Kết quả thực hiện đề tài cấp Cơ sở “Xác định 210Pb trong mẫu sol khí bằng kỹ thuật phân tích hạt nhân”

Nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp cơ sở “Xác định ²¹⁰Pb trong mẫu sol khí bằng kỹ thuật phân tích hạt nhân” do ThS. Dương Đức Thắng làm chủ nhiệm được phê duyệt giao thực hiện trong thời gian 01 năm từ tháng 01/2017 đến 12/2017 với tổng kinh phí là 70 triệu đồng. ²¹⁰Pb là đồng vị phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc chuỗi phân rã phóng xạ ²³⁸U. ²¹⁰Pb có thời gian bán rã 22.20 năm, đỉnh phổ gamma đặc trưng 46.539 keV với cường độ 4.25%. Trong sol khí, ²¹⁰Pb chủ yếu được sinh ra từ khí trơ phóng xạ ²²²Rn, đây cũng là sản phẩm trong chuỗi phân rã của ²³⁸U. Liều hiệu dụng hàng năm sinh ra do ²¹⁰Pb không cao chỉ vài chục µSv nhưng nó được sử dụng khá phổ biến trong nghiên cứu môi trường như xác định tuổi trầm tích, tốc độ rơi lắng, thời gian lưu trú của sol khí, quá trình vận chuyển trong khí quyển. Vì vậy việc xây dựng quy trình xác định nồng độ hoạt độ ²¹⁰Pb trong  sol khí là cần thiết. Mục tiêu của đề tài là xây dựng quy trình xác định hoạt độ phóng xạ của ²¹⁰Pb trong mẫu sol khí và xác định tốc độ rơi lắng của ²¹⁰Pb. Để thực hiện được mục tiêu này, nhóm tác giả đã đề xuất và thực hiện các nội dung nghiên cứu chính như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về đồng vị phóng xạ ²¹⁰Pb và phương pháp xác định ²¹⁰Pb trong môi trường không khí;

- Xây dựng quy trình xác định ²¹⁰Pb trong mẫu sol khí và rơi lắng;

- Xác định nồng độ hoạt độ ²¹⁰Pb và tốc độ rơi lắng của ²¹⁰Pb trong mẫu sol khí.

       Trong quá trình thực hiện đề tài, thiết bị lấy mẫu sol khí được sử dụng là máy lấy mẫu tổng bụi lơ lửng trong không khí model TE-5170DV-BLX của hãng TISCH Environmental (hình 1). Đây là máy lấy mẫu khí có tốc độ cao được dùng để thu góp tổng bụi lơ lửng trong không khí. Thiết kế vật lý của bộ lấy mẫu dựa trên các nguyên tắc khí động học nhằm thu thập các hạt có kích thước 100 micron và nhỏ hơn. Thiết bị được thiết kế theo tiêu chuẩn của Cơ quan bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US. EPA) và có tốc độ hút khí khi có phin lọc sợi thủy tinh Whatman nằm trong dải từ 1.1 m³/phút đến 1.8 m³/phút với sai số 0.02 m³/phút.  Mỗi mẫu sol khí đã được tiến hành  thu góp trong 24 giờ. Mẫu được thu góp liên tục trong 01 tuần, mỗi ngày 8 giờ với lưu lượng khí qua phin lọc trung bình là 1.21 m³/phút. Như vậy tổng lượng khí trung bình qua phin lọc là 4065.6 m³. Phin lọc trước khi sử dụng và mẫu sau khi thu góp được sấy ở nhiệt độ 60^oC trong tủ sấy chân không đến trọng lượng không đổi (thời gian sấy ³ 24 tiếng).

Hình 1: Thiết bị lấy mẫu sol khí

       Các mẫu sol khí được đo trên hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe GMX 40P4 với thời gian trung bình khoảng 24 giờ, sai số thống kê diện tích quang đỉnh của ²¹⁰Pb đạt £ 2%. Do đỉnh ²¹⁰Pb có duy nhất một đỉnh phổ gamma đặc trưng là 46.539 keV, đây cũng là vùng năng lượng thấp có nhiều can nhiễu và rất khó khăn trong việc xác định chính xác hiệu xuất ghi của hệ phổ kế gamma. Trong đề tài, hiệu suất ghi của hệ phổ kế được xác định kết hợp tính toán mô phỏng sử dụng chương trình MCNP 6.1 với đo đạc thực nghiệm sử dụng mẫu chuẩn IAEA-RGU-1 (hình 2). Kết quả nghiên cứu xác định hiệu suất ghi đã được nhóm tác giả trình bày chi tiết trong báo cáo tổng kết và bài báo được chấp nhận đăng trên tạp chí Nuclear Science and Technology của Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.

Hình 2: Mô phỏng detector, mẫu chuẩn và mẫu sol khí

       Sản phẩm của đề tài ngoài 01 bài báo, nhóm tác giả đã xây dựng được 02   quy trình xác định ²¹⁰Pb trong mẫu sol khí và trong mẫu rơi lắng. Hai quy trình đã và đang được áp dụng tại Phòng thí nghiệm phân tích phóng xạ Môi trường. Từ quy trình đã xây dựng, nhóm tác giả cũng đã xác định được nồng độ hoạt độ ²¹⁰Pb trong sol khí theo tuần nằm trong khoảng từ 0.12 mBq.m^-3 đến 2.87 mBq.m^-3 với giá trị trung bình là 0.92 mBq.m^-3 (hình 3) và tìm được mật độ rơi lắng của ²¹⁰Pb  theo tháng trong khoảng từ 7.76 Bq.m^-2 đến 35.41 Bq.m^-2 với giá trị trung bình là 19.74 Bq.m^-2 (hình 4).

Hình 3: Phân bố nồng độ hoạt độ ²¹⁰Pb theo tuần

Hình 4: Mật độ ²¹⁰Pb rơi lắng theo tháng