Báo cáo kiến tập ỨNG DỤNG HẠT NHÂN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc  TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BÁO CÁO KIẾN TẬP NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật Lý Hạt Nhân Nguyễn Lâm Yến Thi – K38.105.133 TP HỒ CHÍ MINH 2015 1 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN 1: ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG Y TẾ 4 BỆNH VIỆN UNG BƯỚU 5 1. Giới thiệu 5 2. Trang thiết bị 5 2.1. Thiết bị chụp CT đa cắt lớp 5 2.2. Thiết bị mô phỏng 7 2.3. Kỹ thuật xạ trị và thiết bị 8 2.3.1. Xạ trị ngoài 8 2.3.1.1. Máy xạ trị Cobalt-60 9 2.3.1.2. Máy xạ trị gia tốc tuyến tính. 10 2.3.2. Xạ trị trong 13 PHẦN 2. ỨNG DỤNG TRONG KHỬ TRÙNG, BẢO QUẢN VÀ BIẾN TÍNH VẬT 14 TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ BỨC XẠ VINAGAMMA 15 1. Giới thiệu 15 1.1. Lịch sử và phát triển 15 1.2. Hệ thống tổ chức 16 2. Ứng dụng trong chiếu xạ thực phẩm 19 2.1. Lợi ích của chiếu xạ thực phẩm 19 2.2. Ảnh hưởng của chiếu xạ lên các thành phần trong thực phẩm 19 2.3. Danh mục thực phẩm được phép chiếu xạ (số 3616/2004/QĐ-BYT) 19 3. Quy trình chiếu xạ ở Trung tâm Vinagamma 20 PHẨN 3: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ TRIỂN KHAI DỊCH VỤ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHO CÁC CƠ SỞ 22 TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP HỒ CHÍ MINH 23 1. Giới thiệu 23 2. Chức năng và nhiệm vụ 24 3. Hướng nghiên cứu của Trung tâm 24 4. Hoạt động dịch vụ kỹ thuật 25 4.1. Các dịch vụ kỹ thuật cơ bản 25 2 4.2. Ví dụ về một số dịch vụ 26 KẾT LUẬN 29 3 LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm sáu mươi, kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu, ứng dụng khoa học được nhà nước ta quan tâm trong việc chuẩn bị cơ sở vật chất, đào tạo nhân lực. Năm 1976, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt trực thuộc Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước được thành lập, và việc hoàn thành công trình khôi phục và mở rộng Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt vào tháng 3-1984 đã tạo ra bước phát triển nhảy bậc trong lĩnh vực này. Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng hiệu quả vào các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội như: sản xuất đồng vị, điều chế dược chất phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị bệnh; sử dụng kỹ thuật nguồn kín xây dựng các hệ đo dung để đo mức chất lỏng, độ dày vật liệu, độ ẩm trong các dây chuyền tự động hoá; phân tích kỹ thuật tham gia vào chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản, bảo vệ môi trường, đánh giá một số quá trình tự nhiên như hiện tượng bồi lấp, xói mòn; sử dụng các nguồn bức xạ cường độ cao trong khử trùng, bảo quản thực phẩm; ứng dụng trong công nghiệp, sinh học,… Trong bài báo cáo này, tôi sẽ trình bày về những ứng dụng điển hình trong y tế, khử trùng, bảo quản thực phẩm, trong nghiên cứu, phát triển của kỹ thuật hạt nhân. Do còn nhiều thiếu sót trong quá trình kiến tập cũng như thời gian kiến tập hạn chế, tôi rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy để bài báo cáo của tôi được hoàn thiện tốt hơn. Qua đây, tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của các Thầy trong khoa Vật lý. Và gửi lời cám ơn đến các Thầy ở Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ Vinagamma, Trung tâm hạt nhân TP Hồ Chí Minh, bệnh viện Ung Bướu đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt bài báo cáo này. Và đặc biệt, xin chân thành cám ơn thầy Hoàng Đức Tâm và thầy Phạm Nguyễn Thành Vinh đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong quá trình làm báo cáo. 4 PHẦN 1: ỨNG DỤNG HẠT NHÂN TRONG Y TẾ Kỹ thuật dùng nguồn phóng xạ dùng trong xạ trị được áp dụng từ những năm 1960 tại Bệnh viện K, Hà Nội, Trung tâm ung bướu TP. Hồ Chí Minh và một số bệnh viện quân đội. Năm 1971, các khoa ứng dụng bức xạ trong chuẩn đoán và điều trị bệnh tại Bệnh viện Bạch Mai, Hà Nội và Bệnh viện Chợ Rẫy, Tp Hồ Chí Minh được hình thành. Từ thời điểm đó, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh với một số thiết bị đơn giản như máy quét hiện hình, xạ ký thận hay các máy đo độ tập trung của iốt trong tuyến giáp. Đáng kể là từ khi Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa vào hoạt động với một trong các chức năng chủ yếu là nghiên cứu sản xuất đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu thì số lượng các khoa này ngày càng tăng nhanh, nhiều thiết bị hiện đại được nâng cấp và trang bị. Các đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu cung cấp cho các bệnh viện được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoặc nhập ngoại. Các loại đồng vị chính được sản xuất tại Đà Lạt là tấm áp P-32 để điều trị các bệnh ngoài da, dung dịch I-131 dưới dạng tiêm hoặc uống để chẩn đoán và điều trị bệnh bướu cổ; Tc-99m để hiện hình tìm các khối u bất thường trong não và tuyến nước bọt, các dược chất phóng xạ dưới dạng kit in-vivo đánh dấu với Tc-99m để hiện hình chẩn đoán chức năng và bệnh lý các cơ quan nội tạng của cơ thể như thận, gan, phổi, hệ tiêu hóa. Hàng năm, khoảng 150 Ci chất phóng xạ các loại được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, đáp ứng khoảng 60% nhu cầu của Ngành Y tế. Ngày nay, bệnh viện Ung Bướu trở thành nơi điều trị ung thư cho toàn miền Nam. Sau đây tôi xin giới thiệu về một số ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong lĩnh vực y tế của bênh viện Ung bướu mà tôi đã được kiến tập qua. 5 BỆNH VIỆN UNG BƯỚU 1. Giới thiệu Là trung tâm ứng dụng bức xạ trong y học. Khám, hội chẩn, lập kế hoạch điều trị, theo dõi bệnh nhân ung thư bao gồm xạ trị và hoá trị Đồng thời tham gia nghiên cứu khoa học về ung thư học lâm sàng. Hình 1.1 Bệnh viện Ung Bướu TP Hồ Chí Minh 2. Trang thiết bị Bệnh nhân được chẩn đoán với các thiết bị chụp CT cắt lớp. Sau đó, hình ảnh cắt lớp đó của bệnh nhân được chuyển tải qua hệ thống vi tính đến phòng kỹ sư vật lý hạt nhân. Ở đây, các kỹ sư sẽ lập trình chương trình điều trị, rồi chuyển bệnh nhân sang phòng mô phỏng. Dùng máy mô phỏng để định vị khối u, xác định liều xạ, hướng chiếu, lập kế hoạch điều trị, đúc chì, đưa ra các biện pháp che chắn. Sau khi hoàn tất bệnh nhân sẽ được chuyển sang phòng điều trị. Tại đây sẽ được điều trị bằng xạ trị với máy xạ trị Cobalt -60 hoặc máy gia tốc tuyến tính hay xạ phẫu. 2.1. Thiết bị chụp CT đa cắt lớp Hiện nay chụp cắt lớp vi tính trong y khoa hay còn được gọi là CT Scan, được ứng dụng rộng rãi để chẩn đoán bằng hình ảnh các bệnh lý từ đầu đến chân. Máy chụp cắt lớp vi tính đa lát cắt là việc gia tăng số dãy đầu dò tia X trong hệ thống phát tia, làm tăng số hình và độ mỏng thu được trong cùng một đơn vị thời gian chụp. Hiện nay, có các máy chụp cắt 1 lớp, đa lớp. 6 Cấu tạo máy chụp CT + Một bộ nguồn cung cấp điện công suất cao cung cấp điện cho máy quét. + Máy quét (scanner): Là bộ phận chính của hệ thống. Một máy quét rất phức tạp nhưng cơ bản gồm các bộ phận: ống phát tia X, đầu dò, động cơ. Các bộ phận này được bố trí trong một cái vòng lớn cao khoảng 2m. Ở giữa vòng là một cái giường nhỏ có thể thay đổi vị trí linh hoạt để bệnh nhân nằm. + Máy tính: máy quét được kết nối với một máy tính được thiết kế riêng cho việc tính toán dữ liệu thô thành hình ảnh. Sau máy tính này ta có thể kết nối thêm một vài máy tính khác để tiếp tục xử lý hình ảnh + Các phần mềm xử lý và bảo quản hình ảnh Hình 1.2. Máy CT Máy quét phải được đặt trong phòng có khả năng chặn tia X. Thông thường vách phải lót chì và sử dụng kính có chứa chì. Hiện nay máy CT đã phát triển qua 4 thế hệ. CT được sử dụng rộng rãi do cho hình ảnh sắc nét, độ tương phản cao. Nhờ phần mềm ta có thể sử dụng dữ liệu một cách linh hoạt. Giá thành dịch vụ hiện nay cũng không quá cao Tia X không gây đau, do đó chụp cũng như chụp X-quang, chụp CT ta cũng không thấy đau. Bạn có thể thấy khó chịu khi nằm trong cái vòng lớn, nhưng bạn cũng sẽ không nằm lâu. Mỗi ca chụp chỉ mất vài phút. Trong một số trường hợp như chụp khối u, mạch máu,… phải tiêm thêm chất phản quang để tăng độ tương phản của ảnh. Hoá chất này khá đắt tiền, do đó làm tăng chi phí của bạn. 7 Tuy nhiên, khi chụp CT bạn không có cảm giác gì, mà cơ thể bạn đã nhận một liều lượng tia X nhất định, thường thì hấp thụ một liều bằng liều hấp thụ trong môi trường tự nhiên trong khoảng 6 tháng đến 3 năm. Để trả lời cho câu hỏi chụp thế nào là an toàn thì rất khó do nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Vì thế càng hạn chế chụp càng tốt. 2.2. Thiết bị mô phỏng PET/CT được chỉ định nhằm: giúp phát hiện ung thư sớm, phân loại giai đoạn ung thư chính xác, phát hiện và đánh giá tái phát, di căn cũng như đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều trị và giúp lập kế hoạch xạ trị với PET/CT mô phỏng. Khi sử dụng hình ảnh PET/CT mô phỏng để lập kế hoạch xạ trị gia tốc sẽ mang lại hiệu quả cao. Ðây là một kỹ thuật cao của điều trị ung thư hiện nay trên thế giới. Hình 1.3. Máy PET/CT Khi kết hợp PET/CT mô phỏng với kỹ thuật xạ trị điều biến liều sẽ giúp điều chỉnh chùm tia bức xạ theo hình thái và hình dạng của khối u, làm thay đổi (tăng/ giảm) cường độ chùm tia bức xạ theo mật độ tế bào ung thư (nơi có nhiều tế bào ác tính sẽ nhận nhiều tia bức xạ hơn và ngược lại). Kết quả là liều bức xạ tập trung cao nhất tại khối u, nhưng lại thấp tại tổ chức lành. Các cơ quan quan trọng được bảo vệ tối ưu nên hiệu quả điều trị cao, ít tác dụng phụ của xạ trị. Nâng cao hơn chất lượng cuộc sống, kéo dài thời gian sống thêm hoặc tăng cơ hội chữa khỏi bệnh cho người bệnh ung thư. Khi mô phỏng lập kế hoạch xạ trị bằng PET/CT giúp xác định chính xác rìa tổn thương trong những trường hợp ranh giới khó xác định giữa khối u và tổ chức xung quanh: các khối u đồng tỷ trọng (ung thư vòm, thanh quản, thực quản), giữa u phổi với tổ chức phổi xẹp…đồng thời xác định thể tích khối u thô, giúp cho việc xạ trị chính xác vào u và tránh chiếu vào các tế bào lành nhằm nâng cao hiệu quả cũng như giảm bớt các tác dụng phụ do tia xạ. 8 Máy PET/CT thật ra là sự kết hợp giữa ảnh giải phẫu (CT) và chụp ảnh chức năng (PET). Nguyên tắc cơ bản của PET là hiện tượng huỷ cặp của positron phát ra từ hạt nhân nghèo neutron với electron, trong sự tự huỷ này sinh ra hai tia gamma có năng lượng 511keV bay theo hai hướng ngược chiều nhau. Bằng cách bố trí các detector hướng ngược nhau và sử dụng mạch trùng phùng đặt bên ngoài để xử lý tín hiệu trùng phùng từ các biến cố huỷ cặp bên trong. Các tín hiệu này được máy tính xử lý và tái hiện lại. Đây là một thiết bị chẩn đoán kỹ thuật cao, đầy tiềm năng cho nhiều thuận lợi trong chẩn đoán và theo dõi điều trị nhiều loại bệnh trong lĩnh vực ung bướu, thần kinh và tim mach; cung cấp nhiều thông tin chi tiết về quá trình chuyển hoá và giải phẫu cuả cơ thể trong cùng một lần ghi hình. Hình 1.4. Chụp CT – PET – PET/CT 2.2. Kỹ thuật xạ trị và thiết bị 2.2.1. Xạ trị ngoài Dùng nguồn xạ ở bên ngoài chiếu xuyên qua da vào mô ung thư, người bệnh nằm trong vùng chiếu của chùm tia. Phương tiện xạ trị ngoài hiện nay gồm máy xạ trị Cobalt-60 (dùng nguồn đồng vị phóng xạ 60 Co) và máy xạ trị gia tốc thẳng (phát ra chùm photon và electron) 9 2.2.1.1. Máy xạ trị Cobalt-60 Hình 1.5. Máy xạ trị Cobalt -60 Dùng nguồn Cobalt có hai mức năng lượng 1173 keV và 1332 keV, nguồn này có thời gian bán rã hơn 5 năm. Hình 1.6 Nguồn Cobalt-60 được bảo quản kĩ lưỡng Máy được đưa vào vận hành năm 1994, do không có hệ thống đa chắn nên dùng chì để che chắn mô lành. Khi tia xạ của máy xuyên qua da vào đến nới khối u thì liều xạ vẫn còn quá lớn so với yêu cầu trong an toàn bức xạ. Hơn nữa tia xạ sẽ mất hẳn ở độ sâu 5 cm. Vì vậy, đối với những khối u nằm ở độ sâu hơn 5cm liều xạ của máy cobalt không thể vào tới nơi để điều trị. Máy này đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ do phân rã phóng xạ. Và nguồn cũ bỏ ra cần xử lý để đảm bảo an toàn bức xạ. [...]... tựu đáng kể cho nước nhà cũng như cho thế giới về hạt nhân – nhằm tìm ra chân trời mới cho con người Tổ chức đó là Trung tâm hạt nhân TP Hồ Chí Minh Sau đây, tôi xin báo cáo về Trung tâm hạt nhân TP Hồ Chí Minh nơi mà tôi đã được kiến tập 22 TRUNG TÂM HẠT NHÂN TP HỒ CHÍ MINH Hình 3.1 Sinh viên khoá 38 trường ĐH Sư Phạm TPHCM kiến tập tại Trung tâm hạt nhân TPHCM 1 Giới thiệu Là cơ quan trực thuộc Viện... Chức năng và nhiệm vụ  Nghiên cứu phát triển các phương pháp và kỹ thuật hạt nhân, trong đó: ứng dụng và phát triển các phương pháp phổ kế hạt nhân cho mục đích ứng dụng như phân tích, nghiên cứu vật liệu… Các phương pháp vật lý hạt nhân, vật lý kỹ thuật gắn liền với nghiên cứu vật liệu  Thuỷ văn đồng vị: ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, kỹ thuật đồng vị môi trường trong nghiên cứu, điều tra các nguồn nước... Hướng nghiên cứu của Trung tâm STT 1 2 3 Nhóm nghiên cứu Nhiệm vụ Phổ kế và phương pháp - Nghiên cứu các kỹ thuật đo và xử lý phân tích hạt nhân phổ - Ứng dụng phát triển các phương pháp phổ kế hạt nhân ứng dụng - Phân tích hạt nhân Vật liệu - Sử dụng các phương