TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiên bùi thị Ánh dưƠng nghiên cứu sử DỤng liều kế nhiệt huỳnh quang (tld) ĐỂ Đo liều bức xạ gamma trong môi trưỜNG
tải về 0.55 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- Tác dụng của các tia bức xạ đối với sức khoẻ con người.
Chương 1: TỔNG QUAN
Sau sự kiện Big Bang là quá trình hình thành mặt trời và hệ thống hành tinh của chúng ta. Trong đám tro bụi đó một lượng lớn các chất phóng xạ có mặt trên Trái Đất. Theo thời gian, đa số các nguyên tố phóng xạ này phân rã và trở thành những nguyên tố bền vững là thành phần vật liệu chính của hệ thống hành tinh chúng ta hiện nay. Tuy nhiên đối với các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã rất lớn, chúng vẫn đang tồn tại trong vỏ Trái Đất đó là những nguyên tố Kali, Uranium, Thorium, con cháu của chúng và một số các nguyên tố khác. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên chủ yếu thuộc 3 chuỗi phóng xạ, đó là chuỗi 232Th, chuỗi 238U và chuỗi 235U. Chúng có khả năng phân rã anpha và bêta mạnh và có thể tóm lược như trong Bảng 1.1. Bảng 1. 1 Sơ đồ chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium và Uranium
Các nguyên tố phóng xạ có ở khắp mọi nơi trên Trái Đất, trong đất, trong nước và trong không khí. Theo nguồn gốc, các nguyên tố phóng xạ có thể được chia thành 3 loại:
Các hạt nhân phóng xạ được tạo thành và tồn tại một cách tự nhiên trong đất, nước và trong không khí, thậm chí trong chính cơ thể chúng ta. Theo Cơ quan Năng lượng nguyên tử Quốc tế (IAEA), trong 1 kg đất có thể chứa 3 đồng vị phóng xạ tự nhiên với hàm lượng trung bình như sau: 370 Bq 40K (100 – 700 Bq) 25 Bq 226Ra (10 – 50 Bq) 25 Bq 238U (10 – 50 Bq) 25 Bq 232Th (7 – 50 Bq) Nguyên tố Uranium gồm các đồng vị: Uranium-238 chiếm 99,3% Uranium tự nhiên, khoảng 0,7% là Uranium-235 và khoảng 0.005% là Uranium-234. U-238 và U-234 là các đồng vị phóng xạ thuộc họ Uranium, còn U-235 là đồng vị phóng xạ thuộc họ Actinium. Các chuỗi phóng xạ tự nhiên có các đặc điểm:
Ngoài các đồng vị trong các chuỗi phóng xạ tự nhiên nêu trên, trong tự nhiên còn có một số đồng vị phóng xạ rất phổ biến khác như : 40K, 14C...Những đồng vị này có thể được thấy trong thực vật, động vật và cả trong môi trường. Đồng vị phóng xạ 14C là đồng vị được hình thành do sự tương tác của bức xạ nơtron (có trong tia vũ trụ) với hạt nhân nguyên tử 14N. Hoạt độ phóng xạ của một số nhân phóng xạ chủ yếu trong môi trường được đưa ra trong bảng 1.2. Bảng 1. 2. Hoạt độ phóng xạ của một số hạt nhân nguyên thủy [4]
Con người đang sống trong môi trường mà mọi nơi đều có các nhân phóng xạ tự nhiên, chúng phát ra các bức xạ gamma, anpha, beta gây ra liều chiếu cho con người. Các tia bức xạ chiếu vào cơ thể từ bên ngoài sẽ gây ra liều chiếu xạ ngoài; Khi các nhân phóng xạ đi vào cơ thể con người và phát ra các tia bức xạ, khi đó sẽ gây ra liều chiếu trong.
Đây là nguồn chiếu xạ chủ yếu trong số các nguồn chiếu xạ ngoài của môi trường đối với con người. Từ các kết quả nghiên cứu thực hiện trên nhiều khu vực, lãnh thổ khác nhau trên thế giới, người ta đã đánh giá suất liều hấp thụ trung bình ở độ cao 1m trên mặt đất đối với con người vào khoảng từ 20 đến 159nGy/h. Trong phổ suất liều hấp thụ trung bình đó, người ta đánh giá một giá trị trung bình là 55 nGy/h, tương đương với liều hiệu dụng trung bình một người phải chịu là 0.41mSv/ năm. Tùy theo từng vị trí trên Trái Đất, giá trị đó có khác nhau, thí dụ như ở Mỹ là 0.28mSv/năm, ở Thụy Sỹ là 0.64mSv/năm [4]. Trong thành phần của các nguồn chiếu xạ ngoài từ bức xạ gamma của các đồng vị phóng xạ từ đất thì 40K chiếm 35% các đồng vị phóng xạ của dãy 238U chiếu 25%, và của dãy 232Th là 40%.
Phóng xạ có nguồn gốc từ tia vũ trụ đóng góp vào liều hấp thụ đối với con người là không đáng kể. Ở độ cao mực nước biển, liều hấp thụ gây ra bởi thành phần bức xạ ion hóa là 27nGy/h, tương ứng với liều hiệu dụng là 240µSv/ năm. Liều này tăng theo độ cao so với mực nước biển ( cứ 100m tăng 4µSv). Trên 25km thì liều đó có giá trị gần như không đổi, vào khoảng 80µGy/h. Tính trung bình theo các nhóm người sống trên Trái Đất thì liều hiệu dụng hàng năm do tia vũ trụ được đánh giá là 355µSv, trong đó thành phần đóng góp của bức xạ ion hóa là 300µSv, còn 55µSv là của thành phần nơtron [4].
Khi các chất phóng xạ tự nhiên xâm nhập vào cơ thể qua con đường ăn uống và hít thở sẽ tạo nên một nguồn chiếu xạ trong đối với cơ thể. Quá trình chuyển hóa làm cho một số đồng vị được thải ra ngoài và một số còn lưu lại trong cơ thể. Hai tổ chức quốc tế là Ủy ban khoa học Liên Hiệp Quốc về những ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử - United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations (UNSCEAR) và Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế- International Commission on Radiological Protection (ICRP) đã tính liều hiệu dụng hàng năm gây bởi chiếu xạ trong đối với con người. Do tính chất phức tạp của các đặc trưng của các đồng vị trong các dãy phóng xạ tự nhiên nên để thuận tiện, người ta chia các dãy đó thành từng nhóm khi tính toán liều chiếu xạ trong:
Do tính chất hóa lý của các đồng vị trong dãy 238U là khác nhau nên hoạt độ của chúng trong các loại thực phẩm khác nhau nằm trong một dải khá rộng. Một số số liệu về hoạt độ của các đồng vị trong một số loại thực phẩm điển hình được đưa ra trong bảng 1.3. Bảng 1. 3. Các giá trị hoạt độ riêng điển hình của thực phẩm, nước, tính ra Bq/kg [4]
Bảng 1. 4. Hoạt độ riêng trong không khí [3].
Bảng 1. 5 Lượng thực phẩm tiêu thụ ( trung bình) của người lớn [4].
Trên cơ sở số liệu hoạt độ của các đồng vị trong lương thực thực phẩm và nước tiêu thụ của con người trong các bảng 1.3,1.4,1.5 , liều hấp thụ con người nhận được hàng năm được đưa ra trong bảng 1.6. Bảng 1. 6 Liều hấp thụ hiệu dụng ( tính theo µSv/năm) cho người lớn [4].
Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m3; ở Mỹ trung bình là 55Bq/m3 nhưng trong khoảng 1-3% các căn hộ riêng , tức là khoảng hàng triệu nhà, hàm lượng radon lên tới 300Bq/m3[4]. Ở Việt Nam, chưa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một số nghiên cứu cho thấy: Lượng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng 30Bq/m3; ở miền núi thường lớn hơn vài lần[5]. Hàm lượng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tùy thuộc vào mùa trong năm và các yếu tố địa lý, khí hậu…Trong một nhà: tầng thấp có hàm lượng radon cao hơn so với tầng cao. Trong phòng thoáng, hàm lượng radon thấp hơn so với trong phòng kín.
Với Th 232, qua 10 lần dịch chuyển, trở thành đồng vị chì bền vững 208Pb. 220 Rnlà sản phẩm trong chuỗi phân rã của Th 232 và thường được gọi là thoron (Tn), có thời gian sống 80,06 giây, chu kỳ bán rã 55,6 giây. Vì thoron có đời sống quá ngắn nên nó không thể di chuyển một khoảng cách xa từ nguồn giống như radon trước khi phân rã. Thỉnh thoảng có thể bắt gặp thoron trong không khí và thường gặp hơn trong đất và trong khí đất. Do vậy chỉ có một phần rất nhỏ khí thoron tích tụ trong nhà. Tuy nhiên ngay cả với lượng nhỏ như vậy thoron vẫn có thể là một mối nguy hiểm vì con cháu của nó bao gồm 212Pb có chu kỳ bán rã 10,6 giờ đủ dài hơn để tích lũy đến một mức đáng kể trong không khí thở.
Trong số các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp đáng kể vào liều chiếu xạ trong, phải kể đến 3H, 7Be, 14C, và 22Na. Trong số 4 đồng vị này thì 14C có đóng góp lớn hơn cả. Hoạt độ phóng xạ gây bởi 14C có trong cơ thể người được đánh giá vào khoảng 50Bq/g, tương ứng với liều hiệu dụng là 12µSv/năm [2].
Trong số các đồng vị phóng xạ tự nhiên, không thuộc họ phóng xạ nào nhưng đóng góp đáng kể vào liều chiếu trong, phải kể đến đồng vị 40K. Lượng K có trong cơ thể người vào khoảng 2.10-3 g/g có thể khác nhau tùy theo lứa tuổi, giới tính. Trong cơ thể đàn ông có nhiều kali hơn so với phụ nữ. Ở cơ thể người già, lượng kali giảm trung bình 10mg/năm. Độ phổ cập tương đối của 40K trong kali tự nhiên là 0,117% thời gian bán rã của 40K là 1,28.109 năm. Hoạt độ 40K trong cơ thể người( tính cho trọng lượng trung bình là 50kg) được đánh giá là 600Bq/kg, tương ứng với liều hiệu dụng hàng năm là 165µSv/năm.
Bảng dưới đây cho biết liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ tự nhiên, tính trung bình cho người lớn trong các vùng có phóng xạ tự nhiên bình thường ( theo ICRP). Ta nhận thấy radon đóng vai trog chủ yếu trong liều hấp thụ tổng cộng do phóng xạ tự nhiên. Để hình dung mức độ lớn, nhỏ của liều hiệu dụng tổng cộng hàng năm do các nguồn phóng xạ tự nhiên trình bày trong bảng 7, ta có thể so sánh với liều hiệu dụng hàng năm gây bởi các nguồn phóng xạ khác. Chẳng hạn trong y tế, mỗi lần chụp X-quang, liều hấp thụ hiệu dụng mà người ta phải chịu là vào khoảng 0,5mSv. Bảng 1. 7. Liều hiệu dụng ( µSv/năm) do phóng xạ tự nhiên [4].
Từ các nguồn phóng xạ nhân tạo khác, thí dụ như từ các vụ thử hạt nhân (bụi lắng phóng xạ trong không khí, nước mưa,…) Liều hiệu dụng được đánh giá là vào khoảng dưới 0,1mSv/năm. Từ ngành điện hạt nhân: các nguồn chất thải khác nhau từ các nhà máy điện hạt nhân và các cơ sở xử lý nhiên liệu… gây nên liều hiệu dụng trung bình đối với một người khoảng 10-3mSv. Liều giới hạn cho phép, theo khuyến cáo của các cơ quan quôc tế (ICRP, UNSCEAR) đối với nhân viên chuyên nghiệp là 20mSv/năm, đối với dân chúng là 1mSv/năm .
Tác dụng sinh học của bức xạ hạt nhân có nhiều hình thức khác nhau, đối với sức khỏe con người thì quan trọng nhất là các dạng có thể xuyên qua cơ thể và gây ra hiệu ứng ion hoá . Nếu bức xạ ion hoá thấm vào các mô sống, các iôn được tạo ra đôi khi ảnh hưởng đến quá trình sinh học bình thường. Tiếp xúc với bất kỳ loại nào trong số các loại bức xạ ion hoá, bức xạ alpha, beta, các tia gamma, tia X và nơtron, đều có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ[2].
Các bức xạ ion hóa góp phần vào việc ion hóa các phần tử trong cơ thể sống, tùy theo liều lượng nhận được và loại bức xạ, hiệu ứng của chúng có thể gây hại ít nhiều cho cơ thể. Có hai cơ chế tác động bức xạ lên cơ thể con người: - Cơ chế trực tiếp: bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào làm đứt gãy liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn thương đến chức năng của tế bào. - Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các gốc tự do, các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu cơ trong tế bào, như các enzyme, protein, lipid trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các chức năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt quá khả năng phục hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc tê liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe. - Hiệu ứng tức thời: Khi cơ thể nhận được một sự chiếu xạ mạnh bởi các bức xạ ion hóa, và trong một thời gian ngắn sẽ gây ra hiệu ứng tức thời lên cơ thể sống. Làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh trung ương. Các ảnh hưởng trên đều có chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói mửa, mệt mỏi, sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của tia X gây ra ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh tạm thời . -Hiệu ứng lâu dài: Chiếu xạ bằng các bức xạ ion hóa với liều lượng cao hay thấp đều có thể gây nên các hiệu ứng lâu dài dưới dạng các bệnh ung thư, bệnh máu trắng, ung thư xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền... Bức xạ từ tia α khi đi vào cơ thể mô sống, chúng sẽ bị hãm lại một cách nhanh chóng và truyền năng lượng của chúng ngay tại chỗ. Vì vậy với cùng một liều lượng như nhau, nhưng tia α nguy hiểm hơn so với các tia β, γ là các bức xạ đi sâu vào sâu bên trong cơ thể và truyền từng phần năng lượng trên đường đi [2].
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||