Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu và phát triển phương pháp phổ gamma xác định tính chất phóng xạ trong mẫu đất trên cả hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe có độ phân giải cao và phổ kế gamma nhấp nháy NaI(Tl). Đưa ra bộ số liệu ban đầu về hoạt độ phóng xạ riêng của 40K, 226Ra và 232Th trong mẫu đất tại 3 tỉnh miền trung Lào, từ đó đánh giá hệ số nguy hiểm do bức xạ từ đất gây ra cho dân cư sống trong khu vực: Hoạt độ Radi tương đương, suất liều hấp thụ trong không khí, liều hiệu dụng chiếu ngoài hàng năm, chỉ số nguy hiểm chiếu ngoài và chỉ số nguy hiểm chiếu trong.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN SOMSAVATH LEUANGTAKOUN NGHIÊN CỨU ỨNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA TỰ NHIÊN ĐÁNH GIÁ TÍNH PHĨNG XẠ ĐẤT ĐÁ TRÊN BỀ MẶT TẠI MIỀN TRUNG NƯỚC LÀO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN SOMSAVATH LEUANGTAKOUN NGHIÊN CỨU ỨNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA TỰ NHIÊN ĐÁNH GIÁ TÍNH PHÓNG XẠ ĐẤT ĐÁ TRÊN BỀ MẶT TẠI MIỀN TRUNG NƯỚC LÀO Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9440130.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Văn Loát TS Phan Việt Cương Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan Luận án cơng trình nghiên cứu riêng tôi, liệu kết nghiên cứu nêu Luận án trung thực chưa người khác công bố cơng trình khác Tác giả SOMSAVATH LEUANGTAKOUN i LỜI CẢM ƠN Bản Luận án hồn thành Bợ môn Vật lý hạt nhân, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN dưới hướng dẫn PGS.TS Bùi Văn Loát TS Phan Việt Cương Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với hai thầy tận tình hướng dẫn, đợng viên, giúp đỡ tác giả suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành Luận án Hoàn thành Luận án này, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Vật lý hạt nhân, Lãnh đạo Khoa Vật lý, Phòng Sau đại học, Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tác giả cám ơn Bộ Giáo dục Đào tạo Việt Nam cấp học bổng Đại sứ quán Lào Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ Nghiên cứu sinh hoàn thành Bản Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới Viện Y học Phóng xạ U bướu Qn đợi, Trung tâm Vật lý hạt nhân Viện Vật lý, Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, Trung tâm Mơi trường Hóa học Quân tạo điều kiện cho Nghiên cứu sinh tiến hành thí nghiệm, phân tích mẫu suốt thời gian làm Luận án Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành Luận án Tác giả SOMSAVATH LEUANGTAKOUN ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ VÀ TÍNH CHẤT PHĨNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT 1.1 Phóng xạ tự nhiên tính chất phóng xạ đất đá 1.1.1 Phông phóng xạ tự nhiên 1.1.2 Hạt nhân phóng xạ tự nhiên bề mặt Trái Đất 1.1.3 Tia vũ trụ 1.1.4 Các dạng phân rã phóng xạ tự nhiên đất đá Hiện tượng chiếm electron 10 1.2 Chuỗi phân rã phóng xạ liên tiếp tượng cân phóng xạ 12 1.2.1 Quy luật phân rã phóng xạ 12 1.2.2 Chuỗi phân rã phóng xạ liên tiếp 13 1.2.3 Hiện tượng cân tạm thời cân bền 13 1.2.4 Ba dãy phóng xạ 238U, 232Th 235U 15 1.3 Các thơng số đánh giá mức đợ nguy hiểm phóng xạ tự nhiên mẫu đất 16 1.3.1 Liều chiếu suất liều chiếu 16 1.3.2 Liều hấp thụ suất liều hấp thụ 17 1.3.3 Các thơng số đánh giá tính phóng xạ đất đá 17 1.4 Tình hình nghiên cứu giới nước 20 1.4.1 Các nghiên cứu Thế giới 20 1.4.2 Các nghiên cứu Việt Nam Lào 26 Tiểu kết Chương 28 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 29 2.1 Hệ phổ kế gamma 29 iii 2.1.1 Sơ đồ khối nguyên tắc hoạt động hệ phổ kế gamma 29 2.1.2 Các đặc trưng phổ kế gamma 31 2.1.2.1 Vài nét tương tác xạ gamma với vật chất 31 2.1.3 Một vài thông số các hệ hệ phổ kế gamma sử dụng Luận án 36 2.2 Phương pháp lấy mẫu xử lý mẫu 41 2.2.1 Về địa lý khu vực nghiên cứu nguyên tắc chọn vị trí lấy mẫu 41 2.2.2 Đặc điểm chung địa chất khu vực nghiên cứu 42 2.2.3 Quy trình lấy mẫu 44 2.2.4 Xử lý mẫu tạo mẫu phân tích 44 2.2.5 Nguồn mẫu chuẩn phóng xạ 45 2.3 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng các đồng vị phóng xạ theo phương pháp phổ gamma 47 2.3.1 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng các đồng vị phóng xạ phổ kế gamma bán dẫn 47 2.3.2 Xác định hoạt độ riêng 238U cân không cân 48 Tiểu kết Chương 54 CHƯƠNG NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG PHÓNG XẠ RIÊNG TRÊN HỆ PHỔ KẾ GAMMA NHẤP NHÁY VÀ BÁN DẪN 29 3.1 Phương pháp ma trận xác định hoạt độ 40K, 226Ra, 232Th mẫu hệ phổ gamma nhấp nháy NaI(Tl) 55 3.1.1 Cơ sở phương pháp 55 3.1.2 Xây dựng phương trình xác định hoạt đợ 40K, 226 Ra 232 Th phổ kế gamma nhấp nháy 57 3.1.3 Phân tích đối chứng với các phòng thí nghiệm uy tín 59 3.2 Phát triển phương pháp chuẩn nội hiệu suất ghi nâng cao đợ xác 59 3.2.1 Đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi 59 3.2.2 Kết hợp sử dụng đường cong hiệu suất ghi tương đối hiệu suất ghi tuyệt đối vạch lượng 1460,82 keV nâng cao đợ xác 62 3.2.3 Xác định hoạt đợ phóng xạ riêng các đồng vị 40K,226Ra 232Th 64 iv 3.2.4 Áp dụng đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi đánh giá trạng thái cân phóng xạ 226Ra 238U 65 3.3 Hiện chỉnh kết đo, đánh giá sai số kết qủa phân tích 68 3.3.1 Hiệu chỉnh sai khác khối lượng mẫu chuẩn mẫu phân tích 68 3.3.2 Cơng thức truyền sai sô 69 3.3.3 Các nguồn gây sai số 69 Tiểu kết Chương 70 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 71 4.1 Hoạt độ phóng xạ riêng 40 K, 226 Ra, 232 Th Radi tương đương mẫu đất 71 4.1.1 Hoạt đợ phóng xạ riêng 40 K, 226 Ra, 232 Th Radi tương đương theo nhóm địa chất 71 4.1.2 Đánh giá đóng góp các đồng vị 40 K, 226 Ra 232 Th vào hoạt độ Radi tương đương 76 4.2 Hoạt đợ phóng xạ riêng 40K, 226 Ra, 232 Th hoạt đợ Radi tương đương theo vị trí địa lý 77 4.2.1 Đặc điểm chung 77 4.2.2 Hoạt đợ phóng xạ riêng 40K 81 4.2.3 Hoạt đợ phóng xạ riêng 226Ra 83 4.2.4 Hoạt độ phóng xạ riêng 232Th 85 4.3 Các hệ số phóng xạ nguy hiểm các đồng vị phóng xạ đất gây 86 4.3.1 Hoạt độ Radi tương đương 88 4.3.2 Suất liều hấp thụ khơng khí bề mặt đất cao m 89 4.3.3 Liều hiệu dụng chiếu hàng năm 89 4.3.4 Các số nguy hiểm chiếu chiếu 89 Tiểu kết Chương 90 KẾT LUẬN 91 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 104 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số đặc trưng dãy phóng xạ tự nhiên Bảng 1.2 Các vạch gamma có cường đợ mạnh lớn các đồng vị phóng xạ dãy phóng xạ tự nhiên phát 11 Bảng 1.3 Hoạt đợ phóng xạ riêng 40K, 226Ra 232Th giới 25 Bảng 2.1 Thông số buồng chì che chắn detector 38 Bảng 2.2 Một số thông số đặc trưng các detector sử dụng Luận án 39 Bảng 2.3a Diện tích dân số số điểm lấy mẫu tỉnh miền trung nước CHDCND Lào 41 Bảng 2.3b Đưa tổng số mẫu chọn theo các nhóm điạ chất 42 Bảng 2.4 Các đặc trưng nguồn chuẩn phóng xạ sử dụng Luận án 45 Bảng 2.5 Hiệu suất ghi tuyệt đốicủa detector các đỉnh đặc trưng 50 Bảng 2.6 Ngưỡng phát hệ phổ kế gamma bán dẫn HPGe Viện Y học Phóng xạ U bướu Quân đội 52 Bảng 2.7a Kết xác định hoạt đợ phóng xạ riêng mẫu chuẩn IAEA 375 53 Bảng 3.1 Vùng cửa sổ lượng đặc trưng cho 40K, 226Ra 232Th 56 Bảng 3.2 Một số thông số mẫu chuẩn dùng để xác định hệ số aik 57 Bảng 3.3 Các kết xác định tỉ só hoạt đợ 214 Pb/214Bi 238 U/214Bi với ba cấu hình khác phương pháp chuẩn nợi hiệu suất ghi 61 Bảng 3.4 Hiệu suất ghi đỉnh hấp thụ toàn phần lượng 1460,8 keV với mật độ mẫu khác 63 Bảng 3.5 Phân tích thử nghiệm mẫu chuẩn thứ cấp TN1 theo đường cong chuẩn nội hiệu suất ghi 65 Bảng 3.6 Kết đánh giá tỷ số hoạt độ 238 U 226Ra một số mẫu địa chất đất 67 Bảng 4.1 Hoạt đợ phóng xạ riêng 40 K, 226 Ra, 232 Th hoạt độ Radi tương đương theo nhóm loại đất 71 Bảng 4.2 Giá trị trung bình dải biến thiên hoạt độ phóng xạ riêng 40K, 226Ra 232 Th hoạt độ Radi tương đương đất đá lấy từ 30 huyện khác tỉnh miền trung Lào 78 vi Bảng 4.3 So sánh hoạt độ phóng xạ riêng 40K, 226Ra 232Th mẫu đất tỉnh miền trung Lào với mẫu đất một số nước giới các tỉnh Việt Nam giáp tỉnh miền trung Lào 82 Bảng 4.4 Các số nguy hiểm mẫu đất miền trung Lào giới 87 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các nguồn gây liều trung bình hàng năm cho người Hình 1.2 Quy luật suy giảm hạt nhân phóng xạ theo thời gian 12 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ phổ kế HPGe 29 Hình 2.2 Quá trình tương tác xạ gamma tinh thể kích thước trung bình hàm phản ứng đầu đo 34 Hình 2.3 Hệ phổ kế gamma nhấp nháy Bộ môn Vật lý hạt nhân 37 Hình 2.4 Đường chuẩn lượng hệ phổ kế gamma nhấp nháy NaI (Tl) dùng Luận án 38 Hình 2.5 Đồ thị mơ tả phụ thuộc bề rộng nửa chiều cao vào lượng hệ phổ kế gamma nhấp nháy NaI(Tl) dùng Luận án 39 Hình 2.6 Hệ phổ kế gamma HPGe CANBERRA 40 Hình 2.7 Bản đồ lấy mẫu đất tỉnh miền trung nước CHDCND Lào 43 Hình 2.8 Mợt số mẫu đất đá nhốt chờ đo phổ 45 Hình 2.9 Các hợp mẫu chuẩn RGU-1, RGTh-1, RGK-1, TN1 TNK1 46 Hình 2.10 Dạng phổ mẫu chuẩn IAEA RGU-1 đo hệ phổ kế HPGe Viện Y học Phóng xạ U bướu Quân đội 24h 50 Hình 2.11 Đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh hấp thụ toàn phẩn hệ phổ kế Viện Y học phóng xạ U bướu Qn đợi 51 Hình 3.1 Vùng cửa sổ lượng đặc trưng cho 40K, 226Ra 232Th 56 Hình 3.2 Kết đo hoạt đợ 40K, 226Ra 232Th mẫu TN1 58 Hình 3.3 Đường cong chuẩn nợi hiệu suất ghi dựa các đỉnh gamma 214 Bi với ba cấu hình khác 60 Hình 3.4 Đồ thị mơ tả phụ thuộc hiệu suất ghi tuyệt đối đỉnh lượng 1460,8 keV vào mật độ mẫu đo đối với hệ phổ kế gamma tai Viện Y học Phóng xạ U bướu Qn đợi 64 Hình 4.1 Mối tương quan hoạt đợ phóng xạ riêng 232 Th hoạt độ Radi tương đương 76 Hình 4.2 Biểu đồ hoạt đợ riêng trung bình 40 K, 226 Ra, 232 Th hoạt độ Radi tương đương đất 30 huyện thuộc tỉnh miền trung Lào: a 40K, b 226Ra, viii ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN SOMSAVATH LEUANGTAKOUN NGHIÊN CỨU ỨNG DỰNG PHƯƠNG PHÁP PHỔ GAMMA TỰ NHIÊN ĐÁNH GIÁ TÍNH PHĨNG XẠ ĐẤT ĐÁ TRÊN BỀ MẶT TẠI MIỀN TRUNG NƯỚC LÀO Chuyên ngành: Vật lý... XẠ VÀ TÍNH CHẤT PHÓNG XẠ CỦA VỎ TRÁI ĐẤT 1.1 Phóng xạ tự nhiên tính chất phóng xạ đất đá 1.1.1 Phơng phóng xạ tự nhiên 1.1.2 Hạt nhân phóng xạ tự nhiên bề mặt Trái Đất. .. nhân phóng xạ nguyên thủy có đất bề mặt đóng góp chủ yếu liều chiếu xạ gamma tự nhiên gây mặt đất [94] Hạt nhân phóng xạ tự nhiên 40K, 226Ra, 238U 232Th đất bề mặt gây liều xạ gamma mặt đất