MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
3
DANH MỤC HÌNH ẢNH
4
DANH MỤC BẢNG
6
LỜI MỞ ĐẦU
8
CHƢƠNG 1 PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
9
1.1. Tổng quan về phóng xạ trong môi trƣờng
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.2. Các tia phóng xạ
1.1.3. Tổng quan các đại lượng đo lường phóng xạ
9
9
9
12
2.2. Các thiết bị đầu đo phóng xạ
2.2.1. Các đầu đo ion hóa chất khí và đường tỷ lệ đặc trưng
2.2.2. Các đầu đo bán dẫn (buồng ion hóa dạng rắn):
2.2.3. Đầu đo nhấp nháy
31
34
38
40
2.3. Thực nghiệm đo phóng xạ trong môi trƣờng tại Việt Nam
2.3.1. Phương pháp thu góp mẫu
2.3.2. Các thiết bị phân tích chủ yếu
42
42
43
1
2.3.3. Hiện trạng phóng xạ, kết quả đo phóng xạ một số khu vực tại Việt Nam44
2.4. Kết luận về hoạt động đo lƣờng giám sát phóng xạ tại Việt Nam
47
CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT PHÓNG XẠ TRONG MÔI
TRƢỜNG 48
3.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG THIẾT KẾ
CHƢƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
72
4.1.
Thành quả đạt đƣợc
4.2. Áp dụng hệ thống giám sát phóng xạ phục vụ NMĐHN
4.2.1. Giới hạn phát thải và tiêu chuẩn phát thải hiện hành
4.2.2. Áp dụng vào các hệ thống giám sát môi trường quanh NMĐHN
4.3.
Đề xuất mở rộng
72
72
73
74
75
PHỤ LỤC 1.
78
PHỤ LỤC 2
81
PHỤ LỤC 3
Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống giám sát nồng độ phóng xạ không dây ................ 48
Hình 3-2 Sơ đồ phần cứng của thiết bị đo nồng độ phóng xạ không dây ............ 49
Hình 3-3 Ống GM SBM-20 (СБМ-20, STS-5) .................................................... 50
Hình 3-4 Dập tắt phóng điện bằng mạch ngoài .................................................... 51
Hình 3-5 Mạch vi điều khiển trung tâm ............................................................... 52
Hình 3-6 Kết nối vi điều khiển với ống đếm SBM-20 ......................................... 53
Hình 3-7 Bộ hiển thị LCD và 16 chân .................................................................. 54
Hình 3-8 Khối hiển thị LCD thiết kế trên Proteus ............................................... 55
Hình 3-9 Cổng truyền thông RS232 ..................................................................... 56
Hình 3-10 Khối truyền thông RS232 thiết kế trên Proteus .................................. 57
Hình 3-11 Thiết lập hoàn chỉnh các khối đo và hiển thị phóng xạ trên Proteus .. 58
Hình 3-12 Layout mạch thật phần cứng ............................................................... 59
Hình 3-13 Mô phỏng hoạt động khối đo và hiển thị nồng độ (hoạt độ) phóng xạ59
Hình 3-14 Phần thân chưa kết nối của IP Modem................................................ 61
Hình 3-15 Giao diện phần mềm cấu hình IP Modem........................................... 64
Hình 3-16 Cấu hình chân kết nối IP Modem với khối vi xử lý (dạng DB9F-DB9F đối
xứng) ..................................................................................................................... 65
4
Hình 3-17 Lưu đồ thuật toán khối Vi điều khiển ................................................. 66
Hình 3-18 Bốn (4) lớp TCP/IP ............................................................................. 67
Hình 3-19 Giao diện phần mềm hiển thị trên máy tính ........................................ 69
Hình 3-20 Mạch đo và hiển thị nồng độ (hoạt động) phóng xạ ........................... 70
Hình 3-21 Thiết lập hệ thống giám sát và truyền phát dữ liệu hoàn chỉnh .......... 71
Hình 3-22 Kết nối IP Modem với MAX232 ........................................................ 71
Hình 3-23 Kết quả đo nồng độ phóng xạ theo thời gian ...................................... 72
5
Bảng 2-5 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong không khí tại các
vị trí khảo sát (Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, Viện Năng
