Nghiên cứu phát triển thiết bị đo nồng độ radon, thoron trong không khí

  Radon là chất khí phóng xạ tự nhiên được hình thành từ quá trình phân rã của radium có trong đất, đá và các vật liệu tự nhiên. Do đặc tính tồn tại ở dạng khí trơ và không bị bắt giữ bởi các phản ứng hóa học nên khí radon có tính linh động cao, chúng có khả năng di chuyển và phát tán rộng trong môi trường, đồng thời dễ tích tụ trong các không gian kín. Radon và các sản phẩm phân rã của nó có thể xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, gây nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người. Vì vậy, việc đo đạc và quan trắc nồng độ radon thường xuyên đóng vai trò quan trọng trong công tác đánh giá mức độ phơi nhiễm bức xạ tự nhiên, góp phần đảm bảo an toàn bức xạ và bảo vệ môi trường sống.

  Hệ thiết bị đo radon RAMOS (model: INST_ver.01) được nghiên cứu, phát triển trong khuôn khổ nhiệm vụ khoa học công nghệ cấp Bộ do ThS. Mai Văn Diện làm chủ nhiệm và  Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân chủ trì (mã số: ĐTCB.05/24/VKHKTHN) với mục tiêu nâng cao năng lực thiết kế, chế tạo, làm chủ công nghệ và nội địa hoá thiết bị sẵn sàng đáp ứng nhu cầu còn thiếu về thiết bị đo tại nước ta. Hệ đo hoạt động theo nguyên lý thu góp tĩnh điện kết hợp phổ kế alpha, cho phép xác định đồng thời nồng độ radon và thoron trong môi trường với độ nhạy cao. Hệ thiết bị sử dụng đầu dò bán dẫn PIPS có độ nhạy và độ phân giải cao, giúp phân biệt các đồng vị phóng xạ dựa trên năng lượng đặc trưng của chúng. Nhờ đó, thiết bị có khả năng phân tách radon, thoron và loại bỏ các ảnh hưởng nhiễm bẩn phóng xạ gây nên do sự tích tụ của các hạt nhân sống dài. Thiết bị được tích hợp các tính năng như: tự động thu góp mẫu, đo đạc và chỉ thị giá trị nồng độ của radon và thoron trên màn hình LCD theo thời gian thực với thời gian đáp ứng nhanh. Các dữ liệu đo đạc được hiệu chỉnh với các tham số môi trường như nhiệt độ và độ ẩm không khí thông qua các cảm biến tích hợp. Ngoài ra, thiết bị còn tích hợp chức năng truyền dữ liệu không dây tới máy chủ đám mây, giúp tăng hiệu quả trong việc quản lý dữ liệu từ xa. Toàn bộ hệ thống được thiết kế dưới dạng vali xách tay có kết cấu chắc chắn theo tiêu chuẩn IP65 (Hình 1). Bên cạnh đó, hệ thiết bị có khả năng kết nối với pin năng lượng mặt trời để hình thành trạm quan trắc radon cố định, giúp thiết bị vận hành độc lập và liên tục trong thời gian dài.

Hình 1. Hình ảnh của thiết bị đo radon - RAMOS

Phần mềm thu thập quản lý dữ liệu được thiết kế trên nền tảng web có giao diện như hình 2 gồm các chức năng chính như biểu đồ biểu diễn nồng độ radon, thoron theo thời gian thực, bảng dữ liệu các tham số chi tiết, chức năng download dữ liệu,… Ngoài ra, thiết bị cũng được trang bị bộ định vị toàn cầu GPS để xác định tọa độ đo đạc và hiển thị trực tuyến vị trí và nồng độ phóng xạ trên bản đồ.

Hình 2: Phần mềm thu thập, quản lý dữ liệu trên nền tảng web

Hệ đo được hiệu chuẩn và cấp chứng chỉ tại phòng chuẩn radon của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân. Các kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị có khả năng đo đạc tốt, hoạt động ổn định và phân tách phổ hiệu quả giữa các đỉnh alpha phát ra từ chuỗi phân rã của radon và thoron. Độ phân giải năng lượng (FWHM) ghi nhận tại đỉnh 6,78 MeV của ²¹⁶Po là 73 keV (khoảng 1,1%). Độ nhạy của thiết bị ghi nhận tại điều kiện độ ẩm 2,8 g/m³, đối với phép đo radon ở chế độ normal mode: 0,014 cpm/Bq/m³, sensetive mode: 0,0066 cpm/Bq/m³; đối với thoron là 0,0025 cpm/Bq/m³. Thiết bị có dải đo từ 4 Bq/m³ đến 100 kBq/m³ và độ chính xác ± 5% đối với radon và ± 30% đối với thoron.

Hình 3: So sánh kết quả đo radon trong nhà với thiết bị đo thương mại RAD7 của hãng Durridge (Mỹ)

Điểm neo Hình 3 trình bày các kết quả khảo sát thực nghiệm so sánh giữa thiết bị đã chế tạo và thiết bị đo thương mại RAD7 của hãng Durridge (Mỹ). Các thiết bị được bố trí đo trong phòng kín tại cùng một vị trí và lấy số liệu trong 6 ngày liên tục. Điểm neoCác kết quả thu được cho thấy nồng độ radon và thoron trung bình ghi nhận bởi hai thiết bị là khá tương đồng nhau với sự sai khác nhỏ hơn 7%. Với kết quả đạt được, thiết bị hoàn toàn có thể được ứng dụng để triển khai trong thực tế, phục vụ nhiều lĩnh vực như: nghiên cứu, quan trắc đánh giá môi trường, khảo sát địa chất,… Việc làm chủ công nghệ và chế tạo thành công thiết bị đo sẽ góp phần chủ động trong công tác nội địa hóa và nhân rộng thiết bị, giảm chi phí sản xuất, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày một gia tăng trong vấn đề giám sát và cảnh báo phóng xạ môi trường tại nước ta. Trong tương lai, để mở rộng các tính năng và nâng cao hiệu quả khai thác, thiết bị có thể được nâng cấp và tích hợp cùng với các cảm biến khí tượng như lượng mưa, áp suất không khí,… từ đó phục vụ tốt hơn cho công tác quan trắc tổng hợp và phân tích chuyên sâu.

Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân