Đánh giá khả năng tẩy xạ của tác nhân tẩy xạ rds 2000 đối với một số bề mặt vật liệu - Nguyễn Văn Hoàng

Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Hoàng, Đ. X. Trường, N. K. H. Việt, “Đánh giá khả năng tẩy xạ bề mặt vật liệu.” 178 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TẨY XẠ CỦA TÁC NHÂN TẨY XẠ RDS 2000 ĐỐI VỚI MỘT SỐ BỀ MẶT VẬT LIỆU Nguyễn Văn Hoàng1*, Đỗ Xuân Trường1, Nguyễn Khánh Hoàng Việt1 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu khả năng tẩy xạ của tác nhân tẩy xạ RDS 2000 được sản xuất bởi hãng Karcher/CHLB Đức. Hiệu quả tẩy xạ được tính toán trên cơ sở các phép đo thực hiện trên các thiết bị đo như máy đo phóng xạ Radiagem (Canberra) và hệ phổ kế Gammar hiện trường GC 1520 Ortec HPGe (Canberra). Kết quả thử nghiệm khả năng tẩy xạ đối với các bề mặt vật liệu nhiễm chất phóng xạ Cs137, Sr90, U238, Th232 và các mẫu mô phỏng SIMCON-1, SIMCON-2, RDD bằng dung dịch tẩy xạ RDS 2000 (3-5% trong nước) cho thấy hiệu quả tẩy xạ cao đối với các bề mặt nhẵn như SIMCON-1 (86,4-98,5%), thép CT-3 (95,9-98,2%), sơn ankyd trên nền thép CT-3 (94,2-97,1%), vải quần áo phòng da L1 (90,5- 97,0%); hiệu quả tẩy xạ là không cao đối với mẫu bị ô nhiễm kèm thiêu kết nhiệt SIMCON-2 (22,0-36,6%), các vật liệu có độ xốp cao như gỗ (46,8-71,7%), bê tông (24,6-28,0%). Từ khóa: Tẩy xạ; Hiệu quả tẩy xạ; RDS 2000. 1. MỞ ĐẦU Năng lượng hạt nhân là phát minh vĩ đại của nhân loại, tạo ra nguồn năng lượng có thể coi là vô tận, tuy nhiên nó cũng đã từng xảy ra thảm họa, đe dọa cuộc sống của nhân loại do chiến tranh, khủng bố và sự cố của các cơ sở, có sử dụng hạt nhân, phóng xạ (bom nguyên tử Mỹ sử dụng ở Nhật Bản năm 1945, nhà điện Chernobyl ở Nga năm 1986, Fukusima ở Nhật Bản năm 2013,) [10]. Ngày nay, nguy cơ xảy ra các thảm họa hạt nhân, phóng xạ vẫn còn hiện hữu và có thể gia tăng do các nước vẫn còn tham vọng sử dụng vũ khí hạt nhân như một loại vũ khí chiến lược; Đồng thời, một số quốc giá không ngừng thúc đẩy mở rộng ứng dụng hạt nhân phóng xạ phục vụ phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực năng lượng [2]. Trong đó, có thể kể đến như sự phát triển vũ khí hạt nhân của Triều Tiên và việc xây dựng hàng loạt nhà máy điện hạt nhân phía Đông Nam của Trung Quốc, gần biên giới với Việt Nam như Phòng Thành (Quảng Tây) có công suất 1000 MW, Trường Giang (Quảng Đông) 600 MW và tổ máy 650 MW của Sương Giang (Hải Nam) [9], Để khắc phục hậu quả ô nhiễm do sử dụng hạt nhân, chất phóng xạ thì việc tiêu tẩy cho các đối tượng bị nhiễm là rất quan trọng. Hiện nay, nhiều loại dung dịch chất tẩy xạ đã được nghiên cứu phát triển và sử dụng kết hợp với các phương tiện tiêu tẩy chuyên dụng khác nhau như: chất tẩy xạ RDS-2000, EAI Rad-Release I, EAI Rad-Release II, Intek ND- 75, Intek ND-600, Intek LH-21, SDF, UDF [3-6]. Trong đó, RDS-2000 là chất tẩy xạ gồm hai thành phần (thành phần 1: TP-1 và thành phần 2: TP-2), dựa trên cơ sở hệ chất hoạt động bề mặt ankylglycoside và phức chất của axit citric dùng để tẩy xạ cho vũ khí, trang bị khí tài. Chất tẩy xạ này được phát triển bởi Viện nghiên cứu khoa học Bundeswehr và hãng Kärcher/CHLB Đức, hiện đang được trang bị trong quân đội ta, thay thế cho các chất tẩy xạ CF-2 và CF-2U. Tuy nhiên, thành phần cụ thể của dung dịch tẩy xạ này, đặc biệt là các tính năng về hiệu quả, hệ số tẩy xạ cho các đối tượng bị nhiễm xạ thì hầu như chưa được công bố. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả tẩy xạ của dung dịch RDS-2000 trên một số bề mặt vật liệu thường dùng để chế tạo vũ khí trang bị, khí tài quân sự bị nhiễm đồng vị phóng xạ. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 179 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất - Nguyên vật liệu: Mẫu mô phỏng SIMCON 1, SIMCON 2, RDD, các mẫu thép CT-3, sơn ankyd trên nền thép CT-3, vải quần áo phòng da L1, mẫu gỗ thông do Viện Công nghệ mới chế tạo theo TCVN 6854:2001 [8]. - Hóa chất: Chất tẩy xạ RDS 2000 (CHLB Đức, sản xuất năm 2017); các chất mô phỏng phóng xạ (Zr(NO3)4.5H2O ziriconi (IV) nitrat pentahydrat, ≥99%, Anh; CsNO3, ≥99%, Trung Quốc); các chất có hoạt tính phóng xạ (Cs137NO3, Th 232(NO3)4, U238O2(CH3COO)2, Sr 90(NO3)2), Tc 99, I131; các hóa chất khác dùng để phân tích: NaOH (P.a), HNO3 (P.a), HCl (P.a), khí argon dùng cho ICP-MS, nước deion. 2.2. Thiết bị Hệ phổ kế Gammar hiện trường GC1520 Ortec HPGe (Canberra-Mỹ); máy đo phóng xạ Radiagem - 2000 với đầu đo SAB – 100 (Canberra-Mỹ); máy quang phổ plasma phát xạ khối phổ 7900 ICP-MS (Agilent) và một số thiết bị thí nghiệm thông dụng khác. 2.3. Phương pháp thí nghiệm 2.3.1. Phương pháp tạo mẫu mô phỏng Các mẫu tiêu bản được sử dụng mô phỏng nhiễm phóng xạ để thử nghiệm được chuẩn bị theo 3 phương pháp: SIMCON-1; SIMCON-2; RDD [6]. 2.3.2. Phương pháp gây nhiễm xạ Các tiêu bản được sử dụng để nghiên cứu tẩy xạ gồm: thép CT-3; sơn ankyd trên nền thép CT-3; gỗ thông; vải quần áo phòng da L1. Trình tự gây nhiễm được thực hiện theo tài liệu [8], hoạt độ gây nhiễm trên các bề mặt vật liệu đối với các chất có hoạt tính phóng xạ U238, Th232, Sr90, Tc99, I131 trong khoảng 100-200 Bq/cm2; Cs137 trong khoảng 1500-2000 Bq/cm2. 2.3.3. Phương pháp tẩy xạ Đối với mẫu mô phỏng SIMCON 1, SIMCON 2 VÀ RDD: Pha chế dung dịch RDS 2000 có nồng độ thay đổi từ 1- 5% trong nước. Dùng pipet hút 0,5 mL dung dịch RDS 2000 nhỏ lên bề mặt mẫu, để yên sau 15-30 phút. Sau đó rửa bề mặt mẫu bằng 50mL nước cất. Dung dịch sau tẩy xạ được thu hồi và đem phân tích ICP-MS để xác định nồng độ Cs+, Zr4+. Lặp lại thí nghiệm với các trường hợp tương ứng với nồng độ 1%, 2%, 3%, 4%, 5% và thời gian lưu chất tẩy xạ RDS 2000 trên bề mặt mẫu khoảng 20 phút. Đối với các mẫu nhiễm xạ, các bước tẩy xạ tiến hành như sau: (1) Pha chế dung dịch chất tẩy xạ nồng độ 5% trong nước (tỉ lệ TP-1:TP-2 = 2:1 và pha loãng với nước thành 5%) và chứa trong bình xịt dung tích 350mL; (2) Phun đều dung dịch tẩy xạ từ bình xịt lên đều toàn bộ bề mặt mẫu thử nghiệm (với lượng tiêu hao 1,0 L/m2) đã đặt trên gá theo thứ tự từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, thời gian phản ứng 15-20 phút ở 20-25oC; (3) Sử dụng miếng giấy thấm thứ nhất kích thước 4x4cm và panh kẹp thấm hút khô bề mặt chứa dung dịch; (4) Dùng nước sạch phun rửa chất tẩy xạ ra khỏi bề mặt mẫu (với lượng tiêu hao 1,0L/m2) và thấm khô bằng miếng thấm thứ 2, thu gom phần nước tẩy xạ vào xô chứa và lặp lại quá trình trên với các miếng thấm thứ 3,4,5,6 [3, 5]; (5) Thấm khô bề mặt mẫu bằng miếng thấm thứ 7, để ráo mẫu tự nhiên và sấy khô ở 40±5oC; (6) Sử dụng thiết bị đo bức xạ để đo suất liều trên các tấm vật liệu thí nghiệm. Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ mới/Viện KH-CN quân sự, Viện Hóa học- Môi trường quân sự/BTL Hóa học và Viện Y học Phóng xạ và U bướu quân đội. 2.3.4. Phương pháp đánh giá Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Hoàng, Đ. X. Trường, N. K. H. Việt, “Đánh giá khả năng tẩy xạ bề mặt vật liệu.” 180 - Hiệu suất tẩy xạ (H) và hệ số tẩy xạ (DF) được xác định theo công thức sau [3]: H = × 100% (1) = = (2) Trong đó: H là hiệu suất tẩy xạ (%); - Ao là hoạt độ chất phóng xạ trên bề mặt mẫu trước khi tẩy xạ (Bq/cm 2); - Af là hoạt độ chất phóng xạ còn lại trên bề mặt mẫu sau khi tẩy xạ (Bq/cm 2); Trong trường hợp chất phóng xạ mô phỏng (muối kim loại Zr4+ và Cs+): - Ao là số mg chất mô phỏng trên bề mặt mẫu trước khi tẩy xạ; - Af là số mg chất mô phỏng trên bề mặt mẫu trước khi tẩy xạ. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khả năng tiêu tẩy của RDS-2000 đối với các mẫu mô phỏng 3.1.1. Khả năng tiêu tẩy đối với mẫu mô phỏng SIMCON-1 Kết quả thí nghiệm đánh giá khả năng tiêu tẩy của RDS 2000 đối với mẫu SIMCON-1 được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Khả năng tẩy xạ của RDS 2000 đối với mẫu SIMCON 1. (Thời gian phản ứng 20 phút, nhiệt độ 20-25oC) STT Dung dịch tẩy xạ Cs Zr H (%) DF H (%) DF 1 Nước cất 36,96 1,59 25,58 1,34 2 RDS 1% 68,48 3,17 49,58 1,98 3 RDS 2% 79,89 4,97 51,47 2,06 4 RDS 3% 91,99 12,48 59,81 2,69 5 RDS 4% 94,42 17,92 66,24 2,96 6 RDS 5% 98,52 67,57 86,38 7,34 Từ kết quả bảng 1 nhận thấy khi sử dụng dung dịch tẩy xạ RDS 2000, hiệu quả tẩy xạ đối với mẫu mô phỏng SIMCON-1 cao hơn rất nhiều so với chỉ sử dụng nước đối với cả Cs và Zr. Hiệu suất và hệ số tẩy xạ tăng khá mạnh khi nồng độ của RDS 2000 trong dung dịch tăng và đạt hiệu suất trên 98% đối Cs, trên 85% đối với Zr ở nồng độ RDS 2000 là 5% trong nước. Kết quả bảng 1 cũng chỉ ra hiệu quả tẩy xạ đối với Cs cao hơn so với Zr. 3.1.2. Khả năng tiêu tẩy đối với mẫu mô phỏng SIMCON-2 Kết quả thí nghiệm khả năng tiêu tẩy của RDS-2000 đối với mẫu SIMCON-2 được trình bày trong bảng 2 Bảng 2. Khả năng tẩy xạ của RDS 2000 đối với mẫu SIMCON- 2. (Thời gian phản ứng 20 phút, nhiệt độ 20-25oC) STT Dung dịch tẩy xạ Cs Zr H% DF H% DF 1 Nước 6,99 1,07 5,89 1,06 2 RDS 1% 28,89 1,41 17,27 1,21 3 RDS 2% 30,58 1,44 17,94 1,22 4 RDS 3% 33,60 1,51 19,58 1,24 5 RDS 4% 35,11 1,54 20,66 1,26 6 RDS 5% 36,59 1,58 22,03 1,28 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 181 Kết quả bảng 2 cho thấy khi sử dụng dung dịch tẩy xạ RDS 2000 thì hiệu quả tẩy xạ đối với mẫu mô phỏng SIMCON 2 cao hơn rất nhiều so với chỉ sử dụng nước đối với cả Cs và Zr (gấp 4-6 lần khi sử dụng dung dịch 5%). Hiệu suất và hệ số tẩy xạ tăng chậm khi tăng nồng độ của RDS 2000 trong dung dịch và đạt hiệu suất trên 36% đối với Cs, trên 22% đối với Zr ở nồng độ RDS 2000 là 5% trong nước. Tương tự mẫu SIMCON-1, hiệu quả tẩy xạ trên mẫu SIMCON-2 đối với Cs cao hơn so với Zr. Tuy nhiên, hiệu quả tẩy xạ của RDS 2000 là khá thấp đối với mẫu mô phỏng SIMCON-2 (các đối tượng kim loại bị ô nhiễm phóng xạ trong vùng nhiệt độ cao). 