Hoạt độ phóng xạ là gì: becquerel, curie và cách quy đổi đúng

Hoạt độ phóng xạ là số hạt nhân phân rã trong một giây, đo bằng becquerel (Bq): 1 Bq là một phân rã mỗi giây. Đơn vị cũ curie (Ci) bằng 3,7 × 10¹⁰ Bq, xấp xỉ hoạt độ của một gam radi. Hoạt độ giảm theo đúng nhịp chu kỳ bán rã, và với cùng số nguyên tử, chất có chu kỳ càng ngắn thì hoạt độ càng cao, nhưng tắt càng nhanh.

Becquerel: một tiếng "tách" mỗi giây

Đơn vị mang tên Henri Becquerel, người năm 1896 phát hiện muối urani tự phát ra tia làm đen kính ảnh. Becquerel được đưa vào hệ đơn vị quốc tế SI năm 1975. Định nghĩa của nó đơn giản tới bất ngờ: một becquerel là một phân rã mỗi giây. Nếu nối một đầu dò lý tưởng bắt được mọi tia vào loa, một nguồn 1 Bq sẽ kêu trung bình một tiếng "tách" mỗi giây.

Vì một phân rã là chuyện rất nhỏ, con số becquerel trong đời sống thường lớn, nên hay đi kèm tiền tố:

Curie: đơn vị đo bằng một gam radi

Trước khi có becquerel, giới khoa học dùng curie, đặt theo tên Marie và Pierre Curie. Ý tưởng ban đầu là lấy hoạt độ của một gam radi-226, chất mà vợ chồng Curie đã tách ra, làm thước đo. Về sau curie được định nghĩa cố định là 3,7 × 10¹⁰ phân rã mỗi giây, tức 37 tỉ Bq. Tính lại theo số liệu hiện đại, một gam radi-226 có hoạt độ khoảng 3,66 × 10¹⁰ Bq, rất gần định nghĩa.

Curie là đơn vị lớn, nên đời thường hay gặp millicurie (mCi) và microcurie (µCi). Tài liệu Mỹ vẫn dùng nhiều. Quy đổi nhanh:

• 1 µCi = 37.000 Bq = 37 kBq
• 1 mCi = 37 MBq
• 1 Ci = 37 GBq
• Ngược lại, 1 MBq ≈ 0,027 mCi

Hoạt độ liên hệ với chu kỳ bán rã thế nào

Hoạt độ A bằng số nguyên tử phóng xạ N nhân với hằng số phân rã λ:

A = λ × N = 0,693 × N / T

Công thức này nói lên hai điều.

Một: hoạt độ giảm theo chu kỳ bán rã

Vì N giảm một nửa sau mỗi chu kỳ T, hoạt độ cũng giảm một nửa. Một nguồn coban-60 dùng trong máy chiếu xạ có T khoảng 5,3 năm; sau 5,3 năm, nó chỉ còn một nửa sức, nên các cơ sở chiếu xạ phải bổ sung nguồn định kỳ để giữ năng suất. Một nguồn 100 GBq hôm nay, 10 năm sau còn khoảng 100 × 2^(−10/5,3) ≈ 27 GBq.

Hai: cùng số nguyên tử, chu kỳ ngắn thì hoạt độ cao

Đây là điều nghe ngược đời nhất. Một gam urani-238 và một gam iốt-131 chứa số nguyên tử cùng bậc, nhưng iốt-131 có chu kỳ 8 ngày, urani-238 có chu kỳ 4,47 tỉ năm. Chia ra, hoạt độ của chúng chênh nhau hàng trăm tỉ lần. Chất phân rã nhanh "ồn ào" nhưng sống ngắn; chất phân rã chậm "lặng lẽ" nhưng sống lâu. Không có chất nào vừa hoạt độ cao vừa tồn tại lâu.

Đại lượng trong cột cuối gọi là hoạt độ riêng. Ai thích tính có thể tự kiểm: hoạt độ riêng = 0,693 × 6,022 × 10²³ / (T tính bằng giây × khối lượng mol). Với urani-238: 0,693 × 6,022 × 10²³ / (1,41 × 10¹⁷ × 238) ≈ 12.400 Bq/g.

Cơ thể bạn cũng có hoạt độ: khoảng 8.000 Bq

Mỗi người đều phóng xạ một chút, do hai đồng vị tự nhiên có sẵn trong thức ăn:

• Kali-40: kali tự nhiên có khoảng 0,0117% là kali-40, nên mỗi gam kali tự nhiên có hoạt độ khoảng 31 Bq. Người lớn nặng 70 kg chứa chừng 140 g kali, tức khoảng 4.300 Bq.
• Carbon-14: carbon trong cơ thể sống có hoạt độ khoảng 0,23 Bq mỗi gam. Người 70 kg chứa chừng 16 kg carbon, tức khoảng 3.700 Bq.

Cộng lại khoảng 8.000 Bq, tức mỗi giây trong người bạn có khoảng tám nghìn hạt nhân phân rã. Con số nghe lớn, nhưng đó là mức tự nhiên mà loài người sống chung từ thuở có loài người, và cơ thể không thể "tẩy" được vì kali, carbon là thành phần thiết yếu. Một quả chuối chứa khoảng 0,4–0,5 g kali, tức chừng 15 Bq; ăn thêm chuối không làm kali-40 trong người tăng lâu dài vì cơ thể tự điều hoà lượng kali.

Becquerel không phải sievert: đừng lẫn hai thứ

Becquerel cho biết nguồn phân rã bao nhiêu lần mỗi giây; nó không trực tiếp cho biết ảnh hưởng tới sức khoẻ. Ảnh hưởng phụ thuộc loại tia (alpha, beta, gamma), năng lượng, nguồn ở ngoài hay đã vào trong cơ thể, nằm ở cơ quan nào và bao lâu. Để nói về tác động lên con người, người ta dùng liều hiệu dụng tính bằng sievert (Sv), thường là millisievert hay microsievert. Hai nguồn cùng số becquerel có thể cho liều chênh nhau hàng trăm lần.

Gặp becquerel ở đâu trong đời sống

• Thực phẩm: các ngưỡng cho phép thường ghi theo Bq/kg. Ví dụ, từ tháng 4 năm 2012 Nhật Bản áp mức 100 Bq/kg xêsi phóng xạ cho thực phẩm thông thường; hướng dẫn quốc tế của Codex Alimentarius dùng mức 1.000 Bq/kg cho xêsi trong thực phẩm thương mại. Hai con số khác nhau vì cách đặt giả định khác nhau, cả hai đều thận trọng.
• Không khí trong nhà: khí radon tự nhiên từ đất đá được đo bằng Bq/m³. Tổ chức Y tế Thế giới khuyến nghị mức tham chiếu 100 Bq/m³, và không vượt quá khoảng 300 Bq/m³ nếu điều kiện nước đó không cho phép thấp hơn. Mở cửa thông gió, nhất là tầng hầm và tầng trệt, làm giảm radon rõ rệt.
• Nước uống: các quy chuẩn chất lượng nước thường đặt chỉ tiêu tổng hoạt độ alpha và beta, đơn vị Bq/L.
• Y học: liều chẩn đoán ghi bằng MBq, được tính theo thời điểm tiêm vì hoạt độ giảm từng giờ.

Góc nhìn hôm nay: đọc con số cho bình tĩnh

Gặp một tin có con số becquerel, hãy hỏi ba câu: đơn vị là Bq trên gì (kilôgam, lít, mét khối hay cả nguồn), đồng vị nào, và so với ngưỡng nào. Con số "hàng nghìn Bq" nghe đáng sợ, nhưng chính cơ thể bạn đã có khoảng 8.000 Bq. Ngược lại, một con số nhỏ của một đồng vị phát alpha nằm trong phổi lại đáng quan tâm hơn nhiều. Hiểu đơn vị là bước đầu để không bị doạ và cũng không chủ quan.

Ai muốn đi sâu có thể đọc các tài liệu phổ biến kiến thức an toàn bức xạ của Cục An toàn bức xạ và hạt nhân (Bộ Khoa học và Công nghệ) và của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế, rồi tự làm lại các phép tính hoạt độ riêng trong bảng trên bằng máy tính bỏ túi.