Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Nghiên cứu xác định suất liều chiếu riêng phần trên đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm - Ứng dụng khảo sát phóng xạ môi trường

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu từ phổ năng lượng đo được, cùng với việc xác định hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ kích thước 7,6cm x 7,6cm, để từ đó thu được phổ suất liều chiếu. Với phổ suất liều chiếu, có thể xác định được suất liều chiếu tổng thông qua tổng số liệu từ phổ suất liều chiếu. Để xác định suất liều chiếu riêng phần ứng với các năng lượng gamma, hệ số chuyển đổi DP(E) cho đầu dò NaI(Tl) được xác định.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật chất: Nghiên cứu xác định suất liều chiếu riêng phần trên đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm - Ứng dụng khảo sát phóng xạ môi trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngô Vũ Thiên Quang NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT LIỀU CHIẾU RIÊNG PHẦN TRÊN ĐẦU DÒ NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm - ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh - 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngô Vũ Thiên Quang NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH SUẤT LIỀU CHIẾU RIÊNG PHẦN TRÊN ĐẦU DÒ NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm - ỨNG DỤNG KHẢO SÁT PHÓNG XẠ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử Mã số : 60440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VÕ HỒNG HẢI Thành phố Hồ Chí Minh - 2019
Lời cam đoan Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân học viên dưới sự hướng dẫn của TS. Võ Hồng Hải. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Trong quá trình thực hiện, học viên có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của luận văn. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2019 Học viên NGÔ VŨ THIÊN QUANG
Lời cám ơn Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn thạc sĩ, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: TS. Võ Hồng Hải đã tận tình chỉ bảo không những kiến thức cần thiết hoàn thành luận văn mà còn phương pháp làm việc khoa học. Thầy đã giúp đỡ tôi rất nhiều khi gặp những khó khăn phát sinh, cùng nhau giải quyết những vấn đề trong quá trình thực hiện luận văn. Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã cung cấp số liệu thực nghiệm. Quý thầy cô Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh cũng như quý thầy cô Bộ môn Vật lý Hạt nhân – Kỹ thuật Hạt nhân, Khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện luận văn. Quý thầy cô Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ trong việc hoàn tất thủ tục, hồ sơ cần thiết trong khoá cao học. Các bạn trong khóa cao học 28 Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, vui buồn có nhau trải qua khoảng thời gian học tập, cùng làm việc nhóm, vượt thắng những kỳ thi hết môn và hỗ trợ lẫn nhau hoàn thành luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã ủng hộ tôi về nhiều mặt trong thời gian qua. Luận văn thạc sĩ này hoàn thành là nhờ vào sự giúp đỡ của tất cả. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2019 Học viên NGÔ VŨ THIÊN QUANG
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cám ơn Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN .............................................................................. 4 1.1. Phóng xạ môi trường tự nhiên .............................................................. 4 1.1.1. Nguồn gốc phóng xạ môi trường tự nhiên ..................................... 4 1.1.2. Chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên Actini, Urani, Thori ................. 6 1.1.3. Phóng xạ từ khí Radon và con cháu của Radon .......................... 12 1.2. Các đại lượng vật lý mô tả liều lượng bức xạ ..................................... 13 1.2.1. Kerma........................................................................................... 13 1.2.2. Liều hấp thụ ................................................................................. 15 1.2.3. Liều chiếu .................................................................................... 16 1.2.4. Liều chiếu, liều hấp thụ và kerma va chạm trong không khí ...... 18 1.2.5. Ví dụ minh họa so sánh kerma, liều chiếu, liều hấp thụ .............. 19 1.3. Xác định suất liều chiếu trong không khí bằng đầu dò nhấp nháy ..... 21 1.3.1. Mối tương quan giữa suất liều chiếu trong không khí và phổ năng lượng .................................................................................... 21 1.3.2. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) ........................................ 22
1.3.3. Suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất liều chiếu riêng phần tổng do năng lượng gamma gây ra trong phổ suất liều chiếu ...... 23 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ TẢ THỰC NGHIỆM .................. 25 2.1. Phương pháp xác định suất liều chiếu trong không khí bằng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm............................................... 25 2.1.1. Xác định hàm G(E) ...................................................................... 25 2.1.2. Xác định hệ số DP(E) .................................................................. 27 2.2. Số liệu thực nghiệm ............................................................................ 27 2.2.1. Hệ đo NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm ................................................... 28 2.2.2. Các vị trí đo tại núi Châu Thới .................................................... 29 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 31 3.1. Phổ năng lượng và phổ suất liều chiếu tại 18 vị trí của núi Châu Thới ..................................................................................................... 31 3.2. Xác định suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ............ 34 3.3. Xác định suất liều chiếu riêng phần của một số đỉnh năng lượng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ............................................................ 36 3.3.1. Đỉnh năng lượng 238,6 keV của đồng vị Pb-212 ........................ 37 3.3.2. Đỉnh năng lượng 352,5 keV của đồng vị Pb-214 ........................ 40 3.3.3. Đỉnh năng lượng 1460,8 keV của đồng vị K-40 ......................... 42 3.3.4. Đỉnh năng lượng 2614,7 keV của đồng vị Tl-208 ....................... 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 48 PHỤ LỤC....................................................................................................PL1
Danh mục các chữ viết tắt Chữ viết tắt Tiếng Việt VT Vị trí
Danh mục các bảng Bảng 1.1. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Actini ...................... 8 Bảng 1.2. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Urani ..................... 10 Bảng 1.3. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Thori .................... 12 Bảng 2.1. Tọa độ địa lý của các vị trí khảo sát ở vùng núi Châu Thới ......... 30 Bảng 3.1. Giá trị suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ........... 35 Bảng 3.2. Đồng vị phóng xạ được xác định từ phổ năng lượng đo bởi đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm trong thí nghiệm khảo sát núi Châu Thới ................................................................................. 37 Bảng 3.3. Giá trị suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 238,6 keV của Pb- 212 tại 18 vị trí của núi Châu Thới................................................. 38 Bảng 3.4. Giá trị suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 352,5 keV của Pb- 214 tại 18 vị trí của núi Châu Thới................................................. 40 Bảng 3.5. Giá trị suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 1460,8 keV của K-40 tại 18 vị trí của núi Châu Thới........................................................ 42 Bảng 3.6. Giá trị suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 2614,7 keV của Tl- 208 tại 18 vị trí của núi Châu Thới................................................. 44
Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1. Bức xạ trong môi trường đất và không khí ...................................... 5 Hình 1.2. Sơ đồ chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Actini ................................ 7 Hình 1.3. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Urani........................................... 9 Hình 1.4. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Thori ......................................... 11 Hình 1.5. Trường hợp cụ thể minh hoạ tính kerma, liều hấp thụ, liều chiếu trong môi trường không khí .................................................. 20 Hình 1.6. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm .................................................................................... 23 Hình 1.7. Hệ số DP(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm ........................ 24 Hình 1.8. Phổ năng lượng hấp thụ (đen), phổ suất liều chiếu (xanh dương) và suất liều chiếu riêng phần tổng (đỏ) của gamma 661,7 keV đo bởi đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm ........................ 24 Hình 2.1. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm được làm khớp bởi hàm đa thức bậc 9 ...................... 26 Hình 2.2. Hệ số DP(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm được làm khớp bởi hàm đa thức bậc 9 ........................................................... 27 Hình 2.3. Hệ đo đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm InSpectorTM 1000, Canberra Inc. ........................................................................ 28 Hình 2.4. Các vị trí thực hiện thí nghiệm ghi nhận phổ năng lượng phóng xạ môi trường tại núi Châu Thới .................................................... 29 Hình 3.1. Phổ năng lượng (đường màu xanh) và phổ suất liều chiếu (đường màu đỏ) tại 18 vị trí của núi Châu Thới ............................. 34 Hình 3.2. So sánh suất liều chiếu tổng giữa 18 vị trí của núi Châu Thới ...... 36 Hình 3.3. Phổ năng lượng và phổ suất liều chiếu tại vị trí 3 của núi Châu Thới với bốn đỉnh năng lượng được xác định ................................ 37 Hình 3.4. So sánh suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 238,6 keV của đồng vị Pb-212 giữa 18 vị trí của núi Châu Thới ........................... 39
Hình 3.5. Mối tương quan giữa suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 238,6 keV của Pb-212 và suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ....................................................................................... 39 Hình 3.6. So sánh suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 352,5 keV của đồng vị Pb-214 giữa 18 vị trí của núi Châu Thới ........................... 41 Hình 3.7. Mối tương quan giữa suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 352,5 keV của Pb-214 và suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ....................................................................................... 41 Hình 3.8. So sánh suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 1460,8 keV của đồng vị K-40 giữa 18 vị trí của núi Châu Thới .............................. 43 Hình 3.9. Mối tương quan giữa suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 1460,8 keV của K-40 và suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ................................................................................. 43 Hình 3.10. So sánh suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 2614,7 keV của đồng vị Tl-208 giữa 18 vị trí của núi Châu Thới ........................... 45 Hình 3.11. Mối tương quan giữa suất liều chiếu riêng phần của đỉnh 2614,7 keV của Tl-208 và suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới ................................................................................. 45 Hình PL1. Suất liều chiếu riêng phần đỉnh được xác định bằng phần mềm Colegram của 18 vị trí tại núi Châu Thới. ...........................PL1
1 MỞ ĐẦU Ngày nay, hướng nghiên cứu phóng xạ môi trường ngày càng được quan tâm trong ngành vật lý hạt nhân. Bởi lẽ, phóng xạ môi trường có mặt hầu hết khắp mọi nơi (đất, đá, vật liệu xây dựng, không khí, từ bức xạ vũ trụ…). Do đó việc đánh giá định tính qua việc phân tích các đồng vị có trong môi trường tại nơi cần quan tâm và xác định định lượng về hoạt độ, suất liều hấp thụ, suất liều chiếu… của các đồng vị đó là việc cực kỳ cần thiết trong việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của phóng xạ lên con người và môi trường sinh sống. Thiết bị phổ biến nhất hiện nay sử dụng để đo suất liều chiếu trong không khí là các đầu dò khí. Vì chúng gọn nhẹ, có thể xách tay tiện lợi đến khu vực cần khảo sát. Tuy nhiên các đầu dò khí có khuyết điểm chỉ có thể cung cấp thông tin về số đếm, không thể cung cấp thông tin về năng lượng bức xạ. Nói cách khác, đầu dò khí không giúp chúng ta phân biệt được suất liều chiếu đo được do đồng vị nào đóng góp vào, ứng với mỗi năng lượng gamma khác nhau của đồng vị đó đóng góp suất liều chiếu bao nhiêu trong suất liều chiếu tổng (suất liều chiếu riêng phần). Từ năm 1966 với sự ra đời của các đầu dò đo được phổ năng lượng, điển hình là đầu dò nhấp nháy NaI(Tl). Nhóm nghiên cứu của Shigeru Moriuchi và Ichiro Miyagana [1] đã đưa ra phương pháp xác định suất liều chiếu trong không khí bằng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) thông qua hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G( E ) . Ưu điểm của phương pháp này giúp xác định được suất liều chiếu từ phổ năng lượng đo được. Tiếp nối hướng nghiên cứu về suất liều chiếu sử dụng đầu dò nhấp nháy, có hai nhóm nghiên cứu (1) Young-Yong Ji ở viện nghiên cứu năng lượng nguyên tử Hàn Quốc (Korea Atomic Energy Research Institute) [2]–[7] và (2) nhóm của Kimiaki Saito ở viện năng lượng nguyên tử Nhật Bản (Japan Atomic Energy Agency) [8]–[11], nghiên cứu về phương pháp xác định suất liều chiếu riêng phần và thực hiện đánh giá phóng xạ trong môi trường. Đối với nhóm Young-Yong Ji và cộng sự, từ năm 1997 đến 2017, đã tiến hành nghiên cứu về phương pháp về xác định suất liều chiếu cho các loại đầu dò nhấp nháy khác nhau với các kích thước
2 tinh thể khác nhau. Đặc biệt, nhóm đã phát triển phương pháp xác định suất liều chiếu riêng phần ứng với từng đỉnh năng lượng dựa vào phổ năng lượng đo được thông qua các hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G( E ) liên quan đến hàm đáp ứng của đầu dò nhấp nháy và DP  E  liên quan đến sự ảnh hưởng của suất liều chiếu do thành phần gamma tán xạ lên suất liều chiếu riêng phần tổng [2]–[7]. Đối với nhóm của Kimiaki Sato và cộng sự, từ năm 2014 đến 2019, cũng phát triển phương pháp xác định suất liều chiếu thông qua hàm G( E ) và áp dụng đánh giá một số vùng tại Fukushima sau sự cố Fukushima. Ngoài hai nhóm lớn trên, trên thế giới cũng có những nhóm khác nghiên cứu và tăng độ chính xác về phương pháp này [12]–[14]. Điều này chứng tỏ phương pháp này ngày càng được các nhóm nghiên cứu trên thế giới quan tâm trong việc xác định suất liều chiếu một cách chính xác hơn. Tuy nhiên tại Việt Nam việc xác định suất liều chiếu (suất liều chiếu tổng và suất liều chiếu riêng phần) sử dụng đầu dò ghi nhận phổ chưa phát triển, vì thế trong luận văn thạc sĩ này chúng tôi thực hiện luận văn: Nghiên cứu xác định suất liều chiếu riêng phần trên đầu dò NaI(Tl) 7,6cm  7,6cm - Ứng dụng khảo sát phóng xạ môi trường. Về phương pháp xác định suất liều chiếu, từ phổ năng lượng đo được, cùng với việc xác định hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G  E  cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ kích thước 7,6cm  7,6cm , để từ đó thu được phổ suất liều chiếu. Với phổ suất liều chiếu, có thể xác định được suất liều chiếu tổng thông qua tổng số liệu từ phổ suất liều chiếu. Để xác định suất liều chiếu riêng phần ứng với các năng lượng gamma, hệ số chuyển đổi DP  E  cho đầu dò NaI(Tl) được xác định. Về phần áp dụng vào đánh giá về phóng xạ môi trường, trong luận văn này, chúng tôi phân tích cho 18 vị trí đo tại núi Châu Thới, tỉnh Bình Dương. Bộ số liệu thực nghiệm đo phổ năng lượng phóng xạ môi trường tại 18 vị trí khác nhau ở núi Châu Thới được thực hiện bởi phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [15]. Nội dung luận văn được phân bố thành 03 chương chính:
3 Chương 1 trình bày về phóng xạ môi trường, các định nghĩa về đơn vị phóng xạ, phương pháp xác định suất liều chiếu cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl). Chương 2 trình bày về các xác định hàm chuyển đổi suất liều chiếu G  E  và DP  E  cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước 7,6cm  7,6cm từ bộ số liệu tham khảo, và trình bày về 18 vị trí đo phóng xạ môi trường tại ở núi Châu Thới. Chương 3 trình bày các kết quả đo được và phân tích số liệu để (1) xác định phổ suất liều chiếu từ phổ năng lượng đo được, (2) xác định suất liều chiếu tổng và suất liều chiếu riêng phần cho một số đỉnh năng lượng.
4 Chương 1 TỔNG QUAN Trong chương này, chúng tôi trình bày nguồn gốc phóng xạ môi trường, các chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên, đại lượng vật lý mô tả liều lượng bức xạ và cách xác định suất liều chiếu của không khí bằng đầu dò nhấp nháy qua hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G  E  và hệ số chuyển đổi suất liều chiếu riêng phần DP  E  . 1.1. Phóng xạ môi trường tự nhiên 1.1.1. Nguồn gốc phóng xạ môi trường tự nhiên Phóng xạ môi trường luôn tồn tại xung quanh chúng ta, kể từ khi Trái Đất được hình thành và phát triển sự sống. Mọi cá thể sống trên Trái Đất đều tiếp xúc với các nguồn phóng xạ. Phóng xạ môi trường có nguồn gốc từ các nguồn phóng xạ tự nhiên và từ nguồn phóng xạ nhân tạo. Nguồn phóng xạ nhân tạo từ trong các lò phản ứng hạt nhân, các vụ thử hạt nhân, nhà máy công nghiệp chiếu xạ, y tế (xạ trị, chẩn đoán). Nguồn phóng xạ tự nhiên là các chất đồng vị phóng xạ có trong đất, nước, không khí, và từ bức xạ vũ trụ, chúng hình thành nên nền phông phóng xạ tự nhiên. Phóng xạ tự nhiên là nhân tố đóng góp chủ yếu trong phóng xạ môi trường. Phông phóng xạ tự nhiên phụ thuộc vào hàm lượng chất phóng xạ tự nhiên chứa trong đất, nước, khí của từng vùng và lượng bức xạ vũ trụ tại vùng đó, vì vậy sẽ có vùng có phông phóng xạ tự nhiên cao hoặc thấp khác nhau. Bức xạ vũ trụ đến Trái Đất từ không gian bên ngoài gọi là bức xạ vũ trụ sơ cấp, bức xạ vũ trụ sơ cấp đẳng hướng trong không gian và không đổi theo thời gian. Chúng thường được xem như là các hạt tích điện bao gồm khoảng 86% proton, 12% alpha, 1% electron và các hạt nhân nặng khác chiếm 1% [16], với phổ năng lượng trải dài từ 109 eV (tương đương năng lượng của proton chuyển động đạt 43% vận tốc ánh sáng) đến 1020 eV . Vì đa số bức xạ vũ trụ sơ cấp là những hạt tích điện nên quỹ đạo chúng rất phức tạp do ảnh hưởng của từ trường Trái Đất. Khi các bức xạ sơ cấp đến bầu khí quyển của Trái Đất, chúng tương tác với các nguyên tử và phân tử mà chủ yếu là Oxy và Nitơ hình thành các bức xạ thứ cấp
5 và tiếp tục hướng đến bề mặt Trái Đất. Hiện tượng này gọi là mưa rào khí quyển. Bức xạ thứ cấp bao gồm neutron, electron, muon, proton và các đồng vị phóng xạ H-3, Be-7, Be-10, C-14, Na-22 có mặt trong không khí. Độ cao càng cao thì bức xạ vũ trụ càng lớn. Phóng xạ tự nhiên có trong đất do sự tồn tại từ các chuỗi phóng xạ Actini (U- 235), Urani (U-238), Thori (Th-232), Neptuni (Np-237) và đồng vị phóng xạ tự nhiên K-40 không thuộc trong bốn chuỗi này. Hoạt độ của các đồng vị phóng xạ này trong đất đá có thể thay đổi khác nhau, mức phóng xạ trong đất phụ thuộc vào loại đất, sự tạo thành khoáng sản và mật độ khoáng sản. Mức chiếu xạ này có liều trung bình trong một năm khoảng 0,45mSv [17]. Hình 1.1 tóm lược về các bức xạ trong môi trường đất và không khí gây ảnh hưởng đến con người. Hình 1.1. Bức xạ trong môi trường đất và không khí [18] Nước biển trong các đại dương có chứa Kali, Rubidi, Urani, Thori và Radi do tách ra từ đất, đá rồi trôi theo dòng nước, hàm lượng của chúng trong nước nhỏ hơn
6 trong đất từ 10 đến 100 lần. Chất phóng xạ trong nước chủ yếu là do K-40 vì nồng độ của nó cao hơn nhiều so với các đồng vị khác, chúng gây chiếu xạ lên cơ thể với suất liều trung bình trong một năm đạt 0,25mSv [17]. Trong vật liệu xây dựng cũng chứa các đồng vị phóng xạ, thông thường phần lớn là các đồng vị phóng xạ tự nhiên. Thành phần phổ biến trong bê tông là K-40 và các sản phẩm của chuỗi phân rã Urani, Thori. Một số vật liệu xây dựng: xi măng, bê tông, đá hoa cương, đá cẩm thạch đều có chứa một lượng Radon nhất định. Các vật liệu được gia công từ phế liệu công nghiệp như xỉ lò cao, bột tro từ nhà máy nhiệt điện đều có chứa Radi, sau khi Radi phân rã sẽ sinh ra khí Radon. 1.1.2. Chuỗi đồng vị phóng xạ tự nhiên Actini, Urani, Thori Khoảng 76 đồng vị phóng xạ tự nhiên khác nhau được biết đến ngày nay, phần lớn nằm trong bốn chuỗi phân rã tự nhiên [19], đó là chuỗi Thori (đồng vị đặc trưng là Th-232 với chu kỳ bán rã 1, 405  1010 năm), chuỗi Urani (đồng vị đặc trưng là U- 238 với chu kỳ bán rã 4, 468 109 năm), chuỗi Actini (đồng vị đặc trưng là U-235 với chu kỳ bán rã 7,038 108 năm), chuỗi Neptuni (đồng vị đặc trưng là Np-237 với chu kỳ bán rã 2,140  106 năm). Chuỗi Neptuni có thời gian sống ngắn hơn rất nhiều so với tuổi của Trái Đất, nên đến nay chuỗi Neptuni không còn tồn tại nữa. Trong quá trình phân rã phóng xạ, các đồng vị phóng xạ đặc trưng nói trên phát ra (một hoặc đồng thời) ba loại phóng xạ: alpha, beta và gamma, tạo ra các đồng vị phóng xạ con cháu. Một số sản phẩm phân rã trung gian trong chuỗi là nguồn phát gamma. Các thành phần chính thể hiện trạng thái cân bằng cường độ bức xạ của gamma cho mỗi phân rã của hạt nhân mẹ [20]. Trong đất và thực vật, một số đồng vị phóng xạ khác có mặt với chu kỳ bán rã rất dài và không có trong bốn chuỗi phân rã tự nhiên. Đồng vị quan trọng nhất là đồng vị phóng xạ K-40 (chu kỳ bán rã 1, 25  109 năm) trong đất và cây cối với tỷ lệ K-40  0,012% là hằng số. Sự phân bố của đồng vị này khá đồng nhất. K
7 a. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Actini (U-235) Trải qua nhiều lần phân rã, đồng vị U-235 cuối cùng thành đồng vị chì bền vững Pb-207 (có độ phổ cập là 22,1% ). Hình 1.2 trình bày về sơ đồ phân rã của chuỗi Actini. Trong chuỗi Actini có quá trình phân rã tạo ra khí trơ Rn-219 có chu kỳ bán rã 3,96 giây quá ngắn để vào trong khí quyển. Đây là lý do không khảo sát đồng vị này trong môi trường không khí xung quanh. Bảng 1.1 trình bày chi tiết về chu kỳ bán ra từng đồng vị và các sản phẩm phân rã của chúng có trong chuỗi Actini. Hình 1.2. Sơ đồ chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Actini [21]
8 Bảng 1.1. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Actini [22] Đồng vị Năng lượng Phân rã Chu kỳ bán rã Sản phẩm phóng xạ (MeV) U-235 α 7,04×108 năm 4,678 Th-231 Th-231 β 25,52 giờ 0,391 Pa-231 Pa-231 α 32673 năm 5,150 Ac-227 β  98,62%  0,045 Th-227 Ac-227 21772 năm α 1,38%  5,042 Fr-223 Th-227 α 18,72 ngày 6,146 Ra-223 β  99,98%   1,149 Ra-223 Fr-223 22,0 phút α  0,02%  5,562 At-219 Ra-223 α 11,43 ngày 5,979 Rn-219 β  97%  1,566 Rn-219 At-219 56 s α  3%  6,324 Bi-215 Rn-219 α 3,98 giây 6,946 Po-215 Bi-215 β 7,62 phút 2,189 Po-215 α  99,99977%  7,526 Pb-211 Po-215 1,78×10-3 giây β  0,00023%  0,721 At-215 Pb-211 β 36,1 phút 1,367 Bi-211 At-215 α 10-4 giây 8,178 Bi-211 α  99,72%  0,574 Po-211 Bi-211 2,15 phút β  0,28% 6,750 Tl-207 Po-211 α 0,52 giây 7,594 Pb-207 Tl-207 β 4,77 phút 1,418 Pb-207 Pb-207 bền b. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Urani (U-238) Đồng vị phóng xạ U-238 được tìm thấy trong hầu hết các loại đá, đất và vật liệu xây dựng, trải qua 14 lần dịch chuyển, thành đồng vị chì bền vững Pb-206 (có độ phổ cập là 24,1% ). Hình 1.3 là sơ đồ phân rã của chuỗi Urani. Đồng vị phóng xạ U-235 Urani thiên nhiên gồm 0,714% U-235 và 99,3% U-238, tức tỉ lệ  0,72%, U-238 vì thế đa số các đồng vị phóng xạ được phát hiện đều bắt nguồn từ chuỗi Urani (U-
9 238). Bảng 1.2 trình bày chi tiết về chu kỳ bán ra từng đồng vị và các sản phẩm phân rã của chúng có trong chuỗi Urani. Chuỗi phóng xạ Urani đáng chú ý nhất là đồng vị Ra-226 và khí Rn-222. Nguyên tố Ra-226 trong môi trường không tồn tại dưới dạng khoáng chất riêng lẻ mà tồn tại ở dạng muối clorua, bromua, nitrat dễ hoà tan trong nước hoặc một số muối ít tan kết hợp với các khoáng chất khác như canxi cacbonat, oxit sắt ngậm nước. Đồng vị Ra-226 phát ra nhiều bức xạ gamma, chiếm 85,5% bức xạ gamma của cả dãy. Đối với khí Rn-222, khi U-238 phân rã trong đất thì khí Rn-222 được sinh ra ngưng đọng thành chất lỏng dưới mặt đất, khi chất lỏng ở dưới mặt đất bốc hơi vào khí quyển, Rn-222 sẽ khuếch tán vào bầu khí quyển, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người. Hình 1.3. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Urani [21]
10 Bảng 1.2. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Urani [22] Đồng vị Năng lượng Phân rã Chu kỳ bán rã Sản phẩm phóng xạ (MeV) U-238 α 4,47×109 năm 4,270 Th-234 Th-234 β 24,10 ngày 0,272 Pa-234 Pa-234 β 6,70 giờ 2,195 U-234 U-234 α 245500 năm 4,858 Th-230 Th-230 β 75380 năm 4,770 Ra-226 Ra-226 α 1601 năm 4,871 Rn-222 Rn-222 α 3,82 ngày 5,590 Po-218 α  99,98%  6,615 Pb-214 Po-218 3,07 phút β  0,02% 0,260 At-218 Pb-214 β 26,92 phút 1,019 Bi-214 α  99,90%  6,874 Bi-214 At-218 1,42 giây β  0,10%   2,881 Rn-218 Rn-218 α 36×10 giây -3 7,263 Po-214 β  99,979%  3,270 Po-214 Bi-214 19,8 phút α  0,021%  5,621 Tl-210 Po-214 α 16,23×10-5 giây 7,833 Pb-210 Tl-210 β 1,30 phút 5,482 Pb-210 Pb-210 β 22,23 năm 0,063 Bi-210 Bi-210 β  99,99986% 5,011 ngày 1,162 Po-210 α  0,00014%  5,037 Tl-206 Po-210 α 138,376 ngày 5,407 Pb-206 Tl-206 β 4,20 phút 1,532 Pb-206 Pb-206 bền c. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Thori (Th-232) Xuất phát từ hạt nhân Th-232 (có độ phổ cập là 100%) trong tự nhiên, trải qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb-208 (có độ phổ cập là 52,4%). Hình 1.4 là sơ đồ chuỗi phân rã của Th-232. Thori phân tán rộng trên vỏ Trái Đất, hàm lượng trung bình của Thori của lớp trên cùng của vỏ Trái Đất khoảng 1,2 105%. Hàm lượng Thori có xu hướng tăng dần trong các lớp bề mặt. Đó là do các khoáng chất chứa Thori có độ hoà tan cực kỳ thấp. Do đó, kết quả theo sau các