phóng xạ phát neutron Ngoài Cf252, không có đồng vị nào phát hạt neutron và để nhận được neutron thường phải sử dụng các phản ứng (α, n) hoặc (γ, n). Do đó, nguồn phóng xạ phát neutron khác các nguồn phóng xạ phát các hạt alpha, beta và gamma ở chỗ nó gồm hai thành phần: Chất đồng vị phóng xạ phát α hay γ và vật liệu bia để chuyển từ hạt α hay γ sang hạt neutron. Như vậy có hai loại nguồn neutron, một loại dựa trên phản ứng (α, n) và loại kia dựa trên phản ứng (γ, n). Các chất đồng vị phóng xạ phát hạt α thường dùng là Ra 226, Po210, Pu239 còn các chất đồng vị phóng xạ phát tia γ thường dùng là Al28, In116, Sb124, Na24,… Các vật liệu bia thường dùng là Li7, Be9, B11,… 1.2.2.1 Nguồn neutron theo phản ứng (α, n) Nguyên tắc tạo nguồn neutron theo phản ứng (α, n) được minh họa trên hai nguồn cụ thể là nguồn Ra-Be và Po-Be. Trong nguồn Ra-Be đồng vị phóng xạ tự nhiên Ra226 phát hạt alpha trộn đều với vật liệu bia Be9 và chứa trong một ống kín. Neutron sinh ra theo phản ứng Be9 (α, n) C12 không phải chỉ do các hạt alpha của chính Ra226 mà còn do các hạt alpha của các sản phẩm phân rã Ra226 như Rn, RaA, RaC, RaF,. Tất cả 5 nhóm hạt alpha có năng lượng khác nhau từ 4,8 MeV đến 7,7 MeV. Khi đi qua vật liệu beryllium chúng mất năng lượng trong phản ứng (α, n). Do các hạt alpha có năng lượng 14 khác nhau nên phổ năng lượng của neutron sinh ra cũng phức tạp. Nguồn Ra-Be có suất ra bằng 1,7.107 neutron/(Ci Ra.s), là suất ra lớn nhất trong số các nguồn neutron. Nhược điểm của nguồn Ra-Be là phát tia gamma với cường độ lớn, tạo nên nguồn phông lớn khi sử dụng neutron. Dưới đây là bảng 1.4 trình bày các nguồn neutron theo phản ứng (α, n) thường dùng và các đặc trưng của chúng. Bảng 1.4. Các nguồn neutron theo phản ứng (α, n) Nguồn Thời gian bán rã Suất ra của neutron 106 neutron/Ci.s Số hạt gamma trên 1 neutron Năng lượng neutron trung bình MeV Năng lượng neutron cực đại MeV Ra-Be 1620 năm 17 5.103 4,63 12,2 Po-Be 138 ngày 1,6÷3,0 1 5,3 10,9 Pu-Be 24360 năm 1,7 1 4,5 10,7 Ra-B 1620 năm 6,8 2.104 - - Po-B 138 ngày 0,9 - 2,7 5 Rn-Be 3,8 ngày 15 - - 12,2 Nguồn Po-Be có suất ra bé hơn nguồn Ra-Be, đạt cỡ 3,0.106 neutron/(Ci Po.s), nhưng được sử dụng rộng rãi do hạt alpha có năng lượng xác định 5,3 MeV và cường độ gamma thấp hơn. Nhược điểm của nguồn Po-Be là thời gian bán rã quá ngắn, chỉ có 138 ngày, trong lúc thời gian bán rã của nguồn Ra-Be là 1620 năm. 1.2.2.2 Nguồn neutron theo phản ứng (γ, n) Các neutron trong hạt nhân có năng lượng liên kết xác định. Khi tia gamma với năng lượng lớn hơn năng lượng liên kết đó tương tác với hạt nhân có thể làm cho neutron bay ra khỏi hạt nhân, tức là gây ra phản ứng (γ, n). Neutron bay ra sau phản ứng này được gọi là photoneutron. Hạt nhân Be9 có năng lượng liên kết bằng 1,63 MeV còn hạt nhân D2 là 2,23 MeV. Do đó để nhận được các photoneutron có thể dùng bia Be9 hay nước nặng D2O. Chẳng hạn, khi dùng bia Be9 có thể chọn nguồn phóng xạ gamma với năng lượng lớn hơn 1,63 MeV và ta có phản ứng Be9 (γ, n) Be8. Ưu điểm của nguồn neutron theo phản ứng (γ, n) là các photoneutron có năng lượng đơn sắc. Trên bảng 1.5 trình bày các nguồn photoneutron thường dùng và các đặc trưng của chúng. 15 Bảng 1.5. Các nguồn neutron theo phản ứng (γ, n) Nguồn Thời gian bán rã Suất ra neutron 104 neutron/s (trên 1g bia và 1 Ci ở khoảng cách 1 cm) Na24-Be9 14,8 giờ 13 Năng lượng neutron MeV Năng lượng, MeV, và suất ra, %, của gamma trên 1 phân rã 0,83 3,86 (0,05) 2,75 (100) Na24-D2O 14,8 giờ 27 0,22 3,86 (0,05) 2,75 (100) Y88-Be9 104 ngày 10 0,16 1,85 (99) 2,8 (1,0) Y88-D2O 104 ngày 0,3 0.31 2,8 (1,0) Sb24-Be9 60 ngày 19 0,024 1,69 (50) 2,09 (6,5) 16 Chƣơng 2: PHÓNG XẠ XUNG QUANH CHÚNG TA 2.1 ĐỘ PHÓNG XẠ TRUNG BÌNH TRONG NƢỚC Các sản phẩm phân hạch từ các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân mà vật liệu làm chất nổ cho các loại vũ khí hạt nhân là các đồng vị phóng xạ U235, U238 và Pu239, với thời gian bán rã dài cùng với các hạt nhân phóng xạ sẵn có trong tự nhiên đã tạo nên độ phóng xạ trong cả nước biển cũng như nước ngọt. Hoạt độ trung bình H3 sinh ra từ tương tác của bức xạ vũ trụ trong các hạt nhân phóng xạ tự nhiên có trong nước sông, nước hồ là 200 ÷ 900Bq/lít. Trong khi đó, hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ Uran và Thori trong nước thay đổi trong một dải rộng. Trong nước uống, hoạt độ của U 238 nói chung nhỏ hơn 1mBq/lít. Tuy nhiên ở Phần Lan, người ta đã ghi nhận được giá trị cao tới 40÷8.105mBq/lít. Hoạt độ của Ra226 trong nước từ lòng đất, trong nước khoáng là vào khoảng 40÷400mBq/lít trong khi hoạt độ của Pb210 và Po210 trong nước mưa là 110mBq/lít. Người ta cũng đã xác định được rằng, hoạt độ của Radon trong nước sông thường dao động khoảng 1mBq/lít nhưng hoạt độ của Radon trong nước giếng cung cấp nước sinh hoạt đã đo được là 74mBq/lít, thậm chí có nơi tới 4.10 4mBq/lít. Lượng Radon cao ở đây là vì ở giếng nước này có chứa hàm lượng Radi lớn. Trong nước biển, nguyên tố phóng xạ K40 chiếm một tỉ lệ thành phần lớn, hoạt độ trung bình của nó tới 1.104mBq/lít. Sau các vụ nổ thí nghiệm, thường xuất hiện cả đồng vị phóng xạ H 3 trong nước mà ở Mỹ trong những năm 1963÷1964, người ta đã đo được hoạt độ tới 10 5mBq/lít. Bên cạnh đó, vào những năm 1970, ở Hungari người ta đã theo dõi được H3 trong nước ở các dòng sông và còn phát hiện được cả Sr90 và Cs137. Hai đồng vị này cũng là sản phẩm của các vụ nổ thử nghiệm và có hoạt độ cỡ 55mBq/lít. Dưới đây liệt kê một số số liệu nghiên cứu về hoạt độ phóng xạ của các loại nguồn nước tại Hungari những năm 1970÷1980 để làm ví dụ. 2.1.1 Độ phóng xạ trong nƣớc sông Vì hoạt độ phóng xạ của nước thường thấp, nên người ta phải dùng tới 100÷120 lít ở độ sâu chừng 20 cm để nghiên cứu xác định độ phóng xạ của nó. Khi cần xác định lượng bức xạ alpha hoặc lượng bức xạ beta tổng cộng thì thông thường người ta chỉ cần dùng khoảng 500ml nước, cho bay hơi rồi giữ lấy cặn để đo hoạt độ phóng xạ. Các phương pháp phân tích hạt nhân có thể được dùng để xác định các đồng vị trong đó gồm K40, Ra226, U238 và H3, Sr90, Cr137. Các kết quả được minh họa trong (bảng 2.1), (đây là kết quả khảo sát nước sông Đanuýp ở vùng ngoại ô Buđapet, nơi đã xây dựng một nhà máy điện hạt nhân). 17 Bảng 2.1. Hoạt độ phóng xạ ghi nhận được ở nước sông Đanuýp qua các năm 1970 – 1980 Các năm đo Đồng vị phóng xạ Đơn vị α Tổng cộng 1977 1978 1979 1980 mBq/lít 18,50 14,8 33,3 53,0 β Tổng cộng mBq/lít 111,0 114,7 196,0 126,25 H3 TU 137,0 113,0 89,0 73,0 K40 mBq/lit 55,5 99,9 104,0 104,0 Sr90 mBq/lít 7,03 7,4 5,9 5,29 Cs137 mBq/lít 1,48 0,74 0,74 1,9 Ra266 mBq/lít 22,2 8,51 18,9 18,3 U238 g/lít 1,1 1,1 1,5 2,63 (Ghi chú: Giá trị số ghi ở các cột là các giá trị trung bình đo được) 2.1.2 Độ phóng xạ trong nƣớc mƣa 2.1.2.1 Độ phóng xạ trong nước mưa ở Hungari Nước mưa được lấy mẫu hàng tháng và các đo đạc được thực hiện trên detector nhấp nháy lỏng để xác định hàm lượng H3 trong hệ đơn vị TU. Các kết quả được minh họa ở (bảng 2.2). 18 Bảng 2.2. Độ phóng xạ của nước mưa ghi nhận trong các tháng qua một số năm ở Hungari. Năm 1977 1978 1979 1980 1 - 134 30 35 2 - 95 38 46 3 - 103 51 25 4 - 106 53 32 5 - 91 70 62 6 150 175 73 68 7 234 138 86 55 8 128 99 39 55 9 80 46 46 57 10 71 43 38 17 11 68 45 31 26 12 44 29 27 - Trung bình 111 92 49 43 Tháng 2.1.2.2 Độ phóng xạ trong nước mưa ở Mỹ John Auerabach, cao ủy về y tế cộng đồng của bang Massachusetts, xác nhận hàm lượng nhỏ chất phóng xạ I131 đã được tìm thấy ở một trong 100 mẫu nước mưa được lấy trên khắp nước Mỹ trong khuôn khổ hệ thống giám sát mạng lưới phóng xạ của Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ. Các bang California, Pennsylvania, Washington và một số bang khác cũng tiến hành kiểm tra và phát hiện lượng phóng xạ nhỏ. Bang Nevada và các bang miền tây ở Mỹ cũng thông báo về dấu hiệu của phóng xạ song khẳng định nó không ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Bộ trưởng Năng lượng và môi trường Richard K. Sullivan Jr. yêu cầu cơ quan bảo vệ môi trường thu thập thêm mẫu để kiểm tra nước ở Massachusetts. 19 Các hàm lượng phóng xạ thấp trong nước mưa tại Mỹ được tin là xuất phát từ các lò phản ứng hạt nhân tại nhà máy điện Fukushima I của Nhật Bản, vốn bị hư hại sau trận động đất và sóng thần hôm 11/3/2011. 2.1.2.3 Độ phóng xạ trong nước mưa ở Việt Nam Hình 2.1 Mô phỏng đám mây phóng xạ lúc 2h ngày 15/4/2011 ở khu vực Đông Nam Á. (Nguồn: Bộ KH & CN) Ngày 13/4/2011, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) ở Hà Nội đã thông báo kết quả kiểm tra nồng độ phóng xạ trong nước mưa (trận mưa ngày 7/4/2011) và ghi nhận đồng vị phóng xạ Cs137, Cs134 và I131 với nồng độ thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép. "Cụ thể đồng vị phóng xạ I131 đo được 44,9±3,5 mBq/l. Trong khi giới hạn theo tiêu chuẩn an toàn của Nhật Bản đối với trẻ em là 100 Bq/l, người lớn là 300 Bq/l". Trong khi đó, theo dự đoán của chuyên gia CTBTO (mạng lưới Tổ chức Cấm thử hạt nhân toàn diện), đám mây phóng xạ đang tiếp tục lan rộng tại khu vực Đông Nam Á và di chuyển về phía Ấn Độ, xuống Nam Bán Cầu. Tuy nhiên, nồng độ hạt nhân phóng xạ đo được tại các trạm quan trắc tại Đông Nam Á là rất thấp so với mức cho phép. Theo đánh giá và phân tích, hàm lượng phóng xạ tại Việt Nam chưa cao. Tuy nhiên, nếu chúng ta sử dụng trực tiếp nước mưa thì cũng có thể đã bị ô nhiễm, khi nguồn nước mưa rơi qua những đám mây bị phóng xạ. 2.1.3 Độ phóng xạ trong nƣớc sinh hoạt Người ta đã lấy nước ở các giếng cung cấp nước từ các miền để theo dõi độ phóng xạ của nước sinh hoạt và đã thấy xuất hiện H3 và K40, tuy nhiên hàm lượng Sr90, Cs137 rất thấp, có thể coi như không đáng kể. Các kết quả được trình bày ở bảng 2.3. 