ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

BÙI THỊ ÁNH DƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LIỀU KẾ NHIỆT HUỲNH QUANG
(TLD) ĐỂ ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA TRONG MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Văn Giáp

Hà Nội


KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ............................................................................51
KẾT LUẬN.................................................................................................................51
KHUYẾN NGHỊ........................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................53
.....................................................................................................................................................57
.....................................................................................................................................................57
.....................................................................................................................................................57
.....................................................................................................................................................58


DANH MỤC VIẾT TẮT

IAEA

International Atomic Energy Agency

Cơ

quan

Năng

lượng

nguyên tử quốc tế
ICRP

TLD

International


DANH MỤC BẢNG


MỞ ĐẦU

1.

Đặt vấn đề
Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và các chất này đã

có ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy
trong tự nhiên. Về nguồn gốc, các nhân phóng xạ này có thể phân thành ba loại
chính sau:
1. Các nhân phóng xạ có từ khi hình thành nên trái đất còn gọi là các nhân
phóng xạ nguyên thủy.
2. Các nhân phóng xạ được hình thành do tương tác của các tia vũ trụ với vật
chất của trái đất.
3. Các nhân phóng xạ được hình thành do con người tạo ra.
Các nhân phóng xạ được hình thành do hai nguồn gốc đầu được gọi là các nhân
phóng xạ tự nhiên, còn các nhân phóng xạ do con người tạo ra được gọi là các nhân
phóng xạ nhân tạo. So với lượng phóng xạ tự nhiên thì lượng phóng xạ do con
người tạo ra là rất nhỏ và một phần lượng phóng xạ này đã bị phát tán vào trong
môi trường của thế giới. Vì vậy chúng ta có thể phát hiện thấy các nhân phóng xạ tự
nhiên và nhân tạo có mặt ở khắp mọi nơi trong các môi trường sống như đất, nước
và không khí [2].
Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con người một liều chiếu bức
xạ nhất định vì các nhân phóng xạ phát ra các bức xạ ion hóa có thể gây ra liều
chiếu ngoài nếu các nhân phóng xạ ở bên ngoài cơ thể con người và gây ra liều
chiếu trong nếu các nhân phóng xạ thâm nhập vào trong cơ thể con người qua


So sánh phương pháp đo liều bức xạ gamma môi trường sử dụng liều
kế nhiệt huỳnh quang TLD với các phương pháp đo liều bức xạ
gamma trong môi trường khác.



Đánh giá liều chiếu của bức xạ gamma môi trường đối với dân chúng
tại địa điểm thực nghiệm.

2


Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Các nguyên tố phóng xạ trong tự nhiên
Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh
của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt trên
Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành
những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh
chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất
lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium,
Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ
tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi
235

232

Th, chuỗi


gian Hạt nhân

bán rã

rã

U-238

4,47x109nă

U-235

↓ 1α,2β

m

↓ 1α,1β

U-234
↓ 1α

Thời gian bán

Pa-231

0,704x109năm

32,8x103 năm

245x103năm

Rn-222
↓ 3α,2β

Po-216

0,16 giây

1600 năm

Rn-219
3,82 ngày

Pb-210
↓ 2β

↓ 1α
4 giây

↓ 1α
Po-215

1,8x10-3 giây

22 năm

Po-210
↓ 2α,2β

↓ 1α



25 Bq 232Th (7 – 50 Bq)
Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium
tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.005% là Uranium-234. U-238
và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng
xạ thuộc họ Actinium.
Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:
-

Đồng vị đầu tiên của chuỗi có chu kỳ bán rã lớn

-

Các chuỗi này đều có một đồng vị tồn tại dưới dạng khí, các chất khí
phóng xạ này là các đồng vị của radon.

-

Sản phẩm cuối cùng trong các chuỗi phóng xạ là Chì.

Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên
còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác như : 40K,

14

C...Những đồng vị

này có thể được thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trường. Đồng vị
phóng xạ 14C là đồng vị được hình thành do sự tương tác của bức xạ nơtron (có
trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Hoạt độ phóng xạ của một số nhân

5


0.42pCi/g(
16Bq/kg)
trong đá vôi và 1.3pCi/g
226

Ra

Có trong đá vôi và đá phun trào

( 48Bq/kg) trong đá phun
trào
0.016pC/L ( 0.6Bq/m3)
đến 0.75pCi/L(28Bq/m3)
222
Rn
Là khí hiếm
( giá trị trung bình hàng
năm ở Hoa Kỳ)
1-30pCi/g(
0.03740
K
Trong đất
1.1Bq/g)
1.2. Liều chiếu do phóng xạ môi trường gây ra cho dân chúng
Con người đang sống trong môi trường mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ tự
nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con
người. Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ ngoài;

thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể. Quá trình chuyển hóa làm
cho một số đồng vị được thải ra ngoài và một số còn lưu lại trong cơ thể.
Hai tổ chức quốc tế là Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh
hưởng của bức xạ nguyên tử - United Nation Scientific Committee on the Effects of
Atomic Radiations (UNSCEAR) và Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế- International
Commission on Radiological Protection (ICRP) đã tính liều hiệu dụng hàng năm
gây bởi chiếu xạ trong đối với con người. Do tính chất phức tạp của các đặc trưng
của các đồng vị trong các dãy phóng xạ tự nhiên nên để thuận tiện, người ta chia
các dãy đó thành từng nhóm khi tính toán liều chiếu xạ trong:
• Dãy 238U
Do tính chất hóa lý của các đồng vị trong dãy

238

U là khác nhau nên hoạt độ của

chúng trong các loại thực phẩm khác nhau nằm trong một dải khá rộng. Một số số

7


liệu về hoạt độ của các đồng vị trong một số loại thực phẩm điển hình được đưa ra
trong bảng 1.3.
Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nước, tính ra Bq/kg [4]
238

Thực phẩm

234


Sản

phẩm 1

0.5

5

Po
90

sữa
Sản

phẩm 2

2

15

120

1

10

1

thịt
Lúa, ngô,…

Cá
Nước

0.1

100
0.5

5000
5

0.05

0.5

0.05

30
1

0.3

5

h
0.3

Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3].
238


Ra

Pb

Po

Th

228

228

1

1

Ra

Th

riêng
µBq/m3
Bảng 1. 5 Lượng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của người lớn [4].

Loại thực phẩm
Sản phẩm sữa
Sản phẩm thịt
Lúa, ngô, …
Rau có lá
Rau củ, hoa quả

Ra
230

228Th

Lượng phóng xạ hấp thụ (mBq)
Ăn uống
Hít thở
4
1.10
14.103
2,5.103
3,5.103
1,9.104
4.103
9.104
3,9.103
1,3.103
7.103
1,4.104
7.103
1,3.103
7.103

Liều hiệu dụng
(µSv/năm)
0,8
0.4
5,7
47

năm và các yếu tố địa lý, khí hậu…Trong một nhà: tầng thấp có hàm lượng radon
cao hơn so với tầng cao. Trong phòng thoáng, hàm lượng radon thấp hơn so với

9


trong phòng kín.
• Dãy phân rã phóng xạ Thori ( Thori 232- 232Th)
Với Th 232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững

208

Pb. 220 Rnlà

sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th 232 và thường được gọi là thoron (Tn), có
thời gian sống 80,06 giây, chu kỳ bán rã 55,6 giây. Vì thoron có đời sống quá ngắn
nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như radon trước
khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thường gặp hơn
trong đất và trong khí đất. Do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong
nhà. Tuy nhiên ngay cả với lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy
hiểm vì con cháu của nó bao gồm

212

Pb có chu kỳ bán rã 10,6 giờ đủ dài hơn để tích

lũy đến một mức đáng kể trong không khí thở.
• Các đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ
Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều chiếu
xạ trong, phải kể đến 3H, 7Be, 14C, và 22Na. Trong số 4 đồng vị này thì 14C có đóng

Tia vũ trụ
-Thành phần hạt tích điện 300
-Thành phần Nơtron
55
Các đồng vị có nguồn

Chiếu xạ trong

Toàn phần

-

300
55

15
60

15
160

U( không kể radon)
Dãy thori 232Th( không kể 160

6

166

radon)
Radon và các sản phẩm



lắng phóng xạ trong không khí, nước mưa,…) Liều hiệu dụng được đánh giá là vào
khoảng dưới 0,1mSv/năm.
Từ ngành điện hạt nhân: các nguồn chất thải khác nhau từ các nhà máy điện
hạt nhân và các cơ sở xử lý nhiên liệu… gây nên liều hiệu dụng trung bình đối với
một người khoảng 10-3mSv.
Liều giới hạn cho phép, theo khuyến cáo của các cơ quan quôc tế (ICRP,
UNSCEAR) đối với nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đối với dân chúng là
1mSv/năm .
1.3.

Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con người.
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với

sức khỏe con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây
ra hiệu ứng ion hoá . Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn được tạo ra
đôi khi ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào
trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron,
đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ[2].
•

Bức xạ Alpha: Hạt alpha do những đồng vị phóng xạ nhất định phát ra khi

chúng phân huỷ thành một nguyên tố bền. Nó gồm hai proton và hai notron, nó
mang điện dương . Trong không gian, bức xạ alpha không có khả năng truyền xa và
dễ dàng bị cản lại toàn bộ chỉ bởi một tờ giấy hoặc bởi lớp màng ngoài của da. Tuy
nhiên, nếu một chất phát tia Alpha được đưa vào trong cơ thể, nó sẽ phát ra năng
lượng tới các tế bào xung quanh. Ví dụ, nếu con người hít phải một lượng khí radon
vào trong phổi thì chúng có thể sẽ tạo ra sự chiếu xạ với các mô nhạy cảm, mà các

nhiều cho cơ thể. Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người:
- Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy
liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương đến
chức năng của tế bào.

13


- Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự do,
các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ trong tế
bào, như các enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các
chức năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt quá khả năng
phục hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc
tê liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
- Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion
hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể sống. Làm
ảnh hưởng trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ương. Các
ảnh hưởng trên đều có chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi,
sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra
ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời .
-Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay thấp
đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dưới dạng các bệnh ung thư, bệnh máu
trắng, ung thư xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền...
Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách nhanh
chóng và truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một liều
lượng như nhau, nhưng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ đi sâu
vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi [2].
1.4.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Thụy

Đan

Na Uy

Irelan

Lan
-Bức xạ gamma từ đất, vật liệu 0.5

Điển
0.5

Mạch
0.3

0.5

d
0.2

xây dựng (mSv)
Hàm lượng radon trong nhà và 2.0

1.9

1.0

1.7

0.3
3.1

* Ở Việt Nam:
Đối với nước ta, liều kế nhiệt huỳnh quang đã được nghiên cứu và sử dụng
chủ yếu trong đo liều cá nhân cho các nhân viên bức xạ tại các cơ sở y tế và trong

15


công nghiệp. Theo thống kê của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam
(VINATOM) cũng cho thấy hiện nay tại Việt Nam có khoảng 3000 người thường
xuyên làm việc và tiếp xúc với các nguồn phóng xạ và tia X trong bệnh viện, trong
công nghiệp và các ngành kinh tế khác. Cụ thể phân bố nhân viên bức xạ trong các
lĩnh vực khác nhau ở Việt Nam được thể hiện trên hình 1.1. Tất cả các nhân viên
bức xạ phải sử dụng liều kế TLD trong quá trình làm việc và cứ ba tháng một lần
liều kế TLD được chuyển về cơ sở hạt nhân để đọc giá trị liều mà nhân viên bức xạ
đã nhận được .

Hình 1. 1. Phân bố nhân viên bức xạ theo các lĩnh vực làm việc [TTATBX-2012]

Không chỉ nhân viên bức xạ khi tiếp xúc với nguồn bức xạ hoặc thiết bị phát bức
xạ chịu liều chiếu bức xạ mà dân chúng hàng ngày cũng luôn bị chiếu bởi liều bức
xạ tự nhiên. Để đánh giá liều chiếu của dân chúng do bức xạ tự nhiên gây ra, một số
phương pháp đã được áp dụng và triển khai trên lãnh thổ Việt Nam như : dùng máy

16


đo suất liều bức xạ gamma trong không khí ở độ cao 1m so với mặt đất, hoặc lấy

dt

17


Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ, λ là hằng số phân rã phóng xạ, N là số hạt nhân
phóng xạ hiện có.
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel
tương ứng với một phân rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là
Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ phóng xạ của 1 gam

226

Ra, tương ứng với

3,7.1010 phân rã trong một giây. Mối liên hệ giữa hai đơn vị :
1Ci=3,7.1010Bq
1Ci=37GBq
1Bq=2,7.10-11Ci=27pCi
1.5.2. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ trung bình DT trong mô T được tính bằng năng lượng bức xạ truyền
cho một đơn vị khối lượng mô. Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là Gray( Gy)
1Gy=1J/kg=100 Rad
Trước đây, thường dùng đơn vị là Rad ( radiation absorbed dose).
Rad là liều lượng bức xạ mà 1 kg vật chất hấp thụ được một năng lượng bằng 10 -2J.
1Rad= 10-2 J/kg
1.5.3. Liều tương đương sinh học và liều hiệu dụng
Cùng một liều hấp thụ nhưng tác dụng sinh học của bức xạ còn tùy thuộc vào loại
bức xạ và loại mô ( cơ quan sinh học) bị chiếu xạ.
Để đặc trưng cho các loại bức xạ khác nhau, người ta dùng đại lượng có tên gọi là