PD IH CQU CGIATHANH PH H_ CHI MINH
TR NGD IH CKHOAH CT NHIEN
CAO VAN CHUNG
Trang 2LOI CAM ON
Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
- Ban Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Cơng nghệ Bức xạ đã
khuyến khích, tạo điều kiện cho tác giả hồn tất chương trình Cao học; - TS Trần Văn Hùng đã định hướng cho tác giả hồn thành luận văn này;
- Các Thay/C6 thuộc bộ mơn Vật lý Hạt nhân, các Thầy/Cơ thỉnh giảng đã
cung cấp những kiến thức quý báu cho tác giả trong quá trình học Cao học;
- Các Thầy/Cơ trong Hội đồng chấm luận văn đã đĩng gĩp những ý kiến quý
báu giúp luận văn được hồn thiện hơn;
-CN Nguyễn Anh Tuấn đã cùng tác giả thực hiện các tính tốn được trình bay trong luận văn này;
- Gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã động viên tác giả trong suốt quá trình tác giả thực hiện luận văn
Khơng cĩ những nguồn động viên, giúp đỡ trên tác giả khĩ hồn thành được luận văn cũng như hồn tất các học phần thuộc chương trình Cao học Vật lý Hạt nhân, Nguyên tử và Năng lượng cao K17
Xin chân thành cảm ơn
Trang 3-li- MỤC LỤC Trang EỜIIDÀNION gauggG0NGUGGIIIRRGRUIRGIGBAJAINGBWEBUBGIioSgtSoskaueol MỤC LỤC DANH MUGỐC BẰNG trussacsstsgatitttta@a GE3881008880 080 pSu0820sawgausll DRNH MUGGAG HÌNH VỆ sá0nstbv86001G0089163S809009001009gquauwasull MỜ ĐẦU q80x5006608981B600SH0SHS0GHBSNHGHNIDURGRSRANESEDSWSsairaagsasữ MAY GIA TOC CHUM TIA DIEN TU UERL-10-1582
1.1 Giới thiệu máy gia tốc UERL-10-15S2 [5] [6] . - 3
1.2 Các thành phần chính của máy gia tốc UERL-10-15§2 [5] [6] 3
1.3 HH6T CHECHEN DUCR IÌ] [6] ccowszbasssegsoauadaoagnilsyensseasgoasiÐ
14 Ong gia 166 [57 [67 [9] cssemancnccnumannanaenmanmnenanmamann 8
1.5 Hệ thống quét chim tia [5]
LO KIVSHOH [S][1G) sessed 0
TƯƠNG TÁC ELECTRON VỚI VẬT CHẤT CHƯƠNG TRÌNH MCNP(4C2) 12
2.1 Tương tác electron với vật HẤY [fÏ ssarisstriotittitS00050011200830031030301080100030đ080 12
2.1.1 Sự mat nang lugng do ion héa
Trang 4- iii - 2.2.3 Cầu trúc một file input trong MCNP -©22c+222+zccccvsee 21 2.2.4 M6 ta Hinh hoc trong MCNP Chuong 3 PHAN BO LIEU TRONG DOI TUGNG CHIEU XA BANG MAY GIA TOC UERL-10-15S2 3.1 Phân bố liều trên đường đi của chùm electron trong vật chất 28
3.2 D6 bat đồng đều về liều nhận được trong đối tượng chiếu xạ
3.3 Giới hạn chiều dày của đối tượng chiếu xạ, chiều dày tối ưu 32
3.4 Sử dụng bộ lọc nhằm mở rộng giới hạn chiều dày đối tượng 33 3.5 Hiện tượng phân bố liều giảm tại biên đối tượng chiếu 3Đ :avrbouisiiaensguogi
3.6 Các phương pháp hạn chế hiện tượng liều giảm tại biên 36
3.6.1 Thay đổi chiều rộng đối tượng chiếu xạ
8:6.2:B8b?0ớI.đồiTƯữHE GHIẾH RE eve err son serrenen riers ren numer ST
DANH GIA AN TOAN CAC THIET KE CHE CHAN CUA THIET BI] UERL-10-
4.2 Kha nang phat bic xa ham cua chim electron phat từ thiệt bi
4.3 Che chắn nguồn photon phát ra qua quá trình phát bức xa ham [6] .40 4.3.1 Che chắn các photon từ nguồn phát electron 10 MeV 41 4.3.2 Che chắn photon tán xạ trong khối che chắn . - 42 4.4 Kết quả tính tốn chiều dày cho khối bê tơng che chắn thiết bị chiếu xạ [6] 45
4.4.1 Suất liều giới hạn tại các vị trí làm việc -ccccccccccccrrrercer 45 4.4.2 Suất liều tại vị trí Ư cv he 46
Trang 5alge
4.4.4 Chiều dày bê tơng che chắn nhằm giảm suất liều đến mức cho phép 48 4.5 Tính tốn phân bố liều bằng phương pháp mơ phỏng dùng phần mềm
/011/557Ẽ777 7 66 Yếẽ
4:3:1 MGHINB'HUET0fTLsatrgnosgittsoHitftith\)GRBG@fifi§jỹlisaguise 55
4.5.2 Thơng lượng photon và suất liều tại vị trí O 58 4.5.3 Tính tốn với nguồn photon tương đương đơn năng 10 MeV 59
4.5.4 Tính tốn với trường hợp nguồn electron 10 MeV
4.6 Tính tốn an tồn cho khu dân cư xung quanh Trung tâm 6Š 4,6.1 Tính tốn phố photon trần nhà chiếu xạ -: 65
4:6.2:T18B †ưáđi SKỷ-SHIŠ: go xoncGag1G1063g0000306ÿ000)0ã3g00.300xÿggưng 68
KẾT TUẦN totbsuagbaltGgubisobeilittcathiGuitatistitGät6eiiuxquauadaaul 70 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH
ÁN :EIỆU'THANM KHẢO susaenoaasotiesoieidglostdtosgilivbogipiseautisassaspoff
Trang 6DANH MUC CAC BANG
Trang
Chuong |
Bang 1.1: Théng số chính của hệ băng chuyền của máy gia tốc UERL-10-15S2
Bang 1.2: Các thơng số cơ bản của máy ƯERL-10-15§2 cccccc5vvccc Š
Bang 1.3: Danh mục các thiết bị của máy gia tốc UERL-10-15§2 - 5 Chuong 2 Bảng 2.1: Ý nghia cita gid tri thu Resescccsccccscccssecssssssssnmeneeesseeeeeecenecessnnssnnnnnnensesess 19 Bảng 2.2: Các thẻ đưa ra số liệu trịng MCNP Bảng 2.3: Phương trình mơ tả các mặt cơ bản trong MCNP 25 Chương 3 Bảng 3.1: Chiều day t6i ưu và chiều dày tối đa một số tỷ trọng
Bảng 3.2: Tỷ số Dynax/Dmin Va hiéu suất sử dụng chùm tia của đối tượng chiêu
xạ cĩ chiều dày 20cm, tỷ trọng 0,4 g/cmỶ với các chiều rộng khác nhau 36
