Thiết kế máy ấp thuố để tránh nhiễm xạ ho nhân viên y tế

Bộ giáo dục đào tạoBộ giáo dục đào tạo Trờng đại học Bách khoa Hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành : Công nghệ chế tạo máy Thiết kế máy cấp thuốc để tránh nhiễm xạ Cho nhân viên y tế Nguyễn văn phú Hà nội 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131430151000000 Môc lôc Trang Trang1 Mục lục Mở đầu Chơng 1- Tác dụng sinh lí chất phóng xạ 1.1- Các loại tia phóng xạ 1.2- Tơng tác tia phóng xạ với vật chất 1.3- Tác dụng sinh vËt cđa bøc x¹ phãng x¹ 14 1.4- BƯnh phóng xạ 15 1.5- Các đơn vị đo xạ phóng xạ 19 Chơng 2- Thiết kế máy cấp thuốc 32 2.1- Yêu cầu chung 32 2.2- Tính chiều dày vỏ chì độ nhiễm xạ cho nhân viên y tế 33 2.3- Cấu tạo chung máy cấp thuốc 35 2.4- ThiÕt kÕ khèi cÊp thuèc 46 2.5- ThiÕt kế khối điều khiển 54 Chơng 3- Lắp ráp, điều chỉnh máy 76 3.1- Lắp ráp máy 76 3.2- Điều khiển máy 79 3.3- Kiểm tra phóng xạ xung quanh máy 80 Chơng 4- Thử nghiệm máy, hớng phát triển tiÕp theo83 4.1- Thư nghiƯm m¸y 83 4.2- Híng ph¸t triĨn tiÕp theo 85 KÕt ln 86 Tµi liƯu tham khảo 96 Phụ lục 97 Mở đầu Lí chọn đề tài, mục đích, đối tợng phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chữa bệnh cách uống thuốc có chứa chất phóng xạ thích hợp dà đợc sử dụng ngày rộng rÃi nớc ta giới Hiện ,ở sở điều trị thuốc phóng xạ đất nớc ta, nhân viên y tế phải dùng kẹp để gắp thuốc phóng xạ để cấp cho ngời bệnh Cách làm có nguy gây nhiễm phóng xạ cho nhân viên y tế gây nhiễm phóng xạ vùng xung quanh Nhân viên làm việc không làm việc lâu dài đợc nhân viên y tế khác bị ảnh hởng.Vì nhu cầu máy cấp thuốc phóng xạ đà trở thành nhu cầu cấp thiết Xuất phát từ thực tế đó, chọn đề tài thiết kế máy cấp thuốc để tránh nhiễm phóng xạ cho nhân viên y tế Mục đích đề tài thiết kế loại máy cấp thuốc chuyên dùng nhằm bảo đảm an toàn cho nhân viên y tế tránh gây nhiễm phóng xạ cho môi trờng xung quanh Yêu cầu quan trọng máy là: Làm việc tin cậy, giá thành hạ, dễ chế tạo dễ sử dụng Đây loại máy chuyên dùng nhng thay đổi, điều chỉnh để cấp loại thuốc khác phạm vi rộng, làm số công việc khác Khi thiết kế máy này, cố gắng đơn giản hoá kết cấu máy, sử dụng mạch điện tử đơn giản đợc lắp từ linh kiện điện tử thông dụng Hiện sở y tế nớc ta cha có máy cấp thuốc này, cha có thông tin loại máy giới nên phải thiết kế hoàn toàn Chắc chắn giới đà có loại máy cấp thuốc phóng xạ, giá thờng đắt nên khó phù hợp với sở y tế níc ta hiƯn V× vËy viƯc tù thiÕt kÕ chế tạo máy cấp thuốc cần thiết Thông qua thiết kế máy mà rèn luyện khả thiết kế máy phần khí điện, điện tử Điều cần thiết với cán kĩ thuật khí Chơng I : Tác dụng sinh lí chất phóng xạ U U Chất phóng xạ chất có chứa nguyên tố phóng xạ Các nguyên tố tự phân rà để tạo thành nguyên tố đồng thời phát tia phóng xạ Các tia có ảnh hởng lớn đến thể sống mà chiếu vào Việc nghiên cứu ảnh hởng cần thiết thiết kế máy làm việc với chất phóng xạ, tính toán độ an toàn phóng xạ cho ngời cho môi trờng 1.1 Các loại tia phóng xạ : Các loại tia phóng xạ bao gåm: Tia an pha, tia bª ta, tia gam ma, tia nơ tơ rôn Cụ thể tia nµy nh sau: 1.1.1 Tia an pha α : Tia gồm hạt bay với tốc độ từ 10.000 đến 25.000 km/s Hạt hạt nhân nguyên tử Hê li Nó có khối lợng đơn vị khối lợng nguyên tử (đvklnt ) có điện tích dơng với trị số hai lần trị số điện tích điện tử Tuỳ chất phóng xạ mà xạ chúng có lợng khác nhau, thờng từ MeV đến 11 MeV Ví dụ : Năng lợng hạt đồng vị phóng xạ Pu239 5,1 MeV, U233 P P P P 4,8 MeV, cđa U235 lµ 4,5 MeV, cđa U238 4,18 MeV P P P P Với lợng tốc độ hạt vừa thoát khỏi hạt nhân đợc tính tơng đối xác công thức : V = 0,7.104 P P Ea (km/s) Trong ®ã Eα tÝnh b»ng MeV Sư dơng công thức ta tính đợc: Với lợng 3MeV vận tốc 1,2.104 km/s, với lợng 5MeV vận P P tốc 1,5.104km/s, với lợng 11 MeV vận tốc 2,3.104km/s Đối với P P P P hạt mang điện tốc độ lớn 1.1.2- Tia bª ta β : Tia bª ta bao gåm β+ - Tia + chùm hạt pôditrôn tia β- lµ P P P P P P P P chùm hạt điện tử ( electron) Hai loại hạt có khối lợng ( 9,1.10-31kg ), điện tích ( 1,6.10-19 Cu lông ) ngợc dấu P P P P Tại thời điểm đợc tạo thành, xạ có lợng từ 0,02 - 12,43 MeV tuỳ theo đồng vị phóng xạ nhng phần lớn lợng xạ khoảng 0,5 MeV Phổ lợng phổ liên tục Vận tốc xạ tính theo công thøc:  0,511  Vβ =c −    Eβ + 0,511  R R P (km/s) P c vận tốc ánh sáng chân không, 300.000 km/s E - lợng tính MeV R R Ví dụ : Năng lợng đồng vị Co60 0,313 MeV; vận tốc tính theo công P P thức 232.000 km/s Đồng vị Sr90 phát xạ có lợng cực đại P P 1,5 MeV, có vận tốc 291.000 km/s 1.1.3 Tia gam ma γ : Tia gam ma có chất sóng điện từ có tần số cao tức có bớc sóng ngắn, ngắn bớc sóng tia Rơn ghen Phô tôn đợc phát nguồn sau: - Từ hạt nhân: trạng thái kích thích, hạt nhân phát xạ gam ma để trở trạng thái hay trạng thái kích thích thấp - Bức xạ gam ma phản ứng huỷ cặp: Phản ứng huỷ cặp êlectrôn pôditrôn sinh hai xạ gam ma, có lợng xạ 0,51 MeV Bức xạ phần lớn đồng vị phóng xạ có lợng khoảng 0,1 MeV Ngời ta chia xạ thành hai loại: Bức xạ cứng có lợng lớn MeV, xạ mềm có lợng nhỏ MeV Quan hệ lợng xạ bớc sóng chóng thĨ hiƯn qua c«ng thøc sau: λ= 1,24.10 −12 E (m) E lợng phô tôn , tính MeV Tần số phô tôn là: = c ( Hz ) Với lợng E = 0,1 MeV ta cã λ = 1,24.10-11 m , = 2,41.10 19 Hz P Với lợng Eγ = MeV ta cã P P P λ = 1,77.10-13 m , ν = 1,75.10 21 Hz P P P P 1.2 - Tơng tác tia phóng xạ với vật chất : Các xạ phóng xạ (tia phóng xạ) tơng tác với tất vật chất có đờng chúng trình tơng tác xảy lớp vỏ điện tử hay trực tiếp với hạt nhân tuỳ theo chất xạ vật chất bị tác dụng Các hạt mang điện nh + , -, prôtôn p, hạt phần lớn tơng tác với lớp P P R R P P vá ®iƯn tư cđa nguyên tử, tơng tác với hạt nhân Có điều có tơng tác Culông mạnh lớp vỏ điện tử với hạt mang điện, kết hạt mang điện bị lệch hớng chuyển động, lợng nhanh không đủ khả tới hạt nhân Do để tơng tác đợc với hạt nhân xạ mang điện cần có lợng lớn Bức xạ X, có lợng nhỏ tơng tác với lớp vỏ điện tử Khi có lợng lớn dễ dàng tơng tác với hạt nhân Nơ trôn tơng tác với hạt nhân, không tơng tác trực tiếp với lớp vỏ điện tử Quá trình tơng tác loại xạ xảy ba hình thức: a)Va chạm đàn hồi: Va chạm đàn hồi va chạm không gây nên thay đổi chất hạt tơng tác.Sau va chạm xạ tới ( hạt tới ) bị lệch hớng ban đầu góc Hạt bị va chạm (hạt bia ) giữ nguyên trạng thái ban đầu, không bị kích thích.Tổng động hạt va chạm đàn hồi không thay đổi b)Va chạm không đàn hồi : Va chạm không đàn hồi va chạm qua gây nên thay đổi động năng, trạng thái hạt va chạm nhng không làm thay đổi chất chúng c)Phản ứng hạt nhân: Phản ứng hạt nhân làm thay đổi chất hạt tơng tác, phản ứng tạo hạt nhân hạt khác Ví dụ phản ứng sau: R o n1 + N14 = N15 = 1H1 + C14 R P P R R P P R R P P R R P P R R P Sau xét trờng hợp va chạm (vì phản ứng hạt nhân xảy ) 1.2.1- Tơng tác tia : Hạt phải có lợng đủ lớn gây phản ứng hạt nhân, thông thờng tơng tác với lớp vỏ điện tử nguyên tử Do có khối lợng điện tích lớn nên hạt tơng tác mạnh với môi trờng Nó ion hoá nguyên tử trở thành ion dơng điện tử chuyển động tự nh ion âm Năng lợng để tạo cặp iôn loại vật chất khác khác nhau, với không khí lợng 35,5 eV/cặp Số cặp ion đợc tạo thành đờng hạt lớn Ví dụ: Một hạt có lợng MeV, chuyển động không khí, đến hết lợng tạo số cặp ion khoảng 1,5.105 cặp ion P P Những cặp ion hạt tạo gọi căp ion sơ cấp Các ion sơ cấp lại ion hoá nguyên tử môi trờng tạo cặp ion thứ cấp Số ion thứ cấp lớn số ion sơ cấp nhiều QuÃng đờng mà hạt đợc môi trờng hoàn toàn lợng đợc gọi tầm hạt môi trờng Ngời ta dùng khái niệm mật độ iôn hoá để biểu thị khả iôn hoá xạ tầm chúng Mật độ iôn hoá đợc tính số cặp iôn sinh đơn vị độ dài tầm Mật độ iôn hoá hạt gây lớn.Với hạt có lợng 8,3 MeV, có tầm không khí 