Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng 226Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển

Chia sẻ: Minh Van Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST

Báo xấu

178
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học - Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng 226Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển nhằm nhằm giải quyết các vấn đề về phát triển phương pháp phân tích định lượng 226Ra trong các hợp phần của môi trường biển: nước, trầm tích và sinh vật bằng kỹ thuật phổ alpha nhằm cải thiện độ nhạy, độ chính xác so với các phương pháp khác; khảo sát sự phân bố hàm lượng của 226Ra trong các hợp phần môi trường biển tiêu biểu tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận và sự dịch chuyển trong điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng 226Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển

1 MÔÛ ÑAÀU Trong số nhiều mắt xích khác nhau của môi trường, diễn biến chất lượng của môi trường biển - môi trường có tính linh động cao và lan truyền không biên giới, được quan tâm nhiều và sâu sắc ở tầm mức quốc gia, khu vực và quốc tế. Việt Nam - đất nước có bờ biển dài khoảng 3260 km và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, đang đứng trước một loạt vấn đề về môi trường và tài nguyên trong phạm vi biển và đới bờ của mình, trong đó có những nguyên nhân tại chỗ, khu vực và Quốc tế. Trong số nhiều yếu tố có khả năng gây ô nhiễm môi trường biển có yếu tố phóng xạ. Các yếu tố phóng xạ trong môi trường biển, bao gồm: - Các đồng vị phóng xạ nhân tạo (chủ yếu quan tâm đến các đồng vị sống dài 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v…) xâm nhập vào môi trường biển bởi: (1) Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; (2) Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ sở xử lý lại nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); (3) Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển trong quá khứ; (4) Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển) [2]. - Các đồng vị phóng xạ tự nhiên (chủ yếu quan tâm đến chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong đó có 226Ra). Trên thế giới, Hội nghị Quốc tế về ô nhiễm biển nhân năm Quốc tế về Đại dương 1998 được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) phối hợp với ủy ban Đại dương liên chính phủ (IOC) của UNESCO, Chương trình môi trường Liên hợp quốc (UNEP), Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), Ủy ban Quốc tế về thám hiểm khoa học Địa Trung Hải (CIEMS) tổ chức tại Phòng thí nghiệm môi trường biển Quốc tế ở Monaco vào hạ tuần tháng 10/1998, Chương trình hợp tác vùng Châu Á - Thái Bình Dương về phóng xạ môi trường biển gồm 12 nước tham gia trong đó có Việt Nam,v.v… đã cung cấp một bức tranh khá toàn diện
2 về thực trạng của nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường biển hiện nay với sự nhấn mạnh đến vai trò của các phương pháp hạt nhân và đồng vị trong lĩnh vực này. Ở Việt Nam, trong những năm qua, việc nghiên cứu đánh giá phóng xạ môi trường biển cũng đã được bước đầu chú ý đến thông qua việc thực hiện một số đề tài cấp Bộ KH&CN do Viện Nghiên cứu hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Hải dương học Nha Trang, v,v... thực hiện. Từ các đề tài này đã tiến hành thu góp mẫu với số lượng hạn chế khoảng 200 mẫu tại các vị trí chọn lọc (Cát Bà, Cửa Lò, Vịnh Nha Trang, Ninh Thuận, Phan Thiết, Vũng Tàu và Cửa Đại Sông Tiền) và tiến hành phân tích hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu đã thu góp. Các kết quả tiêu biểu thu được của các đề tài này là đã xác lập được bộ quy trình thu góp, xử lý, bảo quản và phân tích các nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo quan trọng (238U, 232 Th, 210 Po, 90Sr, 137 Cs, 239,240 Pu, v.v …) trong một số đối tượng môi trường biển và bước đầu cung cấp một số các thông tin về mức hiện hữu các nhân phóng xạ kể trên trong môi trường biển Việt Nam. Tính cách (đặc điểm, hành vi, trạng thái, sự chuyển hóa,…), hàm lượng, sự phân bố, sự dịch chuyển của các nguyên tố hóa học, các đồng vị phóng xạ (tự nhiên và nhân tạo) trong các đối tượng, hợp phần của môi trường biển luôn thu hút sự quan tâm nghiên cứu tìm hiểu, khảo sát và đánh giá của giới khoa học vì biển và đại dương là môi trường sống quan trọng của nhân loại. Nhiều vấn đề liên quan đến môi trường biển của Việt Nam nói chung và nói riêng là những vấn đề đối tượng nghiên cứu được liệt kê ở trên còn chưa được nghiên cứu, hiểu biết một cách thấu đáo, đầy đủ. Vấn đề nghiên cứu đặt ra cho luận án chính là nhằm mục đích góp phần bổ khuyết những thiếu hụt hiện nay về thông tin dữ liệu trong lĩnh vực được lựa chọn. Bản luận án với tiêu đề: “Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha 226 xác định hàm lượng Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi 226 trường biển” tập trung vào nghiên cứu đối với Ra - là đồng vị phóng xạ tự
3 nhiên rất được quan tâm trong sinh thái và vệ sinh phóng xạ vì: chu kỳ bán rã dài (T1/2: 1600 năm), độc tính phóng xạ cao, phát alpha (4.59 và 4.78 MeV) và 222 gamma (186 KeV), đồng thời liên tục phân rã ra Rn và các con cháu khác – cũng là các nhân phát alpha và gamma đa năng lượng (E: 295, 352, 609, 1120 và 1764 KeV); vì thế, 226Ra gây nguy hại do cả chiếu ngoài và chiếu trong. Mục tiêu của luận án: 226 - Phát triển phương pháp phân tích định lượng Ra trong các hợp phần của môi trường biển: nước, trầm tích và sinh vật bằng kỹ thuật phổ alpha nhằm cải thiện độ nhạy, độ chính xác so với các phương pháp khác. 226 - Khảo sát sự phân bố hàm lượng của Ra trong các hợp phần môi trường biển tiêu biểu tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận và sự dịch chuyển trong điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là các hợp phần môi trường biển: nước bề mặt, trầm tích bề mặt (có độ sâu từ 0-5 cm tính từ bề mặt lớp trầm tích), rong và hải sản (cá nục, cá bạc má, cá cơm, cá thu, cá mối, sò,…). Phương pháp nghiên cứu của luận án là sử dụng phương pháp phân tích phổ alpha kết hợp tách hóa phóng xạ và phương pháp phổ gamma để xác định hoạt độ 226Ra trong các hợp phần môi trường biển. Phạm vi nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu được thực hiện ở vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có chiều dài khoảng 105 km; Các nghiên cứu chi tiết cho 2 vùng biển của xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải và xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước (nay là huyện Thuận Nam), tỉnh Ninh Thuận – nơi dự kiến sẽ xây dựng 02 nhà máy điện nguyên tử với công suất thiết kế tổng cộng khoảng 4000 – 8000 MW điện với vị trí ở gần biển và dùng nước biển để làm nguội. Tổng số mẫu thu góp và phân tích khoảng 200 mẫu. Thời gian khảo sát từ 2001 đến 2009. Tổng số các chỉ tiêu phân tích khoảng 1.000, trong đó 226Ra khoảng 200.
4 Ý nghĩa khoa học của luận án: - Góp phần khẳng định tính ưu việt của phương pháp hóa phóng xạ kết hợp với kỹ thuật đo phổ alpha so với phương pháp phân tích phổ gamma khi phân tích các mẫu có thành phần phức tạp, đặc biệt trong đối tượng môi trường biển có hàm lượng muối cao. 226 - Thiết lập quy trình tách và làm giàu để định lượng Ra trong các đối tượng môi trường biển, tạo tiền đề phân tích nguyên tố này trong các đối tượng môi trường khác. - Cung cấp cơ sở dữ liệu về hàm lượng và sự phân bố 226Ra trong các đối tượng môi trường biển vùng biển Ninh Thuận. Bộ số liệu thu nhận được giúp hiểu biết về hành vi, sự phân bố, dịch chuyển và tích lũy của 226Ra trong các hợp phần của môi trường biển. Ý nghĩa thực tiễn của luận án: - Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá chất lượng môi trường biển Việt Nam về mặt phóng xạ. - Đóng góp một phần vào bộ số liệu nền phông phóng xạ môi trường biển Việt Nam làm cơ sở cho các cảnh báo và đánh giá tác động môi trường từ các khu công nghiệp, đặc biệt từ nhà máy điện hạt nhân sẽ được xây dựng và vận hành trong tương lai gần ở Việt Nam tại khu vực nghiên cứu. - Có thể sử dụng kết quả về hệ số tích lũy sinh học trong rong Câu kim (Vĩnh Hải), sò và rong Mơ làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm phóng xạ biển nhằm đơn giản hóa các thủ tục, chương trình cảnh báo. Những đóng góp mới của luận án: - Nghiên cứu phát triển phương pháp tách và làm giàu để định lượng 226 Ra trong các đối tượng môi trường biển (nước biển, trầm tích và sinh vật biển). Kiểm tra độ tin cậy của phương pháp được xác lập. Đây là các nghiên cứu đầu tiên và có hệ thống ở nước ta. 226 - Khảo sát sự phân bố hàm lượng của Ra trong các đối tượng môi trường biển tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận - vùng được chọn xây dựng nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở Việt Nam và đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự
5 226 nhiên của Ra theo chu trình: nước - trầm tích - sinh vật biển. Các số liệu này sẽ đóng góp vào bộ số liệu Quốc gia và Khu vực, không chỉ làm cơ sở cho các 226 xâm nhập tiếp theo của Ra, mà còn phục vụ đánh giá chất lượng môi trường biển Việt Nam cũng như đánh giá tác động môi trường biển về mặt phóng xạ. Bố cục của luận án: Luận án được trình bày theo 3 chương như sau: - Chương một là phần tổng quan, giới thiệu các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài của luận án. - Chương hai là đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương này tập 226 trung mô tả phương pháp thu góp, xử lý, bảo quản và định lượng Ra bằng phương pháp phổ alpha kết hợp với phổ gamma trong mẫu môi trường biển. - Chương ba là kết quả và thảo luận. Chương này tập trung xây dựng 226 phát triển phương pháp tách và tạo mẫu đo phổ alpha xác định hoạt độ Ra trong các đối tượng môi trường biển và đưa ra các số liệu về phân bố hàm lượng 226 Ra trong một số đối tượng môi trường biển, đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển. - Kết luận của luận án. Luận án khẳng định các điểm mới về mặt học thuật.
6 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về các đồng vị phóng xạ và rađi trong môi trường biển 1.1.1. Những đặc trưng chủ yếu của môi trường biển Trên thế giới, Đại dương chiếm khoảng 361,11×106 km2 gần 70,8% tổng diện tích bề mặt của Trái đất, với thể tích khoảng 1,3×1018 m3 [14]. Biển Đông (Hình 1.1), thuật ngữ trong tiếng Anh là South China Sea (SCS) để chỉ một biển rìa rộng lớn, N nửa kín ở khu vực Đông Nam Á, là một phần của Thái Bình Dương, diện tích khoảng 3.500.000 km2, kéo dài từ Singapore tới eo biển Đài Loan theo hướng Tây Nam - Đông Bắc. Biển Đông có thể tích khoảng 3.938.000 km3. Độ sâu trung bình 1140m, vực sâu nhất 5016m thuộc rìa lục địa Philippines. Vùng biển nông E của Biển Đông được nối liền với Biển Hình 1.1. Biển Đông (South China Sea) Ghi chú: 50 : đường đẳng sâu (m) Đông Hải (Trung Quốc) qua eo Đài Loan và Biển Java qua eo Malacca. Khu vực nước sâu chiếm toàn bộ phần trung tâm và đông bắc Biển với hai eo biển sâu Luzon (trên 5000 m) và Midoro (trên 2000 m) nối liền với các vùng nước sâu của Thái Bình Dương và biển Sulu. Xung quanh Biển Đông có nhiều dãy núi bao bọc, nhiều dãy cao hơn 500 m, như những dãy núi ở phía tây Việt Nam hay các dãy núi trên quần đảo Philippines. Các dãy núi hẹp Châu Á giữ chặt các trung tâm đối lưu gió mùa. Xung quanh Biển Đông có khá nhiều sông đổ vào, trong đó, 3 sông lớn nhất là Sông Pearl (Quảng Châu, Trung Quốc), Sông Hồng và Sông Mê - Kông. Lưu lượng của các con sông ở đây biến đổi mạnh theo mùa. Ví dụ, sông Mê - Kông, lượng nước từ tháng 5 – tháng 10 chiếm 70% lượng nước trong năm (~5.2
7 x 1011m3) chiếm tới 16% lượng nước mưa trong lưu vực xung quanh Biển Đông trong cùng thời gian (~3.2 x 1012m3). Nước mưa có thể gây ảnh hưởng tới dòng chảy biển ở dải ven bờ, đặc biệt là các khu vực có cửa sông lớn [12]. 1.1.1.1. Một số đặc điểm chính về hoàn lưu ở Biển Đông Trên cơ sở phân tích các điều kiện tự nhiên, các nhân tố ảnh hưởng chủ yếu và các kết quả nghiên cứu lý thuyết, phân tích, tổng hợp số liệu khảo sát có thể khẳng định rằng chế độ hoàn lưu Biển Đông mang tính chất hoàn lưu mùa và là kết quả của quá trình tương tác biển - khí quyển khu vực trong điều kiện hoạt động mạnh mẽ của gió mùa. Vào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau), vùng biển Việt Nam chịu ảnh hưởng của dòng hải lưu Kuroshio từ Thái Bình Dương vào vùng biển Việt Nam theo hai nhánh: Nhánh thứ nhất vào qua eo Luzon, nhánh thứ hai vào Biển Hoa Đông, Trung Quốc chạy dọc ven bờ Quảng Đông vào vùng biển Việt Nam. Vào mùa hè (từ tháng 5 đến tháng 10), vùng biển Việt Nam ở phía bắc chịu ảnh hưởng một phần của dòng hải lưu Kuroshio, phía nam chịu ảnh hưởng của dòng nước từ Thái Bình Dương qua eo biển Kalimantan nằm giữa Singapore và bán đảo Kalimanta, Indonesia (Hình 1.2 và 1.3) [12], [14]. Hình 1.2. Lược đồ về dòng hải lưu ở Biển Đông (a) mùa đông và (b) mùa hè
8 Hình 1.3. Lược đồ tổng quát về dòng hải lưu lớp trên cùng ở Biển Đông. Các mũi tên đặc chỉ dòng chảy và mũi tên mở chỉ hướng gió, (a) mùa đông và (b) mùa hè. Chú giải: 1. dòng Kuroshio; 2. (Loop current) dòng Kuroshio xâm nhập trực tiếp; 3. (SCSBK) dòng uốn Kuroshio; 4. (NW Luzon Cyclonic Gyre) dòng xoáy tây bắc Luzon; 5. (NW Luzon Cyclonic Eddy) dòng xoáy tròn tây bắc Luzon; 6. (NW Luzon Coastal Current) dòng dòng bờ tây Luzon; 7. (SCSWC) dòng chảy ấm Biển Đông; 8. dòng ven bờ Quảng Đông; 9. (SCS Southern Cyclonic Gyre) dòng xoáy thuận nam Biển Đông; 10. Dòng ngoài khơi thềm lục địa Natuna; 11. (SCS Southern Anticyclonic Gyre) dòng xoáy nghịch nam Biển Đông; 12. Dòng ngoài khơi đông nam Việt Nam. 1.1.1.2. Độ mặn vùng khơi và ven bờ biển Việt Nam Khu vực Vịnh Bắc bộ, Vịnh Thái Lan và bờ biển đồng bằng Nam bộ là những nơi có dòng sông lớn đổ vào nên độ mặn thay đổi rất mạnh giữa mùa mưa và mùa khô. Phần lớn nước vùng ven bờ Vịnh Bắc bộ có độ mặn nhỏ hơn 34‰ và Vịnh Thái Lan nhỏ hơn 33,5‰. Càng vào gần bờ, độ mặn càng giảm đáng kể. Về mùa hè (mùa mưa) thường xuất hiện các tâm nước nhạt ở vùng cửa sông Hồng, cửa sông Cửu Long và ven Vịnh Thái Lan. Về mùa Đông, các tâm và dải nước lợ trong sông đổ ra bị ép sát vào bờ và có khả năng biến mất phụ thuộc vào lưu lượng nước trong sông đổ ra. Khu vực ven bờ miền Trung có độ mặn khá ổn định, thường đạt các giá trị cao vào thời gian từ các tháng 9 đến tháng 12 với giá trị khoảng 33,4 – 34,0‰. Tại các khu vực nước trồi có độ mặn khá cao do nước từ các tầng sâu tải lên [12], [14].
