Khóa luận Các nguyên tố phóng xạ và ảnh hưởng của bức xạ gamma trong tự nhiên

lượng của Uran và Thori. Đặc trưng nổi bật của loại đá macma là tỷ số giữa hàm lượng của Uran và Thori (Th/U) luôn luôn lớn hơn 1, mặc dù hàm lượng của Uran và Thori trong các loại đất đá này là khác nhau. Tỷ số này biến thiên trong khoảng từ 2,7 đối với đá Peridiot đến 4 B¶ng d­íi ®­a ra hµm l­îng trung b×nh cña Uran vµ Thoritrong c¸c lo¹i ®¸ macma vµ tû sè vÒ hµm l­îng cña Uran vµ Thori. §Æc tr­ng næi bËt cña lo¹i ®¸ macma lµ tû sè gi÷a hµm l­îng cña Uran vµ Thori (Th/U) lu«n lu«n lín h¬n 1, mÆc dï hµm l­îng cña Uran vµ Thori trong c¸c lo¹i ®Êt ®¸ nµy lµ kh¸c nhau. Tû sè nµy biÕn thiªn trong kho¶ng tõ 2,7 ®èi víi ®¸ Peridiot ®Õn 4¸5,0 đối với đá Granit có tính kiềm. Bảng 2: Hàm lượng trung bình (ppm) của Uran và Thori trong các loại đá macma. Loại đá U Th Th/U Loại đá xâm nhập: Đá peridiot, peoxen 0,03 0,08 2,7 Đá gabro, đá diaba 0,6 1,8 3,0 Đá điorit 1,8 6,0 3,3 Đá plagionit 2,7 9,6 4,0 Đá granit 4,5 18,0 4,0 Đá granit có tính kiềm » 6,0 25,0 4,0¸5,0 Các loại phun trào: Đá diaba, đá bazan 0,7 2,3 3,2 Đá andezit 1,2 4,0 3,3 Đá liparit 4,7 19,0 4,0 Đối với các loại đá trầm tích, tỷ số Th/U biến thiên trong khoảng rộng và có loại tỷ số nhỏ hơn 2. Đặc điểm này được thể hiện ở bảng 3 dưới đây: Bảng 3: Hàm lượng trung bình (ppm) của các loại đá trầm tích. Loại đá U Th Th/U Đá có nguồn gốc lục địa: Đá cuội kết 2,4 9,0 3,7 Đá sa thạch 2,9 10,0 3,6 Đá alginit (sét kết) 4,0 11,5 2,4 Đá cuội kết thạch anh 6,3 31,0 5,1 Đá phiến sét chứa than >10¸20 15,0 <1,0 Các loại đá silic: Đá phiếm sét silic 2,8 6,2 2,2 Đá phiếm silic 1,7 2,2 1,2 Các loại đá cacbonat: Loại đá U Th Th/U Đá vôi 1,6 1,8 1,1 Đá macma 2,8 2,5 0,9 Đá dolomit 3,7 2,8 0,8 Các loại đá chứa muối: Đá thạch cao khan 1,0 1,0 1,0 Mỏ muối 0,9 1,0 1,1 Than đá 3,4 4,8 1,4 Đá phiếm dầu mỏ <100 10¸15 <0,5 Quy luật phân bố của Kali và Rubidi trong đất đá: Trong điều kiện tự nhiên cả Kali và Rubidi đều có hoà trị 1, chúng tồn tại ở trạng thái liên kết ion và đều là các kim loại thuộc nhóm kim loại kiềm. Trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn c¶ Kali vµ Rubidi ®Òu cã hoµ trÞ 1, chóng tån t¹i ë tr¹ng th¸i liªn kÕt ion vµ ®Òu lµ c¸c kim lo¹i thuéc nhãm kim lo¹i kiÒm.40K chiếm khoảng 0,0119% lượng Kali tự nhiên, còn 87Rb chiếm khoảng 27,85% Rubidi tự nhiên. Hàm lượng trung bình của Kali và Rubidi cũng như tỷ lệ hàm lượng của chúng trong các loại đất đá khác nhau là khác nhau. Các số liệu cụ thể về hàm lượng của Kali và Rubidi cũng như tỷ số hàm lượng giữa chúng được trình bày ở các bảng sau: Bảng 4: Hàm lượng trung bình (ppm) của Kali và Rubidi trong một số loại đá macma. Loại đá K Rb K/Rb Đá Granit 37700 145 240 Đá Andehit 13300 31 430 Loại đá Bazan Kali 64050 430 140 Đá Bazan Olivin có tính kiềm 13800 33 418 Bảng 5: Hàm lượng trung bình (ppm) của Kali và Rubidi trong một số loại đá trầm tích. Loại đá K Rb K/Rb Đá phiếm 26000 140 186 Đá pha cát 10700 60 167 Đá vôi 2700 3 900 Đá trầm tích cacbonat 2900 10 290 Đá trầm tích pha cát 2270 110 227 Từ các số liệu ta thấy rằng 40K trong các loại đá trầm tích nhỏ hơn trong các loại đá macma. Vai trò của bức xạ gamma trong địa vật lý. Vai trò của bức xạ gamma. Cường độ bức xạ do một nguyên tố nào đó phát ra luôn tỷ lệ với hàm lượng của nguyên tố đó trong đối tượng nghiên cứu. Nếu phân rã phóng xạ của các nguyên tố phát ra các dạng bức xạ khác nhau (alpha, beta và gamma) thì hàm lượng của nó có thể được xác định dùa vào việc ghi nhận một trong số các loại bức xạ trên. Phổ bức xạ gamma do hạt nhân phóng xạ phát ra là phổ gián đoạn, có năng lượng hoàn toàn xác định đặc trưng cho nguyên tố đó. Khả năng đâm xuyên của hạt alpha rất nhỏ, nên trước khi đo hoạt độ alpha cần phải tiến hành xử lý hoá học các mẫu.Việc xử lý mẫu để đo phổ gamma là rất phức tạp. Ngày nay trong địa vật lý hạt nhân phơưng pháp phổ alpha Ýt dược sử dụng để xác định hàm lượnh các nguyên tố. Bức xạ beta tuy có khả năng đâm xuyên lớn nhưng do phổ beta là phổ liên tục. Nên trong địa vật lý hạt nhân phương pháp phổ beta hầu như không được sử dụng để xác định hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ. Ngày nay với sự phát triển và ngày càng hoàn thiện của các thiết bị gamma, cho nên trong địa vật lý hạt nhân hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và Kali được xác định theo phương pháp phổ gamma. Các bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ phá ra do có phổ gián đoạn. Mỗi hạt nhân phóng xạ gamma đều phát ra một số vạch bức xạ gamma có năng lượng hoàn toàn xác định. Ngoài ra, các bức xạ gamma có khả năng đâm xuyên lớn, do đó phương pháp gamma có tầm quan trọng lớn. Trong phòng thí nghiệm các mẫu đo phổ gamma không cần phải xử lý hoá học trước khi đo, chỉ cần xử lý sơ bộ như sấy khô và nghiền nhỏ. Với các thiết bị phổ kế gamma bán dẫn có độ phân giải cao, cho phép tách được hầu hết các đỉnh hấp thụ toàn phần của các vạch bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ có trong đất đá phát ra. Với việc trợ giúp của các phần mềm máy tính việc xác định diện tích của các đỉnh hấp thụ toàn phần cho độ chính xác rất cao. Như vậy, với phổ kế gamma bán dẫn có thể xác định hàm lượng phóng xạ của các nguyên tố phóng xạ phát ra bức xạ gamma có trong mẫu đất. Phông bức xạ gamma. Trong tất cả các loại đất đá thuộc vỏ trái đất đều chứa các nguyên tố phóng xạ tự nhiên Uran, Thori, Kali và Rubidi với hàm lượng khác nhau. Trong đó Rubidi là hạt nhân phân rã beta mềm thuần tuý, có chu kỳ rất lớn. Hàm lượng của nó trong đất đá rất nhỏ. Vì vậy Trong tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Êt ®¸ thuéc vá tr¸i ®Êt ®Òu chøa c¸c nguyªn tè phãng x¹ tù nhiªn Uran, Thori, Kali vµ Rubidi víi hµm l­îng kh¸c nhau. Trong ®ã Rubidi lµ h¹t nh©n ph©n r· beta mÒm thuÇn tuý, cã chu kú rÊt lín. Hµm l­îng cña nã trong ®Êt ®¸ rÊt nhá. V× vËy 87Rb Ýt được quan tâm trong địa vật lý hạt nhân. Bức xạ do 87Rb phát ra không đóng góp vào phông phóng xạ chung trên mặt đất. Các nguyên tố phóng xạ trong đất đá và trong các vật liệu xây dựng đều nằm trong 3 họ phóng xạ Uran, Thori và Kali. 40K là nguyên tố phóng xạ kèm theo bức xạ gamma có năng lượng 1,46MeV. Các hạt nhân con cháu của Uran, Thori và Kali phân rã alpha hoặc beta thường được tạo thành ở các trạng thái kích thích, chúng phát ra các bức xạ gamma đặc trưng để trở về trạng thái cơ bản. Các bức xạ gamma nhất là các bức xạ có năng lượng cao, có hệ số suy giảm trong đất đá rất nhỏ. Quãng chạy của các bức xạ gamma trong đất đá rất lớn. Khi được sinh ra từ các líp đất đá gần mặt đất, các bức xạ gamma có thể bay ra khỏi mặt đất tạo thành phông phóng xạ gamma trên mặt đất. Ngoài ra phông bức xạ trên mặt đất còn do bức xạ vũ trụ gây ra. Thành phần phông phóng xạ gamma do tia vũ gây ra phụ thuộc vào chiều cao so với mực nước biển. Thành phần này thường rất nhỏ so với các bức xạ gamma do các nguyên tố phóng xạ dưới mặt đất và vật liệu xây dựng xung quanh gây nên. Như vậy, khi nói đến phông phóng xạ có nghĩa là nó được tạo thành từ các nguyên tố có trong đất. Trong bảng dưới đây đưa ra một số bức xạ gamma đặc trưng của một số đồng vị phóng xạ trong dãy Uran, Thori và Kali: Bảng 6: Các đặc trưng của bức xạ gamma tự nhiên có trong dãy 238U và dãy 232Th. Đồng vị phóng xạ Chu kỳ bán rã Năng lượng bức xạ gamma (KeV) Lượng bức xạ gamma có trong 100 phân rã Dãy 238U 234Th 214Pb 214Bi 24,1 ngày 26,8 phót 19,8 phót 63 93 295 352 609 1120 1764 5,7 6,8 18,9 36,0 41,2 16,3 15,8 Dãy 232Th 228Ac 212Pb 208Tl 6,1 giê 10,6 giê 3,1 phót 911 969 239 583 2614 20,0 13,3 43,1 29,0 33,7 40K 1,39.109 năm 1462 11,0 suất liều bức xạ và ảnh hưởng của các đồng vị phóng xạ đến môi trường xung quanh. Các đại lượng đo liều bức xạ dùng trong an toàn bức xạ. Liều chiếu. Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay Ýt, ban đầu người ta dùng khái niệm liều và dùa vào tác dụng ion hoá của bức xạ đó gây ra trong không khí. Đơn vị đầu tiên được dùng là Roentgen (ký hiệu là R). Roentgen là lượng bức xạ gamma (tia X hoặc tia g) khi đi qua 1cm3 không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHHHHHHHHg) thì tạo thành một đơn vị diện tích của mỗi loại ion. Trong không khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R = 0,93 Rad. Liều hấp thụ D. Liều hấp thụ D là năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá cho vật chất dx có trong khối lượng là dm: D= Một đơn vị khác của liều hấp thụ được sử dụng rộng rãi hơn là Rad, đó là lượng bức xạ khi đi qua vật chất và truyền năng lượng 100 erg cho vật chất: 1 Rad=100 erg/g=10-J/kg Trong hệ SI dùng đơn vị có tên là Gray (Gy): 1Gy=1 J/kg Như vậy: 1Gy=104 erg/g=100 Rad. Năng lượng trung bình của bức xạ ion hoá là năng lượng của bức xạ ion hoá được truyền cho vật chất trong một thể tích và bằng: =Rin- Rout +SQ Trong đó: Rin là năng lượng bức xạ tới thể tích. Nó bằng tổng năng lượng của tất cả các hạt mang điện và không mang điện đi vào trong thể tích đó trừ đi năng lượng tĩnh. Rout là năng lượng bức xạ thoát khỏi thể tích. SQ là tổng tất cả các thay đổi của năng lượng khối (nếu giảm thì đại lượng này mang dấu +, còn nếu tăng mang dấu -) của các hạt nhân và các hạt cơ bản trong mọi tương tác xẩy ra trong thể tích đó. Suất liều hấp thô: Suất liều hấp thụ là tỷ số dD trên dt, trong đó: dD là sự tăng của liều hấp thụ trong khoảng thời gian dt. = có thứ nguyên là J.Kg-1.s-1 hay Gray/giây. Liều tương đương. Hệ số phẩm chất Q. Được đưa ra để đánh giá hiệu ứng sinh học của các loại bức xạ ion hoá khác nhau ở mức chiếu thấp hàng ngày trong công tác an toàn phóng xạ. Hội đồng đơn vị bức xạ ICRU-1991 đã chỉ ra rằng sự phụ thuộc của hệ số phẩm chất Q vào năng lượng truyền tuyến tính L trong môi trường nước tại điểm khảo sát được biểu diễn như sau: 1 khi L 1 khi L£10 KeV/mm. Q(L)= 0,32L - 2,2 khi 10 KeV 0,32L - 2,2 khi 10 KeV£ L £ 100 KeV/mm. 300/ khi L ³ 100 KeV/mm. Liều tương đương. Liều tương đương H tại một điểm trong mô tả là tích của hai đại lượng Q và D. Trong đó: D là liều hấp thô Q hệ số phẩm chất tại điểm đo. H=Q.D Đơn vị đo liều tương đương có tên là rem: 1 rem =1 Rad x Q Một đơn vị đo liều tương đương là J.Kg-1. Tên riêng của liều tương đương là Sievert (Sv). 1 Sv = 1 Gy x Q Vậy: 1 Sv = 100 rem Suất liều tương đương : Suất liều tương đương là tỷ số của dH trên dt: = Thứ nguyên của suất liều tương đương là J.Kg-1.giây-1. Tên riêng của là Sv/s. Suất liều chiếu và mối quan hệ giữa suất liều chiếu và hàm lượng: Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Cường độ bức xạ gamma trên mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng của các nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và Kali trong líp đất đá bên dưới mặt đất và chếu cao h tính từ mặt đất. Ký hiệu I là suất liều chiếu bức xạ gamma, I phụ thuộc vào qU, qTh và qK dưới dạng tổng quát: I = f(qU, qTh ,qK) Trong đó: qU, qTh và qK lần lượt là hàm lượng Uran, Thori và Kali tương ứng trong đất đá. Dạng tường minh của công thức được xác định ở độ cao h=1,2 m là: I= 1,5qK+ 0,65qU +0,29qTh Suất liều chiếu I được tính ra SuÊt liÒu chiÕu I ®­îc tÝnh ra mR/h, trong đó: qU là hàm lượng của Uran được tính ra ppm qTh là hàm lượng của Th được tính ra ppm qK là hàm lượng của K được tính ra %. Liều hiệu dụng tương đương. Trong địa vật lý hạt nhân nghiên cứu môi trường thường xác định liều hiệu dụng tương đương, nó tỷ lệ với suất liều chiếu và được xác định bằng công thức sau: H = K.I.Q.N.t Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vào môi trường, trong không khí K = 0,869. I là suất liều chiếu bức xạ gamma được xác định bằng thực nghiệm. Q là hệ số phẩm chất của bức xạ, với bức xạ gamma Q = 1. N là hệ số tính cho các yếu tố môi trường, với không khí N = 1. t là thời gian chiếu. Nếu I đo bằng mR/h thì H được tính ra mrem. Suất liều chiếu tương đương theo số liệu của cơ quan Quốc tế về An toàn phóng xạ Thế giới là 50mSv hay 5 rem. Ảnh hưởng của các đồng vị phóng xạ đến môi trường xung quanh: Trong thế giới của chúng ta luôn luôn tồn tại các bức xạ tự nhiên. Poloni và Radi mang tính phóng xạ có trong xương của chúng ta. Các cơ bắp của con người có chứa Cacbon và Potassi phóng xạ. Trong phổi có các sol khí và Triti mang tính phóng xạ. Chúng ta cũng bị chiếu xạ từ vũ trụ và bị ảnh hưởng bỡi các bức xạ có trong tự nhiên và trong các chất mà ta ăn uống hàng ngày. Cho đến năm 1934 các chất phóng xạ nhân tạo đầu tiên được tạo ra. Từ đó nhiều chất phóng xạ được sử dụng trong khoa học, công nghiệp, bảo vệ môi trường, y học và trong một số lĩnh vực thương mại.... Mặc dù bức xạ có nhiều lợi Ých nhưng nhiều người vẫn lo ngại về bức xạ và ảnh hưởng của nó. Các hệ sinh vật có thể bị huỷ hoại nghiêm trọng khi chiếu những lượng quá mức của bất kỳ một loại bức xạ nào. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của đồng vị phóng xạ đến môi trường xung quanh, chóng ta đặc biệt quan tâm đến mức độ ảnh hưởng của chúng đến sức khoẻ con người. Ảnh hưởng của bức xạ đối với con người. Các ảnh hưởng có thể quan sát được của bức xạ được chia làm ba loại: Cấp tính, kinh niên và di truyền. Ảnh hưởng cấp tính là những ảnh hưởng xẩy ra ngay sau khi chiếu một liều bức xạ quá lớn và không thể nào nghi ngờ được là chúng không phải do bức xạ gây nên. Ảnh hưởng kinh niên xẩy ra trong những thời gian dài sau khi chiếu những liều lượng bức xạ thấp và bao gồm những sự việc như rút ngắn tuổi thọ trung bình... Ảnh hưởng di truyền là những ảnh hưởng đối với quá trình sinh sản và xuất hiện những đột biến trong các thế hệ di truyền. Các ảnh hưởng thuộc loại này có thể xẩy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, cho nên khi có sự cố xẩy ra chóng ta chưa chắc chắn được rằng đó là do ảnh hưởng của bức xạ. Tuy vậy chúng ta có thể kiểm nghiệm bằng cách: Nếu sự cố này tăng khi ta chiếu với liều lượng tăng và các cơ quan sinh sản các kết quả được cho ở bảng sau: Bảng 7: Mức độ ảnh hưởng của các liều chiếu khác nhau và các khu vực khác nhau. Liều lượng(Rad) Khu vực chịu tác dụng Ảnh hưởng gây ra 500 ¸ 10000 3000 1000 Liều lượng toàn phần là 200 500 ¸ 800 50 400 200 50 Khu vực có u Khu vực địa phương Mắt Khu vực địa phương Các tuyến sinh sản Các tuyến sinh sản Toàn bộ cơ thể Toàn bộ cơ thể Toàn bộ cơ thể Bệnh u Ung loét do bức xạ Bệnh mắt có mộng Gây ra bênh ung thư Không sinh đẻ được Tốc độ đột biến gấp 2 Chết 50% trường hợp Buồn nôn Đổi máu thuận nghịch Độ trung bình phóng xạ có trong người. Trong những năm 1970 ở Hungaria, người ta đã đo lượng phóng xạ của các nguyên tố sinh ra từ tự nhiên cũng như nhân tạo đã xâm nhập vào cơ thể con người. Các số liệu cụ thể được trình bày ở bảng sau. Bảng 8: Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ trong các bộ phận của cơ thể người. Các đồng vị phóng xạ Hoạt độ phóng xạ Bq/ Kg Phổi Xương Ở mô mềm của cơ thể Toàn cơ thể Tự nhiên 3H 14C 40K 87Rb Dãy 238U - 234U 230Th 226Ra 210Pb – 210Po Dãy 232Th 228Ra – 224Ra Nhân tạo các vụ nổ hạt nhân 3H 90Sr 137Cs - - - - - 0,02 - - 0,02 - - - - - - - - 0,15 0,2 0,3 3,0 0,2 0,09 - 8-16 - - - - - 0,007 0,002 0,005 0,200 0,002 0,004 - - - 0,2- 0,9 40 60 8,5 - - - - - - 2 - 3 - 0,8- 1,6 Từ kết quả bảng 8 chóng ta thấy ở trong phổi của con người các chất phóng xạ Ýt cư trú nhưng trên thực tế thì các chất phóng xạ khí Radon và Toron lai cư trú ở phổi nhiều nhất. Ở Hungaria người ta đã khảo sát và đã nhận được các kết quả trình bày ở bảng sau: Bảng 9: Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm từ các nguồn chiếu xạ khác nhau. Nguồn chiếu xạ Hoạt độ phóng xạ cân bằng Bq/m3 Liều lượng phóng xạ vào phổi tính trung bình trong 1 năm (mGy/năm) 222Rn và các nguyên tố con cháu của nó: Trong môi trường tự do 8 Trong môi trường xây dựng: Vật liệu xây dựng 20 340 Nước 0,004 ¸40 0,07 ¸700 220Rn và các nguyên tố con cháu của nó: Trong môi trường tự do 0,04 1 Trong môi trường xây dựng: Vật liệu xây dùng 0,4 45 An toàn phóng xạ. Dùa vào các tính chất tác dụng của bức xạ hạt nhân, người ta phân biệt hai loại chiếu trong và chiếu ngoài. Chiếu trong xẩy ra khi chất phóng xạ đi vào cơ quan bên trong của cơ thể theo không khí, thức ăn, đồ uống, thuốc hút...và có thể đi qua da khi người bị xây xát. Tác dụng của bức xạ lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sự nguy hiểm tăng lên theo sự tăng của hoạt độ phóng xạ của lượng chất phóng xạ đi vào cơ thể và chu kỳ bán rã của nó. Khi chiếu trong bằng các liều lượng lớn có thể xẩy ra các bệnh ở các cơ quan bên trong của cơ thể và có thể thường xẩy ra một cách có tính chu kỳ và có thể chia làm bốn giai đoạn: - Giai đoạn đầu là giai đoạn sau khi bị chiếu một vài giê thì thường xuất hiện sự uể oải, buồn nôn, lợm giọng, váng đầu, chóng mặt và đôi khi nhiệt độ tăng từ 0,5 ¸ 1,5oC và huyết áp của mạch tăng. - Giai đoạn hai là giai đoạn ủ bệnh thường kéo dài từ một vài ngày đến một vài tuần. - Giai đoạn ba là thời kỳ phát triển bệnh. Nhiệt độ tăng lên 41oC, buồn nôn, xuất huyết. Khả năng chết thường xẩy khoảng giữa ngày thứ 18 đến ngày thứ 20, hạn hữu xẩy ra sau ngày thứ 30. - Giai đoạn bốn là thời kỳ khỏi bệnh thường sau 25 ¸ 30 ngày, sự khôi phục hoàn toàn sức khẻo rất khó xẩy ra, thường bị già trước tuổi. Sự chiếu ngoài bao gồm bức xạ phông tự nhiên và bức xạ của các nguồn phóng xạ mà ta tiếp xúc trong quá trình làm việc bức xạ phông được tạo ra bởi các tia vũ trụ và các chất phóng xạ chứa trong các vật liệu của môi trường xung quanh. Khi chiếu ngoài bằng các liều lượng lớn có thể xuất hiện các bệnh bỏng da, khác với bỏng thường do tác động của ánh sáng mặt trời bởi độ dài của thời kỳ ủ bệnh (thường một vài ngày). Để ngăn ngõa, phòng tránh tối đa tác hại của bức xạ ion hoá cần phải hạn chế tới mức tối thiểu liều chiếu trong và chiếu ngoài. Người ta phân biệt ba loại chuẩn an toàn phóng xạ. Loại A: Dành cho người làm việc trực tiếp với các nguồn phóng xạ. Loại B: Dành cho người làm việc gần địa điểm tiến hành các công việc với nguồn phóng xạ, nhưng không trực tiếp làm việc với các chất phóng xạ và các nguồn bức xạ. Tất cả những người làm việc trong cơ quan hành chính, các cơ sở sản xuất cũng như trong các nhà xưởng hoặc ở ngoài trời trong phạm vi của vùng được bảo vệ đều thuộc loại B này. Loại C : Dành cho dân cư, bao gồm những người sống ở gần vùng được bảo vệ. - Khi tính toán liều giới hạn cực đại cho phép chiếu trong và chiếu ngoài đối với các cá thể thuộc ba loại chuẩn an toàn phóng xạ kể trên người ta sử dụng khái niệm về các cơ quan tới hạn. Đó là những cơ quan trọng chủ yếu theo quan điểm hiệu ứng sinh học trong các điều kiện chiếu xạ nhất định. Người ta phân biệt bốn nhóm cơ quan tới hạn sau: Nhóm 1: Toàn thân, các cơ quan tuần hoàn. Nhóm 2: Thuỷ tinh thể, cơ bắp, tế bào mỡ, gan, lá lách, thận, bộ máy tiêu hoá và các cơ quan khác không thuộc nhóm 1, 3 và 4. Nhóm 3: Tuyến giáp trạng, xương và da. Nhóm 4: Tay, cẳng tay, bàn chân. Đối với sự chiếu chung toàn thân thì liều cực đại cho phép, ký hiệu là MPD (Maximum Permissible Dose) được xác định bằng công thức sau: MPD = (N-18).5 rem Trong đó: N - là tuổi của người bị chiếu. Tuy nhiên, một người không được nhận nhiều hơn 3 rem trong 13 tuần hoặc 12 rem trong 12 tháng. Bảng dưới đây giới thiệu các giá trị MPD đối với các cơ quan khác nhau cho hai loại A và C . Bảng 10: Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người. Tuỷ, xương Da, xương, tuyến giáp Tay, cẳng tay, chân Các bộ phận khác Nhân viên làm việc với nguồn Phóng xạ (loại A) Nhân dân nói chung(loại C) Rem / năm rem / 13 tuần Rem/ năm 5 3 30 15 38 15 8 0,5 3 7,5 1,5 Để kiểm tra định kỳ về việc bảo vệ, phòng tránh bức xạ người ta quy định các giới hạn liều cực đại cho phếp hàng tuần. Cơ quan năng lượng nguyên tử đã khuyến cáo về mức nhiễm bẩn phóng xạ giới hạn cho phép đối với bề mặ của các thiết bị máy móc, dụng cụ, vật dụng, vật liệu kiến trúc xây dựng tại các địa điểm tiến hành công việc với chất phóng xạ ở dạng hở, cũng như tại nơi ra vào và cất giữ quần áo bảo hộ lao động (£ 10 hạt a trên 1cm2/phót và £ 100 hạt b trên 1cm2/phót). * An toàn phóng xạ ở Việt Nam: theo pháp lệnh an toàn và kiểm soát bức xạ số 50L/CTN của Nhà nước ban hành ngày 3.7.1996 và có hiệu lực ngày 1.7.1997 thì liềugiới hạn tối đa đối với các nhân viên làm việc trực tiếp với bức xạ là 20mSv, đối với nhân dân nói chung là 1mSv. Bảng 11: Các quy định về liều chiếu đối với các vật dụng cá nhân Đối tượng nhiễm bẩn Hạt a Hạt b Quần áo chuyên môn 10 100 Chăn màn, khăn mặt 1 35 Thiết bị bảo vệ cá nhân 25 250 Găng tay phía mặt ngoài 10 100 Mặt ngoài giày 10 100 Phương pháp thực nghiệm Chuẩn bị mẫu và mẫu chuẫn Cách tạo mẫu Các mẫu sau khi lấy ở hiện trường (như hình vẽ 1 và bảng số liệu 11) đem về phòng thí nghiệm hoá môi trường xử lý cơ học ban đầu và cho sấy ở nhiệt độ 100 C¸c mÉu sau khi lÊy ë hiÖn tr­êng (nh­ h×nh vÏ 1 vµ b¶ng sè liÖu 11) ®em vÒ phßng thÝ nghiÖm ho¸ m«i tr­êng xö lý c¬ häc ban ®Çu vµ cho sÊy ë nhiÖt ®é 1000C trong 12 giê. Bảng 11: Khối lượng của các mẫu trước và sau khi xử lý. STT Mẫu m1(g) m2(g) m3 (g) 1 M1 1025,34 908,11 83,148 2 M2 1123,14 947,97 81,473 3 M3 992,64 882,35 68,931 4 M4 995,73 891,19 83,026 5 M5 1076,56 926,54 80,973 6 M6 1056,93 903,23 51,473 7 M7 1167,39 996,67 76,378 8 M8 1201,74 1016,33 69,495 9 M9 1154,66 999,32 68,931 10 M10 1093,54 973,19 75,431 Trong đó: m1: là khối lượng trước khi sấy. m2: là khối lượng sau khi sấy. m3: là khối lượng khảo sát. Mẫu chuẩn Mẫu chuẩn được chuẩn bị bằng cách thêm vào một lượng đã biết của đồng vị phóng xạ làm chuẩn vào chất nền (có thành phần giống như mẩu phân tích). Có nhiêù phương pháp chuẩn bị mẫu chuẩn như phương pháp hoá học, phương pháp cơ học,....Cả hai phương pháp này đều phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Chất liệu nền phải sạch phóng xạ. - Hàm lượng các nguyên tố của nền xấp xỉ với mẫu phân tích. - Các đồng vị phóng xạ chuẩn phân bố đều trong nền. Để đánh giá phông phóng xạ sẵn có trong nền, người ta dùng phương pháp thêm chuẩn, từ đó ngoại suy được hoạt độ riêng trong nền. Mẫu chuẩn được sử dụng trong thực nghiệm đo các mẫu đất ở đây có kích thước, khối lượng, thành phần như sau: Đường kính trong của hộp mẫu 7,3 cm, bề dày 1,3 cm. Khối lượng MS = 44,4359 gam. Thành phần K2O : 4,48%. Th : 32,2 ppm. U : 10,5 ppm. Bằng mẫu chuẩn này và sử dụng phương pháp so sánh tương đối trên cơ sở số liệu thực nghiệm về số đếm của các mức năng lượng có trong phổ gamma được đo trong 7200giây, ta xác định hàm lượng của các nguyên tố trên có trong mẫu đất đã khảo sát. M10 M9 M4 M2 M3 M1 M8 M7 M6 M5 H×nh 1 : S¬ ®å lÊy mÉu xung quanh khu vùc hå ë khu ®Êt tr­êng §HKHTN – Hoµ L¹c. Phương pháp tính hàm lượng các nguyên tố Phương pháp tuyệt đối Hoạt độ riêng (Bq/kg khô) của đồng vị phóng xạ cần phân tích tại thời điểm đo mẫu là: A=.103 Trong đó: m - khối lượng cần phân tích (gam). S - diện tích đỉnh của tia gamma ở năng lượng E (xung tổng số trong thời gian đo). e - hiệu suất ghi tương đối. F - hiệu suất phát của tia gamma tại năng lượng đỉnh đang xét. t - thời gian đo mẫu (giây). Phương pháp tương đối. Phương pháp tương đối dùa trên sự so sánh hàm lượng của một đồng vị với hàm lượng của nó có trong mẫu chuẩn. Vì vậy, trong khi chọn mẩu chuẩn cần phải đảm bảo matrix của mẫu cần đo và mẫu chuẩn là giống nhau. Hoạt độ riêng trong mẫu được tính theo công thức: Am=Ac Trong đó: Am, Ac- Hoạt độ riêng của mẫu phân tích và mẫu chuẩn tương ứng (Bq/kg). mm, mc- Khối lượng mẫu phân tích và mẫu chuẩn tương ứng (kg). Sm, Sc - Diện tích đỉnh đã trừ phông của tia gamma trong mẫu phân tích và mẫu chuẩn tương ứng (xung/giây) Sai sè trong xử lý số liệu thực nghiệm. Sai số của hàm lượng là do sai số của tốc độ đếm và sai số của hàm lượng chuẩn. Sai sè do tốc độ đếm chủ yếu là do sai số thống kê và hình học đo gây ra. Để giảm sai sè trong các phép đo ta cần chuẩn các thiết bị đo thật chính xác, hiệu chỉnh các nguồn gây ra sai số hệ thống, thực hiện phép đo trong thời gian đủ lớn để lấy số liệu thống kê đủ lớn. Giá trị sai số của hàm lượng được tính dùa theo công thức truyền sai sè: (dq)2 = Tương tù ta cũng có thể tính sai số của suất liều theo công thức này: (dI)2 = Hệ thống thiết bị đo. Sơ đồ khối của thiết bị đo. 2 7 8 3 4 5 1 6 H×nh 2 : S¬ ®å khèi cña hÖ ®o Hệ đo phổ gamma của trung tâm Vật lý hạt nhân với detector bán dẫn HPGe có sơ đồ khối như hình vẽ 2: HÖ ®o phæ gamma cña trung t©m VËt lý h¹t nh©n víi detector b¸n dÉn HPGe cã s¬ ®å khèi nh­ h×nh vÏ 2: Trong đó : Mẫu cần đo Detector bán dẫn Ge (siêu tinh khiết). Detecter Model GC 2018 Tiền khuếch đại Model 2002 CSL. Tiến khuếch đại tuyến tính Model 2004. ADC Model 8701. Máy tính có cài đặt phần mềm ghi nhận, xử lý phổ S100 CANBERRA. 7- Nguồn nuôi cao áp . 8- Máy phát xung chuẩn. 8- M¸y ph¸t xung chuÈn. Hệ phổ kế gamma sau khi lên cao áp đến 3000V được chuẩn năng lượng, kiểm tra độ phân giải bằng 226Ra. Độ phân giải năng lượng là 2KeV tại đỉnh 609,3 KeV Hình 3: Là phổ gamma của nguồn 226Ra đo trên hệ phổ gamma trong phòng thí nghiệm. Hệ đo phổ gamma của các tia gamma