Xác định mật độ tồn lưu một số nhân phóng xạ Cs-137, Pu-239-240, Sr-90 trong tầng đất canh tác của một số loại đất ở miền Bắc Việt Nam

bé khoa häc vµ c«ng nghÖ

viÖn n¨ng l−îng nguyªn tö viÖt nam

==============================================

b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp bé

x¸c ®Þnh mËt ®é tån l−u mét sè

nh©n phãng x¹ 137 Cs, 239+240 Pu, 90 Sr

trong tÇng ®Êt canh t¸c cña mét sè

lo¹i ®Êt ë miÒn b¾c ViÖt Nam

CN§T: NguyÔn Hµo Quang

6268

10/01/2007

Hµ Néi – 2006

bé khoa häc vµ c«ng nghÖ

viÖn n¨ng l−îng nguyªn tö viÖt nam

---------------------------ooo--------------------------

b¸o c¸o tæng kÕt

§Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé

n¨m 2004-2005

X

phãng x¹

¸c ®Þnh mËt ®é tån l−u mét sè nh©n

137Cs,

239+240Pu,

90Sr trong tÇng ®Êt

canh t¸c cña mét sè lo¹i ®Êt ë miÒn B¾c

ViÖt Nam

(M· sè : B0/04/04-01)

C¬ quan chñ tr× : ViÖn Khoa Häc vµ Kü ThuËt H¹t Nh©n

Chñ nhiÖm ®Ò tµi : KS. NguyÔn Hµo Quang

bé khoa häc vµ c«ng nghÖ

viÖn n¨ng l−îng nguyªn tö viÖt nam

---------------------------ooo--------------------------

b¸o c¸o tæng kÕt

§Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp bé

n¨m 2004-2005

X¸c ®Þnh mËt ®é tån l−u mét sè nh©n

phãng x¹ 137Cs,

239+240Pu,

90Sr trong tÇng ®Êt

canh t¸c cña mét sè lo¹i ®Êt ë miÒn B¾c

ViÖt Nam

(M· sè : B0/04/04-01)

C¬ quan chñ tr× : ViÖn Khoa Häc vµ Kü ThuËt H¹t Nh©n

Chñ nhiÖm ®Ò tµi : KS. NguyÔn Hµo Quang

danh s¸ch

nh÷ng ng−êi tham gia thùc hiÖn ®Ò tµi

__________________________________________

Hä vµ tªn Häc hµm, häc vÞ

chuyªn m«n

C¬ quan

1. NguyÔn Hµo Quang

2. NguyÔn Quang Long

3. §inh BÝch LiÔu

4. NguyÔn ThÞ Thu Hµ

5. TrÇn TuyÕt Mai

6. §Æng §øc NhËn

KS. VËt lý h¹t nh©n

CN. Hãa ph©n tÝch

CN. Ho¸ ph©n tÝch

CN.VËt lý h¹t nh©n

CN. Hãa ph©n tÝch

TS. Ho¸ phãng x¹

ViÖn KH&KTHN

nt

nt

nt

nt

nt

c¸c c¬ quan vµ ®¬n vÞ phèi hîp thùc hiÖn ®Ò tµi

_____________________________________________________

ViÖn Quy ho¹ch vµ ThiÕt kÕ n«ng nghiÖp - Phßng ph©n tÝch §Êt vµ M«i

tr−êng

B¶ng tõ viÕt t¾t

IAEA C¬ quan N¨ng l−îng nguyªn tö quèc tÕ

UNCEAR Uû ban khoa häc vÒ hiÖu øng bøc x¹ nguyªn tö Liªn hîp

quèc

United Nations Scientific Committee on the Effects of

Atomic Radiation

QA&QC §¶m b¶o vµ kiÓm so¸t chÊt l−îng

Quality Assurance and Quality Control

KHCN&MT Khoa Häc C«ng NghÖ vµ M«i Tr−êng

GPS ThiÕt bÞ ®Þnh vÞ toµn cÇu

Global Positioning System

HpGe Germany siªu tinh khiÕt

High purity Ge

PIPS §Çu dß ®o alpha

Passivated Implanted Planar Silicon

FAO Tæ chøc l−¬ng thùc thùc phÈm quèc tÕ

Food and Agriculture Organization

UNESCO Tæ chøc gi¸o dôc, khoa häc vµ v¨n ho¸ cña Liªn hîp quèc.

United Nations Educational, Scientific and Cultural

Organization

Cz §Êt c¸t

M §Êt mặn trung b×nh và Ýt

P P- §Êt phï sa trung tÝnh Ýt chua

Pg §Êt phï sa gl©y

XI §Êt x¸m cã tÇng loang læ

Xf §Êt x¸m Feralit

Pr §Êt phï sa cã tÇng ®èm rỉ

CEC Kh¶ n¨ng trao ®æi cation

Cation exchange capacity

Sj §Êt phÌn ho¹t ®éng

Sandy Clay Loam §Êt mïn sÐt trén c¸t

Clay Loam §Êt mïn sÐt

Sandy Clay §Êt sÐt trén c¸t

Silty Clay §Êt sÐt bïn

Loamy Sand C¸t nhiÒu mïn

preliminary result on the 137Cs, 239+240Pu, 90Sr inventories for

the tillage soil layer of some soil types in northern

vietnam

Nguyen Hao Quang, Nguyen Quang Long, Dinh Thi Bich Lieu, Tran Thi

Tuyet Mai, Dang Duc Nhan

Institute for Nuclear Science and Technique

P.O.Box 5T-160, Hoang Quoc Viet, Hanoi, Vietnam

The distribution of cummulative deposition of 137Cs in undisturbed

surface soil was well investigated in Vietnam. However, this kind of study

for 137Cs, 239+240Pu and 90Sr in the tillage soil layer is still not performed in the

country. This work aims at to supplement the gap.

137Cs and 239+240Pu as well as 90Sr deposition densities in the tillage soil

layers are determined for 32 sites having different soil types. Soil samples

were taken at two depths, from the surface to 20 cm, and from 20 to 40 cm

using a cylindrical corer with inner diameter of 4.2 cm. Soil properties such

as texture, content of total organic matter, CEC, total nitrogen, total P2O5, pH,

Ca++, Mg++, P available, K available, were analyzed for each sample.

The samples were sieved through a sieve with a mesh of <1 mm to

remove coarse gravels and then calcinated. 137Cs in samples was analyzed on

a gamma spectrometer equipped with HPGe detector. About 50 gam of the

dry soil was chemically treated and dissolved Pu was purified then

electrochemically deposited on a stainless steel disk. 239+240Pu was quantified

on an alpha spectrometer equipped with PIPS detector. Another 250 gam of

the sample was radiochemically treated and 90Sr was collected with

Strontium Nitrate carrier. 90Sr in the samples was analyzed through it's

daughter 90Y on a low level beta counting system. Quality control for the

analytical results has been performed using IAEA reference material (Soil

4/2000) and the deviation between experimentally obtained results and

certified values are within ± 5 %.

It was revealed that the 239+240Pu, 90Sr and 137Cs depositions in the tillage

soil layers in this study vary within a range of 11-116 Bq/m2

, 75-588 Bq/m2

,

207-1301 Bq/m2

respectively. The dependence of the 239+240Pu, 90Sr and 137Cs

inventories on soil types was not detectable. The empirical formular

describing the distribution of 137Cs depositions in undisturbed soil still can be

applied for predicting the amount of cummulative deposition of 137Cs in the

tillage soil provided that the soil was not erosive.

Tãm t¾t kÕt qu¶ x¸c ®Þnh mËt ®é tån l−u 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong

tÇng ®Êt canh t¸c cña mét sè lo¹i ®Êt ë miÒn b¾c viÖt nam

Sù ph©n bè mËt ®é r¬i l¾ng cña 137Cs trong bÒ mÆt ®Êt kh«ng x¸o trén

®· ®−îc ®¸nh gi¸ tèt ë ViÖt nam. Tuy nhiªn viÖc nghiªn cøu ba ®ång vÞ 137Cs,

239+240Pu and 90Sr trong ®Êt canh t¸c (x¸o trén) vÉn ch−a ®−îc thùc hiÖn trªn

toµn l·nh thæ. Môc ®Ých cña c«ng viÖc “X¸c ®Þnh mËt ®é tån l−u mét sè nh©n

phãng x¹ 137Cs, 239+240Pu, 90Sr trong tÇng ®Êt canh t¸c cña mét sè lo¹i ®Êt ë

miÒn B¾c ViÖt Nam” ®Ó bæ xung vµo sù thiÕu hôt nµy.

MËt ®é r¬i l¾ng cña 137Cs, 239+240Pu còng nh− lµ 90Sr trªn bÒ mÆt ®Êt

canh t¸c ®−îc x¸c ®Þnh trªn 32 vÞ trÝ trong c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau. MÉu ®Êt

®−îc lÊy ë hai ®é s©u : tõ bÒ mÆt xuèng 20 cm vµ tõ 20 cm ®Õn 20 cm, sö

dông dông cô lÊy mÉu lµ mét èng thÐp h×nh trô cã ®−êng kÝnh lµ 4,2 cm .

