Nghiên cứu xác định liều chiếu dân chúng do phóng xạ tự nhiên ở khu vực Hà Nội (Phần Hà Nội mở rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN DƢƠNG ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU DÂN CHÚNG DO PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Ở KHU VỰC HÀ NỘI (PHẦN HÀ NỘI MỞ RỘNG) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN DƢƠNG ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU DÂN CHÚNG DO PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Ở KHU VỰC HÀ NỘI (PHẦN HÀ NỘI MỞ RỘNG) Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử Mã số: 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH VĂN GIÁP Hà Nội – 2015 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Trịnh Văn Giáp tận tình hƣớng dẫn, dạy giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn KS Nguyễn Quang Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Hạt Nhân dạy, tạo điều kiện cho phép sử dụng số liệu đề tài: “Thiết lập sở liệu phơng phóng xạ mơi trƣờng Hà Nội (phần Hà Nội mở rộng) hoàn thiện đồ kỹ thuật số phơng phóng xạ mơi trƣờng Hà Nội tỷ lệ : 1:100.000” Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán Trung Tâm Quan Trắc Phóng Xạ Đánh Giá Tác Động Môi Trƣờng – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Hạt Nhân – Viện Năng Lƣợng Nguyên Tử Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất, giúp em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Vật Lý trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình truyền đạt kiến thức suốt năm học vừa qua Với vốn kiến thức mà em đƣợc tiếp thu trình học tập hành trang q báu để em hồn thành tốt công việc sau Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân bạn bè, ngƣời động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện vật chất tinh thần cho em suốt thời gian học tập làm luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Dƣơng Đức Thắng i MỤC LỤC Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊNError! Bookmark not defined (2, 3) 1.1 Phóng xạ đất đá (2, 3) 1.1.1 Các họ phóng xạ Error! Bookmark not defined Error! Bookmark not defined (2, 3) 1.1.2 Cân cân phóng xạ Error! Bookmark not defined 1.2 Phóng xạ tia vũ trụ (2, 3) Error! Bookmark not defined 1.3 Phơi nhiễm phóng xạ tự nhiên (2, 3) Error! Bookmark not defined (2, 3) 1.3.1 Phơi nhiễm chiếu từ phóng xạ tự nhiên đất đá Error! Bookmark not defined 1.3.2 Phơi nhiễm chiếu từ tia vũ trụ (2, 3) Error! Bookmark not defined 1.3.3 Phơi nhiễm chiếu từ nguồn phóng xạ tự nhiên (2, 3) Error! Bookmark not defined (4) 1.4 Một số đại lƣợng đo liều an toàn xạ Error! Bookmark not defined (4) 1.4.1 Liều chiếu Error! Bookmark not defined (4) 1.4.2 Liều hấp thụ Error! Bookmark not defined (4) 1.4.3 Liều tƣơng đƣơng Error! Bookmark not defined (4) 1.4.4 Liều hiệu dụng Error! Bookmark not defined ii (5, 6) 1.5 Tƣơng tác xạ gamma với vật chất Error! Bookmark not defined 1.5.1 Hiệu ứng quang diện 1.5.2 Hiệu ứng Compton (5, 6) (5, 6) Error! Bookmark not defined Error! Bookmark not defined (5, 6) 1.5.3 Hiệu ứng tạo cặp Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Mục đích nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.4 Phƣơng pháp đo gamma trƣờng Error! Bookmark not defined 2.4.1 Thiết bị sử dụng Error! Bookmark not defined 2.4.2 Phƣơng pháp hàm G(E) Error! Bookmark not defined 2.4.3 Phƣơng pháp diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined 2.5 Phƣơng pháp đo gamma phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.5.1 Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGeError! Bookmark not Bookmark not defined 2.5.2 Tính suất liều từ hoạt độ mẫu đấtError! defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .Error! Bookmark not defined 3.1 Xác định hệ số chuyển đổi cho detector NaI(Tl) Error! Bookmark not defined 3.2 Kết đo gamma trƣờng sử dụng phƣơng pháp hàm G(E) Error! Bookmark not defined 3.2 Kết đo gamma trƣờng sử dụng phƣơng pháp diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined 3.3 So sánh phƣơng pháp phổ gamma trƣờng phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined 3.3.1 So sánh hoạt độ phóng xạ Error! Bookmark not defined 3.3.2 So sánh suất liều hấp thụ xạ gammaError! Bookmark not defined 3.3 Đánh giá suất liều Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO .3 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined Phụ lục 1: Hoạt độ riêng nhân phóng xạ tính phƣơng pháp diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined Phụ lục 2: Hoạt độ riêng nhân phóng xạ phân tích phòng thí nghiệm Error! Bookmark not defined Phụ lục 3: Suất liều gamma môi trƣờng (nGy/h) .Error! Bookmark not defined Phụ Lục 4: Suất liều tính theo phƣơng pháp hàm G(E) Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần phơng phóng xạ tự nhiên liều hiệu dụng trung bình năm lên thể sống từ thành phần phóng xạ tự nhiên giới Error! Bookmark not defined Bảng 2: Trọng số xạ WR số loại xạError! Bookmark not defined Bảng 3: Trọng số mô phận thể Error! Bookmark not defined Bảng 1: Các hệ số hàm G(E) Error! Bookmark not defined Bảng 1: Nguồn chuẩn Error! Bookmark not defined Bảng 2: Đáp ứng góc detector với nguồn 137 CsError! Bookmark not defined Bảng 3: Hiệu suất ghi N0/φ detector Error! Bookmark not defined Bảng 4: Hiệu suất ghi N0/φ nhân phóng xạ tự nhiên .Error! Bookmark not defined Bảng 5: Hệ số φ/A φ/I detector Error! Bookmark not defined Bảng 6: Các hệ số chuyển đổi phóng xạ tự nhiênError! Bookmark not defined 40 Bảng 7: Kênh trung tâm lƣợng K, 214 Bi 208 Tl .Error! Bookmark not defined Bảng 8: Kết hoạt độ suất liều phóng xạ tự nhiên tính theo phƣơng pháp diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined Bảng 9: Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu đất Error! Bookmark not defined Bảng 10: Suất liều (nGy/h) thu đƣợc từ phƣơng pháp khác Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ phân rã ba họ phóng xạ 238 U, 232 Th 235 U Error! Bookmark not defined Hình 2: Sự suy giảm chùm gamma qua vật chất .Error! Bookmark not defined Hình 3: Hiệu ứng quang điện Error! Bookmark not defined Hình 4: Tán xạ Compton Error! Bookmark not defined Hình 5: Hiệu ứng tạo cặp Error! Bookmark not defined Hình 6: Độ quan trọng tƣơng đối ba hiệu ứng phụ thuộc vào lƣợng điện tích z chất hấp thụ Error! Bookmark not defined Hình 1: Sơ đồ phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined Hình 2: Hệ phổ kế gamma trƣờng Error! Bookmark not defined Hình 3: Phổ gamma trƣờng Error! Bookmark not defined Hình 4: Máy đo liều sách tay TCS-171 Error! Bookmark not defined Hình 5: Hàm G(E) loại detector NaI(Tl)Error! Bookmark not defined Hình 6: Hệ detector HPGe buồng chì Error! Bookmark not defined Hình 1: Đo đáp ứng góc Nf/N0 detector Error! Bookmark not defined Hình 2: Đáp ứng góc tƣơng đối detector với nguồn Bookmark not defined vii 137 Cs Error! Hình 3: Xác định hiệu suất ghi detector N0/φError! Bookmark not defined Hình 4: Mối liên hệ lƣợng tia gamma N0/φError! Bookmark not defined Hình 5: Phổ gamma trƣờng đo thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì Error! Bookmark not defined 40 Hình 6: Đỉnh quang điện K Error! Bookmark not defined Hình 7: Đỉnh quang điện 214 Bi Error! Bookmark not defined Hình 8: Đỉnh quang điện 208 Tl Error! Bookmark not defined Hình 9: Mối liên hệ kênh lƣợngError! Bookmark not defined Hình 10: Suất liều tính theo phƣơng pháp hàm G(E)Error! Bookmark not defined Hình 11: Xác định diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined 40 Hình 12: Sự tƣơng quan kết đo hoạt độ phóng xạ K trƣờng kết qủa phân tích phòng thí nghiệm.Error! Bookmark not defined Hình 13: Sự tƣơng quan kết đo hoạt độ phóng xạ 238 U trƣờng kết qủa phân tích phòng thí nghiệm.Error! Bookmark not defined Hình 14: Sự tƣơng quan kết đo hoạt độ phóng xạ 232 Th trƣờng kết qủa phân tích phòng thí nghiệm.Error! Bookmark not defined 10 Hình 15: So sánh mối tƣơng quan suất liều tính phƣơng pháp diện tích đỉnh PTN Error! Bookmark not defined Hình 16: So sánh mối tƣơng quan suất liều tính phƣơng pháp hàm G(E) phƣơng pháp tính PTN Error! Bookmark not defined Hình 17: Phân bố suất liều tính từ phƣơng pháp khác Error! Bookmark not defined Hình 18: Bản đồ phân bố đóng góp đồng vị vào suất liều tính từ phƣơng pháp diện tích đỉnh Error! Bookmark not defined Hình 19: Bản đồ phân bố đóng góp đồng vị vào suất liều tính từ phƣơng pháp đo mẫu đất PTN Error! Bookmark not defined 1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Chữ viết tắt IAEA ICRU ICRP EML JAERI Cụm từ đầy đủ (International Atomic Energy Agency) Cơ quan lƣợng nguyên tử quốc tế (International Commission on Radiation Units and Measurements) Ủy ban quốc tế đơn vị đo lƣờng (International Commissionxạ on Radiological Protection) Ủy ban quốc tế bảo vệ phóng xạ (Environmental Measurements Laboratory) Phòng thí nghiệm đo mơi trƣờng (Japan Atomic Energy Research Institute) Viện nghiên cứu lƣợng nguyên tử Nhật Bản PTN Phòng Thí Nghiệm HPGe (High-purity Germanium Detectors) Detector Germani siêu tinh khiết MỞ ĐẦU Để xác định liều dân chúng đồng vị phóng xạ tự nhiên gây ra, phƣơng pháp phổ biến xác lấy mẫu phân tích phóng thí nghiệm Ở nƣớc ta số tác giả nhƣ Ngô Quang Huy, Phạm Duy Hiển, (15) Nguyễn Hào Quang (1) , Trịnh Văn Giáp …đã sử dụng phƣơng pháp để đánh giá liều dân chúng chi tiết số tỉnh phạm vi toàn quốc Cùng với phƣơng pháp trên, phƣơng pháp đo phổ gamma trƣờng phƣơng pháp hiệu để xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ môi trƣờng Phƣơng pháp đƣợc nhiều nƣớc giới sử (5) dụng để phân tích phóng xạ môi trƣờng từ năm 1980 IAEA ICRU đề suất phƣơng pháp để xác định nhanh hoạt độ đồng vị phóng xạ mơi trƣờng nói chung trƣờng hợp xảy (9, 17) cố Tuy nhiên phƣơng pháp đo phổ gamma trƣờng chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi Việt Nam Với hƣớng nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp đo phổ gamma trƣờng để xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ suất liều gamma môi trƣờng phục vụ cho việc khảo sát quan trắc phóng xạ mơi trƣờng, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định liều chiếu dân chúng phóng xạ tự nhiên khu vực hà nội (phần Hà Nội mở rộng)” Với mục đích: - Nghiên cứu việc sử dụng phổ kế gamma trƣờng sử dụng detector NaI(Tl) hình trụ kích thƣớc 3”Φ3” để xác định hoạt độ nhân phóng xạ đất suất liều gamma độ cao mét so với mặt đất - Đánh giá suất liều nhân phóng xạ gây khả ảnh hƣởng chúng ngƣời Luận văn đƣợc chia thành chƣơng với nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan, trình bày tổng quan phóng xạ tự nhiên nguồn gốc phóng xạ tự nhiên mơi trƣờng Chƣơng 2: Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu Chƣơng tập chung vào sở lý