Nghiên cứu xác định định lượng tổng hoạt độ anpha trong môi trường không khí, nước và đất phục vụ điều tra đánh giá môi trường

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

LIÊN ĐOÀN VẬT LÝ ĐỊA CHẤT

BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐỊNH LƯỢNG TỔNG HOẠT ĐỘ

ANPHA TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ, NƯỚC VÀ ĐẤT

PHỤC VỤ ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ MÔI TRƯỜNG

Chủ nhiệm : Nguyễn Ngọc Chân

7467

30/7/2009

HÀ NỘI - 2008

2

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 4

Chương I: Tình hình nghiên cứu áp dụng phương pháp xác định

định lượng tổng hoạt độ anpha trong môi trường không khí,

nước trên thế giới và ở trong nước 6

I.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng phương pháp xác định

định lượng tổng hoạt độ anpha trên thế giới 6

I.2. Tình hình nghiên cứu áp dụng phương pháp xác định định lượng

tổng hoạt độ anpha trong môi trường không khí, đất, nước ở nước ta 8

Chương II: Nghiên cứu thử nghiệm phương pháp và lựa chọn các

tham số phục vụ cho việc xác định định lượng tổng hoạt độ α 10

II.1. Cơ sở xác định định lượng tổng hoạt độ anpha 10

II.1.1. Phương pháp Modified Kusnetz 10

II.1.2. Phương pháp Roll 11

II.1.3. Phương pháp Modified Tsiroglou 11

II.1.4. Phương pháp xác định định lượng tổng hoạt độ anpha

của con cháu thoron 13

II.2. Kết quả nghiên cứu lựa chọn các tham số đo 14

II.2.1. Kết quả lựa chọn thể tích lấy mẫu khí V và thời gian hút mẫu t 14

II.2.2. Kết quả lựa chọn phương pháp làm giàu mẫu,

lấy mẫu xử lý mẫu trước khi đo 16

II.2.3. Kết quả lựa chọn thời gian phơi mẫu, thời gian đo 17

II.2.4. Kết quả xác định hiệu suất đo của khay nhấp nháy 19

Chương III: Kết quả áp dụng đo thử nghiệm 21

III.1. Kết quả áp dụng đo thử nghiệm trên đối tượng đất đá có chứa phóng xạ 21

III.1.1. Mô tả sơ lược khu vực nghiên cứu 21

III.1.2. Khối lượng, hạng mục công việc đã thực hiện 22

III.1.3. Kết quả đạt được 25

III.2. Kết quả áp dụng đo thử nghiệm trên đối tượng khoáng sản

apatit có chứa phóng xạ 26

III.2.1. Mô tả sơ lược khu vực nghiên cứu 26

III.2.2. Khối lượng, hạng mục công việc đã thực hiện 27

III.2.3. Kết quả đạt được 29

3

III.3. Kết quả áp dụng đo thử nghiệm trên đối tượng cát sa khoáng ven biển 31

III.3.1. Mô tả sơ lược khu vực nghiên cứu 31

III.3.2. Khối lượng, hạng mục công việc đã thực hiện 31

III.3.3. Kết quả đạt được 32

III.4. Kết quả áp dụng đo thử nghiệm trên đối tượng khoáng sản than 36

III.4.1. Mô tả sơ lược khu vực nghiên cứu 36

III.4.2. Khối lượng, hạng mục công việc đã thực hiện 36

III.4.3. Kết quả đạt được 37

III.5. Tổng hợp đối sánh kết quả đo thử nghiệm, đánh giá

hiệu quả của phương pháp 40

Chương IV: Tổ chức thi công và chi phí 45

IV.1. Sản phẩm của đề tài 45

IV.2. Tổng hợp khối lượng thực hiện 45

IV.3. Kinh phí thực hiện đề tài 45

Kết luận 54

Tài liệu tham khảo 55

4

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và điều này

đã xảy ra từ khi hình thành trái đất. Con người đã phát hiện được 60 hạt nhân

phóng xạ, 60 hạt nhân phóng xạ này không ngừng phân rã và tương tác với

nhau đồng thời phát ra các bức xạ γ, β, α. Một phần các chất phóng xạ trên

đã phát tán vào trong môi trường không khí, nước, đất nơi con người đang

sống và gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe nhân loại.

Trong môi trường sống hiện nay người ta đặc biệt quan tâm đến sự

chiếu xạ của các bức xạ γ, β, α sinh ra trong quá trình phân rã của U238, Th232,

U235, K40 và Rb87.

Trong ba loại bức xạ ion hóa kể trên thì bức xạ α có khả năng gây ảnh

hưởng lớn nhất về mặt sinh học. Mức độ nguy hại của nó đến các tế bào mô

lớn gấp 20 lần so với bức xạ gamma. Do vậy việc đo hoạt độ anpha của

radon và các con cháu của nó sinh ra rất được quan tâm. Để đánh giá mức độ

ô nhiễm phóng xạ do radon và các con cháu sinh ra, phải đo tổng hoạt độ

anpha trong môi trường khí, nước và đất.

Nhiều năm qua Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã triển khai

đo một khối lượng đáng kể xác định tổng hoạt độ anpha trong môi trường

khí, nước phục vụ điều tra đánh giá môi trường các đô thị, một số đảo và một

số vùng mỏ có cộng sinh phóng xạ.

Để có sự thống nhất chung về phương pháp đo đạc, xử lý số liệu, kết

quả.v.v… cần phải xây dựng một quy trình công nghệ được các cấp có thẩm

quyền ban hành.

Do tính cấp thiết của nhiệm vụ đặt ra, ngày 16/4/2007 Bộ Tài nguyên

và Môi trường đã ký Hợp đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ số 04 ĐC

- 07/HĐKHCN giao cho Liên đoàn Vật lý Địa chất thực hiện đề tài “Nghiên

cứu xác định định lượng tổng hoạt độ anpha trong môi trường khí, đất và

nước phục vụ điều tra đánh giá môi trường”.

Mục tiêu của đề tài là: Hoàn thiện phương pháp đo, xử lý số liệu, xây

dựng quy trình nhằm xác định định lượng tổng hoạt độ anpha trong môi

trường không khí, nước phục vụ điều tra đánh giá môi trường.

Đề tài được giao cho Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Địa vật lý -

Liên đoàn Vật lý Địa chất tổ chức thực hiện trong 24 tháng kể từ tháng

1/2007 đến tháng 12/2008.

Tập thể tác giả đã thực hiện các nội dung chủ yếu sau:

- Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến phương pháp

xác định định lượng tổng hoạt độ anpha. Xây dựng đề cương và trình duyệt ở

các cấp.

5

- Áp dụng đo thử nghiệm trong phòng, lựa chọn các tham số đặc trưng

phục vụ cho việc đo đạc, tính toán.

- Tiến hành đo thử nghiệm tại 4 vùng: Khu du lịch Sapa, mỏ Apatit

Cam Đường - Lào Cai, khu vực khai thác quặng sa khoáng ven biển Thiên

Cầm - Hà Tĩnh và khu vực mỏ than Mạo Khê - Quảng Ninh.

- Đo kiểm chứng trên một số thiết bị khác như: Máy AB-5 do Mỹ và

Canada sản xuất, máy ALOKA-TCS-222 do Nhật Bản sản xuất.

- Xử lý, tổng hợp, liên kết, đối sánh kết quả.

- Xây dựng quy trình công nghệ xác định định lượng tổng hoạt độ

anpha trong môi trường không khí và nước phục vụ điều tra đánh giá môi

trường.

Tập thể tác giả thực hiện đề tài gồm Nguyễn Ngọc Chân, La Thanh

Long, Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Thế Minh, Trần Anh Tuấn, Nguyễn Văn

Viện, Hoàng Đại Lâm.v.v…do Nguyễn Ngọc Chân làm chủ nhiệm.

Trong quá trình thực hiện đề tài, tập thể tác giả đã nhận được nhiều ý

kiến đóng góp quý báu của các chuyên gia hàng đầu về an toàn bức xạ, điều

tra đánh giá môi trường ở Vụ khoa học Công nghệ - Bộ Tài nguyên và Môi

trường, Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam, Trung tâm Công nghệ Xử lý

Môi trường thuộc Bộ Tư lệnh Hóa học, Trung tâm An toàn Bức xạ và Môi

trường thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân.v.v… Tập thể tác giả xin

chân thành cảm ơn mọi sự quan tâm giúp đỡ có hiệu quả trên.

6

Chương I

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

ĐỊNH LƯỢNG TỔNG HOẠT ĐỘ ANPHA TRONG MÔI TRƯỜNG

KHÔNG KHÍ, NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở TRONG NƯỚC

I.1. Tình hình nghiên cứu áp dụng phương pháp xác định định lượng

tổng hoạt độ anpha trên thế giới

Các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả trên thế giới thống nhất:

Radon có 3 đồng vị phóng xạ tự nhiên, đó là: 222Rn (radon), 220Rn (thoron)

và 219Rn (actinon). Ba đồng vị này là sản phẩm trong quá trình phân rã của

các dãy phóng xạ 238U, 232Th và 235U. Do đặc điểm hàm lượng trong tự nhiên

thấp, chu kỳ bán hủy ngắn nên 220Rn và 219Rn ít được quan tâm. Theo quan

điểm môi trường người ta quan tâm đến

222Rn vì nó có khắp nơi trong tự

nhiên và có chu kỳ bán hủy dài 3.825 ngày. 222Rn có 4 sản phẩm trung gian

và chúng đều có chu kỳ bán hủy rất ngắn vì vậy trạng thái cân bằng đạt được

đối với 222Rn chỉ trong một vài giờ.

Sản phẩm phân rã Chu kỳ bán rã Loại bán rã Năng lượng

218Po (RaA) 3,11 phút Hạt α 6Mev

214Pb (RaB) 26,8 phút Hạt β, γ

214Bi (RaC) 19,7 phút Hạt β, γ

214Po (RaC’) 164 x 10-6giây Hạt α [9]

Trong thực tế các con cháu của radon là các kim loại nặng 218Po

(RaA) .v.v…[1].

Tiếp ngay sau dãy là 214Po (RaB) có kết hợp với nguyên tố trước nó bằng

việc nhận thêm điện tích. Đáng lưu ý là các sản phẩm của con cháu radon có

thời gian sống ngắn và có sự tăng nhanh hàm lượng của chúng khi radon thoát

vào trong không khí và ngược lại là sự phân rã nhanh khi các nguyên tố con

cháu bị tách khỏi không khí như trong quá trình lấy mẫu khí [5].

Người ta đo tổng hoạt độ anpha bằng đơn vị Working Level (WL),

đây là đơn vị đo hoạt độ các sản phẩm con cháu radon. Một WL là sự kết

hợp (sự hóa hợp) giữa RaA, RaB, RaC và RaC’ trong một lít không khí ở

điều kiện tiêu chuẩn mà kết quả cuối cùng là tổng năng lượng anpha phát ra

của 1 WL là 1,3 x 105

MeV [6].

Đối với radon và thoron trong không khí tự do mối quan hệ này được

xác định gần đúng theo quan hệ sau:

- 1WL tương đương 3.700Bq/m3

với radon và con cháu;

- 1WL tương đương 280Bq/m3

với thoron và con cháu [Environmental

protection guidelines- UNRFNRE-NEW YORK, NY 10017 USA 1987]