Các nguồn phóng xạ tự nhiên

Nội dung text: Các nguồn phóng xạ tự nhiên

1. Các nguồn phóng xạ tự nhiên Sinh viên thực hiện: Hồ Ngọc Đăng Khoa Nguyễn Thị Ngọc Trâm Nguyễn Thị Hoài Thu Nguyễn Ngọc Vân
2. MỤC LỤC 1 Các nhân phóng xạ nguyên thủy 2 Tia vũ trụ 3 Phân bố phóng xạ trong đất, đá 4 Những vùng phông tự nhiên cao
3. Sự phân bố các nguồn phóng xạ tự nhiên Vỏ trái đất Tia vũ trụ Thực NGUỒN PHÓNG Phẩm XẠ TN Nước Cơ thể biển người
4. 1) Trong lớp vỏ trái đất Phông phóng xạ trên trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại cả trước và khi trái đất được hình thành Henry becquerel Năm 1896 nhà bác học người Pháp Becquerel phát hiện ra chất phóng xạ tự nhiên, đó là uranium và con cháu của nó
5. Uranium gồm 3 đồng vị khác nhau: U238 : chiếm 99,3% Thuộc cùng một họ gọi là họ uranium U234 : chiếm 5.10-3% Thành viên đầu tiên của một U235 : chiếm 0,7% họ khác, gọi là họ actinium Th232 là thành viên đầu tiên của họ thorium. Ba họ phóng xạ cơ bản
6. Đặc điểm chung: MỗiThànhhọ viênđều thứcó mộtnhấtthànhlà đồngviênvị phóngdưới dạngxạ sốngkhílâu,phóngvới xạ,thời Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ đều là chì gianchúngbánlà rãcácđượcđồngđovị theokháccácnhauđơncủavịnguyênđịa chấttố radon Khí Rn222 được gọi là radon, 238 20686 9 Uranium (U ) thờichuPb kỳgian bánbán rã rã4,51.103,825 ngàynăm 219 Khí 86Rn được gọi là Actinium (U235) chuactinon,Pb kỳ207 bán thời rã 7,13.10gian 8bánnăm rã 3,92s Khí Rn220 được gọi là 232 Pb20886 10 Thorium (Th ) thoron,chu kỳ thờibán rãgian 1,39.10bán rã 52năms Lý do chính gây nên phông phóng xạ tự nhiên của môi trường
7. Họ 4n Họ 4n+2 Họ 4n+3 Thorium (Th232) Uranium (U238) Actinium (U235)
8. Ngoài các đồng vị phóng xạ trong ba họ thorium, uranium và actinium, trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp Độ giàu đồng Thời gian bán rã Các bức xạ chính Hạt nhân vị (%) ( năm) Các hạt (MeV) Gamma K40 0,0119 1,3.109 1,35 1,46 MeV Rb87 27,85 5,0.1010 0,275 Không có La138 0,089 1,1.1011 1,0 0,80; 1,43 MeV Sm147 15,07 1,3.1011 2,18 Không có Lu176 2,6 3,0.1010 0,43 0,20; 0,31 MeV Re137 62,93 5,0.1010 0,043 Không có
9. MộtĐồngtrongvịcácphóngđồngxạvịtựphóngnhiênxạquantự nhiêntrọnglàkhácK40là, rấtC14phổvớibiếnthời tronggian bánmôirãtrường,5600 nămtrong. thực vật, động vật, cơ thể người. Kết quả của biến đổi hạt nhân do các tia vũ trụ bắn phá hạt Hàm lượng trung bình: nhân N14 TrướcTrong khi đất xuất đá hiện: bom27g/kg hạt nhân HàmTrong lượng đại tổng dương: cộng của380mg/lít C14 Trong cơ thể người: 1,7g/kg Trong khí quyển: 1,5.1011 MBq (4MCi) Trong thực vật 4,8.1011MBq (13MCi) Trong đại dương 9.1012 MBq (240 MCi) Việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân làm tăng đáng kể hàm lượng C14 Cho đến năm 1960 đã thải ra khí quyển khoảng 1,1.1011 MBq (3MCi).
10. 2) Các nhân phóng xạ có trong nước biển Toàn bộ nước trên trái đất, kể cả nước biển, đều chứa các nhân phóng xạ Nhân phóng Hoạt độ dùng Thái bình Đại tây dương Tất cả các đại xạ để tính dương 3,095x1017 m3 dương toán 6,549x1017 m3 1,3x1018 m3 uranium 33mBq/lit 22x1018 Bq 11x1018 Bq 41x1018 Bq K40 11 Bq/lit 7400x1018 Bq 3300x1018 Bq 14000x1018 Bq H3 0,6 mBq/lit 370x1018 Bq 190x1018 Bq 740x1015 Bq C14 5 mBq/lit 3x1018 Bq 1,5x1018 Bq 6,7x1018 Bq Rb87 1,1 mBq/lit 700x1018 Bq 330x1018 Bq 1300x1018 Bq
11. 3) Phóng xạ trong thực phẩm 40K pCi/kg 226Ra pCi/kg 40K pCi/kg 226Ra pCi/kg 3400 0,6-1 3520 1 40K pCi/kg 226Ra pCi/kg 40K pCi/kg 226Ra pCi/kg 390 3000 0.5
12. CÁC NHÂN PHÓNG XẠ TRONG CƠ THỂ NGƯỜI BảngCơ thểsaucontrìnhngườibàyđượcmột sốcấunhântạophóngnên từxạcácchínhnguyêntrongtốcơhóathể học,ngườivìlớn,vậy nặngtrong70cơkgthể. người có các nhân phóng xạ. Một số cácTổngnhân lượngphóng chấtxạ phóngvào cơ thể do ăn thực phẩm và Nhân phóng Tổng hoạt Lượng hấp thụ uống nước cũngxạnhư tìmdo thấyhít trongthở hằngcơ ngày. xạ độ (Bq) hằng ngày thể Uranium 90 µg 1,1 1,9 µg Thorium 30 µg 0,11 3 µg K40 17mg 4400 0,39 mg Radium 31 pg 1,1 2,3 pg C14 95 µg 15.000 1,8 µg Tritium 0,06 pg 23 0,003 pg Polonium 0,2 pg 37 Khoảng 0,6 pg
13. CÁC TIA VŨ TRỤ Các bức xạ proton, alpha, năng lượng cao rơi vào khí quyển Trái Đất từ không gian bên ngoài gọi là các tia vũ trụ Năng lượng: Vài chục MeV đến 1020 eV Lớp vật chất dày khoảng 103 g/cm2 của khí quyển
14. Thiên hà Gồm 79% các proton năng lượng cao, 20% các hạt alpha và các hạt ion nặng hơn, Phần còn lại là các electron, photon, neutron, Mặt trời Gồm các proton và hạt alpha với năng lượng tương đối thấp, vào khoảng 400 MeV và có cường độ rất lớn 106 – 107 hạt/cm2.s.
15. TIA VŨ TRỤ SƠ CẤP Các tia vũ trụ sơ cấp được chia thành các nhóm như sau Nhóm p: gồm proton, deutron và triton 3 Nhóm : gồm alpha và 2He Nhóm các hạt nhân nhẹ: lithium, beryllium và boron (Z = 3-5) Nhóm các hạt nhân trung bình: Gồm carbon, oxygen, nitrogen và flourine (Z = 6-9) Nhóm các hạt nhân nặng: các hạt nhân với Z 10 Nhóm các hạt nhân rất nặng: các hạt nhân với Z 20 Nhóm các hạt nhân siêu nặng: các hạt nhân với Z 30
16. Ảnh hưởng của từ trường Trái Đất lên tia vũ trụ sơ cấp: Thứ nhất: từ trường Trái Đất cản trở các hạt năng lượng thấp đi vào Trái Đất Chẳng hạn, một hạt proton chuyển động trong lưỡng cực từ của Trái Đất cos4 λ pmin = 59,3 GeV/c ( 1−+ cosθ.cos32 λ 1) Ở vĩ tuyến λ = 00 , tức là ở xích đạo Pmin = 15 GeV/c Ở vĩ tuyến = 900 , tức là ở cực Pmin = 0.
17. TIA VŨ TRỤ SƠ CẤP Thứ hai, từ trường Trái Đất ngăn cản tia vũ trụ sơ cấp bay vào bầu khí quyển dưới phương bay xác định Chẳng hạn hạt mang điện tích dương không thể bay vào bầu khí quyển dưới một góc xác định so với đường chân trời về phía đông. Ví dụ: với proton có năng lượng 2 GeV thì góc cấm này bằng 580 . Do đó ta có hiệu ứng bất đối xứng đông- tây, được xác định bởi đại lượng: Iwest -I east Iwest +I east Trong đó Iwest và Ieast là cường độ các tia vũ trụ sơ cấp đến từ hướng tây và hướng đông. Ở độ cao lớn thì tỉ số này là 0,25.
18. TIA VŨ TRỤ THỨ CẤP TiaQuá vũ trình trụ tươngthứ cấp tác sinh thường ra do gồm tia vũ hai trụ giai sơ đoạncấp tương tác với vật chất trong bầu khí quyển ❖ Các hạt sơ cấp bị hấp thụ và sinh ra các hạt thứ cấp ❖ sau đó các hạt thứ cấp ion hoá môi trường khí quyển Tia vũ trụ thứ cấp gồm 3 thành phần: 1 Kích hoạt hạt nhân (các hạt hadron) 2 Thành phần cứng (muon) 3 Thành phần mềm (electron, photon).
19. Cơ chế sản sinh các thành phần khác nhau của tia vũ trụ Pion Hạt tương Electron- đối tính gamma positron proton Delta muon nucleon Kích thích hạt nhân Delta-nucleon là các nucleon sinh ra với năng lượng cỡ 160 Mev. (Proton, neutron, alpha)
20. TIA VŨ TRỤ THỨ CẤP Cường độ các thành phần tia vũ trụ thứ cấp phụ thuộc vào độ cao của bầu khí quyển. Thành phần hadron giảm rất nhanh theo chiều cao từ trên xuống và hầu như bằng không tại mặt biển. Thành phần electron-photon có cường độ lớn ở độ cao lớn và bị hấp thụ rất nhanh khi đi đến mặt đất, có cường độ không đáng kể so với thành phần muon. Tại mặt biển, cường độ các thành phần cứng và mềm bằng -2 2 -2 2 Ihard= 1,7.10 hạt/cm .s và Isoft= 0,7.10 hạt/cm .s. Như vậy cường độ tia vũ trụ thứ cấp ở mặt biển vào khoảng 100 lần bé hơn cường độ ở giới hạn bầu khí quyển, mà trong đó chủ yếu là các hạt muon.
21. Sự phân bố phóng xạ trong thạch quyển và địa quyển 1) Đá kết tinh: ĐáVàonúikhoảnglửa và trênnúi biến1,4 tỷchấtnămlà đátrước,kết tinhhầu đượcnhư khôngtạo thànhcó dướioxygenđiềutrongkiệnkhínhiệtquyểnđộ vàvàápuranoxitsuất lớncó thể tồn tại trên bề mặt Độtrái giàuđất dưới của haidạng nguyênhạt quặng tố tăngtự nhiêntheo hàmkhông lượngbị oxy silic,hóa, Hạt uran di chuyển theo các dòng suối và do mật độ cao nên chúngTrongbị tíchđá giàutụ trong silic :các mỏ sa khoáng. Hàm lượng uran là cao nhất nhưng hiếm khi vượt quá 30ppm, Trong đá nghèo silic: Theo thời gian, các Có hàm lượng uran cỡ 0,1 ppm hoặc thấp hơn điểm tích tụ này bị chôn vùi, ép sâu và bị biến chất thành các mỏ kết tủa
22. 2) Đá trầm tích: Khoảng 1,4 tỷ năm trước hoặc sớm hơn, uran phong hóa Sự tái tích tụ uran do các phản ứng oxy hóa khử gián tiếp từ từ các đá núi lửa, đá kết tinh hoặc đá trầm tích bị khuyếch các quá trình sinh học rất gần bề mặt trái đất. Các đá trầm tích tán dưới dạng các ion hòa tan UO2+ hoặc một trong các như thế sẽ làm giàu uran. 2 phức của nó. Đá Trầm tích tìm thấy ở bãi Nam, Ninh Hải, Ninh Hoà
23. 3) Đá phiến sét ( diệp thạch) giàu hữu cơ và than đá: Các lớp sét tích lũy và vật liệu hữu cơ có thể xuất hiện trong môi trường biển và cửa sông dưới độ sâu vài km trong các phiến đá sét giàu hữu cơ Uran bị hấp thụ lên trên các lớp hữu cơ và lớp sét. Đá phiến sét Chattanooga đông USA có hàm lượng trung bình là 79 ppm được xem như nguồn uran chính của Mỹ. Các vùng Alum ở Thụy Điển và Kupferschiefer ở Đức cũng là các vùng đá phiến sét giàu uran.
24. 4) Sa thạch ( đá cát kết): Sa thạch là nơi tích tụ phần lớn uran có tính kinh tế. Nước chứa uran chảy qua sa thạch và đi vào miền khử, ở đấy uran bị khử và kết tủa, tạo nên lớp áo phủ trên các hạt cát. Thân quặng được tạo ra và lớn dần. Con cháu của dãy uran được giải phóng và do độ hòa tan khác nhau có thể được vận chuyển tách ra khỏi khối uran. Những khối chất này tích tụ dần dần và làm giàu thân quặng.
25. 40K 232Th 238U Loại đất, đá mg/kg Bq/kg mg/kg Bq/kg mg/kg Bq/kg Có nguồn gốc núi lửa Granit 5 1200 17 70 3 35 Bazan 0.5 230 4 15 1 12 Đá vôi 0.3 70 2 8 2 25 Cát kết 1.3 300 3 11 1.5 18 Đá phiến sét 3.0 700 12 45 4 50 Đất trung bình toàn 1.4 370 6 25 2 25 cầu
26. Những vùng có phông phóng xạ tự nhiên cao trên thế giới MứcVùngphôngdịthườngthường gầnphóngnhưxạkhôngdo cácđổikhoángtrên phạmvật chứavi toànphóngthếxạ, giớichủvàyếunằmlàtrongmonazitkhoảngđôi từkhi0,đi08kèmđến 0với,15ilmenitGy/h.và được lắng tụ tạo nên cát có màu đen đặc trưng Nhưng cũng có những nơi cao bất bình thường, được gọi là vùng dị thường phóng xạ. Ở Việt Nam, các vùng như vậy nằm dọc bờ biển Nam Định, Hà Tĩnh, Thanh Hóa, Phú Yên, Bình Định, Bình Thuận, Ninh Thuận, Vũng Tàu
27. Mức phông cao nhất được tìm thấy ở Brazil, Ấn Độ, và Trung Tại Brazil quặng monazit tìm thấy ở một số dải bờ biển nhất định Quốc Một số vùng khác tại Brazil có mức phông cao hơn bình thườngMứclàphóngdo cácxạvùngcủa nhữngđó hìnhloạithànhcátcácđenvỉanàyquặngcó thểđấtlênhiếmđến 50lớn cóGy/hdạng, vàonhữngkhoảngquả đồi400caolần khoảngcao hơn250mứcmbìnhso vớithườngcác vùng xung quanhMột số đường phố chính của các thành phố xung quanh cóPhầnmứcchínhphôngcủaphóngmỏ quặngxạ caonằmcỡgần1,3 đỉnhGy/hquả, lớnđồihơnvà chứabình mộtthườnglượng100phónglần xạ ước tính khoảng 30.000 tấn Thorium và 100.000 tấn các nguyên tố đất hiếm. Mức phóng xạ gần đỉnh quả đồi nằm trong khoảng 10-20 Gy/h trên một diện tích khoảng 30.000 m2 Các cây cối thực vật ở đây do hấp thụ quá nhiều Ra226 nên tự chúng có thể phát tia X
28. BênTheobờ biểntài liệuphíacủatâyHội-namđồngẤn vềĐộcácquặnghiệumonazitứng sinhcònhọclớndohơnbức xạcả ionở Brazilhóa .BEIRMức Vliều(Committeebức xạ trungon bìnhthe Biologicalở đây cũngEffectsvào cỡof Ionizingmức liềuRadiation)ở Brazil, vàobáokhoảngcáo về5ảnh-6 mGy/năm,hưởng củamộtcácsốmứcđiểmphónglên xạtớithấp32,6đốimGy/nămvới sức.khỏe Tại một vùng ở Trung Quốc có suất liều bức xạ tự nhiên cỡ 3-4TrongmGy/năm các vùng. Kết cóquả phôngnày cũng phóngdo xạmonazit cao có hiệnchứa tượngthorium biếngây nênđổi nhiễm xác thể xảy ra cao hơn Không có sự gia tăng các trường hợp bị ung thư trong số dân chúng cư trú trong các vùng có mức phóng xạ cao nêu trên.