Về mă ̣t lý thuyết , bản Luận văn có nhiệm vụ đánh giá phân tích t ổng quan quá trình gây ô nhiễm, trong đó có ô nhiễm phóng xạ trong không khí, tìm hiểu cơ cở vật lý , phƣơng pháp [r]
(1)1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - -
NGUYỄN ĐỨC HOAN
XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA MỘT SỐ NGUN TỐ PHĨNG XẠ TRONG
KHƠNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM 2013
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ VÀ NĂNG LƢỢNG CAO Mã số: 60440106
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN QUANG MIÊN
Hà Nội - 2014
Phụ lục
(2)2 1.1.Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ơ NHIỄM KHƠNG
KHÍ………
1.1 Các chất nhiễm có nguồn gốc tự nhiên……….10
1.2 Các chất ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo………11
1.2.TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ơ NHIỄM CĨ TRONG KHƠNG KHÍ………12
1.2.1 Tác hại chất nhiễm có khơng khí……… …13
1.2.2 Tác hại chất phóng xạ có khơng khí……….14
1.3.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.……… ……… …18
1.3.1 Tình hình nghiên cứu nhiễm khơng khí Thế Giới……… …19
1.3.2 Tình hình nghiên cứu nhiễm khơng khí Việt Nam………20
CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM………21
2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ……….21
2.2 XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ THEO PHƢƠNG PHÁP PHỔ GAMMA……… ……….22
2.2.1 Dịch chuyển gamma-Hệ số phân nhánh……… …22
2.2.2 Xác định hoạt độ phóng xạ theo phƣơng pháp phổ gamma…………24
2.3 HỆ PHỔ KẾ GAMMA BÁN DẪN ORTEC……… 30
2.3.1 Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC………30
2.3.2 Phần mêm ghi nhận xử lý phổ MAESTRO 2.2……… 32
2.3.3 Detector hệ che chắn làm lạnh……….33
2.4 PHƢƠNG PHÁP LẤY VÀ TẠO MẪU ĐO……….…34
2.4.1 Cách lấy mẫu………34
2.4.2 Xác định hoạt độ phóng xạ chất phin lọc……….36
CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIÊM, THẢO LUẬN……… ……40
3.1 LẤY MẪU KHÍ TẠO TIÊU BẢN ĐO……… ……40
(3)3 3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG CỦA MỘT SỐ CHẤT PHĨNG XẠ TRONG KHƠNG KHÍ TẠI HÀ NỘI NĂM
2013……….48
KẾT LUẬN………58
DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu
Thứ tự Nội dung
Bảng 1.1 Nguồn gốc chất gây nhiễm khơng khí
Bảng 1.2 Mức độ ảnh hƣởng liều chiếu khác vào khu vực khác
Bảng 1.3 Hoạt độ phóng xạ đồng vị phóng xạ phận thể ngƣời
Bảng 1.4 Liều lƣợng phóng xạ vào phổi tính trung bình năm từ nguồn chiếu xạ khác
(4)4 Bảng 2.1 Năng lƣợng hệ số phân nhánh số vạch gamma đặc trƣng
của số nguyên tố dùng luận văn
Bảng 2.2 Các đỉnh gamma có cƣờng độ mạnh đồng vị phóng xạ tự nhiên phát
Bảng 3.1 Một số thông số mẫu khí
Bảng 3.2
Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần tốc độ đếm xạ gamma đƣợc chọn để tính hiệu suất ghi mẫu chuẩn
Bảng 3.3 Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần tốc độ đếm phông đỉnh xạ gamma đặc trƣng
Bảng 3.4 Kết tính tốn hiệu suất ghi đỉnh lƣợng xạ gamma
Bảng 3.5 Hệ số khớp hàm tƣơng ứng
Bảng 3.6
Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần, tốc độ đếm, hiệu suất ghi, hoạt độ hoạt độ riêng đồng vị phóng xạ mẫu MT1
Bảng 3.7
Kết thực nghiệm xác định diện tích đỉnh hấp thụ tồn phần, tốc độ đếm, hiệu suất ghi, hoạt độ hoạt độ riêng đồng vị phóng xạ mẫu MT2
Bảng 3.8 Hoạt độ riêng 7Be hai mẫu sol khí MT1 MT2
Bảng 3.9
(5)5 DANH MỤC HÌNH VẼ
Thứ tự Nội dung
Hình 2.1 Sơ đồ hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC
Hình 2.2 Buồng chì ORTEC hệ phổ kế gamma phơng thấp ORTEC Hình 2.3 Máy hút khí Taifu
Hình 2.4 Phễu đặt giấy lọc sol khí
Hình 3.1 Phổ gamma mẫu chuẩn RGU-1 khối lƣợng 11,3g đo hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thời gian 85157,14 s
Hình 3.2 Phổ gamma đo phơng hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thời gian 104116,04 s
Hình 3.3 Đồ thị đƣờng cong hiệu suất ghi với cấu hình đo mẫu sol khí Hình 3.4
Phổ gamma mẫu sol khí MT1 đo hệ phổ kế gamma bán dẫn ORTEC thuộc Bộ môn Vật lý Hạt nhân Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên
Hình 3.5
(6)6
LỜI CẢM ƠN
Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Quang Miên – Viện Khảo cổ học đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tác giả hoàn thành tốt nội dung luận văn; PGS.TS Bùi Văn Loát – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả tiến hành đo xử lí kết hoạt độ phóng xạ mẫu mà luận văn tiến hành thực hiện; Cán Viện hóa học mơi trƣờng qn - Bộ tƣ lệnh quân giúp đỡ tác giả tiến hành thu thập, xử lý, tạo tiêu đo tiến hành đo số mẫu Các cán giảng viên môn vật lý hạt nhân – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên đóng góp nhiều ý kiến để luận văn đƣợc hồn thiện
Tác giả mong muốn nhận đƣợc ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp, nhà nghiên cứu bạn đọc để luận văn ngày hồn thiện đóng góp đƣợc vào cơng tác nghiên cứu phát triển lĩnh vực tác giả nghiên cứu
Hà Nội, Ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả
MỞ ĐẦU
(7)7 hại ô nhiễm không khí ảnh hƣởng lớn tới sức khỏe tồn hệ sinh thái, có lồi ngƣời
Công tác bảo vệ môi trƣờng, bảo vệ nguồn khơng khí đƣợc cấp bách triển khai hết Nƣớc ta đẩy mạnh công tác chống ô nhiễm suy thối mơi trƣờng Mặc dù vậy, mơi trƣờng khơng khí nƣớc ta tồn dấu hiệu đáng lo ngại Ngày nay, nhiều hoạt động gây ô nhiễm diễn thải vào môi trƣờng lƣợng lớn bụi khí, có bụi phóng xạ
Các cơng trình nghiên cứu đã chỉ [2,3,9] nƣớc, không khí, thƣ̣c vâ ̣t, đô ̣ng vâ ̣t thể ngƣời chứa đồng v ị phóng xạ Khi nghiên cƣ́u đánh giá liều chiếu hàng năm đến ngƣời , khơng khí đóng vai trị khơng nhỏ Khơng khí điều kiện định tồn động thực vật trái đất có ngƣời việc khơng khí có chứa chất phóng xạ có ảnh hƣởng vơ lớn đến đời sống ngƣời Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên nhƣ nguyên tố phóng xạ nhân tạo có khơng khí ngun nhân quan trọng gây chiếu xa ̣ cũng nhƣ chiếu xa ̣ cho ngƣời
Theo tài liệu an toàn xạ hạt nhân liều chiếu tổng cộng hàng năm Rn222 dịng cháu đóng góp cỡ 45 – 50% Vì Hoạt độ Radon mơi trƣờng đƣợc quan tâm Cùng với đồng vị phóng xạ khơng khí Radon sản phẩm cháu nguồn gốc chủ yếu gây xạ chiếu theo đƣờng hô hấp, ăn uống
Nguyên tố phóng xạ tự nhiên có sớm, tuổi với vũ trụ Các chất phóng xạ tự nhiên gồm hạt nhân chuỗi uranium (U), thorium (Th) kali (K) hạt nhân beli (Be) Vì mà khơng khí chứa lƣợng phóng xạ tự nhiên định Ngày nhờ vào phát triển khoa học kỹ thuật mà đời sống ngƣời ngày đƣợc nâng cao nhƣng kèm theo nhiễm môi trƣờng ngày lớn, đặc biệt ô nhiễm phóng xạ khơng khí
(8)8 Nghiên cƣ́u các nhân phóng xa ̣ có mơi trƣờng khơng khí khơng nhƣ̃ng thu thâ ̣p số liệu để đánh giá ảnh hƣởng chúng đến sức khỏe ngƣời mà cịn sử dụng chúng nhƣ chất đánh dấu tự nhiên để nghiên cứu q trình bi ến đổi mơi trƣờng Do đă ̣c điểm phổ bƣ́c xa ̣ gam ma đồng vị phóng xạ phát gián đoạn , có lƣơ ̣ng hoàn toàn đă ̣c trƣng cho đồng vi ̣ phóng xa ̣ đó Đồng thời xạ gamma có khả đâm xuyên lớn nên ̣a chất cũng nhƣ ̣a vâ ̣t lý môi trƣờng nghiên cƣ́u đánh giá ngun tố phóng xạ khơng khí thƣờng dùng phƣơng pháp phở gamma Ngày với công nghê ̣ chế ta ̣o đetectơ ngày càng phát triển và hoàn thiê ̣n các đetectơ bán dẫn siêu tinh khiết có đô ̣ phân giải lƣợng cao , đã đƣợc chế ta ̣o để giải quyết các bài toán nghiên cƣ́u ̣t nhân cũng nhƣ phân tích hoa ̣t đô ̣ phóng xa ̣ của các mẫu mơi trƣờng , đó có mẫu khơng khí Độ xác c phép đo hoạt độ phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣ trình lấy mẫu sử lý mẫu , trình đo phổ gamma mẫu phân tích xác định diện tích đỉnh hấp thu ̣ toàn phần, đo mẫu chuẩn và xây dƣ̣ng đƣờng cong hiê ̣u suất ghi Để giảm sai số phép đo phông nhƣ đo mẫu cần phải tiến hành thời gian đủ lớn để giảm sai số thông kê, mẫu chuẩn và mẫu phân tích có cấu hình và thành phần chất nền gần Thơng thƣờng mẫu mơi trƣờng có hoạt ̣ phóng xa ̣ nhỏ n ên để giảm sai số thống kê xác ̣nh diê ̣n tích hấp thu ̣ toàn phần thƣờng ta phải tăng thời gian đo và tăng khối lƣợng mẫu đo
Sol khí – dạng bụi khí lơ lửng chất gây ô nhiễm ảnh hƣởng lớn tới sức khỏe ngƣời Những hạt bụi có kích thƣớc nhỏ dƣới 10µm đặc biệt dƣới 2,5µm xâm nhập trực tiếp qua hệ hơ hấp
Trong hƣớng nghiên cứu nhiễm bẩn phóng xạ mơi trƣờng, hƣớng nghiên cứu hoạt độ phóng xạ riêng đồng vị phóng xạ khơng khí đƣợc quan tâm thích đáng
Đặc biệt Trung tâm Cơng nghệ Mơi trƣờng, Viện Hóa học Qn có trạm nghiên cứu độ phóng xạ khơng khí nhằm phát cố hạt nhân Các đối tƣợng quan tâm 131
I, 137Cs, sản phẩm cố hạt nhân
(9)9 nguyên tố nhƣ Be, Cs Về thƣ̣c nghiê ̣m tiến hành xây dƣ̣ng đƣờng cong hiê ̣u suất ghi ƣ́ng với đỉnh hấp thu ̣ toàn phần tƣơng ứng với mẫu khí tiến hành phân tích hoạt độ phóng xạ riêng của mơ ̣t sớ mẫu khơng khí Hà Nội
Bản Luận văn với tên gọi “Xác định hoạt độ phóng xạ riêng số ngun tố
phóng xạ khơng khí Hà Nội năm 2013 ” dài 59 trang gồm hình vẽ , 16 bảng
biểu và 16 tài liệu tham khảo
Ngoài phần mở đầu kết luận Luận văn chia thành ba chƣơng: CHƢƠNG Tổng quan nhiễm khơng khí
CHƢƠNG Thiết bị phƣơng pháp thực nghiệm CHƢƠNG Kết thực nghiệm, Thảo luận
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ 1.1.Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ VÀ NGUỒN GỐC GÂY Ơ NHIỄM KHƠNG KHÍ
Cùng với phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật, tốc độ đô thị hóa ngày nhanh kéo theo nhiễm môi trƣờng ngày trở nên cấp thiết vƣợt giới hạn trình tự làm tự nhiên
Trong khơng khí lúc xuất chất lạ, tỏa mùi biến đổi quan trọng thành phần khơng khí, có mặt chất độc hại khơng khí ảnh hƣởng cho sức khỏe ngƣời Các chất nhiễm tồn dạng khí, dạng dạng sol khí có mặt khắp nơi
(10)10 tình trạng nhiễm mơi trƣờng khơng khí bụi địa bàn thành phố Hà Nội đƣợc nhà khoa học cảnh báo mức “báo động đỏ” Kết quan trắc nồng độ bụi lơ lửng địa bàn Hà Nội cho thấy: Ở quận nội thành vƣợt tiêu chuẩn cho phép từ - lần Trong đó, địa bàn quận Đống Đa, Long Biên có nồng độ bụi cao 0,8 mg/m3, gấp lần so với TCCP, tiếp đến địa bàn quận Tây Hồ, Hoàng Mai 0,78 mg/m3 Ngoài ra, khu vực đƣợc coi ô nhiễm trọng điểm bụi địa bàn Hà Nội đƣợc xác định gồm: đƣờng Nam Thăng Long, đƣờng Nguyễn Tam Trinh, Đƣờng 32 nút giao thông thi công nhƣ ngã Tƣ Sở, ngã Tƣ Bách Khoa, gây ảnh hƣởng không nhỏ ngƣời dân qua lại khu vực Trong 10 năm qua, bụi lơ lửng Hà Nội công nghiệp thủ công nghiệp gây chiếm tới 67%, đƣờng phố bẩn chiếm khoảng 30% lại phƣơng tiện giao thông thải Số liệu thống kê năm 1996 - 1997 nhiễm xảy trầm trọng khu cơng nghiệp Thƣợng Đình: Cao su Sao Vàng, thuốc Thăng Long, Bóng đèn - Phích nƣớc Rạng Đơng với đƣờng kính khu vực nhiễm khoảng 1,7km nồng độ lớn tiêu chuẩn cho phép - lần; Tại khu công nghiệp Minh Khai, Mai Động, Vĩnh Tuy với đƣờng kính nhiễm khoảng 2,5km, có nồng độ nhiễm cao tiêu chuẩn cho phép - lần Trong năm gần nồng độ bán kính ảnh hƣởng bụi khu vực có xu hƣớng giảm dần Tổng hợp nguồn gây ô nhiễm không khí ta phân thành loại: Có nguồn gốc tự nhiên nguồn gốc nhân tạo
1.1.1 Các chất nhiễm có nguồn gốc tự nhiên
Núi lửa hoạt động phun lƣợng nham thạch nóng nhiều khói bụi giàu sunfua, metan…Khơng khí chứa bụi lan tỏa xa để lại ô nhiễm môi trƣờng gây hậu nặng nề lâu dài
Các đám cháy rừng đồng cỏ trình tự nhiên xảy lan truyền bụi khí, khói, hidrocacbon khơng cháy, khí SO₂ , CO…
Bão bụi gây nên gió mạnh bão, nƣớc biển bốc bụi hay bụi muối lan truyền vào khơng khí
Các q trình phân hủy, thối rữa xác động, thực vật gây phản ứng hóa học hình thành khí sunfua, nitrit…
(11)11 Sự thâm nhập hạt vật chất nhỏ bé với kích thƣớc thay đổi từ vài centimet đến vài micromet nguyên tố : Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Cr, Fe, Co, Ni từ thiên thạch, đám mây ngun nhân góp phần gây nhiễm khơng khí 1.1.2 Các chất nhiễm có nguồn gốc nhân tạo
Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo đa dạng, nhƣng chủ yếu từ chất thải hoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, hoạt động phƣơng tiện giao thơng, nguồn nhiễm do:
Q trình đốt nhiên liệu thải nhiều khí độc qua ống khói nhà máy vào khơng khí
Do bốc hơi, rị rỉ, thất dây chuyền sản xuất sản phẩm đƣờng ống dẫn tải Nguồn thải trình sản xuất đƣợc hút thổi ngồi hệ thống thơng gió
Các ngành cơng nghiệp chủ yếu gây nhiễm khơng khí bao gồm: Nhiệt điện, Vật liệu xây dựng; Hố chất phân bón, Dệt giấy, Luyện kim, Thực phẩm, Các xí nghiệp khí, Các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ, Giao thông vận tải, bên cạnh phải kể đến sinh hoạt ngƣời
Có thể tóm tắt nguồn gốc chất nhiễm khơng khí bảng dƣới
Bảng 1.1: Nguồn gốc chất gây ô nhiễm không khí
Nhƣ vậy, lƣợng lớn chất phóng xạ từ bụi đất, từ cơng nghệ hạt nhân vào khơng khí gây nhiễm bẩn phóng xạ khơng khí
Nguồn gốc Các chất ô nhiễm
Nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch Cơng nghiệp hóa chất, dầu mỏ, chế biến than Phƣơng tiện giao thông, bột màu
Đốt rác sinh khối Sol khí từ biển
Công nghiệp luyện kim Bụi đất
Sol khí thứ cấp
Cơng nghiệp hạt nhân
As, Se, S, Ni, SO₂ nguyên tố đất
Ni, Be, V, Hg, As, B Br, Pb, Zn, V, Co, NOx Zn, Sb, Cd, Pb, K, BC Na, Cl, Mg
Ni, As, Cd, Se
(12)12 Trong đồng vị phóng xạ khơng khí đồng vị phóng xạ radon đƣợc tạo thành dãy phóng xạ U238
, U235, Th232 có đất đá vật liệu xây dựng Khi đƣợc tạo thành chúng trạng thái tự bay vào khơng khí gây tính phóng xạ bụi khơng khí
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS.Trịnh Văn Giáp (2011), “Điều tra khảo sát để xây dựng sở liệu phơng phóng xạ mơi trƣờng lãnh thổ đất liền giai đoạn 2009-2011” – Báo cáo kết nhiệm vụ khoa học công nghê cấp năm 2009-2011.
[2] Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở Vật lý hạt nhân, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội
[3] Ngô Quang Huy (2007), Phóng xạ tự nhiên, Trung tâm Hạt nhân Tp Hồ Chí Minh [4] Bùi Văn Lốt (2009), Xử lí số liệu thực nghiệm hạt nhân, Nhà xuất Đại Học Quốc
Gia Tp Hồ Chí Minh
[5] Bùi Văn Loát (2009), Địa vật lý hạt nhân, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Nguyễn Hào Quang (2009), Luận án tiến sĩ Vật lý, Viện Năng lƣợng nguyên tử Việt
Nam
[7] PGS.TS Đặng Huy Uyên (2004), Vật lý hạt nhận đại cương, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội
[8] Audi, G (2003), Nuclear Physics, A729 p 337-676
[9] Huda Abdulrahman Al-Sulaiti (2011), “Determination of Natural Radioactivity Levels in the State of Qatar Using HighResolution Gamma-ray Spectrometry”,A thesis submitted for the Degree of Doctor of Philosophy; University of Surrey
[10] ANL (2005), Natural Decay Series, Uranium, Radium, and Thorium, in human health fact sheet, Argonne National Laboratory
(13)13 [12] Denagbe, S J., Radon-222 concentrantion in subsoils and its exhalation rate from a
soil sample Radiation Measurements, 200 32:p 27-34
[13] Lourens, W., (1967), Thesis: A Double Focusing Beta-Ray Spectrometer Applied in Heavy Element Studies Technische Hogeschool Delft
[14] Nelson, G., Reilly, D Gamma-Ray Interactions with Matter (cited 2009 25/May), Available from: http://www.sciencemadness.org/lan11_a/lib-www/lapubs/00326397.pdf
[15] ORTEC-MAESTRO-32, ORTEC Part No.777800
: 16].http://nucleus.iaea.org/rpst/ReferenceProducts/ReferenceMaterials/Radionuclides/IA