Bài viết này cung cấp cho độc giả cái nhìn tổng quan về thực trạng trường chuẩn liều và đề cập một số yêu cầu chung đối với công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều bức xạ ion hóa chiếu ngoài tại các cơ sở hiệu chuẩn trong toàn quốc.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÔNG TÁC HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LIỀU BỨC XẠ ION HĨA CHIẾU NGỒI TẠI VIỆT NAM Lê Ngọc Thiệm cộng Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hiệu chuẩn thiết bị đo liều xạ ion hóa chiếu ngồi nhằm khẳng định chúng hoạt động bình thường theo chức nhà sản xuất phục vụ công tác quản lý nhà nước đánh giá đảm bảo an toàn xạ chiếu xạ tia X, tia gamma neutron Công tác hiệu chuẩn Việt Nam ngày hoàn thiện với việc đầu tư trang thiết bị nhân lực năm gần Bài báo cung cấp cho độc giả nhìn tổng quan thực trạng trường chuẩn liều đề cập số yêu cầu chung công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều xạ ion hóa chiếu ngồi sở hiệu chuẩn toàn quốc GIỚI THIỆU phương pháp xác định giá trị thực quy ước Trong trình làm việc với xạ ion hóa khơng đại lượng liều, xác định hệ số chuẩn mang điện (tia X, tia gamma neutron), mối thiết bị đo liều chiếu số sở hiệu nguy hiểm chiếu thường quan tâm chuẩn Việt Nam Để đánh giá an tồn xạ phục vụ cơng tác quản lý nhà nước lĩnh vực này, việc đo đạc TRƯỜNG CHUẨN LIỀU BỨC XẠ ION HÓA đại lượng liều gây chiếu xạ (gọi tắt CHIẾU NGOÀI đại lượng liều) thường thực thông qua thiết bị đo liều tương ứng Để đảm bảo 2.1 Trường chuẩn liều xạ tia X thiết bị hoạt động chức Hiện tại, Việt Nam có 02 trường chuẩn liều nhà sản xuất, công tác hiệu chuẩn cần thực xạ tia X phục vụ công tác hiệu chuẩn thiết bị trước đưa vào sử dụng lần đầu định đo liều tia X dùng đánh giá an toàn xạ kỳ hàng năm [1, 2] (Hình 1) Các đại lượng liều gây chiếu xạ ngồi thơng dụng nhất, thường đo đạc, kể đến sau: Kerma khơng khí - K, tương đương liều môi trường - H* (10), tương đương liều cá nhân H* (10) Đây đại lượng sử dụng q trình hiệu chuẩn thiết bị đo liều gây chiếu xạ ngồi [1] Hình Trường chuẩn liều xạ tia X: (trái) Bài báo trình bày thực trạng công tác xây Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân; (phải) Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh dựng trường chuẩn liều xạ chiếu khác (tia X, tia gamma neutron) Số 69 - Tháng 12/2021 39 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Trường chuẩn liều xạ tia X Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân (VKHKTHN, số 179 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy - Hà Nội) thiết lập vào hoạt động từ hai thập niên trước Gần đây, trường chuẩn trang bị máy phát tia X chuẩn hãng Hopewell Designs Inc (Mỹ, sản xuất năm 2020) có thơng số kỹ thuật giống nhau: điện áp cực đại 160 kV, dòng phát tia cực đại 30 mA, thời gian phát tia đủ dài để đáp ứng phép hiệu chuẩn thiết bị đo liều xạ tia X mức an toàn Các trang thiết bị kèm máy phát tia X kể đến như: tổ hợp phin lọc, buồng ion hóa phẳng song song, hệ thống quan sát truyền hình, Trường chuẩn liều xạ tia X Trung tâm Hạt âm thanh, … nhằm mục đích thiết lập trường nhân thành phố Hồ Chí Minh (TTHN-HCM, số chuẩn tia X tuân thủ yêu cầu ISO 4037 [3-5] 405-407, Đường Cách Mạng Tháng Tám, Phường 2.2 Trường chuẩn liều xạ gamma 13, Quận 10, Tp.HCM) thiết lập từ năm Các trường chuẩn liều xạ gamma có 2019 thơng qua việc trang bị máy phát tia X 04 đơn vị (Hình 2): VKHKTHN; TTHN-HCM; chuẩn hãng Hopewell Designs Inc (sản Viện Nghiên cứu Hạt nhân - Đà Lạt (VNCHN); xuất Mỹ, năm 2019) Viện Hóa học Môi trường Quân - Hà Nội Máy phát tia X chuẩn hai sở hiệu chuẩn (VHHMTQS) Hình Trường chuẩn liều xạ gamma: (a) Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân; (b) Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh; (c) Viện Nghiên cứu Hạt nhân; (d) Viện Hóa học Môi trường Quân 40 Số 69 - Tháng 12/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tại VKHKTHN, trường chuẩn liều xạ gamma sử dụng nguồn phóng xạ 137Cs thiết lập vào hoạt động từ vài thập niên trước Tuy nhiên, đầu năm 2021, trường chuẩn trang bị hệ chiếu chuẩn gamma đa nguồn (sử dụng 02 đồng vị phóng xạ 137Cs 60Co với 06 giá trị hoạt độ khác nhau), cụ thể sau: nguồn 137Cs với 03 giá trị hoạt độ 0,012 Ci; 0,100 Ci; 1,100 Ci (vào tháng năm 2020); nguồn 60Co với 03 giá trị hoạt độ 0,01 Ci; 0,10 Ci; 5,27 Ci (vào tháng năm 2020) Độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn hoạt độ nguồn ước tính khoảng 5% 5%) Tại TTHN-HCM, năm 2019, trang bị 01 nguồn phóng xạ 137Cs với hoạt độ 27 Ci (vào ngày 13 tháng năm 2019, độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn hoạt độ nguồn ước tính khoảng 2.3 Trường chuẩn liều xạ neutron Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều gamma thực từ năm 1980, sử dụng nguồn phóng xạ 60Co Từ năm 2008, sở sử dụng nguồn 137Cs (hoạt độ 200 mCi vào năm 1982, độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn hoạt độ nguồn ước tính khoảng 5%) Tại VHHMTQS, năm 2021 thiết lập trường chuẩn liều gamma sử dụng nguồn 137Cs với hoạt độ 5,5 Ci (vào năm 1974, độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn hoạt độ nguồn 12%, dựa theo chứng chuẩn Liên bang Nga) Các trường chuẩn liều xạ neutron có 03 đơn vị (Hình 3): VKHKTHN, VHHMTQS, VNCHN Hình Trường chuẩn liều xạ neutron: (a) Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân; (b) Viện Hóa học Mơi trường Qn sự; (c) Viện Nghiên cứu Hạt nhân Tại VKHKTHN, trường chuẩn liều xạ neutron xây dựng xác định đặc trưng từ năm 2016 [7-12] Trường chuẩn neutron sử dụng nguồn phóng xạ: 252Cf [7] (hiện không sử dụng nữa, hiệu suất phát neutron thấp), 241Am-Be [8-12] có hiệu suất phát neutron vào ngày 23 tháng 01 năm 2015 1,299 x 107.s-1 (với độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn 1,5%, số liệu từ chứng chuẩn phòng chuẩn cấp I Mỹ) Quá trình xác định đặc trưng liều lượng trường xạ neutron tuân thủ theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 8529 [14-16] ISO 12789 [17, 18] Tại VHHMTQS, trường chuẩn liều xạ neutron xây dựng xác định đặc trưng từ đầu năm 2021 [13] Trường chuẩn neutron sử dụng nguồn đồng vị phóng xạ 239Pu-Be có hiệu suất phát neutron 4,6 x106.s-1 vào năm 1981 (độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn 8%, số liệu từ chứng cấp Liên Bang Nga) Với chu kỳ bán rã 2,41 x 104 năm, hiệu suất phát neutron nguồn xem không thay đổi suốt thời gian sử dụng Quá trình xác định đặc trưng liều lượng trường xạ neutron Số 69 - Tháng 12/2021 41 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN tuân thủ tiêu chuẩn ISO 8529 [14-16] Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều neutron thực từ năm 2005, sử dụng nguồn 241Am-Be có hiệu suất phát neutron 5,6 x 106.s-1 (vào năm 2002, độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn ước tính khoảng 5%) Q trình xác định đặc trưng liều lượng trường xạ neutron cần ý tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế hành [14-18] xác định theo công thức (1) K = NK.R.kP,T.kS (1) đó: NK: hệ số chuẩn buồng ion hóa (chuyển đổi số đọc R buồng ion hóa sang Kerma); kP,T: hệ số hiệu chỉnh số đọc R buồng ion hóa điều kiện áp suất nhiệt độ chuẩn; kS: hệ số chuẩn hóa số đọc R cho hiệu ứng 2.4 Yêu cầu trường chuẩn khác; ví dụ: độ ổn định máy phát tia X, dòng Trước xác định giá trị thực quy ước phát tia, …(với trường chuẩn tia X); hoạt độ đại lượng liều trường chuẩn xạ khác nguồn (với trường chuẩn gamma) nhau, sở hiệu chuẩn cần phải thiết lập 3.2 Giá trị thực quy ước suất thông lượng trường chuẩn xạ với phẩm chất đáp ứng neutron theo phổ trường xạ neutron tiêu chuẩn quốc tế hành (nhằm đảm Sử dụng hệ phổ kế neutron (ví dụ: phổ kế cầu bảo phẩm chất chùm xạ giống Bonner [19], phổ kế hình trụ [20]) kết hợp với sở hiệu chuẩn khác nhau): phần mềm tách phổ [21-23] để đo đạc xác (i) trường chuẩn xạ tia X tia gam- định suất thông lượng neutron phân bố toàn ma, phải tuân thủ tiêu chuẩn ISO 4037-1 [3] phổ, tương ứng với yêu cầu tiêu chuẩn Trong đó, yêu cầu phẩm chất xạ cần ISO [14-18] Nghĩa là, sau bước này, tổng suất đặc biệt quan tâm như: lượng xạ, thơng lượng neutron Φ(E) tồn phổ lượng trung bình tồn phổ, phân giải phổ, giá xác định theo công thức (2), thông qua phân bố trị bề dày làm yếu nửa, hệ số đồng nhất, …; thông lượng neutron vùng lượng (ii) trường chuẩn xạ neutron, phải nhỏ hơn, φi (Ei) tương ứng thỏa mãn tiêu chuẩn ISO 8529 [14(2) 16] ISO 12789 [17, 18] Trong đó, tham số liên quan đến phẩm chất xạ cần quan tâm 3.3 Giá trị thực quy ước đại lượng suất như: lượng trung bình tồn phổ, hệ số liều khác trường chuẩn xạ ion hóa chuyển đổi từ thơng lượng sang đại lượng liều Giá trị thực quy ước đại lượng suất liều tương ứng,… khác (Ĥ) tính tốn theo cơng thức (3) thơng qua giá trị trước đó, P (nghĩa là: K công thức (1), φi (Ei) – công thức (2)) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong đó, h hệ số chuyển đổi (có tài liệu 3.1 Giá trị thực quy ước suất Kerma tham khảo [6]) trường chuẩn xạ tia X tia gamma Ĥ = P.h (3) Sử dụng hệ đo (thường buồng ion hóa) hiệu chuẩn với đại lượng Kerma khơng khí 3.4 Xác định hệ số chuẩn thiết bị đo liều để xác định giá trị thực quy ước suất Kerma xạ ion hóa (K) trường chuẩn xạ photon (tia X Hệ số chuẩn thiết bị đo liều xạ ion tia gamma) khoảng cách định (đảm hóa (ký hiệu là: F) tính tỷ số giá trị bảo yếu tố thực hiệu chuẩn) Giá trị K thực quy ước đại lượng liều cần chuẩn (ký 42 Số 69 - Tháng 12/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN hiệu là: T - giá trị công thức (1-3)) thị thiết bị cần chuẩn đo đạc đại lượng liều chuẩn quan tâm (ký hiệu là: M) Mối quan hệ biểu diễn theo công thức (4) F=T/M tia xạ sử dụng hiệu chuẩn Quá trình hiệu chuẩn cần thực với điều kiện tối ưu, cho, giá trị hệ số chuẩn sử dụng cách hiệu thực tế (4) Giá trị T xác định từ phẩm chất chùm tia xạ giống sở hiệu chuẩn khác nhau, giá trị phải hiệu chuẩn điều kiện tiêu chuẩn Độ không đảm bảo đo T (uT) cần đánh giá Đại lượng liều chuẩn cần rõ chứng chuẩn Giá trị M phải hiệu chỉnh cho yếu tố ảnh hưởng cho điều kiện thiết bị chuẩn đo T thiết bị cần chuẩn đo M giống Độ không đảm bảo đo M (uM) cần đánh giá Giá trị F đặc trưng riêng thiết bị, có chăng, phụ thuộc vào dải đo thiết bị; khơng phụ thuộc vào yếu tố bên ngồi (điều kiện thực chuẩn, phương pháp chuẩn, kích thước phịng chuẩn, …) Độ khơng đảm bảo đo F (uF) cần tính tốn chứng chuẩn Quá trình hiệu chuẩn cần thực với phẩm chất chùm xạ gần với chúng điều kiện đo đạc thực tế tốt, nhằm bảo đảm hệ số chuẩn áp dụng hiệu KẾT LUẬN Việc thiết lập trường chuẩn liều xạ ion hóa cần tuân thủ tiêu chuẩn, khuyến cáo quốc tế, quốc gia Quá trình xác định giá trị thực quy ước đại lượng liều cần chuẩn thực phương pháp khác nhau, nhiên phải đảm bảo giá trị truy xuất nhận diện sở hiệu chuẩn khác Một chứng hiệu chuẩn cần cung cấp cho người sử dụng thông tin sau: hệ số chuẩn độ khơng đảm bảo đo nó, đại lượng liều hiệu chuẩn phẩm chất chùm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Khoa học công nghệ - Bộ Y tế; Thông tư liên tịch số 13/2014/TTLT-BKHCN-BYT: Quy định bảo đảm an toàn xạ y tế [2] International Atomic Energy Agency, Safety Report Series No.16 (2020); Calibration of Radiation Protection Monitoring Instruments [3] International Standard Organization (1996), ISO 4037-1:1996 (E); X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy - Part 1: Radiation characteristics and production methods [4] International Standard Organization (1997), ISO 4037-2:1997 (E); X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy - Part 2: Dosimetry for radiation protection over the energy ranges keV to 1,3 MeV and MeV to MeV [5] International Standard Organization (1999), ISO 4037-3:1999 (E); X and gamma reference radiation for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy - Part 3: Calibration of area and personal dosemeters and the measurement of their response as a function of energy and angle of incidence [6] ICRP Publication 116; “Conversion Coefficients for Radiological Protection for External Radiation Exposures”; Annal of ICRP 40 (2–5) (2010) [7] Le Ngoc-Thiem, Tran Hoai-Nam, Nguyen TuanKhai, Trinh Van-Giap; “Neutron calibration field of a bare (_^252)Cf source in Vietnam”; Nuclear Engineering and Technology, Vol.49, 277–284 (2017) [8] Le Ngoc-Thiem, Tran Hoai-Nam, Nguyen NgocQuynh, Trinh Van-Giap, Nguyen Tuan-Khai; “Characterization of a neutron calibration field with (_^241) Am-Be source using Bonner sphere spectrometers”; Số 69 - Tháng 12/2021 43 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Applied Radiation and Isotopes, Vol.133, 68–74 (2018) [9] Le Ngoc-Thiem, Hoang Sy-Minh-Tuan, Nguyen Ngoc-Quynh, Thiansin Liamsuwan, Tran HoaiNam, “Simulated workplace neutron fields of (_^241) Am-Be source moderated by polyethylene spheres”; Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry; Vol.321, 313–321 (2019) [10] Le Ngoc-Thiem; “Establishment of Neutron Reference Fields in Vietnam: A Review”; Philippine Journal of Science; Vol.149 (3-a), 947-954 (2020) [11] Le Ngoc-Thiem, Nguyen Ngoc-Quynh, Dang Thi-My-Linh, Phan Thi-Huong; “Characteristics of Simulated Workplace Neutron Standard Fields”; Communications in Physics, Vol.30(1) 71-78 (2020) [12] Le Ngoc-Thiem Trinh Van Giap, Nguyen Tuan Khai, Nguyen Huu Quyet; “Neutron calibration field at Institute for Nuclear Science and Technology”; Nuclear Science and Technology, Vol.6(4), 1-7 (2016) [13] Nguyen Minh-Cong, Dinh Tien-Hung, Cao VanHiep, Nguyen Thi-Thoa, Nguyen Ngoc-Quynh, Pham Duc-Khue, Le Ngoc-Thiem; “Trường chuẩn liềune utron nguồn (_^239)Pu-Be”: Thông số đo liều thành phần tổng cộng”; Millitary Journal of Science and Technology, Vol 74 (2021) [14] ISO 8529-1:2001 (E); “Reference neutron radiations – Part 1: Characteristics and methods of production”; International Standard Organization (2001) [15] ISO 8529-2:2001 (E); “Reference Neutron Radiations - Part 2: Calibration Fundamentals of Radiation Protection Devices Related to the Basic Quantities Characterizing the Radiation Field”; International Standard Organization (2001) [16] ISO 8529–3:1998 (E); “Reference neutron radiations – Part: 3: Calibration of area and personal dosimeters and determination of their response as a function of neutron energy and angle of incidence”; International Standard Organization (1998) [17] ISO 12789–1:2008 (E); “Reference radiation felds: simulated workplace neutron felds - Part 1: Characteristics and methods of production”; International Standard Organization (2008) [18] ISO 12789–2:2008 (E); Reference radiation felds: simulated workplace neutron felds - Part 2: Calibration fundamentals related to the basic quantities In- 44 Số 69 - Tháng 12/2021 ternational Standard Organization (2008) [19] Cruzate, J.A., Carelli, J., Gregori, B.; “Bonner sphere spectrometer”; Workshop on Uncertainty Assessment in Computational Dosimetry: a Comparison of Approaches; Bologna, Italia, 8–10 October (2007) [20] Ngoc-Thiem Le, Ngoc-Quynh Nguyen, HuuQuyet Nguyen, Duc-Khue Pham, Minh-Cong Nguyen, Van-Loat Bui, Van-Chung Cao, Van-Hao Duong, Trung H Duong, Hoai-Nam Tran; “Cylindrical neutron spectrometer system: design and characterization”; The European Physical Journal Plus, Vol 136 (6), 690 (2021) [21] Reginatto M, Goldhagen P; “MAXED, A computer code for the deconvolution of multisphere neutron spectrometer data using the maximum entropy method”; Environmental Measurements Laboratory, US-DOE Report EML 595 (1998) [22] Reginatto M; “The “few-channel” unfolding programs in the UMG package: MXD\_FC33, GRV\_ FC33 and IQU\_FC33”; Technical Report Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), version 3.3 (2004) [23] Bedogni R, Domingo C, Esposito A, Fernndez F; “FRUIT: An operational tool for multisphere neutron spectrometry in workplaces Nucl Instrum Methods Phys Res A 580:1301–1309 (2007) ... dụng hệ đo (thường buồng ion hóa) hiệu chuẩn với đại lượng Kerma khơng khí 3.4 Xác định hệ số chuẩn thiết bị đo liều để xác định giá trị thực quy ước suất Kerma xạ ion hóa (K) trường chuẩn xạ photon... đặc trưng liều lượng trường xạ neutron Số 69 - Tháng 12/2021 41 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN tuân thủ tiêu chuẩn ISO 8529 [14-16] Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều neutron... hoạt độ nguồn ước tính khoảng 2.3 Trường chuẩn liều xạ neutron Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều gamma thực từ năm 1980, sử dụng nguồn phóng xạ 60Co Từ năm 2008, sở sử dụng nguồn 137Cs