20 Bảng 2.3. Hàm lượng một vài đồng vị phóng xạ trong nước sinh hoạt tại Hungari trong những năm 1970 – 1980. Đơn vị tính Khu vực sẽ XD nhà máy điện nguyên tử Buđapet Nước ăn ở các giếng của tỉnh Csampa H3 TU 0,9 2,5 2,8 K40 mBq/l - - 63,5 Sr90 mBq/l - - - Cs137 - - - - Tên đồng vị phóng xạ Chất phóng xạ cũng được tìm thấy trong nước sinh hoạt tại Fukushima. Theo phóng viên Vietnam+ ở Nhật Bản, chiều 16/3/2011, cơ quan chức năng phát hiện chất phóng xạ trong nước sinh hoạt của thành phố Fukushima, thuộc tỉnh Fukushima. Tuy nhiên, mức độ chất phóng xạ còn thấp nên không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Sỡ dĩ có một lượng nhỏ chất phóng xạ trong nước sinh hoạt của thành phố Fukushima, ngấm vào thức ăn là do nhà máy xả nước để hạ nhiệt lò phản ứng. Tuy nhiên, hàm lượng chất này rất ít và không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe con người. 2.1.4 Độ phóng xạ trong nƣớc từ đất (nƣớc ngầm) Người ta đào các hố ở các độ sâu khác nhau và lấy nước ở các độ sâu đó hoặc xử lý đất bằng axit rồi lấy nước từ trong đất ra. Loại nước này được gọi là nước từ đất (nước ngầm). Kết quả nghiên cứu theo dõi độ phóng xạ trên loại nước này vào năm 1979 và 1980 ở Hungari được trình bày ở bảng 2.4. Bảng 2.4. Độ phóng xạ của một số đồng vị ghi nhận được ở nước từ đất (nước ngầm) Chất phóng xạ Đơn vị tính Trung bình Giá trị min và max K40 mBq/l 1480 (930,0÷2400) H3 TU 74 (61,0÷111) Sr90 mBq/l 7,8 (4,2÷15,3) Cs137 mBq/l 2,7 (0,6÷3,5) 21 Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO), Nhật Bản, đã phát hiện độc tố phóng xạ tritium với nồng độ cao trong nước ngầm ở nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1. Chính phủ Nhật Bản cho biết ước tính mỗi ngày có ít nhất 300 tấn nước ngầm nhiễm phóng xạ từ nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1 có thể đã chảy ra vùng biển Thái Bình Dương gần nhà máy. Trong đó nồng độ chất Cs134 có khả năng sinh bệnh ung thư đã tăng cao, ở ngưỡng 9.000 Bq/l. Ngoài ra, hàm lượng chất Cs137 rơi vào khoảng 18.000 Bq/l. Theo quy định của chính phủ Nhật Bản, nồng độ chất Cs134 và Cs137 cho phép chỉ giới hạn ở mức lần lượt là 60 Bq/l và 90 Bq/l. Trong những trường hợp này, các chất phóng xạ trên ngấm vào cơ thể con người, chúng sẽ tích tụ trong hệ cơ và xương sau đó gây các bệnh ung thư nguy hiểm. Những chất phóng xạ nguy hiểm trên được xác định phát tán từ quá trình tan chảy của các lò phản ứng tại nhà máy Fukushima sau khi hứng chịu thảm họa động đất sóng thần hồi tháng 3/2011. Mặc dù, các chất phóng xạ này không ngấm vào đất đai song lại hòa tan vào mạch nước ngầm dưới nhà máy Fukushima. Trước nguy cơ đó Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO) đưa ra kế hoạch, các ống dẫn chất lỏng làm nguội sẽ được lắp quanh lò phản ứng số 1 làm “đóng băng” vùng đất quanh khu lò phản ứng tại Nhà máy Fukushima số 1 nhằm ngăn chặn nước nhiễm xạ ứ đọng nhiều hơn. 2.1.5 Phóng xạ trong nƣớc biển ở Việt Nam Theo các số liệu điều tra địa chất, ở Việt Nam có khoảng 40 điểm quặng sa khoáng chứa Ilmenit - Zircon - Monazit; phân bố dọc theo bờ biển từ Móng Cái đến Hà Tiên. Các điểm quặng lớn tập trung chủ yếu ở ven biển miền Trung: Hà Tĩnh, Huế, Quy Nhơn và Bình Thuận. Tổng trữ lượng quặng Titan (ilmenit) trong sa khoáng biển khoảng 15 triệu tấn, trong đó có lượng tinh quặng Zircon ước tính khoảng 1,06 triệu tấn. Trong sa khoáng biển còn chứa Monazit với hàm lượng trung bình từ 2-5%. Bản thân các mỏ sa khoáng ven biển đã gây ra sự ô nhiễm phóng xạ với các mức độ khác nhau đối với môi trường chúng tồn tại. Hiện nay một số công ty đã tiến hành khai thác quặng Titanium thô, đặc biệt tại Bình Thuận hoạt động này diễn ra rầm rộ và có quy mô lớn. Trong quá trình khai thác và chế biến quặng không tránh khỏi phát sinh chất thải vào môi trường như: bụi từ công tác san lấp; nước thải từ quá trình tuyển quặng và chất thải rắn, chủ yếu là cát lẫn trong quặng. Trong đó, nước thải từ công tác tuyển quặng có ảnh hưởng lớn nhất đến môi trường. Về nguyên tắc, nước thải tuyển quặng Titan có thể chứa các hạt phóng xạ kích thước nhỏ, không thể tự lắng đọng và các nguyên tố phóng xạ tan trong nước, chủ yếu là U và Ra. Các tác nhân này gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường xung quanh, đặc biệt là môi trường sinh thái các vùng biển lân cận, môi trường nước của dân cư chung quanh và trực tiếp ảnh hưởng đến công nhân khai khoáng. 22 Các thân quặng sa khoáng titan chứa chất phóng xạ ven biển nước ta thường nằm trong các cồn cát ít được cây cối, thảm thực vật che phủ, và lớp phủ thường tương đối mỏng. Nhiều mỏ quặng đang được khai thác. Bởi vậy, quặng sa khoáng chịu tác động mạnh mẽ của các yếu tố tự nhiên, của các hoạt động khai thác và các tác động khác của con người làm cho chúng dễ dàng phát tán ra môi trường xung quanh. Trong điều kiện môi trường thủy địa hóa thuận lợi, các chất phóng xạ bị hòa tan và di chuyển ra biển, gây ô nhiễm phóng xạ ở nước biển.  Yếu tố tác động của tự nhiên Các thân quặng sa khoáng có chứa chất phóng xạ bị phong hóa, bị nước mưa, nước mặt, nước ngầm tác động phá hủy thường xuyên. Sản phẩm của các quá trình phong hóa, phá hủy đó bị phát tán và đưa vào môi trường dưới dạng các vành phân tán: vành phân tán cơ học và vành phân tán muối. Diện tích và hướng phát tán của các vành phân tán phụ thuộc vào địa hình, thời gian, kích thước và loại vật liệu di chuyển. Các vành phân tán tạo thành các dị thường nguyên tố phóng xạ. Khi các thân quặng sa khoáng nằm gần bờ biển thì vật chất trong các vành phân tán quặng dễ dàng xâm nhập, gây ô nhiễm nước biển.  Yếu tố tác động của con người Con người khai thác, tàn phá thiên nhiên, làm mất cân bằng sinh thái, mất lớp phủ thực vật che chắn và bảo vệ đất, làm cho vùng mỏ bị xói lở và bóc mòn. Quặng bị phong hóa phá hủy và phát tán đi các nơi. Trong các công trình thi công thăm dò khai thác, việc gom đất đá thải (các hào, lò, giếng khoan…) chưa được chú ý. Các quặng đuôi, các phần quặng có hàm lượng thấp hơn hàm lượng biên, các mạch quặng nhỏ nằm trong phần đá kẹp bị đưa ra bãi thải. Nước thải từ các khai khoáng, xưởng tuyển không được xử lý, thu gom, để chảy tràn lan ra môi trường xung quanh. Các bãi biển đều có địa hình dốc ra phía biển, càng làm cho các chất thải, nước thải trôi xuống biển, đem theo các chất phóng xạ và các chất độc hại khác làm ô nhiễm môi trường nước biển. 2.2 ĐỘ PHÓNG XẠ TRUNG BÌNH TRONG KHÔNG KHÍ Ở khắp nơi trên Trái Đất, dù trên diện tích nhỏ hay lớn luôn luôn tồn tại một lượng phóng xạ trong không khí và hiển nhiên là ở các miền khác nhau thì có mật độ khác nhau. Do đó, các địa dư khác nhau cũng cho những số liệu phóng xạ khác nhau. Tuy vậy, ta có thể lấy các giá trị trung bình để so sánh theo các mục đích khác nhau. 2.2.1 Sự phát tán phóng xạ trong không khí Trong quá trình phân rã Urani, Thori trong tự nhiên, sản phẩm tạo thành chủ yếu ở trạng thái rắn, chỉ có 2 đồng vị ở dạng khí là radon và thoron, trong đó thoron có chu kỳ phân hủy rất ngắn (54 giây), quãng đường di chuyển rất ngắn (khoảng 30 cm) đã chuyển thành đồng vị khác; do vậy ít ảnh hưởng đến con người. 23 Radon có chu kỳ phân hủy dài (92 giờ), di chuyển xa trong không khí, khi xâm nhập vào phổi, phân hủy thành đồng vị ở thể rắn, gây ra liều chiếu trong rất nguy hiểm. Khả năng phát tán của radon trong không khí phụ thuộc vào các yếu tố: nồng độ radon trong đất, lớp vỏ phong hóa, thảm thực vật, đặc điểm địa hình, hướng gió. Ở khắp nơi trên Trái Đất, dù trên diện tích nhỏ hay lớn luôn luôn tồn tại một lượng phóng xạ trong không khí và hiển nhiên là ở các miền khác nhau thì có mật độ khác nhau. Do đó, các địa dư khác nhau cũng cho những số liệu khác nhau. Tuy vậy, ta có thể lấy các giá trị trung bình để so sánh theo các mục đích khác nhau. Sự phát tán phóng xạ trong không khí: kết quả đo khí phóng xạ khu Tiên An được thể hiện qua bảng 2.5. Bảng 2.5. Kết quả đo radon và tổng hoạt alpha trong không khí ở khu Tiên An Vị trí đo Nồng độ radon (Bq/m3) Tổng hoạt độ alpha (Bq/m3) Trong khu mỏ 52,2 – 1260,2 81,8 – 228,9 Lân cận mỏ 3,0 – 60,7 7,7 – 9708 Nồng độ phóng xạ radon trong không khí theo ICRD (Ủy ban An toàn bức xạ Quốc tế) ≤ 150Bq/m3. Bảng 2.5 cho thấy trong khu vực tồn tại thân quặng phóng xạ có nồng độ phóng xạ radon trong không khí cao hơn mức tiêu chuẩn giới hạn cho phép và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. 