Xác định hoạt độ radium trong mẫu môi trường bằng đỉnh 186 kev

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trịnh Thị Minh Nguyệt XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ RADIUM TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG ĐỈNH 186 keV LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trịnh Thị Minh Nguyệt XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ RADIUM TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG ĐỈNH 186 keV Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số: 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ CÔNG HẢO Thành phố Hồ Chí Minh – 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn, học viên nhận nhiều giúp đỡ Học viên xin chân thành gửi lời cảm ơn tới: - TS Lê Công Hảo – Thầy hướng dẫn khoa học cho luận văn Thầy nhiệt tình hướng dẫn, đưa lời khuyên, ý tưởng thực cho luận văn chỉnh sửa để luận văn hồn thành - TS Trần Thiện Thanh – Thầy nhiệt tình hướng dẫn góp ý cho luận văn - Q Thầy Cơ hội đồng khoa học dành thời gian đọc góp ý để luận văn hồn chỉnh - Q Thầy Cơ khoa Vật lí – Trường ĐH Sư phạm Tp.HCM giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho học viên từ bậc đại học đến - Bộ mơn Vật lí hạt nhân – Kĩ thuật hạt nhân, phịng thí nghiệm Kĩ thuật hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Tp.HCM hỗ trợ trang thiết bị cho thí nghiệm luận văn - ThS Nguyễn Huỳnh Phong Thu hướng dẫn sử dụng máy móc hỗ trợ quy trình phân tích phổ alpha luận văn - Phạm Việt Dũng Lê Thúy Ngân giúp đỡ q trình hồn chỉnh luận văn - Bạn bè gia đình động viên, tạo điều kiện giúp đỡ học viên suốt trình thực luận văn ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Cơ quan lượng nguyên tử IAEA International Atomic Energy Agency HPGe High – Purity Germanium FWHM Full Width at half maximum ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi MCA Multichannel Analyzer Máy phân tích đa kênh Quốc tế Đầu dị Germanium siêu tinh khiết Bề rộng nửa chiều cao đỉnh phổ iii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ STT Hình Nội dung Trang 1.1 Chuỗi phân rã phóng xạ 238U 2.1 Hệ phổ kế gamma GC3520 sử dụng đầu dò HPGe 11 2.2 Giao diện chương trình GENIE – 2000 12 3.1 Hộp đựng mẫu 19 3.2 Phổ phông đo 86400 giây hệ GC3520 22 3.3 Phổ 238U mẫu chuẩn RGU-1 đo hệ phổ kế 23 GC3520 86400 giây 3.4 Phổ gamma mẫu M2 đo hệ phổ kế GC3520 24 86400 giây 3.5 Quy trình tạo đĩa MnO 29 3.6 Đĩa trước ngâm KMnO 31 10 3.7 Đĩa sau ngâm KMnO 31 11 3.8 Quy trình hấp thụ 226Ra đĩa MnO 31 12 3.9 Máy khuấy từ 32 13 3.10 Chiều quay dung dịch 32 14 3.11 Buồng đặt đĩa MnO 33 15 3.12 Khay đặt đĩa MnO 33 16 3.13 Phổ alpha mẫu M2 34 iv DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Nội dung Trang 3.1 Thời gian đo khối lượng mẫu chuẩn 20 3.2 Thời gian đo khối lượng mẫu phân tích 21 3.3 Các đỉnh lượng chuỗi 238U 21 3.4 Giá trị lượng hiệu suất mẫu chuẩn 26 3.5 Hiệu suất đỉnh lượng 26 3.6 Hoạt độ phóng