Luận văn Nghiên cứu xác định liều chiếu dân chúng do phóng xạ tự nhiên ở khu vực Hà nội (phần Hà Nội mở rộng)

phương chuyển động ban đầu của lượng tử tới, còn electron giật lùi thì bay ra dưới góc giật lùi φ và năng lượng T. Từ các định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng suy ra rằng, với hv0 cho trước thì giữa các góc θ và φ có mối liên hệ đơn trị, còn năng lượng của lượng tử bị tán xạ E’γ= hv và năng lượng của electron giạt lùi T thì hoàn toàn được xác định bằng các đại lượng θ, φ, hv0 đã cho. Ta có những biểu thức chủ yếu sau: Đối với năng lượng của lượng tử γ bị tán xạ: (1.11) Đối với động năng T của electron giật lùi: (1.12) Còn hệ thức giữa các góc φ và θ thì được xác định bằng: (1.13) Công thức 1.13 chỉ ra rằng đối năng lượng đủ lớn của lượng tử tới thì năng lượng của lượng tử bị tán xạ giảm dần từ giá trị cực đại bằng hv0 khi θ = 0 đến giá trị cực tiểu khi θ = 180°: (1.14) Khi hv0 >> m0c2 thì năng lượng của lượng tử γ bị tán xạ dưới góc θ = 180° sẽ rất gần với đại lượng 12 m0c2 = 0,25MeV. Các electron giạt lùi xuất hiện phân bố theo góc từ 0 đến 90o. Khi lượng tử γ bị tán xạ trên một góc nhỏ, năng lượng của nó hầu như không thay đổi còn electron thì bay ra với năng lượng nhỏ dưới góc gần bằng 90°. Nếu lượng tử γ bị tán xạ một góc 180° thì electron bay ra theo hướng về phía trước với động năng cực đại Tmax= Emax: (1.15) 1.5.3. Hiệu ứng tạo cặp(5, 6) Quá trình tạo cặp là quá trình, trong đó lượng tử γ năng lượng đủ lớn tương tác với vật chất làm xuất hiện một cặp electron - pôzitrôn với năng lượng T- và T* tương ứng (hình 1.5). Nãng lượng toàn phần của cặp bằng năng lượng hv0 của lượng tử γ tới, còn động năng Ek của nó thì bằng: Ek = hv0 – 2m0c2 (1.16) Năng lượng cực tiểu của lượng tử γ cần thiết để thực hiện quá trình tạo cặp bằng 1,022 MeV. Hình 1. 5: Hiệu ứng tạo cặp Để thoả mãn các định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng thì quá trình tạo cặp phải diễn ra trong sự có mặt của một hạt thứ ba là hạt nhân hay điện tử. Trong trường hợp này, xung lượng của lượng tử γ được phân bố giữa các hạt của cặp và hạt thứ ba. Tiết diện tạo cặp trong trường Coulomb tỷ lệ với bình phương nguyên tử số Z2 của vật chất và tăng lên theo sự tăng năng lượng của các tia γ. Hình 1.6 thì giới thiệu vùng năng lượng mà một trong ba hiệu ứng quang điện, Compton hay tạo cặp đóng vai trò quan trọng, phụ thuộc vào điện tích z của chất hấp thụ... Hình 1. 6: Độ quan trọng tương đối của ba hiệu ứng phụ thuộc vào năng lượng và điện tích z của chất hấp thụ. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các nhân phóng xạ trong đất, đá và suất liều gamma ở độ cao 1 mét so với mặt đất. 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu là nghiên cứu được thực hiện tại các huyện trên địa bàn thành phố Hà Nội được mở rộng (bao gồm tỉnh Hà Tây cũ, và huyện Mê Linh của tỉnh Vĩnh Phúc). Phạm vi nghiên cứu là hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất và suất liều gamma môi trường. 2.2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu việc sử dụng phổ kế gamma hiện trường sử dụng detector NaI(Tl) hình trụ kích thước 3”Φ×3” để xác định các nhân phóng xạ trong môi trường đất tại thực địa và đánh giá liều chiếu đối với con người do các nhân phóng xạ gây ra và khả năng ảnh hưởng của chúng. 2.3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu là sử dụng phổ kế gamma hiện trường để xác định hoạt độ của các nhân phóng xạ tự nhiên trong đất và suất liều gamma ở độ cao 1 mét so với mặt đất. Kết quả của phương pháp phổ kế gamma hiện trường sẽ được so sánh với phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm. Phương pháp nghiên cứu được thể hiện tổng quát trên hình 2.1. Hình 2. 1: Sơ đồ phương pháp nghiên cứu 2.4. Phương pháp đo gamma hiện trường Hiện nay trên thế giới đã phát triển nhiều phương pháp đo gamma môi trường khác nhau, nhưng có hai phương pháp được dùng phổ biến, thứ nhất là phương pháp diện tích đỉnh được phát triển bởi Beck và các đồng nghiệp thuộc phòng thí nghiệm đo môi trường Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (EML), phương pháp thứ hai là phương pháp hàm G(E) được phát triển bởi Moriuchi và Miyanaga thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật bản (JAERI). 2.4.1. Thiết bị sử dụng a) Hệ phổ kế gamma hiện trường Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phổ kế gamma hiện trường với detector nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ kích thước 3”Φ×3”, độ phân giải năng lượng 8% ở đỉnh 662 KeV của 137Cs để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tại 42 vị trí ngoài thực địa. Phổ kế gồm: Bộ phân tích đa kênh xách tay DART của hãng ORTEC và máy tính xách tay đã được cài đặt phần mềm ghi nhận phổ ORTEC MASTRO 32. Detetor được đặt trên giá đỡ 3 chân, đầu đo hướng xuống dưới và cách mặt đất 1 m. Detector được kết nối với bộ phân tích đa kênh DART thông qua cáp nối dài 10 m (hình 2.2). Mỗi phép đo được tiến hành trong khoảng thời gian 30 phút. Vị trí đo được chọn là bãi đất bằng phẳng có bán kính ít nhất là 10 m tính từ vị trí đặt detector và không bị che chắn bởi các công trình xây dựng hoặc các tòa nhà, đất ổn định không bị xáo trộn(7, 8, 9). Các phép đo được thực hiện ít nhất 24 giờ sau mưa để tránh sự ảnh hưởng của Radon và con cháu của Radon(11). Hình 2.3 thể hiện phổ gamma hiện trường tiêu biểu. Hình 2. 2: Hệ phổ kế gamma hiện trường Hình 2. 3: Phổ gamma hiện trường b) Thiết bị đo liều sách tay TCS-171 Máy đo liều sách tay TCS-171 (hình 2.4) do hãng ALOKA – Nhật Bản sản xuất sử dụng đầu đo là detector nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ có kích thước 1”Φ×1”. Máy đo liều sách tay TCS-171 dùng cho đo suất liều gamma với khoảng đo từ mức phông môi trường đến 30 µGy/h hoặc 30 µSv/h với sai số ± 15 %, năng lượng tia gamma từ 50 KeV đến 3 MeV. Hình 2. 4: Máy đo liều sách tay TCS-171 2.4.2. Phương pháp hàm G(E) Viện Nghiên cứu Năng lượng Nguyên tử Nhật bản (JAERI), sử dụng phương pháp được gọi là ‘phương pháp hàm G(E)’ đánh giá chính xác suất liều gamma bằng việc áp dụng hàm chuyển đổi phổ - liều G(E) từ chiều cao xung phổ cho thông tin về năng lượng tia gamma. Trong những năm gần đây một số dụng cụ đo suất liều thiên về loại này đang được sử dụng quan trắc phóng xạ môi trường xung quanh cơ sở hạt nhân tại Nhật