BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Lê Phúc Hậu

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ VẬN CHUYỂN
ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ RADIUM-226
TRONG MỘT SỐ CÂY RAU NGẮN NGÀY

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH VẬT LÝ HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀ NH PHỚ HỒ CHÍ MINH

Lê Phúc Hậu

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ VẬN CHUYỂN
ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ RADIUM-226
TRONG MỘT SỐ CÂY RAU NGẮN NGÀY

Chuyên ngành: Vật lý học
Mã số sinh viên: 42.01.105.035

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS. TS. LÊ CÔNG HẢO

Thành phố Hồ Chí Minh – 2020

0

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóa luận tốt nghiệp này, em đã nhận
được nhiều sự giúp đỡ từ người thân, thầy cô, bạn bè. Bài luận này tuy cịn nhiều thiếu
sót nhưng để hồn thành được đều nhờ sự nỗ lực của bản thân cũng như sự giúp đỡ của
mọi người. Với tất cả lịng biết ơn và kính trọng, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Phó Giáo sư – Tiến sĩ Lê Công Hảo đã hướng dẫn và định hướng cho em trong
lúc em gặp khó khăn khi thực hiện khóa luận, tạo điều kiện thuận lợi để em nghiên cứu
và thực nghiệm.
Thạc sĩ Lê Quang Vương đã hỗ trợ em dụng cụ, thiết bị cho quá trình chế tạo mẫu.
Bên cạnh đó, em xin đặc biệt gửi lời cảm ơn đến các bạn trong nhóm nghiên cứu
trong Phịng Thí nghiệm Vật lý Hạt nhân của trường Đại học Khoa học Tự Nhiên và Đại
học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã ln tận tình giúp đỡ em trong suốt tiến trình
thực hành thí nghiệm. Em cảm ơn các anh chị đi trước đã chỉ dạy và truyền đạt kinh
nghiệm, cảm ơn những lời nhắc nhở chân thành của thầy cô giảng viên bộ môn Vật lý
Hạt nhân trường Đại học Sư phạm và Đại học Khoa học Tự Nhiên.
Quan trọng hơn hết, em xin cảm ơn mẹ và gia đình đã ủng hộ, trao cho em niềm
tin và làm điểm tựa, hậu phương vững chắc để em cố gắng đến ngày hôm nay.
Em sẽ cố gắng thật tốt và trân trọng những lời chỉ bảo, kiến thức, kinh nghiệm và
tình cảm mà mọi người dành cho em để áp dụng tốt vào cuộc sống và công việc trong
tương lai.


1

Mục Lục
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................... 4
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADIUM ............................................................... 8
1.1. Nguồn gốc ...................................................................................................... 8
1.2. Đặc tính hóa lý ............................................................................................. 10
1.2.1.

Radium kim loại ................................................................................ 10

1.2.2.

Hợp chất ............................................................................................. 13

1.3. Radium trong đất, nước, phân bón và thực vật ......................................... 14
1.3.1.

Radium trong đất .............................................................................. 14

1.3.2.

Radium trong nước ngầm và nước trên mặt đất ............................. 14

1.3.3.

Radium trong phân bón .................................................................... 15

1.3.4.

Radium trong thực vật ...................................................................... 16

1.4. Ảnh hưởng của Radium đến môi trường và con người ............................. 16
1.4.1.


Radium vào thời điểm vừa được phát hiện [15] ............................... 16

1.4.2.

Tác động của Radium đến sức khỏe con người và môi trường ....... 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 20
2.1. Phương pháp xác định nồng độ Radium-226 trong đất ............................ 20
2.1.1.

Phương pháp tạo mẫu Radium-226 .................................................. 20

2.1.2.

Phương pháp đo Radium-226 ........................................................... 21

2.2. Sơ lược hệ đo Alpha Analyst ....................................................................... 23


2
2.2.1.

Giới thiệu hệ đo ................................................................................. 23

2.2.2.

Cấu tạo hệ đo ..................................................................................... 23

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ............................................................................... 27

3.1. Tiến trình trồng cây .................................................................................... 27
3.2. Chuẩn bị: thiết bị, dụng cụ, hóa chất cho việc hủy mẫu ............................ 28
3.3. Tiến hành hủy mẫu...................................................................................... 30
3.3.1.

Quy trình tạo đĩa MnO2 .................................................................... 30

3.3.2.

Quy trình chuẩn bị mẫu .................................................................... 31

3.4. Xử lý số liệu ................................................................................................. 32
3.4.1.

Phương pháp tính tốn số liệu thực nghiệm ..................................... 32

3.4.2.

Kết quả thực nghiệm ......................................................................... 34

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 40


3

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số bảng
Bảng 1.1


Bảng 1.2

Tên bảng
Bảng đồng vị phóng xạ của Radium
Phóng xạ trong các sản phẩm phân bón cơ bản tại
Florida, Hoa Kỳ

Số trang
11

15

Bảng 2.1

Các thơng số của bộ nguồn chuẩn Alpha

23

Bảng 2.2

Một vài thông số của detector

25

Bảng 3.1

Giá trị m, ε, fg

33


Bảng 3.2

Nồng độ 226Ra trong mẫu đất trồng

34

Bảng 3.3

Nồng độ 226Ra trong mẫu cây càng cua và rau
muống

35

Bảng 3.4

Hệ số vận chuyển TF

35


4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình

Tên hình ảnh

Số

trang

Thí nghiệm Radium của Marie và Pierre Curie mơ tả đường đi
Hình 1.1

của các tia từ mẫu Radium được đặt giữa hai cực nam châm điện

8

được vẽ bởi Gaston Poyet, 1904.

Hình 1.2

Thiết bị nghiên cứu Radium được Marie và Pierre Curie sử dụng
để điều tra sự lệch tia beta từ Radium trong từ trường, năm 1904.

9

Hình 1.3

Chuỗi phóng xạ tự nhiên Uranium-238

10

Hình 2.1

Sơ đồ cấu trúc hệ đo bằng detector nhấp nháy lỏng

22


Hình 2.2

Buồng đo và máy hút chân khơng

24

Hình 2.3

Detector và cách bố trí đĩa

25

Hình 2.4

Cấu trúc cơ bản của MCA

26

Hình 3.1

Bố trí các pot trồng và tưới tự động

27

Hình 3.2

Hệ đo quang phổ alpha dùng phần mềm Gennie 2000 và máy sấy

29


Hình 3.3

Một vài dụng cụ, thiết bị dùng trong thí nghiệm

29

Hình 3.4

Đĩa trước và sau khi ngâm KMnO4

30

Hình 3.5

Sử dụng máy khuấy từ để hấp thụ Radium-226 trên đĩa MnO2

32

Hình 3.6

So sánh hệ số vận chuyển giữa các giá trị trong TRS-364 và giá
trị thu được trong bài báo của Uchida dành cho rau xanh

38


5

LỜI MỞ ĐẦU
Nhu cầu về thực phẩm và nước uống là thiết yếu đối với cuộc sống mỗi con người.

Tùy vào vùng miền, quốc gia mà có sự khác biệt ít nhiều trong chế độ và thành phần
chính trong thức ăn. Nhưng dù vậy, rau xanh là thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn
hàng ngày, đặc biệt là với đặc trưng ăn uống của người Việt Nam chúng ta.
Hiện nay, trên các phương tiện truyền thông luôn đưa tin về nhiều vấn đề xảy ra
trong rau mà ta ăn hàng ngày như ngộ độc thực phẩm do rau còn tồn tại lượng thuốc trừ
sâu, thuốc bảo vệ thực vật,…gây lo ngại cho người tiêu dùng, đặc biệt là khi mua các
thực phẩm không rõ nguồn gốc, chưa qua kiểm định ở các khu chợ tự phát hay buôn bán
nhỏ lẻ.
Bên cạnh vấn đề ngộ độc thực phẩm do các nguyên nhân kể trên, vấn đề thực
phẩm nhiễm phóng xạ cũng đang được quan tâm. Với trình độ phát triển khoa học kỹ
thuật vượt bậc như ngày nay, năng lượng hạt nhân được khai thác và ứng dụng nhiều
trong cuộc sống, ở đa lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, khai khoáng, quân
sự,… Năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng lớn nên việc kiểm sốt được nó cũng
khơng ít khó khăn. Điển hình là các vụ thử bom hạt nhân hay tai nạn, sự cố rò rỉ phóng
xạ lớn:
 Tháng 8 năm 1945, hai quả bom nguyên tử thả xuống Hiroshima và Nagasaki,
Nhật Bản gây phá hủy cả hai thành phố.
 Tháng 4 năm 1986, một lò phản ứng tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl ở
Ukraine phát nổ.
 Tháng 3 năm 2011, nhà máy điện hạt nhân tại Fukushima ở Nhật Bản tan
chảy và phát nổ sau ảnh hưởng của thiên tai (động đất và sóng thần).
Ngồi ba vụ việc vừa nêu trên, cịn hàng loạt các sự kiện lớn nhỏ khác tại các
quốc gia trên thế giới (Hoa Kỳ, Liên Xô, Anh, Đan Mạch,…). Sau các sự kiện này, người
ta tìm thấy một số động thực vật bị đột biến gen sống trong khu vực nhiễm xạ. Từ đó,


6
hàng loạt câu hỏi đặt ra về vấn đề ô nhiễm phóng xạ trong thức ăn và nước uống hàng
ngày của chúng ta. Nhiều nhóm nghiên cứu đã bắt đầu đi tìm hiểu về vấn đề này để giải
quyết các nghi vấn, đảm bảo an toàn và ổn định cho cuộc sống.

 Trên thế giới:
Năm 2007, S.Uchida và K.Tagami của Viện khoa học nghiên cứu
phóng xạ quốc gia ở Nhật Bản, đã tiến hành nghiên cứu đánh giá về tỷ lệ
nồng độ phóng xạ trong thực vật so với nồng độ trong đất (TF – transfer
factor). Cụ thể là xác định nồng độ của Radium (Radium-226 hay

226

Ra )

trong một số loại cây trồng và các mẫu đất liên quan từ 45 địa điểm khắp
Nhật Bản. Đồng thời, cũng đo kim loại kiềm thổ để so sánh với Radium.[13]
Năm 2017, R.Kritsananuwat, S.Chanyotha cùng các cộng sự đến từ
Khoa Kỹ thuật Hạt nhân, Đại học Chulalongkorn ở Bangkok, Thái Lan, đã
nghiên cứu trên cây Alpinia Galangal (một loài thực vật loại Riềng, thuộc
họ Gừng, được dùng làm gia vị và trong y học cổ truyền). Các cây và đất có
liên quan được thu thập từ 4 tỉnh phía Bắc Thái Lan trong điều kiện ruộng
tự nhiên được đem về đánh giá nồng độ hoạt động của các hạt nhân phóng
xạ tự nhiên

226

Ra,

226

Th,

40


K (Radium-226, Thorium-232, Kali-40) và TF

của chúng để theo dõi bức xạ môi trường trong tương lai.[11]
 Trong nước:
Năm 2011, Lê Công Hảo, Châu Văn Tạo cùng các cộng sự thuộc bộ
môn Vật lý Hạt nhân – Kỹ thuật Hạt nhân, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, đã tiến hành xây dựng các quy trình xác
định đồng vị Uranium, Thorium và Radium tự nhiên trong mẫu nước và đất
bằng phương pháp quang phổ alpha.[7]
Khi có quá nhiều nghi ngờ về nguy cơ mà thực phẩm gây ra tổn hại cho sức khỏe,
một bộ phận người đã bắt đầu tự trồng rau sạch tại nhà và sử dụng. Nhưng câu hỏi đặt
ra ở đây là rau tự trồng tại nhà có thực sự đã sạch nếu ta không biết được đất trồng, phân


7
bón, hạt giống, nước tưới mà ta mua ở các cửa hàng hay có sẵn tại nhà là đảm bảo liều
lượng phóng xạ an tồn khi hấp thụ vào cơ thể. Vì vậy, trong bài luận này, em sẽ tự xây
dựng một cơng trình nhỏ tại nhà để trồng rau và tiến hành nghiên cứu trên các mẫu trồng
này.
Hai loại rau được chọn để trồng và đo đạc là càng cua và rau muống. Rau muống
là một trong nhiều loại rau phổ biến ở Việt Nam, được các hộ gia đình sử dụng nhiều vì
giá thành rẻ, dễ chế biến và không kén khẩu vị. Rau muống là loại cây mọng nước, thời
gian trồng ngắn (từ 15 đến 20 ngày là có thể thu hoạch). Cịn rau càng cua (hay gọi là
rau tiêu), thân mọng nước, rễ chùm, dễ sống trong mơi trường ẩm ướt, mát mẻ. Càng cua
vừa có thể chế biến thành nhiều món ăn dân dã, vừa có tính dược liệu, tốt cho tim mạch
và huyết áp. Một số nơi còn dùng càng cua để chữa các bệnh về nhiễm trùng đường hô
hấp, viêm dạ dày và chữa ngồi da như nhọt, lở. Lí do em chọn hai loại rau này vì tính
phổ biến và đa dụng của chúng, cũng như hầu hết các bộ phận của cây (thân, lá, rễ) đều
sử dụng được.
Về nguyên tố phóng xạ, Radium-226 được em đặc biệt quan tâm vì đây là một

hạt nhân quan trọng để đánh giá xử lý chất thải phóng xạ. Hạt nhân phóng xạ này có thể
xâm nhập vào trong cơ thể con người qua thức ăn, nước uống hoặc hít thở. Khi Radium
được đưa vào cơ thể con người, nó có thể được phân tán vào xương, gây ung thư và các
rối loạn khác của cơ thể. Do đó, cần xem xét, quản lý và hiểu biết về Radium trong môi
trường là rất quan trọng.[13]


8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADIUM
1.1. Nguồn gốc
Radium là chất phóng xạ được đặt tên theo từ “Radius” của Latin, có nghĩa là
“tia”. Radium được phát hiện bởi Marie Curie và chồng của bà Pierre Curie vào năm
1898 trong khi nghiên cứu khoáng vật học. Marie Curie nhận thấy rằng pitchblende chưa
tinh chế - một vật liệu chứa Uranium, có nhiều phóng xạ hơn Uranium được tách ra từ
nó nên đã lý luận rằng pitchblende phải chứa ít nhất một nguyên tố phóng xạ khác. Curie
đã tinh chế đến vài tấn pitchblende để thu được một lượng nhỏ Radium và một nguyên
tố phóng xạ khác – Polonium. Một tấn quặng Urani chỉ chứa khoảng 0,14g Radium.
Bằng phương pháp điện phân dung dịch Radium clorua tinh khiết, họ sử dụng cathode
thủy ngân, sau đó gia nhiệt chưng cất trong khí hidro và tách Radium.[12]
Marie Curie mất năm 1934 vì thiếu máu bất sản, gần như nguyên nhân là do bà
tiếp xúc với các chất phóng xạ, đặc biệt là Radium. Ngày nay, sổ ghi chép và giấy tờ của
cô đều được giữ trong hộp lót chì và xử lý với quần áo bảo hộ, vì chúng vẫn cịn phóng
xạ.

Hình 1.1: Thí nghiệm Radium của Marie và Pierre Curie mô tả đường đi của
các tia từ mẫu Radium được đặt giữa hai cực nam châm điện được
vẽ bởi Gaston Poyet, 1904.[12]



9

Hình 1.2: Thiết bị nghiên cứu Radium được Marie và Pierre Curie sử dụng để
điều tra sự lệch tia beta từ Radium trong từ trường, năm 1904.[12]
Radium có mặt trong các quặng Uranium và có thể chiết xuất trong quá trình tinh
chế Urani, được biết Canada và Australia là hai quốc gia giàu Urani nhất. Ngày nay,
người ta có thể chiết xuất Ra từ các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng của các lị phản ứng
hạt nhân.
Radium được hình thành khi Uranium và Thorium bị phá vỡ trong môi trường,
trong hầu hết các loại đất và đá. Radium thông qua q trình phân rã phóng xạ đến khi
tạo ra hạt nhân bền, ổn định, giải phóng các bức xạ alpha, beta và gamma. Các hạt alpha
chỉ có thể di chuyển một khoảng cách ngắn và không thể đi xuyên qua da. Các hạt beta
có thể xâm nhập qua da nhưng không thể đi khắp cơ thể như bức xạ gamma.


10

Hình 1.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên Uranium-238
1.2. Đặc tính hóa lý
1.2.1. Radium kim loại
Radium là một kim loại phóng xạ mềm, sáng và ánh bạc. Radium được ký hiệu là
Ra, số hiệu nguyên tử là 88, là kim loại kiềm thổ nên thường thể hiện số oxi hóa +2 trong
hợp chất. Radi nóng chảy ở nhiệt độ là 700℃, sôi ở 1140℃ và ở dạng rắn tại nhiệt độ
thường. Khối lượng riêng nguyên tử Radium là khoảng 5g/mol, độ dẫn điện 18,6 W/mK
ở 27℃.
Radium có 4 đồng vị chính là

228

Ra,


226

Ra,

224

Ra,

223

Ra.

226

Ra có chu kỳ bán rã

dài nhất và phổ biến nhất (chiếm trên 99%), phát ra alpha tạo thành khí phóng xạ 222Rn
hoặc thành 212Pb bằng cách phóng ra hạt nhân 14C.[16]


11
Bảng 1.1. Bảng đồng vị phóng xạ của Radium [16] [17]
Đồng vị

Thời gian bán rã

Phân rã

Năm khám

phá

205

Ra

220 ± 50 ms

α , β+

1987

206

Ra

240 ± 20 ms

α, β+≈ 2,5%

1967

207

Ra

1,38 ± 0,18 s

α≈ 86% , β+


1967

208

Ra

1,110 ± 0,045 s

α≈ 87%, β+

1967

209

Ra

7,41 ± 0,08 s

α≈ 100%, β+

1967

210

Ra

4,0 ± 0,1 s

α, β+≈ 4%


1967

211

Ra

13,2 ± 1,4 s

α≈ 93%, β+≈ 7%

1967

212

Ra

13,0 ± 0,2 s

α , β+=15%

1967

213

Ra

2,73 ± 0,05 m

α≈ 80%, β+


1955

214

Ra

2,437 ± 0,016 s

α≈ 100%, β+≈ 0,059%

1967

215

Ra

1,67 ± 0,01 ms

α

1967

216

Ra

182 ± 10 ns

α


1972

217

Ra

1,63 ± 0,17 μs

α

1970

218

Ra

25,2 ± 0,3 μs

α≈ 100%, 2β+

1970

219

Ra

10 ± 3 ms

α


1952


12
Bảng 1.1. (tiếp theo)
Đồng vị

Thời gian bán rã

Phân rã

Năm khám
phá

220

Ra

17,9 ± 0,4 ms

α

1949

221

Ra

28 ± 2 s


α≈ 100%, 14C = 1,2.10-10 %

1949

222

Ra

33,6 ± 0,4 s

α≈ 100%, 14C = 3,0.10-8 %

1948

223

Ra

11,437 ± 0,002 d

α≈ 100%, 14C = 8,9.10-8 %

1905

224

Ra

3,631 ± 0,002 d


α≈ 100%, 14C = 4,0.10-9 %

1902

225

Ra

14,9 ± 0,2 d

β−

1947

226

Ra

1,600 ± 0,007 ky

α≈ 100%, 14C = 42,6.10-9 %, 2 β−

1898

227

Ra

42,2 ± 0,5 m


β−

1953

228

Ra

5,57 ± 0,03 y

β−

1907

229

Ra

4,0 ± 0,2 m

β−

1975

230

Ra

93 ± 2 m


β−

1978

231

Ra

104 ± 1 s

β−

1983

232

Ra

4,0 ± 0,3 m

β−

1983


13
1.2.2. Hợp chất
Radium có tính chất hóa học tương tự Barium, ngồi RaCO3 thì các hợp chất ít
tan trong nước (và tan trong axit lỗng) của Radium đều tan ít hơn các hợp chất tương
ứng của Barium. Bên cạnh đó, có một số hợp chất của Radium tan trong axit đặc, mạnh

(RaSO4 và RaCrO4) và trong một số hỗn hợp khác như Ra(IO3)2 tan trong hỗn hợp muối
Na2CO3 và Na2SO4, RaBeF4 tan trong hỗn hợp axit.[2]
RaSO4 tinh khiết có dạng tinh thể trắng, được xem là Sulfate khơng hịa tan nhất,
có thể điều chế bằng cách hịa tan oxit Radium trong dung dịch Natri Sulfate theo phương
trình (1.1) sau:
RaO + Na2SO4 + H2O → RaSO4 + 2NaOH

(1.1)

Nhìn chung, các hợp chất của Radium rất giống với Barium khiến việc tách hai
ngun tố trở nên khó khăn. Nhưng với cơng nghệ hiện đại ngày nay, Radium được tác
khỏi Barium bằng cách kết tinh một phần Bromua, sau đó tinh chế thơng qua các kỹ
thuật trao đổi ion để loại bỏ Barium cịn sót lại.
Radium bị oxi hóa khi tiếp xúc với khơng khí do tác dụng với khí N2 tạo muối
Ra3N2 có màu đen.
Radium tác dụng mạnh với nước tạo Ra(OH)2 tan và có thể liên kết nhiều gốc axit
và nguyên tố thuộc nhóm Halogen tạo ra muối Ra(NO3)2, RaCl2, RaBr2… các muối này
tan nhiều trong nước.[2]
Khi một muối Radium được trộn với một hỗn hợp Kẽm Sulfua, bức xạ alpha là
cho kẽm sulfua phát sáng, tạo ra một loại sơn phát quang cho đồng hồ và một số dụng
cụ (được sử dụng phổ biến vào những năm 1910) và sau này đã được thay thế bằng sơn
lân quang khi độc tính cao của Radium được phát hiện và cơng nhận.


14
1.3. Radium trong đất, nước, phân bón và thực vật
1.3.1. Radium trong đất
Nguồn phóng xạ chính của đất là đá tạo thành đất. Trong môi trường tự nhiên, đá
trải qua một q trình phong hóa liên tục do khí hậu, nước, hệ thực vật và động vật, cuối
cùng dẫn đến sự hình thành đất. Trong q trình phong hóa và di chuyển Radium từ đá

sang đất, phân Radium có xu hướng bị hòa tan trong nước khi nước ngầm hoặc nước
sơng di chuyển cùng với dịng nước cho đến khi nó lắng đọng trong đất thơng qua tác
động hóa học hoặc sinh học. Khả năng trao đổi ion của các loại đất khác nhau ảnh hưởng
đến sự phân bố Radium trong đất khơng đồng đều.
Độ phóng xạ tự nhiên của đất cát là rất nghèo nàn. Đất sét có độ phóng xạ cao
hơn các loại đất khác, chúng có khả năng hấp thụ lớn Uranium, Thorium và các nguyên
tố khác. Các nguyên tố phóng xạ trong đất sét phân tán chủ yếu trên bề mặt các hạt đất
sét. Đất có nguồn gốc từ đá granit thường giàu Radium hơn đất trên đá trầm tích và đá
thường. Hàm lượng Radium trong bề mặt đất luôn cao hơn so với đất ở các lớp sâu do
Radium từ các nguồn nhân tạo.[5]
1.3.2. Radium trong nước ngầm và nước trên mặt đất
Radium trong nước ngầm có nguồn gốc chủ yếu do sự tương tác giữa tầng nước
ngầm và vật liệu mang Radium như đá, đất và quặng thường quyết định cho việc tăng
nồng độ Radium. Nồng độ Radium trong nước ngầm phụ thuộc vào lượng Radium trong
nguồn, hoạt động của các cơ chế loại bỏ Radium khỏi nước. Trái ngược với nồng độ
Radium tương đối lớn của nước ngầm, nước ở bề mặt có nồng độ thấp hơn. Hàm lượng
Radium tự nhiên trong suối, hồ xuất phát từ việc lọc Radium từ đất, đá và trầm tích.
Radium được giữ chặt trong đất, do đó, lớp đất như một hàng rào ngăn ngừa hoặc
giảm ô nhiễm nước ngầm từ các nguồn Radium bề mặt. Trong các dạng hợp chất Radium
hịa tan, RaSO4 có thể được bắt gặp vì nồng độ sunfat trong nước ngầm là khá cao. Hàm
lượng ion HCO3⁻ cao trong một số nước ngầm nên hình thành Ra(HCO3)2 và RaCO3 là
khơng thể loại trừ.[5]


15
Radium được giải phóng vào nước mặt có thể lắng đọng, di chuyển trong các trầm
tích đáy và có thể được kết hợp các sinh vật sống, xâm nhập vào chuỗi thức ăn. Sự di
chuyển của Radium trong nước mặt xảy ra qua sự kết hợp của các quá trình tự nhiên
thường bị ảnh hưởng bởi con người. Sự ô nhiễm của nước uống và nước mặt dẫn đến
phơi nhiễm liều thông qua việc sử dụng nước uống, tưới tiêu đồng ruộng và ô nhiễm cá.

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ USEPA (The US Environmental Protection
Agency) đã đưa ra mức giới hạn nồng độ 226Ra trong nước là 0,185 Bq/L. Nồng độ giới
hạn các đồng vị phóng xạ trong nước là 0,49 Bq/L (ngoại trừ 40K, 3H, radon và các con
cháu).[2]
1.3.3. Radium trong phân bón
Phân bón trở thành thành phần thiết yếu trong nông nghiệp. Việc sản xuất phân
bón ngày càng tăng để bổ sung các chất dinh dưỡng tự nhiên cạn kiệt từ đất sau nhiều
quá trình canh tác hay do xói mịn. Phân bón chủ yếu bao gồm các thành phần có chứa
Nitơ, Photpho và Kali. Radium, Uranium, Thorium và một số nguyên tố trong chuỗi
phân rã của chúng là những nguyên tố vi lượng có trong phân bón. Bảng 1.2 sẽ cho thấy
nồng độ phóng xạ của một số loại phân bón cơ bản.
Bảng 1.2. Phóng xạ trong các sản phẩm phân bón cơ bản tại Florida, Hoa Kỳ [6]
Hoạt độ riêng (Bq/g)
Sản phẩm
Radium-226

Uranium tự nhiên

Thorium tự nhiên

Superphotphat thường

0,78

0,74

0,022

Ba super lân


0,78

2,1

0,048

Axit photphoric

0,037

0,93

0,11

Mono-amoni photphat

0,19

2,0

0,06

Di-amoni photphat

0,21

2,0

0,06



16

Sự khác biệt về nồng độ phóng xạ của các loại phân bón cơ bản khác nhau được
liệt kê trong bảng chủ yếu là do sự phân chia xảy ra trong giai đoạn khi đá phốt phát
được xử lý bằng axit. 226Ra chủ yếu ở lại bởi thạch cao, trong khi Uranium và Thorium
tồn tại với axit photphoric. Vì supe lân thông thường chứa cả axit photphoric và thạch
cao, nên nó có nồng độ hạt nhân phóng xạ lớn nhất. Hỗn hợp phân bón làm từ supe lân
thơng thường sẽ chứa chiều Radium và các hạt nhân phóng xạ khác hơn so với hỗn hợp
phân bón làm từ các nguyên liệu khác. Các sản phẩm phân bón có nguồn gốc từ axit
photphoric chứa nồng độ 226Ra nhỏ nhất, nhưng có thể có nồng độ Uranium đáng kể.[6]
1.3.4. Radium trong thực vật
Thực vật tổng hợp các chất dinh dưỡng từ chất vơ cơ, đồng hóa và lắng đọng trong
các mơ của chúng trong suốt q trình sinh trưởng và các phóng xạ tự nhiên tích tụ trong
cây hồn tồn là do các đồng vị phóng xạ phân tác trong đất, nước và khơng khí. Tỷ lệ
tích lũy cao nhất trong các mơ thực vật là phóng xạ Kali, đồng vị phóng xạ đặc trưng
cho mức độ phóng xạ của thực vật. Uranium được đồng hóa tốt bởi các loại thực vật hấp
thụ nhiều ion Natri, Lưu huỳnh và Canxi. Cây hấp thụ Kali thường có hàm lượng
Uranium thấp hơn. Tùy thuộc vào đặc thù sinh lý và điều kiện sinh trưởng, các loại thực
vật khác nhau tích trữ một lượng khác nhau các đồng vị phóng xạ khác nhau. Ví dụ, các
thực vật dưới nước hấp thụ Radium từ môi trường xung quanh tích cực hơn vào mùa
xuân, giai đoạn này, hàm lượng Radium bị giảm trong các lưu vực nước. Vào mùa hè,
Radium được lọc từ các mô của chúng và vào lại trong nước.[5]
1.4. Ảnh hưởng của Radium đến môi trường và con người
1.4.1. Radium vào thời điểm vừa được phát hiện [15]
Kate Moore - một tác giả, nhà biên tập sách, đã cho ra cuốn The Radium Girls,
được phát hành lần đầu năm 2017. Cuốn sách là một câu chuyện gây sốc, đau lòng và bi
thảm liên quan đến một số cô gái nhập cư chủ yếu là thanh thiếu niên, mô tả hậu quả của
ngộ độc Radium của họ. Từ sau khi được phát hiện, Radium đã được đưa vào sử dụng



17
rộng trong công nghiệp và tiêu dùng. Đầu thế kỷ 20, Radium được dùng như chất phụ
gia trong các sản phẩm như kem đánh răng, kem dưỡng tóc, mỹ phẩm và cả trong thực
phẩm, nước uống vì các đặc tính có lợi của nó. Vào thời điểm đó, Radium được coi là
một phương thuốc kỳ diệu, không chỉ trị được táo bón, gút,… mà cả ung thư và nhiều
loại bệnh khác. Người ta tin rằng Radium có thể kéo dài tuổi thọ và những người giàu
dùng nó như một loại thuốc bổ. Tất cả đều tin rằng nó vơ hại cho con người và dễ sử
dụng.
Các cô gái được nhắc đến trong cuốn sách đều làm việc tại nhà máy RLMC (The
Radium Luminous Materials Corporation - Tập đoàn vật liệu phát sáng Radium) sau đổi
tên thành USRC (United States Radium Corporation – Tập đồn Radium Hoa Kỳ). Tại
đây, các cơ gái làm việc mà khơng có tạp dề chì, khơng có kẹp ngà (kẹp dùng để xử lý
các ống Radium), khơng có chun gia y tế, vì lượng Radium trong sơn mà các cô gái
làm việc được xem là quá ít, đến mức khơng cần các biện pháp an tồn bức xạ. Hơn nữa,
họ đã ăn một lượng đáng kể Radium thông qua kỹ thuật gọi là chỉ môi, tức là sử dụng
mơi và lưỡi để định hình cọ vẽ thành đầu nhọn.
Năm 1918, trong thế chiến thứ nhất, ước tính 95% Radium được sản xuất tại Hoa
Kỳ được dùng cho việc sản xuất sơn Radium để dùng trong quân sự như các dụng cụ
máy bay phát sáng, màu sơn có chứa Radium tạo ra các điểm ngắm súng và la bàn, vì
chúng có thể phát sáng trong bóng tối.
Năm 1920, các dấu hiệu về ảnh hưởng của bức xạ Radium bắt đầu xuất hiện. Ban
đầu là sự phàn nàn của các dân cư quanh nhà máy về việc khói nhà máy làm mất màu
quần áo và ảnh hưởng sức khỏe, một đứa trẻ có cảm giác nóng rát trong tay. Đến khoảng
năm 1921, các cô gái làm việc ở nhà máy đã xuất hiện triệu chứng: đau răng, lở miệng,
đau nướu và hàm, đau nhức hông và bàn chân. Một cô gái bị mất hết răng, xương hàm
bị thối rữa, và một cơ gái khác vì miệng bị vùi vào tĩnh mạch cổ, gây xuất huyết dẫn đến
tử vong. Sau đó, Phịng Vệ sinh Cơng nghiệp của New Jersey (The Industrial Hygiene
Division of New Jersey) và Bộ Lao động New Jersey (the New Jersey Department of



18
Labor) đã tiến hành điều tra, quan sát nhà máy và đưa ra nhận xét rằng tình trạng nghiêm
trọng của các cô gái gây ra bởi ảnh hưởng của Radium.
Các nghiên cứu y khoa lập tức được triển khai, tại Trung tâm Nhân Sinh học bức
xạ (The Center for Human Radiobiology) các phịng lót chì được đặc biệt xây dựng (dưới
3feet bê tông và 10feet đất) để đo lượng Radium trong cơ thể các cơ gái. Radium đã tích
tụ trong xương, là nguyên nhân gây ra các khối u khởi phát muộn. Một chị gái chưa từng
làm việc tại nhà máy nhưng bị phát hiện nhiễm Radium chỉ vì ngủ chung giường với cô
em gái làm trong nhà máy. Hầu hết các cơ gái làm việc tại nhà máy cịn sống đều phải
chịu đau đớn về sau và chịu những căn bệnh như gãy xương, loãng xương nghiêm trọng,
mất răng, ung thư xương hay bệnh bạch cầu, thiếu máu…
Năm 1979, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA – The US
Environmental Protection Agency) đã phát hiện địa điểm USRC tại Orange có mức
phóng xạ cao gấp 20 lần so với mức an toàn cho phép, cùng các vùng lân cận và nơi xả
chất thải cũng bị ô nhiễm. Hơn 200 mẫu đất bị phơi nhiễm đến độ sâu 15feet.
Sự kiện về các cô gái Radium đã ảnh hưởng đến sự điều tiết của các ngành cơng
nghiệp phóng xạ, năng lượng nguyên tử được vận hành đảm bảo an toàn hơn.
1.4.2. Tác động của Radium đến sức khỏe con người và môi trường
Mỗi ngày, con người chúng ta cùng tất cả các sinh vật sống khác đã và đang tiếp
xúc với bức xạ. Tuy nhiên, phần lớn mọi người không nhận thức được điều này. Radium
tự nhiên hiện diện trong mơi trường với lượng rất nhỏ, thường tích trữ chặt trong đất đá.
Mức Radium trong môi trường tăng lên nhiều do hoạt động của con người giải phóng
Radium vào mơi trường bằng cách đốt than và các nhiên liệu khác. Khai thác Uranium
sẽ dẫn đến nồng độ Radium cao hơn trong các mạch nước gần đó hay gần các khu xử lý
chất thải phóng xạ, phóng xạ này có thể tập trung ở cá và các sinh vật dưới nước khác.
Bên cạnh đó, cây hấp thụ Radium từ đất, động vật ăn những thực vật này cũng sẽ tích
lũy phóng xạ rồi đưa vào chuỗi thức ăn. Khi Radium xâm nhập vào cơ thể, hạt alpha
phát ra trong quá trình phân rã có thể gây phá hủy tế bào, năng lượng bức xạ truyền cho



19
hạt nhân nguyên tử của tế bào làm nguyên tử bị kích thích hoặc ion hóa, dẫn đến sai hỏng
nhiễm sắc thể, phá hỏng AND hoặc ảnh hưởng đến quá trình phân chia tế bào.
Hiện tại vẫn chưa có bằng chứng cho thấy tiếp xúc với mức độ Radium tự nhiên
có ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nhưng nếu tiếp xúc với mức Radium cao hơn có
thể dẫn đến gãy răng, thiếu máu, đục thủy tinh thể, hay việc tiếp xúc thường xuyên trong
một thời gian dài thậm chí có thể gây ung thư và tử vong, thường tình trạng này cần
nhiều năm để biểu hiện triệu chứng. Vì xương có chứa Calcium và Radium có đặc điểm
hóa học tương tự Calcium, nên có đến hơn 70% lượng Radium đến xương khi đi vào cơ
thể.

223

Ra đôi khi được sử dụng để điều trị ung thư tuyến tiền liệt đã di căn đến xương

với cơ chế tạo ra các hạt alpha tiêu diệt các tế bào ung thư xương. Tuy nhiên, trong kỹ
thuật y khoa ngày nay, ứng dụng trị liệu bằng Radium đã được thay thế bởi các đồng vị
phóng xạ nhân tạo ít tốn kém hơn và mạnh hơn như Cobalt-60 và
Caesium-137.[18]


20

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Phương pháp xác định nồng độ Radium-226 trong đất
2.1.1. Phương pháp tạo mẫu Radium-226
Để phân biệt được 226Ra với các đồng vị khác trùng vạch năng lượng phát alpha,


ta cần phá vỡ hình học mẫu và tiếp cận với hạt nhân phóng xạ trong mẫu. Bên cạnh đó,
cần loại bỏ càng nhiều tạp chất khỏi mẫu càng tốt, và chuyển nó thành dạng lỏng để phù
hợp cới các quy trình hóa học tiếp theo.
2.1.1.1. Phương pháp tách chiết hóa học
Đối với một số đồng vị phóng xạ, cụ thể như 241Am và 238Pu có sự khác biệt giữa
hai đỉnh năng lượng là 13 keV, trong khi detector đo alpha đang sử dụng chỉ có thể phân
giải các đỉnh lớn hơn 37 keV, vì vậy việc tách hố học là cần thiết [8]. Về nguyên tắc,
việc tách hóa học có thể loại bỏ những nguyên tố không cần thiết, cho phổ alpha rất tốt
và kết quả đo tối ưu. Tuy nhiên, Quá trình tách chiết diễn ra phức tạp, tốn nhiều thời gian
và chi phí, địi hỏi kỹ thuật.
2.1.1.2.

Phương pháp bay hơi

Bay hơi là phương pháp chuẩn bị mẫu phổ biến để xác định Radium bằng phép
đo phổ gamma. Phương pháp này tuy đơn giản, ít tốn cơng sức nhưng các chất khơng
mong muốn sẽ còn tồn tại trong mẫu, nếu đo bằng phương pháp quang phổ alpha thì phổ
alpha thu được sẽ có độ phân giải kém, ảnh hưởng tính chính xác của kết quả đo.
2.1.1.3.

Phương pháp tạo đĩa Mangan dioxide MnO2

Mangan dioxide là hợp chất vơ cơ, rắn, có màu nâu đen, khơng tan trong nước.
MnO2 cho phép hấp thụ có chọn lọc 222Rn, 210Po, 214Po, 218Po và đặc biệt hấp thụ mạnh
226

Ra. Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm được cơng sức và chi phí, kết quả tách

226


Ra trên đĩa MnO2 tốt, thời gian đo ngắn. Mặt khác, phương pháp này mang lại hạn chế

là khó sử dụng đối với mẫu có thể tích lớn.


21

2.1.2. Phương pháp đo Radium-226
2.1.2.1.

Phương pháp quang phổ Alpha (sử dụng hệ phổ kế Alpha

Analyst)
Phương pháp quang phổ alpha là ghi lại năng lượng của các hạt alpha phát ra dưới
dạng phân bố theo chiều cao xung. Phổ bức xạ alpha do hạt nhân phóng xạ phát ra là phổ
gián đoạn, có năng lượng hồn tồn xác định đặc trưng cho nguyên tố đó. Mặt tối ưu của
phương pháp này là có thể xác định trực tiếp các đồng vị phóng xạ, khơng cần chờ q
trình cân bằng phóng xạ từ đồng vị con cháu, tiết kiệm được thời gian cho việc phân tích
và đưa ra kết quả chính xác chỉ với thể tích mẫu đo nhỏ. Vì khoảng giới hạn phát hiện
nhỏ hơn hệ phổ kế gamma nên đây là phương pháp thích hợp cho việc phân tích các
đồng vị trong môi trường. Hơn nữa, detector PIPS của hệ đo có nền phơng phóng xạ
thấp, độ phân giải cao, không cần thay thế hay làm mát như phổ kế gamma. Ngược lại,
phương pháp này cịn khuyết điểm gây khó khăn là để xác định 226Ra qua phóng xạ alpha
thì mẫu được tạo phải mỏng và đều để các hạt alpha có thể đến được detector, tiêu tốn
nhiều cơng sức trong q trình xử lý hóa học mẫu phức tạp.[2]
2.1.2.2.

Phương pháp phổ gamma


Mẫu đo trong phương pháp phổ gamma thường có phổ phức tạp, chồng chất của
các phổ gamma đơn năng. Vì vậy, cần phân tích phổ gamma là xác định năng lượng và
diện tích các đỉnh phổ làm cơ sở cho việc nhận diện nguyên tố và xác định hoạt độ phóng
xạ, và việc này sẽ được thực hiện bởi chương trình máy tính. Tiện ích của phương pháp
này là không cần phá hủy, cho phép xác định đồng thời nhiều hạt nhân phóng xạ trong
một mẫu khối lượng lớn mà khơng cần phân tách phóng xạ phức tạp, tốn thời gian. Song
song đó, phương pháp này cịn tồn tại những hạn chế với những mẫu có nồng độ 226Ra
thấp thì khơng thể ghi nhận, thời gian đo mẫu cần dài và liên tục đo lại để có được phổ
phơng trung bình tốt nhất. Khi đo, detector cần được làm lạnh, thể tích mẫu đo cũng cần
phải lớn và không thể đo với nhiều mẫu cùng lúc.[2]


22
2.1.2.3.

Phương pháp nhấp nháy lỏng LSC (Liquid Scintillation

Counting)
Bản chất của phương pháp nhấp nháy lỏng là xác định hoạt độ phóng xạ của chất
cần đo qua việc đếm số chớp sáng phát ra từ dung dịch mẫu đo đã pha trộn chất nhấp
nháy.[8]

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc hệ đo bằng detector nhấp nháy lỏng
Ưu điểm:
− Dễ áp dụng, giá thành phân tích thấp, khơng địi hỏi đầu tư ban đầu lớn.
− Lượng mẫu tối thiểu cho phép đo nhỏ, cho phép phân tích nhiều loại mẫu khác
nhau.
Hạn chế:
− Xảy ra hiện tượng dập tắt (gây ra bởi hóa chất), độ phân giải kém và nền cao hơn
so với phương pháp quang phổ alpha.

− Các mẫu môi trường (mẫu rắn như than hóa, gỗ, xương,… ) cần làm sạch, xử lý
hóa học mẫu đo.