Nh÷ng tÝnh chÊt cña mÉu ®Êt nh− lµ ®é mÞn, tæng hµm l−îng chÊt h÷u c¬ ,

tæng hµm l−îng nit¬, phèt pho, , ®é pH , Ca++, Mg++ K, sù trao ®æi thµnh

phÇn cation(CEC) ®−îc ph©n tÝch cho tõng mÉu.

MÉu ®Êt ®−îc nghiÒn nhá cì <1 mm , gi©y ®Ó lo¹i bá hÕt cá, rÔ trong

mÉu, sau ®ã ®−îc tro ho¸.Nh©n phãng x¹ 137Cs ®−îc ph©n tÝch b»ng hÖ phæ

kÕ gamma víi dªtect¬ Gemanium siªu tinh khiÕt. Kho¶ng 50 gam mÉu sÏ

dïng ®Ó ph©n tÝch nh©n phãng x¹ Plutonium 239,240, sö dông ph−¬ng ph¸p

ho¸ phãng x¹ ®Ó t¸ch 239+240Pu ra khái mÉu vµ dïng ph−¬ng ph¸p ®iÖn ph©n

cho tÝch tô lªn bÒ mÆt ®Üa thÐp kh«ng rØ , sau ®ã x¸c ®Þnh hµm l−îng 239+240Pu

b»ng hÖ phæ kÕ alpha víi bèn ®Çu dß PIPS Series A cña h·ng CANBERRA.

MÆt kh¸c kho¶ng 250 gam mÉu dïng ®Ó ph©n tÝch nh©n phãng x¹90Sr , sö

dông ph−¬ng ph¸p ho¸ phãng x¹ ®Ó t¸ch ®ång vÞ nµy ra vµ ph©n tÝch nã

th«ng qua ®ång vÞ con lµ 90Y, 90Y ®−îc x¸c ®Þnh hµm l−îng b»ng hÖ ®Õm

beta ph«ng thÊp. MÉu chuÈn cña IAEA ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng

c¸c phÐp ph©n tÝch vµ kÕt qu¶ ®−îc ®¸nh gi¸ ± 5 %.

KÕt qu¶ cho thÊy mËt ®é cña 239+240Pu, 90Sr and 137Cs trong tÇng ®Êt canh

t¸c cña ®Ò tµi nµy n»m trong gi¶i 11-116 Bq/m2

, 75-588 Bq/m2

, 207-1301

Bq/m2 t−¬ng øng. MËt ®é tån l−u cña 239+240Pu, 90Sr and 137Cs kh«ng phô

thuéc vµo c¸c lo¹i ®Êt. C«ng thøc b¸n thùc nghiÖm ®Ó tÝnh to¸n mËt ®é tån

l−u cña137Cs trong ®Êt kh«ng x¸o trén cã thÓ ¸p dông ®Ó tiªn ®o¸n mËt ®é r¬i

l¾ng cña 137Cs trong ®Êt canh t¸c hay noi chung lµ ®Êt kh«ng bÞ sãi mßn.

MôC LôC

I. më ®Çu ................................................................................................................... 1

II. C¬ së lý thuyÕt .............................................................................................. 3

III. PhÇn nghiªn cøu thùc nghiÖm............................................................5

1. Công việc thu góp mẫu..............................................................................5

2. Công việc xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo .................................................9

3. Phương pháp phân tích ............................................................................10

3.1. Phân tích hàm lượng 137Cs..............................................................10

3.2. Phân tích hàm lượng 239+240Pu ........................................................11

3.3. Phân tích hàm lượng 90Sr................................................................11

IV. x¸c lËp quy tr×nh sö dông hÖ phæ kÕ gamma ®Çu dß HPGE

GMX ORTEC ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é c¸c nh©n phãng x¹ trong

®Êt, quy tr×nh c¸c ®Þnh 239+240pu vµ 90sr phï hîp víi c¸c lo¹i

®èi t−îng ®Êt canh t¸c ...........................................................................11

A. quy tr×nh sö dông hÖ phæ kÕ gamma ®Çu dß HPGE GMX

ORTEC ®Ó x¸c ®Þnh nång ®é c¸c nh©n phãng x¹ trong ®Êt......11

1. Ph¹m vi ¸p dông.......................................................................................11

2. Tµi liÖu tham kh¶o ...................................................................................12

3. Tãm t¾t néi dung quy tr×nh ......................................................................12

4. ý nghÜa cña quy tr×nh vµ c¸ch sö dông....................................................13

5. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh xö lý phæ ........................................13

