Dữ liệu giám sát bức xạ thu được trong vài chục năm gần đây đã được phân tích để ước tính tỷ lệ liều bức xạ Radon ở ngoài trời (RnDR) và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu tại các Vùng Bắc Cực của Canada. Nghiên cứu này cho thấy RnDR liên quan đến các nguồn và yếu tố môi trường phức tạp. Tính theo mùa và xu hướng dài hạn, tỷ lệ đó bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ và hàm lượng đất, nước. Từ năm 2005 đến năm 2022, RnDR trong Yellowknife tăng +0,35 ± 0,06 nGy/h mỗi thập kỷ, với mức tăng nhanh nhất xảy ra trong những tháng lạnh (tháng 10 đến tháng 3 hàng năm). Sự gia tăng này phần lớn là do tình trạng nước thay đổi theo thời gian, khiến lượng khí thải trong đất tăng lên và có khả năng làm nồng độ radon trong nhà cao hơn. Trong Resolute, RnDR tăng từ năm 2013 đến năm 2022 ở mức +0,62 ± 0,19 nGy/h (hoặc tương đối 16%) mỗi thập kỷ trong những tháng mùa hè, với mối quan hệ nhiệt độ là +0,12 nGy/h trên °C.
Radon (222Rn), sản phẩm của urani-238, xuất hiện tự nhiên trong nhiều môi trường khác nhau. Khi đi vào môi trường trong nhà, nó có thể tích tụ theo thời gian, nồng độ tăng cao có thể gây hại cho sức khỏe. Các nghiên cứu chỉ ra rằng khoảng 3% đến 14% ung thư phổi là do tiếp xúc lâu dài với radon trong nhà. Ở ngoài trời, radon gây ít rủi ro cho sức khỏe do nồng độ thấp. Nó thường được sử dụng như một chất đánh dấu khí quyển, tiền thân của các hiện tượng tự nhiên và là đại diện cho liều radon trong nhà. Nồng độ radon ở một khu vực nhất định phụ thuộc phần lớn vào urani cục bộ, các đặc điểm địa chất và điều kiện khí tượng, và chúng dao động theo ngày, theo mùa và theo năm. Canada có nhiều urani, phần lớn được tìm thấy ở các vùng đất đóng băng vĩnh cửu, cũng được xác định là các khu vực có nguy cơ cao tiếp xúc với radon trong điều kiện khí hậu ấm lên.
Mối quan ngại về phơi nhiễm radon đang gia tăng trong những năm gần đây, đặc biệt là liên quan đến tác động của biến đổi khí hậu ở những khu vực đang trải qua nhiệt độ tăng cao, lớp đất đóng băng vĩnh cửu bị thoái hóa hoặc các mô hình lượng mưa thay đổi. Nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đối với phơi nhiễm radon còn thiếu vì thường cần nhiều thập kỷ dữ liệu về radon và nhiều điều kiện môi trường khác nhau để đạt được kết quả đáng tin cậy có ý nghĩa thống kê. Mạng lưới Giám sát điểm cố định (FPS) của Bộ Y tế Canada đã thu thập dữ liệu giám sát bức xạ trong vài chục năm trở lại đây. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng những dữ liệu này để nghiên cứu Tỷ lệ liều lượng radon ngoài trời (RnDR) ở hai vùng Bắc Cực (Yellowknife và Resolute), tính theo mùa, xu hướng dài hạn và mối quan hệ với các điều kiện khí tượng.
Không giống như các phép đo nồng độ radon, RnDR là thước đo mức độ phơi nhiễm với tia γ của các hạt radon con tồn tại trong thời gian ngắn và được ước tính bằng cách sử dụng phân tích phổ gamma của 214Bi 1,765 MeV. Công trình này giải quyết các mối quan tâm của công chúng từ cả góc độ sức khỏe và biến đổi khí hậu với hai mục tiêu. Mục tiêu đầu tiên là hiểu các nguồn bức xạ khác nhau và các yếu tố và quá trình môi trường phức tạp tác động đến RnDR. Điều này cũng cho phép thiết lập các đường cơ sở lịch sử để đánh giá những thay đổi RnDR trong tương lai có thể do biến đổi khí hậu hoặc hoạt động gia tăng của con người ở Bắc Cực gây ra. Mục tiêu thứ hai là định lượng các xu hướng RnDR dài hạn và xác định các tác động về khí hậu, đặc biệt liên quan đến nhiệt độ không khí và lượng mưa, hai chỉ số chính của biến đổi khí hậu. Hơn nữa, công trình này đã sử dụng ba bộ dữ liệu giám sát bức xạ hỗ trợ để tạo điều kiện khám phá các tác động môi trường. Cách tiếp cận đã chứng tỏ là có liên quan và cực kỳ hiệu quả trong việc hiểu các hiện tượng và quá trình môi trường khác nhau, bao gồm cả những hiểu biết sâu sắc về các xu hướng dài hạn của nồng độ radon trong nhà và khí thải đất ở Bắc Cực của Canada. Chúng ta cũng hiểu rõ hơn bằng cách đối chiếu dữ liệu từ hai trạm có các điều kiện khí hậu và địa chất khác nhau.
Mạng giám sát điểm cố định FPS thành lập năm 2002, được thiết kế để giám sát bức xạ γ môi trường và đánh giá các rủi ro sức khỏe phát sinh từ cả nguồn bức xạ tự nhiên và nhân tạo tại Canada. Cho đến nay, hơn 80 trạm đã được triển khai gần các cơ sở hạt nhân, cảng và các thành phố lớn tại Canada. Mỗi trạm sử dụng máy quang phổ iodua natri 7,62 cm × 7,62 cm (máy dò RS250) để phát hiện bức xạ theo thời gian thực và đo liều. Yellowknife nằm trong vùng đất đóng băng vĩnh cửu không liên tục. Độ dày lớp hoạt động trong khu vực này thể hiện sự thay đổi lớn về mặt không gian, dao động từ hàng chục đến hơn 100 cm. Khu vực xung quanh trạm bao gồm các mỏm đá và đầm lầy ở địa hình thoát nước kém và địa hình thấp. Trạm Resolute, nằm trên Đảo Cornwallis ở Nunavut, nằm trong vùng đất đóng băng vĩnh cửu liên tục. Vào tháng 7, lớp hoạt động gần địa điểm trạm có thể kéo dài đến độ sâu 0,7–0,8 m. Khu vực này thể hiện hình dạng sa mạc cực và đời sống thực vật không thường xuyên và không phổ biến.
Bản đồ mạng FPS, với các trạm Resolute (74,71° Bắc, 94,97° Tây, Nunavut) và Yellowknife (62,48° Bắc, 114,47° Tây, Lãnh thổ Tây Bắc/NWT) được đánh dấu bằng các ngôi sao màu đen. Cả hai trạm đều nằm trong vùng Bắc Cực/Cận Bắc Cực của Canada nhưng có điều kiện khí hậu và địa lý riêng biệt.
Là một hệ thống đo liều, mạng FPS cung cấp các đánh giá rủi ro sức khỏe đối với bức xạ môi trường bằng cách sử dụng phép đo phổ gamma. Ví dụ về quang phổ từ trạm Yellowknife cho thấy các đỉnh gamma điển hình có nguồn gốc từ các nguồn bức xạ tự nhiên. Theo các khuyến nghị về khoa học trái đất, RnDR trong FPS được ước tính bằng cách sử dụng một cửa sổ quang phổ thông thường có tâm tại vị trí 214Bi 1,765 MeV và rộng khoảng 0,2 MeV. Để giảm nhiễu phát sinh từ liên tục Compton của các gamma năng lượng cao hơn, một phương pháp tách đã được áp dụng. Tỷ lệ đếm ròng thu được đã được chuyển đổi thành tỷ lệ kerma không khí của hạt nhân phóng xạ bằng cách sử dụng hệ số chuyển đổi liều được xác định trước. Vì tác động phóng xạ bên ngoài của chuỗi 238U chủ yếu được cho là do con cháu của radon, RnDR về cơ bản tương đương với liều lượng 238U với độ chính xác vài phần trăm.
Để nghiên cứu tính theo mùa và các mô hình dài hạn của RnDR, cần phải loại bỏ các biến động ngắn hạn do lượng mưa gây ra. Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ lọc Butterworth thông thấp, cung cấp phản hồi phẳng tối đa để làm mịn biến động dài hạn và xử lý các cạnh dữ liệu thông qua quy trình tiến-lùi. Sau đó, RnDR ban đầu được phân tách thành hai thành phần: xu hướng được làm mịn và các thành phần lượng mưa ngắn hạn (và nền). Các thành phần xu hướng dự kiến sẽ thể hiện một mô hình mượt mà và tính theo mùa rõ ràng và được sử dụng thêm trong các phân tích tiếp theo. Về rủi ro phóng xạ đối với sức khỏe con người, RnDR được làm mịn có mức trung bình hàng tháng dao động từ khoảng 5,7 đến 9,2 nGy/h ở Yellowknife và từ khoảng 2,0 đến 4,0 nGy/h ở Resolute. Các mức khác nhau có thể được quy cho một phần là do các đặc điểm khoáng vật học (tức là các loại đá điển hình và mức nồng độ urani trong đó) của từng khu vực. Yellowknife, nằm ở Tây Bắc Canada, được biết đến với các mỏ uranium giàu và đá chứa nhiều uranium. Ngược lại, bề mặt đất của Resolute chủ yếu là đá trầm tích như đá vôi và dolomit, thường không có nhiều uranium làm giàu. Nồng độ radon trong nhà ở Yellowknife là một trong những nồng độ cao nhất ở Bắc Cực Canada.
Tính theo mùa, nồng độ 212Pb giảm trong khí quyển ngụ ý nồng độ khí radon trong đất tăng lên, điều này điều chỉnh RnDR tổng thể. Kết quả là, sau khi liều lượng 40K (KDR) giảm, RnDR của Yellowknife tiếp tục tăng trong nhiều tháng, trong khi RnDR của Resolute giảm dần. Khi đất đóng băng sâu hơn, radon trong đất hoạt động giống như 40K về tính di động và tỷ lệ RnK (RnDR so với KDR) dần đạt đỉnh và ổn định. Tỷ lệ RnK của Yellowknife là 1,28 vào tháng 12, 1,34 trong hai tháng tiếp theo và 1,29 vào tháng 3. Ở Resolute, tỷ lệ RnK tăng đều đặn từ 0,98 vào tháng 9 lên 1,33 vào tháng 12 trước khi ổn định ở mức ∼1,40 từ tháng 1 đến tháng 3. Trong những trường hợp này, tỷ lệ tối đa đánh dấu các giai đoạn trong năm khi đất đóng băng trở lại vượt quá độ sâu trung gian. Tỷ lệ RnK giảm vào mùa xuân báo hiệu sự phục hồi giải phóng khí trong đất.
Dựa trên những kết quả thu được từ các trạm quan trắc, mức độ phơi nhiễm radon ngoài trời và tác động khí hậu đã được đánh giá theo liều hiệu dụng. RnDR của Yellowknife trung bình hàng năm là 7,86 ± 1,34 nGy/h từ năm 2005 đến năm 2022, trong khi ở Resolute, là 2,78 ± 0,93 nGy/h trong giai đoạn 2013–2022. Sau khi áp dụng hệ số chuyển đổi là 0,7 Sv/Gy, tổng liều hiệu dụng hàng năm là 48,19 ± 8,22 uSv ở Yellowknife và 17,05 ± 5,70 uSv ở Resolute. Trong hai thập kỷ qua, mức độ phơi nhiễm của Yellowknife đã tăng 2,15 ± 0,37 uSv/dec (hoặc ∼4,5%/dec), với Q1 là nhanh nhất ở mức ∼11%/dec. Ở Resolute, mức tăng nhanh nhất xảy ra trong Q3, ở mức ∼16%/tháng 12. Các mức độ và mức tăng này tương đương với mức phơi nhiễm hít phải radon ngoài trời thông thường ở Canada nhưng thấp hơn đáng kể so với mức phơi nhiễm hít phải trong nhà. Vì vậy, xét về góc độ phơi nhiễm bên ngoài, chúng gây ra ít rủi ro thực tế cho sức khỏe cộng đồng.
Từ khóa: Radon; phóng xạ;
– CMD –