Bảng 3.3: Ảnh hưởng bao gĩi đến hiện tượng liều giảm tại biên, đối với
đối tượng cĩ tỷ trọng 0,4 g/€HỶ cv 38 Chương 4
Bảng 4.1; Giá trị TVL cho các photon tắn Xạ à cà etereetrrrrrrerrrrrrrrrrrir 45
Bang 4.2: Suất liều giới hạn cho các vị trị
Bảng 4.3: Các điểm tính tốn ứng với từng nhĩm làm việc khác nhau
Trang 7-vi-
Bảng 4.6: Thanh phần bê tơng, khơng khí, giả hàng, băng chuyễn 57 Bang 4.7: Gia tri DE/DF
Bang 4.8: Suất liều một số điểm sử dụng nguồn tương đương Ố] Bảng 4.9: Kết quả tính tốn mơ phỏng các điểm -c5cccvvccrrtrrererrrrrrrrer 64
Bảng 4.10: phổ photon tại tầng trên nhà chiếu xạ ¿c: 5222vvcc222cvvzsrrrrrrrr 66
Trang 8- vii- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Chương I Hình 1.1: Khối gia tốc của thiết bị chiếu xạ - -¿-22222ccccrrtErtkrrerrrrrrrrree 3 Hình 1.2: Sơ đồ lắp đặt tầng l - L2 212 S22 1211101111211 4 Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt tầng trệt Hình 1.4: Cấu trúc bê tơng tầng trệt của khối che chắn - ccccccccccc-e+ 6
Hình 1.5; Câu trúc bê tơng tầng 1 của khối che chắn
Hình 1.6: Cấu trúc bê tơng tầng trệt và tầng 1 của khối che chắn a
Hình 1.7: Cấu trúc một ống gia tốc dùng sĩng RF
Hình 1.8: Cơ cấu gia tốc hạt p trong ống gia tốc sử dụng sĩng RE 8
Hinh 1.9: Hệ thống quét chùm tỉa
Hình 1.10: Cấu trúc của THƠ KÍY SH TT cái 1505 08810 s404867612đ1ag84a13516733201406510142 3683 Il
Chương 3
Hình 3.1: Vết của electron khi đi vào một số chất - ¿ cc: cvcccvccvcccccvz 28
Hình 3.2: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu các tỷ trọng, electron 10 MeV 30 Hình 3.3: Độ bắt đồng đều về liều theo các tỷ trọng của đối tượng
chiếu xạ trên máy UERL-10-15S2
Hình 3.4 : Độ bất đồng đều liều chiếu xạ trong sản phâm theo tỷ trọng mặt
li đối TựdHfð GHIỆN Xu gi ng kg 10 Giả kg tia s60 1/04 1g ng 220066011024008008° 32
Hình 3.5: Vị trí lớp nhơm được thêm vào giữa đối tượng và đầu quét G8 HH ĐTR Ế Gưoocgios nhĩ Ho DO OHHIHỊAgHRGHGUGQỌHISGHEIGEiSGttG.ĐEnxgiaEtg 34
Trang 9- viii -
Hình 3.7: Tương tac ctia electron trong vat Chat ccscsscessssssessseesesseessssseeersvensseve 35
Hình 3.8: Phân bĩ liều trong đối tượng chiếu xạ, (a) kích thước 20x20,
(b) kích thước 20x60 chiều xạ trên cấu Hình máy gia tốc UERL-10-15S2
Hình 3.9: Việc bao gĩi bằng thùng nhơm làm tăng giá trị Du¿, 38
Chương 4
Hình 4.1: Vi tri Ry, va Ry cia electron trong vật chat cĩ ty trong | giemẺ 39
Hình 4.2: Phổ photon sinh ra trong quá trình chiếu xạ
Hình 4.3: Các giá trị TVL của các vật liệu a: bê tơng, b: thép, c chì Đường nét
là các giá trị của lớp thứ nhất, đường liền là cho các lớp hấp thụ tiếp theo 4l Hình 4.4: Đường suy giảm theo chiều dày bê tơng che chắn của các nguồn
electron don nang : 1-0,1 MeV; 2-0,24 MeV; 3-0,4 MeV; 4-0,5 MeV; 5-I,0
MeV; 7-2.0 MeV; 9-3,0 MeV; 10-4,0 MeV; 11-6,0 MeV; 12-10 MeV, 6-nguồn Nore
Cs137;8-nguồn Co60
Hình 4.5: Sơ đồ tính tốn tán xạ trong lối đi của hệ che chắn nguồn bức x:
Hình 4.6: Hệ số albeldo ứng với các mức năng lượng của bức xạ hãm theo
năng lượng với các gĩc ©, cho bê tơng (mật độ 2,3 g/cm`) -crccee 43
Hình 4.7: Năng lượng photon sau tắn xạ qua các gĩc của photon tới khác nhau 44
Trang 10-ix-
Hình 4.15: Vị trí các điểm 6, 13; và các mặt tán xạ S4, S5, S3 ŠÚ
Hinh 4.16: Các mặt tán xạ S6, S7
Hình 4.17: Mặt cắt Oxy nhà chiếu xạ tại vị trí z = 80 Các điểm tương ứng các vị trí tính tốn liều an toần - : 222©vv t222222212112212121112 212111122 cczEEtrer 56
Hinh 4.18: Mặt cắt Oxy nha chiếu xạ tại vị trí z = 400 Các điểm tương ứng
các vị trí tính tốn liều an tồn - ¿22-2222 22215221127112121 11115 1E1.ccrrerrve $6
Hình 4.19: mặt cắt Oyz nhà chiếu xạ tại vị trí x = 0 Các điểm tương ứng cá
vị trí tính tốn liều an tồn
Hinh 4.20: Phé photon sinh ra khi electron nang lurong 10 MeV bi ham trong
đối tượng và băng chuyền của thiẾt bị, 2c 22222222211 21212227211122212 21111
Hình 4.21: Chiều dày bê tơng tính theo điểm số 6 c cc55cc-cccccccc Ờ
Hình 4.22: Vị trí thùng hàng và băng chuyển thêm vào
Hình 4.23 : Mơ Hình tính tốn suất liều tại vị trí I (số trong các ơ vuơng là
số thứ tự các cell trong files input) -:-ccccvvccceeceerrersrrrrrrrrrr e ƠSỶ
Trang 11MO DAU
Sử dụng Cơng nghệ Bức xạ (CNBX) trong xử lý và bảo quản thực phẩm cĩ nhiều tính ưu việt và cơng nghệ xử lý thực phẩm bằng CNBX ở Việt Nam cũng đang phát triển rất mạnh Hiện nay, cả nước cĩ 5 năm cơ sở ứng dụng CNBX bao gồm: Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Cơng nghệ Bức xạ (Vinagamma), Cơng ty An Phú - Bình Dương, Cơng ty Chiếu xạ Thái Sơn - Cần Thơ, Cơng ty CP Sơn
Sơn và Trung tâm chiếu xạ Hà Nội, ngồi ra cịn cĩ một số cơ sở khác đang lập dự án xây dựng Trong số các cơ sở chiếu xạ trên, chỉ cĩ Cơng ty Sơn Sơn sử dụng
máy gia tốc chim electron cĩ bộ chuyển đồi tia X, cịn hầu hết các cơ sở khác đều sử dụng nguồn Co, Như chúng ta đã biết, nguồn Co”? cĩ ưu điểm là khả năng xuyên sâu của tia gamma phát ra là rất tốt; tuy nhiên, việc sử dụng nguồn Co'” cĩ
nhược điểm là định kỳ phải bổ sung thêm nguồn và đẻ lại chất thải phĩng xạ Một
°° đĩ là máy gia tốc Thong
thay thế tốt để giải quyết các khuyết điểm của máy Co
thường máy gia tốc sử dụng trong chiếu xạ thực phẩm sử dụng chùm electron; cĩ
hoặc khơng cĩ bộ chuyền đổi tia X
Tại Vinagamma đang chuẩn bị đưa vào khai thác máy gia tốc UERL-10-
15S2 sử dụng trực tiếp chùm tia electron cĩ năng lượng 10 MeV, cơng suất 15 kW
trong quý 3/2010 Tuy nhiên việc chiếu xạ bằng máy gia tốc UERL-10-15S2 gặp
một số khĩ khăn là hiện nay trong nước cĩ quá ít các tài liệu đề cập về vấn đề chiếu
xạ thực phẩm va dung cu y tế sử dụng chum tia electron; cac tài liệu nước ngồi
cũng chỉ cĩ những kiến thức chung và khơng nĩi về một máy gia tốc cụ thể nào
Van dé về an tồn liều lượng cho nhân viên vận hành cũng như khu vực dân
cư xung quanh vị trí lắp đặt máy cũng cần được đánh giá trước khi thiết bị được đưa
vào hoạt động
Trên cơ sở đĩ, luận văn đã tiền hành tính tốn phân bố liều chiếu của các đối
tượng, các điều kiện chiếu xạ, các giới hạn chiếu xạ và tiễn hành tính tốn, đánh giá
Trang 12Luận văn bao gồm 4 chương:
Chương I: Máy gia tốc chùm tia electron UERL-10-15S2; trình bày sơ lượt
những thơng tin của máy gia tốc bao gồm: các thơng số về năng lượng, cơng suất,
các thành phần của máy gia tốc
Chương 2: Tương tác electron với vật chất, chương trình MCNP(4C2); trình
bày về tương tác của electron, các cơ chế electron đề lại năng lượng và bị hấp thụ trong vật chất chiếu xạ Trong chương này cũng trình bày các kiến thức cơ bản để viết một input files của chương trình MCNP, các vấn đề giảm sai số và các ý nghĩa
kết quả của MCNP
Chương 3: Phân bố liều trong đối tượng chiếu xạ bằng máy gia tốc UERL-
10-15S2, trình bày các tính tốn về phân bĩ liều chiếu, tỷ số bất đồng đều về liều
chiếu xạ, các giới hạn chiếu xạ và hiện tượng liều giảm tại biên đối tượng chiếu xạ
bằng chương trình MCNP và đưa ra một số phương pháp hạn chế các hiện tượng này
Chương 4: Đánh giá an tồn các thiết kế che chắn của thiết bị UERL-10-
152, trình bày các tính tốn che chắn của thiết bị bằng lý thuyết và sử dụng MCNP
tính tốn lại phân bố liều, đồng thời tính tốn hiệu ứng sky-shine cho khu dân cư
Trang 13Chuong 1
MAY GIA TOC CHUM TIA DIEN TU UERL-10-15S2
1.1 Giới thiệu máy gia tốc UERL-10-15S2 [5| [6]
Máy gia tốc electron tuyến tính UERL-10-15§2 lắp đặt tại Vinagamma thuộc
loại Linac được cung cap boi CORAD Service Co.Ltd Máy gia tốc UERL-10-15S2 là một hệ thống bao gồm: hệ thống che chắn bức xạ, hệ thống gia tốc, hệ băng
chuyên, nguồn cao thé thiét bi chiéu Xạ cĩ cơng suất 15kW, gia tốc chim electron
đạt năng lượng 10 MeV UERL-10-15S2 sử dụng ống gia tốc cộng hưởng để gia tốc
electron bằng sĩng cao tần cung cấp bởi klystron Để đáp ứng nhu cầu chiếu xạ,
máy cĩ thiết kế đặc biệt gồm 2 đầu phát đối diện nhau cho phép đồng thời chiếu xạ
sản phẩm trên cả hai mặt Ơng gia tốc và đầu quét của khối gia tốc được đưa ra trong Hình 1.1 [3 i it Hình 1.1: Khối gia tốc của thiết bị chiếu xạ
1.2 Các thành phần chính của máy gia tốc UERL-10-15S2 [5] [6] Các thành phần chính của máy gia tốc bao gồm:
— Khối che chắn bức xạ;
Trang 14— Ơng gia tốc;
— Hệ thống quét chùm tỉa; — Klystron;
— Nguồn và khối điều khiển
Trong đĩ, khối chiếu xạ (1), klystron (10) và hai hệ thống làm lạnh được đặt
trong khối che chắn phĩng xạ ở tầng I Thiết bị tạo xung cho klystron (7) được đặt
ngồi khối che phĩng xạ và nối với klystron bằng 4 sợi cáp Bầu đựng khi SF, để
bơm vào hệ thống dẫn sĩng (8), bơm nước tản nhiệt (9) và hệ thống làm lạnh tuần hồn bên ngồi (15) cũng được đặt tại tầng 1 (Hình 1.2)
Các thiết bị khác của máy gia tốc được đặt tại phịng điều khiển tại tầng trệt bao gồm: khối nguồn (4), khối điều khiển (5), tổng đài chính (3) và hệ thống điều
khiển băng chuyền (2) (Hình 1.3) oy ake
Hinh 1.2: So do lap dat tang 1 Hinh 1.3: So do lap adit tang trét
Trang 15Bảng 1.1: Thơng số chính của hệ băng chuyền của máy gia tốc UERL-10-15S2 Bề Tộng cực đại của thùng hàng 600 mm
Chiều cao cực đại của thùng hàng 300 mm
Trọng lượng cực đại của thùng hàng 25kg Vận tốc băng chuyền 0.6-6 m/phút Bảng 1.2: Các thơng số cơ bản của máy UERL-10-15S2 Nang lugng electron, MeV 10 Cơng suất dịng trung bình, kW 1S Tan s6, Hz 50, 100, 200, 300
Khoang cach xung, microseconds 16
Chiều dài quét cực đại, mm 600
Trang 16Hệ thống nguồn điện 600 x 600 x 2100 200 Hệ thống lảm lạnh máy gia tốc 1200 x 600 x 800 420 Hệ thống làm lạnh của klystron 1200 x 600 x 800 420 Hệ thống bơm tuần hồn 540 x 170 x 240 35 1.3 Khối che chắn bức xạ [5| [6]
Mục đích chính của của khối che chắn bức xạ là hạn chế tỉa photon sinh ra khi electron bi ham trong vật chất phát ra bên ngồi khu vực chiếu xạ Kết cấu
chính của khối che chắn bức xạ là bê tơng (tỷ trọng 2,3 g/cm”) Kích thước và hình
đạng khối che chắn được tính tốn sao cho suất liều chiếu xạ cho nhân viên vận
hành và dân cư xung quanh vị trí lắp đặt máy đạt dưới mức cho phép Sơ đồ khối
che chắn được cho trong Hình 1.4, 1.5, 1.6
Trang 18
1.4 Ơng gia tốc [5| [6] [9]
Máy gia tốc UERL-10-15S2 sử dụng sĩng cao tan (RF) dé gia tốc electron
Ống gia tốc là một hệ thống các hốc cộng hưởng (resonant cavity), thực chất mỗi
hĩc cộng hưởng là một thể tích cách điện hoặc chân khơng được giới hạn bởi vật
liệu dẫn điện Ĩng gia tốc dùng sĩng RF cĩ dạng như trong Hình 1.7
Hình 1.7: Cầu trúc một Ống gìa tốc dùng sĩng RF
Trong ống gia tốc, hạt được gia tốc theo cơ ché cộng hưởng bởi sĩng RF như sau:
Sĩng RF được bơm vào trục của ống gia tốc, tạo nên một điện trường dọc theo trục này (Hình 1.8) Điện trường này thay đổi theo thời gian với chu kỳ bằng
chu ky của sĩng RF đã bơm vào Với / là tần số cộng hưởng, chu kỳ của sĩng RF
được xác định bằng 7=//: = bes | L
Trang 19
Điều kiện đồng bộ của điện trường gia tốc với hạt được gia tốc yêu cầu hạt đi
qua một hốc cộng hưởng trong một thời gian đúng bằng 7ạz⁄2, chiều dài của một
hốc được tính bằng:
bee = Gea ap
Hạt chuyên động càng chậm thì chiều đài hốc cộng hưởng càng nhỏ
Trong quá trình gia tốc, electron được nhĩm lại, thời gian giữa hai nhĩm
electron bằng Tz„„=nTp (n=1,2.3 ) Thời gian giữa hai nhĩm electron duge gia
tốc bằng một số nguyên lần chu kỳ RF của mỗi hốc cộng hưởng
Ví dụ với fuu=350 MHz (Tuu=2,86 ns) yêu cầu hốc cộng hưởng phải cĩ
f=350 Mhz (Tạy—2,86 ns) hay ƒ=700 Mhz (Tạ:=1.43 ng) hay /=1050 Mhz (Tyy=0,95 nS) Khi đĩ, năng lượng hạt nhận được khi qua mỗi hốc được xác định qua cơng thức (1.2) ly AU =g | Ev& (1.2) thas
Hay AU =gxE„,xL„„ xeos(0)
Trong đĩ E„ là điện trường gia tốc, L„« là chiều dài hốc và œ là pha đồng bộ
giữa hạt và sĩng RF
Vi du voi f= 700 MHz, ong gia tốc cĩ 5 cell với 8=0,65, điện trường gia tốc E„=10 MW/m và @=3(0 thì năng lượng electron sau gia tốc sẽ bằng:
Trang 20-10-
1.5 Hệ thống quét chùm tỉa [5]
Electron sau khi ra khỏi ống gia tốc cĩ năng lượng 10 MeV được đưa qua hệ
quét tia (scanning horn) cĩ dạng Hình tam giác, từ trường trong hệ quét sẽ làm thay
đổi hướng của chùm electron tạo thành một chủm tia Hình rẽ quạt (Hình 1.9),
“Từ trường quét
Chân khơng Thành của hệ
Cita sé titan ⁄⁄j
Hình 1.9: Hệ thống quét chùm tia
Tần số quét của hệ bằng 50, 100, 200, 300 Hz; chiều dài quét cực đại của hệ
là 60 em Máy gia tốc UERL-10-15S2 cĩ hai hệ quét tia bố trí đối xứng qua hệ băng
tải để thực hiện chiếu xạ hai mặt của đối tượng cùng một lúc 1.6 Klystron [5][10]
Klystron là thiết bị cung cấp song RF cho quá trình gia tốc tại Ống gia tốc
Hệ thống Klystron của máy gia tốc UERL-10-15S2 sử dụng thuộc mẫu Klystron
TH2158 Ngược lại với ống gia tốc, cơ chế hoạt động của klystron là dựa vào hiện tượng cộng hưởng dé tước phần năng lượng của chùm electron và biến đổi thành đạng sống (RF) cung cấp cho ống gia tốc như sau: Nguồn eleetron của klystron
được gia tốc trước khi được đưa qua cấu trúc cộng hưởng; tại cấu trúc ống cộng
hưởng này, một sĩng RF cung cấp từ một hệ bán dẫn cũng được đưa vào Trong cấu trúc ơng cộng hưởng, electron sẽ mất dần năng lượng qua quá trình cộng hướng với sĩng RF và trao phần năng lượng này song RF ban đầu Sau khi mất phần lớn năng
Trang 21silts
Trang 22= [=
Chương 2
TƯƠNG TÁC ELECTRON VỚI VẬT CHÁT CHƯƠNG TRÌNH MCNP(4C2)
2.1 Tương tác electron với vật chất [1]
2.1.1 Sự mắt năng lượng đo ion hĩa
Khi cĩ sự va chạm của electron này với electron khác, electron cĩ thê mắt đi
một phần năng lượng đáng kể (trung bình đến 1/2) Nhưng nếu electron sơ cấp cĩ
năng lượng lớn hơn năng lượng electron giật lùi thì sự mắt năng lượng trung bình là
1⁄4 Sự mắt năng lượng trên đơn vị đường đi của electron cũng được tính bởi cơng
thức Bethe dang tong quát:
(2.1)
ee ere ee
-# -(] uf Fh) In2| B-\+B kì 8
a Jin Lamy th, mì -8 Jy TY og
Ở đây, T, là động năng tương đối của electron, n, là mat d6 electron trong
mơi trường, và ơ là số hạng hiệu chỉnh hiệu ứng mật độ Khi v << c, ta cĩ: 4 : F -(2) si zg Me dx), MV 2I V2 (2.2) Ở day, Z, n la mat độ nguyên tử và bậc số nguyên tử của mơi trường vat chat,
e là cơ số của log neper Sau va cham, chim electron đơn năng sẽ mắt năng lượng va nang long cia chim electron qua tim vat chất sẽ phân bố trong khoảng
nangluong nao dé phy thudc vào bề day của vật liệu
Mặt khác, hạt electron vào cĩ khối lượng bằng khối lượng electron trong
nguyên tử nên va chạm giữa chúng làm hạt electron chuyển động lệch khỏi hướng
Trang 23sis
chạm trong mơi trường hấp thụ và cuối cùng sẽ dừng lại khi hết năng lượng đề ion
hĩa
2.1.2 Sự mắt mát năng lượng do bức xạ
Khi hat electron đến gần hạt nhân, lực hút Coulomb mạnh làm nĩ thay đơi
đột ngột hướng bay ban đầu tức là chuyển động cĩ gia tốc, và mất năng lượng bằng cách phát ra bức xạ điện từ, mà thường gọi là bức xạ hăm hay bremstrahlung Năng
lượng bức xạ hăm phân bố liên tục từ 0 đến giá trị cực đại E¿ của động năng hạt electron vào Sự mat năng lượng của hạt electron trong trường hợp này gọi là mat
năng lượng do bức xạ Cường độ bức xạ hăm W là lượng năng lượng bức xạ trong ] giây Đối với hạt cĩ gia tốc đ -< trong trường hợp khơng tương đối và khơng lượng tử hĩa bằng: (2.3) Thay a= gã (2.4)
Từ biểu thức (2.4) ta thấy cường độ bức xạ hãm khi tương tác Coulomb của hạt với tâm điện tích sẽ tỉ lệ nghịch với bình phương khối lượng hạt và tỉ lệ thuận
với binh phương điện tích của tâm tán xạ Như vậy, sự mat năng lượng do bức xạ
chí cĩ giá trị đáng kế đối với hạt electron chứ khơng quan trọng đối với hạt nặng
tích điện Chẳng hạn, độ mat năng lượng do bức xạ của hạt proton vào khoảng
=] ~3.10°lần nhỏ hơn đối với electron Ngồi ra sự mất năng lượng do bức xạ
mM
đối với hạt eleetron chủ yếu do tương tác với hạt nhân chứ khơng phải do tương tác
Trang 24-14-
Thật vậy, cường độ bức xạ hăm của hạt electron với hạt nhân lớn hơn Z? lần
so với tương tác của electron với electron quỹ đạo trong lúc số eleetron quỹ đạo chỉ
lớn hơn Z lần so với hạt nhân
Nếu biết được tiết diện ø{(T,v) phát photon cĩ tần số v khi cĩ sự tương tác
giữa electron cĩ năng lượng T với nguyên tử của mơi trường thì sự giảm năng lượng riêng phần do bức xạ hãm cĩ đạng sau:
(-$) = nf” hy.o(T,v av (2.5)
vad
Ở đây n là số nguyên tử trong đơn vị thê tích của mơi trường, cịn w⁄„„ = T/h là tần số cực đại của photon Khoảng cách mà ở đĩ năng lượng của electron giảm đi
e lan, được gọi là chiều dài bức xa Xo, ta c6:
(2.6)
Chiều dài bức xạ Xọ thay đổi từ 5,8 g/cm” đối với chì, đến 85 g/cm” đối với
Heli
Xác suất phát photon của bức xạ hãm trong trường hạt nhân nguyên tử và
trong trường electron hầu như tí lệ với đại lượng w', bởi vì sự suy giảm năng lượng
do bức xạ hãm gần như tỉ lệ với năng lượng của electron Rất tiện lợi cho việc miêu
tả sự mất năng lượng của bức xạ hãm bởi việc đưa vào tiết diện hiệu dụng ơ,„„, mà
thực tế khơng phụ thuộc vào năng lượng của eleetron Khi đĩ tích phân trên sẽ là:
dT
Su mat năng lượng do bức xạ hãm của electron được thực hiện bởi Bethe và
Trang 25-15-
vào màn chắn hạt nhân bởi các electron của nguyên tử, tức là phụ thuộc vào khoảng cách hiệu dụng giữa electron bức xạ và hạt nhân Dưới đây là một số cơng thức tính
sự mất năng lượng do bức xạ trên đơn vị chiều dài đối với electron cĩ năng lượng khác nhau:
* Đối với eleetron cĩ động năng T << mạ.” (trường hợp khơng tương đổi), n
là mật độ nguyên tử, Z là điện tích hạt nhân và r, = e’/m,c’, ta cd (-Š) = Sar Bi, (2.8) A Jig 3 137 16 Z°r? Đa =T— 3 7 * Đối với electron cĩ động năng mc <<T<< 137m,e2Z12 (nếu bỏ qua hiệu ryt (-4) ante 4inf 27 |-4 đ BTL hme) 3 29) Zr 27 \ 4 2 Ong = 4ln| —|-— 137 moe?) 3 * Đối với electron cĩ động năng 137 mạe?.Z!3<<T: 3Ĩ 5 (-2) sar Zt an( 5 ]+2 ae) BTL ze )* 9 (2.10) Z5 183) 2
> Gag = I3? 4In zm ay
Từ các phương trình (2.8), (2.9) và (2.10) sự mắt năng lượng do bức xạ hãm ứng màn chắn), ta cĩ:
thì tỉ lệ với bình phương điện tích Z của hạt nhân mơi trường, với mật độ nguyên tử
mơi trường n và động năng T của electron
Trang 26-16-
Chúng ta hãy so sánh sự mắt năng lượng do ion hĩa với sự mất năng lượng do bức xạ Sự mất năng lượng do ion hĩa khi v ~ e tỉ lệ với Z và logarit năng lượng,
cịn sự giảm năng lượng do bức xạ tỉ lệ với Z2 Vì vậy, ở năng lượng cao sự mắt
năng lượng do bức xạ chiếm ưu thế Khi sự mất năng lượng do ion hĩa và do bức xạ là bằng nhau ta cĩ năng lượng tới hạn Ở năng lượng thấp, sự mất năng lượng do
ion hĩa là chủ yếu
Từ cơng thức (2.1) và (2.11), Bethe và Geiger đưa ra hệ thức gần đúng giữa sự mắt năng lượng do bức xạ và ion hĩa là: brad TZ (ar /dk),, 1600.m,c? ion (aT | dx) = Tesitan ae Mer (2.12) 2.2 Chương trinh MCNP(4C2) [4]
2.2.1 Giới thiệu về chương trình MCNP
MCNP (Monte Carlo N-Particle) là phần mềm ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mơ phỏng các quá trình vật lý hạt nhân đối với nơtron, photon và electron
mang tính chất thống kê (các quá trình phân rã hạt nhân, tương tác giữa hạt nhân với
vật chất, tính thơng lượng photon, tính thơng lượng electron ) MCNP sử dụng các
thư viện số liệu hạt nhân của các quá trình tính tốn, gieo số ngẫu nhiên tuân theo
các qui luật phân bố, ghỉ lại sự kiện lịch sử của một hạt phát ra từ nguồn đến hết
thời gian sống của nĩ Sự phức tạp của tương tác photon cũng được xử lý trong chương trình MCNP Chương trình điều khiển các quá trình này bằng cách gieo số theo qui luật thống kê cho trước và mơ phỏng được thực hiện trên máy tính vì số lần thử cần thiết thường rất lớn Độ chính xác của kết quả càng cao nếu ta gieo càng
nhiều biến ngẫu nhiên
MCNP ban đầu được phát triển bởi nhĩm Monte Carlo và sau này bởi nhĩm Radiation Transport (nhĩm X-6) của phịng Vật Lý Lý Thuyết Ứng Dụng ở Phịng
Trang 27siớ:
năm họ lại cho ra một phiên bản mới MCNP được cung cấp tới người dùng thơng qua Trung tâm che chắn bức xạ (RSICC) ở Oak Ridge, Tennessee (Mỹ) và ngân hàng dữ liệu OECD/NEA ở Pari (Pháp)
Chương trình cĩ nhiều ứng dụng như: thiết kế lị phán ứng, an tồn tới hạn,
che chắn và bảo vệ, phân tích và thiết kế đầu dị, vật lý trị liệu, nghiên cứu khí
quyền, nhiệt phát quang do phĩng xạ, chụp ảnh bằng phĩng xạ 2.2.2 Các đặc trưng cơ bản của chương trình MCNP
~ Dữ liệu hạt nhân
Các Bảng dữ liệu bạt nhân là những phần khơng thể thiếu trong MCNP
Ngồi việc sử dụng các Bảng dữ liệu cĩ sẵn trong MCNP, người dùng cịn cĩ thê sử
dụng các đữ liệu được tái tạo từ các đữ liệu gốc bên ngồi thơng qua một chương
trình chuyên đối chẳng hạn như NIOY hay là các dữ liệu mới được đưa vào trong
MCNP bởi chính bản thân người dùng Nguồn các số liệu hạt nhân cĩ sẵn trong MCNP được lấy từ chương trình hồ sơ số liệu hạt nhân ENDF-Evaluated Nuclear
Data File, thư viện ENDL-Evaluated Nuclear Data Library và thư viện ACTL-
Activation Library của các phịng thí nghiệm hạt nhân ở Mỹ Livermore và Los Alamos
Các Bảng số liệu hạt nhân bao gồm: Tương tác hạt nhân, tương tác photon được tạo ra do neutron, tương tác neutron, phép đo liều hay kích hoạt neutron và tán
xạ nhiệt S(ø, đ)
Các Bảng số liệu dùng cho chương trình MCNP được liệt kê trong file
XSDIR Người sử dụng cĩ thể chọn các Bảng cụ thể nhở vào số nhận dạng chúng
ZAIDS Các số nhận dạng bao gồm điện tích Z, số khối A và chỉ số của thư viện ID
Cĩ hơn 500 Bảng tương tác của neutron cho gần 100 đồng vị và nguyên tố dùng cho chương trình MCNP
Trang 28= [R=
đến tán xạ kết hop và khơng kết hợp, hấp thụ quang điện với khả năng phát huỳnh quang và tạo cặp Các phân bố gĩc tán xạ được điều chính bằng các thừa số dạng nguyên tử và các hàm tán xạ khơng đàn hỏi
Các tiết diện đối với gần 2000 phản ứng kích hoạt liên quan tới gần 400 hạt nhân bia ở các trạng thái cơ bản và kích thích là một phần của bĩ các số liệu
MCNP Những tiết diện này cĩ thể được dùng như các hàm đặc trưng phụ thuộc
năng lượng để xác định các tốc độ phản ứng nhưng khơng thể được dùng như
những tiết diện vận chuyền
Các Bảng số liệu nhiệt thích hợp để sử dụng với xử lý tán xạ nhiệt
S(z./Ø) trong MCNP Các số liệu bao hàm các hiệu ứng liên kết hĩa học ( phân tử )
và tinh thể - những hiệu ứng quan trong khi năng lượng của neutron trở nên đủ nhỏ
Đối với nước nhẹ và nước nặng, kim loại berillium, benzene, graphite, ziconium và
hydrogen trong hydride zireonium cĩ các số liệu ở nhiệt độ khác nhau
Các dữ liệu hạt nhân được đưa vào trong MƠCNP qua phần khai báo ở thẻ vật
ligu (material card) - Đánh giá sai số
Kết quả đưa ra ngồi giá trị cần tính tốn cĩ sai số tương đối R R được định nghĩa là tỷ số giữa thăng giáng chuẩn và giá trị trung bình
&
Re 7" (2.13) 2.13
Với một kết quả tốt thì R tỷ lệ với 7 voi N là số lịch sử đã định Như vậy muốn
giảm R ta phải tăng N
Sai số tương đơi R được dùng để xác định khoảng tin cậy của trị trung bình Theo định lý giới hạn trung tâm khi N—› œ thì cĩ 68% cơ hội giá trị thật nằm trong
Trang 29-19-
đây là độ chính xác của bản thân phương pháp Monte-Carlo chứ khơng phải là độ
chính xác của kết quả mơ phỏng so với kết quả thực nghiệm
Đối với phương pháp Monte-Carlo cĩ ba yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác
của kết quả so với giá trị thực: Chương trình tính, mơ Hình bài tốn và người sử
dụng Các yếu tố trong chương trình gồm: Các đặc trưng vật lý trong tính tốn, các mơ Hình tốn học, tính chính xác của các số liệu sử dụng như, tiết điện phản ứng, số Avogdro Chất lượng của việc mơ tả các tiết diện vi phân theo năng lượng, theo gĩc Mơ Hình bài tốn cĩ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của kết quả
Nhiều bài tốn cho kết quả xấu là do mơ Hình bài tốn chưa tốt, khơng mơ tả đầy
đủ Hai yếu tơ của mơ Hình bài tốn ảnh hưởng đến kết quả bài tốn là; Những mơ tả Hình học và những đặc trưng vật lý của vật liệu cĩ trong bải tốn Yếu tố con
người ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả cĩ thể là lỗi trong khi đưa số liệu, lỗi
Trang 30- 20 -
Dé théng báo cho người sử dụng biết chất lượng bài tốn, chương trình MCNP
đưa ra chỉ số chất lượng FOM được định nghĩa:
FOM= = với T là thời gian tính (2.14)
Hiệu suất tính càng lớn nếu FOM càng lớn #? tỉ lệ với Xi T tỉ lệ với N, do
đĩ FOM gần như khơng đồi
Như vậy một kết quả tốt nêu FOM gân như hằng sĩ - Giảm sai số Như đã nĩi ở trên sai số R tỉ lệ với „ mà N tỉ lệ với thời gian tính T Do vậy cĩ thể viết R = _& với C là hằng số dương Vậy cĩ hai cách để làm giảm sai VT SỐ: © Một làtăngT © Hai la giam C
Trong thực tế thời gian T là hạn chế và phụ thuộc vào khá năng của máy tính Do đĩ MCNP lựa chọn cách thứ hai Hằng số C phụ thuộc vào cách lấy mẫu và lựa
chọn kết quả truy xuất
Cĩ bốn cơng cụ giảm sai số
Phương pháp cắt cụt là phương pháp đơn giản nhất nhằm tăng tốc độ tính
tốn Bao gồm: Cắt khơng gian, cắt năng lượng và cắt thời gian
Trang 31=2t=
Phương pháp lấy mẫu cĩ sửa đổi là phương pháp cĩ thay đổi cách lấy mẫu nhằm tăng thêm sự chính xác của kết quả Các phương pháp lay mẫu cĩ sửa đổi bao
gồm: Phép biến đổi theo hàm mũ, bắt hạt dạng ân, va chạm bất buộc, dịch chuyển
thơng số nguồn và dịch chuyền quá trình tạo photon
Phương pháp tắt định từng phân là phương pháp phức tạp nhất Bằng phương, pháp này người ta thay đối các quá trình vận chuyền ngẫu nhiên thơng thường của
hạt
Tĩm lại các kỹ thuật giảm sai số nếu sử dụng đúng làm cho việc tính tốn cĩ hiệu quả cao, nhưng ngược lại nếu sứ dụng khơng đúng sẽ gây ra những sai lầm Tuy nhiên khơng quá lạm dụng kỹ thuật này, đối với từng bài tốn cụ thể mà ta lựa chọn những phương pháp phù hợp nhất
- Kết quá tính tốn
Ngồi các thơng tin về kết quả, MCNP cịn đưa ra những thơng tin giúp cho người sử dụng biết về hoạt động của chương trình, làm sáng tỏ những vấn đề vật lý của bài tốn và sự thích ứng của phương pháp Monte Carlo Nếu cĩ sai trong khi chạy, chương trình sẽ ín ra chỉ tiết để người dùng biết khắc phục
2.2.3 Cầu trúc một file input trong MCNP
Việc đưa vào các mơ tả Hình học, mơ tả nguồn, yêu cầu tính tốn đưa ra kết
qua (Tally ) được gọi là z;pz cho chương trình MCNP M6t file input cĩ dang sau:
Tiêu đề thơng tin về input file (néu can)
Trang 32=20=
- Dong trong kết thúc
Các dịng khơng được vượt quá 80 cột Các thẻ ơ, mặt và số liệu phải được
viết bắt đầu từ 1 trong 5 cột đầu tiên Các số liệu đưa vào cách nhau ít nhất bởi một
khoảng trồng Các thẻ số liệu gồm các loại sau: - MODE
- ModeN Chỉ tính tốn cho neutron
- ModeN,P Tính neutron và photon tạo bởi neutron
- ModeP Chỉ tính cho photon - Mode E Chi tinh cho electron
- Mode P, E Tinh cho photon va electron
- Mode N, E, P Tinh cho neutron, electron va photon tao béi neutron ~ Thẻ độ quan trong (importance card ): Thẻ độ quan trong được ký hiệu bằng imp
“
tiếp theo là dấu “: '*, tiếp đến là các chữ P hoặc N hoặc E, P Cuối cùng là số quan
trọng đối với hạt cần tính Số quan trọng là các số 1,2,3 Mức độ quan trọng tăng
khi số quan trọng tăng
- Thé đưa ra kết quả (tally card )
MCNP đưa ra 7 mức tính tốn neutron, 6 mức tính cho photon và 4 mức tính cho electron Bang 2.2: Các thẻ đưa ra số liệu trong MCNP
Ký hiệu tính tốn Mơ tả
FI:N hoặc FI:P hoặc Fl:E Dịng phân tích trên bề mặt
F2:N hoặc F2:P hoặc F2:E Thơng lượng mặt trung bình
F4:N hoặc F4:P hoặc F4:E Thơng lượng ơ trung bình
Trang 33sis
FS:N hoặc F5:P Thơng lượng điềm hay đầu dị
F6:N hoặc F6:N,P hoặc F6:P Năng lượng để lại trung bình trong ơ
F7N Năng lượng mắt mát trong phân hạch
F§:N hoặc F8§:P hoặc F§:E hoặc F8§:P, | Phân bố tạo xung trong đầu dị, F8:E cho
E điện tích giải phĩng
~ Thẻ vật liệu ( material card- Mm )
Thẻ vật liệu chứa số của vật liệu, tiếp theo là các số nhận dạng nguyên tố (
bao gồm số khối A và electron Z) cùng với thành phần phần trăm của nguyên tố đĩ trong vật liệu ví dụ -m 1 26000 — 1.0 Vật liệu I là sắt -m 2 1000 — 0.1119 8000 — 0.8881 Vat liệu số 2 là nước - Thẻ mơ tả nguồn Thẻ nguồn SDEF mơ tả nguồn trong bài tốn Các thơng số của thẻ nguồn: -POS=xyz Vị trí nguồn
-CELL =số Số của ơ quy định là nguồn trong mơ tả ơ - ERG =năng lượng Năng lượng của nguồn
- WGT=trong số Trọng số của nguồn
- TME=thời gian Thời gian tính cho nguồn - PAR=loại hạt phátra n,np,npe,p,pe,e
Ví dụ:
SDEF POS=0-45 CELLE=I WGT=l TME=60 PAR=p
- Thẻ kết thúc tính tốn
Cĩ hai cách kết thúc: Kết thúc bằng cách đặt trước số lịch sử trong thẻ NPS,
Trang 34-24-
2.2.4 Mơ tả Hình học trong MCNP
Hình học trong bai tốn giải bằng MCNP được mơ tả trong khơng gian 3
chiều MCNP cĩ một chương trình dựng sẵn để kiểm tra lỗi của dữ liệu đầu vào
Hơn nữa, khả năng vẽ Hình học của MCNP cũng giúp người dùng kiểm tra các lỗi Hình học Khi mơ tả Hình học người sử dụng phải định nghĩa các mặt (Surface) các
ơ (Cell) được bao bởi các mặt vả mơ tả vật liệu chứa trong các cell Các cell được
mơ tả bởi các tốn tử giao (Intersention), hợp (Union) và phần bù (Complement)
~ Mơ tả ơ ( Cell Card )
Căn cứ trên hệ tọa độ Decart, MCNP lấy các mặt biên của một khối vật chất
để mơ tả, được gọi là cell Cell được xác định bởi: ~ Tốn tử giao (khơng gian),
-_ Tốn tử hợp (:)
Cú pháp: j m d goem params
- Phan bi cac ving khơng gian tạo bởi các mặt (#) Mỗi cell được định nghĩa như sau
- Cu phap: j md goem params
- Hoặc j like n but list
Trong đĩ j; chỉ số ơ
-_m: số của vật liệu chứa trong ơ, m= 0 chỉ ơ trống
Trang 35-25-
- Mơ tả mặt (Surfaces cards)
Surface card được xác định bằng cách cung cấp các hệ số của các phương trình mặt giải tích hay các thơng tin về các điểm đã biết trên mặt MCNP cung cấp
các dạng mặt cơ bản được mơ tả bởi các phương trình trong Bảng 2.3
Trang 37sƯÚƒs OY Song — = - FER Mặtnĩn | song true | K/Z (x-x) +(y-y) ~t(z-z)=0 2 OZ +1 Trén truc = _ hở KX Ay +2 -t(x-x)=0 xX P+ Ox Trên trục — _ ° KY ¥x?+2 -t(y-y)=0 y P41 OY z +1 “Trên trục - Oz kế Vi ry -t(2-2}=0 + dùng cho nĩn Elipsoid | Trục song = ia =2
Trang 38= 2R=
Chuong 3
PHAN BO LIEU TRONG DOI TUONG CHIEU XA BANG
MAY GIA TĨC UERL-10-15S2
3.1 Phân bố liều trên đường đi của chùm electron trong vật chất
Khi electron xuyên qua vật chất chúng mất dần năng lượng qua tương tác Coulomb với nguyên tử, electron của nguyên tử và hạt nhân cho đến khi mắt hết năng lượng và bị hấp thụ Ngồi ra khi tương tác với hạt nhân qua tán xạ đàn hồi chúng cịn sinh ra tia X năng lượng cao hoặc phát bức xạ hãm, Hình 3.1 mơ tá lại
vết của electron trong một số vật liệu
Hình 3.1: Vễ của electron khi đi vào một số chất
Liều hấp thụ tại độ sâu 2/2) trong vật chất được chiếu xạ là phần năng lượng
mà electron để lại khi đi qua độ sâu này; bằng tích của phần năng lượng của electron dé lai trong vật chất, AW, nhan voi sé hat electron trong mét don vi thé
tich [3]:
D(d) = AWey(x) jt GB.1)
Với j.t 1 s6 electron di qua thé tich chiéu xạ, don vị tính liều hấp thụ là kGy
(1 kGy=1 kJ/kg) hoe rad (1 rad= 10° Gy)
Trang 39-29-
khơng Khả năng xuyên sâu của electron gần như tăng tuyến tính với năng lượng
của chùm electron Ngược lại, chiều cao của đỉnh lại tỷ lệ nghịch với năng lượng
của electron vào
Theo tính tốn bằng code TIGER [1], năng lượng mà electron 10 MeV để lại tại bề mặt đối tượng chiếu xạ (gọi tắt là đối tượng) là 1,84 MeVg/enm? và tăng đến 2,48 MeVgicm? tại độ sâu 2,75 g/cm”, phân bố năng lượng trong sản phẩm được mơ tả bởi phương trình [3]:
AWy(MeVg/em”) = 1,84+0,25x 0<x<2,5 (g/em’)
= 2,48exp(-0,27x-2,75|°”) ,2,5<x<6,5 (g/em”) (3.2)
Tích phân tồn phần (3.2) sẽ nhận được tổng năng lượng hấp thụ là 9,61
MeV/electron (phan năng lượng cịn lại được xem như mất mát qua việc phát bức xạ hãm)
Với đối tượng được chiếu xạ hai mặt củng một chùm electron như nhau
(trường hợp của máy gia tốc UERL-10-15S2) thì phân bố liều hấp thụ trong sản
phẩm được tính theo phương trình [3]:
AMx,T) = AW() + AW(T-x) (3.3)
Với T là chiều dày đối tượng chiếu xạ, x là độ sâu sản phẩm xác định từ một
mặt cố định, AW(x) liều tương ứng với trường hợp chiếu một mặt Như vậy, trong trường hợp chiếu hai mặt, phân bố liều gần như đối xứng với mặt phẳng giữa của
sản phẩm
Đồ thị phân bĩ liều theo chiều sâu (depth dose-profiles) trong sản phẩm các
tỷ trọng khác nhau tính tốn bằng chương trình MCNP được thê hiện qua Hình 3.2
Trang 40-30- —e—0.1 g/cm3 —øz— 0.2 g/cm3 0.3 gicm3 —=_ 0,4 glem3 —%—0.5 gicm3 cm 0 5 10 15 20 25 30 35 40
Hình 3.2: Đồ thị phân bố liễu theo chiều sâu các tỷ trọng, electron 10 MeV Suất liều trung bình mà đối tượng nhận được cĩ thể tính như sau:
Với cơng suất I kW, thiết bị cĩ khả năng xử lý trong 1 giây với vận tốc băng
chuyén v (cm/s), chiều rộng thùng hàng 60 cm, chiều dày 8,6/p (cm), tỷ trọng p
(g/cm”) một khối lượng:
m= v.p= 60.5 v.p=0,516.v (kg) (3.4)
p
Liều trung bình mà đối tượng nhận được với cơng suất của máy gia tốc 15kW và hiệu suất sử dụng chùm tỉa rị (%) sẽ được tinh theo cơng thức sau:
_ lŠn 29/07y
® ` 05l6 ov (kGy) (3.5)
Tinh toan trén hang chiéu xa tai Vinagamma cho thay, 77 (%) ~ 55%
3.2 Độ bất đồng đều về liều nhận được trong đối tượng chiếu xạ
Do năng lượng của electron dé lai trong vật chất thay đổi theo độ sâu, nên
trong đối tượng được chiếu xạ sẽ cĩ vị trí nhận liều nhỏ nhất (Dynin) Va CO Vi tri liều