2.2.2 Các bức xạ có nguồn gốc từ đất 2.2.2.1 Hoạt độ phóng xạ Trên cơ sở đo lường radon và thoron cân bằng sinh ra từ U238 và Th232 trong đất đá, người ta xác định được hoạt độ bức xạ của chúng vào trong không khí. Hoạt độ của radon sinh ra từ đất đá đo được trên mặt đất vào khoảng 4 Bq/m3 (100pCi/m3). Mật độ thoron ở trên mặt đất cũng như vậy, nhưng ở độ cao trên một mét thì hoạt độ thoron giảm. Tuy vậy ở độ cao 100m trở đi thì lượng radon cũng giảm đi rõ rệt. Hàm lượng của hai loại khí radon, thoron trong môi trường còn phụ thuộc vào mùa và tốc độ gió. Thông thường khi tốc độ gió lớn và trời mưa thì hoạt độ quan trắc của hai loại khí này đều bị giảm. Người ta xác định được hoạt độ của khí radon đạt giá trị cực đại vào mùa đông, còn về mùa hè thì nó đạt giá trị cực tiểu. Hoạt độ của các sản phẩm có thời gian bán rã nhỏ của radon ở trong nhà thì phụ thuộc vào dạng vật liệu xây dựng sử dụng cho chính ngôi nhà đó. Nói chung hoạt độ này lớn hơn từ 2÷10 lần so với các sản phẩm của radon tự do trong không khí. Các sản phẩm có thời gian bán rã dài của radon là Pb210 và Po210. Các sản phẩm này có hoạt độ là 520÷120 µBq/m3 (14÷3,3 fCi/m3). Khi có mưa và gió thì lượng các sản phẩm của radon cũng bị giảm. 24 2.2.2.2 Liều nhận được trong không khí Từ việc phân tích các sản phẩm của radon và thoron ở trên, người ta đã xác định được giá trị trung bình về suất liều của các chất phóng xạ trong không khí ở các vùng không có dân cư là 1÷2nGy/giờ (0,1÷0,2µrad/giờ), trong khi đó giá trị trung bình của các suất liều phóng xạ có trong không khí ở khu có dân cư (khu có các công trình xây dựng…) là 45nGy/giờ (4,5µrad/giờ). 2.2.2.3 Năng lượng alpha thế Năng lượng alpha thế được biểu diễn bằng đơn vị là MeV. Năng lượng alpha thế sinh ra từ cường độ cân bằng các thời gian bán rã ngắn, là một đặc trưng quan trọng của radon và thoron. Để cho tiện người ta còn biểu diễn năng lượng alpha thế qua đơn vị WL, 1WL=1,3x105 MeV/lít. Nó tương đương với năng lượng alpha thế trên sản phẩm của khí radon. 1WL giải phóng 3,7 hay 0,28 Bq/lít (100 hay 7,47 pCi/lít) sản phẩm của khí radon hoặc thoron cân bằng. Năng lượng alpha thế của các thoron và radon có thời gian sống ngắn được giới thiệu ở bảng 2.6. Bảng 2.6. Năng lượng alpha thế của thoron và radon với thời gian sống ngắn Năng lượng alpha thế Các đại lượng biến đổi Tên các hạt nhân Chu kì bán rã Hoạt độ (fCi) MeV/ng.tử MeV/fCi MeV/fCi Wlít/fCi Po218(RaA) 3,05 phút 9,77 13,68 134 134 0,00103 Pb214(RaB) 26,8 phút 85,3 7,68 658 658 0,00507 Bi214(RaC) 19,7 phút 63,1 7,68 485 485 0,00370 Po214(RaC) 1,6x10-4Gy 10-5 7,68 7,68x10-5 7,68x10-5 6x10-10 Po216(ThA) 0,158Gy 0,00844 14,57 0,123 0,123 9,5x10-7 Pb212(ThB) 10,6 phút 2040 7,79 15900 15900 0,1223 Bi212(ThC) 60,5 phút 194 7,79 1510 1510 0,0116 Po212(ThC) 3x10-7Gy 1,6x10-8 8,78 1,4x10-7 1,4x10-7 1x10-12 2.2.3 Các bức xạ có nguồn gốc nhân tạo Trong việc lựa chọn các giá trị trung bình, người ta cũng phải lưu ý tới sự giải phóng chất phóng xạ do các vụ thử hạt nhân cũng như các cơ sở công nghiệp hạt nhân phát tán vào bầu khí quyển. Trong công nghiệp hạt nhân, ngoài các lò phản ứng cũng phải chú ý tới các nhà máy và dây chuyền công nghệ sản xuất nhiên liệu hạt nhân. 25 2.2.3.1 Sự nhiễm bẩn tổng quát từ các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân Các sản phẩm phân hạch nguy hiểm nhất được phát tán từ các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân vào không khí là Sr90, Cs137, H3 và K85. Ngoài ra, còn có rất nhiều đồng vị phóng xạ khác cũng được sinh ra từ các vụ nổ thử nghiệm này. Năm 1976, người ta đã phát hiện ra rằng Sr90 có trong không khí với hoạt độ phóng xạ cỡ 450nBq (121,6fCi) ở phía Bắc bán cầu. Hàng năm, từ những năm 1970÷1975, hoạt độ phóng xạ của Sr90 đã được xác định là vào khoảng 7,4÷2pBq/năm. Người ta cũng đã đo được tỷ số hoạt độ Cs137/Sr90 là 1,6; tỷ số hoạt độ H3/Sr90 trong nước biển là 325,6 và tỷ số hoạt độ Kr85/Sr90 là 0,07. 2.2.3.2 Các nhà máy sản xuất nhiên liệu hạt nhân Từ việc xác định hoạt độ phóng xạ của Kr85 trên Trái Đất trong năm 1977 là 70MCi, người ta cũng xác định được hoạt độ phóng xạ 65MCi của đồng vị Kr85 sinh ra từ các nhà máy sản xuất nhiên liệu hạt nhân. Từ những năm 1970, người ta đã tập trung nhiều hơn vào sản xuất đồng vị Pu và do đó hàm lượng Kr85 cũng giảm xuống. 2.2.3.3 Sự giải phóng chất phóng xạ từ các lò phản ứng vào không khí Cùng với hoạt động sản xuất trong các nhà máy nhiên liệu hạt nhân, các hoạt động nghiên cứu thực nghiệm quanh và trong các lò phản ứng hạt nhân thường phát tán các chất phóng xạ làm nhiễm bẩn môi trường. Tuy nhiên, ở các lò phản ứng hoạt động với công nghệ hiện đại thì việc gây ô nhiễm môi trường không khí thường ở mức hạn chế. Trên thực tế, mức độ làm nhiễm bẩn môi trường không khí từ các lò phản ứng hạt nhân là tùy thuộc vào loại hình lò phản ứng và tính hiện đại về công nghệ của từng loại lò. Hiển nhiên khi lò không có sự cố gì thì tính ổn định và các tác nhân gây ô nhiễm từ các lò phản ứng với công nghệ hiện đại là ở mức hạn chế và kiểm soát được. Tuy nhiên, trong những năm qua, sự cố của nhà máy điện nguyên tử Trecnôbưn (Nga) cùng với các sự cố nhà máy điện hạt nhân khác ở Mỹ và Nhật cũng đã phát tán một lượng đáng kể các chất phóng xạ vào môi trường. 2.2.4 Phóng xạ trong không khí tại một số nƣớc Châu Á Tại khu vực Đông Nam Á, mây phóng xạ có xu hướng tiến đến Indonesia và Malaysia. Gần Việt Nam nhất có trạm tại Phillipines đã phát hiện thấy các hạt nhân phóng xạ. Còn tại trạm quan trắc JPP38 của Nhật Bản nằm gần khu vực nhà máy Fukushima 1 đã phát hiện được ít nhất 3 hạt nhân phóng xạ từ phản ứng kích hoạt và khoảng 13 hạt nhân phóng xạ từ phản ứng phân hạch. Theo Viện trưởng Viện an toàn hạt nhân Hàn Quốc, các trạm quan trắc mức độ phóng xạ tại 12 địa điểm trên toàn nước này đã phát hiện I131 (Iốt) phóng xạ, tuy nhiên nồng độ ít. Đặc biệt, tại Chuncheon, phía đông bắc Hàn Quốc, hạt Cs137 (cesium) cũng được tìm thấy cùng với iốt phóng xạ. 26 Ủy ban Điều phối ứng phó khẩn cấp sự cố hạt nhân nhà nước Trung Quốc công bố thông tin phát hiện nguyên tố phóng xạ nhân tạo I 131 trong không khí phía bắc tỉnh Hắc Long Giang, không khí một số khu vực ven biển đông nam Trung Quốc cũng quan trắc được nồng độ phóng xạ cực nhỏ. Các chuyên gia cho rằng đây là kết quả các chất phóng xạ đã bay từ nhà máy điện hạt nhân tại Fukushima của Nhật Bản, nơi đã xảy ra vụ rò rỉ phóng xạ do hậu quả của trận động đất. Nhưng nồng độ rất nhỏ, sẽ không ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. 2.3 ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG ĐẤT Độ phóng xạ trong đất được hình thành từ các nguồn sau:  Từ các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên.  Từ các hạt nhân phóng xạ nhân tạo do con người đưa vào môi trường. Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên sinh ra do sự tương tác của các tia vũ trụ và các bức xạ khác với khí quyển và ngưng đọng lại ở các lớp đá. Hạt nhân đặc trưng là U 238, Th232, hạt nhân con trong các dãy này và K40. Ngoài ra, còn có một số đồng vị khác có nguồn gốc tự nhiên như Be7, Na22, Na24. Một số đặc trưng cho một số loại đất và được minh họa trong bảng 2.7. Bảng 2.7. Hàm lượng các đồng vị phóng xạ điển hình trong các loại đất đá Loại nham thạch Hàm lượng các chất phóng xạ chứa trong các loại nham thạch Bq/kg (pCi/kg) K40 U238 Th232 999 (27) 59 (1,6) 81 (2,2) Diopit 703 (19) 23 (0,62) 33 (0,88) Bazanlt 241 (6,5) 11 (0,32) 11 (0,3) Durit 148 (4,0) 0,4 (0,01) 24 (0,66) Đá vôi 89 (2,4) 28 (0,75) 7 (0,19) Cacbonat - 27 (0,72) 8 (0,21) Cát 370 (10) 18 (0,5) 11 (0,3) Đất sét 703 (19) 44 (1,2) 44 (1,2) Nham thạch do núi lửa Granit Đất phù sa 27 Ở các nước khác nhau thì số liệu trên có thay đổi và như vậy người ta thường quan tâm đến giá trị trung bình tính chung cho các loại đất trên toàn thế giới cho các đồng vị sau đây: K40 Bq/kg (pCi/kg) U238 Bq/kg (pCi/kg) Th232 Bq/kg (pCi/kg) 370 (10) 26 (0,7) 26 (0,7) Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều loại nhưng sống lâu và tồn tại trong đất là đồng vị Sr90 và Cs137. Các đồng vị này gây nên sự ô nhiễm phóng xạ trong đất. Hàm lượng các đồng vị này lại phụ thuộc vào độ sâu so với mặt đất. Thông thường ở độ sâu 45÷55cm thì không thấy tồn tại các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Tuy nhiên, ngay ở cùng độ sâu chừng 15cm tính từ mặt đất thì hàm lượng các đồng vị khác nhau như Sr90 và Cs137 cũng khác nhau trong các loại đất khác nhau. Một vài ví dụ minh họa trong bảng 2.8. Bảng 2.8. Hàm lượng các đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào độ sâu Độ sâu (cm) Đất sét pH = 4,6 Đất cát pH = 6,6 Đất ở phía bìa có đá vôi pH = 7,6 Sr(%) Cs(%) Sr(%) Cs(%) Sr(%) Cs(%) 0,0÷2,5 50 98 63 98 57 43 2,5÷5,0 20 2 22 2 24 21 5,0÷7,5 15 - 13 - 19 - 7,5÷10 - - 2 - 6 - 2.3.1 Độ phóng xạ trong đất phù sa Các số liệu về độ phóng xạ trong đất phù sa trên sông Đanuýp ở vùng ngoại ô Buđapet, tại nơi mà Hungari đã xây dựng nhà máy điện nguyên tử vào những năm 1977÷1980 được trình bày ở (bảng 2.9) dưới đây. Các số liệu trong bảng là các giá trị trung bình xác định cho 3 năm 28 Bảng 2.9. Hàm lượng các đồng vị phóng xạ trong phù sa sông Đanuýp năm 1970 – 1980 Đồng vị phóng xạ α Tổng cộng β Tổng cộng Th234 Ra226 Pb212 Pb214 Ac228 Ti208 Bi214 K40 Sr90 Cs137 1977 1978 1979 1980 mBq/g mBq/g mBq/g mBq/g 107,30 303,40 296,00 202,50 (96,20÷129,50) (37,00÷869,50) (173,00÷432,0) (110,00÷340,0) 222 710 740 453 (74,00÷555,00) (55,50÷1043,4) (318,0÷1073) (114,0÷720) 57,35 56,98 48,22 35,58 (17,12÷92,52) (18,13÷132,46) (15,17÷894) (30,60÷45,60) 83,25 55,5 80,89 60,98 (34,04÷109,89) (16,65÷105,82) (47,36÷124) (39,30÷87,3) 23,68 22,20 26,26 23,109 (18,13÷35,15) (11,47÷49,95) (15,91÷35,50) (21,40÷23,50) 21,83 22,57 30,67 29,68 (11,74÷29,97) (12,58÷39,59) (16,65÷38,80) (15,80÷46,90) 19,98 19,98 27,26 23,03 (8,51÷34,78) (8,51÷34,78) (16,65÷39,60) (15,90÷34,90) 17,40 18,13 26,87 21,16 (9,90÷22,00) (9,62÷31,40) (16,28÷34,4) (12,70÷29,70) 16,30 18,50 24,43 27,74 (11,10÷18,80) (11,10÷34,80) (11,23÷49,40) (16,10÷47,70) 359,60 323,00 246,71 352,14 (198,80÷629,70) (186,50÷710) (284,90÷490) (325,00÷421) 1,11 1,48 0,84 (0,41÷1,50) (0,14÷1,85) (0,23÷1,24) 5,55 5,60 9,26 4,65 (4,44÷7,40) (1,11÷15,17) (0÷12,10) (1,20÷5,30) - (Giá trị số ghi ở các cột: dòng trên là giá trị trung bình, dòng dưới là các giá trị min-max đo được) 29 2.3.1 Ảnh hƣởng của chất phóng xạ lên môi trƣờng đất Tác động đến sự trao đổi chất của các vi sinh vật và động vật chân đốt trong đất của khu vực bị ô nhiễm phóng xạ. Đồng thời hủy hoại tầng sơ cấp của chuỗi thức ăn từ đó dẫn đến hậu quả tiêu cực cho những loài động vật săn mồi. Những loài động vật nhỏ trong đất có thể tiêu thụ những hóa chất độc hại trong đất sau đó chuyển vào chuỗi thức ăn đến các động vật lớn dẫn đến việc tăng tỉ lệ tử vong và thậm chí còn dẫn đến tiệt chủng loài. Ngoài ra còn tác động đến sự trao đổi chất của cây và làm giảm năng suất của các vụ mùa. Cây cối hay các loài thực vật khác sẽ hút chất từ đất bị ô nhiễm phóng xạ sau đó chuyển vào chuỗi thức ăn gây hại cho cơ thể người. Ở những vùng đất bị ô nhiễm này nếu không xử lý kịp thời có thể trở thành đất chết. 2.3.2 Phát hiện phóng xạ trong đất tại Nhật Bản Nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Không gian đại học Mỹ cho thấy, các chất phóng xạ xuất hiện tại rất nhiều khu vực Đông Bắc Nhật Bản đã vượt quá mức độ được cho là an toàn đối với hoạt động nông nghiệp. Đây được xem là một nghiên cứu toàn diện về mức độ ô nhiễm phóng xạ tại Nhật Bản sau sự cố hạt nhân tại nhà máy Fukushima. Nghiên cứu cho thấy, các đồng vị phóng xạ đã được thổi bay phát tán tới nhiều khu vực, đặc biệt là các vùng ven biển của Nhật Bản sau sự cố hạt nhân tại nhà máy Fukushima. Trong đó, chất Cs137 được phát hiện tại 46/47 vùng miền của Nhật Bản. Khu vực phía Đông tỉnh Fukushima có hàm lượng phóng xạ vượt quá mức độ an toàn cho phép đối với đất canh tác. Càng gần khu vực nhà máy, chất này cao hơn khoảng 8 lần so với mức giới hạn an toàn. Điều này làm dấy lên nguy cơ rằng hoạt động sản xuất lương thực của Nhật Bản tại các khu vực bị ảnh hưởng có thể bị tác động nghiêm trọng. Hinh 2.2. Khu vực đất nông nghiệp gần nhà máy Fukushima có hàm lượng phóng xạ cao (Nguồn: Reuters) 30 Chất Cs137 có thể lơ lửng trong môi trường khoảng nhiều thập kỷ. Theo nghiên cứu, ngay khi xâm nhập vào đất, chất caesium sẽ liên kết với các khoáng chất có trong đất có vai trò quyết định tới khả năng hấp thụ các khoáng chất đối với cây trồng. Tuy nhiên, quá trình hấp thụ này như thế nào sẽ còn tùy thuộc vào từng loại đất. Nghiên cứu trước đó cũng chỉ rõ, các nông sản của Nhật Bản đều chứa một lượng phóng xạ ở mức thấp vẫn đảm bảo an toàn cho người dùng. Chất Cs137 phát ra các tia gamma có thời gian bán rã dài và tác dụng đến nhiều cơ quan chức năng trong cơ thể. Chất này khi xâm nhập cơ thể sẽ tấn công và phá hủy các tế bào trong tủy xương, gây ung thư máu và ung thư xương. 2.4 ĐỘ PHÓNG XẠ TRUNG BÌNH TRONG CÁC MẪU DINH DƢỠNG VÀ CÂY Độ phóng xạ của cây cỏ ở lục địa và động vật cũng như của thực phẩm nói chung một phần là do của các hạt nhân phóng xạ tự nhiên và một phần là do các hạt nhân phóng xạ nhân tạo (do các vụ nổ hạt nhân) gây ra. Trong các hạt nhân phóng xạ tự nhiên, người ta chú ý tới dãy Uran. Nói một cách khác người ta thường gặp U238, Ra226, Po210. Đặc biệt đồng vị K40 hay gặp ở trong các mẫu động vật, thực vật. Trong các đồng vị nhân tạo, người ta chú ý tới đồng vị Sr90, Cs137, I131. Các đồng vị này thường sinh ra do các vụ nổ hạt nhân, chúng bay vào không khí, rơi xuống đất, xuống nước và động thực vật lại hấp thụ vào. Người ta thường so sánh Sr90 với lượng canxi có trong động, thực vật, hoặc Cs137 với lượng kali có trong toàn bộ động, thực vật. Người ta theo dõi trong sữa động vật để phát hiện lượng Sr90 và ở các bộ phận của con người, ở cây cỏ cũng như ở thực phẩm và ở các động vật để phát hiện lượng Cs 137. Trong tuyến giáp trạng của động vật người ta cũng hay gặp đồng vị phóng xạ I131. Trong những năm 1970, người ta đã đo độ phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên đối với một số mẫu dinh dưỡng ở một số nước (bảng 2.10) Bảng 2.10. Độ phóng xạ trong các mẫu dinh dưỡng và trong cây ở một số nước Tên nước Các đồng vị phóng xạ tính trong mBq/ngày U238 Ra226 Pb210 và Po210 Pháp 7,4÷33,3 40,7 - Nhật 11,1÷44,4 14,8÷37,0 - Vương quốc Anh 14,8 44,4 37÷370 Mỹ 15,9÷17,0 29,6÷62,9 51,8÷66,6 Liên Xô (cũ) 11,1 - 229,4÷151,7 Giá trị trung bình 10÷20 37 111÷111 31 Ngoài các số liệu trên bảng này, ở một số nước còn theo dõi trên các đối tượng cụ thể khác như Liên xô (cũ) người ta đã đo được trong nước mưa lượng U 238 là 2,6 Bq/lít (70pCi/lít). Phần lớn lượng U238 có trong nước giếng đã đạt tới 37÷185 Bq/lít (1000÷5000pCi/lít). Trong một số mặt hàng tiêu dùng ở Canada và Phần Lan người ta đã theo dõi lượng Po210 đạt được là 3,7 Bq/lít (100pCi/lít). Ngoài ra, người ta cũng theo dõi lượng đồng vị Pb210 và Po210 có trong thuốc lá lớn hơn các giá trị có trong bảng cỡ 50%. Ngoài lượng kali có trong cơ thể người thì người ta còn thấy lượng kali phóng xạ (K ) cũng thường xuất hiện trong các bộ phận con người, đồng thời lượng K40 còn có trong rau xanh, hoa quả và các thực phẩm có nguồn gốc muối, nước khoáng. Thường thì lượng kali trung bình có trong cơ thể cỡ 2 g/kg trọng lượng cơ thể. Chúng ta cũng lưu ý là khi các sản phẩm phân hạch của quá trình nhân tạo rơi xuống đất thấm vào đất, nước thì tất cả cây cối và các động vật sẽ bị nhiễm chất phóng xạ này. Trong các sản phẩm này, thể hiện rõ là Cs137, Sr90 trong sữa và chất dinh dưỡng, được minh họa ở bảng 2.11. 40 Bảng 2.11. Hàm lượng Sr90, Cs137 trong sữa và trong chất dinh dưỡng ở một số nước Trong sữa Tên nước Trong chất dinh dưỡng có sữa Sr90 Cs137 Sr90 Cs137 mBq/gCa mBq/lít mBq/gCa mBq/ngày Ấn Độ 148 148 222 666 Pháp 222 444 333 518 Tây Đức 185 555 296 592 Ba Lan 185 814 - - Vương quốc Anh 111 259 - - Mỹ (New York) 185 - 296 - Ácgiăngtin 74 185 111 148 Úc 148 222 148 - Nhật 111 333 333 259 32 2.4.1 Phát hiện phóng xạ trong lá cây ở Việt Nam Trạm quan trắc phóng xạ môi trường của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân ở Hà Nội đã lấy mẫu lá thông (loại lá thường được dùng để chỉ thị ô nhiễm phóng xạ trong môi trường không khí và thực vật) ở huyện Sóc Sơn. Trạm quan trắc đã ghi nhận hai đồng vị phóng xạ là Cs134 và Cs137 trong lá cây thông. Tại Việt Nam, theo số liệu đo đạc của các trạm thuộc viện Năng lượng nguyên tử, ở Đà Lạt và Ninh Thuận không phát hiện thấy đồng vị phóng xạ Cs134 và Cs137, chỉ ghi nhận đồng vị phóng xạ I131 nhỏ. Ở Thành phố Hồ Chí Minh vẫn ghi nhận các đồng vị phóng xạ nhân tạo là I131, Cs134 và Cs137. Trạm đo tại Hà Nội không thấy đồng vị I131. Tuy nhiên các đồng vị phóng xạ nhân tạo ghi nhận được tại 3 địa điểm nói trên đều ở mức rất thấp, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. 2.4.2 Phóng xạ trong nƣớc uống và sữa siêu sạch ở nƣớc Mỹ Nhật Bản đã được phát hiện trong nước uống ở hơn 13 thành phố và chất phóng xạ Cs đã được tìm thấy trong sữa siêu sạch Vermont của Mỹ. Đây là lần đầu tiên Mỹ phát hiện hàm lượng phóng xạ kể từ sau thảm họa hạt nhân tại nhà máy Fukushima 1 Nhật Bản. 137 Các mẫu sữa từ thành phố Phoenix và Los Angeles có chứa hàm lượng phóng xạ I ở các cấp độ tương đương với mức độ chất gây ô nhiễm tối đa cho phép của EPA. Các mẫu sữa từ Phoenix chứa hàm lượng phóng xạ iốt là 3,2 pCi/l (đơn vị đo hàm lượng chất phóng xạ trong chất lỏng). Mẫu sữa ở Los Angeles chứa 2,9 pCi/l. Bức xạ trong một số mẫu sữa đã đạt đến mức gây ô nhiễm mà EPA đưa ra (3.0 pCi/l). 131 Đồng vị phóng xạ trong sữa được tích lũy khi lây lan qua không khí, rơi xuống đất qua mưa, bụi, và bám trên thực vật và gia súc chăn thả ăn phải những thực phẩm này. Theo EPA, hàm lượng iốt phóng xạ tích tụ trong tuyến giáp, nó có thể gây ung thư và các bệnh tuyến giáp khác. Cs137 tích tụ trong các mô mềm của cơ thể và có thể làm tăng nguy cơ ung thư. 2.4.3 Phóng xạ trong sữa Meiji ở Nhật Bản Hai chất phóng xạ tìm thấy trong hộp sữa Meiji được sản xuất tại Nhật Bản là Cs và Cs134. Trong chất này, Cs137 đặc biệt nguy hiểm với chu kỳ bán rã lâu, kéo dài tới 30 năm. Có thể tồn tại, luân chuyển từ môi trường này sang môi trường khác. Thậm chí có thể tồn tại trong đất đến hàng trăm năm. 137 Kết quả của việc điều tra, hàm lượng chất phóng xạ trong các hộp 850 gam vẫn nằm trong giới hạn cho phép và không có nguy hại cho sức khoẻ. Cụ thể, hàm lượng phóng xạ Cs134 được phát hiện ở mức 15,2 Bq/kg, trong khi hàm lượng Cs137 là 16,5 Bq/kg. Theo công ty, mức độ cho phép đối với sữa và các chế phẩm từ sữa dành cho trẻ là 200 Bq/kg. 33 Hình 2.3 Minh họa sữa Meiji nhiễm phóng xạ Nguồn: Bloomberg. Khi ăn phải thực phẩm bị nhiễm chất cesium, chất này sẽ tồn tại lâu trong cơ thể và là mối đe dọa cho sức khỏe con người. Khi quá một giới hạn cho phép, Cs137 tích tụ vào tủy xương thì sẽ làm cho các tế bào tạo ra máu (bone marrow) bị hủy diệt hoặc làm cho các DNA bị hư hỏng dẫn đến chứng ung thư máu (leukemia). Đã có 1 sự thống nhất quốc tế về mức độ phóng xạ trong các thực phẩm thương mại khi xảy ra các thảm họa hạt nhân. Tiêu chuẩn này viết tắt là GLs do FAO và WHO công bố. Những thực phẩm có mức độ phóng xạ thấp dưới tiêu chuẩn GLs là an toàn đối với người sử dụng. Khi mức GLs cao hơn tiêu chuẩn, chính phủ các quốc gia có quyền hủy bỏ hoặc không cho phép thực phẩm này vào lãnh thổ nước mình. Trước đó, nhà sản xuất sữa hàng đầu Nhật Bản, Meiji, thừa nhận, trong sữa bột sản xuất từ ngày 14/3/2011 tới ngày 20/3/2011, đã phát hiện có 30,8Bq phóng xạ cesium/1kg sữa trong các sản phẩm Meiji “Step”. Tuy mức nhiễm phóng xạ này thấp hơn nhiều so với mức an toàn là 200Bq/kg theo quy định của chính phủ, nhưng hãng Meiji vẫn quyết định cho khách đổi lại toàn bộ sữa sản xuất trong giai đoạn vừa nêu. 2.5 ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG THỦY SINH VẬT 2.5.1 Độ phóng xạ trong cá ở sông Đanuýp của Hungari Người ta đã bắt cá ở các đoạn sông trên nhiều địa phương khác nhau, và sau đó phân loại riêng thịt và xương để theo dõi độ phóng xạ có trong các mẫu đó. Kết quả thu được trong các năm 1978 đến 1980 được trình bày ở bảng 2.12. 34 Bảng 2.12. Độ phóng xạ trong các mẫu cá Loại cá Cá chép Cá măng Các phần của cá Năm 1978 – 1979 (mBq/g) Năm 1979 – 1980 (mBq/g) Sr90 Cs137 Tổng cộng Sr90 Cs137 Phần không ăn 35,4 - 1402±76 34,50±4,20 10,26 Phần ăn - 19,32 8405±257 - 11,57 Phần không ăn 19,31 - 741±70 18,48±3,40 14,70 Phần ăn - 16,83 7607±210 - 33,62±5,52 Những năm 1970, người ta đã đo độ phóng xạ tổng cộng trong cá. Kết quả được minh họa trong bảng 2.13. Bảng 2.13. Độ phóng xạ tổng cộng trong cá Năm 1973 1974 1975 1976 Các loại mẫu Độ phóng xạ bêta tổng cộng mBq/g(pCi/g) Thịt cá 392 (10,6) Xương cá 337 (9,1) Thịt cá 1232 (33,3) Xương cá 322 (8,7) Thịt cá 418 (11,3) Xương cá 270 (7,3) Thịt cá 410 (11,1) Xương cá 233 (6,3) 2.5.2 Độ phóng xạ trong hải sản ở Nhật Bản. Kết quả xét nghiệm phần lớn loài cá gần bờ biển phía đông bắc Nhật Bản cho thấy nồng độ phóng xạ Cs134 và Cs137 trong cơ thể chúng vẫn thấp hơn ngưỡng an toàn. Tuy nhiên có khoảng 40% các loài cá sống ở đáy biển như cá bơn lưỡi ngựa, cá tuyết, cá bơn, đều ở trên ngưỡng an toàn. Đây là phát hiện của Ken Buesseler, một nhà hóa học hải dương của Viện Hải dương Woods Hole tại Mỹ. 35 Mức độ an toàn của cá và các loại thực phẩm khác xung quanh tỉnh Fukushima vẫn là mối quan tâm của người dân tại Nhật Bản, một trong số những nước tiêu thụ nhiều hải sản nhất thế giới nếu tính theo bình quân đầu người. Thế nhưng cá ở Fukushima có nồng độ phóng xạ gấp 5.000 lần so với mức giới hạn của chính phủ. Đài Tiếng nói nước Nga dẫn nguồn tin từ nhà điều hành Tokyo Electric Power quản lý cơ sở hạt nhân Fukushima số 1 của Nhật Bản cho biết gần nhà máy điện hạt nhân này, một con cá được đánh bắt cho thấy nồng độ phóng xạ cesium trong cơ thể cao hơn bình thường 5.000 lần. Theo các chuyên gia, một người ăn con cá này ngay lập tức sẽ nhận liều bức xạ 7,7 millisievert, nhiều gấp đôi tỷ lệ bức xạ trung bình một năm đối với cơ thể. Khi khủng hoảng tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima 1 xảy ra sau thảm họa sóng thần, người ta đã dùng nước biển để làm nguội các lò phản ứng. Công ty Điện lực Tokyo, chủ sở hữu của nhà máy điện hạt nhân Fukushima 1, xác nhận rằng lượng nước ấy đã chảy ra biển. “Chu kỳ bán rã của Cs137 là 30 năm. Điều đó có nghĩa là ngay cả khi phóng xạ ngừng rò rỉ hoàn toàn, phóng xạ sẽ vẫn nằm trong các lớp trầm tích trong vài thập kỷ nữa”, Buesseler khẳng định. Các chuyên gia cho rằng nước nhiễm phóng xạ từ nhà máy Fukushima 1 đã ngấm xuống đất và đang tiếp tục di chuyển về phía Thái Bình Dương. Hideo Yamazaki, một nhà sinh học hải dương của Đại học Kinki tại Nhật Bản, cũng cho rằng Cesium đang rò rỉ từ nhà máy Fukushima 1 và nó sẽ tiếp tục ngấm vào các loài động vật biển trong vòng hơn một thập niên nữa. 2.5.3 Độ phóng xạ trong rong, rêu và tảo Trên sông Đanuýp chảy qua Hungari, người ta thường thấy những cây rong, rêu hoặc các loại tảo (Alga), vào thời gian mùa thu hoặc mùa xuân số lượng các cây Alga hoặc rong rêu này lại càng tăng, đặc biệt khi môi trường nước sông bị bẩn thì số lượng các cây rong, rêu hoặc Alga lại tăng lên đột ngột. Người ta đã lấy những cây rong, rêu và Alga này đem đốt sấy ở nhiệt độ 1050C rồi đo hoạt độ trên phổ kế gamma. Kết quả nhận được trình bày ở (bảng 2.14). 36 Bảng 2.14. Mức độ phóng xạ ở một vài thủy sinh vật trên sông Đanuýp Các đồng vị phóng xạ nhận được trong những năm 1978 – 1980 Tên mẫu Alga Cây rong rêu dưới nước (nơi có nước hồ đổ ra sông) Đơn vị tính [mBq/g] TU I131 Cs137 K40 Be7 Ce141 Ce144 H3 4,8 3,9 675 0,31 - - 687 - 0,01 418 0,04 - 0,02 1109 2.6 ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG Vật liệu xây dựng có nguồn gốc từ các khoáng vật như gạch, đá hộc, tro, betong thường chứa Th232, Ra226 và K40. Các đồng vị này thường phát ra bức xạ gamma. Các đồng vị khác thuộc họ phóng xạ này thường xuất hiện gồm radon (Rn222) va thoron (Rn220). Cường độ phóng xạ tự nhiên của gỗ rất nhỏ, có thể bỏ qua. Trong những công trình xây dựng hiện đại, người ta thường dùng nhiều vật liệu kim loại và thủy tinh. Độ phóng xạ tự nhiên trong các vật liệu này cũng nhỏ. Nói chung ở các vật liệu xây dựng có nguồn gốc từ các khoáng vật thì độ phóng xạ tác động lên con người lớn hơn các vật liệu như gỗ, thủy tinh và kim loại. Thậm chí, các bức xạ từ radon còn thâm nhập vào cơ thể con người tới tận phổi và nội tạng do quá trình hô hấp. Có hai cách để xác định liều hiệu dụng đối với con người sống trong ngôi nhà. Cách thứ nhất, dùng máy đo liều để đo suất liều theo đơn vị µSv/h ở độ cao 1 m so với mặt đất, ta nhận được liều chiếu xạ ngoài. Để có liều chiếu xạ trong người ta đo nồng độ Ra222 trong không khí trong nhà. Cách thứ hai là lấy mẫu vật liệu xây dựng để đo hoạt độ phóng xạ riêng theo đơn vị Bq/kg. Các hạt nhân được đo là Ra226, Th232 và K40. Từ hoạt độ riêng của các hạt nhân này người ta tính được liều chiếu ngoài dựa trên một mô hình ngôi nhà chuẩn và dùng phương pháp toán học thích hợp. Khi đó liều chiếu trong được xác định qua hoạt độ riêng của Ra226. Ngày nay phương pháp thứ hai được sử dụng rộng rãi hơn còn phương pháp thứ nhất chỉ dùng để kiểm định lại sự đúng đắn của mô hình tính toán. 37 Bảng 2.15. Độ phóng xạ trung bình ghi nhận trên các vật liệu xây dựng tại các nước khác nhau ở chân Âu Vật liệu xây dựng Tên nước Số lượng mẫu đo Tây Đức Độ phóng xạ trung bình (mBq/g) Th232 Ra226 K40 69 63 66 555 Thụy Điển 15 85 48 703 Liên Xô 87 30 33 555 52 55 583 Bê tông Anh Giá trị trung bình Gạch Gạch Tây Đức 132 96 96 592 Thụy Điển 21 126 96 925 Liên Xô (cũ) 55 37 55 740 48 26 666 45 52 629 70 65 710 Hà Lan Anh 23 Giá trị trung bình Bằng việc ghi các phổ gamma, người ta đã xác định được hoạt độ phóng xạ trong vật liệu xây dựng như trình bày ở bảng 2.15. Ngoài ra, trong vật liệu xây dựng, người ta còn có thể xác định được lượng radi hiệu dụng trên cơ sở sử dụng công thức sau: C Ra  Qt (mBq/g) G (1  e t ) (2.1) Trong đó, Qt là lượng radon từ các loại vật liệu xây dựng phát tán vào không khí trong thời gian t; G là khối lượng của vật liệu xây dựng và λ là hằng số phân rã của radon. Ở Liên Xô trước đây, người ta đã sử dụng công thức trên để xác định lượng radi hiệu dụng trong các vật liệu xây dựng thông dụng. Số liệu ví dụ như ở bảng 2.16.Bảng 38 2.16. Hàm lượng radi hiệu dụng trong các loại vật liệu xây dựng Vật liệu xây dựng CRa(hiệu dụng) (mBq/g) Bêtông nặng 1,5 Bêtông nhẹ 2,0 Gạch đỏ 0,8 2.6.1 Liều hiệu dụng trong nhà và tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với vật liệu xây dựng 2.6.1.1 Phương pháp xây dựng tiêu chuẩn Khi con người ở trong ngôi nhà thì ngôi nhà trở thành một “lô cốt” chắn gần hết các tia bức xạ từ không gian bên ngoài chiếu vào nhà. Do đó liều chiếu ngoài và chiếu trong đối với con người chủ yếu do vật liệu xây dựng, tức là nền nhà, tường nhà và trần nhà gây nên. Để xây dựng tiêu chuẩn an toàn cho vật liệu xây dựng người ta đo liều chiếu ngoài và liều chiếu trong của một số ngôi nhà xây dựng từ các vật liệu phổ biến trong vùng ta quan tâm. Ví dụ ở Áo liều trung bình đo được vào khoảng 2 mSv/năm. Nếu dùng vật liệu xây dựng có phóng xạ cao thì liều bổ sung của nó không được vượt quá 1 mSv/h theo tiêu chuẩn an toàn bức xạ đối với dân chúng, tức là giới hạn trên của liều hiệu dụng tổng cộng là 3 mSv/năm. Nước Áo chọn giới hạn liều hiệu dụng 2,5 mSv/năm. Một số nước khác chọn giới hạn liều hiệu dụng từ 0,8 đến 2 mSv/năm đối với chiếu xạ ngoài còn giới hạn liều đối với chiếu xạ trong được tính riêng (xem bảng 2.17 dưới đây). 2.6.1.2 Tiêu chuẩn theo liều hiệu dụng chiếu ngoài Để xác định liều hiệu dụng chiếu ngoài trong nhà người ta lấy các mẫu vật liệu và đo hoạt độ phóng xạ riêng (đơn vị Bq/kg) đối với các hạt nhân Ra226, Th232 và K40. Việc tính toán từ hoạt độ phóng xạ riêng (Bq/kg) sang liều hiệu dụng chiếu ngoài (mSv/năm) được thực hiện đối với ngôi nhà chuẩn có kích thước 3 m × 3 m × 3 m với các bức tường dày vô hạn, không có cửa và cửa sổ. Theo mô hình đó liều hiệu dụng chiếu ngoài được tính toán theo công thức sau: He = 8,8.10-3 ×(0,461CRa + 0,623CTh + 0,0414CK) (đơn vị mSv/năm) (2.2) Trong đó, CRa, CTh và CK là hoạt độ riêng của Ra226, Th232 và K44 theo đơn vị Bq/kg. Ví dụ với các giá trị trung bình trên thế giới của hoạt độ riêng đối với vật liệu xây dựng CRa = 50 Bq/kg, CTh = 50 Bq/kg và CK = 500 Bq/kg thì He = 0,66 mSv/năm. Liều hiệu dụng He theo công thức (2.2) ít được sử dụng để đánh giá mức độ an toàn bức xạ của vật liệu xây dựng. Tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến hơn là chỉ số hoạt độ nêu dưới đây. 39 2.6.1.3 Tiêu chuẩn theo chỉ số hoạt độ chiếu ngoài và chiếu trong Cách phổ biến nhất để đánh giá giới hạn hoạt độ là dựa trên các chỉ số hoạt độ chiếu ngoài Iγ và chiếu trong Iα. Đối với liều chiếu ngoài dùng các giá trị hoạt độ đối với Ra266, Th232 và K49. Đối với liều chiếu trong, do Rn222 chỉ được sinh ra từ Ra266 nên giới hạn liều chiếu trong được xác định qua hoạt độ riêng của Ra266. Trong (bảng 2.17) dẫn ra một số công thức tính chỉ số hoạt độ chiếu ngoài Iγ và chiếu trong Iα. Giới hạn cực đại của các chỉ số này là Iγ ≤ 1 và Iα ≤ 1. Các công thức đối với chỉ số I gần giống nhau nhưng giới hạn Iγ ≤ 1 ứng với giới hạn liều hiệu dụng chiếu ngoài thay đổi từ 0,8 mSv/năm đến 2 mSv/năm. Bảng 2.17. Giới hạn của các chỉ số hoạt độ chiếu ngoài Iγ và chiếu trong Iα Nước Chỉ số hoạt độ chiếu xạ ngoài Iγ Chỉ số hoạt độ chiếu xạ trong Iα Liên Xô cũ I  C Ra CTh C   K 1 370 260 4810 I  C Ra 1 185 Đông Đức cũ I  C Ra CTh C   K 1 370 260 4810 I  C Ra 1 185 Ba Lan I  C Ra CTh C   K 1 370 233 3700 I  C Ra 1 185 Thụy Sỹ I  C Ra CTh C   K 1 999 703 9990 I  C Ra 1 185 Trung Quốc I  C Ra CTh C   K 1 350 260 4000 I  C Ra 1 200 Ví dụ với các giá trị trung bình trên thế giới của hoạt độ vật liệu xây dựng CRa= 50 Bq/kg, CTh = 50 Bq/kg và CK = 500 Bq/kg thì, theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ và Đông Đức cũ, ta có Iγ = 0,43 và Iα = 0,27. Như vậy dùng vật liệu xây dựng có hoạt độ phóng xạ trung bình trên thế giới để xây dựng nhà thì bảo đảm an toàn bức xạ. Một đại lượng cũng thường được sử dụng, là biến điệu của chỉ số hoạt độ chiếu ngoài Iγ , đó là hoạt độ tương đương radi Raeq  370.( CRa CTh C   K ) = CRa+1,43CTh+0,007CK 370 259 8810 (2.3) Giới hạn trên của Raeq là 370 Bq/kg. Với vật liệu xây dựng có giá trị trung bình trên thế giới như nêu trên thì Raeq = 160 Bq/kg. 40 2.6.1.4 Tiêu chuẩn đối với vật liệu khối và vật liệu lát bề mặt Hai cách xây dựng tiêu chuẩn nói trên đều xuất phát từ mô hình nhà chuẩn, là mô hình an toàn nhất về phương diện an toàn bức xạ. Tuy nhiên có hai vấn đề cần xem xét: - - Thứ nhất là vật liệu xây dựng trong nhà được phân thành hai loại, gồm vật liệu khối tức là vật liệu của cả bức tường hay trần nhà, như betông, gạch, xỉ than,… và vật liệu mỏng dùng để lát nền và tường như gạch tráng men, đá ốp lát,… Thứ hai là ngôi nhà thực không giống ngôi nhà chuẩn, nghĩa các bức tường không phải dày vô hạn mà chỉ dày khoảng 20 cm. Do hai lý do này, nếu một loại vật liệu xây dựng nào có liều hiệu dụng chiếu ngoài hoặc chỉ số hoạt độ chiếu ngoài cao hơn giới hạn thì phải xét tình huống cụ thể đó. Ví dụ khi đo đạc độ phóng xạ của mẫu đá granite lát nền nhà ở Đài Loan người ta nhận được chỉ số hoạt độ Iγ = 1,57, tức là lớn gấp 1,57 lần mức cho phép. Người ta đã tiến hành tính toán cho một phòng với kích thước 6 m × 4 m × 3 m với tường dày 20 cm và nền nhà granite dày 2 cm, khi đó granite chỉ chiếm 2,2% trọng lượng vật liệu xây dựng, thì nhận được Iγ = 0,38. Nếu tăng hoạt độ của granite lên 10 lần thì Iγ = 0,62, vẫn dưới mức cho phép. Người ta cũng tiến hành đo liều gamma trong 85 ngôi nhà ở Đài Loan có sử dụng granite thì thấy suất liều nằm trong khoảng 0,04 - 0,16 µSv/h, tức là không khác suất liều trong các nhà không sử dụng granite. Tính toán với một số mô hình, người ta đưa tới tiêu chuẩn đối với chỉ số Iγ được nêu trong bảng 2.18. Bảng 2.18. Các giới hạn của các chỉ số Iγ và Iα đối với vật liệu khối và vật liệu lát nền. Tiêu chuẩn liều Vật liệu khối Vật liệu lát nền 0,3 mSv/năm 1 mSv/năm I   0,5 I  1 I  2 I  6 Như vậy khi xét độ phóng xạ của vật liệu xây dựng phải xem xét vật liệu đó thuộc loại nào. Cùng với tiêu chuẩn 1 mSv/năm như nhau nhưng vật liệu khối có mức giới hạn Iγ ≤ 1 còn vật liệu lát mặt ngoài thì giới hạn tăng lên 6 lần, tức là Iγ ≤ 6. Theo tiêu chuẩn này thì mẫu đá granite lát nền nhà ở Đài Loan có chỉ số hoạt độ Iγ = 1,57 (< 6) vẫn không vi phạm an toàn bức xạ. Chú ý rằng tiêu chuẩn Iα ≤ 1 đối với chiếu xạ trong vẫn đúng đối với cả vật liệu khối lẫn vật liệu lát bề mặt. Do đó sau khi xem xét liều chiếu ngoài xong phải tiếp tục xem xét liều chiếu trong. Đối với mẫu đá granite Đài Loan nói trên thì Iα < 1. 41 2.7 ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG CƠ THỂ NGƢỜI 2.7.1 Độ phóng xạ trung bình trong cơ thể ngƣời Do bức xạ của các tia trong vũ trụ mà sinh ra đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tự nhiên. Có thể kể tên một số đồng vị hay gặp, dễ xâm nhập vào cơ thể con người qua con đường thực phẩm (dinh dưỡng) như: - Triti (H3) thường ở dạng nước và thấm vào trong đất. Be7 C14 có hàm lượng lớn trong môi trường sinh ra do sự tương tác của các nơtron trong vũ trụ với nguyên tử của bầu khí quyển. Na22 xâm nhập vào cơ thể con người nhiều hơn H3 và Be7. Trong các đồng vị tự nhiên sinh ra có nguồn gốc từ đất, người ta hay gặp là U 238, U235, Th232 cùng các sản phẩm phân rã trong các họ phóng xạ này như đồng vị K40, Rb87. Những đồng vị này sống ở dưới đất, tất nhiên là vào cơ thể con người không nhiều lắm. Trong nước uống, uran có mặt ít, nhưng con cháu của họ phóng xạ này lại lớn như Th230, Ra226, Ra228. Vì vậy, trong xương người, người ta cũng tìm thấy lượng uran, radi, thori. Ngoài ra, còn thấy xuất hiện lượng chì và đặc biệt là đồng vị Po210 rã ra hạt alpha. Lượng K40 cũng vào cơ thể con người qua con đường thức ăn, hằng ngày con người nhận một lượng kali là 3,3g trong đó có cỡ 1,2.10-2% là K40 phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ nhân tạo sinh ra từ các vụ nổ hạt nhân và sản phẩm năng lượng hạt nhân, rơi vào khí quyển, nước, đất cũng xâm nhập vào cơ thể con người qua con đường dinh dưỡng. Những đồng vị phóng xạ nhân tạo hay gặp là: - - - Triti (H3) được sinh ra từ các vụ nổ, những năm 70 đã lên tới 2,4.1020Bq, thường tồn tại dưới dạng nước. C14 sinh ra bởi nơtron tương tác với nitơ trong khí quyển, trong những năm 70 đã đạt tới 2,2.1017Bq. Sr90 là sản phẩm của các nguyên tố phóng xạ, thường cư trú ở trong xương của con người. Nó có thời gian sống lâu. Ngoài ra, chúng còn sinh ra các đồng vị con khác như Y90. Đồng vị Ru106 hay phát ra beta cứng và sinh ra đồng vị khác là Rh106. I131 là đồng vị có thời gian sống ngắn, nhưng thường thấy xuất hiện trong các lò phản ứng hạt nhân. Tuy vậy, khi ra môi trường, thì nó thường cư trú ở tuyến giáp trạng của con người. Ngoài ra, đồng vị này còn xâm nhập vào sữa và qua đó xâm nhập vào cơ thể chúng ta. Cs137 là đồng vị kim loại phóng xạ, có thời gian sống rất lâu. Nó cư trú trong toàn cơ thể con người, nhưng thường tập trung ở phần thịt nhiều hơn. Ce144 cũng là sản phẩm phân hạch, có thời gian bán rã nhỏ, chúng vào cơ thể con người và thường cư trú ở phổi. 42 - Pu239 và các đồng vị khác (Pu240, Pu241, Am241) thường hay kéo theo nhờ phản ứng (γ, n) với uran. Các quá trình này hay phân rã ra hạt alpha. Trong những năm 70 ở Hungari, người ta đã đo lượng phóng xạ sinh ra từ tự nhiên cũng như sinh ra từ các nguồn nhân tạo đã xâm nhập vào cơ thể con người được trình bày ở bảng 2.19. Bảng 2.19. Lượng phóng xạ tự nhiên và nhân tạo xâm nhập vào cơ thể con người. Các đồng vị phóng xạ Hoạt độ phóng xạ Bq/kg Phổi Xương Ở mô mềm của cơ thể Toàn cơ thể H3 - - - 0,2÷0,9 C14 - - - 40 K40 - - - 60 Rb87 - - - 8,5 Dãy U238-U234 - 0,15 0,007 - Th230 0,02 0,20 0,002 - Ra226 - 0,30 0,005 - Pb210-Po210 - 3,00 0,200 - Dãy Th232 0,02 0,20 0,002 - Ra228-Ra224 - 0,09 0,004 - H3 - - - Sr90 - 8÷16 - 2÷3 Cs137 - - - 0,8÷1,6 Tự nhiên Nhân tạo Các vụ nổ hạt nhân sinh ra Chúng ta lưu ý rằng, với Sr90 và Cs137 là những sản phảm sinh ra từ nhân tạo, người ta đã dõi theo và so sánh với lượng canxi, hoặc kali. Ở Hungari vào những năm 70, người ta đã thấy: 43 1 Bq Sr90/1g canxi → 1Bq Sr90/5g xương 1 Bq Cs137/1g canxi → 1Bq Cs137/500g toàn thân Từ bảng kết quả chúng ta thấy ở trong phổi con người hình như các chất phóng xạ ít cư trú được, nhưng trên thực tế thì các chất phóng xạ khí như radon và thoron lại cư trú ở phổi nhiều nhất. Ở Hungari, người ta đã khảo sát và nhận được kết quả như trình bày ở bảng 2.20. Bảng 2.20. Khảo sát hàm lượng phóng xạ lưu lại trên cơ thể con người Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân bằng Bq/m3 Nhân tố lưu lại Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong một năm µGy/năm 20 8 20 0,8 340 0,004÷40 0,8 0,07÷700 0,04 0,2 1 0,4 0,8 45 Rn222 và các nguyên tố con của Rn222: - Trong môi trường tự do - Trong môi trường xây dựng: + Vật liệu xây dựng + Nước Rn220 và các nguyên tố con của Rn220: - Trong môi trường tự do - Trong môi trường xây dựng: + Vật liệu xây dựng 2.7.2 Phơi nhiễm phóng xạ và mức độ ảnh hƣởng đến cơ thể con ngƣời Chất phóng xạ được chia thành hai loại: phóng xạ ion hóa và phi ion hóa. Phóng xạ phi ion hóa đến từ ánh sáng, sóng radio, sóng ngắn, sóng radar và một số dạng sóng khác. Thông thường loại phóng xạ này không tác động tới tế bào và mô của người. Ngược lại, hạt phóng xạ ion hóa gây nên phản ứng tức thời ở tế bào và mô khi tiếp xúc với cơ thể chúng ta. Chúng tới từ tia X, neutron, tia gamma, hạt alpha, hạt beta. Về phương diện hóa học và vật lý, chất phóng xạ ion tạo nên những nguyên tử có khả năng xâm nhập tế bào trong cơ thể người, điện hóa các tế bào rồi tiêu diệt chúng. Nếu bị nhiễm phóng xạ thiên nhiên ở nồng độ thấp, cơ thể có khả năng tái tạo những tế bào bị điện hóa nên cơ thể vẫn bình thường. “Phơi nhiễm” là sự nhiễm lượng phóng xạ trong không khí. Mức độ phơi nhiễm được đo bằng máy đếm Geiger và nhiều thiết bị tương tự, với đơn vị đo là Roentgen. Máy đếm Geiger lấy mẫu khí tại một khu vực nào đó rồi xác định số lượng hạt phóng xạ trong mẫu khí. Sau đó máy chuyển dữ liệu thành tín hiệu điện. 44 Con người không hấp thụ mọi hạt phóng xạ trong môi trường xung quanh, bởi phần lớn chúng đâm xuyên qua cơ thể chúng ta. Các mô của cơ thể hấp thụ một phần năng lượng của các hạt phóng xạ. Lượng năng lượng đó được đo bằng “lượng phóng xạ hấp thụ qua phơi nhiễm” hay còn gọi tắt là rad. Nếu tia gamma tạo ra một lượng hạt phóng xạ nhất định trong 1 cm3 không khí và toàn bộ số hạt phóng xạ đó tiếp xúc với cơ thể người thì lượng phóng xạ hấp thụ qua phơi nhiễm sẽ tương đương một rad. “Lượng hấp thụ thực tế” là chỉ số phức tạp hơn đối với mức độ nhiễm phóng xạ. Chỉ số này chỉ tính tới mức độ gây hại của một loại hạt phóng xạ nào đó trong cơ thể. Đối với các hạt beta và tia gamma, lượng hấp thụ qua phơi nhiễm chính là “lượng hấp thụ thực tế”. Còn với hạt neutron và alpha – hai loại đặc biệt đối với cơ thể người – “lượng hấp thụ thực tế” có giá trị lớn hơn so với “lượng hấp thụ qua phơi nhiễm”. Đơn vị đo của lượng hấp thụ thực tế là rem và sievert (Sv). Rem là ba chữ cái đầu của cụm từ “roentgen equivalent man” (roentgren tương ứng với người). Một Sv tương đương 100 rem. Lượng hấp thụ thực tế giúp chúng ta định lượng được mức độ nguy hiểm đối với một cá nhân bị nhiễm phóng xạ. Lượng hấp thụ phóng xạ thực tế của một người bình thường vào khoảng 0,36 rem mỗi năm, trong đó 80% hạt phóng xạ tới từ các nguồn tự nhiên – chẳng hạn như chất phóng xạ trong vỏ trái đất và từ vũ trụ. 20% số hạt phóng xạ còn lại tới từ các nguồn phóng xạ nhân tạo như máy chụp tia X, thiết bị phát hiện khói trong công nghiệp, tàn dư của các vụ thử bom nguyên tử. Hằng ngày, khi tiếp xúc với ánh sáng Mặt trời và không khí, đi siêu âm, khám, chữa bệnh, mỗi người đồng thời đã tiếp nhận một hàm lượng chất phóng xạ nhất định. Chất phóng xạ là một dạng năng lượng tự nhiên xuất phát từ ánh sáng Mặt trời và các tia vũ trụ. Trong điều kiện bình thường, mật độ của chất phóng xạ rất ít và gần như không ảnh hưởng gì đến cuộc sống của con người. Hằng năm, mỗi người nhận liều bức xạ từ nguồn phóng xạ tự nhiên khoảng 2mSv, trong khi mức an toàn tối đa là 50-100mSv. Bức xạ đi vào một tế bào sống có thể gây ảnh hưởng lâu dài đến mô và toàn bộ hoạt động của tế bào. Cơ thể đón nhận liều phóng xạ quá cao trong 1 lần thông qua nước uống, không khí, thức ăn… thì có thể gây ngộ độc, buồn nôn, ban đỏ, rụng lông, chảy máu chân răng, hoại tử, thậm chí tử vong. Các nhà chuyên môn cho rằng, chỉ cần một lượng rất nhỏ chất phóng xạ ion hóa (100mSv) là đã có thể làm tăng nguy cơ ung thư, dù sự gia tăng đó là rất ít. Bên cạnh đó, khi nhiễm phóng xạ, sức khỏe con người còn chịu nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng khác. Người ta chia tác hại của các chất phóng xạ thành 2 kiểu: Trước mắt và lâu dài. Ngay sau khi nhiễm phóng xạ, người bị phơi nhiễm sẽ thấy các dấu hiệu buồn nôn, mệt mỏi, ban đỏ không rõ nguyên nhân. Sau loạt triệu chứng này có thể là quãng thời gian vài tuần hoàn toàn bình thường. Thời kỳ ủ bệnh mới thực sự nguy hiểm, đặc trưng bởi các triệu chứng viêm nhiễm, chảy máu, bệnh dạ dày và ruột, thiếu các tế bào máu… Nếu không được chữa trị kịp thời, nhiễm phóng xạ có thể dẫn đến ung thư, hiểu nôm na là các tế bào trong 45 cơ thể sẽ tự động phân hủy. Cho dù được chữa trị khỏi nhưng các tổn hại do phóng xạ gây ra không thể nào khôi phục được, có thể dẫn đến những đột biến ở cơ chế di truyền như: Chứng nhỏ não, mắt không hoàn chỉnh, chậm phát triển trí tuệ… 2.7.3 Con ngƣời có thể nhiễm phóng xạ khi bay Hình 2.4 Minh họa chùm tia gamma phát sinh trong một cơn bão. (Nguồn: NASA) Giới khoa học đã biết bão có thể tạo nên những chùm tia gamma rất mạnh. Những chùm tia này chỉ tồn tại trong thời gian cực ngắn. Chúng xuất hiện ở những độ cao mà phi cơ thương mại thường di chuyển (từ 9 tới 12 km). Độ sáng của chùm lớn đến nỗi những thiết bị cách chúng vài trăm km có thể phát hiện chúng. Thế nhưng giới chuyên gia lại gọi chúng là "tia chớp tối". Các nhà khoa học của Viện Công nghệ Florida tại Mỹ đã xây dựng một mô hình vật lý để tính toán tác động của những tia chớp tàng hình đối với cơ thể người trong phi cơ. Mô hình cho thấy, nếu phi cơ di chuyển gần đỉnh của cơn bão, lượng phóng xạ mà cơ thể người tiếp nhận từ chớp tối tương đương với 10 lần chụp ngực bằng tia X, hay một năm phơi nhiễm phóng xạ ở mặt đất. Nếu phi cơ bay ở giữa cơn bão, lượng phóng xạ mà hành khách nhận có thể tương đương 10 lần lượng phóng xạ khi chúng ta chụp cắt lớp toàn bộ cơ thể. Tuy nhiên theo nghiên cứu thì lượng bức xạ mà cơ thể người nhận từ tia chớp tối không đủ lớn để có thể gây tác hại. 2.8 ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG THUỐC LÁ Một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học California, Los Angeles, đã công bố phát hiện phóng xạ trong thuốc lá trên phiên bản trực tuyến của tạp chí Y khoa Mỹ trong nghiên cứu về thuốc lá và chất nicôtin. Họ tiến hành phân tích 27 tài liệu và phát hiện ra ngay từ năm 1959, Po210 là một đồng vị của nguyên tố Polonium. Po210 có chu kỳ nửa phân rã ngắn 138 ngày. Đó là chất phóng xạ mạnh và phóng các hạt anpha vào các mô xung quanh. Đây là một chất cực độc, chỉ cần một lượng rất nhỏ cũng đủ để gây chết người. Ngoài chất phóng xạ Po210, khói thuốc lá còn chứa nhiều loại hóa chất được cho là gây ung thư. Khi thuốc lá cháy, nó đạt tới nhiệt độ 600-800 0C, cao hơn nhiệt độ nóng chảy của polonium. Polonium nóng chảy dính vào các hạt li ti trong khói thuốc lá và sau đó đọng 46 lại ở trong đường hô hấp và phổi người. Khi đã theo khói thuốc vào phổi, nó sẽ đọng lại ở những nền móng do chất tar (nhựa thuốc lá) tạo nên ở tiểu phế quản. Theo thời gian, hàm lượng Po210 tích tụ ngày một nhiều lên. Sau một năm, lượng phóng xạ trong các tiểu phế quản của người hút mỗi ngày một bao rưỡi thuốc lá là 1,3 rem, tương đương với việc mỗi ngày chụp X-quang phổi một lần trong suốt cả năm. Po210 là thủ phạm của 25% trong tổng số tất cả các ca ung thư phổi do thuốc lá. Hình 2.5 Thuốc lá chứa chất phóng xạ Po210 Hrayr Karagueuzian cùng các đồng nghiệp đã thực hiện một số nghiên cứu cần thiết và thấy rằng bức xạ trong thuốc lá là nguyên nhân gây ra 138 ca tử vong trên 1.000 trường hợp hút thuốc lá trong khoảng thời gian 25 năm. Con người mỗi năm hút khoảng 6 nghìn tỷ điếu thuốc, đủ để tạo ra một sợi dây dài từ Trái Đất tới Mặt Trời và ngược lại. Tới năm 2020, thuốc lá sẽ gây tử vong khoảng 10 triệu người mỗi năm. Các nước phát triển sử dụng phân bón hữu cơ được sản xuất từ đá apatít, loại đá trong tự nhiên chứa urani và chất này phân hủy thành chất phóng xạ Po210, thẩm thấu vào cây thuốc lá qua rễ và lá. Thuốc lá được phát hiện chứa chất phóng xạ polonium cách đây khoảng nửa thế kỷ. Từ những năm 1960, các nhà sản xuất thuốc lá như Philip Morris đã biết về sự có mặt của Po210 trong sản phẩm của họ. Họ thừa biết rằng chất phóng xạ này ảnh hưởng tới mức độ tăng trưởng khối u ác tính trong phổi người hút thuốc lá, và thậm chí còn có thể tính toán được lượng bức xạ trong cơ thể một người hút thuốc thường xuyên trong hơn 20 47 năm. Tuy nhiên, các công ty thuốc lá đã che giấu thông tin này suốt từ đó tới nay. Khi nhận ra có chất phóng xạ polonium trong thuốc lá, các hãng này đã bắt đầu một chương trình nghiên cứu nội bộ bí mật. Họ đã tìm hiểu và cố tìm cách loại bỏ nó nhưng đều thất bại, chỉ có thể tìm cách giảm đáng kể lượng polonium trong khói thuốc lá. Tài liệu của những năm 1970 cho thấy công ty này đã thử dùng một loại dung môi để rửa lá thuốc lá và giảm được từ 10% đến 40% hàm lượng phóng xạ. Thế nhưng loại dung môi này lại làm mất hoàn toàn mùi thơm đặc trưng của lá thuốc và nó sẽ làm cho thuốc mất đi hương vị đặc biệt. Nên họ đã phủ nhận trong thuốc lá có chứa Po210. David Sutton, phát ngôn viên của công ty sản xuất thuốc lá lớn nhất nước Mỹ - Philip Morris - cho biết Po210 là một “thành phần tự nhiên trong không khí” và đã được đưa ra thảo luận rộng rãi trong cộng đồng y tế nhiều năm qua. 48 Phần KẾT LUẬN Bằng lý thuyết tôi đã tìm hiểu được các nguồn phóng xạ bao gồm: phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo. Nguồn phóng xạ tự nhiên được tạo ra từ các tia vũ trụ và các nhân phóng xạ có trong đất, đá, khí quyển, trong nước… Nguồn phóng xạ nhân tạo là các đồng vị phóng xạ phát ra các tia bức xạ alpha, beta, gamma,… bằng cách cho phản ứng xảy ra trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc. Đây là cơ sở lý thuyết, là tiền đề để tôi tìm hiểu phóng xạ xung quanh chúng ta. Trong môi trường sống của chúng ta chất phóng xạ có mặt khắp mọi nơi như: - - - - - - - Trong môi trường nước chất phóng xạ tồn tại ở hầu hết các nguồn nước, trong nước sông, nước biển, nước mưa, nước sinh hoạt và kể cả nước ngầm cũng có chất phóng xạ. Trong không khí cũng được tìm thấy chất phóng xạ, tuy nhiên ở các miền khác nhau thì mật độ phóng xạ cũng khac nhau. Sự phát tán phóng xạ trong không khí phụ thuộc vào các yếu tố: lớp vỏ phong hóa, thảm thực vật, đặc điểm địa hình, hướng gió… Trong môi trường đất độ phóng xạ được hình thành từ các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên và các nhân phóng xạ nhân tạo do con người đưa vào môi trường. Luận văn cũng đã đề cập đến độ phóng xạ trong đất phù sa và phóng xạ trong đất ở Nhật Bản, đồng thời nêu lên tầm ảnh hưởng của phóng xạ đối với môi trường đất. Chất phóng xạ tồn tại trong môi trường đất thì tất cả các cây cối sinh sống trên môi trường này cũng chịu ảnh hưởng của phóng xạ, bằng chứng là phát hiện phóng xạ trên lá cây. Trong các mẫu dinh dưỡng đã phát hiện phóng xạ có trong nước uống và sữa. Nguyên nhân các đồng vị phóng xạ tồn tại trong các mẫu dinh dưỡng là do các chất phóng xạ được tích lũy khi lây lan qua không khí, rơi xuống đất qua mưa, bụi và bám trên thực vật và các động vật hấp thụ vào. Trong thủy sinh vật phóng xạ có trong thủy sản (cá), hải sản và những cây rong, rêu, tảo (Alga). Trong vật liệu xây dựng các chất phóng xạ có nguồn gốc từ các khoáng vật như: gạch, đá, betong thì mức độ tác động lên con người lớn hơn các chất phóng xạ có nguồn gốc từ gỗ, thủy tinh, kim loại. Trong cơ thể con người cũng tồn tại chất phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ xâm nhập vào cơ thể con người qua con đương thực phẩm, nước uống, môi trường đất, nước, không khí… Chất phóng xạ được tìm thấy trong thuốc lá. Nguyên nhân thuốc lá chứa chất phóng xạ là do các nước phát triển sử dụng phân bón hữu cơ được sản xuất từ đá apatit thẩm thấu vào cây và rễ thuốc lá. Luận văn đã trình bày khá đầy đủ phóng xạ ở xung quanh chúng ta cũng như tầm ảnh hưởng của chúng đối với con người, môi trường và các sinh vật khác. 49 Đây là đề tài mang tính lý thuyết cao, tôi nhận thấy đây là một đề tài rất quan trọng trong cuộc sống. Hy vọng đề tài này sẽ mang lại một lượng kiến thức tương đối đầy đủ cho mọi người về phóng xạ, để mọi người có thể biết được mức độ nguy hiểm của các bức xạ đối với môi trường, con người và các sinh vật. Nhằm tìm ra những giải pháp ngăn chặn kịp thời, hợp lý đối với các nguồn bức xạ. Tuy nhiên, hạn chế của đề tài là chỉ nghiên cứu phóng xạ xung quanh chúng ta trên cơ sở lý thuyết và các số liệu có sẵn (trên sách, báo, internet…) không có điều kiện tìm hiểu trên thực tế và cập nhật số liệu mới nhất. Nếu có điều kiện tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu đề tài trên thực tế tại các viện nghiên cứu hạt nhân. 50 Tài liệu tham khảo 1. Đặng Huy Uyên. Môi trường nhiễm xạ và kĩ thuật hạt nhân trong nghiên cứu môi trường. NXB Đại học quốc gia Hà Nội. 2005 2. Ngô Quang Huy. Cơ sở vật lý hạt nhân. NXB KH&KT. 2006 3. http://itimes.vn/Root/printdocument.aspx?articleid=8674 4. http://m.vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/6643/nong-do-phong-xa-cao-o-quangnam.html 5. http://m.vtc.vn/1-282848/kinh-te/my-phat-hien-phong-xa-trong-nuoc-uong-vasua-sieu-sach.htm# 6. http://thegioivanhoa.com.vn/xa_hoi/27913/nhat-ban-phat-hien-doc-to-phong-xatrong-nuoc-ngam/ 7. http://www.khoahoc.com.vn/doisong/yhoc/suc-khoe/35383_Chat-phong-xa-trongthuoc-la-bi-che-giau.aspx 8. http://www.nguoiduatin.vn/phat-hien-phong-xa-trong-la-cay-o-ha-noi-a2966.html 9. http://www.qdnd.vn/qdndsite/vi-vn/91/68/77/77/77/249047/Default.aspx 10. http://www.vietnamplus.vn/Home/Co-phong-xa-trong-nuoc-sinh-hoat-taiFukushima/20113/81758.vnplus 11. http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/con-nguoi-co-the-nhiem-phong-xa-khi-bay2655405.html 12. http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/nong-do-phong-xa-trong-hai-san-nhatkhong-giam-2280045.html 13. http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/nguoi-dan-mot-so-vung-dang-song-cungphong-xa-2815174.html 14. http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/phat-hien-phong-xa-trong-nuoc-mua-o-hanoi-2192461.html 15. http://vnexpress.net/tin-tuc/the-gioi/my-phat-hien-phong-xa-trong-nuoc-mua2191039.html 16. http://vov.vn/The-gioi/Chat-phong-xa-trong-dat-tai-Nhat-Ban-vuot-muc-chophep/191612.vov 17. http://www.xaluan.com/modules.php?name=News&file=article&sid=547628 51 [...]... 0,024 1,69 (50) 2,09 (6,5) 16 Chƣơng 2: PHÓNG XẠ XUNG QUANH CHÚNG TA 2.1 ĐỘ PHÓNG XẠ TRUNG BÌNH TRONG NƢỚC Các sản phẩm phân hạch từ các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân mà vật liệu làm chất nổ cho các loại vũ khí hạt nhân là các đồng vị phóng xạ U235, U238 và Pu239, với thời gian bán rã dài cùng với các hạt nhân phóng xạ sẵn có trong tự nhiên đã tạo nên độ phóng xạ trong cả nước biển cũng như nước ngọt... 1970÷1980 để làm ví dụ 2.1.1 Độ phóng xạ trong nƣớc sông Vì hoạt độ phóng xạ của nước thường thấp, nên người ta phải dùng tới 100÷120 lít ở độ sâu chừng 20 cm để nghiên cứu xác định độ phóng xạ của nó Khi cần xác định lượng bức xạ alpha hoặc lượng bức xạ beta tổng cộng thì thông thường người ta chỉ cần dùng khoảng 500ml nước, cho bay hơi rồi giữ lấy cặn để đo hoạt độ phóng xạ Các phương pháp phân tích... đồng vị phóng xạ tự nhiên là K40, rất phổ biến trong môi trường (hàm lượng potassium trung bình trong đất đá là 27 g/kg và trong đại dương là khoảng 380 mg/L), trong thực vật, động vật, cơ thể con người (hàm lượng potassium trung bình trong cơ thể người vào khoảng 1,7 g/kg) 1.2 NGUỒN PHÓNG XẠ NHÂN TẠO Cụm từ “Nguồn phóng xạ để chỉ các chất đồng vị phóng xạ phát ra các tia bức xạ alpha, beta và gamma... nguồn phóng xạ này được sản xuất trong các lò phản ứng hạt nhân hay các máy gia tốc hạt tích điện Trong lò phản ứng hạt nhân, các chất đồng vị phóng xạ sinh ra từ các phản ứng của neutron với hạt nhân 1.2.1 Các nguồn phóng xạ alpha, beta và gamma Các chất đồng vị phóng xạ khi phân rã phát ra các hạt alpha hoặc beta và sau đó phát tiếp các tia gamma Chúng được sử dụng như một trong các dạng của nguồn phóng. .. quặng Titan có thể chứa các hạt phóng xạ kích thước nhỏ, không thể tự lắng đọng và các nguyên tố phóng xạ tan trong nước, chủ yếu là U và Ra Các tác nhân này gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường xung quanh, đặc biệt là môi trường sinh thái các vùng biển lân cận, môi trường nước của dân cư chung quanh và trực tiếp ảnh hưởng đến công nhân khai khoáng 22 Các thân quặng sa khoáng titan chứa chất phóng xạ ven... hiện lượng Cs 137 Trong tuyến giáp trạng của động vật người ta cũng hay gặp đồng vị phóng xạ I131 Trong những năm 1970, người ta đã đo độ phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên đối với một số mẫu dinh dưỡng ở một số nước (bảng 2.10) Bảng 2.10 Độ phóng xạ trong các mẫu dinh dưỡng và trong cây ở một số nước Tên nước Các đồng vị phóng xạ tính trong mBq/ngày U238 Ra226 Pb210 và Po210 Pháp 7,4÷33,3... ba họ phóng xạ tự nhiên là mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon Trong trường hợp họ uranium, khí 86Rn222 được gọi là radon, trong họ thorium, khí 86Rn220 được gọi là thoron còn trong họ actinium khí 86Rn219 được gọi là action Chú ý rằng trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium không có thành viên khí phóng xạ Trong ba loại khí phóng xạ thì... hạt nhân phóng xạ và các hạt nhân bền Các hạt nhân phóng xạ gồm H3, C14 Be7, P32, S35, Cl39 Nói riêng, do bức xạ vũ trụ, nồng độ của H3 trong nước của Trái Đất chiếm khoảng 10-16% Trong số các đồng vị bền, đáng chú ý nhất là Li6, thành phần vũ trụ làm tăng độ phổ biến của nó trong tự nhiên là 0,03% 1.1.2 Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất Các nhân phóng xạ trong vỏ Trái Đất gồm các họ phóng xạ uranium,... so với mức cho phép Theo đánh giá và phân tích, hàm lượng phóng xạ tại Việt Nam chưa cao Tuy nhiên, nếu chúng ta sử dụng trực tiếp nước mưa thì cũng có thể đã bị ô nhiễm, khi nguồn nước mưa rơi qua những đám mây bị phóng xạ 2.1.3 Độ phóng xạ trong nƣớc sinh hoạt Người ta đã lấy nước ở các giếng cung cấp nước từ các miền để theo dõi độ phóng xạ của nước sinh hoạt và đã thấy xuất hiện H3 và K40, tuy... họ phóng xạ uranium, thorium và các hạt nhân phóng xạ nhẹ khác như K40, Rb87,… 1.1.2.1 Các họ phóng xạ Năm 1896 nhà bác học Anh Becquerel phát hiện ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là uranium và con cháu của nó Đến nay người ta biết ba họ phóng xạ tự nhiên là họ thorium (Th232), uranium (U238) và actinium (U235) (các hình 1.1, 1.3 và 1,4 tương ứng) và họ phóng xạ nhân tạo neptunium (Np137) (hình 1.2) Uranium