Tritium và đồng vị bền trong nước hơi ẩm không khí khu vực phía Nam Việt Nam

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH 
TẠP CHÍ KHOA HỌC 
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION
JOURNAL OF SCIENCE
ISSN: 
1859-3100 
KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ 
Tập 16, Số 6 (2019): 99-106 
NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY
Vol. 16, No. 6 (2019): 99-106
 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website:  
99 
TRITIUM VÀ ĐỒNG VỊ BỀN TRONG NƯỚC HƠI ẨM KHÔNG KHÍ 
KHU VỰC PHÍA NAM VIỆT NAM 
Nguyễn Văn Phức*, Nguyễn Kiên Chính, Huỳnh Long, Trần Thị Bích Liên 
Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh (CNT) 
*Corresponding author: Nguyễn Văn Phức – Email: phucnvphys@gmail.com 
Ngày nhận bài: 08-01-2019; ngày nhận bài sửa: 17-4-2019; ngày duyệt đăng: 09-6-2019 
TÓM TẮT 
Trong nghiên cứu này, với mục đích xây dựng nền phông phóng xạ tritium nước hơi ẩm 
không khí; đặc trưng thành phần đồng vị bền, nguồn gốc và tính chất nước hơi ẩm không khí trong 
khu vực phía Nam. Nước hơi ẩm không khí tại 10 địa điểm trong khu vực phía Nam trong hai thời 
điểm mùa khô và mùa mưa được thu thập và phân tích hàm lượng tritium, thành phần đồng vị bền. 
Kết quả cho thấy hàm lượng tritium nước hơi ẩm không khí dao động từ 2,64 ± 0,55 pCi/L đến 7,34 
± 0,55 pCi/L, giá trị tritium này tương đương với hàm lượng tritium trong nước mưa quan trắc 
trong khu vực; thành phần đồng vị bền nước hơi ẩm không khí có quan hệ tốt với đường nước khí 
tượng và cho biết nguồn hơi ẩm mang lại khu vực phía Nam chủ yếu là từ biển. 
Từ khóa: tritium, đồng vị bền, nước hơi ẩm không khí, đường nước khí tượng. 
1. Mở đầu 
Tritium (3H, T) là đồng vị phóng xạ của hydro, tritium phân rã ߚି (ܧ௠௔௫ =18,6	ܸ݇݁), chu kì bán rã 12,32 ± 0,02 năm (4.500 ± 8 ngày) (Lucas & Unterweger, 2000). 
Tritium tạo ra trong khí quyển có 2 nguồn gốc: i) Nguồn gốc tự nhiên và ii) từ các hoạt 
động hạt nhân của con người. 
i) Nguồn gốc tự nhiên: Tritium sản sinh tự nhiên do phản ứng hạt nhân giữa nitrogen và 
tia vũ trụ năng lượng cao ở các tầng trên khí quyển. Tốc độ sản sinh tritium tự nhiên ước 
tính khoảng 0,25 nguyên tử/cm3/s, quá trình này tạo ra từ 3,5 đến 4,5 kg tritium. Khoảng 
55% tritium được tạo ra trên tầng bình lưu của khí quyển (Michel, 2005; Teegarden, 1967). 
ii) Từ các hoạt động hạt nhân của con người: Tritium sản sinh chủ yếu từ các vụ thử vũ 
khí hạt nhân, rò rỉ từ các cơ sở hạt nhân và các hoạt động hạt nhân liên quan khác. Trong 
thời gian từ 1953 đến 1963 các vụ thử vũ khí hạt nhân đã làm gia tăng tritium trên toàn 
cầu, ước tính khoảng 600 kg tritium đã được đưa vào khí quyển, chủ yếu bên trên đỉnh của 
tầng đối lưu (Michel, 2005). 
Tritium trong khí quyển được quan trắc từ những năm 50 của thế kỉ 20 sau những vụ 
thử vũ khí hạt nhân, hàm lượng tritium đạt đỉnh vào năm 1963 và sau đó suy giảm. Ngày 
nay hàm lượng tritium trong khí quyển gần trở về mức phông ban đầu. Quan trắc tritium 
trong không khí có vai trò quan trọng, không chỉ đánh giá phông phóng xạ môi trường mà 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 6 (2019): 99-106 
100 
còn có ý nghĩa trong việc nghiên cứu bổ cập, tuổi, cân bằng nước ngầm và sự vận động của 
chu trình thủy văn. 
Đồng vị bền của nước, deuterium (2H hoặc D) và 18O được sử dụng thông dụng trong 
nghiên cứu thủy văn. Nước khí tượng trên toàn cầu có quan hệ tuyến tính giữa ߜD và ߜ18O 
(Craig, 1961). Trong đó giá trị ߜ được cho bởi phương trình 1: 
 ߜ = ቂ௔
௕
− 1ቃ × 1000 (1) 
 Với a là tỉ lệ đồng vị (2H/1H hoặc 18O/16O) và b là tỉ lệ đồng vị của mẫu nước biển 
trung bình (VSMOW - Vienna Standard Mean Ocean Water). 
Quan hệ tuyến tính giữa ߜD và ߜ18O được gọi là đường nước khí tượng thế giới 
(GMWL - Global Meteoric Water Line) và được cho bởi phương trình 2: 
ߜܦ = 8 × ߜܱଵ଼ + 10 (2) 
Đường nước khí tượng thế giới trình bày quan hệ đồng vị trung bình trong nước khí 
tượng, giá trị âm trên đường nước khí tượng là kết quả của quá trình phân đoạn đồng vị. Sự 
phân đoạn đồng vị phụ thuộc vào nhiệt độ, ở nhiệt độ thấp làm gia tăng phân đoạn đồng vị, 
điều này cũng tìm thấy ở những nơi có cao độ cao. 
Quá trình mưa cũng như hơi ẩm di chuyển vào lục địa là nguyên nhân mất các đồng 
vị nặng. Độ lệch so với đường nước khí tượng thế giới cho biết nguồn gốc hơi ẩm, sự bay 
hơi, và có tính chất ẩm ướt hay khô nóng (Hình 1) (McGuire & McDonnell, 2007). 
Hình 1. Giải thích quan hệ đồng vị bền của nguồn nước so với đường GMWL 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức và tgk 
101 
Đánh giá tác động phát tán của tritium ra môi trường trên toàn cầu, mạng lưới kết nối 
đồng vị trong nước mưa toàn cầu (GNIP) được thành lập vào năm 1961 do sự điều hành 
của bộ phận Thủy văn Đồng vị, Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và Tổ 
chức Khí tượng Thế giới (WMO). Mạng GNIP quan trắc các dữ liệu về thủy văn, đồng vị 
bền (2H, 18O), và tritium (3H) trong nước mưa tại các địa điểm thuộc mạng quan trắc trên 
toàn cầu. Tại Việt Nam, quan trắc tritium trong nước mưa đã thực hiện thường xuyên trong 
nhiều năm tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, tritium trong hơi ẩm không khí đã được 
quan trắc tại Hà Nội từ năm 2013, khu vực phía Nam vẫn còn trống số liệu về tririum trong 
nước hơi ẩm không khí. Trong nghiên cứu này, chúng tôi cung cấp số liệu về tritium 
và những đặc trưng thành phần đồng vị trong nước hơi ẩm trên 10 vị trí ở khu 
vực phía Nam Việt Nam. Các dữ liệu này là cơ sở dữ liệu ban đầu trong việc đánh giá phông 
phóng xạ tritium trong hơi ẩm không khí và cũng là cơ sở cho những nghiên cứu thủy văn, 
khí tượng. 
2. Thực nghiệm và phương pháp 
2.1. Địa điểm và thời gian lấy mẫu 
Với những đặc trưng chế độ gió theo mùa trong khu vực (mùa khô và mùa mưa), 
điều kiện địa hình khu vực phía Nam Việt Nam, 10 vị trí lấy mẫu được chọn lựa trải đều 
trên toàn khu vực (Hình 2). Mỗi vị trí được lấy mẫu vào 2 thời điểm đặc trưng cho mùa 
mưa và mùa khô. Mẫu mùa mưa được lấy vào tháng 08 năm 2017, mùa khô được lấy vào 
tháng 3 năm 2018 
Hình 2. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước hơi ẩm không khí 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 6 (2019): 99-106 
102 
2.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích 
 Mẫu nước hơi ẩm không khí được lấy bằng phương pháp ngưng tụ hơi nước ở nhiệt 
độ thấp, sử dụng máy hút ẩm để thu gom mẫu. Thể tích mẫu cần cho phân tích hàm lượng 
tritium tối thiểu là 500 mL và cho đồng vị bền là 50 mL. Tổng cộng có 40 mẫu được lấy 
trong toàn khu vực phía Nam (20 mẫu cho phân tích tritium và 20 mẫu cho phân tích đồng 
vị bền). Các mẫu nước hơi ẩm không khí được đựng trong các chai nhựa đảm bảo kín nắp, 
tránh sự bay hơi, được dán nhãn, và ghi các thông số về thời gian lấy mẫu, tọa độ, nhiệt độ 
môi trường, độ ẩm. Tất cả các mẫu được đặt trong thùng lạnh và tránh ánh sáng. 
Quá trình phân tích hàm lượng tritium trải qua các công đoạn sau: chưng cất mẫu 
lần đầu; làm giàu tritium bằng phương pháp điện phân; chưng cất mẫu lần cuối; đo hàm 
lượng tritium bằng máy đo nhấp nháy lỏng (LSC). Sau quá trình làm giàu từ 500 mL mẫu 
ban đầu thu được 15 mL mẫu cho công đoạn đo bằng máy nhấp nháy lỏng, mẫu này phải 
đảm bảo có pH khoảng 7,0, EC < 30 µS/cm. Làm giàu tritium bằng phương pháp điện 
phân thể hiện bằng 3 phương trình (3), (4), (5), trong đó phương trình (3) xảy ra ở cực 
anode, phương trình (4) xảy ra ở cực cathode, phương trình (5) là toàn bộ quá trình 
điện phân. HଶO	 → 	 ଵଶ Oଶ + 2Hା + 2	eି (3) 2Hା + 2eି 	→ 	Hଶ (4) HଶO	 → 	 ଵଶ Oଶ + 	Hଶ (5) 
Các mẫu phân tích đồng vị bền được lọc sạch, mỗi mẫu được lấy 1 mL cho việc phân 
tích trên máy đo tỉ lệ đồng vị. 
3. Kết quả và thảo luận 
Đồng vị bền δ
18
O và δD trong nước hơi ẩm không khí so với đường nước khí tượng 
thế giới (GMWL) và đường nước khí tượng địa phương (LMWL) (Hình 3). Độ lệch của 
đường nước hơi ẩm không khí so với đường nước khí tượng thế giới (GLWL) (lệch về phía 
trục δ
18
O) cho thấy nước hơi ẩm không khí hình thành từ nguồn hơi nước có tính chất ẩm 
ướt, nguồn hơi ẩm này chủ yếu được mang từ biển vào. Đường nước hơi ẩm không khí 
mùa khô có hệ số góc nhỏ hơn so với đường nước hơi ẩm không khí mùa mưa cho biết 
nước hơi ẩm không khí mùa khô được mang tới từ nguồn nước có sự bay hơi mạnh hơn so 
với mùa mưa. Đồng vị bền của nước hơi ẩm không khí phân làm 2 nhóm rõ rệt, nhóm mùa 
mưa và nhóm mùa khô, nhóm nước hơi ẩm mùa khô giàu thành phần đồng vị nặng hơn 
nhóm nước hơi ẩm mùa mưa. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức và tgk 
103 
Hình 3. Quan hệ giữa δ18O và δ2H trong nước hơi ẩm không khí 
Hình 4 và Hình 5 cho thấy có quan hệ giữa thành phần đồng vị bền δ
18
O của nước 
hơi ẩm không khí với nhiệt độ và độ ẩm môi trường. Nhiệt độ môi trường cao và độ ẩm 
thấp làm tăng tỉ lệ thành phần đồng vị nặng, nhiệt độ thấp và độ ẩm cao làm giảm tỉ lệ 
thành phần đồng vị nặng. 
Hình 4. Quan hệ δ
18
O và độ ẩm môi trường Hình 5. Quan hệ δ
18
O và nhiệt độ môi trường 
Không nhận thấy có quan hệ rõ ràng giữa tritium với độ ẩm và nhiệt độ môi trường 
(Hình 6 và Hình 7), điều này trái ngược với thành phần đồng vị bền trong nước hơi ẩm 
không khí. 
R² = 0,34-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
40 60 80 100
δ1
8 O
(‰
) 
Độ ẩm (%)
R² = 0,42-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
24 26 28 30 32
δ1
8 O
(‰
) 
T (°C)
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0
Mùa khô
Mùa mưa
δ18O (‰) 
δD
 (‰
 )
GMWL
LMWL
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 6 (2019): 99-106 
104 
Hình 6. Quan hệ tritium và độ ẩm môi trường Hình 7. Quan hệ tritium và nhiệt độ môi trường 
Hàm lượng tritium đo trên 20 mẫu nước hơi ẩm không khí (Hình 8) cho thấy giá trị 
tritium hơi ẩm không khí vào mùa mưa dao động từ 3,12 ± 0,45 pCi/L đến 6,89 ± 0,45 
pCi/L, mùa khô dao động từ 2,64 ± 0,55 pCi/L đến 7,34 ± 0,55 pCi/L. Giá trị trung bình 
tritium các mẫu nước hơi ẩm mùa mưa là 4,2 ± 0,44 pCi/L, mùa khô là 4,3 ± 0,68 pCi/L. 
Hàm lượng tritium trong hơi ẩm không khí gần tương đương với giá trị tritium trong nước 
mưa quan trắc trong khu vực phía Nam Việt Nam. Không có sự khác biệt về tritium nước 
hơi ẩm trong mùa mưa và mùa khô, hiện tượng này cũng giống như tritium trong nước 
mưa đối với những khu vực ven biển (Tadros, Hughes,Crawford, Hollins, & Chisari, 2014; 
Ha Lan Anh et al.,2018). Giá trị hàm lượng tritium nước hơi ẩm không khí trong cả mùa 
khô và mùa mưa đạt giá trị lớn nhất tại vị trí P8 (TPHCM), điều này có khả năng bị ảnh 
hưởng bởi các hoạt động có liên quan tới con người làm gia tăng tritium. 
Hình 8. Tritium trong nước hơi ẩm không khí 
R² = 0,009
0
1
2
3
4
5
6
7
8
30 50 70 90
Độ ẩm (%)
H
àm
lư
ợn
g 
tr
it
iu
m
 (p
C
i/
L
)
R² = 0,051
0
1
2
3
4
5
6
7
8
25 27 29 31
T (°C)
H
àm
lư
ợn
g 
tr
it
iu
m
 (p
C
i/
L
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10
mùa mưa
mùa khô
Vị trí lấy mẫu
H
àm
lư
ợn
g 
tr
it
iu
m
 (
pC
i/L
)
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Nguyễn Văn Phức và tgk 
105 
4. Kết luận 
Hàm lượng tritium trong nước hơi ẩm không khí khu vực phía Nam dao động từ 2,64 
± 0,55 pCi/L đến 7,34 ± 0,55 pCi/L, giá trị tritium này tương đương với tritium trong nước 
mưa trong khu vực nghiên cứu. Tritium trong nước hơi ẩm không khí không bị ảnh hưởng 
bởi nhiệt độ và độ ẩm môi trường. Không nhận thấy sự khác biệt hàm lượng tritium trong 
các nước hơi ẩm không khí vào mùa mưa và mùa khô. Các số liệu tritium trong nước hơi 
ẩm không khí này là cơ sở dữ liệu phông phóng xạ tritium không khí ban đầu trong khu 
vực, có ý nghĩa trong việc đánh giá phát tán phóng xạ môi trường không khí khi các nước 
lân cận Việt Nam đã và đang xây dựng các nhà máy điện hạt nhân. 
Nguồn hơi ẩm mang tới khu vực phía Nam là nguồn hơi nước có tính chất ẩm ướt, 
được mang chủ yếu vào từ biển. Nước hơi ẩm không khí vào mùa khô giàu thành phần 
đồng vị nặng hơn và được mang đến từ nguồn nước sảy ra quá trình bay hơi mạnh hơn so 
với mùa mưa. Nhiệt độ cao và độ ẩm thấp làm giàu tỉ lệ thành phần đồng vị nặng trong 
nước hơi ẩm không khí và ngược lại. 
 Tuyên bố về quyền lợi: Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Craig, H. (1961). Isotopic Variations in Meteoric Water. Science, 133, 1702-1703. 
 doi: 10.1126/science.133.3465.1702 
Ha Lan Anh, Vo Thi Anh, Trinh Van Giap, Nguyen Thi Hong Thinh, Tran Khanh Minh,Vu 
 Hoai. (2018). Monitoring of tritium concentration in Hanoi’s precipitation from 2011 to 
 2016. Journal of Environmental Radioactivity, 192, 143-149. 
 doi: 10.1016/j.jenvrad.2018.06.009 
Lucas, L. L., & Unterweger, M. P. (2000). Comprehensive review and critical evaluation of the 
 half-life of tritium. J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol, 105(4), 541-549. 
 doi: 10.6028/jres.105.043 
McGuire, K., & McDonnell, J. (2007). Stable isotope tracers in watershed hydrology. In R. 
Michener, & K. Lajtha (Eds.), Stable isotope in ecology and enviromental science ( 335-
374). United Kingdom: Blackwell. doi: 10.1002/9780470691854.ch11 
Michel, R. L. (2005). Tritium in the hydrologic cycle. In P. K. Aggarwal, J. R. Gat, & K. F. O. 
 Froehlich (Eds.), Isotopes in the water cycle (53-66). The Netherlands: Springer. 
doi: 10.1007/1-4020-3023-1_5 
Tadros, C. V., Hughes, C.E., Crawford, J., Hollins, S. E., & Chisari, R. (2014). Tritium in 
 Australian precipitation: A 50 year record. Journal of Hydrology, 513, 262-273. 
 doi: 10.1016/j.jhydrol.2014.03.031 
Teegarden, B. J. (1967). Cosmic-ray production of deuterium and tritium in the Earth's atmosphere. 
 Journal of Geophysical Research, 72, 4863-4868. doi: 10.1029/JZ072i019p04863 
TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 16, Số 6 (2019): 99-106 
106 
TRITIUM AND STABLE ISOTOPE IN ATMOSPHERIC WATER VAPOUR 
 IN SOUTHERN VIET NAM 
Nguyen Van Phuc*, Nguyen Kien Chinh, Huynh Long, Tran Thi Bich Lien 
Center for Nuclear Techniques (CNT) 
* Corresponding author: Nguyen Van Phuc – Email: phucnvphys@gmail.com 
Received: 08/01/2019; Revised: 17/4/2019; Accepted: 09/6/2019 
ABSTRACT 
 The purpose of this study is to establish background tritium concentration in atmospheric 
water vapour; and characteristics of stable isotope composition, source, and properties of 
atmospheric water vapour in the Southern Viet Nam. The atmospheric water vapour at 10 locations 
in the Southern area during the dry and rainy seasons was collected and analyzed for tritium 
content and stable isotope composition. The results showed that tritium level ranged from 2.64 ± 
0.55 pCi/L to 7.34 ± 0.55 pCi/L, this tritium value is equivalent to tritium content of rainwater in 
region; the stable isotope composition of atmospheric water vapour has a good relationship with 
meteoric water line and indicates the moisture source that comes mainly from the sea. 
Keywords: tritium, stable isotope, atmospheric water vapour, meteoric water line.