BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
 BÙI MINH LỘC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Vật lý hạt nhân Người hướng dẫn khoa học: TS. THÁI KHẮC ĐỊNH
ThS. TRẦN TUẤN TÚ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009
LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, em đã nhận
được nhiều sự quan tâm, hướng dẫn, giúp đỡ của bố mẹ, thầy cô và các bạn. Em xin
bày tỏ lòng biết ơn đến:
Thầy Thái Khắc Định và thầy Trần Tuấn Tú đã hướng dẫn chuyên môn,
động viên và cung cấp các thiết bị cần thiết giúp em thực hiện luận văn này.
Quý thầy, cô khoa Vật lý, trường Đại học Sư Phạm T


Đề tài “Ứng dụng kỹ thuật GIS xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường” mô tả các bước
vẽ bản đồ phóng xạ bằng phần mềm MAPINFO 9.0 kết hợp với Surfer 8.0 thông qua việc vẽ bản đồ
thể hiện số đo suất liều tại thành phố Biên Hòa. Sau khi có bản đồ, đề tài sẽ đánh giá việc lấy mẫu và
phân tích vấn đề vẽ bản đồ phóng xạ.
Đề tài gồm b
a chương:
Chương I : Giới thiệu tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề tài.
Chương II : Trình bày về Hệ thống thông tin địa lý (GIS)
Chương III : Trình bày ứng dụng GIS xây dựng bản đồ phóng xạ, phân tích kết quả bản đồ
suất liều do đề tài thực hiện.
Và kết luận, đề xuất giải pháp, khuyến nghị.
2. Mục đích nghiên cứu
Vấn đề vẽ bản đồ phông phóng xạ môi trường rất rộng lớn và chuyên sâu, bao gồm nhiều qui
trình. Công việc cuối cùng là truyền đạt thông tin đến người sử dụng qua bản đồ mô tả phông phóng xạ
một cách trực quan. Vì vậy mục đích nghiên cứu chính của đề tài là tiếp cận công nghệ GIS nhằm sử
dụng để xây dựng bản đồ phông phóng xạ môi trường, mô tả trực quan phông phóng xạ trong khu vực.
Bản đồ được xây dựng với GIS sẽ có những ưu điểm vượt trội so với bản đồ giấy thông thường.

Trong quá trình thực hiện, đề tài thu thập số đo suất liều tại thành phố Biên Hòa và vẽ bản đồ
suất liều của thành phố này. Qua đó sẽ tìm các điểm có phóng xạ cao bất thường trên địa bàn thành
phố. Việc xây dựng bản đồ suất liều giúp minh họa việc vẽ bản đồ phông phóng xạ môi trường.

3. Giới hạn 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 vẽ bản đồ thể hiện số đo suất liều phóng xạ, gọi tắt là bản đồ suất liều phóng xạ, tập
trung tại trung tâm thành phố Biên Hòa, nơi có hệ thống giao thông phát triển và mật độ dân cư đông.

các ion cùng dấu được tạo ra trong một thể tích nguyên tố của không khí.
dQ
X
dm


Đơn vị liều chiếu là C/kg. Người ta thường dùng là Roentgen (R).
1R = 2,58.10
-4
C/kg
Liều chiếu cho biết khả năng ion hóa không khí của bức xạ tại một vị trí.
Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian.
Liều hấp t
hụ (Absorbed dose), kí hiệu D, là tỉ số giữa năng lượng trung bình
d

mà bức xạ
truyền cho vật chất trong thể tích nguyên tố và khối lượng vật chất dm của thể tích đó:
d
D
dm


Đơn vị liều hấp thụ là Gray (Gy).
1 Gy = 1 J/kg
Trước đây đơn vị rad thường được dùng.
1 rad = 0,01 Gy
Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian, đơn vị Gy.s
-1
.

dụng.
Liều hiệu dụng
(Effective dose) bằng tích số của liều tương đương H và trọng số mô W
T
.
T
EHW


Tổng trọng số mô W
T
toàn cơ thể bằng 1. Bảng giá trị cụ thể của từng cơ quan trong cơ thể có
thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo [4].
Đơn vị đo liều hiệu dụng là Sievert (Sv).
Ta có mối liên hệ giữa liều chiếu và liều tương đương đối với tia X và tia gamma:
1 mR/h = 10 Sv/h I.2. Phông phóng xạ môi trường
Phông phóng xạ môi trường được tạo ra từ các nguồn phóng xạ tự nhiên (phông phóng xạ tự
nhiên) và nhân tạo. Trong đó nguồn phóng xạ tự nhiên gồm:
- Các nguyên tố phóng xạ tạo ra từ các tia vũ trụ:
10
Be,
26
Al,
36
Cl,
80
Kr,

34m
Cl. Nhưng chúng ta chỉ quan tâm đến các nguyên
tố trong bảng 1.
Bảng 1: Các nguyên tố phóng xạ quan tâm tạo ra từ tia vũ trụ
Nguyên tố Kí hiệu
Chu kỳ bán
rã
Phản ứng tạo
thành
Độ phổ biến
Carbon 14
14
C 5730 năm
14
N(n,p)
14
C
6 pCi/g (0.22 Bq/g)
trong các chất hữu cơ
Hydrogen 3
(Tritium)
3
H 12.3 năm
Tương tác giữa tia
vũ trụ với N và O,
6
Li(n, alpha)
3
H
0.032 pCi/kg

144
Nd,
147
Sm,
152
Gd,
174
Hf,
176
Lu,
187
Re,
190
Pt,
192
Pt,
209
Bi. Tuy nhiên độ
phổ biến của chúng thấp nên không cần quan tâm.
Bảng 2: Các nguyên tố phóng xạ quan tâm trong vỏ Trái đất
Nguyên tố
Ký
hiệu
Chu kỳ bán rã
(năm)
Độ phổ biến
Uranium 235
235
U 7.04 x 10
8

137
Cs,
90
Sr,
239
Pu sinh ra từ các vụ
thử vũ khí hạt nhân, các sự cố lò phản ứng, rác thải của các cơ sở hạt nhân Bảng 3 trình bày chi tiết
các nguyên tố phóng xạ nhân tạo quan tâm.
Bảng 3: Các nguyên tố phóng xạ nhân tạo quan tâm
Nguyên tố Kí hiệu
Chu kì bán
hủy
Nguồn gốc
Tritium
3
H 12.3 năm Các vụ thử vũ khí hạt nhân.
Iodine 131
131
I 8.04 ngày
Iodine 129
129
I 1.57 x 10
7
năm
Cesium 137
137
Cs 30.17 năm
Strontium 90
90
Sr 28.78 năm

đó nguồn phóng xạ tự nhiên đóng góp 2,00 mSv/năm, gồm các thành phần (đơn vị mSv/ năm):
Tia vũ trụ : 0,30
Radon : 1,37
K- 40 : 0.30
Các nguyên tố khác : 0.03
Nguồn phóng xạ nhân tạo đóng góp 0,426 mSv/năm, gồm các thành phần (đơn vị mSv/năm):
Chiếu xạ y tế : 0,400
Các vụ thử hạt nhân : 0,020
Điện nguyên tử : 0,001
Các sử dụng khác : 0,005

Hình 1-1: Các thành phần của phông phóng xạ môi trường

Mức phông thiên nhiên thường gần như không đổi trên phạm vi toàn thế giới và nằm trong
khoảng 0.08 đến 0.15 Sv/h. Tuy nhiên có một số khu vực trên thế giới mức phông này rất cao. Đặc
biệt là một số bờ biển tại Brazil, Ấn Độ, Trung Quốc, có nơi cao hơn mức phông bình thường hàng
chục lần.
Như đã trình bày, mỗi người sống trên Trái đất phải chịu liều bức xạ tự nhiên trung bình khoảng
2 m
Sv/năm. Phông này không tính vào giới hạn liều cho dân chúng. Theo khuyến cáo của Ủy ban
Quốc tế về An toàn Bức xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection), giới hạn liều

đối với dân chúng là 1 mSv/năm. Như vậy ta thấy mức giới hạn liều đối với dân chúng do ảnh hưởng
của các nguồn bức xạ chỉ bằng một nửa mức phông thiên nhiên.
I.3. Các hiệu ứng của bức xạ
Trong phần này sẽ trình bày vắn tắt các hiệu ứng của bức xạ ở mức cơ thể.
Các hiệu ứng soma và di truyền (genetic):

- Chỉ ra các trạng thái tĩnh.

