Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10758-3:2016 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 18589-3:2015) quy định phương pháp xác định hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ phát tia gamma trong đất bằng phương pháp phổ kế gamma. Dưới đây là tóm tắt chi tiết và chuyên sâu nội dung từ Điều 1 đến Điều 4 của tiêu chuẩn này, bao gồm phạm vi áp dụng, tài liệu viện dẫn, thuật ngữ định nghĩa và nguyên lý đo.

- Điều 1: Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn

Điều này quy định giới hạn, đối tượng và mục đích áp dụng của phương pháp đo phổ gamma đối với mẫu đất, cụ thể:

• Tiêu chuẩn này vạch ra các nguyên tắc cơ bản để xác định hoạt độ của các hạt nhân phóng xạ phát gamma trong đất bằng phương pháp phổ kế gamma. Phương pháp này áp dụng cho cả hạt nhân phóng xạ tự nhiên (như các hạt nhân thuộc chuỗi phân rã Uranium, Thorium và Kali-40) lẫn các hạt nhân phóng xạ nhân tạo (như Cesium-137, Cobalt-60, Iodine-131).
• Tiêu chuẩn được thiết kế để phục vụ cho công tác giám sát môi trường, đánh giá an toàn bức xạ, nghiên cứu địa chất, kiểm tra các khu vực bị ô nhiễm phóng xạ hoặc đánh giá sau sự cố hạt nhân.
• Đối tượng áp dụng bao gồm tất cả các loại mẫu đất được lấy từ nhiều khu vực khác nhau như đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, đất vườn, đất khu công nghiệp hoặc đất hoang hóa.
• Phương pháp này có thể áp dụng cho các mẫu đất khô, mẫu đất đã qua xử lý hóa học hoặc vật lý, miễn là mẫu được chuẩn bị và đặt trong các hộp đo có hình học phù hợp với hệ thống đã được hiệu chuẩn.

- Điều 2: Tài liệu viện dẫn

Để áp dụng tiêu chuẩn này một cách chính xác và đồng bộ, người sử dụng cần phải tham chiếu đến các tài liệu quan trọng sau đây (đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu, đối với tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng bản mới nhất):

• TCVN 10758-1 (ISO 18589-1), Đo hoạt độ phóng xạ trong môi trường - Đất - Phần 1: Hướng dẫn chung và thuật ngữ. Đây là tài liệu nền tảng cung cấp các khái niệm cơ bản về đo lường phóng xạ trong đất.
• TCVN 10758-2 (ISO 18589-2), Đo hoạt độ phóng xạ trong môi trường - Đất - Phần 2: Hướng dẫn lập kế hoạch lấy mẫu, lấy mẫu và xử lý sơ bộ mẫu đất. Tài liệu này đảm bảo mẫu đất được thu thập và chuẩn bị đúng quy chuẩn trước khi đưa vào đo phổ gamma.
• ISO 11074, Soil quality - Vocabulary (Chất lượng đất - Từ vựng). Cung cấp các thuật ngữ chuẩn hóa liên quan đến tính chất và chất lượng đất.

- Điều 3: Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa đã được thống nhất trong TCVN 10758-1 và ISO 11074. Một số khái niệm cốt lõi cần lưu ý bao gồm:

• Phổ kế gamma (Gamma-ray spectrometer): Hệ thống thiết bị hoàn chỉnh dùng để đo năng lượng và cường độ của bức xạ gamma phát ra từ mẫu thử, bao gồm đầu dò, bộ phân tích đa kênh và phần mềm phân tích phổ.
• Hiệu suất ghi (Detection efficiency): Tỷ số giữa số xung ghi nhận được trong đỉnh hấp thụ toàn phần và số hạt gamma phát ra từ nguồn phóng xạ trong cùng một khoảng thời gian đo.
• Phông phóng xạ (Background): Tín hiệu ghi nhận được bởi hệ đo khi không có mẫu thử, phát sinh từ các nguồn phóng xạ tự nhiên xung quanh phòng thí nghiệm, vật liệu chế tạo đầu dò và tia vũ trụ.
• Đỉnh hấp thụ toàn phần (Full-energy peak): Đỉnh trên phổ năng lượng tương ứng với sự hấp thụ hoàn toàn năng lượng của photon gamma trong thể tích nhạy của đầu dò.

- Điều 4: Nguyên lý của phương pháp đo phổ gamma

Nguyên lý đo phổ gamma đối với mẫu đất dựa trên các nền tảng kỹ thuật và vật lý hạt nhân sau:

• Sự tương tác của bức xạ gamma: Khi các hạt nhân phóng xạ trong mẫu đất phân rã, chúng phát ra các photon gamma có năng lượng đặc trưng. Các photon này đi vào đầu dò (detector) và tương tác với chất làm đầu dò để tạo ra các tín hiệu điện (xung điện) có biên độ tỷ lệ thuận với năng lượng của photon bị hấp thụ.
• Sử dụng đầu dò bán dẫn: Tiêu chuẩn khuyến cáo sử dụng đầu dò bán dẫn germanium tinh khiết cao (HPGe) do có độ phân giải năng lượng cực cao, giúp phân biệt rõ ràng các đỉnh năng lượng nằm gần nhau trên phổ. Đầu dò nhấp nháy (như NaI(Tl)) cũng có thể được sử dụng trong một số trường hợp đo nhanh hoặc khi không yêu cầu độ phân giải cao.
• Phân tích phổ năng lượng: Tín hiệu điện từ đầu dò được khuếch đại và chuyển đổi thành phổ số hóa nhờ bộ phân tích đa kênh (MCA). Mỗi hạt nhân phóng xạ được nhận diện (định tính) dựa trên vị trí năng lượng của các đỉnh phổ đặc trưng.
• Xác định hoạt độ phóng xạ: Hoạt độ phóng xạ (định lượng) của từng hạt nhân trong mẫu đất được tính toán dựa trên diện tích thực của đỉnh hấp thụ toàn phần (sau khi đã trừ phông), hiệu suất ghi của hệ đo tại năng lượng tương ứng, tỷ lệ phát gamma của hạt nhân đó và khối lượng (hoặc thể tích) của mẫu đất đo.
• Hiệu chuẩn hệ thống: Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, hệ phổ kế gamma phải được hiệu chuẩn năng lượng (để xác định mối quan hệ giữa số kênh và năng lượng) và hiệu chuẩn hiệu suất (để xác định mối quan hệ giữa năng lượng và hiệu suất ghi) bằng cách sử dụng các nguồn chuẩn phóng xạ có hình học đo và tỷ trọng tương tự như mẫu đất thực tế.