Nghiên cứu sự thay đổi hoạt độ của đồng vị phóng xạ 226Ra trong đất nông nghiệp - NCS. Nguyễn Văn Thắng

Tên luận án: Nghiên cứu sự thay đổi hoạt độ của đồng vị phóng xạ 226Ra trong đất nông nghiệp
Ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số ngành: 9440106
Họ tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Văn Thắng
Khóa đào tạo: 2020
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Lê Công Hảo
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án
Trong tự nhiên tồn tại 4 đồng vị của Rađi (Ra) là 223Ra, 224Ra, 228Ra và 226Ra. Tất cả 4 đồng vị này đều là đồng vị phóng xạ. Trong đó, đồng vị 226Ra thuộc chuỗi phân rã uran (238U), có độ phổ cập cao, thời gian bán rã dài nên dễ dàng đo được trong tự nhiên. Do đó, 226Ra là một trong những đồng vị phóng xạ tự nhiên được quan tâm nhiều nhất trong các nghiên cứu về phóng xạ môi trường.. Đất nông nghiệp có hoạt độ 226Ra cao sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến con người do sự vận chuyển chất phóng xạ từ đất lên cây trồng. Nhiều nghiên cứu cho thấy, hoạt độ 226Ra trong đất nông nghiệp có thể tăng dần trong nhiều năm do các hoạt động trồng trọt như bón phân và tưới nước. Hoạt độ 226Ra trong đất tăng cũng đồng nghĩa với tăng nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Do đó, cần thiết có một mô hình để dự đoán hoạt độ 226Ra trong đất nông nghiệp.
Trong luận án này, hoạt độ phóng xạ 226Ra trong môi trường được đo bằng hệ phổ kế alpha của ORTEC trang bị đầu dò bán dẫn PIPS. Dữ liệu về phóng xạ được kết hợp với các mô hình mô phỏng và thí nghiệm để cho ra quy luật thay đổi hoạt độ 226Ra trong đất nông nghiệp. Nghiên cứu được áp dụng cho 12 cánh đồng với 8 loại cây trồng khác nhau ở Việt Nam. Kết quả cho thấy, theo thời gian canh tác nông nghiệp có thể gây nên sự tích tụ 226Ra trong một số cánh đồng. Tốc độ gia tăng phóng xạ chịu ảnh hưởng nhiều của nguồn nước tưới. Nước ngầm có hoạt độ 226Ra có thể là nguyên nhân gây tích tụ đồng vị phóng xạ này trong đất. Loại cây trồng và một số tính chất của đất như hàm lượng sét, hữu cơ và hệ số phân bố Kd là nguyên nhân thúc đẩy hay ngăn cản sự giảm nhẹ phóng xạ 226Ra trong đất.
2. Những kết quả mới của luận án
Luận án đề xuất một mô hình để dự đoán hoạt độ của đồng vị phóng xạ 226Ra trong đất nông nghiệp. Mô hình được áp dụng trên 12 cánh đồng ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tình trạng canh tác nông nghiệp hiện tại có thể gây ra một sự tích tụ 226Ra đáng kể trong một số loại đất.
Một phương pháp mới được nghiên cứu để đo tốc độ khuếch tán của 226Ra trong đất. Triển khai trên đất của 12 cánh đồng cho thấy có sự phù hợp giữa kết quả của phương pháp đề xuất với kết quả từ các mô hình Soil model và HYDRUS-1D model.
Hoạt độ 226Ra bổ sung từ nước tưới cao hơn hoạt độ 226Ra bổ sung từ phân bón. Họat độ 226Ra được dự đoán tăng cao ở những cánh đồng sử dụng nước ngầm để tưới tiêu.
Cây trồng có thể hấp thu một phần 226Ra trong đất, tốc độ hấp thu (Rp) tương quan thuận với hệ số vận chuyển (TF) và nồng độ hoạt độ 226Ra trong pha nước của đất (CW) [Hệ số tương quan Pearson (r) > 0,6].
Tốc độ khuếch tán của 226Ra trong đất (Rℓ) tương quan thuận với tốc độ thoát của nước (GW) (r > 0,6) và tương quan nghịch với hệ số phân bố (Kd) (r < - 0,6).
Hệ số TF của 226Ra có tương quan nghịch với tỷ lệ sét và tỷ lệ hữu cơ (OM) (r < - 0,6) và tương quan thuận với CW (r > 0,6). Kết quả này cho thấy có thể nghiên cứu làm giảm ảnh hưởng của 226Ra trong đất ở những vùng có phông phóng xạ tự nhiên cao.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Mô hình có được từ nghiên cứu này có thể nhân rộng ra cho các vùng nông nghiệp trong cả nước để dự đoán hoạt độ 226Ra trong đất trong nhiều năm. Có thể thực hiện các nghiên cứu tương tự trên các đồng vị phóng xạ tự nhiên khác như 238U, 232Th hay các đồng vị phóng xạ nhân tạo. Nghiên cứu có thể giúp các nhà quản lý về nông nghiệp và tài nguyên – môi trường trong việc hoạch định chiến lược phát triển nông nghiệp trong tương lai theo hướng an toàn với bức xạ hạt nhân. Các biện pháp có thể kể đến như lựa chọn hệ thống tưới tiêu, lựa chọn phân bón, lựa chọn giống cây trồng và phương pháp trồng trọt phù hợp.
Qua phân tích kết quả nghiên cứu có thể thấy một số giải pháp để giảm thiểu tác hại của phóng xạ ở những đất có phông phóng xạ cao như: chọn cây trồng hấp thu ít phóng xạ (TF nhỏ), tăng hàm lượng hữu cơ trong đất từ việc bón phân hữu cơ để giảm khả năng di động của phóng xạ lên cây trồng hay thay đổi thành phần của đất.