- Thường có tính nghệ thuật cao.
- Ngoài chức năng quen thuộc như hiển thị, lưu trữ dữ liệu, bản đồ còn được dùng như là bảng
liệt kê không gian (cho thấy ranh giới các vùng).
- Khi xây dựng bản đồ cần thỏa các yêu cầu:
- Lựa chọn một số đặc điểm của thế giới thực.
- Phân loại các đặc điểm được lựa chọn the
o nhóm.
- Khái quát hóa đối tượng.
- Cường điệu hóa một số đối tượng và hiện tượng quá nhỏ theo tỉ lệ.
- Tượng trưng hóa để thể hiện các lớp có đặc điểm khác nhau.
II.2. Phép chiếu
Nhiều phép chiếu khác nhau để biểu diễn bề mặt Trái đất lên mặt phẳng với độ biến dạng nhỏ
nhất đã được các nhà khoa học đề xuất nhưng phép chiếu hình trụ ngang Gauss được áp dụng rất phổ
biến.

Hình 1-2: Phép chiếu hình trụ ngang
Phép chiếu Gauss chia toàn bộ Trái đất thành 60 phần, mỗi phần được giới hạn bởi hai kinh
tuyến có hiệu kinh độ là 6
o
(gọi là múi chiếu). Trong mỗi múi chiếu có kinh tuyến giữa chia múi làm
hai phân bằng nhau gọi là kinh tuyến trục.
Đặt quả cầu Trái đất nội tiếp hình trụ nằm ngang sao cho chúng tiếp xúc nhau theo đường kinh
tuyến trục, trục của hình trụ nằm trên mặt phẳng xích đạo. Tiến hành chiếu từng múi sau đó cắt hình
trụ theo đường sinh rồi trải lên mặt phẳng. Trong hình chiếu Gauss, điều kiện bảo toàn góc được thỏa.
Múi chiếu 6

U,
232
Th,
7
Be, khí Radon phóng xạ,
137
Cs cũng thường được xây
dựng. Một số bản đồ được minh họa trong các hình 1-3 đến 1-6.

Hình 1-3: Bản đồ phân bố Thorium của Hoa Kỳ Hình 1-4: Bản đồ hàm lượng Kali trong đất của Hoa Kỳ Hình 1-5: Hàm lượng Radon trong không khí tại Anh Hình 1-6: Bản đồ phân bố Cs- 137 tại Chenobyl
III.2. Tình hình xây dựng bản đồ phông phóng xạ trong và ngoài nước
Trong khu vực Đông Nam Á nhiều nước đã tiến hành xây dựng bản đồ phông phóng xạ tự nhiên
trên cả nước, thậm chí những nước chưa có nhu cầu xây dựng nhà máy điện hạt nhân như Phillipines.
Điều đáng nói là họ đã làm việc đó từ những thập kỷ trước. Tại các nước phát triển họ đã có bản đồ
phông phóng xạ tự nhiên và nhân tạo, bộ số liệu hàm lượng phóng xạ tại nhiều địa phương và còn cả CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (Geographic
Infomation System- GIS)
I. GIỚI THIỆU
Thông tin địa lý đầu tiên được thể hiện dưới dạng bản đồ. Các bản đồ được sử dụng nhằm mục
đích nghiên cứu các chuyên đề khác nhau. Theo truyền thống các bản đồ này thường là các bản đồ
giấy.
Các bản đồ giấy có những bất tiện:
- Chi phí đắt, tốn nhiều thời gian.
- Lượng thông tin hạn chế, nếu chứa nhiều thông tin thì rất khó đọc.
- Không thể cập nhật thông tin theo thời gian.
- Bản đồ cho các tài liệu định tính,
không thể phân tích định lượng các dữ liệu có trên bản đồ.
- Không thể phân tích nhiều tập hợp dữ liệu không gian từ các bản đồ khác nhau.
Việc sử dụng tài liệu yêu cầu nhanh, thông tin cập nhật, chính xác cho nhiều mục đích vì thế
bản đồ giấy được thay bằng bản đồ điện toán. Ngay sau đó các nhà nghiên cứu nhận thấy nhiều vấn đề
đòi hỏi thu thập và phâ
n tích một khối lượng lớn thông tin không phải bản đồ. Bản đồ điện toán không
còn phù hợp với nhu cầu thực tế. GIS được hình thành, phát triển thay thế cho bản đồ điện toán.
I.1. Định nghĩa
Hệ thống thông tin có thể hiểu là tập hợp các dữ liệu được khảo sát, thu thập, xử lý và sử dụng
giúp cho việc lựa chọn để ra quyết định có lợi nhất cho con người. Một cách đơn giản có thể hiểu hệ
thống thông tin địa lý là hệ thông tin có gắn các yếu tố địa lý. Một cách đầy đủ, người ta định nghĩa
như sau:
“Hệ thống thông tin địa lý là tập hợp một bộ các công cụ mạnh trợ giúp cho việc thu thập, lưu
trữ, truy cập, biến đổi và hiển thị các thông tin không gi
an từ thế giới thực cho tập hợp mục đích nhất

cho phép thực hiện mô phỏng, truy vấn, phân tích dữ liệu,…
GIS không đơn giản là hệ thống máy tính tạo ra bản đồ với các kiểu, tỷ lệ khác nhau mà là một
công cụ phân tích mạnh.
Một số chức năng nổi bật của GIS
 Khả năng chồng lấp các bản đồ
 Phâ
n loại thuộc tính
 Phân tích dữ liệu: Tìm kiếm, nội suy, tính diện tích…
Sự khá
c nhau cơ bản giữa bản đồ và GIS:
Bản đồ là sản phẩm cuối cùng được thiết kế để truyền đạt các kiểu dữ liệu không gian. Người
dùng không có khả năng thay đổi các chi tiết và nhu cầu. Trong khi đó với GIS, người dùng có khả

năng tái sắp xếp các dữ liệu từ đó có thể thay đổi nhu cầu. Hơn nữa GIS cho phép phân tích lượng
thông tin lớn hơn nhiều so với bản đồ, đặc biệt là các thông tin thuộc tính. Tóm lại, GIS có khả năng
truyền đạt và phân tích các dữ liệu.

III. PHẦN MỀM CHO GIS (MAPINFO, SURFER)
Hiện nay có rất nhiều phần mềm chuyên biệt cho GIS, bao gồm các phần mềm như sau:
* Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý số liệu thông tin địa lý: ACR/INFO, SPAN, ERDAS-
Imagine, ILWIS, MGE/MICROSTATION, IDRISIW, IDRISI, WINGIS.
* Phần mềm dùng cho lưu trữ, xử lý và quản lý các thông tin địa lý: ER-MAPPER,
ATLASGIS, ARCVIEW, MAPINFO,
- MAPINFO là một trong những phần mềm tiêu chuẩn và sử dụng phổ biến hiện nay trong khu
vực Châu Á.
- Phần mềm Surfer: chương trình thành lập bản đồ đẳng trị và mặt ba chiều trong W
indows.

nhóm hay một hệ thống) của quỹ đạo vệ tinh, kết hợp với thiết bị ở mặt đất, cho phép người sử dụng
quyết định vị trí chính xác của họ bất kỳ lúc nào trên bề mặt trái đất ở bất kỳ thời gian nào.
GPS bao gồm các thành phần:
 Bộ phận không gian
: các vệ tinh.
 Bộ phận điều khiển : các trạm, thiết bị điều khiển vệ tinh.
 Bộ phận sử dụng : máy GPS và người sử dụng.
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất ch
ính
xác và phát tín hiệu có thông tin về Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính
lượng giác tính đư
ợc chính xác vị trí của người dùng. Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín
hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS
ở cách vệ tinh bao xa, với nhiều khoảng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí
của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu GPS phải khóa được với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh
độ và vĩ độ) và để the
o dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì
máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao).
Bảng 4: Các hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới
Hạng mục NAVSTAR (Hoa Kỳ) GLONASS (Nga) GALILEO (EU)
Số vệ tinh
31 30 30
Số mặt phẳng quỹ
đạo
6MEO 3MEO 3MEO
Độ nghiêng MPQĐ
55
o
64.8

?? Chuỗi M ??
Độ dài mã số
1023 bit
2.35x1014
511 bit
5110000
N/A
Tốc độ mã số (C/A
L1, P L1, L2)
1.023 Mcps
10.23 Mcps

0.511 Mcps
5.11 Mcps

E1, E2: 2.046 Mcps
E5: 10.23/1.023 Mcps
E6: 20.46 Mcps
Thời gian chuẩn
UTC (USNO) UTC (Nga) UTC

GPS là công cụ hoàn hảo thu thập dữ liệu cho việc xây dựng và bảo quản GIS. Không những có
chức năng xác định tọa độ một điểm mà GIS còn có các chức năng khác như dẫn đường, tính diện tích,
chu vi của một khu đất với độ chính xác rất cao.
Kết luận
Công nghệ GIS không phải là một công nghệ xa lạ. Công nghệ này đã được sử dụng thành công
ở nhiều lĩnh vực trong vài thập niên gần đây. Với sự phát triển của công nghệ máy tính, việc sử dụng
hiệu quả GIS mang lại lợi ích kinh tế xã hội to lớn. Nhưng việc sử dụng công cụ mạnh mẽ này trong
xây dựng bản đồ phông phóng xạ tại Việt Nam vẫn còn dừng lại ở những bước khởi đầu. Chúng ta cần
phải quan tâm

Máy GPS được sử dụng là máy hiệu Garmin, Legend Cx, sử dụng hệ NAVSTAR của Hoa Kỳ,
thuộc loại gọn nhẹ và dễ sử dụng trên thị trường.
Máy GPS có nhiều công dụng nhưng trong đề tài này chỉ sử dụng để xác định tọa độ của điểm
lấy mẫu và đo khoảng cách giữa hai điểm khi cần thiết. Hình 3-1: Máy GPS Garmin Legend Cx
(nguồn garmin.com)
Các sóng tín hiệu từ các vệ tinh không thể xuyên qua nhà cao tầng, cây cối nên việc đo đạc phải
tránh các khu vực này. Trong thực tế khi tiến hành đo đạc tại các vị trí tại khu cực khảo sát, máy thu
được tín hiệu của 11 vệ tinh, sai số của các tọa độ theo máy thể hiện là dưới 3 mét. Trong phạm vi
nghiên cứu của đề tài, sai số này là chấp nhận được.
Các chế độ cài đặt được thiết lập như sau:
 Possition Format: UTM \ UPS
 Map Dat
um: User
 Distance/ Speed : Meters (m/sec)
Sau khi đo, kết quả được lưu vào máy.
b. Ghi số đo suất liều phóng xạ bằng m
áy Inspector:
Máy Inspector của hãng S.E.International, Inc, USA có thể ghi nhận hạt alpha, beta, tia gamma
và tia X. Các thông số của máy:
Dải suất liều chiếu 0 – 100 mR/h
Dải suất liều tương đương
0 – 1000 Sv/h
Trọng lượng 300 g
Kích thước 150 x 80 x 30 mm Hình 3-3: Một mảnh bản đồ
Trong đề tài chỉ sử dụng 03 lớp là lớp giao thông, lớp thủy hệ và lớp ranh giới của thành phố
Biên Hòa. Các lớp trên giúp thể hiện rõ hơn về mối liên hệ không gian của những điểm đo.
Việc trích các lớp từ mảnh bản đồ được thực hiện nhờ chương trình Trí
ch lược bản đồ, một
phần bổ sung vào Mapinfo. Chương trình này cho phép tự động cắt các layer bản đồ theo một vùng lựa
chọn.
Đầu tiên ta mở ba lớp giao t
hông, thủy hệ, ranh giới của ba mảnh 22-D, 23-C, 34-B và lớp chứa
ranh giới thành phố Biên Hòa trên Mapinfo. Sau đó sử dụng chương trình trích lược bản đồ, cắt theo
ranh giới thành phố Biên Hòa.
Kết quả ta có được sau khi cắt:
- Lớp giao t
hông bao gồm các đường giao thông thuộc địa phận thành phố Biên Hòa. Hình 3-4: Hình lớp giao thông của bản đồ thành phố Biên Hòa
- Lớp thủy hệ bao gồm sông Đồng Nai, các sông, suối, kênh và hồ nước…

Hình 3-5: Hình lớp thủy hệ của bản đồ thành phố Biên Hòa
Thể hiện đồng thời hai lớp giao thông và thủy hệ ta có bản đồ mô tả phần thông tin địa lý của
thành phố: