Các đại lượng và đơn vị đo lường trong an toàn bức xạ docx

Để đặc trưng cho tính chất này của từng mô hoặc từng cơ quan, người ta đưa vào 1 đại lượng gọi là Các trọng số mô đặc trưng cho các mô cơ quan trong cơ thể được cho ở bảng sau: - Định ng

trong an toàn bức xạ

Để hiểu về giới hạn liều bức xạ, chúng ta hãy định nghĩa các đại lượng về liều bức xạ và đơn vị đo chúng, mối quan hệ giữa đơn vị cũ và đơn vị mới

I Hoạt độ phóng xạ.

- Định nghĩa: hoạt độ phóng xạ của một nguồn là số hạt nhân phân rã trong 1 đơn vị thời gian

dN là số hạt nhân phân rã trong thời gian dt

Đơn vị đo: Becquerel: 1 Bq = 1 phân rã trong 1 giây

II Suất liều bức xạ.

- Định nghĩa: Suất liều bức xạ tỷ lệ thuận với hoạt độ bức xạ và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

K là hệ số tỷ lệ và được gọi là hằng số gamma của nguồn Giá trị của K phụ thuộc vào đơn vị đo P,

A, r và được cho ở bảng dưới đây

Từ đó ta có:

dt

dN

A 

2

r

A K

2 1

2 2 r

r P

P 2

1



Mối quan hệ giưã hoạt độ, suất liều, khoảng cách đối với nguồn C0-60

Mối quan hệ giưã hoạt độ, suất liều, khoảng cách đối với

nguồn Ir-192

Hằng số gamma (k) của nguồn

1 Định nghĩa: K là suất liều chiếu của 1 nguồn phóng xạ có hoạt độ là 1 đơn vị gây ra ở khoảng cách là 1 đơn vị khoảng cách.

A Vậy nếu nguồn có hoạt độ là A thì suất liều tại khoảng cách là r sẽ là: P = K

r2

2 Giá trị và đơn vị đo: Tuỳ theo đơn vị đo của A, r, P thì K sẽ có các giá trị và thứ nguyên khác nhau.

-226

Au -198

Na -24

Na -22

-125

h

-mCi h

r2 [ cm ]

R -h

-Ci h

K A [ Ci ]

P [R/h] =

r2 [ m ]

Kg.h

C m2

MBq.Kg h

P [C/h] =

r2 [ m ]

-GBq h

K A[GBq] P[mSv/h] =

r2 [ m ]

Khi nguồn gamma không đơn năng (phát nhiều  năng lượng khác nhau) thì

K = Ki ni , trong đó:

Thí dụ: với nguồn Co-60 thì một phân rã phát ra 2 tia gamma với năng lượng khác nhau nên:

Dựa vào 2 năng lượng này ta tra

Vậy:

Ghi chú:

1- Ngoài ra để tính suất liều ở một khoảng cách nào đó với hoạt độ nguồn đã cho, người ta cho suất liều cách nguồn 1m với hoạt độ là 1 GBq (hoặc 1 Ci) với 1 số nguồn thông thường như sau:

(Manual_ IAEA)

R/h/Ci/m (Health Physics)

Thí dụ 1: Nguồn Ir-192 có hoạt độ 250 GBq Hãy tính suất liều cách nó 20m Biết hằng số Gamma của Ir-192 là 130 Sv/h/ GBq/m hoặc 0,48 R/h/Ci/m

Giải:

1 GBq cách 1m cho suất liều 130 Sv/h

250 GBq cách 20m cho suất liều bằng (130 x 250)/ (20 x 20) = 81,25 Sv/h

Thí dụ 2: Nguôn Ir-192 có hoạt độ 80 Ci Tính suất liều cách nó 10 m ?

Giải: 1 Ci cách 1m cho suất liều 0,48 R/h

80 Ci cách 10 m cho suất liều (0,48 x 80)/ (10 x 10) = 0,384 R/h

2- Để tính nhanh khoảng cách an toàn đối với 1 số nguồn người ta sử dụng công thức thực nghiệm sau (Mặc nhiên đã công nhận suất liều cho phép: P = 1 mr/h = 10 Sv/h)

5,27 năm 0,306 MeV

1,172 MeV 1,332 MeV

Co

60 27

Ni

60 28

) ( 500 )

Đối với nguồn Ir-192:

Đối với nguồn Co-60:

Đối với nguồn Cs-137:

3- Công thức thực nghiệm đơn giản để tính suất liều của 1 nguồn phóng xạ phát tia Gamma:

P là suất liều (Sv/h )

A là hoạt độ nguồn (MBq)

E là năng lượng tia Gamma trong một phân rã (MeV)

r là khoảng cách từ nguồn (m)

Thí dụ: Tính suất liều cách 2 m từ một nguồn Co- 60 có hoạt độ 240 MBq Co-60

phát 2 tia Gamma trong 1 phân rã với năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV

Lời giải:

4 Mối liên hệ giửa khối lượng m(g), hoạt độ phóng xạ a (Ci), số khối lượng A và thời gian

m = 8,86.10 -14 a.A.T 1/2

Thí dụ: Hãy tính hoạt độ của 1g chất phóng xạ Radium (Ra) có A = 226 và T1/2 = 1620 năm Lời giải:

Như vậy 1 Ci bằng hoạt độ phóng xạ của 1 g Ra-226

III Liều hấp thụ

- Định nghĩa: là năng lượng bị hấp thụ bởi 1 đơn vị khối lượng vật chất mà bức xạ đi qua

dm

dE

D 

2

6 r

E A

2 6

r

E A

P 

h Sv x

x

2 6

) 33 , 1 17 , 1 ( 240



m 1(g).10+14

a = = = 1 Ci A.8,86.10-14.T1/2 226.8,86.1260.365.24.3600

) ( 350 1 )

) ( 320 )

r 

dE là năng lượng của bức xạ bị hấp thụ bởi vật chất có khối lượng là dm.

- Đơn vị đo là J/kg; trong ATBX có tên riêng là Gray (Gy)

Đơn vị cũ là rad; 1 Gy = 100 rad

gian

Đơn vị đo là Gy/s

IV Liều tương đương trong cơ quan hoặc trong mô.

- Về mặt sinh học phóng xạ thì không những chỉ độ lớn của liều hấp thụ là quan trọng mà cả loại bức xạ nữa Cùng những liều hấp thụ như nhau nhưng sẽ gây ra các hiệu ứng sinh học khác nhau nếu bị chiếu bởi các bức xạ khac nhau

Để đặc trưng cho mức độ khác nhau này của các loại bức xạ, người ta đưa vào 1 hệ số gọi là

4 Neutron: E < 10 KeV

10 - 100 KeV

100 - 2 MeV

2 MeV - 20 MeV

> 20 MeV

5 10 20 10 5

WR = 5 + 17.e-(ln 2E)2/6

hấp thụ trong mô hoặc cơ quan đó nhân với trọng số của bức xạ tác dụng lên mô hoặc cơ quan đó

H T,R = D T,R W R

dt dm dE

- Đơn vị đo: vì trọng số WR không có thứ nguyên nên đơn vị đo của DT,R cũng là đơn vị đo

Trong an toàn bức xạ có tên riêng là Sievert (Sv)

Đơn vị cũ là Rem 1 Sv = 100 Rem

để tính liều tương đương cho một mô T ta phải tính riêng cho từng loại bức xạ theo từng khoảng năng lượng và cuối cùng là lấy tổng của chúng lại

Đơn vị đo là Sv/s

V Liều hiệu dụng

Các mô khác nhau nhận cùng 1 liều bức xạ như nhau thì tổn thất sinh học cũng khác nhau

Để đặc trưng cho tính chất này của từng mô hoặc từng cơ quan, người ta đưa vào 1 đại lượng gọi là

Các trọng số mô đặc trưng cho các mô (cơ quan) trong cơ thể được cho ở bảng sau:

- Định nghĩa: Liều hiệu dụng tỷ lệ với liều hấp thụ tức là tỷ lệ với liều tương đương

dt dH

Để tính liều hiệu dụng cho cơ thể ta tính liều hiệu dụng cho 1 mô sau đó lấy tổng cho các

mô trong toàn bộ cơ thể:

ET = HT WT

Thí dụ: Kết quả tai nạn ở khoa y học hạt nhân khi sử dụng I-131, trong cơ thể của 1 bác sĩ có 370

KBq (10 mCi), trong đó 74 KBq (2 mCi) đọng lại ở tuyến giáp, 296 KBq (8 mCi) phân bố đồng đều khắp các phần còn lại của cơ thể Bằng các biện pháp kĩ thuật người ta đã tính được liều ở tuyến giáp là 123 mGy (12,3 mrad) và liều toàn thân là 0,26 mGy (26 mrad)

Tính liều hiệu dụng mà bác sỹ đã nhận được

Bác sỹ có bị chiếu quá liều không?

Bài giải 1- E =  W T H T

Với tuyến giáp W T = 0,03

Các phần còn lạI của cơ thể W T = (1- 0,03) = 0,97

E = 0,03 123 + 0,97 0,26 = 3,94 mSv 2- Liều toàn thân cho phép là 20mSv, tuyến giáp là 500mSv

Vậy trong tai nạn này bác sỹ nhận liều rất thấp Nhưng bác sỹ có vượt quá liều cho phép hay không còn phụ thuộc vào liều trước đó trong năm của bác sỹ nữa.

Đơn vị đo là Sv/s

VI Liều tích luỹ

Chất phóng xạ xâm nhập vào cơ thể qua đường tiêu hoá, đường hô hấp và da, nhưng chủ yếu là qua đường tiêu hoá và đường hô hấp và gây ra sự chiếu xạ bên trong cơ thể

Chất phóng xạ này sẽ chiếu xạ các cơ quan trong cơ thể trong 1 thời gian lâu dài cho đến khi chúng bị bài tiết ra ngoài (chu kỳ phân rã sinh học) hoặc phân rã (chu kỳ phân rã vật lý) hoặc một sự hỗn hợp của hai quá trình Vì vậy chất phóng xạ đó gây ra một liều bức xạ cho cơ thể, trong

cả cuộc sống còn lại của con người kể từ khi nó xâm nhập vào cơ thể và chưa bị thải ra ngoài hoặc chưa bị phân rã hết

Liều bức xạ đó được gọi là liều tích luỹ

Thời gian làm việc của 1 nhân viên bức xạ là khoảng 50 năm vì vậy khi tính liều cho một

mô (cơ quan) ta phải lấy tổng (tích phân) suất liều trong thời gian 50 năm

dt

dE

E=TET = THTWT = TWTRDT,RWR

- Tính liều tương đương tích luỹ cho một mô (cơ quan) T: Giả sử suất liều tương đương cho

làm việc là:

- Tính liều hiệu dụng tích luỹ trong toàn bộ cơ thể:

Ta lấy tổng cho tất cả các mô (các cơ quan) trong cơ thể thì ta được liều hiệu dụng tích luỹ trong toàn bộ cơ thể

Đây là đại lượng mà thường được cho trong các bảng quy định các giới hạn liều

VII Liều chiếu (chỉ dùng cho tia X và tia Gamma)

dQ là tổng điện tích các ion cùng dấu được tạo ra trong thể tích không khí ở điều kiện chuẩn

hoàn toàn trong thể tích không khí đó

- Đơn vị đo là C/kg

Đơn vị cũ là Rơntgen

1 Gy = 1 Sv =114 Roentgen

Đơn vị đo là C/kg.s

VIII Kerma (Kinetic Energy Released in MAterial)

- Định nghĩa:

dm

dQ

X 

dt

dX

HT (50) = 50 HT(t) dt

E(50) =  WT HT(50)

dEtr là tổng động năng ban đầu của tất cả các hạt điện tích được giải

- Đơn vị đo là J/kg còn được gọi là Gray

IX Liều tập thể: là sự biểu thị toàn bộ liều bức xạ mà dân chúng phải chịu.

Liều tập thể được định nghĩa như là tích của số người bị chiếu bởi một nguồn phóng xạ với liều bức xạ trung bình của họ

Đơn vị đo là man - Sieverts (man.Sv)

X Liều hiệu dụng tập thể: Để tính liều hiệu dụng tập thể của một vùng dân chúng bị chiếu xạ (do

một tai nạn bức xạ chẳng hạn), ta chia số dân cư này ra làm nhiều nhóm phụ với tiêu chí là mỗi nhóm phụ có liều hiệu dụng cá nhân xấp xỉ bằng nhau

Ta tính liều hiệu dụng tập thể cho từng nhóm sau đó lấy tổng cho tất cả các nhóm Do đó nếu gọi:

Ni là số người trong nhóm thứ i

Hi là liều hiệu dụng trung bình của một cá nhân trong nhóm thứ i thì:

Ni.Hi = là liều hiệu dụng tập thể của nhóm thứ i thì liều hiệu dụng tập thể cho cả vùng dân

cư là:

S =  i Ni.Hi

XI Working Level:

(mức làm việc) được ký hiệu là WL

WL là đại lượng để đo năng lượng tiềm tàng của hạt  phát ra bởi con cháu Radon hoặc con cháu Thoron có trong một đơn vị thể tích không khí khi chúng phân rã hoàn toàn

