THƯ VIỆN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH - HOÀNG BÁ KIM KHẢO SÁT KHÍ RADON TRONG NHÀ KHU VỰC ĐÔ THỊ THỦ DẦU MỘT TỈNH BÌNH DƯƠNG Chuyên ngành: Vật lí nguyên tử, hạt nhân & lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN NGỌC THU Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn nghiên cứu quan trắc phóng xạ radon địa bàn Thị xã Thủ Dầu Một tỉnh Bình Dương thực tại:  Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam  Nhóm nghiên cứu Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Tác giả nhận giúp đỡ tận tình, chu đáo tỉ mỉ với tinh thần trách nhiệm cao Thầy cô, cộng Xin cho phép bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: TS Nguyễn Ngọc Thu, người hướng dẫn khoa học, hướng dẫn lựa chọn đề tài, động viên truyền đạt ý kiến kinh nghiệm quý báu nghiên cứu khoa học PGS.TS Hà Quang Hải TS Tô Thị Hiền, Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận án Các đồng nghiệp khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh tận tình giúp đỡ động viên suốt thời gian thực luận án Các anh chị Trung tâm Địa Vật lí – Liên Đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam giúp đỡ trình nghiên cứu Các thành viên nhóm Radon – Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ trình nghiên cứu hoàn thành luận án DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AARST American Association of Radon Scientists and Technologists: Hiệp hội radon nhà khoa học kĩ thuật Mĩ CR39 Columbia Resin – 39 EPA US Environmental Protection Agency: Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ GIS Geological Informatic System: Hệ thống thông tin địa lí HPA Health Protect Agency: Cơ quan bảo vệ sức khỏe Anh IAEA International Atomic Energy Agency: Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế ICRP International Commission on Radiological Protection: Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế NIST National Institute for Standards and Technology: Viện Tiêu chuẩn Công nghệ quốc gia Mĩ RAD7 RAdon Detector – Rn radon SSTDs solid state nuclear track detectors: detector vết trạng thái rắn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TX TDM Thị xã Thủ Dầu Một UNSCEAR United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc ảnh hưởng xạ nguyên tử VARANS Vietnam Agency for Radiation and Nuclear Safety: Cục Kiểm soát an toàn xạ, hạt nhân Việt Nam WHO World Health Organization: Tổ chức y tế giới MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Các hoạt động người (Công nghiệp hóa, đô thị hóa, thăm dò, khai thác, chế biến tài nguyên thiên nhiên ) ngày tác động mạnh mẽ đến môi trường Vì mối quan tâm Khoa học Công nghệ nghiên cứu kiểm soát chất lượng môi trường ngày lớn Phóng xạ môi trường số chất lượng môi trường quan trọng, xã hội đặc biệt quan tâm tác động tia phóng xạ lên thể không nhận biết giác quan phức tạp, ảnh hưởng đến sức khỏe gây hậu nghiêm trọng cho người Nghiên cứu, kiểm soát phóng xạ môi trường bắt đầu việc xác định hoạt độ nguyên tố phóng xạ tự nhiên nhân tạo vùng quan tâm Dựa số liệu đo đạc, xây dựng đồ phóng xạ vùng Trong nguyên tố phóng xạ tự nhiên, khí radon sản phẩm cháu chuỗi phân rã radi thori đặc biệt nguy hiểm Khí radon theo đường hô hấp vào thể người, đặc biệt radon lại phân rã alpha nên mối nguy hiểm lớn Khi hít phải radon hạt nhân nó, số phân rã phóng xạ xảy phổi Các hạt alpha sinh gây tổn hại đến mô phổi Tổn hại dẫn đến ung thư phổi Một số ca chết người hầm mỏ hay số vùng miền có nhiều người bị bệnh ung thư phổi khí phóng xạ radon gây Việc đánh giá nguy ảnh hưởng sức khoẻ phần lớn dựa chứng tỷ lệ mắc phải ung thư phổi số công nhân mỏ Uranium khứ Dựa chứng đó, hệ số rủi ro ước tính, chúng cho mối liên hệ nguy phát triển ung thư phổi với nồng độ radon không khí Các kết cho thấy triệu người bị chiếu xạ năm radon không khí với nồng độ Bq/m3 nhà, hai người số họ cuối chết ung thư phổi phóng xạ gây [18] Radon diện nhà xây có nguồn gốc từ vật liệu xây dựng, hay nhà cũ thoát từ khe nứt nhà Đặc biệt nhà kín gió hay tầng hầm, nồng độ radon cao, nhiều hẳn trời hiệu ứng bẫy radon Mặc dù vấn đề phóng xạ môi trường chưa quan tâm nghiên cứu đầy đủ Việt Nam, đặc biệt vấn đề khí phóng xạ radon Xuất phát từ vấn đề trên, tác giả chọn nghiên cứu đề tài “Khảo sát khí Radon nhà, khu vực đô thị Thủ Dầu Một – Tỉnh Bình Dương” làm đề tài luận văn thạc sĩ Luận văn phần mở đầu kết luận gồm chương: Chương 1: Cơ sở lí thuyết Chương 2: Thực nghiệm xác định nồng độ radon nhà Chương 3: Kết thảo luận Luận văn thực khoảng thời gian từ tháng 10/2009 đến tháng 7/2010 Mục đích nghiên cứu đề tài - Góp phần nâng cao hiểu biết tri thức vật lí hạt nhân, làm quen với vật lí hạt nhân thực nghiệm cách triển khai ứng dụng công nghệ hạt nhân thực tiễn - Cho biết nồng độ radon nhà điểm khảo sát khu vực Thị xã Thủ Dầu Một Tỉnh Bình Dương Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài radon nhà Thị xã Thủ Dầu Một vấn đề kĩ thuật chuyên môn liên quan đến đo hoạt độ phóng xạ radon Phạm vi nghiên cứu Việc xây dựng đồ phóng xạ đòi hỏi yêu cầu cao thời gian, kinh phí, thiết bị nhân lực nên đề tài tập trung thị xã Thủ Dầu Một, nơi có hệ thống giao thông phát triển mật độ dân cư đông Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu khí phóng xạ radon ảnh hưởng đến sức khỏe người; tình hình nghiên cứu nước - Tìm hiểu cách sử dụng quy trình đo phương pháp đo detector vết CR39 máy RAD7 - Khảo sát đặc điểm tự nhiên, môi trường Thị xã Thủ Dầu Một - tỉnh Bình Dương - Tiến hành đo đạc nồng radon detector CR39 đo số điểm với máy RAD7 - Thu thập, lưu trữ, xử lí liệu biểu diễn kết - Phân tích, đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu - Bổ sung thêm cho số liệu phóng xạ môi trường nói chung khí radon phóng xạ nói riêng Tỉnh Bình Dương Từ góp phần xây dựng số liệu mức phóng xạ radon nhà môi trường hàng năm tỉnh Bình Dương - Từ kết đo đạc được, đưa đánh giá giải pháp địa điểm có nồng độ cao - Xác định nồng độ khí radon nhà để làm tảng phục vụ cho việc tính toán phơi nhiễm, đánh giá rủi ro sức khỏe cho người dân khu vực Thị xã Thủ Dầu Một sau - Đánh giá mối tương quan phương pháp đo CR39 đo RAD7 - Ngoài ra, thành công đề tài trực tiếp góp phần xác lập giải pháp hữu hiệu việc đo nồng độ radon phương pháp detector vết CR39 Việt Nam Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: Tra cứu vấn đề quan tâm tài liệu, sách, luận văn, báo khoa học, giáo trình, trang web internet có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu thực nghiệm: tìm hiểu quy trình tiến hành thực nghiệm đo nồng độ radon - Xử lí số liệu: Sử dụng phần mềm để xử lí, lưu trữ biểu diễn số liệu đo đạc - Phương pháp tổng hợp, phân tích: Sau xử lí số liệu, rút nhận xét, phân tích kết TỔNG QUAN Radon từ lâu quan tâm nghiên cứu công tác điều tra địa chất với ứng dụng lĩnh vực tìm kiếm khoáng sản, nước ngầm, thăm dò đứt gãy, động đất, … Trong nghiên cứu môi trường, radon chủ yếu ứng dụng để thăm dò khí phóng xạ công trình hầm mỏ, tòa nhà hay nơi làm việc, nhằm đảm bảo an toàn xạ sức khỏe cho người Thụy Điển quốc gia khảo sát radon nhà sớm Năm 1956, Hultqvist nghiên cứu thấy nồng độ radon nhà Thụy Điển mức cao Trong năm 1980, nồng độ radon cao ghi nhận nhà Séc, nhà có vật liệu xây dựng giàu Ra226 Năm 1990, đồ radon nhà toàn lãnh thổ Cộng hòa Séc đời với tỉ lệ 1:200000 Các nước châu Âu khác số nước châu Á có đồ radon môi trường nhà Ở Mĩ, quan bảo vệ môi trường EPA (US Environmental Protection Agency) xây dựng đồ rủi ro radon trực tuyến toàn quốc để người dân kiểm tra dễ dàng nồng độ radon khu vực sống hay có ý định mua nhà Liên tục năm 2005, 2006, 2007, WHO tổ chức dự án quốc tế radon, trình bày báo cáo nước công tác nghiên cứu radon không khí nhà hướng dẫn an toàn xạ radon Theo khảo sát WHO năm 2007 [56], có 75 nước thành viên WHO 45 nước khác có hoạt động nghiên cứu liên quan đến radon, đo phương pháp detector vết alpha chủ yếu Trong Hội nghị Địa chất Quốc tế lần thứ 33 tổ chức Oslo, Nauy ngày 6-14/08/2008 chủ đề khí Radon trình bày hàng loạt session thuộc nhóm Địa chất môi trường Có nhiều mẫu đồ khí radon nước Cộng hòa Séc, Ba Lan, Đức… trình bày Trong nước, có hai hướng nghiên cứu radon Hướng thứ đo radon đất phuc vụ công tác điều tra địa chất, đứt gãy, tiến hành từ lâu với nhiều nghiên cứu Hướng thứ hai điều tra địa chất đô thị cách khảo sát radon nhà trời, triển khai số tỉnh thành nước với số nghiên cứu Từ năm 1992 đến 2002, chương trình Điều tra địa chất đô thị Liên đoàn Vật lí địa chất Hội địa - Vật lí Việt Nam tiến hành, 54 đô thị nước đo nồng độ radon không khí trời nhà sử dụng buồng nhấp nháy alpha ZnS(Ag) hay sử dụng đầu đo phổ lượng loại silic có độ phân giải lượng cao đầu dò vết hạt nhân [7] Kết đo nồng độ radon nhà trời 12 đô thị đưa với tổng số 761 điểm khảo sát, nồng độ rađon không khí dao động từ 1,0 đến 37,9 Bq/m3, trừ vị trí gần dị thường phóng xạ rađon, nhà dao động từ đến 406 Bq/m3, 13 nhà có mức nồng độ Rn vượt mức giới hạn 150 Bq/m Nghiên cứu đưa kết luận nồng độ radon không khí Việt Nam nằm mức trung bình Cũng theo khảo sát này, nguyên nhân chủ yếu điều kiện nhà chật chội, nhà thấp không thông thoáng Nghiên cứu tương tự Trung tâm hạt nhân Hà Nội tiến hành với khảo sát chi tiết radon nhà trời địa bàn thủ đô Hà Nội Hay công trình đo phóng xạ tự nhiên dọc đường Hồ Chí Minh nhóm tác giả thuộc Viện công nghệ xạ hiếm, kết đo radon không khí cho thấy hầu hết gấp 50 đến 100 lần mức trung bình giới (~30 Bq/m 3) số chỗ đo trời vượt mức hành động hàm lượng khí radon nhà (~150 Bq/m3) 10 đến 20 lần [17] Hai công trình báo cáo Hội nghị Vật lí hạt nhân toàn quốc năm 2009 Một số công trình nghiên cứu khác đo radon nhà số kiểu nhà thành phố Hồ Chí Minh [1]; đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên có đo nồng độ radon loại vật liệu xây dựng tiến hành [14] Nhìn chung, việc nghiên cứu radon nhà Việt Nam bước đầu, chủ yếu cảnh báo báo chí Hiện chưa có công trình đánh giá chi tiết yếu tố ảnh hưởng đến việc xuất khí radon nhà ảnh hưởng radon sức khỏe cộng đồng CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Tìm hiểu Radon 1.1.1 Đặc điểm Radon nguyên tố phóng xạ thứ năm phát hiện, vào năm 1900 Friedrich Ernst Dorn, sau urani, thori, radi poloni Radon có kí hiệu Rn nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIII A, chu kì 6, có số thứ tự 86 thuộc nhóm khí trơ bảng tuần hoàn Radon có khối lượng riêng 9,73 kg/m tức nặng không khí khoảng lần (ở oC 1atm, không khí có khối lượng riêng 1,293 kg/m3) khí nặng nhiệt độ phòng; radon không màu, không mùi nên phát detector ghi tia phóng xạ radon phát Radon có 36 đồng vị với số khối từ 193 đến 228, với đồng vị phổ biến radon (Rn – radon 222), thoron (Tn – radon 220) actinon (An – radon 219), Rn222 đồng vị bền với thời gian sống 3,823 ngày Trong nghiên cứu địa chất môi trường, chu kì bán rã hai đồng vị Rn 219 Rn 220 ngắn nên chúng quan tâm; đồng vị Rn 222 đặc biệt quan tâm tính phóng xạ thời gian sống đủ thoát vào môi trường không khí gây nguy hiểm cho sức khỏe người Radon khí trơ nên đất đá radon không liên kết với nguyên tử vật chất chủ nó, radon thoát từ lòng đất vào môi trường không khí dễ dàng Khi tạo thành, radon sản phẩm cháu trạng thái tích điện, kết hợp với bụi khí trở thành sol khí phóng xạ Các khí phóng xạ radon chuyển động chất khí thông thường, tuân theo định luât khuếch tán chất khí Như khí phóng xạ có mặt khắp nơi Do chu kì phân rã đồng vị radon ngắn, nên lên cao nồng độ radon giảm Khi nghiên cứu hoạt độ phóng xạ nước không khí thường quan tâm đến Rn222 sản phẩm mẹ Ra226 Nồng độ radon không khí lớp khí bên gần mặt đất phụ thuộc vào hàm lượng uran lớp đất đá bên độ xốp Nồng độ radon không khí thường tính Bq/m3 hay Ci/l 1.1.2 Nguồn gốc 1.1.2.1 Cơ sở vật lí Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên phân rã tạo thành sản phẩm có khả phóng xạ, tạo thành dãy phân rã phóng xạ Trong tự nhiên tồn dãy phân rã phóng xạ:  Dãy phân rã phóng xạ urani (Urani 238 - U238): Rn222 3,82 ngày α Po210 138,4 ngày β α 5,31MeV Pb206 bền 5,49MeV Po214 164 giây Bi210 5,02 ngày β α ,69MeV β Po218 3,05 phút Bi214 19,8 phút β Pb210 22,3 năm α 6,00MeV Pb214 26,8 phút Hình 1.1: Phân rã từ radon tới chì-206 bền Hạt nhân U238, qua 14 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb206 Rn222 sản phẩm tự nhiên chuỗi phân rã U238, có thời gian sống dài nhất: 5,508 ngày, chu kì bán rã 3,825 ngày U238 phổ biến tự nhiên, mặt độ giàu đứng hàng thứ 38 số nguyên tố có mặt trái đất Nó chủ yếu có mặt đá gốc Do ta luôn có khả phát Rn 222 không khí phòng, trời khí đất Khi phân rã, radon tạo nên hạt nhân Po218, Pb214, Bi214, Po214, Pb210, Pb206 (bền vững) Rn phát tia alpha có lượng 5,49MeV; Po 218 phát hạt alpha có lượng 6,0 MeV; Po214 phát tia alpha có lượng 7,69 MeV Radon đối tượng khảo sát để tìm kiếm thăm dò quặng phóng xạ nguyên tố gây ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người  Dãy phân rã phóng xạ thori (Thori 232 – Th 232): Với Th232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững Pb208 Rn220 sản phẩm chuỗi phân rã Th232 thường gọi thoron (Tn), có thời gian sống 80,06 giây, chu kì bán rã 55,6 giây Rn220 55,6 giây α 6,29MeV Po212 0,3 giây β α 8,78MeV Pb208 bền 66% Bi212 60,6 phút 34% α 6,05MeV β Po216 0,15 giây β α 6,78MeV Pb212 10,8 Tl208 phút Hình 1.2: Phân rã từ thoron tới chì-208 bền Tn cháu phát tia alpha có mức lượng (theo thời gian) 6,29 MeV; 6,78 MeV; 6,05 8,78 MeV Trong đó, đáng ý Bi212 có khả phân rã: 66% phân rã beta, tạo nên Po212, từ phát hạt alpha có lượng 8,78 MeV Phần lại (34%) phân rã alpha, tạo nên Tl208, phát alpha có lượng 6,05 MeV Vì thoron có đời sống ngắn nên di chuyển khoảng cách xa từ nguồn giống radon trước phân rã Thỉnh thoảng bắt gặp thoron không khí thường gặp đất khí đất có phần nhỏ khí thoron tích tụ nhà Tuy nhiên với lượng nhỏ thoron mối nguy hiểm cháu bao gồm Pb212 có chu kì bán rã 10,6 dủ dài để tích lũy đến nức đáng kể không khí thở  Dãy phân rã phóng xạ actini (Urani 235 – U235): Hạt nhân U235 trải qua 11 lần phân rã phóng xạ để cuối trở thành đồng vị chì bền vững Pb207 Rn219 sản phẩm tự nhiên mắt xích chuỗi phân rã U235, có thời gian sống 5,7 giây, chu kì bán rã 3,96 giây, thường gọi actinon (An) Lượng nhân phóng xạ U235 chiếm 0,72% tổng lượng uran có tự nhiên nên có môi trường đất Có lẽ ta không gặp actinon không khí khan chu kì bán rã ngắn nó, actinon có tác dụng thực tế 1.1.2.2 Cơ sở địa chất Các nguyên tố phóng xạ phân bố khắp nơi đất, nước không khí… với hàm lượng thấp Tuy nhiên, số nơi, chúng tập trung tạo thành mỏ phóng xạ với trữ lượng lớn Đó nguồn chủ yếu sản sinh khí phóng xạ Rn Tn Khí phóng xạ phân tán môi trường trường xung quanh hai phương thức chủ yếu: lưu thông khuếch tán Hiện tượng chất khí phóng xạ radon thoát khỏi đất đá trở thành khí phóng xạ không khí gọi tượng eman hóa Hệ số eman hóa tỉ số lượng eman tách lượng eman tạo thành thể tích mẫu khoảng thời gian xác định  Quá trình di cư radon đất đá Trong đất đá, radon chuyển động chất khí thông thường tuân theo phương trình khuếch tán Độ lớn hệ số eman hóa, hệ số khuếch tán khí eman phụ thuộc vào nhiêt độ đất đá đặc trưng đất đá độ ẩm, độ xốp, Do có vận động vỏ trái đất, tỏa nhiệt phóng xạ đất đá… nên lòng đất tồn dòng không khí lưu chuyển đất đá với tốc độ chậm, từ lên mặt đất Các dòng nước ngầm, đới dập vỡ, đứt gãy,… yếu tố thuận lợi để phân tán khí phóng xạ đất đá xa nguồn cung cấp Nồng độ radon đất dao động khoảng 500 đến 2.000 Bq/m3; nơi có quặng phóng xạ đất đá giàu chất phóng xạ, giá trị cao từ 2.000 đến 10.000 Bq/m3, đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5] Hình 1.3: Quá trình di cư radon đất đá Quá trình khuếch tán eman đất đá đặc trưng hệ số khuếch tán chiều dài khuếch tán Hệ số khuếch tán chiều dài khuếch tán radon đất đá liên hệ với theo phương trình: L Dk  (1.1) Ở L chiều dài khuếch tán đo cm;  số phân rã đo 1/s; Dk hệ số khuếch tán radon đất đá Hệ số khuếch tán radon biến đổi khoảng rộng từ 7.10-2 cm2/s đến (2 ÷ 3).10-4 cm2/s Để xác định phân bố nồng độ radon đất đá ta tìm phương trình vi phân nồng độ radon Mối liên hệ thông lượng radon gradient nồng độ biểu diễn phương trình sau: J  Dk dC dz Trong đó: J thông