lượng, tháng 06/2008) .......................................................................................... 45
6
Bảng 2-6 Kết quả phân tích hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong đất tại các vị trí
khảo sát (Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, Viện Năng
lượng, tháng 06/2008) .......................................................................................... 46
Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật cơ bản của ống SMB-20 (dựa trên datasheet của nhà sản
xuất) ...................................................................................................................... 50
Bảng 3-2 Các chân kết nối của LCD với ATMEGA8.......................................... 55
Bảng 3-3 Các chân kết nối của cổng COM với MAX232 ................................... 57
Bảng 3-4 Các chân kết nối của MAX232 với ATMEGA8 .................................. 57
Bảng 3-5 Thông số cơ bản của IP Modem ........................................................... 61
Bảng 3-6 Kết nối IP Modem ................................................................................ 65
Bảng 4-1 Lượng rò rỉ phóng xạ cho phép theo thiết kế........................................ 74
Bảng 4-2 Đặc tính kỹ thuật liên quan đến môi trường - rò rỉ phóng xạ ............... 75
7
LỜI MỞ ĐẦU
Môi trường - kể cả những nơi chưa từng bị con người tác động bao giờ - luôn luôn
chứa đựng một số thành phần của bức xạ hạt nhân. Các nguồn bức xạ hạt nhân trong
môi trường tự nhiên có thể có nguồn gốc khác nhau như: tia vũ trụ, hạt nhân phóng xạ
có nguồn gốc từ vũ trụ, hạt nhân phóng xạ có nguồn gốc ở trái đất. Các nguồn bức xạ
này làm cho cơ thể bị chiếu xạ từ bên ngoài vào và từ bên trong ra (khi chúng lọt vào
được cơ thể qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá).
Lê Việt Dũng
8
CHƢƠNG 1
PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Phóng xạ là năng lượng phát ra từ nguồn, truyền qua vật liệu hoặc không gian.
Ánh sáng, nhiệt và âm thanh cũng là các loại phóng xạ. Tuy nhiên, loại phóng xạ nhắc
đến trong luận văn này là phóng xạ ion hóa (ionizing radiation), do nó có thể tạo ra các
hạt mang điện (ion) trong vật chất.
Phóng xạ ion hóa sản sinh ra từ các nguyên tử không bền vững. Những nguyên
tử này khác các loại nguyên tử thường (bền vững) do chúng có thừa năng lượng, thừa
khối lượng, hoặc thừa cả hai yếu tố trên.
Những nguyên tử không ổn định mang năng lượng phóng xạ. Để đạt được trạng
thái ổn định, những nguyên tử này cho đi, hoặc phát ra lượng năng lượng hoặc khối
lượng dư thừa của chúng. Việc phát ra phần dư thừa như vậy gọi là phóng xạ. Các loại
phóng xạ (trong phạm vi luận văn này) có thể bao gồm phóng xạ điện từ hoặc phóng
xạ hạt (ví dụ, phát ra khối lượng dư với động năng). Phóng xạ Gamma và các tia X
(X-ray) là phóng xạ điện từ, trong khi phóng xạ Beta và Alpha là các ví dụ của phóng
xạ hạt.
Phóng xạ ion hóa có thể tạo ra từ các thiết bị như máy chụp X quang, nhưng
cũng tồn tại phơi nhiễm phóng xạ tự nhiên, khi phóng xạ đến từ các tia vũ trụ, hoặc từ
các vật liệu phóng xạ tự nhiên chứa trong đất và các sinh vật sống
1.1.2. Các tia phóng xạ
Phóng xạ bao gồm một dải rộng các loại năng lượng, hình thành quang phổ điện
từ (theo hình dưới đây). Quang phổ bao gồm hai loại chính
có bước sóng khoảng một phần một trăm mét và có tần số khoảng 2.5 tỉ hertz
ii) Bức xạ ion hóa
Bức xạ cực tím tần số cao hơn đã có đủ năng lượng để phá vỡ các liên kết hóa
học. Bức xạ tia X và bức xạ Gamma ở cuối dải bức xạ từ, có tần số rất cao (trong
khoảng 100 tỉ tỉ Hertz) và bước sóng rất ngắn, vào khoảng 1 picometre. Bức xạ trong
dải này có năng lượng cao, đủ để tách các hạt điện tử, hoặc trong trường hợp bức xạ
bức xạ năng lượng rất cao, có thể phá vỡ hạt nhân nguyên tử.
Ion hóa là quá trình trong đó các phần mang điện của một phân tử (thường là
điện tử) được cấp đủ năng lượng để bứt khỏi nguyên tử.Quá trình này đưa đến kết qủa
là hai hạt tích điện hoặc các ion: phân tử với điện tích dương và điện tử tự do với điện
tích âm.
Mỗi quá trình ion hóa phát ra năng lượng của khoảng 33 eV (điện tích hạt
nhân). Vật chất xung quanh nguyên tử hấp thụ năng lượng. So sánh với các dạng bức
xạ có thể hấp thụ khác bức xạ ion hóa tích trữ lượng năng lượng lớn hơn vào một diện
tích nhỏ. Trên thực tế, 33 eV từ một ion hóa thừa đủ năng lượng để phá vỡ liên kết hóa
học giữa hai nguyên tử carbon. Tất cả bức xạ ion hóa đều đủ sức, trực tiếp hay gián
tiếp, tách các điện tử khỏi hầu hết các phân tử.
10
iii) Phân loại bức xạ ion hóa
Bức xạ ion có một số lợi ích trong áp dụng thực tế. Ví dụ, chúng ta sử dụng bức xạ ion
trong các đầu báo khói, để chữa trị ung thử hoặc trong khử trùng các thiết bị y tế. Tuy
nhiên, bức xạ ion hóa có nguy cơ gây nguy hiểm nếu không được sử dụng đúng cách.
Hình 1-2 thể hiện mức xuyên phá của các loại bức xạ ion hóa
Hình 1-2 Các loại bức xạ ion hóa
a)
Các hạt alpha
Mặc dù có năng lực đâm xuyên các vật chất khác, nói chung, cả tia gamma và tia x
đều không có khả năng khiến vật chất khác mang tính phóng xạ. Vài metre concrete
(bêtông) hoặc vài metre vật chất đặc (như chì) có thể ngăn được bức xạ loại này.
d)
Neutrons
Các hạt neutron là các hạt hạt nhân tốc độ cao có khả năng đặc biệt đâm xuyên
vật chất. Trong số năm loại bức xạ ion đề cập ở đây, các hạt neutron là loại duy nhất
có khả năng làm vật khác nhiễm xạ. Quá trình này, gọi là kích hoạt neutron, sản sinh
ra rất nhiều nguồn phóng xạ sử dụng trong y tế, nghiên cứu khoa học hoặc ứng dụng
công nghiệp (bao gồm thăm dò dầu mỏ)
Do khả năng đặc biệt đâm xuyên các vật chất khác, neutron có thể di chuyển
khoảng cách rất xa trong không khí và yêu cầu lớp vật liệu chưa hydro rất dày (như
bêtông hoặc nước) để ngăn chúng. Tuy nhiên, bức xạ neutron chủ yếu xuất hiện trong
các lò phản ứng hạt nhân, xung quanh là lớp nước dày cung cấp lớp che chắn hiệu quả.
