Đo hoạt độ phóng xạ trong nước

HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG NƯỚC PHỤ LỤC I SỰ PHÓNG XẠ Hiện tượng phóng xạ(1) Các nguồn chất phóng xạ .5 Tính trạng nhiễm phóng xạ .6 II ĐO PHĨNG XẠ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC .7 Nguyên lý đo phóng xạ Đo tổng hoạt độ phóng xạ α môi trường nước Đo tổng hoạt độ phóng xạ β mơi trường nước Máy đo tổng hoạt độ 12 I SỰ PHÓNG XẠ Hiện tượng phóng xạ(1) 1.1 Khái niệm Hiện tượng phóng xạ tượng hạt nhân tự động phát hạt để trở thành hạt nhân khác thay đổi trạng thái 1.2 Các loại phóng xạ a) Phóng xạ anpha ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng hạt nhân biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân pơlơni Po210 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân chì Pb206 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ b) Phóng xạ bêta trừ ( ) trình hạt nhân mẹ phóng electrơn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân cácbon C14 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân nitơ N14 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ c) Phóng xạ bêta cộng ( ) q trình hạt nhân mẹ phóng pơzitrơn biến đổi thành hạt nhân khác Ví dụ: Hạt nhân phơt-pho P30 phóng xạ biến đổi thành hạt nhân silic Si 30 theo phương trình sau: Dạng phương trình phóng xạ d) Phóng xạ gamma ( ) loại phóng xạ kèm với loại phóng xạ , , 1.3 Đo lường phóng xạ a) Hoạt độ (activity) (2) Số phân rã hạt nhân tự phát xảy lượng vật liệu xác định khoảng thời gian ngắn thích hợp chia cho khoảng thời gian Hoạt độ, A ln A =  · N =   T1 N (Bq) Trong đó: N số lượng nguyên tử  số phân rã giây; T½ chu kỳ bán rã hạt nhân phóng xạ, tính giây Curi (Ci): Curi hoạt tính nguyên tố phóng xạ mà giây có 3,7.1010 nguyên tử bị phân rã Một Curi xấp xỉ hoạt tính gam Ra226 Bq = phân rã/s = 2,703 x 10-11 Ci = 27,03 pCi Ci= 3,7 x 1010 Bq b) Liều hấp thụ (Absorbed dose) (3) Năng lượng trung bình xạ ion hóa truyền cho đơn vị khối lượng vật chất , xác định theo cơng thức sau: D = dE/dm Trong đó: + D: Liều hấp thụ + dE: Năng lượng trung bình xạ ion hóa truyền cho khối vật chất + dm: Khối lượng khối vật chất Đơn vị liều hấp thụ jun kilôgam (J/kg) gọi gray (Gy) 1J/kg = 1Gy = 100 rad c) Liều tương đương (Equivalent dose)(3) Là đại lượng dùng để đánh giá liều xạ tổ chức mô quan thể người, xác định theo công thức sau: H T,R = DT,R x WR Trong đó: + HT,R: Liều tương đương + DT,R: Liều hấp thụ loại xạ R gây ra, lấy trung bình quan tổ chức mô T + WR: Trọng số xạ xạ loại R Khi trường xạ gồm nhiều loại xạ với trọng số xạ WR khác liều tương đương xác định theo cơng thức sau, tổng lấy cho tất loại xạ liên quan: Đơn vị liều tương đương jun kilôgam (J/kg) gọi Sivert (Sv) 1J/kg = 1Sv = 100 Rem d) Liều tiếp xúc Sự truyền lượng hình thức tia xạ R liều tia X hay hay tia γ chiếu vào cm3 khơng khí điều kiện chuẩn tạo 2,09.10 cặp ion tương đương với đơn vị tĩnh điện C.G.S cho dấu (1cm khơng khí, điều kiện chuẩn tương đương với 0,001293 gam khơng khí).R đơn vị đo số lượng photon toả lan khơng khí điểm cho sẵn Đơn vị: (C.kg-1) R = 2,58x 10-1 C.kg-1 khơng khí C.kg-1 = 3876 R Các nguồn chất phóng xạ Các chất phóng xạ tự nhiên nằm phổ biến đất, đá quặng, nước khơng khí mức độ, liều lượng khác gồm họ thorium (Th 232), uranium (U238) actinium (U235), K40, Rb87, La138, Sm147, Lu176, Re137, C14, N14, Sr90, Y90, Co60, I131, Cs137 Bảng 1: Hoạt độ nhân phóng xạ có vật liệu xây dựng Vật liệu Granite Cát sỏi Xi măng Bê tông cát sỏi Tường khô Phụ gia thạch cao Thạch cao thiên nhiên Gỗ Gạch đất nung Uranium (Bq/kg) 63 46 11 14 186 15 111 Thorium (Bq/kg) 21 8,5 12 666 7,4 44 K40 (Bq/kg) 1184 414 237 385 89 5,9 148 3330 666 Bảng 2: Hoạt độ nhân phóng xạ có nước biển đại dương Nhân phóng xạ Hoạt độ dùng để tính tốn Uranium K40 H3 C14 Rb87 33 mBq/lit 11 Bq/lit 0,6 mBq/lit mBq/lit 1,1 mBq/lit Thái bình dương 6,549x1017 m3 22x1018 Bq 7400x1018 Bq 370x1018 Bq 3x1018 Bq 700x1018 Bq Đại tây dương 3,095x1017 m3 11x1018 Bq 3300x1018 Bq 190x1018 Bq 1,5x1018 Bq 330x1018 Bq Tất đại dương 1,3x1018 m3 41x1018 Bq 14000x1018 Bq 740x1015 Bq 6,7x1018 Bq 1300x1018 Bq Bảng 3: Hoạt độ nhân phóng xạ số thực phẩm 40 226 Thực phẩm K pCi/kg Ra pCi/kg Chuối 3520 Đậu phộng Brazin 5600 1000-7000 Cà rốt Khoai tây trắng Bia Thịt nạc Hạt đậu Lima thô Nước uống 3400 3400 390 3000 4640 - 0,6 – 1 – 2,5 0,5 2–5 – 0,17 Bảng Một số nhân phóng xạ thể người Nhân phóng xạ Uranium Thorium K40 Radium C14 Tritium Polonium Tổng lượng chất phóng xạ tìm thấy thể 90 µg 30 µg 17mg 31 pg 95 µg 0,06 pg 0,2 pg Tổng hoạt độ (Bq) Lượng hấp thụ ngày 1,1 0,11 4400 1,1 15.000 23 37 1,9 µg µg 0,39 mg 2,3 pg 1,8 µg 0,003 pg Khoảng 0,6 pg Tình trạng nhiễm phóng xạ 3.1 Ơ nhiễm phóng xạ giới Theo uỷ ban lượng Hoa Kỳ, phóng xạ urani nhà máy điện hạt nhân, kho vũ khí, trung tâm nghiên cứu khu vực trước có xảy nổ hạt nhân Hiroshima, Nagasaki, Chernobyl năm làm nhiễm độc 2.500 tỉ lít nước ngầm giới Nghiên cứu Viện An tồn Hạt nhân Pháp (IRSN) cơng bố, cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima – Nhật Bản, từ ngày 21/3 đến tháng 7/2011 có 27,1 peta bequerel chất phóng xạ caesium 137 tn vào biển (Peta bequerel đơn vị đo phóng xạ Một peta becquerel triệu tỉ bequerel, mức thang từ đến 15 thang phóng xạ nguyên tử mức đứng hạng 10) Các chuyên gia làm việc môi trường (EWG) phát nước chứa nguyên tố phóng xạ tất 50 bang Nó làm tăng nguy ung thư người, bất thường phát triển bào thai ảnh hưởng bất lợi đến phát triển não Bằng cách phân tích gần 50.000 hệ thống nước toàn quốc, EWG phát 170 triệu người Mỹ - gần 53% dân số quốc gia- uống nước độc hại Nguồn nước nhiễm phóng xạ sau ngấm vào cối, động vật uống phải, hoà tan vào nguồn nước sinh hoạt người cuối tích luỹ vào thể Đây nguyên nhân gây nên đột biến dị dạng, bệnh tật,… cho thể sống tự nhiên Cũng theo điều tra uỷ ban này, thực chất, lượng phóng xạ rò rỉ khơng khí, không gây nguy hiểm nhiều cho người lượng phóng xạ vào nguồn nước Bởi vì, khơng khí – tia phóng xạ có khơng gian tác động hạn chế giảm dần theo thời gian; nước, xa gây độc cho vùng lân cận Không ảnh hưởng chúng ngày tăng theo thời gian tích tụ phóng xạ nước ngày lớn 3.2 Ơ nhiễm phóng xạ Việt Nam Việt Nam quốc gia có sơng ngòi dày đặc, có diện tích khu vực biển lớn gấp ba lần diện tích đất liền, có nhiều hoạt động kinh tế - xã hội an ninh quốc phòng đa dạng hoạt động khai thác mỏ (than, quặng, đất hiếm), xả thải môi trường khu cơng nghiệp, khai thác dầu khí, giao thơng vận tải biển, khai thác - đánh bắt hải sản xa bờ hoạt động quân sự, an ninh quốc phòng làm cho số địa phương có mức độ nhiễm phóng xạ cao gấp 3-9 lần mức cho phép Ảnh hưởng thảm họa thiên nhiên, nhân tạo bão, sóng thần, cố điện hạt nhân, gây nên nhiễm phóng xạ nguồn nước II ĐO PHĨNG XẠ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Ngun lý đo phóng xạ 1.1 Một số loại đầu đo phóng xạ (detector)(1) - Detector chứa khí - Detector nhấp nháy - Detector bán dẫn 1.2 Nguyên tắc đo phóng xạ nước Bức xạ alpha có lượng MeV xạ beta có lượng 60 keV khơng khỏi mẫu mẫu có độ dày 5,5 mg/cm Bức xạ từ chất phát alpha yếu bị dừng lại mẫu có độ dày mg/cm Do đó, để đếm mức độ thấp, bắt buộc phải làm bay tất độ ẩm tiêu hủy chất hữu trước lắng lớp mỏng chất rắn từ xạ vào đếm Trong việc đo hoạt độ beta tổng, nên sử dụng mẫu có độ dày chất rắn 10 mg/cm nhỏ đáy khay đếm Đo tổng hoạt độ phóng xạ α mơi trường nước 2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam tổng hoạt độ phóng xạ α mơi trường nước TT Loại nước Đơn vị Giá trị giới hạn Căn 01 Nước mặt Bq/l 0,1 QCVN 08MT:2015/BTNMT 02 Nước ngầm Bq/l 0,1 QCVN 09MT:2015/BTNMT 03 Nước thải công nghiệp Bq/l 0,1 QCVN 40: 2011/BTNMT 04 Nước uống pCi/l (≈ 0,1 Bq/l) QCVN 01:2009/BYT Ghi 2.2 Đo tổng hoạt độ phóng xạ α a) Nước mặt Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 b) Nước ngầm Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 c) Nước thải công nghiệp Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 d) Nước uống Phương pháp đo theo SMEWW 7110C TCVN 6053 Đo tổng hoạt độ phóng xạ β môi trường nước 3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam tổng hoạt độ phóng xạ α mơi trường nước TT Loại nước Đơn vị Giá trị giới hạn Căn 01 Nước mặt Bq/l QCVN 08MT:2015/BTNMT 02 Nước ngầm Bq/l QCVN 09MT:2015/BTNMT 03 Nước thải công nghiệp Bq/l QCVN 40: 2011/BTNMT 04 Nước uống pCi/l 30 (≈ Bq/l) Ghi QCVN 01:2009/BYT 3.2 Đo tổng hoạt độ phóng xạ β a) Nước mặt Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 b) Nước ngầm Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 c) Nước thải công nghiệp Phương pháp đo theo SMEWW 7110B TCVN 6053 TCVN 8879 d) Nước uống Phương pháp đo theo SMEWW 7110C TCVN 6053 3.3 Các bước tiến hành Chuẩn bị mẫu, điều chỉnh pH Làm khô mẫu (bằng bay mẫu khay đếm, lọc, nung mẫu thu hồi phóng xạ Fe(OH)3, BaSO4) Chuẩn bị dung dịch chuẩn, nguồn hiệu chuẩn, mẫu trắng Đo hoạt độ phóng xạ nền, mẫu trắng, nguồn hiệu chuẩn, mẫu Tính tốn, báo cáo kết 3.3 Phương pháp cụ thể Nội dung Cơ sở Nguồn mẫu Mẫu Phương pháp lắng đọng Phương pháp nguồn dày nguồn mỏng Phương pháp bay hơiPhương pháp thu hồi Evaporation method-SMEWW Coperecipitaion method – 7110B SMEWW 7110C TCVN 8879:2011; SMEWW TCVN 6053:2011; TCVN 7110B 6219:2011, SMEWW 7110C - Mẫu nước - Mẫu bùn, thảm thực vật, đất, - Mẫu nước uống, nước thô - Mẫu sinh học mô động vật béo, - Độ dày mẫu ≤ 10 mg/cm2 (TCVN 6053 độ dày >10 mg/cm2), - Độ dày mẫu ≤ 10 mg/cm2 chứa hạt phóng xạ khơng bay - pH: 7÷7,5 350oC, - pH: 7÷7,5 - Hạt α: 241Am, 239Pu, 238U, 210Po Dung dịch - Hạt β: 230Tho, 137Cs, 90Sr, 90Y, 40K (40Kcó kali tự nhiên 27,4 chuẩn Bq/g vậy, kali clorua, 14,4/1 000 Bq/mg) Máy đo UMF-2000, WPC-1050, RKBA-01 Hóa chất, - Nước cất: loại - Nước cất: loại Bước thuốc thử - HNO3 (15,8mol/l TCVN-8879; - HNO3 (8mol/l):Điều chỉnh pH, Nội dung Phương pháp lắng đọng nguồn mỏng 1N-SMEWW):Điều chỉnh pH, nitrat hóa mẫu, - H2SO4 (1 mol/l): sunphat hóa mẫu, điều chỉnh pH; - Methanol, axeton, vinyl axetat: điều chỉnh độ dày mẫu - Dung dịch acrylic (500 mg/l):kết dính, giữ hạt có xu hướng bay vào khơng khí - Chất mang sắt (5 mg/ml): tạo kết tủa - Chất mang bari (5 mg/ml): tạo kết tủa - Dung dịch NH4OH (6 mol/l): điều chỉnh pH - Dung dịch thị methyl màu da cam Thiết bị, dụng cụ - Tấm kim loại (planchet): độ dày ≥ 2,5 mg/mm2 - Lò nung, bếp đun, đèn hồng ngoại - Các dụng cụ thủy tinh - Bình hút ẩm - Hệ thơng lọc, lọc 0,45 µm - Cân - Đĩa thạch anh đĩa sứ tráng men - Máy nghiền mẫu cối, chày Phương pháp nguồn dày chuẩn bị nguồn hiệu chuẩn , kiểm tra nhiễm bẩn phóng xạ - H2SO4 (18 mol/l): sunphat hóa mẫu, điều chỉnh pH; - Methanol, axeton, vinyl axetat: điều chỉnh độ dày mẫu - Dung dịch acrylic (500 mg/l):kết dính, giữ hạt có xu hướng bay vào khơng khí - Dung dịch NH4OH (6 mol/l): điều chỉnh pH - CaSO4: Chuẩn bị nguồn hiệu chuẩn - Silicagen dùng cho sắc ký: kiểm tra nhiễm bẩn phóng xạ - Chất mang sắt (Fe3 mg/ml): tạo kết tủa - Chất mang bari (Ba mg/ml): tạo kết tủa - Bột giấy: giữ kết tủa sắt - Tấm kim loại (planchet): độ dày ≥ 2,5 mg/mm2 - Lò nung, bếp đun, đèn hồng ngoại - Các dụng cụ thủy tinh - Bình hút ẩm - Đĩa thạch anh đĩa sứ tráng men - Cân - Máy nghiền mẫu cối, chày - Chất thị màu Bromocresol màu tím, 0,1% - Hệ thơng lọc, lọc 0,45 µm Máy đo tổng hoạt độ STT Nội dung Hình ảnh Máy WPC-1050 Máy UMF-2000 Máy RKBA-01 RADEK I II Đặc tính kỹ thuật Máy Khay mẫu Đầu dò - Màn hình màu cảm ứng - Kết nối USB, R 232 - Các phần mềm tương thích: Vista FC, DUO, Vista 2000 - Kích thước 83,8 x 81,3 x 63,5 cm Trọng lượng 195 kg - Đường kính mẫu: 5,1cm - Độ sâu khay đặt mẫu: 1/8; 1/4; 5/16 inch - Sử dụng đầu đọc mã vạch - Phạm vi: từ 0-999 - Sử dụng đầu dò bảo vệ - Màn hình cảm ứng - Cửa số: Aluminized, 80µg/cm² - đầu dò phát lưu lượng khí hiệu cao tỷ lệ dòng khí - Đếm khí P-10, 60cc/phút 10 psi - Có bảo vệ khí - Dùng phần mềm UMF2000 software: đến 64535 s - Nguồn cấp: 220 (+10/15%) V/50±1 Hz - Kích thước: 337×286×190 mm - Khối lượng: 22 kg - Phần mềm môi trường Windows 98 / ME / 2000 / XP / Vista / - Khả kết nối với PC qua giao diện khác - Khối lượng: 80 kg - Diện tích: cm2 - Sử dụng đầu đọc mã vạch - Khoảng đếm: – 9999 s - Sử dụng đầu đọc mã vạch - Có 02 đầu dò tiết diện 500 1000 mm2 - Đầu đo bán dẫn silicon (semiconductor silicon detector) - Diện tích bề mặt đầu dò: 500mm2 - Đo α: đầu dò nhấp nháy ZnS (Ø60 mm) - Đo β: đầu dò nhấp nháy plastic (Ø60 x mm) STT Nội dung Phương pháp Dải đo phóng xạ Máy WPC-1050 - Có bảo vệ dày 10cm Đo phông thấp Máy UMF-2000 Máy RKBA-01 RADEK - Chiều cao chắn: 30 mm Đo phông thấp Đo phông thấp + Alpha: 0,01 – 1000 Bq + Beta: 0,1 – 3000 Bq + Các hạt alpha: 3500 – 8000 + Các hạt alpha: 3000 – 8000 keV keV + Các hạt beta: 150 – 3000 keV + Các hạt beta: 50 – 3500 keV Dải lượng: - Alpha nền: 0,05 cpm - 0,1 cpm - Beta nền: 0,7 cpm - 0,9 cpm - Alpha-Beta nhiễu xuyên âm 0,24 (imp/s)/Bq - Hoạt độ nhỏ đo h + đo α: < 0,01 Bq + đo β: < 0,2 Bq - Sai số đo: < 10 % Tài liệu (1) Nguyễn An Sơn – Cơ sở vật lý hạt nhân – Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh (2) Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10759-1:2016 (ISO 11665-1:2012) Đo hoạt độ phóng xạ mơi trường - Khơng khí: randon-222 - Phần 1: Nguồn gốc, sản phẩm phân rã sống ngắn phương pháp đo (3) QCVN 29:2016/BYT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xạ ion hóa – giới hạn liều tiếp xúc xạ ion hóa nơi làm việc ... 6053 Đo tổng hoạt độ phóng xạ β mơi trường nước 3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam tổng hoạt độ phóng xạ α mơi trường nước TT Loại nước Đơn vị Giá trị giới hạn Căn 01 Nước mặt Bq/l QCVN 08MT:2015/BTNMT 02 Nước. .. sóng thần, cố điện hạt nhân, gây nên nhiễm phóng xạ nguồn nước II ĐO PHĨNG XẠ TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Nguyên lý đo phóng xạ 1.1 Một số loại đầu đo phóng xạ (detector)(1) - Detector chứa khí - Detector... tất độ ẩm tiêu hủy chất hữu trước lắng lớp mỏng chất rắn từ xạ vào đếm Trong việc đo hoạt độ beta tổng, nên sử dụng mẫu có độ dày chất rắn 10 mg/cm nhỏ đáy khay đếm Đo tổng hoạt độ phóng xạ α