CÁC NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA TRONG TỰ NHIÊN

Đặc biệt đã có một bảng số liệu cho các loại đất đá về các đồng vị phóng xạ tự nhiên cho các nước khác nhau trong UNSCEAR - NewYork - 1988 bằng số liệu thực nghiệm chứa các mức trung bìn

Nhiều nghiên cứu ở trong nước cũng như nước ngoài đã sử dụng các kỹ

thuật hạt nhân để đánh giá độ nhiễm bẩn phóng xạ tự nhiên Đặc biệt đã có một

bảng số liệu cho các loại đất đá về các đồng vị phóng xạ tự nhiên cho các nước

khác nhau trong UNSCEAR - NewYork - 1988 bằng số liệu thực nghiệm chứa

các mức trung bình của bức xạ vũ trụ và các trường bức xạ, các phóng xạ của khí

Radon trên các địa dư hành chính của các nước trong những thời gian xác định

Tuy nhiên các số liệu luôn có sự biến đổi, vì các đồng vị này luôn luôn bị phân

rã trong môi trường Vì vậy nghiên cứu các số liệu này biến đổi theo thời gian,

theo không gian cũng là những việc cần làm Hơn nữa ở nước ta nghiên cứu này

không được triển khai thường xuyên và cũng chưa ở một diện rộng, mới chỉ đo ở

các vùng cục bộ Do đó có thể nói chúng ta chưa có số liệu cơ bản ban đầu một

cách đầy đủ, mà mới chỉ đo một vài điểm đặc trưng, đặc biệt chưa theo dõi suất

liều trên cơ sở số liệu về hàm lượng phóng xạ tự nhiên ở trong thời gian từ năm

1980 đến 1998 Mục đích của khoá luận này tôi nghiên cứu cả hai phương pháp

đo hàm lượng và suất liều trong cùng một không gian và thời gian ở một số địa

điểm đặc trưng của khu đất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên -Hoà Lạc, bằng hệ

thiết bị detector bán dẫn siêu tinh khiết Đây là các số liệu cơ bản ban đầu cả về

hàm lượng lẫn suất liều được đo, qua đó chúng ta có thể đánh giá được các loại

đất đá ở khu vực này, cũng như ảnh hưởng của suất liều đến môi trường xung

quanh Ngoài ra, việc nghiên cứu hàm lượng phóng xạ của các nguyên tố phóng

xạ giúp chúng ta tìm kiếm quặng phóng xạ cũng như việc tìm kiếm các nguyên

tố cộng sinh với các nguyên tố phóng xạ

Hoàn thanh khoá luận này tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình

của các Thầy giáo tập thể cán bộ trung tâm vật lý hạt nhân, đặc biệt là các Thầy

K IL

O B

O O

K S C O

M

Bản khoá luận này là kết quả của quá trình 4 năm học tập trong trường với

sự giảng dạy của thầy cô giáo, là sự tổng hợp kiến thức của bản thân trong thời

gian học, cũng như trong quá trình đi thực tập tại trung tâm Vật lý hạt nhân

Mặc dù đã cố gắng học hỏi, tìm tòi nghiên cứu các tài liệu, cũng như được

sự hướng dẫn tận tình của thầy cô giáo và sự giúp đỡ của bạn bè, nhưng do thời

gian hạn hẹp, khả năng và kinh nghiệm còn có hạn, nên không thể tránh khỏi sai

sót, rất mong được sự góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

K IL

O B

O O

K S C O

M

CHƯƠNG I CÁC NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA

BỨC XẠ GAMMA TRONG TỰ NHIÊN 1 Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên

Trong tự nhiên có sẵn những đồng vị có tính phóng xạ, đó là các đồng vị

phóng xạ tự nhiên Về nguồn gốc phát sinh, người ta chia chúng thành 3 nhóm:

+ Nhóm thứ nhất: Theo quan điểm hiện nay, các đồng vị thuộc nhóm nàyliên

quan đến sự tổng hợp chúng khi hình thành thái dương hệ Chu kỳ bán rã của các

hạt nhân này vào cỡ tuổi trái đất(cỡ 5x109 năm) Nhóm này bao gồm các nguyên

tố 238U,232Th,40K,87Rb,24Sn và một số hạt nhân rất hiếm khác

+ Nhóm thứ hai: Nhóm này sinh ra do sự phân rã và phân chia tự phát của nhóm

thứ nhất Chúng có chu kỳ bán rã từ bé hơn 1 giây đến 104 ÷ 105 năm

+Nhóm thứ 3: Bao gồm các hạt nhân phóng xạ tự nhiên còn lại, chúng sinh ra

do những nguyên nhân ngoài trái đất như do tương tác của các tia vũ trụ có năng

lượng cao với khí quyển, đó là các nguyên tố như:3H, 7Be, 10Be, 14C và một số

nguyên tố sinh ra do sự bắt notron hay có nguồn gốc từ các thiên thạch trong vũ

trụ đi vào trái đất

Các đồng vị phóng xạ tự nhiên tạo thành các dãy cơ bản là 238U, 235U, và

232Th Chúng tạo thành các dãy tương ứng là Uran, Actino Uran và Thori Các

dãy cơ bản trên đều bắt đầu bằng đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã lớn (238U:

T1/2=4,5.109 năm, 235U: T1/2=7.108 năm và 232Th: T1/2=45.109 năm) và kết thúc

bằng các đồng vị chì bền (Pb)

Hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên trong đất đá được quy

định bởi hoạt độ đá mẹ và tập hợp các quá trình tạo thành đất đá Trong đó tồn

tại các đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã dài như 40K, 87Rb, 238U, 232Th Các đặc

trưng cơ bản như chu kỳ bán rã, hàm lượng trong các hợp chất tự nhiên của các

K IL

O B

O O

K S C O

40K là đồng vị phóng xạ vừa phân rã β+,vừa phân rã β- đồng vị chiếm K

Khi 40K phân rã β- sẽ biến thành 40Ca Hạt nhân con được tạo thành ở trạng thái

cơ bản Xác suất của quá trình này là 89 % Chỉ có 11% 40K phân rã β+ hoặc

chiếm K trở thành 40Ar Hạt nhân con 40Ar ở trạng thái kích thích khi trở về trạng

thái cơ bản có năng lượng 1,46 MeV Vì vậy bức xạ gamma 1,46 MeV là bức xạ

đặc trưng của 40K Chu kỳ bán rã của 40K là 1,39.109 năm Từ khi hình thành trái

đất đến nay lượng 40K đã giảm đi 8 lần

.1.2 Các đồng vị phóng xạ của Thori và Uran 232 Th, 235 U, 238 U

Cả 3 đồng vị phóng xạ trên đều là những đồng vị phân rã alpha Các sản

phẩm con cháu của 3 đồng vị trên đều không bền Khi tạo thành chúng lại tiếp

tục phân rã tạo thành 3 dãy tự nhiên Cả 3 dãy phóng xạ trên đều được kết thúc

bởi đồng vị phóng xạ chì bền

Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy phóng xạ 232Th có số khối được mô tả

theo công thức A=4n, với n là số nguyên biến đổi từ 52 đến 58

K IL

O B

O O

K S C O

M

Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy U có số khối được mô tả theo công

thức A= 4n+3, với n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 58

Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy 238U có số khối được mô tả theo công

thức A= 4n+2, với n là số nguyên biến đổi từ 51 đến 59

Dãy phóng xạ 232Th được bắt đầu từ 232Th và kết thúc bởi đồng vị chì bền

208Pb trải qua 6 phân rã α và 4 phân rã β:

Dãy phóng xạ 238U được bắt đầu từ 238U và kết thúc bởi đồng vị chì bền 208Pb

trải qua 8 phân rã α và 4 phân rã β:

238U α 234 Th β 234Pa β 234 U α 230 Th

(4,5.109 năm) (24,1 ngày) (117 phút) (2,5.105 năm) (8,0.104năm)

