Tieu luan Thực trạng ô nhiễm phóng xạ

V – Thực trạng nhiễm phóng xạ: Các nhà máy điện hạt nhân tạo nguồn lượng lớn phục vụ cho nhu cầu người Nhưng việc nhiều nhà máy điện hạt nhân, nhiều lò phản ứng xây dựng làm tăng ô nhiễm phóng xạ rị rỉ phóng xạ, cố nổ lò phản ứng hạt nhân… gây ảnh hưởng lớn môi trường người Theo ủy ban lượng hoa Kỳ, phóng xạ urani nhà máy điện hạt nhân, kho vũ khí, trung tâm nghiên cứu khu vực trước có xảy vụ nổ hạt nhân như: Hyroshima, Nagasaki, Chernobyl… hàng năm làm ô nhiễm 2500 tỷ lít nước ngầm giới nguồn nước nhiễm phóng xạ sau ngấm vào cối, động vật uống phải hòa tan vào nguồn nước sinh hoạt người cuối tích lũy vào thể người Trận động đất sóng thần ngày 11 tháng năm 2011 Nhật làm cho nhiều nhà máy phát điện ngưng hoạt động, vụ nổ lị phản ứng tích tụ khí hydro hệ thống làm mát lị phản ứng bị hỏng Tính đến ngày 14 tháng 3, có khoảng 160 người tiếp xúc với phóng xạ mức độ nguy hiểm gần nhà máy điện hạt nhân Sóng thần gây vụ nổ lớn nhà máy Fukushima I gây rị rỉ phóng xạ Cơ quan an tồn hạt nhân cơng nghiệp Nhật Bản báo cáo mức độ phóng xạ bên nhà máy gấp 1000 lần mức bình thường, mức độ phóng xạ bên ngồi nhà máy gấp lần mức bình thường Sau vụ nổ lị phản ứng số gây rung chuyển khu vực nhà máy Fukushima mức độ phóng xạ đo gần lị phản ứng 400 msv/giờ, 100msv/năm coi mức an tồn Q trình khai thác, chế biến, sử dụng sa khống có chứa chất phóng xạ như: ilmenit, zircon, monazite,… dẫn đến làm giàu tăng khả xâm nhập nguyên tố phóng xạ vào mơi trường xung quanh gây nhiễm phóng xạ Các chất thải chứa chất phóng xạ chưa qua xử lí thải trực tiếp sơng, biển… Ơ nhiễm phóng xạ từ việc khai thác quặng titan: Vùng ven biển Nam Trung bộ, khu mỏ sa khoáng quặng titan, việc khai thác mỏ sa khoáng titan (cịn gọi cát đen) gây nhiễm phóng xạ Trong quặng ilmenit, zircon có khống vật chứa chất phóng xạ, khống vật monazit, có hàm lượng phóng xạ cao, nguy hiểm cho sức khỏe người Để khai thác quặng này, người ta phải đào cồn cát tuyển làm giàu quặng nước Kết quả, hàng năm có hàng trăm nghìn cát bị đào xới, khối lượng cát thải, chất thải khổng lồ bị san ủi môi trường xung quanh, nước từ q trình tuyển khống cho chảy trực tiếp biển, mà không qua xử lý làm cho nước biển vùng hai cửa sông lân cận khu mỏ có mức phóng xạ vượt tiêu chuẩn an toàn quy định Việc khai thác, chế biến đất có nguy gây nhiễm mơi trường cao so với khai thác khống sản khác chế biến đất cần sử dụng nhiều hóa chất ảnh hưởng đến mơi trường Ngồi ra, quặng đất có khống chất mang tính phóng xạ gây nhiễm phóng xạ Do sức mạnh hủy diệt to lớn loại vũ khí hạt nhân: bom nguyên tử, đầu đạn hạt nhân,… mà sản xuất với mục đích chiến tranh Nhiều thử bom nguyên tử, tên lửa hạt nhân thực Mỹ thả bom nguyên tử xuống thành phố Hiroshima Nagasaki Nhật năm 1945 gây hậu khủng khiếp môi trường người Sự phát tán phóng xạ 01THÁNG 122011Để lại phản hồi by D-shi in Bài tiểu luận, Radioactive Pollution [Updating] Ảnh hưởng phóng xạ môi trường người 01THÁNG 122011Để lại phản hồi by D-shi in Bài tiểu luận, Radioactive Pollution -.