Kết quả khảo sát ban Đầu về khả năng che chắn chùm electron 10 mev của vật liệu bê tông pha tro bay

GPC sir dung chit thải to bay FA đang tăng nhanh “ro bay PA là phế thải ạo ra từ quả trình đốt than ở các nhà mấy nhiệt điện Tại Việt Nam, hiện có 3 nhà máy nhiệt diện than đang được vận

BO GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC SU PHAM TP HO CHi MINH KHOA VAT LY

E4

TRẤN KHẢ LUẬN

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

KET QUA KHAO SAT BAN DAU VE KHA NANG CHE CHAN CHUM ELECTRON 10 MeV CUA VAT LIEU BE TONG PHA TRO BAY

“Chuyên ngành: Vật lý học

“Thành phổ Hồ Chí Minh, năm 2024

TRUONG DAI HQC SU PHAM TP HO CHi MINH KHOA VAT LY

KET QUA KHAO SAT BAN DAU VE KHA NANG CHE CHAN CHUM ELECTRON 10 MeV CUA VAT LIEU BE TONG PHA TRO BAY

Người thực hiện: TRẤN KHẢ LUẬN

Giảng viên hung din: PGS, TS HOÀNG ĐỨC TÂM

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2024

Trong thời gian 4 năm học tập nghiên cứu và thực hiện khóa luận tại trường Đại học Sư phạm Thành phố Hỗ Chỉ Minh tôi đã nhận được sự quan tầm giúp đỡ và hỗ trợ các thành viên phòng phía sau, phòng Thí nghiệm Vật lý Hạt nhân Đầu tiên, tôi xin gửi lồi cảm ơn chân thành đến PGS TS Hoàng Đức Tâm đã tận tình hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện khóa luận và nghiên cứa tại trường Tuy

thời gian thực hiện khóa luận tương đổi ngắn nhưng nhờ thầy góp ý, định hướng khoa

học chính xác nên tôi đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình

“ôi xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu tro bay bao gồm anh Lâm Duy Nhất, em Võ Nguyễn Bảo, em Đỗ Thị Thu Thủy đã đồng hành hỗ trợ tôi cũng như kiến thức khoa học từ mọi người

Đồng thời tôi xin cảm ơn những đơn vị đã hỗ trợ và tạo điều kiện tôi trong suốt cquá trình thực hiện mẫu bao gồm: Phòng Thí nghiệm Vật lý Hạt Nhân trường Dai hoe Vật lý Kỹ thuật ~ Vật lý Y khoa trường Dại học Khoa học Tự nhiên Thành phổ Hồ Chí Minh, Đại học Quốc gia Thành phố Hỗ Chí Minh

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh Võ Anh Tuấn - hiện đang làm việc va nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ VINAGAMMA,

đã tận tình giải đáp thắc mắc và hỗ trợ trong việc đo đạc

Sau cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, thầy cô, bạn bẻ đã luôn ủng hộ

vã động viên tôi trong suốt thời gian thục hiện và hoàn thình khóa luận tốt nghiệp của mình

‘Thanh phổ Hỗ Chí Minh, ngày 13 thing 05 năm 2024

Trần Khả Luân.

1.1, Tương tác của electron với vật chất: s

1.4 Quãng chạy của electron trong vật chất 12

3.14, Quy tình đồ mẫu FAC435

3⁄2 Đo thực nghiệm trén may gia tbc tuyén tinh UERL-10-1582 3.2.1, Dung eu, thi bi do

3.22, Cie bude tién hinh do

323 Kétqui do

3.24, Thio lun

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

TẢI LIỆU THAM KHẢO:

PHY LUC: ĐỊNH LƯỢNG LIỄU LƯƠNG BỨC XẠ - GIỚI HẠN LIEU DOI VOI

‘Nang lugng electron (eV)

Vain tdc cia electron so véi vin te dnh sing trong chân không

n phát photon

Tin sb phat photon

Í Cường độ chủm tỉa electron

Bê dày tại đó liễu bắp thụ bằng 50% liều cực đại (em)

Pha của dông điện xoay chiều co tân

Chu ky chim tia electron

"Độ dài một hốc cộng hưởng (em)

Tân sổ lặp xung (He)

Í Chiều đài bức xạ

DANH MỤC CHU VIET TAT

“Tên Tiếng Việt

Bê tông pha tro bay

Bê tông Geopolyme

‘Xi mang Portland théng thường

Bê tông cân xạ

Bê tông tính năng siêu cao

'Tên Tiếng Anh Radio Frequency

Continuous Slowing Down Approximation Linear Accelerator Electron Gun Cement Flyash Fiyash Conerete

