Mục tiêu của đề tài nhằm xây dựng phương pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100; xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG (TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG (TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MƠI TRƯỜNG Chun ngành: Khoa học mơi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Văn Giáp LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trịnh Văn Giáp Viện trưởng Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Viện Năng lượng Ngun tử Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn này Tơi cũng xin cảm ơn KS. Vũ Mạnh Khơi và KS. Nguyễn Quang Long cùng các đồng nghiệp trong Trung tâm An tồn bức xạ và Trung tâm Quan trắc Phóng xạ và Đánh giá tác động Mơi trường Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thực hiện luận văn này Tơi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cơ giáo trong Khoa Mơi trường Trường Đại học Khoa học tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập tại đây Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln cổ vũ, giúp đỡ tơi để hồn thành luận văn thạc sỹ này Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 12 năm 2013 Học viên Bùi Thị Ánh Dương MỤC LỤC MỤC LỤC 4 DANH MỤC VIẾT TẮT 5 DANH MỤC HÌNH 6 MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN 4 1.4.Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước 16 1.6.Các phương pháp xác định liều bức xạ trong tự nhiên 22 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 54 KẾT LUẬN 54 KHUYẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 62 .62 .62 .63 DANH MỤC VIẾT TẮT IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế ICRP TLD International Commission on Ủy ban an tồn phóng xạ Radiological Protection quốc tế Thermoluminescence Dosimeter Liều kế nhiệt huỳnh quang Viện Năng lượng nguyên VINATOM tử Việt Nam UNSCEAR United Nation Scientific Committee Ủy ban khoa học Liên on the Effects of Atomic Radiations Hiệp Quốc về những ảnh hưởng xạ nguyên tử DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại chính sau: Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân phóng xạ ngun thủy Các nhân phóng xạ được hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật chất của trái đất Các nhân phóng xạ được hình thành do con người tạo ra Các nhân phóng xạ được hình thành do hai nguồn gốc đầu được gọi là các nhân phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con người tạo ra được gọi là các nhân phóng xạ nhân tạo. So với lượng phóng xạ tự nhiên thì lượng phóng xạ do con người tạo ra là rất nhỏ và một phần lượng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong mơi trường của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các mơi trường sống như đất, nước và khơng khí [2] Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con người một liều chiếu bức xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều chiếu ngồi nếu các nhân phóng xạ ở bên ngồi cơ thể con người và gây ra liều chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con người qua đường hơ hấp, tiêu hóa hay vết trầy xước trên da. Mức liều chiếu do các nhân phóng xạ tự nhiên gây ra cho con người có thể được xác định bằng các thiết bị đo liều bức xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ mơi trường nhiệt phát quang Trong đó, liều kế nhiệt phát quang có thể xác định được liều chiếu trong thời gian dài, nên loại bỏ được những ảnh hưởng của các yếu tố mơi trường đến kết đo liều chiếu đối với dân chúng [6]. Sự có mặt của các đồng vị phóng xạ ln ảnh hưởng dù ít hay nhiều đến tình trạng sức khỏe của con người và mơi trường xung quanh bởi sự tác động của bức xạ lên vật chất sống. Con người từ lúc ra đời đã bắt đầu sống chung với phóng xạ và chịu ảnh hưởng của mọi loại phóng xạ. Do đó, việc nghiên cứu kiểm sốt bức xạ và những tác động có hại của phóng xạ đến sức khỏe con người cũng như các ảnh hưởng của chúng lên mơi trường sống là rất quan trọng và nhận được nhiều sự quan tâm. Vì vâỵ đề tài “Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD) để đo liều bức xạ gamma trong mơi trường” được thực hiện nhằm mục đích xác định liều bức xạ gamma trong mơi trường phục vụ cho việc xác định liều chiếu của dân chúng tại các trạm quan trắc phóng xạ mơi trường. Mục tiêu đề tài Xây dựng phương pháp đo liều bức xạ gamma trong mơi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD100 Xác định liều chiếu của dân chúng tại địa điểm nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Xây dựng phương pháp xác định liều xạ gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang. So sánh phương pháp đo liều bức xạ gamma môi trường sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phương pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trường khác. Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trường đối với dân chúng tại địa điểm thực nghiệm dụng rộng rãi giới chương trình quan trắc phóng xạ mơi trường. Ở Việt Nam, phương pháp này có thể được sử dụng để thu thập số liệu và đánh giá liều bức xạ gamma mơi trường tại các trạm quan trắc phóng xạ mơi trường trong tương lai. 3.7 Đánh giá liều chiếu đối với dân chúng tại khu vực nghiên cứu Liều hiệu dụng hàng năm của dân chúng được tính tốn trên cơ sở liều hấp thụ được đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100, tỷ số trong và ngồi nhà, hệ số chuyển đổi từ liều hấp thụ, hệ số cư ngụ ngồi trời và hệ số cư ngụ trong nhà. Liều hiệu dụng hàng năm trong và ngồi nhà được tính tốn như sau : Hout(mSv)= Dout x 8760h x CF x OF (3) [7] Trong đó : Dout là suất liều hấp thụ (µGy h1) CF là hệ số chuyển đổi từ liều hấp thụ bằng 0,7 Sv Gy1 OF là hệ số cư trú ngồi trời bằng 0,2 Trong nhà: Hin (mSv) = Din x Fio x 8760 h x CF x IF (4) [7] Trong đó: Din là suất liều hấp thụ trong nhà (µGy h1) Fio là hệ số trong và ngồi nhà bằng 1,4 IF là hệ số cư ngụ trong nhà bằng 0,8 Và liều hiệu dụng tổng cộng là: H = Hout + Hin (5) [7] 52 Thay các số liệu vào cơng thức (3),(4),(5) ta được Hout =0.166±0.03µSv Hin=2.52±0.16 µSv Vậy liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm của dân chúng là H =2.69± 0.09 µSv So sánh với tiêu chuẩn liều chiếu đối với dân chúng của ICRP là khơng được vượt q 1mSv/ năm [11] ta thấy liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm của dân chúng trong trường hợp này nhỏ hơn nhiều. 53 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn đã trình bày những vấn đề cơ bản về cơ chế nhiệt huỳnh quang và phương pháp đo liều mơi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 Những kết quả đạt được của cơng trình nghiên cứu này thể hiện qua các điểm sau: Nghiên cứu tổng quan về những q trình động học nhiệt huỳnh quang và liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 Xác định được hệ số chuẩn đối với từng chip TLD 100 dùng để đo liều gamma trong mơi trường Xác định được ngưỡng nhạy của liều kế TLD 100 dùng trong thí nghiệm trung bình là 0.18 nC giá trị này cũng phù hợp với cơng bố của nhà sản xuất, cho thấy chất lượng của đềtectơ đáp ứng u cầu thí nghiệm Xây dựng phương pháp xác định liều chiếu trong mơi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang. Đưa ra qui trình các bước hướng dẫn cụ thể từ việc chế tạo các mẫu ,lắp đặt các liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều môi trường tại một số địa điểm trong khu vực Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân . Đã nghiên cứu cơ chế hoạt động và giới thiệu cách vận hành hệ đo nhiệt huỳnh quang Harshaw 4000 một cách chi tiết Kết quả đo suất liều gamma mơi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang LiF ( TLD 100) tại trên 20 vị trí khác nhau trong khu vực viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân đã cho các kết quả phân biệt rõ rệt, phản ánh tính khách quan của các đối tượng đo trung bình là 0,16 54 ±0,01 µSv/h đối với các liều kế đặt trong nhà (indoor); và trung bình 0,10±0,01µSv/h đối với liều kế đặt vị trí ngồi trời (outdoor). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của các tác giả khác, chứng tỏ luận văn đã đạt được những thành cơng nhất định So sánh suất liều gamma mơi trường đo bằng ba phương pháp khác nhau là phương pháp đo gamma tại chỗ bằng survey meter, xác định hoạt độ các nhân phóng xạ trong mẫu đất và sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 cho thấy phương pháp đo bằng liều kế nhiệt huỳnh quang có kết quả tương đối chính xác và có nhiều ưu điểm như dễ sử dụng, có thể áp dụng rộng rãi trên diện rộng và có tiềm năng phát triển trong tương lai Liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm đối với dân chúng trong khu vực tiến hành nghiên cứu nằm trong giới hạn cho phép của ICRP cho nên khơng gây ảnh hưởng tới sức khỏe của dân chúng Tất cả các thực nghiệm đã được tiến hành một cách cẩn thận bên cạnh việc nghiên cứu đầy đủ lý thuyết về mơ hình đo đạc suất liều bức xạ mơi trường có thể xác định được liều tổng bức xạ mơi trường để góp phần kiểm tra mức độ an tồn bức xạ hạt nhân. Đây là ý nghĩa thực tiễn mà cơng trình này đã đạt được KHUYẾN NGHỊ Trong q trình thực hiện cơng trình này, mặc dù đã rất cố gắng nhưng còn nhiều vấn đề tơi vẫn chưa nghiên cứu đến . Tơi hy vọng rằng đây sẽ là những hướng phát triển của đề tài sẽ được thực hiện trong thời gian tới 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Thanh Lương (1996), Một số kết quả nghiên cứu phương pháp đo liều bức xạ ion hóa bằng liều kế nhiệt phát quang, Luận án phó tiến sĩ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1996 Phùng Văn Duân (2006), An tồn bức xạ bảo vệ mơi trường, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Ngơ Quang Huy (2010), “Phóng xạ tự nhiên trong vật liệu xây dựng”, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh Phạm Quốc Hùng ( 2007), Vật lý hạt nhân và ứng dụng, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Quang Long, Trần Tuyết Mai, Dương Văn Thắng, Đồn Thúy Hậu (2009), “Phơng phóng xạ mơi trường vùng Hà Nội”, báo cáo Hội nghị Khoa học và Cơng nghệ Hạt nhân tồn quốc lần thứ VIII , 2022/8/2009, Nha Trang. Nguyễn Hào Quang, “Phóng xạ mơi trường đối với sức khỏe con người”, Trung tâm Kỹ thuật An tồn Bức xạ và Mơi trường, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Hà Nội Tiếng Anh Adamiec, G and Aitken, M.J.(1998) , “DoseRate Conversion Factors: Update”, AncientTL, 16, p3749 56 Ahmad Termizi Ramli (2009), “ Assessment of Radiation Dose Rates in the High Terrestrial Gamma Radiation Area of Selama District Perak, Malaysia”, Applied Physics Rearch, 1(2), p4551 European Radiation Dosimetry Group (1999), “Radiation Protection 106”, European Commission, Italy 10 Florou, H., & Kritidis, P. (1992), “Gamma radiation measurements and dose rate in the coastal areas of a volcanic island, Aegean Sea, Greece”, Journal of Radiation Protection Dosimetry, 45, p 277–279 11 ICRP (1990), “Recommendations of the International Commission on Radiological Commission”, ICRP Publication 60, Pergamon Press: New York 12 Jain, V.K (1982), “Thermoluminescence of lithium Juoride”, Radiat.Prot. Dosim. 13 Kocher, D. C. and Sjoreen, A. L.(1985) , “Doserate Conversion Factors for External Exposure to Photon Emitters”, Soil. Health Phys, 48(2), p 193–205 14 M.C.Losana, M.Magnoni and F. Righino (2001), “Comparison of different methods for the assessment of the environmental gamma dose”, Radiation Protection Dosimetry, 97(4), p333336 15 Miah MI (2004), “ Environmental gamma radiation measurements in Bangladeshi house ”, Radiation Measurements, 38(3) 16 Othman, I., Mahrouka, M.(1994), “ Radionuclide content in some building materials and their indoor gamma dose rate”, Radiat.Prot. Dosim, 55 (4), p 299–304 17 UNSCEAR (2008), “Exposures from Natural Radiation Sources”, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Report to the General Assembly , SABNYU, Annexes B 57 18 UNSCEAR(2000), “ Dose assessment methodologies”, United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Report to the General Assembly wSAANYUN, Annexes A. 19 UNSCEAR (2000), “Sources and effect of ionising radiation”, United Nation Scientific Committee of the Effect Atomic Radiation Report on The General Assembly, United Nation, New York 20 Sadegh Hazrati , Abbas Naghizadeh Baghi, Hadi Sadeghi, Manouchehr Barak , Sahar Zivari and Soheila Rahimzadeh (2012), “Investigation of natural effective gamma dose rates case study: Ardebil Province in Iran”, Iranian Journal of Environmental Health Sciences & Engineering, 9(1) 58 PHỤ LỤC Hệ số chuẩn của chip TLD100 Chip Hệ số Chip chuẩn 75 20 57 83 107 62 17 44 77 67 89 112 78 36 122 49 95 51 61 96 74 100 119 76 124 114 108 41 (mGy/nC) 0.091575 0.120773 0.081037 0.111359 0.089366 0.116279 0.128535 0.104603 0.087336 0.088339 0.145773 0.090992 0.106952 0.088106 0.118906 0.093197 0.092507 0.088496 0.116414 0.097087 0.116959 0.092937 0.088968 0.104058 0.091827 0.089606 0.112613 0.090416 0.083893 0.116279 0.095329 19 91 21 11 47 54 46 50 12 71 33 26 116 45 116T1 118 53 23 64 60 102 90 42 18 113 97 52 87 Hệ số chuẩn Chip Hệ (mGy/nC) chuẩn 0.095602 0.10142 0.082988 0.114548 0.105263 0.087951 0.132626 0.115473 0.123457 0.1001 0.081433 0.088028 0.117925 0.088339 0.091075 0.088968 0.092593 0.097276 0.08071 0.099305 0.096246 0.138313 0.103842 0.116279 0.10101 0.084034 0.103627 0.082781 0.115607 0.11919 0.111607 (mGy/nC) 0.093985 0.089366 0.096618 0.118343 0.119048 0.109409 0.099305 0.105152 0.089366 0.094877 0.118483 0.129032 0.087032 0.098328 0.089928 0.102881 0.08547 0.091158 0.089366 0.090662 0.092851 0.095057 0.096432 0.09311 0.126263 0.116279 0.101729 0.09311 0.124378 0.08881 0.085034 59 111 123 58 72 43 121 34 38 126 109 106 92 32 31 93 65 14 37 30 25 125 69 68 16 55 73 13 28 103 66 T3 số 99 0.120919 29 0.081833 T2 0.085324 Sơ đồ vị trí đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD100 đo liều mơi trường tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân 60 KIỂM TRA MƠI TRƯỜNG SƠ ĐỒ 1: TẦNG 1 KHU NHÀ A 21 20 18 Hành lang 12 1A-7 Kho nguồn A106 Héi trêng A105 A104 P KHHTQT P HC P Văn th P A107 –> A109 WC Hành lang WC Kho nguồn Hàng lang 61 KIỂM TRA MÔI TRƯỜNG SƠ ĐỒ 2: TẦNG 1 KHU NHÀ B 15 P. rửa phim 1B-8 1B-6 14 1B-1 1B-9 B105 B106 1B-5 1B-3 1B-4 Hành lang WC 1B-11 1B-12 1B-13 1B-2 B104 B103 Phòng chụp B102 B101 1B-14, 15 Phòng điện tử hạt nhân Kho nguồn 10 1B-10 62 KIỂM TRA MÔI TRƯỜNG SƠ ĐỒ 3: TẦNG 2 KHU NHÀ B 2B-14 11 WC B209 2B-15 2B-1 2B-2 B208 Hành lang B202 B206 B205 B204 B203 B201 13 Phòng điện tử Phòng điện tử hạt nhân 63 KIỂM TRA MƠI TRƯỜNG SƠ ĐỒ 4: TẦNG 1 KHU NHÀ C Cầu thang 1C-1 17 Shimadzu 22 1C-2 PTN 18FFDG P chuÈn Cs 137 16 P chn x- ray Tủ nguồn 64 KiĨm tra m«i trờng 2C-9 Sơ đồ 8: tầng khu nhà C 2C-10 Cầu thang Phòng đo liều 19 C208 2C-11 2C-13 2C-12 PTN xử lý mẫu C203 C204 2C-14 môi trường 2C-4 Hành lang 65 2C-15 2C-17 66 ... gamma môi trường bằng liều kế nhiệt huỳnh quang. So sánh phương pháp đo liều bức xạ gamma môi trường sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phương pháp đo liều bức xạ gamma trong môi trường khác. ... đề bức xạ mơi trường chưa được quan tâm đúng mức. Tình hình sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đánh giá liều bức xạ tự nhiên đối với dân chúng chưa 18 được chú trọng nước ta. Vì vậy, phương pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều bức xạ. .. đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo liều bức xạ phổ biến nhất là sử dụng để đo liều cá nhân đối với các nhân viên bức xạ trong y tế, cơng nghiệp, nghiên cứu hạt nhân, đo liều môi