các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

200
lượt xem 81
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ lời nói đầu công nghệ bức xạ là một trong những lĩnh vực đ−ợc IAEA trợ giúp và thúc đẩy phát triển, có một số ch−ơng trình đ−ợc thiết lập. tạo điều kiện cho việc ứng dụng công nghệ bức xạ ở các n−ớc thành viên đang phát triển. Xem xét trong tài liệu này, sổ tay về “các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ” đ−ợc soạn thảo miêu tả các thiết bị chiếu xạ gamma khác nhau có thể...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ

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
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.
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.
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
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].
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).
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
®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
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.
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.
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).
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,
- 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.
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).
§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
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
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.
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)
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
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.