Trong chương 2, chúng tôi đã tập trung trình bày các phương pháp thường được sử dụng cho việc phân tích các đồng vị phóng xạ trong mẫu môi trường bằng hệ phổ kế alpha. Tuy có một số ưu, nhược điểm khác nhau và đặc biệt do tính phức tạp dẫn đến tốn khá nhiều thời gian, nhưng các quy trình này đã và đang được áp dụng rộng
rãi trong các phóng thí nghiệm phân tích phóng xạ trên toàn thế giới. Đa phần các công trình này được phát triển bởi các tác giả nổi tiếng ở những phòng thí nghiệm tiên tiến khác nhau trên thế giới và đều có chung một số mục đích quy về tính đơn giản, nhanh chóng, tiện lợi và chính xác trong phép phân tích.
Ở Việt Nam chúng ta hiện nay, với điều kiện nền khoa học nước nhà đang từng bước phát triển, thì việc áp dụng và triển khai các thành tựu nêu trên một cách thuần tuý là đều không thể khả dụng. Đa phần các phòng thí nghiệm ở Việt Nam thường nhỏ và thiếu nhiều trang thiết bị cũng như vật liệu phục vụ cho các điều kiện thí nghiệm, nên việc tìm kiếm áp dụng một cách có chọn lọc và phát triển thành những quy trình phù hợp cho công việc phân tích các đồng vị phóng xạ tự nhiên là thật sự cần thiết trong giai đoạn hiện nay.
CHƯƠNG 3
XÁC ĐỊNH NHANH CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN URANIUM, THORIUM, RADIUM VÀ POLONIUM TRONG
MẪU MÔI TRƯỜNG BẰNG HỆ PHỔ KẾ ALPHA
3.1. GIỚI THIỆU
Trong những thập kỉ vừa qua, việc xác định hoạt độ thấp các đồng vị phóng xạ tự nhiên uranium, thorium, radium và polonium đã và đang là một trong những chủ đề thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà phân tích vật lý hạt nhân. Có thể nói cho đến nay, hệ phổ kế alpha được biết đến như là một công cụ đắc lực phục vụ cho rất nhiều phép phân tích cũng như nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật hạt nhân [55], [56], [57]. Tuy nhiên, khi phân tích các đồng vị phóng xạ bằng hệ phổ kế alpha thì việc chuẩn bị hay tạo ra mẫu đo (nguồn đo) cần phải thỏa mãn được các yêu cầu của phép phân tích như mẫu mỏng, độ phân giải phổ alpha tốt, sự mất năng lượng là tối thiểu…
Về cơ bản, việc xác định các đồng vị phóng xạ phát alpha bằng hệ phổ kế bao gồm ba bước chính [57]: (1) mẫu được xử lý hóa học , (2) tách hóa các đồng vị quan tâm và (3) tạo nguồn alpha phù hợp với hệ đo. Vì vậy, sau khi mẫu được xử lý hóa học tốt, việc tách hóa các đồng vị quan tâm phải được thực hiện thật tốt vì nó ảnh hưởng đến việc tạo mẫu đo thỏa mãn được các yêu cầu của phép phân tích. Thông thường, các kỹ thuật tách hóa các đồng vị quan tâm bao gồm các phương pháp như đồng kết tủa, trao đổi ion, và chiết lỏng-lỏng và các phương pháp để chuẩn bị nguồn đo gồm phương pháp bốc hơi chân không, điện-phun, sơn với dung dịch hữu cơ, điện phân hay trực tiếp lắng đọng.
Đối với phương pháp mạ điện phân các đồng vị phóng xạ trong các dung dịch đệm như NaHSO4 – H2SO4 – NH4, ammonium oxalate-ammonium sulfate, NaHSO4 – Na2SO4…lên đĩa kim loại, đã có khá nhiều công trình mô tả chi tiết những quy trình này được công bố. Trên thực tế, do các quy trình này mang tính tổng quát và
không được thiết kế cho các trường hợp cụ thể, nên việc áp dụng chúng gặp nhiều khó khăn [57]. Trong chương này, chúng tôi trình bày việc điện phân bằng thiết bị tự lắp đặt nhằm phục vụ cho quy trình tạo nhanh các nguồn đo alpha uranium và thorium cũng như phát triển quy trình tách hoá các đồng vị phóng xạ 232Th, 230Th và 228Th.
Đối với việc phân tích cũng như chuẩn bị nguồn đo các đồng vị phóng xạ radium, do có quá nhiều vấn đề cần phải quan tâm trong khâu tách chiết cũng như tạo mẫu đo [56], [57], nên chúng tôi đã cải tiến, thiết kế chế tạo bộ dụng cụ phục vụ cho thí nghiệm và phát triển một quy trình tạo nhanh nguồn radium bằng đĩa hấp thu MnO2 phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm hiện có. Bên cạnh đó, dựa trên những dụng cụ đã được xây dựng cho việc tạo nguồn đo radium, chúng tôi cũng đã cải tiến và phát triển quy trình tạo nhanh nguồn polonium trên đĩa đồng.
Đối với việc tách hoá các đồng vị phóng xạ, hầu hết các nghiên cứu [48], [57], [62], [63], [64],… đã chỉ ra rằng phương pháp trao đổi ion (cation và anion) là lựa chọn tốt nhất cho tách hóa các đồng vị phóng xạ phát alpha. Ví dụ, nhựa trao đổi anion về cơ bản đã được sử dụng rộng rãi để tách các đồng vị phóng xạ uranium, thorium, plutonium,…hay trao đổi cation thường được sử dụng để tách radium riêng biệt từ các đồng vị con cháu và các đồng vị khác trong môi trường acid trung tính hoặc kiềm yếu...[57]. Tuy nhiên, trong một báo cáo gần đây vào năm 2001, Blanco Rodríguez và các cộng sự [21] đã chỉ ra một số nhược điểm của phương pháp trao đổi ion (IE) khi mẫu môi trường (đất và trầm tích mẫu) được phân tích. Theo họ, bằng cách áp dụng phương pháp IE từ nhựa trao đổi ion và chuẩn bị nguồn alpha bằng phương pháp điện phân thì hiệu suất thu hồi uranium rất thấp (<15%), và cực thấp đối với trường hợp thorium (<1% ). Sau đó bằng cách áp dụng phương pháp chiết dung môi với tributylphosphate (TBP), họ kết luận phương pháp TBP sẽ cho kết quả tốt hơn so với phương pháp IE. Hơn nữa, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tri-n-octyl phosphine oxit (TOPO) là chất có khả năng tách uranium và thorium tốt hơn nhiều so với tributylphosphate (TBP). Từ ưu điểm này, bằng cách kết hợp công trình trước đây [55] với ý tưởng từ Guyon [57], chúng tôi đã sử dụng TOPO
như là một dung môi chiết trong các quy trình tách hóa để xác định các đồng vị tự nhiên thorium, uranium và radium trong các mẫu môi trường.