Khảo sát độ phóng xạ trong đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố hồ chí minh

THƯ VIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH LƯU HỮU NGUN KHẢO SÁT ĐỘ PHĨNG XẠ TRONG ĐÁ ỐP LÁT DÙNG LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chun ngành: Vật lý ngun tử, hạt nhân lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN VĂN LUYẾN Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010 LỜI CẢM ƠN Trong q trình hồn thành luận văn, tơi nhận nhiều quan tâm, động viên, giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè Xin cho phép tơi bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: TS Trần Văn Luyến, người thầy truyền cho tơi nhiệt tình nghiên cứu khoa học, kiến thức chun mơn sâu, bảo tận tình thực nghiệm, đánh giá kết TS Thái Khắc Định, người thầy giới thiệu tơi lựa chọn đề tài, tận tâm giảng dạy truyền niềm đam mê nghiên cứu khoa học, góp ý chân thành bổ ích cho tơi TS Đỗ Xn Hội, TS Nguyễn Văn Hoa, TS Huỳnh Quang Linh, TSKH Nguyễn Văn Hồng, TS Nguyễn Văn Hùng, TS Nguyễn Quang Miên, TS Bùi Văn Lốt, TS Nguyễn Đơng Sơn, TS Võ Thanh Cương tất q thầy tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích, giúp tơi vững tin bước vào đời Ks Đào Văn Hồng ln khuyến khích, động viên hết lòng giúp đỡ tơi Thầy phản biện Hội đồng Khoa học dành nhiều thời gian đọc góp ý cho luận văn tơi Ban Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh, anh chị phòng An tồn Bức xạ Mơi trường tạo điều kiện thuận lợi tinh thần sở vật chất cho tơi q trình thực nghiệm Trung tâm Các bạn lớp Cao học Vật lý ngun tử, hạt nhân lượng cao K18 ln sát cánh giúp đỡ giai đoạn khó khăn Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ ln ủng hộ, tạo điều kiện tốt cho hồn thành luận án BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO Ước số bội số đơn vị đo Thang đo Tên gọi Kí hiệu 10-18 = atto (a) 10-15 = femto (f) 10-12 = pico (p) 10-9 = nano (n) 10-6 = micro () 10-3 = milli (m) 10+3 = kilo (k) 10+6 = mega (M) 10+9 = giga (G) 10+12 = tera (T) 10+15 = peta (P) 10+18 = exa (E) Năng lượng xạ Gray (Gy) = J/kg rad = 10mGy = 1E-7 J hấp thụ gram vật chất Sievert (Sv) = 100 rem; mSv = 0.1 rem Curie (Ci) = 3.7.1010 Becquerel (Bq) = hoạt độ phóng xạ gram Radi EBq = 1018Bq gray = 100 rad rem = 0.01 sievert rad = 1000 millirad = 0.01 gray Roengten (R) = 0.876 rad (in air) Chữ viết tắt Ge Germani – Ngun tố germani GPS Global Position System – Hệ thống định vị tồn cầu FWHF Full width Half Maximum – Bề rộng nửa giá trị cực đại HPGe High Pure Germani: germani siêu tinh khiết IAEA International Atomic Energy Agency – Cơ quan lượng ngun tử quốc tế ICRP International Commision for Radiological Protection - Ủy ban an tồn phóng xạ quốc tế OED Oranization for Europe Cooperration and Development – Tổ chức hợp tác phát triển Châu Âu PGs Phó giáo sư SNAP System for Nuclear Auxiliary Power – Hệ thống lượng hạt nhân phụ trợ vệ tinh tàu vũ trụ T1/2 Chu kì bán hủy – Nửa thời gian sống đồng vị phóng xạ Ttvt Tương tác vũ trụ UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học Liên Hiệp Quốc ảnh hưởng xạ ngun tử UTM Universal Transverse Mercator – Hệ thống biến đổi tọa độ tồn cầu WGS World Geometrical System – Hệ thống đo đạc tồn cầu NCRP National Council on Radiation Protection and Measuremens TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam LHDTBHN Liều hiệu dụng trung bình năm -1- PHẦN MỞ ĐẦU Trái đất hình hành từ nhiều ngun tố khác có ngun tố phóng xạ, ngun tố phân bố rộng khắp trái đất thạch quyển, địa quyển, thủy quyển, khí sinh Ngun tố phóng xạ tự nhiên có từ thời hồng hoang, tuổi với vũ trụ Nó bao gồm nhiều hạt nhân phóng xạ ngun thủy tạo thành chuỗi phóng xạ uranium (U), thorium (Th) hạt nhân kali-40 (K-40) Khi người ngơi nhà ngơi nhà trở thành “lơ cốt” chắn gần hết tia xạ từ khơng gian bên ngồi chiếu vào nhà Do liều chiếu ngồi chiếu người chủ yếu vật liệu xây dựng từ nhà, tường nhà, trần nhà gây nên Các loại vật liệu xây dựng phần lớn chế tạo từ đất, đá lấy bề mặt trái đất, chứa lượng phóng xạ tự nhiên định Mặt khác, chu kỳ 24 giờ, người sống làm việc sinh hoạt bên ngơi nhà nhiều bên ngồi khoảng 80% Vấn đề cần quan tâm mức phóng xạ loại vật liệu xây dựng nguy hiểm, ảnh hưởng đến sức khỏe người? Điều giới nghiên cứu nhiều, Việt Nam vấn đề mẻ cho đến năm 2006, vấn đề thực quan tâm sâu vào nghiên cứu Tiếp theo năm 2007, Bộ xây dựng có định việc ban hành tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 397:2007 “Hoạt độ phóng xạ tự nhiên vật liệu xây dựng Mức an tồn sử dụng phương pháp thử” Phóng xạ vật liệu xây dựng chủ yếu kali, uranium, thorium nhân tạo thành từ chuỗi phân rã phóng xạ chúng, quan trọng radium (Ra-226) Sự có mặt Ra-226 vật liệu xây dựng gây nên liều chiếu cho người sống nhà việc hít thở khí radon phân rã từ radium từ vật liệu xây dựng vào khơng khí nhà Sự tác động gây nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người, đặc biệt làm gia tăng tỷ lệ ung thư phổi [16] -2- Dựa vào lý mà tơi thực luận văn “Khảo sát độ phóng xạ đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” nhằm: + Khảo sát hoạt độ phóng xạ tự nhiên đá ốp lát vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh phục vụ cho việc giám sát kỹ thuật theo TCXDVN 397: 2007 + Tìm ngun nhân mẫu đá ốp lát vật liệu xây dựng có hoạt độ phóng xạ cao + Đưa khuyến cáo cần thiết cho nhà sản xuất người tiêu dùng Mục đích luận văn xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng phổ kế gamma phơng thấp Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh tìm ngun nhân mẫu đá ốp lát có phóng xạ cao Đề tài: “Khảo sát độ phóng xạ đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” thực với 61 mẫu đá ốp lát khác thu thập phân tích phóng xạ Sau đánh giá số Index phóng xạ, liều hấp thụ trung bình hàng năm, hoạt độ Ra tương đương… Đối tượng phương pháp nghiên cứu Do phóng xạ tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe người xuất phát chủ yếu từ vật liệu xây dựng đá ốp lát vật liệu người tiếp xúc trực tiếp thường xun đối tượng nghiên cứu luận án đá ốp lát thu thập cửa hàng vật liệu xây dựng TP Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu dùng hệ phổ kế gamma phơng thấp Trung tâm Hạt nhân TP Hồ Chí Minh sở lý thuyết tương tác tia gamma với vật chất Bố cục luận án Luận án đuợc trình bày theo chương: Chương trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu: nguồn gốc phóng xạ, -3- ảnh hưởng radon đến sức khỏe