Đo độ phóng xạ ở Fukushima: một ví dụ về khai thác sức mạnh cộng đồng

Ngày 11 tháng 3 năm 2011, một trận động đất cường độ 8.9 độ Richter đã tạo nên cơn sóng thần có sức mạnh huỷ diệt với những bức tường nước quét qua các thành phố ven biển phía bắc Nhật Bản. Thiệt hại nhân mạng từ sóng thần và động đất, trận mạnh nhất được ghi nhận ở Nhật, lên đến 18 ngàn người và số người mất tích lên đến hơn 7 ngàn. Trận động đất có tâm chấn cách thành phố Sendai của tỉnh Miyagi khoảng 130km và kéo dài khoảng 3 phút đã làm cho Nhật Bản dịch chuyển vài mét về phía đông và làm cho vùng ven biển khu vực này sụt xuống nửa mét.

Ngay sau cơn động đất, sóng thần đã vô hiệu hoá nguồn điện và hệ thống làm mát của ba lò phản ứng Fukushima Daiichi và gây ra một tai nạn hạt nhân. Cả ba lõi của các lò phản ứng hầu như tan chảy trong vòng ba ngày đầu tiên, theo thang đo của INES [International Nuclear and Radiation Event Scale – phân cấp mức độ nghiêm trọng của các sự kiện liên quan đến phóng xạ và hạt nhân, người dịch] thì mức độ nghiêm trọng của tai nạn ở cấp độ 7 [là mức độ nghiêm trọng nhất, người dịch], do mức phóng xạ cao trong những ngày đầu. May mắn là đã không có thiệt hại nhân mạng hay bệnh tật do phóng xạ trong tai nạn hạt nhân này. Tuy nhiên để có được điều này hơn 100.000 người đã phải rời bỏ nhà cửa của mình.

Hành động của Libelium
Thảm hoạ ở Fukushima cũng làm Tây Ban Nha chấn động và các kỹ sư ở Libelium bắt đầu nghĩ cách phát triển một bản mạch cảm biến mới để đo độ phóng xạ. Trước tháng 3 năm 2011, rất khó để tìm mua các máy đo độ phóng xạ trên thị trường và cũng hầu như không thể tìm ra một loại máy nào vừa túi tiền của đa số người dân. Đứng trước tình trạng này, Libelium quyết định phát triển một bo mạch có cảm biến phóng xạ trên nền tảng Arduino vốn phổ biến và có giá cả hợp lý.

Hình 1: Bo mạch mở rộng có cảm biến phóng xạ của Libelium trên nền tảng Arduino.

Trong vòng chưa đầy một tháng, Libelium đã thử và kiểm tra hoạt động của một số ống Geiger [“Geiger tube” hay “Geiger counter” có khả năng phát hiện các hạt trong hiện tượng phát xạ hạt nhân, người dịch] từ các nhà sản xuất khác nhau, rồi sau đó thiết kế bo mạch để kết nối với ống đo và hiển thị mức phóng xạ trên một màn hình LCD. Thành quả là một loạt bo mạch đã được phân phối miễn phí đến Tokyo Hackerspace và các nhóm khác đang làm việc ở Nhật Bản.

Mục tiêu chính của bo mạch đo phóng xạ trên nền tảng Arduino là để giúp người dân ở Nhật Bản đo mức độ phóng xạ trong cuộc sống hàng ngày kể từ sau thảm hoạ Fukushima. Libelium muốn tạo điều kiện để người dân có thể tự giám sát mức độ phóng xạ thay vì phải dựa vào chính quyền sở tại. Thiết kế của bo mạch và mã điều khiển đều được phân phối theo các điều khoản mã nguồn mở (GPL).

Cùng với bo mạch đo nồng độ phóng xạ cho Arduino, vài tháng sau đó Libelium đưa ra bo mạch đo nồng độ phóng xạ cho Waspmote. Ý tưởng khá đơn giản, mỗi bộ đo hoạt động như một bộ đếm Geiger độc lập với giao tiếp không dây. Nó đo số lượng hạt phóng xạ mà ống Geiger đếm được trong mỗi phút và gửi thông tin này về trung tâm điều khiển thông qua giao thức ZigBee và GPRS. Toàn bộ hệ thống được cấp năng lượng từ các pin dung lượng lớn để có thể hoạt động được trong vài năm.

Hình 2: Bo mạch cảm biến phóng xạ với Waspmote.

Với công nghệ này việc đo độ phóng xạ có thể được tiến hành theo thời gian thực mà không gây rủi ro tính mạng gì cho các nhân viên an ninh bởi vì họ không phải vào trong vành đai nguy hiểm để kích hoạt bộ đếm Geiger. Thông tin được tự động thu thập và truyền vô tuyến đến gateway của mạng kết nối. Waspmote có một cơ chế hoạt động tuần hoàn. Nó ở trạng thái chờ trong hầu hết thời gian để tiết kiệm pin. Rồi cứ sau mỗi một khoảng thời gian nhất định nó sẽ chuyển sang trạng thái hoạt động và trong vòng một phút nó sẽ đọc các xung được tạo ra bởi ống Geiger để tính số hạt phóng xạ trong một phút. Sau đó nó sẽ so sánh chỉ số này với các ngưỡng báo động đã được định sẵn. Nếu các chỉ số là bình thường thì chúng sẽ được gửi qua giao thức ZigBee đến Meshlium, là gateway của mạng, và chúng sẽ được lưu trong một cơ sở dữ liệu trên Internet.

Hình 3: Các thành phần của hệ thống đo độ phóng xạ trên nền tảng Waspmote.

Còn nếu các chỉ số vượt qua ngưỡng an toàn đã định thì đồng thời với việc được gửi thông qua mạng ZigBee chúng còn được gửi thẳng đến bộ phận an ninh qua tin nhắn trên mạng GPRS hay thậm chí gửi trên Internet thông qua TCP/IP. Cùng với chỉ số được thu thập bởi bộ đếm Geiger, Waspmote còn thêm các thông tin GPS (kinh độ và vĩ độ) để thông báo chính xác vị trí của nguồn phát xạ.

Mới đây Libelium còn phát hành Waspmote Plug&Sense Radiation Control. Hệ thống mới này cho phép thực hiện việc đo phóng xạ như vừa giải thích ở trên với nhiều tính năng hơn nhờ các thiết bị đi cùng.

Hình 4: Waspmote Plug&Sense Radiation Control

Chia sẻ thông tin qua cộng đồng

Trước đây chính phủ là nguồn duy nhất cung cấp thông tin về mức phóng xạ quanh một nhà máy hạt nhân hay một vùng lãnh thổ. Tuy nhiên nhờ vào sự kết hợp giữa các cảm biến đo phóng xạ (như bo mạch đo phóng xạ của Libelium), quỹ tài trợ cộng đồng (crowdfunding), và việc chia sẻ thông tin qua cộng đồng, đã có những tổ chức được thành lập để đưa những thông tin dạng này đến cho tất cả mọi người.

Một ví dụ điển hình là Safecast, một mạng cảm biến toàn cầu để thu thập và chia sẻ các kết quả đo độ phóng xạ được thành lập bởi một nhóm nhỏ các thành viên ở Mĩ và Nhật Bản chỉ vài ngày sau khi thảm hoạ Fukushima xảy ra. Họ gây quỹ từ một trang web kêu gọi cộng đồng tài trợ và tìm được người hợp tác thực địa ở Đại Học Keio (Keio University), Nhật Bản. Chỉ trong vòng 4 ngày, dự án đã được một số nhà tài trợ ẩn danh hỗ trợ tài chính và bắt đầu triển khai các bộ cảm biến ở Nhật rồi đưa dữ liệu lên một trang web.

Những người thành lập Safecast đề xuất trang bị các bộ cảm biến phóng xạ giá rẻ cho thật nhiều người ở Nhật Bản. Những người tình nguyện tham gia sẽ gửi những thông tin mà họ thu thập được qua Internet để hiển thị chúng như các điểm dữ liệu trên bản đồ của Google. Toàn bộ dự án là mã nguồn mở và toàn bộ dữ liệu sẽ được cung cấp cho bất cứ ai muốn sử dụng chúng.

Hình 5: Bản đồ đo độ phóng xạ ở Nhật Bản từ dự án Safecast.

Nhờ sáng kiến này mà tất cả mọi người đều có thể đóng góp vào việc thu thập dữ liệu liên quan đến nhiều mối nguy hiểm đối với sức khoẻ cộng đồng mà trước đây chính phủ và các công ty hầu như độc quyền trong việc đo đạc. Việc chia sẻ dữ liệu qua cộng đồng, chia sẻ công việc với cộng đồng, gây quỹ thông qua cộng đồng cùng với các cách tiếp cận tương tự đang bắt đầu tạo ra một viễn cảnh mới mà trong đó tất cả chúng ta có thể cùng tạo ra một thế giới tốt đẹp hơn và an toàn hơn.

• Nguyên bản tiếng Anh: “Detecting Radiation Levels in Fukushima: an example of crowdsourcing,” Alberto Bielsa, http://www.libelium.com/ , 22/02/2013
• Người dịch: Tạ Minh Chiến
• Biên tập: Nguyễn Ngọc Mai Khanh