Số lượng người muốn vỏ được õp dụng phương phõp nỏy ngỏy cỏng nhiều, đọ tạo õp lực lớn cho nhón viởn xạ trị như: thời gian tiếp xỷc với dược chất phụng xạ dỏi, tổng liều trong mỗi đợt xạ
NGUYỄN HỒNG QUANG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ CƠ CẤU TỰ ĐỘNG CẤP DƯỢC CHẤT PHĨNG XẠ 2004 – 2006 NGUYỄN HỒNG QUANG HÀ NỘI 2006 Hà Nội 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131409551000000 MỤC LỤC Mở đầu Cơ sở vật lý phóng xạ 1.1 Bức xạ ion hố 1.2 Khái niệm liều xạ đơn vị đo 1.3 Ghi đo xạ Dược chất phóng xạ I-131 Giới hạn liều dân chúng Cơ sở thiết kế 4.1 Thực trạng cấp I-131 nước ta 4.2 Ba kĩ thuật để kiểm soát mối nguy hiểm xạ chiếu Yêu cầu kĩ thuật Phương hướng nghiên cứu Các phương án lựa chọn 7.1 Hệ mâm dao gạt 7.2 Hệ phễu rung cấu chữ C 7.3 Hệ phễu nghiêng có cánh gạt cấu chữ C 7.4 Hệ băng tải 7.5 Hệ xếp dọc cưỡng 7.6 Kết luận Giới thiệu tổng quát cấu tự động cấp I-131 Thiết kế chế tạo 9.1 Cơ cấu chấp hành 9.2 Tính tốn che chắn 9.3 Khối lượng Chì cần thiết để che chắn 9.4 Thiết kế chế tạo phần cứng 9.4.1.Giới thiệu vi điều khiển Atmega 16L 9.4.2.Giới thiệu tranzitor trường IRF540 9.5.Thiết kế phần mềm 9.5.1.Lập trình vi xử lý 9.5.2 Giao diện người dung KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TĂT LUẬN VĂN 2 17 18 19 19 20 23 24 25 26 29 30 32 33 35 36 39 39 49 52 52 53 54 59 59 85 86 87 88 MỞ ĐẦU Nước ta bước đường cơng nghiệp hố, đại hố Các lĩnh vực cơng nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v ngày áp dụng kĩ thuật tiên tiến để nâng cao suất, chất lượng bảo vệ sức khoẻ người Những năm gần đây, ngành y tế nói chung 24 sở y học hạt nhân nước nói riêng, áp dụng phương pháp chẩn đốn điều trị phóng xạ đem lại kết tốt cho người bệnh Số lượng người muốn áp dụng phương pháp ngày nhiều, tạo áp lực lớn cho nhân viên xạ trị như: thời gian tiếp xúc với dược chất phóng xạ dài, tổng liều đợt xạ trị tăng làm vượt giới hạn an toàn uỷ ban quốc tế bảo vệ phóng xạ (ICRP- International Community for Radiation protection), dễ gây tử vong, ung thư, biến loạn di truyền, vô sinh, đục nhân mắt, máu trắng,v.v Để đảm bảo an tồn phóng xạ cho nhân viên xạ trị, bệnh nhân người phải tiếp xúc với dược chất phóng xạ, tơi thiết kế chế tạo “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ”- loại iơt-131(131 I) dùng chẩn đốn P P điều trị bệnh tuyến giáp như: Ung thư tuyến giáp, Basedow, bướu cổ, lồi mắt,v.v với hướng dẫn GS.TS.Nguyễn Đắc Lộc – ĐHBK Hà Nội giúp đỡ TS Đặng Thanh Lương - Cục kiểm sốt an tồn xạ, hạt nhân “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ” đảm bảo cấp cho bệnh nhân có liều thuốc xác theo định Bác sỹ điều trị Đảm bảo điều kiện an tồn phóng xạ thời gian tiếp xúc ngắn nhất, có khoảng cách xa nhất, che chắn tốt nhất, góp phần nâng cao bảo vệ sức khoẻ người Trong trình nghiên cứu, chế tạo khơng tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp, góp ý Thầy bạn đồng nghiệp CƠ SỞ VẬT LÝ PHĨNG XẠ 1.1 Bức xạ ion hố: Là tia sóng hay hạt có lượng cao tương tác với mơi trường vật chất mà truyền qua, gây tượng ion hoá kích thích ngun tử, phân tử mơi trường mà tượng ion hố chủ yếu Đơn vị lượng eV- 1eV lượng electron gia tốc qua chênh lệch điện volt Khi xạ ion hoá gây tổn thương số lượng tế bào không nhiều, tế bào lành bù đắp nên khơng thấy biến đổi thể gọi ngưỡng, vượt qua ngưỡng tức xạ ion hố lớn với diện rộng, liều cao tổn thương nặng Liều chiếu vượt giới hạn cho phép gây ion hoá nước làm thay đổi cấu trúc phân tử, tạo thành gốc tự do, làm giảm men tế bào gây tổn hại đến tế bào, tế bào chết, tế bào ngừng phân chia, xuất tế bào bất thường.v.v Từ thể thành triệu chứng lâm sàng cấp tính mãn tính, tạo thương tổn rõ rệt hệ thần kinh trung ương, tuỷ xương, dày, ruột, nhiễm khuẩn, da sạm đen, loét, đục nhân mắt, vô sinh, v.v hiệu ứng ngẫu biến gây ung thư, biến loạn di truyền, bạch huyết, v.v Để đo xạ ion hoá hay phóng xạ, tồn hai hệ thống đơn vị: - Hệ đơn vị cũ (special units) Hệ quen dùng - Hệ đơn vị đơn vị hệ thống quốc tế, goi đơn vị SI (SI units): Năm 1974 Uỷ ban quốc tế đơn vị phóng xạ (International commission on radiation units - UCRU) đề nghị đến tháng 6/1975 hội nghị toàn thể cân đo - CGPM chấp nhận 1.2 Khái niệm liều xạ đơn vị 1.2.1 Liều chiếu (exposure)-X Là mức đo lượng ion hoá gây tia X γ đơn vị khối lượng khơng khí Liều chiếu tia X γ tạo 2,08 x 109 cặp ion 1cm3 khơng khí P P P P điều kiện tiêu chuẩn hay 1,61 x 1012 cặp ion gam khơng khí P P Đơn vị cũ Rơnghen-R SI units Coulomb kilogam- C.kg-1 P 1R = 2,58.10-4 C.kg-1khơng khí P P P P P P C.kg-1khơng khí = 3876R P P 1.2.2 Liều hấp thụ (absorbed dose) - D Là lượng hấp thụ đơn vị khối lượng D = dE/dm dE: Năng lượng trung bình truyền xạ ion hố cho khối vật chất có khối lượng dm D: thứ nguyên Jun/kg = Gray (Gy) Đơn vị cũ rad (Radiation absorbed dose) 1rad = 10-2Jkg-1 = 10-2 Gy = 10mGy P P P P P P 1Gy = 100rad = Jkg-1 P Suất liều hấp thụ (dose rate)-D: Là liều hấp thụ đơn vị thời gian rad.S-1 Gy.S-1 P P P P 1.2.3 Liều tương đương (Enquivalent dose)- H Là liều hấp thụ trung bình quan tổ chức mô nhân với trọng số xạ WR R R H = D.W R R Khi trường xạ gồm nhiều loại xạ với trọng số xạ W R khác R R H = ∑D.WR (J.kg -1 ) ; có tên Sievert (Sv) R R P P Theo công bố số 60 Uỷ ban quốc tế bảo vệ phóng xạ (ICRP60) trọng số xạ WR sau: R R Loại xạ Trọng số xạ WR R Bêta Alpha 20 X- rays -rays Neutrons < 10KeV Neutrons ( 10KeV- 100KeV) 10 Neutrons < 100KeV- 2MeV) 20 Neutrons < 2MeV – 20MeV) 10 Neutrons > 20MeV 1.2.4 Liều hiệu dụng (effective dose)- E Tác động xạ lên thể không phụ thuộc vào loại xạ mà tuỳ thuộc vào độ nhạy cảm phận thể Cho nên người ta đưa đại lượng khác, liều hiệu dụng E, đơn vị Sievert (Sv) E = ∑ HT WT R R R R HT : Liều tương đương mô R R WT : Yếu tố lượng giá mô R R R R Mô WT ∑ WT R Bề mặt xương, da R 0,01 0,02 Bàng quang, ngực, gan, thực quản, tuyến giáp, phần 0,05 0,30 lại Tuỷ xương, ruột, phổi, da dày 0,12 0,48 Cơ quan sinh dục 0,20 0,20 Tổng 1,00 1.2.5 Chuyển đổi đơn vị Các đại Đơn vị SI Đơn vị cũ Mối quan hệ lượng vật lý Liều chiếu 1R (C.kg-1 ) C.kg-1 Gray(Gy) = Joule rad 1rad = 0,01Gy kilogam (J.kg -1) 1mrad = 10µGy P Liều hấp thụ P P P P P Liều = 2,58.10 -4 Coulomb kilogam Roentgen(R) P tương Sievert(Sv) rem đương 1rem = 0,01Sv 1mrem = 10µSv Thực tế an tồn phóng xạ thường dùng đơn vị nhỏ hàng nghìn, hàng triệu lần đơn vị Gray Sievert 1Sv = 1.000mSv = 1.000.000µSv 1Gy = 1.000mGy = 1.000.000µGy Chúng ta có đồng vị phóng xạ dạng tinh khiết, mà thường lẫn với chất phóng xạ với số lượng nhỏ cân đong Vì đơn vị đo số lượng đồng vị phóng xạ hoạt độ, số lượng nguyên tử phân rã giây Hoạt độ xác định số nguyên tử phân rã đơn vị thời gian Nt = N0 e-λt R R R R P Nt : Số lượng nhân thời điểm t R R N0 : Số lượng nhân lúc đầu R R λ : Hằng số phân rã phóng xạ t : Thời gian phân rã Đơn vị cũ dùng để đo hoạt độ phóng xạ curie (Ci) Tháng 6/1975 hội nghị toàn thể cân nặng đo lường qui định đơn vị quốc tế hoạt độ phóng xạ Becquerel (Bq) 1Bq = phân rã giây 1Ci = 3,7.1010 Bq = 37 GBq P P 1mCi = 37 MBq 1µCi = 37 KBq 1Bq = 2,73 x 10-11 Ci = 27 pCi (picocurie) P P 1.2.6 Kiểu phân rã phóng xạ tương tác phóng xạ với vật chất Trong tự nhiên có ngun tố khơng bền vững có proton neutron dư thừa, dư thừa chắn sớm hay muộn phải phân rã để trở thành ngun tố khác có tính ổn định Khi phân rã phát xạ, xạ xạ hạt (bức xạ α, xạ β) xạ điện từ γ 1.2.6.1 Phóng xạ β-: P P Bức xạ bêta β chùm điện tử có tốc độ cao có nguồn gốc từ nhân nguyên tử Cũng điện tử quĩ đạo nhân, trọng khối hạt bêta 1/1840u mang điện tích âm có loại mang điện tích dương gọi bêta dương Thơng thường nói đến bêta nói đến bêta âm (β- ) P P Trong q trình phóng xạ β- , nơtron có thừa nhân chuyển P P thành prơton Hạt β có nhiều mức lượng khác nhau, tốc độ bay hạt βP lớn: P - Mức lượng 0,1 MeV tốc độ bay β- khơng khí 0,5 vận tốc P P ánh sáng (C = 3.1010 cm/s) P P - Mức lượng 0,5 MeV tốc độ bay β- khơng khí 0,9 vận tốc P P ánh sáng - Mức lượng MeV tốc độ bay β- khơng khí 0,98 vận tốc P P ánh sáng Quỹ đạo β có dáng phức tạp, chuyển động nhiều mét khơng khí Có ba tương tác : va chạm, phát xạ hãm hiệu ứng Trêrenkov Va chạm với eletron nguyên tử chất truyền qua gây tượng ion hố kích thích ngun tử Hạt β xun sâu vào vật chất mật độ ion hố tuyến tính hạt α(800 lần) Bức xạ hãm hạt β có lượng cao Quỹ đạo của bị lệch tác dụng trường tĩnh điện Năng lượng hạt β chuyển thành photon Các photon tạo thành xạ hãm Bức xạ hãm tuỳ thuộc vào lượng E hạt nguyên tử số Z môi chất Năng lượng xạ β lớn nguyên tử số môi chất lớn thành phần xạ hãm lớn Trong q trình ion hố lương β bị tiêu hao bị tiêu hao tán xạ Đường β khơng khí đường gãy khúc nên khó đo xác, đơi cịn có tản xạ ngược chiều (quặt ngược lại) Quãng đường phụ thuộc vào lượng hạt β khả hấp thụ vật chất Mật độ chất hấp thụ lớn, động β nhỏ quãng đường ngắn ngược lại I = I0 e-µd R R P I : Cường độ ban đầu chùm hạt R R I : Cường độ sau qua mơi chất có chiều dày d µ : Hệ số hấp thu có thứ nguyên Cm-1 P 1.2.6.2 Phóng xạ γ Bức xạ gamma γ thuộc loại sóng điện từ, khơng có trọng khối, khơng có điện tích mà gồm photon Photon gồm lượng tử gọi bó lượng truyền theo dạng sóng Bản chất xạ gamma (γ) xạ điện từ có bước sóng ngắn từ 10-8 đến 10-12cm, sóng ngắn P P P P lượng cao, phát từ nhân nguyên tử, tốc độ lan truyền tốc độ ánh sáng Năng lượng prôton E phụ thuộc vào tần số dao động ƒ E = h ƒ h = 4,134.10-21 MeV.s-1 P P P Bản chất xạ γ không làm biến đổi cấu trúc bên nhân Số lượng prôton neutron nhân không thay đổi, khối lượng số thứ tự nguyên tố giữ nguyên Bức xạ γ có khả xuyên sâu vào vật chất, tương tác với vật chất sảy tượng phản ứng hạt nhân, khuếch tán cộng hưởng, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp,v.v Trong hiệu ứng quang điện, tất lượng photon truyền hết cho điện tử nguyên tử làm cho