Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát khí radon trong nhà khu vực đô thị Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát khí radon trong nhà khu vực đô thị Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương được thực hiện nhằm góp phần nâng cao hiểu biết về tri thức vật lí hạt nhân, làm quen với vật lí hạt nhân thực góp phần nâng cao hiểu biết về tri thức vật lí hạt nhân, làm quen với vật lí hạt nhân thực nghiệm và cách triển khai ứng dụng công nghệ hạt nhân trong thực tiễn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lí: Khảo sát khí radon trong nhà khu vực đô thị Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương

THƯ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ------------------------- HOÀNG BÁ KIM KHẢO SÁT KHÍ RADON TRONG NHÀ KHU VỰC ĐÔ THỊ THỦ DẦU MỘT TỈNH BÌNH DƯƠNG Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử, hạt nhân & năng lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC THU Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn nghiên cứu quan trắc phóng xạ radon trên địa bàn Thị xã Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương được thực hiện tại:  Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam.  Nhóm nghiên cứu Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh. Tác giả đã nhận được sự giúp đỡ tận tình, chu đáo và tỉ mỉ với tinh thần trách nhiệm cao của các Thầy cô, và các cộng sự. Xin cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình tới: TS. Nguyễn Ngọc Thu, người hướng dẫn khoa học, đã hướng dẫn tôi lựa chọn đề tài, động viên và truyền đạt những ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học. PGS.TS Hà Quang Hải và TS. Tô Thị Hiền, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ và tạo các điều kiện hết sức thuận lợi cho tôi thực hiện luận án này. Các đồng nghiệp ở khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Các anh chị ở Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Các thành viên trong nhóm Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AARST American Association of Radon Scientists and Technologists: Hiệp hội về radon của các nhà khoa học và kĩ thuật Mĩ CR39 Columbia Resin – 39 EPA US Environmental Protection Agency: Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ GIS Geological Informatic System: Hệ thống thông tin địa lí HPA Health Protect Agency: Cơ quan bảo vệ sức khỏe Anh IAEA International Atomic Energy Agency: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế ICRP International Commission on Radiological Protection: Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế NIST National Institute for Standards and Technology: Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia Mĩ RAD7 RAdon Detector – 7 Rn radon SSTDs solid state nuclear track detectors: các detector vết trạng thái rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TX TDM Thị xã Thủ Dầu Một UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử VARANS Vietnam Agency for Radiation and Nuclear Safety: Cục Kiểm soát và an toàn bức xạ, hạt nhân Việt Nam WHO World Health Organization: Tổ chức y tế thế giới
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Các hoạt động của con người (Công nghiệp hóa, đô thị hóa, thăm dò, khai thác, chế biến tài nguyên thiên nhiên...) ngày càng tác động mạnh mẽ đến môi trường. Vì thế mối quan tâm của Khoa học và Công nghệ trong nghiên cứu và kiểm soát chất lượng môi trường ngày càng lớn. Phóng xạ môi trường là một trong những chỉ số chất lượng môi trường quan trọng, được xã hội đặc biệt quan tâm vì những tác động của tia phóng xạ lên cơ thể tuy không nhận biết được bằng các giác quan nhưng rất phức tạp, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe và gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho con người. Nghiên cứu, kiểm soát phóng xạ môi trường bắt đầu bằng việc xác định hoạt độ của các nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nhân tạo trên một vùng quan tâm. Dựa trên các số liệu đo đạc, chúng ta có thể xây dựng một bản đồ phóng xạ của vùng. Trong các nguyên tố phóng xạ tự nhiên, khí radon là sản phẩm con cháu trong chuỗi phân rã của radi và thori đặc biệt nguy hiểm. Khí radon có thể theo đường hô hấp đi vào trong cơ thể con người, đặc biệt radon lại phân rã alpha nên mối nguy hiểm là rất lớn. Khi chúng ta hít phải radon và các hạt nhân con của nó, một số phân rã phóng xạ sẽ xảy ra trong phổi chúng ta. Các hạt alpha được sinh ra có thể gây tổn hại đến mô phổi. Tổn hại như thế có thể dẫn đến ung thư phổi. Một số ca chết người trong hầm mỏ hay một số vùng miền có nhiều người bị bệnh ung thư phổi đều có thể do khí phóng xạ radon gây ra. Việc đánh giá nguy cơ ảnh hưởng sức khoẻ phần lớn dựa trên bằng chứng về tỷ lệ mắc phải ung thư phổi trong số các công nhân mỏ Uranium trong quá khứ. Dựa trên bằng chứng đó, các hệ số rủi ro được ước tính, chúng cho mối liên hệ giữa nguy cơ phát triển ung thư phổi với nồng độ radon trong không khí. Các kết quả cho thấy nếu một triệu người bị chiếu xạ trong một năm bởi radon trong không khí với nồng độ 1 Bq/m3 trong nhà, một hoặc hai người trong số họ có thể chắc rằng cuối cùng sẽ chết vì ung thư phổi do phóng xạ gây ra [18]. Radon có thể hiện diện trong những ngôi nhà mới xây do có nguồn gốc từ vật liệu xây dựng, hay cả những ngôi nhà cũ do thoát ra từ khe nứt nền nhà. Đặc biệt là những ngôi nhà kín gió hay trong các tầng hầm, nồng độ radon có thể rất cao, nhiều hơn hẳn ngoài trời do hiệu ứng bẫy radon. Mặc dù vậy vấn đề phóng xạ môi trường hiện vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đầy đủ tại Việt Nam, đặc biệt là vấn đề khí phóng xạ radon.
Xuất phát từ những vấn đề trên, tác giả chọn nghiên cứu đề tài “Khảo sát khí Radon trong nhà, khu vực đô thị Thủ Dầu Một – Tỉnh Bình Dương” làm đề tài luận văn thạc sĩ của mình. Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận gồm các chương: Chương 1: Cơ sở lí thuyết. Chương 2: Thực nghiệm xác định nồng độ radon trong nhà. Chương 3: Kết quả và thảo luận. Luận văn được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 10/2009 đến tháng 7/2010. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài - Góp phần nâng cao hiểu biết về tri thức vật lí hạt nhân, làm quen với vật lí hạt nhân thực nghiệm và cách triển khai ứng dụng công nghệ hạt nhân trong thực tiễn. - Cho biết nồng độ radon trong nhà ở tại các điểm khảo sát ở khu vực Thị xã Thủ Dầu Một - Tỉnh Bình Dương. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là radon trong nhà ở Thị xã Thủ Dầu Một và các vấn đề kĩ thuật chuyên môn liên quan đến đo hoạt độ phóng xạ radon. 4. Phạm vi nghiên cứu Việc xây dựng bản đồ phóng xạ đòi hỏi yêu cầu cao về thời gian, kinh phí, thiết bị và nhân lực nên đề tài này chỉ tập trung tại thị xã Thủ Dầu Một, nơi có hệ thống giao thông phát triển và mật độ dân cư đông. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu khí phóng xạ radon và những ảnh hưởng của nó đến sức khỏe con người; tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. - Tìm hiểu cách sử dụng và quy trình đo đối với phương pháp đo bằng detector vết CR39 và máy RAD7. - Khảo sát đặc điểm tự nhiên, môi trường Thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương. - Tiến hành đo đạc nồng radon bằng detector CR39 và đo một số điểm với máy RAD7. - Thu thập, lưu trữ, xử lí dữ liệu và biểu diễn kết quả. - Phân tích, đánh giá kết quả. 6. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài nghiên cứu
- Bổ sung thêm cho bộ số liệu về phóng xạ môi trường nói chung và khí radon phóng xạ nói riêng của Tỉnh Bình Dương. Từ đó góp phần xây dựng được một bộ số liệu về mức phóng xạ radon trong nhà và môi trường hàng năm của tỉnh Bình Dương. - Từ kết quả đo đạc được, có thể đưa ra những đánh giá và giải pháp đối với những địa điểm có nồng độ cao. - Xác định nồng độ khí radon trong nhà để làm nền tảng phục vụ cho việc tính toán phơi nhiễm, đánh giá rủi ro sức khỏe cho người dân khu vực Thị xã Thủ Dầu Một sau này. - Đánh giá được mối tương quan giữa phương pháp đo bằng CR39 và đo bằng RAD7. - Ngoài ra, thành công của đề tài cũng sẽ trực tiếp góp phần xác lập giải pháp hữu hiệu trong việc đo nồng độ radon bằng phương pháp detector vết CR39 tại Việt Nam. 7. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Tra cứu những vấn đề quan tâm trong tài liệu, trong sách, các luận văn, bài báo khoa học, giáo trình, các trang web trên internet có liên quan đến đề tài. - Nghiên cứu thực nghiệm: tìm hiểu quy trình và tiến hành thực nghiệm đo nồng độ radon. - Xử lí số liệu: Sử dụng các phần mềm để xử lí, lưu trữ và biểu diễn số liệu đo đạc. - Phương pháp tổng hợp, phân tích: Sau khi xử lí số liệu, rút ra nhận xét, phân tích kết quả.
TỔNG QUAN Radon từ lâu đã được quan tâm nghiên cứu trong công tác điều tra địa chất với các ứng dụng trong các lĩnh vực tìm kiếm khoáng sản, nước ngầm, thăm dò đứt gãy, động đất, … Trong nghiên cứu môi trường, radon chủ yếu được ứng dụng để thăm dò khí phóng xạ trong các công trình như hầm mỏ, các tòa nhà ở hay nơi làm việc, nhằm đảm bảo an toàn bức xạ và sức khỏe cho con người. Thụy Điển là quốc gia khảo sát radon trong nhà sớm nhất. Năm 1956, Hultqvist đã nghiên cứu và thấy nồng độ radon trong nhà ở Thụy Điển ở mức cao. Trong những năm 1980, nồng độ radon cao cũng được ghi nhận trong những ngôi nhà ở Séc, nhất là ở những nhà có vật liệu xây dựng giàu Ra226. Năm 1990, bản đồ radon trong nhà trên toàn lãnh thổ Cộng hòa Séc ra đời với tỉ lệ 1:200000. Các nước châu Âu khác và một số nước châu Á hiện nay cũng đã có bản đồ radon môi trường và trong nhà. Ở Mĩ, hiện nay cơ quan bảo vệ môi trường EPA (US Environmental Protection Agency) đã xây dựng một bản đồ rủi ro radon trực tuyến trên toàn quốc để người dân có thể kiểm tra dễ dàng nồng độ radon ở khu vực mình đang sống hay có ý định mua nhà mới. Liên tục trong 3 năm 2005, 2006, 2007, WHO đã tổ chức các dự án quốc tế về radon, trong đó trình bày các báo cáo của các nước về công tác nghiên cứu radon trong không khí trong nhà và các hướng dẫn về an toàn bức xạ đối với radon. Theo khảo sát của WHO năm 2007 [56], có trên 75 nước thành viên của WHO và 45 nước khác có các hoạt động nghiên cứu liên quan đến radon, trong đó đo bằng phương pháp detector vết alpha là chủ yếu. Trong Hội nghị Địa chất Quốc tế lần thứ 33 tổ chức tại Oslo, Nauy ngày 6-14/08/2008 các chủ đề khí Radon đã được trình bày trong hàng loạt session thuộc nhóm Địa chất môi trường. Có nhiều mẫu bản đồ khí radon của các nước Cộng hòa Séc, Ba Lan, Đức… được trình bày. Trong nước, có hai hướng nghiên cứu chính về radon. Hướng thứ nhất là đo radon trong đất phuc vụ công tác điều tra địa chất, đứt gãy, được tiến hành từ lâu với rất nhiều nghiên cứu. Hướng thứ hai là điều tra địa chất đô thị bằng cách khảo sát radon trong nhà và ngoài trời, hiện chỉ mới được triển khai trên một số tỉnh thành trong cả nước với một số nghiên cứu. Từ năm 1992 đến 2002, trong chương trình Điều tra địa chất đô thị do Liên đoàn Vật lí địa chất và Hội địa - Vật lí Việt Nam tiến hành, 54 đô thị trong cả nước đã đo nồng độ radon trong không khí ngoài trời và trong nhà ở sử dụng buồng nhấp nháy alpha ZnS(Ag) hay sử dụng đầu đo phổ năng lượng loại silic có độ phân giải năng lượng cao và đầu dò vết hạt nhân [7]. Kết quả đo nồng độ radon trong nhà và ngoài trời ở 12 đô thị đã được đưa ra với tổng số 761 điểm khảo sát, nồng độ rađon trong không khí dao động từ 1,0 đến 37,9 Bq/m3, trừ các vị trí gần dị thường phóng xạ rađon, trong nhà ở dao động từ 5 đến 406 Bq/m3, trong đó 13 ngôi nhà có mức nồng độ Rn vượt quá mức giới hạn 150 Bq/m 3. Nghiên cứu
còn đưa ra kết luận nồng độ radon trong không khí ở Việt Nam nằm ở mức trung bình. Cũng theo khảo sát này, nguyên nhân chủ yếu là điều kiện nhà ở quá chật chội, nhà thấp và không thông thoáng. Nghiên cứu tương tự cũng đã được Trung tâm hạt nhân Hà Nội tiến hành với những khảo sát chi tiết hơn về radon trong nhà và ngoài trời trên địa bàn thủ đô Hà Nội. Hay công trình đo phóng xạ tự nhiên dọc đường Hồ Chí Minh của nhóm tác giả thuộc Viện công nghệ xạ hiếm, kết quả đo radon trong không khí cho thấy hầu hết gấp 50 đến 100 lần mức trung bình thế giới (~30 Bq/m 3) và một số chỗ đo ngoài trời nhưng vượt mức hành động của hàm lượng khí radon trong nhà (~150 Bq/m3) 10 đến 20 lần [17]. Hai công trình trên được báo cáo ở Hội nghị Vật lí hạt nhân toàn quốc năm 2009. Một số công trình nghiên cứu khác như đo radon trong nhà trên một số kiểu nhà tại thành phố Hồ Chí Minh [1]; đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong đó có đo nồng độ radon của các loại vật liệu xây dựng cũng đã và đang được tiến hành [14]. Nhìn chung, việc nghiên cứu radon trong nhà ở Việt Nam mới chỉ là bước đầu, chủ yếu là cảnh báo trên báo chí. Hiện chưa có một công trình nào đánh giá chi tiết những yếu tố ảnh hưởng đến việc xuất hiện khí radon trong nhà và những ảnh hưởng của radon đối với sức khỏe cộng đồng.
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1. Tìm hiểu về Radon 1.1.1. Đặc điểm Radon là nguyên tố phóng xạ thứ năm được phát hiện, vào năm 1900 bởi Friedrich Ernst Dorn, sau urani, thori, radi và poloni. Radon có kí hiệu Rn là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIII A, chu kì 6, có số thứ tự là 86 và thuộc nhóm khí trơ trong bảng tuần hoàn. Radon có khối lượng riêng 9,73 kg/m 3 tức nặng hơn không khí khoảng 8 lần (ở 0 oC 1atm, không khí có khối lượng riêng là 1,293 kg/m3) và là một trong những khí nặng nhất ở nhiệt độ phòng; radon không màu, không mùi nên chỉ có thể phát hiện bằng các detector ghi các tia phóng xạ do radon phát ra. Radon có 36 đồng vị với số khối từ 193 đến 228, với 3 đồng vị phổ biến là radon (Rn – radon 222), thoron (Tn – radon 220) và actinon (An – radon 219), trong đó Rn222 là đồng vị bền nhất với thời gian sống 3,823 ngày. Trong nghiên cứu địa chất và môi trường, do chu kì bán rã của hai đồng vị Rn 219 và Rn 220 rất ngắn nên chúng ít được quan tâm; còn đồng vị Rn 222 được đặc biệt quan tâm bởi tính phóng xạ và thời gian sống của nó đủ có thể thoát vào môi trường không khí và gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Radon là khí trơ nên trong đất đá radon không liên kết với các nguyên tử vật chất chủ của nó, vì vậy radon có thể thoát ra từ lòng đất đi vào môi trường không khí dễ dàng. Khi được tạo thành, radon và các sản phẩm con cháu của nó ở trạng thái tích điện, ngay lập tức kết hợp với các bụi khí trở thành các sol khí phóng xạ. Các khí phóng xạ radon chuyển động như một chất khí thông thường, tuân theo các định luât khuếch tán chất khí. Như vậy khí phóng xạ có mặt ở khắp nơi. Do chu kì phân rã của các đồng vị radon rất ngắn, nên càng lên cao nồng độ radon càng giảm. Khi nghiên cứu hoạt độ phóng xạ trong nước và trong không khí thường quan tâm đến Rn222 và sản phẩm mẹ của nó Ra226. Nồng độ radon trong không khí ở lớp khí bên dưới gần mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng của uran trong lớp đất đá bên dưới và độ xốp của nó. Nồng độ radon trong không khí thường được tính ra Bq/m3 hay Ci/l. 1.1.2. Nguồn gốc 1.1.2.1. Cơ sở vật lí Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên khi phân rã tạo thành các sản phẩm cũng có khả năng phóng xạ, tạo thành dãy phân rã phóng xạ. Trong tự nhiên tồn tại 3 dãy phân rã phóng xạ:  Dãy phân rã phóng xạ urani (Urani 238 - U238):
Rn222 3,82 ngày α 5,49MeV Po210 Po214 138,4 ngày 164 giây Po218 3,05 phút Bi210 Bi214 β 5,02 ngày β 19,8 phút α α α 7 ,69MeV 6,00MeV 5,31MeV β β Pb206 Pb210 Pb214 bền 22,3 năm 26,8 phút Hình 1.1: Phân rã từ radon tới chì-206 bền Hạt nhân U238, qua 14 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb206. Rn222 là sản phẩm tự nhiên trong chuỗi phân rã của U238, có thời gian sống dài nhất: 5,508 ngày, chu kì bán rã 3,825 ngày. U238 khá phổ biến trong tự nhiên, về mặt độ giàu nó đứng hàng thứ 38 trong số các nguyên tố có mặt trên trái đất. Nó chủ yếu có mặt trong các đá gốc. Do đó hầu như ta luôn luôn có khả năng phát hiện Rn 222 trong không khí trong phòng, ngoài trời và khí đất. Khi phân rã, radon lần lượt tạo nên các hạt nhân Po218, Pb214, Bi214, Po214, Pb210, Pb206 (bền vững). Rn phát ra tia alpha có năng lượng 5,49MeV; Po 218 phát ra hạt alpha có năng lượng là 6,0 MeV; Po214 phát ra tia alpha có năng lượng 7,69 MeV. Radon là đối tượng khảo sát để tìm kiếm thăm dò quặng phóng xạ và nó cũng là nguyên tố gây ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe con người.  Dãy phân rã phóng xạ thori (Thori 232 – Th 232): Với Th232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb208. Rn220 là sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th232 và thường được gọi là thoron (Tn), có thời gian sống 80,06 giây, chu kì bán rã 55,6 giây.
Rn220 55,6 giây α 6,29MeV Po212 0,3 giây Po216 β 0,15 giây Bi212 α 60,6 phút 66% α 8,78MeV 34% β 6,78MeV Pb208 α bền Pb212 β 6,05MeV 10,8 giờ Tl208 3 phút Hình 1.2: Phân rã từ thoron tới chì-208 bền Tn và con cháu của nó sẽ phát ra các tia alpha có mức năng lượng lần lượt (theo thời gian) là 6,29 MeV; 6,78 MeV; 6,05 và 8,78 MeV. Trong đó, đáng chú ý là Bi212 có 2 khả năng phân rã: 66% phân rã là beta, tạo nên Po212, từ đó phát ra hạt alpha có năng lượng 8,78 MeV. Phần còn lại (34%) phân rã alpha, tạo nên Tl208, phát ra alpha có năng lượng 6,05 MeV. Vì thoron có đời sống quá ngắn nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như radon trước khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thường gặp hơn trong đất và trong khí đất do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong nhà. Tuy nhiên ngay cả với một lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy hiểm vì con cháu của nó bao gồm Pb212 có chu kì bán rã 10,6 giờ dủ dài hơn để tích lũy đến một nức đáng kể trong không khí thở.  Dãy phân rã phóng xạ actini (Urani 235 – U235): Hạt nhân U235 trải qua 11 lần phân rã phóng xạ để cuối cùng trở thành đồng vị chì bền vững Pb207. Rn219 là sản phẩm tự nhiên trong một mắt xích trong chuỗi phân rã của U235, có thời gian sống 5,7 giây, chu kì bán rã 3,96 giây, thường được gọi là actinon (An). Lượng nhân phóng xạ U235 chỉ chiếm 0,72% tổng lượng uran có trong tự nhiên nên có rất ít trong môi trường đất. Có lẽ ta không bao giờ gặp actinon trong không khí do sự khan hiếm và chu kì bán rã ngắn của nó, vì vậy actinon ít có tác dụng thực tế. 1.1.2.2. Cơ sở địa chất Các nguyên tố phóng xạ phân bố ở khắp nơi trong đất, nước và không khí… với hàm lượng thấp. Tuy nhiên, ở một số nơi, chúng có thể tập trung tạo thành các mỏ phóng xạ với trữ lượng khá
lớn. Đó chính là những nguồn chủ yếu sản sinh ra khí phóng xạ Rn và Tn. Khí phóng xạ phân tán ra môi trường trường xung quanh bằng hai phương thức chủ yếu: lưu thông và khuếch tán. Hiện tượng các chất khí phóng xạ radon thoát ra khỏi đất đá trở thành khí phóng xạ trong không khí gọi là hiện tượng eman hóa. Hệ số eman hóa là tỉ số giữa lượng eman được tách ra ngoài và lượng eman được tạo thành trong một thể tích mẫu trong cùng một khoảng thời gian xác định.  Quá trình di cư của radon trong đất đá Trong đất đá, radon chuyển động như một chất khí thông thường và tuân theo phương trình khuếch tán. Độ lớn của hệ số eman hóa, hệ số khuếch tán của khí eman phụ thuộc vào nhiêt độ của đất đá và các đặc trưng của đất đá như độ ẩm, độ xốp, ... Do có sự vận động của vỏ trái đất, sự tỏa nhiệt do phóng xạ trong đất đá… nên trong lòng đất còn tồn tại các dòng không khí lưu chuyển trong đất đá với tốc độ chậm, đi từ dưới lên trên mặt đất. Các dòng nước ngầm, đới dập vỡ, đứt gãy,… là những yếu tố rất thuận lợi để phân tán khí phóng xạ trong đất đá đi xa nguồn cung cấp. Nồng độ radon trong đất dao động trong khoảng 500 đến 2.000 Bq/m3; nơi có quặng phóng xạ hoặc đất đá giàu chất phóng xạ, giá trị này cao từ 2.000 đến 10.000 Bq/m3, đôi khi đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5]. Hình 1.3: Quá trình di cư của radon trong đất đá Quá trình khuếch tán của eman trong đất đá được đặc trưng bằng hệ số khuếch tán và chiều dài khuếch tán. Hệ số khuếch tán và chiều dài khuếch tán của radon trong đất đá liên hệ với nhau theo phương trình: Dk L (1.1) 
Ở đây L là chiều dài khuếch tán đo bằng cm;  là hằng số phân rã đo bằng 1/s; Dk là hệ số khuếch tán của radon trong đất đá. Hệ số khuếch tán của radon biến đổi trong khoảng rộng từ 7.10-2 cm2/s đến (2 ÷ 3).10-4 cm2/s. Để xác định sự phân bố nồng độ radon trong đất đá ta đi tìm phương trình vi phân của nồng độ radon. Mối liên hệ giữa thông lượng của radon và gradient của nồng độ được biểu diễn bằng phương trình sau: dC J  Dk (1.2) dz dC Trong đó: J là thông lượng của radon, còn là đạo hàm nồng độ radon dọc theo trục Oz dz hướng theo phương thẳng đứng. Để đơn giản, ta giả thiết gradient nồng độ C dọc theo trục z hướng lên trên, trạng thái di chuyển của radon là trạng thái dừng, tức đạo hàm của nồng độ radon theo thời gian bằng không dC = 0. Phương trình vi phân bậc hai đối với nồng độ C của radon có dạng như sau: dt d 2C Dk  C  P  0 (1.3) dz2 Trong đó: P là lượng eman tách ra trong một đơn vị đất đá tại điểm đo z. Giả sử sự dịch chuyển và khuếch tán của eman hướng tới bề mặt qua lớp đất không phóng xạ. Khi đó P = 0, phương trình (1.3) trở thành: d 2C   C0 (1.4) dz2 D k Nghiệm của phương trình (1.4) có dạng: C  C1e  bz  C2 e bz (1.5) Trong đó C1 và C2 là các hằng số phụ thuộc vào điều kiện biên. Giả thiết tại nguồn, nơi chứa các nguyên tố phóng xạ, nồng độ eman là Co. Khi đó nghiệm (1.5) có dạng sau: C  Co e bz (1.6)  Thay C từ công thức (1.6) vào phương trình vi phân (1.4) ta thu được hệ số b2  . Dk
Nồng độ eman C hay lượng eman trong một đơn vị thể tích được biểu diễn bởi công thức sau:   .z Dk C  Co e (1.7) Như vậy, khi đi ra xa nguồn nồng độ eman giảm theo hàm số mũ. Càng ra xa nguồn, nơi sinh ra chất khí radon, nồng độ khí radon càng giảm nhanh. Xét trường hợp thực tế: nguồn cách mặt đất khoảng z, có nồng độ Co, khi đó nồng độ radon trên mặt đất được tính theo công thức (1.7). C(h) h C mặt đất z Co nguồn phát radon Hình 1.4: Mô hình tính sự phân bố nồng độ khí phóng xạ Như vậy theo công thức (1.7) nồng độ radon trên mặt đất phụ thuộc vào nồng độ eman của lớp đất đá bên dưới và do đó phụ thuộc vào hàm lượng của nguyên tố phóng xạ trong các lớp đất đó. Ngoài ra, theo công thức (1.7) nồng độ eman trên mặt đất phụ thuộc vào các loại đất đá. Lớp đất đá càng xốp, đặc biệt tại nơi có độ rỗng cao như tổ mối,... và độ ẩm càng nhỏ, hệ số khuếch tán càng lớn, nồng độ radon C trên mặt đất có giá trị càng tăng.  Quá trình di cư của radon trong không khí Nguồn cung cấp khí phóng xạ trong không khí chủ yếu là do khí phóng xạ trong đất đá đưa vào bằng con đường khuếch tán và đối lưu. Trong không khí, sự phân tán của khí phóng xạ phụ thuộc vào tốc độ và hướng gió. Nồng độ của khí phóng xạ cũng thấp hơn rất nhiều so với trong đất đá, trung bình từ 10 đến 50 Bq/m 3 [5]. Tuy nhiên, tại khu vực có nguồn phóng xạ, do có nguồn cung cấp là các thân quặng phóng xạ phía dưới, nồng độ khí phóng xạ trong không khí cũng cao hơn các nơi khác, có thể đến hàng trăm Bq/m3. Theo mô hình như trên, ta có thể tính được nồng độ khí phóng xạ trong không khí trên mặt đất theo (1.7), và ở độ cao h cách mặt đất theo công thức:   .h A C(h)  C.e (1.8)
Trong đó A là hệ số khuấy động khí tại mặt đất, thường lấy giá trị là 103 cm2/s; khi h = 30 ÷ 50 m thì A = 104 ÷ 105 cm2/s. Bằng lí thuyết và thực nghiệm có thể xác định nồng độ radon trong không khí sát mặt đất nhỏ hơn hàng nghìn lần so với trong môi trường đất đá. Khi không có gió thì nồng độ radon trong khí quyển giảm chậm theo độ cao, còn nồng độ thoron giảm rất nhanh và triệt tiêu hoàn toàn ở khoảng cách không quá 10 cm cách mặt đất.  Quá trình di cư của radon trong nước Qua hàng loạt cuộc thử nghiệm các nhà khoa học đã đi đến kết luận có khí phóng xạ radon trong nước. Trong nước, nồng độ khí phóng xạ hòa tan phụ thuộc vào nguồn phóng xạ trong đất đá (môi trường nước chảy qua) và phụ thuộc vào dạng tồn tại (nước ngầm hay trên mặt). Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng nhiều đến sự hòa tan của khí phóng xạ trong nước. Bình thường, nồng độ radon trong nước dao động rất mạnh, từ 50 đến 1000 Bq/m 3 (đối với nước trên mặt); ở khu vực có nguồn phóng xạ hoặc nước nóng, có thể từ 1000 đến 4000 Bq/m3, đặc biệt có thể đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5]. Các bể trữ nước bề mặt cũng có thể bị nhiễm phóng xạ radon, nước nhiễm phóng xạ thường bắt nguồn từ các giếng sâu có các mạch nước ngầm bị nhiễm Radon. Thông thường, độ nhiễm xạ trong nước thấp hơn nhiều độ nhiễm xạ trong khí quyển. Tuy nhiên, quá trình sử dụng nước bị nhiễm phóng xạ radon trong sinh hoạt có nhiều khả năng làm tăng mức độ nhiễm xạ không khí tại các gia đình. EPA ước tính khoảng 2 ÷ 5% phóng xạ radon trong không khí phát sinh từ quá trình sử dụng nước của các hộ gia đình. Giới hạn nhiễm xạ cho phép trong nước theo EPA là 300 pCi/l [33]. Như vậy, việc xác định nồng độ khí phóng xạ trong các môi trường nói trên đem lại thông tin quan trọng trong công tác tìm kiếm các mỏ quặng phóng xạ, khảo sát địa chất, và đánh giá môi trường. 1.1.3. Radon với sức khỏe con người Hàng năm trung bình mỗi người chúng ta nhận một liều bức xạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên khoảng 2 mSv. Theo các nghiên cứu của Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection) mức liều này có thể gây ra 80 trường hợp tử vong do ung thư trong số 1.000.000 người. Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) năm 2000 đã thống kê và cho thấy đóng góp của radon vào liều chiếu bức xạ cho con người gây bởi các bức xạ tự nhiên lên tới 50% [16]. Chính vì thế radon có thể được xem như là một nguồn phóng xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người.
Hình 1.5: Đóng góp của các thành phần phóng xạ có trong tự nhiên vào liều chiếu bức xạ đối với con người Mức tử vong gây bởi bức xạ tăng tỷ lệ với mức liều chiếu bức xạ. Mặc dù radon đóng góp tới 50% vào liều chiếu bức xạ đối với con người, song nếu chúng ta có các biện pháp phòng chống thích hợp chúng ta có thể giảm đáng kể lượng liều chiếu này. 1.1.3.1. Radon trong nhà Đóng góp lớn nhất vào liều chiếu radon là nồng độ radon trong nhà ở (chiếm tới 95%). Trong khi đó nồng độ radon trong nhà ở lại phụ thuộc rất nhiều vào kiểu nhà, vật liệu xây dựng, cầu trúc nền móng,... Có thể có khả năng là nồng độ radon rất cao ở một căn nhà nào đó trong khi căn nhà ngay bên cạnh lại có nồng độ radon thấp. Trong không khí ngoài trời, nồng độ radon thấp. Tuy nhiên, ở trong nhà thì nồng độ radon có thể cao hơn do hiệu ứng bẫy radon. Các mức radon thường rất hay thay đổi, tuỳ thuộc vào dòng khí qua nhà. Có một số nơi mà ở đó các mức radon có thể rất cao: trong một số hang, động, chẳng hạn, hoặc trong một mỏ uranium dưới lòng đất được thông khí kém.
Hình 1.6: Radon vào trong nhà bằng nhiều con đường 1.1.3.2. Nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi Tuy radon được tìm ra năm 1900 nhưng những ảnh hưởng của nó do phơi nhiễm kéo dài đã bị nghi ngờ và ghi nhận trước đó 300 năm do những thợ mỏ luôn có nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi cao, nhất là đối với mỏ urani. Người ta nhận thấy trong khoảng thời gian từ 1869 – 1877, 75% cái chết của những người thợ mỏ ở Schneeberg – Đức là do bệnh ung thư phổi [41]. Năm 1951, các nhà nghiên cứu tại Đại học Rochester New York chỉ ra rằng các bệnh ung thư phổi gây ra từ các bức xạ alpha do các sản phẩm phân rã radon có trong đường hô hấp [22]. Dựa trên bằng chứng đó, các hệ số rủi ro được ước tính, chúng cho mối liên hệ giữa nguy cơ phát triển ung thư phổi với nồng độ radon trong không khí. Trong số các rủi ro trong nhà thì radon được ước tính đã gây ra khoảng 21.000 cái chết do ung thư phổi mỗi năm trên toàn nước Mĩ, nhiều hơn tất cả các rủi ro khác gây ra cho con người. Nghiên cứu này được Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ EPA thực hiện năm 2003. Điều đó cho thấy mối nguy hiểm từ radon trong nhà là rất lớn [27]. Hình 1.7: Đánh giá rủi ro từ radon trong nhà ở Mĩ với các rủi ro khác Trong không khí, radon và thoron ở dạng nguyên tử tự do, sau khi thoát ra từ các vật liệu xây dựng, đất đá và những khoáng vật khác, chúng phân rã phóng xạ thành chuỗi các đồng vị phóng xạ con cháu mà nguy hiểm nhất là polonium-218. Polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho một vài chu trình thở trong hệ thống hô hấp của người. Polonium-218 bay cùng các hạt bụi có kích thước cỡ nanomét và micromét tạo thành các hạt sol khí phóng xạ. Các sol khí phóng xạ này có kích thước cỡ vài chục micromét
nên có thể được hít vào qua đường thở, và tai hại hơn chúng là kim loại và có xu hướng bám vào bề mặt các vật liệu mà chúng tiếp xúc nên có thể bị lưu giữ tại phế nang và phân rã phát alpha. Các hạt alpha từ radon hay polonium có năng lượng rất cao, độ ion hóa mạnh sẽ bắn phá nhân tế bào phế nang, gây ra các sai hỏng nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến cơ chế phân chia tế bào. Một phần năng lượng phân rã hạt nhân truyền cho hạt nhân phân rã, làm các hạt nhân này bị giật lùi. Năng lượng giật lùi của các hạt nhân con có thể đủ để phá vỡ các phân tử protein trong tế bào phế nang. Mặt khác polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho một vài chu trình thở trong hệ thống hô hấp của người. Vì chúng được hút qua một thể tích phổi rất lớn nên số lượng tế bào phế nang bị bắn phá cũng rất lớn dẫn đến xác suất gây ung thư là rất cao. Hình 1.8: Nguy cơ mắc ung thư phổi khi hít phải khí radon Như vậy, việc xác định hàm lượng sol khí phóng xạ gây ra bởi radon (tức là xác định radon) có ý nghĩa rất quan trọng với mục đích giám sát, cảnh báo nguy cơ ung thư phổi trong đời sống cộng đồng, trong các khu hầm mỏ, trong nhà ở và đặc biệt trong phòng ngủ, phòng làm việc. Từ khi bệnh ung thư bắt đầu xuất hiện do phóng xạ, cho đến khi nó phát triển tới mức có thể quan sát được các biểu hiện lâm sàng, phải mất một khoảng thời gian trễ nhiều năm. Nguy cơ ung thư phổi phát triển do sự chiếu xạ của radon tùy thuộc vào lượng khí radon mà chúng ta hít phải. Càng có nhiều radon trong không khí, nguy cơ càng lớn. Tương tự, khoảng thời gian chúng ta hít thở trong không khí chứa radon đó càng dài thì nguy cơ càng lớn. Khi điều tra địa vật lí môi trường, nồng độ radon trong không khí thường được quan tâm. Ngoài ra, có một số bằng chứng khoa học cho thấy hút thuốc làm tăng độ nguy hiểm do chiếu xạ radon. Báo cáo của Viện Khoa học Quốc gia Mĩ - NAS (The National Academy of Sciences) cho thấy, khí radon trong nhà là nguyên nhân chủ yếu thứ hai gây ung thư phổi tại Mĩ, chỉ sau hút thuốc lá [34]. Ngừng hút thuốc và giảm hút thuốc trong nhà sẽ làm giảm nguy cơ cho các thành viên gia đình mắc bệnh ung thư phổi do hít thở radon. Trong bất kì trường hợp nào, vì hút thuốc là nguyên
nhân chủ yếu gây ung thư phổi, nên nếu chúng ta có lo lắng chút nào đó về các nguy hiểm do radon, thì nhất định ta sẽ phải lo lắng về nguy hiểm do hút thuốc. Bảng 1.1: Nguy cơ tử vong do ung thư phổi liên quan đến radon trong nhà [27] Liều chiếu Radon Nhóm người không Nhóm người hút Trung bình (pCi/l) bao giờ hút thuốc thuốc thường xuyên 20 36 / 1.000 260 / 1.000 110 / 1.000 10 18 / 1.000 150 / 1.000 56 / 1.000 8 15 / 1.000 120 / 1.000 45 / 1.000 4 73 / 10.000 62 / 1.000 23 / 1.000 2 37 / 10.000 32 / 1.000 12 / 1.000 1.25 23 / 10.000 20 / 1.000 73 / 10.000 0.4 73 / 100.000 64 / 10.000 23 / 10.000 1.1.4. Biện pháp kiểm soát, cảnh báo và giảm thiểu nồng độ radon Để xác định mức radon, cần phải đo đạc radon bằng các thiết bị chuyên dụng. Những chính sách về radon cần được xem xét kĩ lưỡng, đặc biệt là đối với bộ phận dân cư với nồng độ thấp, điều quan trọng là áp dụng những biện pháp cơ bản để ngăn ngừa nguy cơ chứ không chỉ hành động khi nhận thấy nồng độ radon quá cao. Những nơi cần phải kiểm soát để cảnh báo mức radon là nhà ở, nhà nghỉ, khách sạn hay các văn phòng làm việc và các nơi khai thác quặng có yếu tố phóng xạ. Phần lớn radon trong một ngôi nhà có nồng độ radon cao đều phát ra từ nền nhà. Radon khuếch tán ra khỏi mặt đất và vào trong nhà. Do radon là khí nên sự thay đổi áp suất sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lượng khí thoát ra từ mặt đất và lượng bị tích lũy bên trong căn nhà. Ở bên trong căn nhà, radon khó có thể dễ dàng thoát ra ngoài nhất là những ngôi nhà kín khí. Như vậy, phòng ngủ hay phòng làm việc gắn điều hoà nhiệt độ mà không thông gió thì có nguy cơ ô nhiễm radon rất lớn. Khả năng bị phơi nhiễm radon cũng tuỳ thuộc thời gian có mặt tại không gian sinh hoạt, làm việc hoặc nghỉ ngơi. Một phương pháp đơn giản để giảm các mức radon trong nhà là tăng cường thông gió cho không gian dưới nền và trong ngôi nhà nơi mà radon tích tụ. Điều đó rất dễ thực hiện bằng cách mở rộng các ô thông gió trên các bức tường, giúp sự chuyển dịch không khí tự nhiên được dễ dàng (trong trường hợp các tường chịu lực, điều này chỉ nên được thực hiện tuân theo các quy phạm xây dựng thích hợp). Nếu làm việc trong các vùng khoáng sản giàu phóng xạ tự nhiên, cần phải tính đến thời gian làm việc hợp lí. Đặc biệt, hàm lượng radon phụ thuộc rất lớn vào vật liệu. Những vật liệu xây dựng có nguồn gốc granite sẽ cho hàm lượng radon cao nhất, các vật liệu gốm sét, gạch xỉ than cũng là vật liệu chứa nhiều radon. Các khoáng sản có nguồn gốc trầm tích như ilmenhite, rutile, zircon, monazite rất
giàu phóng xạ cũng là các nguồn phát radon. Các bệnh viện có sử dụng kim Ra226 cũng có thể gây rò rỉ hay khuếch tán radon vào không khí. Dựa trên những nghiên cứu của thế giới, những ngôi nhà có mức nồng độ radon vượt mức giới hạn là loại có kiểu kiến trúc không thông thoáng, xây dựng bằng đá granit, nhà xây dựng trên nền địa chất có cường độ phóng xạ cao như: trên nền đá magma, trên các dị thường sa khoáng ven biển (ilmenit, titan...), trên các đứt gãy địa chất, hoặc vật liệu xây dựng nhà như gạch, ngói đốt bằng những loại than có hoạt độ phóng xạ cao... Để giảm thiểu hàm lượng radon trong không gian sinh sống và làm việc cần phải sử dụng các loại vật liệu xây dựng ít radon, cải thiện hệ thống thông thoáng, sơn sàn và tường nhà, bít kín những khe hở ở dưới sàn nhà và khe nứt của bức tường có thể giúp ngừng việc giải phóng khí radon, lắp đặt các hệ thống thu góp radon (ví dụ: màng chống khí trong nền đất có thể giảm 50% lượng radon và chỉ tốn khoảng 100 bảng Anh),... Bảng 1.2: Chi phí và hiệu quả một số biện pháp làm giảm mức radon trong nhà [35] Phương pháp Giá Hiệu quả Giảm áp suất dưới sàn trung bình cao Thông gió dưới sàn trung bình / thấp còn tùy Niêm phong sàn trung bình trung bình Tăng thông gió trong nhà trung bình thấp Đào bỏ tầng đất cái cao cao Xử lí nước trung bình cao Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải sử dụng thông gió cưỡng bức. Những ngôi nhà được xây dựng trên các tấm sàn bê tông có thể đòi hỏi các biện pháp cải tạo phức tạp hơn. Mỗi một ngôi nhà đều có sự khác biệt, vì thế nhu cầu cải tạo và biện pháp thực hiện cải tạo phải được xác định riêng biệt. Cách tốt nhất bảo vệ sức khoẻ là là tiến hành đo nồng độ radon trong mỗi gia đình. Mở cừa thường xuyên cũng giúp hạn chế bức xạ trong nhà. Khi mua nhà mới, chúng ta nên kiểm tra khí radon trước khi chúng ta chuyển tới ở. 1.1.5. Các yêu cầu về an toàn bức xạ đối với Radon 1.1.5.1. Đơn vị đo Đơn vị đo thường dùng của nồng độ radon là Becquerel/mét khối (Bq/m3), ở Mĩ hay dùng đơn vị pico-Curie/lit (pCi/l). Hệ số chuyển đổi: 1 pCi/l = 37 Bq/m3.