Ngưỡng Phát Hiện Của Hệ Phổ Kế Gamma Dùng Detector Bán

- m là khối lượng mẫu đo (kg); ɛ là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần ứng với năng lượng Eγ.

Với thời gian đo 24h, khối lượng mẫu 180 gam, ngưỡng phát hiện của hệ phổ kế gamma dùng detector bán dẫn HPGe tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân được cho trong Bảng 2.5.

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

dẫn HPGe.

Năng lượng(keV)

Đồngvị	Phông	I(%)	T(s)	Suất ghi	MDA(Bq/kg)
351,9	Pb-214	2.250	37,2	86.400	0,035	1,04
609,3	Bi-214	1.160	46,3	86.400	0,021	1,01
911,1	Ac-228	756	27,7	86.400	0,017	1,73
1.406,8	K-40	425	10,7	86.400	0,012	4,49
661,6	Cs-137	990	85,1	86.400	0,020	0,54

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 162 trang tài liệu này.

Để kiểm tra độ chính xác của đường cong hiệu suất ghi, đã tiến hành phân tích kiểm tra mẫu chuẩn thứ cấp TN1 và mẫu đất chuẩn IAEA 375 do IAEA cung cấp. Trong Bảng 2.6 đưa ra kết quả xác định hoạt độ riêng của các nhân phóng xạ có trong 2 mẫu chuẩn trên được phân tích trên hệ phổ kế gamma sử dụng trong luận án.

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

Tên mẫu

238U(Bq/kg)	232Th (Bq/kg)	40K(Bq/kg)	137Cs (Bq/kg)
Giá trị đo được	19,1±2,0	19,3±2,1	415±21	2.874±198
Giá trị chứng chỉ	20,0±2,0	20,5±2,1	424±15	2.895±187
TN1 đo được	332,0±7,0	218±5	983±21
Giá trị khuyến cáo TN1	331±2,2	219,4±5,9	985±28

Số liệu trong Bảng 2.6 cho thấy trong phạm vi sai số kết quả đo được của Luận án thu được phù hợp với giá trị chứng chỉ của mẫu IAEA 375 và giá trị khuyến cáo của mẫu chuẩn thứ cấp TN1.

2.2.5. Xác định nồng độ radon trong không khí ở khu vực xung quanh tụ khoáng

Các detector vết đo nồng độ hoạt độ khí radon trong không khí trên khu vực xung quanh tụ khoáng đất hiếm Mường Hum, sau khi thu gom về phòng thí nghiệm được tẩm thực bằng dung dịch NaOH (loại PA, hãng Merck) 6,0 M ở nhiệt độ 80oC trong khoảng thời gian 4 giờ. Sau tẩm thực, mật độ vết tạo ra trên detector-phim CR39 được đếm dưới kính hiển vi OLYMPUS CX21 [58].

Mật độ vết tạo ra trên detector được chuyển sang nồng độ hoạt độ thông qua hệ số chuyển đổi do Viện Hóa phóng xạ và Sinh thái phóng xạ của Đại học tổng hợp Pannonia (Hungary) xác định [58]. Độ nhạy và nền phông của detector được thông báo, tương ứng, là 2,4 vết cm2 kg.Bq-1h-1m3 và 0,3 cm-2 [41, 105].

2.3. Phương pháp phân tích tài liệu

2.3.1. Tính suất liều gamma hấp thụ ở khoảng cách 1 m cách mặt đất

Suất liều gamma hấp thụ ở khoảng cách 1 m trên khu vực tụ khoáng được tính trên cơ sở nồng độ hoạt độ của 226Ra, 232Th và 40K trong các mẫu đất theo công thức sau [116]:

D(nGy/h) = 0,46ARa + 0,62ATh + 0,042AK (2.22)

Trong đó: D là suất liều gamma từ đất trên khu vực tụ khoáng tính bằng nGy/h; ARa, ATh và AK là nồng độ hoạt độ của các nhân 226Ra, 232Th và 40K trong mẫu đất tính bằng Bq/kg.