người, radon vật liệu xây dựng tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngồi nước Chương phần thực nghiệm: nêu phương pháp nghiên cứu lí chọn phương pháp dùng hệ phổ kế gamma phơng thấp; trình bày cấu tạo, đặc trưng hệ phổ kế gamma phơng thấp Trung tâm Hạt nhân TP HCM đồng vị phóng xạ quan tâm; trình bày q trình thu thập, xử lý, đo mẫu tính tốn hoạt độ nhân phóng xạ quan tâm mẫu cho khoa học xác Chương phần kết nghiên cứu: trình bày kết định tính định lượng hoạt độ phóng xạ 61 mẫu đá ốp lát thơng qua việc xử lý phổ gamma; giải thích ngun nhân mẫu có hoạt độ phóng xạ cao; so sánh kết với số kết nghiên cứu khác giới Phần kết luận đưa nhận xét tổng qt rút từ kết q trình nghiên cứu đề xuất tác giả số ngun tắc bảo vệ an tồn phóng xạ có liên quan đến phóng xạ tự nhiên đá ốp lát dùng làm vật liệu xây dựng -4- Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vài nét tượng phóng xạ Phóng xạ tượng tự nhiên xuất từ thuở khai thiên lập địa, bị bỏ qn năm 1896 Henri Becquerel tình cờ phát xạ từ muối uranium Sau đó, năm 1899 Pierre Marrie Curie tìm hai chất phóng xạ polonium radium Năm 1934, Frederic Jiolot Iren Curie tạo đồng vị phóng xạ nhân tạo phospho nitrogen Phát minh mở kỷ ngun phóng xạ nhân tạo Theo định nghĩa [5], phóng xạ biến đổi tự xảy hạt nhân ngun tử, đưa đến thay đổi trạng thái bậc số ngun tử số khối hạt nhân Khi có thay đổi trạng thái xảy ra, hạt nhân phát tia gamma mà khơng biến đổi thành hạt nhân khác; bậc số ngun tử thay đổi biến hạt nhân thành hạt nhân ngun tử khác; có số khối thay đổi, hạt nhân biến thành đồng vị khác Các cơng trình nghiên cứu thực nghiệm tượng phóng xạ xác nhận sản phẩm phân rã phóng xạ hạt nhân gồm: + Tia alpha: chùm hạt tích điện dương, bị lệch điện trường từ trường, dễ bị lớp vật chất mỏng hấp thụ Về chất, tia alpha chùm hạt nhân ngun tử helium ( 42 He ) + Tia beta: bị lệch điện trường từ trường, có khả xun sâu tia alpha Về chất, tia beta electron (   ) positron (   ) + Tia gamma: khơng chịu tác dụng điện trường từ trường, có khả xun sâu vào vật chất Về chất, tia gamma photon có lượng cao -5+ Neutron: có sức xun mạnh tia gamma bị ngăn chặn lại tường bê tơng dày, nước chắn paraphin 1.2 Nguồn gốc phóng xạ Mọi người vật cấu tạo từ ngun tử Một người lớn trung bình tập hợp khoảng 4.1027 ngun tử oxy, hydro, cacbon, nitơ, phospho ngun tố khác Khối lượng ngun tử tập trung phần hạt nhân ngun tử mà độ lớn phần tỉ ngun tử Xung quanh hạt nhân khoảng trống, ngoại trừ phần tử nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân gọi electron Các electron định tính chất hố học chất định Nó khơng liên quan với hoạt độ phóng xạ Hoạt độ phóng xạ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân Một ngun tố xác định số lượng proton hạt nhân Hydro có proton, heli có 2, liti có 3, berili có 4, bo có cacbon có proton Số lượng proton nhiều hạt nhân nặng Thori có 90 proton, protatini có 91 urani có 92 proton xem ngun tố siêu urani Số lượng neutron định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay khơng Để hạt nhân ổn định, số lượng neutron hầu hết trường hợp phải lớn số lượng proton Ở hạt nhân ổn định proton neutron liên kết với lực hút mạnh hạt nhân mà khơng phần tử ngồi Trong trường hợp vậy, hạt nhân tồn bền vững Tuy nhiên, việc khác số lượng neutron vượt khỏi mức cân Trong trường hợp này, hạt nhân có lượng dư đơn giản khơng liên kết với Sớm hay muộn phải xả phần lượng dư thừa Hạt nhân khác việc giải lượng dư khác nhau, dạng sóng điện từ loại hạt khác: , , n, p Năng lượng gọi xạ -6Z 100 Sp=0 Z=N 80 60 Các hạt nhân + phóng xạ  Sn=0 Các hạt nhân bền 40 - Các hạt nhân phóng xạ  20 20 40 60 80 100 120 140 160 N Hình 1.1 [6] Giản đồ Z-N phân biệt hạt nhân bền khơng bền Mặt phẳng (Z,N) chứa tất hạt nhân bền phân rã nucleon, giới hạn đường cong Sp = Sn = (Sp Sn lượng tách proton neutron khỏi hạt nhân) Dải hẹp gạch ca rơ gồm hạt nhân bền phân rã  Vùng gạch chéo phía gồm hạt nhân phân rã   vùng gạch chéo phía gồm hạt nhân phân rã   Q trình mà ngun tử khơng bền giải lượng dư gọi phân rã phóng xạ Tính phóng xạ phụ thuộc vào hai nhân tố: thứ tính khơng bền vững hạt nhân tỉ số N/Z q cao q thấp so với đường cong hình 1.1 thứ hai quan hệ khối lượng hạt nhân mẹ (hạt nhân trước phân rã), hạt nhân (hạt nhân sau phân rã) hạt phát Tính phóng xạ khơng phụ thuộc vào tính chất hố học vật lý hạt nhân đồng vị khơng thể thay đổi cách Hạt nhân nhẹ, với proton neutron trở nên ổn định sau lần phân rã Khi nhân nặng radi hay urani phân rã, hạt nhân tạo khơng ổn định, mà giai đoạn ổn định cuối đạt sau số lần phân rã Ví dụ: urani 238 có 92 proton 146 neutron ln proton neutron phân rã Số lượng proton lại sau lần urani phân rã 90, -7hạt nhân có số lượng proton 90 lại thori, urani 238 sau lần phân rã làm sinh thori 234 khơng ổn định trở thành protactini sau lần phân rã Hạt nhân ổn định cuối chì sinh sau lần phân rã thứ 14 Q trình phân rã xảy nhiều hạt nhân phóng xạ có mơi trường Hoạt độ phóng xạ khả phát xạ chất Hoạt độ khơng có nghĩa cường độ xạ phát hay rủi ro xảy sức khoẻ người Nó quy định đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), theo tên nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel Hoạt độ phóng xạ (a) tập hợp hạt nhân phóng xạ tính số phân rã trong đơn vị thời gian theo cơng thức sau a   dN , N số hạt nhân chưa bị phân rã dt N = N0 Như vậy, a   N   N 0e  t ,  số phân rã có giá trị xác định đồng vị phóng xạ Nếu số lượng phân rã 1/1 giây, hoạt độ chất tính Bq Hoạt độ khơng liên quan đến kích thước hay khối lượng chất Nếu số lượng phân rã xảy lượng nhỏ chất 1000/1 giây, hoạt độ chất lớn 100 lần so với số lượng lớn chất có 10 phân rã xảy giây Tốc độ phân rã mơ tả chu kỳ bán rã, thời gian mà 1/2 số hạt nhân khơng bền chất phân rã Chu kỳ bán rã đơn khơng thay đổi cho hạt nhân phóng xạ từ phần giây đến hàng tỷ năm Chu kỳ bán rã radon Rn – 219 giây, Rn - 220 55 giây, Rn – 222 3,5 ngày, sulfua S-38 52 phút, radi Ra-223 11,43 ngày, cacbon C-14 5.730 năm Trong chu kỳ bán rã liên tiếp, hoạt độ chất phóng xạ giảm phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ ban đầu theo cơng thức sau N = N0 Điều cho phép tính hoạt độ lại chất thời 2n điểm tương lai -8Bức xạ có khắp nơi mơi trường: đất, nước, khơng khí, thực phẩm, vật liệu xây dựng, kể người - sản phẩm mơi trường Hầu hết chất phóng xạ có đời sống dài sinh trước có trái đất, lượng phóng xạ ln tồn điều bình thường khơng thể tránh khỏi Trong kỷ vừa qua, phơng phóng xạ tăng lên khơng ngừng hoạt động thử vũ khí hạt nhân phát điện hạt nhân Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm, thành phần đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, mức độ điều kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất, hướng gió… tất ảnh hưởng đến phơng xạ Bức xạ xem tự nhiên hay nhân tạo nguồn gốc sinh Từ nguồn phóng xạ chia làm hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên nguồn phóng xạ nhân tạo Nguồn phóng xạ tự nhiên chất đồng vị phóng xạ có mặt trái đất, nước hay bầu khí Nguồn phóng xạ nhân tạo người chế tạo cách chiếu chất lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc 1.2.1 Các nguồn phóng xạ tự nhiên: Nguồn phóng xạ tự nhiên gồm hai nhóm sau: nhóm thứ nhóm đồng vị phóng xạ ngun thủy có từ tạo thành trái đất, vũ trụ Nhóm thứ hai nhóm đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ - tia vũ trụ tạo Các đồng vị phóng xạ tự nhiên gồm cỡ 70 đồng vị, quan trọng đồng vị 92 U 235 , 92 U 238 , 90Th 232 đồng vị cháu dãy phân rã chúng * Nhóm đồng vị phóng xạ ngun thủy Phơng phóng xạ trái đất gồm nhân phóng xạ tồn trước trái đất hình thành Chúng có chu kỳ bán rã khoảng vài triệu năm, gồm có uranium, thorium cháu chúng, với số ngun tố phóng xạ khác tạo thành bốn họ phóng xạ bản: họ thorium Th232 (4n); họ uranium U238 (4n+2); họ actinium U235 (4n+3) họ phóng xạ nhân tạo neptunium Np241 (4n+1) Các đặc điểm họ phóng xạ tự nhiên: - Thành viên thứ đồng vị phóng xạ sống lâu với thời gian bán rã lớn thường dùng để định tuổi địa chất -9- Mỗi họ có thành viên dạng khí phóng xạ lý gây nên phơng phóng xạ mơi trường Chúng đồng vị khác ngun tố radon: họ uranium 86Rn222 (radon), họ thorium 86Rn 220 (thoron), họ actinium 86Rn219 (actinon) Trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium khơng có thành viên khí phóng xạ - Sản phẩm cuối họ phóng xạ tự nhiên chì: Pb206 họ uranium, Pb207 họ actinium Pb208 họ thorium Trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium, thành viên cuối Bi209 Hình 1.2 Họ thorium (4n) Hình 1.3 Họ actinium (4n+3) - 10 - Hình 1.4 Họ uranium (4n+2) Ngồi đồng vị phóng xạ họ phóng xạ trên, tự nhiên tồn số đồng vị phóng xạ với số ngun tử thấp Các đồng vị phóng xạ quan trọng dẫn bảng 1.1 Một đồng vị phóng xạ tự nhiên K40, phổ biến mơi trường (hàm lượng K đất đá 27g/kg đại dương ~ 380 mg/lít), thực vật, động vật thể người (hàm lượng K trung bình thể người khoảng 1,7g/kg) Bảng 1.1 [11] Đặc trưng 40K nhân họ phóng xạ Nhân Chu kỳ bán hủy Hàm lượng/ Hoạt độ tự nhiên 235 7,04 x 108 năm 0,72% uran tự nhiên 238 4,47 x 109 năm 99,2745% uran tự nhiên, 0,5-0,7 ppm uran đá 232 1,41 x 1010 năm 1,6-20 ppm đá vơi, trung bình 10,7 ppm 226 1,6 x 103 năm 16 Bq/kg đá vơi, 48 Bq/kg đá nóng chảy 222 3,82 ngày 0,6 – 28 Bq/m3 khơng khí 40 1,28 x 1010 năm Đất: 37-1000 Bq/kg U U Th Ra Rn K - 11 * Nhóm đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ: Đồng vị phóng xạ tự nhiên quan trọng khác C14 với chu kỳ bán rã 5600 năm C14 kết biến đổi hạt nhân tia vũ trụ bắn phá hạt nhân N14 Trước xuất bom hạt nhân, hàm lượng tổng cộng C14 khí khoảng 1,5.1011MBq, thực vật khoảng 4,8.1011 MBq, đại dương khoảng 9.1012 MBq Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể hàm lượng C14 Cho đến năm 1960, tất vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân thải khí khoảng 1,1.1011 MBq Cacbon phóng xạ tồn khí dạng khí CO2, vào thể động vật qua q trình hơ hấp vào thực vật qua q trình quang hợp nên sử dụng để đánh giá tuổi mẫu khảo cổ vật liệu hữu thơng qua số liệu hoạt độ riêng C14 chúng Các đồng vị phóng xạ tạo thành từ tia vũ trụ: Bức xạ vũ trụ lan khắp khơng gian, chúng tồn chủ yếu ngồi hệ mặt trời Bức xạ có nhiều dạng, từ hạt nặng có vận tốc lớn đến photon lượng cao hạt muyon ( ) Tầng khí trái đất tác dụng với nhiều loại tia vũ trụ làm sinh nhân phóng xạ Phần lớn nhân phóng xạ có thời gian bán rã ngắn nhân phóng xạ tự nhiên có trái đất Bảng 1.2 trình bày nhân phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ Bảng1.2 [11] Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc vũ trụ Nhân T1/2 Nguồn Hoạt độ 14 C 5730 năm Ttvt 14N(n,p)14C 220 Bq/kg vật liệu hữu H 12,3 năm Ttvt N O 6Li(n,  )3H 1,2 x 10-3 Bq/kg 53,28 ngày Ttvt với N O Be 0,01 Bq/kg Ttvt: Tương tác vũ trụ Các nhân phóng xạ vũ trụ khác Be10, Al26, Cl36, Kr80, C14, Si32, Ar39, Na22, S35, Ar37, P32, P33, Mg38, Na24, S38, F18, Cl38, Cl34m - 12 Bức xạ vũ trụ: Cùng với nhân phóng xạ tạo nên tia vũ trụ tương tác với lớp khí quyển, thân tia vũ trụ góp phần vào tổng liều hấp thụ người Bức xạ vũ trụ chia làm hai loại xạ sơ cấp xạ thứ cấp Bức xạ vũ trụ sơ cấp tạo nên hạt có lượng cao (lên đến 108 eV), đa phần proton với số hạt khác nặng Phần lớn tia vũ trụ sơ cấp đến từ bên ngồi hệ mặt trời chúng tìm thấy khơng gian vũ trụ Một số bắt nguồn từ mặt trời q trình cháy sáng mặt trời Một số nhỏ xạ vũ trụ sơ cấp xun xuống bề mặt trái đất phần lớn chúng tương tác với khí Khi tương tác với khí quyển, chúng sinh xạ vũ trụ thứ cấp ánh sáng mà ta nhìn thấy mặt đất Những phản ứng làm sinh xạ có lượng thấp hơn, bao gồm việc hình thành photon ánh sáng, electron, neutron hạt muyon rơi xuống mặt đất Lớp khí từ trường trái đất có tác dụng lớp vỏ bọc che chắn tia vũ trụ, làm giảm số lượng chúng đến bề mặt trái đất Như vậy, liều xạ người nhận phụ thuộc vào độ cao mà người ở: từ xạ vũ trụ, hàng năm người nhận liều cỡ 0,27 mSv tăng lên gấp đơi độ cao tăng 2000 m Suất liều điển hình xạ vũ trụ sau: 0,04 µGy/h bề mặt trái đất, 0,2µGy/h độ cao 5000m µGy/h độ cao 20000 m Lượng xạ vũ trụ mặt biển giảm 10% từ vùng cực tới xích đạo độ cao khoảng 20000 m mức giảm 75% Rõ ràng có ảnh hưởng từ địa từ trường trái đất từ trường mặt trời lên xạ vũ trụ sơ cấp 1.2.2 Các nguồn phóng xạ nhân tạo Những hoạt động người tạo chất phóng xạ tìm thấy mơi trường thể 100 năm trở lại qua bổ sung - 13 vào nguồn phóng xạ tự nhiên sản phẩm người Chúng lượng nhỏ so với lượng phóng xạ có sẵn tự nhiên Vì chu kỳ bán rã chúng ngắn nên hoạt độ chúng giảm đáng kể từ ngừng thử vũ khí hạt nhân trái đất Một số chất thải vào khí vụ thử vũ khí hạt nhân phần nhỏ nhiều nhà máy điện hạt nhân Những giới hạn phát thải phép nhà máy điện hạt nhân bảo đảm chúng khơng gây tác hại Hầu hết chất phóng xạ sinh từ phân hạch hạt nhân nằm chất thải phóng xạ lưu giữ cách biệt với mơi trường Có khoảng 2000 đồng vị phóng xạ nhân tạo đó: Vũ khí hạt nhân Rơi lắng từ vụ thử vũ khí hạt nhân nguồn phóng xạ nhân tạo lớn mơi trường Dấu hiệu bom hạt nhân sản phẩm phân hạch 235 U 239Pu Dấu hiệu phản ứng nhiệt hạch triti kèm phản ứng phân hạch thứ cấp neutron nhanh tương tác với 238 U lớp vỏ bọc ngồi Các đồng vị phóng xạ khác tạo kết việc bắt neutron với vật liệu làm bom khơng khí xung quanh Một sản phẩm quan trọng 14C tạo phản ứng 14N (n,p) 14C làm cho hàm lượng 14C khí tăng gấp đơi vào năm 1960 Từ khí quyển, đồng vị phóng xạ lắng đọng địa cầu dạng rơi lắng chỗ (12%), nằm tầng đối lưu (10%) tầng bình lưu (78%) Rơi lắng tầng bình lưu rơi lắng tồn cầu gây nhiễm bẩn tồn cầu với hoạt độ thấp Trong hầu hết đồng vị phóng xạ nằm bề mặt trái đất 3H 14C vào chu trình khí quyển, thủy sinh tồn cầu Tổng lượng phóng xạ đưa vào khí qua vụ thử vũ khí hạt nhân 3.107 Sv/người với 70% 14C; đồng vị khác 137Cs, 90Sr, 95Zr 106Ru chiếm phần lại Điện hạt nhân Chương trình hạt nhân dân lò phản ứng Calder Hall tây bắc nước Anh năm 1956 Số lò phản ứng hạt nhân tăng nhanh, cuối năm - 14 2002, theo thống kê IAEA, điện hạt nhân chiếm 16% sản lượng điện tồn giới có chiều hướng gia tăng Các đồng vị phóng xạ thải vào mơi trường từ chu trình nhiên liệu hạt nhân khai thác mỏ, nghiền uran, sản xuất tái chế nhiên liệu Việc thải chất phóng xạ từ nhà máy điện lên đến cỡ TBq/năm nhỏ Suất liều nhóm dân tiêu chuẩn có bậc cỡ  Sv / năm Tai nạn hạt nhân Khoảng 150 tai nạn lớn nhỏ ngành hạt nhân xảy ra, lớn tai nạn Chernobyl, Ucraina 1986 gây nên nhiễm bẩn phóng xạ chất thải rắn lỏng hỗn hợp hợp chất hóa học đồng vị phóng xạ Ngồi ra, số nhân phóng xạ nhân tạo tạo thành từ khu chứa chất thải phóng xạ, chất thải rắn hay đồng vị phóng xạ nhân tạo đánh dấu 1.3 Ảnh hưởng loại xạ đến người Bức xạ sinh nhiều hình thức, dạng quan trọng dạng xun qua vật chất làm cho bị điện tích hóa hay ion hóa ảnh hưởng đến sức khỏe người Nếu xạ ion hóa thấm vào mơ sống, ion tạo đơi ảnh hưởng đến q trình sinh học bình thường Tiếp xúc với loại số loại xạ ion hóa, xạ alpha, beta, tia gamma, tia X neutron, ảnh hưởng tới sức khoẻ 1.3.1 Bức xạ alpha Hạt alpha hạt nhân 2He4 Phân rã alpha xảy hạt nhân phóng xạ có tỉ số N/Z q thấp Bức xạ alpha phát ngun tử ngun tố nặng uran, radi, radon plutoni Hạt alpha phát với lượng cố định Hình 1.5 trình bày q trình phân rã 88  222 Ra 226    He , gồm hai nhánh phát alpha: nhánh thứ với hạt 86 Rn alpha lượng 4,591 MeV nhánh thứ hai với hạt alpha lượng 4,777 - 15 MeV Hạt nhân Rn222 sau phân rã theo nhánh thứ nằm trạng thái kích thích tiếp tục phân rã gamma để chuyển trạng thái Hạt nhân Rn222 sau phân rã theo nhánh thứ hai nằm trạng thái Ra226  4,591 MeV 5.7%  4,777 MeV 94,3%  0,186 MeV (35% -) Hình 1.5 Sơ đồ phân rã Rn222 226 88Ra    222 86Rn + 2He4 Hạt alpha bị hấp thụ mạnh qua vật chất, qng đường ngắn Lớp da chết mặt da đủ dày để hấp thụ tất xạ alpha từ nguồn phóng xạ Kết là, xạ alpha từ nguồn bên ngồi chiếu vào thể khơng gây nên nguy hiểm Tuy nhiên, hạt nhân phóng xạ alpha lọt vào thể qua đường tiêu hố hơ hấp, khơng bị cản lại lớp da chết, lượng xạ alpha truyền cho tế bào thể Ví dụ phổi, tạo liều chiếu mơ nhạy cảm, mà mơ khơng có lớp bảo vệ bên ngồi giống da Vì vậy, đồng vị phóng xạ alpha độc chúng có mặt bên thể - 16 - Hình 1.6 Các đường xạ chất phóng xạ vào thể