Working Level Month (mức làm việc tháng) ký hiệu là WLM

Đánh giá mức nguy hiểm của Radon hoặc Thoron :

phóng xạ trong 1 giây của nguyên tử Radon hoặc Thoron

Từ đó người ta đưa ra mối nguy hiểm sau đây:

dm dE

WL Bq/m3 pCi/l

Số người chết do ung thư phổi trên

ngày

X-quang/năm

lá/ngày

trong 1 năm

XII Mối liên hệ giữa đơn vị cũ và đơn vị mới trong ATBX

1 Hoạt độ: (ACTIVITY)

Đôi khi trong đơn vị cũ người ta còn cho đơn vị hoạt độ là milligam Radi tương đương [mgRa] Định nghĩa:

mgRa là hoạt độ phóng xạ của nguồn Gamma nào đó khi nó tạo ra một liều giống như liều chiếu được tạo ra bởi 1 mgRa đặt trong ống bạch kim chiều dày 0,5 mm

Vậy khi nói một nguồn phóng xạ có hoạt độ là AmgRa tức là nguồn đó có hoạt độ phóng xạ của nguồn radi có khối lượng là Amg đặt trong ống bạch kim dày 0,5 mm

Giữa chúng có mối liên hệ:

A[Ci] = 3,7.1010.A[Bq]

A[mCi] = 3,7.107.A[Bq]

] Bq [ ]

mCi [

,

K

γ

γ

10 4 4 4



Trong đó K được gọi là hệ số K của nguồn Nó phụ thuộc vào đơn vị đo và vào các nguồn khác nhau

Giá trị K được cho ở bảng sau đối với các nguồn phóng xạ thường dùng :

K

2. Cường độ bức xạ (Intensity): là năng lượng bức xạ đi qua 1 cm2 trong 1 đơn vị thời gian: Công thức suất liều bức xạ:

cũng đúng cho cường độ bức xạ

3 Liều hấp thụ

bức xạ

4 Liều tương đương, liều hiệu dụng

Liều hấp thụ khi nhân với trọng số bức xạ thì gọi là liều tương đương

Liều tương đương khi nhân với trọng số mô thì gọi là liều hiệu dụng

- Đối với bức xạ gamma thì trọng số bức xạ là 1 Vậy liều tương đương:

2 1

2 2 2

1 d

d P

P



1 rad = 0,01 Gy hoặc 1 Gy = 100 rad

d1

d2

2 1

2 2 2

1

d

d I

I



9 2,1.10 10

4,8.10

1 1





12 3

1,24.10

2,1.10 1,24.10

n n

9 1

2

1 J/kg x1 = 1 Gy x1 = 100 rad x1 = 100 rem = 1 Sv

- Tổng trọng số mô trong toàn bộ cơ thể là 1 Vậy liều hiệu dụng:

1 J/kg x1x1 = 1 Gy x1x1 = 100 rad x1x1 = 100 rem x1 = 1 Sv

Vậy về trị số:

5 Liều chiếu

6 Tìm mối liên hệ giữa rad, Gy, và R

sẽ là:

cặp ion/g không khí

1 Gy = 1 Sv = 100 rad = 100 rem

kg / C

, kg

,

C ).

/ ( g ,

CGSe

6

9

10 2688 0 10

24 1

10 3 1 24 1

1











1 R = 0,2688.10-3 C/kg

1 C/kg = 34 Sv

Gy

, Kg

/ J

, Kg

10

J 10 ,

g / erg , R

-7

3 4

3 87 7 10 87 7 10 7

87 7

87

1 J/kg = 1 Sv = 100 rem = 100 rad  114 R

hoặc 1 rem = 1 rad  1 R

Đây chính là năng lượng được hấp thụ bởi 1 gam không khí chuẩn khi 1R chiếu vào nó

Vậy:

vì đối với các đối tượng khác thì:

Vậy phải tính lại  rất phức tạp  cho ở bảng sau:

Những nguyên tắc cơ bản của An toàn Bức xạ

1 Tính hợp lý của công việc (Justification of Practices)

hội một mối lợi lớn để bù đắp cho những thiệt hại mà nó có thể gây ra Nghĩa là công việc

đó phải chứng minh là có lợi

ăn, nước uống, thuốc tiêm, đồ chơi, đồ trang sức, mỹ phẩm

mà chúng mang lại lớn hơn tổn thất do chúng gây ra

2 Nguyên lý ALARA

being taken into account

Sự chiếu xạ từ bất kỳ 1 nguồn phóng xạ nào, trừ chiếu xạ y tế thì:

- Số người bị chiếu xạ

phải được giữ càng thấp càng tốt, có chú ý đến yếu tố kinh tế và xã hội (nguyên lý

ALARA)

3 Nguyên lý tối ưu hoá của sự bảo vệ (Optimisation of Proctection)

hoá phải được tuân thủ nghiêm ngặt để bảo vệ bệnh nhân Sự tối ưu hoá ở đây được làm bằng cách là chọn các thông số tốt nhất (sao cho liều thấp nhất) để nhận các kết quả mong muốn khi chuẩn đoán hoặc điều trị

sức khoẻ

X+Y

Y

X

Rủi ro

20 mSv/năm

Hoàn

toàn

chấp

nhận

Vùng

60 300 600

1

số người chết/triệu người/năm

X là chi phí cho bảo vệ

Y là chi phí cho tổn thất sức khoẻ

4 Bảo vệ khỏi sự chiếu ngoài (Protection from external exposure) - khoảng cách, thời gian, che chắn: đó là 3 phương pháp bảo vệ thông thường nhất

a Khoảng cách

Càng cách xa nguồn càng tốt, vì hoạt độ (cường độ, suất liều) của nguồn sẽ giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

b Thời gian

gian)

thống thải công cộng

c Che chắn

liều xuống dưới mức cho phép

5 Không có một ngưỡng liều để nói rằng trên đó là nguy hiểm, dưới đó là an toàn Nhưng

người ta vẫn phải chọn 1 ngưỡng liều để phân biệt liều thấp và liều cao Liều cao thì xảy ra hiệu ứng đương nhiên, hiệu ứng sớm; nhưng ở liều thấp thì người ta chưa biết thật chính xác nó biến đổi theo qui luật nào Liều thấp có thể sinh ra các hiệu ứng ngẫu nhiên, hiệu ứng muộn sau vài tháng, vài năm hoặc vài chục năm

Rủi ro (Risk)

Liều (Dose)

6 Giới hạn về liều (Limitation of Doses)

tránh để không ai chịu một sự rủi ro bức xạ do sự chiếu quá giới hạn liều

7 Lựa chọn, cân nhắc khi sử dụng bức xạ

thì không dùng phương pháp phóng xạ

8 An toàn của nguồn (Safety of Sources)

Phải sử dụng tất cả các biện pháp có thể làm được để:

9 Sự can thiệp (Intervention)

biện pháp can thiệp

đại

chi phí do sự can thiệp

9 Chọn vị trí đặt nguồn (Location of Sources)

xạ tiềm ẩn đối với dân chúng

10 Thiết kế và chế tạo nguồn (Design & Construction of Sources)

11 Vận hành và bảo dưỡng nguồn (Operation & Maintenance of Sources)

Phải quan tâm tới sự bảo vệ theo chiều sâu, yếu tố con người, hệ thống kiểm tra thử nghiệm

và kinh nghiệm vận hành

Phải chú ý đến kinh nghiệm vận hành và các bài học học được từ các sự cố bức xạ

Tối ưu hoá của bảo vệ phóng xạ và an ninh của nguồn phải dựa vào quy trình và điều kiện hợp lý

Nhân viên bức xạ phải được đào tạo trong sử dụng và vận hành

Thanh tra, thử nghiệm và bảo dưỡng định kỳ phải tuân theo các quy trình đã được phê chuẩn

Các biện pháp an ninh, các biện pháp kiểm kê, tổ chức và quản lý để bảo vệ và an toàn bao

gồm:

Hệ thống pháp luật

Cơ quan quản lý

Chính phủ hỗ trợ đội ngũ cán bộ và các dịch vụ.

Đăng ký và cấp giấy phép

12 Hệ thống pháp luật (Legal Framework)

Chính phủ ban hành luật pháp cho các công việc bức xạ.

Phải có sự can thiệp kịp thời khi xẩy ra tình huống chiếu xạ quá liều và phải có sự phân chia trách nhiệm kể cả trách nhiệm của cơ quan quản lý

Cơ quan quản lý phải là 1 cơ quan độc lập

Khi sự can thiệp cần đến nhiều cơ quan tham gia thì trách nhiệm liên quan đến việc điều hành và bố trí công việc ứng phó khẩn cấp phải được quy định trong pháp luật.

13 Trách nhiệm trong hệ thống pháp luật (Responsibility within the Legal Framwork)

Tất cả các bên có trách nhiệm được quyết định trong hệ thống pháp luật phải:

Đảm bảo an toàn và bảo vệ Xác minh hiệu lực của quy trình Chuẩn bị các kế hoạch ứng phó khẩn cấp

Lịch sử về liều giới hạn cho phép hàng năm

Liều giới hạn ở trên là: