Xem mẫu

  1. c¬ quan n¨ng l−îng nguyªn tö quèc tÕ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma øng dông trong xö lý b»ng bøc x¹
  2. lêi nãi ®Çu c«ng nghÖ bøc x¹ lµ mét trong nh÷ng lÜnh vùc ®−îc IAEA trî gióp vµ thóc ®Èy ph¸t triÓn, cã mét sè ch−¬ng tr×nh ®−îc thiÕt lËp. t¹o ®iÒu kiÖn cho viÖc øng dông c«ng nghÖ bøc x¹ ë c¸c n−íc thµnh viªn ®ang ph¸t triÓn. Xem xÐt trong tµi liÖu nµy, sæ tay vÒ “c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma øng dông trong xö lý b»ng bøc x¹” ®−îc so¹n th¶o miªu t¶ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma kh¸c nhau cã thÓ sö dông cho c¸c øng dông xö lý b»ng bøc x¹. Nã tËp trung miªu t¶ c¸c nguyªn lý chung vÒ thiÕt kÕ vµ ho¹t ®éng cña c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma phï hîp víi c¸c øng dông ®èi víi chiÕu x¹ c«ng nghiÖp trong thùc tÕ. Tµi liÖu nµy nh»m môc ®Ýnh cung cÊp th«ng tin cho c¸c nhµ sö dông thiÕt bÞ chiÕu x¹ c«ng nghiÖp, phæ biÕn cho hä vÒ c«ng nghÖ, víi hy väng r»ng víi nh÷ng th«ng tin ë ®©y sÏ trî gióp hä trong viÖc lùa chän mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ tèi −u cho nh÷ng yªu cÇu cña hä. Sù lùa chän ®óng ®¾n kh«ng chØ ¶nh h−ëng ®Õn ho¹t ®éng mµ cßn ®Õn hiÖu qu¶ víi hiÖu suÊt cao h¬n cña thiÕt bÞ, vµ v× thÕ mang l¹i nguån lîi kinh tÕ lín h¬n. Tµi liÖu nµy còng nh»m môc ®Ýnh thóc ®Èy h¬n n÷a viÖc øng dông xö lý bøc x¹ ®èi víi c¸c chÝnh phñ vµ c«ng chóng nãi chung. Tµi liÖu nµy ®−îc biªn so¹n bëi nhãm c¸c nhµ ho¸ häc vµ c¸c nhµ øng dông c«ng nghiÖp cña IAEA, phÇn khoa häc vÒ vËt lý vµ ho¸ häc do «ng Kishor Mehta trî gióp. ¤ng Andrej G. Chmielewski lµ thµnh viªn cña IAEA chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ dù ¸n nµy. IAEA xin bµy tá sù biÕt ¬n tíi tÊt c¶ c¸c c¸ nh©n vµ c¸c tæ chøc ®· cung cÊp c¸c th«ng tin cã gi¸ trÞ cho tµi liÖu nµy.
  3. Chó thÝch vÒ biªn tËp tµi liÖu nµy Tµi liÖu nµy ®· ®−îc so¹n th¶o tõ tµi liÖu gèc theo ®óng nh− lËp luËn cña c¸c t¸c gi¶. C¸c quan ®iÓm ®−îc tr×nh bµy kh«ng cÇn thiÕt ph¶i ph¶n ¸nh víi IAEA, víi chÝnh phñ c¸c n−íc thµnh viªn hoÆc c¸c tæ chøc cã liªn quan. ViÖc sö dông c¸c tªn riªng cña c¸c quèc gia hoÆc c¸c vïng l·nh thæ kh«ng hµm ý bÊt kú mét ph¸n xÐt nµo cña nhµ xuÊt b¶n vµ cña IAEA, liªn quan ®Õn quan hÖ ph¸p lý cña c¸c quèc gia hoÆc c¸c vïng l·nh thæ ®ã, c¸c t¸c gi¶ hoÆc c¸c viÖn nghiªn cøu cña hä, hoÆc sù ph©n ®Þnh c¸c ®−êng biªn giíi cña hä. ViÖc trÝch dÉn tªn riªng c¸c c«ng ty hoÆc c¸c s¶n phÈm (cã hoÆc ch−a ®−îc ®¨ng ký b¶n quyÒn) kh«ng hµm ý bÊt kú mét ý ®Þnh nµo nh»m x©m ph¹m b¶n quyÒn, vµ nªn ®−îc dÞch nguyªn v¨n khi cã sù nhÊt trÝ hoÆc khuyÕn c¸o cña IAEA. C¸c t¸c gi¶ ph¶i cã tr¸ch nhiÖm trong viÖc nhËn ®−îc sù chÊp thuËn cÇn thiÕt cña IAEA ®Ó t¸i b¶n, dÞch hoÆc sö dông tµi liÖu tõ c¸c nguån d÷ liÖu ®· ®−îc ®¨ng ký b¶n quyÒn.
  4. c¸c néi dung giíi thiÖu chung C«ng nghÖ xö lý bøc x¹ Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña C«ng nghiÖp xö lý bøc x¹ Xö lý bøc x¹ C¸c nguån bøc x¹ Tæng quan Nguån bøc x¹ Cobalt-60 M« t¶ thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma Tæng quan vÒ thiÕt bÞ chiÕu x¹ nguån cobalt60 c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma C¸c nguyªn lý thiÕt kÕ ThiÕt kÕ ®é lín cña nguån phãng x¹ vµ c¸c ho¹t ®éng l¾p ®Æt LiÒu xö lý vµ liÒu chØ ®Þnh C¸c lo¹i m¸y chiÕu x¹ C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®éc lËp (ph©n lo¹i cña IAEA lµ lo¹i I vµ III) C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ tæng hîp (ph©n lo¹i cña IAEA lµ lo¹i II vµ IV) C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ tæng hîp phï hîp víi quy m« c«ng nghiÖp C¸c tiªu chuÈn lùa chän thiÕt bÞ chiÕu x¹ an toµn bøc x¹ c¸c phßng thÝ nghiÖm nhËn xÐt chung phô lôc A tµi liÖu tham kh¶o
  5. giíi thiÖu chung C«ng ngHÖ xö lý bøc x¹ Bøc x¹ ion ho¸ cã thÓ lµm thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh vËt lý, ho¸ häc vµ sinh häc cña c¸c vËt liÖu ®−îc chiÕu x¹. HiÖn nay, c¸c øng dông chñ yÕu trong c«ng nghiÖp cña bøc x¹ lµ khö trïng c¸c s¶n phÈm y ch¨m sãc søc khoÎ bao gåm c¸c lo¹i thuèc, chiÕu x¹ b¶o qu¶n thùc phÈm vµ c¸c s¶n phÈm n«ng nghiÖp (víi c¸c môc ®Ých kh¸c nhau, ch¼ng h¹n nh− diÖt c«n trïng, lµm chËm chÝn, øc chÕ n¶y mÇm, kiÓm so¸t s©u bä vµ khö trïng), vµ biÕn tÝnh vËt liÖu (ch¼ng h¹n nh− polyme ho¸, kh©u m¹ch polyme vµ t¹o mµu cho ®¸ quý) (xem h×nh 1). H×nh 1. C¸c s¶n phÈm ®−îc xö lý b»ng bøc x¹ gamma (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada vµ thiÕt bÞ chiÕu x¹ INCT, Warsaw, Ba lan). Danh môc ë b¶ng 1 chØ ra mét sè øng dông tiªu biÓu: s¶n phÈm ®−îc xö lý, hiÖu øng mong muèn vµ d¶i liÒu cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu øng nµy. D¶i liÒu ®−îc liÖt kª ë ®©y lµ c¸c gi¸ trÞ ®iÓn h×nh ®èi víi lo¹i/c¸c qu¸ tr×nh xö lý c¸c s¶n phÈm kh¸c nhau; gi¸ trÞ thùc phô thuéc vµo tõng s¶n phÈm riªng vµ c¸c môc ®Ých xö lý, vµ ®−îc quy ®Þnh bëi c¸c c¬ quan chuyªn m«n cña quèc gia. Cã thÓ xem xÐt nhiÒu bµi b¸o, b¸o c¸o, vµ c¸c cuèn s¸ch còng ®· ®−îc viÕt trong vµi n¨m tr−íc ®©y vÒ lÜnh vùc xö lý b»ng bøc x¹ [1-9].
  6. b¶ng I. Mét sè øng dông xö lý b»ng bøc x¹ tiªu biÓu D¶i liÒu ¸p S¶n phÈm HiÖu øng mong muèn dông, kGy M¸u Ng¨n ngõa TA – GVHD 0.02-0.04 Khoai t©y, hµnh, tái øc chÕ n¶y mÇm 0.05-0.15 C¸c lo¹i c«n trïng Khèng chÕ sù t¸i sinh nh»m kiÓm 0.1-0.5 so¸t viÖc g©y h¹i D©u t©y vµ mét sè lo¹i KÐo dµi thêi gian b¶o qu¶n b»ng viÖc 1-4 hoa qu¶ kh¸c lµm chËm chÝn ThÞt, thÞt gia cÇm, c¸ Lµm chËm qu¸ tr×nh ph©n huû, diÖt 1-7 c¸c vi khuÈn g©y bÖnh (vÝ dô, vi khuÈn g©y ®éc Salmonella) C¸c lo¹i gia vÞ DiÖt c¸c vi sinh vËt vµ c«n trïng 1-30 C¸c s¶n phÈm ch¨m sãc Khö trïng 15-30 søc khoÎ C¸c vËt liÖu Polyme Kh©u m¹ch 1-250 GhÐp m¹ch 0.2-30 Mét sù thóc ®Èy cã ý nghÜa ®èi víi ngµnh c«ng nghiÖp xö lý b»ng bøc x¹ lu«n ®i kÌm víi sù ra ®êi c¸c lß ph¶n øng h¹t nh©n, chóng cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt ra c¸c ®ång vÞ phãng x¹. Tia Gamma ph¸t ra tõ nguån Cobalt-60 ®· trë thµnh nguån phãng x¹ ®−îc ¸p dông phæ biÕn trong y tÕ vµ trong c«ng nghiÖp. NhiÒu thiÕt bÞ chiÕu x¹ Gamma ®· ®−îc x©y dùng, cã kho¶ng 200 thiÕt bÞ ®ang ho¹t ®éng ë tÊt c¶ c¸c n−íc thµnh viªn cña C¬ quan N¨ng l−îng Nguyªn tö Quèc tÕ (IAEA). HiÖn nay, viÖc sö dông m¸y gia tèc electron nh− lµ mét nguån bøc x¹ (vµ ®«i khi ®−îc trang bÞ thiÕt bÞ chuyÓn ®æi tia X) ®ang ®−îc ph¸t triÓn. Tuy nhiªn, khã cã thÓ thay thÕ ®−îc c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ Gamma, ®Æc biÖt ®èi víi viÖc chiÕu x¹ c¸c s¶n phÈm kh«ng ®ång nhÊt vµ cã khèi l−îng riªng cao. Tµi liÖu nµy chØ ®Ò cËp ®Õn c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ Gamma, chóng ®−îc sö dông cho nhiÒu môc ®Ých xö lý b»ng bøc x¹ kh¸c nhau. Cobalt-60 hÇu nh− chØ ®−îc sö dông nh− lµ nguån bøc x¹ Gamma, vµ ngµy nay nã ®−îc sö dông chñ yÕu trong c«ng nghiÖp bëi v× ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®¬n gi¶n vµ nã kh«ng tan ®−îc trong n−íc. Xö lý b»ng bøc x¹ Gamma cã mét sè −u viÖt h¬n so víi c¸c ph−¬ng ph¸p xö lý kh¸c; vÝ dô nh−, khö trïng c¸c s¶n phÈm y tÕ ch¨m sãc søc khoÎ sö dông ph−¬ng ph¸p EtO hoÆc hÊp nhiÖt. Trong tr−êng hîp khö trïng b»ng bøc x¹ Gamma th× cã mét sè −u ®iÓm sau: - S¶n phÈm ®−îc xö lý cã thÓ sö dông ngay - NhiÖt ®é s¶n phÈm t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ trong suèt qu¸ tr×nh xö lý - Bøc x¹ gamma cã kh¶ n¨ng ®©m xuyªn rÊt cao (v× vËy, cã thÓ xö lý nguyªn ®ai- nguyªn kiÖn) - Qóa tr×nh xö lý chÝnh x¸c vµ cã kh¶ n¨ng lÆp l¹i, vµ - DÔ dµng kiÓm so¸t qu¸ tr×nh (chØ cÇn kiÓm so¸t vÒ liÒu).
  7. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp xö lý b»ng bøc x¹ ViÖc sö dông trong th−¬ng m¹i bøc x¹ Gamma ®Ó khö trïng c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ ®−îc b¾t ®Çu tõ cuèi nh÷ng n¨m 1950, vµ ®Õn nay th× c«ng nghÖ bøc x¹ ®· phæ biÕn ë nhiÒu quèc gia. Cïng víi viÖc tÝch luü ®−îc nhiÒu kinh nghiÖm vµ ®é tin cËy vµo c«ng nghÖ mµ ngµy cµng nhiÒu øng dông ®−îc t×m thÊy, vµ ngµy cµng cã nhiÒu thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®−îc x©y dùng. Sù më réng cña ngµnh c«ng nghiÖp xö lý b»ng bøc x¹ nµy kh«ng chØ ®ßi hái c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ lín h¬n mµ cßn yªu cÇu c¸c thiÕt kÕ míi nh»m ®¸p øng cho nh÷ng øng dông míi. HiÖn nay, mét sè nhµ s¶n xuÊt ®Ò nghÞ nh÷ng thiÕt kÕ kh¸c cña thiÕt bÞ chiÕu x¹ mµ cã thÓ ®¸p øng ®−îc c¸c øng dông ®Æc biÖt, mµ ë ®©y lµ c¸c øng dông trong chiÕu x¹ thùc phÈm vµ xö lý m«i tr−êng. §iÒu nµy ®ßi hái viÖc thóc ®Èy ph¸t triÓn c¸c øng dông míi vµ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ lín h¬n ®¸p øng cho ngµnh c«ng nghiÖp xö lý b»ng bøc x¹. H×nh 2. Sè l−îng nguån Cobalt-60 b¸n ra theo tõng n¨m H×nh 2 chØ ra viÖc ®¸nh gi¸ tæng doanh sè nguån Cobalt-60 b¸n ra tõ c¸c nhµ cung cÊp trong suèt 25 n¨m qua. Dùa vµo sè liÖu nµy th× cã thÓ ®¸nh gÝa ®−îc sè c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ Cobalt t¨ng kho¶ng 6% mét n¨m. CÇn l−u ý r»ng toµn thÕ giíi sö dông c¸c dông cô y tÕ t¨ng víi tû lÖ t−¬ng tù nh− vËy (5-6%), ®iÒu nµy d−êng nh− kÐo theo sù t¨ng t−¬ng tù vÒ sè nguån Cobalt b¸n ra. Nh÷ng øng dông cã sö dông bøc x¹ Gamma còng t¨ng ®Òu ®Æn; tõ kh©u m¹ch/polyme ho¸ vµ khö trïng c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ ®Õn c¸c øng dông chiÕu x¹ thùc phÈm vµ xö lý m«i tr−êng nh− c¸c lo¹i khÝ th¶i, vµ xö lý n−íc nhiÔm bÈn vµ n−íc th¶i. C¸c øng dông næi bËt nhÊt cã thÓ trong c¸c lÜnh vùc vÒ vËt liÖu na n«, hoÆc cÊu tróc c¸c vËt liÖu (c¸c vËt liÖu hÊp thô n−íc, vËt liÖu nhùa tæng hîp, hoÆc c¸c p«lyme m¹ch th¼ng, vv...) vµ c¸c p«lyme tù nhiªn. Mét sè thiÕt bÞ chiÕu x¹ ho¹t ®éng ®Ó xö lý c¸c s¶n phÈm./qu¸ tr×nh ®¬n gi¶n, trong khi sè cßn l¹i dïng cho nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau. Mét
  8. ®iÒu tra gÇn ®©y cña IAEA [10] ®· chØ ra r»ng mét tû lÖ rÊt lín c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ Gamma (85%) ®Ó xö lý c¸c s¶n phÈm y tÕ ch¨m sãc søc khoÎ víi môc ®Ých tiÖt trïng. Còng vµo kho¶ng nh− vËy c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®Ó xö lý b¶o qu¶n thùc phÈm vµ c¸c s¶n phÈm n«ng nghiÖp víi nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau. Kho¶ng 50% sè thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®Ó xö lý c¸c s¶n phÈm thuèc, bao gåm c¸c nguyªn liÖu víi môc ®Ých khö trïng hoÆc lµm gi¶m vi khuÈn, trong khi ®ã kho¶ng 30% sè thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®Ó xö lý c¸c lo¹i p«lyme, bao gåm c¸c lo¹i c¸p vµ èng nhùa víi môc ®Ých lµm biÕn tÝnh. Xö lý bøc x¹ Trong xö lý b»ng bøc x¹ th× mét s¶n phÈm hoÆc mét vËt liÖu ®−îc chiÕu x¹ víi môc ®Ých b¶o qu¶n, lµm biÕn tÝnh hoÆc c¶i thiÖn c¸c ®Æc tÝnh cña chóng. Qu¸ tr×nh xö lý nµy ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®Æt c¸c s¶n phÈm trong khu vùc gÇn nguån bøc x¹ (ch¼ng h¹n nh− Cobalt-60) víi mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh sao cho s¶n phÈm ®ã ®−îc chiÕu b»ng bøc x¹ ph¸t ra tõ nguån phãng x¹. Mét tû lÖ n¨ng l−îng bøc x¹ truyÒn cho s¶n phÈm ®−îc hÊp thô bëi s¶n phÈm ®ã, ®é lín cña n¨ng l−îng nµy phô thuéc vµo khèi l−îng, thµnh phÇn vµ thêi gian chiÕu x¹. §èi víi mçi lo¹i s¶n phÈm, th× ®é lín n¨ng l−îng bøc x¹ cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu øng mong muèn trong s¶n phÈm ®ã; gi¸ trÞ chÝnh x¸c ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua c«ng t¸c nghiªn cøu. C¸c vËt liÖu phãng x¹, ch¼ng h¹n nh− nguån Cobalt-60 ph¸t ra bøc x¹. Tuy nhiªn, s¶n phÈm ®−îc chiÕu x¹ víi c¸c tia Gamma kh«ng trë thµnh vËt liÖu phãng x¹, vµ do ®ã nã cã thÓ ®−îc xö lý b×nh th−êng. §iÒu nµy t−¬ng tù nh− ®èi víi tia X ®−îc sö dông trong bÖnh viÖn víi môc ®Ých chÈn ®o¸n bÖnh; bÖnh nh©n ®−îc chiÕu b»ng bøc x¹ (tia X) nh−ng anh ta/chÞ ta kh«ng trë thµnh vËt liÖu cã kh¶ n¨ng phãng x¹. Mét sè thuËt ng÷ chung ®−îc sö dông trong xö lý b»ng bøc x¹ lµ: LiÒu hÊp thô: Lµ ®é lín n¨ng l−îng ®−îc hÊp thô bëi vËt liÖukhi ®−îc chiÕu tõ nguån phãng x¹ Gray (Gy): lµ ®¬n vÞ cña liÒu hÊp thô, t−¬ng ®−¬ng víi 1Jun trªn 1Kg vËt liÖu Kh¶ n¨ng phãng x¹: lµ c−êng ®é (hoÆc c«ng suÊt) cña 1 nguån bøc x¹ Gamma (nh− Cobalt-60) Curie (Ci) hoÆc Becquerel (Bq): Lµ ®¬n vÞ cña c−êng ®é phãng x¹ cña 1 nguån bøc x¹ Gamma (nh− Cobalt-60) Chu kú b¸n r·: Lµ ®Æc tÝnh cña nguån bøc x¹ Gamma; lµ kho¶ng thêi gian sao cho ho¹t ®é phãng x¹ cña mét nguån phãng x¹ gi¶m ®i mét nöa. C¸c thuËt ng÷ nµy vµ c¸c kh¸i niÖm kh¸c liªn quan ®Õn xö lý b»ng bøc x¹ ®−îc th¶o luËn trong phô lôc A. C¸c nguån bøc x¹ Tæng qu¸t Trong phæ cña bøc x¹ ®iÖn tõ, bøc x¹ Gamma ®−îc xÕp vµo vïng n¨ng l−îng cao cïng víi tia X. N¨ng l−îng liªn quan ®Õn bøc x¹ Gamma (vÝ dô, c¸c tia Gamma ph¸t ra tõ nguån Cobalt-60) lµ ®ñ lín ®Ó ph¸t vì liªn kÕt ph©n tö vµ ion ho¸ c¸c nguyªn tö, nh−ng kh«ng ®ñ lín ®Ó ¶nh h−ëng ®Õn cÊu tróc h¹t nh©n nguyªn tö (kh«ng t¹o thµnh vËt liÖu phãng x¹). Do ®ã, bøc x¹ Gamma cã thÓ dïng ®Ó lµm biÕt ®æi tÝnh chÊt ho¸ häc, vËt lý
  9. hoÆc sinh häc cña c¸c s¶n phÈm/vËt liÖu ®−îc chiÕu x¹; tuy nhiªn, c¸c s¶n phÈm nµy kh«ng trë thµnh vËt liÖu cã tÝnh chÊt phãng x¹. Bøc x¹ víi n¨ng l−îng cao nh− vËy ®−îc xem nh− bøc x¹ ion ho¸. TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh xö lý b»ng bøc x¹ ®−îc thùc hiÖn víi bøc x¹ ion ho¸, nã bao gåm – bªn c¹nh bøc x¹ Gamma, electron n¨ng l−îng cao (th«ng th−êng lín h¬n 80 keV) vµ c¸c tia X ®−îc sinh ra tõ c¸c electron n¨ng l−îng cao (vÝ dô, 5-10 MeV). Cobalt-60 vµ Caesium-137 lµ phï hîp nhÊt cho c¸c nguån bøc x¹ Gamma ®Ó xö lý b»ng bøc x¹ bëi chóng cã n¨ng l−îng t−¬ng ®èi cao vµ chu kú b¸n r· dµi: Cobalt-60 lµ 5,27 n¨m vµ Caesium-137 lµ 30,1 n¨m). Tuy nhiªn, viÖc sö dông Caesium-137 bÞ h¹n chÕ v× tÝnh ®éc lËp Ýt, c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ nguån kh«, ®−îc sö dông chñ yÕu ®Ó chiÕu x¹ m¸u vµ khö trïng. HiÖn nay, tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ c«ng nghiÖp sö dông nguån bøc x¹ Cobalt-60. nguån phãng x¹ Cobalt-60 Cobalt phãng x¹ (Co-60 hoÆc 60Co27) lµ c¸c nguån bøc x¹ Gamma ®−îc sö dông réng r·i nhÊt trong c«ng nghÖ bøc x¹, c¶ trong c«ng nghiÖp vµ cho c¸c môc ®Ých trong y tÕ. S¶n xuÊt ®ång vÞ phãng x¹ Cobalt b¾t ®Çu tõ Cobalt tù nhiªn (nguyªn liÖu) cã ®ång vÞ cobalt-59 lµm giµu 100%. QuÆng Cobalt giµu lµ rÊt hiÕm vµ kim lo¹i nµy chØ chiÕm kho¶ng 0.001% bÒ mÆt vá tr¸i ®Êt. C¸c thanh kim lo¹i (d¹ng h×nh trô nhá) hoÆc c¸c thái (d¹ng bót ch×) ®−îc lµm tõ bét cobalt nung víi ®é tinh khiÕt 99.9% vµ ®−îc hµn kÝn trong vá bäc kim lo¹i Zircaloy, sau ®ã ®−îc ®−a vµo lß ph¶n øng h¹t nh©n víi kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh (kho¶ng 18-24 th¸ng) phô thuéc vµo th«ng l−îng cña N¬tron t¹i vÞ trÝ x¶y ra ph¶n øng. Trong kho¶ng thêi gian ë trong lß ph¶n øng, mét nguyªn tö cobalt-59 hÊp thô mét n¬tron vµ nã chuyÓn thµnh mét nguyªn tö cobalt-60. Trong suèt hai n¨m trong lß ph¶n øng, mét phÇn nhá sè nguyªn tö trong thanh kim lo¹i cobalt bÞ chuyÓn thµnh c¸c nguyªn tö cobalt-60.
  10. H×nh 3. C¸c thanh kim lo¹i vµ c¸c bót ch× cobalt-60 sÏ ®−îc l¾p thµnh khèi b¶ng nguån phãng x¹ (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada). Ho¹t ®é phãng x¹ riªng th−êng giíi h¹n ®Õn kho¶ng 120 Ci/g cobalt (kho¶ng 4 x 12 10 Bq/g). Sau khi chiÕu x¹, c¸c thái kim lo¹i chøa c¸c thanh cobalt ®−îc bäc thªm líp thÐp kh«ng gØ chèng ¨n mßn ®Ó t¹o thµnh c¸c bót ch× nguån phãng x¹ hoµn chØnh mµ bøc x¹ Gamma cã thÓ xuyªn qua nh−ng b¶n th©n líp vá thÐp nµy kh«ng trë thµnh vËt liÖu cã tÝnh phãng x¹ (cobalt-60) (xem h×nh 3). CÊu h×nh cña nguån ph¶i ®¸p øng ®−îc yªu cÇu sao cho nh÷ng bót ch× nguån nµy sÏ ®−îc n¹p vµo c¸c m«®un ®· ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc trong b¶ng nguån, vµ ph©n bè cña c¸c m«®un nµy trªn toµn bé b¶ng nguån cña mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ c«ng nghiÖp (xem h×nh 4). Cobalt-60 (60Co27) ph©n r· thµnh mét ®ång vÞ Nikel bÒn, kh«ng cã tÝnh pãng x¹ (60Ni28), trong qu¸ tr×nh ph©n r· ®ã ph¸t ra mét h¹t bªta ©m (cã n¨ng l−îng cùc ®¹i lµ 0.313 MeV), vµ chu kú b¸n r· cña nã kho¶ng 5.27 n¨m (xem h×nh 5). Do vËy, Nikel-60 ®−îc sinh ra ë tr¹ng th¸i bÞ kÝch thÝch, vµ ngay lËp tøc nã ph¸t ra hai ph«t«n cã n¨ng l−îng 1.17 vµ 1.33 MeV, råi trë vÒ tr¹ng th¸i bÒn. Hai ph«t«n gamma nµy ®ãng vai trß trong qu¸ tr×nh xö lý b»ng bøc x¹ ®èi víi c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ sö dông bøc x¹ gamma tõ nguån cobalt-60. TÊt c¶ c¸c nguyªn tö cobalt-60 sÏ ph©n r·, c−êng ®é vµ ho¹t ®é phãng x¹ cña nguån cobalt sÏ gi¶m, gi¶m ®Õn 50% trong kho¶ng 5.27 n¨m, hoÆc gi¶m kho¶ng 12% mçi n¨m. §Þnh kú, c¸c bót ch× cobalt-60 ®−îc n¹p thªm vµo b¶ng nguån ®Ó ®¶m b¶o c«ng suÊt cña thiÕt bÞ chiÕu x¹. C¸c bót ch× cobalt-60 cuèi cïng ®−îc th¸o dì khái b¶ng nguån khi ho¹t ®é cña nã cßn l¹i rÊt thÊp, th«ng th−êng sau 20 n¨m sö dông.
  11. H×nh 4. BiÓu ®å minh ho¹ cÊu t¹o cña mét b¶ng nguån ®iÓn h×nh tõ c¸c thanh nguån phãng x¹, c¸c bót ch× nguån vµ c¸c m«®un (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada).
  12. H×nh 5. BiÓu ®å ph©n r· cña h¹t nh©n cobalt-60. Nh×n chung, c¸c bót ch× nguån ®−îc tr¶ l¹i nhµ cung cÊp ®Ó t¸i sö dông, t¸i chÕ hoÆc lo¹i bá. Trong kho¶ng 50 n¨m, th× 99.9% cobalt-60 sÏ ph©n r· thµnh nickel kh«ng phãng x¹. HiÖn nay, thèng kª toµn bé vÒ cobalt-60 trªn toµn thÕ giíi cã tæng ho¹t ®é h¬n 250 triÖu Curie [6]. Do ®ã, c¸c lß ph¶n øng cña c¸c nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n ®ãng vai trß rÊt quan träng, mang l¹i lîi Ých cho cuéc sèng cña chóng ta th«ng qua viÖc sö dông nguån phãng x¹ cobalt-60 trong y tÕ còng nh− lµ c¸c øng dông cña bøc x¹ víi quy m« c«ng nghiÖp. M¤ T¶ ThiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma Giíi thiÖu tæng quan vÒ thiÕt bÞ chiÕu x¹. Trong mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ lín, th× buång chiÕu x¹, n¬i s¶n phÈm ®−îc xö lý b»ng bøc x¹ lµ trung t©m cña thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®ã (xem h×nh 6). C¸c thµnh phÇn chÝnh kh¸c cña mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ c«ng nghiÖp bao gåm: - BÓ b¶o vÖ b¶ng nguån phãng x¹ cobalt-60 (kh« hoÆc −ít), - §éng c¬ n©ng-h¹ nguån phãng x¹ - T−êng b¶o vÖ xung quanh nhµ nguån, - B¶ng (phßng) ®iÒu khiÓn, - C¸c thïng chøa (vËn chuyÓn) s¶n phÈm, - HÖ thèng b¨ng t¶i ®−a s¶n phÈm vµo/ra buång chiÕu x¹,
  13. - HÖ thèng kho¸ liªn ®éng ®Ó kiÓm so¸t vµ ®¶m b¶o an toµn cho qu¸ tr×nh chiÕu x¹ - Khu vùc n¹p vµ dì s¶n phÈm, vµ - C¸c trang thiÕt bÞ phô trî. Nguån bøc x¹ ®Æt t¹i buång chiÕu x¹ (trong suèt qu¸ tr×nh chiÕu x¹) hoÆc ë bÓ b¶o qu¶n ®−îc che ch¾n-b¶o vÖ bøc x¹ (th−êng ®−îc ®Æt bªn d−íi buång chiÕu x¹), cã thÓ b¶o qu¶n kh« hoÆc −ít. Ph¶i ®¶m b¶o che ch¾n-b¶o vÖ phãng x¹ bëi t−êng b»ng vËt liÖu r¾n (®èi víi bÓ b¶o qu¶n kh«) hoÆc bëi n−íc (®èi víi b¶o qu¶n −ít) ®Ó sao cho c¸n bé, c«ng nh©n viªn cã thÓ lµm viÖc ®−îc trong buång chiÕu, vÝ dô c¸c ho¹t ®éng b¶o d−ìng, khi nguån phãng x¹ ë vÞ trÝ bÓ b¶o qu¶n. N−íc cã mét sè ®Æc tÝnh cã thÓ mong muèn nh− lµ mét vËt liÖu che ch¾n; nã lµ chÊt láng dÔ phï hîp ®Ó truyÒn nhiÖt, vµ nã cßn trong suèt. §èi víi mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ cã nguån phãng x¹ b¶o qu¶n −ít th× gÇn nh− tÊt c¶ c¸c vËt liÖu ®−îc sö dông ®Ó chÕ t¹o b¶ng nguån, hÖ thèng èng dÉn, vµ c¸c èng chøa nguån ®Òu b»ng thÐp kh«ng rØ, nh»m chãng sù ¨n mßn ®iÖn. Xung quanh buång chiÕu x¹ lµ t−êng b¶o vÖ bøc x¹, nã còng ®−îc xem nh− lµ t−êng b¶o vÖ sinh häc, nh×n chung nã bao gåm mét t−êng bª t«ng ®ñ dÇy (th−êng víi bÒ dÇy 2 mÐt) ®Ó lµm suy gi¶m bøc x¹ ph¸t ra tõ nguån, sao cho gi÷ cho møc phãng x¹ t¹i khu vùc phßng ®iÒu khiÓn gÇn víi ph«ng phãng x¹ tù nhiªn. T−êng bª t«ng ®ã ®−îc x©y dùng theo kiÓu rÝch r¾c sao cho s¶n phÈm chiÕu x¹ cã thÓ di chuyÓn vµ ph¶i ®¶m b¶o gi¶m ®−îc bøc x¹ t¸n x¹ ®Õn phßng ®iÒu khiÓn, n¬i nh©n viªn vËn hµnh cã thÓ kiÓm so¸t hoÆc ®iÒu khiÓn sù dÞch chuyÓn cña nguån phãng x¹ vµ s¶n phÈm. §éng c¬ cña hÖ b¨ng t¶i s¶n phÈm cã thÓ ®¬n gi¶n hoÆc cã thÓ kh¸ phøc t¹p phô thuéc vµo thiÕt kÕ cña thiÕt bÞ chiÕu x¹. §èi víi thiÕt kÕ ®Ó chiÕu x¹ liªn tôc (nh− ®· chØ ra trong h×nh 6), th× c¸c thïng s¶n phÈm (h×nh 6) ®−îc dÞch chuyÓn xung quanh nguån bøc x¹ bëi hÖ b¨ng t¶i xuyªn qua buång chiÕu x¹.
  14. H×nh 6. S¬ ®å khèi toµn c¶nh cña mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma ®iÓn h×nh, nguån phãng x¹ b¶o qu¶n −ít (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada).
  15. §èi víi qu¸ tr×nh chiÕu x¹ cè ®Þnh, th× nguån phãng x¹ ®−îc dÞch chuyÓn ®Õn buång chiÕu sau khi c¸c thïng chøa s¶n phÈm ®· ®−îc xÕp, ®Æt t¹i ®ã ®Ó chiÕu x¹. ThiÕt bÞ chiÕu x¹ còng cÇn bè trÝ c¸c khu vùc ®Ó l−u tr÷ c¸c s¶n phÈm ch−a xö lý vµ c¸c s¶n phÈm ®· xö lý. Yªu cÇu th«ng th−êng ®èi víi thiÕt kÕ thiÕt bÞ chiÕu x¹ lµ hai lo¹i s¶n phÈm nãi trªn kh«ng ®−îc phÐp lÉn lén víi nhau mét c¸ch kh«ng cè ý (chó ý hµng rµo ng¨n c¸ch trong h×nh 6). Vµ tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ còng ph¶i ®−îc trang bÞ c¸c phßng thÝ nghiÖm phï hîp ®Ó thùc hiÖn c¸c phÐp ®o liÒu. Mét sè thiÕt bÞ chiÕu x¹ còng cÇn trang bÞ mét phßng thÝ nghiÖm vi sinh hoÆc mét phßng thÝ nghiÖm kiÓm tra vËt liÖu. c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma c¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ. Cã mét sè lo¹i nguån chiÕu x¹ phï hîp víi quy m« c«ng nghiÖp. Do ®ã, mét nhµ thiÕt kÕ thiÕt bÞ chiÕu x¹ cã n¨ng lùc dÔ dµng chän lùa mét lo¹i nguån phï hîp nhÊt cho môc ®Ých chiÕu x¹ c«ng nghiÖp. ThiÕt kÕ mét nguån chiÕu x¹ thay ®æi tõ lo¹i nhá, nã phï hîp cho nghiªn cøu vÒ bøc x¹, ®Õn lo¹i rÊt lín, nã ®¸p øng cho viÖc xö lý hµng tr¨m tÊn s¶n phÈm mçi ngµy. Nh÷ng kh¸c biÖt chÝnh gi÷a c¸c nguån chiÕu x¹ lµ tæng ho¹t ®é phãng x¹ cña nguån (VÝ dô, tæng ho¹t ®é cña cobalt) vµ ph−¬ng thøc dÞch chuyÓn c¸c s¶n phÈm trong buång chiÕu x¹. Bªn c¹nh ®ã, ph−¬ng thøc vËn hµnh cña nguån phãng x¹ còng cã thÓ ®−îc lùa chän sao cho phï hîp víi mét øng dông riªng. Thªm vµo ®ã, c¸c nhµ s¶n xuÊt cã thÓ vµ sÏ thay ®æi thiÕt kÕ cña mét nguån chiÕu x¹ sao cho phï hîp h¬n víi c¸c yªu cÇu riªng. C¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ c¬ b¶n ®èi víi tÊt c¶ c¸c nguån chiÕu x¹ lµ: - §¹t ®−îc n¨ng l−îng hiÖu dông tèi ®a cña bøc x¹ - §¹t ®−îc ®é ®ång liÒu t−¬ng ®èi trong s¶n phÈm, vµ - §¶m b¶o an toµn vµ vËn hµnh ®¬n gi¶n. C¸c nguyªn t¾c nµy lu«n kÕt hîp chÆt chÏ víi c¸c yÕu tè thiÕt kÕ sau ®©y, nã ®· ®−îc c«ng nhËn tõ khi chiÕu x¹ c«ng nghiÖp míi ra ®êi vµ ®−îc thùc hiÖn tèt: - C¸c bót ch× nguån cobalt-60 ®−îc bäc hai líp, - BÓ b¶o qu¶n nguån phãng x¹ b»ng n−íc (chèng ion ho¸), - Mét vµi líp (d·y) s¶n phÈm xung quanh nguån phãng x¹, vµ - T−êng b¶o vÖ sinh häc d¹ng rÝch r¾c ®−îc lµm b»ng bª t«ng cã mËt ®é theo ®óng tiªu chuÈn. thiÕt kÕ c«ng suÊt vµ ho¹t ®é cho nguån phãng x¹ C«ng suÊt xö lý s¶n phÈm chñ yÕu phô thuéc vµo ho¹t ®é hiÖn t¹i cña nguån phãng x¹ ®−îc l¾p ®Æt vµ c¸c yªu cÇu vÒ liÒu bøc x¹. Ho¹t ®é cña nguån cã thÓ thay ®æi tõ hµng chôc kCi ®Õn vµi MCi. Ho¹t ®é khi l¾p ®Æt lu«n nhá h¬n ho¹t ®é cùc ®¹i ®èi víi nguån chiÕu x¹ ®· ®−îc thiÕt kÕ, mµ nã liªn quan ®Õn “c«ng suÊt khi thiÕt kÕ”. ViÖc lùa chän mét
  16. c«ng suÊt theo thiÕt kÕ dùa vµo c¸c yªu cÇu vÒ liÒu ®èi víi c¸c øng dông ®· ®−îc x¸c ®Þnh vµ c«ng suÊt tèi ®a xö lý s¶n phÈm hµng n¨m ®−îc kú väng trong suèt qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕu x¹, bao gåm c¶ c¸c yªu cÇu trong t−¬ng lai. Th«ng th−êng, cÇn thö nghiÖm khi b¾t ®Çu vËn hµnh mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ víi nguån cã ho¹t ®é nhá h¬n (nh− nh÷ng yªu cÇu hiÖn t¹i) so víi thùc tÕ thiÕt kÕ cña nã, vµ sau ®ã n¹p thªm dÇn cobalt vµo b¶ng nguån cho b»ng víi yªu cÇu. Mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ kh«ng ®−îc cÊp phÐp khi ho¹t ®é phãng x¹ cña nguån lín h¬n c«ng suÊt ®−îc thiÕt kÕ bëi v× nã ®· ®−îc thiÕt kÕ cho c«ng suÊt ®· ®Þnh, ®Æc biÖt lµ ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ che ch¾n phãng x¹. B¶ng II chØ ra ph©n bè c«ng suÊt thiÕt kÕ vµ ho¹t ®é phãng x¹ ®−îc l¾p ®Æt hiÖn nay cña 165 thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma th−¬ng m¹i, mµ chóng ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu nãi trªn [10,11]. SuÊt liÒu trong s¶n phÈm chiÕu x¹ cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn ho¹t ®é phãng x¹ cña nguån ®−îc l¾p ®Æt. KiÓm so¸t liÒu hÊp thô ®−îc chØ ®Þnh b»ng c¸ch ®iÒu chØnh thêi gian chiÕu x¹ hoÆc tèc ®é hÖ b¨ng t¶i. ChØ cÇn sù suy gi¶m cña ho¹t ®é nguån phãng x¹ do sù ph©n r· phãng x¹; nÕu kh«ng ®−îc xem xÐt th× nã cã thÓ ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ - c¶ vÒ tµi chÝnh còng nh− lµ kÕ ho¹t ho¹t ®éng cña ®¬n vÞ. Ho¹t ®é cña mét nguån cobalt-60 hµng n¨m gi¶m kho¶ng 12%. Do vËy, nhµ vËn hµnh thiÕt bÞ chiÕu x¹ cÇn bï b¾p cho l−îng ho¹t ®é bÞ mÊt ®i nµy (nã lµm gi¶m c¶ suÊt liÒu) b»ng viÖc t¨ng thªm thêi gian chiÕu x¹ kho¶ng 1% mçi th¸ng ®Ó s¶n phÈm nhËn ®−îc ®ñ liÒu yÒu cÇu. Th«ng th−êng thêi gian chiÕu x¹ trë nªn dµi h¬n, kh«ng ®¸p øng ®−îc trong thùc tÕ (lµm gi¶m c«ng suÊt xö lý s¶n phÈm), cho nªn yªu cÇu ®−îc ®Æt ra lµ cÇn n¹p thªm c¸c bót ch× cobalt-60 vµo b¶ng nguån (bæ sung nguån) sau nh÷ng kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh, ®iÒu nµy phô thuéc vµo c¸c yªu cÇu xö lý s¶n phÈm. HiÖn nay, th«ng th−êng ®èi víi c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ th−¬ng m¹i th× n¨ng l−îng hiÖu dông ph¸t ra tõ nguån phãng x¹ mµ s¶n phÈm hÊp thô ®−îc lµ 30%. Do ®ã, mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ víi ho¹t ®é nguån cobalt-60 lµ 1 MCi (1 triÖu Ci) th× sÏ xö lý ®−îc 4 tÊn (Mg) s¶n phÈm mçi giê víi liÒu cùc tiÓu lµ 4 kGy (th−êng ®èi víi chiÕu x¹ thùc phÈm). NÕu liÒu yªu cÇu lµ 25 kGy (¸p dông cho khö trïng c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ), th× c«ng suÊt xö lý sÏ gi¶m chØ cßn 0.65 tÊn mét giê. liÒu xö lý vµ liÒu chØ ®Þnh LiÒu xö lý lµ liÒu cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu øng mong muèn ®èi víi s¶n phÈm, nã ®−îc x¸c ®Þnh th«ng qua nghiªn cøu vÒ bøc x¹, nã liªn quan ®Õn viÖc x¸c ®Þnh mèi quan hÖ liÒu-hiÖu øng cña s¶n phÈm/hiÖu øng trong c¸c øng dông khö trïng c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ hoÆc lµm gi¶m sè l−îng vi khuÈn g©y ®éc trong thÞt gµ. Nh×n chung, kÕt qu¶ cña viÖc nghiªn cøu nãi trªn lµ t×m hiÓu vÒ hai lo¹i giíi h¹n vÒ liÒu: giíi h¹n liÒu thÊp víi liÒu cùc tiÓu ®−îc yªu cÇu ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu øng mong muèn trong s¶n phÈm, vµ giíi h¹n liÒu cao ®−îc x¸c ®Þnh nh»m ®¶m b¶o r»ng bøc x¹ sÏ kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm (ch¼ng h¹n nh−: c¸c thµnh phÇn nhùa trong c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ cã thÓ trë nªn bÞ gißn-g·y, hoÆc c¸c lo¹i gia vÞ cã thÓ bÞ mÊt ®i h−¬ng vÞ). B¶ng II. Ph©n bè c«ng suÊt thiÕt kÕ vµ ho¹t ®é cña c¸c nguån phãng x¹ ®−îc l¾p ®Æt theo vïng l∙nh thæ ®èi víi 165 thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma th−¬ng m¹i Ho¹t ®é cña nguån Trªn Ch©u §«ng Ch©u Ch©u Nam T©y ¸ cobalt-60 (kCi) toµn phi ¸ vµ ©u Mü la mü
  17. thÕ th¸i tinh giíi b×nh d−¬ng Kh«ng sö 28 3 9 12 0 1 3 C«ng dông* suÊt 15-500 47 1 41 2 2 1 0 thiÕt 500-100 37 0 23 9 3 0 2 kÕ >1000 53 1 13 8 4 27 0 Kh«ng sö 70 0 44 11 1 14 0 Ho¹t dông* ®é 15-500 53 4 28 12 4 1 4 hiªn 500-100 14 1 5 3 3 1 1 t¹i >1000 28 0 9 5 1 13 0 (*): - Th«ng tin kh«ng chÝnh thøc, - Kh«ng sö dông ®Ó chiÕu x¹ th−¬ng m¹i. Th«ng th−êng, mçi s¶n phÈm/qu¸ tr×nh cÇn quan t©m ®Õn hai giíi h¹n vÒ liÒu nãi trªn, vµ c¸c gi¸ trÞ nµy x¸c ®inh kh¶ n¨ng cã thÓ chÊp nhËn d¶i liÒu ®Ó sao cho tÊt c¶ c¸c phÇn cña s¶n phÈm sÏ nhËn ®−îc liÒu trong d¶i ®ã. C¸c gi¸ trÞ giíi h¹n vÒ liÒu nµy, ®Æc biÖt ®èi víi c¸c s¶n phÈm th«ng th−êng nh− thùc phÈm vµ c¸c s¶n phÈm ch¨m sãc søc khoÎ ph¶i ®−îc quy ®Þnh bëi c¸c c¬ quan cã thÈm quyÒn cña quèc gia. Tû sè gi÷a giíi h¹n liÒu cùc ®¹i vµ giíi h¹n liÒu cùc tiÓu cã thÓ ®−îc xem nh− tû sè giíi h¹n liÒu. Trong qu¸ tr×nh xö lý chiÕu x¹, c¸c bøc x¹ gamma t−¬ng t¸c víi s¶n phÈm th«ng qua mét sè lo¹i t−¬ng t¸c nguyªn tö, ch¼ng h¹n nh− t¸n x¹ Compton, hiÖu øng quang ®iÖn vµ qu¸ tr×nh t¹o cÆp [12]. Th«ng qua c¸c lo¹i t−¬ng t¸c nµy vµ kÕt qu¶ lµ nã sÏ truyÒn n¨ng l−îng cho s¶n phÈm, do ®ã s¶n phÈm nhËn ®−îc liÒu bøc x¹. c−êng ®é bøc x¹ bÞ gi¶m khi xuyªn qua s¶n phÈm, dÉn ®Õn viÖc gi¶m liÒu theo bÒ dµy cña s¶n phÈm.
  18. H×nh 7. Ph©n bè liÒu-chiÒu s©u trong mét thïng s¶n phÈm ®−îc chiÕu x¹ tõ hai mÆt b»ng nguån cobalt-60. §−êng cong ‘a’ minh ho¹ ph©n bè liÒu-chiÒu s©u khi s¶n phÈm chØ ®−îc chiÕu x¹ tõ mét mÆt (nguån ë vÞ trÝ ‘a’). t−¬ng tù, khi nguån ë vÞ ttrÝ ‘b’, ph©n bè liÒu- chiÒu s©u ®−îc minh ho¹ bëi ®−êng cong ‘b’. Do vËy, tæng liÒu chiÕu x¹ tõ hai mÆt cña thïng s¶n phÈm ®−îc thÓ hiÖn b»ng ®−êng cong ‘a+b’. Chó ý r»ng liÒu tæng céng nµy lµ ®ång ®Òu h¬n so víi tr−êng hîp chØ chiÕu x¹ tõ mét mÆt cña thïng s¶n phÈm (®−êng cong ‘a’ hoÆc ‘b’). §iÒu nµy ®−îc xem nh− ph©n bè liÒu-chiÒu s©u (xem h×nh 7, ®−êng cong a hoÆc b). Tèc ®é suy gi¶m liÒu phô thuéc vµo thµnh phÇn vµ mËt ®é cña s¶n phÈm, còng nh− lµ n¨ng l−îng cña bøc x¹ gamma. Bªn c¹nh ®ã, sù thay ®æi cña liÒu theo chiÒu s©u còng t¹o nªn sù kh¸c biÖt vÒ liÒu theo c¸c mÆt bªn. Sù thay ®æi vÒ liÒu nµy phô thuéc vµo cÊu h×nh chiÕu x¹. C¶ hai sù thay ®æi vÒ liÒu ®ã g©y nªn sù kh«ng ®ång ®Òu vÒ liÒu ®−îc chØ ®Þnh ®èi víi s¶n phÈm. Sù chªnh lÖch vÒ liÒu trong s¶n phÈm ®−îc chiÕu x¹ lµ kh«ng thÓ tr¸nh khái ®−îc. Mét ph−¬ng ph¸p ®−îc chÊp nhËn ®Ó miªu t¶ sù kh«ng ®ång liÒu nµy lµ kh¸i niÖm tû sè ®ång liÒu (DUR), nã lµ tû sè gi÷a gi¸ trÞ liÒu cùc ®¹i vµ liÒu cùc tiÓu trong mét thïng s¶n phÈm. Tû sè nµy t¨ng theo mËt ®é cña s¶n phÈm vµ kÝch th−íc cña thïng s¶n phÈm (xem h×nh 8). HÖ sè ®ång liÒu (DUR)
  19. H×nh 8. Sù phô thuéc cña hÖ sè ®ång liÒu (DUR) vµo mËt ®é s¶n phÈm ®èi víi hai cÊu h×nh cña thiÕt bÞ chiÕu x¹ (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada). Tû sè nµy cã thÓ tiÖm cËn ®Õn sù ®ång nhÊt (vÝ dô, nhá h¬n 1.05) ®èi víi c¸c mÉu nghiªn cøu bøc x¹, khi mµ môc ®Ých nghiªn cøu nh»m x¸c ®Þnh mèi t−¬ng quan gi÷a hiÖu øng bøc x¹ vµ liÒu hÊp thô trong mÉu. Nh×n chung, ®iÒu nµy cã thÓ ®¹t ®−îc b»ng c¸ch gi¶m kÝch th−íc cña mÉu. §èi víi chiÕu x¹ c«ng nghiÖp th× kh«ng thÓ ®¹t ®−îc hÖ sè ®ång liÒu nh− vËy v× c¸c lý do kinh tÕ. Mét thïng s¶n phÈm th−êng cã kÝch th−íc lµ 60 cm x 50 cm x 150 cm, vµ mét sè thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®−îc thiÕt kÕ ®Ó chiÕu x¹ c¶ gi¸ s¶n phÈm cã kÝch th−íc 120cm x 100 cm x 150 cm. HÖ sè ®ång liÒu sÏ trë nªn cã ý nghÜa h¬n sù ®ång nhÊt trong c¸c thïng s¶n phÈm lín ®ã. Tuy nhiªn, may m¾n lµ vÊn ®Ò quan träng nhÊt trong c¸c øng dông lµ tån t¹i mét d¶i liÒu réng mµ cã thÓ ®−îc chÊp nhËn ®Ó ®¹t ®−îc hiÖu øng mong muèn mµ kh«ng ¶nh h−ëng xÊu ®Õn chÊt l−îng s¶n phÈm. VÝ dô nh−, tû sè giíi h¹n liÒu trong kho¶ng 1.5 ®Õn 3 ¸p dông cho nhiÒu øng dông, ®«i khi cã thÓ lín h¬n phô thuéc vµo s¶n phÈm vµ qu¸ tr×nh chiÕu x¹. Do ®ã, nguyªn t¾c h−íng dÉn lµ: HÖ sè ®ång liÒu ®o ®−îc ph¶i nhá h¬n hÖ sè giíi h¹n liÒu ®−îc quy ®Þnh cho øng dông ®ã. Cã hai c¸ch ®Ó gi¶m hÖ sè ®ång liÒu trong thïng s¶n phÈm (tøc lµ lµm cho liÒu hÊp thô trong s¶n phÈm trë nªn ®ång ®Òu h¬n). Sù thay ®æi liÒu theo chiÒu s©u cña s¶n phÈm ®−îc gi¶m dÔ dµng b»ng c¸ch chiÕu x¹ tõ nhiÒu h¬n mét mÆt cña thïng s¶n phÈm (nh− ®−îc minh ho¹ trong h×nh 7). §iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn ®−îc b»ng viÖc quay thïng s¶n phÈm trong qu¸ tr×nh chiÕu x¹ hoÆc thïng s¶n phÈm chuyÓn ®éng xung quanh nguån phãng x¹. TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ¸p dông mét trong hai ph−¬ng thøc nµy nh»m môc ®Ých gi¶m hÖ sè ®ång liÒu. Còng cã mét sè ph−¬ng ph¸p ®Ó gi¶m sù thay ®æi vÒ liÒu t¹i c¸c vÞ trÝ trªn mÆt bªn c¹nh cña thïng s¶n phÈm, ®ã lµ bè trÝ c¸c bót ch× nguån cã ho¹t ®é cao h¬n gÇn hai bªn cña b¶ng nguån (lµm gi·n réng vïng ho¹t cña nguån), vµ s¾p xÕp c¸c thïng s¶n phÈm sao cho c©n ®èi víi nguån phãng x¹ (nguån lÊn qua s¶n phÈm hoÆc ng−îc
  20. l¹i). C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ kh¸c ¸p dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó gia t¨ng sù ®ång ®Òu cña liÒu hÊp thô trong s¶n phÈm. C¸c lo¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Tr¶i qua nhiÒu n¨m, c¸c nhµ s¶n xuÊt vµ c¸c nhµ cung cÊp thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®· cã rÊt nhiÒu nç lùc nh»m ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu gia t¨ng cña ngµnh c«ng nghiÖp chiÕu x¹. C¸c yÕu tè chÝnh ®−îc tËp chung lµ c¸c vÊn ®Ò: hiÖu qu¶ xö lý b»ng bøc x¹, sù ®ång ®Òu vÒ liÒu trong s¶n phÈm, sù tin cËy hoµn toµn vÒ thêi gian vµ ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ chiÕu x¹. C¸c vÊn ®Ò nµy ®· ®−îc c¶i thiÖn ®Òu ®Æn theo thêi gian. C¸c phÐp ®o nµy mang l¹i kÕt qu¶ lµ c¸c quy m« vµ thiÕt kÕ kh¸c nhau cña c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®ã cã thÓ phï hîp cho c¸c øng dông riªng biÖt. Do ®ã, c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ quy m« th−¬ng m¹i cã thÓ ®¸p øng víi hÇu hÕt c¸c yªu cÇu trong c«ng nghiÖp xö lý chiÕu x¹. Bªn c¹nh ®ã, c¸c thiÕt kÕ cã thÓ c¶i tiÕn cho phï hîp h¬n víi c¸c yªu cÇu riªng cña mét øng dông. C¸c kh¸i niÖm vÒ thiÕt kÕ kh¸c vµ mét sè thiÕt kÕ riªng cña thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®−îc th¶o luËn trong tµi liÖu tham kh¶o [13]. VÒ c¬ b¶n, c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma cã thÓ ph©n thµnh hai nhãm sau: C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®éc lËp, vµ C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®a n¨ng. C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®éc lËp (theo ph©n lo¹i cña IAEA lµ lo¹i I vµ III) C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ ®éc lËp ®−îc thiÕt kÕ riªng cho nghiªn cøu vµ c¸c øng dông víi yªu cÇu liÒu thÊp vµ c«ng suÊt nhá, còng nh− lµ chiÕu x¹ m¸u ®Ó phßng tr¸nh TA- GVHD vµ ®Ó diÖt c«n trïng ®èi víi c¸c ch−¬ng tr×nh kiÓm so¸t c«n trïng g©y h¹i. PhÇn lín c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ lo¹i nµy cã nguån phãng x¹ b¶o qu¶n kh« vµ ho¹t ®é phãng x¹ cña nguån giíi h¹n vµo kho¶ng 25 kCi (xem h×nh 9). C¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ lo¹i nµy, nguån phãng x¹ ®Æt ë trong buång chiÕu (cã thÓ lµ nguån cobalt-60 hoÆc caesium-137) ®−îc che ch¾n b»ng t−êng ch× hoÆc vËt liÖu t−¬ng tù, vµ cã ®éng c¬ ®Ó dÞch chuyÓn mÉu tõ vÞ trÝ n¹p ®Õn vÞ trÝ chiÕu x¹. C¸c nguån chiÕu x¹ lo¹i nµy cã thÓ ®−îc ®Æt rÊt thuËn tiÖn t¹i mét phßng thÝ nghiÖm hoÆc mét buång chiÕu mµ kh«ng cÇn ph¶i che ch¾n thªm. Nh÷ng −u ®iÓm c¬ b¶n cña c¸c nguån chiÕu x¹ nhá nµy lµ l¾p ®Æt vµ vËn hµnh chóng dÔ dµng, chóng t¹o ra suÊt liÒu cao vµ ®¹t ®−îc sù ®ång liÒu tèt, vµ ®iÒu nµy rÊt cÇn thiÕt cho c«ng t¸c nghiªn cøu vÒ bøc x¹. C¸c ®Æc tÝnh nµy ®¹t ®−îc do mÉu ®−îc ®Æt víi c¸c bót ch× nguån bao quanh, v× thÕ nã nhËn ®−îc bøc x¹ tõ tÊt c¶ c¸c h−íng. C¸c nguån chiÕu x¹ lo¹i nµy chØ giíi h¹n ®Æt ®−îc c¸c mÉu cã thÓ tÝch tõ 1-5 lÝt. Tuy nhiªn, kÝch th−íc nµy lµ hoµn toµn ®¸p øng cho c¸c mÉu nghiªn cøu vµ chiÕu x¹ quy m« nhá. §Ó chiÕu x¹, th× mÉu ®−îc ®Æt trong buång chiÕu t¹i vÝ trÝ n¹p (®−îc b¶o vÖ-che ch¾n hoµn toµn), vµ thêi gian chiÕu x¹ ®−îc ®Æt sao cho mÉu nhËn ®−îc liÒu ®· ®−îc chØ ®Þnh (xem h×nh 9). NhÊn mét nót trªn b¶ng ®iÒu khiÓn ®Ó buång chiÕu cïng víi mÉu sÏ tù ®éng dÞch chuyÓn ®Õn vÞ trÝ chiÕu x¹ vµ nã sÏ quay l¹i vÞ trÝ dì mÉu ra (®−îc che ch¾n) khi kÕt thóc qu¸ tr×nh chiÕu x¹.