1.1.3. Tổng quan các đại lƣợng đo lƣờng phóng xạ
Để phục vụ cho phần báo cáo tiếp theo và hiện trạng phóng xạ và sự ảnh hưởng của
chúng đối với môi trường xung quanh, ở đây xin đề cập đến những khái niệm chung
cũng như ý nghĩa của các đại lượng và đơn vị đo liên quan đến phóng xạ. Về chi tiết
các đại lượng này, các giá trị quy đổi giữa các đơn vị và phương pháp đo của chúng sẽ
được trình bày kỹ càng hơn trong chương II
Có bốn loại đơn vị đo khác nhaunhưng có mối liên hệ chặt chẽ để sử dụng đo
phóng xạ, độ phơi nhiễm, liều suất hấp thụ và liều suất tương đương, bao gồm cả các
đơn vị thường (hệ đếm Anh, ví dụ Ci) và hệ đo quốc tế (hệ metric, ví dụ Bq)
-
Độ phóng xạ,hoạt độhay độ hoạt động (Radioactivity) thường được hiểu là
lượng bức xạ ion phát ra bởi một vật chất. Cho dù vật chất này phát ra các
hạt alpha, beta, các tia gamma, tia X hay các neutron, một lượng chất phóng
xạ cũng được thể hiện dưới dạng độ phóng xạ của nó, nói cách khác là thể
hiện xem có bao nhiêu nguyên tử của vật chất này phân rã trong một chu kỳ
Trong thực tiễn, 1 R (độ phơi nhiễm) = 1 rad (liều suất hấp thụ) = 1 rem (liều
suất tương đương)
Hình 1-3 Hoạt độ phóng xạ
13
Hình 1-4 Mô hình một hệ thống giám sát phóng xạ trong môi trƣờng
Hình 1-4 ở trên thể hiện một hệ thống giám sát phóng xạ môi trường liên tục
hoàn chỉnh. Những đại lượng được đo lường bao gồm radiation dose (Liều suất) và
radioactivity concentration (mật độ hoạt độ phóng xạ trong một đơn vị thể tích không
khí), kết hợp với các quan sát khí tượng. Dữ liệu được đưa về hệ thống xử lý. Giao tiếp
với công chúng cho phép họ truy cập qua giao diện thời gian thực bằng trình trình
duyệt máy tính, bằng phần mềm giám sát từ xa của hệ thống, hoặc qua phần mềm theo
dõi từ xa được phát triển cho điện thoại thông minh.
Sản phẩm thực hiện trong đề tài này, là một mạch đơn giản thực hiện các nhiệm
vụ tương tự như trạm quan sát kể trên, bao gồm đo lường tính toán các đại lượng
phóng xạ, sau đó truyền phát dữ liệu đến trung tâm thông tin (ở đây là một máy tính
thực hiện nhiệm vụ giám sát). Đề tài cũng thực hiện phần mềm ứng dụng trên nền tảng
Windows để xử lý và thể hiện dữ liệu. Đây là những nền tảng cốt lõi của một hệ thống
giám sát phóng xạ hoàn chỉnh, với những mở rộng và nghiên cứu nghiêm túc hợp lý,
hoàn toàn có thể trở thành một hệ thống giám sát hoàn chỉnh như đã trình bày ở trên.
Những đề xuất mở rộng và nâng cấp sẽ được trình bày trong chương cuối của Báo cáo
này.
1.2. NGUỒN GỐC PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
Các chất phóng xạ trong môi trường tự nhiên bắt nguồn từ những nguyên nhân sau:
14
Bảng 1-1 dưới đây liệt kê một số nguồn nuclide phóng xạ phổ biến
-
Bảng 1-1 Các nuclide phóng xạ và nguồn gốc của chúng (Nguồn: Báo cáo đánh giá hiện trạng phóng xạ
môi trƣờng tại vùng dự án. Viện nghiên cứu hạt nhân, 2002)
Các nuclide phóng xạ
K, 14C, 7Be, 235-238Ur, 232Th
40
K, 137Cs, 210Pb, 226Ra, 232Th,
222
Rn
Nguồn
40
238
Phóng xạ tự nhiên
Ur, Khai thác Ur
Triti, 14C, 54Mn, 55Fe, 65Zn, 85Kr, 89-90Sr, Thử vũ khí hạt nhân
106
Ru, 131I, 137Cs, 140Ba, 144Ce;
238,239,240,241
Pu; 241Am.
54
Mn; 110Ag; 58,60Co; 124,125Sb;
Sự cố NMĐNT
i) Các đồng vị phóng xạ tự nhiên trong vỏ trái đất
Các quá trình biến đổi hạt nhân, phân rã phóng xạ không phụ thuộc vào áp suất,
nhiệt độ của khí quyển, chúng diễn ra với một tốc độ không thay đổi. Vì đặc điểm đó,
các chất phóng xạ được coi là các “đồng hồ địa chất” để đo tuổi tuyệt đối của các loại
15
quặng và đá núi. Người ta đã tìm thấy được 17 đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán hủy
lớn, luôn tồn tại trong tự nhiên nhưng quan trọng và có ý nghĩa nhất, cả trong lĩnh vực
môi trường và địa chất là các đồng vị thuộc các họ phóng xạ 238U, họ 235U, họ 232Th và
40
K. Các quá trình phân rã phóng xạ diễn ra ở 3 dạng: phân rã Alpha, phân rã Bêta và
quá trình K-bắt:
238
U
87
Rb
40
K
234
Đá trầm tích
Đá vôi
Các bônát
Sa thạch
Phiến thạch dầu
Các loại đất
Đất xám
Đất nâu xám
Đất đen
Than bùn
Trung bình trong đất
232
Th
1000
240
60
10
80
10
90
370
700
30
Những đồng vị này phát sinh trong các phản ứng hạt nhân của tia vũ trụ với các
nguyên tử nitơ, oxy và acgon trong khí quyển. Hàm lượng trung bình trong không khí
và nước mưa của các đồng vị tạo thành từ tia vũ trụ nêu trong bảng sau
16
Bảng 1-3 Những hạt nhân tạo thành dƣới tác động của tia vũ trụ (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và
phân tích các chỉ tiêu phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 1)
Hàm lƣợng giới hạn
Trong không
Nƣớc mƣa (Bq/103
khí (Bq/103 m3) l)
3
H
12.3 năm
0.02-0.2
200-400
7
Be
53 ngày
0.08-30
400-4000
14
C
5730 năm
40
22
-4
-4
biến đổi còn theo chiều ngang chúng được phân bố trong một phạm vi rộng
Các hạt nhân phóng xạ tách khỏi tầng đối lưu của khí quyển, rơi vào trái đất
bằng hai cơ chế: rửa trôi nhờ lắng động ướt và bụi khô. Ngoài ra các hạt có kích thước
nhỏ do chuyển động có thể chuyển động từ tầng đối lưu lên tầng bình lưu và di chuyển
khắp toàn cầu. Sự chuyển động của các đám mây bụi phóng xạ phụ thuộc vào các quá
trình khí tượng trong khí quyển và bị chia tách giữa hai tầng đối lưu và bình lưu.
Các chất phóng xạ nằm trong giới hạn tầng đối lưu gồm các bụi phóng xạ từ các
vụ nổ hạt nhân hoặc tai nạn lò phản ứng, duy trì ảnh hưởng chỉ một lớp không khí
mỏng của tầng này.
Các đám mây bụi phóng xạ đạt đến tầng bình lưu chịu ảnh hưởng các quá trình
bình lưu sau đó dịch chuyển toàn cầu và rơi dần xuống tầng bình lưu. Các quy luật hệ
thống gió của cả tầng đối lưu và tầng bình lưu tồn tại theo vùng thương là theo hướng
từ Đông sang Tây hoặc từ Tây sang Đông. Dòng không khí ở nửa bán cầu Bắc chuyển
động chủ yếu từ Tây sang Đông với tốc độ gió tăng cùng với tăng độ cao. Dòng khí
quyển theo vùng bị thay đổi dưới ảnh hưởng của các dòng xoáy và tạo thành các hệ
thống gió “lốc” có thành phần chuyển động từ Bắc bán cầu xuống Nam bán cầu.
