BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -----------------------------

SONEXAY XAYHEUNGSY

PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

TRONG MỘT SỐ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

PHỔ BIẾN TẠI CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO

Chuyên ngành : Vật lý nguyên tử và hạt nhân

Mã số : 9.440106

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Hà Nội- 2019

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện

Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Hồng Khiêm

Phản biện 1: ............................................................

Phản biện 2: .............................................................

Phản biện 3: ............................................................

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học

viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Measurement of natural radioactivity

in some cements of Lao PDR by using NaI(Tl) gamma-ray spectrometer, Advance in applied and engineering Physics IV, Publishing House for Science and Technology,2016, 231

2. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Phương pháp xác định hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên bằng phổ kế gamma dùng detector NaI(Tl), Advance In Applied And Engineering Physics V, Publishing House for Science and Technology, 2018, 295

3. S. Xayheungsy, L.H. Khiem, L.D. Nam, Radiation dose estimation of cement samples used in Lao PDR, Communications in Physics, 27, No. 3, 2017,193-203.

4. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem, Le Dai Nam. Assessment Of The Natual Radioactivity And Radiological Hazards In Lao Cement Samples. Radiation Protection Dosimetry, 2018, Vol. 181, No. 3, 208–213.

5. Sonexay Xayheungsy, Le Hong Khiem. Natural Radioactivity In The Soil Of Thoulakhom District In Vietiane Province, LaoPDR, Tập Chí Phát Triển Khoa Học Và Công Nghệ- Đại Học Quốc Gia TP. HCM, ngày 21 tháng 3 năm 2018.

6. X.Sonexay, L.H.Khiem, L.D.Nam, Assessment of Natural Radioactivity Levels and Radiation Hazards of Building Materials of Lao PDR. International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER), 14.04.2018

7. Sonexay Xayheungsy1,3

, N.C.Thanh2, L.D.Nam

2, V.H.Giang

2 and

L.H.Khiem2,3*

, Measurement of natural radioactivity in some sand and brick in Vietiane province, Lao PDR. IJRDO - Journal of Applied Science, Volume-4, Issue, 11, Nov, 2018.

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

- Phóng xạ có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt trong đất, đá với các mức hàm

lượng khác nhau.

- Phóng xạ cao hơn ngưỡng an toàn là nguyên nhân gây ra nhiều loại bệnh

trong đó có bệnh ung thư, gây nguy hiểm cho con người.

- VLXD (xi măng, gạch, cát, đất, đá,…) chủ yếu được làm từ nguyên liệu

thô là đất, đá → Luôn tồn tại phóng xạ trong vật liệu xây dựng.

- Theo thống kê của LHQ, khoảng 70% thời gian sống của mỗi người là

trong các ngôi nhà (nhà ở, công sở, các công trình công cộng,…). Nếu vật liệu cho

các công trình xây dựng chứa phóng xạ cao sẽ rất nguy hiểm.

- Ủy ban Khoa học của LHQ về các hiệu ứng của bức xạ (UNSCEAR) đã

đưa ra ngưỡng an toàn về phương diện phóng xạ đối với VLXD.

- Ở đa số các nước, việc kiểm tra phóng xạ trong VLXD tước khi sử dụng là

bắt buộc.

- Tại CHDCND Lào, việc kiểm tra này chưa được thực hiện (do không có

nhân lực có chuyên môn).

- Từ năm 2011, Lào đã chính thức trở thành thành viên của IAEA.

- CP Lào yêu cầu Việt Nam giúp đào tạo cán bộ có trình độ cao về lĩnh vực

kiểm soát phóng xạ trong VLXD.

- Luận văn này nhằm mục đích học hỏi từ VN phương pháp đánh giá phóng

xạ tự nhiên trong VLXD để triển khai công việc này tại Lào.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận 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 238

U

Chuỗi phân rã của đồng vị 238

U được đưa ra trong hình vẽ 1.1.

(1) 238

U 4,468×109 y năm

↓ α

(2) 234

Th 24,1 ngày

↓ β

(3) 234

Pa 1,17 phút

↓ β

(4) 234

U 2,455×105 năm

↓ α

(5) 230

Th 7,538 ×104 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 238

U. 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 235

U

Trong tự nhiên, đồng vị phóng xạ 235

U 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 238

U. Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng

vị 235

U được trình bày trong hình vẽ 1.2.

(1) 235

U 1,7×108 năm

↓ α

(2) 231

Th 25,52 giờ

↓ β

(3) 231

Pa 3,276 ×104 năm

↓ α

(4) 227

Ac 21,772 năm

↓ β

(5) 227

Th 18,718 ngày

+ α (1,38 %) to 223

Fr 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%) 211

Po 516 giây then α

↓ β 207

Pb

Hình 1.2: Chuỗi phân rã của 235

U. Chỉ có gamma do đồng vị 235

U phát ra là có thể

đo được bằng phổ kế gamma

c) Chuỗi phân rã phóng xạ của đồng vị 232

Th

Đồng vị 232

Th 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 ×109 năm

↓ α (2)

228Ra 5,75 giờ

↓ β (3)

228Ac 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)

212Po 0,3 giây

208Tl 3,06 phúg

↓ α ↓ β 206

Pb

Hình 1.3: Chuỗi phân rã của 232

Th. 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)

226Ra

232Th

40K

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

232Th

40K

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 40

K, 238

U và 232

Th) 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:

Rt

Nbi

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:

Ae

1,1

1,1

1,1

(3.4)

Còn từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGU-1 ta có:

Ae

2,2

2,1

2,1

Ae

2,2

2,2

2,2

(3.5)

Và cuối cùng, từ phổ gamma của mẫu chuẩn RGTh-1 ta có:

A

AA

e3,3

3,2

2,2

2,1

3,1

3,1

(3.6)

15

A

AA

e3,3

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:

Ae

2,2

2,3

2,3

A

AA

e3,3

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:

ee

ee

eeA

ThU

Th

2,3

3,3

2,2

3,2

2,32,2

(3.8)

Aee

eA Th

U

U

2,2

3,2

2,2

(3.9)

Aee

Aee

eA 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

Kt

bt

A N Re

2/1

,22

2,2

1RN

eb

tA

tU

2/1

,33

3,3

1RN

eb

tA

tTh

(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

Smm S 0,693t /T

s m

MC 1 eA 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 Kex

A A AH + + 1

370 259 4810 (3.23)

Ra Th KA A A

H + + 1185 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 22

Na, 137

Cs, 60

Co, 152

Eu,...

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 137

Cs và 60

CO.

(c), (d) Phổ và đường chuẩn năng lượng với detector HPGe dùng

nguồn 152

Eu.

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 60

Co 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)

238U

232Th

40K

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)

238U

232Th

40K

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)

238U

232Th

40K

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)

238U

232Th

40K

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)

238U (Bq.kg

-1)

232Th (Bq.kg

-1)

40K (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±0,01 0,214±0,01 0,28±0,01

Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 1

4.5.3. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của cát xây dựng tại

CHDCND Lào

Bảng 4.12. Các mức độ huy hiểm trong các mẫu cát tại Sông Mê Kông và Nam

Ngeum của Lào

Mẫu Req

(Bq.kg-1

)

D

(nGy.h-1

)

AEDE

(mSv.y-1

) Hex Hin

1NK 106,91±0,65 50,86±0,31 0,249±0,01 0,29±0,01 0,34±0,01

2NK 94,69±0,59 45,61±0,292 0,224±0,01 0,26±0,01 0,30±0,01

3NK 86,36±0,54 41,81±0,27 0,21±0,01 0,23±0,01 0,28±0,01

4NK 92,86±0,59 44,88±0,29 0,220±0,01 0,25±0,01 0,295±0,002

5NK 71,9±0,48 35,05±0,24 0,17±0,01 0,19±0,01 0,23±0,001

6NK 75,52±0,51 36,83±0,25 0,18±0,01 0,20±0,01 0,24±0,01

1NG 40,79±0,31 19,71±0,15 0,09±0,01 0,11±0,01 0,14±0,01

2NG 49,64±0,36 23,93±0,18 0,12±0,01 0,13±0,01 0,17±0,01

Trung bình 77,34±0,24 37,33±0,12 0,183±0,01 0,21±0,01 0,25±0,01

Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 1

23

4.5.4. Mức độ nguy hiểm về phương diện phóng xạ của ghạch xây dựng tại CHDCND Lào

Bảng 4.13. Mức độ huy hiểm trong mẫu gạch sản xuất tại CHDCND Lào

Mẫu Req

(Bq.kg-1

)

D

(nGy.h-1

)

AEDE

(mSv.y-1

) Hex Hin

1BG 165,13±5,08 76,84±2,22 0,377±0,01 0,446±0,01 0,561±0,02

2BG 168,31±5,11 78,32±2,23 0,384±0,01 0,455±0,01 0,573±0,02

3BG 167,38±5,09 78,09±2,22 0,383±0,011 0,452±0,014 0,563±0,017

4BG 164,50±5,07 76,68±2,21 0,376±0,01 0,444±0,01 0,553±0,02

5BG 166,60±5,09 77,69±2,22 0,381±0,01 0,450±0,014 0,552±0,017

6BG 171,62±5,13 79,97±2,24 0,392±0,01 0,464±0,014 0,583±0,02

Trung bình 167,26±2,08 77,93±0,91 0,382±0,01 0,452±0,01 0,564±0,01

Ngưỡng an toàn 370 57 0,41 1 1

Bảng 4.14. Hoạt độ phóng xạ riêng của một số VLXD tại CHDCND Lào

Mẫu Họat độ phóng xạ riêng (Bq.kg-1

) 238

U 232

Th 40

K

Xi măng 37,32±0,38 13,34±0,37 107,12±1,49

Gạch 41,59±0,91 54,79±1,27 614,60±5,82

Đất 23,139±0,34 27,132±0,46 226,255±1,85

Cát 14,22±0,05 20,05±0,11 447,37±2,31

Trung bình của Thế

giới (đất) 35 30 400

Bảng 4.15. Giá trị trung bình của các đại lượng liên quan đến liều lượng học bức

xạ trong VLXD của CHDCND Lào

Mẫu

Req

(Bq.kg-1

)

D

(nGy.h-1

)

AEDE

(mSv.y-1

)

Hex Hin

Xi măng 64,64±0,66 29,77±0,29 0,15±0,01 0,18±0,01 0,28±0,01

Gạch 167,26±2,08 77,93±0,91 0,38±0,01 0,45±0,01 0,56±0,01

Đất 79,36±0,755 36,51±0,33 0,18±0,01 0,21±0,00 0,28±0,00

Cát 77,34±0,24 37,33±0,12 0,183±0,01 0,21±0,01 0,25±0,01

Ngưỡng

an toàn 370 57 0,41 1 1

24

KẾT LUẬN

- Xác định hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong các

VLXD thường được sử dụng để xây dựng nhà ở và các công trình công cộng tại

CHDCND Lào. Luận án được thực hiện tại Trung tâm Hạt nhân của Viện Vật Lý

thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

- Để xác định hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ tự nhiên,

chúng tôi đã dùng phổ kế gamma dùn detector bán dẫn loại HPGe có phân giải

năng lượng cao và NaI(Tl), chúng tôi đã viết các chương trình máy tính để tự động

hóa toàn bộ quá trình phân tích phổ gamma. Việc tự động hóa này là cần thiết để

có thể chuyển giao quy trình phân tích cho các nhóm không có chuyên môn sâu,

thậm chí có thể chuyển giao cho các nhà máy chế tạo VLXD.

- Hầu hết giá trị của các đại lượng liên quan đến liều lượng học bức xạ bao

gồm hoạt độ tương đương radi Raeq

, suất liều hấp thụ ở độ cao 1 mét ngoài không

khí D, Tương đương liều hiệu dụng năm AEDE, các chỉ số nguy hiểm do chiếu

ngoài Hex

và chiếu trong Hin

của các VLXD chủ yếu (xi măng, đất, cát và gạch) của

CHDCND Lào đều nhỏ hơn ngưỡng an toàn do Ủy ban khoa học về ảnh hưởng của

bức xạ của Liên Hiệp Quốc đưa ra. Duy nhất có giá trị của suất liều hấp thụ ở độ

cao 1 mét ngoài không khí D trong vật liệu gạch là lớn hơn ngưỡng an toàn. Vì vậy

có thể thấy rằng nếu sử dụng các vật liệu này để xây dựng nhà ở cho cư dân hoặc

các công trình công cộng cho sinh hoạt của cộng đồng, phóng xạ của chúng sẽ

không ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người dân.