Bản(16). Phương pháp hàm G(E) được phát triển bởi Moriuchi và Miyanaga năm 1966. Công thức chuyển đổi từ phổ thành liều được biểu diện bằng phương trình 2.1 dưới đây. ở đây: D: suất liều, nGy/h E: năng lượng tia gamma Emin: năng lương thấp nhất, 30-50 keV Emax: năng lượng cao nhất, 3 MeV N(E): Số đếm, cpm G(E): hệ số chuyển đổi từ phổ thành liều. Phương trình 2.1 cho suất liều do các tia gamma từ 0 đến 3 MeV. Phương pháp này được áp dụng cho bất kỳ một detector nào mà độ cao xung của nó tương ứng với một năng lượng photon. Trong trường hợp của detector nhấp nháy NaI(Tl), chỉ có hình dạng và kích thước của tinh thể và vỏ bọc của nó là yếu tố quan trọng cho phản ứng của nó và hàm G(E). Vì vậy, một hàm G(E) cho đầu dò NaI(Tl) được tính toán, nó được áp dụng cho bất kỳ một đầu dò NaI(Tl) cùng loại. Hình 2.5 bên dưới thể hiện hàm G(E) cho NaI(Tl) kích thước 3”Φ×3”(13, 14). Hình 2. 5: Hàm G(E) của detector NaI(Tl) kích thước 3”Φ×3”. Phương pháp này cũng được áp dụng cho các đầu dò HPGe. Kết hợp với độ phân giải tốt của một đầu dò HPGe, nó có thể cung cấp nhiều thông tin hữu ích về một trường bức xạ môi trường. Tuy nhiên, các phản ứng tiêu biểu của đầu dò HPGe là hoàn toàn thay đổi. Vì vậy, hàm G(E) cho đầu dò HPGe cũng sẽ khác biệt. Trong luận văn phương pháp hàm G(E) áp dụng detector nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ kích thước 3”Φ×3”. Vì detector nhấp nháy có hình dạng và kích thước theo chuẩn nhất định nên hàm G(E) có thể áp dụng cho bất kỳ detector cùng loại. Hàm G(E) có thể được xác định thông qua công thức 2.2 sau: G(E) = (2.2) Trong đó: Kmax: số bậc của đa thức A(K): Hệ số sẽ được xác định theo K E: Năng lượng với đơn vị là keV M: là số nguyên sẽ được xác định theo loại detector Với tinh thể NaI(Tl) hình trụ có kích thước 3”Φ×3” (~ 7,5 Φ cm x 7,5 cm) thì G(E) được xác định là: (2.3) tức là với Kmax = 16 và M = 3, còn A(K) được xác định như sau: Bảng 2. 1: Các hệ số của hàm G(E) A(K) Kmax = 16 , M = 3 A(1) 4,64477815247405E+01 A(2) -7,53203814696923E+01 A(3) -2,36700398424334E+01 A(4) 1,339726067839E+02 A(5) -1,16280743420306E+02 A(6) 3,84485329157389E+01 A(7) 2,12501935804907E+00 A(8) -6,65937345076593E+00 A(9) 3,71066321302705E+00 A(10) -1,7656007605987E+00 A(11) 6,24042285459345E-01 A(12) -1,13338184851737E-01 A(13) -1,20970045012894E-03 A(14) 4,45227287510050E-03 A(15) -7,38983489630166E-04 A(16) 4,04368068727083E-05 2.4.3. Phương pháp diện tích đỉnh Hoạt độ và suất liều của các đồng vị phóng xạ được tính toán từ điện tích của các đỉnh phổ gamma tương ứng ghi nhận được. Theo Beck và các cộng sự(7, 8) mối liên hệ giữa diện tích đỉnh phổ, hoạt độ và suất liều được biểu diễn theo phương trình 1 và 2. Tốc độ đếm quang đỉnh trên 1 đơn vị hoạt độ: (2.4) Tốc độ đếm quang đỉnh trên 1 đơn vị suất liều: (2.5) Trong đó: NfA: Tỷ số giữa số đếm quang đỉnh trong phổ (cps) và hoạt độ của mẫu đo (Bq.kg−1), : Tỷ số giữa số đếm quang đỉnh trong phổ (cps) và suất liều bức xạ (μGy.h−1), : Hệ số hiệu chỉnh góc khi chùm tia gamma trong môi trường không song song với trục của tinh thể detector, : Tốc độ đếm quang đỉnh khi thông lượng tia gamma song song với trục của tinh thể detector (cps/γ.s−1.cm−2), : Tỷ số giữa thông lượng tia gamma và hoạt độ phóng xạ (γ.s−1.cm−2/(Bq.kg−1)), : Tỷ số giữa thông lượng tia gamma và suất liều bức xạ (γ.s−1.cm−2/(nGy.h−1)). 2.5. Phương pháp đo gamma trong phòng thí nghiệm 2.5.1. Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe Cùng với việc đo phổ gamma hiện trường, các mẫu đất tại vị trí đã đo cũng được thu thập để phân tích trong phòng thí nghiệm. Mẫu đất được lấy ở độ sâu từ 0 đến 10 cm bằng dụng cụ lấy mẫu có đường kính bên trong là 5,5 cm ở ba vị trí với bán kính 5 m từ vị trí đo phổ gamma(12). Mẫu đất được loại bỏ cỏ, xấy đến khô ở 1050C và rây (lỗ trên rây có đường kính 1 mm) để loại bỏ sỏi và đá. Mẫu đất sau khi xử lý được đóng kín trong hộp đo bằng nhựa, bảo quản ở nhiệt độ phòng 40 ngày trước khi đo(12). Hoạt độ của 238U, 232Th và 40K trong các mẫu đất được phân tích trên phổ gamma phông thấp sử dụng detector HPGe của hãng ORTEC có độ phân giải năng lượng là 2,0 keV ở năng lượng 1332 keV gamma từ 60Co và hiệu suất ghi tương đối là 35%. Hệ detector và buồng chì thể hiện ở hình 2.6. Hình 2. 6: Hệ detector HPGe và buồng chì 2.5.2. Tính suất liều từ hoạt độ của mẫu đất Theo ICRU 1994(9) và UNSCEAR 2000(17) suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so với mặt đất sẽ được tính từ hoạt độ của các đồng vị phóng xạ 40K, 238U, 232Th thông qua phương trình 2.6. D = 0,0417 AK + 0,462 AU + 0,604 ATh (2.6) Trong đó: D: Suất liều hấp thụ của bức xạ gamma trong không khí, nGy/h, AK: Hoạt độ phóng xạ của 40K, Bq/kg, AU: Hoạt độ phóng xạ của 238U, Bq/kg, ATh: Hoạt độ phóng xạ của 232Th, Bq/kg. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định các hệ số chuyển đổi cho detector NaI(Tl) Để xác định các hệ số chuẩn cho detector sử dụng các nguồn chuẩn dạng điểm là 137Cs và 60Co của hãng Amersham có hoạt độ, ngày cấp chứng chỉ được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3. 1: Nguồn chuẩn Nguồn chuẩn Năng lượng (keV) Chu kỳ bán hủy (năm) Ngày cấp chứng chỉ Hoạt độ (kBq) 137Cs 661,66 30,02 12-01-1991 368 ±3% 60Co 1173,21 5,27 12-01-1991 386 ± 3% 1332,47 5,27 12-01-1991 386 ± 3% Xác định Nf/N0 Đo từng nguồn điểm 137Cs và 60Co ở khoảng cách 100 cm với từng góc 150 so với trục của detector (hình 3.1), kết quả đo cho 137Cs cho trong bảng 3.2. Hình 3. 1: Đo đáp ứng góc Nf/N0 của detector Bảng 3. 2: Đáp ứng góc của detector với nguồn 137Cs Góc (độ) Số đếm đỉnh Đáp ứng góc tương đối 0 13532 1,0000 15 13436 0,9929 30 13000 0,9607 45 12381 0,9149 60 11828 0,8741 75 11269 0,8328 90 10707 0,7912 Kết quả đáp ứng góc tương đối của detector NaI(Tl) 3”Φ×3” thể hiện trên hình 3.2. Hình 3. 2: Đáp ứng góc tương đối của detector với nguồn 137Cs Theo Beck và các cộng sự(7, 8) với nhân phóng xạ phân bố đều trên mặt đất và năng lượng cao hơn 1 MeV thì detector NaI(Tl) 3”Φ×3” có đáp ứng theo năng lượng Nf/N0 = 1. Xác định N0/φ Để xác định tỷ số N0/φ sử dụng 2 nguồn chuẩn 137Cs và 60Co đặt ở khoảng cách 100 cm so với detector như hình 3.3. Hình 3. 3: Xác định hiệu suất ghi của detector N0/φ Tính toán hiệu suất ghi của detector N0/φ với 137Cs Hoạt độ của 137Cs ở thời điểm 1/4/2013 là: 368000×exp(-0,693×22,3/30,2)= 188 kBq Thông lượng gamma là: 188000×0,85= 1,87×105 γ.s-1 Thông lượng gamma ở khoảng cách 100 cm trong không khí là: 1,87×105 / (4π×1002) = 1,5 γ.cm-2.s-1 Số đếm của đỉnh 662 KeV là 22,9 cps Vậy N0/φ tại đỉnh 662 KeV là: 15,26 cps.γ-1.s-1.cm-2 Kết quả N0/φ của 2 nguồn 137Cs và 60Co được trình bày ở bảng 3.3 bên dưới: Bảng 3. 3: Hiệu suất ghi N0/φ của detector Nguồn chuẩn Năng lượng (keV) Xác suất phát gamma (%) Hoạt độ 1/4/2013 (kBq) Thông lượng gamma (γ.s-1) Thông lượng cách 1 m γ.s-1.cm-2 Tốc độ đếm đỉnh cps N0/φ (cps.γ-1.s-1.cm-2) Cs-137 661,66 85,04 188 186591 1,5 22,88 15,26 Co-60 1173,21 99,90 21,2 21206 0,17 2,40 14,07 1332,47 99,98 21,2 21206 0,17 2,05 12,05 Từ kết quả bảng 3.3 ta vẽ được mối liên hệ giữa lượng tia gamma và hiệu suất ghi của detector N0/φ (hình 3.4). Hình 3. 4: Mối liên hệ giữa năng lượng tia gamma và N0/φ Từ phương trình mối quan hệ giữa năng lượng và N0/φ: y = -0,0042 x+18,211 trên hình 3.4 ta suy ra N0/φ của các nhân phóng xạ tự nhiên được trình bày trong bảng 3.4. Bảng 3. 4: Hiệu suất ghi N0/φ đối với các nhân phóng xạ tự nhiên Hạt nhân Năng lượng (keV) N0/φ cps.γ-1.s-1.cm-2 40K 1460 12,39 214Bi 1764 10,63 208Tl 2614 7,73 Xác định φ/A và φ/I của detector Tính φ/A và φ/I được tham khảo từ tại liệu của ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ ICRP-38(10) được trình bày trong bảng 3.5. Bảng 3. 5: Hệ số φ/A và φ/I của detector Hạt nhân Năng lượng (keV) φ/A (γ.cm-2.s-1/Bq.g-1) I/ φ (cps/nGy.h-1) 40K 1460 0,971 47,1 214Bi 1764 1,62 462 208Tl 2614 4,42 604 Kết quả các hệ số chuyển đổi đối với phóng xạ tự nhiên được tổng hợp lại trong bảng 3.6 bên dưới. Bảng 3. 6: Các hệ số chuyển đổi đối với phóng xạ tự nhiên Detetor NaI(Tl) 40K 238U 232Th N0/φ (cps/γ.cm-2.s-1) 12,39 10,63 7,73 Nf/N0 1 1 1 φ/A (γ.cm-2.s-1/Bq.g-1) 0,971 1,62 4,42 Nf/A (cps/Bq.g-1) 12,0 17,2 34,2 I/φ (nGy.h-1/Bq.g-1) 47,1 462 604 Nf/I (cps/nGy.h-1) 0,289 0,0373 0,0565 Từ kết quả trong bảng 3.6 ta có các hệ số chuyển đổi từ diện tích đỉnh thành hoạt độ và suất liều của các nhân phóng xạ tự nhiên 238U, 232Th, 40K. 3.2. Kết quả đo gamma hiện trường 3.2.1. Kết quả đo gamma hiện trường sử dụng phương pháp hàm G(E) Phổ gamma hiện trường đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl) 3”Φ×3” vẽ bằng excel có dạng như hình 3.5, đây là phổ gamma đo tại thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì. Hình 3. 5: Phổ gamma hiện trường đo tại thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì Để sử dụng được hàm G(E) trước tiên ta phải chuẩn năng lượng phổ gamma: Đường chuẩn năng lượng là sự phụ thuộc của năng lượng bức xạ đi vào detector ứng với số kênh mà máy phân tích ghi nhận được. Việc chuẩn năng lượng của thiết bị được tiến hành thông qua xác định 3 đỉnh phổ của ba nhân phóng xạ tự nhiên 40K, 214Bi, 208Tl có năng lượng tương ứng là 1460, 1764 và 2614 keV. Đỉnh phổ của 3 đồng vị được thể hiện trên hình 3.6, 3.7 và 3.8. Hình 3. 6: Đỉnh quang điện của 40K Hình 3. 7: Đỉnh quang điện của 214Bi Hình 3. 8: Đỉnh quang điện của 208Tl Từ 3 đỉnh phổ của 40K, 214Bi và 208Tl, ta xác định được kênh trung tâm là cực trị của đường parabol, kết quả trình bày ở bảng 3.7 bên dưới. Bảng 3. 7: Kênh trung tâm và năng lượng của 40K, 214Bi và 208Tl Hạt nhân Kênh Năng lượng (keV) 40K 153,88 1460 214Bi 185,56 1764 208Tl 274,66 2614 Mối liên hệ giữa kênh và năng lượng thể hiện trên hình 3.9 Hình 3. 9: Mối liên hệ giữa kênh và năng lượng Từ hình 3.9 ta thấy rằng mối quan hệ giữa kênh và năng lượng là: E (keV) = 8,3235 x kênh - 46,002 (3.1) Từ phương trình (3.1) ta thu được năng lượng tương ứng với từng kênh. Nhập hàm G(E) theo từng năng lượng như trong bảng 2.1 và áp dụng công thức (2.1) sẽ thu được suất liều hấp thụ theo từng năng lượng (hình 3.10), số liệu đầy đủ được trình bày ở phụ lục 4. Lấy tổng suất liều theo các kênh ta thu được giá trị của suất liều tính theo phương pháp hàm G(E) đo tại thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì là: 71,82 nGy/h. Hình 3. 10: Suất liều tính theo phương pháp hàm G(E) Kết quả chi tiết tại của suất liều tính theo phương pháp hàm G(E) ở tất cả các vị trí trên địa bàn Hà Nội mở rộng được trình bày ở phụ lục 3. 3.2.2. Kết quả đo gamma hiện trường sử dụng phương pháp diện tích đỉnh Diện tích quang đỉnh được xác định bằng tổng diện tích của đỉnh phổ trừ đi phần phông bên dưới (hình 3.11). Hình 3. 11: Xác định diện tích đỉnh Diện tích toàn đỉnh phổ được lấy bằng cách lấy tích phân của số đếm từ kênh bên trái đến kênh bên phải của đỉnh: Phông được xác định là diện tích của hình bình hành bên dưới: Diện tích quang đỉnh là: trong đó: ROI: Vùng đỉnh quan tâm L: Số kênh bên trái của đỉnh phổ H: Số kênh bên phải của đỉnh phổ N(I): Số đếm theo kênh I BG: Phông (nền Compton) NET: diện tích đỉnh thực sau khi đã trừ phông Kết quả xác định diện tích đỉnh, hoạt độ và suất liều của các nhân 40K, 238U và 232Th được cho ở bảng 3.8 bên dưới. Bảng 3. 8: Kết quả hoạt độ và suất liều của phóng xạ tự nhiên tính theo phương pháp diện tích đỉnh Hạt nhân 40K 238U 232Th Thời gian đo (giây) t 1800 1800 1800 Độ rộng ROI H-L 17 16 20 Số đếm ROI ΣN(I) 9914 2998 2824 Số đếm kênh trái N(L) 301 133 310 Số đếm kênh phải N(H) 286 132 330 Phông BG 4316 2252,5 1260 Tốc độ đếm đỉnh(cps) Net= (ΣN(I)-BG)/t 3,11 0,42 1,33 Hoạt độ (Bq/kg) (Net/CF1) × 1000 281,34 24,24 38,98 Suất liều (nGy/h) Net/CF2 11,83 18,13 23,67 Như vậy sử dụng phương pháp diện tích đỉnh xác định được hoạt độ của 40K, 238 U và 232Th tương ứng là 281,34 Bq/kg, 24,24 Bq/kg và 38,98 Bq/kg. Suất liều của từng nhân phóng xạ 40K, 238 U và 232Th tương ứng là 1,83 nGy/h, 18,13 nGy/h và 23,67 nGy/h tại thị trấn Tây Đằng - huyện Ba Vì. Kết quả chi tiết của từng địa điểm đo trên địa bàn Hà Nội mở rộng được trình bày ở phụ lục 1 và phụ lục 3. 3.3. So sánh phương pháp phổ gamma hiện trường và phòng thí nghiệm Tại các vị trí đo phổ gamma hiện trường, các mẫu đất được thu thập và phân tích trong phòng thí nghiệm. 3.3.1. So sánh hoạt độ phóng xạ Trong phương pháp đo phổ gamma hiện trường, hoạt độ phóng xạ của 238U, 232Th và 40K trong đất được xác định từ diện tích các quang đỉnh trong phổ gamma có năng lượng tương ứng là: 1,76 MeV (214Bi) đối với 238U, 2,61 MeV (208Tl) đối với 232Th và 1,46 MeV đối với 40K. Sai số của phương pháp này đã được xác định bởi Beck và các cộng sự là 15% đối với 238U, và 10% đối với 40K và 232Th(7, 8, 9, 13). Hoạt độ phóng xạ của 40K, 238U, 232Th trong mẫu đất được phân tích trong phòng thí nghiệm trên hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe. Kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 238U, 232Th và 40K từ hai phương pháp được trình bày trong bảng 3.9, kết quả chi tiết tại 42 vị trí đo được trình bày ở phụ lục 1 và phụ lục 2. Bảng 3. 9: Hoạt độ các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong mẫu đất Đồng vị Số mẫu Kết quả tính theo phương pháp diện tích đỉnh Kết quả phân tích trong PTN 40K (Bq/kg) 42 Khoảng giá trị 119,31 – 791,60 103,04 – 870,67 Trung bình 458,09 450,05 238U (Bq/kg) 42 Khoảng giá trị 17,52 – 45,69 18,13 – 65,24 Trung bình 27,73 34,12 232Th (Bq/kg) 42 Khoảng giá trị 21,28 – 63,00 29,88 – 84,16 Trung bình 44,60 50,73 Sự tương quan giữa kết quả từ hai phương pháp đo được biểu diễn trên hình 3.12, 3.13, 3.14. Hệ số tương quan r2 = 0,94 đối với 40K, r2 = 0,75 đối với 238U, r2 = 0,76 đối với 232Th đã thể hiện sự tương quan khá tốt giữa kết quả từ hai phương pháp. Mặt khác, kết quả trong bảng 3.9 cho thấy hoạt độ phóng xạ trung bình của 238U, 232Th và 40K đo bằng hai phương pháp hiện trường và phòng thí nghiệm khá trùng nhau. Hoạt độ phóng xạ trung bình của 40K chỉ khác nhau 2%, đối với 232Th là 12%, đối với 238U là 19%. Sự khác nhau về hoạt độ phóng xạ trung bình của 238U, 232Th có thể giải thích do sự ảnh hưởng của độ ẩm trong đất(7, 14) hoặc do Radon và con cháu của Radon ảnh hưởng đến kết quả đo hiện trường(7, 8, 9). Hình 3. 12: Sự tương quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 40K tại hiện trường và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm. Hình 3. 13: Sự tương quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 238U tại hiện trường và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm. Hình 3. 14: Sự tương quan giữa kết quả đo hoạt độ phóng xạ của 232Th tại hiện trường và kết qủa phân tích trong phòng thí nghiệm. 3.3.2. So sánh suất liều hấp thụ của bức xạ gamma Suất liều hấp thụ của bức xạ gamma trong không khí ở độ cao cách mặt đất 1m được tính theo 3 phương pháp: phương pháp hàm G(E), từ hoạt độ các đồng vị phóng xạ 40K, 238U, 232Th đo trực tiếp tại hiện trường theo phương pháp diện tích đỉnh và từ hoạt độ của mẫu đất phân tích trong phòng thí nghiệm trên hệ phổ kế HPGe. Các kết quả này được so sánh với kết quả thu được từ máy đo liều xách tay TCS-171. Từ bảng 3.10 ta thấy suất liều hấp thụ tính từ phổ kế hiện trường theo phương pháp diện tích đỉnh có giá trị từ 31,62 đến 82,28 nGy/h, với giá trị trung bình là 57,94 độ lệch chuẩn là 10,63 nGy/h. Suất liều tính theo phương pháp hàm G(E) có giá trị từ 48,23 đến 89,75 nGy/h, với giá trị trung bình là 69,23 độ lệch chuẩn là 8,87 nGy/h. Suất liều đo đạc trực tiếp bằng máy đo liều cầm tay TCS-171 có giá trị từ 50 đến 80 nGy/h, với giá trị trung bình là 67,17 độ lệch chuẩn là 7,08 nGy/h. Trong khi đó suất liều hấp thụ tính từ hoạt độ của mẫu đất phân tích trong phòng thí nghiệm có giá trị từ 31,62 đến 89,31 nGy/h, với giá trị trung bình là 63,39 độ lệch chuẩn là 13,04 nGy/h. Giá trị trung bình của suất liều tính từ phương pháp diện tích đỉnh nhỏ nhất do chỉ lấy diện tích quang đỉnh của 3 đồng vị phóng xạ 40K, 238U, 232Th, bỏ qua phần tán xạ Compton. Giá trị trung bình suất liều đo được bằng TCS-171 và tính bằng phương pháp hàm G(E) khá trùng nhau vì cả 2 đều dùng 1 phương pháp là hàm G(E) để tính suất liều. Như vậy ta thấy giá trị trung bình của suất liều tính theo các phương pháp khác nhau có độ lệch không đáng kể. Bảng 3.10 trình bày giá trị trung bình của suất liều tính theo các phương pháp khác nhau, giá trị suất liều của từng vị trí đo được trình bày chi tiết ở phụ lục 3. Bảng 3. 10: Suất liều (nGy/h) thu được từ các phương pháp khác nhau. Số mẫu Hiện trường Phòng thí nghiệm 42 Diện tích đỉnh Hàm G(E) TCS-171 HPGe Khoảng giá trị 31,35 – 82,84 48,23 – 89,75 50 - 80 31,62 – 89,31 Trung bình 58,32 69,23 67,17 63,39 Theo tác giả Ngô Quang Huy và các cộng sự(15) suất liều ở độ cao 1 m so với mặt đất của Việt Nam nằm trong dải từ 17,45 đến 149,40 nGy/h với giá trị trung bình là 71,72 độ lệch chuẩn là 24,72 nGy/h. Như vậy ta thấy giá trị suất liều trung bình của Hà Nội là thấp hơn so với giá trị trung bình của Việt Nam. Hình 3.15 và 3.16 cho thấy hệ số tương quan giữa phương pháp diện tích đỉnh và phương pháp hàm G(E) với phương pháp phòng thí nghiệm có hệ số tương quan tương ứng là r2 = 0,872 và r2 = 0,6764 thể hiện mối liên hệ chặt chẽ của suất liều hấp thụ từ hai phương pháp đo. Hình 3. 15: So sánh mối tương quan của suất liều tính bằng 2 phương pháp diện tích đỉnh và PTN Hình 3. 16: So sánh mối tương quan của suất liều tính bằng 2 phương pháp hàm G(E) và phương pháp tính trong PTN. 3.3. Đánh giá suất liều Tần suất phân bố suất liều tại 42 vị trí bằng các phương pháp khác nhau được trình bày trên hình 3.17. Giá trị suất liều đo được trong khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng từ 30 đến 90 nGy/h. Từ giản đồ phân bố tần suất về suất liều chỉ ra phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm cho phân bố gần với dạng Gauss nhất. Tần suất phân bố suất liều tính bằng phương pháp đo mẫu đất trong phòng thí nghiệm và phương pháp diện tích đỉnh phân bố khá giống nhau, điều này có thể được giải thích là do suất liều đều được tính toán từ hoạt độ của các đồng vị 238U, 232Th và 40K thông qua các hệ số chuyển đổi. Tần suất phân bố suất liều tính bằng phương pháp hàm G(E) và phương pháp đo trực tiếp ngoài hiện trường bằng máy đo liều sách tay TCS-171 phân bố khá giống nhau, điều này có thể được giải thích là do máy đo liều sách tay TCS-171 cũng được tích hợp hàm G(E) để tính suất và giá trị suất liều tính bằng phương pháp này có bị ảnh hưởng của 222Rn và con cháu của nó ngoài môi trường(1, 2). (a) (b) (c) (d) Hình 3. 17: Phân bố suất liều tính từ các phương pháp khác nhau Trên hình 3.17, hình (a) suất liều tính từ mẫu đất đo trong phòng thí nghiệm, (b) phương pháp diện tích đỉnh, (c) phương pháp hàm G(E), (d) máy đo liều cầm tay TCS-171. Sự khác nhau giữa 2 phương pháp có thể được giải thích như sau: Mẫu đất được phân tích ở phòng thí nghiệm sau khi đã loại bỏ đá cuội và đá(7, 8, 9, 13). Sự ảnh hưởng của thảm thực vật lên giá trị đo c