thuyết xây dựng hai phƣơng pháp đo phổ gamma trƣờng là: Phƣơng pháp hàm G(E) phƣơng pháp diện tích đỉnh Chƣơng 3: Kết thảo luận Chƣơng so sánh kết đo hoạt độ phóng xạ suất liều gamma môi trƣờng phƣơng pháp phổ kế gamma trƣờng với phƣơng pháp lấy mẫu phân tích phòng thí nghiệm Từ ƣu điểm phƣơng pháp đo phổ gamma trƣờng TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Trịnh Văn Giáp (2012), Báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp “Điều tra khảo sát để xây dựng sở liệu phơng phóng xạ môi trường lãnh thổ đất liền (giai đoạn 2009-2011)” Phạm Duy Hiển (2014), “Phóng xạ mơi trường nguồn phát thải”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Phạm Duy Hiển (2015), “An toàn điện hạt nhân”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Ngơ Quang Huy (2010), “An tồn xạ ion-hóa”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Bùi Văn Loát (2009), “Địa vật lý hạt nhân”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Triệu Tú (2007), “Ghi nhận đo lường xạ”, Nhà xuất đại học Quốc Gia Hà Nội TIẾNG ANH Beck, H L., De Campo, J and Gogolak, C (1972) “In situ Ge(Li) and NaI(Tl) Gamma-ray Spectrometry”, (Health and Safety Laboratory) HASL-258 Beck, H L., De Campo, J and Gogolak, C (1964), “Spectrometric Techniques for Measuring Environmental Gamma Radiation”, (Health and Safety Laboratory) HASL-150 ICRU (1994), “Gamma-Ray Spectrometry in the Environment ICRU Report 53, International Commission Measurements”, Bethesda, MD on Radiation Units and 10 ICRP Publication 38 (1983), “Radionuclide Transformations - Energy and Intensity of Emissions” ICRP 11 Leif Lovborg and Peter Kirkegaard (1974), “Response of 3"x 3" NaI(Tl) detectors to terrestrial gamma radiation”, Nuclear Instruments and Methods, p 239 – 251 12 Kohshi Chikasawa, Takao Ishii, Hideo Sugiyama (2001), “Terestrial Gamma Radiation in Kochi Prefecture, Japan”, Journal of Health Science, 47(4) 362-372 13 M C Losana, M Magnoni and F Righino ARPA Piemonte (2001), “Comparison of Different Methods for the Assessment of the Environmental Gamma Dose”, Radiation Protection Dosimetry Vol 97, No 4, pp 333–336 (2001) 14 Nanping WANG, Lei XIAO, Canping LI (2005), “Determination of Radioactivity Level of 238 U, 232 Th and 40 K in Surface Medium in Zunhai City by in-situ Gamma-ray Spectrometry” Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol 42, No 10, p 888-896 15 N Q Huy, P D Hien, N H Quang (2012), “Nature radioactivity and external dose assessment of surface soild in Vietnam”, Radiation Protection Dosimetry (2012), Vol 151, No 3, pp 522 – 531 16 Nguyen Duc Tuan (2009), “Design and construction of portable multichannel analyser used with scintillation dectector for radiation environmental measurement”, MEXT Technical Report 17 UNSCEAR (2000), “Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation”, Report to the General Assembly, United Nations, New York  ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN DƢƠNG ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU DÂN CHÚNG DO PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN Ở KHU VỰC HÀ NỘI (PHẦN HÀ NỘI MỞ RỘNG) Chuyên ngành:... xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ suất liều gamma mơi trƣờng phục vụ cho việc khảo sát quan trắc phóng xạ môi trƣờng, tác giả chọn đề tài: Nghiên cứu xác định liều chiếu dân chúng phóng xạ tự. .. tự nhiên khu vực hà nội (phần Hà Nội mở rộng) ” Với mục đích: - Nghiên cứu việc sử dụng phổ kế gamma trƣờng sử dụng detector NaI(Tl) hình trụ kích thƣớc 3”Φ3” để xác định hoạt độ nhân phóng xạ