pháp hạt nhân để khảo sát đặc trưng cấu trúc vật liệu - Nghiên cứu vật liệu mới - Nghiên cứu vật liệu xử lý và lưu giữ chất thải phóng xạ mức... khu vực chứa thiết bị phóng xạ và nguồn  Dịch vụ phân tích phóng xạ  Dịch vụ liều kế cá nhân Liều kế cá nhân là vật dụng bắt buộc phải có với các nhân viên làm việc có liên quang đến phóng xạ Phòng Vật Lý hạt nhân thuộc trung tâm hạt nhân TPHCM chuyên cung cấp: + Liều kế cá nhân 26 + Dịch vụ đọc liều kế cá nhân Với thiết bị đọc liều kế nhiệt huỳnh quang (TLD ) hiện đại cùng với đội ngũ chuyên viên... phóng xạ môi trường, ứng phó sự cố bức xạ  Nghiên cứu về vật liệu mới ứng dụng trong sinh học, môi trường, xử lý chất tahi3 phóng xạ và vật liệu nano  Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào công nghệ bức xạ trong công nghiệp, nông nghiệp và nông sản sạch  Tham gia đào tạo, huấn luyện về an toàn bức xạ, về kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ và các chuyên môn khác trong lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân và năng lượng... và tính toán chính xác sự phân bố về liều lượng Ngoài ra, ở bệnh viện còn có các phòng ban về y học hạt nhân, hoá trị, xạ phẫu cũng được đưa vào điều trị tuỳ vào yêu cầu của các loại ung thư và khả năng của bệnh nhân 13 PHẦN 2 ỨNG DỤNG TRONG KHỬ TRÙNG, BẢO QUẢN VÀ BIẾN TÍNH VẬT Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong lĩnh vực khử trùng, biến tính vật liệu, bảo quản thực phẩm và nông sản, cải tạo sinh khối,…được... hiện nay 21 PHẨN 3: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ TRIỂN KHAI DỊCH VỤ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHO CÁC CƠ SỞ Từ khi đi lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt đi vào hoạt động đến nay, ngành kỹ thuật hạt nhân được thúc đẩy phát triển rất nhiều trong sản xuất và đời sống ở nước ta Ngày nay, kỹ thuật hạt nhân được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp như việc dò tìm vết rạn nứt bên trong, kiểm định chất lượng sản phẩm,…trong... Phân tích ứng suất tồn dư trong vật liệu kim loại 27 Hình 3.3 Phân tích nhiễu xạ tia X Hình 3.4 Một số dịch vụ phân tích thí nghiệm 28 KẾT LUẬN Từ công nghiệp đến nông nghiệp và cả y học thì kỹ thuật hạt nhân cho thấy sự ứng dụng rộng rãi và quan trọng của nó Vạch ra cho chúng ta hướng nghiên cứu sâu hơn để khai thác tối ưu nhất vai trò của hạt nhân đối với đời sống và kinh tế Với những ứng dụng quan... Xquang hay CT đều là ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân và đặc biệt phương pháp hiệu quả nhất hiện nay để chữa trị ung thư đó là xạ trị, con người cũng chỉ biết trông mong vào liệu pháp hạt nhân đó để kéo dài sự sống hay đánh bại căn bệnh ung thư quái ác Như vậy, các cơ sở công nghiệp hay các bệnh viện đều cần đến những dịch vụ cần thiết cung cấp cho họ trong công việc liên quan dến hạt nhân Và cần có một... sử dụng viết các phần mềm 24 4 An toàn bức xạ 5 Quan trắc phóng xạ môi trường 6 Kỹ thuật hạt nhân và kỹ thuật đồng vị - 7 Kỹ thuật thủy địa hóa - 8 Tính toán mô hình - 9 Ứng dụng công nghệ bức xạ trong chế tạo vật liệu mới - 10 Sinh học phân tử và chọn tạo giống cây trồng mới - - An toàn bức xạ Ứng phó sự cố Phân tích phóng xạ Quan trắc đánh giá tác động phóng xạ môi trường Nghiên cứu và triển khai ứng