1
MÔÛ ÑAÀU
Trong số nhiều mắt xích khác nhau của môi trường, diễn biến chất lượng
của môi trường biển - môi trường có tính linh động cao và lan truyền không biên
giới, được quan tâm nhiều và sâu sắc ở tầm mức quốc gia, khu vực và quốc tế.
Việt Nam - đất nước có bờ biển dài khoảng 3260 km và vùng biển đặc
quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, đang đứng trước một loạt vấn
đề về môi trường và tài nguyên trong phạm vi biển và đới bờ của mình, trong đó
có những nguyên nhân tại chỗ, khu vực và Quốc tế. Trong số nhiều yếu tố có
khả năng gây ô nhiễm môi trường biển có yếu tố phóng xạ.
Các yếu tố phóng xạ trong môi trường biển, bao gồm:
-
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo (chủ yếu quan tâm đến các đồng vị
sống dài 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v…) xâm nhập vào môi trường biển bởi: (1) Thử
vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; (2) Phóng thích thông lệ có kiểm
soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ
sở xử lý lại nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); (3) Tàng trữ thải
phóng xạ dưới đáy biển trong quá khứ; (4) Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl,
sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong
quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển) [2].
-
Các đồng vị phóng xạ tự nhiên (chủ yếu quan tâm đến chuỗi U, Th và
các sản phẩm phân rã của chúng, trong đó có 226Ra).
Trên thế giới, Hội nghị Quốc tế về ô nhiễm biển nhân năm Quốc tế về Đại
dương 1998 được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) phối hợp với
ủy ban Đại dương liên chính phủ (IOC) của UNESCO, Chương trình môi trường
Liên hợp quốc (UNEP), Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), Ủy ban Quốc tế về
thám hiểm khoa học Địa Trung Hải (CIEMS) tổ chức tại Phòng thí nghiệm môi
trường biển Quốc tế ở Monaco vào hạ tuần tháng 10/1998, Chương trình hợp tác
vùng Châu Á - Thái Bình Dương về phóng xạ môi trường biển gồm 12 nước
tham gia trong đó có Việt Nam,v.v… đã cung cấp một bức tranh khá toàn diện
2
về thực trạng của nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường biển hiện nay với sự
nhấn mạnh đến vai trò của các phương pháp hạt nhân và đồng vị trong lĩnh vực
này.
Ở Việt Nam, trong những năm qua, việc nghiên cứu đánh giá phóng xạ
môi trường biển cũng đã được bước đầu chú ý đến thông qua việc thực hiện một
số đề tài cấp Bộ KH&CN do Viện Nghiên cứu hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ
thuật hạt nhân, Viện Hải dương học Nha Trang, v,v... thực hiện. Từ các đề tài
này đã tiến hành thu góp mẫu với số lượng hạn chế khoảng 200 mẫu tại các vị trí
chọn lọc (Cát Bà, Cửa Lò, Vịnh Nha Trang, Ninh Thuận, Phan Thiết, Vũng Tàu
và Cửa Đại Sông Tiền) và tiến hành phân tích hàm lượng các nguyên tố trong
các mẫu đã thu góp. Các kết quả tiêu biểu thu được của các đề tài này là đã xác
lập được bộ quy trình thu góp, xử lý, bảo quản và phân tích các nguyên tố phóng
xạ tự nhiên và nhân tạo quan trọng (238U,
232
Th,
210
Po, 90Sr,
137
Cs,
239,240
Pu, v.v
…) trong một số đối tượng môi trường biển và bước đầu cung cấp một số các
thông tin về mức hiện hữu các nhân phóng xạ kể trên trong môi trường biển Việt
Nam.
Tính cách (đặc điểm, hành vi, trạng thái, sự chuyển hóa,…), hàm lượng,
sự phân bố, sự dịch chuyển của các nguyên tố hóa học, các đồng vị phóng xạ (tự
nhiên và nhân tạo) trong các đối tượng, hợp phần của môi trường biển luôn thu
hút sự quan tâm nghiên cứu tìm hiểu, khảo sát và đánh giá của giới khoa học vì
biển và đại dương là môi trường sống quan trọng của nhân loại.
Nhiều vấn đề liên quan đến môi trường biển của Việt Nam nói chung và
nói riêng là những vấn đề đối tượng nghiên cứu được liệt kê ở trên còn chưa
được nghiên cứu, hiểu biết một cách thấu đáo, đầy đủ.
Vấn đề nghiên cứu đặt ra cho luận án chính là nhằm mục đích góp phần
bổ khuyết những thiếu hụt hiện nay về thông tin dữ liệu trong lĩnh vực được lựa
chọn.
Bản luận án với tiêu đề: “Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha
xác định hàm lượng
226
Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi
trường biển” tập trung vào nghiên cứu đối với
226
Ra - là đồng vị phóng xạ tự
3
nhiên rất được quan tâm trong sinh thái và vệ sinh phóng xạ vì: chu kỳ bán rã dài
(T1/2: 1600 năm), độc tính phóng xạ cao, phát alpha (4.59 và 4.78 MeV) và
gamma (186 KeV), đồng thời liên tục phân rã ra
222
Rn và các con cháu khác –
cũng là các nhân phát alpha và gamma đa năng lượng (E: 295, 352, 609, 1120 và
1764 KeV); vì thế, 226Ra gây nguy hại do cả chiếu ngoài và chiếu trong.
Mục tiêu của luận án:
- Phát triển phương pháp phân tích định lượng
226
Ra trong các hợp phần
của môi trường biển: nước, trầm tích và sinh vật bằng kỹ thuật phổ alpha nhằm
cải thiện độ nhạy, độ chính xác so với các phương pháp khác.
- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của
226
Ra trong các hợp phần môi
trường biển tiêu biểu tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận và sự dịch chuyển trong điều
kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là các hợp phần môi trường biển: nước bề mặt,
trầm tích bề mặt (có độ sâu từ 0-5 cm tính từ bề mặt lớp trầm tích), rong và hải
sản (cá nục, cá bạc má, cá cơm, cá thu, cá mối, sò,…).
Phương pháp nghiên cứu của luận án là sử dụng phương pháp phân tích
phổ alpha kết hợp tách hóa phóng xạ và phương pháp phổ gamma để xác định
hoạt độ 226Ra trong các hợp phần môi trường biển.
Phạm vi nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu được thực hiện ở vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có chiều dài
khoảng 105 km; Các nghiên cứu chi tiết cho 2 vùng biển của xã Vĩnh Hải, huyện
Ninh Hải và xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước (nay là huyện Thuận Nam), tỉnh
Ninh Thuận – nơi dự kiến sẽ xây dựng 02 nhà máy điện nguyên tử với công suất
thiết kế tổng cộng khoảng 4000 – 8000 MW điện với vị trí ở gần biển và dùng
nước biển để làm nguội. Tổng số mẫu thu góp và phân tích khoảng 200 mẫu.
Thời gian khảo sát từ 2001 đến 2009. Tổng số các chỉ tiêu phân tích khoảng
1.000, trong đó 226Ra khoảng 200.
4
Ý nghĩa khoa học của luận án:
- Góp phần khẳng định tính ưu việt của phương pháp hóa phóng xạ kết
hợp với kỹ thuật đo phổ alpha so với phương pháp phân tích phổ gamma khi
phân tích các mẫu có thành phần phức tạp, đặc biệt trong đối tượng môi trường
biển có hàm lượng muối cao.
- Thiết lập quy trình tách và làm giàu để định lượng
226
Ra trong các đối
tượng môi trường biển, tạo tiền đề phân tích nguyên tố này trong các đối tượng
môi trường khác.
- Cung cấp cơ sở dữ liệu về hàm lượng và sự phân bố 226Ra trong các đối
tượng môi trường biển vùng biển Ninh Thuận. Bộ số liệu thu nhận được giúp
hiểu biết về hành vi, sự phân bố, dịch chuyển và tích lũy của 226Ra trong các hợp
phần của môi trường biển.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
- Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá chất lượng môi
trường biển Việt Nam về mặt phóng xạ.
- Đóng góp một phần vào bộ số liệu nền phông phóng xạ môi trường
biển Việt Nam làm cơ sở cho các cảnh báo và đánh giá tác động môi trường từ
các khu công nghiệp, đặc biệt từ nhà máy điện hạt nhân sẽ được xây dựng và
vận hành trong tương lai gần ở Việt Nam tại khu vực nghiên cứu.
- Có thể sử dụng kết quả về hệ số tích lũy sinh học trong rong Câu kim
(Vĩnh Hải), sò và rong Mơ làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm phóng xạ biển nhằm
đơn giản hóa các thủ tục, chương trình cảnh báo.
Những đóng góp mới của luận án:
- Nghiên cứu phát triển phương pháp tách và làm giàu để định lượng
226
Ra trong các đối tượng môi trường biển (nước biển, trầm tích và sinh vật
biển). Kiểm tra độ tin cậy của phương pháp được xác lập. Đây là các nghiên cứu
đầu tiên và có hệ thống ở nước ta.
- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của
226
Ra trong các đối tượng môi
trường biển tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận - vùng được chọn xây dựng nhà máy
điện hạt nhân đầu tiên ở Việt Nam và đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự
5
nhiên của
226
Ra theo chu trình: nước - trầm tích - sinh vật biển. Các số liệu này
sẽ đóng góp vào bộ số liệu Quốc gia và Khu vực, không chỉ làm cơ sở cho các
xâm nhập tiếp theo của
226
Ra, mà còn phục vụ đánh giá chất lượng môi trường
biển Việt Nam cũng như đánh giá tác động môi trường biển về mặt phóng xạ.
Bố cục của luận án:
Luận án được trình bày theo 3 chương như sau:
-
Chương một là phần tổng quan, giới thiệu các nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến đề tài của luận án.
-
Chương hai là đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương này tập
trung mô tả phương pháp thu góp, xử lý, bảo quản và định lượng
226
Ra bằng
phương pháp phổ alpha kết hợp với phổ gamma trong mẫu môi trường biển.
-
Chương ba là kết quả và thảo luận. Chương này tập trung xây dựng
phát triển phương pháp tách và tạo mẫu đo phổ alpha xác định hoạt độ
226
Ra
trong các đối tượng môi trường biển và đưa ra các số liệu về phân bố hàm lượng
226
Ra trong một số đối tượng môi trường biển, đánh giá sự dịch chuyển trong
điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển.
- Kết luận của luận án. Luận án khẳng định các điểm mới về mặt học
thuật.
6
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các đồng vị phóng xạ và rađi trong môi trường biển
1.1.1. Những đặc trưng chủ yếu của môi trường biển
Trên thế giới, Đại dương chiếm khoảng 361,11×106 km2 gần 70,8% tổng
diện tích bề mặt của Trái đất, với thể tích khoảng 1,3×1018 m3 [14].
Biển Đông (Hình 1.1), thuật ngữ trong tiếng Anh là South China Sea
(SCS) để chỉ một biển rìa rộng lớn,
nửa kín ở khu vực Đông Nam Á, là
N
một phần của Thái Bình Dương, diện
tích khoảng 3.500.000 km2, kéo dài
từ Singapore tới eo biển Đài Loan
theo hướng Tây Nam - Đông Bắc.
Biển Đông có thể tích khoảng
3.938.000 km3. Độ sâu trung bình
1140m, vực sâu nhất 5016m thuộc rìa
lục địa Philippines. Vùng biển nông
của Biển Đông được nối liền với Biển
Đông Hải (Trung Quốc) qua eo Đài
E
Hình 1.1. Biển Đông (South China Sea)
Ghi chú:
50
: đường đẳng sâu (m)
Loan và Biển Java qua eo Malacca. Khu vực nước sâu chiếm toàn bộ phần trung
tâm và đông bắc Biển với hai eo biển sâu Luzon (trên 5000 m) và Midoro (trên
2000 m) nối liền với các vùng nước sâu của Thái Bình Dương và biển Sulu.
Xung quanh Biển Đông có nhiều dãy núi bao bọc, nhiều dãy cao hơn 500 m, như
những dãy núi ở phía tây Việt Nam hay các dãy núi trên quần đảo Philippines.
Các dãy núi hẹp Châu Á giữ chặt các trung tâm đối lưu gió mùa.
Xung quanh Biển Đông có khá nhiều sông đổ vào, trong đó, 3 sông lớn
nhất là Sông Pearl (Quảng Châu, Trung Quốc), Sông Hồng và Sông Mê - Kông.
Lưu lượng của các con sông ở đây biến đổi mạnh theo mùa. Ví dụ, sông Mê Kông, lượng nước từ tháng 5 – tháng 10 chiếm 70% lượng nước trong năm (~5.2
7
x 1011m3) chiếm tới 16% lượng nước mưa trong lưu vực xung quanh Biển Đông
trong cùng thời gian (~3.2 x 1012m3). Nước mưa có thể gây ảnh hưởng tới dòng
chảy biển ở dải ven bờ, đặc biệt là các khu vực có cửa sông lớn [12].
1.1.1.1. Một số đặc điểm chính về hoàn lưu ở Biển Đông
Trên cơ sở phân tích các điều kiện tự nhiên, các nhân tố ảnh hưởng chủ
yếu và các kết quả nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp số liệu khảo sát có
thể khẳng định rằng chế độ hoàn lưu Biển Đông mang tính chất hoàn lưu mùa và
là kết quả của quá trình tương tác biển - khí quyển khu vực trong điều kiện hoạt
động mạnh mẽ của gió mùa.
Vào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), vùng biển Việt Nam
chịu ảnh hưởng của dòng hải lưu Kuroshio từ Thái Bình Dương vào vùng biển
Việt Nam theo hai nhánh: Nhánh thứ nhất vào qua eo Luzon, nhánh thứ hai vào
Biển Hoa Đông, Trung Quốc chạy dọc ven bờ Quảng Đông vào vùng biển Việt
Nam.
Vào mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 10), vùng biển Việt Nam ở phía bắc
chịu ảnh hưởng một phần của dòng hải lưu Kuroshio, phía nam chịu ảnh hưởng
của dòng nước từ Thái Bình Dương qua eo biển Kalimantan nằm giữa Singapore
và bán đảo Kalimanta, Indonesia (Hình 1.2 và 1.3) [12], [14].
Hình 1.2. Lược đồ về dòng hải lưu ở Biển Đông (a) mùa đông và (b) mùa hè
8
Hình 1.3. Lược đồ tổng quát về dòng hải lưu lớp trên cùng ở Biển Đông. Các
mũi tên đặc chỉ dòng chảy và mũi tên mở chỉ hướng gió, (a) mùa đông và (b)
mùa hè.
Chú giải: 1. dòng Kuroshio; 2. (Loop current) dòng Kuroshio xâm nhập
trực tiếp; 3. (SCSBK) dòng uốn Kuroshio; 4. (NW Luzon Cyclonic Gyre) dòng
xoáy tây bắc Luzon; 5. (NW Luzon Cyclonic Eddy) dòng xoáy tròn tây bắc
Luzon; 6. (NW Luzon Coastal Current) dòng dòng bờ tây Luzon; 7. (SCSWC)
dòng chảy ấm Biển Đông; 8. dòng ven bờ Quảng Đông; 9. (SCS Southern
Cyclonic Gyre) dòng xoáy thuận nam Biển Đông; 10. Dòng ngoài khơi thềm lục
địa Natuna; 11. (SCS Southern Anticyclonic Gyre) dòng xoáy nghịch nam Biển
Đông; 12. Dòng ngoài khơi đông nam Việt Nam.
1.1.1.2. Độ mặn vùng khơi và ven bờ biển Việt Nam
Khu vực Vịnh Bắc bộ, Vịnh Thái Lan và bờ biển đồng bằng Nam bộ là
những nơi có dòng sông lớn đổ vào nên độ mặn thay đổi rất mạnh giữa mùa mưa
và mùa khô. Phần lớn nước vùng ven bờ Vịnh Bắc bộ có độ mặn nhỏ hơn 34‰
và Vịnh Thái Lan nhỏ hơn 33,5‰. Càng vào gần bờ, độ mặn càng giảm đáng
kể. Về mùa hè (mùa mưa) thường xuất hiện các tâm nước nhạt ở vùng cửa sông
Hồng, cửa sông Cửu Long và ven Vịnh Thái Lan. Về mùa Đông, các tâm và dải
nước lợ trong sông đổ ra bị ép sát vào bờ và có khả năng biến mất phụ thuộc vào
lưu lượng nước trong sông đổ ra. Khu vực ven bờ miền Trung có độ mặn khá ổn
định, thường đạt các giá trị cao vào thời gian từ các tháng 9 đến tháng 12 với giá
trị khoảng 33,4 – 34,0‰. Tại các khu vực nước trồi có độ mặn khá cao do nước
từ các tầng sâu tải lên [12], [14].
9
1.1.2. Phóng xạ môi trường biển
Các nhân phóng xạ trong khí quyển rơi lắng trực tiếp xuống đại dương và
cũng có thể gián tiếp từ các con sông chảy vào. Tuy nhiên, các chất phóng xạ
cũng được thải trực tiếp ra đại dương như các chất thải lỏng và các chất thải rắn
của một số cơ sở hạt nhân và liên quan. Một số nhân phóng xạ tồn tại trong nước
dưới dạng tan, một số khác không tan tồn tại dưới dạng các hạt chất rắn lơ lửng
hoặc cộng kết thành các hạt chuyển xuống trầm tích [8], [13].
Một số nguyên nhân chính tác động đến môi trường biển là: Thử vũ khí
hạt nhân trong khí quyển và trong nước; Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển;
Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên
tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các
chất phóng xạ trên đường biển); Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ
mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ sở tái xử lý nhiên
liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); và sự đóng góp của các đồng vị
phóng xạ tự nhiên chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong số đó
nguy hại nhất phải tính đến
238
U,
232
Th,
226
Ra và
210
Po. Bên cạnh đó, các hoạt
động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp
khai thác sa khoáng ven biển, công nghiệp thăm dò và khai thác dầu khí, v.v… ở
các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ trong
môi trường biển [2], [3], [9], [44].
1.1.2.1. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ nhân tạo
1.1.2.1a. Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước:
Thành phần các đồng vị phóng xạ nhân tạo xâm nhập vào đại dương, về
cơ bản, được qui định bởi các sản phẩm phân chia của nhiên liệu hạt nhân. Bảng
1.1 đưa ra đặc trưng của các hạt nhân có thời gian sống dài và nguy hại nhất
được tạo ra khi phân chia
235
U. Tương quan giữa chúng có thể thay đổi và phụ
thuộc vào loại nhiên liệu, dạng và điều kiện diễn ra phản ứng [8], [60].
10
Bảng 1.1. Các nhân phóng xạ chủ yếu hình thành trong quá trình phân chia
235
U [60].
Hạt nhân
90
Sr
91
Y
Zr
95
Nb
95
99
Tc
106
Ru
28.82 năm
5.3
58.51 ngày
63.98 ngày
34.97 ngày
5.9
6.4
-
2.14105 năm
6.2
0.5
366.58 ngày
8.04 ngày
30.17 năm
131
137
Hiệu suất khi phân chia, %
T1/2
I
Cs
140
Ba
Ce
147
Pm
3.0
6.2
6.8
5.3
2.6
12.79 ngày
284.5 ngày
144
2.62 năm
Trong số tất cả các loại thử hạt nhân thì loại thử trong không khí và dưới
nước gây ô nhiễm môi trường mạnh hơn cả. Khi thử trong không khí làm xuất
hiện các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc là: Các sản phẩm phân chia, một phần
nhiên liệu hạt nhân không kịp cháy và các sản phẩm kích hoạt của nơtrôn với
các thành phần của môi trường (không khí, nước, bùn - đất). Các sản phẩm này
dần dần lắng đọng xuống mặt đất, mặt nước. Các kết quả quan trắc cho thấy mật
độ rơi lắng phóng xạ ở Bắc bán cầu cao hơn đáng kể so với ở Nam bán cầu. Điều
này được xác định bởi các nguyên nhân khí tượng, cũng như bởi phân bố vị trí
của các vụ thử (Bảng 1.2). Lượng rơi lắng toàn cầu (xác định bằng thực nghiệm)
của 90Sr và 137Cs được trình bày trong Bảng 1.3 [8], [60].
Bảng 1.2. Đặc trưng các vụ thử hạt nhân trên thế giới [60]
Nước
Số vụ thử
Khí quyển Dưới
đất
Công suất (Mt)
Tổng
Khí quyển
Dưới
đất
Tổng
Trung Quốc
22
22
44
21
1
22
Pháp
50
160
210
10
3
13
11
Ấn Độ
-
6
6
Pakistan
-
6
6
Anh
33
24
57
8
2
10
Mỹ
219
908
1127
154
46
200
Liên Xô cũ
219
750
969
247
38
285
Tổng các nước
543
1876
2419
440
90
530
Bảng 1.3. Rơi lắng toàn cầu của 90Sr và 137Cs [60].
Lượng, 1016 Bq
Năm
90
Sr
137
Cs
1961
1962
1.72
5.13
8.4
Tích lũy đến 12/1962
22.5
37.5
Dự tính rằng, đến năm 1963, trong khí quyển ở độ cao 30 km có khoảng
2.610 17Bq 90Sr, và lượng này sẽ tiếp tục rơi lắng cho đến nay.
Do các vụ thử hạt nhân, ngoài các nhân phát gamma, bêta còn có một
lượng đáng kể các hạt nhân phát alpha xâm nhập vào môi trường. Trong số đó,
nguy hại nhất phải tính đến
239
Pu. Theo đánh giá của nhiều tác giả: Tính đến
cuối năm 1963, có khoảng 2.51016 Bq 239Pu đã rơi lắng vào môi trường; và tính
đến năm 1972, khoảng một nửa lượng này đã rơi lắng xuống các vùng thử hạt
nhân [2], [9].
1.1.2.1b. Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển:
Trong quá trình tái xử lý nhiên liệu hạt nhân và hoạt động của nhà máy
điện nguyên tử cũng tạo ra một lượng có ý nghĩa các thải phóng xạ ở các dạng
lỏng, rắn và khí. Đáng quan tâm hơn cả ở đây là thải phóng xạ lỏng có thành
phần khác nhau. Nhìn chung, bất kỳ phương pháp nào để xử lí chúng cũng cần
được kiểm soát trong suốt thời gian cất trữ. Với các thải phóng xạ hoạt độ cao
thường được chứa vào các container hoặc bêton hóa, sau đó tàng trữ trong các
vùng riêng biệt và chịu sự kiểm soát. Trong quá khứ, một phần các khối thải này
đã bị phóng thích vào đại dương và gây ô nhiễm môi trường biển do vật liệu làm
12
container bị ăn mòn và các khối bêton cũng chỉ có độ bền hữu hạn (khoảng 30
năm). Một số vị trí điển hình chôn cất chất thải dưới đáy Đại dương được nêu
trong Bảng 1.4 và Hình 1.4 [32].
Bảng 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy Đại dương [24]
Số vị trí chôn
Hoạt độ (PBq)
North-East Pacific
16
0,55
North-West Atlantic
11
2,94
North-East Atlantic
15
42,31
West Pacific
5
0,02
Vùng chôn thải
Hình 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy đại dương.
1.1.2.1c. Sự cố hạt nhân:
Sự cố Chernobyl vào năm 1986 dẫn đến phóng thích vào môi trường
khoảng 1900 PBq đồng vị phóng xạ các loại (không kể khí trơ phóng xạ), trong
đó hoạt độ phóng xạ của
137
Cs là 70 PBq. Sự cố Fukushima được sơ bộ đánh giá
phóng thích vào khí quyển khoảng 175 PBq của các đồng vị 131I, 134Cs và 137Cs;
ngoài ra có khoảng 2800 TBq131I, 940 TBq 134Cs, 940 TBq 137Cs trực tiếp thải ra
môi trường biển [8], [20], [58].
Một vài sự cố hạt nhân khác cũng đã phóng thích các hạt nhân phóng xạ
vào môi trường, nhưng nói chung là không đáng kể. Bảng 1.5 chỉ ra hoạt độ
phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân trên thế giới.
13
Bảng 1.5. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân
[8], [41]
Sự cố hạt nhân
Hoạt độ phóng thích (PBq)
90
Chernobyl
131
Sr
10
137
I
1760
Kyshtym (1957)
238
Cs
85
Pu
0,035
239,240
Pu
0,072
0,04
Windscale (1957)
0,7
0,02
SNAP 9A
0,6
Tàu ngầm Komsomolets
(LX cũ)
Fukushima
0,0028
0,2
0,003
0,14
160
15
0,016
0,00002
6,4x10-6
1.1.2.1d. Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của
các cơ sở hạt nhân
Các hoạt động sử dụng chất phóng xạ bao gồm tất cả các giai đoạn trong
chu trình nhiên liệu hạt nhân cũng như các hoạt động khác trong nghiên cứu
khoa học, Y tế, Công nghiệp, v.v… Chu trình nhiên liệu hạt nhân bao gồm các
khâu khai thác, sơ chế quặng phóng xạ, làm giàu nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu
hạt nhân, xử lý nhiên liệu hóa học đã cháy, trong các khâu trên chúng đều có
chất thải phóng xạ. Các hoạt động ứng dụng chất phóng xạ ngoài chu trình nhiên
liệu (như các lò phản ứng hạt nhân) cũng thải ra một lượng đáng kể chất thải
phóng xạ. Bảng 1.6 cho thấy các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [20].
Bảng 1.6. Các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [8], [20]
Loại hoạt
động
Các loại chất thải và các
thành phần chính
222
218
214
214
Hoạt độ phóng xạ riêng
Ci/tấn U
-4
-3
Bq/tấn U
4.106 – 4.107
2.1010 – 4.1010
Khai thác và
Sơ chế
Khí: Rn, Po, Bi, Po
Rắn: U, 226Ra, 230Th, 210Po
10 – 10
0,5 – 1
Tinh chế
Lỏng: 238U, 234Th, 234Pa, 226Ra
10-4 – 10-3
4.106 – 4.107
Sản xuất
nhiên liệu
Rắn: U, Pu, Th
10-4 – 10-3
4.106 – 4.107
10 -100
4.1011 – 4.1012
Hoạt động lò
Khí:
13
N,
41
Ar,
89
Kr,
87
Kr,
14
phản ứng
138
Xe, 135Xe
Rắn: 58Co, 60Co, 59Fe, 51Cr, 3H
Xử lý hóa học Khí: 85Kr, 133Xe, 131I, 129I, 3H
Rắn: các sản phẩm phân hạch,
Pu, Am, Cm.
50 – 100
2.1012 – 4.1012
7000
6.106
26.1013
22.1016
Trước đây, phương pháp chung trong việc thải chất thải phóng xạ ở mức
thấp và mức trung bình thường là thải ra biển. Thể tích lớn của biển được coi là
môi trường lý tưởng hòa tan và phát tán các chất thải phóng xạ này. Người ta
tính rằng nước biển đã chứa một lượng phóng xạ khổng lồ, chủ yếu là
40
K với
hoạt độ tổng cộng 2.1022Bq (hay 500.000MCi), nên việc thêm vào đó một lượng
không đáng kể chất thải phóng xạ sẽ không ảnh hưởng gì. Tuy nhiên, lập luận đó
không đủ cơ sở do chưa được nghiên cứu kỹ về quá trình vật lý, hóa học và sinh
học trong nước biển nhờ đó các chất thải phóng xạ được phát tán và do đó không
thể đoán trước được sự phân bố các chất phóng xạ trong nước biển như thế nào.
Các chất thải phóng xạ này sẽ thông qua dây chuyền thức ăn tới con người và
gây nguy hiểm chiếu trong. Do đó, năm 1993 một Hiệp ước Quốc tế đã không
cho phép đổ chất thải phóng xạ mức thấp và mức trung bình ra biển và phương
pháp thải này đã chấm dứt vào năm 1994. Bảng 1.7 cho thấy hoạt độ phóng xạ
của các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [8], [20].
Bảng 1.7. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [20].
Hoạt độ phóng thích (PBq)
Nguồn
3
H
14
C
Hoạt động lò PƯHN
140
1,1
Tái xử lý nhiên liệu
57
0,3
Sản xuất và sử dụng nguồn ĐVPX
2,6
1,0
90
Sr
131
I
137
Cs
0,04
6,9
0,004
40
6,0
Do ảnh hưởng của các dòng hải lưu (Hình 1.2 và 1.3), các đồng vị phóng
xạ nhân tạo như đã được nêu ở trên hiện diện ở biển Việt Nam, tuy nhiên ở mức
độ nào thì cần thiết phải đánh giá.
15
1.1.2.2. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên
Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong môi trường
biển chủ yếu là các đồng vị phóng xạ chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của
chúng. Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 238U, 235U, 232Th, 226Ra và 210Po.
Mức độ và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện địa hóa - cảnh quan và
quốc gia nào cũng phải tiến hành đánh giá về hàm lượng, tác động của chúng lên
cơ thể sống và qua chuỗi hải sản lên người [2], [9].
Ngoài ra, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng
phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển (ví dụ ở nước Ta, việc khai
thác quặng phóng xạ Uran ở vùng Nông Sơn thuộc tỉnh Quảng Nam, việc khai
thác sa khoáng ven biển ở một số Tỉnh dọc theo ven biển miền Trung - Một loại
quặng có độ phóng xạ cao), công nghiệp thăm dò và khai thác dầu mỏ, công
nghiệp khai thác than đá, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến
tăng mức phông phóng xạ tự nhiên này [2], [9].
Ngoài các đồng vị phóng xạ tự nhiên thuộc về 3 họ nói trên, trong biển và
đại dương còn hiện diện các đồng vị phóng xạ không tạo ra họ, có nguồn gốc từ
vỏ quả đất và vũ trụ như: 40K, 3H, 14C, 10Be và 87Rb [2], [9].
Nước ta có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể. Trữ lượng đã được
thăm dò và đánh giá là khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven biển các
tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận. Những tỉnh có trữ lượng lớn là Hà
Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận. Tổng trữ lượng và tài nguyên
sa khoáng toàn vùng Bắc Trung Bộ đã được thăm dò, đánh giá tính đến thời
điểm tháng 12/2008 là 16,226 triệu tấn. Nếu so sánh về mặt tiềm năng tài
nguyên thì trữ lượng ilmenit-zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng
của toàn thế giới. Hàm lượng các khoáng vật có ích trong quặng titan Việt Nam
là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 và một lượng
đáng kể monazit. Trong quặng ilmenit, zircon có các khoáng vật chứa các chất
phóng xạ, nhất là khoáng vật monazit, có hàm lượng phóng xạ cao đặc biệt là
Th, U. Công nghệ khai thác tại nước ta hiện vẫn chủ yếu là khai thác thủ công,
16
chọn lọc những lớp quặng giàu 80 - 85% khoáng vật nặng. Trong quá trình khai
thác, tuyển quặng, các nguyên tố kim loại nặng và nguyên tố phóng xạ có trong
quặng bị hòa lẫn trong nguồn nước thải dưới dạng hoà tan hay khoáng vật mịn,
siêu mịn và lan truyền theo mọi hướng. Phần lớn nước từ quá trình tuyển quặng
cho chảy trực tiếp ra biển, mà không qua giai đoạn xử lý nào [8].
Trong quá trình khai thác mỏ, các chất thải không những gây ô nhiễm cho
môi trường khu khai thác và chế biến, vùng lân cận mà còn gây ô nhiễm đối với
vùng biển ven bờ (0-30 m nước). Chính các hoạt động khai thác này là nguyên
nhân gây tiềm năng ô nhiễm các nguyên tố trong trầm tích biển ở khu vực. Theo
kết quả đã nghiên cứu về địa hóa môi trường của Liên đoàn Địa chất biển, Cục
Địa chất cho thấy hàm lượng các nguyên tố nặng, hàm lượng các nguyên tố
phóng xạ ở đây cũng tăng cao, có liều chiếu ngoài đạt đến 1,2-2 mSv/năm, vượt
quá ngưỡng cho phép là 1 mSv/năm [8].
Bên cạnh đó, công nghiệp thăm dò, khai thác dầu mỏ ở vùng biển phía
Nam, nguy cơ gây ô nhiễm biển do các nguồn thải trong các giai đoạn lắp ráp,
khoan thăm dò, khai thác và tháo dỡ như: mùn khoan, nước vỉa, nước thải sinh
hoạt, khí thải... có chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng và phóng xạ. Trong quá
trình khai thác dầu mỏ, một lượng lớn nước khai thác chứa
226
Ra và
228
Ra được
thải vào môi trường biển. Hàm lượng tự nhiên của các đồng vị này trong nước
thành tạo nói chung cao hơn rất nhiều lần (khoảng 3 bậc) so với hàm lượng trung
bình của Ra trong nước biển (một vài mBq/l) [12].
Qua các tài liệu nghiên cứu, khảo sát về các đồng vị phóng xạ tự nhiên bị
thải ra biển trong quá trình khai thác dầu của các nước có ngành công nghiệp
khai thác dầu khí phát triển như Nauy, Inđônêsia, v.v... trung bình để thu được 1
tấn dầu mỏ thì thải ra biển một lượng tương đương nước thành tạo. Với hàm
lượng trung bình của Ra trong nước tạo thành khoảng 10Bq/l thì lượng Ra thải
ra biển khi khai thác 1 tấn dầu mỏ khoảng 10KBq [12].
Bảng 1.8 và 1.9 cho thấy mức độ phóng xạ của các sản phẩm có liên quan
tới một số loại quặng và nguyên vật liệu khác.
17
Bảng 1.8. Mức độ phóng xạ các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng [8]
Tên quặng
Tên bã thải
Quặng phosphate
Quặng phosphate
Quặng Titanium
Quặng basnasite
Quặng Zircon
Quặng than
238
U (Bq/kg)
232
Th (Bq/kg)
1200
8,4
Bể chứa quặng
33
16
Phân bón
730
4,4
Bùn quặng
12
1,4
Bùn sa lắng
160
3,2
74-440
130-160
Bể chứa
290
480
Titanium oxide
18
1,3
Gypsum
15
23
Vật liệu thô
1100
5800
Bùn sa lắng
1200
6000
Sản phẩm
1400
7100
Cát Zircon
4200
770
Khoáng Flourit
4100
880
Gạch
3500
810
Bã thải
280
150
Than
15
7
Clinke
97
72
Tro bụi
95
91
Quặng Titanium
Bảng 1.9. Mức độ phóng xạ của một số nguyên vật liệu khác [11], [14]
Nguyên vật liệu
Đất
Độ phóng xạ (Bq/kg)
20-50 (U), 30-70 (Th)
Xỉ than, Bụi tro
200-300 (U, Th)
Bùn dầu mỏ
1000-5000 (Ra)
Cặn dầu
Bùn quặng phosphat
Bùn đỏ (chế biến quặng đồng)
Zircon
1000-20000 (Ra, 210Po)
20-1000 (Ra, 210Po)
20-400 (U), 30-1500 (Th)
1000-4000 (U)
18
Tuy vậy, trong những năm qua việc đánh giá mức độ gây ô nhiễm từ
những nguồn này ở nước ta vẫn chưa được chú ý đúng mức.
1.1.2.3. Tình hình nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển trên thế giới
Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển trên thế giới chủ yếu theo các
hướng sau [8], [9]:
(1) Nguồn gốc của các chất nhiễm bẩn trong môi trường biển (chôn thải
dưới đáy biển, các vụ thử vũ khí hạt nhân trong quá khứ, phóng thích từ mặt đất,
ô nhiễm từ khí quyển và xâm nhập từ sông);
(2) Quan trắc, vận chuyển và phân bố các đồng vị phóng xạ (mức ô
nhiễm, chỉ thị sinh học, các chu trình sinh địa hoá, sự hình thành và biến đổi
loài, v.v...);
(3) Nghiên cứu đánh giá sinh thái phóng xạ biển (đánh giá liều do các
chất phóng xạ, tăng phông phóng xạ tự nhiên các công nghiệp phi hạt nhân);
(4) Phát triển các mô hình phần mềm máy tính đánh giá sự phân tán các
chất ô nhiễm (các mẫu buồng, các mẫu phân tán và động học trầm tích, mẫu
phân tán khu vực, vùng và toàn cầu);
(5) Hệ thống thông tin ô nhiễm môi trường biển (GIS, ngân hàng dữ liệu,
các xu hướng theo thời gian, dự báo, v.v...);
(6) Phát triển các kỹ thuật phân tích các chất ô nhiễm môi trường biển
(các kỹ thuật phân tích hạt nhân và hoá phóng xạ, sắc ký, khối phổ kế, khối phổ
kế máy gia tốc);
(7) Các hướng nghiên cứu từ xa về ô nhiễm môi trường biển (quan trắc
dưới nước, trên không và vệ tinh, v.v...);
(8) Đánh giá các nguy cơ và quản lý ô nhiễm môi trường biển (các nghiên
cứu điển hình, các biện pháp quản lý, v.v...);
(9) Nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển tại các vùng và toàn cầu cần
quan tâm đặc biệt.
19
1.1.2.4. Những kết quả chính trong nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển khu
vực Châu Á - Thái Bình Dương
Các hướng nghiên cứu chủ yếu về phóng xạ môi trường biển trong khu
vực như sau [24], [57]:
(1) Thiết lập bộ số liệu Vùng về phóng xạ môi trường biển:
-
Tạo bộ số liệu vùng và lập bản đồ về phóng xạ môi trường biển để sử
dụng đánh giá liều và bài toán lan truyền xuyên biên giới các nhân phóng xạ
chính;
-
Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng phục vụ bài
toán trên.
(2) Xác định mức, cử chỉ và dạng tồn tại của chất nhiễm bẩn phóng xạ và
không phóng xạ trong môi trường biển bằng cáckỹ thuật đồng vị/hạt nhân:
-
Khảo sát hiệu ứng tích lũy các chất nhiễm bẩn phóng thích vào môi
trường biển sử dụng kỹ thuật hạt nhân;
-
Sử dụng kỹ thuật đánh dấu để nghiên cứu sự vận chuyển các khối
nước và các chất ô nhiễm;
-
Áp dụng kỹ thuật đánh dấu để chỉ định nguồn gốc xâm nhập các chất
nhiễm bẩn vào đới bờ;
-
Chỉ định các chất nhiễm bẩn có khả năng tham gia vào dịch chuyển
xuyên biên giới trong Vùng, đánh giá các quá trình và tốc độ vận chuyển chúng
trong môi trường biển;
-
Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng để giải
quyết các vấn đề đã nêu trên.
(3) Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và mô hình hoá phục vụ phát triển bền
vững đới bờ:
-
Chuyển giao công nghệ tới các quốc gia thành viên các mô hình vật lý
hay mô hình số đã được xác lập cho việc phát triển bền vững đới bờ;
-
Kiểm chứng các mô hình trên thực tế dùng kỹ thuật đánh dấu;
-
Tăng cường khả năng và thiết bị trong Vùng cho việc quản việc quản
lý đới bờ qua kỹ thuật đánh dấu.
20
1.1.2.5. Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển ở Việt Nam trong 10 năm
trở lại đây
Trong những năm qua, các bộ, ngành, địa phương tuỳ theo chức năng và
mối quan tâm của mình đã và đang tiến hành một số chương trình điều tra, khảo
sát và đánh giá chất lượng môi trường biển. Trong đó việc nghiên cứu phóng xạ
môi trường biển cũng đã được quan tâm thực hiện. Nghiên cứu phóng xạ môi
trường biển ở Việt Nam được bắt đầu thực hiện từ năm 1998 qua việc thực hiện
các đề tài nghiên cứu khoa học. Tính đến nay, riêng ngành Năng lượng nguyên
tử Việt Nam đã tổ chức thực hiện 4 đề tài cấp Bộ, 1 đề tài cấp Cơ sở và 1 nhiệm
vụ cấp Bộ: 1) “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật phân tích hạt
nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển Việt Nam”
(1999-2000); 2) “Nghiên cứu phát triển các phương pháp phân tích hạt nhân chủ
yếu và ứng dụng đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển ở một số vùng
điển hình của Việt Nam” (2001-2002); 3) “Tổng kết, đánh giá các kết quả
nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển; bước đầu sơ bộ đánh giá liều tích lũy
hiệu dụng tập thể dân chúng do sử dụng hải sản ở một số vùng điển hình của
Việt Nam” (2003); 4) “Nghiên cứu đánh giá mật độ rơi lắng tích lũy 90Sr,
và
137
Cs
239,240
Pu trong đất và trầm tích ở phía Nam Việt Nam”; 5) “Điều tra, đánh
hiện trạng phóng xạ môi trường biển tại 2 vị trí dự kiến xây dựng nhà máy điện
hạt nhân thuộc tỉnh Ninh Thuận” (2008-2009) và 6) “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị
môi trường Pb-210 để xác định tuổi, lịch sử ô nhiễm của một số kim loại nặng
cũng như tổng C hữu cơ (TOC) và tổng N và P trong các lát cắt trầm tích vịnh
Hạ Long bằng kỹ thuật hạt nhân” (2011-2012). Riêng Viện Hải Dương học Nha
Trang đã thực hiện 3 đề tài cấp Cơ sở và 1 đề tài nhánh của Dự án SAREC:
“Nghiên cứu đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích ven bờ vịnh Nha Trang”
(1998); “Điều tra, nghiên cứu phông phóng xạ môi trường vùng biển ven bờ
Bình Định - Nha Trang” (2000); “Đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích
vùng biển ven bờ tỉnh Bình Định” (2002).
Các kết quả tiêu biểu đã đạt được qua việc thực hiện các Đề tài, Nhiệm vụ
là:
- Xem thêm -