lượng radon, (1.2) dC đạo hàm nồng độ radon dọc theo trục Oz dz hướng theo phương thẳng đứng Để đơn giản, ta giả thiết gradient nồng độ C dọc theo trục z hướng lên trên, trạng thái di chuyển radon trạng thái dừng, tức đạo hàm nồng độ radon theo thời gian không dC = Phương trình vi phân bậc hai nồng độ C radon có dạng sau: dt Dk d 2C  C  P  dz2 (1.3) Trong đó: P lượng eman tách đơn vị đất đá điểm đo z Giả sử dịch chuyển khuếch tán eman hướng tới bề mặt qua lớp đất không phóng xạ Khi P = 0, phương trình (1.3) trở thành: d 2C   C0 dz2 D k (1.4) Nghiệm phương trình (1.4) có dạng: C  C1e  bz  C2 e bz (1.5) Trong C1 C2 số phụ thuộc vào điều kiện biên Giả thiết nguồn, nơi chứa nguyên tố phóng xạ, nồng độ eman Co Khi nghiệm (1.5) có dạng sau: C  Co e bz (1.6) Thay C từ công thức (1.6) vào phương trình vi phân (1.4) ta thu hệ số b2   Dk Nồng độ eman C hay lượng eman đơn vị thể tích biểu diễn công thức sau:  C  Co e  z Dk (1.7) Như vậy, xa nguồn nồng độ eman giảm theo hàm số mũ Càng xa nguồn, nơi sinh chất khí radon, nồng độ khí radon giảm nhanh Xét trường hợp thực tế: nguồn cách mặt đất khoảng z, có nồng độ Co, nồng độ radon mặt đất tính theo công thức (1.7) C(h) h C mặt đất Co nguồn phát radon z Hình 1.4: Mô hình tính phân bố nồng độ khí phóng xạ Như theo công thức (1.7) nồng độ radon mặt đất phụ thuộc vào nồng độ eman lớp đất đá bên phụ thuộc vào hàm lượng nguyên tố phóng xạ lớp đất Ngoài ra, theo công thức (1.7) nồng độ eman mặt đất phụ thuộc vào loại đất đá Lớp đất đá xốp, đặc biệt nơi có độ rỗng cao tổ mối, độ ẩm nhỏ, hệ số khuếch tán lớn, nồng độ radon C mặt đất có giá trị tăng  Quá trình di cư radon không khí Nguồn cung cấp khí phóng xạ không khí chủ yếu khí phóng xạ đất đá đưa vào đường khuếch tán đối lưu Trong không khí, phân tán khí phóng xạ phụ thuộc vào tốc độ hướng gió Nồng độ khí phóng xạ thấp nhiều so với đất đá, trung bình từ 10 đến 50 Bq/m [5] Tuy nhiên, khu vực có nguồn phóng xạ, có nguồn cung cấp thân quặng phóng xạ phía dưới, nồng độ khí phóng xạ không khí cao nơi khác, đến hàng trăm Bq/m3 Theo mô trên, ta tính nồng độ khí phóng xạ không khí mặt đất theo (1.7), độ cao h cách mặt đất theo công thức: C(h)  C.e   h A (1.8) Trong A hệ số khuấy động khí mặt đất, thường lấy giá trị 103 cm2/s; h = 30 ÷ 50 m A = 104 ÷ 105 cm2/s Bằng lí thuyết thực nghiệm xác định nồng độ radon không khí sát mặt đất nhỏ hàng nghìn lần so với môi trường đất đá Khi gió nồng độ radon khí giảm chậm theo độ cao, nồng độ thoron giảm nhanh triệt tiêu hoàn toàn khoảng cách không 10 cm cách mặt đất  Quá trình di cư radon nước Qua hàng loạt thử nghiệm nhà khoa học đến kết luận có khí phóng xạ radon nước Trong nước, nồng độ khí phóng xạ hòa tan phụ thuộc vào nguồn phóng xạ đất đá (môi trường nước chảy qua) phụ thuộc vào dạng tồn (nước ngầm hay mặt) Nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến hòa tan khí phóng xạ nước Bình thường, nồng độ radon nước dao động mạnh, từ 50 đến 1000 Bq/m (đối với nước mặt); khu vực có nguồn phóng xạ nước nóng, từ 1000 đến 4000 Bq/m3, đặc biệt đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5] Các bể trữ nước bề mặt bị nhiễm phóng xạ radon, nước nhiễm phóng xạ thường bắt nguồn từ giếng sâu có mạch nước ngầm bị nhiễm Radon Thông thường, độ nhiễm xạ nước thấp nhiều độ nhiễm xạ khí Tuy nhiên, trình sử dụng nước bị nhiễm phóng xạ radon sinh hoạt có nhiều khả làm tăng mức độ nhiễm xạ không khí gia đình EPA ước tính khoảng ÷ 5% phóng xạ radon không khí phát sinh từ trình sử dụng nước hộ gia đình Giới hạn nhiễm xạ cho phép nước theo EPA 300 pCi/l [33] Như vậy, việc xác định nồng độ khí phóng xạ môi trường nói đem lại thông tin quan trọng công tác tìm kiếm mỏ quặng phóng xạ, khảo sát địa chất, đánh giá môi trường 1.1.3 Radon với sức khỏe người Hàng năm trung bình người nhận liều xạ từ nguồn phóng xạ tự nhiên khoảng mSv Theo nghiên cứu Ủy ban quốc tế an toàn xạ ICRP (International Commission on Radiological Protection) mức liều gây 80 trường hợp tử vong ung thư số 1.000.000 người Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc ảnh hưởng xạ nguyên tử UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) năm 2000 thống kê cho thấy đóng góp radon vào liều chiếu xạ cho người gây xạ tự nhiên lên tới 50% [16] Chính radon xem nguồn phóng xạ tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Hình 1.5: Đóng góp thành phần phóng xạ có tự nhiên vào liều chiếu xạ người Mức tử vong gây xạ tăng tỷ lệ với mức liều chiếu xạ Mặc dù radon đóng góp tới 50% vào liều chiếu xạ người, song có biện pháp phòng chống thích hợp giảm đáng kể lượng liều chiếu 1.1.3.1 Radon nhà Đóng góp lớn vào liều chiếu radon nồng độ radon nhà (chiếm tới 95%) Trong nồng độ radon nhà lại phụ thuộc nhiều vào kiểu nhà, vật liệu xây dựng, cầu trúc móng, Có thể có khả nồng độ radon cao nhà nhà bên cạnh lại có nồng độ radon thấp Trong không khí trời, nồng độ radon thấp Tuy nhiên, nhà nồng độ radon cao hiệu ứng bẫy radon Các mức radon thường hay thay đổi, tuỳ thuộc vào dòng khí qua nhà Có số nơi mà mức radon cao: số hang, động, chẳng hạn, mỏ uranium lòng đất thông khí Hình 1.6: Radon vào nhà nhiều đường 1.1.3.2 Nguy mắc bệnh ung thư phổi Tuy radon tìm năm 1900 ảnh hưởng phơi nhiễm kéo dài bị nghi ngờ ghi nhận trước 300 năm thợ mỏ có nguy mắc bệnh ung thư phổi cao, mỏ urani Người ta nhận thấy khoảng thời gian từ 1869 – 1877, 75% chết người thợ mỏ Schneeberg – Đức bệnh ung thư phổi [41] Năm 1951, nhà nghiên cứu Đại học Rochester New York bệnh ung thư phổi gây từ xạ alpha sản phẩm phân rã radon có đường hô hấp [22] Dựa chứng đó, hệ số rủi ro ước tính, chúng cho mối liên hệ nguy phát triển ung thư phổi với nồng độ radon không khí Trong số rủi ro nhà radon ước tính gây khoảng 21.000 chết ung thư phổi năm toàn nước Mĩ, nhiều tất rủi ro khác gây cho người Nghiên cứu Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ EPA thực năm 2003 Điều cho thấy mối nguy hiểm từ radon nhà lớn [27] Hình 1.7: Đánh giá rủi ro từ radon nhà Mĩ với rủi ro khác Trong không khí, radon thoron dạng nguyên tử tự do, sau thoát từ vật liệu xây dựng, đất đá khoáng vật khác, chúng phân rã phóng xạ thành chuỗi đồng vị phóng xạ cháu mà nguy hiểm polonium-218 Polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho vài chu trình thở hệ thống hô hấp người Polonium-218 bay hạt bụi có kích thước cỡ nanomét micromét tạo thành hạt sol khí phóng xạ Các sol khí phóng xạ có kích thước cỡ vài chục micromét nên hít vào qua đường thở, tai hại chúng kim loại có xu hướng bám vào bề mặt vật liệu mà chúng tiếp xúc nên bị lưu giữ phế nang phân rã phát alpha Các hạt alpha từ radon hay polonium có lượng cao, độ ion hóa mạnh bắn phá nhân tế bào phế nang, gây sai hỏng nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến chế phân chia tế bào Một phần lượng phân rã hạt nhân truyền cho hạt nhân phân rã, làm hạt nhân bị giật lùi Năng lượng giật lùi hạt nhân đủ để phá vỡ phân tử protein tế bào phế nang Mặt khác polonium phân rã alpha với chu kì bán huỷ 3,05 phút, đủ cho vài chu trình thở hệ thống hô hấp người Vì chúng hút qua thể tích phổi lớn nên số lượng tế bào phế nang bị bắn phá lớn dẫn đến xác suất gây ung thư cao Hình 1.8: Nguy mắc ung thư phổi hít phải khí radon Như vậy, việc xác định hàm lượng sol khí phóng xạ gây radon (tức xác định radon) có ý nghĩa quan trọng với mục đích giám sát, cảnh báo nguy ung thư phổi đời sống cộng đồng, khu hầm mỏ, nhà đặc biệt phòng ngủ, phòng làm việc Từ bệnh ung thư bắt đầu xuất phóng xạ, phát triển tới mức quan sát biểu lâm sàng, phải khoảng thời gian trễ nhiều năm Nguy ung thư phổi phát triển chiếu xạ radon tùy thuộc vào lượng khí radon mà hít phải Càng có nhiều radon không khí, nguy lớn Tương tự, khoảng thời gian hít thở không khí chứa radon dài nguy lớn Khi điều tra địa vật lí môi trường, nồng độ radon không khí thường quan tâm Ngoài ra, có số chứng khoa học cho thấy hút thuốc làm tăng độ nguy hiểm chiếu xạ radon Báo cáo Viện Khoa học Quốc gia Mĩ - NAS (The National Academy of Sciences) cho thấy, khí radon nhà nguyên nhân chủ yếu thứ hai gây ung thư phổi Mĩ, sau hút thuốc [34] Ngừng hút thuốc giảm hút thuốc nhà làm giảm nguy cho thành viên gia đình mắc bệnh ung thư phổi hít thở radon Trong trường hợp nào, hút thuốc nguyên nhân chủ yếu gây ung thư phổi, nên có lo lắng chút nguy hiểm radon, định ta phải lo lắng nguy hiểm hút thuốc Bảng 1.1: Nguy tử vong ung thư phổi liên quan đến radon nhà [27] Liều chiếu Radon (pCi/l) Nhóm người không hút thuốc Nhóm người hút thuốc thường xuyên Trung bình 20 36 / 1.000 260 / 1.000 110 / 1.000 10 18 / 1.000 150 / 1.000 56 / 1.000 15 / 1.000 120 / 1.000 45 / 1.000 73 / 10.000 62 / 1.000 23 / 1.000 37 / 10.000 32 / 1.000 12 / 1.000 1.25 23 / 10.000 20 / 1.000 73 / 10.000 0.4 73 / 100.000 64 / 10.000 23 / 10.000 1.1.4 Biện pháp kiểm soát, cảnh báo giảm thiểu nồng độ radon Để xác định mức radon, cần phải đo đạc radon thiết bị chuyên dụng Những sách radon cần xem xét kĩ lưỡng, đặc biệt phận dân cư với nồng độ thấp, điều quan trọng áp dụng biện pháp để ngăn ngừa nguy không hành động nhận thấy nồng độ radon cao Những nơi cần phải kiểm soát để cảnh báo mức radon nhà ở, nhà nghỉ, khách sạn hay văn phòng làm việc nơi khai thác quặng có yếu tố phóng xạ Phần lớn radon nhà có nồng độ radon cao phát từ nhà Radon khuếch tán khỏi mặt đất vào nhà Do radon khí nên thay đổi áp suất ảnh hưởng lớn đến lượng khí thoát từ mặt đất lượng bị tích lũy bên nhà Ở bên nhà, radon khó dễ dàng thoát nhà kín khí Như vậy, phòng ngủ hay phòng làm việc gắn điều hoà nhiệt độ mà không thông gió có nguy ô nhiễm radon lớn Khả bị phơi nhiễm radon tuỳ thuộc thời gian có mặt không gian sinh hoạt, làm việc nghỉ ngơi Một phương pháp đơn giản để giảm mức radon nhà tăng cường thông gió cho không gian nhà nơi mà radon tích tụ Điều dễ thực cách mở rộng ô thông gió tường, giúp chuyển dịch không khí tự nhiên dễ dàng (trong trường hợp tường chịu lực, điều nên thực tuân theo quy phạm xây dựng thích hợp) Nếu làm việc vùng khoáng sản giàu phóng xạ tự nhiên, cần phải tính đến thời gian làm việc hợp lí Đặc biệt, hàm lượng radon phụ thuộc lớn vào vật liệu Những vật liệu xây dựng có nguồn gốc granite cho hàm lượng radon cao nhất, vật liệu gốm sét, gạch xỉ than vật liệu chứa nhiều radon Các khoáng sản có nguồn gốc trầm tích ilmenhite, rutile, zircon, monazite giàu phóng xạ nguồn phát radon Các bệnh viện có sử dụng kim Ra226 gây rò rỉ hay khuếch tán radon vào không khí Dựa nghiên cứu giới, nhà có mức nồng độ radon vượt mức giới hạn loại có kiểu kiến trúc không thông thoáng, xây dựng đá granit, nhà xây dựng địa chất có cường độ phóng xạ cao như: đá magma, dị thường sa khoáng ven biển (ilmenit, titan ), đứt gãy địa chất, vật liệu xây dựng nhà gạch, ngói đốt loại than có hoạt độ phóng xạ cao Để giảm thiểu hàm lượng radon không gian sinh sống làm việc cần phải sử dụng loại vật liệu xây dựng radon, cải thiện hệ thống thông thoáng, sơn sàn tường nhà, bít kín khe hở sàn nhà khe nứt tường giúp ngừng việc giải phóng khí radon, lắp đặt hệ thống thu góp radon (ví dụ: màng chống khí đất giảm 50% lượng radon tốn khoảng 100 bảng Anh), Bảng 1.2: Chi phí hiệu số biện pháp làm giảm mức radon nhà [35] Phương pháp Giá Hiệu trung bình cao trung bình / thấp tùy Niêm phong sàn trung bình trung bình Tăng thông gió nhà trung bình thấp cao cao trung bình cao Giảm áp suất sàn Thông gió sàn Đào bỏ tầng đất Xử lí nước Tuy nhiên, số trường hợp, cần phải sử dụng thông gió cưỡng Những nhà xây dựng sàn bê tông đòi hỏi biện pháp cải tạo phức tạp Mỗi nhà có khác biệt, nhu cầu cải tạo biện pháp thực cải tạo phải xác định riêng biệt Cách tốt bảo vệ sức khoẻ là tiến hành đo nồng độ radon gia đình Mở cừa thường xuyên giúp hạn chế xạ nhà Khi mua nhà mới, nên kiểm tra khí radon trước chuyển tới 1.1.5 Các yêu cầu an toàn xạ Radon 1.1.5.1 Đơn vị đo Đơn vị đo thường dùng nồng độ radon Becquerel/mét khối (Bq/m3), Mĩ hay dùng đơn vị pico-Curie/lit (pCi/l) Hệ số chuyển đổi: pCi/l = 37 Bq/m3 [...]... quặng có yếu tố phóng xạ Phần lớn radon trong một ngôi nhà có nồng độ radon cao đều phát ra từ nền nhà Radon khu ch tán ra khỏi mặt đất và vào trong nhà Do radon là khí nên sự thay đổi áp suất sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lượng khí thoát ra từ mặt đất và lượng bị tích lũy bên trong căn nhà Ở bên trong căn nhà, radon khó có thể dễ dàng thoát ra ngoài nhất là những ngôi nhà kín khí Như vậy, phòng ngủ hay phòng... (chiếm tới 95%) Trong khi đó nồng độ radon trong nhà ở lại phụ thuộc rất nhiều vào kiểu nhà, vật liệu xây dựng, cầu trúc nền móng, Có thể có khả năng là nồng độ radon rất cao ở một căn nhà nào đó trong khi căn nhà ngay bên cạnh lại có nồng độ radon thấp Trong không khí ngoài trời, nồng độ radon thấp Tuy nhiên, ở trong nhà thì nồng độ radon có thể cao hơn do hiệu ứng bẫy radon Các mức radon thường rất... phóng xạ trong không khí gọi là hiện tượng eman hóa Hệ số eman hóa là tỉ số giữa lượng eman được tách ra ngoài và lượng eman được tạo thành trong một thể tích mẫu trong cùng một khoảng thời gian xác định  Quá trình di cư của radon trong đất đá Trong đất đá, radon chuyển động như một chất khí thông thường và tuân theo phương trình khu ch tán Độ lớn của hệ số eman hóa, hệ số khu ch tán của khí eman... hệ thống thu góp radon (ví dụ: màng chống khí trong nền đất có thể giảm 50% lượng radon và chỉ tốn khoảng 100 bảng Anh), Bảng 1.2: Chi phí và hiệu quả một số biện pháp làm giảm mức radon trong nhà [35] Phương pháp Giá Hiệu quả trung bình cao trung bình / thấp còn tùy Niêm phong sàn trung bình trung bình Tăng thông gió trong nhà trung bình thấp cao cao trung bình cao Giảm áp suất dưới sàn Thông gió... nồng độ radon trong không khí Trong số các rủi ro trong nhà thì radon được ước tính đã gây ra khoảng 21.000 cái chết do ung thư phổi mỗi năm trên toàn nước Mĩ, nhiều hơn tất cả các rủi ro khác gây ra cho con người Nghiên cứu này được Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ EPA thực hiện năm 2003 Điều đó cho thấy mối nguy hiểm từ radon trong nhà là rất lớn [27] Hình 1.7: Đánh giá rủi ro từ radon trong nhà ở Mĩ... khi hít phải khí radon Như vậy, việc xác định hàm lượng sol khí phóng xạ gây ra bởi radon (tức là xác định radon) có ý nghĩa rất quan trọng với mục đích giám sát, cảnh báo nguy cơ ung thư phổi trong đời sống cộng đồng, trong các khu hầm mỏ, trong nhà ở và đặc biệt trong phòng ngủ, phòng làm việc Từ khi bệnh ung thư bắt đầu xuất hiện do phóng xạ, cho đến khi nó phát triển tới mức có thể quan sát được các... lâm sàng, phải mất một khoảng thời gian trễ nhiều năm Nguy cơ ung thư phổi phát triển do sự chiếu xạ của radon tùy thuộc vào lượng khí radon mà chúng ta hít phải Càng có nhiều radon trong không khí, nguy cơ càng lớn Tương tự, khoảng thời gian chúng ta hít thở trong không khí chứa radon đó càng dài thì nguy cơ càng lớn Khi điều tra địa vật lí môi trường, nồng độ radon trong không khí thường được quan... Bq/m3, đôi khi đến hàng trăm nghìn Bq/m3 [5] Hình 1.3: Quá trình di cư của radon trong đất đá Quá trình khu ch tán của eman trong đất đá được đặc trưng bằng hệ số khu ch tán và chiều dài khu ch tán Hệ số khu ch tán và chiều dài khu ch tán của radon trong đất đá liên hệ với nhau theo phương trình: L Dk  (1.1) Ở đây L là chiều dài khu ch tán đo bằng cm;  là hằng số phân rã đo bằng 1/s; Dk là hệ số khu ch... hiệu ứng bẫy radon Các mức radon thường rất hay thay đổi, tuỳ thuộc vào dòng khí qua nhà Có một số nơi mà ở đó các mức radon có thể rất cao: trong một số hang, động, chẳng hạn, hoặc trong một mỏ uranium dưới lòng đất được thông khí kém Hình 1.6: Radon vào trong nhà bằng nhiều con đường 1.1.3.2 Nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi Tuy radon được tìm ra năm 1900 nhưng những ảnh hưởng của nó do phơi nhiễm kéo... không có gió thì nồng độ radon trong khí quyển giảm chậm theo độ cao, còn nồng độ thoron giảm rất nhanh và triệt tiêu hoàn toàn ở khoảng cách không quá 10 cm cách mặt đất  Quá trình di cư của radon trong nước Qua hàng loạt cuộc thử nghiệm các nhà khoa học đã đi đến kết luận có khí phóng xạ radon trong nước Trong nước, nồng độ khí phóng xạ hòa tan phụ thuộc vào nguồn phóng xạ trong đất đá (môi trường