DANH MỤC CÁC KÍ HIỆUKý hiệu Ý nghĩa | e Dién tich electron r Khoảng cách tức thời giữa hai điện tử cm E Năng lượng electron eV B Vận tốc của electron so với vận tốc ánh sáng trong chan k
Trang 1BỘ GIÁO ĐỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỎ CHÍ MINH
KHOA VAT LÝ
TRAN KHA LUAN
KHOA LUAN TOT NGHIEP
Chuyén nganh: Vat ly hoc
Thanh phô Hồ Chi Minh, năm 2024
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỎ CHÍ MINH
KHOA VAT LÝ
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: TRAN KHẢ LUAN
Giảng viên hướng dẫn: PGS TS HOANG ĐỨC TÂM
Thanh pho Hồ Chí Minh, năm 2024
Trang 3XÁC NHAN CUA CAN BO HƯỚNG DAN
XAC NHAN CUA CHU TICH HOI DONG
Thanh phố Hỗ Chí Minh ngảy 13 tháng 05 năm 2024
Sinh viên thực hiện
Trân Khả Luân
Trang 4LOI CAM ON
Trong thời gian 4 năm học tập nghiên cứu và thực hiện khóa luận tại trường Dai
học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ và hỗ trợ
nhiệt tình của Ban Giám hiệu nhà trường, quý thay cô, bạn bè trong Khoa Vật Lý và các thanh viên phỏng phía sau, phòng Thí nghiệm Vat lý Hạt nhân.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời 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 cứu tại trường Tuy
thời gian thực hiện khóa luận tương đối ngắn nhưng nhờ thay góp ý, định hướng khoa học chính xác nên tôi đã hoản thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Tôi 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
trong suốt 6 tháng nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Tôi đã học hỏi được nhiều kỹ năng,
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
quá trình thực hiện mẫu bao gồm: Phòng Thí nghiệm Vật lý Hạt Nhân trường Đại học
Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, phòng Thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân thuộc khoa Vật lý Kỹ thuật —Vat lý Y khoa trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hỗ Chí Minh, Đại học Quốc gia Thành phố Hỗ Chí Minh.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến anh Võ Anh Tuan - hiện đang làm việc va
nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Trién khai Công nghệ Bức xa VINAGAMMA
đã tận tình giải đáp thắc mắc và hỗ trợ trong việc đo đạc.
Sau cùng tôi xin bảy tỏ lòng biết ơn đến gia đình, thầy cô, bạn bè đã luôn ủng hộ
và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Thành phố Hỗ Chí Minh, ngảy 13 tháng 05 năm 2024
Tran Khả Luân
Trang 5MỤC LỤC
LOVCAMIGN án 10020105511110521012110155111006219121433031491E111111136061516032109214120112188111611003061021) iiDANH MỤC CAC KÍ HIBU ooo cc cecccecsccescceessseessessseesssessnesnneeenscesnseessensseeeensessseessnen VDANHMUIGGHDVIETTAT sscaccasascassssncanvasaccosssarssascessssseseanneaasoeaneccancanaansecss vi
DANH MỤC HINH VE - DO THỊ, 52-2 5S E22 3 522521 211111721117 51 72111 xe vii
DANH (MIUIGBANGIBIEDLinsasaeeinnannonnonoioanininiananniontonioioaananoni viii
MO DAU nšgÿ |
CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE TƯƠNG TÁC CUA CHUM ELECTRON VỚI
VAT CHÁT oecccsccececssscsssssessuseessseconsuesesusesssivtssnseessnsesssncsnnnsessnseesssecennasessuecssneeenseeecees 5
1.1 Tương tác của electron với vật chất ¿co tt St 3 1111111111212 cu, 5
1.2 Su mat BANE JUONE AO TOMINGA ccscasessesssserserescerssneseesesasvenessensnssscosessessavessarsass 6
1.3 Sự mat năng lượng do bức xạ hãm s 2- 2522522222 v 2x22 ESxerxrrrsrrrsee §
1.4 Quang chạy của clectron trong vật chất :- 5c cv, 12
CHƯƠNG 2 MAY GIA TOC TUYẾN TÍNH UERL-10-5§2 - 14
2.1 Máy gia tốc tuyến tính 6 2222121112111 111 K1 1n 01101 xe, 142.2 Ứng dụng của máy gia tốc tuyến tính 2222 ©2222Ezz22zz+erzrrrzxrrcrree 18
2.3 Máy gia tốc tuyến tinh UERL-10-1582 :.ccccssesssesssesssesssesssesseessnessneeneenseess 20
0 0l, TKhpiiphieinniDffBTDsasassaansaoaonnauoaibiissoaireatnanaaaiianntoiai 22
6Ó, RBIVYSHOIH, (22 1/02/2200/4010220//0400019/222227530231)0222003032900233023/37202037102535-5 22
73/5, RG Pras NUE GNM A AMAA acc co ennorenanernanoarenaensaarnoirenne 23
2.3.6 Hệ băng tai cece cceccssesesneeesnseesssesenseeessiseesssennnseesssesssneeenneeeecueees 23
2.3.7 Hệ thống điều khién, phản hồi va đáp Ung eeecseeecsssessseeeesneesenees 24
2318, (Gá0BEiHi0DDDINWOuoaaaaanuneinnonagpoinerinireanasiosiioaoinsinei 25
Trang 6CHUONG 3 ĐÓ THỰC NGHIEM TREN MAY GIA TOC TUYẾN TÍNH
3.1 Đối tượng nghiên cứu -2 2©2£©+E£EEE£EEEEEEE+EE+ZEEeZExkcrkecrkecrsec- 26
Sul), TnggiãanwWEbBlÔfEssaonaaeaaaoaannaanna-aaaannndtodutrtoinutuins 26
3.1.2 Các công trình nghiên cứu về che chắn bức xạ của bê tông 28
3.1.3 _ Tổng quan vẻ bê tông pha tro bay co ccc ctv2trrcrrrerrrcrrres 29
34 Ceay trina AG Ae BACASS sis sicesssscssscisessssorscsssncasascancansesisseisecsnoasanensas 31 3.2 Đo thực nghiệm trên máy gia tốc tuyến tính UERL-10-15S2 33
