2.2.1. Cơ sở lý luận
2.2.1.1. Khái niệm mơi trường phóng xạ
Mơi trường phóng xạ là một phần của môi trường sống của con người, gồm các bức xạ: α(alpha), β(beta) và γ(gamma) từ các chất phóng xạ trong đất, nước, khơng khí và các tia vũ trụ. Mơi trường phóng xạ tự nhiên được hình thành từ các nguồn bức xạ khác nhau và tồn tại trong điều kiện tự nhiên luôn biến đổi. Sự biến đổi của mơi trường phóng xạ tự nhiên hoặc làm tăng nguy cơ gây ơ nhiễm phóng xạ hoặc có thể giảm thiểu tác động của nó.
Theo các tính tốn của Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và UNSCEAR, suất liều tương đương trung bình tồn cầu là 2,436 mSv và được hình thành từ các nguồn khác nhau (xem bảng 1).
Bảng 1. Suất liều xạ chiếu trung bình tồn cầu từ nguồn phóng xạ tự nhiên
Liều xạ chiếu ngoài Liều xạ chiếu trong
Liều xạ chiếu tương
đương Nguồn bức xạ mSv % mSv % mSv % Tia vũ trụ 0,410 17 0,015 1 0,420 18 K40 0,150 6 0,180 7 0,330 13 Rb87 0,007 0,007 Họ U238 0,100 4 1,239 51 1,339 55 Họ Th232 0,160 7 0,176 7 0,336 14 Tổng 0,820 34 1,616 66 2,436 100
Từ các số liệu nêu trên cho thấy bức xạ phóng xạ từ các nguyên tố phóng xạ K40, họ U238 và Th232 có vai trị quan trọng tạo nên mơi trường phóng xạ, đặc biệt là nguồn chiếu trong chính là khí radon (Rn).
2.2.1.2. Tác động của mơi trường phóng xạ lên con người
Trong đời sống hàng ngày, con người thường xuyên bị chiếu xạ bởi các nguồn khác nhau: tự nhiên và nhân tạo dưới hai hình thức chiếu xạ ngồi và chiếu xạ trong. Nếu liều chiếu xạ đủ lớn thì số tế bào chết đi đủ gây hư hại cho chức năng của mô. Dưới tác dụng của liều chiếu xạ nhỏ tế bào chỉ bị biến đổi chứ không bị huỷ diệt. Sau một thời kỳ âm ỷ kéo dài, các tế bào bị biến đổi có thể phát triển thành ung thư... Xác
45
suất ung thư do bức xạ gây ra sẽ tăng theo liều chiếu xạ. Nếu tổn hại xảy ra ở loại tế bào mà chức năng của chúng là truyền thông tin di truyền cho các thế hệ sau thì hiệu ứng sinh học sẽ được biểu hiện ở con cháu của người bị chiếu xạ. Loại hiệu ứng này là hiệu ứng di truyền.
Tác động của mơi trường phóng xạ lên con người được thể hiện qua suất liều xạ chiếu tương đương H (mSv/năm). Đây là đại lượng cùng với các số liệu về nồng độ khí phóng xạ, bụi phóng xạ, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ, cường độ bức xạ từ các nguồn phản ánh hiện trạng mơi trường phóng xạ tại nơi nghiên cứu, độ ơ nhiễm cũng như khả năng ảnh hưởng của chúng đến môi trường sinh thái xung quanh. Đại lượng suất liều xạ chiếu được biểu diễn bởi công thức:
H = Hn + Ht
Trong đó: Hn: suất liều xạ chiếu ngoài là tổng liều chiếu hiệu dụng được tích luỹ trong một năm.
Ht: suất liều xạ chiếu trong là liều bức xạ dự đoán do các nguồn chiếu xạ đã xâm nhập vào bên trong cơ thể con người cũng như khí phóng xạ Rn vào phổi, các nuclide phóng xạ trong nước uống, trong thực phẩm mà con người sử dụng hằng ngày.
Đại lượng Hn có thể đo được nhờ các máy đo chuyên dụng, hoặc tính tốn từ số đo suất liều chiếu xạ (cường độ phóng xạ của nguồn). Ht được tính tốn từ các số liệu phân tích nồng độ Rn, bụi phóng xạ và hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong nước, trong thực phẩm.
Theo Ủy ban An tồn Phóng xạ Quốc tế (ICRP), quá trình tác dụng sinh học của các bức xạ ion gây ra hai hiệu ứng: tất nhiên và ngẫu nhiên. Các hiệu ứng có thể xẩy ra khi chiếu phóng xạ tế bào chỉ bị biến đổi chứ khơng bị hủy diệt. Sau thời kỳ âm ỷ kéo dài, các tế bào này có thể phát triển thành ung thư, xác xuất ung thư do phóng xạ gây nên sẽ tăng theo liều chiếu và khơng có ngưỡng. Nếu tổn hại xảy ra ở loại tế bào mà chức năng của nó truyền thơng tin cho các thế hệ sau, thì hiệu ứng sinh học được biểu hiện ở con cháu của người đã bị nhiễm xạ. Loại hiệu ứng này gọi là hiệu ứng di truyền. Như vậy tác dụng sinh học đến bức xạ lên cơ thể con người là rất nguy hiểm. Do đó, cơng tác nghiên cứu để kiểm sốt an tồn bức xạ của môi trường sống, bảo vệ sức khỏe con người là rất cần thiết.
2.2.1.3. Mơi trường phóng xạ và thành phần mơi trường phóng xạ
Mơi trường phóng xạ tự nhiên được hình thành từ các nguồn bức xạ khác nhau và tồn tại trong điều kiện tự nhiên luôn biến đổi. Sự biến đổi của môi trường phóng xạ tự nhiên hoặc làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm phóng xạ hoặc có thể giảm thiểu tác động của nó.
Những thành phần chính gây ra sự biến động của mơi trường phóng xạ tự nhiên được thể hiện ở sơ đồ :
46
Hình 1. Các thành phần mơi trường phóng xạ
2.2.2 Lựa chọn hệ phương pháp và thiết bị nghiên cứu
* Nội dung cần nghiên cứu đánh giá
- Hiện trạng mơi trường phóng xạ như các thành phần mơi trường phóng xạ bao gồm: đất, nước, thực vật, khơng khí và điều kiện kinh tế xã hội liên quan...
- Các yếu tố làm biến đổi mơi trường phóng xạ (tự nhiên và con người).
- So sánh mức độ ô nhiễm phóng xạ với kết quả thu thập số liệu kinh tế - xã hội, nghiên cứu đề xuất các biện pháp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường kinh tế - xã hội.
- Cập nhật dữ liệu vào cơ sở dữ liệu.
* Các phương pháp nghiên cứu mơi trường phóng xạ
Các phương pháp kỹ thuật được nêu dưới đây nhằm xác định một cách định lượng các thành phần của môi trường phóng xạ như: Đất, khơng khí, nước, sinh vật....
+ Thu thập, xử lý các loại tài liệu đã có
Đất, đá
(U,Th, K, Sr) (Rn,Tn, Ac)Khơng khí Nước (U, Ra, Th, K) (U,Th, K) Sinh vật Tia bức xạ vũ trụ
MƠI TRƯỜNG PHĨNG XẠ
Liều tương đương H=Hn +(Hp+Hd) Nồng độ các chất phóng xạ: - Đất, nước, thực vật - Vật liệu xây dựng Bức xạ: α, β, γ Chiếu ngoài (mSv/năm) Hn=I.K.t.N.Q =0,076I
Chiếu trong qua đường hô hấp
(mSv/năm) Hp=10.Rn (Bq/l)
Chiếu trong qua đường tiêu hóa (nSv/năm)
Hd=a1xCK+a2xCRa+a3xCTh +a4xCU
47
+ Phương pháp lộ trình quan sát địa chất môi trường bổ sung: Nhiệm vụ thu thập các số liệu hiện trạng địa chất môi trường trong và ngoài khu vực mỏ, khu vực dân cư lân cận.
+ Phương pháp đo gamma môi trường nhiệm vụ xác định suất liều xạ chiếu ngoài tại các thân quặng, đất đá vây quanh, các khối magma, nhà cửa, vật liệu xây dựng...
+ Phương pháp đo eman mơi trường: nhằm xây dựng nồng độ khí radon, thoron trong mơi trường khơng khí, nước và các cơng trình dân dụng trong khu vực nghiên cứu điều tra.
+ Phương pháp đo phổ gamma môi trường: nhiệm vụ phương pháp phổ gamma để xác định hàm lượng của urani, thori, kali trong các đối tượng sau:
- Trong đất nhằm mục đích xác định sự tồn tại, phát tán của các nguyên tố phóng xạ trong đất, bãi bồi, vị trí dự kiến lấy mẫu thực vật...
- Hàm lượng trung bình trong các loại đá có mặt trong diện tích đánh giá. - Trong vật liệu xây dựng, than và chất thải công nghiệp.
+ Lấy, phân tích mẫu
+ Phương pháp thu thập các số liệu về kinh tế - xã hội
+ Phương pháp quan trắc môi trường phóng xạ (monitoring) và đo bụi phóng xạ.
* Lựa chọn đối tượng, diện tích và tỷ lệ nghiên cứu
+Lựa chọn đối tượng
Để đánh giá hiện trạng mơi trường phóng xạ mỗi vùng nghiên cứu cần xác định đầy đủ các thành phần môi trường như:
- Liều chiếu ngoài (gamma).
- Liều chiếu trong qua đường hô hấp. - Liều chiếu trong qua đường tiêu hoá.
- Nồng độ, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong các đối tượng. - Mơi trường đất, đá.
- Mơi trường khơng khí. - Mơi trường nước. - Trong sinh vật sống.
+ Lựa chọn diện tích
Trên cơ sở tổng hợp tài liệu phân vùng sơ bộ theo các tài liệu thu thập các báo cáo đã tiến hành trước đây, mỗi vùng mỏ được phân chia ra các diện tích đánh giá nghiên cứu sau:
- Vùng chứa các thân quặng, vết lộ quặng. - Vùng phân bố các dị thường phóng xạ. - Vùng dân cư lân cận với các vùng mỏ.
48
+ Lựa chọn tỷ lệ
Nguyên tắc của đề cương đề tài đã được phê duyệt, trong vùng đánh giá cần có các nghiên cứu từ tổng quan đến nghiên cứu đánh giá chi tiết. Theo kết quả nghiên cứu môi trường nền của các nước trên thế giới, trong đề tài này đối với diện tích tồn vùng Hàm Tân được đánh giá ở tỷ lệ 1:50.000 và 1/10.000 (các khu vực: Bầu Dòi, Chùm Găng, Gị Đình) là phù hợp với các kết quả nghiên cứu điều tra cơ bản lập bản đồ địa chất trong khu vực.
2.2.3. Nội dung nghiên cứu
* Tổng hợp và khối lượng tài liệu môi trường nói chung và tài liệu phóng xạ nói riêng :
Tài liệu về địa chất - khoáng sản của các vùng mỏ rất phong phú và đa dạng. Đây là những tài liệu phục vụ cho công tác đánh giá hoặc thăm dị quặng phóng xạ, nên sự phân chia các dạng tài liệu không đồng đều trên diện tích. Trước khi tiến hành khảo sát thực địa bổ sung đã thu thập tổng hợp các số liệu, lựa chọn các số liệu liên quan phản ánh các thành phần mơi trường phóng xạ. Trên cơ sở đó tiến hành đo đạc bổ sung, nghiên cứu chi tiết một số mặt cắt địa chất, mặt cắt mẫu nước theo hướng dòng chảy, mặt cắt mẫu thực vật, mặt cắt mẫu đất dọc theo sông, qua vết lộ, thân quặng đặc trưng cho mỗi vùng mỏ.
Tại mỗi vùng mỏ đã thu thập các dạng tài liệu cơ bản sau: + Tài liệu địa chất
- Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu, đá chứa quặng, đá vây quanh quặng. - Đặc điểm quặng hoá, kiến trúc quặng, thành phần vật chất, khoáng vật quặng, nguồn gốc quặng.
- Các hoạt động kiến tạo. + Tài liệu địa vật lý
- Trường phóng xạ của vùng mỏ và cường độ phóng xạ của các loại đất đá có mặt trong vùng nghiên cứu.
- Các dị thường phóng xạ và mối liên hệ của chúng với các thân quặng, đới quặng.
- Cường độ phóng xạ và mối quan hệ của chúng với hàm lượng nguyên tố urani, thori.
+ Tài liệu Địa chất thuỷ văn - Địa chất cơng trình
- Đặc điểm địa chất thuỷ văn tầng chứa nước, mực nước thuỷ tĩnh, vị trí các điểm xuất lộ nước ngầm...
- Đặc điểm địa chất thuỷ văn nước mặt, hệ thống sông suối, lưu lượng nước... - Phân loại nước, thành phần hoá học, hàm lượng urani, radon và vi trùng trong nước, độ pH của nước.
49
- Đặc điểm địa chất cơng trình của các loại đất đá, lớp đá chứa quặng, đá vây quanh quặng.
- Các hiện tượng trượt, lở đất, đá đổ ở các vách núi, vách đường, moong khai thác...
- Hiện tượng mương xói, bồi tích hiện đại... Các loại tài liệu liên quan khác:
+ Các báo cáo kết quả đánh giá tác động môi trường đã và đang thực hiện trong vùng nghiên cứu mà các đơn vị khác đang tiến hành.
+ Tài liệu về địa chất tai biến và mơi trường phóng xạ.
+ Các bệnh liên quan đến phóng xạ của những người làm cơng tác phóng xạ và dân sinh sống trong vùng mỏ phóng xạ.
+ Sinh vật và hệ sinh thái. - Thảm thực vật.
- Động vật.
+ Các tài nguyên và môi trường đã được con người sử dụng.
- Cung cấp nước - Công nghiệp
- Giao thông vận tải - Năng lượng
- Nông nghiệp - Thủ công nghiệp
- Thuỷ lợi - Sử dụng đất vào các mục tiêu khác
- Khai thác khoáng sản
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu 2.2.4.1. Nhóm phương pháp ngồi thực địa
* Phương pháp lộ trình quan sát địa chất môi trường
Nhiệm vụ: thu thập các số liệu hiện trạng địa chất mơi trường trong và ngồi khu vực mỏ, khu vực dân cư và khu vực lân cận.
+ Trong diện tích đã tìm kiếm, đánh giá, thăm dị khống sản phóng xạ đã tiến hành một số lộ trình mặt cắt chi tiết tại các vùng dân cư đông đúc và khu vực mỏ như: Thị trấn La Gi, Chùm Găng, Bàu Dòi, Tân Hải, Tân Thiện, Tân Hà......
Trên các tuyến chuẩn tiến hành mô tả chi tiết đặc điểm quặng hố, địa chất mơi trường, các yếu tố ảnh hưởng đến mơi trường phóng xạ, lấy các loại mẫu nước, mẫu đất, mẫu thực vật, mẫu thực phẩm, mẫu tóc. Đồng thời tiến hành đo tổ hợp các phương pháp địa vật lý môi trường, nghiên cứu mức độ chi tiết hơn, nhằm đánh giá sự biến đổi của các nguyên tố trong các mơi trường đất, nước, khơng khí theo khơng gian và thời gian.
+ Ngoại vi vùng mỏ, vùng dân cư lân cận, các lộ trình đã khảo sát dựa vào các đường giao thơng, đường mịn, suối, đảm bảo tất cả các khu dân cư lân cận vùng mỏ đều có lộ trình đi qua.
Khi gặp các đối tượng địa chất, khu vực dân cư đã bố trí các lộ trình chi tiết sang hai bên. Mật độ điểm quan sát trên lộ trình trung bình từ 200 đến 300m/điểm. Trên các lộ trình quan sát, mơ tả, thu thập đầy đủ các nội dung:
50
- Mức độ phát tán của các nguyên tố phóng xạ theo vị trí khơng gian như bồi tích chứa quặng phóng xạ do các dịng chảy tạm thời và thường xuyên, khai thác vật liệu xây dựng, sử dụng nhiên liệu than có chứa phóng xạ... Đây là nội dung quan trọng trong đánh giá tác động mơi trường của các ngun tố phóng xạ và đánh giá mức độ biến đổi thành phần mơi trường phóng xạ.
- Đánh giá thảm thực vật, mức độ xói mịn, sạt lở tại các thân quặng, moong khai thác, các cơng trình cũ...
- Thu thập tình hình sản xuất nông, lâm nghiệp, dân cư trong khu mỏ và lân cận khu mỏ.
Các điểm xuất phát của các lộ trình địa chất bổ sung được bố trí dựa vào các địa vật đặc biệt như ngã ba suối, đường giao nhau trên bản đồ và định vị bằng GPS hoặc các phương pháp định điểm truyền thống.
* Phương pháp đo suất liều tương đương và đo suất liều gamma (hay còn gọi là đo cường độ bức xạ gamma)
+ Nhiệm vụ: xác định suất liều xạ chiếu ngoài tại các thân quặng, đất đá vây quanh, các khối magma, nhà cửa, vật liệu xây dựng...
+ Mạng lưới thiết kế: đo gamma môi trường tiến hành đồng thời cùng các lộ trình địa chất mơi trường. Ngồi ra, đã tiến hành đo trên điểm tập kết vật liệu xây dựng, than, xỉ than, đo trong nhà và ngoài nhà của các khu dân cư, các cơng trình cơng cộng. Mạng lưới điểm đo (phân bố trên tồn diện tích nghiên cứu) được bố trí chủ yếu theo hệ thống giao thơng, sơng suối, kênh rạch, bờ ruộng, khu dân cư, khu thân quặng, mỏ quặng và các vùng lân cận....bố trí các lộ trình chi tiết sang hai bên, khoảng cách điểm đo trung bình 100m/điểm. Đối với vùng chi tiết (đo tỷ lệ 1/10.000), khoảng cách tuyến đo dao động 250-300m, khoảng cách điểm đo 40-50m. Khi gặp khu vực dị thường mới (các cơng trình trước chưa xác định được) đã đan dày để khống chế diện phân bố.
Tại mỗi điểm, đo ở độ cao 1m và 0m (so với mặt đất). Khoảng cách giữa các điểm đo trung bình là 50m/điểm đo ( tỉ lệ 1:50.000 ) và 10m/điểm (tỉ lệ 1:10.000 ). Ngồi ra cịn tiến hành đo trong nhà và ngoài nhà của các khu dân cư.
Số liệu đo ở độ cao 1m được sử dụng để thành lập bản đồ suất liều xạ chiếu.
Số liệu đo ở độ cao 0mvà 1m(so với mặt đất) được sử dụng làm cơ sở để chuyển đổi các số liệu cũ phục vụ cho tổng hợp và thành lập bản đồ hiện trạng môi