6. ThiÕt bÞ.....................................................................................................14

7. Hép ®ùng mÉu..........................................................................................14

8. ChuÈn n¨ng l−îng vµ hiÖu suÊt ghi cho hÖ phæ kÕ gamma......................14

9. ChuÈn bÞ mÉu ®o ......................................................................................17

10. §o mÉu...................................................................................................17

11. Xö lý kÕt qu¶ ®o.....................................................................................17

12. §é chÝnh x¸c vµ ®é ®óng .......................................................................26

12.1. §é chÝnh x¸c.................................................................................26

12.2. §é ®óng ........................................................................................26

B. X¸c lËp quy tr×nh x¸c ®Þnh 239+240Pu...................................................27

1. Quy tr×nh x¸c ®Þnh 239+240Pu trong mÉu ®Êt b»ng xö lý ho¸ kÕt hîp víi

phæ kÕ alpha .......................................................................................................27

2. Quy tr×nh x¸c ®Þnh 239+240Pu trong mÉu ®Êt b»ng xö lý ho¸ kÕt hîp víi

phæ kÕ alpha ¸p dông t¹i phßng kiÓm x¹ m«i tr−êng.........................................29

2.1. Ph¹m vi ¸p dông .............................................................................29

2.2. Nguyªn t¾c......................................................................................29

2.3. ThiÕt bÞ, dông cô.............................................................................30

2.4. Ho¸ chÊt..........................................................................................30

3. Quy tr×nh ph©n tÝch ..................................................................................31

3.1. ChuÈn bÞ mÉu..................................................................................31

3.2. T¸ch Pu b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion .........................................31

3.3. T¸ch Pu b»ng ph−¬ng ph¸p chiÕt....................................................32

3.4. §iÖn ph©n t¹o nguån Pu trªn ®Üa thÐp kh«ng rØ ..............................33

3.5. Ph©n tÝch ho¹t ®é Pu trªn phæ kÕ alpha...........................................33

4. TÝnh to¸n kÕt qu¶ .....................................................................................34

4.1. Tèc ®é ®Õm vµ sai sè ®Õm phãng x¹ cña mÉu ................................34

4.2. Ho¹t ®é phãng x¹ trong mÉu ..........................................................35

5. Giíi h¹n ph¸t hiÖn cña 239+240Pu trong mÉu ®Êt ........................................35

6. KÕt qu¶ ph©n tÝch so s¸nh mÉu quèc tÕ IAEA-385..................................36

C. X¸c lËp quy tr×nh x¸c ®Þnh 90sr trong mÉu ®Êt t¹i phßng

kiÓm x¹ m«i tr−êng ...................................................................................38

1. Ph¹m vi ¸p dông.......................................................................................39

2. Tµi liÖu tham kh¶o ...................................................................................39

3. ThuËt ng÷ .................................................................................................39

4. Nguyªn lý vÒ ph−¬ng ph¸p ......................................................................40

5. C¸c nguyªn tè g©y nhiÔu..........................................................................40

6. Quy tr×nh ph©n tÝch ..................................................................................40

6.1. Quy tr×nh ph©n tÝch 90Sr b»ng ph−¬ng ph¸p fumming....................40

6.2. Quy tr×nh ph©n tÝch 90Sr b»ng ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion ................44

7. TÝnh to¸n ..................................................................................................46

7.1. HiÖu chØnh tèc ®é ®Õm t¹i thêi ®iÓm t¸ch.......................................46

7.2. TÝnh ho¹t ®é 90Sr .............................................................................47

7.3. Sai sè cña phÐp ph©n tÝch................................................................47

V. KÕt qu¶ ph©n tÝch 137Cs, 239+240Pu, 90Sr ...................................................48

1. Kết quả phân tích 137Cs............................................................................48

2. Kết quả phân tích 239+240Pu.......................................................................52

3. Kết quả phân tích 90Sr..............................................................................55

4. Kết quả đánh giá sự phụ thuộc của mức tồn lưu

137Cs, 239+240Pu trong

tầng đất canh tác vào các yếu tố địa lý và thổ nhưỡng......................................57

VI . kÕt luËn...................................................................................................61

Tµi liÖu tham kh¶o ....................................................................................63

Phô lôc

1. B¶ng kÕt qu¶ ph©n tÝch tæng hîp..................................................... 65

2. B¶ng kÕt qu¶ ph©n tÝch tæng hîp Sr-90 b»ng ph−¬ng

ph¸p ph©n tÝch huúnh quang tia x .............................................................. 77

3. Phæ huúnh quang tia X ............................................................................. 85

B¸o c¸o tµi chÝnh