Hệ thiết bị đo phân bố mật độ được xây dựng trên nguyên lý suy giảm của gamma trong vật chất. Số đếm ghi nhận bởi detector nhấp nháy của gamma phát từ nguồn sau khi đi qua thùng sản phẩm được sử dụng để tính phân bố mật độ từ đó tính toán phân bố liều hấp thụ trong thùng sản phẩm chiếu xạ bằng điện tử 10 MeV phát ra bởi máy gia tốc UELR-10- 15S2. Bài viết trình bày thiết kế hệ thiết bị đo phân bố mật độ nhằm tính toán nhanh phân bố liều trong thùng sản phẩm chiếu xạ trên máy gia tốc UELR-10-15S2.
THIẾT KẾ HỆ THIẾT BỊ ĐO PHÂN BỐ MẬT ĐỘ NHẰM TÍNH TỐN NHANH PHÂN BỐ LIỀU TRONG THÙNG SẢN PHẨM CHIẾU XẠ TRÊN MÁY GIA TỐC UELR-10-15S2 Cao Văn Chung*, Nguyễn Đức Hòa, Phan Phước Thắng, Lê Quang Thành Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ xạ, VINAGAMMA Email*: chungvinagamma@gmail.com Tóm tắt: Hệ thiết bị đo phân bố mật độ xây dựng nguyên lý suy giảm gamma vật chất Số đếm ghi nhận detector nhấp nháy gamma phát từ nguồn sau qua thùng sản phẩm sử dụng để tính phân bố mật độ từ tính tốn phân bố liều hấp thụ thùng sản phẩm chiếu xạ điện tử 10 MeV phát máy gia tốc UELR-1015S2 Nguồn gamma sử dụng hệ thiết bị chọn Cs-137, phù hợp với đa số thùng sản phẩm chiếu xạ Detector nhấp nháy, thiết kế hệ vận chuyển hệ điều khiển chọn để xây dựng hệ thiết bị Các kết hiệu chỉnh, hiệu chỉnh thiết bị hiện; Kết đo kết hợp tính tốn phân bố liều khảo sát mẩu thực phù hợp với kết xác định phân bố liều hấp thụ liều kế B3 (GEX) Hệ thiết bị có ý nghĩa việc xác định nhanh phân bố liều thùng sản phẩm chiếu xạ, đảm bảo chất lượng dịch vụ chiếu xạ Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ Từ khóa: Phân bố mật độ, phân bố liều hấp thụ, chiếu xạ I MỞ ĐẦU Điện tử 10 MeV phát từ máy gia tốc UELR-10-15S2 có khả xuyên sâu kém, bị hấp thụ gần hoàn toàn độ sâu 5,6 cm nước Như vậy, thùng sản phẩm chiếu xạ điện tử 10 MeV, mật độ thùng sản phẩm phải đảm bảo điều kiện nhỏ 4,0 g/cm2 cho trường hợp chiếu xạ mặt 8,6 g/cm2 cho trường hợp chiếu hai mặt [1,2] Tuy nhiên, phần lớn với trường hợp chiếu xạ hàng cụ thể, việc xác định hay đảm bảo mật độ thùng sản phẩm thỏa kiện khó khăn đơi khơng thể Như số mặt hàng thủy sản đơng lạnh có tỷ trọng trung bình từ 6,8 đến 7,6 g/cm2 phù hợp với điều kiện chiếu xạ thực tế phân bố tỷ trọng vượt mức 8,6 g/cm2 gây tượng liều hấp thụ sản phẩm không đạt yêu cầu (Hình 1, Bảng 1) Hình Quy cách đống gói hàng cá ngừ cắt khúc (trái) cắt hạt lựu (phải) Bảng 1: Kết đo phân bố liều sau chiếu xạ cho cá ngừ cắt khúc cắt hạt lựu Cá ngừ cắt khúc Tỷ trọng trung bình (g/cm2) Liều bề mặt sản phẩm (kGy) Liều thùng sản phẩm (kGy) 7,4 4,3/4,5/4,1 Không xác định Cá ngừ cắt hạt lựu 7,2 4,2/4,6/5,0 5.2/2.1/1.9 kGy So sánh với kết mơ chương trình MCNP [3] phân bố liều với tỷ trọng hàng 7,4 g/cm2 (Hình 2) cho thấy có sai khác lớn (Bảng 2) 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 g/cm2 Hình Kết mô phân bố liều hấp thụ thùng sản phẩm có tỷ trọng 7,4 g/cm2 chiếu xạ chùm điện tử 10 MeV chương trình MCNP Bảng 2: Sai khác kết mô đo liều thực nghiệm Liều mặt thùng sản phẩm (kGy) Liều mặt thùng sản phẩm (kGy) Sai khác đo liều kết mô (%) Kết mô MCNP Thùng cá ngừ cắt khúc Thùng cá ngừ cắt hạt lựu 4,3 4,3/4,5/4,1 4,2/4,6/5,0 7,4 Không xác định 5.2/2.1/1.9 - Không sác định 380 Kết đo liều thực nghiệm mơ cho thấy có sai khác lớn giá trị mật độ trung bình mật độ địa phương thùng sản phẩm dẫn đến phân bố liều dự đoán thùng sản phẩm chiếu xạ chùm điện tử 10 MeV có sai lệch với kết đo liều thực nghiệm Như vậy, để kiểm soát phân bố liều hấp thụ thùng sản phẩm, yêu cầu phải xác định phân bố mật độ thùng sản phẩm Phân bố mặt độ thùng sản phẩm xác định thiết bị phù hợp sử dụng nguyên lý suy giảm cường độ gamma qua vật chất II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, THIẾT KẾ HỆ THIẾT BỊ ĐO PHÂN BỐ MẬT ĐỘ 2.1 Nguyên lý làm việc hệ thiết bị đo phân bố mật độ Hệ đo phân bố mật độ làm việc dựa suy giảm chùm gamma qua lớp vật liệu Trong đó, số đếm từ nguồn giảm tỷ lệ với chiều dày lớp vật liệu mà truyền qua Từ hàm khớp mối tương quan số đếm gamma ghi nhận đầu dò chiều dầy vật liệu hiệu chuẩn từ trước, hệ thiết bị xác định mật độ sản phẩm chiếu xạ cách nhanh chóng xác Nguồn Cs137 Thùng sản phẩm Hàng chiếu xạ Đầu dị gamma Hình Ngun lý xây dựng hệ thiết bị đo phân bố mật độ áp dụng nguyên lý suy giảm gamma qua vật chất Bảng 3: Tỷ lệ số đếm gamma đầu dò (N) chiều dày vật liệu (MDF) Số lớp MDF 10 N Ln(N) 20.097 18.979 18.067 17.250 16.159 15.313 14.337 13.634 12.667 12.017 11.135 9,90 9,85 9,80 9,75 9,69 9,63 9,57 9,52 9,44 9,39 9,31 Tỷ trọng (g/cm2) 0,00 1,12 2,24 3,36 4,48 5,60 6,71 7,83 8,95 10,07 11,19 Thiết kế hệ thiết bị đo phân bố mật độ 2.2 Dựa vào nguyên lý làm việc, hệ thiết bị thiết kế bao gồm thành phần: - Nguồn phát gamma Cs137, hoạt độ 10 mCi với thiết kế che chắn phù hợp; Hệ khí vận chuyển thùng sản phẩm mơ tơ bước; Hệ đầu dị nhấp nháy NaI, tiền khuyết đại, khuyết đại nguồn cao 600V; Vi sử lý ghi nhận số đếm, tính tốn hình hiển thị Hình Thiết kế hệ đo phân bố mật độ hoàn chỉnh số phận Bảng 4: Chi tiết kỹ thuật hệ thiết bị đo mật độ Kích thước giới hạn thùng sản phẩm (cm) Thời gian đo tối thiểu điểm Số điểm đo Chế độ đo 50 x 50 x 30 giây cho phép đo thông thường 1, 25, 400 Đo chi tiết, đo tương đối, đo hiệu chỉnh/chuẩn Thời gian đo hoàn chỉnh 600 giây cho chế độ đo chi tiết 60 giây cho chế độ đo tương đối thùng sản phẩm III 3.1 HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ, CHẠY THỬ TRÊN THÙNG SẢN PHẨM Hiệu chuẩn thiết bị Thiết bị hoàn chỉnh hiệu chuẩn trước sử dụng Vật liệu dùng phép đo hiệu chuẩn lựa chọn MDF, vật liệu có thành phần nguyên tố tương đồng với sản phẩm chiếu xạ Mỗi lớp MDF có chiều tỷ trọng tương ứng 1,12 g/cm2, số lớp MDF thêm vào tương ứng với tỷ trọng 1,12.n g/cm2 Kết hiệu chuẩn MDF trình bày Bảng 3, mối tương quan tỷ trọng số đếm thể qua phương trình: 3.2 [g/cm2] = -19.081 * ln(N) +189.29 với R2=0.997 Chạy thử hệ thiết bị đo phân bố mật độ số sản phẩm chiếu xạ (1) Một số sản phẩm chiếu xạ có phổ biến sử dụng để chạy kiểm tra bao gồm: hàng thực phẩm đông lạnh, thực phẩm khô, thức ăn thú cưng, hàng gia vị Các sản phẩm lựa chọn kiểm tra có đóng gói đa dạng có tính đặc trưng Kết đo phân bố mật độ thể Hình (a) (b) (c) (d) Hình Phân bố mật độ số loại hàng: cá ngừ đông lạnh (a), bột tiêu (b), cá vàng khô (c), thức ăn thú cưng (d,e) (e) Các sai khác giá trị phân bố tỷ trọng xác định gián tiếp qua phép so sánh liều hấp thụ sản phẩm kết tính tốn phân bố liều dựa phân bố mật độ thùng sản phẩm xác định từ hệ thiết bị [1] Bảng thể kết đo liều liều kế tính tốn liều vị trí thùng sản phẩm (giá trị liều cực tiểu - Dmin) thùng sản phẩm thức ăn thú cưng đặc trưng Bảng Giá trị liều Dmin thùng sản phẩm thức ăn thú cưng Kích thước thùng sản phẩm 28 x 36 x24 (cm) 7.200 Khối lượng (g) Tỷ trọng trung bình (g/cm2) 7,14 Tỷ trọng xác định thiết 8,2 7,6 bị (g/cm2) 6,8 9,4 Giá trị đo liều (kGy) 7,2 8,7 Giá trị liều tính (kGy) 5,5 8,0 Sai khác (%) 5,0 6,2 5,6 10,5 9,9 6,0 12 11,3 6,0 12,0 11,0 8,6 3.3 Xác định nhanh phân bố liều hấp thụ sản phẩm tính thơng số chiếu xạ cho thiết bị chiếu xạ UELR-10-15S2 Phân bố mật độ xác định từ hệ thiết bị đo kết nối với phần mềm Tính tốn thơng số chiếu xạ UELR-10-15S2 [3] để tính phân bố liều hấp thụ sản phẩm thông số cài đặt cho thiết bị chiếu xạ UELR-10-15S2 Hình thể giao thức chương trình phép thử sản phẩm chiếu xạ VINAGAMMA Các thông số yêu cầu đầu vào chương trình bao gồm kích thước, trọng lượng thùng sản phẩm, liều u cầu từ chương trình tính tốn vận tốc, tần số quét, chiều rộng quét phương thức chiếu xạ mặt hai mặt, tính tốn nhanh phân bố liều hấp thụ thùng sản phẩm Hình Giao diện chương trình tính thơng số chiếu xạ phân bố liều hấp thụ IV KẾT LUẬN Với việc áp dụng nguyên lý suy giảm cường độ chùm gamma qua vật chất, hệ thiết bị giúp xác định phân bố mật độ thùng sản phẩm phù hợp chiếu xạ chùm điện tử 10 MeV Hệ thiết bị kết hợp sản phẩm đề tài sở Trung tâm để tính tốn nhanh thơng số chiếu xạ máy gia tốc UELR-10-15S2 ước lượng phân bố liều hấp thụ thùng sản phẩm chiếu xạ Kết sai khác tính tốn với kết thực nghiệm 6% chấp nhận điều kiện chiếu xạ công nghiệp Hiện tại, hệ thiết bị phần mềm tính tốn cần phải sử dụng máy tính cá nhân tiến hành đo đạc, thời gian tới phát triển hệ thiết bị cách sử dụng hệ máy tính nhỏ dạng bo mạch nhằm thu gọn thiết bị mở rộng số chức khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R.B Miller, Electronic Irradiation of Foods, An Introduction to the Technology, Springer, 2005 [2] Trần Văn Hùng, “Tính tốn phân bố liều thùng hàng chiếu xạ máy gia tốc điện tử 10 MeV”, đề tài sở, Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, 2010 [3] MCNP4C, Monte Carlo N-Particle Transport Code System, Radiation Safety Information Computation Center, 2000 [4] Cao Văn Chung, “Xây dựng chương trình tính thơng số vận hành máy chiếu xạ chùm tia điện tử UELR-10-15S2 dựa số liệu đo thực nghiệm”, đề tài sở, Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, 2013 DESIGN AND MANUFACTURE QUICK DENSITY DETECTOR FOR ESTIMATING DOSE DISTRIBUTION INSIDE PRODUCT IRRADIATED BY 10 MeV ELECTRON BEAM ON UELR-10-15S2 ACCELERATOR AT VINAGAMMA Cao Van Chung*, Nguyen Duc Hoa, Phan Phuoc Thang, Le Quang Thanh Research and Development Center for Radiation Technology, VINAGAMMA Email*: chungvinagamma@gmail.com Abstract:The counter by sodium iodide (NaI) scintillation counters from gamma source were used in calculates the density distribution on product The dose distribution in-side product irradiated by 10 MeV on UELR-10-15S2 was also estimated The moving system and controller were designed The quick density detector had been compare with dose mapping by dosimeter There was a good agreement between the results of both methods The quick density detector has a meaning in QA/QC electron irradiation processing at VINAGAMMA Key words: quick density detector, gamma-ray attenuation, dose distribution… ... sản phẩm tính thơng số chiếu xạ cho thiết bị chiếu xạ UELR-10-15S2 Phân bố mật độ xác định từ hệ thiết bị đo kết nối với phần mềm Tính tốn thơng số chiếu xạ UELR-10-15S2 [3] để tính phân bố liều. .. trị phân bố tỷ trọng xác định gián tiếp qua phép so sánh liều hấp thụ sản phẩm kết tính tốn phân bố liều dựa phân bố mật độ thùng sản phẩm xác định từ hệ thiết bị [1] Bảng thể kết đo liều liều kế. .. lý suy giảm cường độ gamma qua vật chất II NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, THIẾT KẾ HỆ THIẾT BỊ ĐO PHÂN BỐ MẬT ĐỘ 2.1 Nguyên lý làm việc hệ thiết bị đo phân bố mật độ Hệ đo phân bố mật độ làm việc dựa suy