CÁC NGUỒN PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN

Bộ Giáo dục và Đào tạo
Trường Đại học Sư phạm Tp.HCM
TIỂU LUẬN VẬT LÝ
Đề Tài:
Tp. Hồ Chí Minh
2
2010
MỤC LỤC
I. Phân bố các nguồn phóng xạ tự nhiên:..........................................................................3
II. Sự phân bố phóng xạ trong thạch quyển và địa quyển:...............................................17
III. Những vùng có phông phóng xạ tự nhiên cao trên thế giới.......................................21
3
Nguồn phóng xạ được chia thành hai loại, gồm nguồn phóng xạ tự nhiên (natural
radioactive source) và nguồn phóng xạ nhân tạo (artificial radioactive source). Nguồn
phóng xạ tự nhiên, mà người ta thường gọi là phông phóng xạ tự nhiên, là các chất đồng
vị phóng xạ có mặt trên trái đất, trong nước và trong bầu khí quyển. Còn nguồn phóng
xạ nhân tạo do người chế tạo ra bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay
máy gia tốc.
I. Phân bố các nguồn phóng xạ tự nhiên:
I.1. Các nhân phóng xạ trong 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. Năm 1896 nhà bác học người Pháp Becquerel phát hiện ra chất
phóng xạ tự nhiên, đó là uranium và con cháu của nó. Đến nay người ta biết các chất
phóng xạ trên trái đất gồm các nguyên tố uranium, thorium và con cháu của chúng, cùng
một số nguyên tố phóng xạ khác. Uranium, thorium và con cháu của chúng tạo nên 3 họ
phóng xạ cơ bản là họ thorium (Th
232
), uranium (U
238
) và actinium (U
235
) (các bảng
3.1,3.3 và 3.4 tương ứng). Tất cả các thành viên của các họ này, trừ thành viên cuối cùng
đều là các đồng vị phóng xạ.
Uranium gồm 3 đồng vị khác nhau: khoảng 99,3% uranium thiên nhiên là U
238
,
khoảng 0,7% là U
235
và khoảng 5.10
-3
% là U
234
. U
238
và U
234
thuộc cùng một họ, gọi là họ
uranium, còn U
235
là thành viên đầu tiên của một họ khác, gọi là actinium. Th
232
là thành
viên đầu tiên của họ thorium. Họ phóng xạ thứ tư là họ phóng xạ nhân tạo, được gọi là
học neptunium (bảng 3.2). Ba họ phóng xạ tự nhiên có đặc điểm chung là thành viên thứ
nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu, với thời gian bán rã được đo theo các đơn vị địa chất.
Lý do dễ hiểu vì nếu xét thời gian từ khi vũ trụ hình thành thì các đồng vị sống tương
đối ngắn bị phân rã trong một vài tỉ năm tồn tại của trái đất. Điều này được minh họa
bằng họ phóng xạ nhân tạo neptunium, trong đó thành viên thứ nhất là nguyên tố siêu
uranium Pu
241
, được sinh ra khi chiếu Pu
239
trong trường neutron. Thời gian bán rã của
Pu
341
là 13 năm, do đó một thế kỷ cũng đủ để đồng vị này rã hết. Ngay cả thành viên
4
sống dài nhất, là Np
237
với thời gian bán rã 2,2.10
6
năm, cũng là đủ ngắn để nó phân rã
hết nếu nó được sinh ra cùng thời với các nguyên tố khác của trái đất.
Đặc điểm chung thứ hai của ba họ phóng xạ tự nhiên là mỗi họ đều có một thành
viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon.
Trong trường hợp họ uranium, khí
86
Rn
222
được gọi là radon, trong họ thorium, khí
86
Rn
220
được gọi là thoron, còn trong họ actinium khí
86
Rn
219
được gọi là actinon. Chú ý
rằng trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium không có thành viên khí phóng xạ . Sự có
mặt của các khí phóng xạ trong ba họ phóng xạ tự nhiên là một trong các lý do chính
gây nên phông phóng xạ tự nhiên của môi trường. Trong ba loại khí phóng xạ thì radon
đóng vai trò quan trọng nhất vì nó có thời gian bán rã 3,825 ngày lớn hơn nhiều so với
thời gian bán rã của thoron (52s) và actinon (3,92s). khí radon khuếch tán từ trái đất vào
không khí và các con cháu radon phóng xạ, thường ở dạng rắn trong các điều kiện thông
thường, bám vào các hạt bụi khí quyển. Đứng về phương diện an toàn bức xạ, sự chiếu
ngoài cùa radon và con cháu nó lên người không tác hại bằng sự chiếu trong cơ thể khi
con người hít thở bụi có các nhân phóng xạ bám vào vì chúng là các nhân phát hạt alpha.
