Luận văn Khảo sát độ phóng xạ trong xi măng dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH --------------------------------- NGUYỄN NGỌC PHI KHẢO SÁT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG XI MĂNG DÙNG LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao Mã số: 60 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN VĂN LUYẾN Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010 LỜI CẢM ƠN “Công cha như núi Thái Sơn, nghĩa mẹ như nước trong nguồn chảy ra”. Con vô cùng biết ơn Cha Mẹ đã nuôi dưỡng và dạy dỗ con nên người. Cảm ơn Vợ hiền đã chia sẻ và gánh vác phần khó nhọc để anh yên tâm học tập. Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giảng dạy và giúp đỡ tận tâm của quý thầy cô bộ môn Vật lí trường Đại học sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh và Phòng An toàn bức xạ - môi trường thuộc Trung tâm hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh. Cho phép tôi được bày tỏ lời biết ơn chân thành đến:  TS. Thái Khắc Định, người thầy đã hướng dẫn tôi chọn đề tài này, tận tâm giảng dạy và góp ý chân thành bổ ích cho tôi.  TS. Đỗ Xuân Hội, TS. Nguyễn Văn Hoa, TS. Huỳnh Quang Linh, PGS-TSKH. Lê Văn Hoàng, TS. Nguyễn Văn Hùng, TS. Nguyễn Quang Miên, TS. Bùi Văn Loát, TS. Nguyễn Đông Sơn, TS. Võ Thanh Cương và tất cả quý thầy cô đã tận tâm giảng dạy, truyền thụ kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:  TS. Trần Văn Luyến người thầy đã truyền cho tôi niềm đam mê nghiên cứu khoa học, những kiến thức chuyên môn sâu, những chỉ bảo tận tình trong thực nghiệm và trong đánh giá kết quả.  Thầy cô phản biện và Hội đồng khoa học đã dành nhiều thời gian đọc và góp ý cho luận văn của tôi.  Ks. Đào Văn Hoàng luôn khuyến khích, động viên và hết lòng giúp đỡ tôi. Xin chân thành cảm ơn đến:  Ban Giám đốc Trung tâm kỹ thuật hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh, các anh chị Phòng an toàn bức xạ - môi trường của Trung tâm đã tạo điều kiện thuận lợi về tinh thần và cơ sở vật chất cho tôi trong quá trình thực nghiệm tại Trung tâm.  Ban Giám hiệu và các thầy cô giáo trường THPT Tôn Đức Thắng luôn động viên, cổ vũ và tạo điều kiện về thời gian cho tôi trong suốt quá trình học tập.  Các bạn Lớp cao học vật lí K18 luôn giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO Ước số và bội số đơn vị đo Thang đo Tên gọi Kí hiệu 10-18 = atto (a) 10-15 = femto (f) 10-12 = pico (p) 10-9 = nano (n) 10-6 = micro () 10-3 = milli (m) 10+3 = kilo (k) 10+6 = mega (M) 10+9 = giga (G) 10+12 = tera (T) 10+15 = peta (P) 10+18 = exa (E) Năng lượng bức xạ 1 Gray (Gy) = 1 J/kg 1 rad = 10mGy = 1E-7 J hấp thụ trong 1 gram vật chất. 1 Sievert (Sv) = 100 rem; 1 mSv = 0.1 rem. 1 Curie(Ci) = 3.7.1010Becquerel (Bq) 1 EBq = 1018Bq 1 gray = 100 rad 1 rem = 0.01 sievert 1 rad = 1000 millirad = 0.01 gray 1 Roengten (R) = 0.876 rad (in air) Chữ viết tắt Ge Germani – Nguyên tố germani. GPS Global Position System – Hệ thống định vị toàn cầu. FWHM Full width Half Maximum – Bề rộng ở nửa giá trị cực đại. HPGe High Pure Germani: germani siêu tinh khiết. IAEA International Atomic Energy Agency – Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế. ICRP International Commission for Radiological Protection - Ủy ban an toàn phóng xạ quốc tế. OED Oranization for Europe Cooperration and Development – Tổ chức hợp tác và phát triển Châu Âu. PGs Phó giáo sư. SNAP System for Nuclear Auxiliary Power – Hệ thống năng lượng hạt nhân phụ trợ trong vệ tinh hoặc tàu vũ trụ. T1/2 Chu kì bán hủy – Nửa thời gian sống của một đồng vị phóng xạ. Ttvt Tương tác vũ trụ. UNSCEAR United Nations scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation – Hội đồng tư vấn khoa học của Liên Hiệp Quốc về ảnh hưởng của bức xạ nguyên tử. UTM Universal Transverse Mercator – Hệ thống biến đổi tọa độ toàn cầu. WGS World Geometrical System – Hệ thống đo đạc toàn cầu. NCRP National Council on Radiation Protection and Measurements – Hội đồng quốc gia về bảo vệ và đo lường bức xạ TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh. TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. LHDTBHN Liều hiệu dụng trung bình hằng năm. VLXD Vật liệu xây dựng. MỞ ĐẦU Trong thời gian gần đây, mọi người đều rất quan tâm đến hoạt độ phóng xạ tự nhiên có trong các nhóm vật liệu xây dựng. Trong đó xi măng là thành phần chủ yếu và chiếm phần lớn trong vật liệu dùng để xây dựng. Vậy xi măng được tạo thành từ đâu? Xi măng phần lớn được chế tạo từ đất, đá lấy từ bề mặt của Trái đất, mà Trái đất được hình hành từ nhiều nguyên tố khác nhau, trong đó có các nguyên tố phóng xạ, các nguyên tố này phân bố rộng khắp các quyển của Trái đất như: thạch quyển, địa quyển, thủy quyển, khí quyển và sinh quyển. Nguyên tố phóng xạ tự nhiên có rất sớm, có thể cùng tuổi với vũ trụ. Các chất phóng xạ tự nhiên này gồm các hạt nhân trong các chuỗi uranium (U), thorium (Th) và các hạt nhân kali–40. Vì thế mà xi măng cũng chứa một lượng phóng xạ tự nhiên nhất định. Với nhu cầu cuộc sống của con người ngày càng cao thì vấn đề xây dựng nhà cửa được quan tâm đúng mức. Khi con người sống trong ngôi nhà thì nó trở thành một “chiếc hộp” chắn phần lớn các tia bức xạ từ bên ngoài chiếu vào. Nhưng do bản thân vật liệu xây dựng cũng chứa phóng xạ nên ngôi nhà chúng ta lại chính là một nguồn phóng xạ mà lâu nay chúng ta chưa quan tâm tới. Hơn nữa thời gian của chúng ta sống trong nhà (ăn, ở, ngủ, làm việc, sinh hoạt) chiếm tới 80% thời lượng 24 giờ của ngày nên ảnh hưởng của phóng xạ do VLXD gây ra cũng cần phải quan tâm hơn. Do đó liều chiếu ngoài và chiếu trong đối với con người chủ yếu do vật liệu xây dựng gây nên. Vấn đề cần đặt ra là trong vật liệu dùng để xây dựng mức phóng xạ nào là nguy hiểm, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người? Điều này Thế giới đã nghiên cứu nhiều, nhưng đối với Việt Nam thì vấn đề này còn khá mới và cho đến năm 2006, vấn đề này mới thực sự được quan tâm và đi sâu vào nghiên cứu. Tiếp theo đó năm 2007, Bộ xây dựng đã có quyết định về việc ban hành tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 397:2007 “Hoạt độ phóng xạ tự nhiên của vật liệu xây dựng. Mức an toàn trong sử dụng và phương pháp thử”. Phóng xạ trong vật liệu xây dựng chủ yếu là kali, uranium, thorium và các hạt nhân con được tạo thành từ chuỗi phân rã phóng xạ của chúng, trong đó quan trọng nhất là radium (Ra-226). Sự có mặt của Ra-226 trong vật liệu xây dựng gây nên một liều chiếu cho những người sống trong nhà bởi việc hít thở khí radon phân rã từ radium và thoát ra từ vật liệu xây dựng vào không khí trong nhà. Sự tác động này gây nên những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con