Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong môi trường và thủy văn - Chương 2: Nguồn gốc phóng xạ cung cấp cho người học các kiến thức: Phóng xạ tự nhiên, sản xuất và tái chế nhiên liệu hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân, vũ khí hạt nhân. Mời các bạn cùng tham khảo.
Chương NGUỒN GỐC PHÓNG XẠ NỘI DUNG Phóng xạ tự nhiên Sản xuất tái chế nhiên liệu hạt nhân Nhà máy điện hạt nhân Vũ khí hạt nhân Phóng xạ tự nhiên đất Các nhân phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên sinh với vũ trụ Trái Đất Theo thời gian đa số đồng vị phóng xạ phân rã trở thành nguyên tố bền Phân rã tự nhiên nguyên tố phóng xạ Thực vật hấp thụ ngun tố phóng xạ Sự rửa trơi nước Sự xạ vào khí Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến vỏ Trái Đất Đồng vị phóng Chu kì bán rã xạ 238U 4,47.109 99,27% Uran tự nhiên 0,5-0,7ppm năm Uran đá 232Th 1,41.1010 năm 226Ra 1,60.103 222Rn 40K Hoạt độ tự nhiên 1,6-20 ppm loại đá, trung bình 10,7 ppm 16 Bq/kg đá vơi 48 Bq/kg năm đá magma 3,82 ngày 0,6-28 Bq/ m3 khơng khí ( Mỹ) 1,28.109 năm 37- 1100 Bq/kg đất Phóng xạ tự nhiên đất Các đồng vị phóng xạ với sản phẩm phân rã chúng nguồn xạ ion hóa tự nhiên tác dụng lên sinh vật Trái Đất Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên tồn đến tạo thành ba dãy phóng xạ, đứng đầu đồng vị 238U, 232Th 235U Đồng vị Kali (40K) có nhiều tự nhiên Đồng vị Chì (210Pb) có nhiều tự nhiên, thời gian bán rã T1/2 = 22,23 năm 210Pb phân rã gamma với lượng 46,5 keV Đồng vị Cesium (137Cs) phân rã gamma với lượng 661,6 keV Thời gian bán rã T1/2= 30,7 năm Phóng xạ tự nhiên khơng khí - Nguồn từ vũ trụ - Nguồn khí phóng xạ phát từ đất Khí phóng xạ phát từ đất, đá gốc, nước tự nhiên khuếch tán lan truyền khơng khí Sự có mặt Radon ngun nhân gây nên phơng phóng xạ tự nhiên khơng khí Về phương diện an tồn xạ chiếu ngồi khơng gây tác hại chiếu thể người hít phải bụi có nhân phóng xạ bám vào Hội đồng khoa học Liên Hiệp Quốc ảnh hưởng xạ nguyên tử (UNSCEAR) năm 2000 thống kê cho thấy đóng góp Radon vào liều chiếu cho người gây nguồn tự nhiên lên đến 50% Vì thế, Radon xem nguồn phóng xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn sức khỏe người Phóng xạ tự nhiên nước Nước đại dương chứa hàng tỷ K Ru, U, Th Ra Đặc biệt, độ phóng xạ nước chủ yếu K định nồng độ cao nhiều so với đồng vị khác Các nguyên tố Uranium, Thorium tách từ đất, đá bị trơi theo dòng nước hàm lượng chúng nước nhỏ đất khoảng 10-100 lần, q trình lưu chuyển, nhân phóng xạ tan phần nhỏ nước, phần lại lắng đọng vào đất Nồng độ nguyên tố phóng xạ nước thay đổi theo độ mặn độ sâu Ngồi ra, nồng độ chúng tùy thuộc vào điều kiện địa lý loại nham thạch quanh vùng Nồng độ Uranium sông chảy phương Nam thường cao phương Bắc Hoạt độ phóng xạ tự nhiên đại dương tính theo giá trị Almanac Thế Giới 1999 (*) EBq= 1018 Bq Hoạt độ đại dương (EBq) Đồng vị 238U 40K Hoạt độ Thái Bình Dương (6594.1017 m3) 33MBq/l 22 EBq(*) 11Bq/l 7400 EBq Đại Tây Dương (3095.1017 m3) Tất đại dương (13.1018 m3) 11 EBq 41 EBq 3300 EBq 14000 EBq 3H 0,6 Bq/l 370 EBq 190 EBq 740000 EBq 14C 5MBq/l EBq 1,5 EBq 6,7 EBq 1,1 Bq/l 700 EBq 330 EBq 1300 EBq 87Ru Các đồng vị phóng xạ tự nhiên thể người Cơ thể người cấu tạo từ nguyên tố hóa học thể người có chứa nhân phóng xạ Đồng vị phóng Lượng nhân phóng xạ xạ tìm thấy thể Hoạt độ (Bq) Lượng nhân phóng xạ hấp thụ ngày 238U 0,09mg 1,10 0,02mg 232Th 0,03mg 0,11 3mg 40K 17,10 mg 4400 0,390 mg 226Ra 31,00 pg 1,10 2,300 pg 14C 22,00 ng 3700 1,800 ng 3H 0,66 pg 23,00 0,003 pg 210Po 0,20 pg 37,00 ~ 0,600 fg Các đồng vị phóng xạ tạo từ tia vũ trụ Trong nhân phóng xạ tạo từ tia vũ trụ có 3H, 14C, 7Be có thời gian sống tương đối dài, có hoạt độ đáng kể có ý nghĩa nghiên cứu mơi trường, đa số đồng vị lại có hoạt độ yếu Các đồng vị tạo từ lớp khí tương tác tia vũ trụ với hạt nhân ngun tử khí Sau chúng vận chuyển tới bề mặt Trái Đất gắn kết vào hệ sinh học vật liệu địa chất Đó hạt nhân: 3H, 10Be, 14C, 26Al, 32Si, 36Cl, 41Ca Quan trọng số 14C đặc trưng cho chu trình carbon sinh địa hóa để định tuổi vật liệu khảo cổ môi trường Dạng hàm hiệu suất (1) Experimental efficiency calibration of a HPGe detector (100 cm3) for a point source at 12 cm between 10 and 1500 keV (linear scale) 1.2 Experimental efficiency calibration of a HPGe detector (100 cm ) for a point source at 12 cm between 10 and 1500 keV (logarithmic scale) 0.8 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 0.4 Efficiency (%) Efficiency (%) 1.0 0.2 0.0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0.5 0.4 0.3 0.2 Energy (keV) 0.1 10 100 Energy (keV) 1000 Dạng hàm hiệu suất (2) n Hàm đa thức dạng log-log: ln ( E ) (ln E )i i 0 n ln ( E ) E i i 0 Chú ý: -ai Hệ số làm khớp phương pháp cực tiểu chi bình phương - Làm khớp có trọng số - điều kiện : n LC, LD giá trị giới hạn vị trí đo cho trước, nghĩa với độ tin cậy cho trước LD = LC +kβs D k β : hệ số chọn cung cấp độ tin cậy cho trước s D : độ lệch chuẩn N = C – B C: tổng số đếm Khi số đếm phóng xạ từ mẫu với giới hạn phát LD (N=C–B N=LD) s D2 = LD +s 02 Giới hạn phát LD Nếu a b 0,05; ka kb 1,645 LD = k αs +k α (LD +s 02 )1/2 Khi tổng số kênh sử dụng ước tính phơng bề rộng đỉnh cần quan tâm (n=2m) LD =2,71+4,65 B Phông Không ghi nhận Ghi nhận Có Chắc chắn Giới hạn phát hoạt độ MDA Giới hạn tối thiểu LC giới hạn phát LD đề cập đến số đếm mà không đề cập đến hoạt độ Chúng ta liên hệ đến đại lượng vật lý giới hạn phát hoạt độ MDA MDA giá trị hoạt độ tối thiểu đồng vị phóng xạ mà chắn hệ đo với độ tin cậy cho trước CLD MDA= εI γ t m λt C= -λtm m 1-e : thừa số hiệu chỉnh khoảng thời gian đo tm bỏ qua so với thời gian bán rã T1/2 đồng vị phóng xạ khảo sát : hiệu suất ghi detetor tia gamma đo Ig: xác suất phát tia Xác định hoạt độ - PP tuyệt đối N (E) A Ig ( E ) ( E ).t Xác định hoạt độ Sai số tương đối : (E) Ig (E) A N(E) A N (E) Ig (E) N(E) N(E) N(E) N(E) N(E) 2 (E) 1 10 (E) Ig (E) Ig (E) Ảnh hưởng diện tích đỉnh Nếu N = 104 N/N = 10-2 -> A/A = 1,4 10-2 Nếu N = 105 N/N = 3,110-3 -> A/A = 1,05 10-2 1 10 3 Xác định hàm lượng phóng xạ Xác định hoạt độ N (E) A Ig ( E ) ( E ).t Hoạt độ riêng hay hàm lượng phóng xạ Khối lượng mẫu: Thể tích mẫu A Ar m A Ar V Xác định hoạt độ - PP tương đối Nc ( E ) Ac I cg ( E ) c ( E ).tc Hoạt độ mẫu chuẩn: Hoạt độ mẫu cần phân tích: N (E) A Ig ( E ) ( E ).t N ( E ) tc A Ac Nc ( E ) t Sai số tương đối : A N ( E ) N c ( E ) Ac A N N c Ac 2 Xác định hàm lượng phóng xạ Xác định hoạt độ N ( E ) tc A Ac Nc ( E ) t Hoạt độ riêng hay hàm lượng phóng xạ Khối lượng mẫu: Thể tích mẫu A Ar m A Ar V Nếu đồng vị phóng xạ có nhiều đỉnh lượng khác phải xác định giá trị trung bình có trọng số hàm lượng đồng vị phóng xạ Hàm lượng trung bình xác định theo công thức sau n Ai i=1 u i A= n i=1 u i uA = n i=1 u i Ai : hàm lượng đồng vị phóng xạ ui : sai số tuyệt đối hàm lượng có mẫu ứng với đỉnh lượng Ei n : số đỉnh gamma đồng vị phóng xạ dùng để phân tích ... tử/cm2.s) 10Be 2, 7 106 năm 4,50.10 -2 36Cl 3,1.105 năm 1,10.1 0-3 14C 5568 năm 1,80 32Si 500 năm 1,60.1 0-4 3H 12, 3 năm 0 ,25 22 Na 2, 6 năm 5,60.1 0-5 35S 88 ngày 1,40.1 0-3 7Be 53 ngày 8,10.10 -2 33P 25 ... khí hạt nhân 131I 8,04 ngày Thử bom hạt nhân lò phản ứng, điều trị tuyến giáp 129 I 1,57.107 năm Thử bom hạt nhân lò phản ứng 137Cs 30,17 năm Thử bom hạt nhân lò phản ứng 90Sr 28 ,78 năm Thử bom hạt. .. hạt nhân lò phản ứng 99Tc 2, 11.105 năm Phân rã tạo 99Mo dùng chẩn đoán y học 23 9Pu 2, 41.104 năm Sản phẩm phản ứng bắn phá hạt nhân 23 8U nơtron Vũ khí hạt nhân Rơi lắng từ vụ thử vũ khí hạt nhân