‘Geopolyme Conerete (Ordinary Portland Cement Radiation Shielding Concrete Ultra-High-Performance Conerete

DANH MỤC HÌNH VỀ - ĐỒ THỊ Mình 1.1 Mô hình sự mắt năng lượng eleetron tới do ion hóa 6 Hình L.2 Mô hình sự mắt năng lượng electron ới do phát bức xa ham, 8 Hình 1.3 Đường cong quang chay - ning lượng đối với eleetron [34] 1B Hình 2.1 Sơ dé nguyên lý máy gia tốc sử dụng ống tồi 4 Hinh 2.2 Céu tric céc hde cag hưởng và diện trường gia tốc của máy gi tốc RF-

Hình 2.4 Tổng thể thiết kế của hệ thông máy gia tốc UELR-15-10S2 tại Trung tâm

Nghiên cứu và Triển khai Công ngh Bite x9 VINAGAMMA [41] 20 Hinh 2.5 Bản vẽ các bộ phận máy gi tốc UERL-10-1582 (36) 21

Hình 3.1 Quy trình đồ mẫu 32

Hình 32 Đồ thị liều hắp tha theo bé dày vật liệu biểu diễn các tham số Rau, Rp vi Rau

Hình 3.3 Các buớc tiến hành thí nghiệm khảo sắt khả năng che chắn của mẫu bê tông

Hình 3.4 Đồ thị phân bố liều theo bể dày vị liệu FAC43 38

FAC435 ố liệu đo thực nghiệm bể dày và liều chiếu nhận được tương ứng của vật liệu $6

Ngày nay, ông nghệ bức xạ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp, y tễ, năng lượng ở nhiễu quốc gia trên thể giới Công nghệ bite ign, nang lượng, chuẩn đoán và điều trị bệnh, Bức xạ bao gồm bức xạ không ion hóa và bức xạ không ion hóa dựa trên năng lượng và bước sóng của chúng,

“Trong đó, bức xạ không ion hóa bao gồm: ảnh sáng nhìn thấy, bức xạ nhiệt, tỉa cực tim, tia hồng ngoại có tác động không đáng kẻ đến môi trường bởi vì năng lượng tạo thank

của chúng không đủ c on Ngược lạ, bức xạ ion hồa cổ năng lượng cao, bước sóng ngắn va chạm với các elecron trong vật chất và tạo thẳnh các ion

Một số loại bức xạ ion hóa như: bức xa alpha (a), beta (7), gamma (y) và neutron

{n) thường được sinh ra trong quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ

“rong những năm gẵn đây chiếu xạ chầm tia điện từ (chùm clecton) phát r tr máy gi tốc đã được sử dụng rộng rã Máy gia tốc được dũng dẫn thay thể cho các nguồn đồng vị phóng xạ vì máy có thể tạo ra hai loại bức xạ: chùm eleeton và chùm

hạt Ngoài ra máy gia tốc có công nghệ bậu tắt tùy theo nhu cầu sử dụng, không như

đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ iền tục, điễu này dẫn đến giảm lượng khí thải cũng như chỉ phí vận hành so với các loại bức xạ khác [1] Đây là một công cụ đắc lực

dùng để tghiên cứu vậ lý hạ nhân và vậ lý hạ cơ bản Không chỉ thể, ngày nay máy

ga tốc côn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp, kỹ thật và chiếu xạ và khử rằng thực phẩm, tạo xung tỉa X cho quá trình chụp ảnh phông xã, chế tạo vật liệu polyme biển tính, nano va nano composite, phân tích cấu trúc vật liệu,

xử lý chấ thải phỏng xạ Như vậy, mấy cia ốc được ứng dụng trong nhiề lĩnh vực, không chỉ thúc đẩy sự tiễn bộ của khoa học, công nghệ và kỹ thuật mà còn tác động tích cục đến đôi sống con người và vai tô Ấy tiếp tue im din theo thời gian

xuất nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu [2] Theo sự tiền bộ của khoa học công nghệ

và nhủ cầu của con người, các máy gia tốc được lắp đặt và sử dụng ở rong nước ngày cảng nhiễu nhất là những bệnh viện nằm điều tị ng thư Mủy gia tốc trong xạ tị

“được đưa vào lắp đặt và sử dụng vào thắng 1 năm 2001 tại Bệnh Viện K - Hà Nội Hiện my, nh viện khác cũng đã sử dụng mây gia tốc trong xe tr như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương cho

ta, Nam 2010, tai Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ lượng chùm ta elecron 10,0 MeV ứng dụng trong lĩnh vực chiều xạ khử trùng cũng như là phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học