SDM), TDgngepiHEEĐDEBssseseeeieiioieioiriiareiidiirioioiieiigiieiaoiea 34
3.2.2 Các bước tiến hành dO oo cecccccceccsscssescssvsvescsseseesessvsvesveseeesvseesessveveeeeaves 34
S0, RCE NO can nan an nnanoaternneannana 36
ĐI, MAG IMAN 5 5ccscssccssscacssssescsuecessaszecaseecssestsssssecessnsssessssesceesseseseessesssonersese0se 38
KET LUAN VA KIEN NGHD 0 °3 41
TADDIEU THAM RAG taeaaanaaneioaaonanoaaoaaadninaaoanannnoiaannnnana 42
PHU LUC: ĐỊNH LƯỢNG LIEU LUONG BUC XA - GIỚI HAN LIEU DOI VỚICHIEU XA NGHE NGHEP VA DAN CHUNG ooccccsesssscsscsssssessessesscssesueeseeseeseceeeseenes 49
iv
Trang 7DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Ký hiệu Ý nghĩa
| e Dién tich electron
r Khoảng cách tức thời giữa hai điện tử (cm)
E Năng lượng electron (eV)
B Vận tốc của electron so với vận tốc ánh sáng trong chan không
Ø Tiết điện phát photon
v Tan số phát photon
| Cường độ chùm tia electron
mM Hệ số hap thụ tuyến tinh
V Vận tốc electron
Zo Dién tich hat nhan
c Vận tốc ánh sáng trong chân không
Tr Chu kỳ sóng cao tan
p Mật độ vật chất
Rạ Bè day đi được của electron đến khi bị hap thu hoan toan (cm)
Respa Quang chay xấp xi lam chạy liên tục (cm)
Rmax Quang chạy cực đại (cm)
Rso Bé day tại đó liêu hap thụ bằng 50% liều cực đại (em)
7 Pha của dòng điện xoay chiều cao tan
Thesen Chu ky chim tia electron
Le Độ dai một hốc cộng hưởng (cm)
f Tân số lặp xung (Hz)
x Chiều dai bức xa
V
Trang 8DANH MỤC CHU VIET TAT
Tên viết tắt Tên Tiếng Việt Tên Tiếng Anh
RF | Sóng điện từ cao tần | Radio Frequency
CSDA | Quang chạy xấp xi làm chậm liên | Continuous Slowing Down
tục Approximation
LINAC May gia tốc tuyến tính Linear Accelerator
EG | Súng điện tử | Electron Gun
CM | Xi mang | Cement
FA | Tro bay | Flyash
FAC Bê tông pha tro bay Flyash Concrete
GPC Bê tông Geopolyme Geopolyme Concrete
OPC | Xi mang Portland thông thường | Ordinary Portland Cement
RSC | Bê tông cản xạ | Radiation Shielding Concrete
UHPC | Bê tông tính nang siêu cao | Ultra-High-Performance
vì
Concrete
Trang 9DANH MỤC HÌNH VỀ - ĐÒ THỊ
Hình 1.1 Mô hình sự mat năng lượng electron tới do ion hóa 52-5525525- 6
Hình 1.2 Mô hình sự mat năng lượng electron tới do phát bức xạ hãm §
Hình 1.3 Đường cong quãng chạy - năng lượng đối với electron [34] 13 Hình 2.1 Sơ dé nguyên ly máy gia tốc sử dụng ông tri oes ceecceecceeceeeceeeeeeeeee 14
Hình 2.2 Cấu trúc các hốc cộng hưởng và điện trường gia tốc của máy gia tốc
RF-nà 2 15 Hình 2.3 Sơ đồ khối máy gia tốc tuyến tính RF o c.cccccccssssssssssssssssessseessssseenscessesssennees 16
Hình 2.4 Tổng thẻ thiết kế của hệ thông máy gia tốc UELR-15-10S2 tại Trung tâm
Nghiên cứu vả Triển khai Công nghệ Bức xạ VINAGAMMA [41] - 20
Hình 2.5 Bản vẽ các bộ phận máy gia tốc UERL-10-15§2 [36] 21
Hình 3.1 Quy trình đô mẫu 52 2 1C 221112 001g 20022111 110 0 1c, 32
Hình 3.2 D6 thị liều hap thụ theo bề dày vật liệu biéu điển các tham số Rao, Rp và Ra»;
F7 — 34
Hình 3.3 Các bước tiền hảnh thí nghiệm khảo sát khả năng che chắn của mẫu bê tông
RO AY ACS Os TT TT TH H1 11111/71017/7/77/1/0/11000000/00//0000/0007/100/7/00//0/0000/0/000000/00//00Ô0 0T 35 Hình 3.4 Đồ thị phân bó liều theo bề dày vật liệu FAC434 s-2c-ccc 38
vũ
Trang 10DANH MỤC BANG BIEU
Bảng 1.1 Năng lượng tới hạn của một số vật liệu {32] 55-55sc55sccssccssc 10
Bảng 1.2 Chiều dài bức xa của một số nguyên tố [32] 22¿©222zcccczzcccscce II
Bảng 2.1 Các thông số cơ bản của máy gia tốc UELR-10-15S2 [41] 21
Bang 2.2 Các thông số chính hệ băng tai của máy gia toc UELR-15-10S2 [4] 24
Bang 3.1 Một vài xu hướng nghiên cứu trong lĩnh vực bê tông cản xạ RSC 28
Bảng 3.2 Ti lệ cấp phối tinh cho Im‘ và mật độ khi khô của mẫu FAC435 33
Bảng 3.3 Số liệu do thực nghiệm bé dày va liều chiều nhận được tương ứng của vật liệu
BÀ CÁ TS (ictocdgiti0400111112011141103016639510661888518653583819413658885685618455383658515831355518596638541388385851586 36
vi
Trang 11MỞ ĐÀU
Ngày nay, công nghệ bức xạ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công
nghiệp, nông nghiệp, y tế, năng lượng ở nhiều quốc gia trên thê giới Công nghệ bức
xạ đóng một vai trò then chốt từ quan sy, khai thác mỏ, khảo cô, quy trình sản xuất,
sản xuất điện, năng lượng, chuẩn đoán và điều trị bénh, Bức xạ bao gom bức xa không ion hóa va bức xạ không ion hóa dựa trên năng lượng va bước sóng của chúng Trong đó, bức xạ không ion hóa bao gồm: ánh sáng nhìn thấy, bức xạ nhiệt, tia cực tím, tia hong ngoại, có tác động không đáng kẻ đến môi trường bởi vì năng lượng
của chúng không đủ dé tạo thành các ion Ngược lại, bức xạ ion hóa có năng lượng
cao, bước sóng ngắn va chạm với các electron trong vật chất và tạo thành các ion.
Một số loại bức xạ ion hóa như: bức xa alpha (a ), beta (7), gamma (7 ) và neutron(n) thường được sinh ra trong quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ
Trong những năm gần đây, chiếu xạ chùm tia điện tử (chùm electron) phát ra từmáy gia tốc đã được sử dụng rộng rãi Máy gia tốc được dùng dân thay thế cho cácnguồn đồng vị phóng xạ vì máy có thé tạo ra hai loại bức xạ: chùm electron và chùmtia X cũng như linh hoạt trong việc điều chỉnh cường độ cũng như năng lượng của
hạt Ngoài ra máy gia tốc có công nghệ bật/tắt tùy theo nhu cầu sử dụng, không như
đồng vị phóng xạ phát ra bức xạ liên tục, điều này dẫn đến giảm lượng khí thải cũng
như chi phí vận hành so với các loại bức xạ khác [1] Day là một công cụ đắc lực dùng dé nghiên cứu vật lý hạt nhân va vật lý hạt cơ bản Không chi thé, ngảy nay máy
gia tốc còn được ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực như y tế, công nghiệp, kỹ thuật vàđời sông như: xạ trị, sản xuất đồng vị và được chất phóng xạ, chế tạo mạch bán dẫn,
chiếu xạ và khử trùng thực phẩm, tạo xung tia X cho quá trình chụp ảnh phóng xạ,
chế tạo vật liệu polyme biến tinh, nano va nano composite, phân tích cấu trúc vật liệu,
xử lý chất thải phỏng xạ Như vậy, máy gia tốc được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,
không chỉ thúc đây sự tiễn bộ của khoa học, công nghệ và kỹ thuật mà còn tác độngtích cực đến đời sống con người và vai trỏ ấy tiếp tục lớn dần theo thời gian
Trang 12Ở Việt Nam, máy gia tốc đầu tiên được lắp đặt vào năm 1974 do Hungary sản
xuất nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu [2] Theo sự tiền bộ của khoa học công nghệ
và nhu cầu của con người, các máy gia tốc được lắp đặt và sử dụng ở trong nước ngày càng nhiều nhất là những bệnh viện nằm điều trị ung thư Máy gia tốc trong xạ trị được đưa vào lắp đặt và sử dụng vào tháng 1 năm 2001 tại Bệnh Viện K — Hà Nội.
Hiện nay, đã có thêm nhiều bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị
như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ Ray, bệnh viện Ung bướu Trung uong, cho
thấy phương pháp xạ trị dùng máy gia tốc đang có xu hướng phát triển mạnh ở nước
ta Năm 2010, tại Trung tâm Nghiên cứu và Trién khai Công nghệ Bức xa
(VINAGAMMA) đã lắp đặt va sử dụng hệ máy gia tốc UELR-10-15S2 với năng
lượng chùm tia electron 10,0 MeV ứng dụng trong lĩnh vực chiếu xạ khử trùng cũng như là phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học.
Mặc dù việc sử dùng chim electron giúp loại bỏ nhiều van dé do bức xạ ion hóa
thông thường gây ra, nhưng sự tiếp xúc thường xuyên với tia electron cũng dẫn đến
những nguy cơ đối với sức khỏe con người Tiếp xúc lâu dai với chim electron sẽ
dan đến giảm kha năng tiết mô hôi, vùng mí mắt bị ban đỏ, lan đa đổi màu, khô đa, rụng toc, giãn mach mau và nặng hơn là ung thu da [3] Do đó, cũng như gamma vả
neutron, việc chiếu chùm electron phải có các biện pháp che chắn hiệu quả nhằm bảo
vệ an toàn cho con người.
Bê tông là giải pháp lý tưởng dé che chắn an toàn vì có chi phí thấp, cường độ
nén tốt, độ bên cơ học cao, cách sử dụng đơn giản và khả năng linh hoạt trong thiết
kế xây dựng [4] Bê tông có mật độ lớn khiến chúng hap thụ va làm chéch hướng bức
xạ [5] khả nãng che chắn bức xạ của bê tông phụ thuộc vào loại và năng lượng củabức xạ cũng như mật độ và độ day của bê tông Tuy nhiên có những van đề đáng lo
ngại về môi trường liên quan đến phương pháp sản xuất bê tông che chan Xi mang
(CM) là vật liệu kết dính được sử dụng trong bê tông Dau tiên, sản xuất CM là một
trong những ngành công nghiệp chính ánh hưởng mạnh mẽ đến van dé biến đôi khí hậu và hiệu ứng nhà kính do tạo ra 7% lượng khí thai carbon dioxide trên toàn cầu [6] Thứ hai, san xuất CM còn tiêu thụ một lượng lớn đá vôi, than đá, các loại khoáng
Trang 13sản và điện, điều này gây ảnh hưởng đến địa chất, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và
năng lượng [7-10].Vì vậy, việc phát trién những vật liệu làm từ bê tông thân thiện
môi trường là mục tiêu cấp 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 tậndụng các chất thải công nghiệp, nông nghiệp làm cốt liệu thay thế cho xi măng từ
thay thế một phần như xi măng hỗn hợp (I1, 12] đến thay thế hoàn toàn như
geopolymer [ 13, 14] Bê tông geopolymer (GPC) thân thiện với môi trường được phát
triển bằng phản ứng hóa học của aluminosilicate từ tro bay [15], silica fume [16], xi
lò cao [17], metakaolin (đất sét nung) [18] trong môi trường có tính kiềm thé hiện tốt các tính chất cơ học [19], khả năng chống cháy [14], độ dẫn nhiệt thấp [20], khả năng
kháng acid cao hơn [21] so với bê tông gốc xi măng GPC sử dụng chất thải tro bay
(FA) tạo ra bê tông tro bay (FAC) giúp giảm lượng khí thải và góp phần xử lý lượng
FA đang tăng nhanh.
Tro bay (FA) là phé thải tạo ra tir quá trình đốt than ở các nha máy nhiệt điện.Tại Việt Nam, hiện có 33 nhà máy nhiệt điện than đang được vận hành nhằm đáp ứng
nhu cầu điện (theo Báo cáo Quý III năm 2023 của Cục Kỹ thuật va An toàn Môi trường Công nghiệp thuộc Bộ Công Thương) kéo theo lượng phát thai tro xi ước tinh
lên tới 16 triệu tắn/năm nhưng lượng tiêu thụ chỉ chiếm 87% Đây là một thách thứcđặt ra cho nước ta trong việc xử lý nguồn phé thải này Giải pháp được đưa ra là ứngdụng tro bay trong bê tông xây dựng GPC sử dụng chất thải tro bay tạo ra bê tôngtro bay (FAC) giúp giảm lượng khí thai và góp phân xử lý lượng FA thải ra và tồn
đọng tại các nhà máy Trong FAC, một hỗn hợp geopolymer được tạo thành từ FA
và kiềm giúp kết đính các cốt liệu lại với nhau để tạo ra bê tông Ngoài giảm lượng
khí thải nha carbon dioxide, tiết kiệm chi phí, tận dụng phế thải tro bay, cải thiện đặctính cơ học và độ bèn của bê tông [22], nghiên cứu về khả năng che chắn bức xạ củaFAC cũng là một van dé đáng lưu ý
Trong những năm gan đây các nghiên cứu về kha 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
bức xạ cho tia gamma [23], nghiên cứu của nhóm Matthew J Catenacci va các cộng
Trang 14sự đã đưa ra đánh giá về hệ số suy giảm tuyến tính của tro bay và các geopolyme
khác [15] Tuy nhiên, theo tìm hiểu của tôi vẫn chưa có bài báo và công trình nào nghiên cứu về khả năng che chắn chùm electron từ máy gia tốc đối với bê tông pha
tro bay được công bố ở trong và ngoài nước Do đó tôi đã chọn “Kết quả khảo sátban đầu về kha năng che chắn chùm electron 10 MeV của vật liệu bê tông pha
tro bay” làm đề tải thực hiện báo cáo khóa luận tốt nghiệp đại học.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Trong khóa luận nay, chúng tôi khảo sat khảnăng che chắn chùm electron 10 MeV phát ra từ máy gia tốc tuyến tính UERL-10-
15S2 đặt tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Bức xạ VINAGAMMA của mẫu bê
tông tro bay có ti lệ 35% tro bay thay thé xi măng (FAC435) được bảo đảm các tiêu
chí kỳ thuật trong bê tông dan dụng.
Nội dung khóa luận: Ngoài phan phụ lục, danh mục hình ảnh và bang biểu,
phan mở đâu, kết luận, tài liệu tham khảo thì nội dung chính của luận văn gồm ba
chương được trình bày như sau:
Chương 1: Tổng quan về tương tác của chùm electron với vật chất C hương này trình bày về các tương tác chủ yếu của electron với vật chất: sự mat năng lượng
do quá trình ion hóa và phát bức xạ ham, quãng chạy của electron trong vật chat.
Chương 2: May gia tốc tuyển tinh UERL-10-15S2 Chương này trình bay về cơ
sở lý thuyết máy gia tốc tuyến tính va giới thiệu về máy gia tốc tuyến tính
UERL-10-1582 đặt tại Trung tâm VINAGAMMA.
Chương 3: Do thực nghiệm trên máy gia tốc tuyển tính VERL-10-15S2 Chương
này trình bày về kết qua đo suất liều thu được theo bề day của mẫu nêm và suất liều
tại 9 điểm đo trên các mẫu móng có bé day lần lượt là 2, 3, 4, 5 em Từ đó nhận xét,
về khả năng che chắn của bê tông pha tro bay ở tỉ lệ thay thế tro bay là 35% Đưa ra
kết luận về kết qua đề tài cũng như kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo.
Trang 15CHƯƠNG 1 TONG QUAN VỀ TƯƠNG TAC CUA CHUM
ELECTRON VOI VAT CHAT.
1.1 Tương tác của electron với vật chất
Khi chùm electron đi trong môi trường vật chất chúng sẽ tương tác Coulomb với các electron quỳ đạo hoặc với hạt nhân Có hai loại tương tác xảy ra là va chạm đàn hoi và va chạm không đàn hồi với xác suất xảy ra tùy thuộc vào năng lượng của hạt tới va thông số tương tác b, với thông số tương tác b chính là khoảng cách tinh tir
tâm hạt nhân của nguyên tử tới quỹ đạo của electron.
Đối với electron tới có năng lượng 1 — 10 MeV, khối lượng tương đỗi của nó lớn hơn dang kê so với khối lượng electron của các nguyên tir nhưng lại rất nhỏ so với khối lượng hạt nhân Do đó, electron đi tới sẽ tương tác Coulomb không đàn hồi
với hạt nhân nguyên tử (b « a, a là bán kính nguyên tử) và bị thay đôi phương
chuyên động và mắt một phan năng lượng đưới dang bức xạ hãm va có thé tao ra tia
X (Bremsstrahlung) Năng lượng bức xạ hãm phát ra phụ thuộc và độ lớn thông số b.
Thông số tương tác b càng nhỏ thì nang lượng phát bức xạ hãm càng lớn.
Ngược lại, khi electron tới va chạm với các electron trong vật chat, chúng truyền
đa số năng lượng của mình Năng lượng AE mà electron nhận được lớn hơn với nănglượng liên kết của nó khiến electron bị birt ra ngoài nguyên tử Đây là quá trình ionhóa nguyên tử môi trường Nếu quá trình ion hóa xảy ra ở lớp n, động năng của
electron bay ra khỏi nguyên tử chính bằng T = AE — E„ với E„ là năng lượng liên kết của electron 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 cấp được gọi là delta electron
hay Knoek-on và tiếp tục tương tác Coulomb đồng thời tạo ra electron cấp thứ ba
(tertiary clectron) cho tới khi năng lượng của clectron tới bị hấp thụ hoản toàn (trừ đi
năng lượng tia X thoát ra).
Trang 161.2 Sự mất năng lượng do ion hóa
Khi di trong môi trường electron đi tới tương tac với electron quỳ đạo thông
qua tán xạ Coulomb và truyền năng lượng của mình cho các electron của nguyên tử
môi trường Năng lượng cần thiết để ion hóa nguyên tử là khoảng 10 eV Nếu năng
lượng AE ma electron quỹ đạo nhận được lớn hon thé năng ion hóa, nó sé bay ra khỏinguyên tử, kết quả một cặp ion — electron được tạo thanh và nguyên tử bị ion hóa.Ngược lại, néu electron không có đủ năng lượng đẻ ion hóa nguyên tử, electron nhảy
lên mức năng lượng cao hơn khiến nguyên tử ở trạng thái kích thích sau đó chuyên nhanh về trạng thái cơ bản Đây được gọi là sự kích thích nguyên tử môi trường.
Electron bị tán xạ K -electron Hình 1.1 Mô hình sự mat năng lượng electron tới do ion hóa.
Sau mỗi lần tán xạ không đàn hồi của electron — electron, một phan lớn năng
lượng của electron ban đầu được truyền cho electron bị va chạm Sau mỗi lan vacham, xác suất dé electron mat một nửa năng lượng của minh là lớn nhất do tính đông
nhất của hai hạt, đồng thời chúng bị tán xạ theo những góc lớn nên quỹ đạo mang
tính ngẫu nhiên Điều này dẫn đến quãng đường đi của electron trong môi trường vật
chất không phải là đường thăng.
Hans Bethe đã đưa ra biểu thức xác định mỗi quan hệ quãng chạy và nang lượng
có thê thu được bằng tính toán cơ học lượng tử cho qua trình va chạm vào năm 1930 Biéu thức tính sự tiêu hao năng lượng trên một đơn vị chiều dai do tán xa Coulomb
có dang [24]:
Trang 17fs] adie -I+#!]+I-/! +s(I-l~# | =ð
(1.1)
Với T là động năng tương đối của electron, ne là mật độ electron trong môi trường, ở là số hạng hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ Tham số Ƒ thé hiện năng lượng
kích thích trung bình của electron nguyên tử, được xác định bằng cách lấy trung bình
của mọi quá tỉnh ion hóa vả kích thích nguyên tử 7 được tính qua công thức bán thực
nghiệm sau [25]:
=12+2 (eV), Z<13
z (12)
N|—: NỊ =Í=9,76+58,8Z"!(eV) Z 213
Trên thực tế, ta con phải xét sự có mặt của các electron khác trong môi trường
vật chất khi xảy ra tương tác của hạt tới với một electron bat kỳ Do đó phải có sự
hiệu chỉnh đối với hiệu ứng mật độ Số hạng hiệu chỉnh hiệu ứng mật ổ được tính dựa
trên hàm đáp ứng điện môi do Fano công bố vào năm 1956 [26] :
Do ở mức năng lượng tương đối tính, vận tốc v gan bang vận tốc ánh sáng va
năng lượng hãm do va chạm tăng theo hàm logarithm của năng lượng Khi đó sau va
Trang 18chạm chim electron đơn năng sẽ mat năng lượng, và năng lượng của chùm electron qua tam vật chat sẽ phân bố trong khoảng năng lượng nao đó phụ thuộc bè day vật
tích của hạt nhân và ti lệ nghịch với khoi lượng của nó Theo điện động lực học cô
điền, khi một hạt tích điện chuyền động có gia tốc thì sẽ phát ra bức xạ điện từ gọi là
bức xạ hãm Phé bức xạ hãm là phô liên tục, có năng lượng từ 0 đến năng lượng cực
đại bằng năng lượng của hạt tích điện Ở mức năng lượng vài MeV hoặc nhỏ hơn, sựmat năng lượng do phát bức xạ hãm đóng góp tương đối nhỏ vào quá trình tiêu hao
năng lượng của electron tới.
Bethe và Haitler đã đưa ra biểu thức cho sự mat năng lượng do bức xạ hãm của
electron va chỉ ra rang nó phụ thuộc vao man chắn hạt nhân bởi các electron nguyên
tử vào năm 1934 như sau [28]:
Trang 19Với o, = mỊ = =5,80%10* cm?/nguyén tir, B, là hàm biến đổi chậm của
mục”
Z và E có giá trị 16/3 với năng lượng E«<0.5MeV và khoảng 6 với E ~1.0MeV,
Ta nhận thay sự mat năng lượng do bức xạ hãm tỉ lệ với bình phương điện tích
Z của hạt nhân môi trường, với mật độ nguyên tử môi trưởng n và động năng T của
electron tới Sự mat năng lượng do ion hóa khi xe tỉ lệ với Z va logarithm năng
lượng còn sự giảm năng lượng do bức xạ tỉ lệ với Z*, vì vật ở năng lượng cao sự
mắt năng lượng do bức xạ chiếm ưu thé
Như vậy, năng lượng tiêu của electron khi tương vật chat tới chính là tông của
sự mat năng lượng hai quá trình ion hóa và phát bức xạ hãm
dx dx j \dxj}iy
E_goi là “nang lượng tới han” va được định nghĩa là năng lượng mà tại đó sự
mat năng lượng do ion hóa và do phát bức xạ hãm là bằng nhau Khi năng lượng tới
vượt ngưỡng E quá trình phát bức xạ hãm chiếm ưu thé và ngược lại Bethe va Heitler
đưa ra công thức xắp xi giữa sự mắt năng lượng do bức xạ và ion hóa như sau [29]:
la)dx} EZ 800
——————~| MeV È =—(MeV
(= “T600 B=, z | ev) urs)
de
Năng lượng tới han ứng với ti số ở về trái bằng một, nghĩa là khi đó E„ = = :
Như vậy, nguyên tử số của môi trường càng lớn thì năng lượng tới han càng giảm.
Dé chính xác hon, năng lượng tới hạn theo nguyên tử số của môi trường được tinh
Trang 20bức xạ hãm Môi trường có khả năng hãm bức xa electron tot là môi trường ma chùm
bức xạ chuyên động trong đó bị mat mat năng lượng nhanh nhất.
VậlủệU Ec(MeV) Vậtliệu — Ec (MeV)
Chì (Pb) 951 Khéng khi 102 Nhôm (Al) 51,0 Polystyrene 109
Sat (Fe) 27,4 (Nal) 17,4 Đông (Cu) 24,8 Nước (H20) 92
Dé đặc trưng cho kha nang phat bức xa ham của môi trường đối với electron,khái niệm chiều dai bức xạ của môi trường được đưa ra Chiều dai lam chậm bức xạcủa môi trường chính là khoáng cách mà chim electron chuyên động trong môi
trường đó thì năng lượng sẽ bị giảm đi một hệ số Ì ~ 0,367 do phát bức xạ hãm và
Với Z, A là điện tích và số khối của nguyên tử môi trường.
Khi môi trường có cấu tạo gồm nhiều thành phần nguyên tử khác nhau thì chiềuđài làm chậm bức xạ của nó được xác định theo chiều đải làm chậm của tất cả cácthành phần có trong nó Lúc nảy có thê xác định chiêu đài làm chậm bức xạ của môitrưởng phức tạp bằng công thức [3]:
1 ` A1
—= + 1.11x px] TT 2 (1.1)
Trong đó:
Xa:chiêu dai làm chậm bức xạ của môi trường nhiều thành phân nguyên tô;
qi: hàm lượng nguyên tử số của môi trường:
L0
Trang 21Ay => A,: số khối hiệu dụng của môi trường;
Từ khái niệm vẻ chiều dai làm chậm bức xa, ta có thé đưa ra công thức tính năng
lượng trung bình của hạt electron sau khi đi được đoạn đường trong môi trường có
chiều đài làm chậm bức xa Xo là [30]:
x
E= E,eo( 2) (1.12)
Trong đó:
Eo: năng lượng ban đầu của bức xạ electron.
Xo: chiều dai bức xạ của môi trường
E: năng lượng trung bình của hat electron sau khi đi được đoạn đường +.
Như vay, môi trường có số khối A lớn thi khả năng phát bức xa him của môi
trưởng càng lớn Do đó khi che chắn electron, để giảm cường độ bức xạ hãm sinh ra
ta phải chọn vật liệu che chan có số nguyên tử nhỏ Va ngược lai, dé tăng hiệu suấtphát bức xạ hãm ta chọn vật liệu có số nguyên tử lớn Thực tế, W thường được chọn
làm bia phát bức xạ hãm do có số nguyên tử lớn và có nhiệt độ nóng chảy cao.
II
Trang 221.4 Quang chạy của electron trong vật chat
Khi di qua vật chat, electron tới tương tác với electron trên quỹ đạo và hạt nhân
nguyên tử và truyền động năng của mình thông qua cơ chế va chạm và tán xạ Do đó
quy dao cua electron là đường zigzag và quảng dường thực sự ma các electron có
năng lượng như nhau đi trong vật chất rất khác nhau Quãng chạy của electron có
năng lượng xác định và được hiểu là bé dày lớp vật chất có khả năng hãm hoan toàn
chùm electron được tính theo phương chuyên động của electron theo hướng vuông
góc với bề mặt của lớp vật chất không đồng nhất với quãng đường electron đi qua.Đây được gọi là quãng chạy xấp xi làm chậm liên tục- continuous slowing down
approximation (CSDA) trong đó electron được xem như mat năng lượng liên tục trên
đường di của chúng va bỏ qua sự tồn that năng lượng ngoài ý muốn Tuy nghiên sự
gan đúng này không thực tế đối với các electron vì chúng mat đi một phan năng lượng đáng kê chỉ sau một va chạm Quang chạy Respa được tính như sau:
Trong đó (dE/dx) được tính dựa trên công thức (1.7) và tích phân được tính toán
dựa trên phương pháp số Simpson
Đối với vật liệu có nhiều thành phần nguyên tố, quãng chạy được tính riêng cho từng nguyên tổ và được tinh theo công thức của Bragg [31]:
pdx mì P, \ de
Tuy nhiên quãng đường di của electron mang tính ngẫu nhiên nên việc tính toán
quãng chạy rất khó thực hiện Trên thực tế, từ số liệu thực nghiệm của chùm electronđơn năng có thé suy ra môi quan hệ tong quát giữa năng lượng và quãng chạy electron
Sự thăng giáng của giá trị im) theo vật liệu rất ít nên ta có thé tính được quãng
pdx
chạy theo mật độ vật chất (mg/em”) cho các vật liệu khác nhau
12
Trang 23Hình 1.3 biểu điễn sự phụ thuộc quãng chạy của electron (tính theo đơn vị mật
độ vật chat) và năng lượng của chim electron Đường cong quãng chạy — nang lượng trong hình được biểu diễn qua biểu thức [32]:
Trang 24CHƯƠNG 2 MAY GIA TÓC TUYẾN TÍNH UERL-10-15S2
2.1 Máy gia tốc tuyến tính
Máy gia tốc tuyến tính (máy gia tốc thăng) hay còn gọi là LINAC được sử dụng
đề gia tốc các hạt tích điện qua một loạt ống kim loại (ống trôi) được đặt trong buồng
chân không và nói với các điện cực của điện áp xoay chiêu.
Nguyên tắc chung của máy gia tốc tuyến tính là đưa hạt vào các ống gia tốcchứa các điện cực và gia tốc chúng bing điện trường xoay chiều có tần số cao tại các
trạm giữa các điện cực Hạt di chuyên theo một đường thăng, và dé đảm bảo đông bộ
trong quá trình di chuyên qua các Ong, thời gian di chuyển trong các ống phải bằngnhau Bởi vì hạt cần được gia tốc nên vận tốc hạt được tang lên, độ dai của ống đượctăng lên dé dam bảo gia tốc được liên tục và dam bảo điều kiện đông bộ (đồng bộ với
nguôn xoay chiều và phải hội tụ cham tia) [33].
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy gia tốc sử dụng ông trôi.
Khi ống thứ i của máy gia tốc tuyến tính có chiều dai L; được nuôi bằng nguồnđiện xoay chiều siêu cao tan V(r) với biên độ V, có [33]:
V.=V,sn| 2z” vợ] (2.1)
ar
14
Trang 25Trong máy trên các ông chăn (lẻ) được nói với nhau Khi thỏa mãn điều kiện
đồng bộ, thời gian bay của hạt qua ống phải bằng nửa chu kỳ Tạ /2 của dòng điện
xoay chiêu và hạt sẽ được gia tốc khi qua khe hẹp giữa các ống và nhận thêm nănglượng eV, Năng lượng E; va vận tốc v; của hạt sau khi bay qua ông thứ i được xác
b= “mv = Le, >v, =|£2W, (2.2)
Tuy nhiên, thiết kế ống gia tốc với các ống trôi này không phủ hợp đề gia tốc
định qua biéu thức [33]:
hạt như proton hay electron lên mức nang lượng cao Dé đạt được năng lượng cao,
chùm hạt phải đi chuyên với vận tốc rat lớn Điều này yêu cầu chiều dai của ống trôi
và khoảng cách giữa các khe tăng tốc giữa hai ông trôi phải rất lớn Dé đáp ứng nhucầu tạo ra chim hạt có năng lượng cao, máy gia tốc cần có một cấu trúc tăng tốc tốt
hon dé phù hợp với sóng RF.
Đối với máy gia tốc tuyến tính sử dụng gia tốc các hạt nhẹ như electron và vậntốc bằng với vận tốc ánh sáng khi năng lượng còn thấp dẫn đến việc tăng kích thước
của ống trở nên khó khăn Do chiều dai của ống có tỷ lệ thuận với BA, vì vậy có thẻ
giảm chiều dai của các ống bang cách sử dụng một nguồn điện áp gia tốc có tần số
cao [34] Tuy nhiên, sử dụng sóng cao tan đặt ra vấn dé về sự mat năng lượng do phát
15
Trang 26xạ cao tần Giải pháp đưa ra là sử dụng các ống thăng được hình thành lên từ một
chuỗi các hốc kim loại hình trụ gọi là héc cộng hưởng nhằm gia tốc hat theo trục đọc.
Điều kiện đồng bộ [35]:
=nTy (2.3)
Hat mang điện di chuyên từ hốc này sang hốc khác trong khoảng Tar/2 Ta có
độ dài mỗi hốc cộng hưởng (L:) được xác định [36]:
_ ` _ fA (2.4)
Như vậy, vận tốc hạt mang điện thấp thì chiều đải mỗi hốc cộng hưởng cảng
ngắn hoặc tan số đồng bộ f cảng thấp
So đồ khối của máy gia tốc tuyến tính RF
Hình 2.3 mô tả những module làm việc chính của máy gia tốc tuyến tính điện
xoay chiều RF dưới dang sơ đô khối Tùy theo từng loại máy gia tốc cụ thé mà đặcđiểm và cau trúc những module này có thé được thay đôi
© Nguồn phát sóng RF:
Một nguồn điện được dùng dé cung cấp năng lượng cho nguồn phat sóng vô
tuyến điện từ RF, Sóng RF được phát ra có tan số thích hợp nhưng công suất nhỏ Vì
16
Trang 27vậy, sóng RF cần được khuếch đại bởi klystron đến một công suất đủ lớn dé đưa vào ống dẫn sóng.
© Krystron
Klystron phát 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 chuyền đến máy thông qua ống
dẫn sóng Sóng điện từ sẽ sinh điện trường hướng theo trục của ông kim loại và từtrường quay tròn bên trong ông gia tốc Chính từ trường nảy làm cho chùm tia hội tu
và tần số được hiệu chỉnh sao cho electron đến được mỗi ống vào đúng thời điểm tôi
ưu dé nhận được năng lượng cực đại của điện trường Hạt sẽ liên tục được gia tốc trong trường hợp đồng bộ duy trì.
© Cửa số cao tan
Trước khi đến được ống dẫn sóng, sóng RF phải đi qua cửa sô cao tan Bộ phận
này có nhiệm vụ đóng mở cửa số một cách hợp lí dé đưa sóng RF vào ông dẫn sóng
đưới dạng xung hoặc sóng liên tục.
© Ông dẫn sóngOng dẫn sóng có hình dang là một ống hình trụ bên trong chứa sóng RF, ống
dẫn sóng là nơi xảy ra quá trình tăng tốc cho hạt mang điện Tùy thuộc vào loại sóng
RF được dùng trong quá trình tăng tốc cho hat ma cau trúc bên trong ống dan sóng
cũng có nhiều kiểu khác nhau Bên ngoài ống dẫn sóng được quân quanh bởi các
cuộn đây và nỗi vào nguồn cao áp nhằm tạo ra một dong điện mạnh đẻ sinh ra một từtrường bên trong ống dẫn sóng Từ trường này có nhiệm vụ làm hội tụ và tái hội tụ
chùm hạt dé dam bảo nó chuyền động theo một hướng định trước trong suốt quá tinh
tăng tốc.
e He thong làm mat và bom chân không
Dé quá trình chuyên động và tăng tốc của chùm hat đạt hiệu qua cao, môi trườngbên trong ống dẫn sóng đòi hỏi có độ chân không cao Do đó máy gia tốc luôn có một
máy bơm chân không thực hiện chức năng này.
17
Trang 28Ngoài ra, quá trình tăng tốc cho hạt cũng diễn ra đồng thời với quá trình sinh
nhiệt tại thành ông dan sóng Hệ thông làm mát có tác dụng đảm bảo máy được hoạt động ở nhiệt độ thích hợp Khi thành của ống dẫn sóng được làm bằng chất dẫn điện
thông thường thi hệ thong làm mát sẽ dùng nước dé tải nhiệt ra ngoài và dùng helium
lỏng nêu thành ống được làm bằng chat siêu dẫn.
2.2 Ứng dụng của máy gia tốc tuyến tính
Máy gia tốc tuyến tính được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp - kỹ
thuật, nông nghiệp, môi trường, khoa học — công nghệ và đời sống
Trong lĩnh vực y học, các máy gia tốc dùng dé chan đoán và điều trị ung thư,
nghiên cứu sinh học và chế tạo đồng vị phóng xạ Máy gia tốc tuyến tính mang nhiều
ưu thẻ vượt trội so với những thiết bị tạo chùm photon như máy phát tia X hay nguồn
“Co trong lĩnh vực xạ trị ung thư như: tạo ra hai chùm tia là electron và photon, điều
khiển được năng lượng chùm tia phát ra (thường dùng 10 — 15 MeV), kích thước
trường chiều rộng đồng tâm với suất liều bức xạ cao (10 Gy/phut), độ an toàn phóng
xạ cao và đặc tính chim tia tốt hơn Ngoài ra, bức xạ chỉ ton tai trong thời gian máy
gia tốc hoạt động, proton (200 MeV) và ion mat đi phần lớn năng lượng trong đỉnh
Bragg [33] nên không làm hại các tế bào quanh khối đông thời cho phép can thiệp
đến mọi cơ quan nội tạng nằm sâu bên trong cơ thể người bệnh Do đó máy gia tốcđược sử dụng điều trị ung thư vom họng, ung thư vú, ung thư cô tử cung, với hiệuquả điều trị rất cao và phản hồi tích cực
Trong công nghệ vật liệu, máy gia tốc được sử dụng đề cấy ion nhằm chế tạo
vật liệu mới, chế tạo chat bán dan cho điện thoại, máy tinh, pin năng lượng mặt trời.
Công nghệ cay ion còn được sử dụng đề cải thiện độ bên của vật liệu như gốm, thủy
tinh Cay ion (crom, titan, boron, ) nhằm tăng độ cứng bề mặt cho thép Máy gia
tốc cung cấp dòng 5 — 10 mA với năng lượng 50 — 200 keV thường được sử dụng cho
quy trình cấy ion [33].
18
Trang 29Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, máy gia tốc được sử dụng nhằm loại trừ
vi khuẩn, vi sinh vật nhằm đảm bảo yêu cầu về vi sinh, nắm mốc, chiếu xạ các thực
phẩm, gia vị nhằm đảm bao chất lượng hàng hóa theo cam kết an toàn thực phẩm
dong thời đảm bảo về hương vị và giá trị dinh đưỡng Liêu chiều từ 0,1 — 1,0 kGy có
tác dụng ức chế sự nảy mầm ở một số loại rau và quả hạch, diệt trừ côn trùng trongngũ cốc va các loại dau, khử trùng ký sinh trùng trong thịt lợn tươi và cá nước ngọt,
và lam chậm quá trình chín của một số loại trái cây Liều chiếu từ 1 đến 7 kGy có tac kéo đải thời hạn sử dụng của thủy hải sản, trái cây và rau quả đồng thời loại bỏ vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn gây hư hỏng từ hải sản sống và đông lạnh, thịt, gia cam,
gia vị và gia vị rau khô, đồng thời cải thiện đặc tính kỹ thuật của một số loại thực
pham Liêu chiếu xạ lớn hơn 10 kGy có tác dụng khử trùng bữa ăn chế biến san, dé
ăn cho bệnh nhân, và khử trùng một số chất phụ gia thực phẩm [37].
Một trong những ứng dụng quan trọng của máy gia tốc chính là nghiên cứu hạt
cơ bản Nhiều phát minh quan trọng trong lĩnh vực vật lý hat cơ bán được thực hiệntrên máy gia tốc tuyến tính SLC đặt tại Trung tâm gia tốc tuyến tính SLAC (Stanford,
Hoa Ky) được liệt kê như:
¢ Nam 1976, Burton Richter và Dinh Triệu Trung đạt giải Nobel khi xác
định được J/M [38].
e Nam 1990, Jerome I Friedman, Henry W Kendall và Richard E Taylor
đạt giải Nobel khi tìm được cấu trúc hat quark bên trong proton va
neutron thông qua tán xạ đàn hôi của electron [39]
e Nam 1995, Martin Lewis Perl được trao giải Nobel khi tim ra hạt lepton
T [40].
Như vậy, máy gia tốc tuyến tính chùm tia có rất nhiều ứng dụng từ các ngành
công nghiệp khác nhau cho đến y học, thực phẩm, khoa học cho thay sự đóng góp
một phần không hè nhỏ cho sự phát triển của thé giới Mục 2.2 chỉ trình bày khái quát
về một số ứng dụng quan trọng của máy gia tốc trong các lĩnh vực y tế, công nghệ
thực phẩm, công nghệ vật liệu và nghiên cứu hạt cơ bản Công nghệ này còn nhiều
19
Trang 30tiềm năng và cơ hội phát triển trong tương lai và sự phát trién và ứng dụng của máy
gia tốc tuyên tính sẽ tiếp tục đóng góp vào sự phát triển va tiến bộ của nhân loại
2.3 Máy gia tốc tuyến tính UERL-10-15S2
May gia tốc UELR-10-15S2 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
ty CORAD Service Ltd, Nga Máy gia tốc UELR-10-15S2 thuộc thể hệ máy gia tốc
tuyến tính LINAC với kiêu gia tốc electron bằng sóng cao tan thông qua cau trúc gia
tốc cộng hưởng (resonators of accelerating structure) Chùm electron sau khi được
gia tốc đạt nang lượng 10 MeV có cường độ dòng cực đại là 1.5 mA, năng suất 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 quét đối diệnnhau 180° và có thé thực hiện chiếu xạ cùng | lúc 2 mặt [36]
3, Boa nước 13 Bê phận quét chim th phía trên
4 Bộ phận làm mit 16 Ong định lrướng chứa hạt
ELECTRON BEAM LINAC ELR-1%-10S2
Hình 2.4 Tong thê thiết kế của hệ thong máy gia tốc UELR-15-10S2 tai Trung
tâm Nghiên cứu và Trién khai Công nghệ Bức xạ VINAGAMMA [41].
Với công suất cao, thiết bị chiều xạ có khả đáp ứng số lượng lớn hang hóa với
thời gian linh hoạt Công suất sử lý của thiết bị đạt 3-4 tắn/giờ hàng thực phẩm đông
lạnh và thực phâm khô, 5-10 m/giờ hàng dụng cụ y tế Dinh kỳ, thiết bị được bao trì,bảo dưỡng va kiêm tra thông số theo tiêu chuẩn ISO/ASTM 51649:2005 dé đảm bảo
các tiêu chuẩn của máy gia tốc hoạt động đúng thiết kế [41]
20
Trang 31Hình 2.4 cho biết tông thé thiết kế của hệ thong máy gia tốc bao gồm 20 bộ
phận và thông số chính của máy được cung cấp trong Bảng 2.1.
Bang 2.1 Các thông số cơ bản của máy gia tốc UELR-10-15S2 [41]
Thông số Giá trị
Năng lượng clectron (McV) 10
Công suất cực đại (kW) 15
Biên độ xung chùm tia (V) 1,5
Độ rộng quét cực đại (cm) $0
Độ ồn định năng lượng (3%) +2.5
Độ ồn định công suất (%) +2.5
Ì Che cree gia tắc cmap cải ứng dle sóng);
2 tông qeet tree)
3 Bedeg qeit dư (
4 Ông dle cham sa:
` #Nhm châm quit:
6 Nam châm sắn châm ts 999 độ và Geet
7 Nees thâm Gite obs Ching chee 96
5 Sie pôxêm chiến xạ,
Ý Đông th vận chh*ến bàng chiếu xạ OF que Obs 454%, 1® Điện thị xưng sóng Cite tế,
Trang 322.3.1 Khối che chắn bức xạ
Hình 2.3 minh họa cho khối che chắn bức xạ làm bằng vật liệu bê tông có tỷ
khối 2,3 g/em? của máy gia tốc UERL-10-15S2 tại Trung tâm VINAGAMMA nhằm
giảm thiêu tác động của các bức xạ có hại đến mức an toàn cho người lao động và
khu vực môi trường xung quanh.
2.3.2 Súng điện tử
Máy gia tốc UERL-10-15S2 sử dung súng điện từ ba cực (EG) (bộ phận 11 trong Hình 2.4) được cấp điện từ một bộ điều khiển riêng với điện áp là 50kV EG phát ra dòng điện lên đến 0.5A trong đó một phan của dong điện này được kiểm soát
bởi thé lưới dé đảm bao răng dòng điện tại đầu vào của phần gia tốc không vượt quá
0.35A Điều chỉnh điện áp thé lưới EG cho phép điều chỉnh dong chùm điện tử đưa
vào phan gia tốc Hệ thông điều khiên máy tính của gia tốc thực hiện điều chỉnh này
dé đảm bảo rằng dòng điện xung tại đầu ra của gia tốc, được đo bằng bộ đo dòng
xung chùm tia với giá trị hang số đã cho [35].
2.3.3 Ông gia tốc
Óng gia tốc được Viện NIIEFA (St Peterburg) thiết kế và chế tạo Gồm 9 hốccộng hưởng, tương ứng có 9 cuộn đây hội tụ chùm tia bao quanh ngoài kết hợp với 3
bom ion được bồ trí đọc theo ông trong Hình 2.4 Chim electron sau khi phát ra từ
súng điện tử được đưa vào ống và gia tốc bằng sóng cao tần phát ra từ Klystron đưa
vào ống theo dạng sóng đứng.
2.3.4 Krystron
Hệ thống sóng cao tân cung cấp cho máy gia tốc UELR-15-10S2 là loại
VKS8262 được chế tạo bởi Communication & Power Industries (CPI) (Mỹ) Đặt
trong một Solenoid của hãng Thales nhúng trong bé dầu biến thé với điện thế làm
việc là 121 kV, 7§ A.
22