Các phương pháp đo tia phóng xạ Để bảo vệ con người đối với các tác hại của các tia phóng xạ cũng như việc sử dụng nó trong công nghiệp, y khoa… từ lâu các phương pháp đo phóng xạ đã được phát triển. Vì tín hiệu ở ngõ ra của các thiết bị này cũng là tín hiệu điện, chúng ta có thể liệt kê chúng vào các loại cảm biến. Vào năm1896 nhà vật lýngười Pháp H.H.Becquerel đã quan sátlần đầu tiên các hiện tượng phóng xạ. Ôngta đã thấy rằng từ cácquặng Uran có những tiavô hình làm đengiấy ảnh, cókhả năng xuyên thấu các vật thể mà ánh sángkhông đi qua được. Hai nhà khoa học cùng làm việc vớiônglà MarieCurie và PierreCurie đã tiếp tụcnghiêncứu vấn đề này và tìm thêmcác nguyên tố có tínhphóng xạ khác như Thorium, Polonium,Radiumđã làm chấnđộng thế giới lúc đó! Nhanh chóng sau đó người ta biết tia phóng xạ cóba loạikhác nhau. ErnestRutherfordđặt tên chó chúng là tiaAlpha, Betavà Gamma.Tia a làcác nhân Helium, tia b là các electroncó năng lượngcao vàtia g là sóng điện từ ở vùng Rưntgencứngvà siêu cứng. Cónhững chất phóngxạ thiênnhiên và nhân tạo.Uran, Radiumvà Thorium là những chất phóng xạ thiên nhiên. Những đồng vị phóng xạ do con người tạo ra trong các lònguyên tử hay trong các máy gia tốc gồm cóPhosphor 32,Kobalt 60, lod 131v.v…Được gọi là chất đồngvị của một nguyên tố làcác nguyên tử có cùng điện tíchở nhân nhưng có số trọng khốikhác với nguyên tố đó. Trong bảng tuần hoàn chúng đứngcùngvị trívới nguyên tố , có cùng hoátínhnhưng tínhchất vật lý có sự khác biệt. Các nguyên tử của các chất phóngxạ không ổn định. Chúng phân rã qua sự pháttia phóng xạ hoặc biến thành các chất ở nấc giữa chừng hay biến ngaythành một chấtkhác có tính ổn định vĩnhviễn. Các tia phóng xạ phát raqua sự phân rã khác nhau tuỳ từng chất.Tuynhiên chúng có cùng một tínhchất: chúng có thể làm ion hóa vật chất. Các electroncủa vật thể dưới tác dụng của tia phóngxạ bị đánh bật ra và để lại các iondương.Với hiệu ứng sinhra điện tích này cho ta khả năng dòtìmcáctia phóngxạ. Thời gian giá trị phân nửa là thới gian mà cường độ phóng xạ ban đầu giảm còn phânnửa. TrongkhiC14 có thời gian giátrị phân nửa là5570 năm, l131chỉ có 8 ngày! Trong công nghiệp tínhchất thẩmthấu rất sâu của haitia b vàg được ứng dụng triệt để. Trongkhitia a bị lá nhôm (dày > 0,05mm) hoàntoàn hấp thụ, tia b (với 1,2MeV) có khả năng xuyênthấu các tấm sắtdàyđến 1 mm vàtia g (1,2 MeV)có khả năng xuyênthấu tấmthép dầy đếnvài cm! Phóng xạ môi trường đối với sức khỏe con người Thế giới chúng ta đang sống có chứa nhiều chất phóng xạ và điều này đã xảy ra ngay từ khi hình thành nên trái đất. Có trên 60 nhân phóng xạ được tìm thấy trong tự nhiên. Nguồn gốc củacác 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 phóngxạ 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 phóngxạ tự nhiêncòncácnhânphóngxạ do conngườitạorađượcgọilàcácnhân phóng xạ nhân tạo. So với lượng phóng xạ tự nhiên thì lượng phóng xạ do con người tạo ralà rấtnhỏ. Tuy nhiên, mộtphầnlượngphóngxạ nàyđã bị phát tán vào trong môi trường của thế giới chúng ta. 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, nướcvà khôngkhí Các nhân phóng xạ nguyên thủy phổ biến nhất là 238U, 232Th, 235U và các sản phẩm phân rã của chúng, 40K và 87Rb. Bảng 1 đưa ra giá trị độ giàu đồng vị của các nhân phóng xạ này. Còn có một số các nhân phóng xạ khác ít phổ biến hơn và thường có thời gian sống dài hơn nhiều gồm: 50V, 113Cd, 115In, 123Tc, 138La, 142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 174Hf, 176Lu, 187Re, 190Pt, 209Bi. Trong môi trường đất thường có mặt các nhân phóng xạ của bachuỗi phóng xạ 238U, 232Th và 235U. Các nhân phóng xạ này là các nhân bắt đầu của mỗi chuỗi. Trong môi trườngđấtnếu không cócác quá trìnhbiếnđổimôitrường gây ra sự mấtcânbằng phóng xạ thì các chuỗi phóng xạ này thường có cân bằng phóng xạ. Điều này cũng đồngnghĩa vớihoạt độ phóngxạ củacácnhân phóngxạ cótrongmỗichuỗilàbằng nhau và bằng với hoạt độ phóng xạ của nhân bắt đầu mỗi chuỗi. Hình 1,2,3 chỉ ra các nhân phóngxạ có trong cácchuỗi phóng xạ tương ứng 238U,232Th và 235U. Bảng 1. Độ giàu đồng vị của các nhân phóngxạ nguyên thuỷ Nhâ n phóng xạ Thời gian bán huỷ (năm) Độ giàu đồng vị (%) 40 K 1.26x1 0 9 0.0117 87 Rb 4.8x10 9 27.83 232 T h 1.4x10 1 0 100 235 U 7.1x10 8 0.72 238 U 4.5x10 9 99.274 Chuỗi phóng xạ 238U có thể chiathành các chuỗi phóng xạ con trong đó hoạt tính phóngxạ củanhânphóng xạ đầu chuỗi sẽ chiphốihoạttínhphóngxạ củacácnhân phóng xạ khác có trong chuỗi. Đó là các chuỗi phóng xạ: 238U > 234U; 230Th; 226Ra;222Rn > 214Po và 210Pb >210Po.Uran kháphổ biếntrongtự nhiên,về độ giàu nó đứng hàng thứ 38 trong số các nguyên tố có mặt trên trái đất. Nó chủ yếu cómặt trong các đá gốc. Nồng độ của 238U trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg và có giátrị trung bình trên toàn thế giới là 25Bq/kg. Chuỗi phóng xạ 232Th cóthể chia thànhcácchuỗi phóngxạ con sau: 232Th; 228Ra >224Ra; 220Rn >208Pb. Nồng độ của 232Th trong đất dải từ 2 đến 300 Bq /kg tương tự như 238U và cógiá trị trung bìnhtrên toànthế giới là40 Bq /kg. Nồng độ của40K trong đất dải từ 37 đến 1100 Bq /kg vàcó giátrị trung bình 400 Bq /kg. Lượng nhân phóng xạ 235U chỉ chiếm 0.72% tổng lượng uran có trong tự nhiênnên có rấtíttrong môi trườngđất. Các chuỗi phóngxạ 238U,232Thchứanhiềunhân phóngxạ trongcácdạng nguyên tố hóa học khác nhau. Do tính chất hóa học của các nguyên tố này khác nhau nên trong quá trình phong hóa các nguyên tố này bị rửa trôi khác nhau. Điều này dẫn tới sự cân bằng phóng xạ của các chuỗi phóng xạ này là khó thực hiện được trong môi trường đất. Ví dụ 226Ra là một thành viên trong chuỗi phóng xạ 238U vì thế 226Racómặt trongtất cả cácmôitrườngcóchứa uran.Tuy nhiêndotính chấthóa học của 226Ra nó dễ ở trong trạng thái hòa tan hơn so với 238U và vì vậy đối với các đá gốc 226Ra thường bị rửa trôinhiều hơn sovới 238U. Mặtkhác đấtlại được hình thànhtừ quá trình phonghóacủa đá vìvậynó thườngchứanhiều226Rahơn so với lượng 226Ra cân bằng phóng xạ với 238U. Trong môi trường đất hoạt tính riêng của 226Ra trung bình là 48 Bq /kg trong khi đó hoạt tính riêng trung bình của 238Ulà 25 Bq/kg. Tất cả các nhân phóng xạ có trong tự nhiên gây ra cho con người một liều chiếubứcxạ nhấtđịnh.Cácnhân phóngxạ phát racácbức xạ ionhóavànếuchúng ở bên ngoài cơ thể của con người chúng gây ra một liều chiếu ngoài. Các nhân phóng xạ cũng có thể xâm nhập vàotrongcơ thể củacon người qua đường hô hấp và tiêu hóa gây nên một liều chiếutrong. Đóng góplớn nhất vàoliều chiếuphải kể đến nhân phóng xạ radon và các con cháu của nó. Tổ chức UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) năm 2000 đã thống kê và cho thấy đóng góp của radon vào liều chiếu bức xạ chocon người gây bởi các bức xạ tự nhiên lên tới 50%. Chính vì thế radon có thể được xem như là một nguồn phóng xạ tự nhiên cóảnhhưởng lớnnhất đếnsứckhỏecủa con người. Hàngnăm trungbình mỗingườichúng tanhậnmộtliềubứcxạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên khoảng 2 mSv. Theo các nghiên cứu của tổ chức ICRP mức liều này có thể gây ra 80 trường hợp tử vong do ung thư trong số 1000000 người (ICRP publication 60, 1990). Mức tử vong gây bởi bức xạ tăng tỷ lệ với mức liều chiếu bức xạ. Mặc dù radon đóng góp tới 50% vào liều chiếu bức xạ đối với con người, song nếu chúng ta có các biện pháp phòng chống thích hợp chúng tacó thể giảm đáng kể lượng liều chiếu này. Những hiệuứngbấtlợivề sứckhỏegâybởi radon làdocáchạtalpha đượcphátra từ radonvàcáccon cháucủanó. Cáchạtalphanàysẽ pháhủycác tế bàocủacơ thể con người một khi nó được phát ra từ bên trong cơ thể của chúng ta. Mối nguy hiểm chính khibị chiếumộtliềuradon caolàkhả năngmắcphảicăn bệnh ung thư phổi.Theocác đánhgiádịchtễ họcnếuchúngta sốngtrongmôi trườngcó nồngđộ radon là 20Bq/m3 thì có khả năng 3 trong số 1000 người sẽ mắc phải căn bệnh ungthư phổidoradongâyra.Và xácsuấtnày tănggấp10 lầnnếukếthợpvớiviệc hút thuốc lá. Đóng góp lớn nhất vào liều chiếu radon là nồng độ radon trong nhà ở (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 v.v.v. Có thể có khả năng là nồng độ radonrấtcaoở mộtcăn nhànàođó trong khicănnhàngaybên cạnhlại cónồngđộ radon thấp. Vì vậy cách tốt nhất để biết nồng độ radon trong nhà mình cao hay thấplàtiếnhànhđo nồngđộ radon.Nồng độ radoncóthể đobằngnhiềucáchkhác nhau. Tuy nhiên có hai cách đo phổ biến nhất là đo tức thời bằng các thiết bị đo chủ động và đo tích lũy bằng các thiết bị đo thụ động. Thiết bị đo chủ động là các thiết bị cho phép xác định nồng độ radon tại một thời điểm nhất định còn thiết bị đo thụ động là các thiết bị cho phép đánh giá nồng độ radon trung bình trong một khoảng thời gian tương đối lớn (từ 3 đến 6 tháng). Trung tâm Kỹ thuật An toàn Bứcxạ vàMôitrường thuộcViệnKhoa học và Kỹ thuậthạtnhâncócả hai loạithiết bị trên và có thể đáp ứng mọi yêu cầu về dịch vụ đo nồng độ radon trong không khí. Có thể giảm nồng độ radon trong nhà bằng một số biện pháp thích hợp như: cải thiện hệ thống thông thoáng, sơn sàn và tường nhà, lắp đặt các hệ thống thu góp radon v.v. Nhiều nước trên thế giới đã xác định nồng độ giới hạn của radon trong nhà ở. Một khi nồng độ radon trong nhà cao hơn giá trị này thì cần phải áp dụng các biện pháp giảm thiêủ radon để làm giảm nồng độ radon tới dưới giá trị giới hạn. Vì thế giá trị giới hạn của nồng độ radon còn được gọi là "mức hành động" (action level). Nhiềunước trênthế giớithừa nhậnmức hành động đối với nồngđộ radon là 200Bq/m3. Ngoàiradonliềubứcxạ gâybởicác thànhphầnkhácthuộchọ uranvà thô-ricó thể thayđổi mạnhtheo cácvị tríđịalýkhácnhau, loại vậtliệuxây dựng,kiểukiếntrúc v.v. Mức liều chiếu này có thể được kiểm tra bằng các thiết bị đo liều bức xạ xách tay hoặc các liều kế bức xạ môi trường nhiệt phát quang. Trung tâm Kỹ thuật An toànBứcxạ vàMôitrườngcócả hailoạithiếtbị trênvàcóthể đápứngcácyêucầu dịch vụ xác định liều chiếu ngoài gây bởi cácnguồn phóng xạ tự nhiên. Ảnh hưởngphóngxạ môi trường tự nhiên đốivớisứckhỏe củacon người trênthế giới có vai trò lớn không thể bỏ qua. Việc biết và kiểm soát ảnh hưởng của nó đến chấtlượng củacuộcsống làcầnthiết.Đã đếnlúcmỗingười dân cũng nên biếtmức độ chiếuxạ nơi mình sinhsống để giảm thiểu những rủi ro gây bởi bức xạ tự nhiên. . Các phương pháp đo tia phóng xạ Để bảo vệ con người đối với các tác hại của các tia phóng xạ cũng như việc sử dụng nó trong công nghiệp, y khoa… từ lâu các phương pháp đo phóng xạ đã được. phóng xạ 238U có thể chiathành các chuỗi phóng xạ con trong đó hoạt tính phóngxạ củanhânphóng xạ đầu chuỗi sẽ chiphốihoạttínhphóngxạ củacácnhân phóng xạ khác có trong chuỗi. Đó là các chuỗi phóng. mấtcânbằng phóng xạ thì các chuỗi phóng xạ này thường có cân bằng phóng xạ. Điều này cũng đồngnghĩa vớihoạt độ phóngxạ củacácnhân phóngxạ cótrongmỗichuỗilàbằng nhau và bằng với hoạt độ phóng xạ của