Tóm tắt Luận án Phóng xạ tự nhiên trong một số vật liệu xây dựng phổ biến tại cộng hòa dân chủ nhân dân Lào

uận án Nghiên cứu phương pháp sử dụng hệ phổ kế gamma dùng các loại detector khác nhau bao gồm detector nhấp nháy NaI(Tl) và detector bán dẫn siêu tinh khiết loại HPGe để xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong các VLXD. Sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có trong một số VLXD điển hình thường được sử dụng tại CHDCND Lào như: xi măng, đất, cát, Các số liệu này cần cho việc đánh giá liều bức xạ đối với các cư dân, cảnh báo và đưa ra các kiến nghị cần thiết với các cơ sở sản xuất để họ có các điều chỉnh cần thiết nhằm đảm bảo tuyệt đối an toàn về phương diện phóng xạ cho các VLXD mà họ đưa ra thị trường 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án - Tìm hiểu về tình hình nghiên cứu đề tài phân tích phóng xạ có trong các VLXD dùng phổ kế gamma trên thế giới và trong nước. - Tìm hiểu các kĩ thuật thực nghiệm dùng để phân tích phóng xạ trong các mẫu có thể tích lớn dùng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn và nhấp nháy. - Nghiên cứu các đặc trưng của phổ kế gamma phông thấp dùng detector bán dẫn và phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl). - Nghiên cứu xây dựng các phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm: phân tích phổ gamma, các phương pháp toán học dùng để tách đỉnh chập, làm tăng khả năng phân giải phổ. 2 - Nghiên cứu và đánh giá các nguồn sai số khả dĩ gây ra do các hiệu ứng:tự hấp thụ gamma trong mẫu, hình học đo, hình học mẫu, trùng phùng ngẫu nhiên, trùng phùng tổng, - Xây dựng các phương pháp phân tích trên phổ kế gamma bán dẫn phông thấp nhằm nâng cao độ nhạy và tăng đọ chính xác của phép phân tích. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ CÓ TRONG VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Nguồn gốc của các đồng vị phóng xạ có trong VLXD 1.1.1. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên a) Chuỗi phân rã của đồng vị 238U Chuỗi phân rã của đồng vị 238U được đưa ra trong hình vẽ 1.1. (1) 238 U 4,468×10 9 y năm ↓ α (2) 234 Th 24,1 ngày ↓ β (3) 234 Pa 1,17 phút ↓ β (4) 234 U 2,455×10 5 năm ↓ α (5) 230 Th 7,538 ×10 4 năm ↓ α (6) 226 Ra 1600 năm ↓ α (7) 222 Rn 3,8232 ngày ↓ α (8) 218 Po 3,094 phút ↓ α (9) 214 Pb 26,8 phút ↓ β (10) 214 Bi 19,9 phút ↓ β (11) 214 Po 162,3 giây ↓ α (12) 210 Pb 22,3 năm ↓ β (13) 210 Bi 5,013 ngày ↓ β (14) 210 Po 138,4 ngày ↓ α 206 Pb Hình 1.1. Chuỗi phân rã của đồng vị 238U. Những đồng vị được gạch dưới là các đồng vị có thể đo được bằng phổ kế gamma 3 b) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235U chỉ chiếm 0,72% trong tổng số uran. Tuy tỉ lệ của đồng vị này có trong tự nhiên không nhiều, nhưng do nó có chu kỳ bán rã ngắn nên nếu xét về phương diện bức xạ gamma, nó cũng đóng vai trò quan trọng không kém so với tầm đồng vị 238U. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 235U được trình bày trong hình vẽ 1.2. (1) 235 U 1,7×10 8 năm ↓ α (2) 231 Th 25,52 giờ ↓ β (3) 231 Pa 3,276 ×10 4 năm ↓ α (4) 227 Ac 21,772 năm ↓ β (5) 227 Th 18,718 ngày + α (1,38 %) to 223Fr 22 phút then β ↓ α (6) 223 Ra 11,43 ngày ↓ α (7) 219 Rn 3,96 giây ↓ α (8) 215 Po 1,781 giay ↓ α (9) 211 Pb 36,1 phút ↓ β (10) 211 Bi 2,14 phút ↓ α (11) 207 Tl 4,77 phút + β (0,273%) 211Po 516 giây then α ↓ β 207 Pb Hình 1.2: Chuỗi phân rã của 235U. Chỉ có gamma do đồng vị 235U phát ra là có thể đo được bằng phổ kế gamma c) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 232Th Đồng vị 232Th chiếm 100% trong tự nhiên. Chuỗi phân rã của đồng vị phóng xạ này được trình bày trong hình vẽ 1.3. 4 (1) 232 Th 1,405 ×10 9 năm ↓ α (2) 228 Ra 5,75 giờ ↓ β (3) 228 Ac 6,15 giờ ↓ β (4) 228Th 1,9127 năm ↓ α (5) 224 Ra 3,627 ngày ↓ α (6) 220 Rn 55,8 giây ↓ α (7) 216 Po 150 giây ↓ α (8) 212 Pb 10,64 giờ ↓ β (9) 212 Bi 60,54 phút ↓ β (64,06%) ↓ α (35,94%) (10) 212 Po 0,3 giây 208 Tl 3,06 phúg ↓ α ↓ β 206 Pb Hình 1.3: Chuỗi phân rã của 232Th. Các đồng vị có gạch dưới có thể đo bằng phổ kế gamma 1.1.2. Hiện tượng thất thoát radon 1.1.3. Xáo trộn tự nhiên của các chuỗi phân rã 1.2. Ảnh hưởng của phóng xạ có trong các VLXD đến sức khỏe của con người 1.3. Hiện trạng nghiên cứu về phóng xạ trong VLXD trên thế giới Ở hầu hết các nước trên thế giới, việc kiểm tra, đánh giá mức độ phóng xạ có trong các VLXD là công việc bắt buộc. Để minh họa, chúng tôi liệt kê một số công trình gần đây nghiên cứu về phóng xạ tự nhiên trong các loại VLXD khác nhau đã tiến hành bởi các nhà khoa học ở một số nước trên thế giới Bảng 1.1. Phóng xạ tự nhiên trong xi măng Portland ở một số nước. Quốc gia Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 226 Ra 232 Th 40 K Hy Lạp [12] 92 31 310 Áo [13] 26,7 14,2 210 Bangladesh [14] 60,5 64,7 952,2 Trung Quốc [15] 56,50 36,50 173,2 Ai Cập [16] 134 88 416 Pakistan [17] 31,3 26,8 51,3 Thổ Nhĩ Kỳ [18] 40,5 26,1 267,1 Ghana [19] 61,63 25,96 451,30 Ấn Độ [20] 37,0 24,1 432,2 Malaysia [21] 34,7 32,9 190,6 Brazil [22] 61,7 58,5 564,0 5 Bảng 1.2. Phóng xạ tự nhiên trong một số loại VLXD khác bao gồm gạch, đất và cát ở một số nước TT Quốc gia Lọai mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq kg-1) Raeq (Bq kg -1 ) 226Ra 232 Th 40 K 1 Úc [24] Gạch 41 89 681 220,707 Đất 62,9 162,8 403,3 326,758 Cát 3,7 40 44,4 64,3188 2 Trung Quốc [15], [25], [26] Gạch 124,7 28,9 390,2 196,07 Đất 44,6 86,7 352,8  195,75 Cát 40,7 21,5 302,6 96,4 3 Ai Cập [27], [28], [29] Gạch 24 24,1 258 78,329 Đất 13 6 433 54,921 Cát 9,2 3.3 47,3 17,5611 4 Brazil [30], [31] Gạch 16,2 70 76 122,15 Đất 30 67 112 134,43 Cát 35,3 74 315 165,38 5 Pakistan [17] Gạch 43.2 53,7 631,2 168,59 Đất 42.4 56,2 565,3 166,29 Cát 21,5 31,9 519,6 107,13 6 Ấn Độ [32] Gạch 63,74 38,6 313,71 143,09 Đất 116,1 43,51 300,07 201,44 Cát 90,27 101,67 280,71 257,27 7 Thế giới [33] Gạch 35 30 400 Đất 35 30 400 Cát 35 30 400 Bảng 1.3. Hoạt độ phóng xạ của một số vật liệu ở Hà Nội TT Loại mẫu Hoạt độ phóng xạ K-40 Ra-226 Th-232 1 Cát đen 515 ± 23 24,4 ± 1,4 36,2 ± 1.0 2 Cát khuyến lương 483 ± 15 53,5 ± 3,7 46 ± 3,6 3 Cát vàng 651 ± 21 25,5 ± 0,9 32,3 ± 0.6 4 Cát vàng bãi Bùng Hà Bắc 357 ± 2 12,4 ± 2,5 20 ± 2,4 5 Xi măng Hải Phòng 73 ± 9 28,6 ± 2,5 32,3 ± 2,8 6 Xi măng Hoàng Thạch 196 ± 2 65,9 ± 3,7 27,8 ± 2,8 7 Xi măng X77 205 ± 2 69,6 ± 3,7 32,2 ± 2,8 8 Sỏi 389 ± 8 23,5 ± 5 23 ± 4 9 Đá 46 ± 21 25,5 ± 5 19 ± 4 10 Gạch xây 665 ± 0 84,0 ± 15 85 ± 4 11 Gạch lát 385 ± 5 39 ± 8 34 ± 4 12 Vữa trát tường 525 ± 5 44 ± 4 37 ± 4 13 Bột đá < 10 12,4 ± 2,5 6,8 ± 2,4 14 Tro xỉ hồ chứa 626 ± 3 122 ± 9 100 ± 15 Tro bay 788 ± 7 164 ± 13 126± 1 6 1,4. Hiện trạng nghiên cứu phóng xạ trong các vật liệu xây dựng tại CHDCND Lào CHDCND Lào là nước đang phát triển. Trong những năm gần đây, kinh tế Lào không ngừng tăng trưởng và phát triển ổn định, với GDP tăng bình quân 7,6%; thu nhập bình quân đầu người đạt gần 1.700 USD giai đoạn 2013-2014. Những thành tựu đó tạo thuận lợi để Chính phủ Lào thực hiện thành công kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm năm lần thứ 7 trong năm nay cũng như các mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ. Cùng với phát triển về kinh tế, nhu cầu xây dựng ngày càng tăng. Nhiều công ty sản xuất VLXD ra đời. Tuy nhiên, do trình độ khoa học của CHDCND Lào còn đang ở mức rất khiêm tốn nên việc kiểm tra phóng xạ tự nhiên trong các loại VLXD cho đến nay chưa được triển khai. Nguyên nhân chính là do chưa có nhân lực đảm nhận được nhiệm vụ này. Bản thân nghiên cứu sinh cũng đã được định hướng chọn đề tài về khảo sát phóng xạ tự nhiên trong VLXD cũng nhằm mục đích triển khai hướng nghiên cứu này rộng rãi tại CHDCND Lào. CHƢƠNG 2 PHỔ KẾ GAMMA SỬ DỤNG CÁC DETECTOR BÁN DẪN HPGe VÀ NHẤP NHÁY NaI(Tl) 2.1. Cơ sở vật Lý ghi nhận bức xạ gamma bằng các detector nhấp nháy và bán dẫn 2.1.1. Những đặc điểm chung về tương tác của bức xạ gamma với vật chất 2.1.2. Hiệu ứng quang điện 2.1.3. Tán xạ Compton 2.1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron-positron 2.1.5. Hấp thụ gamma trong vật chất 2.2. Cấu trúc và nguyên Lý làm việc của phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy và bán dẫn 2.3. Detector bán dẫn và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector bán dẫn 2.3.1. Nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn 2.3.2. Cấu hình của detector HPGe 2.3.3. Phổ năng lượng của bức xạ gamma đo bằng detector bán dẫn HPGe 2.4. Detector nhấp nháy NaI(Tl) và cấu trúc của phổ gamma đo bằng detector nhấp NaI(Tl) 2.4.1. Cấu tạo của detector nhấp nháy NaI(Tl) 2.4.2. Phổ năng lượng gamma đo bằng detector nhấp nháy NaI(Tl) 7 CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3.1. Các khu vực lấy mẫu Trong khuôn khổ của luận án, chúng tôi chỉ chọn 4 loại vật liệu sau đây để nghiên cứu. Đó là các vật liệu: xi măng, cát, gạch và đất 3.1.1. Thu thập cácmẫu xi măng Hình 3.1. Vị trí trên bản đồ của các nhà máy xi măng tại CHDCND Lào mà chúng tôi đã lấy mẫu để phân tích. Bảng 3.1. Thông tin về địa điểm lấy mẫu ở 4 nhà máy xi măng TT Ký hiệu mẫu Loại xi măng (Viết tắt) Ký hiệu vị trí trên bản đồ Địa điểm Vĩ độ Kính độ 1 1V1 Porland cement (1V) A 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 2 1V2 3 1V3 4 1V4 5 1V5 6 1V6 7 1V7 8 2V1 hỗn hợp (2V) 9 2V2 10 2V3 11 2V4 12 2V5 13 2V6 14 2V7 15 1VT1 hỗn hợp (1VT) B 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E 16 1VT2 17 1VT3 8 18 2VT1 Porland cement (2VT) 19 2VT2 20 2VT3 21 2VT4 22 1K1 Porland cement (1K) C 17°24'19.8"N 105°12'58.2"E 23 1K2 24 1K3 25 1K4 26 2K1 hỗn hợp (2K) 27 2K2 28 2K3 29 2K4 30 1SV1 Porland cement (1SV) D 15°50'39.1"N 106°23'16.4"E 31 1SV2 32 1SV3 33 1SV4 34 2SV1 hỗn hợp (2SV) 35 2SV2 36 2SV3 37 2SV4 3.1.2. Thu thập các mẫu đất Hình 3.2. Bản đổ vị trí lấy mẫu đất tại Huyện Thoulakhom thuộc tỉnh Viêng Chăn. 9 Bảng 3.2. Vi trí lấy đất và cát Sông NamNgeum Tại Huyện Thoulakhom. TT Ký hiệu mẫu Tên làng (viết tắt) vị trí Vĩ độ Kính độ 1 1P1 Ban Dong (P1) 18°16'52.5" N 102°40'51.5"E 2 1P2 3 1P3 4 2P1 Ban PhaThao (P2) 18°19'40.5" N 102°39'56.5"E 5 2P2 6 2P3 7 3P1 Ban Nam Ang (P3) 18°22'23.9" N 102°36'5.4"E 8 3P2 9 3P3 10 4P1 Ban Nanokkhoum (P4) 18°17'18.2" N 102°41'35.8"E 11 4P2 12 4P3 13 5P1 Ban Phonmouang (P5) 18°20'15.7" N 102°40'51.4"E 14 5P2 15 5P3 16 6P1 Ban NaKang (P6) 18°20'42.0" N 102°39'40.4"E 17 6P2 18 6P3 19 7P1 Ban Naxanglek (P7) 18°21'54.5" N 102°37'48.8"E 20 7P2 21 7P3 22 8P1 Ban Keun (P8) 18°21'51.2" N 102°35'13.3"E 23 8P2 24 8P3 25 9P1 Ban Hatnoi (P9) 18°22'58.6" N 102°33'52.5"E 26 9P2 27 9P3 28 10P1 Ban Boungphao (P10) 18°20'49.3" N 102°33'59.6" 29 10P2 30 10P3 10 3.1.3. Thu thập các mẫu cát Hình 3.3. Bản đồ các vị trí lấy mẫu cát bên bờ sông Mê Kông tại khu vực thủ đô Viêng Chăn. Hình 3.4. Ảnh chụp các bãi cát Sông Mê Kông khu vực thủ đô Viêng Chăn. Hình 3.5. Bờ bãi cát Sông Nam Nguem khu vực Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng chăn. Bảng 3.3. Vị trí lấy cát Sông Mê Kông Tại thủ đô Viêng Chăn TT ký hiệu mẫu Tên làng (Viết tất) Địa Điểm Vĩ độ Kính độ 1 1NK1 Ban HuayYai(NK1) 18°56'7.6"N 102°27'7.0"E 2 1NK2 Thủ đô Viêng Chăn Thái lan Vị trí lấy mẫu Sông Mê Kông Ki lô mét Bản đồ Lào 11 3 1NK3 4 1NK4 5 1NK4 6 2Nk1 Ban HuayHom(NK2) 18°6'27.3"N 102°47'7.9"E 7 2NK2 8 2Nk3 9 2Nk4 10 3NK1 Ban NongDa(NK3) 17°58'22.7"N 102°30'8.9"E 11 3NK2 12 3NK3 13 3NK4 14 4N1 Ban Don Chan(NK4) 17°57'57.0"N 102°35'47.3" 15 4NK2 16 4NK3 17 4NK4 18 5NK1 Ban Hom1(NK5) 17°50'10.8"N 102°35'58.8" 19 5NK2 20 5NK3 21 5NK4 22 6NK1 Ban Hom2(NK6) 17°51'16.5"N 102°35'37.8" 23 6NK2 24 6NK3 25 6NK4 26 1NG1 Ban Keun (P11) 18°21'30.7"N 102°34'19.3"E 27 1NG2 28 1NG3 29 NG4 30 2NG1 Ban Pakchan (P12) 18°22'15.1"N 102°32'10.7"E 31 2NG2 32 2NG3 33 2NG4 12 Hình 3.6. Khung hình vuông có chiều dài mỗi cạnh 100 cm. 3.1.4. Thu thập các mẫu gạch 3.2. Xử lý và chế tạo các mẫu để phân tích Hình 3.6. Sơ đồ quy trình xử lý mẫu Hình 3.7. Cối, chày và rây 0,2 mm để nghiền và sàng mẫu. Hình 3.8. Ảnh chụp các mẫu xi măng đã được chế tạo dùng để đo hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên. 13 3.3. Các mẫu chuẩn Hình 3.9. Ảnh chụp các mẫu chuẩn phóng xạ tự nhiên của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA: RGU-1, RGTh-1 và RGK-1. Bảng 3.4. Thông tin của các mẫu chuẩn IAEA được sử dụng để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu phân tích. Tên mẫu Khối lượng mẫu (g) Mật độ khối lượng (g/cm3) Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq/kg) IAEA-RGK-1 340,91 1,8 14000±400 IAEA-RGU-1 378,82 1,94 4940±30 IAEA-RGTh-1 309,01 1,736 3250±90 3.4. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector nhấp nháy NaI(Tl) Hình 3.10. Ảnh chụp hệ phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl) tại Trung tâm Hạt nhân, Viện Vật Lý. Bảng 3.5. Cửa sổ năng lượng trong phổ gamma dùng để phân tích các đồng vị phóng xạ tự nhiên [65], [66]. TT Đồng vị mẹ Đồng vị con Năng lượng gamma (keV) Cường độ tương đối (%) Cửa sổ năng lượng (keV) 1 238 U 214 Bi 1764,49 15,36 1632 – 1897 2 232 Th 208 Tl 2614,53 35,86 2418 – 2811 3 40 K 40 K 1460,8 100 1351 -1570 14 Hình 3.11. (a) Phổ phông đo trong thời gian 52700 giây. (b) Phổ chuẩn IAEA RGU- 1 đo trong thời gian 13942 giây. (c) Phổ chuẩn IAEA RGTh-1 đo trong thời gian giây 18190 giây.(d) Phổ chuẩn IAEA RGK-1 đo trong thời gian 17215 giây. Tốc độ đếm sẽ tỉ lệ với hoạt độ của đồng vị thứ n cần phân tích (n=1, 2 và 3 tương ứng với 40K, 238U và 232Th) theo công thức sau: ∑ (3.1) Trong đó là các hiệu suất đếm trong vùng đỉnh thứ i cho đồng vị thứ n. Tốc độ đếm sau khi đã trừ phông được xác định bằng công thức sau: R t N bi j ji ji , , ,  (3.2) xác định được các hoạt độ AK, ATh và AU của các đồng vị K, U và Th từ hệ phương trình sau: AeAeAe ThUKK 3,12,11,1  AeAe ThUU 3,22,2  AeAe ThUTh 3,32,3  (3.3) từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGK-1 ta có: A e 1,1 1,1 1,1   (3.4) Còn từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 ta có: A e 2,2 2,1 2,1   A e 2,2 2,2 2,2   (3.5) Và cuối cùng, từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGTh-1 ta có: A A A e 3,3 3,2 2,2 2,1 3,1 3,1     (3.6) 15 A A A e 3,3 3,2 3,2 2,2 3,2 3,2     Có thể xác định các hệ số chuẩn còn lại nếu kết hợp cả đóng góp của U và Th trong vùng phổ thứ ba: A e 2,2 2,3 2,3   A A A e 3,3 3,2 2,2 2,3 3,3 3,3     (3.7) Giá trị của các hoạt độ trong các mẫu chuẩn của IAEA là: A11=9869 Bq, A12=129.55 Bq, A13=0.07 Bq, A22=3527 Bq, A23=18 Bq và A33=2298 Bq. Bảng 3.6. Giá trị của các hệ số chuẩn xác định từ các phổ chuẩn của IAEA. e11 e12 e13 e22 e23 e32 e33 7,22 ×10-4 1,03×10-4 -2,41 ×10-4 7,93×10-4 -4,42 ×10-4 - 2,43×10-5 1,29×10-3 Chung ta xác định được hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên uran, thori và kali theo các công thức sau: e e e e ee A ThU Th 2,3 3,3 2,2 3,2 2,32,2     (3.8) A e e e A Th U U 2,2 3,2 2,2  (3.9) A e e A e e e A ThU K K 1,1 3,1 1,1 2,1 1,1  (3.10) Sai số của hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên có thể tính bằng các công thức sau:   1/2 1,1 1,1 1 K t b t A N Re      2/1 ,22 2,2 1 RN e b t A t U    2/1 ,33 3,3 1 RN e b t A t Th  (3.11) Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ QB64 và sơ đồ khối của phần mềm này được đưa ra trong hình 3.12 16 Hình 3.12. Lưu đồ thuật toán xác định tự động hàm lượng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dung detector NaI(Tl). 3.5. Phƣơng pháp xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên dùng phổ kế gamma với detector bán dẫn siêu tinh khiết HPGe Có hai kỹ thuật đo: kỹ thuật đo tuyệt đối và kỹ thuật đo tương đối. Trước khi đo hoạt độ của của các đông vị phóng xạ trong mẫu, cần tiến hành các phép đo chuẩn như:  Đường cong chuẩn năng lượng  Đường cong chuẩn dạng đỉnh (FWHM)  Đường cong chuẩn hiệu suất ghi. 3.5.1. Phân tích số liệu khi dùng phương pháp tuyệt đối để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên 3.5.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên bằng phương pháp tương đối . Khi đó hoạt độ riêng của đồng vị trong mẫu đo được xác định bởi công thức[72]: m 1/2,i s 1/2,i 0,693t /T Sm m S 0,693t /T s m MC 1 e A A C M 1 e         (3.20) Công thức tính sai số tương đối của hoạt độ có dạng: s s sm m m 2 2 22 2 A M CA M C m s m s m sA A M M C C                                    (3.21) 17 3.6. Đánh giá mức độ nguy hiểm của phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD 3.6.1. Hoạt độ tƣơng đƣơng radium 10 10 7 130               eq Ra Th KRa A A A (3.2) 3.6.2. Các chỉ số nguy hiểm do chiếu xạ ngoài và chiếu xạ trong Ra Th K ex A A A H + + 1 370 259 4810   (3.23) Ra Th K A A A H + + 1 185 259 4810 in   (3.24) 3.6.3. Suất liều hấp thụ ở độ cao 1m 10,462 0,604 0,0417 80 .R Ra Th KD A A A nGy h     (3.25) 3.6.4. Liều hiệu dụng năm 1 1 1 6( . ) ( . ) 8760( ) 0,8 0,7( . ) 10AED mSv y D nGy h h Sv Gy        (3.26) CHƢƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1. Chuẩn năng lƣợng . Để chuẩn năng lượng, người ta dùng các mẫu chuẩn phát ra gamma có năng lượng đã biết. Thường các nguồn chuẩn đơn nguyên tố như 22Na, 137Cs, 60Co, 152Eu,... chúng tôi dễ dàng xây dựng được đường chuẩn năng lượng bằng công thức: (4.1) Hình 4.1. Phổ và chuẩn năng lượng của phổ kế gamma: (a), (b) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector nhấp nháy NaI(Tl) dùng nguồn 137Cs và 60CO. (c), (d) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector HPGe dùng nguồn 152Eu. 18 4.2. Xây dựng đƣờng cong hiệu suất ghi của detector HPGe Công thức tính hiệu suất đỉnh hấp thụ toàn phần có dạng [3]: (4.2) Chúng tôi đã sử dụng mẫu chuẩn IAEA-RGU1 để xác định đường cong hiệu suất ghi của detector. Mẫu chuẩn này có các đồng vị là sản phẩm phân rã của đồng vị 238 U . được biểu diễn bằng đa thức bậc 5 có dạng: (4.3) Hình 4.2. Đường cong hiệu suất ghi của detector dùng mẫu IAEA-RGU-1. Bảng 4.2. Giá trị và sai số chuẩn của các hệ số A0, A1, A2, A3, A4, A5 Các hệ số Giá trị Sai số A0 0,0296 4,72E-04 A1 -8,16E-05 2,62E-06 A2 1,05E-07 4,95E-09 A3 -6,64E-11 4,20E-12 A4 2,03E-14 1,64E-15 A5 -2,41E-18 2,39E-19 4.3. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu VLXD bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Chúng tôi đã xây dựng quy trình phân tích dùng cả detector nhấp nháy và bán dẫn. Thời gian đo các mẫu khoảng 72000 giây để đảm bảo thống kê. Detector bán dẫn mà chúng tôi đã sử dụng thuộc loại HPGe kiểu n có dạng hình trụ cới mã số là N0.GEM20P4-70 của hãng ORTEC. Hiệu suất ghi tương đối là 20% (so với hiệu suất ghi của detector NaI(Tl) hình trụ kích thước 3ʺ ×3ʺ ). Phân giải năng 19 lượng của detector tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60Co là 1.8 keV. Tỉ số Đỉnh/Compton bằng 55/1. Phổ kế gamma được lắp ghép từ các khối điện tử chuyên dụng được chế tạo bởi hãng ORTEC theo chuẩn NIM bao gồm các khối điện tử sau: khối cao thế, khối khuyếch đại (257A) và khối phân tích đa kênh cắm vào máy tính có ký hiệu PCA-MR 8192 ACCUSPEC. Phần mềm thu nhận, hiển thị và phân tích phổ MAESTRO-32 cũng được mua từ hãng ORTEC 4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trong VLXD 4.4.1. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu xi măng đo bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.4. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu xi măng đo bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 U 232 Th 40 K 1V 39,48±0,86 9,83±0,76 156,92±3,76 2V 38,94±0,86 9,47±0,75 61,76±2,66 1VT 33,28±1,26 17,21±1,35 131,93±5,48 2VT 29,41±1,05 20,96±1,23 168,70±5,08 1K 28,96±1,07 20,59±1,27 141,83±4,94 2K 25,76±1,16 16,20±1,19 111,28±4,63 1SV 53,19±1,24 7,73±0,98 45,22±3,64 2SV 49,52±1,24 4,74±0,86 39,32±3,50 Trung bình 37,32±0,3746 13,34±0,3673 107,12±1,4861 Ngưỡng an toàn 35 30 400 4.4.2. Xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu xi măng bằng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) Bảng 4.6. Hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các mẫu xi măng đo bằng phổ kế gamma dùng detector nhấp nháy NaI(Tl) và phân tích tự động bằng phần mềm XIMANG Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 U 232 Th 40 K 1V 63,22 12,06 157,43 2V 65,02 13,51 130,38 1K 49,58 47,11 114,03 2K 54,45 30,62 94,09 20 4.4.3. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu đất đo bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.7. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu đất Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 U 232 Th 40 K P1 11,28±0,90 7,43±1,05 40,52±3,88 P2 25,94±1,13 29,56±1,52 137,13±5,39 P3 30,06±1,17 44,47±1,70 581,52±8,09 P4 20,43±1,06 14,47±1,25 81,38±4,68 P5 15,73±0,99 15,10±1,27 68,63±4,47 P6 13,25±0,95 7,13±1,04 8,96±2,60 P7 29,01±1,16 37,77±1,62 88,31±4,78 P8 31,46±1,19 44,42±1,70 468,59±7,60 P9 28,61±1,16 39,58±1,64 415,23±7,34 P10 25,62±1,13 31,39±1,54 372,28±7,12 Trung bình 23,14±0,34 27,13±0,46 226,26±1,85 Trung bình của thế giới (đất) [33] 35 30 400 4.4.4. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu cát đo bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Báng 4.8. Hoạt độ phóng xạ riêng trung bình của các mẫu cát tại Sông Mê Kông và Nam Ngeum của Lào Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 U 232 Th 40 K NK1 19,88±0,13 32,05±0,33 535,15±5,59 NK2 16,20±0,11 25,73±0,27 541,55±5,62 NK3 15,32±0,11 21,94±0,24 515,04±5,15 NK4 16,53±0,12 24,01±0,26 545,40±5,65 NK5 12,31±0,10 17,12±0,20 456,27±4,88 NK6 12,51±0,10 18,05±0,21 483,12±5,15 P11 9,47±0,08 9,54±0,13 229,57±2,96 P12 11,51±0,09 11,97±0,16 272,89±3,38 Trung bình 14,22±0,05 20,05±0,11 447,37±2,31 Trung bình của thế giới (đất) 35 30 400 21 4.4.5. Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ riêng cho các mẫu gạch đo bằng phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe Bảng 4.9. Hoạt độ phóng xạ riêng của các mẫu gạch tại CHDCND Lào Mẫu Hoạt độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1) 238 U (Bq.kg -1 ) 232 Th (Bq.kg -1 ) 40 K (Bq.kg -1 ) 1BG 42,46±2,23 54,03±3,10 589,74±14,08 2BG 43,77±2,25 54,84±3,11 598,94±14,14 3BG 41,17±2,21 54,43±3,11 628,26±14,34 4BG 40,38±2,20 53,92±3,10 610,59±14,22 5BG 37,66±2,16 55,98±3,13 634,82±14,38 6BG 44,08±2,26 55,53±3,12 625,25±14,32 Trung bình 41,59±0,91 54,79±1,27 614,60±5,82 Trung bình của thế giới (đất) 35 30 400 4.5. Đánh giá các đại lƣợng liên quan đến liều lƣợng học bức xạ trong các VLXD của CHDCND Lào 4.5.1. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của xi măng sản xuất tại CHDCND Lào Bảng 4.10. Mức độ huy hiểm trong mẫu xi măng sản xuất tại CHDCND Lào Mẫu Req (Bq.kg -1 ) D (nGy.h -1 ) AEDE (mSv. y -1 ) Hex Hin 1V 65,62±1,42 30,72±0,63 0,151±0,01 0,18±0,01 0,28±0,01 2V 57,24±1,39 26,29±0,61 0,129±0,01 0,16±0,01 0,26±0,01 1VT 68,05±2,34 31,27±1,03 0,153±0,01 0,18±0,01 0,27±0,01 2VT 72,37±2,09 33,28±0,91 0,163±0,01 0,19±0,01 0,275±0,01 1K 69,32±2,14 31,73±0,93 0,156±0,01 0,19±0,01 0,27±0,01 2K 57,49±2,09 26,32±0,92 0,129±0,01 0,16±0,01 0,23±0,01 1SV 67,72±1,89 31,13±0,84 0,153±0,01 0,18±0,01 0,33±0,01 2SV 59,31±1,76 27,38±0,79 0,134±0,01 0,16±0,01 0,29±0,01 Trung bình 64,64±0,66 29,76±0,29 0,146±0,01 0,16±0,01 0,28±0,02 Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 1 22 4.5.2. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của đất dùng để sản xuất VLXD tại CHDCND Lào. Bảng 4.11. Mức độ nguy hiểm trong mẫu đất tại Huyện Thoulakhom, Tỉnh Viêng Chăn, CHDCND Lào Mẫu Req (Bq.kg -1 ) D (nGy.h -1 ) AEDE (mSv.y -1 ) Hex Hin P1 25,02±1,78 11,39±0,78 0,06±0,01 0,07±0,01 0,09±0,01 P2 78,77±2,48 35,56±1,08 0,17±0,01 0,21±0,01 0,28±0,01 P3 138,43±2,77 65,00±1,21 0,32±0,01 0,37±0,01 0,46±0,01 P4 47,39±2,11 21,57±0,92 0,11±0,01 0,13±0,01 0,18±0,01 P5 42,61±2,1 19,25±0,91 0,09±0,01 0,12±0,01 0,16±0,01 P6 24,14±1,78 10,80±0,77 0,05±0,01 0,07±0,01 0,10±0,01 P7 89,82±2,62 39,90±1,14 0,20±0,01 0,24±0,01 0,32±0,01 P8 131,06±2,77 60,91±1,20 0,30±0,01 0,35±0,01 0,44±0,01 P9 117,18±2,68 54,44±1,17 0,27±0,01 0,32±0,01 0,39±0,009 P10 99,17±2,54 46,32±1,11 0,23±0,01 0,27±0,01 0,34±0,01 Trung Bình 79,36±0,76 36,51±0,33 0,179±0,