xạ 226Ra phương pháp tuyệt đối hệ 27 HPGe với mẫu M2 đo trực tiếp sử dụng đỉnh 186 keV 3.7 Hoạt độ phóng xạ Ra phương pháp tuyệt đối hệ 226 27 HPGe với mẫu M2 thông qua cháu (214Pb 214Bi) 3.8 Hoạt độ Ra mẫu phân tích phương pháp 226 28 tuyệt đối đo trực tiếp sử dụng đỉnh 186 keV 3.9 Hoạt độ Ra mẫu phân tích phương pháp 226 28 tuyệt đối thông qua cháu (214Pb 214Bi) 10 3.10 Hiệu suất hấp thụ 226Ra đĩa MnO 33 11 3.11 Kết phân tích hoạt độ 226Ra mẫu 34 12 3.12 Độ sai biệt hoạt độ phương pháp trực tiếp đỉnh 186 35 keV phương pháp gián tiếp thông qua cháu (214Bi 214 Pb) hoạt độ 226Ra mẫu 13 3.13 Độ sai biệt phương pháp trực tiếp đỉnh 186 keV phân tích alpha hoạt độ 226Ra mẫu M2 35 v MỤC LỤC Lời cảm ơn i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ii Danh mục hình vẽ đồ thị iii Danh mục bảng iv Mục lục v MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Phóng xạ mơi trường 1.1.1 Phóng xạ nguyên thủy 1.1.2 Phóng xạ từ vũ trụ 1.1.3 Phóng xạ nhân tạo 1.2 Chuỗi phân rã uranium đồng vị 226Ra 1.2.1 Khái quát chuỗi uranium 1.2.2 226Ra môi trường 1.2.3 Đặc tính hóa lý radium 1.2.4 Ảnh hưởng 226Ra lên sức khỏe người 1.3 Nhận xét chương Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 10 2.2 Hệ phổ kế gamma đầu dò HPGe 10 2.2.1 Đầu dò 11 2.2.2 Buồng chì giảm phơng phóng xạ 12 2.3 Phần mềm phân tích phổ 12 2.4 Các phương pháp phổ biến xác định hoạt độ 226Ra mẫu môi trường 13 2.5 Phương pháp tính tốn số liệu thực nghiệm 13 2.5.1 Phương pháp tương đối 13 2.5.2 Phương pháp tuyệt đối 15 vi 2.5.3 Phương pháp phân tích phổ alpha 17 2.6 Nhận xét chương 18 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 19 3.1 Chuẩn bị mẫu 19 3.1.1 Hình học mẫu 19 3.1.2 Mẫu chuẩn 19 3.1.3 Mẫu phân tích 20 3.2 Phổ mẫu chuẩn mẫu phân tích 22 3.2.1 Phổ phông 22 3.2.2 Phổ mẫu chuẩn 22 3.2.3 Phổ mẫu phân tích 23 3.3 Các kết thảo luận 24 3.5 Phân tích phổ alpha 28 3.2.1 Quy trình hủy mẫu 28 3.2.2 Quy trình tạo đĩa MnO hấp thụ 226Ra 29 3.2.3 Quy trình hấp thụ 226Ra đĩa MnO 31 3.2.4 Hiệu suất hấp thụ 226Ra đĩa MnO 33 3.2.5 Phổ alpha hoạt độ mẫu 34 3.3 So sánh kết 34 3.4 Nhận xét chương 35 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 41 MỞ ĐẦU Thế giới sống chứa nhiều chất phóng xạ, bao gồm chất phóng xạ tự nhiên (được sinh đồng vị xạ chứa đất, đá, nước, khơng khí…v.v…) chất phóng xạ nhân tạo (được sinh từ phát triển khoa học công nghệ công nghệ hạt nhân) Tác động phóng xạ mơi trường lên thể người ban đầu không nhận biết lại gây hậu nghiêm trọng sau Vì thế, phóng xạ môi trường số chất lượng môi trường quan trọng, quan tâm đặc biệt Uranium cháu nguyên tố phóng xạ chiếm phần lớn mơi trường, có mặt hầu hết loại đất đá, khoáng sản Đồng vị đáng ý chuỗi phân rã 238U 226Ra có chu kì bán rã dài (1600 năm), có độc tính phóng xạ cao giá trị hoạt độ 226Ra sử dụng nhiều đánh giá an tồn phóng xạ [16] Có hai phương pháp khác sử dụng để xác định hoạt độ 226 Ra mẫu môi trường phương pháp gián tiếp phương pháp trực tiếp [16] Phương pháp gián tiếp phương pháp xác định hoạt độ 222 Rn (214Bi 214 226 Ra thông qua cháu Pb) phải nhốt mẫu thời gian 30 ngày để đạt cân 222Rn 226Ra Đây kỹ thuật sử dụng rộng rãi việc xác định hoạt độ Ra phương pháp phổ gamma Tuy nhiên, phương pháp đòi hỏi quy 226 trình chuẩn bị mẫu phức tạp, nhốt mẫu địi hỏi hộp đựng mẫu phải kín cho khơng có rị rỉ khuếch tán 222 Rn bên Thực tế, 222 Rn chất khí nên khó kiểm sốt việc này, địi hỏi có phương pháp khác khả thi hơn, phương pháp trực tiếp Phương pháp trực tiếp xác định hoạt độ Ra trực tiếp đỉnh 186 keV, 226 khơng địi hỏi việc chuẩn bị mẫu phức tạp có nghĩa hộp đựng mẫu khơng phải kín, khơng cần phải nhốt mẫu chặt chẽ phương pháp đo mà khơng phải nhốt mẫu khoảng thời gian 30 ngày Đã có nhiều cơng trình khoa học cơng bố tạp chí khoa học quốc tế nước ứng dụng xác định hoạt độ phóng xạ phương pháp trực tiếp vào việc xác định hoạt độ mẫu đất, đá, nước chất liệu khác Điển năm 1991, A Martinez Lobo cộng [15] trình bày nghiên cứu việc xác định trực tiếp hoạt độ 226Ra mẫu đất quặng Uranium phân tích FUA, nhà máy Uranium cũ miền Nam Tây Ban Nha, hệ phổ kế gamma Nhà máy hoạt động từ năm 1959 – 1981, sản xuất khoảng 1,2 triệu quặng uranium từ mỏ Tây Ban Nha Năm 2006, J Justo cộng [13] trình bày nghiên cứu việc xác định trực tiếp hoạt độ 226 Ra mẫu đất từ Bắc tới Nam đất nước Brazil, vĩ tuyến 200 Nam, hệ phổ kế gamma Nhóm xác định hoạt độ 226 Ra mẫu đất có giá trị từ Bq/kg đến 218 Bq/kg Năm 2008, Y F Lasheen cộng [14] trình bày nghiên cứu việc xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ khác mẫu nước bề mặt kênh đào Suez, hệ phổ kế gamma Gần năm 2014, Péter V̈ olgyesi cộng [16] trình bày nghiên cứu việc sử dụng đỉnh 186 keV để xác định hoạt độ 226 Ra mẫu xỉ than Hungary, phổ kế gamma Nhóm xác định hoạt độ 226 Ra mẫu Ajka có giá trị từ 227 ± 11 Bq/kg đến 3152 ± 144 Bq/kg, mẫu Budapest có giá trị từ 98 ± Bq/kg đến 553 ± 25 Bq/kg Từ đó, chúng tơi chọn đề tài: “Xác định hoạt độ radium mẫu môi trường đỉnh 186 keV” Nội dung luận văn trình bày chương bao gồm: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Trình bày tổng quan phóng xạ mơi trường, chuỗi phân rã Uranium đồng vị phóng xạ 226Ra Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Trịnh Thị Minh Nguyệt XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ RADIUM TRONG MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG ĐỈNH 186 keV Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã... Kết phân tích hoạt độ 226Ra mẫu 34 12 3.12 Độ sai biệt hoạt độ phương pháp trực tiếp đỉnh 186 35 keV phương pháp gián tiếp thông qua cháu (214Bi 214 Pb) hoạt độ 226Ra mẫu 13 3.13 Độ sai biệt phương... tơi chọn đề tài: ? ?Xác định hoạt độ radium mẫu môi trường đỉnh 186 keV? ?? Nội dung luận văn trình bày chương bao gồm: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Trình bày tổng quan phóng xạ mơi trường, chuỗi phân