Ứng dụng năng lượng nguyên tử cho phát triển kinh tế – xã hội

Ứng dụng năng lượng nguyên tử cho phát triển kinh tế – xã hội

Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân

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 của các 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 phóng xạ được hình thành do con người tạo ra.
   

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 ba chuỗi phóng xạ ²³⁸U, ²³²Th và ²³⁵U. Các nhân phóng xạ này là các nhân bắt đầu của mỗi chuỗi. Trong môi trường đất nếu không có các quá trình biến đổi môi trường gây ra sự mất cân bằng phóng xạ thì các chuỗi phóng xạ này thường có cân bằng phóng xạ. Điều này cũng đồng nghĩa với hoạt độ phóng xạ của các nhân phóng xạ có trong mỗi chuỗi là bằng nhau và bằng với hoạt độ phóng xạ của nhân bắt đầu mỗi chuỗi. Hình 1,2,3 chỉ ra các nhân phóng xạ có trong các chuỗi phóng xạ tương ứng ²³⁸U, ²³²Th và ²³⁵U.

Bảng 1. Độ giàu đồng vị của các nhân phóng xạ nguyên thuỷ

Nhân phóng xạ	Thời gian bán huỷ (năm)	Độ giàu đồng vị (%)
40K	1.26x109	0.0117
87Rb	4.8x109	27.83
232Th	1.4x1010	100
235U	7.1x108	0.72
238U	4.5x109	99.274

Hình 1. Chuỗi phóng xạ 238U

Các chuỗi phóng xạ ²³⁸U, ²³²Th chứa nhiều nhân phóng xạ trong các dạng 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 ²²⁶Ra có mặt trong tất cả các môi trường có chứa uran. Tuy nhiên do tính chất hóa 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 trôi nhiều hơn so với ²³⁸U. Mặt khác đất lại được hình thành từ quá trình phong hóa của đá vì vậy nó thường chứa nhiều ²²⁶Ra hơn 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 ²³⁸U là 25 Bq /kg.

Hình 2. Chuỗi phóng xạ 232Th

Hình 3. Chuỗi phóng xạ 235U

Hình 4. Đóng góp của các thành phần phóng xạ có trong tự nhiên vào liều chiếu bức xạ đối với con người (UNSCEAR 2000)

Những hiệu ứng bất lợi về sức khỏe gây bởi radon là do các hạt alpha được phát ra từ radon và các con cháu của nó. Các hạt alpha này sẽ phá hủy các tế bào của cơ thể con người một khi nó được phát ra từ bên trong cơ thể của chúng ta. Mối nguy hiểm chính khi bị chiếu một liều radon cao là khả năng mắc phải căn bệnh ung thư phổi. Theo các đánh giá dịch tễ học nếu chúng ta sống trong môi trường có nồng độ radon là 20Bq/m³ thì có khả năng 3 trong số 1000 người sẽ mắc phải căn bệnh ung thư phổi do radon gây ra. Và xác suất này tăng gấp 10 lần nếu kết hợp với việc 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 radon rất cao ở một căn nhà nào đó trong khi căn nhà ngay bên cạnh lại có nồng độ radon thấp. Vì vậy cách tốt nhất để biết nồng độ radon trong nhà mình cao hay thấp là tiến hành đo nồng độ radon. Nồng độ radon có thể đo bằng nhiều cách khác 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 Bức xạ và Môi trường thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân có cả hai loại thiết 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). Nhiều nước trên thế giới thừa nhận mức hành động đối với nồng độ radon là 200Bq/m³.