Nghiên cứu sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD) để đo liều bức xạ gamma trong môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** BÙI THỊ ÁNH DƢƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG (TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** BÙI THỊ ÁNH DƢƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG (TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƢỜNG Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trịnh Văn Giáp Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trịnh Văn Giáp- Viện trƣởng Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân- Viện Năng lƣợng Nguyên tử Việt Nam tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng tạo điều kiện cho hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn KS Vũ Mạnh Khôi KS Nguyễn Quang Long đồng nghiệp Trung tâm An toàn xạ Trung tâm Quan trắc Phóng xạ Đánh giá tác động Môi trƣờng - Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Môi trƣờng- Trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè ln cổ vũ, giúp đỡ tơi để hồn thành luận văn thạc sỹ Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 11 tháng 12 năm 2013 Học viên Bùi Thị Ánh Dƣơng MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên 1.2 Liều chiếu phóng xạ mơi trƣờng gây cho dân chúng 1.2.1 Chiếu xạ 1.2.2 Chiếu xạ 1.2.3 Liều hiệu dụng tổng cộng ( chiếu xạ chiếu xạ trong) 11 1.3 Tác dụng tia xạ sức khoẻ ngƣời 13 1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc 15 1.5 Bức xạ hạt nhân đơn vị đo liều xạ 18 1.5.1 Hoạt độ phóng xạ 18 1.5.2 Liều hấp thụ 19 1.5.3 Liều tƣơng đƣơng sinh học liều hiệu dụng 19 1.5.4 Liều giới hạn cho phép 21 1.6 Các phƣơng pháp xác định liều xạ tự nhiên 21 1.7 Nhiệt huỳnh quang đặc trƣng liều kế nhiệt huỳnh quang 23 1.7.1 Nhiệt huỳnh quang 23 1.7.2 Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng đo liều xạ ion hóa 23 1.7.3 Một số đặc trƣng vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Ti (ký hiệu thƣơng phẩm TLD-100) 25 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 26 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phƣơng pháp thu thập tài liệu 26 2.2.2 Chuẩn bị mẫu liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 sử dụng đo gamma môi trƣờng 26 2.2.3 Xử lý nhiệt độ chuẩn liều kế 27 2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 địa điểm nghiên cứu 28 2.2.5 Xây dựng phƣơng pháp đo liều xạ môi trƣờng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD -100 30 2.2.5.1 2.2.6 Thiết bị đọc HARSHAW- 4000: 30 Đánh giá liều gamma môi trƣờng phƣơng pháp đo trƣờng [20] 33 2.2.7 Đánh giá liều môi trƣờng phƣơng pháp đo hoạt độ nhân phóng xạ mẫu đất 33 2.2.8 Xử lý số liệu 35 2.2.9 Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích 35 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Xác định hệ số chuẩn cho chíp TLD đo gamma môi trƣờng .36 3.2 Xác định ngƣỡng nhạy chip TLD 100 36 3.3 Xác định suất liều gamma môi trƣờng phƣơng pháp sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang ( TLD 100) 37 3.4 Xác định suất liều gamma môi trƣờng phƣơng pháp đo hoạt độ nhân phóng xạ mẫu đất 41 3.5 Xác định suất liều gamma môi trƣờng phƣơng pháp đo gamma trƣờng 43 3.6 So sánh phƣơng pháp đo liều gamma môi trƣờng TLD với phƣơng pháp khác 45 3.7 Đánh giá liều chiếu dân chúng khu vực nghiên cứu 48 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 50 KẾT LUẬN 50 KHUYẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC VIẾT TẮT IAEA Int ICRP Int Ra TLD Th Viện Năng lƣợng nguyên VINATOM tử Việt Nam UNSCEAR United Nation Scientific Committee Ủy ban khoa học Liên on the Effects of Atomic Radiations Hiệp Quốc ảnh hƣởng xạ nguyên tử DANH MỤC HÌNH Hình 1 Phân bố nhân viên xạ theo lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012] 17 Hình Mẫu liều kế sử dụng đo gamma môi trƣờng nhà ngồi trời 27 Hình 2 : Chiếu chuẩn liều kế 28 Hình Giá chuẩn đặt liều kế thí nghiệm 29 Hình 4.Mơ hình máy đọc Harshaw TLD – 4000 30 Hình Sơ đồ ngun lí hoạt động máy đọc 31 Hình Suất liều gamma môi trƣờng đo liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 40 Hình Biểu đồ kết đo suất liều gamma môi trƣờng survey meter .44 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Th Bảng Hoạt độ phóng xạ số hạt Bảng Các giá trị hoạt độ riêng điển hình thực phẩm, nƣớc, tính Bq/kg [3] Bảng Hoạt độ riêng tron Bảng Lƣợng thực phẩm Bảng Liều hấp thụ hiệu d Bảng Liều hiệu dụng ( µ Bảng Kết điều tra suất liều hiệu dụng phông xạ tự nhiên trung bình hàng năm lên cộng đồng số nƣớc Bắc Âu Bảng Trọng số loại xạ ω Bảng 10 Hệ số mô Bảng 11 Các đặc trƣng số vật liệ Bảng Phông chip TLD-100 R Bảng 2.Giá trị suất liều môi trƣờng đo liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 Bảng 3 Giá trị hàm lƣợng đồng vị phóng xạ mẫu đất thí nghiệm Bảng Suất liều gamma mơi trƣờng tính đƣợc theo phƣơng pháp đo hoạt độ nhân phóng xạ mẫu đất Bảng Kết đo suất l Bảng Tóm tắt kỹ th Bảng Kết đo suất l MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Thế giới sống có chứa nhiều chất phóng xạ chất có từ hình thành nên trái đất Có 60 nhân phóng xạ đƣợc tìm thấy tự nhiên Về nguồn gốc, nhân phóng xạ phân thành ba loại sau: Các nhân phóng xạ có từ hình thành nên trái đất cịn gọi nhân phóng xạ nguyên thủy Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành tƣơng tác tia vũ trụ với vật chất trái đất Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành ngƣời tạo Các nhân phóng xạ đƣợc hình thành hai nguồn gốc đầu đƣợc gọi nhân phóng xạ tự nhiên, cịn nhân phóng xạ ngƣời tạo đƣợc gọi nhân phóng xạ nhân tạo So với lƣợng phóng xạ tự nhiên lƣợng phóng xạ ngƣời tạo nhỏ phần lƣợng phóng xạ bị phát tán vào mơi trƣờng giới Vì phát thấy nhân phóng xạ tự nhiên nhân tạo có mặt khắp nơi môi trƣờng sống nhƣ đất, nƣớc khơng khí [2] Tất nhân phóng xạ có tự nhiên gây cho ngƣời liều chiếu xạ định nhân phóng xạ phát xạ ion hóa gây liều chiếu ngồi nhân phóng xạ bên thể ngƣời gây liều chiếu nhân phóng xạ thâm nhập vào thể ngƣời qua đƣờng hô hấp, tiêu hóa hay vết trầy xƣớc da Mức liều chiếu nhân phóng xạ tự nhiên gây cho ngƣời đƣợc xác định thiết bị đo liều xạ xách tay liều kế xạ môi trƣờng nhiệt phát quang Trong đó, liều kế nhiệt phát quang xác định đƣợc liều chiếu thời gian dài, nên loại bỏ OF hệ số cƣ trú trời 0,2 Trong nhà: Hin (mSv) = Din x Fi-o x 8760 h x CF x IF (4) [7] Trong đó: -1 Din suất liều hấp thụ nhà (µGy h ) Fi-o hệ số nhà 1,4 IF hệ số cƣ ngụ nhà 0,8 Và liều hiệu dụng tổng cộng là: H = Hout + Hin (5) [7] Thay số liệu vào cơng thức (3),(4),(5) ta đƣợc Hout =0.166±0.03µSv Hin=2.52±0.16 µSv Vậy liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm dân chúng H =2.69± 0.09 µSv So sánh với tiêu chuẩn liều chiếu dân chúng ICRP không đƣợc vƣợt 1mSv/ năm [11] ta thấy liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm dân chúng trƣờng hợp nhỏ nhiều 49 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn trình bày vấn đề chế nhiệt huỳnh quang phƣơng pháp đo liều môi trƣờng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 Những kết đạt đƣợc cơng trình nghiên cứu thể qua điểm sau:  Nghiên cứu tổng quan trình động học nhiệt huỳnh quang liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100  Xác định đƣợc hệ số chuẩn chip TLD 100 dùng để đo liều gamma môi trƣờng  Xác định đƣợc ngƣỡng nhạy liều kế TLD 100 dùng thí nghiệm trung bình 0.18 nC giá trị phù hợp với công bố nhà sản xuất, cho thấy chất lƣợng đềtectơ đáp ứng yêu cầu thí nghiệm  Xây dựng phƣơng pháp xác định liều chiếu môi trƣờng liều kế nhiệt huỳnh quang Đƣa qui trình bƣớc hƣớng dẫn cụ thể từ việc chế tạo mẫu ,lắp đặt liều kế nhiệt huỳnh quang để đo liều môi trƣờng số địa điểm khu vực Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Đã nghiên cứu chế hoạt động giới thiệu cách vận hành hệ đo nhiệt huỳnh quang Harshaw 4000 cách chi tiết  Kết đo suất liều gamma môi trƣờng liều kế nhiệt huỳnh quang LiF ( TLD 100) 20 vị trí khác khu vực viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân cho kết phân biệt rõ rệt, phản ánh tính khách quan đối tƣợng đo trung bình 0,16 ±0,01 µSv/h liều kế đặt nhà (indoor); trung bình 0,10±0,01µSv/h liều kế đặt vị trí ngồi trời (outdoor) 50 Kết phù hợp với nghiên cứu tác giả khác, chứng tỏ luận văn đạt đƣợc thành công định  So sánh suất liều gamma môi trƣờng đo ba phƣơng pháp khác phƣơng pháp đo gamma chỗ survey meter, xác định hoạt độ nhân phóng xạ mẫu đất sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD 100 cho thấy phƣơng pháp đo liều kế nhiệt huỳnh quang có kết tƣơng đối xác có nhiều ƣu điểm nhƣ dễ sử dụng, áp dụng rộng rãi diện rộng có tiềm phát triển tƣơng lai  Liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm dân chúng khu vực tiến hành nghiên cứu nằm giới hạn cho phép ICRP không gây ảnh hƣởng tới sức khỏe dân chúng Tất thực nghiệm đƣợc tiến hành cách cẩn thận bên cạnh việc nghiên cứu đầy đủ lý thuyết mơ hình đo đạc suất liều xạ mơi trƣờng xác định đƣợc liều tổng xạ mơi trƣờng để góp phần kiểm tra mức độ an toàn xạ hạt nhân Đây ý nghĩa thực tiễn mà cơng trình đạt đƣợc KHUYẾN NGHỊ Trong trình thực cơng trình này, cố gắng nhƣng cịn nhiều vấn đề tơi chƣa nghiên cứu đến Tôi hy vọng hƣớng phát triển đề tài đƣợc thực thời gian tới 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đặng Thanh Lƣơng (1996), Một số kết nghiên cứu phương pháp đo liều xạ ion hóa liều kế nhiệt phát quang, Luận án phó tiến sĩ, trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên 1996 Phùng Văn Duân (2006), An toàn xạ bảo vệ môi trường, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Ngơ Quang Huy (2010), “Phóng xạ tự nhiên vật liệu xây dựng”, Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh Phạm Quốc Hùng ( 2007), Vật lý hạt nhân ứng dụng, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Quang Long, Trần Tuyết Mai, Dƣơng Văn Thắng, Đoàn Thúy Hậu (2009), “Phơng phóng xạ mơi trƣờng vùng Hà Nội”, báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII, 20-22/8/2009, Nha Trang Nguyễn Hào Quang, “Phóng xạ mơi trƣờng sức khỏe ngƣời”, Trung tâm Kỹ thuật An toàn Bức xạ Môi trƣờng, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân, Hà Nội Adamiec, G and Aitken, M.J.(1998) , “Dose-Rate Conversion Factors: Update”, Ancient-TL, 16, p37-49 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), p45-51 European Radiation Dosimetry Group (1999), “Radiation Protection 106”, 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 52 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) , “Dose-rate 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), p333-336 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 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) 53 PHỤ LỤC Hệ số chuẩn chip TLD-100 Chip Hệ số chuẩn (mGy/nC) 75 0.091575 20 0.120773 57 0.081037 83 0.111359 107 0.089366 62 0.116279 17 0.128535 44 0.104603 77 0.087336 67 0.088339 89 0.145773 112 0.090992 78 0.106952 0.088106 36 0.118906 122 0.093197 49 0.092507 95 0.088496 51 0.116414 61 0.097087 96 0.116959 74 0.092937 54 100 119 76 124 114 108 41 99 Sơ đồ vị trí đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 đo liều môi trƣờng Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân 55 21 12 1A-7 Kho nguồn WC WC 56 KIỂM TRA MÔI TRƢỜNG SƠ ĐỒ 2: TẦNG KHU NHÀ B P rửa phim 14 1B-1 1B-3 1B-2 B104 Phòng điện tử hạt nhân Kho nguồn 1B-10 57 KIỂM TRA MÔI TRƢỜNG SƠ ĐỒ 3: TẦNG KHU NHÀ B 11 B208 2B-1 2B-2 B206 13 Phòng điện tử Phòng điện tử hạt nhân 58 KIỂM TRA MÔI TRƢỜNG SƠ ĐỒ 4: TẦNG KHU NHÀ C Cầu thang 1C-1 Shimadzu 1C-2 PTN 18F-FDG P chuÈn Cs 137 P chuÈn x- ray 2C-9 2C-10 Cầu Phòng đo liều 2C-11 C208 C203 C204 Hành lang 61 ... xác định liều xạ gamma môi trƣờng liều kế nhiệt huỳnh quang  So sánh phƣơng pháp đo liều xạ gamma môi trƣờng sử dụng liều kế nhiệt huỳnh quang TLD với phƣơng pháp đo liều xạ gamma môi trƣờng... xác định liều xạ tự nhiên 21 1.7 Nhiệt huỳnh quang đặc trƣng liều kế nhiệt huỳnh quang 23 1.7.1 Nhiệt huỳnh quang 23 1.7.2 Một số liều kế nhiệt phát quang sử dụng đo liều xạ ion... chip 2.2.4 Đặt liều kế nhiệt huỳnh quang TLD-100 địa điểm nghiên cứu Để thử nghiệm đo liều xạ gamma môi trƣờng, sử dụng 22 mẫu bao gồm 88 chíp TLD-100 để làm liều kế nhiệt huỳnh quang bố trí đặt