9 1.1.2. Phóng xạ môi trường biển Các nhân phóng xạ trong khí quyển rơi lắng trực tiếp xuống đại dương và cũng có thể gián tiếp từ các con sông chảy vào. Tuy nhiên, các chất phóng xạ cũng được thải trực tiếp ra đại dương như các chất thải lỏng và các chất thải rắn của một số cơ sở hạt nhân và liên quan. Một số nhân phóng xạ tồn tại trong nước dưới dạng tan, một số khác không tan tồn tại dưới dạng các hạt chất rắn lơ lửng hoặc cộng kết thành các hạt chuyển xuống trầm tích [8], [13]. Một số nguyên nhân chính tác động đến môi trường biển là: Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển; Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl, sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển); Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ sở tái xử lý nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v…); và sự đóng góp của các đồng vị phóng xạ tự nhiên chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng, trong số đó 238 232 226 210 nguy hại nhất phải tính đến U, Th, Ra và Po. Bên cạnh đó, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển, công nghiệp thăm dò và khai thác dầu khí, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ trong môi trường biển [2], [3], [9], [44]. 1.1.2.1. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ nhân tạo 1.1.2.1a. Thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước: Thành phần các đồng vị phóng xạ nhân tạo xâm nhập vào đại dương, về cơ bản, được qui định bởi các sản phẩm phân chia của nhiên liệu hạt nhân. Bảng 1.1 đưa ra đặc trưng của các hạt nhân có thời gian sống dài và nguy hại nhất 235 được tạo ra khi phân chia U. Tương quan giữa chúng có thể thay đổi và phụ thuộc vào loại nhiên liệu, dạng và điều kiện diễn ra phản ứng [8], [60].
10 Bảng 1.1. Các nhân phóng xạ chủ yếu hình thành trong quá trình phân chia 235 U [60]. Hạt nhân T1/2 Hiệu suất khi phân chia, % 90 Sr 28.82 năm 5.3 91 Y 58.51 ngày 5.9 95 Zr 63.98 ngày 6.4 95 Nb 34.97 ngày - 99 Tc 2.14105 năm 6.2 106 Ru 366.58 ngày 0.5 131 I 8.04 ngày 3.0 137 Cs 30.17 năm 6.2 140 Ba 12.79 ngày 6.8 144 Ce 284.5 ngày 5.3 147 Pm 2.62 năm 2.6 Trong số tất cả các loại thử hạt nhân thì loại thử trong không khí và dưới nước gây ô nhiễm môi trường mạnh hơn cả. Khi thử trong không khí làm xuất hiện các hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc là: Các sản phẩm phân chia, một phần nhiên liệu hạt nhân không kịp cháy và các sản phẩm kích hoạt của nơtrôn với các thành phần của môi trường (không khí, nước, bùn - đất). Các sản phẩm này dần dần lắng đọng xuống mặt đất, mặt nước. Các kết quả quan trắc cho thấy mật độ rơi lắng phóng xạ ở Bắc bán cầu cao hơn đáng kể so với ở Nam bán cầu. Điều này được xác định bởi các nguyên nhân khí tượng, cũng như bởi phân bố vị trí của các vụ thử (Bảng 1.2). Lượng rơi lắng toàn cầu (xác định bằng thực nghiệm) của 90Sr và 137Cs được trình bày trong Bảng 1.3 [8], [60]. Bảng 1.2. Đặc trưng các vụ thử hạt nhân trên thế giới [60] Nước Số vụ thử Công suất (Mt) Khí quyển Dưới Tổng Khí quyển Dưới Tổng đất đất Trung Quốc 22 22 44 21 1 22 Pháp 50 160 210 10 3 13
11 Ấn Độ - 6 6 Pakistan - 6 6 Anh 33 24 57 8 2 10 Mỹ 219 908 1127 154 46 200 Liên Xô cũ 219 750 969 247 38 285 Tổng các nước 543 1876 2419 440 90 530 Bảng 1.3. Rơi lắng toàn cầu của 90Sr và 137Cs [60]. Năm Lượng, 1016 Bq 90 137 Sr Cs 1961 1.72 - 1962 5.13 8.4 Tích lũy đến 12/1962 22.5 37.5 Dự tính rằng, đến năm 1963, trong khí quyển ở độ cao 30 km có khoảng 2.610 17Bq 90Sr, và lượng này sẽ tiếp tục rơi lắng cho đến nay. Do các vụ thử hạt nhân, ngoài các nhân phát gamma, bêta còn có một lượng đáng kể các hạt nhân phát alpha xâm nhập vào môi trường. Trong số đó, 239 nguy hại nhất phải tính đến Pu. Theo đánh giá của nhiều tác giả: Tính đến cuối năm 1963, có khoảng 2.51016 Bq 239Pu đã rơi lắng vào môi trường; và tính đến năm 1972, khoảng một nửa lượng này đã rơi lắng xuống các vùng thử hạt nhân [2], [9]. 1.1.2.1b. Tàng trữ thải phóng xạ dưới đáy biển: Trong quá trình tái xử lý nhiên liệu hạt nhân và hoạt động của nhà máy điện nguyên tử cũng tạo ra một lượng có ý nghĩa các thải phóng xạ ở các dạng lỏng, rắn và khí. Đáng quan tâm hơn cả ở đây là thải phóng xạ lỏng có thành phần khác nhau. Nhìn chung, bất kỳ phương pháp nào để xử lí chúng cũng cần được kiểm soát trong suốt thời gian cất trữ. Với các thải phóng xạ hoạt độ cao thường được chứa vào các container hoặc bêton hóa, sau đó tàng trữ trong các vùng riêng biệt và chịu sự kiểm soát. Trong quá khứ, một phần các khối thải này đã bị phóng thích vào đại dương và gây ô nhiễm môi trường biển do vật liệu làm
12 container bị ăn mòn và các khối bêton cũng chỉ có độ bền hữu hạn (khoảng 30 năm). Một số vị trí điển hình chôn cất chất thải dưới đáy Đại dương được nêu trong Bảng 1.4 và Hình 1.4 [32]. Bảng 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy Đại dương [24] Vùng chôn thải Số vị trí chôn Hoạt độ (PBq) North-East Pacific 16 0,55 North-West Atlantic 11 2,94 North-East Atlantic 15 42,31 West Pacific 5 0,02 Hình 1.4. Các vị trí chôn thải phóng xạ dưới đáy đại dương. 1.1.2.1c. Sự cố hạt nhân: Sự cố Chernobyl vào năm 1986 dẫn đến phóng thích vào môi trường khoảng 1900 PBq đồng vị phóng xạ các loại (không kể khí trơ phóng xạ), trong 137 đó hoạt độ phóng xạ của Cs là 70 PBq. Sự cố Fukushima được sơ bộ đánh giá phóng thích vào khí quyển khoảng 175 PBq của các đồng vị 131I, 134Cs và 137Cs; ngoài ra có khoảng 2800 TBq131I, 940 TBq 134Cs, 940 TBq 137Cs trực tiếp thải ra môi trường biển [8], [20], [58]. Một vài sự cố hạt nhân khác cũng đã phóng thích các hạt nhân phóng xạ vào môi trường, nhưng nói chung là không đáng kể. Bảng 1.5 chỉ ra hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân trên thế giới.
13 Bảng 1.5. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các sự cố hạt nhân [8], [41] Sự cố hạt nhân Hoạt độ phóng thích (PBq) 90 131 137 238 239,240 Sr I Cs Pu Pu Chernobyl 10 1760 85 0,035 0,072 Kyshtym (1957) 0,04 Windscale (1957) 0,7 0,02 SNAP 9A 0,6 Tàu ngầm Komsomolets 0,0028 0,2 0,003 0,016 (LX cũ) Fukushima 0,14 160 15 0,00002 6,4x10-6 1.1.2.1d. Phóng thích thông lệ có kiểm soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân Các hoạt động sử dụng chất phóng xạ bao gồm tất cả các giai đoạn trong chu trình nhiên liệu hạt nhân cũng như các hoạt động khác trong nghiên cứu khoa học, Y tế, Công nghiệp, v.v… Chu trình nhiên liệu hạt nhân bao gồm các khâu khai thác, sơ chế quặng phóng xạ, làm giàu nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu hạt nhân, xử lý nhiên liệu hóa học đã cháy, trong các khâu trên chúng đều có chất thải phóng xạ. Các hoạt động ứng dụng chất phóng xạ ngoài chu trình nhiên liệu (như các lò phản ứng hạt nhân) cũng thải ra một lượng đáng kể chất thải phóng xạ. Bảng 1.6 cho thấy các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [20]. Bảng 1.6. Các chất thải trong một chu trình nhiên liệu [8], [20] Loại hoạt Các loại chất thải và các Hoạt độ phóng xạ riêng động thành phần chính Ci/tấn U Bq/tấn U 222 218 214 214 -4 -3 Khai thác và Khí: Rn, Po, Bi, Po 10 – 10 4.106 – 4.107 Sơ chế Rắn: U, 226Ra, 230Th, 210Po 0,5 – 1 2.1010 – 4.1010 Tinh chế Lỏng: 238U, 234Th, 234Pa, 226Ra 10-4 – 10-3 4.106 – 4.107 Sản xuất nhiên liệu Rắn: U, Pu, Th 10-4 – 10-3 4.106 – 4.107 Hoạt động lò Khí: 13 N, 41 Ar, 89 Kr, 87 Kr, 10 -100 4.1011 – 4.1012
14 138 phản ứng Xe, 135Xe Rắn: 58Co, 60Co, 59Fe, 51Cr, 3H 50 – 100 2.1012 – 4.1012 Xử lý hóa học Khí: 85Kr, 133Xe, 131I, 129I, 3H 7000 26.1013 Rắn: các sản phẩm phân hạch, 6.106 22.1016 Pu, Am, Cm. Trước đây, phương pháp chung trong việc thải chất thải phóng xạ ở mức thấp và mức trung bình thường là thải ra biển. Thể tích lớn của biển được coi là môi trường lý tưởng hòa tan và phát tán các chất thải phóng xạ này. Người ta 40 tính rằng nước biển đã chứa một lượng phóng xạ khổng lồ, chủ yếu là K với hoạt độ tổng cộng 2.1022Bq (hay 500.000MCi), nên việc thêm vào đó một lượng không đáng kể chất thải phóng xạ sẽ không ảnh hưởng gì. Tuy nhiên, lập luận đó