3.1.3. Hiệu quả tẩy xạ trên các mẫu mô phỏng RDD Kết quả tẩy xạ trên các mẫu mô phỏng theo phương pháp RDD, được thể hiện trong bảng 3 Bảng 3. Khả năng tẩy xạ đối với một số mẫu mô phỏng RDD. (Thời gian phản ứng 20 phút, nhiệt độ 20-25oC) STT Tên mẫu Đối với Cs Đối với Zr H% DF H% DF 1 Gỗ 52,26 2,09 44,83 1,81 2 Bê tông 28,04 1,39 24,59 1,33 3 Sơn ankyd trên nền thép CT3 95,81 23,87 94,51 18,21 Kết quả bảng 3 cho thấy, RDS 2000 có khả năng tẩy xạ cao đối với các mẫu mô phỏng RDD trên vật liệu thép phủ sơn ankyd, trung bình đối với gỗ và hiệu quả khá thấp đối với mẫu bê tông. Điều này cho thấy chất tẩy xạ RDS 2000 chỉ có hiệu năng cao đối với các bề mặt nhẵn, bóng và kém hiệu quả đối với các bề mặt rỗ, xốp (bê tông, gỗ,) nhiễm các chất phóng xạ mô phỏng. 3.2. Khả năng tẩy xạ của RDS-2000 đối với các bề mặt vật liệu nhiễm xạ Tiến hành đánh giá hiệu quả tẩy xạ của mẫu thép CT-3, sơn ankyd trên nền thép CT-3, vải quần áo phòng da L1 và gỗ, kết quả thí nghiệm được thể hiện trong hình 1. Hình 1. Hiệu suất tẩy xạ của dung dịch RDS 2000 đối với bề mặt vật liệu nhiễm các đồng vị phóng xạ. (Nồng độ RDS 2000: 5%, lượng dung dịch sử dụng 1,0 L/m2, nhiệt độ 20-25oC, thời gian 15-20 phút). 97,8 98,1 95,9 98,2 95,9 96,194,2 96,5 97,1 96 97,6 97,22 94,5 97 94,2 90,5 94,8 94,4 46,8 71,7 69 56,9 56,4 55,73 0 20 40 60 80 100 Cs137 Th232 U238 Sr90 I131 Tc99 Thép CT3 Sơn Ankyd Vải L1 Gỗ Hóa học & Kỹ thuật môi trường N. V. Hoàng, Đ. X. Trường, N. K. H. Việt, “Đánh giá khả năng tẩy xạ bề mặt vật liệu.” 182 Từ kết quả hình 1 nhận thấy, hiệu suất tẩy xạ mẫu thép CT-3, sơn ankyd trên nền CT3, vải khí tài phòng da L1 của dung dịch RDS 2000 nồng độ 5% đối với các chất phóng xạ Cs137, Th232, U238, Sr90, Tc99, I131 đều đạt trên 90% sau 1 lần tẩy xạ. Đối với mẫu gỗ, hiệu quả tẩy xạ thấp hơn đáng kể, chỉ đạt khoảng 55-70%, đặc biệt là đối với chất phóng xạ Cs137 (khoảng 46%). Các kết này cũng cho thấy, hiệu suất tẩy xạ đối với phóng xạ (Cs137) là tương đồng với mẫu mô phỏng và dung dịch chất tẩy xạ RDS 2000 có khả năng tẩy xạ cao đối với các bề mặt nhẵn, bóng và có hiệu quả hạn chế đối với các bề mặt rỗ, xốp, đặc biệt là khi bị nhiễm các chất phóng xạ có khả năng thâm nhập cao vào các vật liệu như Cs. 4. KẾT LUẬN Chất tẩy xạ RDS 2000 có khả năng tẩy xạ tốt với các bề mặt nhẵn, bóng, chất phóng xạ ít có khả năng ngấm sâu, như thép CT-3, sơn ankyd trên nền thép CT-3, vải quần áo phòng da L1, mẫu SIMCON-1 (thường đặc trưng cho bề mặt của vũ khí, trang bị, khí tài) hiệu suất tẩy xạ đạt trên 90% sau 1 lần tẩy xạ đối với tất cả 06 đồng vị phóng xạ được khảo sát. Đối với bề mặt bị ô nhiễm trong điều kiện nhiệt độ cao (SIMCON-2), bề mặt rỗ, xốp, chất phóng xạ dễ thâm nhập sâu vào vật liệu như gỗ, bê tông, hiệu suất tẩy xạ là tương đối thấp. Hiệu suất tẩy xạ của dung dịch tẩy xạ RDS 2000 đối với các bề mặt vật liệu khảo sát nhiễm chất mô phỏng (đồng vị bền) và các chất đồng vị phóng là tương đồng. Lời cảm ơn: Công trình này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ Đề tài thuộc Chương trình KC.AT năm 2016: "Nghiên cứu, xây dựng qui trình công nghệ chế tạo chất tẩy xạ, trên cơ sở chất hoạt động bề mặt và phức chất vòng càng, phỏng theo mẫu RDS- 2000, dùng cho vũ khí trang bị". TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Xuân Bào, Vũ Thanh Bình, “Chất và dung dịch tiêu độc, tẩy xạ, diệt trùng”, NXB Quân đội nhân dân Việt Nam (2007), tr. 77. [2]. Jan Severa and Jaromír Bár, “Handbook of radioactive contamination and decontamination”, Purkynẽ Medical Research, Hrádec Králové, and Military College of Ground Forces, Vyskov, Czechoslovakia (1991). [3]. John Drake, “Evaluation of nine chemical-based technologies for removal of radiological contamination from concrete surfaces”, U.S. Environmental Protection Agency (EPA) (2011), pp. 3. [4]. John Drake, “Decontamination of cesium, cobalt, strontium, and americium from porous surfaces”, United States Environmental Protection Agency Research Triangle Park, NC27711 (2013), pp. 7. [5]. Kathy Nikel, “Evaluation of chemical-based technologies for removal of radiological contamination from building material surfaces”, U.S. Environmental Protection Agency (2015), pp. 3. [6]. Rick Demmer, John Drake, Ryan James, “Understanding mechanisms of radiological contamination”, Phoenix, Arizona, USA (2014), pp. 7-8. [7]. Rick Demmer, “RDD decontamination methods and development”, Battelle Energy Alliance (2008). [8]. Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6854:2001 ISO 8690 : 1988, “An toàn bức xạ - Tẩy xạ cho các bề mặt bị nhiễm xạ - Phương pháp thử nghiệm và đánh giá tính dễ tẩy xạ” (2015). [9]. https://vnexpress.net/tin-tuc/thoi-su/ba-nha-may-dien-hat-nhan-trung-quoc-nam-sat- viet-nam-3480191.html. [10]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BA%A3m_h%E1%BB%8Da_Chernobyl. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 183 ABSTRACT EVALUATION OF THE DECONTAMINATION EFFICIENCY OF RDS 2000 AGENT FOR SOME CONTAMINATED SURFACES In the paper, the results of research on the ability of decontamination of RDS 2000 agent, which was produced by the Karcher/Federal Republic of Germany are presented. The effectiveness of the decontamination was calculated on the basis of measurements made on instruments measuring Radiagem (Canberra) and GC1520 Ortec HPGe (Canberra) Gamma spectrometer. Test results for radioactive substances Cs137, Sr90, U238, Th232, Tc99, I131and SIMCON-1, SIMCON-2, RDD simulants showed that RDS 2000 decontamination solution with 3-5% concentrations had a high efficiency of decontamination on smooth, non- penetrating samples such as SIMCON 1 (86.4-98.5%), CT-3 (95.9-98.2%), ankyd paint on CT-3 steel (94.2-97.1%), L1 leather clothing (90.5-97.0%). Whereas that for porous surfaces or materials contaminated with high temperature be not high efficiency of decontamination: wood (46.8-71.7%); concrete (24.6-28.0%) SIMCON- 2 (22.0-36.6%). Keywords: Decontamination; Effective decontamination; RDS 2000. Nhận bài ngày 10 tháng 4 năm 2018 Hoàn thiện ngày 17 tháng 5 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 8 năm 2018 Địa chỉ: 1Viện Công nghệ mới/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự. *Email: hoang12978@yahoo.com.vn.