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

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

Tiếng Việt Chữ viết tắt

Vị trí VT

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

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 . 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

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 liên quan đến hàm đáp ứng

của đầu dò nhấp nháy và 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 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)

- 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 cho đầu dò nhấp nháy

NaI(Tl) hình trụ kích thước , 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 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:

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 và

cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) kích thước 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.

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 và hệ số chuyển đổi suất liều chiếu riêng phần

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 (tương đương năng lượng của proton chuyển động đạt 43% vận

tốc ánh sáng) đến . 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

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 [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

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 [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 năm), chuỗi Urani (đồng vị đặc trưng là U-

238 với chu kỳ bán rã năm), chuỗi Actini (đồng vị đặc trưng là U-235

với chu kỳ bán rã năm), chuỗi Neptuni (đồng vị đặc trưng là Np-237

với chu kỳ bán rã 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 năm) trong đất và cây cối với tỷ lệ

là hằng số. Sự phân bố của đồng vị này khá đồng nhất.

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 ). 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]

Bảng 1.1. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Actini [22]

Phân rã Chu kỳ bán rã Sản phẩm

7,04×108 năm 25,52 giờ 32673 năm Đồng vị phóng xạ U-235 Th-231 Pa-231

Năng lượng (MeV) 4,678 0,391 5,150 0,045 Th-231 Pa-231 Ac-227 Th-227 21772 năm Ac-227

18,72 ngày Th-227

5,042 6,146 1,149 Fr-223 Ra-223 Ra-223 22,0 phút Fr-223

11,43 ngày Ra-223

5,562 5,979 1,566 At-219 Rn-219 Rn-219 56 s At-219

3,98 giây 7,62 phút 6,324 6,946 2,189 Bi-215 Po-215 Po-215 Rn-219 Bi-215

7,526 Pb-211 1,78×10-3 giây Po-215 0,721 At-215

36,1 phút 10-4 giây Pb-211 At-215

1,367 8,178 0,574 Bi-211 Bi-211 Po-211 2,15 phút Bi-211

0,52 giây 4,77 phút bền 6,750 7,594 1,418 Tl-207 Pb-207 Pb-207

Po-211 Tl-207 Pb-207

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 ). Hình 1.3 là sơ đồ phân rã của chuỗi Urani. Đồng vị phóng xạ

Urani thiên nhiên gồm U-235 và U-238, tức tỉ lệ

vì thế đa số các đồng vị phóng xạ được phát hiện đều bắt nguồn từ chuỗi Urani (U-

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 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]

Bảng 1.2. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Urani [22]

Phân rã Chu kỳ bán rã Sản phẩm

Năng lượng (MeV) 4,270 0,272 4,47×109 năm 24,10 ngày Th-234 Pa-234 Đồng vị phóng xạ U-238 Th-234

6,70 giờ 245500 năm 75380 năm 1601 năm 3,82 ngày Pa-234 U-234 Th-230 Ra-226 Rn-222

U-234 Th-230 Ra-226 Rn-222 Po-218 Pb-214 2,195 4,858 4,770 4,871 5,590 6,615 3,07 phút Po-218 At-218 0,260

26,92 phút Bi-214 1,019 Pb-214

Bi-214 6,874 1,42 giây At-218

36×10-3 giây Rn-218

Rn-218 Po-214 Po-214 2,881 7,263 3,270 19,8 phút Bi-214

16,23×10-5 giây 1,30 phút Tl-210 Pb-210 Pb-210 5,621 7,833 5,482 Po-214 Tl-210

22,23 năm Bi-210 0,063 Pb-210

5,011 ngày Po-210 1,162 Bi-210

138,376 ngày 4,20 phút bền Tl-206 Pb-206 Pb-206 5,037 5,407 1,532

Po-210 Tl-206 Pb-206

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

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

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

quá trình phong hoá là các thành phần khác nhau của đất bị phân huỷ ở mức độ rất

lớn trong khi các khoáng chất Thori phân huỷ ở mức độ thấp hơn, vì vậy Thori ở

các lớp bề mặt được làm giàu. Nên Thori được tìm thấy trong hầu hết các loại đất,

đá, vật liệu xây dựng, bê tông và gạch. Bảng 1.3 trình bày chi tiết về chu kỳ bán ra

từng đồng vị và các sản phẩm phân rã của chúng có trong chuỗi Thori.

Hình 1.4. Chuỗi phân rã phóng xạ tự nhiên Thori [21]

Bảng 1.3. Một số thông tin của chuỗi phân rã phóng xạ Thori [22]

Phân rã Chu kỳ bán rã Sản phẩm

1,41×1010 năm 5,75 năm Năng lượng (MeV) 4,082 0,458 Ra-228 Ac-228 Đồng vị phóng xạ Th-232 Ra-228

6,15 giờ 1,91 năm 3,63 ngày 55,8 giây 0,148 giây 10,64 giờ 2,124 5,520 5,789 6,405 6,906 0,570 Th-228 Ra-224 Rn-220 Po-216 Pb-212 Bi-212 Ac-228 Th-228 Ra-224 Rn-220 Po-216 Pb-212

2,252 Po-212 60,55 phút Bi-212

2,99×10-9 giây 3,058 phút bền 6,207 8,954 4,999 Tl-208 Pb-208 Pb-208

Po-212 Tl-208 Pb-208

1.1.3. Phóng xạ từ khí Radon và con cháu của Radon

Khí Radon (khí trơ) là sản phẩm của các chuỗi phân rã cùng với các đồng vị

con cháu của nó là thành phần đóng góp vào phông nền. Các thành phần đó bao

gồm Rn-222 (chu kỳ bán rã là 3,8 ngày) trong dãy phân rã phóng xạ Urani, Rn-219

(chu kỳ bán rã là 3,96 giây) trong dãy phân rã phóng xạ Actini và Rn-220 (chu kỳ

bán rã là 55,6 giây) trong dãy phân rã phóng xạ Thori.

Trong không khí gần mặt đất, hoạt độ của khí Radon thay đổi theo gió và thời

tiết. Trong phòng thông hơi kém, hoạt độ khí Radon thay đổi từ 0,1 đến

[23] với hoạt độ trung bình vào khoảng , chủ yếu là Rn-222 do có chu kỳ

bán rã dài. Bức xạ gamma từ phân rã của Rn-222 chủ yếu đến từ đồng vị con cháu

Pb-214 (chu kỳ bán rã là 26,8 phút), Bi-214 (chu kỳ bán rã là 19,9 phút) và Pb-210

(chu kỳ bán rã là 22,3 năm).

Khí Radon khuếch tán từ đất, vật liệu xây dựng vào không khí, con cháu của

Radon phóng xạ thường ở dạng rắn ở các điều kiện thông thường và bám vào các

hạt bụi khí quyển, khi con người hít bụi sẽ gây ra sự chiếu trong cơ thể rất có hại.

Lượng Radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, vào mùa trong năm và các yếu

tố địa lý, khí hậu… Trong các phòng kín lượng Radon lớn hơn rất nhiều so với ở

ngoài trời, nếu vượt quá mức cho phép là một trong những nguyên nhân gây nên

ung thu phổi. Sống liên tục trong nhà có lượng Radon vào khoảng thì

nguy cơ tử vong do ung thư phổi tăng thêm từ 1 đến 3% [24].

1.2. Các đại lượng vật lý mô tả liều lượng bức xạ

1.2.1. Kerma

Khi các gamma tương tác với môi trường vật chất, chúng sẽ sinh ra các hạt

mang điện (electron, positron) và truyền toàn bộ năng lượng hay truyền một

phần năng lượng đó cho các hạt mang điện này dưới dạng động năng. Các hạt mang

điện thứ cấp này có thể có các động năng khác nhau, tuỳ thuộc vào kiểu tương tác

và mức năng lượng liên kết trong nguyên tử.

Gọi là năng lượng trung bình mà bức xạ truyền cho các hạt mang điện

trong một vùng thể tích trong một khoảng thời gian. Khi đó, hệ số kerma tại một

điểm trong vùng thể tích đang xét là [25]

(1.1)

trong đó là vi phân khối lượng vật chất tại điểm đang xét đó.

Vậy kerma (kinetic energy released per mass unit) được định nghĩa là năng

lượng mà chùm gamma truyền cho các hạt mang điện trong mỗi đơn vị khối lượng

tại điểm đang xét. Hay cụ thể hơn, kerma là tổng tất cả động năng ban đầu của các

hạt mang điện được sinh ra bởi chùm gamma trong một thể tích xác định của vật

chất chia cho khối lượng vật chất chứa trong thể tích đó [25]. Giá trị trung bình

kerma trong một vùng thể tích chứa khối lượng vật chất là . Đơn vị của

kerma được quy đổi như sau

(1.2)

Nếu biết thông lượng năng lượng gây bởi nguồn gamma đơn năng

tại một điểm thì có thể tính kerma thông qua hệ số suy giảm truyền năng lượng khối

hệ số này đặc trưng cho năng lượng của gamma và số nguyên tử Z của vật

chất. Khi đó

(1.3)

ở đây được gọi là hệ số truyền năng lượng và thường được xác định bằng

thực nghiệm, là mật độ của môi trưởng vật chất.

Nếu xét toàn bộ phổ năng lượng từ đến thì

là hàm vi phân theo năng lượng mà chùm

gamma để lại, khi ấy

(1.4)

Sau khi chùm gamma đơn năng tương tác môi trường vật chất sinh ra các

hạt mang điện có các động năng khác nhau, các hạt mang điện này sẽ mất năng

lượng theo hai dạng sau [25]:

- Do va chạm với các electron khác trong nguyên tử vật chất. Gọi năng

lượng trung bình các hạt mang điện mất đi do va chạm là

- Do phát bức xạ (bức xạ hãm, huỷ cặp). Gọi năng lượng mà các hạt mang

điện mất đi do phát bức xạ là

Vậy động năng trung bình của các hạt mang điện có thể được tách thành hai

thành phần [25]

(1.5)

Kerma tỉ lệ với nên kerma cũng được chia thành kerma va chạm

và kerma phát bức xạ [25]

(1.6)

và và được tính tương tự như

(1.7)

(1.8)

Mặt khác, có thể được tính bằng thông lượng năng lượng gây bởi chùm

gamma đơn năng thông qua hệ số hấp thụ năng lượng khối khi đó

(1.9)

Ngoài ra ta có thể tính được suất kerma là kerma tính trong một đơn vị thời

gian trong vùng thể tích xác định của vật chất [25]

(1.10)

Giá trị kerma trong khoảng thời gian từ đến là [25]

(1.11)

Giả sử suất kerma là hằng số thì [25]

(1.12)

đây cũng là giá trị trung bình của kerma trong khoảng thời gian

1.2.2. Liều hấp thụ

Liều hấp thụ là năng lượng trung bình nhận được trên một đơn vị khối lượng

của vật chất từ bức xạ [17]. Gọi là năng lượng của bức xạ để lại do sự ion hoá

trong đối tượng bị chiếu xạ, thì liều hấp thụ tại một điểm trong vùng thể tích đang

xét là

(1.13)

Giá trị trung bình của liều hấp thụ trong suốt vùng thể tích chứa khối lượng vật

chất là . Đơn vị của liều hấp thụ là Giá trị liều hấp thụ bức xạ phụ

thuộc tính chất của bức xạ và môi trường. Sự hấp thụ năng lượng của môi trường

đối với bức xạ là do tương tác của bức xạ với electron của nguyên tử vật chất. Do

đó năng lượng hấp thụ trong một đơn vị khối lượng phụ thuộc vào năng lượng liên

kết của các electron với hạt nhân nguyên tử và vào số nguyên tử có trong một đơn

vị khối lượng của môi trường vật chất hấp thụ, nó không phụ thuộc vào trạng thái

kết tụ của vật chất [17].

Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ tính trong một đơn vị thời gian có giá trị là

[25]

(1.14)

Nếu suất liều hấp thụ là một hàm phụ thuộc thời gian, khi đó liều hấp thụ sẽ được

tính thông qua công thức

(1.15)

Tương tự như kerma, trường hợp suất liều hấp thụ là hằng số thì giá trị trung bình

của liều hấp thụ trong khoảng thời gian là [25]

(1.16)

1.2.3. Liều chiếu

Liều chiếu của gamma là phần năng lượng của nó mất đi để biến đổi thành

động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lượng của không khí ở điều

kiện tiêu chuẩn [17]. Nói cách khác, liều chiếu mô tả khả năng ion hoá không khí

của chùm gamma. Xét một lượng không khí có khối lượng bị chiếu bởi một

chùm gamma, khi đó liều chiếu là tỉ số

(1.17)

trong đó là lượng điện tích của hạt mang điện (electron/ positron) xuất hiện

do sự ion hoá không khí bởi chùm gamma trong một thể tích xác định. Điều kiện áp

dụng ở đây là mọi hạt mang điện được sinh ra đều dừng lại trong và toàn bộ

được ghi nhận. Đơn vị của liều chiếu được quy đổi như sau

(1.18)

Một điều cần lưu ý khi chùm gamma đi vào một vùng thể tích không khí khô,

nó sẽ sinh ra trong đó các hạt mang điện, các hạt mang điện này tiếp tục ion hoá các

nguyên tử và sinh ra thêm các cặp ion – electron thứ cấp bên trong cũng như ở bên

ngoài khối không khí này. Do đó, khi định nghĩa liều chiếu theo Roentgen, ta phải

đảm bảo điều kiện cân bằng electron, nghĩa là tổng năng lượng của các electron

mang ra khỏi thể tích nghiên cứu phải bằng với tổng năng lượng của các electron

mang vào thể tích này [17].

Gọi là năng lượng trung bình để tạo một cặp ion – electron

trong không khí khô [26], giá trị này được xem như một hằng số với mọi chất khí.

Ta lấy chia cho và đổi đơn vị thành , khi đó

(1.19)

(1.20)

Nếu xét toàn bộ phổ năng lượng từ tới thì là hàm vi

phân phân bố theo năng lượng gamma và cũng là hàm phụ thuộc năng lượng

gamma, khi ấy liều chiếu là [25]

(1.21)

Và tương tự suất kerma và suất liều hấp thụ, suất liều chiếu là liều chiếu tính

trong một đơn vị thời gian có giá trị là [25]

(1.22)

Nếu suất liều chiếu là hàm phụ thuộc thời gian thì khi đó suất liều chiếu trong

khoảng thời gian từ đến là [25]

(1.23)

Nếu suất liều chiếu là hằng số thì giá trị trung bình của liều chiếu trong khoảng thời

gian là [25]

(1.24)

1.2.4. Liều chiếu, liều hấp thụ và kerma va chạm trong không khí

a. Tương quan giữa liều chiếu và kerma va chạm trong không khí

Liều chiếu trong không khí được tính thông qua thông lượng năng lượng

gây bởi chùm gamma khi biết hệ số hấp thụ năng lượng khối trong không

khí khi ấy [25]

(1.25)

Thay công thức (1.9) vào (1.25) ta được

(1.26)

Tiếp tục thay (1.20) vào công thức (1.26) sẽ được công thức thể hiện mối tương

quan giữa liều chiếu trong không khí và kerma va chạm trong không khí [25]

(1.27)

b. Tương quan giữa liều chiếu và liều hấp thụ trong không khí

Để tìm được mối tương quan giữa liều chiếu và liều hấp thụ trong không khí,

chúng ta sẽ xuất phát từ định nghĩa đơn vị Roentgen của liều chiếu trong không khí.

Ta có là liều chiếu của gamma mà dưới tác dụng của gamma sẽ tạo ra trong

không khí khô ở điều kiện tiêu chuẩn số cặp ion – electron là cặp

[17]. Vì khối lượng riêng của không khí khô là nên trong

không khí khô tương ứng cặp ion – electron [17].

Với năng lượng trung bình để tạo ra một cặp ion – electron trong không khí

khô là Khi ấy

(1.28)

(1.29)

(1.30)

(1.31)

Từ đó ta có mối tương quan giữa liều chiếu trong không khí và liều hấp thụ

trong không khí là

(1.32)

1.2.5. Ví dụ minh họa so sánh kerma, liều chiếu, liều hấp thụ

Xét có năng lượng tới thể tích xảy ra tương tác Compton với

electron và nhận năng lượng và tán xạ t\át ra khỏi thể tích như trình

bày như trong hình 1.5. Trong quá trình ion hóa môi trường, có thể tạo ra bức

xạ hãm tại vị trí (a) và thoát ra khỏi thể tích năng lượng electron giảm đi

còn tại vị trí (b) Trên đường thoát khỏi thể tích electron tiếp

tục ion hóa tiếp các nguyên tử và năng lượng sau khi thoát khỏi thể tích còn

.

. .

V,

.

’’) e(Ee . . (b) .

.

. .

’)

. . . . (a)

e(Ee)  (E’) e(Ee . . . . . .

. .

2 (bức xạ hãm)

1 (bức xạ Compton)

Hình 1.5. Trường hợp cụ thể minh hoạ tính kerma, liều hấp thụ, liều chiếu

trong môi trường không khí

Khi ấy năng lượng truyền cho electron là

(1.33)

Từ đó hệ số kerma và suất kerma là:

(1.34)

Ta cũng tính được năng lượng các hạt mang điện mất đi do va chạm

(1.35)

từ đó ta tính được kerma va chạm khi có kerma va chạm ta sẽ có liều chiếu và

suất liều chiếu trong không khí

(1.36)

Không ngoại lệ, ta tính được năng lượng của để lại do sự ion hoá trong thể

tích

(1.37)

Tương tự, ta tính được liều hấp thụ và suất liều hấp thụ

(1.38)

1.3. Xác định suất liều chiếu trong không khí bằng đầu dò nhấp nháy

Trong môi trường đầu dò nhấp nháy, suất liều chiếu phụ thuộc năng lượng

gamma tới, vì thế khi tính ngược lại suất liều chiếu trong không khí thì phổ năng

lượng cần nhân một hàm trọng số. Do đó, trong mục này chúng tôi sẽ trình bày sự

phụ thuộc suất liều chiếu và phổ năng lượng thông qua hàm trọng số hay còn

gọi là hệ số chuyển đổi suất liều chiếu. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng trình bày hệ số

chuyển đổi suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất liều chiếu riêng phần

tổng.

1.3.1. Mối tương quan giữa suất liều chiếu trong không khí và phổ năng

lượng

Suất liều chiếu trong không khí có thể được tính toán từ phổ năng lượng từ bất

kỳ hệ đo gamma bằng phương trình [27]

(1.39)

trong đó là phổ năng lượng đo được, là hệ số chuyển đổi suất liều

chiếu đặc trưng cho đầu dò được sử dụng để ghi nhận phổ năng lượng

là biên dưới của đỉnh hay vùng phổ, là biên trên của đỉnh hay vùng phổ.

Trong hệ đo gamma, phổ năng lượng đo được có thể diễn tả bởi [27]

(1.40)

trong đó, là hàm đáp ứng của đầu dò, là năng lượng gamma tới

detector, là năng lượng mà gamma để lại trong đầu dò, là phổ năng lượng

gamma tới. Khi thay (1.40) vào (1.39) sẽ được

(1.41)

(1.42)

với là suất liều chiếu một gamma tới với năng lượng , có dạng phương

trình theo định nghĩa

(1.43)

Khi đồng nhất thức (1.41) và (1.42) thì

(1.44)

1.3.2. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E)

Vì năng lượng trong hệ đo phổ năng lượng rời rạc theo từng khoảng chia

năng lượng nên là một hàm rời rạc, nên sẽ không được tính theo

tích phân các hàm liên tục mà là tích các hàm rời rạc

(1.45)

với là chỉ số ký hiệu cho năng lượng gamma tới, là chỉ số ký hiệu cho năng

lượng gamma đo được trong phổ. Khi ấy được diễn tả như một ma trận đáp ứng

nghịch đảo

(1.46)

Về nguyên tắc, phụ thuộc vào nhiều điều kiện đo, như vùng năng lượng

gamma để lại được xét, hướng của gamma tới đầu dò, chất liệu và dạng hình học

của đầu dò. Vì thế ma trận đáp ứng nghịch đảo được xây dựng bằng phương

pháp mô phỏng với các thông số đầu vào phù hợp với điều kiện thực nghiệm và bộ

dữ liệu có thể thu được từ những bộ dữ liệu có sẵn như [28], ta tính toán được hệ

số chuyển đổi suất liều chiếu

Đối với đầu dò NaI(Tl) kích thước , dạng hàm G(E) được xác

định như ở hình 1.6.

Hình 1.6. Hệ số chuyển đổi suất liều chiếu G(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm ×

7,6 cm [5]

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

Đối với mỗi năng lượng gamma khác nhau thì có một giá trị suất liều cho

gamma đó. Suất liều do gamma đó gây ra được gọi là suất liều chiếu riêng phần.

Đối với đầu dò nhấp nháy ghi nhận phổ gamma, thì suất liều chiếu riêng phần tổng

của gamma, gồm có hai thành phần: Thành phần suất liều do hiệu ứng quang

điện gây ra (được gọi là suất liều chiếu riêng phần đỉnh và thành phần suất

liều chiếu do hiệu ứng tán xạ gamma. Do đó để xác định suất liều chiếu riêng phần

tổng gồm cả hai thành phần gây ra thì hệ số chuyển đổi được định nghĩa

như sau

(1.47)

Đối với đầu dò NaI(Tl) hình trụ kích thước , hệ số

được trình bày như ở hình 1.7. Hệ số là một hàm phụ thuộc vào năng lượng

của gamma. Hình 1.8 là ví dụ về kết quả xác định suất liều chiếu riêng phần tổng

của gamma được đo từ nguồn Cs-137 sử dụng đầu dò NaI(Tl)

Ở đó, đường màu đen là phổ năng lượng hấp thụ được đo bởi

NaI(Tl) đường màu xanh là phổ suất liều chiếu được xác định dựa

vào hệ số đường màu đỏ là suất liều chiếu riêng phần tổng được xác định

dựa vào hệ số

Hình 1.7. Hệ số DP(E) của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm x 7,6 cm [5]

Phổ hấp thụ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

n ( E

Suất liều chiếu riêng phần

) .

)

n ( E

(

) .

G E

) /

(

G E

m ế đ ố s ( )

D P ( E

E ( n

) ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

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

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ TẢ THỰC NGHIỆM

Trong chương 2, chúng tôi trình bày (1) về phương pháp xác định suất liều

chiếu thông qua việc xác định hệ số chuyển đổi suất liều chiếu và hệ số

cho đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) và (2) trình bày số liệu đo

môi trường tại 18 vị trí đo tại núi Châu Thới, tỉnh Bình Dương.

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

Trong luận văn này, chúng tôi thực hiện xác định phổ suất liều chiếu, xác định

suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất liều chiếu riêng phần tổng… Để xác định

suất liều chiếu, các hàm chuyển đổi cho đầu dò NaI(Tl) và

được xác định.

2.1.1. Xác định hàm G(E)

Khi sử dụng đầu dò nhấp nháy, suất liều chiếu phụ thuộc năng lượng gamma

tới (ngược lại với đầu dò khí, suất liều chiếu không phụ thuộc năng lượng). Tức ứng

với mỗi năng lượng gamma tới khác nhau sẽ gây ra suất liều chiếu khác nhau. Để có

sự tương đồng giữa môi trường nhấp nháy và môi trường khí thì số đếm đo được

cần nhân với một hàm trọng số như công thức (1.39). Hệ số không chỉ

phụ thuộc năng lượng gamma tới, hướng tới mà còn phụ thuộc chất liệu và dạng

hình học của đầu dò.

Trong luận văn này, đầu dò NaI(Tl) được sử dụng trong việc

xác định suất liều chiếu. Để xác định hệ số chúng tôi sử dụng dữ liệu từ các

nghiên cứu [4], [5]. Hình 2.1 trình bày hệ số của đầu dò NaI(Tl)

ứng với các hướng gamma song song (đường màu đen) và hướng

vuông góc (đường màu xanh). Để xác định suất liều chiếu trong môi trường, chúng

tôi sử dụng giá trị trung bình (đường màu đỏ) của hai thành phần song song và

vuông góc.

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 [5]

Để nội suy các giá trị chúng tôi làm khớp dữ liệu thông qua hàm làm

khớp đa thức bậc chín. Phương trình (2.1) là kết quả làm khớp và được biểu diễn

như đường màu đỏ trong hình 2.1

(1.48)

2.1.2. Xác định hệ số DP(E)

Việc xác định suất liều riêng phần tổng dựa vào hệ số cho gamma từ

phổ suất liều chiếu đối với đầu dò NaI(Tl) chúng tôi cũng dựa vào

số liệu từ các nghiên cứu [4]–[6]. Hệ số của đầu dò NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6

cm làm một hàm phụ thuộc vào năng lượng. Để nội suy, dữ liệu được làm khớp với

hàm bậc chín như phương trình (2.2). Kết quả làm khớp được trình bày ở hình 2.2.

(1.49)

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 [5]

2.2. Số liệu thực nghiệm

Thí nghiệm đo phổ năng lượng bức xạ môi trường được thực hiện tại núi Châu

Thới, tỉnh Bình Dương. Thí nghiệm sử dụng thiết bị quan trắc phóng xạ môi trường

InSpectorTM 1000 [29] với cấu hình đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) Thí

nghiệm thực hiện đo tại 18 vị trí khác nhau của núi Châu Thới. Đầu dò NaI(Tl)

được đặt vuông góc với mặt đất, đặt trên giá đỡ cách mặt đất

Thời gian đo cho mỗi vị trí là

2.2.1. Hệ đo NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm

Thiết bị khảo sát thực địa được sử dụng trong luận văn là thiết bị quan trắc

phóng xạ môi trường InSpectorTM 1000 [29], sản xuất bởi Canberra tại Mỹ như trên

hình 2.3. Thiết bị bao gồm đầu dò tinh thể nhấp nháy NaI hình trụ đồng trục có kích

thước tinh thể là (đường kính) (dày) và bộ xử lý cầm tay. Thiết bị

này cho phép ghi nhận phổ năng lượng.

Hình 2.3. Hệ đo đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) 7,6 cm × 7,6 cm InSpectorTM 1000,

Canberra Inc. [29]

Thiết bị gamma thực địa InSpectorTM 1000 có thể ghi nhận phổ gamma có

năng lượng từ khoảng đến với độ phân giải năng lượng ở

đỉnh năng lượng của Cs-137. Thiết bị có bốn chức năng chính là đo suất

liều, xác định vùng có phóng xạ cao, nhận diện nguồn phóng xạ và đo phổ năng

lượng.

Trong luận văn này, ứng với mỗi vị trí đo, hệ thiết bị được bố trí trên giá đỡ để

điều chỉnh khoảng cách sao cho đầu dò cách mặt đất phổ năng lượng sẽ được

ghi nhận trong khoảng thời gian Thực nghiệm 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].

2.2.2. Các vị trí đo tại núi Châu Thới

Vùng đất Bình Dương tương đối bằng phẳng, thấp dần từ Bắc xuống Nam.

Nhìn tổng quát, Bình Dương có nhiều vùng địa hình khác nhau: vùng địa hình núi

thấp có lượn sóng yếu, vùng có địa hình bằng phẳng, vùng thung lũng bãi bồi… Núi

thấp điển hình là núi Châu Thới nằm ở phường Bình An, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình

Dương có độ cao so với mực nước biển, diện tích

Tọa lạc trên đỉnh núi có chùa Châu Thới, là ngôi chùa cổ nhất ở Bình Dương

và được xếp hạng danh thắng quốc gia vào ngày 21 tháng 04 năm 1989. Vì thế đây

là nơi rất nhiều người dân đến. Ngoài ra xung quanh chùa hiện có nhiều mỏ đá đang

được khai thác, việc khai thác đa số sử dụng mìn nổ để lấy đá nên dưới chân núi

xuất hiện những cái hố rất sâu. Các đồng vị phóng xạ trong đất bị phơi nhiễm bức

xạ trên mặt đất, một số đồng vị có thể khuếch tán và bay lơ lửng vào khí quyển. Với

các lý do trên, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn núi Châu Thới để nghiên cứu mức độ

suất liều chiếu tại đây.

Hình 2.4. Các vị trí thực hiện thí nghiệm ghi nhận phổ năng lượng phóng xạ

môi trường tại núi Châu Thới

Do vị trí, địa hình phức tạp và rộng lớn nên nhóm nghiên cứu chỉ khảo sát

những khu vực có hoạt động của con người. Núi có hai lối lên chùa là lối đi xe và

lối đi bộ gồm 220 bậc thang nên khu vực khảo sát được chia thành ba vùng gồm lối

đi xe, lối đi bộ và khu vực khuôn viên chùa với 18 vị trí khảo sát để có thể đánh giá

toàn bộ khu vực núi Châu Thới. Hình 2.4 trình bày bản đồ 18 vị trí khảo sát khu vực

núi Châu Thới, bảng 2.1 cung cấp thông tin tọa độ địa lý của 18 vị trí khảo sát khu

vực núi Châu Thới.

Bảng 2.1. Tọa độ địa lý của các vị trí khảo sát ở vùng núi Châu Thới

Tọa độ địa lý Vị trí Vĩ độ Kinh độ

VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

VT7

VT8

VT9

VT10

VT11

VT12

VT13

VT14

VT15

VT16

VT17

VT18

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Trong chương 3, chúng tôi phân tích suất liều chiếu từ phổ năng lượng đo

được từ đầu dò NaI(Tl) Chúng tôi xác định suất liều chiếu tổng và

suất liều chiếu riêng phần cho một số năng lượng gamma từ vùng năng lượng thấp

đến cao.

3.1. Phổ năng lượng và phổ suất liều chiếu tại 18 vị trí của núi Châu Thới

Hình 3.1 là kết quả đo phổ năng lượng gamma từ đầu dò NaI(Tl)

trong và phổ suất liều chiếu tính được cho 18 vị trí đo tại

núi Châu Thới, tỉnh Bình Dương. Ở đó, dữ liệu màu xanh là phổ năng lượng đo

được với biểu diễn trục tung bên trái (số đếm/ / ) và dữ liệu màu đỏ là

phổ suất liều chiếu tính từ phổ với trục tung bên phải . Việc xác định phổ

suất liều chiếu dựa vào phổ đo được nhân với hệ số chuyển đổi (được

xác định từ mục 2.1.1). Dựa vào kết quả phổ suất liều chiếu ở hình 3.1, có thể xác

định suất liều chiếu tổng và suất liều chiếu riêng phần cho một số năng lượng.

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(a) Vị trí 1

(b) Vị trí 2

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(c) Vị trí 3

(d) Vị trí 4

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(f) Vị trí 6

(e) Vị trí 5

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(g) Vị trí 7

(h) Vị trí 8

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(i) Vị trí 9

(j) Vị trí 10

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(k) Vị trí 11

(l) Vị trí 12

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(n) Vị trí 14

(m) Vị trí 13

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(p) Vị trí 16

(o) Vị trí 15

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

s

(r) Vị trí 18

(q) Vị trí 17

0 0 0 1 / V e k 7

,

6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

Năng lượng (keV)

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

3.2. Xác định suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới

Để xác định suất liều chiếu tổng tại các vị trí đo khi sử dụng đầu dò NaI(Tl),

từ phổ suất liều chiếu (như trình bày ở hình 3.1), có thể lấy tổng của phổ suất liều

chiếu. Kết quả suất liều chiếu tổng cho 18 vị trí đo tại núi Châu Thới được thể hiện

trên bảng 3.1 và được trình bày trên hình 3.2. Dựa vào kết quả, suất liều chiếu trung

bình của 18 vị trí tại núi Châu Thới là .

Kết quả so sánh trong hình 3.2 cho thấy, vị trí 3 có giá trị suất liều chiếu tổng

lớn nhất và vị trí 11 là có giá trị suất liều chiếu

tổng nhỏ nhất. Suất liều chiếu lớn tại vị trí 3 có thể do ảnh hưởng từ mỏ đá đang

khai thác gần vị trí 3 và bên cạnh tại vị trí này có nhiều cây cối dẫn đến các đồng vị

phóng xạ tự nhiên tích tụ nhiều trong đất được phơi lên bề mặt. Còn ở vị trí 11 là vị

trí đo nằm trong sân chùa hoang sơ, ít cây cối nên suất liều chiếu ở đây thấp hơn

nhiều. Kết quả cho thấy, việc khai thác đất đá có thể dẫn đến lượng phóng xạ trong

đất phát tán ra ngoài nên vị trí đo nhiều cây cối sẽ tích tụ phóng xạ. Đối với những

vị trí khác, các giá trị suất liều tổng lận cận giá trị trùng bình.

Việc xác định suất liều tổng có thể đánh giá suất liều tổng tại vị trí đo. Để

đánh giá phần phần phóng xạ nào đóng góp chủ yếu có thể dựa vào suất liều chiếu

riêng phần…

Bảng 3.1. Giá trị suất liều chiếu tổng tại 18 vị trí của núi Châu Thới

Suất liều chiếu tổng (µR/h)

Vị trí VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12 VT13 VT14 VT15 VT16 VT17 VT18

Giá trị trung bình 11,39 ± 0,05 µR/h

Hình 3.2. So sánh suất liều chiếu tổng giữa 18 vị trí của núi Châu Thới

3.3. Xác định suất liều chiếu riêng phần của một số đỉnh năng lượng tại

18 vị trí của núi Châu Thới

Trong luận văn này, chúng tôi quan tâm đến suất liều chiếu riêng phần của

một số năng lượng gamma từ năng lượng thấp đến năng lượng cao, cụ thể các năng

lượng gamma phân tích là (từ Pb-212); (từ Pb-214);

(từ K-40) và (từ Tl-208). Các năng lượng gamma phân

tích được trình bày ở hình 3.3 và trong bảng 3.2. Để xác định suất liều chiếu riêng

phần, hệ số (được trình bày ở mục 2.1.2) được sử dụng. Chúng tôi xác

định suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất liều chiếu riêng phần tổng.

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

Năng lượng (keV) Đồng vị Nguồn gốc

238,6 Pb-212 Từ chuỗi Thori

352,5 Pb-214 Từ chuỗi Urani

1460,8 K-40

2614,7 Tl-208 Từ chuỗi Thori

Phổ năng lượng

Phổ suất liều chiếu

V e k 6

,

V e k 7

,

V e k 5

,

8 3 2 ; 2 1 2 - b P

4 1 6 2 ; 8 0 2 - l

T

2 5 3 ; 4 1 2 - b P

,

V e k 8

,

s 0 0 0 1 / V e k 7 6 / m ế đ ố S

S u ấ t l i ề u c h i ế u ( µ R / h )

0 6 4 1 ; 0 4 - K

Năng lượng (keV)

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

3.3.1. Đỉnh năng lượng 238,6 keV của đồng vị Pb-212

Bảng 3.3 trình bày kết quả xác định suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất

liều chiếu riêng phần tổng của năng lượng gamma do đồng vị phóng xạ

Pb-212 có trong chuỗi Th-232 ứng với 18 vị trí đo tại núi Châu Thới. Ở đó, việc

làm khớp đỉnh năng lượng cho 18 vị trí đo được trình bày chi tiết ở phụ

lục. Số liệu suất liều riêng phần tổng của 18 vị trí được biểu diễn như ở hình 3.4 với

mục đích so sánh. Dựa vào kết quả, suất liều chiếu riêng phần tổng trung bình của

18 vị trí tại núi Châu Thới là .

Vị trí 3 có suất liều chiếu riêng phần tổng lớn nhất, trong khi vị trí 11 có suất

liều chiếu riêng phần tổng thấp nhất. Điều này cho thấy suất liều chiếu riêng phần

đóng góp của năng lượng ảnh hưởng đến suất liều tổng của hai vị trí

này.

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

Đỉnh 238,6 keV của Pb-212

Vị trí

Suất liều chiếu riêng phần đỉnh (µR/h) Suất liều chiếu riêng phần tổng (µR/h)

VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12 VT13 VT14 VT15 VT16 VT17 VT18

Để đánh giá thêm sự ảnh hưởng của suất liều chiếu riêng phần từ năng lượng

vào suất liều tổng cho các vị trí đo, chúng tôi xét mối tương quan giữa

suất liều riêng phần từ năng lượng với suất liều chiếu tổng. Hình 3.5

trình bày về mối tương quan giữa suất liều chiếu riêng phần với suất liều chiếu tổng.

Kết quả ở hình 3.5, có mối liên hệ tuyến tính thể hiện sự ảnh hưởng suất liều chiếu

từ năng lượng đến suất liều chiếu tổng, đặc biệt là vị trí 3 và vị trí 11.

Đỉnh 238,6 keV của Pb-212

/

Giá trị trung bình 0,058 ± 0,006 µR/h

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Vị trí

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

Đỉnh 238,6 keV của Pb-212

/

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Suất liều chiếu tổng (µR/h)

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

3.3.2. Đỉnh năng lượng 352,5 keV của đồng vị Pb-214

Bảng 3.4 là kết quả phân tích suất liều chiếu riêng phần đỉnh và suất liều chiếu

riêng phần tổng cho năng lượng phát ra từ đồng vị Pb-214 trong chuỗi

U-238 của 18 vị trí đo. Ở đó, việc làm khớp đỉnh năng lượng cho 18 vị

trí đo được trình bày chi tiết ở phụ lục. Để đánh giá về suất liều chiếu do năng

lượng , hình 3.6 trình bày kết quả cho 18 vị trí đo. Suất liều chiếu riêng

phần tổng trung bình của 18 vị trí tại núi Châu Thới là . Kết quả

cho thấy vị trí 10 có giá trị suất liều chiếu riêng phần cao nhất, vị trí 3 có giá trị cao

gần bằng vị trí 10. Điều này chứng tỏ, trong 18 vị trí thì mức đóng góp suất liều

chiếu của đỉnh năng lượng vào suất liều chiếu tổng ở vị trí 10 là nhiều

nhất.

Để so sánh sự ảnh hưởng của năng lượng phát ra từ đồng vị Pb-

214, chúng tôi đánh giá mối tương quan giữa suất liều riêng phần và suất liều chiếu

tổng, như được trình bày ở hình 3.7. Kết quả cho thấy, đóng góp của suất liều chiếu

riêng phần từ năng lượng không ảnh hưởng lớn đến suất liều chiếu tổng.

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

Đỉnh 352,5 keV của Pb-214

Vị trí

Suất liều chiếu riêng phần đỉnh (µR/h) Suất liều chiếu riêng phần tổng (µR/h)

VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12 VT13

VT14 VT15 VT16 VT17 VT18

Đỉnh 352,5 keV của Pb-214

/

Giá trị trung bình

) h R µ (

0,035 ± 0,006 µR/h

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i h c u ề i l t ấ u S

Vị trí

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

/

Đỉnh 352,5 keV của Pb-214

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Suất liều chiếu tổng (µR/h)

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

3.3.3. Đỉnh năng lượng 1460,8 keV của đồng vị K-40

Giá trị phân tích suất liều chiếu riêng phần đỉnh và riêng phần tổng của năng

lượng phát ra từ đồng vị phóng xạ K-40 của 18 vị trí đo được thể hiện

trên bảng 3.5. Ở đó, việc làm khớp đỉnh năng lượng cho 18 vị trí đo

được trình bày chi tiết ở phụ lục. Hình 3.9 trình bày đồ thị so sánh suất liều chiếu

riêng phần tổng của năng lượng gamma . Kết quả cho thấy, vị trí 3 có

giá trị lớn nhất và vị trí 9 có suất liều nhỏ nhất, suất liều chiếu riêng phần tổng trung

bình của 18 vị trí tại núi Châu Thới là .

Đồng vị K-40 tập trung nhiều trong đất và cây cối, vì thế vị trí 3 nhiều cây cối

nên có suất liều riêng phần của đỉnh lớn nhất, tương ứng suất liều chiếu

tổng cũng cao nhất. Vị trí 9 có suất liều chiếu riêng phần của đỉnh nhỏ

nhất và vị trí 11 cũng có giá trị suất liệu riêng phần thấp tương đương. Điều này có

thể giải thích vì vị trí 9 và 11 nằm trong khuôn viên chùa xung quanh ít cây cối.

Hình 3.9 trình bày mối tương quan của suất liều chiếu riêng phần và suất liều chiếu

tổng. Kết quả cho thấy, thành phần K-40 đóng góp chủ yếu vào suất liều chiếu tổng.

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

Đỉnh 1460,8 keV của K-40

Vị trí

Suất liều chiếu riêng phần đỉnh (µR/h) Suất liều chiếu riêng phần tổng (µR/h)

VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12 VT13

VT14 VT15 VT16 VT17 VT18

Đỉnh 1460,8 keV của K-40

/

Giá trị trung bình 2,12 ± 0,58 µR/h

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Vị trí

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

/

Đỉnh 1460,8 keV của K-40

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Suất liều chiếu tổng (µR/h)

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

3.3.4. Đỉnh năng lượng 2614,7 keV của đồng vị Tl-208

Tương tự cho phân tích suất liều chiếu riêng phần cho năng lượng gamma

của đồng vị Tl-208, bảng 3.6 trình bày kết quả suất liều chiếu riêng

phần đỉnh và suất liều chiếu riêng phần tổng cho , và hình 3.10 là kết

quả so sánh suất liều chiếu riêng phần cho 18 vị trí. Ở đó, việc làm khớp đỉnh năng

lượng cho 18 vị trí đo được trình bày chi tiết ở phụ lục. Giá trị cụ thể

của suất liều chiếu riêng phần đỉnh của đồng vị phóng xạ Tl-208 ứng

với từng vị trí của núi Châu Thới được thể hiện trên bảng 3.6, suất liều chiếu riêng

phần tổng trung bình của 18 vị trí tại núi Châu Thới là .

Hình 3.11 là mối tương quan giữa suất liều chiếu tổng và suất liều chiếu riêng

phần của đỉnh . Mối tương quan tuyến tính thể hiện khi suất liều chiếu

tổng cao thì suất liều chiếu riêng phần cũng cao tương ứng. Kết quả cho thấy, suất

liều chiếu tổng có sự ảnh hưởng nhiều vào sự đóng góp của do gamma

Đồng vị Tl-208 tập trung nhiều trên bề mặt đất đá, vì thế vị trí 3 thuộc khu vực dốc

của sườn núi gần vị trí các hồ đã bị khai thác đá nên có suất liều chiếu riêng phần

của đỉnh cao nhất.

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

Đỉnh 2614,7 keV của Tl-208

Vị trí

Suất liều chiếu riêng phần đỉnh (µR/h) Suất liều chiếu riêng phần tổng (µR/h)

VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12

VT13 VT14 VT15 VT16 VT17 VT18

/

Đỉnh 2614,7 keV của Tl-208 Giá trị trung bình 1,20 ± 0,84 µR/h

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Vị trí

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

/

Đỉnh 2614,7 keV của Tl-208

) h R µ (

g n ổ t n ầ h p g n ê i r u ế i

h c u ề i l t ấ u S

Suất liều chiếu tổng (µR/h)

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

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Luận văn thực hiện nghiên cứu về suất liều chiếu trong không khí môi trường

sử dụng đầu dò nhấp nháy NaI(Tl) hình trụ (kích thước 7,6 cm đường kính x 7,6 cm

cao), ứng dụng trong khảo sát đánh giá cho 18 vị trí đo tại núi Châu Thới, tỉnh Bình

Dương. Luận văn đã thực hiện được các kết quả sau:

(1) Tổng quát hóa về phương pháp xác định suất liều chiếu tổng và suất liều

chiếu riêng phần sử dụng đầu dò NaI(Tl) Việc xác định suất liều

chiếu dựa vào phổ năng lượng đo được và các hệ số chuyển đổi và .

Ở đó, dựa vào hệ số chuyển đổi suất liều chiếu và phổ đo được, xác định

được phổ suất liều chiếu và từ đó xác định suất liều chiếu tổng. Đối với hệ số

, cùng với phổ suất liều chiếu, xác định được suất liều chiếu riêng phần đỉnh

và suất liều chiếu riêng phần tổng. Để có được giá trị của và , trong

luận văn này chúng tôi sử dụng bộ số liệu của nhóm nghiên cứu [4], [5]. Việc sử

dụng bộ số liệu này là do cấu hình đầu dò trong luận văn này và nhóm nghiên cứu

[4], [5] là tương đương nhau.

(2) Phân tích số liệu đo phổ năng lượng từ đầu dò NaI(Tl) cho

18 vị trí đo tại núi Châu Thới, tỉnh Bình Dương, để xác định phổ suất liều chiếu,

suất liều chiếu tổng, suất liều chiếu riêng phần. Đối với việc phân tích suất liều

chiếu riêng phân, các đỉnh năng lượng gamma bao gồm là (từ Pb-212);

(từ Pb-214); (từ K-40) và (từ Tl-208). Số liệu

đo được thực hiện từ Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa

học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

(3) Phân tích cho suất liều tổng của 18 vị trí đo, kết quả cho thấy suất liều

chiếu tổng lớn nhất là (vị trí 3) và nhỏ nhất là

(vị trí 11) với giá trị trung bình là . Suất liều lớn tại vị trí 3 có thể

do ảnh hưởng từ mỏ đá đang khai thác gần vị trí đo 3 và bên cạnh tại vị trí này có

nhiều cây dẫn đến các đồng vị phóng xạ tự nhiên tích tụ nhiều trong đất được phơi

lên bề mặt. Còn ở vị trí 11 là vị trí đo nằm trong sân chùa hoang sơ, ít cây cối nên

suất liều chiếu ở đây thấp hơn nhiều. Kết quả cho thấy, việc khai thác đất đá có thể

dẫn đến lượng phóng xạ trong đất phát tán ra ngoài, nếu vị trí đo nhiều cây cối sẽ

tích tụ phóng xạ. Kết quả cho thấy, việc khai thác đất đá có thể dẫn đến lượng

phóng xạ trong đất phát tán ra ngoài, cùng với nhiều cây cối sẽ tích tụ phóng xạ.

(4) Trong phân tích suất liều riêng phần cho các năng lượng (từ

Pb-212); (từ Pb-214); (từ K-40) và (từ Tl-208),

cũng như phân tích mối tương quan giữa suất liều riêng phần ảnh hưởng đến suất

liều chiếu tổng cho thấy đối với năng lượng từ K-40 và năng lượng

từ Tl-208, giá trị suất liều chiếu tổng ảnh hưởng rất lớn đến giá trị suất

liều chiếu tổng.

Kiến nghị

Trong luận văn này, trong phân tích suất liều chiếu riêng phần, chúng tôi phân

tích cho bốn đỉnh năng lượng. Đối với những năng lượng khác, chúng tôi chưa thực

hiện (do thống kê thấp hay do chồng chập nhiều năng lượng). Chúng tôi kiến nghị

phân tích các năng lượng khác để có thêm thông tin về phân tích suất liều chiếu

riêng phần.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] M. Shigeru and M. Ichiro, “A spectrometric method for measurement of low- level gamma exposure dose”, Health Phys., vol. 12, pp. 541–551, 1966.

[2] C. Yi, J. Jun, H. Chai, J. Oh, and J.-Y. Yun, “Calculation of Spectrum to Dose Conversion Factors for a HPGe Spectrometer”, J. Korean Phys. Soc., vol. 30, no. 2, pp. 186–193, 1997.

[3] C. Y. Yi, J. S. Jun, H. S. Chai, J. J. Oh, and J. Y. Yun, “Measurement of ambient dose equivalent using a NaI(Tl) scintillation detector”, Radiat. Prot. Dosimetry, vol. 74, no. 4, pp. 273–278, 1997.

[4] Y. Y. Ji, D. S. Hong, T. K. Kim, K. K. Kwak, and W. S. Ryu, “Application of the dose conversion factor for a NaI(Tl) detector to the radwaste drum assay”, Radiat. Meas., vol. 46, no. 5, pp. 503–509, 2011.

[5] Y. Y. Ji, K. H. Chung, W. Lee, D. W. Park, and M. J. Kang, “Feasibility on the spectrometric determination of the individual dose rate for detected gamma nuclides using the dose rate spectroscopy”, Radiat. Phys. Chem., vol. 97, pp. 172–177, 2014.

[6] Y. Y. Ji, K. H. Chung, C. J. Kim, M. J. Kang, and S. T. Park, “Application of the dose rate spectroscopy to the dose-to-curie conversion method using a NaI(Tl) detector”, Radiat. Phys. Chem., vol. 106, pp. 320–326, 2015.

[7] Y. Y. Ji, C. J. Kim, K. S. Lim, W. Lee, H. S. Chang, and K. H. Chung, “A new approach for the determination of dose rate and radioactivity for detected gamma nuclides using an environmental radiation monitor based on an NaI(Tl) detector”, Health Phys., vol. 113, no. 4, pp. 304–314, 2017.

[8] S. Tsuda, T. Yoshida, M. Tsutsumi, and K. Saito, “Characteristics and verification of a car-borne survey system for dose rates in air: KURAMA-II”, J. Environ. Radioact., vol. 139, pp. 260–265, 2015.

[9] S. Ysuda and K. Saito, “Spectrum-dose conversion operator of NaI(Tl) and CsI(Tl) scintillation detectors for air dose rate measurement in contaminated”, J. Environ. Radioact., pp. 1–8, 2016.

[10] N. Matsuda, S. Mikami, T. Sato, and K. Saito, “Measurements of air dose rates in and around houses in Fukushima Prefecture in Japan after the Fukushima accident”, J. Environ. Radioact., vol. 166, pp. 427–435, 2017.

[11] T. Sato, M. Andoh, M. Sato, and K. Saito, “External dose evaluation based on detailed air dose rate measurements in living environments”, J. Environ. Radioact., 2019.

[12] S. Moriuchi and I. Miyanaga, “Method of pulse height weighting using the discrimination bias modulation”, Health Phys., vol. 12, no. 10, pp. 1481– 1486, 1966.

[13] P. Taylor, H. Terada, E. Sakai, and M. Katagiri, “Environmental Gamma-Ray Exposure Rates Measured by In-Situ Ge ( Li ) Spectrometer Environmental Gamma-Ray Exposure Rates”, J. Nucl. Sci. Technol., vol. 17, no. 4, pp. 281– 290, 2014.

[14] W. Chen, T. Feng, J. Liu, C. Su, and Y. Tian, “A method based on monte carlo simulation for the determination of the G(E) function”, Radiat. Prot. Dosimetry, vol. 163, no. 2, pp. 217–221, 2014.

[15] Thy Trương Hữu Ngân, “Áp dụng kỹ thuật FSA khảo sát phóng xạ môi trường bằng hệ phổ kế gamma thực địa”, Báo cáo nghiệm thu đề tài nghiên cứu cấp trường, đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, 2018.

[16] T. K. Gaisser, R. Engel, and E. Resconi, Cosmic rays and particle physics. Cambridge University Press, 2016.

[17] Văn Tạo Châu, An toàn bức xạ ion hoá. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004.

[18] J. Valentin, “The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103”, Int. Comm. Radiolofical Prot., vol. 37, 2007.

[19] Văn Tạo Châu, Vật lý hạt nhân đại cương. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2013.

[20] G. W. Phillips, D. J. Nagel, and T. Coffey, A Primer on the Detection of Nuclear and Radiological Weapons. Center for Technology and National Security Policy National Defend University, 2005.

[21] “Hyperphysics Index of /hbase/nuclear/radser”. [Online]. Available: [Accessed: https://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radser.html. 04-Jul-2019].

[22] “Nucléide - Lara, Library for gamma and alpha emissions”. [Online]. Available: https://www.nucleide.org/Laraweb/index.php. [Accessed: 12-Jul- 2019].

[23] P. P. Povinec, Radioactivity in The Environment, vol. 11: Analysis of Environmental Radionuclides. Elsevier, 2011.

[24] Quốc Hùng Phạm, Vật lý hạt nhân và ứng dụng. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007.

[25] F. H. Attix, Introductrion to Radiological Physics and Radiation Dosimetry. Wiley-VCH, 2004.

[26] M. T. Niatel, A. M. Perroche-Roux, and M. Boutillon, “Two determinations of W for electrons in dry air”, Phys. Med. Biol., vol. 30, no. 1, pp. 67–75, 1985.

[27] G. Cho, H. K. Kim, H. Woo, G. Oh, and D. K. Ha, “Electronic Dose Conversion Techtuque Using a NaI(T1) Detector for Assessment of Exposure Dose Rate from Environmental Radiation”, IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 45, no. 3, pp. 981–985, 1998.

[28] G. Portal, W. G. Cross, G. Dietze, J. R. Harvey, and R. B. Schwartz, “Measurement of Dose Equivalents from External Photon and Electron Radiations, ICRU Report 47”, 1992.

[29] “InspectorTM 1000 digital hand-held multichannel analyzer”. [Online]. https://www.mirion.com/products/inspector-1000-digital-hand- Available: held-multichannel-analyzer. [Accessed: 15-Jul-2019].

PL1