ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC … (280).pdf · suất ghi...

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

NGUYỄN THỊ MINH

NGHIÊN CỨU ĐO HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRONG MỘT SỐ LOẠI LƯƠNG THỰC Ở VÙNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG NINH BẰNG HỆ THỐNG PHỔ KẾ GAMMA

PHÂN GIẢI CAO

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

ii

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lưu Tam Bát

Phản biện 1: TS. Đàm Nguyên Bình

Phản biện 2: PGS. TS. Bùi Văn Loát

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội

Vào hồi 15 giờ 00 phút, ngày 31 tháng 12 năm 2015

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội


1

MỞ ĐẦU

Lương thực là những sản phẩm thiết yếu đối với con người, trước hết

giúp nuôi sống con người và sử dụng để phát triển chăn nuôi tạo nên các loại

thực phẩm quan trọng khác. Như chúng ta đã biết trong môi trường luôn tồn tại

các chất phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên cùng với các nhân phóng xạ nhân tạo

còn sót lại từ các hoạt động thử vũ khí hạt nhận, sự cố nhà máy điện hạt nhân

trong lịch sử. Cũng như mọi sinh vật khác, lương thực bị nhiễm phóng xạ có

trong môi trường, kết quả là con người bị nhiễm xạ khi tiêu thụ các loại thức ăn

này. Chính vì vậy, trên thế giới và ở nước ta luôn coi trọng việc xác định nồng

độ các nhân phóng xạ trong lương thực, thực phẩm. Nhất là ở những vùng gần

với các nhà máy điện hạt nhân, thường phải xây dựng cơ sở dữ liệu về phóng xạ

trong lương thực thực phẩm phục vụ cho việc khảo sát, đánh giá và giám sát ảnh

hưởng của nhà máy điện hạt nhân khi đi vào hoạt động.

Quảng Ninh là tỉnh giáp với nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của

Trung Quốc (cách khoảng 60km). Dựa vào các dữ liệu khí tượng có thể thấy

rằng: Trong trường hợp nhà máy điện hạt nhân Phòng Thành của Trung Quốc

xảy ra sự cố thì vùng biên giới và duyên hải Đông Bắc bị nặng nhất, trong đó có

tỉnh Quảng Ninh. Vì vậy việc tiến hành đề tài “Nghiên cứu đo hoạt độ các đồng

vị phóng xạ trong một số loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh bằng

hệ thống phổ kế gamma phân giải cao” nhằm khảo sát hoạt độ phóng xạ của

một số đồng vị phóng xạ tự nhiên và đồng vị phóng xạ nhân tạo trong một số

loại lương thực ở vùng ven biển tỉnh Quảng Ninh là rất cần thiết.

Luận văn sử dụng detector Gecmani siêu tinh khiết SEGe-Canberra của

Trung tâm Kiểm định Phóng xạ - Viện Y học phóng xạ và U bướu quân đội để

phân tích xác định hàm lượng của một số nhân phóng xạ phân rã gamma trong

một số mẫu lượng thực ở tỉnh Quảng Ninh.


2

- Về mặt lý thuyết, luận văn tìm hiểu cơ sở vật lý của kỹ thuật xác định

hoạt độ phóng xạ của các đồng vị phóng xạ bằng phương pháp phổ gamma.

- Về mặt thực nghiệm: Xác định một số đặc trưng của hệ phổ kế

Gecmani siêu tinh khiết SEGe; Chuẩn năng lượng; Xây dựng đường cong hiệu

suất ghi với cấu hình đo hình trụ phục vụ cho việc phân tích mẫu lương thực;

Tiến hành phân tích xác định hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị trong mẫu

lương thực.

Luận văn gồm có 3 chương:

Chương 1. Tổng quan về xác định hoạt độ phóng xạ trong lương thực

thực phẩm

Chương 2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm

Chương 3. Kết quả thực nghiệm


3

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ

PHÓNG XẠ TRONG LƯƠNG THỰC

1.1. Phóng xạ trong lương thực, thực phẩm

Đồng vị phóng xạ xuất hiện tự nhiên trong môi trường, bao gồm các cơ

quan của cơ thể, lương thực thực phẩm và nước uống của con người. Chúng ta

tiếp xúc với nguồn bức xạ này hàng ngày. Bức xạ đến từ không gian (các tia vũ

trụ) cũng như các nhân phóng xạ tự nhiên có trong đất, nước, và không khí.

Hoạt độ riêng của các chất phóng xạ tự nhiên trong lương thực thực phẩm và

nước thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thổ nhưỡng, phân bón

đối với cây trồng (địa chất), thức ăn đối với các loài nuôi thả; điều kiện khí hậu

và tình hình sản xuất nông nghiệp của khu vực. Ngoài ra, con người cũng có thể

tiếp xúc với bức xạ từ những hoạt động tạo ra chất phóng xạ của chính mình

như: Tập trung nhân phóng xạ tự nhiên, vận hành các thiết bị, các vụ vận hành

hạt nhân dân sự và quân sự. Chất phóng xạ có thể gây ô nhiễm lương thực thực

phẩm sau khi được thải ra môi trường.

Các mức phông phóng xạ trong thức ăn khác nhau và phụ thuộc vào

nhiều yếu tố, bao gồm loại thức ăn và vùng địa lý sản xuất ra loại thức ăn đó.

Các nhân phóng xạ thường có trong thức ăn là: K40, Ra226, U238 và các đồng vị

con cháu liên quan. Hình 1.2 mô tả khái quát các con đường mà chất phóng xạ

đi vào cơ thể con người qua lương thực thực phẩm.

1.2. Xác định hoạt độ phóng xạ theo phương pháp phổ Gamma

Xét trường hợp hạt nhân con tạo thành ở trạng thái kích thích, khi đó

chúng sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma đặc trưng, để về trạng

thái kích thích thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản. Từ phổ gamma thu được khi đo

mẫu trên hệ phổ kế ta sẽ tính được hoạt độ của các nhân phóng xạ có trong mẫu.


4

Trong phương pháp phân tích hoạt độ phóng xạ theo phổ gamma ta

quan tâm đến hệ số phân nhánh Iγ của bức xạ gamma. Theo định nghĩa:

Iγ=số phân rã gamma đặc trưng có năng lượng Eγ/số phân rã phóng xạ

Nếu gọi nγ là số bức xạ gamma đặc trưng có năng lượng Eγ phát ra từ

mẫu trong một đơn vị thời gian thì nó được xác định theo công thức:

nγ= Iγ A (1.1)

Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ có trong mẫu.

Iγ là cường độ tia gamma (hệ số phân nhánh) có năng lượng

Eγ

Gọi n0 là tốc độ đếm tại đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong một

đơn vị thời gian, ε là hiệu suất ghi tuyệt đối tại đỉnh hấp thụ toàn phần của

vạch gamma đặc trưng, ta có:

n0 = ε nγ (1.2)

Thực nghiệm đo phổ gamma của mẫu cần phân tích trong thời gian t,

sử dụng chương trình phân tích phổ mẫu phân tích và mẫu phông. Xác định

được diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần đã trừ phông trong thời gian t là s.

Tốc độ đếm đã trừ phông là n0 được xác định theo công thức:

0

sn

t (1.3)

Từ công thức (1.1) và công thức (1.2), ta tính được hoạt độ của đồng vị

có trong mẫu theo biểu thức:

I

nA 0 (1.4)


5

CHƯƠNG 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC

NGHIỆM

2.1. Hệ phổ kế gamma bán dẫn SEGe – Canberra

2.1.1. Sơ đồ khối

Hình 2.1 là sơ đồ hệ phổ kế gamma dải rộng với detector

SEGe của hãng Canberra được đặt tại Viện Y học Phóng xạ và U

bướu Quân đội.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ phổ kế SEGe – Canberra

Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ phổ kế SEGe – Canberra

1. Detector SEGe 5. Khuếch đại tuyến tính 2. Nguồn nuôi cao thế 6. Máy phân tích biên độ đa kênh 3. Tiền khuếch đại 7. Máy tính 4. Máy phát xung chuẩn


6

2.1.2. Detector

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:

Detector Gecmani là đi ốt bán dẫn có cấu trúc P-I-N (Hình 2.3), trong

đó vùng ở giữa (I) là vùng nghèo nhạy với bức xạ ion hóa, đặc biệt là tia X và

tia gamma. Dưới điện áp ngược điện trường mở rộng qua vùng này. Khi photon

tương tác với vật chất bên trong thể tích vùng nghèo, các cặp điện tử - lỗ trống

được tạo ra và di chuyển vể các điện cực P, N dưới tác dụng của điện trường.

Lượng điện tích này tỷ lệ với năng lượng tích lũy trong detector của photon tới

và được chuyển thành xung thế bởi tiền khuếch đại nhạy điện tích.

Hình 2.3: Nguyên tắc hoạt động của detector bán dẫn

Do Gecmani có khe vùng nhạy tương đối thấp nên detector phải được

làm mát để giảm nhiệt sinh ra từ các phần tử mang điện (do đó tỷ lệ nghịch với

dòng rò) đến mức chấp nhận được. Ni tơ lỏng ở nhiệt độ 77 oK thường được

dùng để làm mát các detector này. Hình 2.4 mô tả sơ đồ cấu tạo của bộ làm

lạnh.


7

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của bộ làm lạnh

2.1.3. Các thông số của hệ phổ kế gamma SEGe

Luận văn sử dụng detector bán dẫn Gecmani đồng trục (SEGe) model

GC1518, số Seri 11037715 do hãng Canberra sản xuất.

- Đường kính tinh thể 52 mm,

- Chiều dày tinh thể 34.5 mm,

- Phân giải năng lượng 1.8 keV tại đỉnh năng lượng 1.33 MeV của đồng

vị 60Co

- Tỷ số Đỉnh/Compton là 44:1

- Thế làm việc của detector là 3500 V

- Cửa sổ (end-cap) có đường kính 76 mm, bề dày 1.5 mm


8

2.1.4. Quy trình vận hành

- Lên cao thế: Đưa công tác trên khối HV về vị trí ON.; Nhấn nút Reset

và chắc chắn rằng đèn hiển thị tại ON bật sáng. Nếu ON không sáng sau khi

nhấn Reset, khi đó không được lên cao áp và kiểm tra lại các điều kiện của hệ

đo; Tiếp đó bắt đầu lên cao áp theo từng bước, cứ 5 s tăng 10 V. Tiếp tục làm

như vậy cho đến khi cao áp đạt 3500 V.

- Chọn chế độ làm việc: Sử dụng nguồn chuẩn để chuẩn chuấn máy. Từ

thực nghiệm chọn được hệ số trên COARSE GAIN là 10, FINE GAIN là 8,

SHAPING TIME là 4 µs.

Tiến hành chuẩn năng lượng, đo phông, chuẩn hiệu suất và phân tích

mẫu.

- Hạ cao thế và tắt máy: Sau khi kết thức việc đo phổ thực hiện quy

trình hạ cao áp và tắt máy. Vặn vòng số trên khối HV theo chiều ngược chiều

kim đồng hồ, mỗi lần không quá 10 V, mỗi bước hạ cao áp như vậy cách nhau

10 s. Khi vòng số về vị trí 0, đưa công tắc về vị trí OFF.

2.2. Chuẩn năng lượng

Để chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế SEGe tác giả sử dụng các nguồn

chuẩn: 60Co, 57Co,131I, 137Cs.

2.3. Khảo sát độ phân giải năng lượng vào năng lượng bức

xạ gamma

Phân giải năng lượng liên quan đến sự phản hồi của detector. Độ phân

giải năng lượng được định nghĩa là khả năng phân biệt hai bức xạ có năng lượng

gần nhau của detector. Đại lượng này thường được biểu diễn bằng độ rộng ở

một nửa (FWHM) chiều cao xung. Luận văn sử dụng các nguồn chuẩn 60Co, 57Co, 131I, 137Cs để khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng


9

lượng của bức xạ gamma. Các nguồn chuẩn được đo sao cho diện tích đỉnh hấp

thụ toàn phần của các bức xạ gamma đặc trưng được chọn có sai số thống kê

nhỏ hơn 1 %.

2.4. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi

Mẫu chuẩn dùng để lập đường cong hiệu suất ghi là mẫu chuẩn hỗn hợp

(mẫu chuẩn RGU-1 kết hợp với mẫu chuẩn IAEA 156) của Bộ môn Vật lý Hạt

nhân – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên phục vụ cho việc phân tích mẫu

thực vật. Từ phổ ghi nhận mẫu chuẩn và dữ liệu hạt nhân ta xác định được hiệu

suất ghi của đetector tại năng lượng tương ứng với năng lượng của bức xạ

gamma được chọn làm chuẩn theo công thức:

�(�) =�

�� (2.1)

Trong đó:

N là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần (xung)

t là thời gian đo mẫu chuẩn (giây)

Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma có năng lượng E

A hoạt độ của nguồn tại thời điểm đo (Bq)

Sai số được xác định theo công thức:

∆� = ��∆�

��

�+ �

∆��

��

�

+ �∆�

��

� (2.2)

Với ∆�, ∆��, ∆� tương ứng là sai số của hoạt độ nguồn, sai số của hệ số

phân nhánh và sai số của diện tích đỉnh.


10

2.5. Lấy mẫu, xử lý mẫu và chuẩn bị mẫu đo

Vị trí lấy mẫu

Bảng 2.1: Thông tin của các mẫu sử dụng để phân tích trên hệ phổ kế gamma

Vị trí lấy mẫu

Khối lượng tươi (Kg)

Mẫu gạo 1 Xã Vạn Ninh, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu gạo 2 Xã Cộng Hòa, huyện Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu gạo 3 Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu gạo 4 Xã Việt Hưng, Tp. Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu ngô 1 Xã Đồn Đạc, huyện Ba Chẽ, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu ngô 2 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu ngô 3 Xã Quảng Đức, huyện Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu ngô 4 Xã Hải Sơn, huyện Móng Cái, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu ngô 5 Xã Đài Xuyên, huyện Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 10 Mẫu khoai 1 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 18 Mẫu khoai 2 Xã Lê Lợi, huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh 18 Mẫu khoai 3 Xã Vạn Yên, Vân Đồn, tỉnh Quảng Ninh 18 Mẫu khoai 4 Xã Phong Dụ, huyện Tiên Yên, tỉnh Quảng Ninh 18 Mẫu khoai 5 Xã Yên Đức, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh 18

Xử lý mẫu

- Gạo, ngô sau khi lấy được nhặt sạch các tạp chất bên trong mẫu; khoai

được rửa sạch, cắt bỏ rễ, đầu đuôi và để ráo nước rồi thái lát.

- Các mẫu được sấy ở nhiệt độ 105 oC cho đến khi khối lượng không

đổi

- Than hóa 5-6 giờ cho hết khói ở nhiệt độ tối đa đối với từng mẫu.

- Tro hóa ở nhiệt độ nhỏ hơn 445oC trong khoảng tối đa 18 giờ đến khi

tro có mầu đen xám và tơi xốp là đạt yêu cầu.

Tạo mẫu dùng để phân tích:


11

Tro sau khi tro hóa, để nguội, được nghiền mịn tối đa và trộn đều. Tro

được đựng trong hộp nhựa sạch hình trụ đường kính 8 cm, nén mẫu bằng dụng

cụ ép đơn giản để cấu hình đo của mẫu và mẫu chuẩn là đồng nhất.

2.6. Phương pháp tính hoạt độ

Hoạt độ của mẫu được tính theo công thức:

� =��

�� (2.3)

Trong đó:

A là hoạt độ của mẫu (Bq)

Ns là diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần (xung)

ts là thời gian đo mẫu (giây)

Iγ là hệ số phân nhánh của tia gamma

ε hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng tương ứng. Đại lượng này được suy

ra từ đường chuẩn hiệu suất ghi ở trên.

Sai số của hoạt độ được tính như sau:

∆� = ��∆�

��

�+ �

∆��

��

�

+ �∆��

��

� (2.4)

Với ∆�, ∆��, ∆�� tương ứng là sai số của hiệu suất ghi, sai số của hệ số

phân nhánh và sai số của diện tích đỉnh.

2.7. Phương pháp tính MDA

Trong trường hợp tốc độ đếm tại đỉnh năng lượng toàn phần trong phổ

đo mẫu nhỏ hơn tốc độ đếm phông tại đỉnh đó thì hoạt độ của đồng vị phóng xạ


12

đang xét được xem như nhỏ hơn giá trị MDA tính theo công thức (2.5), với độ

lệch chuẩn B = BN , NB là diện tích đỉnh trong phổ của mẫu.

MDA (Bq) =

ItB

66,471,2 (2.5)


13

CHƯƠNG III – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

3.1. Chuẩn năng lượng

Trong bảng 3.1 đưa ra năng lượng của các tia gamma và vị trí cực đại

(kênh) tương ứng để chuẩn năng lượng.

Bảng 3.1: Số liệu của các tia gamma được chọn để chuẩn năng lượng và vị trí

cực đại tương ứng

Nguồn Năng lượng đỉnh

(keV) Hệ số phân nhánh

(Iγ) Vị trí cực đại

(kênh) 57Co 122 0.856 451

131I 364 0.8176 1396 637 0.0717 2471

137Cs 661 0.8512 2546

60Co 1173 0.9997 4545 1332 0.9998 5170

Trong Genie 2000 đường chuẩn năng lượng được xử lý tự động. Từ số

liệu ở trên, tác giả sử dụng chương trình Origin để thiết lập đường chuẩn năng

lượng cho hệ phổ kế SEGe. Đường chuẩn năng lượng có dạng tuyến tính:

y = 3.897 x – 22.56

R2 = 1

Trong đó: y là giá trị của kênh tương ứng với x là năng lượng E (keV)

R là hệ số đánh giá chất lượng khớp

3.2. Xác định một số thông số của hệ phổ kế gamma

3.2.1. Sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng của

bức xạ gamma


14

Bảng 3.2: Độ phân giải năng lượng của detector SEGe – Canberra

Nguồn Năng lượng đỉnh

(keV) Hệ số phân nhánh

(Iγ) FWHM (keV)

57Co 122 0.856 2.27

131I 364 0.8176 2.36 637 0.0717 2.48

137Cs 661 0.8512 2.51

60Co 1173 0.9997 2.66 1332 0.9998 2.72

Bảng 3.2 là kết quả thực nghiệm xác định độ phân giải của detector

SEGe (FWHM) theo năng lượng tia gamma. Từ số liệu thu được, sử dụng

chương trình Origin ta sẽ xây dựng được đường cong mô tả sự phụ thuộc của độ

phân giải năng lượng vào năng lượng bức xạ gamma. Độ phân giải năng lượng

tăng theo năng lượng bức xạ gamma theo hàm số có dạng:

∆� = �−2 × 10�� + 0.002� + 4.863

R = 0.996

Trong đó: E là năng lượng tia gamma (keV)

R là hệ số đánh giá chất lượng khớp

Từ số liệu thực nghiệm ta thấy rằng độ phân giải năng lượng của

detector tại đỉnh 1332 keV của đồng vị 60Co là 2.72 keV. Giá trị này lớn hơn độ

phân giải 1.8 keV của nhà sản xuất đưa ra. Sự sai khác này có thể chấp nhận

được.

3.2.2. Khảo sát phông của hệ đo

Phông của hệ đo ảnh hưởng đáng kể đến giới hạn phát hiện và độ chính

xác của phép đo hoạt độ mức thấp. Phông thường có nguồn gốc sau đây: Các

thành phần cứng và mềm của bức xạ vũ trụ, bức xạ gamma của vật liệu cấu trúc

detector và thiết bị, bức xạ gamma của môi trường xung quanh.


15

Vì vậy đo đạc phông được thực hiện thường xuyên khi có thể và trước

mỗi phép đo rất cần thiết cho việc hiệu chỉnh phông khi phân tích phổ đo mẫu.

Luận văn tiến hành đo khảo sát phông của hệ phổ kế SEGe trong thời gian

150000 giây khi đóng nắp buồng chì.

3.3. Xây dựng đường cong hiệu suất ghi cho mẫu lương

thực

Sử dụng phần mềm xử lý phổ Genie 2000 xác định diện tích đỉnh hấp

thụ toàn phần trong phổ đo mẫu chuẩn và sử dụng công thức (2.1) để tính hiệu

suất ghi tương ứng với các đỉnh năng lượng. Kết quả được ghi trong bảng dưới

đây:

Bảng 3.3: Kết quả thực nghiệm xác định hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn

phần của bức xạ gamma đặc trưng trong mẫu chuẩn

Đồng vị

E (keV)

Iγ Diện tích

đỉnh (xung) Tốc độ đếm đã trừ phông (xung/giây)

Hiệu suất ghi

214Pb 242 0.0743 13800±146 0.1624±0.0017 0.0245±0.0003 214Pb 295.2 0.193 29100±179 0.3424±0.0021 0.0199±0.0001 214Pb 351.9 0.376 46900±141 0.5502±0.0017 0.0164±5E-05 214Bi 609.3 0.461 32600±64 0.3815±0.0008 0.0093±2E-05 214Bi 1120.3 0.151 5820±38 0.0685±0.0004 0.0051±3E-05 214Bi 1238.1 0.058 1970±6 0.0232±0.0001 0.0045±1E-05 214Bi 1764.5 0.153 3730±47 0.0439±0.0006 0.0032±4E-05 214Bi 2204 0.0508 936±14 0.011±0.0002 0.0024±4E-05

Sử dụng chương trình Origin và số liệu trong bảng 3.4 ta thiết lập được

đường cong hiệu suất ghi tại đỉnh năng lượng toàn phần có dạng:

y = exp(1.99205 – 1.03937ln(x))

với x là năng lượng tia gamma (keV)

y là hiệu suất ghi tại đỉnh hấp thụ toàn phần tương ứng


16

3.4. Xác định hoạt độ riêng của các mẫu

Các mẫu sau khi được nhốt trong khoảng thời gian 4 tuần để đạt được

trạng thái cân bằng thế kỷ giữa các nhân phóng xạ mẹ và các hạt nhân con cháu

sẽ được đem đi đo. Các mẫu được đo trên hệ phổ kế SEGe ở trên trong khoảng

thời gian 150000. Sau khi phân tích sử dụng phần mềm Genie 2000 để xác định

diện tích đỉnh tương ứng của các đồng vị phóng xạ quan tâm. Dựa vào đường

chuẩn hiệu suất ghi trong mục 3.3 để xác định hiệu suất tại các đỉnh năng lượng

toàn phần tương ứng. Từ đó xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ có trong

mẫu theo công thức (2.3). Hoạt độ riêng được tính bằng cách chia hoạt độ của

đồng vị phóng xạ trong mẫu cho khối lượng mẫu dùng để tro hóa (khối lượng

mẫu tươi). Số liệu thực nghiệm được trình bày trong các bảng dưới đây.

Bảng 3.4: Kết quả thực nghiệm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ

trong mẫu gạo 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng

175.8 g

Chuỗi phân

rã

Đồng vị

E (keV)

Iγ Hiệu suất

ghi ε

Diện tích đỉnh

(xung) Hoạt độ (Bq)

232Th 212Pb 239 0.433 0.0248 306±19 0.1902±0.0118 238U 214Pb 295 0.1932 0.0199 38±5 0.066±0.0087

232Th 208Tl 583 0.8457 0.0098 144±29 0.116±0.0234 238U 214Bi 609 0.4615 0.0093 226±17 0.104±0.0263

137Cs 137Cs 662 0.8512 0.0086 356±24 0.3248±0.0219 232Th 212Bi 727 0.0658 0.0078 36±8 0.4689±0.1042 232Th 228Ac 911 0.258 0.0062 207±15 0.546±0.0396

40K 4K 1,461 0.11 0.0038 21900±620 343.8571±9.7348


17


trong mẫu ngô 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng

175.8 g

Chuỗi phân rã

Đồng vị

E (keV)

Iγ Hiệu suất

ghi ε Diện tích

đỉnh (xung) Hoạt độ (Bq)

232Th 212Pb 239 0.433 0.0248 1.3 <0.005 238U 214Pb 295 0.1932 0.0199 2.9 <0.0185

232Th 208Tl 583 0.8457 0.0098 600±74 0.4834±0.0596 238U 214Bi 609 0.4615 0.0093 186±9 0.0422±0.0139

137Cs 137Cs 662 0.8512 0.0086 76±11 0.0693±0.01 232Th 212Bi 727 0.0658 0.0078 192±34 2.501±0.4429 232Th 228Ac 911 0.258 0.0062 359±21 1.1843±0.0882

40K 4K 1,461 0.11 0.0038 42700±819 678.4349±13.1740


trong mẫu khoai 1 ở Quảng Ninh với thời gian đo đo 150000 giây, khối lượng

175.8 g

Chuỗi phân

rã

Đồng vị

E (keV)

Iγ Hiệu suất

ghi ε Diện tích

đỉnh (xung) Hoạt độ (Bq)

232Th 212Pb 239 0.433 0.0248 481±75 0.299±0.0466 238U 214Pb 295 0.1932 0.0199 235±34 0.4084±0.0591

232Th 208Tl 583 0.8457 0.0098 398±20 0.3207±0.0161 238U 214Bi 609 0.4615 0.0093 815±43 1.0141±0.0664

137Cs 137Cs 662 0.8512 0.0086 179±27 0.1633±0.0246 232Th 212Bi 727 0.0658 0.0078 103±12 1.3417±0.1563 232Th 228Ac 911 0.258 0.0062 698±67 2.6078±0.2814

40K 40K 1,461 0.11 0.0038 63500±992 1013.0128±15.9568


18

Bảng 3.7: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu gạo đo trên hệ phổ

kế gamma bán dẫn siêu tinh khiết

Chuỗi phân rã

Đồng vị phóng

xạ

Hoạt độ riêng (Bq/kg)

Mẫu gạo 1 Mẫu gạo 2 Mẫu gạo 3 Mẫu gạo 4

232Th 212Pb 0.019±0.001 0.01±0.004 <0.006 0.013±0.003 238U 214Pb 0.007±0.001 0.007±0.001 0.008±0.002 0.019±0.006

232Th 208Tl 0.012±0.002 0.009±0.002 0.004±0.001 0.004±0.001 238U 214Bi 0.01±0.003 0.008±0.002 0.016±0.005 0.021±0.007

137Cs 137Cs 0.032±0.002 0.029±0.002 <0.004 0.068±0.004 232Th 212Bi 0.047±0.01 0.044±0.003 0.053±0.0041 0.074±0.006 232Th 228Ac 0.055±0.004 0.032±0.007 0.018±0.004 0.019±0.003

40K 40K 34.386±0.973 26.222±0.693 31.827±0.811 33.404±0.859

Bảng 3.8: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu ngô đo trên hệ phổ


Chuỗi phân

rã

Đồng vị

phóng xạ


Mẫu ngô 1 Mẫu ngô 2 Mẫu ngô 3 Mẫu ngô 4 Mẫu ngô 5

232Th 212Pb <0.005 0.046±0.0029 0.0588±0.0043 0.091±0.026 0.0407±0.003

238U 214Pb <0.0185 0.1014±0.007 0.071±0.0099 0.036±0.008 0.025±0.001

232Th 208Tl 0.048±0.006 0.0165±0.003 0.0247±0.0043 0.015±0.003 0.0407±0.003

238U 214Bi 0.004±0.001 0.078±0.0077 0.0914±0.0085 0.035±0.009 0.0633±0.006

137Cs 137Cs 0.007±0.001 0.0114±0.003 0.3569±0.0102 0.01±0.007 0.2082±0.006

232Th 212Bi 0.25±0.044 <0.0083 <0.138 0.033±0.005 <0.013

232Th 228Ac 0.118±0.009 0.1937±0.016 0.2778±0.023 0.103±0.03 0.0755±0.014

40K 40K 67.843±1.317 84.462±1.699 102.93±2.089 91.689±1.983 45.78±1.095


19

Bảng 3.9: Hoạt độ riêng của một số đồng vị trong các mẫu khoai đo trên hệ phổ


Chuỗi phân

rã

Đồng vị

phóng xạ


Mẫu khoai 1 Mẫu khoai 2 Mẫu khoai 3 Mẫu khoai 4 Mẫu khoai 5

232Th 212Pb 0.017±0.003 0.016±0.004 0.017±0.0045 - 0.005±0.0004

238U 214Pb 0.023±0.003 0.036±0.007 0.02±0.005 0.013±0.00057 0.002±0.0001

232Th 208Tl 0.018±0.001 0.014±0.004 0.012±0.0031 0.0029±0.0001 0.0013±0.0005

238U 214Bi 0.056±0.004 0.036±0.008 0.023±0.007 0.013±0.0014 0.005±0.0003

137Cs 137Cs 0.009±0.001 0.015±0.003 0.009±0.002 0.002±0.0002 0.001±0.0004

232Th 212Bi 0.075±0.009 0.121±0.013 0.159±0.0149 0.011±0.0017 0.005±0.0004

232Th 228Ac 0.145±0.016 0.088±0.017 0.047±0.0095 0.019±0.0009 0.013±0.0027

40K 40K 56.28±0.886 73.13±1.953 97.36±2.556 5.071±0.011 14.652±0.034

Bảng 3.10: Hoạt độ riêng trung binh của một số đồng vị trong các mẫu gạo, ngô,

khoai

Chuỗi phân rã

Đồng vị phóng xạ

Mẫu gạo (Bq/kg tươi)

Mẫu ngô (Bq/kg tươi)

Mẫu khoai (Bq/kg tươi)

232Th 212Pb 0.014±0.0027 0.0591±0.0091 0.011±0.003 238U 214Pb 0.0103±0.0025 0.0584±0.0065 0.0188±0.0031

232Th 208Tl 0.0073±0.0015 0.029±0.0039 0.0096±0.0017 238U 214Bi 0.0138±0.0043 0.0543±0.0066 0.0266±0.0041

137Cs 137Cs 0.043±0.0027 0.1187±0.0056 0.0072±0.0013 232Th 212Bi 0.0545±0.0058 0.1415±0.0245 0.0742±0.0078 232Th 228Ac 0.031±0.0045 0.1536±0.0184 0.0624±0.0092 40K 40K 31.46±0.834 78.54±1.6366 49.3±1.088


20

Hình 3.1: So sánh hoạt độ riêng của một số đồng vị phóng xạ trong gạo, ngô,

khoai

Hình 3.1 là biểu đồ so sánh hoạt độ riêng (Bq/khối lượng tươi) của các

đồng vị phóng xạ xác định được trong các mẫu gạo, ngô và khoai. Nhìn vào

biểu đồ này ta thấy rằng:

Hoạt độ của đồng vị 40K là cao nhất, với hoạt độ lớn nhất là

102.93±2.089 Bq/kg trong mẫu ngô 3, thấp nhất trong mẫu gạo 2 là

26.222±0.693 Bq/kg. Đây có thể là do hàm lượng của 40K ở trong đất và hệ số

vận chuyển của 40K từ đất vào cây trồng cao hơn so với một số nhân phóng xạ

tự nhiên khác.

Bên cạnh đó, 137Cs, đồng vị được tạo ra từ phản ứng phân hạch hạt nhân

trong các vụ thử vũ khí hạt nhân và các sự cố hạt nhân trong lịch sử, cũng được

phát hiện trong một số mẫu nhưng với hoạt độ rất nhỏ so với giới hạn cho phép

của thế giới[6].


21

Các đồng vị con cháu thuộc hai dãy uran, thori là 214Bi, 214Pb, 212Bi, 212Pb, 208Tl, 228Ac cũng được phát hiện nhưng với hoạt độ rất nhỏ và khác nhau

nhiều trong mỗi mẫu. Điều đó chứng tỏ các đồng vị trong mỗi dãy không cân

bằng với nhau. Điều này được giải thích là do các đồng vị phóng xạ nói riêng

và các nguyên tố vi lượng trong đất đi vào thực vật chủ yếu qua con đường sinh

dưỡng là rễ cây, nên các đồng vị có tính chất hóa học khác nhau nên sự hấp thu

các nhân phóng xạ sẽ khác nhau. Ngoài ra mỗi loại cây trồng sẽ có nhu cầu dinh

dưỡng khác nhau nên hoạt độ của các đồng vị phóng xạ trong từng loại lượng

thực không giống nhau.


22

KẾT LUẬN

Luận văn này được thực hiện với mục đích khảo sát nồng độ của một số

đồng vị phóng xạ trong ba loại lượng thực: gạo, ngô, khoai. Luận văn đã tìm

hiểu phương pháp và kỹ thuật xác định hoạt độ phóng xạ của các đồng vị tự

nhiên và nhân tạo trong các mẫu thực vật theo phương pháp phổ gamma.

Về mặt lý thuyết

Luận văn trình bày cơ sở vật lý, cơ sở của phương pháp phổ gamma.

Luận văn cũng tìm hiểu khái quát cấu tạo của hệ phổ kế gamma bán dẫn và

nguyên lý hoạt động của detector bán dẫn siêu tinh khiết.

Về mặt thực nghiệm

Luận văn tiến hành chuẩn năng lượng cho hệ phổ kế sử dụng các nguồn

phóng xạ chuẩn 60Co, 57Co, 137Cs, 131I.

Khảo sát sự phụ thuộc của độ phân giải năng lượng vào năng lượng tia

gamma và khảo sát phông của hệ phổ kế SEGe.

Tiến hành đo mẫu chuẩn IAEA RGU-1+IAEA 156. Từ số liệu thu được

xây dựng đường cong hiệu suất ghi phục vụ cho việc phân tích mẫu thực vật.

Xử lý mẫu và tiến hành đo mẫu.

Như vậy, luận văn đã khảo sát nồng độ một số đồng vị phóng xạ phát

gamma trong 4 mẫu gạo, 5 mẫu ngô, 5 mẫu khoai trên địa bàn của tỉnh Quảng

Ninh tại thời điểm lấy mẫu. Tuy nhiên, ba loại lương thực trên chỉ là một trong

những thành phần chủ đạo của chế độ ăn uống và là trọng tâm trong việc khảo

sát các nguồn phát gamma. Để thu được dữ liệu thiết thực hơn, cần khảo sát

nhiều mẫu hơn nữa nhằm nâng cao độ chính xác và xác định nồng độ của các

đồng vị phóng xạ trong nhiều loại thực phẩm khác như rau, thịt, các loại thủy

hải sản khác.


23

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Ngô Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản Khoa học

và kỹ thuật.

2. Lương Thị Thơm (2014), Xác định hoạt độ riêng của các nguyên tố

phóng xạ trong mẫu đất đá và thực vật bằng phương pháp phổ gamma,

Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại

học Quốc gia Hà Nội.

Tiếng Anh

3. Bui Van Loat, Le Tuan Anh, Dong Van Thanh, Nguyen The Nghia,

Pham Duc Khue (2012), “Measurement of some characteristics of the

BEGe detector”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics 28,

19-25.

4. Canberra industries Inc (2003), Germanium Detectors User’s Manual,

New York.

5. Canberra industries Inc (2013), Genie™ 2000 Spectroscopy Software,

New York.

6. Codex Committee on Food Additives and Contaminants (2011), “Codex

Guideline Levels for Radionuclides in Foods Contaminated Following a

Nuclear or Radiological Emergenc”, General General Standarts for

Contaminants and Toxins in Food and Feeds.

7. Glenn F. Knoll (2010), Radiation Detection and Measurement, John

Wiley & Sons, New York.


24

8. International Atomic Energy Agency (1989), Measurement of

radionuclides in food and the environment, TRS 295, Vienna.

9. International Food Safety Authorities Network (INFOSAN) (2011),

Information on nuclear accidents and radioactive contamination of

foods.

10. Winchester Engineering and Analytical Center (2010), FDA-

WEAC.RN.Method.3.0 (Ver 7.1), “Determination of Gamma-Ray

Emitting Radionuclides in Foods by High-Purity Germanium

Spectrometry”, LABORATORY PROCEDURE, FDA Office of

Regulatory Affairs, pp.2-25.

11. http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nucSearch.asp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC … (280).pdf · suất ghi...

Documents

Transcript of ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC … (280).pdf · suất ghi...