http://kilobooks.com
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

MỞ ĐẦU
Nhiều nghiên cứu ở trong nước cũng như nước ngồi đã sử dụng các kỹ

OBO
OK S
.CO
M

thuật hạt nhân để đánh giá độ nhiễm bẩn phóng xạ tự nhiên. Đặc biệt đã có một
bảng số liệu cho các loại đất đá về các đồng vị phóng xạ tự nhiên cho các nước
khác nhau trong UNSCEAR - NewYork - 1988 bằng số liệu thực nghiệm chứa
các mức trung bình của bức xạ vũ trụ và các trường bức xạ, các phóng xạ của khí
Radon trên các địa dư hành chính của các nước trong những thời gian xác định.
Tuy nhiên các số liệu ln có sự biến đổi, vì các đồng vị này ln ln bị phân
rã trong mơi trường. Vì vậy nghiên cứu các số liệu này biến đổi theo thời gian,
theo khơng gian cũng là những việc cần làm. Hơn nữa ở nước ta nghiên cứu này
khơng được triển khai thường xun và cũng chưa ở một diện rộng, mới chỉ đo ở
các vùng cục bộ. Do đó có thể nói chúng ta chưa có số liệu cơ bản ban đầu một
cách đầy đủ, mà mới chỉ đo một vài điểm đặc trưng, đặc biệt chưa theo dõi suất
liều trên cơ sở số liệu về hàm lượng phóng xạ tự nhiên ở trong thời gian từ năm
1980 đến 1998. Mục đích của khố luận này tơi nghiên cứu cả hai phương pháp
đo hàm lượng và suất liều trong cùng một khơng gian và thời gian ở một số địa
điểm đặc trưng của khu đất Đại Học Khoa Học Tự Nhiên -Hồ Lạc, bằng hệ
thiết bị detector bán dẫn siêu tinh khiết. Đây là các số liệu cơ bản ban đầu cả về
hàm lượng lẫn suất liều được đo, qua đó chúng ta có thể đánh giá được các loại
đất đá ở khu vực này, cũng như ảnh hưởng của suất liều đến mơi trường xung

KIL


http://kilobooks.com
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
CHNG I. CC NGUYấN T PHểNG X V NH HNG CA
BC X GAMMA TRONG T NHIấN

KIL
OBO
OKS
.CO
M

.1 Cỏc nguyờn t phúng x trong t nhiờn.

Trong t nhiờn cú sn nhng ng v cú tớnh phúng x, ú l cỏc ng v
phúng x t nhiờn. V ngun gc phỏt sinh, ngi ta chia chỳng thnh 3 nhúm:
+ Nhúm th nht: Theo quan im hin nay, cỏc ng v thuc nhúm nyliờn
quan n s tng hp chỳng khi hỡnh thnh thỏi dng h. Chu k bỏn ró ca cỏc
ht nhõn ny vo c tui trỏi t(c 5x109 nm). Nhúm ny bao gm cỏc nguyờn
t 238U,232Th,40K,87Rb,24Sn... v mt s ht nhõn rt him khỏc.
+ Nhúm th hai: Nhúm ny sinh ra do s phõn ró v phõn chia t phỏt ca nhúm
th nht. Chỳng cú chu k bỏn ró t bộ hn 1 giõy n 104 ữ 105 nm.
+Nhúm th 3: Bao gm cỏc ht nhõn phúng x t nhiờn cũn li, chỳng sinh ra
do nhng nguyờn nhõn ngoi trỏi t nh do tng tỏc ca cỏc tia v tr cú nng
lng cao vi khớ quyn, ú l cỏc nguyờn t nh:3H, 7Be, 10Be, 14C... v mt s
nguyờn t sinh ra do s bt notron hay cú ngun gc t cỏc thiờn thch trong v
tr i vo trỏi t.

Cỏc ng v phúng x t nhiờn to thnh cỏc dóy c bn l
232

Bảng 1: Chu kỳ bán rã và hàm lượng của một số đồng vị phóng xạ tự nhiên
Đồng vị

Hàm lượng trong hợp chất tự

Chu kỳ bán rã (năm)

40

87

K

Rb

232

Th

235

U

238

U

.1.1
40



Khi 40K phân rã β- sẽ biến thành 40Ca. Hạt nhân con được tạo thành ở trạng thái
cơ bản. Xác suất của quá trình này là 89 %. Chỉ có 11%

40

K phân rã β+ hoặc

chiếm K trở thành 40Ar. Hạt nhân con 40Ar ở trạng thái kích thích khi trở về trạng
thái cơ bản có năng lượng 1,46 MeV. Vì vậy bức xạ gamma 1,46 MeV là bức xạ
đặc trưng của 40K. Chu kỳ bán rã của 40K là 1,39.109 năm. Từ khi hình thành trái
đất đến nay lượng 40K đã giảm đi 8 lần.
.1.2

Các đồng vị phóng xạ của Thori và Uran 232Th, 235U,238U

Cả 3 đồng vị phóng xạ trên đều là những đồng vị phân rã alpha. Các sản
phẩm con cháu của 3 đồng vị trên đều không bền. Khi tạo thành chúng lại tiếp
tục phân rã tạo thành 3 dãy tự nhiên. Cả 3 dãy phóng xạ trên đều được kết thúc
bởi đồng vị phóng xạ chì bền.

Các đồng vị phóng xạ thuộc dãy phóng xạ

232

Th có số khối được mô tả

theo công thức A=4n, với n là số nguyên biến đổi từ 52 đến 58.

4


α

Th

228

β

Ra

228

(1,4.1010 năm) (5,7 năm)
α

220

Rn
(5,3 giây)

α

β

Ac

228

(6,13 giờ)

(60,6 phút)

212

Po
(3.10-7giây)

α

α

208

208
Tl
Pb (bền)
(3,1 phút)
Dãy phóng xạ 238U được bắt đầu từ 238U và kết thúc bởi đồng vị chì bền 208Pb
β

trải qua 8 phân rã α và 4 phân rã β:
238

U

α

234

β

Pb

(26,8 phút)

β

Bi

U

α

230

Th

(2,5.105 năm) (8,0.104năm)

α

Po

(3,05 phút)

β

Pb

β



(138 ngày)

Dãy phóng xạ 235U, gọi là dãy Actini, được bắt đầu từ 235U và kết thúc bởi đồng
vị chì bền 207Pb trải qua 7 phân rã α và 4 phân rã β:
235

U

α

231

Th

(7,1.108 năm) (225giờ)

β

231

Pa

α

(3,25 năm)

227

Ac

211

Bi

(2,16giây)
α

Po

α

207

219

Rn

(4,0 giây)
Pb(bền)

(0,5 giây)

β

207

.1.3

211


bằng phóng xạ.

Cả 3 dãy phóng xạ đều bắt đầu từ các hạt nhân phân rã α, có chu kỳ bán
rã rất lớn so với chu kỳ bán rã của các hạt nhân con cháu trong dãy. Do tuổi của
các mẫu quặng rất lớn, cỡ tuổi của Trái Đất, do đó đến nay các dãy phóng xạ đều
xảy ra hiện tượng cân bằng phóng xạ. Khi hiện tượng này xảy ra, hoạt độ phóng
xạ của các nguyên tố trong cùng một dãy đều bằng nhau. Ta có phương trình cân
bằng phóng xạ sau:

λ1N1 = λ2N2 =....= λ1Ni

Trong đó: λi là hằng số phân rã phóng xạ của nguyên tố thứ i
N1 là hoạt độ phóng xạ của nguyên tố thứ i

Khi đó nếu biết hoạt độ phóng xạ của một nguyên tố nào đó trong dãy, sẽ
suy ra được hoạt độ phóng xạ của các hạt nhân khác, và do đó biết được hàm
lượng của các nguyên tố trong dãy. Trong địa chất quan tâm đến hàm lượng
của các nguyên tố U, Th, K.

Trong cả 3 dãy phóng xạ tự nhiên các nguyên tố phóng xạ ở đầu dãy khi
phân rã, hạt nhân con được tạo thành thường ở trạng thái cơ bản hoặc ở trạng

6


http://kilobooks.com
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
thái kích thích thấp. Do đó, các bức xạ gamma do các nguyên tố đầu dãy phát ra
có cường độ thấp.


vị phóng xạ của Radon. Các đồng vị phóng xạ của Radon là
220

222

Rn,

219

Rn và

Rn. Khi đồng vị phóng xạ 219Rn tương tác với một proton tạo nên hạt nhân dật

lùi và ở trạng thái đó nó có thể bay ra khỏi đất đá đi vào khí quyển. Đây là một
trong những nguyên nhân gây ra tính phóng xạ của không khí.
.2 Quy luật phân bố của các nguyên tố phóng xạ trên trái đất.
Nghiên cứu phân bố hay hàm lượng cả các nguyên tố phóng xạ trong các
loại đất đá cơ bản của Trái Đất sẽ cho phép tìm hiểu vai trò của các quá trình hạt
nhân trong lịch sử hình thành của Trái Đất và các quá trình biến đổi địa chất đã
xẩy ra.

.2.1 Quy luật phân bố của Uran và Thori trong vỏ Trái đất.
Trong đất đá Uran và Thori tồn tại dưới dạng UO2 và ThO2. Các loại đất
đá khác nhau có hàm lượng Uran và Thori khác nhau. Hàm lượng trung bình
7


http://kilobooks.com
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
của Uran và Thori cũng như tỷ số về hàm lượng của chúng là một trong những

0,08

2,7

Đá gabro, đá diaba

0,6

1,8

3,0

Đá điorit

1,8

6,0

3,3

Đá plagionit

2,7

9,6

4,0

Đá granit


Đá liparit

4,7

19,0

4,0

Loại đá xâm nhập:

Các loại phun trào:

8


http://kilobooks.com
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
Đối với các loại đá trầm tích, tỷ số Th/U biến thiên trong khoảng rộng và
có loại tỷ số nhỏ hơn 2. Đặc điểm này được thể hiện ở bảng 3 dưới đây:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Bảng 3: Hàm lượng trung bình (ppm) của các loại đá trầm tích.
Loại đá

U


6,3

31,0

5,1

Đá phiến sét chứa than

>10÷20

15,0



0,8

1,0

1,0

1,0

Đá có nguồn gốc lục địa:

Các loại đá silic:

Các loại đá cacbonat:

Các loại đá chứa muối:
Đá thạch cao khan

9


http://kilobooks.com
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
0,9

1,0

1,1

Than ỏ

87

Rb chim khong 27,85%

Rubidi t nhiờn.

Hm lng trung bỡnh ca Kali v Rubidi cng nh t l hm lng ca
chỳng trong cỏc loi t ỏ khỏc nhau l khỏc nhau. Cỏc s liu c th v hm
lng ca Kali v Rubidi cng nh t s hm lng gia chỳng c trỡnh by
cỏc bng sau:

Bng 4: Hm lng trung bỡnh (ppm) ca Kali v Rubidi trong mt s
loi ỏ macma.

Loi ỏ

K

Rb

K/Rb

ỏ Granit

37700

145

240



Rb

K/Rb
10


http://kilobooks.com
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
26000

140

186

Đá pha cát

10700

60

167

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Đá phiếm


.3.1

Vai trò của bức xạ gamma.

Cường độ bức xạ do một ngun tố nào đó phát ra ln tỷ lệ với hàm
lượng của ngun tố đó trong đối tượng nghiên cứu. Nếu phân rã phóng xạ của
các ngun tố phát ra các dạng bức xạ khác nhau (alpha, beta và gamma) thì hàm
lượng của nó có thể được xác định dựa vào việc ghi nhận một trong số các loại
bức xạ trên. Phổ bức xạ gamma do hạt nhân phóng xạ phát ra là phổ gián đoạn,
có năng lượng hồn tồn xác định đặc trưng cho ngun tố đó.
Khả năng đâm xun của hạt alpha rất nhỏ, nên trước khi đo hoạt độ alpha
cần phải tiến hành xử lý hố học các mẫu.Việc xử lý mẫu để đo phổ gamma là
rất phức tạp. Ngày nay trong địa vật lý hạt nhân phơưng pháp phổ alpha ít dược
sử dụng để xác định hàm lượnh các ngun tố.

Bức xạ beta tuy có khả năng đâm xun lớn nhưng do phổ beta là phổ liên
tục. Nên trong địa vật lý hạt nhân phương pháp phổ beta hầu như khơng được sử
dụng để xác định hàm lượng của các ngun tố phóng xạ.

Ngày nay với sự phát triển và ngày càng hồn thiện của các thiết bị
gamma, cho nên trong địa vật lý hạt nhân hàm lượng của các ngun tố phóng xạ
Uran, Thori và Kali được xác định theo phương pháp phổ gamma.
11


http://kilobooks.com
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Các bức xạ gamma do các ngun tố phóng xạ phá ra do có phổ gián
đoạn. Mỗi hạt nhân phóng xạ gamma đều phát ra một số vạch bức xạ gamma có

nằm trong 3 họ phóng xạ Uran, Thori và Kali. 40K là ngun tố phóng xạ kèm
theo bức xạ gamma có năng lượng 1,46MeV. Các hạt nhân con cháu của Uran,
Thori và Kali phân rã alpha hoặc beta thường được tạo thành ở các trạng thái
kích thích, chúng phát ra các bức xạ gamma đặc trưng để trở về trạng thái cơ
bản.

Các bức xạ gamma nhất là các bức xạ có năng lượng cao, có hệ số suy
giảm trong đất đá rất nhỏ. Qng chạy của các bức xạ gamma trong đất đá rất
12


http://kilobooks.com
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
ln. Khi c sinh ra t cỏc lp t ỏ gn mt t, cỏc bc x gamma cú th
bay ra khi mt t to thnh phụng phúng x gamma trờn mt t. Ngoi ra

KIL
OBO
OKS
.CO
M

phụng bc x trờn mt t cũn do bc x v tr gõy ra. Thnh phn phụng phúng
x gamma do tia v gõy ra ph thuc vo chiu cao so vi mc nc bin.
Thnh phn ny thng rt nh so vi cỏc bc x gamma do cỏc nguyờn t
phúng x di mt t v vt liu xõy dng xung quanh gõy nờn. Nh vy, khi
núi n phụng phúng x cú ngha l nú c to thnh t cỏc nguyờn t cú trong
t.

Trong bng di õy a ra mt s bc x gamma c trng ca mt s

Nng lng bc x
gamma (KeV)

238

U v dóy

Lng bc x
gamma cú trong
100 phõn ró

63

5,7

93

6,8

295

18,9

352

36,0

609

41,2


911

20,0

969

13,3

10,6 giờ

239

43,1

3,1 phút

583

29,0

2614

33,7

1462

11,0

KIL


.4.1

Liều chiếu.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

.4

Để định lượng một loại bức xạ nào đó là nhiều hay ít, ban đầu người ta
dùng khái niệm liều và dựa vào tác dụng ion hố của bức xạ đó gây ra trong
khơng khí. Đơn vị đầu tiên được dùng là Roentgen (ký hiệu là R).
Roentgen là lượng bức xạ gamma (tia X hoặc tia γ) khi đi qua 1cm3 khơng
khí khơ ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHg) thì tạo thành một đơn vị diện
tích của mỗi loại ion.

Trong khơng khí liều hấp thụ 1R=0,86 Rad, trong tế bào sống thì 1R =
0,93 Rad.
.4.2

Liều hấp thụ D.

Liều hấp thụ D là năng lượng trung bình của bức xạ ion hố cho vật chất
dξ có trong khối lượng là dm:

D=

Rin là năng lượng bức xạ tới thể tích. Nó bằng tổng năng lượng của tất cả
các hạt mang điện và khơng mang điện đi vào trong thể tích đó trừ đi năng lượng
tĩnh.

Rout là năng lượng bức xạ thốt khỏi thể tích.

ΣQ là tổng tất cả các thay đổi của năng lượng khối (nếu giảm thì đại lượng
này mang dấu +, còn nếu tăng mang dấu -) của các hạt nhân và các hạt cơ bản
trong mọi tương tác xẩy ra trong thể tích đó.
.4.3

Suất liều hấp thụ: D

Suất liều hấp thụ là tỷ số dD trên dt, trong đó:

dD là sự tăng của liều hấp thụ trong khoảng thời gian dt.
D =

dD
dt

-1 -1

D có thứ ngun là J.Kg .s hay Gray/giây.

.4.4

Liều tương đương.

.4.4.1 Hệ số phẩm chất Q.

D là liều hấp thụ

Q hệ số phẩm chất tại điểm đo.
H=Q.D

Đơn vị đo liều tương đương có tên là rem:

1 rem =1 Rad x Q

Một đơn vị đo liều tương đương là J.Kg-1. Tên riêng của liều tương đương
là Sievert (Sv).

1 Sv = 1 Gy x Q

Vậy:

1 Sv = 100 rem

.4.4.3 Suất liều tương đương H :
Suất liều tương đương H là tỷ số của dH trên dt:
H=

dH
dt

Thứ nguyên của suất liều tương đương là J.Kg-1.giây-1. Tên riêng của H là
Sv/s.
.4.4.4
lượng:


qTh l hm lng ca Th c tớnh ra ppm
qK l hm lng ca K c tớnh ra %.

.4.4.5
Liu hiu dng tng ng.
Trong a vt lý ht nhõn nghiờn cu mụi trng thng xỏc nh liu
hiu dng tng ng, nú t l vi sut liu chiu v c xỏc nh bng
cụng thc sau:

H = K.I.Q.N.t

Trong ú:

K l h s ph thuc vo mụi trng, trong khụng khớ K = 0,869.
I l sut liu chiu bc x gamma c xỏc nh bng thc nghim.
Q l h s phm cht ca bc x, vi bc x gamma Q = 1.
N l h s tớnh cho cỏc yu t mụi trng, vi khụng khớ N = 1.
t l thi gian chiu.

Nu I o bng àR/h thỡ H c tớnh ra mrem.

19


http://kilobooks.com
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
Sut liu chiu tng ng theo s liu ca c quan Quc t v An ton
phúng x Th gii l 50mSv hay 5 rem.
nh hng ca cỏc ng v phúng x n mụi trng xung


nh hng cp tớnh l nhng nh hng xy ra ngay sau khi chiu mt
liu bc x quỏ ln v khụng th no nghi ng c l chỳng khụng phi do bc
x gõy nờn.

nh hng kinh niờn xy ra trong nhng thi gian di sau khi chiu
nhng liu lng bc x thp v bao gm nhng s vic nh rỳt ngn tui th
trung bỡnh...
20


http://kilobooks.com
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
nh hng di truyn l nhng nh hng i vi quỏ trỡnh sinh sn v
xut hin nhng t bin trong cỏc th h di truyn. Cỏc nh hng thuc loi

KIL
OBO
OKS
.CO
M

ny cú th xy ra do nhiu nguyờn nhõn khỏc nhau, cho nờn khi cú s c xy ra
chỳng ta cha chc chn c rng ú l do nh hng ca bc x. Tuy vy
chỳng ta cú th kim nghim bng cỏch: Nu s c ny tng khi ta chiu vi liu
lng tng v cỏc c quan sinh sn cỏc kt qu c cho bng sau:
Bng 7: Mc nh hng ca cỏc liu chiu khỏc nhau v cỏc khu vc khỏc
nhau.

Liu lng (Rad)


50

Cỏc tuyn sinh sn

Tc t bin gp 2

Ton b c th

Cht 50% trng hp

Ton b c th

Bun nụn

Ton b c th

i mỏu thun nghch

1000

Liu lng ton phn l
200

400
200
50
.5.2

trung bỡnh phúng x cú trong ngi.


-

-

-

0,2- 0,9

C

-

-

-

40

K

-

-

-

60

Rb


0,3

0,005

-

Pb 210Po

-

3,0

0,200

-

0,02

0,2

0,002

-

-

0,09

0,004



14
40
87

Dóy 238U - 234U
230
226
210

Dóy 232Th
228

Ra 224-Ra

Nhõn to cỏc v n ht nhõn
3

H

90

Sr

137

Cs

T kt qu bng 8 chỳng ta thy trong phi ca con ngi cỏc cht
phúng x ớt c trỳ nhng trờn thc t thỡ cỏc cht phúng x khớ Radon v Toron

8

Trong mụi trng xõy
dng:
Vt liu xõy dng

20

340

Nc

0,004 ữ40

0,07 ữ700

0,04

1

0,4

45

220

Rn v cỏc nguyờn t
con chỏu ca nú:

Trong mụi trng t do

- Giai đoạn đầu là giai đoạn sau khi bị chiếu một vài giờ thì thường xuất
hiện sự uể oải, buồn nơn, lợm giọng, váng đầu, chóng mặt và đơi khi nhiệt độ
tăng từ 0,5 ÷ 1,5oC và huyết áp của mạch tăng.

- Giai đoạn hai là giai đoạn ủ bệnh thường kéo dài từ một vài ngày đến
một vài tuần.

- Giai đoạn ba là thời kỳ phát triển bệnh. Nhiệt độ tăng lên 41oC, buồn
nơn, xuất huyết. Khả năng chết thường xẩy khoảng giữa ngày thứ 18 đến ngày
thứ 20, hạn hữu xẩy ra sau ngày thứ 30.

- Giai đoạn bốn là thời kỳ khỏi bệnh thường sau 25 ÷ 30 ngày, sự khơi
phục hồn tồn sức khẻo rất khó xẩy ra, thường bị già trước tuổi.
Sự chiếu ngồi bao gồm bức xạ phơng tự nhiên và bức xạ của các nguồn
phóng xạ mà ta tiếp xúc trong q trình làm việc bức xạ phơng được tạo ra bởi
các tia vũ trụ và các chất phóng xạ chứa trong các vật liệu của mơi trường xung
quanh. Khi chiếu ngồi bằng các liều lượng lớn có thể xuất hiện các bệnh bỏng
da, khác với bỏng thường do tác động của ánh sáng mặt trời bởi độ dài của thời
kỳ ủ bệnh (thường một vài ngày).

Để ngăn ngừa, phòng tránh tối đa tác hại của bức xạ ion hố cần phải hạn
chế tới mức tối thiểu liều chiếu trong và chiếu ngồi.

Người ta phân biệt ba loại chuẩn an tồn phóng xạ.

Loại A: Dành cho người làm việc trực tiếp với các nguồn phóng xạ.

24




Đối với sự chiếu chung tồn thân thì liều cực đại cho phép, ký hiệu là
MPD (Maximum Permissible Dose) được xác định bằng cơng thức sau:
MPD = (N-18).5 rem

Trong đó: N - là tuổi của người bị chiếu.

Tuy nhiên, một người khơng được nhận nhiều hơn 3 rem trong 13 tuần
hoặc 12 rem trong 12 tháng. Bảng dưới đây giới thiệu các giá trị MPD đối với
các cơ quan khác nhau cho hai loại A và C .

Bảng 10: Liều cực đại cho phép đối với một số cơ quan trong cơ thể người.
25