2.3.2. Tính liều hiệu dụng gamma chiếu ngoài trung bình năm (AGED)

Liều hiệu dụng gamma trung bình năm (AGED) trên khu vực tụ khoáng được tính theo công thức:

AGED = OAGED + IAGED. (2.23)

Trong đó: OAGED là liều hiệu dụng gamma trung bình năm ở ngoài nhà ở; IAGED là liều hiệu dụng gamma trung bình năm trong nhà ở.

OAGED được tính theo công thức:

OAGED (Sv/năm) = D(Gy/h)×DCF(Sv/Gy)×OF×T(h/năm) (2.24) Trong đó DCF là hệ số chuyển đổi từ liều hấp thụ sang liều hiệu dụng và bằng 0,7 (Sv/Gy); OF là hệ số mà người dân làm việc ngoài trời (hệ số chiếm

cứ OF = 0,2) [116]; T là số giờ trong năm (T = 8.760 h/năm).

IAGED được tính theo công thức:

IAGED (Sv/năm) = D(Gy/h)×DCF(Sv/Gy)×OF×T(h/năm) (2.25)

Đối với IAGED, hệ số chiếm cứ (OF) được UNSCEAR khuyến cáo lấy bằng 0,8 [116].

Thực tế cho thấy công chúng trên khu vực tụ khoáng hoặc sống trong những ngôi nhà trình tường đất, tường bị nứt nẻ, cửa ra vào không kín. Đồng bào miền xuôi ngụ cư tại đây có nhà kiên cố hơn, tuy nhiên, ngôi nhà cũng không kín, không khí lưu thông tốt giữa trong nhà và ngoài trời. Do vậy, liều

hiệu dụng gamma chiếu ngoài trung năm đối với công chúng khu vực tụ khoáng có thể tính gộp theo công thức:

AGED (Sv/năm) = D(Gy/h)×DCF(Sv/Gy)×T(h/năm) (2.26)

2.3.3. Tính liệu hiệu dụng chiếu trong qua đường tiêu hóa (Ein)

Liều hiệu dụng chiếu trong qua đường tiêu hóa được tính bằng công thức [115, 116]:

𝐸𝑖𝑛 = ∑𝑖(𝑄𝑖 × 𝐶𝑖,𝑟) × 𝑓𝑟 × 𝑔𝑟 (2.27) Trong đó: i là ký hiệu chỉ nhóm lương thực-thực phẩm (ngũ cốc, rau, thịt, cá…) hoặc nước uống; Qi và Ci,r tương ứng là lượng lương thực - thực phẩm/nước uống tiêu thụ hàng năm (kg/năm) và nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ r trong mẫu; fr là phần nhân phóng xạ r có khả năng hấp thụ trong đường tiêu hóa; gr là hệ số chuyển đổi từ nồng độ hoạt độ sang liều của nhân

phóng xạ r(Sv/Bq).

Các hệ số gi và fi trong tính liều Ein được lấy từ khuyến cáo của [66] và trình bày trong Bảng 2.7.

Giá trị gi và fi của một số nhân phóng xạ tự nhiên [66].

Nhân phóng xạ

Chu kỳ bán rã, T1/2	gr	fr
K-40	1,28.109 năm	6,2.10-9	1,0
Ra-226	1,60.103 năm	2,8.10-7	0,2
Bi-214	0,332 giờ	1,1.10-10	0,05
Pb-214	0,447 giờ	1,4.10-10	0,2
Th-232	1,40.1010 năm	2,3.10-7	5.10-4
Ac-228	6,13 giờ	4,3.10-10	5.10-4
Th-234	24,1 ngày	3,4.10-9	5.10-4
U-234	2,44.105 năm	4,9.10-8	0,02
U-238	4,47.109năm	4,5.10-8	0,02

Mức tiêu thụ lương thực-thực phẩm của người lớn vùng núi ở miền Trung và miền Bắc được lấy từ số liệu thống kê của Viện Dinh dưỡng quốc gia [95] và trình bày trong Bảng 2.8.

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 (số liệu trong ngoặc là khoảng mức tiêu thụ năm) [95].

Lương thực-

thực phẩm

Mức tiêu thụ (g/người.ngày): Trung bình (min-max)
Gạo	404,80 (390,71÷418,88)
Ngô	14,70 (11,83÷17,51)
Củ (ví dụ: sắn)	3,50 (2,14÷4,85)
Rau ăn lá	208,60 (198,16÷219,05)
Thịt các loại	91,90 (82,66÷101,18)
Trứng	13,00 (11,40÷14,50)
Cá	29,80 (25,67÷33,89)

Mức tiêu thụ nước của người lớn trên khu vực tụ khoáng được lấy là 730 lít/năm theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế thế giới [124].

2.3.4. Tính liều hiệu dụng trung bình năm do hít thở radon qua đường hô hấp

Liều hiệu dụng (chiếu trong) do hít thở radon (222Rn) được tính theo công thức [115]:

ERn = CRn × FRn × KRn × T (2.28)

Trong đó: ERn (nSv/năm) là liều hiệu dụng trung bình năm gây bởi Rn qua đường hô hấp; CRn là nồng độ hoạt độ của Rn trong nhà ở của dân chúng trên khu vực nghiên cứu (Bq/m3); FRn là hệ số cân bằng phóng xạ trung bình giữa 222Rn và các con cháu và được tính bằng 0,46 [107]; KRn là hệ số chuyển đổi từ đơn vị hoạt độ sang đơn vị liều hiệu dụng và bằng 9 nSv Bq-1h-1m-3 đối với nhân 222Rn [115]; T là thời gian của năm (8.760 h/năm).

Tương tự, liều hiệu dụng trung bình năm gây bởi thoron (220Rn) được tính bằng công thức [115]:

ETn = CTn × FTn × KTn × T (2.29)

Trong đó ETn là liều hiệu dụng (chiếu trong) gây bởi thoron (nSv/năm); CTn là nồng độ hoạt độ của thoron đo được trong nhà ở của dân chúng (Bq/m3); FTn là hệ số cân bằng trung bình giữa thoron và con cháu và bằng 0,09 [108]; KTn hệ số chuyển đổi từ đơn vị hoạt độ sang đơn vị liều hiệu dụng và bằng 40 nSv/Bq h/m3 [115]; T là thời gian của năm (8.760 h/năm).

Tổng liều hiệu dụng do hít thở radon (ERn) được tính bằng tổng liều gây bởi radon và thoron. Thực tế là nhà ở của dân chúng trên khu vực tụ khoáng được kiến trúc không kín nên không khí trong nhà và ngoài trời là như nhau, do vậy, trong nghiên cứu này nồng độ hoạt độ của radon và thoron ngoài trời cũng được cho là ngang bằng với trong nhà và các detector vết chỉ được đặt trong nhà, không có treo ngoài trời để tính liều hiệu dụng chiếu trong gây bởi radon trong thời gian người dân làm việc ngoài trời. Số liệu nồng độ hoạt độ của radon và thoron đo được trong không khí trong nhà ở được sử dụng chung để tính liều hiệu dụng chiếu trong gây bởi các nhân radon (222Rn và 220Rn).

2.3.5. Hoạt độ tương đương Rađi

Do các đồng vị phóng xạ trong dãy 235U khi phân rã alpha hoặc beta phát ra bức xạ gamma năng lượng thấp, hệ số phân nhánh không cao, nên suất liều do nó gây ra trên mặt đất rất nhỏ và có thể bỏ qua. Các nguồn phơi nhiễm phóng xạ chủ yếu là các hạt nhân phóng xạ tự nhiên bao gồm 238U, 232Th và 40K, các đồng vị con cháu của chúng có trong lớp vỏ Trái Đất. Đối với 4 đồng vị phóng xạ đầu dãy 238U, khi phân rã phát ra những bức xạ gamma năng lượng thấp và hệ số phân nhánh nhỏ, ngược lại các đồng vị phóng xạ sau 226Ra khi phân rã phát ra nhiều bức xạ gamma năng lượng cao và hệ số phân nhánh lớn. Vì vậy, các nhân phóng xạ sau 226Ra đóng góp khoảng 98,5% suất liều chiếu ngoài của toàn bộ dãy 238U [112, 116]. Suất liều hấp thụ cũng như suất liều chiếu trong không khí cách mặt đất 1m phụ thuộc vào hoạt độ phóng xạ riêng của các đồng vị phóng xạ 226Ra, 232Th và 40K. Để đánh giá và so sánh liều bức xạ do đất đá gây ra thường qui về hoạt độ tương đương Rađi. Hoạt độ tương đương Rađi là một chỉ số được sử dụng để đánh giá mức độ nguy hiểm do bức xạ trong đất đá gây ra cho con người [112, 116]. Hoạt độ tương đương Rađi được tính theo công thức [112, 113, 116]:

Raeq = 0,07AK +ARa + 1,43ATh (2.30)

trong đó: ARa, ATh và AK là nồng độ hoạt độ của 226Ra, 232Th và 40K tương ứng trong đất, tính bằng Bq/kg.

Giới hạn của hoạt độ tương đương Rađi là 370 Bq/kg [112, 116].

2.3.6. Chỉ số nguy hiểm chiếu ngoài và chiếu trong

Để hỗ trợ cho việc đánh giá nguy cơ bức xạ, các chỉ số nguy hiểm chiếu ngoài (Hex) và chiếu trong (Hin) cũng được xác định theo công thức [84, 116]:

H = AK

+ ARa + ATh

(2.31)

ex 4810

370 259

trong đó: ARa, ATh và AK và là nồng độ hoạt độ (Bq/kg) của 226Ra 232Th và 40K tương ứng trong các mẫu đất.

H = AK

+ ARa + ATh

(2.32)

in 4810

185 259

trong đó: ARa, ATh và AK lần lượt là nồng độ hoạt độ của các nhân 226Ra, 232Th và 40K trong đất.

Để đảm bảo an toàn bức xạ thì Hex, Hin < 1 [116].

2.3.7. Nguy cơ ung thư trong khoảng thời gian sống của cộng đồng cư dân

Nguy cơ ung thư trong khoảng thời gian sống của cộng đồng cư dân (Excess Life Cancer Risk: ELCR) trên khu vực tụ khoáng là chỉ số ước tính xác suất mắc bệnh ung thư ở dân cư trên vùng nghiên cứu trong cuộc đời do tiếp xúc với bức xạ ion hóa từ môi trường. Chỉ số ELCR được tính bằng công thức [68, 72].

ELCR = AEDE×DL×RF (2.33)

Trong đó: DL (Duration of Life) là thời gian sống trung bình của cư dân và theo khuyến cáo của ICRP thì DL được lấy là 70 năm; RF (Cancer Risk Factor) là chỉ số đặc trưng cho nguy cơ mắc bệnh ung thư khi phải chịu một liều bức xạ là 1 mili-Sievert/năm (mSv/năm). Đối với hiệu ứng ngẫu nhiên của bức xạ, ICRP khuyến cáo sử dụng giá trị RF = 0,05 cho các thành viên công chúng [69].

2.3.8. Phương pháp xác định biến đổi liều bức xạ sau khi có hoạt động khoáng sản tại khu vực nghiên cứu

Việc xác định liều bức xạ hiện tại xung quanh khu vực các mỏ khoáng sản chứa NORM phải dựa trên mạng lưới điểm khảo sát phân bố đều trên diện tích và mỗi giá trị điểm đo phải là giá trị đặc trưng của đối tượng đồng nhất trên mỗi diện tích nhỏ mà nó đại diện. Hơn nữa, các điểm đo phải theo tuyến nên để xác định giá trị liều bức xạ phổ biến nhất, chúng ta có thể dùng các phương pháp sau [25]:

Cách 1: Xác định giá trị liều bức xạ đặc trưng của các phân vị địa chất khu vực mỏ do các phân vị địa chất khác nhau chứa các loại đá khác nhau và đặc trưng nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ. Giá trị phông bức xạ tự nhiên

toàn khu vực tính bằng giá trị liều bức xạ trung bình trọng số theo phần trăm diện tích giá trị liều bức xạ các phân vị địa chất trên tổng diện tích khu vực.

Cách 2: Chia toàn bộ diện tích nghiên cứu thành các ô có diện tích bằng nhau, mỗi ô đảm bảo đồng nhất về địa chất và có số điểm đo tối thiểu là 30 điểm đối với suất liều gamma và nồng độ khí radon để xác định các biểu đồ tần suất. Xác định giá trị liều đặc trưng cho từng ô, sau đó xác định giá trị suất liều đặc trưng của cả khu vực.

Tại các mỏ đã có các hoạt động khoáng sản, lớp quặng bị đào bới, lớp phủ bị bóc tách, quặng có chỗ bị phủ ít, phủ nhiều, không đều nên suất liều của các phân vị địa tầng không còn là giá trị đồng nhất nữa. Như vậy, chúng ta chỉ có thể sử dụng cách chia ô để tính giá trị suất liều đặc trưng của khu vực mỏ.

Để đảm bảo các ô đồng nhất về thành phần, tiến hành chia ô dọc theo đường phương của các thân quặng, đảm bảo tại mỗi ô có  30 điểm đo đủ để thống kê. Tại mỗi ô tiến hành xây dựng biểu đồ tần suất liều bức xạ gamma và nồng độ radon trong không khí. Đối với các ô biểu đồ tần suất có dạng phân bố chuẩn thì coi như có sự đồng nhất về thành phần vật chất. Khi đó xác định giá trị trung bình suất liều gamma, nồng độ radon theo giá trị trung bình cộng. Bởi vì các tuyến khảo sát và các điểm đo thường có sự phân bố không đều nên không thể tránh khỏi một số ô có thành phần không đồng nhất hoặc không đủ số lượng điểm đo để thống kê. Đối với những khu vực có thành phần không đồng nhất, biểu đồ tần suất không có phân bố chuẩn, chia từng ô thành 2 phần: diện tích ô trong khu vực thân quặng và diện tích ô ngoài khu vực thân quặng. các biểu đồ tần suất suất liều gamma và nồng độ khí radon xây dựng cho các diện tích kể trên đều có dạng phân bố chuẩn. Giá trị trung bình suất liều gamma và nồng độ radon của các ô được xác định theo trung bình trọng số theo tỉ lệ diện trong và ngoài thân quặng của mỗi ô. Đối với mỗi ô không đủ điểm thống kê thì tiến hành tính trung bình. Cuối cùng, dựa trên giá trị trung bình suất liều gamma và nồng độ khí radon trong không khí của các ô để xây dựng biểu đồ tần suất suất liều gamma và nồng độ radon trước và sau khi có các hoạt động khoáng sản. Tính giá trị trung bình suất liều gamma và nồng độ radon của cả khu mỏ trước và sau khi có các hoạt động khoáng sản, từ đó xác định được liều bức xạ qua đường hô hấp và liều chiếu ngoài.

Hình 2.13 trình bày sơ đồ phân ô xác định tần suất phân bố suất liều gamma chiếu ngoài và đo nồng độ radon (222Rn) trong không khí trên khu vực tụ khoáng đất hiếm Mường Hum làm cơ sở tính liều hiệu dụng gamma chiếu ngoài và chiếu trong qua đường hô hấp.

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.

Trên cơ sở phân tích, tổng hợp tài liệu mà tác giả đã tham gia thực hiện các đề tài trước và, dự án trong thời gian thực hiện luận án tại các khu mỏ đang có hoạt động thăm, khai thác khoáng sản chứa NORM, tác giả đã: Xây dựng hoàn thiện quy trình xác định ảnh hưởng của phóng xạ đến môi trường do thăm dò, khai thác khoáng sản phóng xạ và khoáng sản chứa nhân phóng xạ tự nhiên [13, 14, 20, 33, 37].

Quá trình đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản được thực hiện theo sơ đồ sau: