- Sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong một số VLXD điển hình thường được sử dụng tại CHDCND Lào như: xi [r]
(1)HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
SONEXAY XAYHEUNGSY
PHÓNG XẠ TƯ NHIÊN TRONG MỘT SỐ
VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN
TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
HÀ NỘI - 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
(2)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
SONEXAY XAYHEUNGSY
PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG MỘT SỐ
VẬT LIỆU XÂY DỰNG PHỔ BIẾN
TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO
Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử hạt nhân
Mã số
: 9.440106
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS LÊ HỒNG KHIÊM
(3)LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Đây cơng trình nghiên cứu riêng
Các số liệu kết thu luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác
(4)LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành chương trình tiến sĩ viết luận nhận quan tâm giúp đỡ tận tình tổ chức, cá nhân
Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học GS TS Lê Hồng Khiêm hướng dẫn, giúp đỡ bảo tận tình cho tơi suốt trình học tập, làm việc thực luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Vật lý, Học viện khoa học công nghệ tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án
Tôi xin cảm ơn cán trung tâm vật lý hạt nhân, Viện vật lý ln tạo điều kiện tốt để tơi thực việc nghiên cứu khoa học phục vụ cho luận án
Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục Thể thao Lào, Đại sứ quán nước CHDCND Lào Việt Nam, Ban Giám hiệu trường Trường Đại học Quốc gia Lào tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu
Cuối xin bảy tỏ lịng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ, suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án
Hà Nội, ngày 16 tháng năm 2018
Tác giả luận án
(5)MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục
Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng
Danh mục hình ảnh
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG
1.1 Nguồn gốc đồng vị phóng xạ có VLXD
1.1.1 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên
1.1.2 Hiện tượng thất thoát radon 11
1.1.3 Xáo trộn tự nhiên chuỗi phân rã 12
1.2.Ảnh hưởng phóng xạ có VLXD đến sức khỏe người 12
1.3 Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ VLXD giới 16
1.4 Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ vật liệu xây dựng CHDCND Lào 19
CHƯƠNG PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 20
2.1.Cơ sở vật lý ghi nhận xạ gamma detector nhấp nháy bán dẫn 20
2.1.1 Những đặc điểm chung tương tác xạ gamma với vật chất 20
2.1.2 Hiệu ứng quang điện 23
2.1.3 Tán xạ Compton 25
2.1.4 Hiệu ứng tạo cặp electron-positron 27
2.1.5 Hấp thụ gamma vật chất 29
2.2 Cấu trúc nguyên lý làm việc phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy bán dẫn 32
2.3 Detector bán dẫn cấu trúc phổ gamma đo detector bán dẫn 34
(6)2.3.2 Cấu hình detector HPGe 37
2.3.3 Phổ lượng xạ gamma đo detector bán dẫn HPGe 38
2.4 Detector nhấp nháy NaI(Tl) cấu trúc phổ gamma đo detector nhấp NaI (Tl) 41