không đủ cơ sở do chưa được nghiên cứu kỹ về quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong nước biển nhờ đó các chất thải phóng xạ được phát tán và do đó không thể đoán trước được sự phân bố các chất phóng xạ trong nước biển như thế nào. Các chất thải phóng xạ này sẽ thông qua dây chuyền thức ăn tới con người và gây nguy hiểm chiếu trong. Do đó, năm 1993 một Hiệp ước Quốc tế đã không cho phép đổ chất thải phóng xạ mức thấp và mức trung bình ra biển và phương pháp thải này đã chấm dứt vào năm 1994. Bảng 1.7 cho thấy hoạt độ phóng xạ của các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [8], [20]. Bảng 1.7. Hoạt độ phóng xạ các sản phẩm phóng thích từ các cơ sở hạt nhân [20]. Nguồn Hoạt độ phóng thích (PBq) 3 14 90 131 137 H C Sr I Cs Hoạt động lò PƯHN 140 1,1 0,04 Tái xử lý nhiên liệu 57 0,3 6,9 0,004 40 Sản xuất và sử dụng nguồn ĐVPX 2,6 1,0 6,0 Do ảnh hưởng của các dòng hải lưu (Hình 1.2 và 1.3), các đồng vị phóng xạ nhân tạo như đã được nêu ở trên hiện diện ở biển Việt Nam, tuy nhiên ở mức độ nào thì cần thiết phải đánh giá.
15 1.1.2.2. Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên Các nguồn chính của các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong môi trường biển chủ yếu là các đồng vị phóng xạ chuỗi U, Th và các sản phẩm phân rã của chúng. Trong số đó, nguy hại nhất phải tính đến 238U, 235U, 232Th, 226Ra và 210Po. Mức độ và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện địa hóa - cảnh quan và quốc gia nào cũng phải tiến hành đánh giá về hàm lượng, tác động của chúng lên cơ thể sống và qua chuỗi hải sản lên người [2], [9]. Ngoài ra, các hoạt động Công nghiệp, như công nghiệp khai thác quặng phóng xạ, công nghiệp khai thác sa khoáng ven biển (ví dụ ở nước Ta, việc khai thác quặng phóng xạ Uran ở vùng Nông Sơn thuộc tỉnh Quảng Nam, việc khai thác sa khoáng ven biển ở một số Tỉnh dọc theo ven biển miền Trung - Một loại quặng có độ phóng xạ cao), công nghiệp thăm dò và khai thác dầu mỏ, công nghiệp khai thác than đá, v.v… ở các nước bao quanh Biển Đông cũng dẫn đến tăng mức phông phóng xạ tự nhiên này [2], [9]. Ngoài các đồng vị phóng xạ tự nhiên thuộc về 3 họ nói trên, trong biển và đại dương còn hiện diện các đồng vị phóng xạ không tạo ra họ, có nguồn gốc từ vỏ quả đất và vũ trụ như: 40K, 3H, 14C, 10Be và 87Rb [2], [9]. Nước ta có nguồn tài nguyên sa khoáng titan đáng kể. Trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá là khoảng hàng chục triệu tấn ilmenit, nằm dọc ven biển các tỉnh Quảng Ninh, Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận. Những tỉnh có trữ lượng lớn là Hà Tĩnh, Thừa Thiên - Huế, Bình Định, Bình Thuận. Tổng trữ lượng và tài nguyên sa khoáng toàn vùng Bắc Trung Bộ đã được thăm dò, đánh giá tính đến thời điểm tháng 12/2008 là 16,226 triệu tấn. Nếu so sánh về mặt tiềm năng tài nguyên thì trữ lượng ilmenit-zircon của Việt Nam chiếm khoảng 5% trữ lượng của toàn thế giới. Hàm lượng các khoáng vật có ích trong quặng titan Việt Nam là: ilmenit 20-200 kg/m3, zircon 20-50 kg/m3, rutil 5-10 kg/m3 và một lượng đáng kể monazit. Trong quặng ilmenit, zircon có các khoáng vật chứa các chất phóng xạ, nhất là khoáng vật monazit, có hàm lượng phóng xạ cao đặc biệt là Th, U. Công nghệ khai thác tại nước ta hiện vẫn chủ yếu là khai thác thủ công,
16 chọn lọc những lớp quặng giàu 80 - 85% khoáng vật nặng. Trong quá trình khai thác, tuyển quặng, các nguyên tố kim loại nặng và nguyên tố phóng xạ có trong quặng bị hòa lẫn trong nguồn nước thải dưới dạng hoà tan hay khoáng vật mịn, siêu mịn và lan truyền theo mọi hướng. Phần lớn nước từ quá trình tuyển quặng cho chảy trực tiếp ra biển, mà không qua giai đoạn xử lý nào [8]. Trong quá trình khai thác mỏ, các chất thải không những gây ô nhiễm cho môi trường khu khai thác và chế biến, vùng lân cận mà còn gây ô nhiễm đối với vùng biển ven bờ (0-30 m nước). Chính các hoạt động khai thác này là nguyên nhân gây tiềm năng ô nhiễm các nguyên tố trong trầm tích biển ở khu vực. Theo kết quả đã nghiên cứu về địa hóa môi trường của Liên đoàn Địa chất biển, Cục Địa chất cho thấy hàm lượng các nguyên tố nặng, hàm lượng các nguyên tố phóng xạ ở đây cũng tăng cao, có liều chiếu ngoài đạt đến 1,2-2 mSv/năm, vượt quá ngưỡng cho phép là 1 mSv/năm [8]. Bên cạnh đó, công nghiệp thăm dò, khai thác dầu mỏ ở vùng biển phía Nam, nguy cơ gây ô nhiễm biển do các nguồn thải trong các giai đoạn lắp ráp, khoan thăm dò, khai thác và tháo dỡ như: mùn khoan, nước vỉa, nước thải sinh hoạt, khí thải... có chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng và phóng xạ. Trong quá 226 228 trình khai thác dầu mỏ, một lượng lớn nước khai thác chứa Ra và Ra được thải vào môi trường biển. Hàm lượng tự nhiên của các đồng vị này trong nước thành tạo nói chung cao hơn rất nhiều lần (khoảng 3 bậc) so với hàm lượng trung bình của Ra trong nước biển (một vài mBq/l) [12]. Qua các tài liệu nghiên cứu, khảo sát về các đồng vị phóng xạ tự nhiên bị thải ra biển trong quá trình khai thác dầu của các nước có ngành công nghiệp khai thác dầu khí phát triển như Nauy, Inđônêsia, v.v... trung bình để thu được 1 tấn dầu mỏ thì thải ra biển một lượng tương đương nước thành tạo. Với hàm lượng trung bình của Ra trong nước tạo thành khoảng 10Bq/l thì lượng Ra thải ra biển khi khai thác 1 tấn dầu mỏ khoảng 10KBq [12]. Bảng 1.8 và 1.9 cho thấy mức độ phóng xạ của các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng và nguyên vật liệu khác.
17 Bảng 1.8. Mức độ phóng xạ các sản phẩm có liên quan tới một số loại quặng [8] 238 232 Tên quặng Tên bã thải U (Bq/kg) Th (Bq/kg) Quặng phosphate Quặng phosphate 1200 8,4 Bể chứa quặng 33 16 Phân bón 730 4,4 Bùn quặng 12 1,4 Bùn sa lắng 160 3,2 Quặng Titanium Quặng Titanium 74-440 130-160 Bể chứa 290 480 Titanium oxide 18 1,3 Gypsum 15 23 Quặng basnasite Vật liệu thô 1100 5800 Bùn sa lắng 1200 6000 Sản phẩm 1400 7100 Quặng Zircon Cát Zircon 4200 770 Khoáng Flourit 4100 880 Gạch 3500 810 Bã thải 280 150 Quặng than Than 15 7 Clinke 97 72 Tro bụi 95 91 Bảng 1.9. Mức độ phóng xạ của một số nguyên vật liệu khác [11], [14] Nguyên vật liệu Độ phóng xạ (Bq/kg) Đất 20-50 (U), 30-70 (Th) Xỉ than, Bụi tro 200-300 (U, Th) Bùn dầu mỏ 1000-5000 (Ra) Cặn dầu 1000-20000 (Ra, 210Po) Bùn quặng phosphat 20-1000 (Ra, 210Po) Bùn đỏ (chế biến quặng đồng) 20-400 (U), 30-1500 (Th) Zircon 1000-4000 (U)
18 Tuy vậy, trong những năm qua việc đánh giá mức độ gây ô nhiễm từ những nguồn này ở nước ta vẫn chưa được chú ý đúng mức. 1.1.2.3. Tình hình nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển trên thế giới Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển trên thế giới chủ yếu theo các hướng sau [8], [9]: (1) Nguồn gốc của các chất nhiễm bẩn trong môi trường biển (chôn thải dưới đáy biển, các vụ thử vũ khí hạt nhân trong quá khứ, phóng thích từ mặt đất, ô nhiễm từ khí quyển và xâm nhập từ sông); (2) Quan trắc, vận chuyển và phân bố các đồng vị phóng xạ (mức ô nhiễm, chỉ thị sinh học, các chu trình sinh địa hoá, sự hình thành và biến đổi loài, v.v...); (3) Nghiên cứu đánh giá sinh thái phóng xạ biển (đánh giá liều do các chất phóng xạ, tăng phông phóng xạ tự nhiên các công nghiệp phi hạt nhân); (4) Phát triển các mô hình phần mềm máy tính đánh giá sự phân tán các chất ô nhiễm (các mẫu buồng, các mẫu phân tán và động học trầm tích, mẫu phân tán khu vực, vùng và toàn cầu); (5) Hệ thống thông tin ô nhiễm môi trường biển (GIS, ngân hàng dữ liệu, các xu hướng theo thời gian, dự báo, v.v...); (6) Phát triển các kỹ thuật phân tích các chất ô nhiễm môi trường biển (các kỹ thuật phân tích hạt nhân và hoá phóng xạ, sắc ký, khối phổ kế, khối phổ kế máy gia tốc); (7) Các hướng nghiên cứu từ xa về ô nhiễm môi trường biển (quan trắc dưới nước, trên không và vệ tinh, v.v...); (8) Đánh giá các nguy cơ và quản lý ô nhiễm môi trường biển (các nghiên cứu điển hình, các biện pháp quản lý, v.v...); (9) Nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển tại các vùng và toàn cầu cần quan tâm đặc biệt.
19 1.1.2.4. Những kết quả chính trong nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển khu vực Châu Á - Thái Bình Dương Các hướng nghiên cứu chủ yếu về phóng xạ môi trường biển trong khu vực như sau [24], [57]: (1) Thiết lập bộ số liệu Vùng về phóng xạ môi trường biển: - Tạo bộ số liệu vùng và lập bản đồ về phóng xạ môi trường biển để sử dụng đánh giá liều và bài toán lan truyền xuyên biên giới các nhân phóng xạ chính; - Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng phục vụ bài toán trên. (2) Xác định mức, cử chỉ và dạng tồn tại của chất nhiễm bẩn phóng xạ và không phóng xạ trong môi trường biển bằng cáckỹ thuật đồng vị/hạt nhân: - Khảo sát hiệu ứng tích lũy các chất nhiễm bẩn phóng thích vào môi trường biển sử dụng kỹ thuật hạt nhân; - Sử dụng kỹ thuật đánh dấu để nghiên cứu sự vận chuyển các khối nước và các chất ô nhiễm; - Áp dụng kỹ thuật đánh dấu để chỉ định nguồn gốc xâm nhập các chất nhiễm bẩn vào đới bờ; - Chỉ định các chất nhiễm bẩn có khả năng tham gia vào dịch chuyển xuyên biên giới trong Vùng, đánh giá các quá trình và tốc độ vận chuyển chúng trong môi trường biển; - Nâng cao năng lực phân tích và cơ sở vật chất trong Vùng để giải quyết các vấn đề đã nêu trên. (3) Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và mô hình hoá phục vụ phát triển bền vững đới bờ: - Chuyển giao công nghệ tới các quốc gia thành viên các mô hình vật lý hay mô hình số đã được xác lập cho việc phát triển bền vững đới bờ; - Kiểm chứng các mô hình trên thực tế dùng kỹ thuật đánh dấu; - Tăng cường khả năng và thiết bị trong Vùng cho việc quản việc quản lý đới bờ qua kỹ thuật đánh dấu.
20 1.1.2.5. Các nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển ở Việt Nam trong 10 năm trở lại đây Trong những năm qua, các bộ, ngành, địa phương tuỳ theo chức năng và mối quan tâm của mình đã và đang tiến hành một số chương trình điều tra, khảo sát và đánh giá chất lượng môi trường biển. Trong đó việc nghiên cứu phóng xạ môi trường biển cũng đã được quan tâm thực hiện. Nghiên cứu phóng xạ môi trường biển ở Việt Nam được bắt đầu thực hiện từ năm 1998 qua việc thực hiện các đề tài nghiên cứu khoa học. Tính đến nay, riêng ngành Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tổ chức thực hiện 4 đề tài cấp Bộ, 1 đề tài cấp Cơ sở và 1 nhiệm vụ cấp Bộ: 1) “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp và kỹ thuật phân tích hạt nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển Việt Nam” (1999-2000); 2) “Nghiên cứu phát triển các phương pháp phân tích hạt nhân chủ yếu và ứng dụng đánh giá tình trạng phóng xạ môi trường biển ở một số vùng điển hình của Việt Nam” (2001-2002); 3) “Tổng kết, đánh giá các kết quả nghiên cứu về phóng xạ môi trường biển; bước đầu sơ bộ đánh giá liều tích lũy hiệu dụng tập thể dân chúng do sử dụng hải sản ở một số vùng điển hình của Việt Nam” (2003); 4) “Nghiên cứu đánh giá mật độ rơi lắng tích lũy 90Sr, 137 Cs 239,240 và Pu trong đất và trầm tích ở phía Nam Việt Nam”; 5) “Điều tra, đánh hiện trạng phóng xạ môi trường biển tại 2 vị trí dự kiến xây dựng nhà máy điện hạt nhân thuộc tỉnh Ninh Thuận” (2008-2009) và 6) “Ứng dụng kỹ thuật đồng vị môi trường Pb-210 để xác định tuổi, lịch sử ô nhiễm của một số kim loại nặng cũng như tổng C hữu cơ (TOC) và tổng N và P trong các lát cắt trầm tích vịnh Hạ Long bằng kỹ thuật hạt nhân” (2011-2012). Riêng Viện Hải Dương học Nha Trang đã thực hiện 3 đề tài cấp Cơ sở và 1 đề tài nhánh của Dự án SAREC: “Nghiên cứu đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích ven bờ vịnh Nha Trang” (1998); “Điều tra, nghiên cứu phông phóng xạ môi trường vùng biển ven bờ Bình Định - Nha Trang” (2000); “Đặc điểm phông phóng xạ trong trầm tích vùng biển ven bờ tỉnh Bình Định” (2002). Các kết quả tiêu biểu đã đạt được qua việc thực hiện các Đề tài, Nhiệm vụ là: