intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận án Tiến sĩ Vật lý: 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

Chia sẻ: Cố Linh Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:154

4
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "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" với mục tiêu nhằm 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; nghiên cứu, xây dựng cơ sở dữ liệu quan trắc phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản chứa NORM;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lý: 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

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- NGUYỄN VĂN DŨNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2022
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM ----------------------------- NGUYỄN VĂN DŨNG 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân và nguyên tử Mã số: 9.44.01.06 Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Hào Quang 2. TS. Đào Đình Thuần Hà Nội - 2022
  3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Hào Quang và TS. Đào Đình Thuần. Các số liệu, kết quả được nêu trong luận án là trung thực và đã được sự đồng ý của đồng tác giả trong các công trình khoa học đã công bố. Luận án không có sự sao chép, sử dụng bất hợp pháp kết quả, số liệu từ bất kỳ tài liệu hoặc công trình khoa học của các tác giả khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các nội dung trình bày trong luận án này. Tác giả luận án NCS. Nguyễn Văn Dũng i
  4. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được chương trình tiến sĩ và viết luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ tận tình của các tổ chức, cá nhân. Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn là TS. Nguyễn Hào Quang và TS. Đào Đình Thuần đã tận tình hướng dẫn truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong chuyên môn, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện bản luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn các thầy cô, các cán bộ tham gia giảng dạy và công tác tại Trung tâm Đào tạo hạt nhân - Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và hỗ trợ mọi thủ tục cần thiết cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu sinh và thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Liên đoàn Địa chất Xạ - Hiếm, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội đã giúp đỡ và góp ý những kiến thức chuyên môn quý báu cho tác giả trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Ban chủ nhiệm Khoa Môi trường, Ban chủ nhiệm Bộ môn Môi trường cơ sở và các đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập, công tác và thực hiện luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn hữu, người thân đã luôn động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả trong học tập, nghiên cứu và công tác, tuy còn nhiều khó khăn, thách thức, nhưng cũng đã gặt hái được những thành quả nhất định. Bản luận án không tránh khỏi còn nhiều khiếm khuyết, thiếu sót, tác giả mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô, nhà khoa học, đồng nghiệp và những người quan tâm, để tác giả tiếp tục hoàn thiện bản luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Dũng ii
  5. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN TẠI CÁC MỎ ĐẤT HIẾM VÀ SA KHOÁNG ................................................................................................... 5 1.1. Một số khái niệm về phóng xạ................................................................ 5 1.2. Quy luật phân rã phóng xạ ...................................................................... 6 1.3. Một số đại lượng và đơn vị đo sử dụng trong an toàn bức xạ ................ 7 1.3.1. Liều chiếu ...................................................................................... 8 1.3.2. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ.................................................. 8 1.3.3. Liều tương đương và suất liều tương đương ................................ 9 1.3.4. Liều hiệu dụng và suất liều hiệu dụng .......................................... 9 1.4. Các nhân phóng xạ tự nhiên trên bề mặt Trái Đất ................................ 11 1.4.1. Các nhân phóng xạ thuộc chuỗi phóng xạ ................................. 11 1.4.2. Các nhân phóng xạ nguyên thủy không thuộc chuỗi phóng xạ .. 13 1.4.3. Các nhân phóng xạ tự nhiên có nguồn gốc từ vũ trụ ................. 14 1.5. Phông phóng xạ tự nhiên ...................................................................... 15 1.5.1. Hiện trạng phóng xạ môi trường trên thế giới ........................... 16 1.5.2. Nền phông phóng xạ môi trường tự nhiên ở Việt Nam............... 20 1.6. Tình hình thăm dò, khai thác và chế biến quặng đất hiếm và sa khoáng ...................................................................................................................... 22 1.6.1. Trên thế giới ................................................................................ 22 1.6.2. Tại Việt Nam ............................................................................... 23 1.6.3. Đặc điểm địa lý tự nhiên, địa chất – khoáng sản khu mỏ đất hiếm Mường Hum .......................................................................................... 26 1.6.4. Đặc điểm địa lý tự nhiên, địa chất - khoáng sản mỏ sa khoáng monazite Bản Gié .................................................................................. 30 1.7. Những vấn đề tồn tại trong nghiên cứu phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản của nước ta ................................................................................ 31 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG DỮ LIỆU PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG .......... 33 2.1. Hệ phương pháp nghiên cứu ................................................................. 33 iii
  6. 2.1.1. Cơ chế phát tán khí phóng xạ đến môi trường thân quặng chứa NORM ................................................................................................... 34 2.1.2. Cơ chế phát tán bức xạ gamma đến môi trường từ thân quặng chứa NORM ................................................................................................... 37 2.1.3. Lấy mẫu và đo suất liều tại hiện trường ..................................... 40 2.1.4. Phương pháp detector vết hạt nhân đo nồng độ radon và thoron ............................................................................................................... 42 2.1.5. Xử lý mẫu và đo nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ trong phòng thí nghiệm .................................................................................. 43 2.1.6. Chương trình đảm bảo và kiểm soát chất lượng (QA/QC) của phép đo phóng xạ gamma .............................................................................. 45 2.2. Xác định nồng độ hoạt độ của các nhân phóng xạ theo phương pháp phổ gamma................................................................................................... 47 2.2.1. Cơ sở vật lý ................................................................................. 47 2.2.2. Chọn vạch gamma đặc trưng xác định hoạt độ phóng xạ .......... 48 2.2.3. Xác định nồng độ hoạt độ của 238U cân bằng và không cân bằng ............................................................................................................... 48 2.2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi tuyệt đối ............................ 49 2.2.5. Xác định nồng độ radon trong không khí ở khu vực xung quanh tụ khoáng ................................................................................................... 52 2.3. Phương pháp phân tích tài liệu ............................................................. 53 2.3.1. Tính suất liều gamma hấp thụ ở khoảng cách 1 m cách mặt đất 53 2.3.2. Tính liều hiệu dụng gamma chiếu ngoài trung bình năm (AGED) ............................................................................................................... 53 2.3.3. Tính liệu hiệu dụng chiếu trong qua đường tiêu hóa (Ein) ......... 54 2.3.4. Tính liều hiệu dụng trung bình năm do hít thở radon qua đường hô hấp.................................................................................................... 55 2.3.5. Hoạt độ tương đương Rađi ......................................................... 56 2.3.6. Chỉ số nguy hiểm chiếu ngoài và chiếu trong ............................ 56 2.3.7. Nguy cơ ung thư trong khoảng thời gian sống của cộng đồng cư dân......................................................................................................... 57 2.3.8. Phương pháp xác định biến đổi liều bức xạ sau khi có hoạt động khoáng sản tại khu vực nghiên cứu ...................................................... 57 2.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường tại các mỏ khoáng sản chứa NORM.......................................................................................................... 60 2.4.1. Nguyên tắc xây dựng cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường .......... 61 2.4.2. Quy trình phát triển phần mềm ................................................... 62 iv
  7. 2.4.3. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình ...................................................... 64 2.4.4. Tiêu chuẩn cho cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường ...................... 65 2.5. Hiệu chỉnh kết quả đo và đánh giá sai số kết qủa phân tích ................. 68 2.5.1. Đánh giá sai số ........................................................................... 68 2.5.2. Hiệu chỉnh sự sai khác giữa khối lượng mẫu chuẩn và mẫu phân tích......................................................................................................... 70 2.5.3. Công thức truyền sai số .............................................................. 71 2.5.4. Các nguồn gây ra sai số ............................................................. 72 3.1. Mô hình địa môi trường nghiên cứu cơ chế phát tán phóng xạ tới môi trường ........................................................................................................... 73 3.2. Đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ môi trường tại mỏ đất hiếm Mường Hum .......................................................................................... 75 3.2.1. Đánh giá sự phát tán các nhân phóng xạ ra môi trường ........... 75 3.2.2. Kết quả đánh giá liều bức xạ tại tụ khoáng đất hiếm ........................ 80 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của phóng xạ môi trường tại mỏ sa khoáng monazite Bản Gié .................................................................................. 88 3.3.1. Đánh giá sự phát tán các nhân phóng xạ ra môi trường ........... 88 3.3.2. Đánh giá mức liều chiếu xạ tại khu vực mỏ monazite Bản Gié . 90 3.5. Điều tra xã hội học, tình hình sức khỏe dân chúng sinh sống trong và lân cận khu mỏ khoáng sản chứa phóng xạ ............................................... 106 3.5.1. Xử lý tổng hợp kết quả điều tra xã hội học tại khu vực nghiên cứu ............................................................................................................. 106 3.5.2. Đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm phóng xạ đối với sức khỏe dân chúng trong khu vực mỏ đất hiếm Mường Hum ................................. 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ.................................... 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 120 Phụ lục 1 ........................................................................................................ 134 Phụ lục 2 ........................................................................................................ 138 v
  8. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CSDL Database Cơ sở dữ liệu D Absorbed dose rate Suất liều hấp thụ The excess lifetime cancer Nguy cơ gây ung thư trong thời ELCR risk gian sống Hex External hazard index Chỉ số nguy hiểm chiếu ngoài Hin Internal hazard index Chỉ số nguy hiểm chiếu trong HPGe High Pure Germanium Germanium siêu tinh khiết International Atomic Energy Cơ quan Năng lượng nguyên tử IAEA Agency quốc tế Liều hiệu dụng chiếu trong hàng IAED Indoor annual effective dose năm International Commission on Ủy ban Quốc tế về bảo vệ phóng ICRP Radiological Protection xạ LHQ United Nations Liên Hiệp Quốc NCS PhD student Nghiên cứu sinh Naturally Occuring Vật liệu chứa phóng xạ tự nhiên NORM Radioactive Materials Outdoor Annual Effective Liều hiệu dụng chiếu ngoài hàng OAED Dose năm PXMT Environmental radioactivity Phóng xạ môi trường Raeq Radium equivalent activity Hoạt độ Radi tương đương Total annual effective dose Tổng liều hiệu dụng hàng năm TAEDE equivalent United Nations Scientific Ủy ban Khoa học Liên Hiệp Quốc UNSCEAR Committee on the Effect of về tác động bức xạ nguyên tử Atomic Radiation United States Environmental Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ US EPA Protection Agency vi
  9. 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 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 vii
  10. 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 viii
  11. 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 ix
  12. 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 x
  13. 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 xi
  14. 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 1
  15. 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 2
  16. 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). 3
  17. Phạm vi nghiên cứu của luận án là khu vực mỏ đất hiếm Mường Hum, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai và khu vực mỏ sa khoáng monazite Bản Gié, huyện Quỳ Hợp, tỉnh Nghệ An. Phương pháp nghiên cứu của luận án bao gồm tiến hành khảo sát thực địa, lấy mẫu đất, quặng, nước, lương thực và đo xác định mức liều bức xạ trong quá trình hoạt động khoáng sản tại khu vực nghiên cứu bằng hệ phương pháp và thiết bị hiện đại như: máy đo RAD-7 và detector vết hạt nhân CR39 để đo tức thời và đo tích lũy nồng độ khí phóng xạ (222Rn, 220Rn) trong không khí; máy đo suất liều gamma chiếu ngoài DKS-96; thiết bị phổ kế gamma xác định nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ 226Ra, 232Th, 40K trong mẫu đất, lương thực, nước; Ước tính hệ số nguy hiểm (Hazard index), để xác định xác suất gây ung thư trong cộng đồng dân cư xung quanh khu vực mỏ. Sử dụng một số mô hình để nghiên cứu cơ chế phát tán các nhân phóng xạ tự nhiên ra môi trường trong quá trình hoạt động khoáng sản khu ở mỏ và để xác lập mối quan hệ giữa môi trường địa chất với nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ tự nhiên. Nội dung của Luận án bao gồm: Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, Luận án trình bày nội dung chính trong 3 chương như sau: Chương 1. Tổng quan về phóng xạ môi trường và tình hình khai thác, chế biến khoáng sản tại các mỏ đất hiếm và sa khoáng; Chương 2. Phương pháp nghiên cứu, tiến hành thực nghiệm và xây dựng cơ sở dữ liệu phóng xạ môi trường; Chương 3. Kết quả và thảo luận. 4
  18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC, CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN TẠI CÁC MỎ ĐẤT HIẾM VÀ SA KHOÁNG 1.1. Một số khái niệm về phóng xạ Phóng xạ (radioactive decay) là khái niệm lần đầu tiên được H.Becquerel và M.Curi đưa ra sau khi phát hiện ra hiện tượng đen phim ảnh dưới tác động của một loại bức xạ phát ra từ khoáng vật là đuôi quặng urani. Ngày nay phóng xạ được hiểu là hiện tượng tự chuyển hóa giữa thành phần hạt nhân nguyên tử hoặc trạng thái năng lượng của hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân nguyên tử cấu tạo bởi nơtron và proton có tên gọi chung là các nucleon. Proton mang điện tích dương và bằng một đơn vị điện tĩnh, nơtron là hạt không mang điện nhưng có số khối gần ngang bằng số khối của proton và tổng số nơtron và proton trong hạt nhân bằng số khối của nguyên tử. Số proton của hạt nhân chính là số thứ tự của nguyên tử trong Bảng Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleev. Trong cùng một ô của Bảng Hệ thống tuần hoàn, tức là cùng một nguyên tố, có thể có nhiều loại hạt nhân có số khối khác nhau, tức là chúng khác nhau về số nơtron. Những hạt nhân của cùng một nguyên tố nhưng khác nhau về số khối (khác nhau về số nơtron trong hạt nhân) được gọi là các đồng vị: isotopes (theo tiếng Hán có nghĩa là đứng cùng một vị trí trong Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố). Trong lĩnh vực Vật lý hạt nhân, vai trò của các electron quay xung quanh hạt nhân không có ý nghĩa vì chúng chỉ tham gia vào các phản ứng hóa học tạo các mối liên kết hóa học giữa nguyên tử này với nguyên tử khác. Vật lý hạt nhân chỉ quan tâm đến hạt nhân mà cụ thể là số khối và số proton. Các loại hạt nhân khác nhau, có số khối và số proton khác nhau được gọi là các nhân (nuclides). Các nhân được ký hiệu bằng ký tự của nguyên tố kèm theo số khối viết trên đầu bên trái ký tự nguyên tố. Ví dụ, nhân kali-40 được viết là 40K, hoặc nhân urani-238 ký hiệu là 238U. Thông thường các ký hiệu nhân không có thông tin về số proton vì số này được hiểu mặc định là số thứ tự của nguyên tố trong Bảng Hệ thống tuần hoàn. Ví dụ, nhân 40K mặc định có số proton là 19 [9-11]. Quá trình phóng xạ xảy ra cùng với sự mất cân bằng về khối lượng do sự chuyển đổi từ khối lượng sang năng lượng, đây là động năng của các hạt thứ cấp sinh ra từ quá trình phóng xạ. Như vậy, phóng xạ luôn kèm theo bức xạ, 5
  19. tức là quá trình phát năng lượng. Năng lượng bức xạ từ quá trình phóng xạ thường có giá trị đủ lớn để đâm xuyên được sâu vào lòng vật chất và đồng thời ion hóa vật chất trên đường chúng đi qua nên được gọi là bức xạ ion hóa. Ngày nay, trong môi trường tồn tại hai loại nhân phóng xạ, đó là nhân phóng xạ tự nhiên và nhân phóng xạ nhân tạo. Nhân phóng xạ tự nhiên là những nhân của các nguyên tố hóa học có mặt trong thành phần vỏ Trái Đất từ khi Trái Đất được hình thành, ví dụ như nhân 238U, 232Th và 40K và có tên gọi là các nhân phóng xạ nguyên thủy (Prinordial nuclides), hoặc được tạo ra từ các phản ứng hạt nhân trong khí quyển giữa các thành phần vật chất của khí quyển xung quanh Trái Đất, ví dụ như triti (3H) và cacbon 14 (14C) [9]. Các nhân phóng xạ nhân tạo trong môi trường là do con người tạo ra từ sau thời kỳ công nghiệp. 1.2. Quy luật phân rã phóng xạ Tốc độ chuyển hóa hạt nhân trong quá trình phân rã phóng xạ tuân theo quy luật phân rã và được mô tả bằng biểu thức (1.1) [9-11, 76]: 𝑑𝑁 = −λ𝑁 (1.1) 𝑑𝑡 Trong đó N là số hạt nhân, t là thời gian và λ là hằng số phân rã. Lời giải của phương trình (1.1) là: Nt = N0.e-λt (1.2) trong đó N0 là số hạt nhân mẹ tại thời điểm ban đầu t = 0; Nt là số hạt nhân mẹ còn lại ở thời điểm t. Phương trình (1.2) mô tả quy luật suy giảm số hạt nhân phóng xạ theo thời gian và gọi là quy luật phân rã phóng xạ. Nhân cả 2 vế công thức (1.2) với hằng số phân rã λ, ta được công thức tính hoạt độ của nhân phóng xạ, ký hiệu là A: At = A0e-λt (1.3) trong đó A0 và At là hoạt độ của nhân phóng xạ tại thời điểm ban đầu và tại thời điểm t tương ứng. Hoạt độ được hiểu là tốc độ chuyển hóa của nhân phóng xạ, do vậy hoạt độ phóng xạ trong hệ thống đo lường chuẩn quốc tế (SI) có đơn vị là nghịch đảo của thời gian (s-1, giây-1) và tên gọi là Becquerel, ký hiệu là Bq, 1 Bq = 1 phân rã.s-1. Đơn vị của hoạt độ phóng xạ ngoài hệ đo lường SI có tên gọi là Curie, ký hiệu là Ci, 1Ci = 3,7.1010 Bq và tưuwong đương với 1 g 226Ra. 6
  20. Tại thời điểm mà hoạt độ của nhân chỉ còn lại bằng một nửa hoạt độ ban đầu thì khoảng thời gian đó được gọi là chu kỳ bán rã, ký hiệu là T1/2, nghĩa là: 1 𝐴0 = 𝐴0 𝑒 −λ.𝑇1/2 (1.4) 2 𝑙𝑛2 0,693 Hay 𝑇1/2 = = (1.5) λ λ Như vậy, hằng số phân rã λ có đơn vị là nghịch đảo của thời gian và quy luật phân rã phóng xạ chính là tốc độ chuyển hóa của hạt nhân phóng xạ. Hình 1.1 mô tả quy luật suy giảm số hạt nhân phóng xạ theo thời gian. Hằng số phân rã càng lớn (chu kỳ bán rã T1/2 càng ngắn), số hạt nhân phóng xạ/hoạt độ phóng xạ suy giảm càng nhanh. Hình 1.1. Quy luật suy giảm số hạt nhân phóng xạ theo thời gian [9]. Các nhân phóng xạ khác nhau có chu kỳ bán rã khác nhau. 1.3. Một số đại lượng và đơn vị đo sử dụng trong an toàn bức xạ Chúng ta đang sống trong môi trường luôn có bức xạ ion hóa, tức là hàng ngày chúng ta phải hứng chịu một lượng năng lượng bức xạ từ các nhân phóng xạ, được gọi là liều bức xạ. Có khái niệm liều bức xạ chiếu trong và liều bức xạ chiếu ngoài. Chiếu trong là nhân phóng xạ nằm bên trong cơ thể và năng lượng bức xạ trực tiếp tác động lên các tế bào, các mô bên trong cơ thể. Chiếu ngoài là năng lượng bức xạ tác động lên cơ thể sống từ bên ngoài, qua da rồi mới vào đến tế bào của cơ thể. Ảnh hưởng của bức xạ ion hóa được đánh giá thông qua liều lượng bức xạ mà cơ thể sống phải nhận trong các hoạt động lao động-sản xuất cũng như sinh hoạt hàng ngày. Các đại lượng về liều bức xạ ion hóa bao gồm: 7
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2