Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu sự phân bố 210Po giữa trầm tích ven bờ và một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển duyên hải Bắc Bộ

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là cung cấp được số liệu về nồng độ hoạt độ phóng xạ 210Po trong trầm tích, nước biển, ngao và hàu ở vùng biển ven bờ các tỉnh Thái Bình, Hải Phòng, Quảng Ninh. Góp phần làm rõ sự phân bố của 210Po ở trong môi trường nước biển ven bờ biển duyên hải Bắc Bộ. Xác định mức đóng góp của 210Po vào liều hiệu dụng chiếu trung bình năm đối với người trưởng thành vùng đồng bằng duyên hải Bắc Bộ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu sự phân bố 210Po giữa trầm tích ven bờ và một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển duyên hải Bắc Bộ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ VÂN NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ Po-210 TRONG TRẦM TÍCH VEN BỜ VÀ MỘT SỐ LOÀI NHUYỄN THỂ HAI MẢNH VỎ TẠI VÙNG BIỂN DUYÊN HẢI BẮC BỘ Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc Mã số: 62440303 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2019
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Bùi Duy Cam 2. TS Đặng Đức Nhận Phản biện 1: ……………………………………………………. ………………………………………………………. Phản biện 2: ……………………………………………………. ………………………………………………………. Phản biện 3: ……………………………………………………. ………………………………………………………. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ……giờ…… ngày……….tháng……….năm 2019. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin- Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội 2
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Tran Thi Van, Dang Duc Nhan, Nguyen Quang Long, Duong Van Thang and Bui Duy Cam (2016), “Water-sediment distribution and behaviour of Polonium (210Po) in a shallow water with high dissolved organic matters coastal area, North Viet Nam”, Nuclear Science and Technology, Vol. 6, No. 2, pp. 01-14; 2. Trần Thị Vân, Đặng Đức Nhận, Bùi Duy Cam và Lưu Việt Hưng, “Xác định mức độ tích lũy Poloni -210 trong mô mềm sinh vật hai mảnh vỏ ở khu vực biển ven bờ biển thuộc Vịnh Bắc Bộ”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 23, số 1/2018, trang 155-164; 3. Tran Thi Van, Luu Tam Bat, Dang Duc Nhan, Nguyen Hao Quang, Bui Duy Cam and Luu Viet Hung (2019), “Estimation of Radionuclide Concentrations and Average Annual Committed Effective Dose due to Ingestion for the Population in the Red River Delta, Viet Nam”, Environment Management, 63, pp. 444-454; (https://doi.org/10.1007/s00267-018-1007-8). 3
4
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Poloni (Po) là nguyên tố thứ 84 trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev được Marie và Pierre Curie tìm thấy vào năm 1898. Poloni là một chất độc cực mạnh, độc tính của 210 Po bao gồm cả độc tính hóa học như một kim loại nặng và độc tính phóng xạ của một đồng vị phóng xạ. Trong tự nhiên, Poloni có nhiều đồng vị phóng xạ với số khối 210, 211, 212, 214, 216, … Trong đó, đồng vị Po-210 là đồng vị tự nhiên có thời gian sống dài nhất với chu kỳ bán rã là 138,4 ngày. Đồng vị Poloni-210 (210Po) có thể được sản xuất bằng phương pháp nhân tạo thông qua thực hiện phản ứng kích hoạt Bismut-209 (209Bi) bằng chùm nơtron nhanh trong lò phản ứng hoặc bằng máy gia tốc hạt proton bắn vào các bia vàng (Au) hoặc thiếc (Sn). Nghiên cứu về 210Po trong môi trường thủy quyển nói chung cũng như hành vi của nó trong môi trường nước biển nói riêng đã được nhiều nước quan tâm nghiên cứu trong gần 50 năm nay. Ban đầu, mối quan tâm nghiên cứu đối với Po là độ phóng xạ alpha của nó trong một số sinh vật biển là tương đối cao so với sinh vật trên cạn do đóng góp của poloni từ nước và động-thực vật phù du [112]. Khám phá này dẫn tới thúc đẩy các nghiên cứu tìm hiểu về khả năng vận chuyển và tích lũy nhân phóng xạ poloni giữa các sinh vật biển và về liều bức xạ mà con người có thể phải tiếp nhận do ăn hải sản theo chuỗi thức ăn [96]. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về 210Po trong môi trường nước mới chỉ dừng lại ở mức phân tích hàm lượng của chúng trong trầm tích để xác định tốc độ bồi lấp cửa sông, lòng hồ hoặc bến cảng bằng phương pháp chì-210 (210Pb) [5,6, 7, 8, 35]. Hiện ở Việt Nam, chưa có công bố khoa học nào về phân bố 210Po trong môi trường nước biển ven bờ và các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ nói riêng, cũng như việc tính toán mức đóng góp của 210Po vào liều chiếu trong gây ra do ăn lương thực thực phẩm. Bên cạnh đó, hiện nay Trung Quốc đã xây dựng và đưa vào vận hành nhà máy điện hạt nhân ở thành phố cảng Phòng Thành, cách Móng Cái (Quảng Ninh) khoảng 60 km theo đường chim bay nên việc nghiên cứu nồng độ hoạt độ và phân bố 210Po trong môi trường nước biển ven bờ Vịnh Bắc Bộ và tính toán mức đóng góp của 210Po 1
trong liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm đối với người trưởng thành do tiêu thụ lương thực - thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng, góp phần xây dựng bộ số liệu phông nền phóng xạ môi trường nước biển khu vực vịnh Bắc Bộ trước khi nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành hoạt động. Từ những thực tiễn nêu trên, đề tài luận án lựa chọn là “Nghiên cứu sự phân bố 210Po giữa trầm tích ven bờ và một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển duyên hải Bắc Bộ”. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Cung cấp được số liệu về nồng độ hoạt độ phóng xạ 210Po trong trầm tích, nước biển, ngao và hàu ở vùng biển ven bờ các tỉnh Thái Bình, Hải Phòng, Quảng Ninh. - Góp phần làm rõ sự phân bố của 210Po ở trong môi trường nước biển ven bờ biển duyên hải Bắc Bộ. - Xác định mức đóng góp của 210Po vào liều hiệu dụng chiếu trung bình năm đối với người trưởng thành vùng đồng bằng duyên hải Bắc Bộ. 3. Mục tiêu của luận án - Tạo bộ dữ liệu nền phông phóng xạ của 210Po trong môi trường nước - trầm tích - sinh vật hai mảnh vỏ ở vùng nước biển ven bờ vùng duyên hải Bắc Bộ. - Làm rõ khả năng phân bố trong pha nước - pha rắn (pha hạt) của hạt nhân phóng xạ 210Po trong môi trường nước biển ven bờ vùng duyên hải Bắc Bộ. Xem xét ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến sự phân bố của hạt nhân phóng xạ 210Po trong môi trường nước biển - vật chất lơ lửng - trầm tích. - Đánh giá khả năng vận chuyển hạt nhân phóng xạ 210Po từ môi trường nước biển ven bờ vùng duyên hải Bắc Bộ vào trong động vật hai mảnh vỏ. Xem xét ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến khả năng vận chuyển hạt nhân phóng xạ 210Po vào động vật hai mảnh vỏ. - Đánh giá mức đóng góp của nhân phóng xạ 210Po vào liều hiệu dụng chiếu trong trung bình năm qua đường ăn uống. 4. Tính mới của luận án - Lần đầu tạo được bộ số liệu về hiện trạng nền phông phóng xạ alpha của 210Po trong nước, trầm tích, ngao (M. meretrix), hàu (C. gigas) và một số loại lương thực thực phẩm khác ở vùng biển duyên hải Bắc Bộ, Việt Nam (tỉnh Thái Bình, thành phố Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh). 2
- Xác định hệ số phân bố Kd của 210Po giữa pha nước và pha rắn (trầm tích và các chất rắn lơ lửng) với những đặc điểm riêng của môi trường nước biển ven bờ thuộc biển duyên hải Bắc Bộ, Việt Nam; Xác định hệ số tích lũy CF của 210Po đối với ngao (M. meretrix) và hàu (C. gigas). - Bước đầu ước tính liều chiếu trong trung bình năm đối với công chúng và mức đóng góp của 210Po vào liều hiệu dụng chiếu trong đối với công chúng khu vực đồng bằng Bắc Bộ của Việt Nam do ăn lương thực thực phẩm. CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng 1.1.1 Nguồn gốc các nhân phóng xạ trong môi trường Các nhân phóng xạ trong môi trường được phát sinh từ hai nguồn, đó là nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ nhân tạo do con người tạo ra trong quá trình ứng dụng năng lượng hạt nhân trong các lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông-vận tải, y-sinh học và các loại hình nghiên cứu và phát triển khác. 1.1.1.1. Nguồn gốc từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên Trong môi trường, các nhân phóng xạ tự nhiên có 3 nguồn phát sinh, đó là (i) các nhân phóng xạ nguyên thủy; (ii) các nhân phóng xạ sinh ra từ các chuỗi phóng xạ tự nhiên; (iii) các nhân phóng xạ sinh ra từ các phản ứng hạt nhân trong vũ trụ. Nguồn phóng xạ nguyên thủy bao gồm các nhân tồn tại từ khi hình thành Trái Đất là kết quả của hiện tượng giãn nở vũ trụ (Big Bang). Chúng có chu kỳ bán rã dài ngang với tuổi của Trái Đất vào khoảng 4,5×109 năm, đó là các đồng vị kali-40 (40K), vanadi-50 (50V), rubidi-87 (87Rb), cadimi-113 (113Cd), indi-115 (115In), ... Nguồn phóng xạ tự nhiên từ chuỗi phóng xạ: đây là các nhân phóng xạ được sinh ra liên tiếp từ quá trình phân rã phóng xạ tự nhiên. Có ba chuỗi phóng xạ tự nhiên, tương ứng với đầu họ là Urani-238, Urani-235 và Thori -232. Trong chuỗi phóng xạ tự nhiên 238 U có 218Po, 214Po và 210Po; Trong chuỗi phóng xạ tự nhiên 235U có 215 Po; Trong chuỗi phóng xạ tự nhiên 232Th có 216Po và 212Po. 1.1.1.2. Nguồn gốc từ các phản ứng hạt nhân trong vũ trụ Không khí, chủ yếu là nitơ và ôxy trên bề mặt Trái Đất liên tục bị tương tác bởi các hạt như nơtron, proton, meson năng lượng cao từ bên ngoài khoảng không vũ trụ. Sự tương tác của các tia vũ trụ/dòng 3
hạt với vật chất trong khí quyển tạo ra một số nhân phóng xạ như 22 Na, 3H, 14C, 7Be. 1.1.1.3. Nguồn phóng xạ nhân tạo Các nhân phóng xạ nhân tạo có mặt trong hệ sinh thái trên Trái đất từ ba nguồn chính, đó là: - Từ các vụ thử vũ khí hạt nhân,. - Từ các tai nạn nhà máy điện hạt nhân như vụ nổ nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (Ucraina) năm 1986 và tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima (Nhật bản) năm 2011 do động đất và sóng thần , - Từ nguồn thải lỏng và khí của các nhà máy điện hạt nhân cũng như các cơ sở tái chế vật liệu hạt nhân, ví dụ như Sellafield ở Anh và Cap de la Hague ở Pháp [117]. 1.1.2. Ảnh hưởng của nhân phóng xạ đến sức khỏe con người Có hai cơ chế làm phát sinh bệnh tật do bức xạ ion hóa là cơ chế trực tiếp và cơ chế gián tiếp. Cơ chế trực tiếp là do năng lượng của bức xạ tác động trực tiếp lên cấu trúc của tế bào làm thay đổi cấu trúc nhân tế bào. Cơ chế gián tiếp là năng lượng của bức xạ trước tiên ion hóa phân tử nước (đến 70% thể trọng cơ thể) tạo ra các gốc tự do có tính ôxy hóa rất mạnh có khả năng ôxy hóa cấu trúc của tế bào. 1.2. Giới thiệu về Poloni-210 1.2.1. Nguồn gốc poloni trong biển và đại dương 1.2.1.1. Nguồn gốc tự nhiên Trong tự nhiên, 210Po được sinh ra trong chuỗi phóng xạ 238U: 238 U α 234Th 230 Th α 226Ra α 222Rn 210 Po α 206Pb (bền) Nguồn poloni tự nhiên trong biển và đại dương bao gồm rơi lắng sol khí từ tầng bình lưu (1-5%) và từ tầng đối lưu [90], trong đó tro bụi từ phun trào núi lửa cung cấp đến khoảng 50% lượng 210Po trong tầng đối lưu [124], phần 210Po còn lại trong đại dương là từ chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên 238U từ đất liền rồi lan truyền trong khí quyển cùng với sự chuyển dịch của các khối không khí. 1.2.1.2. Nguồn gốc nhân tạo Poloni-210 có thể được tổng hợp trong lò phản ứng hạt nhân bằng cách cho chùm nơtron nhanh bắn vào bia bismut-209 (209Bi) để tạo ra bismut-210 (210Bi) mà sau đó qua phân rã beta sẽ tạo ra poloni- 210. Ngoài ra, hoạt động của con người có thể gián tiếp làm tăng đáng kể nồng độ hoạt độ của 210Po trong không khí, ví dụ như các hoạt động liên quan đến khai thác mỏ, nghiền quặng, quá trình tách chiết và sản xuất urani và thép. 4
1.2.2. Đặc điểm của Poloni 1.2.2.1. Đặc điểm hóa - lý Poloni (Po), số nguyên tử Z = 84, khối lượng nguyên tử gần bằng 209, là một kim loại màu xám bạc, thuộc nhóm VI của Bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev. Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của poloni, tương ứng là 254°C và 962°C. Tuy nhiên, ngay cả ở nhiệt độ phòng (25°C) thì 50% lượng poloni sẽ bốc hơi trong 45 giờ dưới dạng phân tử kép PO2 [124]. Poloni có một số trạng thái ôxi hóa là −II, + II, + IV và + VI, trong đó trạng thái IV là bền nhất trong dung dịch nước. Poloni tạo thành các muối tan với clorua, bromua, axetat, nitrat và các anion vô cơ khác. Một trong các tính chất hóa học quan trọng của poloni là sự thủy phân tương tự như hầu hết các nguyên tố nhóm IV và tạo kết tủa hydroxit. 1.2.2.2. Đặc tính của Poloni-210 trong môi trường tự nhiên và nước Poloni-210 tồn tại trong môi trường nước tự nhiên chủ yếu ở dạng Po(IV). Do sự thủy phân một phần của Po(IV) nên hình thành các keo phóng xạ và nó có tính ái lực cao với các hạt lơ lửng trong nước. Poloni-210 bị hấp phụ mạnh lên bề mặt các hạt keo lơ lửng có bản chất là khoáng chất hoặc vật chất hữu cơ. 1.2.2.3. Đặc điểm hóa phóng xạ của poloni Cho đến nay, poloni được biết có 42 đồng vị với nguyên tử khối từ 186 đến 227 đơn vị khối lượng [123] và tất cả đều có tính phóng xạ. Trong tự nhiên, poloni được tìm thấy có 7 đồng vị, trong đó phổ biến nhất là đồng vị 210Po. Poloni-210 là nhân phóng xạ phát hạt alpha có năng lượng là 5,29 MeV và chu kỳ bán rã là 138,4 ngày. Năng lượng giật lùi của 210Po sau phân rã được phát ra dưới dạng tia gamma có năng lượng 0,803 MeV và suất ra rất thấp (1.23×10-5). 1.2.2.4. Quá trình sinh -địa hóa của poloni Tuy 210Po là sản phẩm phân rã beta trực tiếp của chì-210 (210Pb) nhưng hình thái sinh-địa hóa của hai nhân 210Po và 210Pb trong môi trường thủy quyển lại rất khác nhau. Poloni-210 rất dễ dàng tách khỏi pha nước và bám vào các hạt lơ lửng, trong khi đó phần lớn 210 Pb vẫn có khả năng tồn tại trong pha nước, có nghĩa là giữa pha nước và pha hạt lơ lửng không có cân bằng phóng xạ giữa 210Pb và 210 Po, đặc biệt ở các tầng nước nông có nhiều ánh sáng. 5
1.2.2.5. Sự tái nhập poloni từ trầm tích yếm khí vào pha nước Phần lớn những nghiên cứu gần đây liên quan đến tác động môi trường do ô nhiễm poloni đã chú ý đến nguyên nhân sự tái nhập của 210 Po từ lớp trầm tích yếm khí vào pha nước. Cho đến nay vẫn có rất ít thông tin được công bố về khả năng tái nhập 210Po từ trầm tích đáy vào nước biển ven bờ. Trong 3 thập kỷ gần đây những nghiên cứu về hình thái của 210Po và 210Pb trong môi trường biển cho thấy còn nhiều vấn đề liên quan đến tính chất sinh- địa hóa đại dương của hai nhân phóng xạ này, đặc biệt là poloni chưa được làm rõ. 1.2.3. Hấp thu 210Po của sinh vật biển 1.2.3.1. Làm giàu 210Po trong các sinh vật biển theo bậc dinh dưỡng Poloni nằm trong nhóm VI của Bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố nên nó có tính chất hóa học tương tự như S, Se và Te [91] nhưng hình thái sinh hóa trong cơ thể sống của nó lại khác biệt so với S, Se và Te [23, 26, 119]. Mặc dù 210Po là chất độc phóng xạ ngay cả ở mức nồng độ rất thấp nhưng so với 210Pb là “mẹ” sinh ra 210 Po thì các sinh vật biển lại ưu tiên đồng hóa nhân phóng xạ “con” hơn là đồng hóa nhân phóng xạ “mẹ”, tức là 210Po được tích tụ sinh học mạnh hơn [23, 26, 29, 40]. 1.2.3.2. Vận chuyển 210Po theo chuỗi thức ăn Hấp thu sinh học vật chất từ môi trường có thể xảy ra thông qua ba con đường là (i) hấp thu trực tiếp các dạng hòa tan trong nước biển; (ii) ăn các dạng bám trên các hạt trầm tích; (iii) ăn các loại mồi bị nhiễm [16]. Hấp thu 210Po của các sinh vật được cho là bắt đầu từ thức ăn [26]. Poloni-210 rất ít hòa tan ở trong nước biển mà chủ yếu tồn tại trong cột nước khi đã hấp phụ trên các hạt lơ lửng [60, 78, 81, 106, 115]. 1.2.4. Cơ chế xâm nhập 210Po vào cơ thể con người Nồng độ hoạt độ của 210Po trong các mô đã được đánh giá cho công chúng ở các nước như Anh, Mỹ và Liên Xô cũ [24, 32, 126]. Nồng độ hoạt độ 210Po trong xương dao động từ 1295 - 1480 Bq kg-1, cao hơn nồng độ hoạt độ 210Po trong mô mềm do có sự gia tăng và bẫy vật lý của 210Po được hình thành từ phân rã 210Pb bên trong xương. Tuy nhiên, không giống như 210Pb có thời gian bán phân rã sinh học tương đối dài trong xương, khoảng 50% 210Po tạo ra từ phân rã 210Pb được vận chuyển đến các mô mềm và sau đó mới được bài tiết. 6
1.3. Nghiên cứu 210Po trong môi trƣờng nƣớc biển 1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới 1.3.1.1 Nghiên cứu sự phân bố và tích lũy sinh học của 210Po trong môi trường nước biển Trong các nghiên cứu sinh thái phóng xạ các nhân phóng xạ nói chung và 210Po nói riêng trong môi trường biển và đại dương, các nhà khoa học trên thế giới và Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã sử dụng hệ số phân bố (Kd) và hệ số tích lũy (CF) để đánh giá hành vi trong môi trường và khả năng tích lũy sinh học của các nhân phóng xạ từ môi trường nước biển vào sinh vật sống [54]. 1.3.1.2. Poloni-210 trong nước biển Trong nước biển 210Po có thể tồn tại ở các trạng thái ôxi hóa -II, +II, +IV và +VI. Trong môi trường có đủ ô xi, trạng thái hóa trị +IV dạng Po(OH)4 được coi là dạng bền hơn cả. Trong môi trường axit yếu hoặc trung tính, poloni bị thủy phân thành PoO(OH)+, PoO(OH)2 và PoO2. Trong môi trường kiềm, PoO32- là dạng chiếm ưu thế. Poloni trong môi trường nước tự nhiên rất dễ hòa tan và có xu hướng hình thành các keo tụ bị bắt giữ bởi các hợp chất hữu cơ như humic hoặc hấp phụ trên các hạt lơ lửng, các ôxy-hydroxit sắt và mangan. 1.3.1.3. Poloni-210 trong trầm tích Cho đến nay vẫn còn có ít dữ liệu về nồng độ hoạt độ của 210Po trong trầm tích biển nhưng nói chung giá trị này có thể thay đổi trong một khoảng rất rộng phụ thuộc vào vị trí địa lý và ít thay đổi theo mùa ở một vị trí nhất định [45]. Trong trầm tích ở những khu vực bị ảnh hưởng bởi các ngành công nghiệp có liên quan đến sử dụng quặng phosphat nồng độ hoạt độ của 210Po đo được là từ 12 đến 238 Bq kg-1dw, giá trị này có thể còn cao hơn ở một số địa phương, thậm chí cao đến mức 1000 Bq kg- 1 dw [36, 49, 60]. 1.3.1.4. Poloni-210 trong tảo Nồng độ hoạt độ 210Po trong tảo ghi nhận được dao động trong khoảng từ 3 đến 22 Bq kg-1dw ở phía Tây eo Biển Channel (nằm giữa bờ biển phía Nam của Anh Quốc và phía bắc nước Pháp), từ 3 đến 50 Bq kg-1dw ở các vị trí ven bờ xung quanh Ireland và Vương quốc Anh [36, 60, 82, 126]. 1.3.1.5. Poloni-210 trong sinh vật biển Các kết quả đã công bố cho thấy trong cơ thể các loài sinh vật biển có sự khác biệt về nồng độ hoạt độ của 210Po và mức độ thay đổi 7
nồng độ hoạt độ của 210Po có liên quan chặt chẽ đến chế độ tiêu hóa của chúng [35, 65]. Nồng độ hoạt độ 210Po trong sinh vật giáp xác sống ở môi trường biển khơi thường cao hơn so với nồng độ hoạt độ 210Po trong sinh vật sống ven bờ hoặc cửa sông và nồng độ hoạt độ 210Po tăng cao trong các loài sinh vật tầng đáy có chế độ ăn bao gồm cả hạt lơ lửng và những viên phân của các sinh vật khác thải ra [52]. Nồng độ hoạt độ của 210Po trong cá ở khoảng từ 1 đến 4 Bq kg-1dw. 1.3.2 Nghiên cứu ở Việt Nam Cho đến nay ở Việt Nam chưa có một công bố chính thức nào về đánh giá hiện trạng phân bố 210Po giữa trầm tích, nước và sinh vật ăn hút đáy hay tôm, cá và đánh giá liều bức xạ chiếu trong của poloni-210 do ăn hải sản của công chúng Việt Nam. Có một số công trình đã công bố liên quan đến ứng dụng cân bằng phóng xạ giữa 210 Po và 210Pb để xác định nồng độ hoạt độ của 210Pb trong các lớp trầm tích phục vụ các nghiên cứu về tốc độ bồi lấp cửa sông, bến cảng [5, 6, 7, 35]. CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu Để nghiên cứu, đánh giá khả năng vận chuyển 210Po từ môi trường nước và trầm tích biển ven bờ vào loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ, luận án đã lựa chọn ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) là đối tượng nghiên cứu: Thứ nhất, ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) thuộc loài động vật hai mảnh vỏ ăn bằng lọc, thường được sử dụng như là các chỉ thị ô nhiễm thủy quyển đối với các kim loại nặng, dầu- mỡ và hợp chất hữu cơ kỵ nước (HOC) [46]. Thứ hai, ở Việt Nam, ngao (Meretrix meretrix) và hàu (Crassostrea gigas) là loại thực phẩm được dùng phổ biến trong bữa ăn hàng ngày của người dân bởi chúng có giá trị dinh dưỡng cao, dễ chế biến mà giá thành lại rẻ. Do đó, quy hoạch nuôi trồng hai loại hải sản này dọc ven biển vịnh Bắc Bộ đến năm 2020 sẽ được mở rộng lên tới 12695 ha với sản lượng đạt 200250 tấn [11]. 2.1.2. Lựa chọn địa điểm nghiên cứu Để nghiên cứu sự phân bố của 210Po trong môi trường nước - trầm tích biển ven bờ và một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển 8
duyên hải Bắc Bộ, luận án đã lựa chọn ba tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng và Thái Bình thuộc vùng biển duyên hải Bắc Bộ làm địa điểm nghiên cứu bởi các tỉnh này có các đặc trưng về điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội khác nhau. 2.2. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu sự phân bố giữa pha nước - trầm tích của 210Po tại vùng biển duyên hải Bắc Bộ và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến sự phân bố 210Po trong môi trường nước biển ven bờ. Nội dung 2: Xác định nguồn gốc của 210Po ở trong môi trường nước biển duyên hải Bắc Bộ; Nội dung 3: Nghiên cứu khả năng tích lũy sinh học 210Po của một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ và đánh giá ảnh hưởng một số yếu tố môi trường tới khả năng tích lũy sinh học của chúng. Nội dung 4: Xác định mức đóng góp của nhân phóng xạ 210Po trong liều chiếu hiệu dụng trong đối với công chúng trưởng thành vùng đồng bằng Bắc Bộ do tiêu thụ thực phẩm bao gồm hàu và ngao nhiễm đồng vị phóng xạ 210Po. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Để nghiên cứu sự phân bố 210Po giữa trầm tích ven bờ và một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại vùng biển duyên hải Bắc Bộ, luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu thực địa trên đối tượng và địa điểm nghiên cứu đã xác định ở trên. 2.3.1. Phương pháp lấy mẫu hiện trường Để đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến sự phân bố của 210Po trong môi trường nước biển ven bờ, trầm tích và động vật hai mảnh vỏ, Luận án lựa chọn thời gian hai đợt lấy mẫu là cuối mùa mưa năm 2014 và cuối mùa khô năm 2015. Tổng số lượng mẫu lấy nghiên cứu phân tích hoạt độ phóng xạ 210 Po gồm 103 mẫu (trầm tích, nước, hầu, ngao, lương thực- thực phẩm) tại 03 tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình. Các mẫu nghiên cứu được lấy trực tiếp tại hiện trường, xử lý sơ bộ, bảo quản lạnh theo quy định và được vận chuyển về phòng thí nghiệm. 2.3.2. Phương pháp xử lý mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm Tại phòng thí nghiệm, các mẫu nghiên cứu được xử lý theo quy trình quy định để xác định hoạt độ phóng xạ 210Po. Quy trình phân tích hoạt độ 210Po trong các mẫu nước, mẫu trầm tích và mẫu hàu, ngao tại phòng thí nghiệm của Viện Khoa học và 9
Kỹ thuật Hạt nhân (Hà Nội) và Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt được thực hiện dựa trên cơ sở các hướng dẫn của IAEA. Chương trình đảm bảo và kiểm soát chất lượng phân tích xử dụng các mẫu chuẩn của IAEA và Mỹ. Quy trình xử lý mẫu để xác định liều chiếu trong đối với công chúng ở khu vực do ăn lương thực-thực phẩm nhiễm các nhân phóng xạ tự nhiên, bao gồm các nhân của chuỗi urani trong đó có 210Po, 210 Pb và không từ chuỗi phóng xạ như 40K cũng như các nhân phóng xạ nhân tạo như 137Cs, 239+240Pu phải đảm bảo nguyên tắc: lương thực và thực phẩm phải được chế biến tương tự như người Việt Nam chuẩn bị cho bữa ăn đơn giản và lương thực-thực phẩm phải ở dạng đã ăn được. 2.3.3. Phương pháp đánh giá sự phân bố của 210Po thông qua hệ số Kd Hệ số phân bố Kd được sử dụng để mô tả sự phân bố của một nhân phóng xạ giữa pha hạt là trầm tích hoặc các hạt lơ lửng và pha nước. IAEA hướng dẫn xác định giá trị của đại lượng Kd bằng tỷ số giữa nồng độ hoạt độ của một nhân phóng xạ trong pha rắn lơ lửng hoặc trầm tích đáy và trong pha nước [57, 59]. 2.3.4. Phương pháp đánh giá khả năng tích lũy sinh học 210Po từ môi trường nước vào trong hàu, ngao thông qua hệ số CF Trong báo cáo mới nhất của IAEA [57], hệ số tích lũy CF được định nghĩa như sau: Trong đó: Csinh khối thuỷ sinh là nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ trong mô sinh vật tính bằng Bq kg-1fw; Cnước là nồng độ hoạt độ của nhân đó trong pha nước biển tính bằng Bq L-1). 2.3.5. Phương pháp đánh giá liều chiếu trong đối với công chúng do ăn lương thực-thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên Liều hiệu dụng trung bình năm do ăn lương thực - thực phẩm nhiễm phóng xạ tự nhiên 238U, 232Th và các con cháu phân rã phóng xạ của chúng cũng như 137Cs và 40K được đánh giá theo công thức sau [118]: Trong đó i biểu thị cho một nhóm thực phẩm (gạo, thịt, rau, v.v…); Qi và Ci,r biểu thị cho khẩu phần ăn (kg năm-1) và nồng độ hoạt độ của nhân phóng xạ r trong nhóm thực phẩm i (Bq kg-1) và gr 10
là hệ số chuyển đổi từ đơn vị hoạt độ (Bq) sang đơn vị liều (Sv) đối với nhân phóng xạ r khi đã xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hóa (Sv Bq-1). CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 3.1. Sự phân bố của 210Po trong môi trƣờng trầm tích - nƣớc biển ven bờ khu vực nghiên cứu 3.1.1. Nồng độ hoạt độ của 210Po trong nước biển ven bờ Bảng 3.1. Nồng độ hoạt độ 210Po trong nước biển ven bờ khu vực nghiên cứu 210 Po trong nước biển, Mẫu mBq L-1 2014 2015 TB01 8,5 ± 2,2 9,7±3,6 HP01 15,4 ± 2,5 14,6±1,8 HP02 7,4 ± 1,7 1,9±2,5 QN01 56,8 ± 3,2 0,5±0,3 QN02 22,4 ± 6,5 0,6±0,5 QN03 6,4 ± 2,7 0,7±0,5 QN04 15,4 ± 7,3 1,4±0,3 Hình 3.1. Nồng độ hoạt độ QN05 9,5 ± 2,6 21,9±4,7 210 Po trong nước biển ven bờ QN06 17,4 ± 6,6 0,7±0,6 (mBq L-1) QN07 7,0 ± 3,4 1,1±0,5 Từ Bảng 3.1 ta thấy, nồng độ hoạt độ 210Po trong nước biển ven bờ nằm trong khoảng từ 6,4 - 56,8 mBq L-1 vào mùa mưa năm 2014 và từ 0,5 - 21,9 mBq L-1 vào mùa khô năm 2015. Tại hầu hết các địa điểm nghiên cứu đều cho thấy nồng độ hoạt độ 210Po vào mùa mưa cao hơn so với mùa khô. Từ hình 3.1 nhận thấy nồng độ hoạt độ 210Po tại các địa điểm lấy mẫu ở Quảng Ninh cao hơn so với các địa điểm ở Thái Bình và đảo Cát Bà (Hải Phòng), đặc biệt là vào mùa mưa. Nguyên nhân có thể là các hoạt động khai thác than từ lòng đất đã góp phần làm tăng nồng độ hoạt độ 210Po trong môi trường nước biển ven bờ khu vực Quảng Ninh so với khu vực nghiên cứu khác. 3.1.2. Nồng độ hoạt độ của 210Po trong trầm tích biển ven bờ Từ Bảng 3.2 ta thấy, nồng độ hoạt độ 210Po trong trầm tích biển khu vực nghiên cứu có giá trị từ 106 Bq kg-1dw đến 196 Bq kg-1dw. 11
Nồng độ hoạt độ 210Po trong trầm tích không có sự khác biệt đáng kể giữa mùa mưa năm 2014 và mùa khô năm 2015. Bảng 3.2. Nồng độ hoạt độ của 210 Po trong trầm tích ven bờ khu vực nghiên cứu 210 Po trong trầm tích, Mẫu Bq kg-1dw 2014 2015 TB01 196 ± 12 185 ± 15 HP01 106 ± 9 115 ± 21 HP02 111 ± 17 145 ± 11 QN01 108 ± 17 131 ± 14 QN02 170 ± 11 136 ± 22 QN03 122 ± 15 117 ± 19 QN04 139 ± 13 158 ± 12 Hình 3.2. Nồng độ hoạt độ 210 Po trong trầm tích biển ven QN05 133 ± 11 153 ± 16 bờ (Bq kg-1dw) QN06 122 ± 8 137 ± 16 QN07 129 ± 15 142 ± 19 Hình 3.2 cho thấy ở vị trí TB01 và QN02 có nồng độ hoạt độ 210 Po trong trầm tích vào mùa mưa cao hơn mùa khô. Điều này là do vào mùa mưa các quá trình giáng thủy, xói mòn, rửa trôi xảy ra mạnh mẽ hơn so với mùa khô, dẫn tới các nhân phóng xạ 210Po gắn trên các hạt vật chất theo dòng nước chảy vào biển cao so với mùa khô. Do các quá trình vật lý – hóa học – sinh học xảy ra trong môi trường cửa sông làm cho một phần hạt nhân phóng xạ gắn trên các vật chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy tạo thành lớp trầm tích non trước khi được vận chuyển đi xa hơn. Vì vậy, vị trí TB01 là vị trí cửa sông Ba Lạt (sông Hồng) và QN02 là vị trí cảng Cái Lân nơi có dòng sông Cửa Lục đổ ra sẽ có lưu lượng trầm tích non tạo ra trong mùa mưa lớn hơn so với các khu vực khác. 3.1.3. Phân bố của 210Po trong trầm tích-nước biển ven bờ Hệ số phân bố Kd được định nghĩa tại mục 1.3.1.1 là hệ số phân bố giữa nước và trầm tích, Kd(s) của 210Po. Giá trị hệ số phân bố nước-trầm tích (Kd(s)) của 210Po xác định bằng thực nghiệm đối với từng vị trí lấy mẫu trên cơ sở biểu thức (3.1) được trình bày trong cột cuối của Bảng 3.3. 12
Bảng 3.3. Hệ số phân bố Kd(s) của 210Po giữa hai pha nước-trầm tích 210 DOC Po 210 Mẫu trong trầm Po trong nước biển, trong nước Độ mặn, K dPo210 (s) , tích, ptt L kg-1 mBq L-1 biển, Bq kg-1dw mg L-1 Mùa mưa năm 2014 TB01 196 ± 12 8,5 ± 2,2 7,3 ± 0,5 14,4 ± 0,6 (2,3±1,2)×104 HP01 106 ± 9 15,4 ± 2,5 7,8 ± 0,4 22,3 ± 0,5 (7,0±1,3)×103 HP02 111 ± 17 7,4 ± 1,7 6,7 ± 0,2 22,2 ± 0,7 (1,5±0,4)×104 QN01 108 ± 17 56,8 ± 3,2 5,8 ± 0,2 15,5 ± 0,4 (1,9±0,3)×103 3 QN02 170 ± 11 22,4 ± 6,5 6,9 ± 0,3 18,6 ± 0,4 (7,6±0,6)×10 QN03 122 ± 15 6,4 ± 2,7 2,6 ± 0,2 25,6 ± 0,3 (1,9±0,2)×104 QN04 139 ± 13 15,4 ± 7,3 5,7 ± 0,6 24,7 ± 0,6 (9,0±0,1)×103 QN05 133 ± 11 9,5 ± 2,6 4,6 ± 0,2 24,5 ± 0,3 (1,4±0,3)×104 QN06 122 ± 8 17,4 ± 6,6 6,8 ± 0,4 22,2 ± 0,3 (7,0±1,3)×103 QN07 129 ± 15 7,0 ± 3,4 3,5 ± 0,5 26,4 ± 0,4 (1,9±0,5)×103 Mùa khô năm 2015 TB01 185 ± 15 9,7±3,6 4,3±0,2 15,9±1,1 (1,9±1,0)×104 HP01 115 ± 21 14,6±1,8 3,7±0,3 15,6±0,6 (7,0±0,6)×103 HP02 145 ± 11 1,9±2,5 4,9±0,2 15,7±0,6 (7,6±0,3)×104 QN01 131 ± 14 0,5±0,3 6,1±0,2 26,3±0,4 (2,5±0,2)×105 QN02 136 ± 22 0,6±0,5 5,1±0,2 24,3±0,2 (2,3±0,2)×105 QN03 117 ± 19 0,7±0,5 4,9±0,2 25,6±0,4 (1,6±0,4)×105 QN04 158 ± 12 1,4±0,3 4,7±0,2 23,5±0,3 (1,1±0,3)×105 QN05 153 ± 16 21,9±4,7 5,2±0,3 17,8±0,5 (7,0±1,0)×103 QN06 137 ± 16 0,7±0,6 6,0±0,1 28,5±0,2 (1,9±0,3)×105 QN07 142 ± 19 1,1±0,5 3,6±0,1 26,8±0,2 (1,3±0,5)×105 Giá trị hệ số phân bố Kd(s) của Po nằm trong khoảng giá trị 210 1,9×103 đến 2,5×105 (L kg-1) trong nghiên cứu chứng tỏ hạt nhân phóng xạ 210Po trong môi trường nước biển ven bờ vùng duyên hải Vịnh Bắc bộ phân bố chủ yếu trên pha hạt (pha rắn) và lắng xuống trầm tích đáy bởi các quá trình vật lý – hóa học – sinh học tự nhiên. 3.1.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường tới sự phân bố 210 Po ở trong môi trường nước biển ven bờ 13
3.1.4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ hoà tan (DOC) Hình 3.3. Mối tương quan giữa Kd(s) của 210Po và hàm lượng DOC (điểm vuông) và độ muối (điểm hình thoi) trong nước biển vào mùa mưa Từ hình 3.3 nhận thấy vào mùa mưa mối tương quan giữa K d(s) của 210Po và nồng độ DOC trong nước là nghịch biến. Điều này có thể được giải thích là do 210Po liên kết với DOC như fulvic và humic trong nước, tạo thành các phức dạng keo không dễ bị tách khỏi pha nước bằng phương pháp lọc nên khi lọc tách pha 210Po vẫn nằm lại trong pha nước và như vậy làm giảm Kd(s). Hình 3.4. Mối tương quan giữa Kd(s) của 210Po và hàm lượng DOC trong nước biển vào mùa khô Từ hình 3.4 nhận thấy vào mùa khô mối tương quan giữa Kd(s) và DOC dường như là đồng biến mặc dù mối tương quan này không chặt chẽ, R2=0.37. Mối tương quan giữa hệ số phân bố Kd của 210Po và DOC là đồng biến bởi hàm lượng DOC trong nước biển ven bờ vào mùa khô giảm, vì thế khả năng hình thành phức keo DOC - 210Po giảm. 3.1.4.2. Ảnh hưởng của độ muối (Cl-) và pH Số liệu trong bảng 3.4 cho thấy, nước biển trong vịnh Bắc Bộ có độ pH vào khoảng từ 7,1 đến 8,2 tùy thuộc vào vị trí và thời điểm lấy mẫu. Vào mùa khô, nước biển trong vịnh có độ pH cao hơn so với 14
pH trong nước vào mùa mưa. Nồng độ ion Cl- trong các mẫu dao động từ 6150 mg/L đến 7800 mg/L và cũng theo quy luật tương tự, vào mùa khô ít nước ngọt từ đất liền đổ ra thì nồng độ muối trong nước cao hơn so với mẫu nước vào mùa mưa. Bảng 3.4. Độ pH và nồng độ ion Cl- trong mẫu nước biển ở các khu vực nghiên cứu Độ pH Nồng độ Cl- (mg/L) Mẫu 2014 2015 2014 2015 TB01 7,8 7,8 6500 7120 TB02 7,3 7,6 6520 7150 TB03 7,1 8,2 6730 7400 HP01 8,2 8,2 7200 7800 HP02 7,2 7,6 7100 7800 HP03 7,3 7,4 6530 7450 QN01 7,1 7,5 6150 6500 Từ Hình 3.5, nhận thấy ở khoảng giá trị pH 7 - 7,4 nồng độ hoạt độ 210Po trong pha nước là cao hơn ở khoảng giá trị pH từ 7,4 - 8,2, do nhân phóng xạ bám trên các hạt lơ lửng đã tan trở lại pha nước trong điều kiện pH thấp. Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH đến nồng độ hoạt độ của 210Po trong nước biển Tương quan đồng biến giữa Kd(s) của 210Po và độ muối trong nước (Hình 3.6) không phản ánh trực tiếp mức độ ảnh hưởng của pH đến trạng thái của đồng vị trong môi trường biển. Độ muối của nước biển ven bờ phụ thuộc vào lượng nước ngọt từ đất liền đổ ra qua các hệ thống sông và kênh thủy lợi. Nước ngọt từ đất liền đổ ra có độ muối thấp hòa trộn với nước biển có độ muối cao làm cho pH của 15
nước vùng nước lợ thấp hơn so với pH nước ngoài biển khơi và kết quả là poloni bám trên các hạt lơ lửng có thể bị tái hòa tan trở lại, tương tự như trường hợp của plutoni mà Hamilton và Taylor cùng các đồng nghiệp đã quan sát thấy [48]. Hình 3.6. Mối tương quan giữa Kd(s) của 210Po và độ muối trong nước biển vào mùa khô Sự phụ thuộc đồng biến giữa Kd(s) và pH trong nước biển ven bờ được trình bày trên hình 3.7. Kết quả tại hình 3.7 cho thấy mối tương quan giữa giá trị Kd(s) của poloni-210 và pH trong nước biển ven bờ vịnh Bắc Bộ là tương đối chặt chẽ và được mô tả bằng mô hình: Kd(s) = 13441*pH-86208 với hệ số tương quan R2=0,56. Hình 3.7. Mối tương quan giữa Kd(s) của 210Po và pH trong nước biển ven bờ vịnh Bắc Bộ 3.2. Nguồn gốc của 210Po ở trong môi trƣờng nƣớc biển ven bờ biển vịnh Bắc Bộ Như mục 3.1 trình bày, nồng độ hoạt độ 210Po trong nước biển và trầm tích ven bờ lần lượt trong khoảng từ 0,5 - 56,8 mBq L-1 và từ 106 Bq kg-1dw đến 196 Bq kg-1dw. Cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có tài liệu nào công bố 16