- III – Ảnh hưởng phóng xạ mơi trường người: 3.1 Ảnh hưởng môi trường đất: – Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên sinh tương tác tia Vũ Trụ xạ khác với khí ngưng đọng lại lớp đá Hạt nhân đặc trưng U238, Th232, hạt nhân dãy K40 Ngồi ra, cịn có số đồng vị khác có nguồn gốc tự nhiên Be7, Na22, Na24 Bảng 3.1 – Hàm lượng đồng vị phóng xạ điển hình loại đất đá: Loại nham thạch Hàm lượng chất phóng xạ chứa loại nham thạch Bq/kg (BCi/g) Nham thạch núi lửa Granit Diopit Bazalt Durit K40 U238 Th232 999 (27) 59 (1,6) 81 (2,2) 703 (19) 23 (0,62) 33 (0,88) 241 (6,5) 11 (0,32) 11 (0,30) 148 (4,0) 0,4 (0,01) 24 (0,66) 89 (2,6) 28 (0,75) (0,19) – 27 (0,72) (0,21) 370 (10) 18 (0,5) 11 (0,3) 703 (19) 44 (1,2) 44 (1,2) Đất phù sa Đá vôi Cacbonat Cát Đất sét – Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều loại sống lâu tồn đất đồng vị Sr90 Cs137 Các đồng vị gây nên nhiễm phóng xạ đất Hàm lượng đồng vị lại phụ thuộc vào độ sâu so với mặt đất Thông thường độ sâu 45cm ÷ 55cm khơng thấy tồn đồng vị phóng xạ nhân tạo Tuy nhiên, độ sâu chừng 15cm tính từ mặt đất hàm lượng đồng vị khác Sr90, Cs137 khác loại đất khác Bảng 3.2 – Hàm lượng đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào độ sâu: Đất phía bìa có đá vôi pH = 7,6 Sr (%) Cs (%) 57 43 Đất sét pH = 4,6 Đất cát pH = 6,6 0,0 ÷ 2,5 Sr (%) 50 Cs (%) 98 Sr (%) 63 Cs (%) 98 2,5 ÷ 5,0 20 22 24 21 5,0 ÷ 7,5 15 – 13 – 19 – 7,5 ÷ 10 – – – – Độ sâu (cm) – Sr90 sản phẩm thải ln có mặt vụ thử hạt nhân Nguyên tố có khả trao đổi tương tác với canxi xương Bụi phóng xạ có mang theo Sr90 rơi xuống đồng cỏ thấm vào đất canh tác bị gia súc ăn phải Cuối cùng, chất phóng xạ độc hại vào thể người trẻ sơ sinh qua đường sữa bị 3.2 Ảnh hưởng mơi trường nước: Một số hạt nhân phóng xạ tìm thấy nước chủ yếu Ra K40, có nguồn gốc từ nguồn tự nhiên, đặc biệt qua thấm lọc từ khoáng chất Những chất khác đến từ nguồn ô nhiễm, chủ yếu từ nhà máy sản xuất lượng hạt nhân vụ thử vũ khí hạt nhân Bảng 3.3 – Các hạt nhân phóng xạ nước: Hạt nhân Phản ứng hạt nhân, mô tả Chu kỳ bán rã phóng xạ Nguồn Xuất từ nguồn tự nhiên từ phản ứng vũ trụ N14 C14, nơtron nhiệt từ 5.730 năm C14 nguồn vũ khí hạt nhân Vũ Trụ, phản ứng với N2 Ar40 Si32, mảnh vụn hạt nhân ~ 300 năm Si32 (phân rã hạt nhân) Ar khí proton tia Vũ Trụ 40 K ~ 1,4 x 10 năm 0,0119% K tự nhiên Xuất từ họ uran U 238 Khuếch tán từ quặng trầm tích 1.620 năm Ra226 khí 21 năm Pb210 Ra226 → bước → Pb210 Th 230 Th234 75.200 năm 24 ngày U238 → bước → Th230 sản chỗ U238 → Th234 sản chỗ Từ nguồn lò phản ứng sản xuất vũ khí hạt nhân 28 năm Sr90 Đây đồng vị phóng xạ sản phẩm phân đơi có ý nghĩa quan ngày I131 trọng hiệu suất hoạt tính sinh học cao 30 năm Cs137 Ba140 13 ngày Zr95 65 ngày Ce141 33 ngày Sr89 51 ngày Ru103 40 ngày Kr85 10,3 năm Co60 5,25 năm Mn54 310 năm Fe55 2,7 năm Pu239 24.300 năm Các đồng vị từ Ba140 đến Kr85 liệt kê bảng thường theo trình tự hiệu suất phân hủy giảm dần Từ phản ứng nơtron không phân hủy lò phản ứng Fe56 Fe55, từ tác động nơtron lượng cao lên Fe chế tạo vũ khí hạt nhân U238 Pu239, uran thu nơtron 3.3 Ảnh hưởng khơng khí: – Các nguồn phóng xạ nguy hiểm khơng khí vụ nổ thử vũ khí hạt nhân mà vật liệu làm chất nổ cho loại vũ khí hạt nhân đồng vị phóng xạ U235, U238 Pu239, mà vụ nổ tạo nhiều chất phóng xạ hình thành đám mây phóng xạ – Cường độ phóng xạ Cs137 Ba137 sau chừng 100 năm khơng giảm Ngồi ra, chất phóng xạ lại thực chu trình phân rã tạo thành khí phóng xạ sol khí phóng xạ Các sol khí phóng xạ có kích thước khác nhau, người hít thở khơng khí có sol khí mắc bệnh nguy hiểm – Các lò phản ứng hạt nhân nguồn đáng kể phát tán chất phóng xạ vào khí – Cùng với hoạt động sản xuất nhà máy nhiên liệu hạt nhân, hoạt động nghiên cứu thực nghiệm quanh lò phản ứng hạt nhân thường phát tán chất phóng xạ làm nhiễm bẩn mơi trường 3.4 Ảnh hưởng sinh vật: – Phóng xạ hủy hoại thể sống khơi mào phản ứng hóa học độc hại mơ tế bào Ví dụ, liên kết cấu trúc cao phân tử bị bẻ gãy Trong trương hợp ngộ độ phóng xạ cấp tính, tủy xương, nơi tạo hồng cầu máu bị hủy hoại số lượng hồng cầu máu bị giảm sút Phóng xạ dẫn đến làm tổn hại gen mối quan tâm lớn nhân loại – Tia X, tia α, tia β, tia γ nơtron nguy hiểm với tổ chức sống Nó gây ion hóa hủy hoại tế bào, gây đột biến di truyền quan trọng v Ảnh hưởng người: – Các hạt phóng xạ hình thành ion phản ứng với phân tử sinh học Những ion sau hình thành gốc tự phá hủy protein, màng, acid nucleic, gây tổn thương tế bào ADN dẫn đến ung thư, khuyết tật di truyền đến hệ sau, gây chết – Sự tiếp xúc với phóng xạ có thể: + Gây rối loạn hệ thần kinh trung ương đặc biệt não nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn, hồi hộp, khó ngủ, kén ăn, mệt mỏi… lượng xạ nhiều triệu chứng nghiêm trọng gây chết + Chỗ tia phóng xạ chiếu da bị bỏng tấy đỏ, vùng da bị nhiễm xạ có khả bị mọc mụn nước, biến thành màu đỏ, trông giống tổn thương bị phơi nắng lâu Sau có tượng ngứa ngáy khó chịu, chí bong da + Ảnh hưởng tới quan tạo máu, gây thiếu máu, lượng hồng cầu bị suy giảm, làm cho lượng bạch cầu giảm dẫn đến làm giảm khả chống bệnh viêm nhiễm, gây bệnh máu trắng Cơ thể gầy yếu, sút cân, suy nhược toàn thể bị nhiễm trùng nặng chết + Ảnh hưởng lâu dài bị nhiễm chất phóng xạ ung thư: ung thư vòm họng, ung thư phổi, ung thư da, ung thư tuyến giáp, ung thư xương… Sau thảm họa hạt nhân Chernobyl năm 1986, Tổ chức y tế giới ghi nhận gia tăng đột ngột tỷ lệ mắc bệnh ung thư tuyến giáp trẻ em vùng lân cận tiếp xúc với ion phóng xạ giải phóng từ thảm họa Những họa sĩ dùng bút lông radi (radi dial painter) – người làm nhọn đầu bút cách mút xoắn lưỡi Những nghiên cứu dịch tễ học họa sĩ cho thấy gia tăng tỷ lệ mắc bệnh ung thư xương mà nguyên nhân có lẽ thay canxi 226Ra q trình sinh kháng hóa Nguồn gốc 01THÁNG 122011Để lại phản hồi by D-shi in Bài tiểu luận, Radioactive Pollution -.- II – Nguồn gốc: 2.1 Nguồn gốc tự nhiên: 2.1.1 Các loại phân rã phóng xạ tự nhiên: Trong tự nhiên, thơng thường có ba dãy ngun tố phóng xạ ln ln hoạt động, dãy uran, dãy thori, dãy actini Đầu dãy có đồng vị phóng xạ với thời gian sống dài lâu (sống lâu) cuối dãy ln ln đồng vị bền chì Bảng 2.1 – Dãy Uran: Tên nguyên tố Ký hiệu Các loại hạt xạ α β γ + + Chu kỳ bán rã Uran U238 4,5 x 109 năm Thori Th234 + + Protactini Pa234 + + Uran U234 + + 2,5 x 105 năm Thori Th230 + + 8,0 x 104 năm Radi Ra226 + + 1,6 x 103 năm Radon Rn222 + + Poloni Po218 + Chì Pb214 + + Bitmut Bi214 + + 24,1 ngày 117 phút 3,82 ngày 3,05 phút 26,8 phút 19,7 phút + + Poloni Po214 Tali Tl210 + + Chì Pb210 + + Bitmut Bi210 + + Poloni Po210 + + Chì Pb206 Bảng 2.2 – Dãy Thori: Tên nguyên tố Ký hiệu 1,6 x 10-4 giây 1,32 phút 20,4 năm ngày 138 ngày Hạt nhân bền Các loại hạt xạ α β γ + + Thori Th232 Radi Ra228 + Aktoni Ac228 + Thori Th228 + + Radi Ra224 + + Radon Rn220 + + Poloni Po210 + Chì Pb212 + + Bitmut Bi212 + + Poloni Po212 Tali Tl208 Chu kỳ bán rã 1,41 x 1010 năm 6,7 năm + 6,13 1,90 năm 3,64 ngày 55,3 giây 0,145 giây + 10,6 60,6 phút x 10-7 giây + + 3,1 phút Chì Pb208 Bảng 2.3 – Dãy Actini: Tên nguyên tố Ký hiệu Hạt nhân bền Các loại hạt xạ α β γ + + Uran U235 Thori Th231 Protactini Pa231 Aktoni Ac227 Thori Th227 Pranci Fr223 Radi Ra223 + + Radon Rn219 + + Poloni Po215 + Chì Pb211 + Astatin At211 + Bitmut Bi211 + Poloni Po211 Tali Tl207 + + + + + + + + + 71 x 108 năm 225 3,25 x 104 năm 21,6 năm 18,2 ngày 22 phút 11,44 ngày 4,0 giây 1,78 x 10-3 giây + Chì Pb207 2.1.2 Các hạt nhân phóng xạ khác: + Chu kỳ bán rã + 0,9 phút + + + 36,1 phút + 2,16 phút 0,5 giây 4,79 phút Hạt nhân bền – Trong loại đất, đá lòng Trái Đất có số nguyên tố phóng xạ khác, khơng nằm dãy có thời gian sống dài Bảng 2.4 – Các nguyên tố phóng xạ riêng lẻ tự nhiên: Tên nguyên tố Ký hiệu Các loại hạt xạ α β γ + + Chu kỳ bán rã Kali K40 Vanadi V50 + Rubidi Rb87 + 4,8 x 1010 năm Indi In115 + x 1014 năm Lantan La138 + Samari Sm147 Luteti Lu176 + + + 1,3 x 109 năm x 1014 năm 1,1 x 1011 năm 1,05 x 1011 năm + + 2,2 x 1010 năm – Hoạt độ đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào thành phần đất, đá xác định Hoạt độ hạt nhân phóng xạ loại đá có nguồn gốc từ núi lửa đá granit… thường cao đá có nguồn gốc từ phù sa đá vôi, đá cuội… – Ngược lại với loại đá, loại đất mật độ chất phóng xạ cịn tùy thuộc vào dạng đất, q trình hình thành loại đất, nguồn nước có đất tạo thành cối đất 2.1.3 Bức xạ từ Vũ Trụ: – Bức xạ sơ cấp từ Vũ Trụ vào bầu khí Trái Đất chủ yếu gồm hạt proton, hạt α lượng nhỏ hạt điện tử, γ nơtrino Các hạt tương tác với hạt nhân nguyên tử khí khí tạo xạ thứ cấp hạt thứ cấp, xạ điện từ gọi chung xạ Vũ Trụ thứ cấp Bức xạ Vũ Trụ sơ cấp bao gồm xạ từ hệ thiên hà – Mức độ xạ Vũ Trụ phụ thuộc vào độ cao khí hoạt động Mặt Trời cao lượng phóng xạ tăng Bảng 2.5 Các đồng vị phóng xạ tự nhiên: Tên nguyên tố Ký hiệu Các loại hạt xạ α β γ + Triti H3 Berili Be7 Berili Be10 + Cacbon C14 + Natri Na22 + Silic Si32 + Photpho P32 + Photpho P33 + Lưu huỳnh S35 + Cl136 + Clo + Chu kỳ bán rã 12,3 năm 54 ngày 25 x 106 năm 5.730 năm + 2,6 năm 650 năm 14,3 ngày 24,4 ngày 88 ngày + 3,1 x 105 năm 2.2 Phóng xạ nhân tạo: 2.2.1 Thử nghiệm vũ khí hạt nhân: – Các vụ nổ thử nghiệm vũ khí hạt nhân sinh sản phẩm phóng xạ Các sản phẩm phóng xạ phát tán khí loại đất đá hấp thụ mức độ khác Các chất phóng xạ có chu kỳ bán rã dài, ngắn khác chúng tồn môi trường địa phương xung quanh vụ nổ hàm lượng khác so với nơi xa vụ nổ Bảng 2.6 – Các đặc trưng chất phóng xạ khí sinh từ vụ nổ hạt nhân: Các chất phóng xạ H3 Chu kỳ bán rã 12,3 năm Các dạng xạ α β γ + C14 5.730 năm + Mn54 310 ngày Fe55 2,7 ngày Kr85 10,7 năm + Sr90 28 năm + Zn95 65 ngày + Ne95 35 ngày + Sr89 50,5 ngày + Ru103 39,8 ngày + Ru106 365 ngày + + I131 ngày + + Cs137 30 năm + + Cs136 13,5 ngày + + Ba140 12,8 ngày + + La140 40,2 + + Ce141 33,1 ngày + Ce144 285 ngày + Pu138 87 năm + + + Pu239 24.000 năm + Pu240 6.600 năm + Pu241 14 năm Am241 430 năm + + – Từ vụ nổ hạt nhân, hạt phóng xạ hình thành tung vào khí quyển; chúng bị mưa, gió kéo theo phát tán khắp khí rơi xuống mặt đất Các chất phóng xạ rơi xuống mặt biển phát tán nước biển từ đại dương sang đại dương khác qua hoạt động đại dương Như vậy, q trình phát tán tác nhân q trình gây nhiễm xạ tồn cầu 2.2.2 Sử dụng lượng hạt nhân: Tất nhà máy phát điện sử dụng lượng hạt nhân sinh chất phóng xạ phát tán vào mơi trường khí Các chất phóng xạ sinh liên tục với lượng lớn phản ứng dây chuyền phân hạch lị phản ứng Qua tính tốn, người ta thấy rằng, lị phản ứng hạt nhân với công suất 1000 MW phát tán lượng phóng xạ 1010 Ci Lượng phóng xạ tung vào môi trường trạng thái lỏng phóng xạ (khí) Bảng 2.7 – Nhiễm xạ môi trường nhà máy điện nguyên tử gây ra: Bq/năm (1000 MW) Ci/năm (1000 MW) 1,12 30,2 2,13 x 102 5750 Khí trơ 3,57 x 102 9650 Á kim hỗn hợp khí 1,48 x 10-2 0,4 Trạng thái lỏng Sản phẩm phân hạch Triti H3 (H3) Trạng thái khí 2.2.3 Các nguồn khác: – Ngày đồng vị phóng xạ sử dụng y học, sinh học công nông nghiệp cách rộng rãi Chính vậy, chất phóng xạ dư thừa, chất thải từ sử dụng làm cho mơi trường bị nhiễm bẩn Nhìn chung, số ứng dụng coi việc sử dụng y học nguồn đóng góp đáng kể vào việc làm ô nhiễm môi trường Tuy vậy, lượng phóng xạ nhỏ – Các nhà máy nhiệt điện hoạt động thải tro bụi vào khơng khí Ngồi tro bụi đồng vị phóng xạ tro bụi làm bẩn mơi trường khơng khí khu cơng nghiệp Khả nhiễm phụ thuộc vào chất lượng than dùng nhà máy, vào lượng tro, bụi rơi xuống vùng xung quanh phụ thuộc vào loại công nghệ mà nhà máy sử dụng Các khái niệm 01THÁNG 122011Để lại phản hồi by D-shi in Bài tiểu luận, Radioactive Pollution -.- I – Các khái niệm bản: 1.1 Phóng xạ nhiễm phóng xạ: – Phóng xạ tượng hạt nhân khơng bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác – Ô nhiễm phóng xạ phát tán tia có lượng cao chất phóng xạ vào đất, nước, khơng khí, sinh vật 1.2 Các tia phóng xạ: 1.2.1 Tia α: – Hạt α hạt nhân nguyên tử Heli thoát từ nhân nguyên tử nặng q trình biến đổi hạt nhân Ví dụ: Ra226 → Rn222 + He4 – Do kích thước lớn, hạt α thấm sâu vào vật chất (vài centimet khơng khí hay da đủ để chặn lại) chúng lại có khả tạo lượng lớn sản phẩm ion hóa cần sau thời gian thâm nhập ngắn (30.000 cặp ion 1cm mà tia qua) Do đó, hạt α biểu khả độc hại thể chúng lại nguy hiểm qua đường tiêu hóa 1.2.2 Tia β: – Tia β chùm điện tử, phát sinh từ hạt nhân nguyên tử, có kèm theo tượng hạt nhân trung hịa (nơtron) biến thành hạt mang điện (proton) ngược lại, có tia β (-) (như P32 biến thành S32) tia β (+) (như Na22biến thành Ne22) – Mặc dù hạt β có khả thâm nhập lớn hạt α chúng lại sản ion nhiều theo đơn vị chiều dài đường (150 cặp ion qua 1cm khơng khí) – Tia β biến thành tia α hay tia X hạt β chậm lại lúc gần hạt nhân chất bị đâm xuyên (bức xạ hãm) 3.1.3 Tia γ: – Tia γ chùm hạt photon phóng từ hạt nhân nguyên tử – Các tia γ có khả ion hóa (chỉ sinh vài cặp ion qua 1cm khơng khí) khả đâm xuyên lại mạnh so với tia α β Phải dùng chì dày hàng centimet làm giảm rõ rệt số tia qua Không tia γ bị hấp thụ hoàn toàn bị chặn hẳn lại – Bản chất tia γ điện tử có tốc độ 3.108 m/s 3.1.4 Nơtron: – Nơtron hạt không mang điện hạt nhân nguyên tử, giải phóng q trình phá vỡ hạt nhân ngun tử nặng uran (lò phản ứng nguyên tử) – Nơtron bị giữ lại va chạm vào hạt nhân khác, có khả đâm xuyên lớn, nguyên tố có hạt nhân bị va chạm trở thành có tính phóng xạ 3.1.5 Tia X: – Sự đổi chỗ điện tử từ quỹ đạo sang quỹ đạo khác phát tia X – Giống tia γ, tia X xạ điện tử có bước sóng dài Các tính chất tia X tương tự tia γ