Hiện trạng môi trường phóng xạ khu vực huyện đồng văn tỉnh hà giang

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 131-139 Hiện trạng mơi trường phóng xạ khu vực huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang Đặng Thị Phương Thảo1, Nguyễn Thùy Dương1,*, Nguyễn Thị Ánh Nguyệt1, Nguyễn Văn Hướng1, Arndt Schimmelmann2 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Indiana, Hoa Kỳ Nhận ngày 09 tháng năm 2016 Chỉnh sửa ngày 31 tháng năm 2016; chấp nhận đăng ngày 28 tháng 10 năm 2016 Tóm tắt: Nghiên cứu trình bày trạng kiểu phóng xạ tự nhiên mơi trường nhà môi trường làm việc người dân khu vực huyện Đồng Văn, tỉnh Hà Giang thông qua nồng độ khí radon (222Rn 220Rn) khơng khí Người dân địa phương có tập qn canh tác thung lũng, hố sụt karst sống nhà trình tường, kiểu nhà kín, ẩm thấp, lưu thơng khơng khí Kết khảo sát cho thấy khơng khí hố sụt lịng chảo karst có nồng độ 222 Rn dao động từ 30 - 98 Bq m-3 nồng độ 220Rn dao động 37 - 406 Bq m-3, tương ứng với tổng liều chiếu 0,6 - mSv năm-1, cao - lần giới hạn liều chiếu theo khuyến cáo IAEA (1996) Mơi trường khơng khí nhà trình tường truyền thống có nồng độ 222Rn - 101 Bq m-3 220Rn 86 - 535 Bq m-3, tương ứng với tổng liều chiếu 9,6 - 45,4 mSv năm-1, cao gấp - 45 lần giới hạn liều IAEA khuyến cáo Đối sánh nồng độ khí radon nhà trình tường với nhà xây vật liệu đại (gạch nung, sắt thép, bê tông, tường vôi xi măng) cho thấy nồng độ 222Rn (0 - 115 Bq m-3) 220Rn (0 - 37 Bq m-3) nhà xây vật liệu đại thuộc ngưỡng an toàn so với quy chuẩn phóng xạ nhà 200 Bq m-3 (QCVN 7889:2008) 150 Bq m-3 (EPA, 2003) 222Rn; nồng độ tương ứng với tổng liều chiếu - 6,2 mSv năm-1, cao tới lần giới hạn liều chiếu (IAEA) Nhìn chung, nồng độ tổng liều chiếu khí radon (222Rn 220Rn) với mơi trường nhà khu vực huyện Đồng Văn tương đối cao, đặc biệt nhà trình tường truyền thống Từ khóa: Đồng Văn, phóng xạ, radon, thoron, liều chiếu Mở đầu * radon có mặt khắp nơi mơi trường sống (khơng khí, nước đất…), gồm chủ yếu ba đồng vị phóng xạ 222Rn (chu kỳ bán rã 3,83 ngày), 220Rn (chu kỳ bán rã 55,6 giây) 219Rn (chu kỳ bán rã 3,96 giây) Radon tác động trực tiếp đến sức khỏe người qua đường hô hấp, phụ thuộc vào chu kỳ bán rã: 222Rn dễ dàng vào thể người quay ngược lại mơi trường khơng khí qua đường hơ hấp; 220Rn khó quay ngược trở lại môi trường Theo thống kê Hiệp hội hạt nhân giới năm 2016 [1], 42% lượng xạ tự nhiên xuất bề mặt Trái đất tác động trực tiếp đến người có nguồn gốc từ khí radon sản phẩm phân rã Khí _ * Tác giả liên hệ ĐT.: 84-912109555 Email: duongnt_minerals@vnu.edu.vn 131 132 Ð.T.P Thảo nnk / Tạp chí Khoa học ÐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 131-139 khơng khí bị hít vào thể; 219Rn khó tiếp cận đến người Khi vào đến hệ hơ hấp, khí radon sản phẩm phân rã dạng rắn (như poloni (Po), chì (Pb) bismuth (Bi) có xu hướng cư trú phế quản, phổi phát hạt alpha mang lượng lớn gây tổn hại đến ADN, phá hủy tế bào [1] Khi nghiên cứu ảnh hưởng khí radon mơi trường khơng khí, đồng vị 219Rn thường bỏ qua thời gian tồn q ngắn, có hội tác động đến người, đồng vị 222Rn 220Rn xem nguyên nhân gây xạ phóng xạ tự nhiên Trên giới Việt Nam, nghiên cứu đánh giá xạ phóng xạ mơi trường làm việc nhà ý thực nhằm bảo vệ người trước tác động phóng xạ không cảm nhận [2-7] Đồng Văn bốn huyện thuộc địa bàn Cao nguyên đá Đồng Văn, nằm vùng cao phía bắc tỉnh Hà Giang Nơi địa điểm cư trú nhiều dân tộc thiểu số với đa dạng phong tục, tập quán trồng ngô hốc đá tai mèo, canh tác thung lũng làm nhà trình tường [8] Gần đây, Đồng Văn địa điểm du lịch hấp dẫn với cảnh quan địa hình karst kỳ vĩ hệ thống hang động đá vôi Tuy nhiên địa hình karst hiểm trở, chia cắt mạnh, với nhiều hệ thống đứt gãy xuất thung lũng, hố sụt núi thích hợp cho loại khí sâu, có khí radon, di chuyển lên bề mặt Trái đất Đặc biệt, hang động hố sụt karst thường mơi trường kín, có lưu thơng khơng khí, khí từ sâu khuếch tán lên mặt đất tập trung với nồng độ cao Sự phổ biến địa hình karst cao nguyên đá Đồng Văn cộng với kinh tế nơng nghiệp chủ đạo với thói quen tập trung sinh sống canh tác, trồng trọt thung lũng karst (Hình 1) khiến cư dân địa phương có khả cao bị ảnh hưởng khí từ sâu Một điểm đến thiếu đến Cao nguyên đá Đồng Văn thị trấn Đồng Văn Thị trấn nằm lòng chảo karst, bao quanh khối núi đá vôi Trung tâm thị trấn tiếng với Phố Cổ Đồng Văn, nơi tập trung gần toàn nét đặc trưng văn hóa, lối sống phong tục cư dân Cao nguyên đá Đa số nhà khu vực Phố Cổ nhà trình tường, có đặc điểm tường nhà dày, làm đất với hàng cột gỗ lớn, có hai tầng, mái lợp ngói kết cấu vỉ kèo gỗ chắn (Hình 2) Tuy nhiên, nhà trình tường thường có mái thấp, cửa vào khơng cao có cửa sổ Đặc điểm thuận lợi cho khí đất khí phóng xạ giải phóng, tập trung gây tác động đến người Nghiên cứu thực nhằm đánh giá trạng mơi trường phóng xạ nhà nơi làm việc huyện Đồng Văn nồng độ khí radon kiểu nhà hố sụt karst, nơi người dân sinh sống sản xuất O H i Hình Thung lũng xã Lũng Cú (trái) xã Thài Phìn Tủng (phải) nơi người dân sinh sống canh tác nông nghiệp Ð.T.P Thảo nnk / Tạp chí Khoa học ÐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 131-139 133 Hình Nhà trình tường xã Sảng Tủng (trái) xã Sủng Là (phải), huyện Đồng Văn b Phương pháp đo nồng độ radon Nồng độ khí phóng xạ radon (222Rn 220 Rn) xác định thiết bị di động trường quang phổ-α Sarad RTM® 2200 (CHLB Đức) Tại hố sụt, nồng độ khí radon đo vị trí cách mặt đất ~ m, môi trường nhà ở, nồng độ khí radon đo vị trí cách mặt đất tường nhà ~ 0,3 m Mỗi điểm đo lặp lại tối thiểu lần Máy hút khí trực tiếp từ mơi trường, đưa dịng khí chạy qua cảm biến, đo xạ hạt alpha cho kết hiển thị nồng độ khí phóng xạ hình Máy có ưu điểm gọn, nhẹ, dễ di chuyển q trình đo đạc Máy có độ nhạy lớn không bị ảnh hưởng độ ẩm môi trường xung quanh Thẻ nhớ SD máy cho phép lưu trữ lượng liệu lớn, liệu ghi với tọa độ GPS riêng có cổng USB để kết nối với máy tính xuất liệu [10] Vị trí phương pháp nghiên cứu a Vị trí nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành khảo sát nồng độ radon hố sụt cụm dân cư, gồm khu Phố Cổ (thị trấn Đồng Văn) Làng văn hóa Lũng Cẩm (xã Sủng Là), thuộc địa bàn huyện Đồng Văn Các hố sụt kí hiệu từ S1 đến S7 (Hình 3), theo ghi nhận hố sụt nơi canh tác số loại rau, hoa màu số loại cỏ phục vụ chăn nuôi gia súc người dân địa phương (Hình 4) Nhà người dân địa phương lựa chọn xác định nồng độ khí radon làm từ nhiều loại vật liệu khác chia thành nhóm: (1) nhóm cơng trình truyền thống gồm nhà trình tường truyền thống nhà xây gạch đất ép đá vôi ép khơng nung (N1 - N4); (2) nhóm cơng trình đại gồm nhà xây gạch nung, bê tông, cốt thép, vôi, vữa, xi măng, lợp tôn…(N5 - N13) H B Mơi trường Kí hiệu Trong nhà N1-9 Phố Vị trí Cổ Đồng Văn N10-13 Làng văn hóa Lũng Cẩm Nơi làm việc S1 S2 S3 Hố sụt đối Thung Hố sụt diện trường lũng cạnh trước cửa DTNT* hang hang Ma Đồng Văn Rồng Lé (* DTNT: Dân tộc nội trú) S4-6 Hố sụt thôn Mỏ Lộng S7 Thung lũng dọc quốc lộ 4C, xã Thài Phìn Tủng 134 Ð.T.P Thảo nnk / Tạp chí Khoa học ÐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 131-139 Hình Sơ đồ vị trí hố sụt cụm dân cư nghiên cứu thể địa chất khu vực Đồng Văn [9] Hình Hố sụt gần trường DTNT huyện Đồng Văn (trái - S1) hố sụt trước cửa hang Ma Lé (phải - S3) thể nguyên nhân dẫn đến nguy mắc bệnh ung thư phổi [1] Để đánh giá ảnh hưởng khí radon đến thể người, nghiên cứu sử dụng cơng thức tính liều chiếu UNSCEAR (2000) [11] đề xuất sau: D = {(kRn + nRn × FRn) × CRn + (kTn + nTn × FTn) × CTn} × H Trong đó, giá trị hệ số cơng thức giải thích sau: c Phương pháp xác định liều chiếu Trong trình phân rã, 222Rn 220Rn phát hạt alpha mang lượng lớn lại có khả đâm xun (hạt alpha khơng đâm xuyên qua tờ giấy) chúng giải phóng lượng nhanh Điều đồng nghĩa với việc hạt alpha dễ dàng bị da lớp biểu bì ngăn cản, khó gây liều chiếu từ bên ngồi thể Tuy nhiên, hạt alpha xâm nhập vào thể qua đường hô hấp, chúng gây liều chiếu trong, phá hủy tế bào bên H Tham số k n F H C D Trong nhà Rn 220Rn 0,17 0,11 40 0,4 0,3 7000 222 Hệ số hòa tan vào máu Hệ số chuyển đổi liều chiếu hít vào thể (nSv/(Bq h m-3)) Hệ số cân tương đương Thời gian tiếp xúc trung bình theo năm (h) Nồng độ radon xác định (Bq m-3) Liều chiếu hô hấp (mSv năm-1) (222Rn kí hiệu Rn 220Rn kí hiệu Tn) Ngồi trời Rn 220Rn 0,17 0,11 40 0,6 0,1 2000 222 Ð.T.P Thảo nnk / Tạp chí Khoa học ÐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 32, Số 2S (2016) 131-139 Hiện trạng mơi trường phóng xạ huyện Đồng Văn a Môi trường làm việc hố sụt karst Nồng độ khí radon (222Rn 220Rn) hố sụt trình bày Bảng Hiện chưa có tiêu chuẩn thức nồng độ khí phóng xạ mơi trường ngồi trời, UNSCEAR (1993) [11] cơng bố nồng độ 220Rn ngồi trời trung bình 10 Bq m-3, nhiên 222Rn có thời gian tồn lâu khơng khí giá trị dao động khoảng 100 Bq m-3 [11] Nồng độ 222Rn hố sụt đo dao động từ 30 Bq m-3 đến 100 Bq m-3, giá trị khơng vượt q giá trị trung bình 100 Bq m-3 [11] Tuy nhiên, nồng độ 220Rn có giá trị cao, gấp đến 13 lần nồng độ trung bình 10 Bq m-3 [11], chí cao gấp 40 lần, hố sụt S1 (Bảng Hình 5) Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế [12] quy định liều chiếu giới hạn người mSv năm-1 Trong trường hợp đặc biệt, liều hiệu dụng tăng tới mSv cho năm riêng lẻ, trung bình năm liên tục không vượt mSv năm Tổng liều chiếu 220Rn 222Rn gây 0,6 - mSv năm-1, cao liều chiếu giới hạn - lần (Hình 6) b Mơi trường nhà Nồng độ liều chiếu gây hít khí 222 Rn, 220Rn mơi trường nhà trình bày Bảng Theo TCVN 7889:2008 [13] mức hành động nồng độ khí 222Rn tự nhiên nhà >200 Bq m-3, mức khuyến cáo nhà sử dụng