Phân Bố Các Đồng Vị Phóng Xạ Theo Cấp Hạt Trong Trầm Tích

3.3.3.2 Phân bố các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt trong trầm tích

ET7

140

120

100

Kích thước hạt (mm)

U-238 Ra-226

Th-232

Th-230

MT1

< 0,01 0,01- 0,05- 0,08- > 0,10

0,05 0,08 0,10

Kích thước hạt (mm)

U-238

Ra-226

Th-232

Th-230

Hoạt độ (Bq/kg)

Thành phần cấp hạt của mẫu trầm tích hồ tại vị trí E (ký hiệu ET7) và trầm tích cửa sông tại vị trí M (ký hiệu MT1) được đưa ra trong Phụ lục E (Bảng E2 và E3). Hàm lượng của các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt được đưa ra trong Phụ lục F (Bảng F2 và F3) và được biểu diễn trên đồ thị Hình 3.39.

< 0,05

0,05-0,063

0,063-0,08

0,08-0,10

0,10-0,16

0,160-0,315

0,315-0,630

0,63-1,00

1,00-2,00

Hình 3.39. Thay đổi hàm lượng một số đồng vị phóng xạ theo các cấp hạt trầm tích

Cũng như trong trường hợp mẫu đất, xu hướng chung là hàm lượng các đồng vị giảm dần theo sự tăng của kích thước hạt trầm tích, tức là tỷ lệ với tổng diện tích bề mặt hạt. Quy luật này thể hiện rõ hơn đối với trầm tích cửa sông. Sự tỷ lệ của hàm lượng các đồng vị phóng xạ với tổng diện tích bề mặt hạt cho thấy các đồng vị này liên kết trên bề mặt hạt chiếm ưu thế hơn là phân bố đồng đều trong hạt.

• Đối với mẫu ET7:

Các thông số thống kê của bộ số liệu hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt của mẫu ET7 được đưa ra trong Bảng 3.32. Tất cả các đồng vị phóng xạ đều có mức thăng giáng hàm lượng vượt ra ngoài phạm vi sai số phân tích ở mức tin cậy 99,74% với tỷ lệ số mẫu (cấp hạt) khác nhau (11% số mẫu đối với 238U; 77,8% đối với 226Ra, 228Ra và 228Th; 44,4% số mẫu đối với 230Th và 55,6 % đối với 232Th).

Tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th không thay đổi, nằm trong phạm vi sai số phân tích ở mức tin cậy 99,74% đối với tất cả các cấp hạt. Khoảng tin cậy 99% của trung bình tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th đối với các cấp hạt mẫu ET7 tương ứng là 0,921 0,047 và 0,769 0,019. Tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th của mẫu trầm tích tổng tương ứng là 0,902 0,063 và 0,765 0,061. Như vậy tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của mẫu trầm tích tổng nằm trong khoảng tin cậy 99% của trung bình tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của các cấp hạt.

Bảng 3.32. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các cấp hạt và trong mẫu tổng của ET7 (Đơn vị hàm lượng phóng xạ của các đồng vị: Bq/kg)

Đồng vị (tỷ số)

Đại lượng thống kê

238U	226Ra	228Ra	228Th	230Th	232Th	226Ra/ 232Th	230Th/ 232Th
Trung bình, x	83,4	63,8	68,1	70,1	53,8	69,1	0,921	0,769
Sai số chuẩn của trung bình, SE	13,0	2,6	2,3	1,6	4,1	4,5	0,071	0,075
Độ lệch chuẩn, s	20,8	14,9	13,1	12,2	14,9	14,8	0,044	0,058
s/ n	6,9	5,0	4,4	4,1	5,0	4,9	0,015	0,019
Khoảng biến thiên	61,2	40,3	40,6	36,9	44,4	42,8	0,129	0,170
Cực tiểu	61,8	46,0	49,6	51,6	32,0	47,0	0,847	0,679
Cực đại	123,0	86,3	90,2	88,5	76,3	89,8	0,977	0,849
Số lượng mẫu n	9	9	9	9	9	9	9	9
Độ tin cậy (99%): tα/2.s/ n	22,5	16,1	14,2	13,3	16,2	16,0	0,047	0,019
Tỷ lệ số liệu nằm trong khoảng x 3SE (xác suất 99,74%), %	89	22,2	22,2	22,2	55,6	44,4	100	100
Mẫu tổng không phân hạt	75	66,5	69,9	72,5	56,4	73,7	0,902	0,765

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 194 trang tài liệu này.

Tương quan giữa các đồng vị:

Quan hệ giữa các cặp đồng vị 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th theo kích thước hạt được biểu diễn trên Hình 3.40 cùng với hệ số tương quan r. Đường thẳng đi qua các điểm thực nghiệm là đường hồi quy tuyến tính. 226Ra có tương quan mạch với 232Th theo cỡ hạt với hệ số tương quan r = 0,99; 230Th cũng có tương quan mạnh với 232Th theo cỡ hạt với hệ số tương quan r = 0,99. Các đồng vị 228Ra và 228Th gần như nằm trên đường cân bằng phóng xạ với hệ số tương quan r = 0,99.

ET7

100

Mẫu tổng

r = 0,99

Theo cấp hạt

0 20 40 60 80 100

Th-232, Bq/kg

ET7

100

Theo cấp hạt

r = 0,99

Mẫu tổng

0 20 40 60 80 100

Th-232, Bq/kg

ET7

100

Mẫu tổng

r = 0,99

Đường cân bằng

Theo cấp hạt

0 20 40 60 80 100

Ra-228, Bq/kg

Ra-226, Bq/kg

Th-230, Bq/kg

Th-228, Bq/kg

Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th của mẫu đất tổng trước khi phân hạt nằm trên đường thẳng hồi quy của các cặp đồng vị này theo cỡ hạt trong phạm vi sai số phân tích.

Hình 3.40. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th theo kích thước hạt

• Đối với mẫu MT1:

Các thông số thống kê của bộ số liệu hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt của mẫu MT1 được đưa ra trong Bảng 3.33. Sự thăng giáng mạnh hàm lượng ra ngoài phạm vi sai số phân tích (mức tin cậy 99,74%) xảy ra với hầu hết các đồng vị (100% số mẫu đối với 226Ra, và 228Ra và 232Th; 60% số mẫu đối với 228Th và 80 % số mẫu đối với 230Th).

Tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th không thay đổi, nằm trong phạm vi sai số phân tích ở mức tin cậy 99,74% đối với tất cả các cấp hạt. Khoảng tin cậy 99% của trung bình tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th đối với các cấp hạt mẫu MT1 tương ứng là 0,877 0,217 và 0,757 0,033. Tỷ số 226Ra/232Th và tỷ số 230Th/232Th của mẫu trầm tích tổng tương ứng là 0,853 0,062 và 0,755 0,065. Như vậy tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của mẫu trầm tích tổng nằm trong khoảng tin cậy 99% của trung bình tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của các cấp hạt.

Bảng 3.33. Thống kê về hàm lượng đồng vị phóng xạ trong các cấp hạt và trong mẫu tổng của MT1 (Đơn vị hàm lượng phóng xạ của các đồng vị: Bq/kg)

Đồng vị (tỷ số)

Đại lượng thống kê

238U	226Ra	228Ra	228Th	230Th	232Th	226Ra/ 232Th	230Th/ 232Th
Trung bình, x	29,6	28,4	32,9	35,8	25,3	33,3	0,877	0,757
Sai số chuẩn của trung bình, SE	9,7	1,2	1,7	1,3	1,8	2,1	0,064	0,065
Độ lệch chuẩn, s	9,9	11,8	13,0	18,4	12,3	16,2	0,106	0,069
s/ n	4,4	5,3	5,8	8,2	5,5	7,2	0,047	0,031
Khoảng biến thiên	26,2	23,7	30,3	42,1	30,0	38,9	0,242	0,186
Cực tiểu	16,0	17,8	20,3	20,8	12,3	18,5	0,723	0,665
Cực đại	42,2	41,5	50,7	62,9	42,3	57,4	0,965	0,851
Số lượng mẫu n	5	5	5	5	5	5	5	5
Độ tin cậy (99%): tα/2.s/ n	20,3	24,3	26,8	37,8	25,3	33,4	0,217	0,031
Tỷ lệ số liệu nằm trong khoảng x 3SE (xác suất 99,74%), %	100	0	0	40	20	0	100	100
Mẫu tổng không phân hạt	30,1	31,1	35,3	37,2	27,5	36,4	0,853	0,755

Tương quan giữa các đồng vị:

Quan hệ giữa các cặp đồng vị 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th theo kích thước hạt được biểu diễn trên Hình 3.41 cùng với hệ số tương quan r. Đường thẳng đi qua các điểm thực nghiệm là đường hồi quy tuyến tính. 226Ra tương quan với 232Th theo cỡ hạt với hệ số tương quan r = 0,99; 230Th tương quan với 232Th

theo cỡ hạt với hệ số tương quan r = 0,99. Các đồng vị 228Ra và 228Th gần như nằm trên đường cân bằng phóng xạ với hệ số tương quan r = 0,99.

MT1

Mẫu tổng

r = 0,95

Theo cấp hạt

0 20

40 60

Th-232, Bq/kg

MT1

Mẫu tổng

r = 0,99

Theo cấp hạt

0 10 20 30 40 50 60 70

Th-232, Bq/kg

MT1

Theo cấp hạt

r = 0,99

Đường cân bằng

Mẫu tổng

0 10 20 30 40 50 60 70

Ra-228, Bq/kg

Ra-226, Bq/kg

Th-230, Bq/kg

Th-228, Bq/kg

Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th của mẫu trầm tích tổng trước khi phân hạt nằm trên đường thẳng hồi quy của các cặp đồng vị này theo cỡ hạt trong phạm vi sai số phân tích.

Hình 3.41. Quan hệ 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th, 228Ra và 228Th theo kích thước hạt

3.3.3.3 Tóm tắt kết quả khảo sát

Sự phân bố hàm lượng các đồng vị phóng xạ theo cấp hạt được khảo sát đối với 2 mẫu đất bề mặt, một mẫu trầm tích hồ và một mẫu trầm tích cửa sông. Khảo sát này dẫn đến các nhận xét sau:

- Hàm lượng các đồng vị 238U, 226Ra, 228Ra, 228Th, 230Th và 232Th trong các cấp hạt khác biệt nhau khá lớn, vượt ra ngoài phạm vi sai số phân tích ở mức tin cậy 99,74%. Như vậy, quá trình phân tách cấp hạt trong tự nhiên có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ thăng giáng hàm lượng các đồng vị phóng xạ trong đất bề mặt và trong trầm tích.

- Về xu hướng chung, hàm lượng các đồng vị phóng xạ giảm dần theo sự tăng của kích thước hạt đối với cả đất bề mặt lẫn trầm tích. Tức là hàm lượng phóng xạ tỷ lệ với tổng diện tích bề mặt hạt. Điều này cho thấy các đồng vị phóng xạ liên kết trên bề mặt hạt chiếm ưu thế hơn so với phân bố đồng đều trong hạt đối với các loại đất và trầm tích nghiên cứu.

- Tỷ số 226Ra/232Th có biểu hiện thay đổi ít nhiều theo cấp hạt (trường hợp mẫu ES12), trong khi đó tỷ số 230Th/232Th hầu như không thay đổi theo cấp hạt. Tuy nhiên, trong tất cả các trường hợp, tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của mẫu tổng nằm trong khoảng tin cậy 99% của trung bình tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/232Th của các cấp hạt thành phần.

- Trong cả đất lẫn trầm tích, các cặp đồng vị 226Ra và 232Th, 230Th và 232Th tương quan với nhau theo cấp hạt với hệ số tương quan cao (r = 0,96 0,99). Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th của mẫu tổng nằm trên đường thẳng hồi quy của các cặp đồng vị này theo cấp hạt trong phạm vi sai số phân tích.

- Các nhận xét ở trên đưa đến hệ quả quan trọng là: việc khảo sát đặc trưng tỷ số 226Ra/232Th, 230Th/232Th hoặc quy luật tương quan giữa các cặp đồng vị này trong môi trường đất hoặc trầm tích trên đối tượng mẫu tổng hoặc mẫu cấp hạt thành phần đều cho kết quả tương đương. Tức là có thể dùng mẫu tổng để nghiên cứu nguồn gốc trầm tích trên một số nền địa chất.

Chương 4

CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH

Các kết quả khảo sát trong Chương 3 đã chứng tỏ rằng: (i) 137Cs hầu như không có mặt trong lớp đất sâu hơn 30 cm đối với đa số các loại đất; đồng thời hàm lượng phóng xạ 137Cs trong lớp đất bề mặt thay đổi đáng kể theo hình thức sử dụng đất và 137Cs trong trầm tích có độ lớn tương đương với độ lớn của nó trong đất xuất xứ của trầm tích; (ii) Tỷ số 230Th/232Th hầu như không thay đổi theo vị trí độ sâu và không gian trong mỗi loại đất phát sinh từ nền đá gốc tương ứng, đồng thời tỷ số 230Th/232Th trong trầm tích và trong đất gốc của nó là như nhau; (iii) Tuỳ theo loại đất và điều kiện địa hoá mà tỷ số 226Ra/232Th có thể thay đổi hoặc không thay đổi theo vị trí độ sâu và không gian đối với một loại đất. Do đó, tỷ số 226Ra/232Th trong trầm tích và trong đất gốc của nó có thể khác nhau; (iv) Mặc dù tỷ số 226Ra/232Th thay đổi, trong một số trường hợp 226Ra có tương quan mạnh với 232Th và hàm tương quan giữa chúng là đặc trưng cho từng vùng đất.

Chương 4 sẽ trình bày một số trường hợp điển hình về việc ứng dụng các đặc trưng phóng xạ môi trường của trầm tích đã được phát hiện trong Chương 3, như hàm lượng 137Cs, tỷ số 230Th/232Th, tỷ số 226Ra/232Th hoặc là sự tương quan giữa 226Ra và 232Th để nghiên cứu nguồn gốc trầm tích. Các chỉ thị này sẽ được ứng dụng trên hai lưu vực có quy mô diện tích khác nhau, từ đó rút ra nhận định về phạm vi ứng dụng của các chỉ thị phóng xạ này.

4.1 Nghiên cứu nguồn gốc trầm tích từ lưu vực hồ Xuân Hương

4.1.1 Vị trí nghiên cứu và thu góp mẫu

Hồ Xuân Hương nằm tại trung tâm thành phố Đà Lạt với tổng diện tích lưu vực là 26,5 km2. Nghiên cứu này được tiến hành trên vùng lưu vực rộng khoảng 9,5 km2 và được chia thành 2 tiểu lưu vực là X-1 và X-2. Tại lối ra của vùng lưu vực này người ta đào một hồ lắng để giữ trầm tích, hạn chế bồi lắng tại hồ chính (Hình 4.1).

Đa số diện tích trong vùng khảo sát được sử dụng để canh tác các loại rau và hoa từ rất lâu, chỉ còn lại một ít diện tích rừng thông. Địa hình nguyên thuỷ của vùng này là đồi thấp xen các thung lũng hẹp. Trong quá trình canh tác trên các thung lũng, người dân đã đào hạ độ dốc các sườn đồi để mở rộng đất canh tác. Vì thế lớp đất bề mặt nguyên thuỷ của các sườn đồi đã bị bóc bỏ và hiện tại lớp đất nằm sâu phía dưới (khoảng 1 3m) đang được sử dụng để canh tác.

S10

X-1

S12

S11

S21

S20 X-2

S19

S17

S18

S16 S15

S14

S13

Diem lay mau

M22 M24

M23

57.73

57.68

57.63

57.58

Vi do Bac

57.53

57.48

57.43

57.38

57.33

11-57.28

108-26.75 26.80 26.85 26.90 26.95 27.00 27.05 27.10 27.15

Kinh do Dong

Hình 4.1 Sơ đồ lấy mẫu trầm tích trên lưu vực hồ Xuân Hương

Các mẫu trầm tích bề mặt (10 cm trên cùng) được lấy tại các đường thoát nước của lưu vực. Trong vùng tiểu lưu vực X-1 có 12 mẫu được lấy (ký hiệu XH1 XH12) và vùng tiểu lưu vực X-2 có 9 mẫu được lấy (ký hiệu XH13 XH21). Ngoài ra, có có 3 mẫu trầm tích bề mặt được lấy tại hồ lắng (ký hiệu XH22 XH24). Vị trí lấy mẫu trong vùng nghiên cứu được thể hiện trên Hình 4.1.

4.1.2 Xử lý mẫu và phân tích

)

Tại phòng thí nghiệm, các mẫu trầm tích được sấy khô, nghiền mịn và gia công

theo hình giếng (dạng 3

để phân tích các đồng vị 137Cs, 238U, 226Ra, 228Ra và 228Th

bằng phương pháp thu nhận phổ gamma. Các mẫu trầm tích cũng được xử lý hoá học để phân tích 230Th và 232Th bằng phương pháp phổ anpha.

4.1.3 Kết quả và thảo luận

Số liệu phân tích 24 mẫu trầm tích trong vùng nghiên cứu thuộc lưu vực hồ Xuân Hương được đưa ra trong Phụ lục G, trong đó đồng vị 230Th và 232Th được phân tích bằng phương pháp thu phổ anpha, các đồng vị còn lại được phân tích trên phổ kế gamma.

4.1.3.1 Sự cân bằng phóng xạ

Hoạt độ phóng xạ của đồng vị mẹ và đồng vị con tương ứng đối với tất cả các mẫu trầm tích được biểu diễn trên Hình 4.2. Sự mất cân bằng phóng xạ giữa các đồng vị con 226Ra, 228Ra, 228Th với các đồng vị mẹ tương ứng 230Th, 232Th, 228Ra khá rõ, trong đó thể hiện sự vượt trội của các đồng vị radi so với các đồng vị thori. Kết quả này tương tự với kết quả thu được trong các nghiên cứu [53,70,93]. Sự vượt trội của các đồng vị radi so với các đồng vị thori được giải thích là do độ linh động vượt trội của radi và nó bị hấp phụ bởi đất và trầm tích trong quá trình thấm lọc; sự liên kết của radi với các hạt đất và trầm tích liên quan chủ yếu tới các oxýt thứ sinh như

Th-230, Bq/kg

Th-232, Bq/kg

Th-228, Bq/kg

Fe2O3 và Mn3O4 [62,72].

150

100

50 100 150

Ra-226, Bq/kg

200

150

100

Ra-228, Bq/kg

200

150

100

Ra-228, Bq/kg

200

Hình 4.2 Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị mẹ và các đồng vị con tương ứng đối với tất cả 24 mẫu trầm tích trong vùng lưu vực hồ Xuân Hương

4.1.3.2 Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th

Hàm lượng các đồng vị 226Ra, 230Th, 232Th, tỷ số 226Ra/232Th và 230Th/ 232Th đối với các mẫu trầm tích được đưa ra trong Bảng 4.1.

Tương quan giữa các đồng vị:

Quan hệ giữa 226Ra và 232Th, giữa 230Th và 232Th đối với tiểu lưu vực X-1 và tiểu lưu vực X-2 được biểu diễn trên Hình 4.3 cùng với hệ số tương quan r. Đường thẳng đi qua các điểm thực nghiệm là đường hồi quy tuyến tính. Kết quả nhận được cho thấy 226Ra tương quan với 232Th theo vị trí mẫu với hệ số tương quan cao ở cả hai vùng lưu vực (r = 0,99 đối với vùng X-1 và r = 0,93 đối với vùng X-2). Đồng vị 230Th cũng tương quan với 232Th theo vị trí mẫu với hệ số tương quan cao (r = 0,997 đối với vùng X-1 và r = 0,96 đối với vùng X-2).