người, đặc biệt là làm gia tăng tỷ lệ ung thư phổi. Với lý do trên mà tôi chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình là “Khảo sát độ phóng xạ trong xi măng dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” nhằm: + Xác định hoạt độ phóng xạ tự nhiên trong một vài nhóm xi măng thương mại tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh phục vụ cho việc giám sát về mặt kỹ thuật theo TCXDVN 397: 2007. + Đưa ra các kiến nghị cần thiết cho các nhà sản xuất xi măng và người tiêu dùng. Phương pháp thực hiện luận văn là xác định độ phóng xạ tự nhiên của xi măng bằng phổ kế gamma và sau đó đánh giá nguyên nhân gây ra độ phóng xạ trong xi măng. Đề tài: “Khảo sát độ phóng xạ trong xi măng dùng làm vật liệu xây dựng khu vực thành phố Hồ Chí Minh” được thực hiện với 42 mẫu xi măng khác nhau. Sau đó đánh giá các chỉ số Index phóng xạ, liều hấp thụ trung bình hàng năm, hoạt độ Ra tương đương… Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Do phóng xạ tự nhiên ảnh hưởng đến sức khỏe của con người xuất phát chủ yếu từ vật liệu xây dựng trong đó xi măng là vật liệu hiện nay con người tiếp xúc trực tiếp nhiều cho nên đối tượng nghiên cứu của luận văn này là xi măng được thu thập tại các cửa hàng vật liệu xây dựng ở thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp nghiên cứu là dùng hệ phổ kế gamma phông thấp tại trung tâm hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh trên cơ sở lý thuyết về tương tác của tia gamma với vật chất. Bố cục của luận văn Luận văn đuợc trình bày theo 3 chương: Chương 1 là phần trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu: nguồn gốc phóng xạ, những ảnh hưởng của radon đến sức khỏe con người, radon trong vật liệu xây dựng và tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Chương 2 là phần thực nghiệm: nêu đối tượng, các phương pháp nghiên cứu và lí do chọn phương pháp dùng hệ phổ kế gamma phông thấp. Bên cạnh đó, còn trình bày về cấu tạo, những đặc trưng của hệ phổ kế gamma phông thấp của Trung tâm hạt nhân TP HCM và các đồng vị phóng xạ quan tâm. Đặc biệt, chương này còn trình bày về quá trình thu thập mẩu, xử lí, đo mẩu và tính toán hoạt độ các nhân phóng xạ quan tâm trong mẫu. Chương 3 là phần kết quả nghiên cứu và biện luận: trình bày các kết quả định tính và định lượng hoạt độ phóng xạ của 42 mẫu xi măng thông qua việc xử lý phổ gamma. Biện luận và so sánh kết quả này với một số kết quả của các nghiên cứu khác. Phần kết luận đưa ra những nhận xét tổng quát rút ra từ kết quả của quá trình nghiên cứu cùng đề xuất của tác giả về một số nguyên tắc bảo vệ an toàn phóng xạ có liên quan đến phóng xạ tự nhiên trong xi măng. Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Vài nét về hiện tượng phóng xạ Phóng xạ là một hiện tượng tự nhiên xuất hiện từ thuở khai thiên lập địa, nhưng đã bị bỏ quên cho đến năm 1896 khi Henri Becquerel tình cờ phát hiện các bức xạ từ muối của Uranium. Sau đó, năm 1899 Pierre và Marrie Curie tìm ra hai chất phóng xạ mới là Polonium và Radium. Năm 1934, Frederic Jiolot và Iren Curie tạo ra các đồng vị phóng xạ nhân tạo của phospho và nitrogen. Phát minh này đã mở ra một kỷ nguyên của phóng xạ nhân tạo. Theo định nghĩa, phóng xạ là biến đổi tự xảy ra của hạt nhân nguyên tử, đưa đến sự thay đổi trạng thái hoặc bậc số nguyên tử hoặc số khối của hạt nhân. Khi chỉ có sự thay đổi trạng thái xảy ra, hạt nhân sẽ phát ra tia gamma mà không biến đổi thành hạt nhân khác, khi bậc số nguyên tử thay đổi sẽ biến hạt nhân này thành hạt nhân của nguyên tử khác, khi chỉ có số khối thay đổi hạt nhân sẽ biến thành đồng vị khác của nó. Các công trình nghiên cứu thực nghiệm về hiện tượng phóng xạ đã xác nhận sản phẩm phân rã phóng xạ của hạt nhân gồm: - Tia alpha: là chùm các hạt tích điện dương, bị lệch trong điện trường và từ trường, dễ bị các lớp vật chất mỏng hấp thụ. Về bản chất, tia alpha là chùm các hạt nhân của nguyên tử Helium ( He24 ). - Tia beta: cũng bị lệch trong điện trường và từ trường, có khả năng xuyên sâu hơn tia alpha. Về bản chất, tia beta là các electron (  ) và các positron (  ). - Tia gamma: không chịu tác dụng của điện trường và từ trường, có khả năng xuyên sâu vào vật chất. Về bản chất, tia gamma là các photon có năng lượng cao. - Neutron: có sức xuyên mạnh hơn tia gamma và chỉ có thể bị ngăn chặn lại bởi tường bê tông dày, bởi nước hoặc tấm chắn paraphin. - Phân hạch hạt nhân tự phát, các phản ứng hạt nhân được thực hiện trong lò phản ứng hạt nhân và trong máy gia tốc còn sinh ra proton. 1.2. Nguồn gốc phóng xạ Mọi người và mọi vật đều cấu tạo từ nguyên tử. Một người lớn trung bình là tập hợp của khoảng 4.1027 nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nitơ, phốt pho và các nguyên tố khác. Khối lượng nguyên tử tập trung ở phần hạt nhân nguyên tử mà kích thước của nó chỉ bằng một phần tỷ của nguyên tử. Xung quanh hạt nhân hầu như là khoảng trống, ngoại trừ những phần tử rất nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân được gọi là electron. Các electron quyết định tính chất hoá học của một chất nhất định. Nó không liên quan gì với hoạt độ phóng xạ. Hoạt độ phóng xạ chỉ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân. Một nguyên tố được xác định bởi số lượng proton trong hạt nhân. Hydro có 1 proton, heli có 2, liti có 3, berili có 4, bo có 5 và cacbon có 6 proton. Số lượng proton nhiều hơn, thì hạt nhân nặng hơn. Thori có 90 proton, protatini có 91 và urani có 92 proton, các nguyên tố có số proton lớn hơn 92 được xem là những nguyên tố siêu urani. Số lượng các neutron quyết định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay không. Để các hạt nhân ổn định, số lượng neutron trong hầu hết mọi trường hợp đều phải lớn hơn số lượng protron một ít. Ở các hạt nhân ổn định protron và neutron liên kết với nhau bởi lực hút rất mạnh của hạt nhân mà không phần tử nào thoát ra ngoài. Trong trường hợp như vậy, hạt nhân sẽ tồn tại bền vững. Tuy nhiên mọi việc sẽ khác đi nếu số lượng neutron vượt khỏi mức cân bằng. Trong trường hợp này, thì hạt nhân sẽ có năng lượng dư và đơn giản là sẽ không liên kết được với nhau. Sớm hay muộn nó cũng phải xả phần năng lượng dư thừa đó. Hạt nhân khác nhau thì việc giải thoát năng lượng dư cũng khác nhau, dưới dạng các sóng điện từ và các loại hạt khác: , , n, p. Năng lượng đó được gọi là bức xạ. Z 100 80 20 40 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 N  - Z=N S =0p S =0n Caùc haït nhaân phoùng xaï + Caùc haït nhaân  Caùc haït nhaân beàn phoùng xaï Hình 1.1. Mặt phẳng (Z,N) chứa tất cả các hạt nhân bền đối với phân rã nucleon, giới hạn bởi các đường cong Sp = 0 và Sn = 0 (Sp và Sn là các năng lượng tách proton và neutron ra khỏi hạt nhân). Dải hẹp gạch ca rô gồm các hạt nhân bền đối với phân rã  . Vùng gạch chéo phía trên gồm các hạt nhân phân rã  còn vùng gạch chéo phía dưới gồm các hạt nhân phân rã  Quá trình mà nguyên tử không bền giải thoát năng lượng dư của nó gọi là sự phân rã phóng xạ. Tính phóng xạ phụ thuộc vào hai nhân tố: thứ nhất là tính không bền vững của hạt nhân do tỉ số N/Z quá cao hoặc quá thấp so với đường cong trên hình 1.1 và thứ hai là quan hệ khối lượng giữa hạt nhân mẹ (hạt nhân trước phân rã), hạt nhân con (hạt nhân sau phân rã) và hạt được phát ra. Tính phóng xạ không phụ thuộc vào các tính chất hoá học và vật lý của hạt nhân đồng vị và vì vậy không thể thay đổi bằng bất cứ cách gì. Hạt nhân nhẹ, với ít proton và neutron trở lên ổn định sau một lần phân rã. Khi một nhân nặng như radi hay urani phân rã, những hạt nhân mới được tạo ra có thể vẫn không ổn định, mà giai đoạn ổn định cuối cùng chỉ đạt được sau một số lần phân rã. Ví dụ: urani-238 có 92 proton và 146 neutron luôn mất đi 2 proton và 2 neutron khi phân rã. Số lượng proton còn lại sau một lần urani phân rã là 90, nhưng hạt nhân có số lượng proton 90 lại là thori, vì vậy urani-238 sau một lần phân rã sẽ làm sinh ra thori-234 cũng không ổn định và sẽ trở thành protactini sau một lần phân rã nữa. Hạt nhân ổn định cuối cùng là chì chỉ được sinh ra sau lần phân rã thứ 14. Quá trình phân rã này xảy ra đối với nhiều hạt nhân phóng xạ có ở trong môi trường. Hoạt độ phóng xạ chỉ khả năng phát ra bức xạ của một chất. Hoạt độ không có nghĩa là cường độ của bức xạ được phát ra hay những rủi ro có thể xảy ra đối với sức khoẻ con người. Nó được quy định bằng đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), phỏng theo tên một nhà vật lý người Pháp, Henri Becquerel. Hoạt độ phóng xạ (a) của một tập hợp các hạt nhân phóng xạ được tính bởi số các phân rã trong nó trong một đơn vị thời gian theo công thức sau a = - dt dN , trong đó N là số hạt nhân chưa bị phân rã N = N0. Như vậy, a = 0NN   e - t ,  là hằng số phân rã có giá trị xác định đối với mỗi đồng vị phóng xạ. Nếu số lượng phân rã là 1/1 giây, thì hoạt độ của chất đó được tính là 1 Bq. Hoạt độ không liên quan gì đến kích thước hay khối lượng của một chất. Nếu số lượng phân rã xảy ra ở một lượng nhỏ của một chất là 1000/1 giây, hoạt độ của chất đó lớn hơn 100 lần so với một số lượng lớn chất chỉ có 10 phân rã xảy ra trong 1 giây. Tốc độ phân rã được mô tả bằng chu kỳ bán rã, đó là thời gian mà 1/2 số hạt nhân không bền của một chất nào đó phân rã. Chu kỳ bán rã là đơn nhất và không thay đổi cho từng hạt nhân phóng xạ và có thể là từ một phần giây đến hàng tỷ năm. Chu kỳ bán rã của sulfua S-38 là 2 giờ 52 phút, của radi Ra-223 là 11,43 ngày, và cacbon C-14 là 5.730 năm. Trong các chu kỳ bán rã liên tiếp, hoạt độ chất phóng xạ giảm bởi phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ ban đầu. Điều đó cho phép tính hoạt độ còn lại của bất cứ chất nào tại một thời điểm bất kỳ trong tương lai. Bức xạ có khắp nơi trong môi trường: trong đất, nước, không khí, thực phẩm, vật liệu xây dựng, kể cả con người - một sản phẩm của môi trường. Hầu hết các chất phóng xạ có đời sống dài đều sinh ra trước khi có trái đất, vì vậy một lượng phóng xạ luôn tồn tại là điều bình thường không thể tránh khỏi. Trong thế kỷ vừa qua, phông phóng xạ đã tăng lên không ngừng do các hoạt động như thử vũ khí hạt nhân và phát điện hạt nhân. Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địa điểm, thành phần của đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, và mức độ nào đấy nữa là điều kiện thời tiết: mưa, tuyết, áp suất cao, thấp, hướng gió… tất cả đều ảnh hưởng đến phông bức xạ. Bức xạ được xem là tự nhiên hay nhân tạo là do nguồn gốc sinh ra của nó. Từ đó nguồn phóng xạ được chia làm hai loại: nguồn phóng xạ tự nhiên và nguồn phóng xạ nhân tạo. Nguồn phóng xạ tự nhiên là các chất đồng vị phóng xạ có mặt trên trái đất, trong nước hay trong bầu khí quyển. Nguồn phóng xạ nhân tạo do con người chế tạo bằng cách chiếu các chất trong lò phản ứng hạt nhân hay máy gia tốc. 1.2.1. Các nguồn phóng xạ tự nhiên: Nguồn phóng xạ tự nhiên gồm hai nhóm sau: nhóm thứ nhất là nhóm các đồng vị phóng xạ nguyên thủy có từ khi tạo thành trái đất và vũ trụ. Nhóm thứ hai là nhóm đồng vị phóng xạ có nguồn gốc từ vũ trụ - được tia vũ trụ tạo ra. Các đồng vị phóng xạ tự nhiên gồm cỡ 70 đồng vị, trong đó quan trọng nhất là các đồng vị 23592U , 238 92U , 232 90Th cùng các đồng vị con cháu trong các dãy phân rã của chúng * Nhóm đồng vị phóng xạ nguyên thủy Phông phóng xạ trên trái đất gồm các nhân phóng xạ tồn tại cả trước và khi trái đất được hình thành. Chúng có chu kỳ bán rã ít nhất khoảng vài triệu năm, gồm có uranium, thorium và con cháu của chúng, cùng với một số nguyên tố phóng xạ khác tạo thành bốn họ phóng xạ cơ bản: họ thorium Th232 (4n); họ uranium U238 (4n+2); họ actinium U235 (4n+3) và họ phóng xạ nhân tạo neptunium Pu241 (4n+1). Các đặc điểm của 3 họ phóng xạ tự nhiên: - Thành viên thứ nhất là đồng vị phóng xạ sống lâu với thời gian bán rã rất lớn và thường được dùng để định tuổi vị địa chất. - Mỗi họ đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố radon: trong họ uranium là 86Rn 222 (radon), trong họ thorium là 86Rn 220 (thoron), trong họ actinium là 86Rn 219 (actinon). Trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium không có thành viên khí phóng xạ. - Sản phẩm cuối cùng trong mỗi họ phóng xạ tự nhiên đều là chì: Pb206 trong họ uranium, Pb207 trong họ actinium và Pb208 trong họ thorium. Trong họ phóng xạ nhân tạo neptunium, thành viên cuối cùng là Bi209. Hình 1.2. Họ Thorium (4n) Hình 1.3. Họ Actinium (4n+3) Hình 1.4. Họ Uranium (4n+2) Ngoài các đồng vị phóng xạ trong 4 họ phóng xạ cơ bản trên, trong tự nhiên còn tồn tại một số đồng vị phóng xạ với số nguyên tử thấp. Các đồng vị phóng xạ quan trọng nhất được dẫn ra trong bảng 1.1. Một trong các đồng vị phóng xạ tự nhiên là K40, rất phổ biến trong môi trường (hàm lượng K trong đất đá là 27g/kg và trong đại dương ~ 380 mg/lit), trong thực vật, động vật và cơ thể người (hàm lượng K trung bình trong cơ thể người khoảng 1,7g/kg). Bảng 1.1. Đặc trưng của 40K và các nhân chính của 3 họ phóng xạ. Nhân Chu kỳ bán hủy Hàm lượng/ Hoạt độ tự nhiên 235U 238U 232Th 226Ra 222Rn 40K 7,04 x 108 năm 4,47 x 109 năm 1,41 x 1010 năm 1,6 x 103 năm 3,82 ngày 1,28 x 1010 năm 0,72% uran tự nhiên. 99,2745% uran tự nhiên, 0,5-0,7 ppm uran trong đá. 1,6-20 ppm trong đá vôi, trung bình 10,7 ppm. 16 Bq/kg trong đá vôi, 48 Bq/kg trong đá nóng chảy. 0,6 –