226 Ra α 222 Rn α 218Po α 214 Pb β 214 Bi (11,6.103năm) (3,82 ngày) (3,05 phút) (26,8 phút) (19,7 phút)

214Po α 210 Pb β 210 Bi β 210 Po α 206 Pb(bền)

(1,6.10-4giây) (20,4 năm) (5 ngày) (138 ngày)

Dãy phóng xạ 235U, gọi là dãy Actini, được bắt đầu từ 235U và kết thúc bởi đồng

vị chì bền 207Pb trải qua 7 phân rã α và 4 phân rã β:

235U α 231 Th β 231 Pa α 227 Ac α 223 Fr

α

α

K IL

O B

O O

K S C O

Cả 3 dãy phóng xạ đều bắt đầu từ các hạt nhân phân rã α, có chu kỳ bán

rã rất lớn so với chu kỳ bán rã của các hạt nhân con cháu trong dãy Do tuổi của

các mẫu quặng rất lớn, cỡ tuổi của Trái Đất, do đó đến nay các dãy phóng xạ đều

xảy ra hiện tượng cân bằng phóng xạ Khi hiện tượng này xảy ra, hoạt độ phóng

xạ của các nguyên tố trong cùng một dãy đều bằng nhau Ta có phương trình cân

bằng phóng xạ sau:

λ1N1 = λ2N2 = = λ1Ni

Trong đó: λi là hằng số phân rã phóng xạ của nguyên tố thứ i

N1 là hoạt độ phóng xạ của nguyên tố thứ i

Khi đó nếu biết hoạt độ phóng xạ của một nguyên tố nào đó trong dãy, sẽ

suy ra được hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân khác, và do đó biết được hàm

lượng của các nguyên tố trong dãy Trong địa chất quan tâm đến hàm lượng

của các nguyên tố U, Th, K

Trong cả 3 dãy phóng xạ tự nhiên các nguyên tố phóng xạ ở đầu dãy khi

phân rã, hạt nhân con được tạo thành thường ở trạng thái cơ bản hoặc ở trạng

K IL

O B

O O

K S C O

M

thái kích thích thấp Do đó, các bức xạ gamma do các nguyên tố đầu dãy phát ra

có cường độ thấp

Các nguyên tố cuối dãy khi phân rã hạt nhân con được tạo thành ở trạng

thái kích thích có năng lượng cao Vì vậy, các nguyên tố này khi phân rã sẽ phát

ra các bức xạ gamma có năng lượng lớn và cường độ mạnh Cho nên có thể sử

dụng các nguyên tố này để phân tích và xác định hàm lượng của Uran, Thori và

Kali trong đất đá

Hoạt độ phóng xạ alpha của dãy 235U chỉ cỡ 5% hoạt độ phóng xạ alpha

của dãy 238U

Cường độ bức xạ gamma do các nguyên tố trong dãy phóng xạ 238U rất

mạnh so với cường độ bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ trong dãy 235U

và 232Th phát ra

Cả 3 dãy phóng xạ 238U, 235U, 232Th đều chứa 3 đồng vị phóng xạ của Radi

là 226Ra, 222Ra và 224Ra Các đồng vị phóng xạ này đều phân rã α tạo thành đồng

vị phóng xạ của Radon Các đồng vị phóng xạ của Radon là 222Rn, 219Rn và

220Rn Khi đồng vị phóng xạ 219Rn tương tác với một proton tạo nên hạt nhân dật

lùi và ở trạng thái đó nó có thể bay ra khỏi đất đá đi vào khí quyển Đây là một

trong những nguyên nhân gây ra tính phóng xạ của không khí

.2 Quy luật phân bố của các nguyên tố phóng xạ trên trái đất

Nghiên cứu phân bố hay hàm lượng cả các nguyên tố phóng xạ trong các

loại đất đá cơ bản của Trái Đất sẽ cho phép tìm hiểu vai trò của các quá trình hạt

nhân trong lịch sử hình thành của Trái Đất và các quá trình biến đổi địa chất đã

xẩy ra

.2.1 Quy luật phân bố của Uran và Thori trong vỏ Trái đất

Trong đất đá Uran và Thori tồn tại dưới dạng UO2 và ThO2 Cácloại đất

K IL

O B

O O

K S C O

M

của Uran và Thori cũng như tỷ số về hàm lượng của chúng là một trong những

thông số đặc trưng cho từng loại đất đá và nguồn gốc của nó

Bảng dưới đưa ra hàm lượng trung bình của Uran và Thoritrong các loại

đá macma và tỷ số về hàm lượng của Uran và Thori Đặc trưng nổi bật của loại

đá macma là tỷ số giữa hàm lượng của Uran và Thori (Th/U) luôn luôn lớn hơn

1, mặc dù hàm lượng của Uran và Thori trong các loại đất đá này là khác nhau

Tỷ số này biến thiên trong khoảng từ 2,7 đối với đá Peridiot đến 4÷5,0 đối với đá

K IL

O B

O O

K S C O

M

Đối với các loại đá trầm tích, tỷ số Th/U biến thiên trong khoảng rộng và

có loại tỷ số nhỏ hơn 2 Đặc điểm này được thể hiện ở bảng 3 dưới đây:

Bảng 3: Hàm lượng trung bình (ppm) của các loại đá trầm tích

K IL

O B

O O

K S C O

M

Đá phiếm dầu mỏ <100 10÷15 <0,5

.2.2 Quy luật phân bố của Kali và Rubidi trong đất đá:

Trong điều kiện tự nhiên cả Kali và Rubidi đều có hoà trị 1, chúng tồn tại

ở trạng thái liên kết ion và đều là các kim loại thuộc nhóm kim loại kiềm.40K

chiếm khoảng 0,0119% lượng Kali tự nhiên, còn 87Rb chiếm khoảng 27,85%

Rubidi tự nhiên

Hàm lượng trung bình của Kali và Rubidi cũng như tỷ lệ hàm lượng của

chúng trong các loại đất đá khác nhau là khác nhau Các số liệu cụ thể về hàm

lượng của Kali và Rubidi cũng như tỷ số hàm lượng giữa chúng được trình bày ở

Đá Bazan Olivin có tính kiềm 13800 33 418

Bảng 5: Hàm lượng trung bình (ppm) của Kali và Rubidi trong một số loại đá

trầm tích

K IL

O B

O O

K S C O

.3 Vai trò của bức xạ gamma trong địa vật lý

.3.1 Vai trò của bức xạ gamma

Cường độ bức xạ do một nguyên tố nào đó phát ra luôn tỷ lệ với hàm

lượng của nguyên tố đó trong đối tượng nghiên cứu Nếu phân rã phóng xạ của

các nguyên tố phát ra các dạng bức xạ khác nhau (alpha, beta và gamma) thì hàm

lượng của nó có thể được xác định dựa vào việc ghi nhận một trong số các loại

bức xạ trên Phổ bức xạ gamma do hạt nhân phóng xạ phát ra là phổ gián đoạn,

có năng lượng hoàn toàn xác định đặc trưng cho nguyên tố đó

Khả năng đâm xuyên của hạt alpha rất nhỏ, nên trước khi đo hoạt độ alpha

cần phải tiến hành xử lý hoá học các mẫu.Việc xử lý mẫu để đo phổ gamma là

rất phức tạp Ngày nay trong địa vật lý hạt nhân phơưng pháp phổ alpha ít dược

sử dụng để xác định hàm lượnh các nguyên tố

Bức xạ beta tuy có khả năng đâm xuyên lớn nhưng do phổ beta là phổ liên

tục Nên trong địa vật lý hạt nhân phương pháp phổ beta hầu như không được sử

dụng để xác định hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ

Ngày nay với sự phát triển và ngày càng hoàn thiện của các thiết bị

gamma, cho nên trong địa vật lý hạt nhân hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ

K IL

O B

O O

K S C O

M

Các bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ phá ra do có phổ gián

đoạn Mỗi hạt nhân phóng xạ gamma đều phát ra một số vạch bức xạ gamma có

năng lượng hoàn toàn xác định Ngoài ra, các bức xạ gamma có khả năng đâm

xuyên lớn, do đó phương pháp gamma có tầm quan trọng lớn Trong phòng thí

nghiệm các mẫu đo phổ gamma không cần phải xử lý hoá học trước khi đo, chỉ

cần xử lý sơ bộ như sấy khô và nghiền nhỏ

Với các thiết bị phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải cao, cho phép tách

được hầu hết các đỉnh hấp thụ toàn phần của các vạch bức xạ gamma do các

nguyên tố phóng xạ có trong đất đá phát ra Với việc trợ giúp của các phần mềm

máy tính việc xác định diện tích của các đỉnh hấp thụ toàn phần cho độ chính xác

rất cao Như vậy, với phổ kế gamma bán dẫn có thể xác định hàm lượng phóng

xạ của các nguyên tố phóng xạ phát ra bức xạ gamma có trong mẫu đất

.3.2 Phông bức xạ gamma

Trong tất cả các loại đất đá thuộc vỏ trái đất đều chứa các nguyên tố

phóng xạ tự nhiên Uran, Thori, Kali và Rubidi với hàm lượng khác nhau Trong

đó Rubidi là hạt nhân phân rã beta mềm thuần tuý, có chu kỳ rất lớn Hàm lượng

của nó trong đất đá rất nhỏ Vì vậy 87Rb ít được quan tâm trong địa vật lý hạt

nhân Bức xạ do 87Rb phát ra không đóng góp vào phông phóng xạ chung trên

mặt đất

Các nguyên tố phóng xạ trong đất đá và trong các vật liệu xây dựng đều

nằm trong 3 họ phóng xạ Uran, Thori và Kali 40K là nguyên tố phóng xạ kèm

theo bức xạ gamma có năng lượng 1,46MeV Các hạt nhân con cháu của Uran,

Thori và Kali phân rã alpha hoặc beta thường được tạo thành ở các trạng thái

kích thích, chúng phát ra các bức xạ gamma đặc trưng để trở về trạng thái cơ

bản

Các bức xạ gamma nhất là các bức xạ có năng lượng cao, có hệ số suy

giảm trong đất đá rất nhỏ Quãng chạy của các bức xạ gamma trong đất đá rất

K IL

O B

O O

K S C O

M

lớn Khi được sinh ra từ các lớp đất đá gần mặt đất, các bức xạ gamma có thể

bay ra khỏi mặt đất tạo thành phông phóng xạ gamma trên mặt đất Ngoài ra

phông bức xạ trên mặt đất còn do bức xạ vũ trụ gây ra Thành phần phông phóng

xạ gamma do tia vũ gây ra phụ thuộc vào chiều cao so với mực nước biển

Thành phần này thường rất nhỏ so với các bức xạ gamma do các nguyên tố

phóng xạ dưới mặt đất và vật liệu xây dựng xung quanh gây nên Như vậy, khi

nói đến phông phóng xạ có nghĩa là nó được tạo thành từ các nguyên tố có trong

đất

Trong bảng dưới đây đưa ra một số bức xạ gamma đặc trưng của một số

đồng vị phóng xạ trong dãy Uran, Thori và Kali:

Bảng 6: Các đặc trưng của bức xạ gamma tự nhiên có trong dãy 238U và dãy

232Th

Đồng vị phóng xạ Chu kỳ bán rã Năng lượng bức xạ

gamma (KeV)

Lượng bức xạ gamma có trong

100 phân rã Dãy 238U

K IL

O B

O O

K S C O

K IL

O B

O O

K S C O

M

K IL

O B

O O

K S C O

M

CHƯƠNG II SUẤT LIỀU BỨC XẠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐỒNG

VỊ PHÓNG XẠ ĐẾN MÔI TRƯỜNG XUNG QUANH

.4 Các đại lượng đo liều bức xạ dùng trong an toàn bức xạ

.4.1 Liều chiếu

Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay ít, ban đầu người ta

dùng khái niệm liều và dựa vào tác dụng ion hoá của bức xạ đó gây ra trong

không khí Đơn vị đầu tiên được dùng là Roentgen (ký hiệu là R)

Roentgen là lượng bức xạ gamma (tia X hoặc tia γ) khi đi qua 1cm3 không

khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHg) thì tạo thành một đơn vị diện

tích của mỗi loại ion

Trong không khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R =

0,93 Rad

.4.2 Liều hấp thụ D

Liều hấp thụ D là năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá cho vật chất

dξ có trong khối lượng là dm:

D=

dm

dξ

Một đơn vị khác của liều hấp thụ được sử dụng rộng rãi hơn là Rad, đó là

lượng bức xạ khi đi qua vật chất và truyền năng lượng 100 erg cho vật chất:

1 Rad=100 erg/g=10-J/kg Trong hệ SI dùng đơn vị có tên là Gray (Gy):

1Gy=1 J/kg Như vậy: 1Gy=104 erg/g=100 Rad

Năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá là năng lượng của bức xạ ion

hoá được truyền cho vật chất trong một thể tích và bằng:

K IL

O B

O O

K S C O

M

ξ=Rin- Rout +ΣQ

Trong đó:

Rin là năng lượng bức xạ tới thể tích Nó bằng tổng năng lượng của tất cả

các hạt mang điện và không mang điện đi vào trong thể tích đó trừ đi năng lượng

tĩnh

Rout là năng lượng bức xạ thoát khỏi thể tích

ΣQ là tổng tất cả các thay đổi của năng lượng khối (nếu giảm thì đại lượng

này mang dấu +, còn nếu tăng mang dấu -) của các hạt nhân và các hạt cơ bản

trong mọi tương tác xẩy ra trong thể tích đó

.4.3 Suất liều hấp thụ: D

Suất liều hấp thụ là tỷ số dD trên dt, trong đó:

dD là sự tăng của liều hấp thụ trong khoảng thời gian dt

D =

dt dD

D có thứ nguyên là J.Kg-1.s-1 hay Gray/giây

.4.4 Liều tương đương

.4.4.1 Hệ số phẩm chất Q

Được đưa ra để đánh giá hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ ion hoá

khác nhau ở mức chiếu thấp hàng ngày trong công tác an toàn phóng xạ Hội

đồng đơn vị bức xạ ICRU-1991 đã chỉ ra rằng sự phụ thuộc của hệ số phẩm chất

Q vào năng lượng truyền tuyến tính L trong môi trường nước tại điểm khảo sát

được biểu diễn như sau:

1 khi L≤10 KeV/mm

Q(L)= 0,32L - 2,2 khi 10 KeV≤ L ≤ 100 KeV/mm

K IL

O B

O O

K S C O

M

.4.4.2 Liều tương đương

Liều tương đương H tại một điểm trong mô tả là tích của hai đại lượng Q

1 rem =1 Rad x Q Một đơn vị đo liều tương đương là J.Kg-1 Tên riêng của liều tương đương

là Sievert (Sv)

1 Sv = 1 Gy x Q Vậy: 1 Sv = 100 rem

.4.4.3 Suất liều tương đương H:

Suất liều tương đương H là tỷ số của dH trên dt:

H=

dt dH

Thứ nguyên của suất liều tương đương là J.Kg-1.giây-1 Tên riêng của Hlà

Sv/s

.4.4.4 Suất liều chiếu và mối quan hệ giữa suất liều chiếu và hàm

lượng:

Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian

Cường độ bức xạ gamma trên mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng của các

nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và Kali trong lớp đất đá bên dưới mặt đất và

K IL

O B

O O

K S C O

M

chếu cao h tính từ mặt đất Ký hiệu I là suất liều chiếu bức xạ gamma, I phụ

thuộc vào qU, qTh và qK dưới dạng tổng quát:

I = f(qU, qTh ,qK) Trong đó: qU, qTh và qK lần lượt là hàm lượng Uran, Thori và Kali tương

ứng trong đất đá

Dạng tường minh của công thức được xác định ở độ cao h=1,2 m là:

I= 1,5qK+ 0,65qU +0,29qTh Suất liều chiếu I được tính ra µR/h, trong đó:

qU làhàm lượng của Uran được tính ra ppm

qTh là hàm lượng của Th được tính ra ppm

qK là hàm lượng của K được tính ra %

.4.4.5 Liều hiệu dụng tương đương

Trong địa vật lý hạt nhân nghiên cứu môi trường thường xác định liều

hiệu dụng tương đương, nó tỷ lệ với suất liều chiếu và được xác định bằng

công thức sau:

H = K.I.Q.N.t

Trong đó:

K là hệ số phụ thuộc vào môi trường, trong không khí K = 0,869

I là suất liều chiếu bức xạ gamma được xác định bằng thực nghiệm

Q là hệ số phẩm chất của bức xạ, với bức xạ gamma Q = 1

N là hệ số tính cho các yếu tố môi trường, với không khí N = 1

t là thời gian chiếu

Nếu I đo bằng µR/h thì H được tính ra mrem

K IL

O B

O O

K S C O

M

Suất liều chiếu tương đương theo số liệu của cơ quan Quốc tế về An toàn

phóng xạ Thế giới là 50mSv hay 5 rem

.5 Ảnh hưởng của các đồng vị phóng xạ đến môi trường xung

quanh:

Trong thế giới của chúng ta luôn luôn tồn tại các bức xạ tự nhiên Poloni

và Radi mang tính phóng xạ có trong xương của chúng ta Các cơ bắp của con

người có chứa Cacbon và Potassi phóng xạ Trong phổi có các sol khí và Triti

mang tính phóng xạ Chúng ta cũng bị chiếu xạ từ vũ trụ và bị ảnh hưởng bỡi các

bức xạ có trong tự nhiên và trong các chất mà ta ăn uống hàng ngày

Cho đến năm 1934 các chất phóng xạ nhân tạo đầu tiên được tạo ra Từ đó

nhiều chất phóng xạ được sử dụng trong khoa học, công nghiệp, bảo vệ môi

trường, y học và trong một số lĩnh vực thương mại Mặc dù bức xạ có nhiều lợi

ích nhưng nhiều người vẫn lo ngại về bức xạ và ảnh hưởng của nó

Các hệ sinh vật có thể bị huỷ hoại nghiêm trọng khi chiếu những lượng

quá mức của bất kỳ một loại bức xạ nào Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đồng vị

phóng xạ đến môi trường xung quanh, chúng ta đặc biệt quan tâm đến mức độ

ảnh hưởng của chúng đến sức khoẻ con người

.5.1 Ảnh hưởng của bức xạ đối với con người

Các ảnh hưởng có thể quan sát được của bức xạ được chia làm ba loại:

Cấp tính, kinh niên và di truyền

Ảnh hưởng cấp tính là những ảnh hưởng xẩy ra ngay sau khi chiếu một

liều bức xạ quá lớn và không thể nào nghi ngờ được là chúng không phải do bức

xạ gây nên

Ảnh hưởng kinh niên xẩy ra trong những thời gian dài sau khi chiếu

những liều lượng bức xạ thấp và bao gồm những sự việc như rút ngắn tuổi thọ

trung bình

K IL

O B

O O

K S C O

M

Ảnh hưởng di truyền là những ảnh hưởng đối với quá trình sinh sản và

xuất hiện những đột biến trong các thế hệ di truyền Các ảnh hưởng thuộc loại

này có thể xẩy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, cho nên khi có sự cố xẩy ra

chúng ta chưa chắc chắn được rằng đó là do ảnh hưởng của bức xạ Tuy vậy

chúng ta có thể kiểm nghiệm bằng cách: Nếu sự cố này tăng khi ta chiếu với liều

lượng tăng và các cơ quan sinh sản các kết quả được cho ở bảng sau:

Bảng 7: Mức độ ảnh hưởng của các liều chiếu khác nhau và các khu vực khác

Mắt

Khu vực địa phương Các tuyến sinh sản Các tuyến sinh sản Toàn bộ cơ thể Toàn bộ cơ thể Toàn bộ cơ thể

Bệnh u Ung loét do bức xạ Bệnh mắt có mộng

Gây ra bênh ung thư Không sinh đẻ được Tốc độ đột biến gấp 2 Chết 50% trường hợp Buồn nôn Đổi máu thuận nghịch

.5.2 Độ trung bình phóng xạ có trong người

Trong những năm 1970 ở Hungaria, người ta đã đo lượng phóng xạ của

các nguyên tố sinh ra từ tự nhiên cũng như nhân tạo đã xâm nhập vào cơ thể con

người Các số liệu cụ thể được trình bày ở bảng sau

K IL

O B

O O

K S C O

-

- 0,02

- 8-16

Từ kết quả bảng 8 chúng ta thấy ở trong phổi của con người các chất

phóng xạ ít cư trú nhưng trên thực tế thì các chất phóng xạ khí Radon và Toron

K IL

O B

O O

K S C O

M

lai cư trú ở phổi nhiều nhất Ở Hungaria người ta đã khảo sát và đã nhận được

các kết quả trình bày ở bảng sau:

Bảng 9: Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các

nguồn chiếu xạ khác nhau

Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân

bằng Bq/m3

Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm (µGy/năm)

222Rn và các nguyên tố

con cháu của nó:

Trong môi trường xây

dựng:

220Rn và các nguyên tố

con cháu của nó:

Trong môi trường xây

dựng:

.5.3 An toàn phóng xạ

Dựa vào các tính chất tác dụng của bức xạ hạt nhân, người ta phân biệt hai

loại chiếu trong và chiếu ngoài

Chiếu trong xẩy ra khi chất phóng xạ đi vào cơ quan bên trong của cơ thể

K IL

O B

O O

K S C O

M

xây xát Tác dụng của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sự nguy

hiểm tăng lên theo sự tăng của hoạt độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ đi vào

cơ thể và chu kỳ bán rã của nó Khi chiếu trong bằng các liều lượng lớn có thể

xẩy ra các bệnh ở các cơ quan bên trong của cơ thể và có thể thường xẩy ra một

cách có tính chu kỳ và có thể chia làm bốn giai đoạn:

- Giai đoạn đầu là giai đoạn sau khi bị chiếu một vài giờ thì thường xuất

hiện sự uể oải, buồn nôn, lợm giọng, váng đầu, chóng mặt và đôi khi nhiệt độ

tăng từ 0,5 ÷ 1,5oC và huyết áp của mạch tăng

- Giai đoạn hai là giai đoạn ủ bệnh thường kéo dài từ một vài ngày đến

một vài tuần

- Giai đoạn ba là thời kỳ phát triển bệnh Nhiệt độ tăng lên 41oC, buồn

nôn, xuất huyết Khả năng chết thường xẩy khoảng giữa ngày thứ 18 đến ngày

thứ 20, hạn hữu xẩy ra sau ngày thứ 30

- Giai đoạn bốn là thời kỳ khỏi bệnh thường sau 25 ÷ 30 ngày, sự khôi

phục hoàn toàn sức khẻo rất khó xẩy ra, thường bị già trước tuổi

Sự chiếu ngoài bao gồm bức xạ phông tự nhiên và bức xạ của các nguồn

phóng xạ mà ta tiếp xúc trong quá trình làm việc bức xạ phông được tạo ra bởi

các tia vũ trụ và các chất phóng xạ chứa trong các vật liệu của môi trường xung

quanh Khi chiếu ngoài bằng các liều lượng lớn có thể xuất hiện các bệnh bỏng

da, khác với bỏng thường do tác động của ánh sáng mặt trời bởi độ dài của thời

kỳ ủ bệnh (thường một vài ngày)

Để ngăn ngừa, phòng tránh tối đa tác hại của bức xạ ion hoá cần phải hạn

chế tới mức tối thiểu liều chiếu trong và chiếu ngoài

Người ta phân biệt ba loại chuẩn an toàn phóng xạ

Loại A: Dành cho người làm việc trực tiếp với các nguồn phóng xạ