Tài liệu Khóa luận tốt nghiệp Đại học Xây dựng quy trình chế tạo mẫu chuẩn Uran và Kali để xác định hoạt độ phóng xạ trong mẫu đất

ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KHOA HOÏC TÖÏ NHIEÂN KHOA VAÄT LYÙ CHUYEÂN NGAØNH VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN -----------------†----------------- KHOÙA LUAÄN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC Ñeà taøi: XAÂY DÖÏNG QUY TRÌNH CHEÁ TAÏO MAÃU CHUAÅN URAN VAØ KALI ÑEÅ XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ PHOÙNG XAÏ TRONG MAÃU ÑAÁT Sinh vieân thöïc hieän: Nguyeãn Thò Hoaøng Oanh Caùn boä höôùng daãn: ThS. Tröông Thò Hoàng Loan TS. Traàn Vaên Luyeán Caùn boä phaûn bieän: ThS. Huyønh Thanh Nhaãn TP.HOÀ CHÍ MINH- 2007 LÔØI CAÛM ÔN Trong suoát quaù trình hoïc taäp vaø thöïc hieän khoaù luaän toát nghieäp, em ñaõ nhaän ñöôïc söï quan taâm, höôùng daãn, giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân cuûa Thaày Coâ, gia ñình, caùc anh chò vaø caùc baïn. Em xin ñöôïc baøy toû loøng bieát ôn chaân thaønh cuûa mình tôùi: ThS. Tröông Thò Hoàng Loan, ngöôøi ñaõ truyeàn ñaït laïi nhöõng kieán thöùc caàn thieát, taän tình höôùng daãn vaø taïo moïi ñieàu kieän ñeå em hoaøn thaønh khoaù luaän naøy. TS. Traàn Vaên Luyeán, ngöôøi Thaày ñaõ nhieät tình truyeàn ñaït nhöõng kieán thöùc, kinh nghieäm quyù giaù vaø nhöõng chæ baûo taän tình trong thöïc nghieäm. Caùc Thaày Coâ trong khoa Vaät Lyù, ñaëc bieät caùc Thaày Coâ trong boä moân Vaät Lyù Haït Nhaân ñaõ truyeàn ñaït cho em nhöõng kieán thöùc boå ích. Anh Ñaëng Nguyeân Phöông, anh Traàn Thieän Thanh, chò Traàn AÙi Khanh ñaõ giuùp ñôõ vaø ñoäng vieân em raát nhieàu trong thôøi gian qua. Taát caû baïn beø ñaõ uûng hoä toâi. Xin gôûi tri aân ñeán gia ñình vì moïi ñieàu toát ñeïp. Lôøi môû ñaàu Phoå keá Gamma phoâng thaáp coù khaû naêng ghi nhaän tröïc tieáp caùc tia Gamma ño caùc ñoàng vò phoùng xaï trong maãu phaùt ra maø ko caàn taùch chieát caùc nhaân phoùng xaï khoûi chaát neàn cuûa maãu, giuùp ta thu ñöôïc moät caùch ñònh tính vaø ñònh löôïng caùc nhaân phoùng xaï trong maãu. Ñoái töôïng cuûa phöông phaùp phaân tích naøy laø caùc maãu sinh hoïc, moâi tröôøng nhö: ñaát, nöôùc, khoâng khí, traàm tích, rau (caùc loaïi rau), … Nhôø nhöõng keát quaû phaân tích trong nghieân cöùu moâi tröôøng naøy, chuùng ta coù theå ñaùnh giaù ñöôïc möùc ñoä aûnh höôûng cuûa cuûa caùc chaát phoùng xaï coù trong moâi tröôøng, cuûa löông thöïc, thöïc phaåm ñoái vôùi cuoäc soáng cuûa con ngöôøi. Ñeå ñaùnh giaù ñöôïc caùc ñaëc tröng cuûa Detector nhö ñoä phaân giaûi, hieäu suaát ghi, thôøi gian ño toái öu, caùc phoøng thí nghieäm treân theá giôùi söû duïng caùc maãu vaät lieäu chuaån vôùi hoaït ñoä caùc ñoàng vò phoùng xaï ñaõ ñöôïc xaùc ñònh. Vieäc cheá taïo caùc maãu chuaån trong nöôùc ñeå thay theá caùc maãu chuaån ngoaïi nhaäp seõ mang laïi tính kinh teá cao vaø ñaùp öùng kòp thôøi caùc coâng taùc nghieân cöùu. Vôùiø ñieàu kieän thöïc teá cuûa phoøng thí nghieäm boä moân, taùc giaû choïn ñeà taøi “xaây döïng quy trình cheá taïo maãu chuaån Uran vaø Kali ñeå xaùc ñònh hoaït ñoä phoùng xaï trong maãu ñaát” ñöôïc ño baèng heä phoå keá Gamma phoâng thaáp, nhaèm cung caáp moät taøi lieäu tham khaûo veà cheá taïo maãu chuaån vaø caùc keát quaû thöïc nghieäm böôùc ñaàu. 1 MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC .........................................................................................................1 DANH MUÏC CAÙC BAÛNG ................................................................................4 DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ VAØ ÑOÀ THÒ ......................................................5 Chöông 1 ...........................................................................................................6 TOÅNG QUAN VAÁN ÑEÀ NGHIEÂN CÖÙU ....................................................6 1.1 VAØI NEÙT VEÀ HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ..............................................6 1.2 NGUOÀN GOÁC PHOÙNG XAÏ .......................................................................7 1.2.1 Caùc nguoàn phoùng xaï töï nhieân .......................................................7 1.2.1.1 Nhoùm ñoàng vò phoùng xaï nguyeân thuûy ....................................7 1.2.2 Caùc nguoàn phoùng xaï nhaân taïo .....................................................14 1.2.2.1 Vuõ khí haït nhaân.....................................................................14 1.2.2.2 Ñieän haït nhaân .......................................................................15 1.2.2.3 Tai naïn haït nhaân ...................................................................16 1.3 PHOÙNG XAÏ TRONG MOÂI TRÖÔØNG ÑAÁT ..........................................16 1.3.1 Phoùng xaï töï nhieân........................................................................16 1.3.1.1 Nguoàn goác cuûa phoùng xaï töï nhieân trong ñaát ........................16 1.3.1.2 Moät soá ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân trong ñaát ........................18 1.3.2 Phoùng xaï nhaân taïo .......................................................................20 Chöông 2 .........................................................................................................21 2 GIÔÙI THIEÄU ÑAÀU DOØ HPGe ..................................................................21 2.1 GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ CAÙC LOAÏI ÑAÀU DOØ ÑÖÔÏC SAÛN XUAÁT BÔÛI HAÕNG CANBERRA...................................................................................21 2.1.1 Ñaàu doø Ge ñoàng truïc. ..................................................................22 2.1.2 Ñaàu doø Ge ñoàng truïc ñaûo cöïc (REGe). .......................................23 2.2 GIÔÙI THIEÄU ÑAÀU DOØ GEMANIUM SIEÂU TINH KHIEÁT HAY ÑAÀU DOØ HPGE (HIGH PURE GERMANIUM DETECTOR) COÙ TAÏI BOÄ MOÂN VAÄT LYÙ HAÏT NHAÂN. ........................................................................................24 2.2.1 Caáu hình cuûa ñaàu doø gemanium sieâu tinh khieát GC2018. .........24 2.2.1.1 Caáu hình cuûa ñaàu doø: ...........................................................24 2.2.1.2 Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa ñaàu doø: ......................................25 2.2.1.3 Sô ñoà caét doïc cuûa heä ñaàu doø_ buoàng chì_nguoàn: .................26 2.2.2 Caùc ñaëc tröng cuûa ñaàu doø baùn daãn Germanium.........................27 2.2.2.1 So saùnh hieäu suaát cuûa ñaàu doø loaïi n vaø loaïi p .....................27 2.2.2.2 Ñoä phaân giaûi naêng löôïng (energy resolution).....................29 2.2.2.3 Tæ soá ñænh / Compton (peak / Compton ratio) ......................30 2.2.2.4 Hieäu suaát cuûa ñaàu doø germanium sieâu tinh khieát (HPGe) ..30 Chương 3 .........................................................................................................34 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH HOAÏT ÑOÄ CAÙC ÑOÀNG VÒ PHOÙNG XAÏ .....................................................................................................................34 3.1 PHÖÔNG PHAÙP TÖÔNG ÑOÁI...............................................................34 3 3.2 PHÖÔNG PHAÙP TUYEÄT ÑOÁI. ..............................................................35 3.3 SAI SOÁ. .....................................................................................................35 3.4 PHÖÔNG PHAÙP CHUAÅN ÑÔN NGUYEÂN TOÁ. ....................................37 3.5 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH PHOÙNG XAÏ. ..............................38 Chöông 4 .........................................................................................................39 THÖÏC NGHIEÄM ........................................................................................39 4.1 XAÂY DÖÏNG QUY TRÌNH TAÏO MAÃU CHUAÅN ...................................39 4.1.1 cheá taïo duïng cuï laøm maãu: ...........................................................39 4.1.2. Gia coâng chaát neàn.......................................................................41 4.1.3. Quy trình laøm maãu ......................................................................42 1) Taïo maãu chuaån Uran : ..................................................................42 2) Taïo maãu chuaån Kali : ...................................................................44 4.2 KEÁT QUAÛ VAØ BIEÄN LUAÄN ...................................................................45 4.2.1 Xaùc ñònh phoâng neàn cuûa ñaù bazan : ............................................45 4.2.2 Ñaùnh giaù ñoä ñoàng nhaát: ...............................................................46 4.2.2.1 Vôùi maãu chuaån Kali :............................................................46 4.2.2.2 vôùi maãu chuaån Uran :............................................................46 4.2.3 Kieåm chöùng phöông phaùp : .........................................................48 4.2.3.1 Phöông phaùp tuyeät ñoái: .........................................................48 4.2.3.2 phöông phaùp töông ñoái:........................................................49 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO .............................................................................51 4 DANH MUÏC CAÙC BAÛNG Baûng 1.1: Ñaëc tröng cuûa 40K vaø caùc nhaân chính cuûa 3 hoï phoùng xaï. ................... 12 Baûng 1.2: Caùc ñoàng vò phoùng xaï coù nguoàn goác vuõ tru.......................................... 13 Baûng 1.3: Caùc ñoàng vò phoùng xaï chính trong moâi tröôøng ñaát............................... 20 Bảng 4.1: Kích thước hộp mẫu 3π......................................................................... 40 Bảng 4.2: Kích thước hộp mẫu 2π......................................................................... 41 Baûng 4.3: Keát quaû ño phoâng neàn cuûa boät ñaù bazan. ............................................. 45 Baûng 4.4: Ñaùnh giaù ñoä ñoàng nhaát maãu Kali......................................................... 46 Baûng 4.5: Toác ñoä ñeám cuûa moãi maãu Uran öùng vôùi töøng möùc naêng löôïng. ........... 47 Baûng 4.6: Ñaùnh giaù ñoä ñoàng nhaát maãu Uran. ...................................................... 47 Bảng 4.7: Hiệu suất ghi của mẫu 1 ứng với 2 ñỉnh năng lượng 63.3 keV vaø 92.38 keV. ....................................................................................................................... 48 Bảng 4.8: Hiệu suất ghi của mẫu 2 ứng với 2 ñỉnh năng lượng 63.3 keV vaø 92.38 keV. ....................................................................................................................... 49 Baûng 4.9: Hoaït ñoä trung bình maãu ño tính töø phöông phaùp tuyeät ñoái............................. 49 Baûng 4.10: Hoaït ñoä rieâng cuûa maãu phaân tích tính theo maãu 1. ............................ 50 Baûng 4.11: Hoaït ñoä rieâng cuûa maãu phaân tích tính theo maãu 2. ............................ 50 5 DANH MUÏC CAÙC HÌNH VEÕ VAØ ÑOÀ THÒ Hình 1.1: Họ Thorium (4n)..................................................................................... 9 Hình 1.2: Họ Actinium (4n+3) ............................................................................. 10 Hình 1.3: Họ Uranium (4n+2) ............................................................................. 11 Hình 2.1: Tieát dieän ngang cuûa ñaàu doø Ge ñoàng truïc. ........................................... 23 Hình2.2: Tieát dieän ngang cuûa ñaàu doø Ge ñoàng truïc ñaûo cöïc. .............................. 23 Hình 2.3: Caáu truùc ñaàu doø HPGe......................................................................... 25 Hình 2.4: Sô ñoà caét doïc cuûa heä ñaàu doø - buoàng chì –nguoàn. ............................... 26 Hình 2.5: Bình laøm laïnh ....................................................................................... 27 Hình 2.6 : Hieäu suaát naêng löôïng toaøn phaàn thöïc cuûa detector ñoàng truïc (loaïi n) vaø ñoàng truïc ñaûo cöïc (loaïi p)................................................................................ 28 Hình 2.7: Phoå cuûa nguoàn phoùng xaï Co-60 ñöôïc ño bôûi ñaàu doø nhaáp nhaùy NaI(Tl) vaø ñaàu doø HPGe ................................................................................................... 29 Hình 4.1: hộp mẫu 3π ........................................................................................... 40 Hình 4.2: Hộp mẫu 2π .......................................................................................... 41 6 Chöông 1 TOÅNG QUAN VAÁN ÑEÀ NGHIEÂN CÖÙU 1.1 VAØI NEÙT VEÀ HIEÄN TÖÔÏNG PHOÙNG XAÏ Phoùng xaï laø moät hieän töôïng töï nhieân xuaát hieän töø thuôû khai thieân laäp ñòa, nhöng chöa ñöôïc bieát ñeân cho ñeán naêm 1896 khi Henri Becquerel tình côø phaùt hieän caùc böùc xaï töø muoái cuûa Uranium. Sau ñoù, naêm 1899 Pierre vaø Marrie Curie tìm ra hai chaát phoùng xaï môùi laø Polonium vaø Radium. Naêm 1934, Frederic Jiolot vaø Iren Curie taïo ra caùc ñoàng vò phoùng xaï nhaân taïo cuûa phospho vaø nitrogen. Phaùt minh naøy ñaõ môû ra moät kyû nguyeân cuûa phoùng xaï nhaân taïo. Theo ñònh nghóa, phoùng xaï laø bieán ñoåi töï xaûy ra cuûa haït nhaân nguyeân töû, ñöa ñeán söï thay ñoåi traïng thaùi hoaëc baäc soá nguyeân töû hoaëc soá khoái cuûa haït nhaân. Khi chæ coù söï thay ñoåi traïng thaùi xaûy ra, haït nhaân seõ phaùt ra tia gamma maø khoâng bieán ñoåi thaønh haït nhaân khaùc, khi baäc soá nguyeân töû thay ñoåi seõ bieán haït nhaân naøy thaønh haït nhaân cuûa nguyeân töû khaùc, khi chæ coù soá khoái thay ñoåi haït nhaân seõ bieán thaønh ñoàng vò khaùc cuûa noù. Caùc coâng trình nghieân cöùu thöïc nghieäm veà hieän töôïng phoùng xaï ñaõ xaùc nhaän saûn phaåm phaân raõ phoùng xaï cuûa haït nhaân goàm: + Tia alpha: laø chuøm caùc haït tích ñieän döông, bò leäch trong ñieän tröôøng vaø töø tröôøng, deã bò caùc lôùp vaät chaát moûng haáp thuï. Veà baûn chaát, tia alpha laø chuøm caùc haït nhaân cuûa nguyeân töû Helium ( 42 He ). + Tia beta: cuõng bò leäch trong ñieän tröôøng vaø töø tröôøng, coù khaû naêng xuyeân saâu hôn tia alpha. Veà baûn chaát, tia beta laø caùc electron (   ) vaø caùc positron (   ). 7 + Tia gamma: khoâng chòu taùc duïng cuûa ñieän tröôøng vaø töø tröôøng, coù khaû naêng xuyeân saâu vaøo vaät chaát. Veà baûn chaát, tia gamma laø caùc photon coù naêng löôïng cao. 1.2 NGUOÀN GOÁC PHOÙNG XAÏ Phoùng xaï coù ôû khaép moïi nôi: trong ñaát, nöôùc, khoâng khí, thöïc phaåm, vaät lieäu xaây döïng, keå caû con ngöôøi - moät saûn phaåm cuûa moâi tröôøng. Nguoàn phoùng xaï ñöôïc chia laøm hai loaïi: nguoàn phoùng xaï töï nhieân vaø nguoàn phoùng xaï nhaân taïo. Nguoàn phoùng xaï töï nhieân (thöôøng ñöôïc goïi laø phoâng phoùng xaï töï nhieân) laø caùc chaát ñoàng vò phoùng xaï coù maët treân traùi ñaát, trong nöôùc hay trong baàu khí quyeån. Nguoàn phoùng xaï nhaân taïo do con ngöôøi cheá taïo baèng caùch chieáu caùc chaát trong loø phaûn öùng haït nhaân hay maùy gia toác. 1.2.1 Caùc nguoàn phoùng xaï töï nhieân Caùc nguoàn phoùng xaï töï nhieân goàm hai nhoùm: nhoùm caùc ñoàng vò phoùng xaï nguyeân thuûy - coù töø khi taïo thaønh traùi ñaát vaø vuõ truï vaø nhoùm caùc ñoàng vò phoùng xaï coù nguoàn goác töø vuõ truï - ñöôïc tia vuõ truï taïo ra. 1.2.1.1 Nhoùm ñoàng vò phoùng xaï nguyeân thuûy Phoâng phoùng xaï treân traùi ñaát goàm caùc nhaân phoùng xaï toàn taïi caû tröôùc vaø khi traùi ñaát ñöôïc hình thaønh. Chuùng coù chu kyø baùn raõ ít nhaát khoaûng vaøi trieäu naêm, goàm coù Uranium, Thorium vaø con chaùu cuûa chuùng, cuøng vôùi moät soá nguyeân toá phoùng xaï khaùc taïo thaønh boán hoï phoùng xaï cô baûn: Hoï Thorium 232Th (4n); hoï Uranium 238U (4n+2); hoï Actinium Neptunium 241 U (4n+3) vaø hoï phoùng xaï nhaân taïo 235 Pu (4n+1). Caùc ñaëc ñieåm cuûa 3 hoï phoùng xaï töï nhieân: 8 + Thaønh vieân thöù nhaát laø ñoàng vò phoùng xaï soáng laâu vôùi thôøi gian baùn raõ ñöôïc ño theo caùc ñôn vò ñòa chaát. + Moãi hoï ñeàu coù moät thaønh vieân döôùi daïng khí phoùng xaï, chuùng laø caùc ñoàng vò khaùc nhau cuûa nguyeân toá Radon: ví duï trong hoï Uranium laø 222 86 Ra (Radon); trong hoï Thorium laø 219 86 Rn (Actinon). Trong hoï phoùng xaï nhaân taïo Neptunium khoâng coù thaønh vieân khí 220 86 Rn (Thoron); trong hoï Actinium laø phoùng xaï. + Saûn phaåm cuoái cuøng trong moãi hoï phoùng xaï töï nhieân ñeàu laø chì: trong hoï Uranium, 207 Pb trong hoï Actinium vaø 208 206 Pb Pb trong hoï Thorium. Trong hoï phoùng xaï nhaân taïo Neptunium, thaønh vieân cuoái cuøng laø 209 Bi . Sô ñoà phaân raõ cuûa ba hoï phoùng xaï töï nhieân ñöôïc cho trong caùc Hình 1.1, Hình 1.2 vaø Hình 1.3. Ngoaøi caùc ñoàng vò phoùng xaï trong 4 hoï phoùng xaï cô baûn treân, trong töï nhieân coøn toàn taïi moät soá ñoàng vò phoùng xaï vôùi baäc soá nguyeân töû thaáp. Moät trong caùc ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân laø 40 K , raát phoå bieán trong moâi tröôøng (haøm löôïng K trong ñaát ñaù laø 27 g/kg vaø trong ñaïi döông ~ 380 mg/lít), trong thöïc vaät, ñoäng vaät vaø cô theå ngöôøi (haøm löôïng K trung bình trong cô theå ngöôøi khoaûng 1,7 g/kg). 9 90 89 88 87 86 85 84 83 82 232 230 228 226 224 222 220 218 216 214 212 210 208 Hình 1.1: Họ Thorium (4n) Ký hiệu: Phân rã Beta Phân rã Alpha 81 10 92 91 90 89 88 87 86 235 233 231 229 227 225 223 221 219 217 215 213 211 Hình 1.2: Họ Actinium (4n+3) 85 84 83 82 81 11 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 238 236 234 232 230 228 226 224 222 220 218 216 214 212 210 208 206 Hình 1.3: Họ Uranium (4n+2) Moät ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân quan troïng khaùc laø 5600 naêm. 14 14 C vôùi chu kyø baùn raõ C laø keát quaû cuûa bieán ñoåi haït nhaân do caùc tia vuõ truï baén phaù haït 82 12 nhaân 14 N . Tröôùc khi xuaát hieän bom haït nhaân, haøm löôïng toång coäng cuûa 14 C trong khí quyeån khoaûng 1,5.1011 MBq (4MCi), trong thöïc vaät khoaûng 4,8.1011 MBq (13MCi), trong ñaïi döông khoaûng 9.1012 MBq (240 MCi). Vieäc thöû nghieäm vuõ khí haït nhaân laøm taêng ñaùng keå haøm löôïng 14C . Cho ñeán naêm 1960, taát caû caùc vuï thöû nghieäm vuõ khí haït nhaân ñaõ thaûi ra khí quyeån khoaûng 1,1.1011 MBq (3MCi). Cacbon phoùng xaï toàn taïi trong khí quyeån döôùi daïng khí CO2 , ñi vaøo cô theå ñoäng vaät qua quaù trình hoâ haáp vaø vaøo thöïc vaät qua quaù trình quang hôïp neân ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù tuoåi caùc maãu khaûo coå vaät lieäu höõu cô thoâng qua caùc soá lieäu hoaït ñoä rieâng 14C cuûa chuùng. Caùc ñoàng vò phoùng xaï coù nguoàn goác töï nhieân quan troïng nhaát ñöôïc daãn ra trong baûng döôùi ñaây. Baûng 1.1: Ñaëc tröng cuûa 40K vaø caùc nhaân chính cuûa 3 hoï phoùng xaï. Nhaân Chu huûy kyø baùn Haøm löôïng/ Hoaït ñoä töï nhieân 235 U 7,04.108 naêm 0,72% Uran töï nhieân 238 U 4,47.109 naêm 99,2745% Uran töï nhieân, 0,5-0,7 ppm Uran trong ñaù 232 Th 1,41.1010 naêm 1,6-20 ppm trong ñaù voâi, trung bình 10,7 ppm 226 Ra 1,6.103 naêm 16 Bq/kg trong ñaù voâi, 48 Bq/kg trong ñaù noùng chaûy 222 Rn 3,82 ngaøy 0,6-28 Bq/m3 trong khoâng khí 1,28.1010 naêm 37-1000 Bq/kg trong ñaát 40 K 1.2.1.2 Nhoùm caùc ñoàng vò phoùng xaï coù nguoàn goác töø vuõ truï + Caùc ñoàng vò phoùng xaï ñöôïc taïo thaønh töø tia vuõ truï: 13 Böùc xaï vuõ truï lan khaép khoâng gian, chuùng toàn taïi chuû yeáu ngoaøi heä Maët trôøi cuûa chuùng ta. Böùc xaï coù nhieàu daïng, töø nhöõng haït naëng coù vaän toác raát lôùn ñeán caùc photon naêng löôïng cao vaø caùc haït muyon. Taàng treân cuûa khí quyeån traùi ñaát taùc duïng vôùi nhieàu loaïi tia vuõ truï vaø laøm sinh ra caùc nhaân phoùng xa. Phaàn lôùn caùc nhaân phoùng xaï naøy coù thôøi gian baùn raõ ngaén hôn caùc nhaân phoùng xaï töï nhieân coù treân traùi ñaát. Baûng 1.2 trình baøy caùc nhaân phoùng xaï chính coù nguoàn goác töø vuõ truï. Baûng 1.2: Caùc ñoàng vò phoùng xaï coù nguoàn goác vuõ truï Nhaân T1/2 Nguoàn Hoaït ñoä 14 C 5730 naêm Ttvt 14N(n,p)14C 220 Bq/kg trong vaät lieäu höõu cô 3 H 12,3 naêm Ttvt N vaø O 6Li(n,  )3H 1,2.10-3 Bq/kg 7 53,28 ngaøy Ttvt vôùi N vaø O 0,01 Bq/kg Be Caùc nhaân phoùng xaï coù nguoàn goác vuõ truï khaùc laø 14 C, 32 Si , 39 Ar , 22 Na , 35 S, 37 Ar , 32 P, 33 P, 38 Mg , 24 Na , 38 10 S, Be , 18 F, 26 Al , 26 Cl , 38 Cl , 34 m 80 Kr , Cl . + Böùc xaï vuõ truï: Cuøng vôùi caùc nhaân phoùng xaï taïo neân khi tia vuõ truï töông taùc vôùi lôùp khí quyeån, baûn thaân caùc tia vuõ truï cuõng goùp phaàn vaøo toång lieàu haáp thuï cuûa con ngöôøi. Böùc xaï vuõ truï ñöôïc chia laøm hai loaïi laø böùc xaï sô caáp vaø böùc xaï thöù caáp. Böùc xaï vuõ truï sô caáp ñöôïc taïo neân bôûi caùc haït coù naêng löôïng cöïc kyø cao (leân ñeán 108 eV ), ña phaàn laø proton cuøng vôùi moät soá haït khaùc naëng hôn. Phaàn lôùn caùc tia vuõ truï sô caáp ñeán töø beân ngoaøi heä maët trôøi cuûa chuùng ta vaø chuùng 14 cuõng ñaõ ñöôïc tìm thaáy trong khoâng gian vuõ truï. Moät soá ít baét nguoàn töø Maët trôøi do quaù trình chaùy saùng cuûa Maët trôøi. Moät soá nhoû böùc xaï vuõ truï sô caáp xuyeân xuoáng beà maët traùi ñaát coøn phaàn lôùn chuùng töông taùc vôùi khí quyeån. Khi töông taùc vôùi khí quyeån, chuùng sinh ra caùc böùc xaï vuõ truï thöù caáp hoaëc aùnh saùng maø ta coù theå nhìn thaáy treân maët ñaát. Nhöõng phaûn öùng naøy laøm sinh ra caùc böùc xaï coù naêng löôïng thaáp hôn, bao goàm vieäc hình thaønh caùc photon aùnh saùng, caùc electron, caùc neutron vaø caùc haït muyon rôi xuoáng maët ñaát. Lôùp khí quyeån vaø töø tröôøng traùi ñaát coù taùc duïng nhö moät lôùp voû boïc che chaén caùc tia vuõ truï, laøm giaûm soá löôïng cuûa chuùng coù theå ñeán ñöôïc beà maët cuûa traùi ñaát. Nhö vaäy, lieàu böùc xaï con ngöôøi nhaän ñöôïc seõ phuï thuoäc vaøo ñoä cao maø ngöôøi aáy ñang ôû: töø böùc xaï vuõ truï, haøng naêm con ngöôøi coù theå nhaän moät lieàu côõ 0,27 mSv vaø seõ taêng leân gaáp ñoâi neáu ñoä cao taêng 2000 m. Löôïng böùc xaï vuõ truï treân maët bieån chæ giaûm 10% töø vuøng cöïc tôùi xích ñaïo nhöng taïi ñoä cao khoaûng 20000 m thì möùc giaûm naøy laø 75%. Roõ raøng laø coù söï aûnh höôûng cuûa ñòa töø tröôøng cuûa traùi ñaát vaø töø tröôøng cuûa Maët trôøi leân caùc böùc xaï vuõ truï sô caáp. 1.2.2 Caùc nguoàn phoùng xaï nhaân taïo Loaøi ngöôøi ñaõ söû duïng phoùng xaï trong 100 naêm trôû laïi ñaây vaø qua ñoù boå sung vaøo nguoàn phoùng xaï töï nhieân nhöõng saûn phaåm cuûa con ngöôøi. Chuùng chæ laø moät löôïng raát nhoû so vôùi löôïng phoùng xaï coù saün trong töï nhieân, vaø vì chu kyø baùn raõ cuûa chuùng ngaén neân hoaït ñoä cuûa chuùng ñaõ giaûm ñaùng keå töø khi ngöøng thöû vuõ khí haït nhaân treân traùi ñaát. 1.2.2.1 Vuõ khí haït nhaân 15 Rôi laéng töø caùc vuï thöû vuõ khí haït nhaân laø nguoàn phoùng xaï nhaân taïo lôùn nhaát trong moâi tröôøng. Daáu hieäu cuûa bom haït nhaân laø caùc saûn phaåm phaân haïch cuûa U vaø 235 239 Pu . Daáu hieäu cuûa phaûn öùng nhieät haïch laø Triti ñi keøm caùc phaûn öùng phaân haïch thöù caáp khi neutron nhanh töông taùc vôùi U ôû lôùp voû boïc ngoaøi. 238 Caùc ñoàng vò phoùng xaï khaùc cuõng ñöôïc taïo ra do keát quaû cuûa vieäc baét neutron vôùi caùc vaät lieäu laøm bom vaø khoâng khí xung quanh. Moät trong nhöõng saûn phaåm quan troïng nhaát laø 14C ñöôïc taïo ra do phaûn öùng sau 14 14 N (n,p) 14C laøm cho haøm löôïng C trong khí quyeån taêng gaáp ñoâi vaøo giöõa nhöõng naêm 1960. Töø khí quyeån, caùc ñoàng vò phoùng xaï seõ laéng ñoïng treân ñòa caàu döôùi daïng rôi laéng taïi choã (12%), naèm treân taàng ñoái löu (10%) vaø taàng bình löu (78%). Rôi laéng ôû taàng bình löu laø rôi laéng toaøn caàu vaø seõ gaây nhieãm baån toaøn caàu vôùi hoaït ñoä thaáp. Trong khi haàu heát caùc ñoàng vò phoùng xaï naèm treân beà maët traùi ñaát thì 3 H vaø 14 C ñi vaøo caùc chu trình khí quyeån, thuûy quyeån vaø sinh quyeån toaøn caàu. Toång löôïng phoùng xaï ñaõ ñöa vaøo khí quyeån qua caùc vuï thöû vuõ khí haït nhaân laø 3.107 Sv/ngöôøi vôùi 70% laø 14C ; caùc ñoàng vò khaùc nhö 137 Cs , 90 Sr , 95 Zr vaø 106 Ru chieám phaàn coøn laïi. 1.2.2.2 Ñieän haït nhaân Chöông trình haït nhaân daân söï baét ñaàu töø loø phaûn öùng Calder Hall ôû taây baéc nöôùc Anh naêm 1956. Soá caùc loø phaûn öùng haït nhaân taêng nhanh, cho ñeán cuoái naêm 2002, theo thoáng keâ cuûa IAEA, ñieän haït nhaân ñaõ chieám 16% saûn löôïng ñieän toaøn theá giôùi vaø ñang coù chieàu höôùng gia taêng. Caùc ñoàng vò phoùng xaï thaûi vaøo moâi tröôøng ñeàu töø caùc chu trình nhieân lieäu haït nhaân nhö khai thaùc moû, nghieàn Uran, saûn xuaát vaø taùi cheá caùc thanh nhieân lieäu. Vieäc thaûi caùc chaát phoùng xaï töø caùc nhaø maùy ñieän coù theå leân ñeán côõ TBq/naêm hoaëc nhoû hôn. 16 1.2.2.3 Tai naïn haït nhaân Khoaûng 150 tai naïn lôùn nhoû cuûa ngaønh haït nhaân ñaõ xaûy ra, lôùn nhaát laø tai naïn Chernobyl xaûy ra ôû Ucraina 1986 gaây neân söï nhieãm baån phoùng xaï bôûi caùc chaát thaûi raén vaø loûng - laø hoãn hôïp caùc hôïp chaát hoùa hoïc vaø caùc ñoàng vò phoùng xaï. Ngoaøi ra, moät soá nhaân phoùng xaï nhaân taïo coøn ñöôïc taïo thaønh töø caùc khu chöùa chaát thaûi phoùng xaï, caùc chaát thaûi raén hay ñoàng vò phoùng xaï nhaân taïo ñaùnh daáu. 1.3 PHOÙNG XAÏ TRONG MOÂI TRÖÔØNG ÑAÁT 1.3.1 Phoùng xaï töï nhieân 1.3.1.1 Nguoàn goác cuûa phoùng xaï töï nhieân trong ñaát Nguoàn goác chính phaùt sinh caùc nguyeân toá phoùng xaï trong ñaát laø töø caùc ñaù taïo thaønh ñaát (ñaù goác hay coøn goïi laø ñaù meï), do ñoù möùc ñoä vaø ñaëc tính cuûa phoùng xaï trong ñaát coù quan heä vôùi haøm löôïng caùc nguyeân toá phoùng xaï trong ñaù goác. Ñaát hình thaønh töø caùc saûn phaåm phaân huûy cuûa ñaù magma coù tính axít thöôøng coù chöùa caùc ñoàng vò nhö: Uranium, Thorium, Radium, vaø Kali vôùi haøm löôïng lôùn. Traùi laïi caùc ñaát ñöôïc hình thaønh töø caùc ñaù bazô vaø ñaù sieâu bazô noùi chung chöùa löôïng phoùng xaï ít hôn so vôùi ñaát ñöôïc hình thaønh töø ñaù axít. Ñaát ñöôïc hình thaønh gaàn nôi coù quaëng phoùng xaï troài leân thì caùc nguyeân toá phoùng xaï trong noù ñöôïc laøm giaøu raát lôùn. Do quaù trình phong hoùa, ñaát chöùa caøng nhieàu haït seùt thì hoaït ñoä caøng cao. Phaàn lôùn caùc nguyeân toá phoùng xaï trong ñaát phaùt sinh töø söï phaân huûy caùc chaát höõu cô. Tuy nhieân, khoâng coù moái quan heä roõ raøng naøo giöõa hoaït ñoä phoùng xaï trong ñaát vaø haøm löôïng höõu cô cuûa noù. Maët khaùc, trong ñieàu kieän thuaän lôïi, 17 thì nöôùc chöùa caùc chaát khoaùng hoøa tan, goàm caû caùc ñoàng vò phoùng xaï, cuõng ñoùng moät vai troø quan troïng ñoái vôùi söï laéng tuï cuûa caùc ñoàng vò phoùng xaï töï nhieân trong ñaát. Caùc nguyeân toá voâ cô haáp thuï trong haït ñaát coù khaû naêng tham gia vaøo quaù trình trao ñoåi giöõa ñaát vaø thöïc vaät, chaúng haïn qua reã caây huùt chaát dinh döôõng töø ñaát, vaø töø ñoù caùc nguyeân toá phoùng xaï trong ñaát baét vaøo chu trình vaät chaát cuûa voøng tuaàn hoaøn sinh vaät. Moät löôïng phoùng xaï ñaùng keå trong ñaát tích tuï töø caùc saûn phaåm phaân raõ cuûa Radium, vaø moät löôïng ít hôn töø Uranium vaø Thorium. Qua pheùp ño tröïc tieáp phoùng xaï trong khí ñaát, ngöôøi ta phaùt hieän ra raèng ñaát luoân luoân chöùa moät löôïng xaùc ñònh caùc ñoàng vò phoùng xaï ôû theå khí hoaëc ôû daïng phaùt xaï nhö Radon, Thoron, Actinon v.v. Baèng caùch pha troän vôùi khoâng khí, len loõi qua caùc loã thoaùt vaø mao maïch cuûa ñaát maø caùc xaï khí cuøng saûn phaåm phaân raõ cuûa noù daàn daàn rôøi khoûi ñaát vaø ñi leân beà maët khí quyeån nhö laø moät keát quaû cuûa söï khueách taùn vaø bieán ñoåi cô hoïc giöõa ñaát vaø khoâng khí trong khí quyeån. Moät soá chaát phoùng xaï vaãn tieáp tuïc ñöôïc ñöa vaøo ñaát baèng nhieàu con ñöôøng khaùc nhau trong khi moät soá khaùc laïi rôøi khoûi ñaát. Caùc chaát phoùng xaï trong ñaát maát ñi chuû yeáu laø do caùc quaù trình : + Phaân raõ töï nhieân cuûa caùc chaát phoùng xaï. + Thöïc vaät haáp thu caùc nguyeân toá phoùng xaï. + Söï röûa troâi do nöôùc. + Söï thoaùt hôi vaø phaùt xaï vaøo khí quyeån. Do vaäy, haàu heát phoùng xaï trong ñaát caùt bò nhoát trong phaân maûnh cuûa caùc khoaùng chaát naëng. Ñieàu naøy giaûi thích taïi sao hoaït ñoä phoùng xaï trong ñaát seùt cao hôn trong caùc loaïi ñaát khaùc bôûi vì chuùng beàn vöõng hôn vaø ñaát seùt laïi coù khaû naêng