7,8 cm, tạo đợc 237100 cặp iôn sơ cấp Mật độ iôn hoá trung bình là: 237100: 7,8 30.000 (cặp iôn/cm không khí) Do iôn hoá môi trờng mạnh nên tầm cđa h¹t α thêng rÊt nhá VÝ dơ : Víi E =5MeV tầm hạt không khí 3,5 cm, mô thể 47àm Nh hạt ảnh hởng đến lớp mỏng bên Sau tầm hạt số chất Bảng 1.1 Tầm hạt số chất ( m) E Không Nớc, Gỗ Đất Nhôm Sắt (MeV) khí(cm) mô thể 1,05 14,3 16,0 9,4 6,5 3,2 1,73 23,5 26,3 15,5 10,6 5,2 2,50 33,9 38,1 22,4 15,4 7,6 3,50 47,5 53,3 31,4 21,6 10,6 4,60 62,5 70,2 41,2 28,3 13,9 5,95 80,8 90,7 53,3 36,6 18,0 7,40 100,4 112,8 66,3 45,6 22,4 Nh tầm hạt nhỏ, cần tờ giấy mỏng, quần áo bình thờng đủ ngăn hết hạt 1.2.2 Tơng tác tia : Bức xạ tơng tác với vật chất dới ba hình thức : - Kích thích nguyên tử - Ion hoá nguyên tử - Phát xạ hÃm Hiện tợng kích thích ion hoá nguyên tử thờng xảy hạt có lợng nhỏ.Với lợng lớn cách tơng tác chủ yếu xạ với môi trờng phát sinh xạ hÃm (tia rơn ghen); tia rơn ghen xạ có lợng xấp xỉ lợng Có thể nói: Năng lợng xạ ion hoá môi trờng nhỏ nhiều so với lợng làm phát xạ hÃm Mật độ trung bình ion hoá xạ nhỏ nhiỊu so víi bøc x¹ α VÝ dơ: H¹t có lợng MeV gây mật độ ion hoá trung bình 50.000 cặp ion /cm không khí Hạt có lợng MeV tạo đợc mật độ 50 cặp ion /cm không khí Do khả ion hoá nhỏ nh nên tầm xạ lớn tầm xạ nhiều, khoảng 1000 lần Sau bảng tầm xạ số chất ( Bảng 1.2 ) Tầm hạt tỉ lệ nghịch với khối lợng riêng môi trờng truyền qua Ví dụ : Với xạ có lợng 0,9 MeV truyền qua chì ( khối lợng riêng 11,3 g/cm3 ) tầm : P P R = 1,3 2,7 =0,4 (mm) 11,3 ë 1,3mm tầm xạ có lợng 0,9 MeV nhôm ( =2,7 g/cm3 ) P P Sau hết lợng, xạ - bị ion dơng bắt( tái hợp P P ion ), xạ + tơng tác với điện tử theo phản ứng huỷ cặp tạo P P thành hai phô tôn , phô tôn có lợng 0,51 MeV 1.2 Tơng tác tia : Bức xạ tơng tác với : - Các điện tử vỏ điện tử - Điện trờng hạt nhân điện tử - Trờng lực hạt nhân Kết tơng tác gây hiệu ứng sau: Hiệu ứng quang điện, hiệu ứng côm tơn, hiệu ứng tạo cặp a) Hiệu ứng quang điện: Hiệu ứng xảy phô tôn truyền tất lợng cho điện tử nguyên tử môi trờng Khi điện tử bật khỏi quỹ đạo với lựơng Ec hiệu lợng phô tôn lợng liên kết điện tử quỹ đạo tơng ứng En Ec = E - En Điện tử bật ion hoá môi trờng mà truyền qua b)Hiệu ứng côm tơn: Hiệu ứng xảy phô tôn truyền cho điện tử phần lợng Kết điện tử bị bắn với vận tốc định làm thành góc với hớng phô tôn tới, phô tôn bị lệch hớng so với hớng ban đầu lợng giảm ( phô tôn gọi tán xạ ) c) Hiệu ứng tạo cặp: Phô tôn có lợng lớn 1,02 MeV tác dụng với điện trờng hạt nhân sinh cặp +, - Các hạt ion hoá nguyên tử môi P P P P