Mae di vige sit ding chim electron gp loai bo nhiều vấn đề do bức xạ on hóa thông thường gây ra nhưng sự iếp xúc thường xuyên với ta clsctron cũng dẫn đến những nguy cơ đối với sức khỏe con người Tiếp xúc lâu dài với chùm electron sẽ rạng tóc, giãn mạch máu và nặng hơn là ung thư da [3] Đo đỏ, cũng như gamma và

neutron, việc chiếu chiim electron phai có các biện pháp che chắn hiệu quả nhằm bảo

Ệ an toàn cho cơn người

Bê tông là giải pháp lý tưởng để che chẩn an toàn vì có chỉ phí thấp, cường độ

nến tốt, độ bền cơ học cao, cách sử đụng đơn giản và khả năng linh hoạt trong thiết

kế xây dựng [4] Bê tông có mật độ lớn khiến chúng hắp thụ và làm chệch hướng bức

xa [S] Khả năng che chắn bức xạ của bê ông phụ thuộc vào loại vã năng lượng cũa bức xạ cũng như mật độ và độ dày của bê tông Tuy nhiên có những vẫn đề đáng lo ngại về môi trường liên quan đến phương pháp sản xuất bê lông che chin Xi ming

đổi khí

trong những ngành công nghiệp chính ảnh hưởng mạnh mẽ đến vấn dé bi hậu và hiệu ứng nhà kính do tạo ra 7% lượng khí thải carbon dioxide trên toàn cầu

năng lượng [7-I0).Vi vậy, việc phát tiễn những vật liệu lâm từ bê tông thân thiện môi trường là mục tiêu cắp thiết trong ngành công nghệ xây dựng nói chung và trong việc sản xuất bê tông nói riêng Một trong những giải pháp được đề xuất là việc tân dụng các chất thải công nghiệp, nông nghiệp làm cốt liệu thay thế cho xỉ măng từ thay thé một phần như xi măng hin hop (11, 12} dén thay thé hoàn toàn như ssopolymer[13, 14] Bêt teopolymer (GPC) thân thiện với môi trường được phát bằng phân mg hoa hoe eta aluminosilicate tr tro bay {15}, silica Fume (16) xi

lò cao [17], metakaolin (At sét nung) [18] trong môi trường có tỉnh kiềm th hiện tốt kháng acid cao hơn [21] so với bể tông gốc xi măng GPC sir dung chit thải to bay

FA đang tăng nhanh

“ro bay (PA) là phế thải ạo ra từ quả trình đốt than ở các nhà mấy nhiệt điện Tại Việt Nam, hiện có 3 nhà máy nhiệt diện than đang được vận hành nhằm đáp ứng

nhu cầu điện (theo Báo cáo Quý III năm 2023 của Cục Kỹ thuật vả An toàn Môi

trường Công nghiệp thuộc Bộ Công Thương) kéo theo lượng phát thải tro xi ie tinh

lên tới 16 triệu tắn/năm nhưng lượng tiêu thụ chỉ chiếm 87% Đây là một thách thức

<a cho nước ta trong việc xử lý nguồn phể thải này Giải phấp được đưa ra là ứng tro bay (AC) giúp giảm lượng khi thải vi g6p phần xử lý lượng FA thải m và tổn

và kiểm giáp kết dính ác cốt liêu lại với nhau để tạo ra bê tông, Ngoài giảm lượng

khí thải nha carbon dioxide, tiét kigm chỉ phí

tính cơ học và độ bên của bê tông [22], nghiên cứ

FAC cũng là một vấn đề đáng lưu ý

tin dung phế thải ro bay, cải thiện đặc

VỀ khả năng che chắn bức xạ của

Trong những năm gần đây các nghiên cứu về khả năng che chắn bức xạ của bê

tông tro bay diễn ra rất tích cực Tro bay đã được nghiên cứu làm vật liệu che chắn

khác [15] Tuy nhiên, theo tìm hiểu của tôi vẫn chưa có bãi báo và công trình nào

to bay được công bổ ở trong và ngoài nước Do đó tôi đã chọn “Kết quả khão sát ehe chấn chùm eleetron 10 MeV của vật liệu bê tông pha

1582 đặt tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Bức xạ VINAGAMMA của mẫu bê

tng tro bay cổ ti Ig 35% tro bay thay thế xỉ măng (PAC435) được bảo đảm các tiêu

chi kỹ thuật trong bê tông dân dụng

Nội dung khóa luận: Ngoài phần phụ lục, danh mục hình ảnh và bảng biểu,

lu, kết luận, tải liệu tham khảo thì nội dung chính của luận văn gồm ba

phần mở

chương được trình bảy như sau:

Chương 1: Ting quan về tương tắc của chầm eleeton với vật chắt Chương này trình bảy về các tương tác chủ yêu của electron với vật chất: sự mắt năng lượng,

do quả trình ion hóa và phát bức xạ hầm, quãng chạy của electron trong vật chất Chương 2: Mãn in tinh UERL-10-1982 Chuomg này trình bảy vé ea

sử lý thuyết mấy gia tốc tuyến tính và giới thiệu về máy gia tốc tuyển tinh UERL-10-

1582 dat ti Trung tim VINAGAMMA

vỀ khả năng che chắn của bê tông pha to bay ở t lệ thay thể tr bay là 3596 Đưa ra kết luận về kết quả đề tài cũng như kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo

ELECTRON VOI VAT CHAT

1.1 Twong tic ea electron véi vat chit

Khi chim electron di trong moi traimg vat chit ching s¢tromg tie Coulomb

vi ee electron quỹ đạo hoặc với hạt nhân Cổ bai loại tương ác xây ra là va chạm

hạ tới và thông số tương tá b, với thông số tương tắc b chỉnh là khoảng cách tính từ

tâm hạt nhân của nguyên tử tới quỹ đạo của electron

Đối với electron tới có năng lượng 1 - 10 MeV, khối lượng tương đối của nó

lớn hơn đảng kể so với khối lượng electron của các nguyên tử nhưng lại rắt nhỏ so

với khối lượng hạt nhân Do đó, elecronđi tới sẽ tương tác Coulomb không đân hồi với hạt nhân nguyên từ (b < a, ø là bán kinh nguyên từ) và bị thay đổi phương

X (Bremsstrahlung) Năng lượng bức xạ hãm phát ra phụ thuộc và độ lớn thông số b

“Thông sổ trơng tá b cảng nhỏthì năng lượng phát bức xạ hãm cảng lớn Ngược lại, khi electron tới va chạm với cée electron trong vật chất, chúng truyền đa số năng lượng của mình Năng lượng AE mà clectron nhận được lớn hơn với năng

lượng liên kết của nó kÌ eleetron bị bứt ra ngoài nguyên tử Đây là quá trình ion

hóa nguyên tử môi trờng Nếu qui trinh ion hóa xảy ra ở lớp n động năng của

electron bay ra khỏi nguyên tử chính bằng 7 = AE = E„ với E„ là năng lượng liên

kết của clectron trên quỹ đạo n Chúng lại tiếp tục tham gia tương tác với môi trường

và ion hóa môi trường đồng thời tạo ra các electron thứ cắp được gọi la delta electron

hay Knock-on và tiếp tục tương tác Coulomb dng thoi tao ra electron ep thi ba

(tertiary electron) cho tới khi năng lượng của eleetron tới bị hắp thụ hoàn toàn (trừ đi

năng lượng tỉa X thoát ra)

1.2 Sự mất năng lượng do on hóa

Khi di trong mỗi trường clscron đi tối tương tắc với clectron quỹ đạo thông qạua tần xạ Coulomb và truyền năng lượng của mình cho các electrơn của nguyên từ lượng AE mà clectron quỹ đạo nhận được lớn hơn thể năng ion hóa, nó sẽ bay ra khói nguyên tử, kết quả một cập ion clecuon được tạo thành và nguyên từ bị ion hóa Xgược lại, nỗu clecton không có đủ năng lượng để ion hóa nguyên tũ clectron nhảy nhanh vẻ trạng thái cơ bản Đây được gọi là sự kích thích nguyên tử môi trường,

% vn

ee,

Electron bitin xa" K electron Hình I.1 Mô hình sự mắt năng lượng eleetron tới do ơn hóa Sau mỗi lần tần xạ không đàn hồi của cleetron — clectron, một phhn lồn năng lượng cia electron ban đầu được truyễn cho electron bj va cham Sau mi Lin va nhất của hai hạt, đồng thời chúng bị tán xạ theo những góc lớn nên quỹ đạo mang, tính ngẫu nhiên, Điễu này dẫn đến quảng đường đi của lectron trong môi trường vật chất không phải là đường thẳng

HansBiethe đã đưa ra biểu thức xác định mỗi quan hệ quãng chạy và năng lượng,

có thể thú được bằng tin toán cơ học lượng tử cho que trình va chạm vào năm 1930, Biểu thức tính sự tiêu hao năng lượng trên một đơn vị chiễu di do tin xa Coulomb

a(R ie }arzst

trường, ð là số hạng hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ, Tham số 7 thể hiện năng lượng

của mọi quá tỉnh ion hóa vả kích thích nguyên tử 7 được tính qua công thức bán thực

cham chim elecon đơn năng sẽ tắt năng lượng, và năng lượng của chùm clectron qua tắm vật chất sẽ phân bổ trong khoảng năng lượng nảo đó phụ thuộc bễ dây vật liệu

L3 - Sự mắt năng lượng do bức xạ hâm

Do eleetron có khi lượng rắt nhỏ nên chúng để bị lệch trong điện trường của

hạt nhân và chịu gia tốc hướng tâm Gia tốc của hạt tích điện thu được tỉ lệ với điện

tích của hạt nhân và t lệ nghịch với khối lượng của nó Theo điện động lực học cổ

điển, khi một hạt điện chuyển động có gia tốc thi sẽ phát ra bức xạ điện từ gọi là bức xạ hãm Phổ bức xạ hãm là phổ iên tục, có năng lượng từ 0 đỀn năng lượng cực

đại bằng năng lượng của hạt tích điện Ở mức năng lượng vài MeV hoặc nhỏ hơn, sự

mắt năng lượng do phát bức xạ hãm đóng góp tương đối nhỏ vào quả tỉnh tiêu hao năng lượng của elecon tối

Bethe vi Haier đã đưa ra biểu thức cho sự mắt năng lượng do bức xạ bầm của cleeron và chỉ ra rằng nỗ phụ thuộc vào mắn chẳn bạt nhân bởi các clectron nguyên

tử vào năm 1934 nhu sau [28];

Hinb 1.2 Mo inh sir mit nang lugng el fon toi do phat bite xa ham

1 =5,80«10*em*inguyén tt, 5, là hàm biến đổi chậm của Với a, = 37 me)

Như vậy, năng lượng tiêu của lectron khi tương vật chất tới chính là tổng của

sự mắt năng lượng hai quá trình ion hóa và phát bức xạ hầm

vượt ngưỡng £, quá trình phát bức xạ hãm chiếm ưu thể và ngược lại Bethe vi Heitler

đưa ra công thức xấp xi giữa sự mắt năng lượng do bức xạ và ion hóa như sau [29];

bức xạ chuyển động trong đó bị mắt mát năng lượng nhanh nhất Bang 1.1 Năng lượng tới han của một số vật liệu [32]

Ee (MeV)

"Để đặc trưng cho khả năng phát bức xạ hầm của môi trường đối với electron,

khái niệm chiều dài bức xạ của môi trường được đưa ra Chiểu dài làm chậm bức xạ

của môi trưởng chính là khoảng cách mà chủm clecron chuyển động trong môi trường đó thì năng lượng sẽ bị giảm đi một hệ số ` 0.367 do phít bức xạ bầm và được tính bởi Mukund ti CERN [31]

Khi môi trường có cầu tạo gồm nhiễu thành phẳn nguyên tử khác nhau thì chiều

di làm chậm bức xạ của nó được xác định theo chiều di lâm châm của tắt cả các trường phúc tạp bằng công thức [31]

Xi: chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường chỉ có nguyên tử có số khối 4,

Bảng 1.2 Chiều dài bức xạ của một số nguyên tổ [32]

Fo: ning lượng bạn đầu của bite x9 electron,

“Xe chiều đài bức xạ của môi trường,

: năng lượng rung bình của hạt elecon sau khi đi được đoạn đường *

'Nhữ vậy, môi trường có số khối A lớn thì khả năng phát bức xạ hầm cña môi

trưởng cảng lớn Do đó khi che chắn eleetron, để giảm cường độ bức xạ hãm sinh ra

ta phải chọn vật liệu che chắn có số nguyên tử nhỏ Và ngược lại, để tăng hiệu suất lâm bia phát bức xạ hầm do có số nguyên từ lớn và có nhiệt độ nóng chảy cao

Khi di qua vat chit, electron tới hương tác với electron trên quỹ đạo và hạt nhân

tử và truyền động năng của mình thông qua cơ chế va chạm và tần xạ Do đồ

nguy

uy dao cia electron là đường zigzag và quãng đường thực sự mà các cleetron có

Š dày lớp vật chất có khả năng hãm hoàn toàn

năng lượng xác định và được hiểu là

chim electron duge tinh theo phuong chuyển động của electron theo hướng vuông

góc với bề mặt của lớp vật chất không đông nhất với quãng đường elcctron đi qua

Đây được gọi là quảng chạy xắp xỉ làm chậm liên tục- eontnuous slowing down

approximation (CSDA) trong đó electron được xem như mắt năng lượng liên tục trên

đường đi của chúng và bỏ qua sự tổn thất năng lượng ngoài ý muốn Tuy nghiền, sự

đáng kể chỉ sau một va chạm Quãng chạy Rcspa được tính như sau:

“rong đó (đE/d) được tính dựa trên công thức (1.7) và tích phân được tính toán

dựa trên phương pháp số Simpson

Đối với vậLliệu có nhiều thành phần nguyên tổ, quãng chạy được tính riêng cho từng nguyên tổ và được tính (beo công thức cũa Bragg [31]

Sự thăng giáng của gá tị TC ico vat liệu et it nn a 6 th ính được quảng chạy theo mi 46 vat chit (mem?) cho cée vt igu khác nhau

độ vật chất) và năng lượng của chùm electron Đường cong quãng chạy — năng lượng, trong hình được biểu diễn qua biểu thức [32]:

2.1 Máy gia tốc tuyến tính May gia tbc tuyển tinh (may gia te thẳng) hay còn gọi là LINAC được sử dụng

để gia tốc cúc hạttíchđiện qua một loạt ông kim loại (ổng rồi) được đặt trong buỗng chân không và nối với các diện cực của điện áp xoay chiều Nguyên tắc chung của máy gia tốc uyễn tính là đưa hạt vào cấc ống gia tốc chứa các điện cực và gia tốc chúng bằng điện trường xoay chiều có tẫn số cao tại các

trạm giữa các điện cục Hạt dĩ chuyển theo một đường thẳng, và để đảm bảo đồng bộ

nhau Bởi vi hat cin được gia tốc nên vận tốc hạt được tăng lên, độ dai của ống được

tăng lên để đảm bảo gia tốc được liên tục và đảm bảo điều kiện đồng bộ (đồng bộ với nguồn xoay chiều và phải hội tụ chùm tia) [33]

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy gia tốc sử dụng ông trồi Khi ống thứ của máy gia tốc tuyến tinh 6 chigu di được nuôi bằng nguồn,

điện xoay chiều siêu cao tằn vớ) với biên độ v, có [33]:

Qn

Trong máy trên các ông chẵn (le) được nối với nhau Khi thôn mẫn điều kiện đồng bộ, thời gian bay của hạt qua ống phải bằng nữa chu kỳ T;/2 của dồng điện lượng efọ Năng lượng E, và vận ốc vị của hại sau khỉ bay qua ông th được xác inh qua biểu thức [33]

và khoảng cách giữa các khe tăng tốc giữa hai ông trôi phải rắt lớn Để đáp ứng nhu

cầu lo m chủm hạt cô năng lượng cao, mây gia tốc cần có một cầu trúc tăng tốc tốt hơn để phù hợp với sóng RE

của ống trở nên khó khăn Do chiều dải của dng có tỷ lệ thuận với BA, vi vay có thể

giảm chiều đài của các ống bằng cách sử dụng một nguồn điện áp gia tốc có tần số

cao [34] Tuy nhiên, sử dụng sóng cao tằn đặt ra vẫn để về sự mắt năng lượng do phát

chuỗi các hốc kâm loại hình trụ gọi là hỗc công hưởng nhằm gia tốc hạt theo trục dọc Điều kiện đồng bộ [35]

Hạt mang điện di chuyển từ hốc này sang hốc khác trong khoảng Tạz/, Ta có

độ dài mỗi hốc cộng hưởng (L.) được xác định [36]:

Hình 243 Sơ đổ khối múy gia tốc tuyển tính RE,

Hình 2.3 mô tả những module làm việc chính của máy gia tốc tuyến tính điện

xony chiều RF dưới dạng sơ đồ khối Tây theo từng loi mấy gia tốc eụ thể mà đặc điểm và cầu trúc những modole này có thể được thay đối

ống dẫn sông

+ Kns0on

Klystron phat ra sóng điện từ cao tần là nguồn cung cấp năng lượng chính cho

máy gia tốc Sóng điện từ sinh ra bởi klystron được chuyển đến máy thông qua ống

dẫn sóng Sóng điện từ sẽ sinh điện trường hướng theo trục của ông kim loại va tir

trưởng quay tròn bên trong ống gia tốc Chính tử trường này làm cho chủm tia hội tụ được hiệu chinh sao cho electron dén được mỗi ống vào đúng thời điểm tối

ưu để nhận được năng lượng cực đại của điện trường Hạt s liên tục được gia tốc trong trường hợp đồng bộ duy tr