Hàm lượng radon trong không khí phụ thuộc vào hàm lượng uranium trong đất, do đó ở
các vùng mỏ quặng uranium cần phải lưu ý ành hưởng của bụi khí phóng xạ lên sức
khỏe con người. Ngoài ra, trong điều kiện tự nhiên hàm lượng radon trong nhà cao hơn
ngoài trời vài ba lần, do đó cần kiểm tra liều bức xạ trong nhà do radon gây ra.
Hạt nhân Thời gian bán rã Năng lượng(MeV)
Alpha
a
Beta Gamma
b
90
Th
232
1,39.10
10
năm 3,98
88
Ra
228
(MsTh1)
6,7 năm 0,01
89
Ac
228
(MsTh2)
6,13 h
Sơ đồ phân rã phức
tạp
Nhóm beta cường độ
cao nhất là 1,11 MeV
1,59(0,03)
0,966(0,2)
0,908(0,25)
90
Th
228
1,91 năm 5,421
5
(RdTh)
88
Ra
224
(ThX)
3,64 ngày 5,681 0,084 (0,016)
36
Rn
220
(Tn) 52 s 6,278 0,241 (0,038)
84
Po
216
(ThA)
0,158 s 6,774 0,542 (0,0002)
82
Pb
212
(ThB) 10,64 h 0,35; 0,59 0,239 (0,40)
83
Bi
212
(ThC) 60,5 phút 6,086
(33,7%)
c
2,25 (66,3%)
c
0,04 nhánh
0,034)
84
Po
212
(ThC’)
3,04.10
-7
s 8,776
81
Tl
208
(ThC”)
3,1 phút 1,80; 1,29; 1,52 2,615 (0,997)
82
Pb
208
(ThD)
Bền
Chú thích: a. Chỉ ghi hạt alpha năng lượng cao nhất; b. Chỉ ghi các tia gamma chính
nhất; c. Số phần trăm trong các dấu ngoặc đơn cho biết phần phân rã theo loại được chỉ
dẫn.
Bảng 3.2: Họ neptunium (4n + 1)
a
Hạt
nhân
Thời gian bán rã Năng lượng(MeV)
Alpha
b
Beta Gamma
c
94
Th
228
13,2 năm 0,02
95
Am
241
462 năm 5,496 0,060 (0,4)
93
Np
237
2,2.10
6
năm 4,77
91
Pa
233
27,4 ngày 0,26; 0,15;
0,57
0,31 (rất mạnh)
92
U
233
1,62.10
5
năm 4,823 0,09 (0,02) 0,056
(0,02) 0,042 (0,15)
90
Th
229
7,34.10
3
năm 5,02
90
Ra
225
14,8 ngày 0,32
89
Ac
225
10,0 ngày 5,80
89
Fr
221
4,8 phút 6,30 0,216 (1)
85
At
217
0,018 s 7,02
83
Bi
213
47 phút 5,86 (2%)
d
1,39 (98%)
d
84
Po
213
4,2.10
-6
s 8,336
81
Tl
209
2,2 phút 2,3 0,12 (yếu)
e
82
Pb
209
3,32 h 0,635
83
Bi
209
Bền
6
Chú thích: a. Họ này không tồn tại trong tự nhiên mà được sản xuất nhân tạo; b. Chỉ ghi
hạt alpha năng lượng cao nhất; c. Chỉ ghi các tia gamma chính nhất; d. Số phần trăm
trong các dấu ngoặc đơn cho biết phần phân rã theo loại được chỉ dẫn; e. Không biết
cường độ chính xác.
Bảng 3.3: Họ uranium (4n + 2)
Hạt nhân
Thời gian bán

Năng lượng(MeV)
Alpha
a
Beta Gamma
b
92
U
238
4,51 năm 4,18
90
Th
234

(UX2)
24,10 ngày 0,193; 0,103
0,092 (0,04)
0,063 (0,03)
91
Pa
234m
(UX2) 1,175 phút 2,31
1,0 (0,015) 0,76
(0,0063) Biến đổi
nội
91
Pa
234
(UZ)
6,66 h 0,5 Rất yếu
92
U
234
(UII)
2,48.10
5
năm 4,763
90
Th
230
(I
o
)
8,0.10
4
năm 4,685 0,068 ( 0,0059)
88
Ra
226
1.622 năm 4,777
86
Rn
222
(Rn)
3,825 ngày 5,486 0,51 (rất yếu)
84
Po
218
(RaA)
3,05 phút
5,998
(99,978%)
c
Không biết năng
lượng (0,022%)
c
0,186 (0,030)
85
At
218
(RaA’)
2 s
6,63
(99,9%)
c
Không biết năng
lượng (0,1%)
c
86
Rn
218
(RaA”)
0,019 s 7,127
82
Pb
214
(RaA”) 26,8 phút 0,65
0,352 (0,036)
0,295 (0,020)
0,242 (0,07)
83
Bi
214
(RaC)
19,7 phút
5,505
(0,04%)
c
1,65; 3,7
(99,96%)
c
0,609 (0,295)
1,12 (0,131)
84
Po
214
(RaC’)
1,64.10
-4
s 7,680
81
Tl
210
(RaC”)
1,32 phút 1,96
2,31 (1)
0,783 (1) 0,297 (1)
7
82
Pb
210
(RaD)
19,4 năm 0,0017 0,0467 (0,045)
83
Bi
210
(RaE)
5,00 ngày 1,17
84
Po
210
(RaF)
138,40 ngày 5,298 0,802 (0,000012)
82
Pb
206
(RaG)
Bền
Chú thích: a. Chỉ ghi hạt alpha năng lượng cao nhất; b. Chỉ ghi các tia gamma chính
nhất; c. Số phần trăm trong các dấu ngoặc đơn cho biết phần phân rã theo loại được chỉ
dẫn.
Đặc điểm thứ ba của ba họ phóng xạ tự nhiên là sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ
đều là chì: Pb
206
trong họ uranium, Pb
207
trong họ actinium và Pb
208
trong họ
thorium.Trong khi đó thành viên cuối củng trong họ neptunium là Bi
209
.
Bốn họ phóng xạ nêu trên thường được ký hiệu là các họ 4n, 4n+1, 4n+2 và
4n+3, do phép chia cho 4 còn dư của số khối lượng các thành viên của chúng. Họ
8
thorium bắt đầu bằng đồng vị Th
232
, có số khối lượng A=232, được chia tròn cho 4. Do
các phân rã trong họ này đều thực hiện bằng cách phóng các hạt alpha, có số khối lượng
bằng 4 hoặc các hạt beta có số khối lượng bằng 0 nên số khối lượng của tất cả các thành
viên trong họ thorium cũng chia hết cho 4. Do đó họ thorium gọi là họ 4n. Cũng lập luận
tương tự, họ uranium gọi là họ 4n+2 do số khối lượng của U
238
và các con cháu của nó
chia cho 4 còn dư 2, và họ actinium là họ 4n+3 do số khối lượng của U
235
va các con
cháu của nó chia cho 4 còn dư 3. Một họ còn thiếu đó là họ neptunium, gọi là họ 4n+1,
có số khối lượng của Pu
241
và các con cháu của nó chia cho 4 còn dư 1.
Bảng 3.4: họ actinium (4n+3)
Hạt
nhân
Thời gian bán

Năng lượng (MeV)
Alpha
a
Belta Gamma
b
92
U
235
7,13.10
8
năm 4,39 0,18(0.7)
90
Th
231
25,64 h 0,094; 0,302; 0,216
0,022 (0,7) 0,0085
(0,4) 0,061 (0,16)
91
Pa
231
3,43.10
4
năm 5,049
0,33 (0,05) 0,027
(0,05) 0,012 (0,01)
89
Ac
227
21,8 năm 4,94 (1,2%)
a
0,0455 (98,8%)
c
90
Th
227
(RdAc)
18,4 ngày 6,03 0,24 (0,2) 0,05 (0,15)
87
Fr
223
(AcK)
21 phút 1,15 0,05 (0,40) 0,08 (0,24)
88
Ra
223
(AcX)
11,68 ngày 5,750
0,270 (0,10) 0,155
(0,055)
86
Rn
219
(An)
3,92s 6,824
0,267 ( 0,086) 0,392
(0,048)
84
Po
215
1,83.10
-3
s 7,635
82
Pb
211
36,1 phút 1,14; 0,5
Phổ phức tạp, 0,065
đến 0,829 MeV
83
Bi
211
(AcC)
2,16 phút
6,619
(99,68%)
c
Không biết năng
lượng (0,32%)
c
0,35 (0,14)
84
Po
211
(AcC’)
0,52 s 7,434
0,88 (0,005) 0,56
(0,005)
81
TI
207
(AcC’’)
4,78 phút 1,47 0,87 ( 0,005)