Tiến Sĩ Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi củ

Luận án tiến sĩ năm 2013
Đề tài: Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha xác định hàm lượng Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi trường biển


Mở đầu
Trong số nhiều mắt xích khác nhau của môi trường, diễn biến chất lượng
của môi trường biển - môi trường có tính linh động cao và lan truyền không biên
giới, được quan tâm nhiều và sâu sắc ở tầm mức quốc gia, khu vực và quốc tế.
Việt Nam - đất nước có bờ biển dài khoảng 3260 km và vùng biển đặc
quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, đang đứng trước một loạt vấn
đề về môi trường và tài nguyên trong phạm vi biển và đới bờ của mình, trong đó
có những nguyên nhân tại chỗ, khu vực và Quốc tế. Trong số nhiều yếu tố có
khả năng gây ô nhiễm môi trường biển có yếu tố phóng xạ.
Các yếu tố phóng xạ trong môi trường biển, bao gồm:
- Các đồng vị phóng xạ nhân tạo (chủ yếu quan tâm đến các đồng vị
sống dài 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v ) xâm nhập vào môi trường biển bởi: (1) Thử
vũ khí hạt nhân trong khí quyển và trong nước; (2) Phóng thích thông lệ có kiểm
soát thải phóng xạ mức thấp của các cơ sở hạt nhân (nhà máy điện hạt nhân, cơ
sở xử lý lại nhiên liệu, cơ sở chế tạo vũ khí hạt nhân, v.v ); (3) Tàng trữ thải
phóng xạ dưới đáy biển trong quá khứ; (4) Sự cố hạt nhân (như sự cố Chernobyl,
sự cố Fukushima, sự cố tàu ngầm nguyên tử, vệ tinh và các sự cố xảy ra trong
quá trình thu nhận, sử dụng, vận chuyển các chất phóng xạ trên đường biển) [2].
- Các đồng vị phóng xạ tự nhiên (chủ yếu quan tâm đến chuỗi U, Th và
các sản phẩm phân rã của chúng, trong đó có 226Ra).
Trên thế giới, Hội nghị Quốc tế về ô nhiễm biển nhân năm Quốc tế về Đại
dương 1998 được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) phối hợp với
ủy ban Đại dương liên chính phủ (IOC) của UNESCO, Chương trình môi trường
Liên hợp quốc (UNEP), Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), Ủy ban Quốc tế về
thám hiểm khoa học Địa Trung Hải (CIEMS) tổ chức tại Ph òng thí nghiệm môi
trường biển Quốc tế ở Monaco vào hạ tuần tháng 10/1998, Chương trình hợp tác
vùng Châu Á - Thái Bình Dương về phóng xạ môi trường biển gồm 12 nước
tham gia trong đó có Việt Nam,v.v đã cung cấp một bức tranh khá toàn diện
về thực trạng của nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm môi trường biển hiện nay với sự
nhấn mạnh đến vai trò của các phương pháp hạt nhân và đồng vị trong lĩnh vực
này.
Ở Việt Nam, trong những năm qua, việc nghiên cứu đánh giá phóng xạ
môi trường biển cũng đã được bước đầu chú ý đến thông qua việc thực hiện một
số đề tài cấp Bộ KH&CN do Viện Nghiên cứu hạt nhân, Viện Khoa học và Kỹ
thuật hạt nhân, Viện Hải dương học Nha Trang, v,v . thực hiện. Từ các đề tài
này đã tiến hành thu góp mẫu với số lượng hạn chế khoảng 200 mẫu tại các vị trí
chọn lọc (Cát Bà, Cửa Lò, Vịnh Nha Trang, Ninh Thuận, Phan Thiết, Vũng Tàu
và Cửa Đại Sông Tiền) và tiến hành phân tích hàm lượng các nguyên tố trong
các mẫu đã thu góp. Các kết quả tiêu biểu thu được của các đề tài này là đã xác
lập được bộ quy trình thu góp, xử lý, bảo quản và phân tích các nguyên tố phóng
xạ tự nhiên và nhân tạo quan trọng (238U, 232Th, 210Po, 90Sr, 137Cs, 239,240Pu, v.v ) trong một số đối tượng môi trường biển và bước đầu cung cấp một số các
thông tin về mức hiện hữu các nhân phóng xạ kể trên trong môi trường biển Việt
Nam.
Tính cách (đặc điểm, hành vi, trạng thái, sự chuyển hóa, ), hàm lượng,
sự phân bố, sự dịch chuyển của các nguyên tố hóa học, các đồng vị phóng xạ (tự
nhiên và nhân tạo) trong các đối tượng, hợp phần của môi trường biển luôn thu
hút sự quan tâm nghiên cứu tìm hiểu, khảo sát và đánh giá của giới khoa học vì
biển và đại dương là môi trường sống quan trọng của nhân loại.
Nhiều vấn đề liên quan đến môi trường biển của Việt Nam nói chung và
nói riêng là những vấn đề đối tượng nghiên cứu được liệt kê ở trên còn chưa
được nghiên cứu, hiểu biết một cách thấu đáo, đầy đủ.
Vấn đề nghiên cứu đặt ra cho luận án chính là nhằm mục đích góp phần
bổ khuyết những thiếu hụt hiện nay về thông tin dữ liệu trong lĩnh vực được lựa
chọn.
Bản luận án với tiêu đề: “Nghiên cứu phát triển phương pháp phổ alpha
xác định hàm lượng 226Ra và khảo sát sự phân bố, hành vi của nó trong môi
trường biển” tập trung vào nghiên cứu đối với 226Ra - là đồng vị phóng xạ tự
nhiên rất được quan tâm trong sinh thái và vệ sinh phóng xạ vì: chu kỳ bán rã dài
(T1/2: 1600 năm), độc tính phóng xạ cao, phát alpha (4.59 và 4.78 MeV) và
gamma (186 KeV), đồng thời liên tục phân rã ra 222
Rn và các con cháu khác –cũng là các nhân phát alpha và gamma đa năng lượng (E: 295, 352, 609, 1120 và 1764 KeV); vì thế, 226Ra gây nguy hại do cả chiếu ngoài và chiếu trong.
Mục tiêu của luận án:
- Phát triển phương pháp phân tích định lượng 226
Ra trong các hợp phần
của môi trường biển: nước, trầm tích và sinh vật bằng kỹ thuật phổ alpha nhằm
cải thiện độ nhạy, độ chính xác so với các phương pháp khác.
- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của 226Ra trong các hợp phần môi
trường biển tiêu biểu tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận và sự dịch chuyển trong điều
kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là các hợp phần môi trường biển: nước bề mặt,
trầm tích bề mặt (có độ sâu từ 0-5 cm tính từ bề mặt lớp trầm tích), rong và hải
sản (cá nục, cá bạc má, cá cơm, cá thu, cá mối, sò, ).
Phương pháp nghiên cứu của luận án là sử dụng phương pháp phân tích
phổ alpha kết hợp tách hóa phóng xạ và phương pháp phổ gamma để xác định
hoạt độ
226
Ra trong các hợp phần môi trường biển.
Phạm vi nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu được thực hiện ở vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có chiều dài
khoảng 105 km; Các nghiên cứu chi tiết cho 2 vùng biển của xã Vĩnh Hải, huyện
Ninh Hải và xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước (nay là huyện Thuận Nam), tỉnh
Ninh Thuận – nơi dự kiến sẽ xây dựng 02 nhà máy điện nguyên tử với công suất
thiết kế tổng cộng khoảng 4000 – 8000 MW điện với vị trí ở gần biển và dùng
nước biển để làm nguội. Tổng số mẫu thu góp và phân tích khoảng 200 mẫu.
Thời gian khảo sát từ 2001 đến 2009. Tổng số các chỉ tiêu phân tích khoảng
1.000, trong đó 226Ra khoảng 200.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
- Góp phần khẳng định tính ưu việt của phương pháp hóa phóng xạ kết
hợp với kỹ thuật đo phổ alpha so với ph ương pháp phân tích phổ gamma khi
phân tích các mẫu có thành phần phức tạp, đặc biệt trong đối tượng môi trường
biển có hàm lượng muối cao.
- Thiết lập quy trình tách và làm giàu để định lượng 226Ra trong các đối
tượng môi trường biển, tạo tiền đề phân tích nguyên tố này trong các đối tượng
môi trường khác.
- Cung cấp cơ sở dữ liệu về hàm lượng và sự phân bố 226Ra trong các đối
tượng môi trường biển vùng biển Ninh Thuận. Bộ số liệu thu nhận được giúp
hiểu biết về hành vi, sự phân bố, dịch chuyển và tích lũy của 226Ra trong các hợp
phần của môi trường biển.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
- Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần đánh giá chất lượng môi
trường biển Việt Nam về mặt phóng xạ.
- Đóng góp một phần vào bộ số liệu nền phông phóng xạ môi trường
biển Việt Nam làm cơ sở cho các cảnh báo và đánh giá tác động môi trường từ
các khu công nghiệp, đặc biệt từ nhà máy điện hạt nhân sẽ được xây dựng và
vận hành trong tương lai gần ở Việt Nam tại khu vực nghiên cứu.
- Có thể sử dụng kết quả về hệ số tích lũy sinh học trong rong Câu kim
(Vĩnh Hải), sò và rong Mơ làm chỉ thị sinh học cho ô nhiễm phóng xạ biển nhằm
đơn giản hóa các thủ tục, chương trình cảnh báo.
Những đóng góp mới của luận án:
- Nghiên cứu phát triển phương pháp tách và làm giàu để định lượng 226Ra trong các đối tượng môi trường biển (nước biển, trầm tích và sinh vật
biển). Kiểm tra độ tin cậy của phương pháp được xác lập. Đây là các nghiên cứu
đầu tiên và có hệ thống ở nước ta.
- Khảo sát sự phân bố hàm lượng của 226Ra trong các đối tượng môi
trường biển tại vùng biển tỉnh Ninh Thuận - vùng được chọn xây dựng nhà máy
điện hạt nhân đầu tiên ở Việt Nam và đánh giá sự dịch chuyển trong điều kiện tự
nhiên của 226Ra theo chu trình: nước - trầm tích - sinh vật biển. Các s ố liệu này
sẽ đóng góp vào bộ số liệu Quốc gia và Khu vực, không chỉ làm cơ sở cho các
xâm nhập tiếp theo của 226Ra, mà còn phục vụ đánh giá chất lượng môi trường
biển Việt Nam cũng như đánh giá tác động môi trường biển về mặt phóng xạ.
Bố cục của luận án:
Luận án được trình bày theo 3 chương như sau:
- Chương một là phần tổng quan, giới thiệu các nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến đề tài của luận án.
- Chương hai là đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Chương này tập
trung mô tả phương pháp thu góp, xử lý, bảo quản và định lượng 226Ra bằng
phương pháp phổ alpha kết hợp với phổ gamma trong mẫu môi trường biển.
- Chương ba là kết quả và thảo luận. Chương này tập trung xây dựng
phát triển phương pháp tách và tạo mẫu đo phổ alpha xác định hoạt độ 226Ra
trong các đối tượng môi trường biển và đưa ra các số liệu về phân bố hàm lượng
226Ra trong một số đối tượng môi trường biển, đánh giá sự dịch chuyển trong
điều kiện tự nhiên của 226Ra theo chu trình: nước – trầm tích – sinh vật biển.
- Kết luận của luận án. Luận án khẳng định các điểm mới về mặt học
thuật.

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các đồng vị phóng xạ và rađi trong môi trường biển
1.1.1. Những đặc trưng chủ yếu của môi trường biển
Trên thế giới, Đại dương chiếm khoảng 361,11×106km2gần 70,8% tổng
diện tích bề mặt của Trái đất, với thể tích khoảng 1,3×10^18m3[14].
Biển Đông (Hình 1.1 ), thuật ngữ trong tiếng Anh là South China Sea
(SCS) để chỉ một biển rìa rộng lớn,
nửa kín ở khu vực Đông Nam Á, là
một phần của Thái Bình Dương, diện
tích khoảng 3.500.000 km2, kéo dài
từ Singapore tới eo biển Đài Loan
theo hướng Tây Nam - Đông Bắc.
Biển Đông có thể tích khoảng
3.938.000 km
3
. Độ sâu trung bình
1140m, vực sâu nhất 5016m thuộc rìa
lục địa Philippines. Vùng biển nông
của Biển Đông được nối liền với Biển
Đông Hải (Trung Quốc) qua eo Đài
Loan và Biển Java qua eo Malacca. Khu vực nước sâu chiếm toàn bộ phần trung
tâm và đông bắc Biển với hai eo biển sâu Luzon (trên 5000 m) và Midoro (trên
2000 m) nối liền với các vùng nước sâu của Thái Bình Dương và biển Sulu.
Xung quanh Biển Đông có nhiều dãy núi bao bọc, nhiều dãy cao hơn 500 m, như
những dãy núi ở phía tây Việt Nam hay các dãy núi trên quần đảo Philippines.
Các dãy núi hẹp Châu Á giữ chặt các trung tâm đối lưu gió mùa.
Xung quanh Biển Đông có khá nhiều sông đổ vào, trong đó, 3 sông lớn
nhất là Sông Pearl (Quảng Châu, Trung Quốc), Sông Hồng và Sông Mê - Kông.
Lưu lượng của các con sông ở đây biến đổi mạnh theo mùa. Ví dụ, sông Mê -Kông, lượng nước từ tháng 5 – tháng 10 chiếm 70% lượng nước trong năm (~5.2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Tác An và cộng sự, (2004). Hiện trạng 137Cs, 210Pb, 226Ra và 228Ra
vùng biển Nam Trung Bộ - Việt Nam, Báo cáo tại Hội thảo Phóng xạ Môi
trường biển, Đà Lạt.
2. Nguyễn Thanh Bình và cộng sự, (2001). Báo cáo tổng kết đề tài khoa học
công nghệ cấp Bộ, giai đoạn 1999-2000 “Nghiên cứu ứng dụng các phương
pháp và kỹ thuật phân tích hạt nhân chủ yếu phục vụ đánh giá tình trạng
phóng xạ môi trường biển Việt Nam”. Viện Nghiên cứu hạt nhân.
3. Bộ Công Thương, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Viện Năng lượng, (2008).
Báo cáo đầu tư Dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận.
4. Đặng Kim Chi, (1999). Hóa học Môi trường, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
5. Phan Sơn Hải, (2004). Giáo trình Ứng dụng kỹ thuật Hạt nhân trong nghiên
cứu Môi trường.
6. Ngô Quang Huy, (2004). An toàn bức xạ ion hóa, Nhà xuất bản Khoa học và
Kỹ thuật.
7. Ngô Quang Huy, Trần Văn Luyến, (1999). Khảo sát nền phông phóng xạ môi
trường đối với một số đối tượng môi trường tại thành phố Hồ Chí Minh. Hội
nghị vật lý và Kỹ thuật Hạt nhân lần thứ 3, Đà Lạt 3/99.
8. Trần Văn Luyến, (2005). Luận án Tiến sỹ Vật lý về Nghiên cứu nền phông
phóng xạ vùng Nam bộ Việt Nam, Tp. H ồ Chí Minh.
9. Nguyễn Trọng Ngọ và cộng sự, (2003). Báo cáo tổng kết đề tài khoa học
công nghệ cấp Bộ, giai đoạn 2001-2002 “Nghiên cứu phát triển các phương
pháp phân tích hạt nhân chủ yếu và ứng dụng đánh giá tình tr ạng phóng xạ
môi trường biển ở một số vùng điển hình của Việt Nam”. Viện Nghiên cứu
hạt nhân, Mã số BO/00/01-04.
10. Nguyễn Trọng Ngọ và cộng sự, (2006). Báo cáo tổng kết đề tài khoa học
công nghệ cấp Bộ, giai đoạn 2004-2005 “Thống kê điều tra phóng xạ và các
nguyên tố độc hại trong một số loại lương thực thực phẩm chủ yếu của Việt
Nam”. Viện Nghiên cứu hạt nhân, Mã số: BO/04/01-02.
11. Lê Như Siêu và Cộng sự, (2007). Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ
cấp Bộ, giai đoạn 2004-2005 “Nghiên cứu xác định độ phóng xạ tự nhiên
trong các vật liệu xây dựng chủ yếu và bước đầu đánh giá liều chiếu do
chúng gây ra”, Viện Nghiên cứu hạt nhân, Mã số: ĐT.07/07-09/NLNT.
12. Nguyễn Văn Phúc và công sự, (2011). Nghiên cứu xác lập luận cứ khoa học
kỹ thuật để thiết lập chương trình, mạng lưới quan trắc - cảnh báo phóng xạ
môi trường biển Việt Nam.
13. Dương Đức Tiến, Võ Văn Chi, (1978). Phân loại học thực vật- Thực vật bậc
thấp, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chyên nghiệp, Hà Nội.
14. Trần Văn Trị, (2000). Tài nguyên Khoáng sản Việt Nam. Cục Địa chất và
Khoáng sản Việt Nam.
15. Trương Ý và cộng sự, (2007). Báo cáo đề tài Cấp Bộ “Nghiên cứu, đánh giá
mật độ rơi lắng tích luỹ Sr-90, Cs-137 và Pu-239,240 trong 02 đối tượng môi
trường ở phía Nam Việt Nam”, mã s ố BO/05/01-02.
Tiếng Anh
16. Anil Kumar De, (1989). Environmental Chemisty, Wiley Eastern Limite,
Second Edition.
17. An. N. Nesmeyanov, (1974). Radiochemistry, Mir Publishers, Moscow.
18. A.P.Vinogradov, (1967). Geochemical Ocean, Science Publishing House,
Moscow.
19. Baranov V. I., (1956). Radiometry. Izdatelstvo Moskva.
20. Burnett W. C. and Elzerman A. W, (2001). Nuclide migration and the
environmental radiochemistry of Florida phosphogypsum. J. of