Tài liệu Khảo sát nồng độ radon trong một số mẫu nước ngầm tại huyện củ chi thuộc thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Chu Hoàng Hà KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ RADON TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC NGẦM TẠI HUYỆN CỦ CHI THUỘC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Chu Hoàng Hà KHẢO SÁT NỒNG ĐỘ RADON TRONG MỘT SỐ MẪU NƯỚC NGẦM TẠI HUYỆN CỦ CHI THUỘC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số : 60 44 01 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. CHÂU VĂN TẠO Thành phố Hồ Chí Minh – 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian theo học chương trình cao học và thực hiện luận văn, tôi đã may mắn nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Bằng sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gởi đến tất cả mọi người lời cảm ơn chân thành nhất. Xin cảm ơn Thầy PGS – TS. Châu Văn Tạo, người trực tiếp hướng dẫn tôi. Thầy đã chỉ bảo tận tình cho tôi về chuyên môn, cho tôi thấy được tấm gương về tình yêu khoa học và sự nghiêm túc trong công việc của Thầy. Trong quá trình hoàn thành luận văn, học viên đã học được từ Thầy nhiều bài học quý báu về kiến thức chuyên môn và đạo đức làm người. Xin cảm ơn Cô ThS. Phan Thị Minh Tâm đã truyền đạt rất nhiều kiến thức, kinh nghiệm, đưa ra những lời khuyên, ý kiến có tính chất định hướng và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Vật Lí, quý Thầy Cô giảng dạy lớp cao học Vật Lí Nguyên Tử khóa 24; các anh chị cán bộ của Phòng Đào tạo Sau Đại học và các Thầy Cô phòng thí nghiệm Vật Lí Hạt Nhân Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi, tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian đọc và cho tôi những nhận xét, đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn này. Xin cảm ơn học viên Phạm Việt Dũng đã dành thời gian quý báu đi lấy mẫu thí nghiệm cùng tôi. Xin gửi lời cảm ơn đến Ba Mẹ, anh chị em trong gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh tôi, chia sẻ với tôi những khó khăn trong suốt quá trình tôi theo học chương trình cao học và thực hiện luận văn. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2015 Học viên Chu Hoàng Hà ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................iv DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................vi MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................3 5. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3 6. Bố cục luận văn .......................................................................................................4 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ RADON .......................................................................5 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu radon ...........................................................5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...........................................................5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ..........................................................6 1.2. Tìm hiểu về radon ................................................................................................7 1.2.1. Đặc điểm...................................................................................................7 1.2.2. Nguồn gốc ................................................................................................8 1.2.3. Radon trong các môi trường ...................................................................10 1.3. Ảnh hưởng của radon lên sức khỏe con người...................................................15 1.4. Vai