2.4.1 Cấu tạo detector nhấp nháy NaI(Tl) 41
2.4.2 Phổ lượng gamma đo detector nhấp nháy NaI(Tl) 43
CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 48
3.1 Các khu vực lấy mẫu 48
3.1.1 Thu thập mẫu xi măng 48
3.1.2 Thu thập mẫu đất 51
3.1.3 Thu thập mẫu cát 53
3.1.4 Thu thập mẫu gạch 57
3.2 Xử lý chuẩn bị mẫu để phân tích 57
3.3 Các mẫu chuẩn 59
3.4 Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl) 60
3.5 Phương pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe 67
3.5.1 Phân tích số liệu dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên 67
3.5.2 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên phương pháp tương đối 71
3.6 Đánh giá mức độ nguy hiểm phóng xạ tự nhiên mẫu VLXD 72
3.6.1 Hoạt độ tương đương radium 72
3.6.2 Các số nguy hiểm chiếu xạ chiếu xạ trong 73
3.6.3 Suất liều hấp thụ độ cao 1m 73
3.6.4 Liều hiệu dụng hàng năm 73
CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 74
4.1 Chuẩn lượng 74
4.2 Xây dựng đường cong hiệu suất ghi detector HPGe 75
(7)4.4 Hoạt độ phóng xạ riêng VLXD 79
4.4.1 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe 80
4.4.2 Xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên các mẫu xi măng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) 83
4.4.3 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu đất đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe 85
4.4.4 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu cát đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe 87
4.4.5 Kết phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho mẫu gạch đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe 88
4.5 Đánh giá đại lượng liên quan đến liều lượng học xạ VLXD CHDCND Lào 89
4.5.1 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ xi măng sản xuất CHDCND Lào 89
4.5.2.Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ đất dùng để sản xuất VLXD CHDCND Lào 91
4.5.3 Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ cát xây dựng CHDCND Lào 93
4.5.4.Mức độ nguy hiểm phương diện phóng xạ ghạch xây dựng CHDCND Lào 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 103
(8)DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh
ADC Bộ biến đổi tương tự số Analog-to- Digital converter
AEDE Tương đương liều hiệu dụng năm AnnualEffective Dose quivalent
Bq Phân rã/ giây Becquerel
CHDCND Lao Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Lào
DNA Axit deoxyribonucleic Deoxyribonucleic acid
DR Xuất liều hấp thụ độ cao 1m Gamma Dose Rate
FWHM Độ rộng nửa chiều cao cực đại Full width at half Maximum
GPS Hệ thống định vị toàn cầu Global Position System
Hex Chỉ số nguy hiểm chiếu ngoại External Hazard Index
Hin Chỉ số nguy hiểm chiếu Internal Hazard Index
HPGe Germanium siêu tinh khiết High Pure Germanium
IAEA Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế
International Atomic energy Agency
Raeq Ra tương đương Radium Equivalent
UNSCEAR
Hội đồng tư vấn khoa học Liên Hiệp Quốc ảnh hưởng bứcxạ nguyên tử
United Nations Scientific Committee on the Effects of AtomicRadiation
(9)DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Phóng xạ tự nhiên xi măng Portland số nước 16
