Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và mô hình đánh giá liều chiếu xạ tại một số khu vực mỏ đất hiếm và mỏ sa khoáng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Giá trị trọng số bức xạ (WR) của một số loại bức xạ ion hóa có năng lượng khác nhau 9

Bảng 1.2. Giá trị trọng số mô WT được ICRP khuyến cáo 10

Bảng 1.3. Các nhân phóng xạ tự nhiên nguyên thủy không thuộc chuỗi phóng xạ trong vỏ Trái Đất 14

Bảng 1.4. Các nhân phóng xạ tự nhiên phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất 15

Bảng 1.5. Nồng độ hoạt độ trung bình của 40K, 226Ra và 232Th trong đất tại một số nước trên thế giới. 19

Bảng 1.6. Kích thước các thân quặng đất hiếm trong mỏ Mường Hum 27

Bảng 1.7. Thành phần hoá học quặng đất hiếm trong mỏ Mường Hum 29

Bảng 1.8. Bảng thống kê hàm lượng các nguyên tố đất hiếm trong mỏ Mường Hum. 29

Bảng 2.1. Hệ số làm yếu cường độ gamma của nguồn thể tích 39

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 162 trang tài liệu này.

Bảng 2.2. Một số thông số đặc trưng của hệ phổ kế gamma sử dụng trong nghiên cứu dùng detector HPGe của hãng Canberra (Mỹ). 45

Bảng 2.3. Các đặc trưng của nguồn chuẩn phóng xạ sử dụng trong xác định nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ trong các mẫu môi trường 46

Bảng 2.4. Hiệu suất ghi tuyệt đối của detector tại các đỉnh đặc trưng 50

Bảng 2.5. Ngưỡng phát hiện của hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe. 52

Bảng 2.6. Kết quả xác định nồng độ hoạt độ của mẫu chuẩn IAEA 375 52

Bảng 2.7. Giá trị gi và fi của một số nhân phóng xạ tự nhiên 54

Bảng 2.8. Mức tiêu thụ lương thực-thực phẩm trung bình năm của dân chúng khu vực miền núi miền Trung và miền Bắc Việt Nam 55

Bảng 3.1. Kết quả tính liều bức xạ gia tăng do hoạt động khoáng sản mỏ Mường Hum 86

Bảng 3.2. Bảng tổng hợp hàm lượng các nhân phóng xạ trong nước. 96

Bảng 3.3. Kết quả phân tích tổng hoạt độ alpha, beta. 96

Bảng 3.4. Bảng tổng hợp thành phần suất liều bức xạ gamma. 97

Bảng 3.5. Nồng độ khí phóng xạ radon khu vực Bản Gié. 97

Bảng 3.6. Tổng liều hiệu dụng năm tính trong nhà dân 98

Bảng 3.7. Kết quả tính toán các chỉ số nguy cơ phóng xạ 98

Bảng 3.8. Kết quả tính liều bức xạ gia tăng do hoạt động khoáng sản mỏ Bản Gié 101

Bảng 3.9. Mối tương quan giữa nồng độ hoạt độ phóng xạ, mức liều chiếu xạ với tình hình sức khỏe, đặc điểm bệnh tật của dân chúng tại các khu vực mỏ

....................................................................................................................... 109

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Quy luật suy giảm số hạt nhân phóng xạ theo thời gian 7

Hình 1.2. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên 13

Hình 1.3. Các nguồn và mức liều bức xạ trung bình hàng năm cho con người. Tổng mức liều là từ 2,4 đến 2,9 mSv/năm 16

Hình 1.4. Dự báo nhu cầu thị trường đất hiếm thế giới năm 2015 theo IMCOA

. ........................................................................................................................ 23

Hình 1.5. Sơ đồ phân đới có triển vọng khoáng sản phóng xạ ở Việt Nam (phần đất liền) 25

Hình 1.6. Sơ đồ địa chất khu vực mỏ đất hiếm Mường Hum. 28

Hình 1.7. Sơ đồ địa chất khoáng sản mỏ monazite Bản Gié 31

Hình 2.1. Mô hình phân bố nồng độ khí phóng xạ trong lớp quặng. 34

Hình 2.2. Phân bố nồng độ Rn trên các thân quặng hình dạng khác nhau 36

Hình 2.3. Trường bức xạ gamma của nguồn kích thước hữu hạn. 38

Hình 2.4. Sơ đồ vị trí lấy mẫu môi trường tại mỏ đất hiếm Mường Hum. 40

Hình 2.5. Sơ đồ vị trí lấy mẫu môi trường tại mỏ monazite Bản Gié 41

Hình 2.6. Sơ đồ vị trí lấy mẫu đất. 42

Hình 2.7. Cặp hộp đựng phim-detector vết hạt nhân CR39 42

Hình 2.8. Một số mẫu đất đá được nhốt chờ đo phổ 44

Hình 2.9. Hệ phổ kế gamma dùng detector HPGe, hãng CANBERRA 45

Hình 2.10. Hộp mẫu chuẩn thứ cấp RGU-1, RGTh-1, RGK-1, TN1 và TNK1.

......................................................................................................................... 47

Hình 2.11. Dạng phổ của mẫu chuẩn RGU-1 đo trên hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe. 50

Hình 2.12. Đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phẩn của hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe. 51

Hình 2.13. Sơ đồ phân chia ô khảo sát suất liều gamma chiếu ngoài và nồng độ radon trong không khí trên khu tụ khoáng đất hiếm Mường Hum. 59

Hình 3.1. Sơ đồ kết hợp các mô hình để đánh giá hiện trạng phóng xạ môi trường do tác giả phát triển 73

Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc mô hình địa môi trường 75

Hình 3.3. Sự thay đổi suất liều gamma theo tuyến. 77

Hình 3.4. Sự thay đổi nồng độ khí phóng xạ radon theo tuyến. 78

Hình 3.5. Đồ thị suy giảm suất liều bức xạ gamma trên thân quặng chứa NORM.

......................................................................................................................... 79

Hình 3.6. Biểu đồ tần suất suất liều gamma ô 33 trước (a) và sau (b) thăm dò

......................................................................................................................... 85

Hình 3.7. Biểu đồ tần suất suất liều gamma khu mỏ trước (a) và sau (b) thăm dò 85

Hình 3.8. Biểu đồ tần suất nồng độ khí radon khu mỏ trước (a) và sau (b) thăm dò 86

Hình 3.9. Bản đồ phân vùng phóng xạ môi trường mỏ đất hiếm Mường Hum

......................................................................................................................... 88

Hình 3.10. Mặt cắt địa chất và mức thay đổi suất liều gamma trên khu vực tụ khoáng monazite Bản Gié sau khi mở mỏ so với thời điểm trước khi mở mỏ.

......................................................................................................................... 89

Hình 3.11. Đường cong phân bố của nồng độ hoạt độ 226Ra, 238U, 232Th(228Ra) và 40K trong khu vực nghiên cứu 92

Hình 3.12. Tương quan giữa các hạt nhân phóng xạ khác nhau trong khu vực nghiên cứu. 93

Hình 3.13. Sự biến đổi của nồng độ hoạt độ 226Ra trong thân quặng (a) và ngoài thân quặng (b) 95

Hình 3.14. Sự biến đổi nồng độ hoạt độ 238U trong thân quặng (a) và ngoài thân quặng (b) 95

Hình 3.15. Sự biến đổi nồng độ hoạt độ 232Th trong thân quặng (a) và ngoài thân quặng (b) 95

Hình 3.16. Sự biến đổi nồng độ hoạt độ 40K trong thân quặng (a) và ngoài thân quặng (b). 96

Hình 3.17. Tương quan giữa Raeq và nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ tự nhiên trong thân quặng 99

Hình 3.18. Tương quan giữa Raeq và nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ tự nhiên ngoài thân quặng. 100

Hình 3.19. Bản đồ phân vùng ảnh hưởng môi trường khu vực Bản Gié 102

Hình 3.20. Tỉ lệ mắc các bệnh theo độ tuổi của dân chúng sống trong khu mỏ

....................................................................................................................... 106

Hình 3.21. Tỉ lệ mắc các bệnh của dân chúng sống lân cận khu mỏ 107

Hình 3.22. Cấu trúc giao diện của chương trình quản lý cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường (PXMT) 112

Hình 3.23. Giao diện cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường 113

MỞ ĐẦU

Trong môi trường sống, con người luôn phải chịu tác động của bức xạ ion hóa gây bởi các nhân phóng xạ tự nhiên và nhân tạo với mức liều hiệu dụng trung bình khoảng 2,96 mSv/năm; trong đó khoảng 82% là do các nhân phóng xạ tự nhiên [114-116]. Các nhân phóng xạ tự nhiên có trong lớp vỏ Trái Đất kể từ khi Trái Đất hình thành được gọi là các nhân phóng xạ nguyên thủy. Các nhân phóng xạ nguyên thủy, đặc biệt là 238U, 232Th và 40K có trong lớp đất bề mặt đóng góp chủ yếu vào liều bức xạ gamma tự nhiên gây ra trên mặt đất [115]. Bên cạnh đó, sản phẩm phân rã của chuỗi 238U và 232Th là các đồng vị của radon (222Rn, 220Rn), là khí trơ phóng xạ dễ phát tán vào không khí, gây liều chiếu trong qua đường hô hấp. Liều gây bởi radon được đánh giá là chiếm khoảng 59% tổng mức liều hiệu dụng từ phông phóng xạ tự nhiên [115, 116]. Các nhân phóng xạ trong đất có khả năng vận chuyển và tích lũy trong cơ thể con người qua chuỗi thức ăn, uống nước và cũng sẽ gây chiếu trong qua đường tiêu hóa [63, 73]. Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa gây bởi cả hai con đường là chiếu ngoài và chiếu trong đến cơ thể sống đã được minh chứng [68]. Do đó, việc đánh giá nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ tự nhiên trong môi trường làm cơ sở đánh giá các nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng do bức xạ ion hóa tự nhiên đã được quan tâm đặc biệt trong vật lý sức khỏe, đặc biệt là xung quanh khu vực có dị thường phóng xạ như các mỏ khoáng sản phóng xạ hoặc chứa nhân phóng xạ tự nhiên và được gọi là những chất phóng xạ có mặt trong tự nhiên: Naturally Occuring Radioactive Materials (NORM) [55, 118].

Trong môi trường có bức xạ từ NORM, cơ thể sống phải chịu những rủi ro sức khỏe với xác suất tỷ lệ thuận với mức liều bức xạ. Nhóm hiệu ứng sinh học này được gọi là các hiệu ứng ngẫu nhiên, không có ngưỡng (Stochastic effects) [63, 68]. Gọi là hiệu ứng ngẫu nhiên vì trong cơ thể sống có enzyme mang chức năng khắc phục những sai hỏng trong cấu trúc ADN và gene do tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của bức xạ ion hóa [68]. Trong số các hiệu ứng ngẫu nhiên thì ung thư và di truyền là hai hiệu ứng cần được quan tâm vì có ảnh hưởng đến sức sản xuất hiện tại và tương lai của xã hội.

Nước ta đang trên đà phát triển kinh tế xã hội mạnh mẽ nên cần nhiều tài nguyên, khoáng sản phục vụ quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Cùng với quá trình phát triển đã nảy sinh nhiều vấn đề về môi trường, trong đó có phóng

xạ môi trường do hoạt động điều tra, thăm dò và khai thác khoáng sản chứa NORM.

Sau hơn 60 năm điều tra tìm kiếm, đánh giá và thăm dò, cho đến nay trên lãnh thổ Việt Nam đã phát hiện được nhiều mỏ, điểm khoáng sản, trong đó có một lượng không nhỏ là mỏ, điểm mỏ khoáng sản phóng xạ hoặc các mỏ, điểm mỏ khoáng sản có chứa NORM như đất hiếm, monazite, ilmenite, titan, zircon... Để đánh giá mức ô nhiễm, khả năng phát tán các nhân phóng xạ tự nhiên vào môi trường và ảnh hưởng của chúng đến hệ sinh thái, trước hết phải tìm hiểu về môi trường khoáng sản phóng xạ tự nhiên, đặc điểm phân bố và mức độ ảnh hưởng của chúng đến môi trường ở từng khu vực, từng diện tích cụ thể; phải khoanh định các diện tích phân bố khoáng sản phóng xạ, các diện tích ô nhiễm và đánh giá tác động của chúng đến môi trường. Đặc biệt là đối với các khu vực có dân cư sinh sống để cảnh báo môi sinh, môi trường.

Ngày nay các sản phẩm đất hiếm, sa khoáng titan, ilmenite, monazite… đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất hàng điện tử phục vụ tiêu dùng và quốc phòng, do vậy nhu cầu về đất hiếm, titan trên thị trường thế giới ngày càng tăng. Các mỏ đất hiếm của Việt Nam có chứa NORM, đặc biệt là thori với hàm lượng có điểm đến vài phần trăm như Đông Pao, Nậm Xe, Mường Hum, Yên Phú… với trữ lượng lớn đất hiếm lên đến hàng triệu tấn đã và đang được tiến hành thăm dò, khai thác và chế biến [26-28, 46]. Ở miền Trung nước ta đã xác định được hàng chục mỏ sa khoáng titan, zircon, ilmenite, monazite... (chứa NORM) đạt giá trị công nghiệp với tổng trữ lượng tới hàng chục triệu tấn đã và đang được khai thác với quy mô lớn. Thành phần các khoáng vật hữu ích trong sa khoáng titan gồm ilmenite chiếm 92 ÷ 97%; các khoáng vật phụ như rutin, zircon, monazite chiếm tỉ lệ 0,5 ÷ 1% [6, 26].

Trong quá trình thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản chứa NORM phải tiến hành đào bới, vận chuyển, lưu giữ, chế biến quặng với hàm lượng các nhân phóng xạ trong quặng lớn hơn hàng chục, hàng trăm lần so với tiêu chuẩn an toàn bức xạ cho phép [29]. Hơn nữa, khi thăm dò, khai thác quặng, đất phủ bị đào bới, bóc tách, quặng được thu gom, nghiền tuyển, làm giàu… Đây là các hoạt động làm cho các nhân phóng xạ phát tán ra môi trường xung quanh, đặc biệt là phát tán trong môi trường nước, không khí. Bụi chứa các nhân phóng xạ có thể theo gió phát tán tới các khu vực đô thị, làng xã và các khu vực sản xuất

nằm cách xa khu mỏ. Như vậy, tác động của con người trong các hoạt động liên quan đến khoáng sản chứa NORM có khả năng làm tăng tổng liều hiệu dụng hàng năm tại khu mỏ và các vùng xung quanh lên nhiều lần so với nền phông trước khi có hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản.

Thực tế cho thấy cơ sở dữ liệu điều tra phóng xạ môi trường tại các khu vực có mỏ khoáng sản chứa NORM ở nước ta hiện nay còn chưa đầy đủ về các thông số, độ tin cậy cũng còn hạn chế, dẫn đến trở ngại cho công tác đánh giá tác động môi trường và đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm việc tại các khu mỏ và công chúng vùng lân cận các khu vực khai thác và chế biến khoáng sản chứa NORM. Do vậy, nhiệm vụ đặt ra là phải chuẩn hóa số liệu điều tra phóng xạ môi trường giúp việc quản lý hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản chứa NORM có cơ sở khoa học và hiệu quả. Muốn chuẩn hóa số liệu thì trước hết cần áp dụng các phương pháp, cách tiếp cận và hệ thiết bị phân tích mẫu hiện đại có độ tin cậy cao. Trong đó cần đặc biệt chú ý đến phương pháp và hệ thiết bị hiện đại phân tích hàm lượng các nhân phóng xạ trong đất, trong quặng, trong không khí, trong lương thực-thực phẩm và nước sinh hoạt để xác định được các mức liều chiếu ngoài, chiếu trong đối với nhân viên bức xạ và công chúng làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu tác động của bức xạ đối với công nhân và công chúng trong hoạt động thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản chứa NORM.

Luận án với đề tài “Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu và mô hình đánh giá liều chiếu xạ tại một số khu vực mỏ đất hiếm và mỏ sa khoáng” tập trung vào các mục tiêu sau.

1) Nghiên cứu cơ chế phát tán phóng xạ ra môi trường và xây dựng quy trình đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ đến môi trường trong hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản chứa NORM.

2) Nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu quan trắc phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản chứa NORM.

3) Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ tự nhiên tại một số khu vực có dị thường phóng xạ đến môi trường, sức khỏe cộng đồng dân cư địa phương trong quá trình hoạt động thăm dò, khai thác và chế biến khoáng sản đất hiếm và sa khoáng (chứa NORM).