Luận văn Tìm hiểu về mô hình và phần mềm đánh giá tác động của các nhân phóng xạ tới môi trường

kiện hướng dẫn và giúp đỡ em, đặc biệt là sự quan tâm động viên khuyến khích và cảm thông sâu sắc của gia đình. Cuối cùng, em rất mong nhận được sự đóng góp, nhận xét và phê bình của quý Thầy cô và tất cả bạn đọc. Em xin chân thành cảm ơn! iv DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1: Cơ sở đánh giá trong ERICA Hình 1.2: Mô hình hệ sinh thái dƣới biển [4] Hình 1.3: Hàm phân bố độ nhạy loài [7] Hình 2.1: Cấu trúc của phƣơng pháp tích hợp ERICA [5] Hình 3.1: Vị trị lấy mẫu trong Khu vực Drigg Coast, vƣơng quốc Anh [7] Hình 3.2: Kết quả về hiệu ứng ở mức 2 tại khu vực Drigg Coast Hình 3.3: Đồ thị so sánh suất liều trong sinh vật tại mức 2 và mức 3 Hình 3.4: Kết quả hiệu ứng ở mức 3 tại khu vực Drigg Coast Hình 3.5: Kết quả về rủi ro ở mức 2 tại Khu vực xóm Dấu, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ Hình 3.6: Kết quả về hiệu ứng ở mức 2 tại Khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ Hình 3.7: Kết quả ở mức 3 tại Khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ v DANH MỤC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Phƣơng pháp sàng lọc đối với hệ sinh thái trên cạn [7] Bảng 1.2: Phƣơng pháp sàng lọc đối với hệ sinh thái dƣới nƣớc [7] Bảng 2.1 Các nhân phóng xạ mặc định trong ERICA [4] Bảng 2.2: Các hạt nhân con cháu đƣợc sử dụng trong hệ số chuyển đổi liều [4] Bảng 2.3: Danh sách các sinh vật tham chiếu mặc định trong hệ sinh thái tƣơng ứng của phần mềm ERICA [4]. Bảng 2.4: Đánh giá rủi ro ở mức 2 Bảng 3.1: Số liệu phông phóng xạ - nồng độ hoạt độ trong đất của các nhân phóng xạ [7] Bảng 3.2: Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất tại khu vực Drigg Coast [7] Bảng 3.3: Số liệu về hệ số chiếm cứ, kính thƣớc, khối lƣợng của các sinh vật đại diện cho khu vực Drigg Coast [7] Bảng 3.4: Kết quả rủi ro cho mức 1 tại khu vực Drigg Coast Bảng 3.5: Số liệu đầu vào mức 2 – Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong sinh vật tại khu vực Drigg Coast [7] Bảng 3.6: Kết quả thu đƣợc ở mức 2 tại khu vực Drigg Coast Bảng 3.7: Kết quả suất liều trong sinh vật mức 3 tại khu vực Drigg Coast Bảng 3.8: Kết quả ở mức 1 với phông phóng xạ tự nhiên tại khu vƣc Drigg Coast vi Bảng 3.9: Nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong đất và cây sắn (cây lƣơng thực) tại khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ [1] Bảng 3.10: Kết quả thu đƣợc ở mức 1 tại khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ Bảng 3.11: Kết quả suất liều cho sinh vật ở mức 3 khu vực xóm Dấu Cỏ, xã Đông Cửu, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT AW Ash weight - Khối lƣợng tro CR Concentration Ratio - Tỉ lệ nồng độ DCC Dose Conversion Coefficient - Hệ số chuyển đổi liều DW Dry weight -Khối lƣợng khô EC European Commission - Ủy bản châu Âu EIA Environmental Impact Assessment - Đánh giá tác động môi trƣờng EMCL Environmental Media Concentration Limits - Giới hạn nồng độ hoạt độ môi trƣờng ERA Ecological Risk Assessment -Đánh giá rủi ro sinh thái ERICA Environmental Risk from Ionising Contaminants: Assessment and Management -Quản lý và đánh giá tác động của nhân phóng xạ tới môi trƣờng EAEC European Atomic Energy Community - Cộng đồng Năng lƣợng nguyên tử châu Âu EU European Union- Liên minh châu Âu FASSET Framework for Assessment of Environmental Impact - Quy trình đánh giá tác động môi trƣờng FW Fresh weight –Khối lƣợng tƣơi HDR Hazardous Dose Rate -Suất liều ảnh hƣởng độc hại HNED(R) The highest no effect dose or dose rate- Suất liều cao nhất mà không có ảnh hƣởng sinh học viii IAEA International Atomic Energy Agency - Cơ quan năng lƣợng nguyên tử quốc tế ICRP International Commission on Radiological Protection - Ủy ban quốc tế về bảo vệ phóng xạ MB Morbidity - Mắc bệnh MT Mortality - Tử vong MUT Mutation - Đột biến PCC Pearson Correlation Coefficient - Hệ số tƣơng quan Pearson pdf Probability distribution function - Hàm phân bố xác suất PNEC Predicted No-Effect Concentration – Giá trị nồng độ hoạt độ dự đoán không ảnh hƣởng PNED(R) Predicted No-Effect Dose (Rate) – giá trị suất liều dự đoán không ảnh hƣởng RC Reproductive Capacity - Sinh sản RQ Risk Quotient - Mức rủi ro SCC Spearman Rank Correlation Coefficient - Hệ số tƣơng quan Spearman SF Safety factor - Hệ sốan toàn SRS-19 Safety Report Series no 19 – Mô hình SRS-19 SSD Species Sensitivity Distribution - Phân bố độ nhạy cảm loài UF Uncertainty factor - Hệ số sai số ix UNSCEAR The United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation - Ủy ban khoa học của Liên hợp quốc về ảnh hƣởng của bức xạ nguyên tử. USDOE United States Department of Energy - Bộ năng lƣợng Hoa Kỳ 1 MỞ ĐẦU Ngày nay, các nhà máy điện hạt nhân đã và đang tạo ra nguồn năng lượng rất lớn phục vụ cho nhu cầu của con người. Nhiều nhà máy điện hạt nhân và lò phản ứng được xây dựng làm tăng ô nhiễm phóng xạ do rò rỉ phóng xạ, đặc biệt là các sự cố nổ lò phản ứng hạt nhân (Chenobyl (Nga), Fukushima Daiichi (Nhật Bản), Three Mile Island (Mỹ), Windscale (Anh)) đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường và tác động xấu đến cuộc sống của con người. Các chất thải chứa chất phóng xạ chưa qua xử lí được thải trực tiếp ra môi trường xung quanh làm tăng hoạt độ chất phóng xạ trong môi trường. Việc khai thác, chế biến đất hiếm có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường cao do trong quặng đất hiếm có khoáng chất như urani, thori mang tính phóng xạ với cường độ cao gây ô nhiễm phóng xạ và phương pháp chế biến đất hiếm cần sử dụng nhiều hóa chất ảnh hưởng đến môi trường. - Bức xạ tự nhiên Một phần của phông phóng xạ là bức xạ vũ trụ đến từ không gian. Chúng hầu hết bị cản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất. Trên đỉnh núi cao hoặc bên ngoài máy bay, độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với ở mặt biển. Các chất phóng xạ có đời sống dài có trong thiên nhiên thường ở dạng các chất bẩn trong nhiên liệu hoá thạch. Trong lòng đất, các chất như vậy không làm ai bị chiếu xạ, nhưng khi bị đốt cháy, chúng được thải vào khí quyển rồi sau đó khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phông phóng xạ. Nguyên nhân chung nhất của sự tăng phông phóng xạ là Radon, một chất khí sinh ra khi Radi kim loại phân rã. Các chất phóng xạ khác được tạo thành trong quá trình phân rã tồn tại tại chỗ trong lòng đất, nhưng Radon thì bay lên khỏi mặt đất. Nếu nó lan toả rộng và hoà tan đi thì không gây ra nguy hại gì, nhưng nếu một ngôi nhà xây dựng tại nơi có Radon bay lên tới mặt đất, thì Radon có thể tập trung trong nhà đó, nhất là khi các hệ thống thông khí không thích hợp. Radon tập trung trong nhà có thể lớn hơn hàng trăm lần, có khi hàng ngàn lần so với bên ngoài. 2 Loại trừ khí Radon, bức xạ tự nhiên không có hại đối với sức khoẻ. Nó là một phần của tự nhiên và các chất phóng xạ có trong cơ thể con người cũng là một phần của tạo hoá. - Bức xạ nhân tạo Những hoạt động của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ được tìm thấy trong môi trường và cơ thể. Một số chất đã được thải vào khí quyển do các vụ thử vũ khí hạt nhân và phần nhỏ hơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân. Những giới hạn phát thải được phép đối với nhà máy điện hạt nhân bảo đảm chúng không gây tác hại gì. Hầu hết các chất phóng xạ sinh ra từ phân hạch hạt nhân nằm trong chất thải phóng xạ và được lưu giữ cách biệt với môi trường. Do đó việc xác định và đánh giá liều lượng phóng xạ mà sinh vật nhận được là khá quan trọng để kiểm soát mức độ ảnh hưởng của môi trường đối với sinh vật và cuộc sống của con người. Phương pháp phổ biến và chính xác nhất để xác định liều mà sinh vật nhận được do các đồng vị phóng xạ gây ra là lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên công việc này cần kết hợp với việc sử dụng các mô hình mô tả quá trình xâm nhập của các nhân phóng xạ vào trong các cấu phần của hệ sinh thái để có thể đánh giá các tác động xấu của các nhân phóng xạ tới môi trường một cách nhanh và hiệu quả hơn. ERICA là một phương pháp hiệu quả để tính toán suất liều và xem xét ảnh hưởng xấu của chúng tới sinh vật dựa trên sự phân chia hệ sinh thái thành các cấu phần nhỏ là hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái nước ngọt và hệ sinh sinh thái biển. Luận văn “Tìm hiểu về mô hình và phần mềm đánh giá tác động của nhân phóng xạ tới môi trƣờng” giới thiệu về phần mềm tính toán liều phóng xạ trong môi trường ERICA và sử dụng nó để phân tích và đánh giá tác động của các nhân phóng xạ tới các môi trường tại hai khu vực Drigg Coast, vương quốc Anh và khu vực Phú Thọ, Việt Nam. Luận văn được trình bày trong ba chương: 3 - Chương 1 trình bày về mục đích, cở sở của phương pháp và các mô hình trong phần mềm ERICA; - Chương 2 trình bày chi tiết về phần mềm ERICA và cách sử dụng phần mềm cho tính toán rủi ro trong môi trường; - Chương 3 sử dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của các nhân phóng xạ tới các môi trường tại hai khu vực Drigg và khu vực ở Phú Thọ. Một vài kết luận và kiến nghị của tác giả được trình bày ở cuối luận văn. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ERICA là dự án được tài trợ bởi Cộng đồng nguyên tử châu Âu (EURATOM), bao gồm 15 tổ chức trong 7 nước Châu Âu (Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha, Wale, Ai-len, Thụy Điển) tham gia vào dự án này. Dự án được thực hiện từ năm 2004 tới 2007 với mục đích hỗ trợ, giúp đỡ các nước châu Âu đánh giá tác động của bức xạ ion hóa tới môi trường và bảo vệ môi trường khỏi các ảnh hưởng xấu của chất phóng xạ [2]. Hiện nay, ngoài các nước trong khu vực châu Âu thì một số quốc gia khác cũng sử dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của các nhân phóng xạ trong môi trường như: Nhật, Nga (ứng dụng vào đánh giá trong sự cố nhà máy điện hạt nhân), Úc (đánh giá tác động của phóng xạ xung quanh khu vực lưu trữ chất thải phóng xạ, nước cộng hòa Komi (đánh giá ảnh hưởng xấu của phóng xạ tự nhiên tới sinh vật) Phương pháp tích hợp ERICA là phương pháp bảo vệ môi trường khỏi các tác động xấu của phóng xạ bao gồm các yếu tố về đánh giá, đặc điểm rủi ro và quản lý. Phương pháp hướng dẫn người dùng cách xây dựng vấn đề và thực hiện các đánh giá tác động. Đánh giá trong ERICA được chia thành ba mức là: mức sàng lọc chung, mức sàng lọc riêng và mức phân tích chi tiết, được dựa trên các khái niệm sinh vật tham chiếu liên quan tới liều chiếu, liều ảnh hưởng và các nhóm động thực vật tương thích với phương pháp đánh giá của ICRP [2]. ERICA là một phần mềm tính toán linh hoạt có cấu trúc dựa theo phương pháp tích hợp ERICA để đánh giá rủi ro sinh học trong sinh vật. Phần mềm cũng liên kết với cơ sở dữ liệu hiệu ứng bức xạ trong FREDERICA-được biên soạn qua các tài liệu khoa học, thí nghiệm tác dụng bức xạ và các nghiên cứu thực địa, xung quanh các nhóm động vật hoang dã khác nhau với hầu hết dữ liệu và phân loại rộng rãi theo hiệu ứng sinh học, bao gồm bốn loại hiệu ứng chính: mắc bệnh, tử vong, sinh sản và đột biến. Trong đó, cơ sở dữ liệu được xây dựng dựa trên các sinh vật tham chiếu, mỗi sinh vật tham chiếu có quy định riêng về hình học, khối lượng và chúng đại diện cho các sinh vật trên đất liền, trong nước ngọt và hệ sinh thái biển. 5 1.1 Mục đích Áp dụng phần mềm ERICA để đánh giá tác động của nhân phóng xạ tới môi trường, bảo vệ sinh vât, môi trường khỏi tác động xấu của phóng xạ. Trên thực tế, các đánh giá để xác định liều phóng xạ và ước tính ảnh hưởng của chúng tới con người là rõ ràng, chi tiết và phát triển hơn so với hệ sinh thái. Tuy nhiên, khi đề cập tới sinh vật, người ta cho rằng mức độ an toàn bức xạ đối với con người cũng sẽ là đủ để bảo vệ môi trường tự nhiên. Theo Ủy ban Quốc tế về an toàn bức xạ (ICRP) đã tuyên bố năm 1977: “Các nguyên tắc hướng tới mục tiêu an toàn bức xạ là phù hợp, hiệu quả và duy trì điều kiện an toàn cho các nồng độ hoạt độ liên quan tới con người. Mức độ an toàn được yêu cầu để bảo vệ con người là phù hợp để bảo vệ các loài khác” [2]. Năm 1990, ICRP quan tâm tới hướng di chuyển phóng xạ trong môi trường và cho rằng: Các tiêu chuẩn để kiểm soát môi trường để bảo vệ con người ở mức độ hiện nay được cho rằng sẽ đảm bảo an toàn cho các sinh vật khác tránh khỏi các rủi ro. Con đường chiếu phóng xạ tới con người và sinh vật rất khác nhau kể cả khi sinh sống trong cùng một môi trường, do đó, suất liều nhận được cũng khác nhau. Ví dụ, trong hệ sinh thái biển, liều mà sinh vật đáy nhận được rất cao, trong khi liều mà con người nhận được lại ở dưới ngưỡng phát hiện. Do vậy, rủi ro mà con người nhận được sẽ khác so với rủi ro mà môi trường nhận được và đánh giá rủi ro sinh học được sử dụng để đánh giá các ảnh hưởng xấu có thể gây ra cho sinh vật do bị chiếu xạ [2]. 1.2 Cơ sở của phƣơng pháp trong ERICA Cơ sở của phương pháp ERICA là dựa vào các mô hình dịch chuyển, phép đo liều, các tiêu chuẩn và hiệu ứng sinh học trong các sinh vật tham chiếu. Trong trường hợp, số liệu về nồng độ hoạt độ môi trường bị thiếu thì phần mềm ERICA cung cấp cho người dùng mô hình phát tán để ước lượng nồng độ hoạt độ môi trường. 6 Hình 1.1: Cơ sở đánh giá trong ERICA 1.2.1 Mô hình dịch chuyển Trong mỗi hệ sinh thái (hệ sinh thái trên cạn, nước ngọt và biển) sẽ có mô hình dịch chuyển riêng. Mỗi mô hình dịch chuyển thể hiện mối quan hệ giữa nguồn phát, hướng di chuyển của nhân phóng xạ và sinh vật tham chiếu. Hình 1.2 là ví dụ mô hình đối với hệ sinh thái dưới biển. 7 Hình 1.2: Mô hình hệ sinh thái dƣới biển [4] Chú thích: Là tương tác chắc chắn xảy ra Là tương tác có thể xảy ra; Nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong sinh vật được ước tính từ nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong môi trường sử dụng các tỷ số nồng độ hoạt độ (CR) cho hệ sinh thái trên cạn, hệ số phân bố (Kd) cho hệ sinh thái dưới nước, CR và Kd được định nghĩa theo công thức (1.1), (1.2) và (1.3): Đối với sinh vật tham chiếu trên cạn: (1.1) Trong đó: - ACbio là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong sinh vật (Bq/ kg fw); 8 - ACsoil là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong đất (Bq /kg dw); Trường hợp ngoại lệ cho các nguyên tố H-3, C-14, P-32 và S-35: (1.2) Trong đó: - ACair là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong không khí (Bq/ m 3 ); Đối với hệ sinh thái dưới nước (Kd là hệ số phân bố được sử dụng để mô tả tỉ số nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong trầm tích và trong nước): (1.3) Trong đó: - ACsed là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong trầm tích (Bq /kg dw). - ACwater là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong nước (Bq/ l). Tuy nhiên, người dùng nên ưu tiên các giá trị CR có được từ thực nghiệm. Cơ sở dữ liệu mặc định chứa các giá trị về trung bình toán học cùng với độ lệch chuẩn, các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất, hàm phân bố xác suất (pdf), số lượng dữ liệu đầu vào. Trong trường hợp, nồng độ hoạt độ phóng xạ đang giảm (do ngừng các nồng độ hoạt độ hạt nhân hoặc khắc phục hậu quả tai nạn phóng xạ), giả định về trạng thái cân bằng giữa nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong môi trường và trong các sinh vật (tỉ lệ nồng độ hoạt độ) có thể dẫn đến việc đánh giá thấp liều lượng trong sinh vật. 9 1.2.2 Phép đo liều Chiếu xạ được ước tính bằng suất liều hấp thụ (năng lượng được truyền bởi bức xạ ion hóa qua một đơn vị khối lượng của một sinh vật trong một đơn vị thời gian, đơn vị là μGy/ h, được sử dụng trong phần mềm ERICA). Giá trị suất liều hấp thụ được xác định dựa trên nồng độ hoạt độ trong các hệ sinh thái và sinh vật tham chiếu và hệ số chuyển đổi liều. Ước tính suất liều hấp thụ (μGy /h) trong phần mềm ERICA, cho phép giải thích ảnh hưởng của nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong môi trường và sinh vật. Các nhân phóng xạ có trong môi trường gây ra cả chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong đối với sinh vật. Chiếu xạ trong tăng do sự hấp thụ các nhân phóng xạ vào cơ thể nhờ con đường tiêu hóa hoặc hô hấp và được xác định bởi nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong sinh vật, kích thước của sinh vật, loại và năng lượng của các bức xạ phát ra. Chiếu xạ ngoài phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mức độ ô nhiễm trong môi trường, mối quan hệ hình học giữa nguồn bức xạ và sinh vật tham chiếu, môi trường sống, kích thước cá thể, tính chất của vật liệu che chắn và các tính chất vật lý của nhân phóng xạ. 1.2.2.1 Hệ số chuyển đổi liều Mối quan hệ giữa nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong mỗi sinh vật và suất liều hấp thụ được mô tả bởi hệ số chuyển đổi liều (DCC, đơn vị là (µGy /h)/ (Bq/ kg) fw). Trong trường hợp đơn giản nhất, giả sử sinh vật tồn tại trong môi trường đồng nhất, vô hạn và có phân bố phóng xạ đồng nhất, dưới điều kiện trên, hệ số chuyển đổi liều hấp thụ chiếu trong- DCCint và chiếu ngoài - DCCext cho bức xạ đơn lẻ được định nghĩa như hàm của năng lượng hấp thụ với công thức (1.4) và (1.5): (1.4) (1.5) 10 Trong đó: - E (MeV) là năng lượng của nguồn đơn năng; - Φ(E) là phần hấp thụ của năng lượng đã cho; - là hệ số chuyển đổi; Từ các tính toán đối với các nguồn bức xạ đơn lẻ, hệ số chuyển đổi liều (DCC) có nguồn gốc từ chiếu xạ trong và chiếu xạ ngoài, có tính đến các loại bức xạ cũng như năng lượng và cường độ của các nhân phóng xạ phát ra. Hạt nhân phóng xạ con cháu được bao gồm trong tính toán của DCC của các nhân phóng xạ mẹ. Suất liều tổng cộng được tính toán bằng công thức (1.6), (1.7) và (1.8): (1.6) (1.7) (1.8) Trong đó: - wf là hệ số trọng số của các loại bức xạ (β năng lượng thấp, β+ γ và α); 1.2.2.2 Tính toán suất liều Hệ số chuyển đổi liều có thể được sử dụng để ước tính suất liều hấp thụ từ nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong môi trường và trong sinh vật. Tuy nhiên, hiệu ứng bức xạ không chỉ phụ thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ. Trong ERICA, hệ số trọng số bức xạ đối với các loại bức xạ như sau: 10 đối với bức xạ alpha và 3 đối với bức xạ beta có năng lượng <10 keV và đối với beta năng lượng >10 keV và gamma là 1 [4]. 11 Công thức (1.9) tính toán suất liều chiếu trong: (1.9) Trong đó: - là suất liều chiếu trong cho sinh vật tham chiếu b; - là nồng độ hoạt độ của hạt nhân phóng xạ i (Bq/ kg); - là hệ số chuyển đổi liều của nhân phóng xạ thứ i cho chiếu xạ trong; Công thức (1.10) tính toán suất liều chiếu ngoài: (1.10) Trong đó: - vz là hệ số chiếm cứ, là phần thời gian sinh vật b dành thời gian tại vị trí z trong môi trường sống; - là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ thứ i trong hệ sinh thái tham chiếu, ở vị trí z (Bq /kgfw hoặc dw) (đất hoặc trầm tích) Bq/l (nước)); - là hệ số chuyển đổi liều cho chiếu xạ ngoài, được định nghĩa là tỉ số giữa nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ thứ i trong hệ sinh thái tại vị trí z và suất liều chiếu của sinh vật b đơn vị:(µGy/ h)/ (Bq/ kg (/l)); 1.2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá tác động của bức xạ tới môi trƣờng Mục đích sàng lọc là xem xét có cần thiết để tiến hành các phân tích sâu hơn ở các mức tiếp theo hay không. Một số tiêu chí dùng để sàng lọc các nhân phóng xạ 12 như chiếu xạ (nguồn phóng xạ, phông phóng xạ, tích luỹ sinh học,) và các hiệu ứng (tiêu chuẩn độc hại sinh thái, tiêu chuẩn phân vùng cân bằng) [5]. 1.2.3.1 Các tiêu chuẩn dựa trên phân bố độ nhạy cảm của các loài (SSD) Các tiêu chuẩn này có nguồn gốc từ việc khớp thông tin về độ nhạy cảm của các loài khác nhau để có phân bố toán học. Sự phân bố độ nhạy cảm của các loài được sử dụng để tính toán các giá trị suất liều không gây ra hiệu ứng hoặc có ảnh hưởng đến mức chấp nhận được của các loài (PNED(R)). Giá trị PNED(R) được tính theo công thức (1.11): (1.11) Trong đó: - PNED(R) là giá trị suất liều không gây ra hiệu ứng (µGy/h); - SF là hệ số an toàn, có giá trị thay đổi từ 1 tới 5; - HD(R)5 là suất liều độc hại gây ảnh hưởng tới 5% loài (µGy/h); Giá trị HD(R)5 được tính dựa vào phân bố độ nhạy loài như hình 1.3: 13 Hình 1.3: Hàm phân bố độ nhạy loài [7] Trong đó: Là khoảng tin cậy 95% Là mô hình phân bố; 1.2.3.2 Các tiêu chuẩn dựa trên phƣơng pháp hệ số an toàn (SF) Thông thường, mức độ ảnh hưởng sinh học thấp nhất sẽ được sử dụng. Các giá trị này được chia cho hệ số an toàn (tức là 10, 100 hoặc 1000) để lấy chuẩn. Giá trị của các hệ số an toàn được lựa chọn tùy thuộc vào loại, số lượng và chất lượng của nhân phóng xạ có sẵn và tùy thuộc vào các mối nguy hiểm của các chất gây ô nhiễm. Phương pháp hệ số an toàn sử dụng để xác định giá trị giá trị suất liều hoặc liều chiếu không gây ra hiệu ứng (µGy/h) theo công thức (1.12) và (1.13); (1.12) (1.13) 14 Trong đó: - PNED là liều chiếu không gây hiệu ứng; - lowest ED50 là liều độc hại thấp nhất gây ra 50% hiệu ứng; - lowest EDR10 là suất liều độc hại thấp nhất gây ra 10% hiệu ứng; Các tiêu chuẩn được lựa chọn sử dụng cho đánh giá trong nhiều nghiên cứu được trích dẫn từ báo cáo của IAEA [1992] và UNSCEAR [1996]. Việc xác định các ảnh hưởng và tác dụng sinh học của nhân phóng xạ tới sinh vật bắt đầu vào giữa những năm 1970 và các đánh giá được tiến hành trên các tài liệu sẵn có về các hiệu ứng do chiếu xạ trường diễn. Các giá trị suất liều được đề xuất dưới đây không có tác dụng sinh học đáng kể và được dự kiến ở mức độ quần thể trong báo cáo của IAEA [1992] và nhắc lại trong UNSCEAR [1996] được tóm tắt như sau [5]. Suất liều hấp thụ cho các loài động vật dưới nước không vượt quá 10 mGy/ d (4 Gy/y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ được thải vào môi trường nước. ORNL [1998] đã tính toán tiêu chuẩn sàng lọc cho nước và trầm tích dựa trên kích thước cá và sử dụng giá trị suất liều chấp nhận là 0.4 mGy/ h. Suất liều dùng tối đa mà sinh vật trên cạn có thể nhận được là nhỏ hơn 10 mGy/d. - Thực vật trên cạn: Suất liều hấp thụ cho cây trồng trên cạn không nên vượt quá 10 mGy/ d (4 Gy / y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ được thải vào môi trường trên cạn. - Động vật trên cạn: Suất liều hấp thụ của các loài động vật trên cạn không được vượt quá 1 mGy / d (0.4 Gy / y) do chiếu xạ hay nhận được từ chất phóng xạ được thải vào môi trường đất. Việc sử dụng nhiều loại tiêu chuẩn độc hại sinh thái khác nhau (giả định là an toàn) dựa trên thông tin chiếu xạ và phản ứng đơn giản, khả dĩ, tích hợp các thông tin về chiếu xạ và các hiệu ứng tương ứng. Các tiêu chuẩn này cho phép sàng 15 lọc kết quả trong đánh giá môi trường, dùng để hỗ trợ việc ra các quyết định cần thiết cho các đánh giá tiếp theo hoặc các hành động khắc phục hậu quả. Để bảo vệ môi trường khỏi các tác động của phóng xạ, các tiêu chuẩn thường được đề cập là là các giá trị suất liều dự đoán không có ảnh hưởng (PNEDR). Hai phương pháp chính được sử dụng trong phần mềm ERICA là SSD (phân bố độ nhạy cảm của các loài) và SF (hệ số an toàn), chúng được hỗ trợ và tăng cường bằng việc so sánh với giá trị sàng lọc thu được ở mức 1 và 2 và áp dụng cùng các phương pháp khác. Hai bảng 1.1 và bảng 1.2 tạo thành một danh sách đầy đủ các giá trị có thể được lựa chọn cho mục đích sàng lọc. 16 Bảng 1.1: Giá trị sàng lọc đối với hệ sinh thái trên cạn [7] Đối tƣợng bảo vệ Phƣơng pháp Suất liều (µGy/h) Hệ sinh thái tổng quát SSD-95% loài được bảo vệ và SF =5 10 Hệ sinh thái Phương pháp SF 0.6 Thực vật Phông phóng xạ 0.02-0.7 Hệ sinh thái Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất - SF 110 Thực vật Dựa trên NCRP [1991]; IAEA [1992]; UNSCEAR [1996] 400 Thực vật Tiêu chuẩn sàng lọc từ IAEA [1992] 400 Sinh vật Phông phóng xạ 0.01-0.1 Động vật Phông phóng xạ 0.01-0.44 Động vật Dựa trên NCRP [1991]; IAEA [1992]; UNSCEAR [1996] 40 Động vật Tiêu chuẩn sàng lọc từ IAEA [1992] 40 Động vật nhỏ Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất 110 Động vật không xương sống Tiêu chuẩn sàng lọc 220 Động vật có xương sống và các hiệu ứng di truyền tế bào Báo cáo ô nhiễm môi trường 4 – 20 Động vật có xương sống và hiệu ứng về mắc bệnh Báo cáo ô nhiễm môi trường 20 – 80 Động vật có xương sống và hiệu ứng về sinh sản Báo cáo ô nhiễm môi trường 80 – 200 17 Bảng 1.2: Giá trị sàng lọc đối với hệ sinh thái dƣới nƣớc [7] Đối tƣợng bảo vệ Phƣơng pháp Suất liều (µGy/h) Hệ sinh thái nước ngọt SSD-95 % loài được bảo vệ và SF =5 10 Hệ sinh thái nước ngọt Phương pháp SF 10 Hệ sinh thái biển SSD-95 % loài được bảo vệ và SF =5 10 Hệ sinh thái biển Phương pháp SF 3.7 Sinh vật nước ngọt Phông phóng xạ 0.022-0.18 Sinh vật nước ngọt Phông phóng xạ 0.02-6 Tảo+thực vật phù du Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất 110 Động vật dưới nước Dựa trên NCRP [1991]; IAEA [1992]; 400 Sinh vật dưới nước Tiêu chuẩn sàng lọc từ IAEA [1992] 400 Động vật lưỡng cư Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất 110 Bò sát động vật không xương sống ở đáy Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất 220 Cá Giá trị ảnh hưởng phóng xạ thấp nhất 20 Sinh vật biển Phông phóng xạ 0.03-1 Động vật biển Tiêu chuẩn sàng lọc từ IAEA [1992] 40 Động vật dưới đáy biển Tiêu chu