Đang tải... (xem toàn văn)
T ừ khóa: tritium, đồng vị bền, nước hơi ẩm không khí, đường nước khí tượng.. 1..[r]
(1)TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH TẠP CHÍ KHOA HỌC
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE ISSN:
1859-3100
KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Tập 16, Số (2019): 99-106
NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY Vol 16, No (2019): 99-106
Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vn
TRITIUM VÀ ĐỒNG VỊ BỀN TRONG NƯỚC HƠI ẨM KHƠNG KHÍ KHU VỰC PHÍA NAM VIỆT NAM
Nguyễn Văn Phức*, Nguyễn Kiên Chính, Huỳnh Long, Trần Thị Bích Liên
Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh (CNT)
*Corresponding author: Nguyễn Văn Phức – Email: phucnvphys@gmail.com Ngày nhận bài: 08-01-2019; ngày nhận sửa: 17-4-2019; ngày duyệt đăng: 09-6-2019
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, với mục đích xây dựng phơng phóng xạtritium nước ẩm
khơng khí; đặc trưng thành phần đồng vị bền, nguồn gốc tính chất nước ẩm khơng khí khu vực phía Nam Nước ẩm khơng khí 10 địa điểm khu vực phía Nam hai thời
điểm mùa khô mùa mưa thu thập phân tích hàm lượng tritium, thành phần đồng vị bền Kết cho thấy hàm lượng tritium nước ẩm khơng khí dao động từ2,64 ± 0,55 pCi/L đến 7,34 ± 0,55 pCi/L, giá trịtritium tương đương với hàm lượng tritium nước mưa quan trắc trong khu vực; thành phần đồng vị bền nước ẩm khơng khí có quan hệ tốt với đường nước khí
tượng cho biết nguồn ẩm mang lại khu vực phía Nam chủ yếu từ biển
Từ khóa: tritium, đồng vị bền, nước ẩm khơng khí, đường nước khí tượng
1 Mởđầu
Tritium (3H, T) đồng vị phóng xạ hydro, tritium phân rã ( = 18,6 ), chu kì bán rã 12,32 ± 0,02 năm (4.500 ± ngày) (Lucas & Unterweger, 2000) Tritium tạo khí có nguồn gốc: i) Nguồn gốc tự nhiên ii) từ hoạt động hạt nhân người
i) Nguồn gốc tự nhiên: Tritium sản sinh tự nhiên phản ứng hạt nhân nitrogen tia vũ trụ lượng cao tầng khí Tốc độ sản sinh tritium tựnhiên ước tính khoảng 0,25 nguyên tử/cm3/s, trình tạo từ3,5 đến 4,5 kg tritium Khoảng 55% tritium tạo tầng bình lưu khí (Michel, 2005; Teegarden, 1967) ii) Từ hoạt động hạt nhân người: Tritium sản sinh chủ yếu từ vụ thử vũ khí hạt nhân, rò rỉ từcác sở hạt nhân hoạt động hạt nhân liên quan khác Trong thời gian từ 1953 đến 1963 vụ thử vũ khí hạt nhân làm gia tăng tritium toàn cầu, ước tính khoảng 600 kg tritium đưa vào khí quyển, chủ yếu bên đỉnh tầng đối lưu (Michel, 2005)
(2)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số (2019):99-106
cịn có ý nghĩa việc nghiên cứu bổ cập, tuổi, cân nước ngầm vận động chu trình thủy văn
Đồng vị bền nước, deuterium (2H D) 18O sử dụng thơng dụng nghiên cứu thủy văn Nước khí tượng tồn cầu có quan hệ tuyến tính D 18O (Craig, 1961) Trong giá trị cho phương trình 1:
= −1 × 1000 (1)
Với a tỉ lệ đồng vị (2H/1H hoặc 18O/16O) b tỉ lệ đồng vị mẫu nước biển
trung bình (VSMOW - Vienna Standard Mean Ocean Water)
Quan hệ tuyến tính D 18O gọi đường nước khí tượng giới (GMWL - Global Meteoric Water Line) cho phương trình 2:
= × + 10 (2)
Đường nước khí tượng giới trình bày quan hệ đồng vị trung bình nước khí tượng, giá trị âm đường nước khí tượng kết trình phân đoạn đồng vị Sự phân đoạn đồng vị phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ thấp làm gia tăng phân đoạn đồng vị, điều tìm thấy nơi có cao độ cao
Quá trình mưa ẩm di chuyển vào lục địa nguyên nhân đồng vị nặng Độ lệch so với đường nước khí tượng giới cho biết nguồn gốc ẩm, bay hơi, có tính chất ẩm ướt hay khơ nóng (Hình 1) (McGuire & McDonnell, 2007)
(3)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức tgk
Đánh giá tác động phát tán tritium mơi trường tồn cầu, mạng lưới kết nối đồng vị nước mưa toàn cầu (GNIP) thành lập vào năm 1961 điều hành phận Thủy văn Đồng vị, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) Mạng GNIP quan trắc liệu thủy văn, đồng vị bền (2H, 18O), tritium (3H) nước mưa địa điểm thuộc mạng quan trắc toàn cầu Tại Việt Nam, quan trắc tritium nước mưa thực thường xuyên nhiều năm Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh, tritium ẩm khơng khí quan trắc Hà Nội từnăm 2013, khu vực phía Nam cịn trống số liệu tririum nước ẩm khơng khí Trong nghiên cứu này, cung cấp số liệu tritium đặc trưng thành phần đồng vị nước ẩm 10 vị trí khu vực phía Nam Việt Nam Các liệu sở liệu ban đầu việc đánh giá phơng phóng xạ tritium ẩm khơng khí sở cho nghiên cứu thủy văn, khí tượng
2 Thực nghiệm phương pháp 2.1 Địa điểm thời gian lấy mẫu
Với đặc trưng chế độ gió theo mùa khu vực (mùa khơ mùa mưa), điều kiện địa hình khu vực phía Nam Việt Nam, 10 vị trí lấy mẫu chọn lựa trải tồn khu vực (Hình 2) Mỗi vịtrí lấy mẫu vào thời điểm đặc trưng cho mùa mưa mùa khô Mẫu mùa mưa lấy vào tháng 08 năm 2017, mùa khô lấy vào tháng năm 2018
(4)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số (2019):99-106
2.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích
Mẫu nước ẩm khơng khí lấy phương pháp ngưng tụhơi nước nhiệt độ thấp, sử dụng máy hút ẩm để thu gom mẫu Thể tích mẫu cần cho phân tích hàm lượng tritium tối thiểu 500 mL cho đồng vị bền 50 mL Tổng cộng có 40 mẫu lấy tồn khu vực phía Nam (20 mẫu cho phân tích tritium 20 mẫu cho phân tích đồng vị bền) Các mẫu nước ẩm khơng khí đựng chai nhựa đảm bảo kín nắp, tránh sựbay hơi, dán nhãn, ghi thông số thời gian lấy mẫu, tọa độ, nhiệt độ môi trường, độẩm Tất mẫu đặt thùng lạnh tránh ánh sáng
Q trình phân tích hàm lượng tritium trải qua công đoạn sau: chưng cất mẫu lần đầu; làm giàu tritium phương pháp điện phân; chưng cất mẫu lần cuối; đo hàm lượng tritium máy đo nhấp nháy lỏng (LSC) Sau trình làm giàu từ 500 mL mẫu ban đầu thu 15 mL mẫu cho công đoạn đo máy nhấp nháy lỏng, mẫu phải đảm bảo có pH khoảng 7,0, EC < 30 µS/cm Làm giàu tritium phương pháp điện phân thể phương trình (3), (4), (5), phương trình (3) xảy cực anode, phương trình (4) xảy cực cathode, phương trình (5) tồn trình điện phân
H O → O + 2H + 2e (3)
2H + 2e → H (4)
H O → O + H (5)
Các mẫu phân tích đồng vị bền lọc sạch, mẫu lấy mL cho việc phân tích máy đo tỉ lệđồng vị
3 Kết thảo luận
(5)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức tgk
Hình Quan hệ δ18O δ2H nướchơi ẩm khơng khí
Hình Hình cho thấy có quan hệ thành phần đồng vị bền δ18O nước ẩm khơng khí với nhiệt độ độ ẩm mơi trường Nhiệt độ môi trường cao độ ẩm thấp làm tăng tỉ lệ thành phần đồng vị nặng, nhiệt độ thấp độ ẩm cao làm giảm tỉ lệ thành phần đồng vị nặng
Hình Quan hệδ18O độẩm mơi trường Hình Quan hệδ18O nhiệt độmơi trường
Khơng nhận thấy có quan hệ rõ ràng tritium với độẩm nhiệt độ môi trường (Hình Hình 7), điều trái ngược với thành phần đồng vị bền nước ẩm không khí
R² = 0,34 -12
-10 -8 -6 -4 -2
40 60 80 100
δ
1
8O
(‰
)
Độ ẩm (%)
R² = 0,42 -12
-10 -8 -6 -4 -2
24 26 28 30 32
δ
1
8O
(‰
)
T (°C) -70
-60 -50 -40 -30 -20 -10 10
-12 -10 -8 -6 -4 -2
Mùa khô Mùa mưa δ18O (‰)
δ
D
(
‰
)
GMWL
(6)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số (2019):99-106
Hình Quan hệtritium độẩm mơi trường Hình Quan hệ tritium nhiệt độmơi trường
Hàm lượng tritium đo 20 mẫu nước ẩm khơng khí (Hình 8) cho thấy giá trị tritium ẩm khơng khí vào mùa mưa dao động từ 3,12 ± 0,45 pCi/L đến 6,89 ± 0,45 pCi/L, mùa khô dao động từ 2,64 ± 0,55 pCi/L đến 7,34 ± 0,55 pCi/L Giá trị trung bình tritium mẫu nước ẩm mùa mưa 4,2 ± 0,44 pCi/L, mùa khô 4,3 ± 0,68 pCi/L Hàm lượng tritium ẩm khơng khí gần tương đương với giá trịtritium nước mưa quan trắc khu vực phía Nam Việt Nam Khơng có khác biệt tritium nước ẩm mùa mưa mùa khô, tượng giống tritium nước mưa khu vực ven biển (Tadros, Hughes,Crawford, Hollins, & Chisari, 2014; Ha Lan Anh et al.,2018) Giá trịhàm lượng tritium nước ẩm khơng khí mùa khơ mùa mưa đạt giá trị lớn vị trí P8 (TPHCM), điều có khả bịảnh hưởng hoạt động có liên quan tới người làm gia tăng tritium
R² = 0,009
0
30 50 70 90
Độ ẩm (%)
H m lư ợ n g tr it iu m ( p C i/L )
R² = 0,051
0
25 27 29 31
T (°C) H m lư ợ n g tr iti u m ( p C i/L )
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10
mùa mưa mùa khô
Vị trí lấy mẫu
(7)TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức tgk
4 Kết luận
Hàm lượng tritium nước ẩm khơng khí khu vực phía Nam dao động từ 2,64 ± 0,55 pCi/L đến 7,34 ± 0,55 pCi/L, giá trịtritium tương đương với tritium nước mưa khu vực nghiên cứu Tritium nước ẩm khơng khí khơng bịảnh hưởng nhiệt độvà độẩm môi trường Không nhận thấy khác biệt hàm lượng tritium nước ẩm khơng khí vào mùa mưa mùa khô Các số liệu tritium nước ẩm khơng khí sở liệu phơng phóng xạ tritium khơng khí ban đầu khu vực, có ý nghĩa việc đánh giá phát tán phóng xạ mơi trường khơng khí nước lân cận Việt Nam xây dựng nhà máy điện hạt nhân
Nguồn ẩm mang tới khu vực phía Nam nguồn nước có tính chất ẩm ướt, mang chủ yếu vào từ biển Nước ẩm khơng khí vào mùa khơ giàu thành phần đồng vị nặng mang đến từ nguồn nước sảy trình bay mạnh so với mùa mưa Nhiệt độ cao độ ẩm thấp làm giàu tỉ lệ thành phần đồng vị nặng nước ẩm khơng khí ngược lại
Tuyên bố về quyền lợi: Các tác giả xác nhận hồn tồn khơng có xung đột quyền lợi
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Craig, H (1961) Isotopic Variations in Meteoric Water Science, 133, 1702-1703 doi: 10.1126/science.133.3465.1702
Ha Lan Anh, Vo Thi Anh, Trinh Van Giap, Nguyen Thi Hong Thinh, Tran Khanh Minh,…Vu Hoai (2018) Monitoring of tritium concentration in Hanoi’s precipitation from 2011 to 2016 Journal of Environmental Radioactivity, 192, 143-149
doi: 10.1016/j.jenvrad.2018.06.009
Lucas, L L., & Unterweger, M P (2000) Comprehensive review and critical evaluation of the half-life of tritium. J Res Natl Inst Stand Technol, 105(4), 541-549
doi: 10.6028/jres.105.043
McGuire, K., & McDonnell, J (2007) Stable isotope tracers in watershed hydrology In R Michener, & K Lajtha (Eds.), Stable isotope in ecology and enviromental science ( 335-374) United Kingdom: Blackwell doi: 10.1002/9780470691854.ch11
Michel, R L (2005) Tritium in the hydrologic cycle In P K Aggarwal, J R Gat, &K F O Froehlich (Eds.), Isotopes in the water cycle (53-66) The Netherlands: Springer
doi: 10.1007/1-4020-3023-1_5
Tadros, C V., Hughes, C.E., Crawford, J., Hollins, S E., & Chisari, R (2014) Tritium in Australian precipitation: A 50 year record Journal of Hydrology, 513, 262-273