trò của khí radon trong nghiên cứu địa chất ................................................19 1.4.1. Đặc điểm địa hóa radon ..........................................................................19 1.4.2. Nghiên cứu tai biến địa chất ...................................................................19 1.4.3. Nghiên cứu đứt gãy. ...............................................................................21 1.4.4. Khoanh vùng các khu vực có đới địa động lực tích cực chạy qua. ........21 1.4.5. Ứng dụng để dự báo động đất . ..............................................................22 iii Chương 2. THIẾT BỊ ĐO RADON RAD7, RAD7 – H 2 O .......................................23 2.1. Giới thiệu máy đo radon RAD7 .........................................................................23 2.1.1. Cơ sở kỹ thuật.........................................................................................24 2.1.2. Các chế độ đo của RAD7 .......................................................................27 2.1.3. Thao tác sử dụng RAD7 .........................................................................28 2.2. Thiết bị đo radon RAD - H 2 O ............................................................................30 2.2.1. Các thiết bị kèm theo RAD - H 2 O .........................................................30 2.2.2. Nguyên lý làm việc của thiết bị RAD - H 2 O .........................................31 Chương 3. THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN ......................................................32 3.1. Khu vực nghiên cứu ...........................................................................................32 3.2. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................32 3.3. Quy trình xác định nồng độ radon .....................................................................32 3.3.1. Quy trình lấy mẫu ...................................................................................32 3.3.2. Quy trình đo............................................................................................34 3.4. Xử lí số liệu ........................................................................................................38 3.4.1. Hiệu chỉnh kết quả và đánh giá sai số ....................................................38 3.4.2. Phương pháp tính liều hiệu dụng radon tác dụng lên phổi .....................39 3.5. Kết quả thực nghiệm ..........................................................................................40 3.5.1. Vị trí khảo sát .........................................................................................40 3.5.2. Kết quả thu được và liều hiệu dụng hàng năm tác dụng lên phổi ..........43 KẾT LUẬN ..................................................................................................................46 KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................47 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................48 PHỤ LỤC .....................................................................................................................53 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh EC Uỷ ban Châu Âu European Commission EPA GPS ICRP Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ Environmental Protection Agency Hệ thống định vị toàn cầu Global Positioning System Uỷ ban an toàn phóng xạ Quốc International Commission on tế Radiological Protection L Lít MCL Mức độ gây hại lớn nhất QCVN Quy chuẩn Việt Nam Maximum contaminant level RAD7 Radon Detector - 7 Rn Radon TB Trung bình Uỷ ban khoa học Liên Hiệp UNSCEAR Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Wat-40 Water - 40ml Wat-250 Water - 250ml WHO Tổ chức Y tế thế giới World Health Organization v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Quy chuẩn Việt Nam về tổng hoạt độ alpha và beta ...................................16 Bảng 1.2. Một số tiêu chuẩn về radon trong nước tại một số quốc gia và tổ chức quốc tế ..........................................................................................................17 Bảng 2.1. Nội dung của các lệnh trong RAD7 .............................................................29 Bảng 3.1. Phân bố số lượng mẫu thực nghiệm tại Củ Chi ............................................33 Bảng 3.2. Tọa độ các vị trí lấy mẫu ở huyện Củ Chi ....................................................41 Bảng 3.3. Liều hiệu dụng hàng năm của radon trong nước ngầm tác dụng lên phổi .......................................................................................................................43 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ phân rã từ radon (Rn222) thành chì (Pb210) . ..........................................8 Hình 1.2. Sơ đồ dãy phân rã phóng xạ tự nhiên ............................................................9 Hình 1.3. Radi phân rã thành radon . ............................................................................11 Hình 1.4. Các tầng chứa nước ......................................................................................13 Hình 1.5. Những con đường radon xâm nhập vào nhà . ...............................................14 Hình 1.6. Chu trình lan truyền sự ô nhiễm phóng xạ và tác động lên con người ........15 Hình 2.1. Các bộ phận chính của máy RAD7...............................................................23 Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo máy RAD - H 2 O ....................................................................25 Hình 2.3. Phổ năng lượng alpha của RAD7 ................................................................26 Hình 2.4. Các phím và màn hình LED của RAD7 .......................................................28 Hình 2.5. Thiết bị RAD - H 2 O ......................................................................................30 Hình 2.6. Chu trình đo radon trong nước......................................................................31 Hình 3.1. Chu trình làm khô máy RAD7 ......................................................................35 Hình 3.2. Bản in kết quả của mỗi lần đo.......................................................................37 Hình 3.3. Bản đồ địa chất và các vị trí lấy mẫu tại huyện Củ Chi ...............................42 Hình 3.4. Biểu đồ nồng độ radon trong nước ngầm của các mẫu tại huyện Củ Chi ....44 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nước là thành phần thiết yếu của cơ thể trong các hoạt động hàng ngày. Nước duy trì nhiệt độ trung bình trong cơ thể, dùng để chuyên chở, tiêu hoá, và hấp thụ các chất dinh dưỡng, loại bỏ các chất thải độc hại trong cơ thể. Để duy trì các chức năng này, con người phải uống nước thường xuyên. Hiện nay, ở Việt Nam, các nguồn nước cung cấp thường chưa đảm bảo về phương diện phóng xạ vì các nguồn nước chưa thông qua bất cứ sự kiểm duyệt hay xử lý phóng xạ nào. Môi trường chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ mà nguồn gốc của nó là có từ khi hình thành nên Trái đất, hoặc được hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật chất của Trái đất và do các hoạt động của con người tạo ra. Trong đó, uranium là nguyên tố phóng xạ chiếm phần lớn trong môi trường, phân bố rộng rãi trên lớp vỏ Trái Đất, nên uranium có mặt trong hầu hết các loại đất đá, khoáng sản. Khi xảy ra các cuộc kiến tạo địa chấn hoặc do một vài tác động của con người, nước ngầm được hình thành trong lòng đất đá. Khi đó, uranium và các đồng vị con cháu dễ dàng lẫn vào nguồn nước. Trong chuỗi phân rã của uranium có radon (Rn222) là đồng vị dạng khí có khả năng khuếch tán trong nước, không khí. Radon là một chất khí phóng xạ tự nhiên phát ra bức xạ ion hóa. Khi bức xạ ion hóa tác động đến các tế bào sinh vật sống, nó có thể làm tổn thương các tế bào. Nếu có một số lượng đáng kể các tế bào bị tổn thương, sinh vật bị các bệnh liên quan đến bức xạ ion hóa; thậm chí có thể chết. Khí radon phân tán trong môi trường bằng hai phương thức chủ yếu là lưu thông và khuếch tán. Phóng xạ radon thoát ra từ các đứt gãy, khe nứt, đá, đất, vật liệu xây dựng (gốm sét, gạch xỉ than là vật liệu chứa nhiều radon) và nước ngầm (từ các giếng khoan sâu). Chính các nguồn nước trong tự nhiên là các yếu tố thuận lợi để phân tán khí phóng xạ ra xa nguồn cung cấp [15]. Radon tác động lên cơ thể qua hai con đường chính: hít thở và ăn uống. Ở Việt Nam, nước ngầm chính là nguồn nước chủ yếu được khai thác để phục vụ cho việc ăn uống và sinh hoạt của người dân. Do đó, radon trong nước ngầm tồn tại nguy cơ ảnh 2 hưởng đến sức khỏe con người. Con người tiếp xúc với radon trong thời gian dài còn làm tăng nguy cơ mắc các bệnh ung thư ở các cơ quan trong cơ thể, đặc biệt là ung thư dạ dày [4]. Củ Chi là một huyện nằm về phía Tây Bắc Tp. Hồ Chí Minh có hệ thống sông, kênh, rạch khá đa dạng, trực tiếp chi phối chế độ thủy văn của huyện và nét nổi bật của dòng chảy là sự xâm nhập của thủy triều. Năm 2007 huyện có khoảng 254.803 người, diện tích là 434,69 km2, mật độ dân số là 586 người/km2. Theo thống kê của Chi cục thống kê huyện Củ Chi tính đến ngày 30/06/2015, hiện nay trên địa bàn huyện có khoảng 399.732 người, mật độ là 920 người/km2, dân cư tập trung càng ngày càng đông hơn. Các hộ dân chủ yếu sử dụng nước giếng tự khai thác để phục vụ cho việc ăn uống, sinh hoạt và sản xuất nhưng nguồn nước đó lại chưa được đánh giá về nồng độ radon. Chính vì vậy, việc khảo sát nồng độ radon ở huyện Củ Chi là rất cần thiết và mang tính thực tiễn cao. Với ý nghĩa trên, tôi chọn đề tài: “Khảo sát nồng độ radon trong một số mẫu nước ngầm tại huyện Củ Chi thuộc Thành phố Hồ Chí Minh” làm đề tài nghiên cứu trong luận văn thạc sĩ. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn bao gồm các nội dung sau: - Khảo sát nồng độ radon trong nước ngầm được thu thập từ một số giếng khoan phục vụ nhu cầu sinh hoạt của các hộ gia đình tại huyện Củ Chi. So sánh nồng độ radon nước ngầm đo được với tiêu chuẩn về an toàn bức xạ. - Tính toán liều hiệu dụng hàng năm của radon từ nước ngầm đối với phổi và dạ dày. So sánh liều hiệu dụng tính toán được với tiêu chuẩn về an toàn bức xạ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng Lý thuyết: - Lý thuyết về radon trong nước ngầm - Ảnh hưởng đối với sức khỏe của radon. Thực nghiệm: 3 - Đặc điểm địa chất của huyện Củ Chi. - Nguồn nước ngầm lấy từ huyện Củ Chi thuộc Tp. Hồ Chí Minh. - Thiết bị đo radon RAD7. • Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu nguồn nước ngầm trên địa bàn huyện Củ Chi với 32 mẫu nước ngầm được lấy từ giếng khoan của các hộ gia đình. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài • Ý nghĩa khoa học: Hệ thống kiến thức về radon trong nước ngầm và ảnh hưởng của nó với sức khỏe con người. • Ý nghĩa thực tiễn: Từ những kết quả khảo sát, đề tài xác định nồng độ radon tại những vị trí khảo sát để có đánh giá sơ bộ về nồng độ radon trong nước ngầm tại huyện Củ Chi. Đề tài này có thể làm tài liệu cơ sở tham khảo cho những nghiên cứu, đo đạc nồng độ radon trong các môi trường khác hoặc cho những nghiên cứu điều tra địa chất tại huyện Củ Chi. Đề tài có thể được sử dụng để làm một trong những cơ sở thiết lập bản đồ về phông phóng xạ radon trong khu vực. 5. Phương pháp nghiên cứu • Phương pháp lý thuyết: Tra cứu vấn đề quan tâm, tổng hợp tài liệu từ sách, báo, các bài báo khoa học, giáo trình và mạng internet. • Phương pháp thực nghiệm: - Phương pháp định vị, số hóa bản đồ. - Phương pháp lấy mẫu. - Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm. - Phương pháp tổng hợp, phân tích: sau khi xử lý số liệu, rút ra nhận xét, phân tích kết quả. - Thiết bị sử dụng: thiết bị định vị GPS, phần mềm Mapinfo, hệ máy RAD7 và phần mềm Excel để xử lý số liệu. 4 6. Bố cục luận văn Nội dung của luận văn gồm các phần như sau: Mở đầu: nêu lí do chọn đề tài, đối tượng và phương pháp nghiên cứu, mục đích và các nhiệm vụ cần phải hoàn thành. Chương 1: Tổng quan về radon Chương này trình bày về khái niệm, nguồn gốc của radon, ảnh hưởng và những ứng dụng của radon trong nghiên cứu địa chất. Chương 2: Thiết bị RAD7 đo radon trong nước Chương này giới thiệu về RAD7 bao gồm nguyên lý làm việc của máy và các chế độ đo, sau đó trình bày về kỹ thuật của thiết bị đo radon trong nước RAD7-H 2 O. Chương 3: Thực nghiệm và thảo luận Chương này trình bày về quá trình thực nghiệm, các kết quả thu được và đưa ra những so sánh, đánh giá về kết quả. Kết luận: tổng kết các kết quả đã đạt được, đồng thời đưa ra các kết luận và nhận định về công trình. Kiến nghị và hướng phát triển của đề tài: nêu những kiến nghị về phương pháp đo, về vấn đề an toàn bức xạ. Đồng thời, kiến nghị phương hướng nghiên cứu, phát triển tiếp theo cho đề tài. 5 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ RADON 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu radon 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Thụy Điển là quốc gia đầu tiên khảo sát radon trong nhà. Năm 1956 Hultqvist đã nghiên cứu phóng xạ tự nhiên trong các tòa nhà, nhằm đánh giá các liều bức xạ đối với người dân từ các nguồn tự nhiên. Châu Âu cũng thực hiện một số nghiên cứu, tuy nhiên các nghiên cứu ở thời điểm này vẫn còn hoài nghi về các ảnh hưởng của radon. Các tổ chức uy tín như: ICRP, EPA, UNSCEAR, WHO cũng thực hiện các đánh giá cụ thể từ năm 1988 đến nay. - UNSCEAR đã có những nghiên cứu về radon được trình bày chi tiết trong các báo cáo vào các năm 1993 [35], 2000 [36], 2006 [37]. - ICRP đưa ra những cảnh báo về ảnh hưởng của radon đến sức khỏe trong các ấn phẩm ICRP 50, ICRP 65, ICRP 103 [8]. - EPA đã cập nhật về phương pháp đánh giá rủi ro sức khoẻ do radon trong nhà. Tháng 6 năm 2003 EPA đã đưa ra một báo cáo về “Đánh giá ảnh hưởng của khí radon trong nhà” và tháng 3 năm 2013 đưa ra hướng dẫn cách giảm thiểu sự tập trung của radon trong nhà [19], [20], [21]. - WHO: Trong vòng ba năm 2005, 2006, 2007 tổ chức y tế thế giới WHO thành lập dự án radon thế giới (the international radon projection-IRP) thu hút được hơn 30 quốc gia trên toàn thế giới tham gia. Năm 2009, WHO cho xuất bản cuốn sách Radon indoor handbook, nhằm đưa ra những hướng dẫn chung về việc thực hiện dự án radon cho các quốc gia trên toàn thế giới [41], [42]. Năm 2007, nồng độ radon trong nhà của hơn 50 quốc gia trên toàn thế giới được báo cáo trong cuộc họp của Ủy ban khoa học của Liên hiệp quốc [42]. Bên cạnh các tổ chức nêu trên, các quốc gia khác trên thế giới cũng có nhiều báo cáo, chương trình điều tra như: - Vấn đề radon trong nước ngầm ở Mỹ rất được chú ý. Từ năm 1986 – 1997, nồng độ radon trong nước ngầm tại Chester County, Pennsylvania, Mỹ được khảo sát, kết quả cho thấy đa số các mẫu có nồng độ radon cao, vượt mức MCL của EPA và 6 mẫu có nồng độ cao nhất lên tới 1.961 Bq/L [28]. Ngoài ra, nồng độ radon trong nước ngầm còn được khảo sát ở nhiều nơi khác như Florida [26], California [17]… - Các quốc gia châu Âu đã và đang có những khảo sát nồng độ radon trong nước ngầm tại nhiều khu vực. Một số quốc gia đã phát hiện ô nhiễm radon trong nước ngầm như Thụy Điển, Phần Lan, Na Uy [33]. - Năm 2015 nhóm nghiên cứu của Viện thủy văn quốc gia Roorkee Ấn độ đã sử dụng RAD7 để khảo sát nồng độ radon trong 20 mẫu nước ngầm tại bờ biển phía đông của Tây Bengal. Nồng độ Rn222 thu được trong khoảng 1,90 ± 0,78 Bq/L và 9,00 ± 1,13 Bq/L, nồng độ Rn222 trung bình 5,00 ± 0,83 Bq/L. Các giá trị này đều nằm trong giới hạn của EPA, 11,1 Bq/L [27]. Các quốc gia khác như, Iran [16], Ả Rập Sauđi [18], Mêxicô [40]… cũng có những nghiên cứu về radon trong nước ngầm. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Việt Nam cũng có một chương trình khảo sát về radon trong nhà tại Hà Nội và một chương trình điều tra địa chất đô thị từ năm 1992 đến 2002. Chương trình điều tra địa chất trên năm mươi tư đô thị trong cả nước đã tiến hành khảo sát bức xạ gamma và trường bức xạ alpha, bao gồm đo nồng độ radon trong không khí ngoài trời và trong nhà ở. Kết quả cho thấy, nồng độ radon ở mức trung bình, tuy nhiên nồng độ radon trong một số ngôi nhà ở mức cao [1]. Năm 2005, Liên đoàn Địa chất xạ hiếm nghiên cứu đề tài: ”Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xác định riêng biệt radon, thoron trên máy phổ alpha RAD7 nhằm nâng cao hiệu quả điều tra địa chất và nghiên cứu môi trường”. Công trình đạt được kết quả khả quan, chứng minh được hiệu quả của máy RAD7 trong điều tra địa chất và môi trường [1]. Ngoài ra, vấn đề radon trong nước cũng được quan tâm và khảo sát trong một số công trình: -“Khảo sát nồng độ radon trong một số mẫu nước đóng chai trên thị trường Việt Nam”, luận văn thạc sĩ Vật lí, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp. Hồ Chí Minh – 2011 [13]. 7 - “Khảo sát nồng độ radon trong đất và nước ngầm” trên thềm sông cổ thuộc khu vực Đông Nam bộ, hội thảo khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp. Hồ Chí Minh – 2010 [12]. - “Khảo sát nồng độ radon trong một số mẫu nước ngầm tại huyện Long Thành thuộc tỉnh Đồng Nai”, luận văn thạc sĩ Vật lí, trường Đại học Sư phạm TP.HCM, Tp. Hồ Chí Minh – 2013 [4]. - “ Khảo sát nồng độ phóng xạ 222 Rn và Ra trong nước sinh hoạt tại khu vực 226 Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh”, luận văn thạc sĩ Vật lí, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tp. Hồ Chí Minh – 2014 [14]. Việt Nam chưa có đánh giá về mức độ ảnh hưởng của radon lên sức khỏe người dân. Tuy nhiên, radon trong nước ngầm đóng một vai trò không nhỏ trong phơi nhiễm radon nhưng vẫn chưa được khảo sát trên qui mô lớn. 1.2. Tìm hiểu về radon 1.2.1. Đặc điểm Radon (Rn222) là nguyên tố phóng xạ có chu kì bán rã là 3,82 ngày, là con cháu của U238 được phát hiện vào năm 1900 bởi nhà khoa học người Đức Fredrich Ernst Dorn; sau urani, thori, poloni và radi. Radon có số thứ tự 86 thuộc nhóm VIIIA, chu kì 6 và thuộc nhóm khí trơ. Radon có khối lượng riêng 9,9 kg/m3, nặng hơn không khí khoảng 8 lần (không khí ở điều kiện tiêu chuẩn có khối lượng riêng 1,217 kg/m3), và là một trong những khí nặng nhất ở nhiệt độ phòng. Khí radon không màu, không mùi, không vị nên không thể phát hiện bằng giác quan của con người mà phải sử dụng đến detector. Trong tự nhiên, radon có 36 đồng vị có số khối từ 193 đến 228, trong đó phổ biến nhất là ba đồng vị: - Radon (Rn222) có kí hiệu: Rn, chu kì bán rã T = 3,82 ngày, thuộc dãy phân rã phóng xạ urani (U238). - Thoron (Rn220) có kí hiệu: Tn, chu kì bán rã T = 54,5 giây, thuộc dãy phân rã phóng xạ thori (Th232). - Actinon (Rn219) có kí hiệu: An, chu kì bán rã T = 3,96 giây, thuộc dãy phân rã phóng xạ actini (U235). 8 Trong nghiên cứu địa chất và môi trường, do chu kì bán rã của Rn220 và Rn219 rất ngắn nên chúng rất ít được quan tâm; còn Rn222 là đồng vị được chú ý nhất vì có chu kỳ bán rã lâu nhất. Thời gian này đủ để radon xâm nhập, lưu lại và gây hại trong cơ thể con người. Hình 1.1. Sơ đồ phân rã từ radon (Rn222) thành chì (Pb210) [1]. Đồng vị Pb210 có chu kỳ bán rã dài 22,3 năm nên các sản phẩm phóng xạ của nó xem như không đáng kể trong phép đo radon. Đồng thời, thời gian bán rã của các đồng vị Po218, Pb214, Bi214, Po214 nhỏ nên sau khoảng tám ngày, trên 75% radon và con cháu của nó xem như đã phân rã hết. 1.2.2. Nguồn gốc Các nguyên tố phóng xạ nguyên thủy phổ biến nhất là U238, Th232, U235, ngoài ra có K40 và Rb87. Còn có một số các nguyên tố phóng xạ khác ít phổ biến hơn và thường có thời gian sống dài hơn nhiều gồm: V50, Cd113, In115, Tc123, La138, Ce142, Nd144, Sm147, Gd152, Hf174, Lu176, Re187, Pt190, Bi209. Trong môi trường đất thường có mặt các nguyên tố phóng xạ của ba chuỗi phóng xạ U238,Th232 và U235. Các nguyên tố phóng xạ này là các nguyên tố bắt đầu của mỗi chuỗi. Dãy phân rã phóng xạ urani (U238): hạt nhân U238, qua 14 lần dịch chuyển, thành đồng vị chì bền Pb206. 9 Dãy phân rã phóng xạ actini (U235): hạt nhân U235 trải qua 11 lần phân rã (dịch chuyển) phóng xạ để cuối cùng thành đồng vị chì bền Pb207. Dãy phân rã phóng xạ thori (Th232): với Th232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền Pb208. U238 4,5 tỷ năm Th234 24,1 ngày Pa234 6,7 phút 1,14 phút U234 25.104 năm Ra226 1602 năm Th230 75.104 năm Rn222 3,8 ngày Po218 3,05 phút Pb214 26,8 ngày Bi214 19,7 phút Dãy phân rã phóng xạ U238 Po214 1,6.10-4 giây Pb210 22,3 năm Bi210 5 ngày Ra228 6,7 năm Th232 14 tỷ năm Po210 138,4 ngày Pb206 Bền vững Po216 0,15 giây Pb212 10,6 phút Ac228 6,13 giờ Ra224 3,64 ngày Th228 1,9 năm Rn220 54,5 giây Bi212 60,6 phút Dãy phân rã phóng xạ Th232 U235 0,71 tỷ năm Th231 25,5 giờ Pa231 32500 năm Po212 3.10-7 giây Pb208 Bền vững Po215 1,8.10-7 giây Pb211 36,1 phút Ac227 2,18 năm Th228 18,2 năm Ra223 11,4 ngày Rn219 3,96 giây Dãy phân rã phóng xạ U235 Ghi chú: Tl208 3,1 phút Phân rã alpha Phân rã bêta Tl207 4,74 phút Bi211 2,14 phút Po211 0,52 giây Hình 1.2. Sơ đồ dãy phân rã phóng xạ tự nhiên [1] Pb207 Bền vững 10 Ba họ phóng xạ tự nhiên có đặc điểm chung là thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu. Mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon. Trong trường hợp họ uranium, khí Rn222 được gọi là radon, trong họ thorium, khí Rn220 được gọi là thoron, còn trong họ actinium khí Rn219 được gọi là actinon. Sự có mặt của các khí phóng xạ trong ba họ phóng xạ tự nhiên là một trong các lý do chính gây nên phông phóng xạ tự nhiên trong không khí. Trong ba loại khí phóng xạ thì radon đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có thời gian bán rã 3,82 ngày, lớn hơn nhiều so với thời gian bán rã của đồng vị thoron (54,5 giây) và đồng vị actinon (3,96 giây). Khí radon khuếch tán từ đất vào không khí và các con cháu radon phóng xạ thường ở dạng rắn trong các điều kiện thông thường, bám vào các hạt bụi khí quyển. Đứng về phương diện an toàn bức xạ, sự chiếu ngoài của radon và con cháu của nó lên người không tác hại bằng sự chiếu trong cơ thể khi con người hít thở bụi có các nhân phóng xạ bám vào vì chúng là các nhân phát hạt alpha. Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ đều là chì: Pb206 trong họ uranium, Pb207 trong họ actinium và Pb208 trong họ thorium. 1.2.3. Radon trong các môi trường 1.2.3.1. Radon trong đất đá Đá là tập hợp khoáng vật tự nhiên có thành phần và cấu tạo xác định, được tạo thành do kết quả của các quá trình địa chất và chúng là những thể địa chất nằm độc lập trong vỏ Trái Đất. Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện địa chất tạo thành chúng mà người ta chia thành 3 nhóm đá chính: - Đá magma: tạo thành do sự đông đặc ở trên mặt hay dưới sâu của những dung thể silicat nóng chảy. - Đá trầm tích: tạo thành trong điều kiện ngoại sinh bề mặt, từ sản phẩm phá hủy các đá tạo thành trước (như các vật liệu vụn hóa học, hữu cơ), với nhiệt độ và áp suất thấp. 11 - Đá biến chất: là sản phẩm tái kết tinh của các đá có trước bất kỳ nguồn gốc nào, trong điều kiện nội sinh do nhiệt độ và áp suất tăng cao trong vỏ Trái Đất (tái kết tinh trong môi trường cứng). Tính theo trọng lượng vỏ Trái Đất, có khoảng 95% là đá magma và đá biến chất, còn lại 5% là đá trầm tích. Đất được hình thành thông qua quá trình phong hóa của các loại đá và sự phân hủy của các chất hữu cơ. Phong hóa là tác động của gió, mưa, băng, ánh nắng và các tiến trình sinh học trên các loại đá theo thời gian, các tác động này làm đá vỡ vụn ra thành các hạt nhỏ. Các hạt đất đá tùy theo kích thước được đặt tên khác nhau, tên gọi tương ứng theo sự tăng dần của kích thước là bụi, bùn, sét, cát, sỏi, cuội.  Sự xuất hiện của radon trong lỗ hổng của đất đá: Radi phân rã thành radon và hạt alpha. Hai hạt này bay ngược chiều nhau để thỏa mãn định luật bảo toàn động lượng. Radon sau khi được phát ra với động năng ban đầu có thể đi được một đoạn đường, gọi là quãng chạy giật lùi của radon. Hình 1.3. Radi phân rã thành radon [46]. 12 Quãng chạy giật lùi của radon trong một môi trường phụ thuộc vào mật độ và thành phần vật chất của môi trường đó. Quãng chạy giật lùi của radon trong môi trường đá, nước, không khí tương ứng là 20 – 70 nm, 100 nm, 65 μm [36]. Sau khi được tạo thành, radon có thể: - Tiếp tục ở lại môi trường đá. - Thoát ra khỏi bề mặt đá, xâm nhập vào lỗ hổng. Khi đó: + Nếu lỗ hổng chứa không khí, radon có thể khuếch tán hoặc đối lưu đến vị trí khác cho đến khi phân rã hoặc được giải phóng vào khí quyển. + Nếu lỗ hổng chứa nước, radon có thể mất hết năng lượng ban đầu và chuyển động theo dòng chảy. Sự tập trung của radon trong đất phụ thuộc vào: hàm lượng radium trong đất, độ ẩm của đất, kích thước của hạt đất, tỷ lệ trao đổi của các túi khí bị giữ trong đất và khí quyển. Sau khi radon di chuyển vào các lỗ rỗng, hiệu suất phát thải vào không khí xung quanh phụ thuộc vào độ rỗng của đất, nồng độ radon trong lỗ rỗng chứa khí/đất và các yếu tố khí tượng như mưa hay áp lực không khí. 1.2.3.2. Radon trong nước ngầm Một phần lượng mưa rơi trên mặt đất và thấm vào trong đất trở thành nước ngầm. Phần nước chảy sát mặt sẽ lộ ra rất nhanh khi chảy vào trong lòng sông, nhưng do trọng lực, một phần lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong đất. Hướng và tốc độ di chuyển nước ngầm được tính thông qua các đặc trưng của tầng nước ngầm và lớp cản nước (ở đây nước khó chảy qua). Sự chuyển động của nước bên dưới mặt đất phụ thuộc vào độ thấm (nước thấm khó khăn hay dễ dàng) và khe rỗng của đá bên dưới mặt đất (số các khe hở trong vật liệu). Nếu các lớp đá cho phép nước chảy qua nó tương đối tự do thì nước ngầm có thể di chuyển được những khoảng cách đáng kể trong thời gian vài ngày. Nhưng nước ngầm cũng có thể thấm sâu hơn vào các tầng nước ngầm sâu ở đó nó sẽ mất hàng ngàn năm để di chuyển trở lại vào môi trường.