KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHÓNG XẠ TRONG KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM 2013……….48 KẾT LUẬN………58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Ng
Trang 11
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
- -
NGUYỄN ĐỨC HOAN
XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA
MỘT SỐ NGUYÊN TỐ PHÓNG XẠ TRONG
KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM 2013
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ VÀ NĂNG LƯỢNG CAO
Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN QUANG MIÊN
Hà Nội - 2014 Phụ lục
MỞ ĐẦU……….6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ……… …9
Trang 22
1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ô NHIỄM KHÔNG
KHÍ……… 9
1.1 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên……….10
1.2 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo………11
1.2 TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM CÓ TRONG KHÔNG KHÍ………12
1.2.1 Tác hại của các chất ô nhiễm có trong không khí……… …13
1.2.2 Tác hại của các chất phóng xạ có trong không khí……….14
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.……… ……… …18
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí trên Thế Giới……… …19
1.3.2 Tình hình nghiên cứu ô nhiễm không khí ở Việt Nam………20
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM………21
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ……….21
2.2 XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA……… ……….22
2.2.1 Dịch chuyển gamma-Hệ số phân nhánh……… …22
2.2.2 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ gamma…………24
2.3 HỆ PHỔ KẾ GAMMA BÁN DẪN ORTEC……… 30
2.3.1 Sơ đồ khối của hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC………30
2.3.2 Phần mêm ghi nhận và xử lý phổ MAESTRO 2.2……… 32
2.3.3 Detector và hệ che chắn làm lạnh……….33
2.4 PHƯƠNG PHÁP LẤY VÀ TẠO MẪU ĐO……….…34
2.4.1 Cách lấy mẫu………34
2.4.2 Xác định hoạt độ phóng xạ của các chất trên phin lọc……….36
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIÊM, THẢO LUẬN……… ……40
3.1 LẤY MẪU KHÍ TẠO TIÊU BẢN ĐO……… ……40
3.2 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG HIỆU SUẤT GHI VỚI MẪU SOL KHÍ …42
Trang 33
3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHÓNG XẠ TRONG KHÔNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM
2013……….48
KẾT LUẬN………58
DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1 Nguồn gốc của các chất gây ô nhiễm trong không khí
Bảng 1.2 Mức độ ảnh hưởng của liều chiếu khác nhau vào các khu vực khác
nhau
Bảng 1.3 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong các bộ phận của cơ
thể con người
Bảng 1.4 Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các
nguồn chiếu xạ khác nhau
Bảng 1.5 Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người
Trang 44
Bảng 2.1 Năng lượng và hệ số phân nhánh của một số vạch gamma đặc trưng
của một số nguyên tố dùng trong luận văn
Bảng 2.2 Các đỉnh gamma có cường độ mạnh nhất do các đồng vị phóng xạ tự
nhiên phát ra
Bảng 3.1 Một số thông số của mẫu khí
Bảng 3.2
Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và tốc
độ đếm của các bức xạ gamma được chọn để tính hiệu suất ghi của mẫu chuẩn
Bảng 3.3 Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần và tốc
độ đếm phông tại các đỉnh bức xạ gamma đặc trưng
Bảng 3.4 Kết quả tính toán hiệu suất ghi của đỉnh năng lượng của các bức xạ
gamma Bảng 3.5 Hệ số khớp hàm tương ứng
Bảng 3.6
Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, tốc độ đếm, hiệu suất ghi, hoạt độ và hoạt độ riêng của đồng vị phóng xạ trong mẫu MT1
Bảng 3.7
Kết quả thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, tốc độ đếm, hiệu suất ghi, hoạt độ và hoạt độ riêng của đồng vị phóng xạ trong mẫu MT2
Bảng 3.8 Hoạt độ riêng của 7Be trong hai mẫu sol khí MT1 và MT2
Bảng 3.9
Kết quả hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố phóng xạ trong
12 mẫu MT1, MT2, MT3, MT4, MT5,MT6, MT7, MT8, MT9, MT10, MT11, MT12
Trang 55
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC
Hình 2.2 Buồng chì ORTEC trong hệ phổ kế gamma phông thấp ORTEC
Hình 2.3 Máy hút khí Taifu
Hình 2.4 Phễu đặt giấy lọc sol khí
Hình 3.1 Phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 khối lượng 11,3g đo trên hệ phổ
kế gamma bán dẫn ORTEC trong thời gian 85157,14 s
Hình 3.2 Phổ gamma đo phông trên hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC trong
thời gian 104116,04 s
Hình 3.3 Đồ thị đường cong hiệu suất ghi với cấu hình đo mẫu sol khí
Hình 3.4
Phổ gamma của mẫu sol khí MT1 đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thuộc Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Hình 3.5
Phổ gamma của mẫu sol khí MT2 đo trên hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thuộc Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Trang 66
LỜI CẢM ƠN
Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Quang Miên – Viện Khảo cổ học đã đóng góp rất nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn thành tốt các nội dung của luận văn; PGS.TS Bùi Văn Loát – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả tiến hành đo và xử lí các kết quả hoạt độ phóng xạ trong các mẫu mà luận văn đã tiến hành thực hiện; Cán bộ Viện hóa học môi trường quân sự - Bộ tư lệnh quân sự đã giúp đỡ tác giả tiến hành thu thập, xử lý, tạo tiêu bản đo và tiến hành đo một số mẫu Các cán bộ giảng viên
bộ môn vật lý hạt nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên cũng đã đóng góp nhiều ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn
Tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp, các nhà nghiên cứu và bạn đọc để luận văn ngày càng hoàn thiện hơn và đóng góp được vào các công tác nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực tác giả nghiên cứu
Hà Nội, Ngày 20 tháng 8 năm 2014
Tác giả
MỞ ĐẦU
Trong hệ thống sự sống của quần thể sinh vật trên Trái Đất, không khí là nhân tố quan trọng không thể thiếu Nhưng ngày nay, không khí đang ô nhiễm trầm trọng, những tác
Trang 77
hại của ô nhiễm không khí đang ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của toàn bộ hệ sinh thái, trong đó có loài người chúng ta
Công tác bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn không khí đã và đang được cấp bách triển khai hơn bao giờ hết Nước ta cũng đã và đang đẩy mạnh công tác chống ô nhiễm và suy thoái môi trường Mặc dù vậy, môi trường không khí ở nước ta vẫn đang tồn tại dấu hiệu đáng lo ngại Ngày nay, rất nhiều các hoạt động gây ô nhiễm diễn ra và thải vào môi trường một lượng lớn bụi khí, trong đó có cả bụi phóng xạ
Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra [2,3,9] trong nước, không khí, thực vâ ̣t, đô ̣ng vâ ̣t
và cơ thể con người đều chứa các đồng v ị phóng xạ Khi nghiên cứu đánh giá liều chiếu hàng năm đến con người , không khí đóng vai trò không hề nhỏ Không khí là một trong những điều kiện quyết định sự tồn tại của động thực vật trên trái đất trong đó có con người
vì vậy việc không khí có chứa các chất phóng xạ có sự ảnh hưởng vô cùng lớn đến đời sống của con người Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên cũng như các nguyên tố phóng xạ nhân tạo
có trong không khí là nguyên nhân quan trọng gây ra chiếu xa ̣ trong cũng như chiếu xa ̣ ngoài cho con người
Theo các tài liệu về an toàn bức xạ hạt nhân thì liều chiếu tổng cộng hàng năm do
Rn222 và dòng con cháu của nó đóng góp cỡ 45 – 50% Vì vậy Hoạt độ Radon trong môi trường rất được quan tâm Cùng với các đồng vị phóng xạ trong không khí Radon và sản phẩm con cháu của nó là nguồn gốc chủ yếu gây ra bức xạ chiếu trong theo con đường hô hấp, ăn uống
Nguyên tố phóng xạ tự nhiên có rất sớm, có thể cùng tuổi với vũ trụ Các chất phóng
xạ tự nhiên này gồm các hạt nhân trong các chuỗi uranium (U), thorium (Th) kali (K) và các hạt nhân beli (Be) Vì thế mà trong không khí cũng chứa một lượng phóng xạ tự nhiên nhất định Ngày này nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà đời sống của con người ngày càng được nâng cao nhưng kèm theo đó là sự ô nhiễm môi trường ngày càng lớn, đặc biệt là sự ô nhiễm phóng xạ trong không khí
Hiện nay ngày càng có nhiều nguồn phóng xạ thải ra không khí đặc biệt là các nguồn phóng xạ nhân tạo các hoạt động khai thác quặng hay sự phát triển của ngành năng lượng hạt nhân mà nguy cơ ô nhiễm phóng xạ trở nên cấp thiết và nguy hiểm, đặc biệt các sự cố hạt nhân xảy ra tại nhật bản đã khiến cho tất cả các nước phải quan tâm hơn nữa đến ô nhiễm phóng xạ đặc biệt là ô nhiễm phóng xạ trong không khí
Trang 88
Nghiên cứu các nhân phóng xa ̣ có trong môi trường không khí không những thu thâ ̣p các số liệu để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người mà còn có thể sử dụng chúng như những chất đánh dấu tự nhiên để nghiên cứu quá trình bi ến đổi của môi trường
Do đă ̣c điểm phổ bức xa ̣ gam ma của các đồng vị phóng xạ phát ra là gián đoạn , có năng lươ ̣ng hoàn toàn đă ̣c trưng cho đồng vi ̣ phóng xa ̣ đó Đồng thời bức xạ gamma có khả năng đâm xuyên lớn nên trong đi ̣a chất cũng như trong đi ̣a vâ ̣t lý môi trường khi nghiên cứu đánh giá các nguyên tố phóng xạ trong không khí thường dùng phương pháp phổ gamma Ngày nay với công nghê ̣ chế ta ̣o đetectơ ngày càng phát triển và hoàn thiê ̣n các đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết có đô ̣ phân giải năng lượng cao , đã được chế ta ̣o để giải quyết các bài toán nghiên cứu ha ̣t nhân cũng như phân tích hoa ̣t đô ̣ phóng xa ̣ của các mẫu môi trường , trong đó
có mẫu không khí Độ chính xác c ủa các phép đo hoạt độ phụ thuộc nhiều yếu tố như quá trình lấy mẫu và sử lý mẫu , quá trình đo phổ gamma mẫu phân tích xác định diện tích đỉnh hấp thu ̣ toàn phần, đo mẫu chuẩn và xây dựng đường cong hiê ̣u suất ghi Để giảm sai số mỗi phép đo phông cũng như đo mẫu cần phải tiến hành trong thời gian đủ lớn để giảm sai số thông kê, mẫu chuẩn và mẫu phân tích có cấu hình và thành phần chất nền gần nhau Thông thường do mẫu môi trường có hoạt đô ̣ phóng xa ̣ nhỏ n ên để giảm sai số thống kê khi xác
đi ̣nh diê ̣n tích hấp thu ̣ toàn phần thường ta phải tăng thời gian đo và tăng khối lượng mẫu
đo
Sol khí – một dạng bụi khí lơ lửng là một trong những chất gây ô nhiễm ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe con người Những hạt bụi có kích thước rất nhỏ dưới 10µm và đặc biệt dưới 2,5µm xâm nhập trực tiếp qua hệ hô hấp
Trong hướng nghiên cứu nhiễm bẩn phóng xạ môi trường, hướng nghiên cứu hoạt
độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ trong không khí cũng được quan tâm thích đáng
Đặc biệt ở Trung tâm Công nghệ Môi trường, Viện Hóa học Quân sự có trạm nghiên cứu độ phóng xạ trong không khí nhằm phát hiện các sự cố hạt nhân Các đối tượng quan tâm là 131
I, 137Cs, các sản phẩm của sự cố hạt nhân
Về mă ̣t lý thuyết , bản Luận văn có nhiệm vụ đánh giá phân tích t ổng quan quá trình gây ô nhiễm, trong đó có ô nhiễm phóng xạ trong không khí, tìm hiểu cơ cở vật lý , phương pháp và kỹ thuật thực nghiệm xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số đồng vị phóng xạ trong không khí, cụ thể là các đồng vị phóng xạ tự nhiên như U, Rn, Th, K và một vài
Trang 99
nguyên tố như Be, Cs Về thực nghiê ̣m tiến hành xây dựng đường cong hiê ̣u suất ghi ứng với đỉnh hấp thu ̣ toàn phần tương ứng với mẫu khí và tiến hành phân tích hoạt độ phóng xạ riêng của mô ̣t số mẫu không khí tại Hà Nội
Bản Luận văn với tên gọi “ Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của một số nguyên tố
phóng xạ trong không khí tại Hà Nội năm 2013 ” dài 59 trang gồm 9 hình vẽ , 16 bảng
biểu và 16 tài liệu tham khảo
Ngoài phần mở đầu và kết luận bản Luận văn chia thành ba chương:
CHƯƠNG 1 Tổng quan về ô nhiễm không khí
CHƯƠNG 2 Thiết bị và phương pháp thực nghiệm
CHƯƠNG 3 Kết quả thực nghiệm, Thảo luận
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
Cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa học kỹ thuật, tốc độ đô thị hóa ngày càng nhanh kéo theo sự ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên cấp thiết và vượt quá giới hạn của quá trình tự làm sạch trong tự nhiên
Trong không khí lúc này xuất hiện chất lạ, tỏa mùi hoặc sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, có mặt của các chất độc hại trong không khí ảnh hưởng cho sức khỏe của con người Các chất ô nhiễm này có thể tồn tại ở dạng khí, dạng hơi hoặc dạng sol khí
và có mặt ở khắp mọi nơi
Trong những thập kỷ gần đây, Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường không khí Đặc biệt là, tại các khu công nghiệp, các trục đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khác nhau Đó cũng là hệ quả của sự gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao thông (ôtô, xe máy…), cũng như công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp phát triển quá nhanh, trong khi cơ sở hạ tầng còn thấp Theo các báo cáo hiện trạng môi trường hàng năm cho thấy: Nồng độ của các chất ô nhiễm
ở các khu công nghiệp, các trục đường giao thông hầu như đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCCP) như bụi vượt quá từ 2 - 4 lần và các chất ô nhiễm như CO2, CO, SO2, NOx,… cũng đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép Do đó việc đưa ra những định hướng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí trong giai đoạn hiện nay là cần thiết Hiện nay,
Trang 1010
tình trạng ô nhiễm môi trường không khí do bụi trên địa bàn thành phố Hà Nội đã được các nhà khoa học cảnh báo là đang ở mức “báo động đỏ” Kết quả quan trắc về nồng độ bụi lơ lửng trên địa bàn Hà Nội cho thấy: Ở các quận nội thành đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép
từ 2 - 3 lần Trong đó, địa bàn quận Đống Đa, Long Biên có nồng độ bụi cao nhất 0,8 mg/m3, gấp 4 lần so với TCCP, tiếp đến là địa bàn quận Tây Hồ, Hoàng Mai 0,78 mg/m3 Ngoài ra, các khu vực được coi là ô nhiễm trọng điểm bụi trên địa bàn Hà Nội được xác định gồm: đường Nam Thăng Long, đường Nguyễn Tam Trinh, Đường 32 và hiện nay là các nút giao thông đang thi công như ngã Tư Sở, ngã Tư Bách Khoa, gây ra những ảnh hưởng không nhỏ đối với người dân khi qua lại những khu vực này Trong 10 năm qua, bụi
lơ lửng tại Hà Nội do công nghiệp và thủ công nghiệp gây ra chiếm tới 67%, do đường phố bẩn chiếm khoảng 30% và còn lại là do các phương tiện giao thông thải ra Số liệu thống kê năm 1996 - 1997 thì ô nhiễm đã xảy ra trầm trọng ở khu công nghiệp Thượng Đình: Cao su Sao Vàng, thuốc lá Thăng Long, Bóng đèn - Phích nước Rạng Đông với đường kính khu vực ô nhiễm khoảng 1,7km và nồng độ lớn hơn tiêu chuẩn cho phép 2 - 4 lần; Tại khu công nghiệp Minh Khai, Mai Động, Vĩnh Tuy với đường kính ô nhiễm khoảng 2,5km, có nồng
độ ô nhiễm cao hơn tiêu chuẩn cho phép 2 - 3 lần Trong những năm gần đây nồng độ và bán kính ảnh hưởng của bụi ở khu vực này đã có xu hướng giảm dần Tổng hợp các nguồn gây ô nhiễm không khí ta có thể phân thành 2 loại: Có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo
1.1.1 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên
Núi lửa hoạt động phun ra một lượng nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, metan…Không khí chứa bụi lan tỏa đi rất xa để lại ô nhiễm trong môi trường gây hậu quả nặng nề và lâu dài
Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra lan truyền đi những bụi khí, khói, các hidrocacbon không cháy, khí SO₂ , CO…
Bão bụi gây nên gió mạnh và bão, nước biển bốc hơi cuốn bụi hay những bụi muối lan truyền vào không khí
Các quá trình phân hủy, thối rữa xác động, thực vật gây những phản ứng hóa học hình thành khí sunfua, nitrit…
Trong lòng đất có một số khoáng sản mang tính phóng xạ Khi các chất phóng xạ này
có mặt trong môi trường không khí với cường độ mạnh chúng gây nguy hiểm cho con người