+ Của sổ cáo tần

Trước khi đến được ống dẫn sóng, sóng RF phải đi qua cửa số cao tần Bộ phận

nảy có nhiệm vụ đóng mở cửa số một cách hợp lí để đưa sóng RF vào ống dẫn sóng

dưới dang xung hoặc sóng liên tục

© Ong din sing

(Ong din sóng có hình dạng là một ông hình trụ bên rong chứa sóng RE, ống dẫn sóng là nơi xây ra quá tình tăng tốc cho bạt mang điện Tùy thuộc vào loại sóng

cho hat ma cau trúc bên trong ống dẫn sóng

RF được dũng rong quá trình tăng

cũng có nhiều kiểu khác nhau, Bên ngoài ống dẫn sóng được qun quanh bởi các

cuộn dây và nỗi vào nguồn cao áp nhằm tạo ra một dòng điện mạnh để sinh ra một từ

trường bên trong ống dẫn sống Tử trưởng này có nhiệm vụ làm hội tụ vả tái hội tụ tăng tốc

© He thong kim mit va bom chin khong

Để quả trình chuyên động vả tăng tốc của chùm hạt đạt hiệu quả cao, môi trường

bên trong ông dẫn sóng đòi hỏi cỏ độ chân không cao Do đó máy gia tốc luôn có một máy bơm chân không thực hiện chức năng này

ra đồng thời vớ

"Ngoài ra, quá trình tăng tốc cho hại cũng d quá trình sinh nhiệt tại thành ống dẫn sóng Hệ thống làm mát có tác dụng đảm bảo máy được hoạt thông thường thì bệ thồng lâm mắt sẽ đùng nước dỀ ti nhiệt ra ngoài và dùng helium lồng nêu thành ông được làm bằng chất siêu dẫn

22 Ứng dụng của máy gia tốc tuyến nh

Mãy gia tốc tuyển tính được ứng dụng nhiều tong lĩnh vực công nghiệp ~ kỷ

thuật, nông nghiệp, môi trường, khoa học — công nghệ và đời sống

Trong lĩnh vực y học, các máy gia tốc đồng để chắn đoán và điều trị ung thư, nghiên cứu sinh học và chế tạo đồng vị phóng xạ Máy gia tốc tuyển tính mang nhiều

Co trong lĩnh vực xạ trị ung thư như: ạo ra hai chùm ta là elecron và photon, điều

bức xạ cao (10 Gyiphúi), độ an toàn phóng

trường chiếu rộng, đồng tâm với su

xe cao vả đặc tính chùm tỉa tốt hơn Ngoài ra, bức xạ chỉ tổn tại tong thời gian máy sia tốc hoạt động, proton (200 MeV) và ion mắt đi phần lớn năng lượng trong đỉnh đến mọi cơ quan nội tạng nằm sâu bên trong cơ thể người bệnh, Do đó máy gia tốc quả điều trị rất cao và phân hồi tích cực

"rong công nghệ vật liệu, máy gia tốc được sử dụng để cấy ion nhằm chế tạo

vật liệu mới, chế tạo chất bán dẫn cho điện thoại, máy tính, pin năng lượng mặt trời

Công nghệ cấy ion còn được sử dụng để ci thiện độ bền của vật liệu như gốm, thủy

tỉnh Cẩy ion (crom, titan, boron, ) nhằm tăng độ cứng bề mặt cho thép Máy gia

tốc cung cắp dồng 5 — 10 mà với năng lượng 50 200 keV thường được sử dụng cho

vi khuẩn, vỉ sinh vật nhằm đảm bảo yêu cầu về vì sinh, nắm mốc, chiếu xạ các thực phẩm, gia vị nhằm đảm bảo chất lượng hàng hóa theo cam kết an toàn thực phẩm đồng thời đâm bảo vỀ hương vỉ và giá tị dinh dưỡng Liễu chiếu từ 0,1 ~ 1,0 KGy 08 tác dụng ức chế sự nảy mẫm ở một số loại rau va quả hạch, diệt trừ côn trùng trong

"rổ có và các lai đu, hi ting nh rừng tong tị ln oi chước nợ,

kế <i thời bạn sử dụng của thủy hãi sản, ti cây và rau quả đồng thời loi bỏ vỉ khuẩn gây bệnh và vi khuẩn gây hư hỏng từ hải sản sống và đông lạnh, thị, gia cằm,

n, đồ phẩm Liễu chiếu xạ lớn hơn 10 kGy có tác dụng khử trùng bữa ăn chế biến si

ăn cho bệnh nhân, và khử trùng một số chất phụ gia thực phẩm [S7] Một trong những ứng dụng quan trọng của máy gia tốc chính là nghiên cứu hạt

ca ban, Nhigu phit minh quan trọng trong lĩnh vực vật ý hạt cơ bản được thực hiện

Hoa Kỳ) được liệt kê như:

+ Nam 1976, Buron Riehtr và Đỉnh Triệu Trung đạt giải Nobel khi xác định được J0 [38]

Năm 1990, Ierome I Friedman, Henry W Kendall va Richard E Taylor

‘neutron thong qua tán xạ đàn hồi của eleetron [39), Năm 1995, Marin Lewis Perl được trao giải Nobel khi tim ra hat lepton

"Như vậy, máy gia tốc tuyển tính chầm ta có nhiều ứng dụng từ các ngành

công nghiệp khác nhau cho đến y học, thực phẩm, khoa học, cho thấy sự đồng góp

ứng dụng quan trọng của máy gia tốc trong các lĩnh vực y tẾ, công nghệ hỏ cho sự phát triển của th giới Mục 2.2 chỉ tỉnh bày khái quit thực phẩm, công nghệ vật liệu và nghiên cứu hạt cơ bản Công nghệ này còn nhiều

May gia the UELR-10-1552 đã được vào năm 2010 tại Trung tâm Nghiên cứu,

và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA), Đây là một sản phẩm của công tuyển tính LINAC với kiểu gia tbe electron bing song cao tn théng qua edu trúc gia

tốc cộng huéng (resonators of accelerating structure) Chim electron sau khi duge

gia tốc đạt năng lượng 10 MeV có cường độ đồng cực đại là I.Š mÂ, năng suắt xử lý

cực đại tương ứng 15kW tương đương năng suất xứ lý của máy #'Co có hoạt độ là

1.2 mCi, Hệ thông đầu ra có hai cửa nằm ở khoảng cách Im với hai đầu quết đối điện

nhau 180" và có thể thực hiện chiếu xạ cùng 1 lúc 2 mặt [36]

Véi cong suat cao, thiết bị chiếu xạ có khả đáp ứng số lượng lớn hảng hóa với

thời gian linh hoạt Công suất sử Lý của thiết bị đạt -4 tắn giờ hàng thực phẩm đông

lạnh và thực phẩm khô, 5-10 m°/giờ hàng dụng cụ y tế Định kỳ, thiết bị được bảo trì,

bảo đưỡng và kiểm trả thông số the tiêu chuẳn ISO/ASTM $1649:2005 dé dim bao các tiêu chu của máy gia tốc hoạt động đúng tht ế [41]

"Độ đồng đều liều theo chiêu quét (%5) +§

© inh 2.5 Ban v8 cae 69 phdn may gia tbe UERL-10-1582 (36) bộ phận máy gia tốc UERL-10-15S2 [36] —

2⁄31 Khối che chấn bức xạ

Tình 243 mình họa cho khối che chấn bức xạ lâm bằng vật lệu bê tông có tỷ Khối 3.3 giem” của máy gia tốc UERI-10-l 2 tại Trung tâm VINAGAMMA nhằm giảm thiểu tác động của các bức xạ có hại đến mức an toàn chơ người lao động và Khu vực mỗi trường xung quanh,

2.32 Súng điện từ

Máy gia tốc UERL-10-15S2 sử dụng súng điện tử ba cực (EG) (bộ phận I1

trong Hình 2.4) được cấp điện từ một bộ điều khiển riêng với điện áp là SOkV EG

phát ra đồng điện lên 0.5A trong đồ một phần của đông điện này được kiểm soát bởi thể lưới để đảm bảo rằng dòng điện tại đầu vào của phẫn gia tốc không vượt quá vào phần gia tốc Hệ thông điều khiển máy tính của gia tốc thực hiện điều chỉnh này

để đảm bảo rằng đồng điện xung tại đầu ra của gia tốc, được đo bằng bộ đo đồng xung chùm tia với gid tri hing sé da cho [35]

2.3.3 Ong gia tốc

(ng gia tbe được Viện NIIEFA (St Peterburg) thidt ké va ché tao Gm 9 hốc

cộng hưởng, tương ứng có 9 cuộn đây hội tụ chùm tỉa bao quanh ngoài kết hợp với 3

bơm ion được bổ tr đọc theo ống trong Hinh 2.4, Chim electron sau khi phit rate

súng điện tử được đưa vào dng va gia téc bing song cao tan phat ra từ Klystron đưa

vào Ống theo dạng sóng đứng

2.34, Krystron

HỆ thống sóng cao tấn cung cấp cho mấy gia tốc UELR-I5-10S2 là loại

'VKS§262 được chế tạo bởi Communication & Power Industries (CPI) (Mg) Dat

tong một Solenoid của bằng Thalss nhúng trong bể dầu biển thể với điện thể làm vige 18 121 kV, 78