Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp nhấp nháy lỏng được áp dụng rộng rãi để định tính và định lượng trong khoa học đời sống nói chung và nghiên cứu môi trường nói riêng. Đồng vị phóng xạ 3H và 14C trong môi trường thường có nồng độ rất thấp, vì vậy nhấp nháy lỏng là một trong những phương pháp tối ưu có thể áp dụng đo nồng độ của hai đồng vị này. Phương pháp nhấp nháy lỏng ghi đo bức xạ dựa vào tính chất đặc trưng của các chất nhấp nháy, chúng có khả năng tiếp nhận năng lượng bức xạ từ mẫu môi trường và phát ra photon, sau đó photon sinh ra có thể được ghi nhận thông qua ống nhân quang (Photomultiplier Tube, hay PMT). Do đó, chúng ta có thể xác định được nồng độ của 3H và 14C trong các đối tượng mẫu môi trường khác nhau.
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH 10 MỞ ĐẦU 11 Phần I Tổng quan 13 Nguồn gốc, hàm lượng H 14 C 13 1.1 Nguồn gốc hàm lượng H tự nhiên 13 1.1.1 Nguồn gốc 13 1.1.2 Hàm lượng H môi trường nước ngầm 13 14 1.2 Nguồn gốc hàm lượng C tự nhiên 15 1.2.1 Nguồn gốc 15 1.2.2 Hàm lượng 14 C thành phần môi trường 16 14 1.2.3 Hàm lượng C rượu làm từ gạo 18 Phương pháp nhấp nháy rắn nhấp nháy lỏng 18 Dung mơi chất hòa tan 21 Cơ chế sinh β phổ β 23 Các trình diễn bên dung dịch nhấp nháy 24 5.1 Sự kích thích phân tử dung mơi 26 5.2 Sự truyền lượng phân tử dung môi 26 5.3 Sự truyền lượng từ dung mơi sang chất hòa tan 27 5.4 Sự truyền lượng chất hòa tan chất hòa tan 28 5.5 Sự phát quang chất hòa tan 28 Cơ chế hình thành xung đầu lọc nhiễu ống PMT 29 6.1 Ống PMT trình hình thành xung đầu 29 6.2 Cơ chế lọc nhiễu cộng xung 31 Hiệu ứng dập tắt LSC 32 7.1 Hiệu ứng dập tắt ảnh hưởng 32 7.2 Các dạng hiệu ứng dập tắt chế 35 Phông LSC 37 8.1 Phơng phóng xạ 37 8.2 Phông trùng phùng 38 8.3 Phông ghi chéo 38 14 Các phương pháp đo đạc H C sử dụng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt 38 9.1 Phương pháp tỷ số kênh số (SCCR) 39 9.2 Phương pháp tỷ số kênh dựa vào chuẩn ngoại (ESCR) 41 Phần II Thực nghiệm 45 Hệ máy ALOKA LSC 6100 Hoạt động hệ máy 45 Các thực nghiệm 47 2.1 Xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H 14 C .47 2.2 Pha loãng mẫu H nồng độ khác để kiểm nghiệm ảnh hưởng nồng độ tới độ xác kết đo H theo hai phương pháp ESCR SCCR 48 2.3 Đo hai mẫu H biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc đo đạc H hệ máy ALOKA LSC 6100 49 14 2.4 Pha loãng mẫu C nồng độ khác để kiểm nghiệm ảnh hưởng 14 nồng độ tới độ xác kết đo C theo hai phương pháp ESCR SCCR 49 2.5 Đo hai mẫu đạc 14 C biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc đo 14 C hệ máy ALOKA LSC 6100 50 2.6 Đo nồng độ H mẫu nước ngầm 50 2.6.1 Mẫu nước ngầm làm giàu 51 2.6.2 Chuẩn bị mẫu đo đạc 52 2.7 Đo nồng độ 14 C mẫu rượu Nếp 53 Phần III Kết xử lý số liệu thảo luận 54 Kết xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H 14 C 54 1.1 Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H 54 1.2 Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho 14 C 56 Kết đo đạc mẫu H pha loãng với nồng độ khác để kiểm nghiệm ảnh hưởng nồng độ tới độ xác kết đo H theo hai phương pháp ESCR SCCR 58 3 Kết đo hai mẫu H biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc đo đạc H hệ máy ALOKA LSC 6100 61 14 Kết đo đạc mẫu C pha loãng với nồng độ khác để kiểm 14 nghiệm ảnh hưởng nồng độ tới độ xác kết đo C theo hai phương pháp ESCR SCCR 63 Kết đo hai mẫu đo đạc 14 C biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho việc 14 C hệ máy ALOKA LSC 6100 66 Kết đo nồng độ H mẫu nước ngầm 67 14 Kết đo nồng độ C mẫu rượu Nếp 69 KẾT LUẬN 72 Tài liệu tham khảo 75 MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu môi trường, mẫu cần phân tích thường chứa thành phần khác Cụ thể hơn, mẫu mơi trường nước nói riêng chất lỏng nói chung ln tồn đồng vị phóng xạ với hoạt độ thấp Những đồng vị phát phóng xạ ß lượng 14 thấp mà nên quan tâm H C, việc xác định nồng độ (theo đơn vị Bq/ml) hai đồng vị môi trường chất lỏng ứng dụng cho lĩnh vực an toàn sử dụng đồng vị phóng xạ y tế, nghiên cứu môi trường, khảo cổ hay nghiên cứu địa chất