Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng 226Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển

1.1.2. Phóng xạ môi trường biển

Các nhân phóng xạ trong khí quyển rơi lắng trực tiếp xuống đại dương và cũng có thể gián tiếp từ các con sông chảy vào. Tuy nhiên, các chất phóng xạ cũng được thải trực tiếp ra đại dương như các chất thải lỏng và các chất thải rắn của một số cơ sở hạt nhân và liên quan. Một số nhân phóng xạ tồn tại trong nước dưới dạng tan, một số khác không tan tồn tại dưới dạng các hạt chất rắn lơ lửng hoặc cộng kết thành các hạt chuyển xuống trầm tích [8], [13].

Một số nguyên nhân chính tác động đến môi trường biển là: Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển; Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển); Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ sở tái xử lý nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); và sự đóng góp của các đồng vị phóng xạ tự nhiên chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong số đó

nguy hại nhất phải tính đến 238U, 232Th, 226Ra và 210Po. Bên cạnh đó, các hoạt

động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển, công nghiệp thăm dò và khai thác dầu khí, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ trong môi trường biển [2], [3], [9], [44].

1.1.2.1. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ nhân tạo

1.1.2.1a. Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước:

Thành phần các đồng vị phóng xạ nhân tạo xâm nhập vào đại dương, về cơ bản, được qui định bởi các sản phẩm phân chia của nhiên liệu hạt nhân. Bảng

1.1 đưa ra đặc trưng của các hạt nhân có thời gian sống dài và nguy hại nhất được tạo ra khi phân chia 235U. Tương quan giữa chúng có thể thay đổi và phụ thuộc vào loại nhiên liệu, dạng và điều kiện diễn ra phản ứng [8], [60].

Bảng 1.1. Các nhân phóng xạ chủ yếu hình thành trong quá trình phân chia

235U [60].

Hạt nhân

T1/2	Hiệu suất khi phân chia, %
90Sr	28.82 năm	5.3
91Y	58.51 ngày	5.9
95Zr	63.98 ngày	6.4
95Nb	34.97 ngày	-
99Tc	2.14105 năm	6.2
106Ru	366.58 ngày	0.5
131I	8.04 ngày	3.0
137Cs	30.17 năm	6.2
140Ba	12.79 ngày	6.8
144Ce	284.5 ngày	5.3
147Pm	2.62 năm	2.6

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 168 trang tài liệu này.

Trong số tất cả các loại thử hạt nhân thì loại thử trong không khí và dưới nước gây ô nhiễm môi trường mạnh hơn cả. Khi thử trong không khí làm xuất hiện các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc là: Các sản phẩm phân chia, một phần nhiên liệu hạt nhân không kịp cháy và các sản phẩm kích hoạt của nơtrôn với các thành phần của môi trường (không khí, nước, bùn - đất). Các sản phẩm này dần dần lắng đọng xuống mặt đất, mặt nước. Các kết quả quan trắc cho thấy mật độ rơi lắng phóng xạ ở Bắc bán cầu cao hơn đáng kể so với ở Nam bán cầu. Điều này được xác định bởi các nguyên nhân khí tượng, cũng như bởi phân bố vị trí của các vụ thử (Bảng 1.2). Lượng rơi lắng toàn cầu (xác định bằng thực nghiệm)

của 90Sr và 137Cs được trình bày trong Bảng 1.3 [8], [60].

Bảng 1.2. Đặc trưng các vụ thử hạt nhân trên thế giới [60]

Nước

Số vụ thử			Công suất (Mt)
Khí quyển	Dưới đất	Tổng	Khí quyển	Dưới đất	Tổng
Trung Quốc	22	22	44	21	1	22
Pháp	50	160	210	10	3	13

Ấn Độ

-	6	6
Pakistan	-	6	6
Anh	33	24	57	8	2	10
Mỹ	219	908	1127	154	46	200
Liên Xô cũ	219	750	969	247	38	285
Tổng các nước	543	1876	2419	440	90	530

Bảng 1.3. Rơi lắng toàn cầu của 90Sr và 137Cs [60].

Năm

Lượng, 1016	Bq
90Sr	137Cs
1961	1.72	-
1962	5.13	8.4
Tích lũy đến 12/1962	22.5	37.5

Dự tính rằng, đến năm 1963, trong khí quyển ở độ cao 30 km có khoảng

2.61017Bq 90Sr, và lượng này sẽ tiếp tục rơi lắng cho đến nay.

Do các vụ thử hạt nhân, ngoài các nhân phát gamma, bêta còn có một lượng đáng kể các hạt nhân phát alpha xâm nhập vào môi trường. Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 239Pu. Theo đánh giá của nhiều tác giả: Tính đến cuối năm 1963, có khoảng 2.51016 Bq 239Pu đã rơi lắng vào môi trường; và tính đến năm 1972, khoảng một nửa lượng này đã rơi lắng xuống các vùng thử hạt

nhân [2], [9].

1.1.2.1b. Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển:

Trong quá trình tái xử lý nhiên liệu hạt nhân và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử cũng tạo ra một lượng có ý nghĩa các thải phóng xạ ở các dạng lỏng, rắn và khí. Đáng quan tâm hơn cả ở đây là thải phóng xạ lỏng có thành phần khác nhau. Nhìn chung, bất kỳ phương pháp nào để xử lí chúng cũng cần được kiểm soát trong suốt thời gian cất trữ. Với các thải phóng xạ hoạt độ cao thường được chứa vào các container hoặc bêton hóa, sau đó tàng trữ trong các vùng riêng biệt và chịu sự kiểm soát. Trong quá khứ, một phần các khối thải này đã bị phóng thích vào đại dương và gây ô nhiễm môi trường biển do vật liệu làm

container bị ăn mòn và các khối bêton cũng chỉ có độ bền hữu hạn (khoảng 30 năm). Một số vị trí điển hình chôn cất chất thải dưới đáy Đại dương được nêu trong Bảng 1.4 và Hình 1.4 [32].

Bảng 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy Đại dương [24]

Vùng chôn thải

Số vị trí chôn	Hoạt độ (PBq)
North-East Pacific	16	0,55
North-West Atlantic	11	2,94
North-East Atlantic	15	42,31
West Pacific	5	0,02

Hình 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy đại dương.

1.1.2.1c. Sự cố hạt nhân:

Sự cố Chernobyl vào năm 1986 dẫn đến phóng thích vào môi trường khoảng 1900 PBq đồng vị phóng xạ các loại (không kể khí trơ phóng xạ), trong đó hoạt độ phóng xạ của 137Cs là 70 PBq. Sự cố Fukushima được sơ bộ đánh giá phóng thích vào khí quyển khoảng 175 PBq của các đồng vị 131I, 134Cs và 137Cs; ngoài ra có khoảng 2800 TBq131I, 940 TBq 134Cs, 940 TBq 137Cs trực tiếp thải ra môi trường biển [8], [20], [58].

Một vài sự cố hạt nhân khác cũng đã phóng thích các hạt nhân phóng xạ vào môi trường, nhưng nói chung là không đáng kể. Bảng 1.5 chỉ ra hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân trên thế giới.

Bảng 1.5. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân

[8], [41]

Sự cố hạt nhân

Hoạt độ phóng thích (PBq)
90Sr	131I	137Cs	238Pu	239,240Pu
Chernobyl	10	1760	85	0,035	0,072
Kyshtym (1957)			0,04
Windscale (1957)		0,7	0,02
SNAP 9A				0,6
Tàu ngầm Komsomolets (LX cũ)	0,0028	0,2	0,003		0,016
Fukushima	0,14	160	15	0,00002	6,4x10-6

1.1.2.1d. Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp củacác cơ sở hạt nhân

Các hoạt động sử dụng chất phóng xạ bao gồm tất cả các giai đoạn trong chu trình nhiên liệu hạt nhân cũng như các hoạt động khác trong nghiên cứu khoa học, Y tế, Công nghiệp, v.v… Chu trình nhiên liệu hạt nhân bao gồm các khâu khai thác, sơ chế quặng phóng xạ, làm giàu nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xử lý nhiên liệu hóa học đã cháy, trong các khâu trên chúng đều có chất thải phóng xạ. Các hoạt động ứng dụng chất phóng xạ ngoài chu trình nhiên liệu (như các lò phản ứng hạt nhân) cũng thải ra một lượng đáng kể chất thải phóng xạ. Bảng 1.6 cho thấy các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [20].

Bảng 1.6. Các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [8], [20]

Loại hoạt động

Các loại chất thải và các thành phần chính	Hoạt độ phóng xạ riêng
Các loại chất thải và các thành phần chính	Ci/tấn U	Bq/tấn U
Khai thác và Sơ chế	Khí: 222Rn, 218Po, 214Bi, 214Po Rắn: U, 226Ra, 230Th, 210Po	10-4 – 10-3 0,5 – 1	4.106 – 4.107 2.1010 – 4.1010
Tinh chế	Lỏng: 238U, 234Th, 234Pa, 226Ra	10-4 – 10-3	4.106 – 4.107
Sản xuất nhiên liệu	Rắn: U, Pu, Th	10-4 – 10-3	4.106 – 4.107
Hoạt động lò	Khí: 13N, 41Ar, 89Kr, 87Kr,	10 -100	4.1011 – 4.1012

phản ứng

138Xe, 135Xe Rắn: 58Co, 60Co, 59Fe, 51Cr, 3H	50 – 100	2.1012 – 4.1012
Xử lý hóa học	Khí: 85Kr, 133Xe, 131I, 129I, 3H	7000	26.1013
	Rắn: các sản phẩm phân hạch,	6.106	22.1016
	Pu, Am, Cm.

Trước đây, phương pháp chung trong việc thải chất thải phóng xạ ở mức thấp và mức trung bình thường là thải ra biển. Thể tích lớn của biển được coi là môi trường lý tưởng hòa tan và phát tán các chất thải phóng xạ này. Người ta tính rằng nước biển đã chứa một lượng phóng xạ khổng lồ, chủ yếu là 40K với hoạt độ tổng cộng 2.1022Bq (hay 500.000MCi), nên việc thêm vào đó một lượng không đáng kể chất thải phóng xạ sẽ không ảnh hưởng gì. Tuy nhiên, lập luận đó không đủ cơ sở do chưa được nghiên cứu kỹ về quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong nước biển nhờ đó các chất thải phóng xạ được phát tán và do đó không thể đoán trước được sự phân bố các chất phóng xạ trong nước biển như thế nào. Các chất thải phóng xạ này sẽ thông qua dây chuyền thức ăn tới con người và gây nguy hiểm chiếu trong. Do đó, năm 1993 một Hiệp ước Quốc tế đã không

cho phép đổ chất thải phóng xạ mức thấp và mức trung bình ra biển và phương pháp thải này đã chấm dứt vào năm 1994. Bảng 1.7 cho thấy hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [8], [20].

Bảng 1.7. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [20].

Nguồn

Hoạt độ phóng thích (PBq)
3H	14C	90Sr	131I	137Cs
Hoạt động lò PƯHN	140	1,1		0,04
Tái xử lý nhiên liệu	57	0,3	6,9	0,004	40
Sản xuất và sử dụng nguồn ĐVPX	2,6	1,0		6,0

Do ảnh hưởng của các dòng hải lưu (Hình 1.2 và 1.3), các đồng vị phóng xạ nhân tạo như đã được nêu ở trên hiện diện ở biển Việt Nam, tuy nhiên ở mức độ nào thì cần thiết phải đánh giá.

1.1.2.2. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên

Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong môi trường biển chủ yếu là các đồng vị phóng xạ chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng. Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 238U, 235U, 232Th, 226Ra và 210Po. Mức độ và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện địa hóa - cảnh quan và

quốc gia nào cũng phải tiến hành đánh giá về hàm lượng, tác động của chúng lên cơ thể sống và qua chuỗi hải sản lên người [2], [9].

Ngoài ra, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển (ví dụ ở nước Ta, việc khai thác quặng phóng xạ Uran ở vùng Nông Sơn thuộc tỉnh Quảng Nam, việc khai thác sa khoáng ven biển ở một số Tỉnh dọc theo ven biển miền Trung - Một loại quặng có độ phóng xạ cao), công nghiệp thăm dò và khai thác dầu mỏ, công nghiệp khai thác than đá, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ tự nhiên này [2], [9].

Ngoài các đồng vị phóng xạ tự nhiên thuộc về 3 họ nói trên, trong biển và đại dương còn hiện diện các đồng vị phóng xạ không tạo ra họ, có nguồn gốc từ vỏ quả đất và vũ trụ như: 40K, 3H, 14C, 10Be và 87Rb [2], [9].

Nước ta có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể. Trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá là khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven biển các tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận. Những tỉnh có trữ lượng lớn là Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận. Tổng trữ lượng và tài nguyên sa khoáng toàn vùng Bắc Trung Bộ đã được thăm dò, đánh giá tính đến thời điểm tháng 12/2008 là 16,226 triệu tấn. Nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng ilmenit-zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới. Hàm lượng các khoáng vật có ích trong quặng titan Việt Nam

là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 và một lượng

đáng kể monazit. Trong quặng ilmenit, zircon có các khoáng vật chứa các chất phóng xạ, nhất là khoáng vật monazit, có hàm lượng phóng xạ cao đặc biệt là Th, U. Công nghệ khai thác tại nước ta hiện vẫn chủ yếu là khai thác thủ công,

chọn lọc những lớp quặng giàu 80 - 85% khoáng vật nặng. Trong quá trình khai thác, tuyển quặng, các nguyên tố kim loại nặng và nguyên tố phóng xạ có trong quặng bị hòa lẫn trong nguồn nước thải dưới dạng hoà tan hay khoáng vật mịn, siêu mịn và lan truyền theo mọi hướng. Phần lớn nước từ quá trình tuyển quặng cho chảy trực tiếp ra biển, mà không qua giai đoạn xử lý nào [8].

Trong quá trình khai thác mỏ, các chất thải không những gây ô nhiễm cho môi trường khu khai thác và chế biến, vùng lân cận mà còn gây ô nhiễm đối với vùng biển ven bờ (0-30 m nước). Chính các hoạt động khai thác này là nguyên nhân gây tiềm năng ô nhiễm các nguyên tố trong trầm tích biển ở khu vực. Theo kết quả đã nghiên cứu về địa hóa môi trường của Liên đoàn Địa chất biển, Cục Địa chất cho thấy hàm lượng các nguyên tố nặng, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ ở đây cũng tăng cao, có liều chiếu ngoài đạt đến 1,2-2 mSv/năm, vượt quá ngưỡng cho phép là 1 mSv/năm [8].

Bên cạnh đó, công nghiệp thăm dò, khai thác dầu mỏ ở vùng biển phía Nam, nguy cơ gây ô nhiễm biển do các nguồn thải trong các giai đoạn lắp ráp, khoan thăm dò, khai thác và tháo dỡ như: mùn khoan, nước vỉa, nước thải sinh hoạt, khí thải... có chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng và phóng xạ. Trong quá trình khai thác dầu mỏ, một lượng lớn nước khai thác chứa 226Ra và 228Ra được

thải vào môi trường biển. Hàm lượng tự nhiên của các đồng vị này trong nước thành tạo nói chung cao hơn rất nhiều lần (khoảng 3 bậc) so với hàm lượng trung bình của Ra trong nước biển (một vài mBq/l) [12].

Qua các tài liệu nghiên cứu, khảo sát về các đồng vị phóng xạ tự nhiên bị thải ra biển trong quá trình khai thác dầu của các nước có ngành công nghiệp khai thác dầu khí phát triển như Nauy, Inđônêsia, v.v... trung bình để thu được 1 tấn dầu mỏ thì thải ra biển một lượng tương đương nước thành tạo. Với hàm lượng trung bình của Ra trong nước tạo thành khoảng 10Bq/l thì lượng Ra thải ra biển khi khai thác 1 tấn dầu mỏ khoảng 10KBq [12].

Bảng 1.8 và 1.9 cho thấy mức độ phóng xạ của các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng và nguyên vật liệu khác.