Phân Bố Nồng Độ Rn Trên Các Thân Quặng Hình Dạng Khác Nhau (1: Lớp Quặng Vô

Các tính toán lý thuyết chỉ ra rằng sự lan truyền của radon từ nguồn lên mặt đất và độ sâu của phương pháp đo khí phóng xạ phụ thuộc vào các tham số D* và .

Các kết quả tính toán phân bố nồng độ radon trên các thân quặng có hình dạng khác nhau (Hình 2.2) chỉ rõ, sự giảm giá trị nồng độ khi đi xa khỏi nguồn chủ yếu phụ thuộc vào hệ số khuếch tán D* mà ít phụ thuộc vào dạng thân quặng, nếu như bề dày lớp phủ không vượt quá đường kính thân quặng [15].

Hình 2.2. Phân bố nồng độ Rn trên các thân quặng hình dạng khác nhau (1: Lớp quặng vô hạn; 2: Thân quặng có dạng trụ nằm ngang; 3: Thân quặng

có dạng quả cầu).

Do có chu kỳ bán rã ngắn (T1/2 = 54,5 giây), độ sâu của phương pháp khí phóng xạ đối với thoron chỉ khoảng 2-4 cm. Có nghĩa là độ sâu của phương pháp thoron tương ứng với độ sâu lấy mẫu khí [15].

c. Nồng độ khí phóng xạ trong môi trường không khí

Từ mô hình các lớp quặng và đất phủ như ở Hình 2.1, có thể tính được nồng độ khí phóng xạ trong không khí trên mặt đất Nkh(0) và ở độ cao H cách mặt đất Nkh(H).

Nkh (0) N



Nkh (H ) Nkh (0)e

(2.8)

H

A , (2.9)

trong đó: A là hệ số khuấy động khí tại mặt đất có giá trị 103 cm2/s còn khi H = 30-50 m thì A=104-105 cm2/s.

2.1.2. Cơ chế phát tán bức xạ gamma đến môi trường từ thân quặng chứa NORM

Trong quá trình thăm dò, khai thác, chế biến khoáng sản chứa NORM, phải thực hiện các công việc khoan, khai đào, làm đường… Tất cả các quá trình đó đều gây ra sự đảo lộn các tầng đất đá bề mặt, làm gia tăng sự phát lộ thân quặng, làm cho bức xạ gamma từ thân quặng dễ dàng phát tán vào môi trường. Đối với trường bức xạ gamma có 2 cơ chế phát tán chính gồm:

- Bức xạ gamma có khả năng đâm xuyên lớn, vì vậy ở mỗi công trình, mỗi khu vực đào hào, vỉa trở thành một nguồn phóng xạ lộ trên bề mặt, trường bức xạ gamma dễ dàng xuyên trong môi trường không khí tác động xa nguồn phát sinh ra nó.

- Quá trình đào hào, vỉa, khoan, sẽ đưa lên trên bề mặt một lượng lớn các đất đá có chứa quặng phóng xạ, các khoáng chứa phóng xạ này một mặt hòa tan theo các dòng nước, một mặt di chuyển cơ học theo các điều kiện địa hình đi xa vị trí ban đầu, gây ô nhiễm rộng ở nhiều nơi.

Để thấy được mức độ phân bố của bức xạ gamma trong môi trường cũng như khả năng ảnh hưởng của bức xạ gamma đến từng vị trí khác nhau trong môi trường không khí, việc đây tính toán lý thuyết bức xạ gamma trên mô hình khối quặng có chứa hàm lượng urani trung bình là 0,01% U3O8 [51, 93, 94, 111]. Thân quặng phóng xạ trong trường hợp này được xem như thân quặng nằm ngang, kích thước hữu hạn. Cường độ bức xạ gamma gây ra trên thân quặng tại từng vị trí so với ranh giới thân quặng được tính toán như sau:

Nguồn phát bức xạ gamma ở đây được coi là nguồn có dạng hình đĩa hữu hạn với bán kính r lộ ngay trên mặt đất, l là chiều dày của đĩa và µ là hệ số suy giảm bức xạ gamma trong môi trường. Môi trường xác định cường độ bức xạ gamma là môi trường không khí (Hình 2.3).

Hình 2.3. Trường bức xạ gamma của nguồn kích thước hữu hạn. Cường độ bức xạ gamma do nguồn lộ ra trên mặt đất kích thước hữu hạn,

bán kính r được tính như sau: Xét cường độ bức xạ gamma của yếu tố nguồn,

khối lượng dm có thể tích dV nằm trong đĩa phóng xạ. Cường độ nguồn yếu tố dI được tính như sau [15]:

dI K dm e(r r )r

KQe(r r )r .sin.d.dr.d

(2.10)

1 k k k

r 2

1 k k k

Tính tích phân theo thể tích đĩa hữu hạn:

Đặt: rk = Hsec

r2 = (H+1)sec.

2r2 0 r

2KQ0 0

(2.11)

IKQe1(r r k)

k k .sin.d.dr.d

ekH sec.sind. e[ ll kH ] secsind

0 rk 0

1 0 0

0

ex sec.sin.d

được biểu diễn qua hàm Kin(x).

Giá trị hàm Kin cho sẵn [15].

0

0 0

ex sec.sin.d(x)  cos(xsec) . (2.12)

Trong đó:

(x) 

/ 2



ex sec.sin.d



ex xeu .u 1.du

(u=x.sec). (2.13)

Kết quả tính được:

I 2KQ{(

1

H) - cos

0 .(k

H.sec

0 ) - (1l k

H)  cos

0 [(1l k

H)sec

l]}(2.14)

Trong đó:

Cos0 

R 2 H 2

Ta hãy xét các trường hợp riêng của công thức (2.14) nêu trên:

2.1.2.1. Không gian bức xạ bán vô hạn, phép đo cường độ thực hiện tại sát mặt đất

Khi đó ta có:

l ; R; 0 /2; H0

0 /2; R; l; H0 Khi đó cos0 0;  (kH)  l;

(1+kH)  0

Ta có:

I (0) 2KQ



1

(2.15)

Đây là công thức chung để tính suất liều bức xạ gamma ngay trên bề mặt thân quặng kéo dài vô hạn, chiều dày đủ để bão hòa tia gamma.

2.1.2.2. Khi phép đo cường độ được thực hiện ở vị trí H



I (H ) 2KQ(

1

H ) I 

(0).(k

H ) . (2.16)

Đây là công thức để tính suất liều gamma trong môi trường không khí. Trong các công thức nêu trên với các ký hiệu như sau :

I - Suất liều bức xạ gamma (hay còn gọi là cường độ gamma, R/h);

K - Hằng số bức xạ gamma; KRa= 9,1.109; KU = 3,15.103; KTh = 1,35.103 (đơn vị của K là R/h.cm2/g);

Q - Hàm lượng của đồng vị phóng xạ tính là g/g đá;

 - Mật độ nguồn, g/cm3;

 - Hệ số làm yếu của bức xạ gamma, cm-1. Hệ số làm yếu  phụ thuộc vào môi trường. Bảng 2.1 nêu hệ số làm yếu cường độ bức xạ gamma của nguồn thể tích theo tài liệu thực nghiệm [63, 65].

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

Loại quặng

Kiểu đo	Detector ghi cường độ gamma (Ig)	Ngưỡng năng lượng (MeV)	m = /, cm2/g
Kiểu đo	Detector ghi cường độ gamma (Ig)	Ngưỡng năng lượng (MeV)	Đất đá	Nước	Không khí
Quặng urani	Tích phân	CU-19 NaI(Tl)	- 0,035	0,037 0,028	-	- 0,025
Quặng urani	Vi phân	NaI (Tl)	1,05-1,35 1,35-1,55 1,65-1,85 2,05-2,65	0,034 0,034 0,034 0,035	- 0,036 0,037 0,038	- 0,032 0,033 0,034
Quặng thori	Tích phân	CU-19 NaI(Tl)	- 0,035	0,034 0,021	- 0,024	- 0,022

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 162 trang tài liệu này.

Kiểu đo

Detector ghi cường độ gamma (Ig)

Ngưỡng năng lượng (MeV)

m = /, cm2/g

Đất đá

Nước

Không khí

Vi phân

NaI(Tl)

1,05-1,35

1,35-1,55

1,65-1,85

2,05-2,65

2,4-2,8

0,032

0,033

0,035

0,037

- 0,032

0,034

0,035

0,037

- 0,029

0,030

0,031

0,033

Loại quặng

2.1.3. Lấy mẫu và đo suất liều tại hiện trường

Các mẫu đất, lương thực là gạo, ngô, sắn, rau và mẫu nước uống được lấy ngay tại khu vực xung quanh tụ điểm khoáng sản. Hình 2.4 và 2.5 trình bày vị trí lấy mẫu tại hai tụ điểm khoáng sản đất hiếm Mường Hum và sa khoáng monazite Bản Gié.

(Hình ảnh khảo sát thực địa được trình bày trong Phụ lục 3).

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

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

Quy trình lấy mẫu được thực hiện theo hướng dẫn của IAEA [64]. Mẫu đất, đá, quặng ở mỗi điểm lấy mẫu được lấy ở 5 vị trí trên hình vuông cạnh 60 cm (4 đỉnh và tại giao điểm 2 đường chéo) (Hình 2.6). Mẫu được lấy ở độ sâu đến 30 cm. Mẫu được sấy khô, nghiền nhỏ, trộn và dàn đều theo hình vuông, bề dày 1÷2 cm. Chia mẫu thành 4 phần bằng 2 đường chéo, lấy 2 phần đối diện để rút gọn mẫu. Phần đất thu được lại tiến hành thực hiện theo quy tắc trộn đều và chia 4 phần như trên, cho đến khi mẫu còn lại cỡ từ 1÷2 kg. Phần mẫu còn lại được đóng gói vào túi polyethylene tỷ trọng cao (HDPE), được ghi đầy đủ vị trí tọa độ và thời gian lấy mẫu.

Hình 2.6. Sơ đồ vị trí lấy mẫu đất.

Các mẫu sau đóng gói được đưa về Phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân để tiến hành xử lý và tạo tiêu bản phù hợp với việc đo phổ gamma.

2.1.4. Phương pháp detector vết hạt nhân đo nồng độ radon và thoron

Nồng độ hoạt độ radon (222Rn) và thoron (220Rn) trong không khí được xác định bằng phương pháp detector vết hạt nhân. Loại detector sử dụng là phim CR39 đặt trong hộp có cấu trúc đặc biệt của hãng Radosy [105] để có thể đồng thời ghi nhận được radon và thoron trong không khí [41, 58]. Hình 2.7 là cặp hộp đựng phim-detector CR39 đo radon trong không khí của hãng Radosy (Hungary) sử dụng trong nghiên cứu của tác giả [36, 41, 54, 58, 69, 105].

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

Thiết bị đo vết RADUET gồm hai buồng đo và phim CR39 được gắn dưới đáy hai buồng. Cấu trúc của hộp đựng phim cho phép cả hai loại khí 222Rn và 220Rn từ không khí vào được buồng đo thức nhất, nhưng 220Rn không có khả năng đi vào buồng đo thứ hai vì chu kỳ bán rã của nhân này rất ngắn (54 s).

Như vậy phim CR39 ở buồng đo thứ nhất ghi nhận được tổng hoạt độ 222Rn và 220Rn, nhưng phim CR39 ở buồng đo thứ hai chỉ ghi nhận được hoạt độ của 222Rn.

Detector được treo trong nhà ở của các hộ dân xung quanh tụ khoáng trong thời gian không ngắn hơn 3 tháng. Sau khoảng thời gian treo tại hiện trường, detector được thu gom và mang về phòng thí nghiệm để xử lý và xác định nồng độ hoạt độ của Rn trên khu vực nghiên cứu (Nguyễn Văn Dũng vcs., 2021) [41, 58, 105].

2.1.5. Xử lý mẫu và đo nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong phòng thí nghiệm

Tại phòng thí nghiệm, mẫu đất được phơi khô ở nhiệt độ phòng, sau đó được sấy ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng không đổi. Mẫu được sàng qua rây kích thước lỗ 2 mm để loại bỏ các hạt sỏi, sạn và các tàn dư lá và rễ cây.

Để đảm bảo hình học đo của các mẫu và mẫu chuẩn giống nhau, các mẫu được đựng trong các hộp nhựa HDPE hình trụ với chiều cao 30 mm và đường kính trong 75 mm. Để đảm bảo bề dày khối mẫu phân tích và mẫu chuẩn như nhau, khối lượng mẫu chuẩn và mẫu phân tích được chọn là 180 gam. Với các loại đất nhẹ, cần phải nén để mẫu phân tích đạt 180 gam. Tuy nhiên với hộp đựng mẫu đã chọn, đối với các mẫu pha cát, hoặc lẫn nhiều cát mật độ riêng lớn không cần nén khối lượng mẫu đã có thể lên tới 220 gam. Để tiện cho việc hiệu chỉnh sự sai lệch do hiệu ứng tự hấp thụ trong mẫu phân tích và mẫu chuẩn, tiến hành nén mẫu để khối lượng mẫu đạt từ 195 gam đến 220 gam tùy theo từng loại mẫu đất. Sau khi cân mẫu tiến hành nhốt mẫu bằng cách hàn kín nắp với thân hộp đựng mẫu bằng nhựa epoxy. Mỗi hộp đựng mẫu được ghi đầy đủ tên mẫu, khối lượng mẫu và ngày nhốt mẫu.