Khóa luận trình bày q trình xác định nồng độ H 14 mẫu nước ngầm C mẫu rượu Nếp phương pháp nhấp nháy lỏng (Liquid scintillation counting, hay LSC) Phương pháp nhấp nháy lỏng áp dụng rộng rãi để định tính định lượng khoa học đời sống nói chung nghiên cứu mơi trường nói riêng Đồng vị phóng 14 xạ H C mơi trường thường có nồng độ thấp, nhấp nháy lỏng phương pháp tối ưu áp dụng đo nồng độ hai đồng vị Phương pháp nhấp nháy lỏng ghi đo xạ dựa vào tính chất đặc trưng chất nhấp nháy, chúng có khả tiếp nhận lượng xạ từ mẫu mơi trường phát photon, sau photon sinh ghi nhận thơng qua ống nhân quang (Photomultiplier Tube, hay PMT) Do đó, xác định nồng độ H 14 C đối tượng mẫu môi trường khác Ưu điểm kỹ thuật hiệu suất ghi cao thường sử dụng để xác 14 định nồng độ đồng vị phát ß tự nhiên, H C Tuy nhiên, “hiệu ứng dập tắt” quan tâm đặc biệt kỹ thuật ảnh hưởng tới hiệu suất ghi nhận tín hiệu xung kết phân tích Vì vậy, khóa luận đo đạc chuẩn 14 dập tắt H C để xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt, làm sở để xác định mối quan hệ mức độ dập tắt hiệu suất ghi nhận tín hiệu, từ xác định nồng độ hai đồng vị phóng xạ cần quan tâm có mẫu chất lỏng Việc xác định nồng độ đồng vị phóng xạ quan tâm dựa vào phương pháp ESCR SCCR Về chất, khác với phương pháp ESCR, phương pháp SCCR cho kết xác nồng độ đồng vị cần xác định tương đối cao Do đó, 11 14 thực nghiệm tiến hành đo mẫu H C có nồng độ khác để tìm ngưỡng giới hạn nồng độ mà phương pháp SCCR trở nên thiếu xác so với phương pháp ESCR với việc đo H 14 C Từ đó, lựa chọn phương pháp phù hợp cho việc xác định nồng độ H mẫu nước ngầm mẫu rượu Nếp 14 C 12 Phần I Tổng quan Nguồn gốc, hàm lượng H 14 C 1.1 Nguồn gốc hàm lượng H tự nhiên 1.1.1 Nguồn gốc 3 H (hay Tritium) đồng vị phóng xạ tự nhiên Hydro H sinh tự nhiên tầng khí (phần tầng đối lưu phần tầng bình lưu) neutron nhanh (được sản sinh phản ứng từ tia vũ trụ sơ cấp) tương tác với nitơ: 14 N+n→ H+ 14 12 C N + n → He + H H đồng vị phát β túy với thời gian bán rã 12,32 năm, tia β phát có lượng cực đại 18 keV lượng trung bình 5,7 keV H phân rã theo sơ đồ sau để tạo thành He phát β với phản neutrino 3 H → He + β + H sinh từ vụ thử vũ khí hạt nhân lò phản ứng hạt nhân thương mại Nguồn H từ hoạt động người bao gồm phóng xạ từ vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân, lò phản ứng hạt nhân, q trình tái sinh nhiên liệu lò phản ứng, sở sản xuất nước nặng sản phẩm thương mại dùng H để chẩn đoán y tế, dược phẩm phóng xạ… 3 Trong nghiên cứu đo đạc H, nồng độ H thường đo theo đơn vị TU (Tritium Unit) Trong đó, TU khoảng 0,119 Bq/L, hay Bq/L = 8,47 TU 1.1.2 Hàm lượng H môi trường nước ngầm 3 Dạng thường gặp H tự nhiên nước HHO (hay gọi HTO), H phóng xạ ngun tử hydro bình thường có tương tác tương tự với oxy để tạo thành nước H thay nguyên tử hydro ổn định phân tử nước, để tạo thành HTO, không màu khơng mùi HTO sau tham gia vào chu trình nước tự nhiên Trái Đất H xem đồng vị phóng xạ quan trọng việc nghiên cứu hồ, đại 13 dương nước ngầm Trước có lượng H cực lớn phát tán vào khí từ hoạt động thử nghiệm vũ khí hạt nhân người, nhà khoa học đo đạc ước tính phơng tự nhiên H trước vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân vào khoảng TU trung tâm Châu Âu (S Kaufman & W F Libby, 1954; H Craig & D Lal, 1961; D Lal & B Peters, 1962; W Roether, 1967) Trong năm đầu thập niên 60, ảnh hưởng từ vũ thử vũ khí hạt nhân đạt tới đỉnh điểm, nồng độ H cao nước mưa đo Ottawa vào khoảng 5000 TU (600 Bq/L) vào năm 1963 (R D Mutch Jr & J D Mahony, 2008) Do vụ thử vũ khí chủ yếu bán cầu Bắc, nên tới tận ngày nay, có bất đối xứng phân bố H hai bán cầu Phông H nước mưa tự nhiên Bắc bán cầu sau kết thúc chiến tranh lạnh nằm khoảng vài trăm tới vài ngàn TU (G T Cook, Ch J Passo, & B Carter, 1995)., tùy thuộc vào địa điểm Bắc bán cầu thường gia tăng theo vĩ độ Phông tự nhiên H nước ngầm phụ thuộc vào độ sâu nơi nước ngầm lấy mẫu, tritium đưa vào khí thời đại cao so với thời xưa Mức H toàn cầu tạo thành HTO bắt đầu gia tăng từ năm 1950 đạt đỉnh vào năm 1963 hậu từ vũ thử nghiệm hạt nhân Hình Sự thâm nhập H nước mưa vào nước ngầm 3 Vì nồng độ H nước ngầm thường liên quan trực tiếp tới nồng độ H nước mưa, nên nồng độ H nước ngầm thường có giá trị cao độ sâu tương ứng với thời điểm năm 1963 Ví dụ nghiên cứu K.Miyamoto, 14 K.-I Kimura, & S Hongo (1995) nồng độ H thời kì chiến tranh Lạnh cho thấy, Nhật Bản, nồng độ H cao nước mưa 847 TU (100 Bq/L) vào năm 1963 tương ứng với nó, nồng độ H cao nước ngầm 508 TU (60 Bq/L) vào năm 1964 Một nghiên cứu khác, thực R Lin & K Wei (2006) cho thấy Trung Quốc, nồng độ H mẫu nước ngầm lấy từ năm 1968 có giá trị cao nhất, vào khoảng 560 TU (66 Bq/L) độ sâu 6-7 m, cho thấy dấu hiệu phóng xạ từ vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân thời chiến tranh lạnh Nhìn chung, nồng độ H nước ngầm sau chiến tranh lạnh kết thúc thường nằm khoảng từ 20 vài trăm TU (G T Cook, Ch J Passo, & B Carter, 1995) Theo khuyến cáo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vào năm 2011, mức an toàn H nước uống không vượt ngưỡng 10000 Bq/L 1.2 Nguồn gốc hàm lượng 14 C tự nhiên 1.2.1 Nguồn gốc 14 Carbon 14 ( C) đồng vị phóng xạ carbon có mặt với lượng cực 14 nhỏ khí C tạo thành tự nhiên thông qua phản ứng hạt nhân sau: 14 N+n→ 14 C+p Neutron nhiệt tương tác (với lượng nằm khoảng từ 0,4 tới 1,6 MeV) sản sinh phản ứng tia vũ trụ sơ cấp phân tử khí thành 14 C sau tạo thành tương tác với oxy khí để hình 14 CO2, hòa trộn vào với phân tử CO không chứa 2- 14 C khí 2- Thơng qua trao đổi với đại dương (hòa tan thành dạng HCO CO3 chủ yếu), hầu hết phân tử đại dương 14 CO2 vào đại dương thể sinh vật sống 14 CO2 đồng thời vào loại thực vật cạn q trình quang hợp, tồn sinh vật sống, thực vật lẫn động vật, có 14 C 14 thể Sự hình thành phân bố C tự nhiên diễn thông qua chuỗi tiến trình hóa học sinh học cố định suốt chiều dài lịch sử địa chất Trái Đất Do đó, hoạt độ riêng carbon khí vật chất hữu đạt tới mức cân giữ ổn định chu trình carbon 14 C phân rã thơng qua phương trình: 15 14 C→ 14 C phân rã thành N + ß− 14 (100%) Chu kỳ bán rã năm 14 N, đồng thời phát β có lượng cực đại 156 keV 14 C 5730 ± 40 năm Theo UNSCEAR (2008), hoạt độ 14 C sinh tự nhiên vào khoảng 1,40 x 10 14 C khí vào khoảng 140 x 10 15 15 Bq, mức cân Bq (theo UNSCEAR, 2008) 14 C sinh từ nguồn nhân tạo Trong vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân, neutron phát tương tác với nitơ khí quyển, tương tự tia 14 vũ trụ tương tác để tạo thành C Theo UNSCEAR (2008), vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân trước năm 1972 giải phóng khoảng 3,5 x 10 17 Bq 14 C, từ sau năm 1972 tăng 14 thêm khoảng 1% số Tỷ lệ C sinh từ lò phản ứng phụ thuộc vào phổ thông lượng neutron, tiết diện chất làm bia uranium, plotunium, nitơ, hay ôxy 1.2.2 Hàm lượng 14 C thành phần môi trường Trong môi trường khô, hoạt độ riêng 14 C thành phần môi trường 14 cân với hoạt độ riêng CO2 môi trường Hoạt độ riêng C thành phần sinh học môi trường cạn đạt tới giá trị tối đa (khoảng 400 Bq/kg carbon) (theo Roussel-Debet & Claval, 2010) năm thập niên 1960, tác động từ vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân Hình Hoạt độ 14 C (Bq/kg carbon) môi trường cạn 16 14 Hoạt độ riêng C từ sau thập niên 60 giảm xuống (khoảng 0,5% năm) vụ thử vũ khí hạt nhân xảy gia tăng liên tục CO khơng chứa 14 C từ nhiên liệu hóa thạch (dầu, than, khí gas) Ngày nay, hoạt độ riêng 14 C thành tố sinh học cạn vào khoảng 248 Bq/kg carbon (năm 2009), gần với giá trị năm 1950 (226 Bq/kg carbon), thời điểm trước vụ thử nghiệm hạt nhân diễn (theo Roussel-Debet & Claval, 2010) 2- Trong đất môi trường cạn, carbon tồn dạng CO 2, CO3 , - 2+ HCO3 , phụ thuộc vào độ pH lượng ion Ca Carbon thâm nhập vào thực vật cạn thông qua hai đường hấp thụ ion có chứa carbon rễ 2- trình quang hợp Sự hấp thụ ion CO rễ chiếm khoảng 5% tổng carbon hấp thụ Do vậy, hầu hết carbon hấp thụ vào thơng qua q trình quang hợp Với động vật cạn, khoảng 99% carbon đưa vào thể thơng qua q trình tiêu hóa thực vật Carbon từ việc thở hay từ nước uống chiếm lượng không đáng kể Dựa vào hoạt độ riêng % carbon mơi trường (khơng khí, 14 cối, động vật sản phẩm thức ăn), hoạt độ C số loại thực phẩm ước chừng hình (theo P Renaud, 2010) Sản phẩm chứa nhiều carbon (đường, dầu, lúa mạch…), hoạt độ 14 C cao Theo khuyến cáo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vào năm 2011, mức an toàn vượt ngưỡng 100 Bq/L Hình Hàm lượng 14 C nước uống không 14 C kg khối lượng loại thực phẩm thông dụng 17 14 Kết đo đạc mẫu C pha loãng với nồng độ khác để kiểm 14 nghiệm ảnh hưởng nồng độ tới độ xác kết đo C theo hai phương pháp ESCR SCCR 14 Để đánh giá ảnh hưởng nồng độ C tới độ xác kết đo phương pháp SCCR mà đề cập tới phần I mục 9.2, thực nghiệm tiến hành 14 pha lỗng mẫu dung dịch C có nồng độ 1038 Bq/ml thành 13 mẫu có nồng độ nhỏ (như đề cập phần II mục 2.2) Mục đích việc làm để tìm ngưỡng nồng độ mà giá trị đo đạc phương pháp SCCR bắt đầu có sai số lớn so với nồng độ biết trước, ESCR cho giá trị có sai số nhỏ so với nồng độ biết trước; để tìm giới hạn phát hệ máy việc đo C 14 Kết đo đạc tính tốn nồng độ theo phương pháp ESCR SCCR mẫu 14 C pha loãng thể bảng 13 14 Bảng 13 Số liệu lần đo mẫu 14 C pha loãng Lần Nồng độ biết trước (Bq/ml) Phông mẫu (cpm) Tốc độ đếm mẫu (cpm) ESCR 415,00 138,50 69,25 34,63 17,32 8,66 4,33 2,17 1,09 0,27 0,03 0,00675 0,0000675 39 37 27 29 30 35 34 40 39 36 38 30 34 23048 7639 3727 1929 876 600 297 158 96 55 39 45 45 24,11 25,88 22,82 24,48 22,02 22,93 25,45 25,65 22,67 23,50 25,72 25,97 26,81 Lần Lần SCCR Tốc độ đếm ESCR SCCR mẫu (cpm) Tốc độ đếm mẫu (cpm) ESCR SCCR 14,49 15,21 13,85 14,22 12,67 13,39 13,68 12,66 9,82 11,18 8,13 13,71 17,67 23168 7710 3851 1876 897 589 320 167 112 51 40 45 48 23180 7731 3849 1910 872 591 297 166 89 49 40 36 39 23,58 25,70 22,72 24,42 21,81 22,72 25,42 25,85 22,56 23,60 25,46 26,30 26,29 14,45 15,16 14,01 14,38 12,44 13,32 14,59 13,31 10,97 12,63 7,56 9,82 15,67 23,90 25,52 22,84 24,63 21,95 22,84 25,59 25,48 22,77 23,41 25,42 28,23 26,13 14,54 14,64 13,99 14,07 12,60 13,37 13,64 13,48 11,95 14,26 7,74 8,79 12,81 63 Bảng 14 Kết nồng độ tính tốn thực nghiệm mẫu pha lỗng phương pháp so với nồng độ biết trước Nồng độ biết trước Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) 14 C theo Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) (Bq/ml) ESCR SCCR ESCR SCCR ESCR SCCR 415,00 138,50 69,25 34,63 17,32 8,66 4,33 2,17 1,09 0,27 0,03 0,00675 0,0000675 407,77 134,77 65,47 33,68 14,95 10,00 4,66 2,09 1,01 0,34 0,02 0,27 0,19 409,06 134,80 65,81 33,79 15,01 10,04 4,68 2,09 1,00 0,34 0,02 0,27 0,19 409,82 136,05 67,67 32,74 15,32 9,80 5,07 2,25 1,29 0,27 0,04 0,26 0,25 411,15 136,37 68,02 32,85 15,38 9,85 5,09 2,26 1,29 0,27 0,04 0,26 0,25 409,89 136,41 67,62 33,34 14,88 9,84 4,66 2,23 0,88 0,23 0,04 0,11 0,09 411,44 136,47 67,98 33,45 14,93 9,88 4,67 2,24 0,88 0,23 0,04 0,11 0,09 Trong đó, kết nồng độ mẫu pha lỗng tính tốn theo cơng thức sau: Nồng độ theo ESCR: CC14 = Nồng độ theo SCCR: CC14 = ố độ đế ẫ − ố độ đế × × ố độ đế ẫ − ố độ đế × × Với hiệu suất ghi E cho lần đo xác định cách áp số ESCR (hoặc SCCR) đo vào phương trình đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho 14 C Thể tích lần đo V = ml, lần đo tơi cho ml dung dịch 14 C pha loãng vào lọ chứa dung dịch nhấp nháy 64 Bảng 15 Độ chênh lệch nồng độ biết trước với giá trị tính tốn thực nghiệm mẫu pha loãng 14 C Chênh lệch Chênh lệch Chênh lệch Chênh lệch Chênh lệch Chênh lệch nồng độ nồng độ nồng độ nồng độ nồng độ nồng độ theo ESCR theo SCCR theo ESCR theo SCCR theo ESCR theo SCCR lần nồng lần nồng lần lần nồng lần nồng lần nồng độ biết trước độ biết trước nồng độ biết độ biết trước độ biết trước độ biết trước (%) (%) trước (%) (%) (%) (%) 1,74 1,43 1,25 0,93 1,23 0,86 2,69 2,67 1,77 1,54 1,51 1,47 5,46 4,97 2,28 1,78 2,35 1,83 2,74 2,43 5,46 5,14 3,73 3,41 13,68 13,34 11,55 11,20 14,09 13,80 13,40 13,75 11,63 12,08 11,99 12,35 7,08 7,48 14,60 14,93 7,08 7,28 3,69 3,69 3,56 3,98 2,69 3,13 7,34 8,26 15,50 15,50 19,27 19,27 20,59 20,59 0,00 0,00 14,81 14,81 33,33 33,33 25,00 25,00 25,00 25,00 97,50 97,50 97,40 97,40 93,86 93,86 99,96 99,96 99,97 99,97 99,93 99,93 Kết thu trường hợp đo 14 C có nhiều điểm khác so với H Với nồng độ, cặp giá trị đo theo phương pháp ESCR SCCR gần tương đồng nhau, kể với trường hợp nồng độ cực thấp Các giá trị đo theo phương pháp ngày giống nồng độ giảm xuống tới mức thấp Mặt khác, phần trăm chênh lệch giá trị đo với nồng độ biết trước phương pháp ngày sai lệch nhiều nồng độ giảm xuống thấp Bắt đầu từ nồng độ biết trước 0,00675 Bq/ml, độ sai lệch so với lý thuyết lên tới 97,50% Do đó, thực nghiệm khơng thể xác định ngưỡng nồng độ mà giá trị đo SCCR có sai số lớn so với nồng độ biết trước, giá trị đo ESCR có sai số nhỏ so với nồng độ biết trước, hai phương pháp cho giá trị giống nhau, độ lệch chúng với nồng độ biết trước giống toàn dải nồng độ khảo sát Lý giải cho kết thân 14 C đồng vị phát β lượng cao nhiều so với H, thể qua việc hiệu suất ghi E 14 C thường cao nhiều so với trường hợp H Do đó, nồng độ đo, giá trị ghi nhận 65 phương pháp SCCR tương đồng với tương đồng với giá trị ghi nhận phương pháp ESCR Sự tương đồng kéo dài tới dải nồng độ thấp nhiều so với trường hợp H Bên cạnh đó, thực nghiệm tìm giới hạn phát hệ máy 14 14 ALOKA LSC 6100 việc đo đạc C 0,03 Bq/ml, dải nồng độ C khảo sát, trường hợp nồng độ thấp 0,03 Bq/ml, giá trị đo đạc theo hai phương pháp ESCR SCCR có sai số lớn so với nồng độ biết trước Do đó, ngưỡng nồng độ 0,03 Bq/ml giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo đạc Kết đo hai mẫu việc đo đạc 14 C khóa luận 14 C biết trước nồng độ để đánh giá ngưỡng giới hạn cho 14 C hệ máy ALOKA LSC 6100 14 Như vậy, đo mẫu C có nồng độ cao giới hạn phát 0,03 Bq/ml hệ máy ALOKA LSC 6100, phương pháp ESCR SCCR áp dụng Để đánh giá lại tính đắn giới hạn phát này, thực nghiệm tiến hành đo mẫu chuẩn 14 C biết trước nồng độ Trung tâm Đào tạo cung cấp Hai mẫu 14 C dùng để đo đạc có nồng độ biết trước 45 Bq/ml 0,002 Bq/ml Kết đo đạc tính tốn hoạt độ hai phương pháp SCCR ESCR so với giá trị biết trước mẫu sau: Bảng 16 Số liệu lần đo mẫu 14 C biết trước nồng độ Lần Lần Tốc độ đếm ESCR SCCR mẫu (cpm) Nồng độ biết trước (Bq/ml) Phông mẫu (cpm) Tốc độ đếm mẫu (cpm) ESCR SCCR 45,00 0,002 40 38 2562 51 23,78 25,12 13,78 12,35 2526 53 24,02 25,58 Lần 12,58 14,86 Tốc độ đếm mẫu (cpm) 2593 52 ESCR SCCR 23,70 25,69 Bảng 17 Kết tính toán thực nghiệm so với nồng độ biết trước mẫu Nồng độ biết trước (Bq/ml) 45,00 0,002 Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) ESCR SCCR 44,68 44,85 0,23 0,23 Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) ESCR SCCR 44,05 44,10 0,27 0,27 13,95 13,21 14 C Nồng độ tính tốn từ lần đo (Bq/ml) ESCR SCCR 45,23 45,45 0,25 0,25 66 14 Có thể thấy giá trị đo mẫu C có nồng độ biết trước 45 Bq/ml theo phương pháp ESCR SCCR cho giá trị xấp xỉ gần sát 14 với nồng độ biết trước Trong đó, với mẫu C có nồng độ biết trước 0,002 Bq/ml, lần đo cho giá trị gần giống theo hai phương pháp, giá trị có sai số lớn so với nồng độ biết trước Như vậy, với mẫu có nồng độ thấp giới hạn phát 0,03 Bq/ml, kết đo hai phương pháp ESCR SCCR khơng xác Kết đo nồng độ H mẫu nước ngầm Nồng độ H nước ngầm tự nhiên thường thấp, nằm khoảng từ 20 vài trăm TU Trong đó, giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo H (ở phần III mục 2) 0,32 Bq/ml, tương đương với 2710 TU Như vậy, nồng độ H mẫu nước ngầm tự nhiên thấp nhiều so với giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo H Vì thế, để đo nồng độ H nước ngầm, cần phải sử dụng mẫu nước ngầm làm giàu 200 lần (tức nồng độ mẫu nước ngầm tăng lên 200 lần) Nồng độ H mẫu nước ngầm làm giàu lúc lớn 4000 TU, thỏa mãn giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo H Tuy nhiên, theo khảo sát phần III mục 2, ngưỡng nồng độ mà phương pháp SCCR bắt đầu có sai số lớn so với giá trị xác mẫu 1,28 Bq/ml, tương đương với 10841 TU Do nồng độ H mẫu nước ngầm dùng để đo thấp so với ngưỡng mà phương pháp SCCR khơng xác Vì thí nghiệm này, phương pháp ESCR lựa chọn để đảm bảo thu giá trị xác cho mẫu nước ngầm đo đạc Bảng 18 Số liệu đo mẫu nước ngầm Mẫu nước ngầm ESCR 27,00 Tốc độ đếm (cpm) 51 Hiệu suất ghi E* 0,54 Phơng 40 *Lưu ý: hiệu suất ghi E thí nghiệm tính tốn cách sử dụng giá trị ESCR đo áp dụng vào phương trình đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H theo phương pháp ESCR 67 Phương pháp tính kết quả: o Nồng độ H mẫu nước ngầm làm giàu ×[( − ) ± + ] , ×[( − ) ± √ Cl ± 2σlg = + ] √ = g × × × Với: Clg: nồng độ H mẫu nước ngầm làm giàu (Bq/ml) σlg: độ lệch chuẩn nồng độ mẫu làm giàu (Bq/ml) ns tốc độ đếm mẫu (cpm) nb: tốc độ đếm phông (cpm) ts: thời gian đo mẫu (30 phút) tb: thời gian đo phông (30 phút) E: hiệu suất ghi (%) V: thể tích mẫu nước ngầm dùng để đo (0,5 ml) o Nồng độ H mẫu nước ngầm trước làm giàu (theo đơn vị Bq/L) ( ±) ± / ( / ) = ( ±) = Với CBq/L : nồng độ H mẫu nước ngầm trước làm giàu (Bq/L) ( / ): độ lệch chuẩn nồng độ mẫu trước làm giàu (Bq/L) EFT: hệ số làm giàu H mẫu nước ngầm o Nồng độ H mẫu nước ngầm trước làm giàu (theo đơn vị TU) ( Với ) ± ( ) =( / + ( / ) )× , C(TU) : nồng độ H mẫu nước ngầm trước làm giàu (TU) ( ): độ lệch chuẩn nồng độ mẫu trước làm giàu (TU) 68 Bảng 19 Kết đo mẫu nước ngầm 3 Nồng độ H mẫu sau làm giàu (Bq/L) 682,33 ± 216,07 Nồng độ H mẫu trước làm giàu (Bq/L) 3,41 ± 1,08 Nồng độ H mẫu trước làm giàu (TU) 28,88 ± 9,15 Mẫu nước ngầm trước làm giàu có nồng độ 3,41 ± 1,08 Bq/L, tương đương 0,00341 ± 0,00108 Bq/ml Sau làm giàu, giá trị nồng độ H mẫu 682,33 ± 216,07 Bq/L, tương đương 0,68 ± 0,22 Bq/ml Như vậy, giá trị nồng độ H mẫu làm giàu cao so với giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo H 0,32 Bq/ml; đồng thời thấp so với ngưỡng nồng độ mà kết đo phương pháp SCCR bắt đầu trở nên sai lệch 1,28 Bq/ml Do định sử dụng mẫu nước ngầm làm giàu để đo, lựa chọn phương pháp ESCR cho việc đo mẫu nước ngầm hợp lý Theo thang đo TU, giá trị nồng độ mẫu nước ngầm trước làm giàu 28,88 ± 9,15 TU, tức nằm khoảng giá trị nồng độ H nước ngầm tự nhiên, từ khoảng 20 tới vài trăm TU So sánh với ngưỡng an toàn H nước uống Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ban hành năm 2011 10000 Bq/L, thấy hoạt độ 3,41 ± 1,08 Bq/L mẫu nước ngầm đo thấp nhiều so với khuyến cáo Do đó, mẫu nước ngầm đo thí nghiệm có nồng độ H phù hợp với nồng độ tự nhiên, thỏa mãn quy chuẩn an toàn WHO Kết đo nồng độ 14 C mẫu rượu Nếp 14 Nồng độ trung bình C loại rượu làm từ gạo 0,27 Bq/g carbon, tương đương 0,04 Bq/ml, tức cao so với nồng độ 0,03 Bq/ml, kết giới hạn 14 phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc ghi nhận C tìm phần III mục Cũng theo phần III mục 4, với giá trị nồng độ ngưỡng 0,03 Bq/ml, hai phương pháp ESCR SCCR cho giá trị xác so với nồng độ biết trước Vì thí nghiệm chọn hai phương pháp Để đơn giản hóa, tơi lựa chọn phương pháp ESCR cho trường hợp đo mẫu rượu Nếp 14 C 69 Bảng 20 Số liệu đo mẫu rượu Nếp ESCR Tốc độ đếm (cpm) Hiệu suất ghi E* Mẫu rượu Nếp 1,52 42 0,64 Phơng 26 *Lưu ý: hiệu suất ghi E thí nghiệm tính tốn cách sử dụng giá trị ESCR đo áp dụng vào phương trình đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho 14 C theo phương pháp ESCR Phương pháp tính kết 14 quả: o Hoạt độ C ( − )±√ + A ± 2σa = Với: A: hoạt độ 14 C (dpm) σa: độ lệch chuẩn hoạt độ (dpm) ns tốc độ đếm mẫu (cpm) nb: tốc độ đếm phông (cpm) ts: thời gian đo mẫu (10 phút) tb: thời gian đo phông (10 phút) E: hiệu suất ghi (%) o Nồng độ 14 C mẫu rượu ×( ±) ± = = × ( ±) × Với 14 C: nồng độ C (Bq/L) : độ lệch chuẩn nồng độ (Bq/L) V: thể tích mẫu rượu dùng để đo (9 mL) 70 14 o Hoạt độ riêng C carbon tự nhiên mẫu rượu ± SA ± σs = ( / )×( / )× ×( ± ) = Với SA: hoạt độ riêng 14 C carbon tự nhiên (Bq/g Carbon) σs: độ lệch chuẩn (Bq/g C) CE: hàm lượng ethanol thể tích mẫu rượu (39,5 %) 24,02: khối lượng phân tử carbon ethanol (g/mol) 46,07: khối lượng phân tử ethanol (g/mol) 0,7891: khối lượng riêng ethanol (g/L) Bảng 21 Kết đo mẫu rượu Nếp 14 Hoạt độ (dpm) 24,86 ± 8,10 Nồng độ C (Bq/L) 46,13 ± 15,04 14 Hoạt độ riêng C (Bq/g C) 0,28 ± 0,09 14 Giá trị nồng độ C 46,13 ± 15,04 Bq/L, tương đương với 0,04613 ± 0,01504 Bq/ml, tức lớn so với giá trị 0,03 Bq/ml (giới hạn phát việc đo 14 