Phóng xạ tự nhiên trong một số vật liệu xây dựng phổ biến tại cộng hòa dân chủ nhân dân lào (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - SONEXAY XAYHEUNGSY PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số : 9.440106 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hà Nội- 2019 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Cơng nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Hồng Khiêm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 201… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem Measurement of natural radioactivity in some cements of Lao PDR by using NaI(Tl) gamma-ray spectrometer, Advance in applied and engineering Physics IV, Publishing House for Science and Technology,2016, 231 Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Phương pháp xác định hoạt độ nguyên tố phóng xạ tự nhiên phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl), Advance In Applied And Engineering Physics V, Publishing House for Science and Technology, 2018, 295 S Xayheungsy, L.H Khiem, L.D Nam, Radiation dose estimation of cement samples used in Lao PDR, Communications in Physics, 27, No 3, 2017,193-203 Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Le Dai Nam Assessment Of The Natual Radioactivity And Radiological Hazards In Lao Cement Samples Radiation Protection Dosimetry, 2018, Vol 181, No 3, 208–213 Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem Natural Radioactivity In The Soil Of Thoulakhom District In Vietiane Province, LaoPDR, Tập Chí Phát Triển Khoa Học Và Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia TP HCM, ngày 21 tháng năm 2018 X.Sonexay, L.H.Khiem, L.D.Nam, Assessment of Natural Radioactivity Levels and Radiation Hazards of Building Materials of Lao PDR International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER), 14.04.2018 Sonexay Xayheungsy1,3, N.C.Thanh2, L.D.Nam2, V.H.Giang2 and L.H.Khiem2,3*, Measurement of natural radioactivity in some sand and brick in Vietiane province, Lao PDR IJRDO - Journal of Applied Science, Volume-4, Issue, 11, Nov, 2018 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án - Phóng xạ có mặt khắp nơi, đặc biệt đất, đá với mức hàm lượng khác - Phóng xạ cao ngưỡng an toàn nguyên nhân gây nhiều loại bệnh có bệnh ung thư, gây nguy hiểm cho người - VLXD (xi măng, gạch, cát, đất, đá,…) chủ yếu làm từ nguyên liệu thô đất, đá → Ln tồn phóng xạ vật liệu xây dựng - Theo thống kê LHQ, khoảng 70% thời gian sống người nhà (nhà ở, cơng sở, cơng trình cơng cộng,…) Nếu vật liệu cho cơng trình xây dựng chứa phóng xạ cao nguy hiểm - Ủy ban Khoa học LHQ hiệu ứng xạ (UNSCEAR) đưa ngưỡng an toàn phương diện phóng xạ VLXD - Ở đa số nước, việc kiểm tra phóng xạ VLXD tước sử dụng bắt buộc - Tại CHDCND Lào, việc kiểm tra chưa thực (do nhân lực có chun mơn) - Từ năm 2011, Lào thức trở thành thành viên IAEA - CP Lào yêu cầu Việt Nam giúp đào tạo cán có trình độ cao lĩnh vực kiểm sốt phóng xạ VLXD - Luận văn nhằm mục đích học hỏi từ VN phương pháp đánh giá phóng xạ tự nhiên VLXD để triển khai cơng việc Lào Mục tiêu nghiên cứu luận án Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ phổ kế gamma dùng loại detector khác bao gồm detector nhấp nháy NaI(Tl) detector bán dẫn siêu tinh khiết loại HPGe để xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên có VLXD Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên có số VLXD điển hình thường sử dụng CHDCND Lào như: xi măng, đất, cát,… Các số liệu cần cho việc đánh giá liều xạ cư dân, cảnh báo đưa kiến nghị cần thiết với sở sản xuất để họ có điều chỉnh cần thiết nhằm đảm bảo tuyệt đối an tồn phương diện phóng xạ cho VLXD mà họ đưa thị trường Các nội dung nghiên cứu luận án - Tìm hiểu tình hình nghiên cứu đề tài phân tích phóng xạ có VLXD dùng phổ kế gamma giới nước - Tìm hiểu kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ mẫu tích lớn dùng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn nhấp nháy - Nghiên cứu đặc trưng phổ kế gamma phông thấp dùng detector bán dẫn phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) - Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm: phân tích phổ gamma, phương pháp toán học dùng để tách đỉnh chập, làm tăng khả phân giải phổ - Nghiên cứu đánh giá nguồn sai số gây hiệu ứng:tự hấp thụ gamma mẫu, hình học đo, hình học mẫu, trùng phùng ngẫu nhiên, trùng phùng tổng,… - Xây dựng phương pháp phân tích phổ kế gamma bán dẫn phông thấp nhằm nâng cao độ nhạy tăng đọ xác phép phân tích CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 Nguồn gốc đồng vị phóng xạ có VLXD 1.1.1 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên a) Chuỗi phân rã đồng vị 238U Chuỗi phân rã đồng vị 238U đưa hình vẽ 1.1 238 (1) U 4,468×109 y năm ↓α (2) 234Th 24,1 ngày ↓β 234 (3) Pa 1,17 phút ↓β 234 (4) U 2,455×105 năm ↓α 230 (5) Th 7,538 ×104 năm ↓α 226 (6) Ra 1600 năm ↓α 222 (7) Rn 3,8232 ngày ↓α 218 (8) Po 3,094 phút ↓α 214 (9) Pb 26,8 phút ↓β 214 (10) Bi 19,9 phút ↓β 214 (11) Po 162,3 giây ↓α 210 (12) Pb 22,3 năm ↓β 210 (13) Bi 5,013 ngày ↓β 210 (14) Po 138,4 ngày ↓α 206 Pb Hình 1.1 Chuỗi phân rã đồng vị 238U Những đồng vị gạch đồng vị đo phổ kế gamma b) Chuỗi phân rã phóng xạ đồng vị 235U Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235U chiếm 0,72% tổng số uran Tuy tỉ lệ đồng vị có tự nhiên khơng nhiều, có chu kỳ bán rã ngắn nên xét phương diện xạ gamma, đóng vai trò quan trọng khơng so với tầm đồng vị 238U Chuỗi phân rã phóng xạ đồng vị 235U trình bày hình vẽ 1.2 235 (1) U 1,7×108 năm ↓α 231 (2) Th 25,52 ↓β 231 (3) Pa 3,276 ×104 năm ↓α 227 (4) Ac 21,772 năm ↓β 227 (5) Th 18,718 ngày + α (1,38 %) to 223Fr 22 phút then β ↓α 223 (6) Ra 11,43 ngày ↓α 219 (7) Rn 3,96 giây ↓α 215 (8) Po 1,781 giay ↓α 211 (9) Pb 36,1 phút ↓β 211 (10) Bi 2,14 phút ↓α 207 (11) Tl 4,77 phút + β (0,273%) 211Po 516 giây then α ↓β 207 Pb Hình 1.2: Chuỗi phân rã 235U Chỉ có gamma đồng vị 235U phát đo phổ kế gamma c) Chuỗi phân rã phóng xạ đồng vị 232Th Đồng vị 232Th chiếm 100% tự nhiên Chuỗi phân rã đồng vị phóng xạ trình bày hình vẽ 1.3 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 232 Th 1,405 ×109 năm ↓α 228 Ra 5,75 ↓β 228 Ac 6,15 ↓β 228 Th 1,9127 năm ↓α 224 Ra 3,627 ngày ↓α 220 Rn 55,8 giây ↓α 216 Po 150 giây ↓α 212 Pb 10,64 ↓β 212 Bi 60,54 phút ↓ β (64,06%) ↓ α (35,94%) Po 0,3 giây 208Tl 3,06 phúg ↓α ↓β 206 Pb Hình 1.3: Chuỗi phân rã 232Th Các đồng vị có gạch đo phổ kế gamma 1.1.2 Hiện tượng thất thoát radon 1.1.3 Xáo trộn tự nhiên chuỗi phân rã 1.2 Ảnh hưởng phóng xạ có VLXD đến sức khỏe người 1.3 Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ VLXD giới Ở hầu giới, việc kiểm tra, đánh giá mức độ phóng xạ có VLXD cơng việc bắt buộc Để minh họa, chúng tơi liệt kê số cơng trình gần nghiên cứu phóng xạ tự nhiên loại VLXD khác tiến hành nhà khoa học số nước giới Bảng 1.1 Phóng xạ tự nhiên xi măng Portland số nước Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Quốc gia 226 232 40 Ra Th K Hy Lạp [12] 92 31 310 Áo [13] 26,7 14,2 210 Bangladesh [14] 60,5 64,7 952,2 Trung Quốc [15] 56,50 36,50 173,2 Ai Cập [16] 134 88 416 Pakistan [17] 31,3 26,8 51,3 Thổ Nhĩ Kỳ [18] 40,5 26,1 267,1 Ghana [19] 61,63 25,96 451,30 Ấn Độ [20] 37,0 24,1 432,2 Malaysia [21] 34,7 32,9 190,6 Brazil [22] 61,7 58,5 564,0 (10) 212 Bảng 1.2 Phóng xạ tự nhiên số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất cát số nước Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq kg-1) Raeq TT Quốc gia Lọai mẫu 226 232 40 (Bq kg-1) Ra Th K Gạch 41 89 681 220,707 Úc [24] Đất 62,9 162,8 403,3 326,758 Cát 3,7 40 44,4 64,3188 Gạch 124,7 28,9 390,2 196,07 Trung Quốc [15], [25], Đất 44,6 86,7 352,8  195,75 [26] Cát 40,7 21,5 302,6 96,4 Gạch 24 24,1 258 78,329 Ai Cập [27], [28], Đất 13 433 54,921 [29] Cát 9,2 3.3 47,3 17,5611 Gạch 16,2 70 76 122,15 Brazil Đất 30 67 112 134,43 [30], [31] Cát 35,3 74 315 165,38 Gạch 43.2 53,7 631,2 168,59 Pakistan [17] Đất 42.4 56,2 565,3 166,29 Cát 21,5 31,9 519,6 107,13 Gạch 63,74 38,6 313,71 143,09 Ấn Độ [32] Đất 116,1 43,51 300,07 201,44 Cát 90,27 101,67 280,71 257,27 Gạch 35 30 400 Thế giới Đất 35 30 400 [33] Cát 35 30 400 Bảng 1.3 Hoạt độ phóng xạ số vật liệu Hà Nội Hoạt độ phóng xạ TT Loại mẫu K-40 Ra-226 Th-232 Cát đen 515 ± 23 24,4 ± 1,4 36,2 ± 1.0 Cát khuyến lương 483 ± 15 53,5 ± 3,7 46 ± 3,6 Cát vàng 651 ± 21 25,5 ± 0,9 32,3 ± 0.6 Cát vàng bãi Bùng Hà Bắc 357 ± 12,4 ± 2,5 20 ± 2,4 Xi măng Hải Phòng 73 ± 28,6 ± 2,5 32,3 ± 2,8 Xi măng Hoàng Thạch 196 ± 65,9 ± 3,7 27,8 ± 2,8 Xi măng X77 205 ± 69,6 ± 3,7 32,2 ± 2,8 Sỏi 389 ± 23,5 ± 23 ± Đá 46 ± 21 25,5 ± 19 ± 10 Gạch xây 665 ± 84,0 ± 15 85 ± 11 Gạch lát 385 ± 39 ± 34 ± 12 Vữa trát tường 525 ± 44 ± 37 ± 13 Bột đá < 10 12,4 ± 2,5 6,8 ± 2,4 14 Tro xỉ hồ chứa 626 ± 122 ± 100 ± 15 Tro bay 788 ± 164 ± 13 126± 1,4 Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ vật liệu xây dựng CHDCND Lào CHDCND Lào nước phát triển Trong năm gần đây, kinh tế Lào không ngừng tăng trưởng phát triển ổn định, với GDP tăng bình quân 7,6%; thu nhập bình quân đầu người đạt gần 1.700 USD giai đoạn 2013-2014 Những thành tựu tạo thuận lợi để Chính phủ Lào thực thành công kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm năm lần thứ năm mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ Cùng với phát triển kinh tế, nhu cầu xây dựng ngày tăng Nhiều công ty sản xuất VLXD đời Tuy nhiên, trình độ khoa học CHDCND Lào mức khiêm tốn nên việc kiểm tra phóng xạ tự nhiên loại VLXD chưa triển khai Nguyên nhân chưa có nhân lực đảm nhận nhiệm vụ Bản thân nghiên cứu sinh định hướng chọn đề tài khảo sát phóng xạ tự nhiên VLXD nhằm mục đích triển khai hướng nghiên cứu rộng rãi CHDCND Lào CHƢƠNG PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 2.1 Cơ sở vật Lý ghi nhận xạ gamma detector nhấp nháy bán dẫn 2.1.1 Những đặc điểm chung tương tác xạ gamma với vật chất 2.1.2 Hiệu ứng quang điện 2.1.3 Tán xạ Compton 2.1.4 Hiệu ứng tạo cặp electron-positron 2.1.5 Hấp thụ gamma vật chất 2.2 Cấu trúc nguyên Lý làm việc phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy bán dẫn 2.3 Detector bán dẫn cấu trúc phổ gamma đo detector bán dẫn 2.3.1 Nguyên lý hoạt động detector bán dẫn 2.3.2 Cấu hình detector HPGe 2.3.3 Phổ lượng xạ gamma đo detector bán dẫn HPGe 2.4 Detector nhấp nháy NaI(Tl) cấu trúc phổ gamma đo detector nhấp NaI(Tl) 2.4.1 Cấu tạo detector nhấp nháy NaI(Tl) 2.4.2 Phổ lượng gamma đo detector nhấp nháy NaI(Tl) CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.1 Các khu vực lấy mẫu Trong khuôn khổ luận án, chọn loại vật liệu sau để nghiên cứu Đó vật liệu: xi măng, cát, gạch đất 3.1.1 Thu thập cácmẫu xi măng Hình 3.1 Vị trí đồ nhà máy xi măng CHDCND Lào mà lấy mẫu để phân tích Bảng 3.1 Thơng tin địa điểm lấy mẫu nhà máy xi măng Ký hiệu Ký hiệu vị Địa điểm Loại xi măng TT mẫu trí Vĩ độ Kính độ (Viết tắt) đồ 1V1 1V2 1V3 Porland 1V4 cement (1V) 1V5 1V6 1V7 A 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 2V1 2V2 10 2V3 11 2V4 hỗn hợp (2V) 12 2V5 13 2V6 14 2V7 15 1VT1 hỗn hợp 16 1VT2 B 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E (1VT) 17 1VT3 3.1.3 Thu thập mẫu cát Thủ đô Viêng Chăn Thái lan Bản đồ Lào Vị trí lấy mẫu Ki lơ mét Sơng Mê Kơng Hình 3.3 Bản đồ vị trí lấy mẫu cát bên bờ sơng Mê Kơng khu vực thủ Viêng Chăn Hình 3.4 Ảnh chụp bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ Viêng Chăn Hình 3.5 Bờ bãi cát Sơng Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn Bảng 3.3 Vị trí lấy cát Sơng Mê Kơng Tại thủ đô Viêng Chăn TT ký hiệu mẫu Địa Điểm Tên làng (Viết tất) Vĩ độ Kính độ 1NK1 1NK2 Ban HuayYai(NK1) 10 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 1NK3 1NK4 1NK4 2Nk1 2NK2 2Nk3 2Nk4 10 3NK1 11 3NK2 12 3NK3 13 3NK4 14 4N1 15 4NK2 16 4NK3 17 4NK4 18 5NK1 19 5NK2 20 5NK3 21 5NK4 22 6NK1 23 6NK2 24 6NK3 25 6NK4 26 1NG1 27 1NG2 28 1NG3 29 NG4 30 2NG1 31 2NG2 32 2NG3 33 2NG4 Ban HuayHom(NK2) 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E Ban NongDa(NK3) 17°58'22.7"N 102°30'8.9"E Ban Don Chan(NK4) 17°57'57.0"N 102°35'47.3" Ban Hom1(NK5) 17°50'10.8"N 102°35'58.8" Ban Hom2(NK6) 17°51'16.5"N 102°35'37.8" Ban Keun (P11) 18°21'30.7"N 102°34'19.3"E Ban Pakchan (P12) 18°22'15.1"N 102°32'10.7"E 11 Hình 3.6 Khung hình vng có chiều dài cạnh 100 cm 3.1.4 Thu thập mẫu gạch 3.2 Xử lý chế tạo mẫu để phân tích Hình 3.6 Sơ đồ quy trình xử lý mẫu Hình 3.7 Cối, chày rây 0,2 mm để nghiền sàng mẫu Hình 3.8 Ảnh chụp mẫu xi măng chế tạo dùng để đo hoạt độ nguyên tố phóng xạ tự nhiên 12 3.3 Các mẫu chuẩn Hình 3.9 Ảnh chụp mẫu chuẩn phóng xạ tự nhiên Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA: RGU-1, RGTh-1 RGK-1 Bảng 3.4 Thông tin mẫu chuẩn IAEA sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu phân tích Mật độ khối Hoạt độ phóng xạ Tên mẫu Khối lượng mẫu (g) lượng (g/cm3) riêng (Bq/kg) IAEA-RGK-1 340,91 1,8 14000±400 IAEA-RGU-1 378,82 1,94 4940±30 IAEA-RGTh-1 309,01 1,736 3250±90 3.4 Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl) Hình 3.10 Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) Trung tâm Hạt nhân, Viện Vật Lý Bảng 3.5 Cửa sổ lượng phổ gamma dùng để phân tích đồng vị phóng xạ tự nhiên [65], [66] Đồng vị Đồng Năng lượng Cường độ tương Cửa sổ TT mẹ vị gamma (keV) đối (%) lượng (keV) 238 214 U Bi 1764,49 15,36 1632 – 1897 232 208 Th Tl 2614,53 35,86 2418 – 2811 40 40 K K 1460,8 100 1351 -1570 13 Hình 3.11 (a) Phổ phông đo thời gian 52700 giây (b) Phổ chuẩn IAEA RGU1 đo thời gian 13942 giây (c) Phổ chuẩn IAEA RGTh-1 đo thời gian giây 18190 giây.(d) Phổ chuẩn IAEA RGK-1 đo thời gian 17215 giây Tốc độ đếm tỉ lệ với hoạt độ đồng vị thứ n cần phân tích (n=1, tương ứng với 40K, 238U 232Th) theo cơng thức sau: ∑ (3.1) Trong hiệu suất đếm vùng đỉnh thứ i cho đồng vị thứ n Tốc độ đếm sau trừ phông xác định công thức sau:  N t  i, j  Ri , b i, j (3.2) j xác định hoạt độ AK, ATh AU đồng vị K, U Th từ hệ phương trình sau:  e A e A e A  e A e A  Th  e3,2 AU  e3,3 ATh K K 1,1 U 2, U 1, U 1, Th (3.3) Th 2, từ phổ gamma mẫu chuẩn RGK-1 ta có: e 1,1   A 1,1 (3.4) 1,1 Còn từ phổ gamma mẫu chuẩn RGU-1 ta có:  A  e  A e 1,  1, 2, (3.5) 2, 2, 2, Và cuối cùng, từ phổ gamma mẫu chuẩn RGTh-1 ta có: e 1,   1,   1, A A A 2, 3, 14 2,3 (3.6)    2, A A A Có thể xác định hệ số chuẩn lại kết hợp đóng góp U Th vùng phổ thứ ba: e2 ,  2,3 2,3 2,3 3, e 3,  A    3, 2, e 3,   3, 3, A A A (3.7) 2,3 2, 3, Giá trị hoạt độ mẫu chuẩn IAEA là: A11=9869 Bq, A12=129.55 Bq, A13=0.07 Bq, A22=3527 Bq, A23=18 Bq A33=2298 Bq Bảng 3.6 Giá trị hệ số chuẩn xác định từ phổ chuẩn IAEA e11 e12 e13 e22 e23 e32 e33 7,22 ×10-4 1,03×10-4 -2,41 ×10-4 7,93×10-4 -4,42 ×10-4 - 2,43×10-5 1,29×10-3 Chung ta xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên uran, thori kali theo công thức sau:   e e e e e e  e2 , AU  U  ATh e2 , e2 , e  e A   A A e e e ATh  U Th 2, 3, 2,3 3, 2, 3, K 1, 1,1 1,1 K (3.8) (3.9) 1, U (3.10) Th 1,1 Sai số hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên tính cơng thức sau:  A  e N K 1,1t  A  e N U 3, 3t  1/2  t R 2, b   t R3,b  2, t  A  e N Th  t R1,b 1/ (3.11) 1/ Phần mềm viết ngôn ngữ QB64 sơ đồ khối phần mềm đưa hình 3.12 15 Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán xác định tự động hàm lượng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng phổ kế gamma dung detector NaI(Tl) 3.5 Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe Có hai kỹ thuật đo: kỹ thuật đo tuyệt đối kỹ thuật đo tương đối Trước đo hoạt độ của đơng vị phóng xạ mẫu, cần tiến hành phép đo chuẩn như:  Đường cong chuẩn lượng  Đường cong chuẩn dạng đỉnh (FWHM)  Đường cong chuẩn hiệu suất ghi 3.5.1 Phân tích số liệu dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên 3.5.2 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên phương pháp tương đối Khi hoạt độ riêng đồng vị mẫu đo xác định công thức[72]: 0,693t /T m 1/2,i M C 1 e A m  m  S  AS  0,693t s /T1/2,i Cs M m 1 e (3.20) Cơng thức tính sai số tương đối hoạt độ có dạng:   A    M    M   C   C    s   m   s   m   s  Am  A s   M m   M s   C m   Cs  Am 2 16 2 (3.21) 3.6 Đánh giá mức độ nguy hiểm phóng xạ tự nhiên mẫu VLXD 3.6.1 Hoạt độ tƣơng đƣơng radium  10   10  Raeq  ARa    ATh   (3.2)  AK 7  130  3.6.2 Các số nguy hiểm chiếu xạ chiếu xạ A A A Hex  Ra + Th + K  (3.23) 370 259 4810 A A A (3.24) Hin  Ra + Th + K  185 259 4810 3.6.3 Suất liều hấp thụ độ cao 1m (3.25) D  0,462 A  0,604 A  0,0417 A  80nGy.h1 R Ra Th K 3.6.4 Liều hiệu dụng năm AED(mSv y 1 )  D(nGy.h1 )  8760(h)  0,8  0,7(Sv.Gy 1 ) 106 (3.26) CHƢƠNG CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1 Chuẩn lƣợng Để chuẩn lượng, người ta dùng mẫu chuẩn phát gamma có lượng biết Thường nguồn chuẩn đơn nguyên tố 22Na, 137Cs, 60Co, 152Eu, dễ dàng xây dựng đường chuẩn lượng cơng thức: (4.1) Hình 4.1 Phổ chuẩn lượng phổ kế gamma: (a), (b) Phổ đường chuẩn lượng với detector nhấp nháy NaI(Tl) dùng nguồn 137Cs 60CO (c), (d) Phổ đường chuẩn lượng với detector HPGe dùng nguồn 152Eu 17 4.2 Xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi detector HPGe Công thức tính hiệu suất đỉnh hấp thụ tồn phần có dạng [3]: (4.2) Chúng sử dụng mẫu chuẩn IAEA-RGU1 để xác định đường cong hiệu suất ghi detector Mẫu chuẩn có đồng vị sản phẩm phân rã đồng vị 238 U biểu diễn đa thức bậc có dạng: (4.3) Hình 4.2 Đường cong hiệu suất ghi detector dùng mẫu IAEA-RGU-1 Bảng 4.2 Giá trị sai số chuẩn hệ số A0, A1, A2, A3, A4, A5 Các hệ số Giá trị Sai số A0 0,0296 4,72E-04 A1 -8,16E-05 2,62E-06 A2 1,05E-07 4,95E-09 A3 -6,64E-11 4,20E-12 A4 2,03E-14 1,64E-15 A5 -2,41E-18 2,39E-19 4.3 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu VLXD phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Chúng xây dựng quy trình phân tích dùng detector nhấp nháy bán dẫn Thời gian đo mẫu khoảng 72000 giây để đảm bảo thống kê Detector bán dẫn mà sử dụng thuộc loại HPGe kiểu n có dạng hình trụ cới mã số N0.GEM20P4-70 hãng ORTEC Hiệu suất ghi tương đối 20% (so với hiệu suất ghi detector NaI(Tl) hình trụ kích thước 3ʺ ×3ʺ ) Phân giải 18 lượng detector đỉnh 1332 keV đồng vị 60Co 1.8 keV Tỉ số Đỉnh/Compton 55/1 Phổ kế gamma lắp ghép từ khối điện tử chuyên dụng chế tạo hãng ORTEC theo chuẩn NIM bao gồm khối điện tử sau: khối cao thế, khối khuyếch đại (257A) khối phân tích đa kênh cắm vào máy tính có ký hiệu PCA-MR 8192 ACCUSPEC Phần mềm thu nhận, hiển thị phân tích phổ MAESTRO-32 mua từ hãng ORTEC 4.4 Hoạt độ phóng xạ riêng VLXD 4.4.1 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.4 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 232 U Th 40 K 1V 39,48±0,86 9,83±0,76 156,92±3,76 2V 38,94±0,86 9,47±0,75 61,76±2,66 1VT 33,28±1,26 17,21±1,35 131,93±5,48 2VT 29,41±1,05 20,96±1,23 168,70±5,08 1K 28,96±1,07 20,59±1,27 141,83±4,94 2K 25,76±1,16 16,20±1,19 111,28±4,63 1SV 53,19±1,24 7,73±0,98 45,22±3,64 2SV 49,52±1,24 4,74±0,86 39,32±3,50 Trung bình Ngưỡng an toàn 37,32±0,3746 13,34±0,3673 107,12±1,4861 35 30 400 4.4.2 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) Bảng 4.6 Hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) phân tích tự động phần mềm XIMANG Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Mẫu 238 232 40 U Th K 1V 63,22 12,06 157,43 2V 65,02 13,51 130,38 1K 49,58 47,11 114,03 2K 54,45 30,62 94,09 19 4.4.3 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu đất đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.7 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu đất Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Mẫu 238 232 40 U Th K P1 11,28±0,90 7,43±1,05 40,52±3,88 P2 25,94±1,13 29,56±1,52 137,13±5,39 P3 30,06±1,17 44,47±1,70 581,52±8,09 P4 20,43±1,06 14,47±1,25 81,38±4,68 P5 15,73±0,99 15,10±1,27 68,63±4,47 P6 13,25±0,95 7,13±1,04 8,96±2,60 P7 29,01±1,16 37,77±1,62 88,31±4,78 P8 31,46±1,19 44,42±1,70 468,59±7,60 P9 28,61±1,16 39,58±1,64 415,23±7,34 P10 25,62±1,13 31,39±1,54 372,28±7,12 Trung bình 23,14±0,34 27,13±0,46 226,26±1,85 Trung bình giới (đất) [33] 35 30 400 4.4.4 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu cát đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Báng 4.8 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu cát Sơng Mê Kơng Nam Ngeum Lào Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Mẫu 238 232 40 U Th K NK1 19,88±0,13 32,05±0,33 535,15±5,59 NK2 16,20±0,11 25,73±0,27 541,55±5,62 NK3 15,32±0,11 21,94±0,24 515,04±5,15 NK4 16,53±0,12 24,01±0,26 545,40±5,65 NK5 12,31±0,10 17,12±0,20 456,27±4,88 NK6 12,51±0,10 18,05±0,21 483,12±5,15 P11 9,47±0,08 9,54±0,13 229,57±2,96 P12 11,51±0,09 11,97±0,16 272,89±3,38 Trung bình 14,22±0,05 20,05±0,11 447,37±2,31 Trung bình giới (đất) 35 30 400 20 4.4.5 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu gạch đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.9 Hoạt độ phóng xạ riêng mẫu gạch CHDCND Lào Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) Mẫu 238 232 40 U (Bq.kg-1) Th (Bq.kg-1) K (Bq.kg-1) 1BG 42,46±2,23 54,03±3,10 589,74±14,08 2BG 43,77±2,25 54,84±3,11 598,94±14,14 3BG 41,17±2,21 54,43±3,11 628,26±14,34 4BG 40,38±2,20 53,92±3,10 610,59±14,22 5BG 37,66±2,16 55,98±3,13 634,82±14,38 6BG 44,08±2,26 55,53±3,12 625,25±14,32 Trung bình 41,59±0,91 54,79±1,27 614,60±5,82 Trung bình giới (đất) 35 30 400 4.5 Đánh giá đại lƣợng liên quan đến liều lƣợng học xạ VLXD CHDCND Lào 4.5.1 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ xi măng sản xuất CHDCND Lào Bảng 4.10 Mức độ huy hiểm mẫu xi măng sản xuất CHDCND Lào AEDE Mẫu Req (Bq.kg-1) D (nGy.h-1) Hex Hin (mSv y-1) 1V 65,62±1,42 30,72±0,63 0,151±0,01 0,18±0,01 0,28±0,01 2V 57,24±1,39 26,29±0,61 0,129±0,01 0,16±0,01 0,26±0,01 1VT 68,05±2,34 31,27±1,03 0,153±0,01 0,18±0,01 0,27±0,01 2VT 72,37±2,09 33,28±0,91 0,163±0,01 0,19±0,01 0,275±0,01 1K 69,32±2,14 31,73±0,93 0,156±0,01 0,19±0,01 0,27±0,01 2K 57,49±2,09 26,32±0,92 0,129±0,01 0,16±0,01 0,23±0,01 1SV 67,72±1,89 31,13±0,84 0,153±0,01 0,18±0,01 0,33±0,01 2SV 59,31±1,76 27,38±0,79 0,134±0,01 0,16±0,01 0,29±0,01 Trung bình 64,64±0,66 29,76±0,29 0,146±0,01 0,16±0,01 0,28±0,02 1 Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 21 4.5.2 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ đất dùng để sản xuất VLXD CHDCND Lào Bảng 4.11 Mức độ nguy hiểm mẫu đất Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng Chăn, CHDCND Lào Req D AEDE Mẫu Hex Hin -1 -1 (Bq.kg ) (nGy.h ) (mSv.y-1) P1 25,02±1,78 11,39±0,78 0,06±0,01 0,07±0,01 0,09±0,01 P2 78,77±2,48 35,56±1,08 0,17±0,01 0,21±0,01 0,28±0,01 P3 138,43±2,77 65,00±1,21 0,32±0,01 0,37±0,01 0,46±0,01 P4 47,39±2,11 21,57±0,92 0,11±0,01 0,13±0,01 0,18±0,01 P5 42,61±2,1 19,25±0,91 0,09±0,01 0,12±0,01 0,16±0,01 P6 24,14±1,78 10,80±0,77 0,05±0,01 0,07±0,01 0,10±0,01 P7 89,82±2,62 39,90±1,14 0,20±0,01 0,24±0,01 0,32±0,01 P8 131,06±2,77 60,91±1,20 0,30±0,01 0,35±0,01 0,44±0,01 P9 117,18±2,68 54,44±1,17 0,27±0,01 0,32±0,01 0,39±0,009 P10 99,17±2,54 46,32±1,11 0,23±0,01 0,27±0,01 0,34±0,01 Trung Bình 79,36±0,76 36,51±0,33 0,179±0,01 0,214±0,01 0,28±0,01 Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 4.5.3 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ cát xây dựng CHDCND Lào Bảng 4.12 Các mức độ huy hiểm mẫu cát Sông Mê Kông Nam Ngeum Lào Req D AEDE Mẫu Hex Hin (Bq.kg-1) (nGy.h-1) (mSv.y-1) 1NK 106,91±0,65 50,86±0,31 0,249±0,01 0,29±0,01 0,34±0,01 2NK 94,69±0,59 45,61±0,292 0,224±0,01 0,26±0,01 0,30±0,01 3NK 86,36±0,54 41,81±0,27 4NK 92,86±0,59 44,88±0,29 0,220±0,01 0,25±0,01 0,295±0,002 5NK 71,9±0,48 35,05±0,24 0,17±0,01 0,19±0,01 0,23±0,001 6NK 75,52±0,51 36,83±0,25 0,18±0,01 0,20±0,01 0,24±0,01 1NG 40,79±0,31 19,71±0,15 0,09±0,01 0,11±0,01 0,14±0,01 2NG 49,64±0,36 23,93±0,18 0,12±0,01 0,13±0,01 0,17±0,01 Trung bình 77,34±0,24 37,33±0,12 0,183±0,01 0,21±0,01 0,25±0,01 Ngưỡng an toàn 370 57 0,21±0,01 0,23±0,01 0,28±0,01 0,41 22 1 4.5.4 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ ghạch xây dựng CHDCND Lào Bảng 4.13 Mức độ huy hiểm mẫu gạch sản xuất CHDCND Lào Req D AEDE Mẫu Hex Hin (Bq.kg-1) (nGy.h-1) (mSv.y-1) 165,13±5,08 76,84±2,22 0,377±0,01 0,446±0,01 0,561±0,02 1BG 168,31±5,11 78,32±2,23 0,384±0,01 0,455±0,01 0,573±0,02 2BG 167,38±5,09 78,09±2,22 0,383±0,011 0,452±0,0140,563±0,017 3BG 4BG 164,50±5,07 76,68±2,21 0,376±0,01 0,444±0,01 0,553±0,02 5BG 166,60±5,09 77,69±2,22 0,381±0,01 0,450±0,0140,552±0,017 6BG 171,62±5,13 79,97±2,24 0,392±0,01 0,464±0,014 0,583±0,02 Trung bình 167,26±2,08 77,93±0,91 0,382±0,01 0,452±0,01 0,564±0,01 Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 Bảng 4.14 Hoạt độ phóng xạ riêng số VLXD CHDCND Lào Mẫu Họat độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 232 40 U Th K Xi măng 37,32±0,38 13,34±0,37 107,12±1,49 Gạch 41,59±0,91 54,79±1,27 614,60±5,82 Đất 23,139±0,34 27,132±0,46 226,255±1,85 Cát 14,22±0,05 20,05±0,11 447,37±2,31 Trung bình Thế 35 30 400 giới (đất) Bảng 4.15 Giá trị trung bình đại lượng liên quan đến liều lượng học xạ VLXD CHDCND Lào Req D AEDE Hex Hin Mẫu (Bq.kg-1) (nGy.h-1) (mSv.y-1) Xi măng 64,64±0,66 29,77±0,29 0,15±0,01 0,18±0,01 0,28±0,01 Gạch 167,26±2,08 77,93±0,91 0,45±0,01 0,56±0,01 Đất Cát Ngưỡng an toàn 79,36±0,755 77,34±0,24 36,51±0,33 0,18±0,01 0,21±0,00 37,33±0,12 0,183±0,01 0,21±0,01 0,28±0,00 0,25±0,01 370 57 0,38±0,01 0,41 23 1 KẾT LUẬN - Xác định hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ tự nhiên VLXD thường sử dụng để xây dựng nhà cơng trình cơng cộng CHDCND Lào Luận án thực Trung tâm Hạt nhân Viện Vật Lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam - Để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên, dùng phổ kế gamma dùn detector bán dẫn loại HPGe có phân giải lượng cao NaI(Tl), chúng tơi viết chương trình máy tính để tự động hóa tồn q trình phân tích phổ gamma Việc tự động hóa cần thiết để chuyển giao quy trình phân tích cho nhóm khơng có chun mơn sâu, chí chuyển giao cho nhà máy chế tạo VLXD - Hầu hết giá trị đại lượng liên quan đến liều lượng học xạ bao gồm hoạt độ tương đương radi Raeq, suất liều hấp thụ độ cao mét ngồi khơng khí D, Tương đương liều hiệu dụng năm AEDE, số nguy hiểm chiếu Hex chiếu Hin VLXD chủ yếu (xi măng, đất, cát gạch) CHDCND Lào nhỏ ngưỡng an toàn Ủy ban khoa học ảnh hưởng xạ Liên Hiệp Quốc đưa Duy có giá trị suất liều hấp thụ độ cao mét khơng khí D vật liệu gạch lớn ngưỡng an tồn Vì thấy sử dụng vật liệu để xây dựng nhà cho cư dân cơng trình cơng cộng cho sinh hoạt cộng đồng, phóng xạ chúng không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người dân 24 ... định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) Bảng 4.6 Hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng đo phổ kế gamma... tốn xác định tự động hàm lượng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng phổ kế gamma dung detector NaI(Tl) 3.5 Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma... phép phân tích CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 Nguồn gốc đồng vị phóng xạ có VLXD 1.1.1 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên a) Chuỗi phân rã đồng vị 238U Chuỗi phân