Nghiên cứu sự vận chuyển của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo từ đất sang cây rau và cây chè bằng kỹ thuật hạt nhân hiện đại TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ …………***………… HỒNG HỮU ĐỨC NGHIÊN CỨU SỰ VẬN CHUYỂN CỦA MỘT SỐ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO TỪ ĐẤT SANG CÂY RAU VÀ CÂY CHÈ BẰNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân Mã số: 9440106 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Hà Nội - 2021 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàm lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: TS Phan Việt Cương Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Bùi Văn Loát Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … …’, ngày … tháng … năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Con người tránh khỏi ảnh hưởng xạ phát từ đồng vị phóng xạ tự nhiên 40K, 137 Cs, 131 U, nhân tạo 238 I, Các đồng vị phóng xạ tồn môi trường đất nhiều cách khác trồng hấp thụ Sau chúng vào thể người thơng qua chuỗi thức ăn gây mối nguy hiểm tiềm tàng cho sức khỏe Để đánh giá q trình vận chuyển đồng phóng xạ từ đất sang thực vật, hệ số vận chuyển (TF) sử dụng Hệ số định nghĩa tỉ số hàm lượng đồng vị tính cho đơn vị khối lượng mẫu thực vật khô so với hàm lượng đồng vị đơn vị khối lượng mẫu đất khơ vị trí trồng Trong 50 năm qua, IAEA hỗ trợ việc nghiên cứu trình vận chuyển chúng môi trường, đặc biệt từ đất sang thực vật Mặc dù nghiên cứu thu nhiều số liệu thực tế số lượng nhân phóng xạ xem xét bị hạn chế Hơn nữa, có số nhóm đất - thực vật quan tâm mức độ bao phủ vị trí địa lý tồn giới không đáng kể Ở Việt Nam, năm gần có số nghiên cứu lĩnh vực này, nhiên cơng trình cịn hạn chế Trong khn khổ luận án này, đồng vị phóng xạ tự nhiên 238 U, Th, 40K với hạt nhân phóng xạ nhân tạo 137Cs lựa 232 chọn để nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án - Nghiên cứu, xây dựng phương pháp phân tích phổ gamma - Xây dựng số liệu hệ số TF đồng vị phóng xạ 238U, Th 40K số loại rau xanh quần đảo Trường Sa Xây 232 dựng số liệu hệ số TF đồng vị phóng xạ 238U, 232Th, 40K 137Cs chè Nơng trường chè Lương Mỹ, Hịa Bình xác định ảnh hưởng đồng vị phóng xạ tự nhiên đến đồng vị phóng xạ nhân tạo 137Cs trình vận chuyển từ đất lên trồng Các nội dung nghiên cứu luận án - Tổng quan đồng vị phóng xạ mơi trường trình vận chuyển từ đất sang thực vật Lựa chọn phương pháp đối tượng (đất, thực vật) thích hợp để nghiên cứu - Nghiên cứu, xây dựng phương pháp phân tích sử dụng đường cong hiệu suất nội điểm hiệu suất tuyệt đối phương pháp phân tích phổ gamma - Thực phân tích mẫu phép hiệu tinh tế nhằm nâng cao độ xác phép phân tích phổ gamma - Phân tích số liệu, xác định hệ số vận chuyển đồng vị phóng xạ từ đất sang thực vật lựa chọn Đánh giá khả ảnh hưởng lẫn đồng vị phóng xạ trình vận chuyển lên CHƯƠNG TỔNG QUAN PHĨNG XẠ TRONG MƠI TRƯỜNG VÀ SỰ VẬN CHUYỂN PHÓNG XẠ ĐÂT - THỰC VẬT 1.1 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên 1.1.1 Các nhân phóng xạ tự nhiên đơn lẻ Các nhân phóng xạ tự nhiên đơn lẻ bao gồm nhân phóng xạ hình thành tương tác tia vũ trụ với vật chất bầu khí nhân phóng xạ ngun thủy có chu kỳ bán hủy đủ dài khơng thuộc ba họ phóng xạ Urani, Thori Actini 1.1.2 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên Ngồi hạt nhân phóng xạ đơn lẻ nói trên, tự nhiên cịn có hạt nhân phóng xạ thuộc ba chuỗi phóng xạ Urani, Thori Actini Chuỗi urani bắt nguồn từ 238U kết thúc đồng vị bền 206Pb, chuỗi thori bắt đầu với 232Th kết thúc với đồng vị bền 208Pb, chuỗi actini bắt nguồn từ 235U, kết thúc chuỗi actini đồng vị bền 207Pb 1.2 Các đồng vị phóng xạ nhân tạo Cho đến nay, có khoảng 350 hạt nhân phóng xạ nhân tạo phát môi trường Tuy nhiên cịn tồn đọng lại mơi trường chủ yếu 137Cs, 90Sr, 14C, 3H đồng vị Pu 1.3 Đặc tính phân bố đồng vị phóng xạ đất 1.3.1 Đặc tính riêng hạt nhân phóng xạ với nhiễm mơi trường Đặc điểm để đánh giá ảnh hưởng môi trường hạt nhân phóng xạ chu kỳ bán rã, hoạt độ phóng xạ loại xạ 1.3.2 Đặc trưng hóa lý phân bố đồng vị phóng xạ 238U, Th, 40K 137Cs đất 232 Sự thay đổi trạng thái đồng vị phóng xạ đất phụ thuộc vào tính chất vật lý, hóa học đất, phụ thuộc vào quần thể sinh vật đất yếu tố mơi trường khác Cs hấp phụ mạnh mẽ đất có chứa khống sét, đặc biệt khoáng sét giống mica Đối với Urani, tính di động, tính khả dụng sinh học độc tính U bị chi phối yếu tố dạng hóa học động học đất Trong hầu hết môi trường đất, Th tồn trạng thái ơxy hố 4+ 6+ K+ chất dinh dưỡng phong phú thực vật có mặt hầu hết loại đất Nhiều nghiên cứu rằng, đồng vị U, Th K phân bố đồng tầng đất, Cs chủ yếu tập trung lớp đất - 30 cm 1.4 Sự hấp thụ đồng vị phóng xạ thực vật Đối với hệ sinh thái cạn, q trình hấp thu khống chất đồng vị phóng xạ chủ yếu từ rễ 1.4.1 Hệ số vận chuyển TF Hệ số vận chuyển định nghĩa là: TF = Cthv/Cđ (1.2) Trong đó: Cthv hoạt độ phóng xạ (Bq/kg khơ) Cđ hoạt độ phóng xạ đất (Bq/kg khô) 1.4.2 Sự hấp thụ 238U thực vật Sự hấp thu urani thực vật thường lớn so với thori, poloni có xu hướng tích tụ đặc biệt lồi lấy Theo IUR (1994), giá trị TF uranium số loại cỏ khu vực Địa Trung Hải khoảng 0,0023 đến 0,23 Nhiều nghiên cứu mối tương quan tích cực urani với phốt canxi rau ăn 1.4.3 Sự hấp thụ 232Th thực vật Thori thường coi bất động đất bám chặt vào đất, thực vật khó hấp thụ Thori có hàm lượng lớn đất Giá trị TF thori với cỏ xạ hương xung quanh mỏ quặng thori trung bình 0,011, với phạm vi từ 0,0011 đến 0,11 1.4.4 Sự hấp thụ 40K thực vật Sự hấp thụ K loài khác Hệ số TF cho thảm thực vật số khu vực thuộc Đại Tây Dương có giá trị khoảng 0,9 đến 13,8 Nói chung, TF cho 40K biến đổi khoảng rộng, phụ thuộc nhiều vào loài thực vật nồng độ 40K đất 1.4.5 Sự hấp thụ 137Cs thực vật Quá trình vận chuyển Cs từ đất sang thực vật q trình phức tạp có nhiều thơng số liên quan Đất sét chất hữu đóng vai trị quan trọng, ảnh hưởng đến sẵn có Cs đất, ảnh hưởng đến trình vận chuyển vào thảm thực vật Năm 1989, IUR công bố giá trị TF cỏ trồng đất sét (loam, pH 6), cát (pH 5) than bùn (pH 4) 1,1.10-1; 2,4.10-1 5,3.10-1, cho thấy đất sét chất hữu có tác động đến TF Giá trị TF đất sét 1,1.10-1, cỏ trồng đất chứa nhiều chất hữu (than bùn) có hệ số TF lớn nhiều 5,3.10-1 Nhiều nghiên cứu có cạnh tranh hấp thu lên thực vật 40K 137Cs Để đánh giá cạnh tranh này, hệ số phân biệt DF đề xuất sau: DF = (CCs-thv/CK-thv)/(CCs-đ/CK-đ) (1.3) Trong CCs-thv, CK-thv hoạt độ đồng vị Cs, K cây, CCs-đ, CK-đ hoạt độ đồng vị Cs, K đất Giá trị DF