C), nên đo đạc trực tiếp mẫu mà không cần làm giàu Giá trị hoạt độ riêng hàm lượng trung bình 14 C vừa tìm 0,28 ± 0,09 Bq/g C Nếu so với 14 C carbon tự nhiên vào khoảng 0,25 Bq/g C hàm 14 lượng trung bình C loại rượu làm từ gạo 0,27 Bq/g C, thấy giá trị tính tốn gần giống với giá trị lý thuyết, với sai số nằm ngưỡng chấp 14 nhận Điều cho thấy phương pháp LSC xác định hàm lượng C mẫu rượu Nếp với độ xác cao 71 KẾT LUẬN Như vậy, qua trình thu thập kiến thức, tiến hành thực nghiệm tính tốn sử dụng hệ máy đo nhấp nháy lỏng ALOKA LSC 6100 Trung tâm Đào tạo Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, khóa luận hoàn thành mục tiêu sau: Về lý thuyết tổng quan: 14 Cung cấp thông tin hai đồng vị phóng xạ cần quan tâm H C, nguồn gốc, đặc tính vật lý, phân bố thay đổi chúng tự nhiên qua thời kỳ Bên cạnh đó, khóa luận trình bày chất nguyên lý hoạt động phương pháp nhấp nháy lỏng Ngoài ra, thông tin cần thiết chất tượng dập tắt, dạng tượng dập tắt đề cập tới Tất thơng tin nhằm cung cấp nhìn tồn diện phương pháp nhấp nhấp lỏng, tính ưu việt phương pháp việc đo đạc hai loại đồng vị phóng xạ H 14 C Cách thức hoạt động ưu nhược điểm hai phương pháp ESCR SCCR, hai phương pháp đo phóng xạ β nhấp nháy lỏng khóa luận tìm hiểu cách kỹ lưỡng, chúng công cụ quan trọng định thành công kết phần thực nghiệm Về thực nghiệm: Thiết lập phương trình đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt với H 14 C theo hai phương pháp ESCR SCCR, thông qua việc đo đạc chuẩn dập tắt Các phương trình sử dụng cho việc tính tốn tất thí nghiệm khóa luận Qua q trình đo đạc mẫu pha lỗng với nồng độ H giảm dần, thực nghiệm xác định ngưỡng nồng độ H 1,28 Bq/ml giới hạn mà đó, phương pháp SCCR trở nên thiếu xác nhiều so với phương pháp ESCR việc xác định nồng độ H Bên cạnh đó, giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 3 việc đo H 0,32 Bq/ml xác định sau trình đo mẫu H pha lỗng Sau đó, tính xác hai giới hạn kiểm chứng thông qua thí nghiệm đo mẫu H biết trước hoạt độ 72 14 Qua trình đo đạc mẫu pha loãng với nồng độ C giảm dần cho thấy, toàn dải nồng độ khảo sát, hai phương pháp ESCR SCCR 14 áp dụng cho việc đo đạc C, với điều kiện mẫu cần phải có nồng độ cao giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo phát tương ứng với nồng độ 14 C Giới hạn 14 C 0,03 Bq/ml Tính xác giới hạn kiểm chứng sau thơng qua thí nghiệm đo mẫu trước hoạt độ 14 C biết Với việc xác định nồng độ H mẫu nước ngầm, thực nghiệm sử dụng mẫu nước ngầm làm giàu 200 lần Nhật Bản để đảm bảo thỏa mãn giới hạn phát hệ máy với việc đo H, lựa chọn phương pháp đo ESCR kết xác so với phương pháp SCCR Kết cho thấy mẫu nước ngầm gốc trước làm giàu có nồng độ H 3,41 ± 1,08 Bq/L, tương đương với 28,88 ± 9,15 TU Như vậy, giá trị nồng độ xác định mẫu nước ngầm phù hợp với giá trị nồng độ H nước ngầm tự nhiên đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn WHO Với việc đo đạc 14 C mẫu nước ngầm, nồng độ 14 C carbon tự 14 nhiên cao giới hạn phát hệ máy ALOKA LSC 6100 việc đo C, nên hai phương pháp ESCR SCCR sử dụng Thực nghiệm lựa chọn phương pháp ESCR để đo mẫu rượu Nếp có nồng độ cồn 39,5% Kết cho thấy mẫu rượu Nếp có nồng độ 14 C 46,13 ± 15,04 Bq/L, tương đương với hoạt độ riêng 0,28 ± 0,09 Bq/g C Như vậy, giá trị hàm lượng rượu Nếp phù hợp với giá trị hàm lượng 14 C xác định mẫu 14 C carbon tự nhiên Kiến nghị: 14 Trong tương lai, áp dụng việc đo đạc H C để đánh giá mức độ an toàn mẫu nước uống sinh hoạt mẫu chất lỏng lấy từ khu vực bị ảnh hưởng hoạt động hạt nhân Ta ứng dụng phương pháp đo 14 nồng độ H C để trợ giúp cho hoạt động thăm dò biến đổi địa chất môi trường chất lỏng Trái Đất sử dụng phương pháp vào lĩnh vực khảo cổ học để xác định tuổi mẫu có niên đại cao Ngoài ra, cần nghiên cứu đo thêm nhiều loại mẫu khác nhau, xây dựng quy tắc chuẩn cho việc 73 xử lý mẫu chất lỏng mẫu chất rắn hòa chất lỏng, trước tiến hành đo nồng độ H 14 C mẫu 74 Tài liệu tham khảo Tài liệu Tiếng Việt [1] Đặng Đức Nhân, Ngô Quang Huy, Nguyễn Hào Quang (2014) “Kỹ thuật ghi đo phóng xạ ứng dụng nghiên cứu mơi trường” Viện lượng nguyên tử Việt Nam - Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Trường Đại học thủy lợi (2002) “Hóa nước” Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Tài liệu Tiếng Anh [3] D Lal & B Peter (1962) “Cosmic ray produced isotopes and their application to problems in geophysics” Progress in Elementary Particle and Cosmic Ray Physics, vol 6, New York, USA [4] G T Cook, Ch J Passo, & B Carter (1995) “Handbook of radioactivity analysis” Academic Press New York, USA [5] H Craig & D Lal (1961) “The production rate of natural Tritium” Scripps Institution of Oceanography, University of California, USA [6] H Ishikawa (1992) “The Newest Liquid Scintillation Measurement” Nanzan-do k.k., Tokyo, Japan [7] I Chereji, W Platino, S Cuna, N Lupsa, G Muresan, V Mirel, P Berdea, C Baciu (2003) “Tritium Enrichment Of Enviromental Waters By Electrolysis” Physic Faculty, Babes-Bolyal University, Romania [8] J Fao, IAEA Divison of nuclear techniques in food and agriculture, & WHO (2016) “Criteria for Radionuclide Activity Concentrations for Food and Drinking Water” IAEA-TECDOC-1788, Vienna [9] J Garnier-Laplace, S Roussel-Debet, S Le Dizès-Maurel, F Alonzo, B Fiévet, B Boulet, J Loyen, J.L Picolo & P Renaud (2010) “Radionuclide fact sheet: Carbon-14 and the environment” Institut de radioprotection et de surete nucleaire, France 75 [10] K.Miyamoto, K.-I Kimura, & S Hongo (1995) “Tranfer model of tritium in a local hydrosphere” Fusion Technology, vol 28, no 3, USA [11] M F L’Annunzitta (1998) “Handbook of Radioactivity Analysis” Academic Press, San Diego, USA [12] N Ishii, S Ogiyama, S Sakurai, K Tagami & S Uchida (2015) “Environmental Transfer of Carbon-14 in Japanese Paddy Fields.” Research Center for Radiation Protection, National Institute of Radiological Sciences, Chiba, Japan [13] P Majerová, B Fišer, & L Lešetický (2002) “A simple method for the determination of synthetic spirit in some alcoholic beverages” Department of Organic and Nuclear Chemistry, Charles University, Prague, Czech Republic [14] R D Mutch Jr & J D Mahony (2008) “A study of tritium in municipal solid waste leachate and gas” Fusion Science and Technology, vol 54, no 1, USA [15] R Lin & K Wei (2006) “Tritium profiles of pore water in the Chinese loess unsaturated zone: implication for estimation of groundwater recharge” Journal of Hydrology, vol 328, no 1-2, Amsterdam, Netherlands [16] S Kaufman & W F Libby (1954) “The natural distribution of tritium” Department of Chemistry and Institute of Nuclear Studies, University of Chicago, USA [17] V Cidzikienė, V Jakimavičiūtė Maselienė, R Girgždienė, J Mažeika, & R Petrošius (2014) “Assessment of Tritium Activity in Groundwater at the Nuclear Objects Sites in Lithuania” Vilnius Gediminas Technical University, Vilnius University, Nature Research Centre, and Center for Physical Sciences and Technology, Lithuania [18] Willem G Mook (2001) “International Environmental isotopes in the hydrological cycle: Principle and Application (Vol 1)” Centre for Isotope Research, Groningen, Netherlands [19] W Roether (1967) “Estimating the tritium input to groundwater form wine samples: Groundwater and direct run-off contribution to Central European surface waters” Isotopes in Hydrology (Ed by IAEA), Vienna 76 [20] Y Kobayashi (1987) “Liquid Sintillation Analysis, Science and Technology” Packard Instrument Co., Inc, Japan 77 ... 54 Kết xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H 14 C 54 1.1 Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho H 54 1.2 Đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt cho 14 C 56... đếm, hiệu suất ghi E hoạt độ phương trình (1) Vì mục đích này, đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt thường chuẩn bị sẵn, nhằm mô tả mối quan hệ hiệu suất ghi E độ mạnh hiệu ứng dập tắt Ta tìm đường. .. vậy, khóa luận đo đạc chuẩn 14 dập tắt H C để xây dựng đường cong hiệu chỉnh hiệu ứng dập tắt, làm sở để xác định mối quan hệ mức độ dập tắt hiệu suất ghi nhận tín hiệu, từ xác định nồng độ hai