17
ii) Quá trình vận chuyển và tạo thành các sol khí
Các trạng thái vật lý và hóa học của các hạt nhân ảnh hưởng lớn đến sự đưa nó vào
khí quyển và nó có thể trở thành các đối tượng dịch chuyển trong quá trình dịch
chuyển của các đoàn khí. Các hạt nhân phóng xạ có thể được giải phóng ở các dạng
sau:
Khí trơ được tách ra từ khí quyển chỉ do kết quả của quá trình phân rã phóng xạ
tự nhiên nhưng có khả năng sinh ra các sản phẩm phóng xạ là các hạt nhân con
cháu với tính chất hóa lý khác nhau
- Các chất có khả năng hoạt động mạnh như 131I có thể tương tác hóa lý với các
nguyên tố khác, thí dụ bị hấp thụ trên bề mặt các sol khí
- Các hạt nhân kích thước nhỏ tích tụ (đường kính 0.01 µm) khi tương tác với các
Bảng 1-4 Hoạt độ phóng xạ khi đốt than (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng, Nghiên cứu tiền khả thi
NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)
Đồng vị
Hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ (Bq/kg)
Than
Xỉ than
Tro bụi
9-31
56-185
70-370
19
92
160
9-19
39
85-174
6-20
18-78
63-130
1-20
56-81
15-130
7-25
20-166
85-281
26-130
Hạt nhân Điện hạt nhân và khai Đốt
thác quặng năm 1981 than
1
2
3
222
Rn
Ra
210
Pb
226
53,000
0.2
8
3000
10
26
Khí thiên
nhiên và
dầu mỏ
75,000
10
18
biển…
Những nguồn phóng xạ này đặc biệt là các vụ thử vũ khí hạt nhân dưới biển
được xem là những nguồn lớn nhất gây ra ô nhiễm phóng xạ nhân tạo trong môi
trường biển.
i) Các vụ thử vũ khí hạt nhân
Các vụ thử vũ khí hạt nhân được tiến hành từ năm 1945 đến năm 1980 trên toàn
thế giới đã tung các chất phóng xạ thứ cấp do quá trình phân hạch, tổng hợp hạt nhân
và kích hoạt neutron… vào môi trường một số lượng đáng kể. Các phương thức tiến
hành thử hạt nhân có ảnh hưởng lớn đến đặc điểm phát sinh các chất phóng xạ đưa vào
môi trường. Công suất nổ, vị trí nổ xác định số lượng các chất phóng xạ sinh ra sau đó
và xâm nhập vào khí quyển
Các vũ khí hật nhân hiện đại với ba pha phổ: phân hạch- tổng hợp- phân hạch,
sử dụng nguyên liệu nổ hạt nhân là Uran với độ làm giàu cao hoặc là Plutoni. Nguyên
liệu nổ hạt nhân trong quá trình phân hạch làm trung gian kích thích giai đoạn hai của
vụ nổ là quá trình tổng hợp hạt nhân- Nhiệt hạch. Các neutron sinh ra trong quá trình
nhiệt hạch kích thích giai đoạn nổ thứ ba- Phân hạch. Trong giai đoạn phân hạch thứ
ba người ta sử dụng nguyên liệu là 238U. Phần lớn các sản phẩm phóng xạ được tạo
thành từ đồng vị 238U. Trong bảng giới thiệu các sản phẩm tạo thành của 3 giai đoạn
khác nhau.
Người ta đã đánh giá được sự tung các đồng vị phóng xạ vào môi trường của vụ
nổ ở Hiroshima- Nhật Bản là 15 kt và tất cả các vụ thử hạt nhân trong khí quyển từ
năm 1945 đến năm 1963 gần 450 Mt.
Các neutron tạo thành trong khi phân hạch hoặc tổng hợp hạt nhân có thể làm
sinh ra các phản ứng hạt nhân thứ cấp tạo ra các đồng vị phóng xạ mới gọi là đồng vị
thứ cấp. Ví dụ neutron phản ứng với Nitơ trong không khí tạo thành đồng vị 14C. Đồng
vị 55Fe được tạo thành khi neutron tương tác với vật liệu chế tạo bom (khoảng 1023
Bq/kt). Trong đất các đồng vị thứ cấp tạo thành quan trọng nhất là 28Al, 56Mn và 24Na.
Khi nổ trong môi trường nước biển, đồng vị thứ cấp đặc trưng là 24Na và 28Cl.
Khi vụ nổ hạt nhân xảy ra, sẽ diễn ra sự phát tán lan truyền một lượng lớn các
chất nhiên liệu hạt nhân không phân hạch 238U và 239Pu vào khí quyển, ngoài ra
tấn quặng/ ngày là 1GBq của các đồng vị 238U, 232Th, 226Ra, 210Pb.
Trong bảng dưới đây giới thiệu các đánh giá dự báo độ lớn các nguồn phóng xạ
và liều tập thể đối với dân chúng. Các nguồn mạnh là do quá trình khai thác và làm
giàu quặng, quá trình chế tạo nhiên liệu. Liều chiếu trong bảng này được tính trên chu
kỳ 10 năm đối với một thế hệ người
Bảng 1-6 Liều chiếu trung bình từ các chất thải rắn đem chôn lấp và sự phát tán toàn cầu các hạt nhân do
quá trình khai thác và xử lý nhiên liệu hạt nhân (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng, Nghiên cứu tiền
khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)
Nguồn phát tán
Khai thác quặng, làm giàu và sản xuất
nhiên liệu hạt nhân
Hoạt động của các lò phản ứng hạt
nhân
- Các chất thải hoạt độ thấp
- Các chất thải hoạt độ trung bình
Liều chiếu tƣơng đƣơng hiệu dụng
tập thể (Sv)
150
0.00005
0.5
0.05
21
-
Xử lý lại và chôn cất chất thải
vì thế khi có mặt trong thành phần của phóng xạ, chúng có thể gây ảnh hưởng
lâu dài tới môi trường.
-
Rò rỉ chất tải nhiệt do thành ống bên trong bị gỉ và ăn mòn trong môi trường
nhiệt độ cao, áp suất lớn v.v…
-
Các thanh nhiên liệu hạt nhân.
-
Các thanh nhiên liệu chưa sử dụng.
Các thanh nhiên liệu trước khi đưa vào lò phản ứng đã có độ phóng xạ cao, vì vậy
đều có nguy cơ phát lượng phóng xạ ra ngoài do các sai phạm trong quá trình vận
chuyển, sản xuất, lưu giữ v.v… làm ô nhiễm tới môi trường.
-
Các thanh nhiên liệu đã sử dụng.
Các thanh nhiên liệu đã cháy trong lò có chứa rất nhiều sản phẩm phân hạch.
Chúng sinh ra đủ loại bức xạ với các chu kỳ bán rã dài, ngắn khác nhau, từ một vài
giây đến hàng nghìn tỷ năm, có độ phóng xạ cao trong một thời gian dài vì vậy cần
được lưu giữ và bảo vệ kỹ càng trong khi chờ tái chế hoặc xử lý.
Từ lò phản ứng hạt nhân
Với các loại lò nước nhẹ 1000MW(e) vận hành bình thường thì hàng năm sẽ sinh
ra từ 200 600m3 các chất thải rắn hoặc đóng cứng có hoạt tính phóng xạ tầm trung
; và 4,9% các sản phẩm phóng xạ và các đồng vị mới của các nguyên tố kim loại năng
bao gồm 2% hỗn hợp các loại đồng bị của phutonium. Nhiên liệu đã dùng rồi nóng lên
do kết quả của quá trình bán rã phóng xạ, quá trình này vẫn tiếp tục sau khi nhiên liệu
đã được thải khỏi lò. Các thanh nhiên liệu này được giữ lại tại mặt bằng của lò phản
ứng trong một thời gian ngắn nhất để hoạt tính phóng xạ mạnh của chúng tan rã. Sau
đó chúng có thể được chuyển đến để cất giữ dài hạn bằng các phương tiện thích hợp,
hoặc là được vận chuyển đến một nhà máy sử dụng lại. Thời kỳ bán rã bảo quản tại
khu vực lò phản ứng thường từ 1 đến 5 năm hoặc lâu hơn, sau đó chúng được vận
chuyển đi xa khỏi nhà máy tới điểm cất giữ mới, thời gian này kéo dài đến 50 năm.
Trong quá trình tái chế, một số các chất thải có độ phóng xạ nhỏ hơn xuất hiện như các
lớp vỏ, khoảng không gian, các chất không hoà tan). Chúng chứa một số lượng các
23
đồng vị phóng xạ có chu kỳ sống dài. Các vỏ thùng chứa phóng xạ bêta, gamma và
alpha. Thêm nữa là các chất thải tầm trung và thấp cũng được phát sinh.
Việc thải chất phóng xạ vào môi trường có thể xảy ra dưới nhiều dạng : Thải rắn,
thải khí và xon khí, thải ở dạng bụi.
1.3. ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG PHÓNG XẠ TRONG MÔI TRƢỜNG
1.3.1. Ảnh hƣởng đối với môi trƣờng đất:
Các hạt nhân phóng xạ tự nhiên sinh ra do sự tương tác của các tia trong Vũ Trụ
và các bức xạ khác với khí quyển và ngưng đọng lại ở các lớp đá. Hạt nhân đặc
trưng là U238, Th232, hạt nhân con trong các dãy này và K40. Ngoài ra, còn có một số
đồng vị khác có nguồn gốc tự nhiên như Be7, Na22, Na24.
Bảng 1-7 Hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ điển hình trong các loại đất đá (Nguồn: Báo cáo tác động môi
trƣờng, Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)
Loại nham thạch
Hàm lƣợng các chất phóng xạ chứa trong
8 (0,21)
Cát
370 (10)
18 (0,5)
11 (0,3)
Đất sét
703 (19)
44 (1,2)
44 (1,2)
Các đồng vị phóng xạ nhân tạo có nhiều loại nhưng sống lâu và tồn tại trong đất
là đồng vị Sr90 và Cs137. Các đồng vị này gây nên sự ô nhiễm phóng xạ trong đất.
Hàm lượng các đồng vị này lại phụ thuộc vào độ sâu so với mặt đất. Thông thường
ở độ sâu 45cm ÷ 55cm thì không thấy tồn tại các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Tuy
nhiên, ngay ở cùng độ sâu chừng 15cm tính từ mặt đất thì hàm lượng các đồng vị
khác nhau như Sr90, Cs137 cũng khác nhau trong các loại đất khác nhau.
Bảng 1-8 Hàm lƣợng các đồng vị phóng xạ phụ thuộc vào độ sâu (Nguồn: Báo cáo tác động môi trƣờng,
Nghiên cứu tiền khả thi NMĐHN tại Việt Nam, Viện Năng lƣợng, 9/2003)
Độ sâu
(cm)
0,0 ÷ 2,5
2,5 ÷ 5,0
Đất sét pH = 4,6
Sr (%)
50
20
Cs (%)
98
–
2
–
6
–
90
Sr là sản phẩm thải luôn có mặt trong các vụ thử hạt nhân. Nguyên tố này có
khả năng trao đổi tương tác với canxi trong xương. Bụi phóng xạ có mang theo Sr90
rơi xuống các đồng cỏ và thấm vào đất canh tác rồi bị gia súc ăn phải. Cuối cùng,
chất phóng xạ độc hại đi vào cơ thể con người và nhất là trẻ sơ sinh qua con đường
sữa bò.
1.3.2. Ảnh hƣởng đối với môi trƣờng nƣớc
Một số hạt nhân phóng xạ tìm thấy trong nước chủ yếu là Ra và K40, có nguồn
gốc từ các nguồn tự nhiên, đặc biệt là qua thấm lọc từ khoáng chất. Những chất
khác đến từ các nguồn ô nhiễm, chủ yếu từ các nhà máy sản xuất năng lượng hạt
nhân và các vụ thử vũ khí hạt nhân.
Bảng 1-9 Các hạt nhân phóng xạ trong nƣớc (Nguồn: Báo cáo kết quả lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu
phóng xạ, NMĐHN Ninh Thuận 2)
Hạt nhân
phóng xạ
Chu kỳ
bán rã
Phản ứng hạt nhân, mô tả.
Nguồn
Xuất hiện từ các nguồn tự nhiên và từ các phản ứn vũ trụ
Khuếch tán từ quặng trầm
tích và khí quyển.
Pb210
21 năm
Ra226 → 6 bước → Pb210
Th230
75.200
năm
U238 → 3 bước → Th230 sản
ra tại chỗ.
Th234
24 ngày
U238 → Th234 sản ra tại chỗ.
Từ nguồn các lò phản ứng và sản xuất vũ khí hạt nhân
25
Copyright: Tài liệu đại học ©