Bảng 1.2 Phóng xạ tự nhiên số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất cát số nước 17
Bảng 1.3 Hoạt độ phóng xạ số vật liệu Hà Nội 18
Bảng 3.1 Thông tin địa điểm lấy mẫu nhà máy xi măng 49
Bảng 3.2 Vi trí lấy đất cát Sơng NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom 52
Bảng 3.3 Vị trí lấy cát Sơng Mê Kơng Tại thủ Viêng Chăn 55
Bảng 3.4 Thông tin mẫu chuẩn IAEA sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu phân tích 60
Bảng 3.5 Cửa sổ lượng phổ gamma dùng để phân tích đồng vị phóng xạ tự nhiên 61
Bảng 3.6 Giá trị hệ số chuẩn xác định từ phổ chuẩn IAEA 64
Bảng 3.7 Ước lượng sai số phương pháp đo tuyệt đối 69
Bảng 4.1 Hiệu suất ghi số định lượng xác định nguồn IAEA-RGU-176 Bảng 4.2 Giá trị sai số chuẩn hệ số A0, A1, A2, A3, A4, A5 78
Bảng 4.3 Tên công ty sản xuất xi măng CHDCND Lào, loại xi măng, ký hiệu mẫu số mẫu lấy tương ứng 80
Bảng 4.4 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe 81
Bảng 4.5 Hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên xi măng số nước giới 82
Bảng 4.6 Hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng đo phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) phân tích tự động phần mềm XIMANG 85
Bảng 4.7 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu đất 86
Báng 4.8 Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình mẫu cát Sông Mê Kông Nam Ngeum Lào 87
Bảng 4.9 Hoạt độ phóng xạ riêng mẫu gạch CHDCND Lào 89
Bảng 4.10 Mức độ nguy hiểm mẫu xi măng sản xuất CHDCND Lào 90
(10)Bảng 4.12 Các mức độ huy hiểm mẫu cát Sông Mê Kông Nam Ngeum Lào 94 Bảng 4.13 Mức độ huy hiểm mẫu gạch sản xuất CHDCND Lào 95 Bảng 4.14 Hoạt độ phóng xạ riêng số VLXD CHDCND Lào 95 Bảng 4.15 Giá trị trung bình đại lượng liên quan đến liều lượng học xạ
(11)DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Chuỗi phân rã đồng vị 238U Những đồng vị gạch đồng vị
có thể đo phổ kế gamma
Hình 1.2: Chuỗi phân rã 235U Chỉ có gamma đồng vị 235U phát đo phổ kế gamma 10
Hình 1.3: Chuỗi phân rã 232Th Các đồng vị có gạch đo phổ kế gamma 11
Hình 2.1: Sơ đồ minh họa hiệu ứng quang điện 23
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả hiệu ứng tán xạ Compton electron tự 25
Hình 2.3: Minh họa hiệu ứng tạo cặp electron-positron 27
Hình 2.4: Tiết diện tương tác xạ gamma với nguyên tố chì (Pb) 30
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên tắc hệ phổ kế gamma 33
Hình 2.6 Hệ phổ kế gamma Viện Vật lý 34
Hình 2.7 Cấu trúc lượng electron mạng nguyên tử chất bán dẫn Vùng hóa trị lấp đầy, vùng dẫn trống 34
Hình 2.8 Cấu trúc vùng lượng vật liệu 35
Hình 2.9 Vùng lượng bán dẫn loại p loại n 36
Hình 2.10 Các cấu hình khác detector bán dẫn đồng trục hình trụ HPGe 37
Hình 2.11: Ảnh chụp detector bán dẫn HPGe 38
Hình 2.12 Minh họa thành phần đóng góp vào hàm hưởng ứng detector Ge đo xạ gamma đơn có lượng 40
Hình 2.13 Phổ đo thực nghiệm detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe đồng vị phóng xạ 137Cs 60Co 40
Hình 2.14 Phổ đo detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe nguồn đồng vị 152Eu 41 Hình 2.15 Cấu tạo nguyên lý detector nhấp nháy (hình vẽ trên) cấu tạo ống nhân quang điện 42
Hình 2.16 Các kiểu tương tác gamma với vật chất detector thành phần phổ tương ứng 44
Hình 2.17 Phổ gamma nguồn 137Cs 60Co đo detecor nhấp nháy NaI(Tl) với kích thước 3”x3” 45
Hình 3.1 Vị trí đồ nhà máy xi măng CHDCND Lào mà lấy mẫu để phân tích 48
Hình 3.2 Bản đồ vị trí lấy mẫu đất cát Huyện Thoulakhom thuộc tỉnh Viêng Chăn 51
(12)Hình 3.4 Ảnh chụp bãi cát Sơng Mê Kơng khu vực thủ Viêng Chăn 54
Hình 3.5 Bờ bãi cát Sông Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn 54
Hình 3.6 Khung hình vng có chiều dài cạnh 100 cm 56
Hình 3.6 Sơ đồ quy trình xử lý mẫu 57
Hình 3.7 Cối, chày rây 0,2 mm để nghiền sàng mẫu 58
Hình 3.8 Ảnh chụp mẫu xi măng chế tạo dùng để đo hoạt độ nguyên tố phóng xạ tự nhiên 58
Hình 3.9 Ảnh chụp mẫu chuẩn phóng xạ tự nhiên Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA: RGU-1, RGTh-1 RGK-1 59
Hình 3.10 Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) Trung tâm hạt nhân, Viện vật lý 61
Hình 3.11 (a) Phổ phông đo thời gian 52700 giây (b) Phổ chuẩn IAEA RGU-1 đo thời gian 13942 giây (c) Phổ chuẩn IAEA RGTh-1 đo thời gian giây 18190 giây.(d) Phổ chuẩn IAEA RGK-1 đo thời gian 17215 giây 61
Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán xác định tự động hàm lượng đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xi măng phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) 66
Hình 4.1 Phổ chuẩn lượng phổ kế gamma 75
Hình 4.2 Đường cong hiệu suất ghi detector dùng mẫu IAEA-RGU-1 78
Hình 4.3 Phổ mẫu xi măng 1K1 đo detector nhấp nháy NaI(Tl) vẽ tự động xác định hoạt độ phóng xạ riêng phần mềm XIMANG chúng tơi tự viết 84
Hình 4.4 Hoạt độ phóng xạ riêng VLXD CHDCND Lào 97
Hình 4.5 Hoạt độ phóng xạ riêng Raeqcủa số VLXD CHDCND Lào 98
Hình 4.6 Liều chiếu hàng năm số VLXD CHDCND Lào 98
(13)1
MỞ ĐẦU
Trái đất chứa nhiều loại đồng vị phóng xạ, đa số chúng tạo từ Trái đất hình thành Người ta thấy tự nhiên có 92 nguyên tố Các nguyên tố từ 93 trở nhân tạo Các đồng vị phóng xạ có trái đất bao gồm: đồng vị phóng xạ nguyên thủy tạo với hình thành trái đất số đồng vị phóng xạ khác hình thành tương tác tia vũ trụ với vật chất trái đất Ngồi cịn có đồng vị phóng xạ nhân tạo người tạo Các đồng vị phóng xạ hình thành hai nguồn gốc đầu gọi đồng vị phóng xạ tự nhiên Các đồng vị phóng xạ người tạo gọi đồng vị phóng xạ nhân tạo Các đồng vị phóng xạ tự nhiên phổ biến vỏ trái đất bao gồm đồng vị 238U, 235U, 232Th sản phẩm chuỗi phân rã chúng Ngoài ra, đồng vị 40K
cũng tồn tự nhiên với hàm lượng cao
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo hình thành hoạt động khác người đời sống hàng ngày Có thể kể số hoạt động đặc biệt người sinh đồng vị phóng xạ nhân tạo Đó vụ thử vũ khí hạt nhân, trình xử lý nhiên liệu, hoạt động lò phản ứng hạt nhân, cố hạt nhân…Những hoạt động phát tán mơi trường lượng lớn đồng vị phóng xạ Ngồi ra, cịn có nhiều hoạt động thường ngày khác đời sống xã hội sinh đồng vị phóng xạ Có thể kể tên số hoạt động như: việc khai thác mỏ, hoạt động công nghiệp, việc đốt cháy than nhà máy nhiệt điện…
(14)2
Trong đời sống hàng ngày, nhu cầu cơng trình xây dựng người ngày tăng Các cơng trình vô đa dạng quy mô, kiến trúc lẫn công phổ biến tịa nhà Chính phủ cơng ty lớn đầu tư xây dựng phục vụ cho sinh hoạt số lượng lớn cư dân Đối với người dân, nhà nhu cầu bắt buộc cho sinh hoạt hàng ngày Các cơng trình xây dựng làm từ VLXD thơng thường Những VLXD điển hình là: xi măng, cát, sỏi, gạch, đá…VLXD chế tạo từ vật liệu thô khai thác tự nhiên đất, đá, cát…Như nói trên, ln tồn đồng vị phóng xạ, đồng vị phóng xạ tự nhiên, nguyên liệu thô dùng để sản xuất VLXD Do vậy, chắn loại VLXD công ty sản xuất VLXD cung cấp luôn chứa lượng định đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo với hàm lượng hay nhiều Độ phóng xạ riêng VLXD phụ thuộc vào độ phóng xạ riêng vật liệu thơ dùng để chế tạo Hiển nhiên độ phóng xạ riêng vật liệu thô khác khu vực địa lý khác
(15)3
Quy trình khảo sát phóng xạ tự nhiên vật chất nói chung thực thơng qua việc đo phóng xạ gamma đồng vị có mẫu cần khảo sát phát Việc đo phóng xạ gamma đồng vị có VLXD trường xây dựng người dân không khả thi Đây nhiệm vụ người làm chun mơn Sẽ có số khó khăn đo phóng xạ VLXD:
Trước hết, tốn đo hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị có VLXD tốn đo hoạt độ thấp Để triển khai toán này, cần phải có hệ phổ kế gamma đủ nhạy Độ nhạy phổ kế lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu suất ghi detector, khả che chắn phông, độ ổn định phổ kế theo thời gian…Đồng thời, độ xác kết đo phụ thuộc nhiều vào phương pháp đo để xác định hoạt độ phóng xạ riêng
Vấn đề cần đặt phóng xạ loại VLXD dùng để xây dựng cơng trình CHDCND Lào có thực nguy hiểm, ảnh hưởng đến sức khỏe người hay không? Để trả lời câu hỏi này, cần phải có nghiên cứu định lượng hoạt độ phóng xạ có VLXD CHDCND Lào Nếu hoạt độ phòng xạ nhỏ lượng định xem chúng không ảnh hưởng đến sức khỏe người Vấn đề nghiên cứu nhiều thể giới CHDCND Lào Tuy nhiên CHDCND Lào vấn đề chưa giải nhiều lý khác Gần đây, CHDCND Lào thức tham gia thành viên Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế IAEA Cơ quan lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) khuyến cáo với phủ Lào cần có nghiên cứu Khó khăn lớn CHDCND Lào chưa có nhân lực lĩnh vực Chính vậy, Chính phủ CHDCND Lào đặt vấn đề với Chính phủ Việt Nam giúp đỡ, trước mắt đào tạo cho 01 nghiên cứu sinh độc lập giải tốn Đó xuất phát điểm việc Nghiên cứu sinh Chính Phủ CHDCND Lào cử đến Viện vật lý, Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam làm nghiên cứu sinh Xuất phát từ lý trên, Nghiên cứu sinh chọn đề tài nghiên cứu cho luận án tiến sĩ “Phóng xạ tự nhiên số VLXD phổ biến CHDCND Lào” Ý nghĩa việc chọn luận án là:
(16)4
- Đào tạo cán CHDCND Lào nắm vững phương pháp nghiên cứu để triển khai tốn khơng VLXD mà cho loại đối tượng khác
Đề tài nghiên cứu xây dựng theo hướng nghiên cứu thực nghiệm việc nghiên cứu tiến hành hệ phổ kế gamma đại có Trung tâm Vật lý hạt nhân Viện vật lý thuộc Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam
Các mục tiêu luận án
Các mục tiêu luận án là:
- Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ phổ kế gamma dùng loại detector khác bao gồm detector nhấp nháy NaI(Tl) detector bán dẫn siêu tinh khiết loại HPGe để xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên có VLXD
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên có số VLXD điển hình thường sử dụng CHDCND Lào như: xi măng, đất, cát,… Các số liệu cần cho việc đánh giá liều xạ cư dân, cảnh báo đưa kiến nghị cần thiết với sở sản xuất để họ có điều chỉnh cần thiết nhằm đảm bảo tuyệt đối an toàn phương diện phóng xạ cho VLXD mà họ đưa thị trường
Những nội dung nghiên cứu luận án
- Tìm hiểu tình hình nghiên cứu tài liệu phân tích phóng xạ có VLXD dùng phổ kế gamma giới Việt Nam
- Tìm hiểu kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ mẫu tích lớn sử dụng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn nhấp nháy Đồng thời nghiên cứu đặc trưng phổ kế gamma phông thấp dùng detector bán dẫn phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl)
(17)5
Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn:
- Kết luận án số liệu thực nghiệm hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên có VLXD khác thường dùng để thiết kế cơng trình xây dựng CHDCN Lào Bộ số liệu tham khảo cho việc đánh giá mức độ an tồn phóng xạ cho cư dân sinh sống làm việc cơng trình xây dựng sử dụng nguyên vật liệu
- Bộ số liệu sở để đưa khuyến cáo tới nhà quản lý, nhà sản xuất tới dân chúng mức độ nguy hiểm phóng xạ VLXD CHDCND Lào có
- Bộ số liệu số liệu tham khảo tốt giúp cho Bộ khoa học công nghệ Lào xây dựng tiêu chuẩn phóng xạ VLXD dân dụng CHDCND Lào
- Lần nghiên cứu triển khai CHDCND Lào Thông qua luận án, Nghiên cứu sinh làm chủ phương pháp phân tích hạt nhân dùng phổ kế gamma
- Các kỹ thuật thực nghiệm nghiên cứu áp dụng luận án sở để Nghiên cứu sinh áp dụng cho hướng nghiên cứu khác có sử dụng kỹ thuật hạt nhân
BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
Bố cục nội dung luận án gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận cuối danh mục tài liệu tham khảo
Phần mở đầu trình bày lý để lựa chọn đề tài luận án
Chương có tiêu đề: Tổng quan đồng vị phóng xạ có VLXD Chương tập trung trình bày kiến thức tổng quan
Chương được dùng để trình bày tóm tắt kiến thức phổ gamma sử dụng detector thông dụng
Chương tập trung trình bày phương pháp thực nghiệm sử dụng luận án để định lượng hóa hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ tự nhiên có số VLXD thường dung CHDCND Lào
(18)6
CHƯƠNG
TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 Nguồn gốc đồng vị phóng xạ có VLXD
Trái đất chứa nhiều loại đồng vị phóng xạ, đa số chúng tạo từ Trái đất hình thành Người ta thấy tự nhiên có tới 92 loại đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ có trái đất bao gồm: đồng vị phóng xạ nguyên thủy tạo với hình thành trái đất số đồng vị phóng xạ khác hình thành tương tác tia vũ trụ với vật chất trái đất Ngồi cịn có đồng vị phóng xạ nhân tạo người tạo Các đồng vị phóng xạ hình thành hai nguồn gốc đầu gọi đồng vị phóng xạ tự nhiên Các đồng vị phóng xạ người tạo gọi đồng vị phóng xạ nhân tạo Người ta phát đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo có mặt khắp nơi mơi trường khác đất, nước, khơng khí, … Các đồng vị phóng xạ nguyên thủy phổ biến 238U, 232Th, 235U sản phẩm phân rã chúng, 40K 87Rb Trong môi trường đất đá thường có mặt đồng vị phóng xạ ba chuỗi
phóng xạ đồng vị 238U, 232Th và 235U [1]
Các đồng vị phóng xạ có tự nhiên ảnh hưởng lớn đến sinh vật sống trái đất, đặc biệt ảnh hưởng đến sức khỏe người Đặc biệt VLXD chủ yếu chế tạo từ đất đá lấy tự nhiên Do vậy, khả có phóng xạ VLXD khơng thể loại trừ Trong trường hợp VLXD có lượng phóng xạ lớn ngưỡng cho phép vấn đề nguy hiểm người Vì vậy, việc khảo sát phóng xạ tự nhiên có VLXD cơng việc cần thiết trước sử dụng vật liệu cho cơng trình xây dựng kiên cố [2]
1.1.1 Các chuỗi phóng xạ tự nhiên
Cả uranium lẫn thorium đồng vị phóng xạ Chúng chủ yếu phân rã alpha thành đồng vị phóng xạ cháu Uranium tự nhiên gồm ba đồng vị sống dài 238U, 235U 234U, đồng vị 238U chiếm nhiều Lượng 235U 234U chiếm tự nhiên Thorium tự nhiên có đồng vị 232Th Các đồng vị phóng xạ rã thành đồng vị thân đồng vị
(19)7
trình phân rã tạo thành chuỗi đồng vị cuối đồng vị bền Trong điều kiện chuẩn, tỉ số 235U/238U không đổi tất đồng vị chuỗi phân rã đạt
trạng thái cân
Để hiểu phổ gamma đồng vị này, cần phải biết rõ sơ đồ rã chúng theo chuỗi tính chất đồng vị cháu có mặt chuỗi Các hình vẽ 1.1, 1.2 1.3 đưa sơ đồ phân rã đồng vị phóng xạ mẹ 238U,
235U 232Th Các sơ đồ khơng phải hồn tồn đầy đủ cịn thiếu
số nhánh phân rã khác Tuy nhiên, xác suất rã theo nhánh không đáng kể (theo quan điểm người dùng phổ kế gamma) nên chúng bỏ qua [3]
a) Chuỗi phân rã đồng vị 238U
Chuỗi phân rã đồng vị 238U đưa hình vẽ 1.1 Trong tự
nhiên 238U chiếm 99,25% lượng uran tự nhiên Đồng vị 238U đồng vị phóng xạ phân rã alpha thành đồng vị 234Th Đồng vị đồng vị phóng xạ
phân rã thành 234mPa Chuỗi phân rã tiếp diễn đồng vị cuối chuỗi đồng vị bền 206Pb Nếu nhìn vào chu kỳ bán rã đồng vị phóng xạ
trong chuỗi, ta thấy chu kỳ bán rã tất đồng vị ngắn nhiều so với chu kỳ bán rã đồng vị mẹ 238U Điều có nghĩa hoạt độ đồng vị cháu 238U khối uran tự nhiên không bị xáo trộn cân
bằng vĩnh viễn với 238U Khi hoạt độ tất đồng vị cháu
bằng hoạt độ 238U Tổng số chuỗi phân rã có 14 đồng vị phóng xạ nên hoạt độ tổng mẫu lớn hoạt độ đồng vị 238U đồng vị
phóng xạ chuỗi 14 lần [4],[5], [6]
(1) 238U 4,468×109 năm
↓ α
(2) 234Th 24,1 ngày ↓ β
(3) 234Pa 1.17 phút
↓ β
(4) 234U 2,455×105 năm
↓ α
(5) 230Th 7,538 ×104 năm
(20)8
(6) 226Ra 1600 năm
↓ α
(7) 222Rn 3,8232 ngày
↓ α
(8) 218Po 3,094 phút
↓ α
(9) 214Pb 26,8 phút
↓ β
(10) 2214Bi 19,9 phút
↓ β
(11) 214Po 162,3×10-6 giây ↓ α
(12) 210Pb 22,3 năm
↓ β
(13) 210Bi 5,013 ngày
↓ β
(14) 210Po 138,4 ngày
↓ α
206Pb
Hình 1.1. Chuỗi phân rã đồng vị 238U Những đồng vị gạch
đồng vị đo phổ kế gamma
Cũng có trường hợp đồng vị có chu kỳ bán rã dài so với đồng vị mẹ Chẳng hạn trường hợp 234mPa/234U Nếu quan tâm đến 234mPa tượng
cân phóng xạ khơng xảy Tuy nhiên, cần nhớ nguồn có thời gian kể từ chế tạo lớn 10 lần chu kỳ bán rã đồng vị mẹ trước có thời gian sống dài nhất, ví dụ 234mPa, thực chất
gần đồng vị 238U Trong thực tế, điều có nghĩa hoạt độ đo
trong mẫu đồng vị cháu xấp xỉ với hoạt độ đồng vị mẹ
238U tất đồng vị phóng xạ khác có chuỗi phân rã Có thể đo hoạt
độ vài đồng vị chuỗi để có đốn nhận xác
Trong số đồng vị chuỗi phân rã 238U, đồng vị