đánh giá an toàn bức xạ đối với máy gia tốc uerl 10 15s2

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ KIM VÂN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ ĐỐI VỚI MÁY GIA TỐC UERL-10-15S2 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thành phố Hồ Chí Minh 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ KIM VÂN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ ĐỐI VỚI MÁY GIA TỐC UERL-10-15S2 Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HN & NLC Mã số: 64 44 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN VĂN HÙNG Thành phố Hồ Chí Minh 2012 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập Bộ môn Vật lý Hạt nhân, trường Đại học Sư Phạm TP.HCM, thầy cô tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý giá Cho gửi lời biết ơn với tất thầy cô giảng dạy suốt thời gian học trường Xin tri ân đến thầy Trần Văn Hùng định hướng cho lựa chọn đề tài tận tình hướng dẫn suốt thời gian hoàn thành luận văn Tôi gửi lời cảm ơn đến anh Cao Văn Chung có ý kiến đóng góp, hướng dẫn quí báu nhiệt tình suốt trình thực luận văn Xin phép gửi lời cám ơn đến quý Thầy/Cô hội đồng đọc, nhận xét giúp hoàn chỉnh luận văn Cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè ủng hộ, động viên giúp đỡ trong suốt trình hoàn thành luận văn MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC UERL – 10 - 15S2 1.1 Giới thiệu máy gia tốc UERL – 10 – 15S2 [5] 1.2 Khối che chắn xạ [5] 13 1.3 Hệ thống chiếu xạ [4] [5] 15 1.4 Klystron [4] [5] 18 CHƯƠNG II: TƯƠNG TÁC ELECTRON VỚI VẬT CHẤT [1] 20 2.1 Sự lượng ion hoá 20 2.2 Sự mát lượng xạ 21 2.3 Sự lượng xạ Synchrotron 23 2.4 Sự xạ xạ Cherenkov 25 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÁC THIẾT KẾ CHE CHẮN CỦA THIẾT BỊ UERL -10 – 15S2 28 3.1 Tầm electron vật chất [2] 28 3.2 Khả phát xạ hãm chùm electron phát từ thiết bị [4] 30 3.3 Tính toán thiết kế che chắn xạ cho hệ thống chùm electron [6].31 3.4 Kết tính toán phân bố liều phương pháp mô dùng phần mềm MCNP (4C) 44 3.5 Kết thực nghiệm đo suất liều cho thiết kế che chắn UERL -10 – 15S2 59 KẾT LUẬN .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số máy gia tốc: .12 Bảng 1.2: Các thông số hệ băng chuyền máy gia tốc: .12 Bảng 1.3: Danh mục thông số thiết bị máy gia tốc 13 Bảng 3.1: Suất liều giới hạn cho vị trí 31 Bảng 3.2 : Các điểm tính toán ứng với nhóm làm việc khác 32 Bảng 3.3: Kết tính toán lý thuyết cho che chắn xạ truyền qua 39 Bảng 3.4: Giá trị TVL cho photon tán xạ 42 Bảng 3.5: Kết tính toán suy giảm xạ tán xạ .43 Bảng 3.6: Phương trình mô tả mặt MCNP 47 Bảng 3.7: Các loại tally tính toán 50 Bảng 3.8: Ý nghĩa sai số tương đối R MCNP 52 Bảng 3.9: Hệ số DE/DF 55 Bảng 3.10: Kết tính toán suất liều sử dụng MCNP 57 Bảng 3.11: Kết tính toán suất liều cho hiệu ứng sky-shine 59 Bảng 3.12: Kết suất liều lý thuyết, mô thực nghiệm 62 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Khối gia tốc thiết bị chiếu xạ Hình 1.2: Sơ đồ thiết kế hệ thống che chắn xạ Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt tầng .10 Hình 1.4: Sơ đồ lắp đặt tầng 10 Hình 1.5: Sơ đồ mặt cắt khối che chắn xạ 11 Hình 1.6: Cấu trúc bê tông tầng khối che chắn 14 Hình 1.7: Cấu trúc bê tông tầng khối che chắn .14 Hình 1.8: Cấu trúc hệ thống chiếu xạ 15 Hình 1.9: Cấu trúc ống gia tốc dùng sóng RF 16 Hình 1.10: Hệ thống quét chùm tia 18 Hình 1.11: Klystron TH2173F 18 Hình 1.12: Cấu trúc klystron .19 Hình 2.1: Bức xạ synchrotron 23 Hình 2.2: Mặt sóng xạ Cherenkov .27 Hình 3.1: Tầm electron số vật liệu ứng với giá trị lượng tới E o 29 Hình 3.2 : Phổ photon sinh trình chiếu xạ 30 Hình 3.3: Suất liều ứng với góc sinh xạ hãm 32 Hình 3.4: Vị trí điểm 1,2,3,4,5 33 Hình 3.5: Vị trí điểm 7,8,9 33 Hình 3.6: Vị trí điểm 7,10,11,12 34 Hình 3.7: Vị trí điểm 5, 6, 13 mặt tán xạ S1, S2, S3 .34 Hình 3.8: Vị trí điểm 6, 13 mặt tán xạ S4, S5, S3 35 Hình 3.9: Các mặt tán xạ S6, S7 .35 Hình 3.10: Các giá trị TVL vật liệu a: bê tông, b: thép, c chì Đường nét giá trị lớp thứ nhất, đường liền cho lớp hấp thụ 37 Hình 3.11: Đường suy giảm theo chiều dày bê tông che chắn nguồn electron đơn năng: 1- 0.1 MeV; - 0.24 MeV; - MeV 4; - 0.5 MeV; - 1.0 MeV; - 2.0 MeV; - 3.0 MeV; 10 - 4.0 MeV; 11 - 6.0 MeV; 12 - 10.0 MeV nguồn 137Cs; 8-nguồn 60 Co 38 Hình 3.12: Sơ đồ tính toán suất liều xạ lối hệ che chắn xạ 40 Hình 3.13: Hệ số albeldo ứng với mức lượng xạ hãm theo lượng góc Θ s cho bêtông (mật độ 2,3g/cm3) 41 Hình 3.14: Năng lượng tán xạ photon phụ thuộc vào góc tán xạ 41 Hình 3.15: Mặt cắt Oxy nhà chiếu xạ vị trí z = 60 .54 Hình 3.16: Mặt cắt Oxy nhà chiếu xạ vị trí z = 300 54 Hình 3.17: Mặt cắt Oyz nhà chiếu xạ vị trí z = 55 Hình 3.18: Liều kế Ethanol-Chlorobenzene (ECB) 60 Hình 3.19: Máy đo liều MINI RAD-1000 61 Hình 3.20: Sử dụng máy đo liều MINI RAD-1000 đo suất liều vị trí 61 MỞ ĐẦU Ngày Công nghệ Bức xạ (CNBX) lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng có hiệu cao ngành Năng lượng nguyên tử Việt Nam, nhiều nước giới Bức xạ ion hóa áp dụng rộng rãi lĩnh vực kinh tế - xã hội (KT-XH) y tế, công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu Hiệu KT-XH mà chúng đem lại không nhỏ xã hội thừa nhận Nhiều kỹ thuật xạ, hạt nhân thay trở thành công cụ, phương pháp hữu hiệu chẩn đoán điều trị bệnh, bảo quản lương thực, thực phẩm, thăm dò khai thác tài nguyên Trước phát triển mạnh CNBX, ngày nhiều sở ứng dụng hình thành Được thành lập từ năm 2000, Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ, tên viết tắt VINAGAMMA đưa vào hoạt động thiết bị chiếu xạ công nghiệp: máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60, SVST-Co60/B, máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 Trong thiết bị chiếu sử dụng máy gia tốc Trung tâm đầu tư đưa vào hoạt động sử dụng vào năm 2011 với lượng chùm tia 10 MeV, công suất 15kW Thiết bị sử dụng cho mục đích nghiên cứu ứng dụng Công nghệ Bức xạ công nghiệp, xử lý chất thải môi trường, khử trùng vật phẩm y tế trùng hàng thực phẩm Đặc điểm trội máy gia tốc so với máy chiếu dùng nguồn cobalt an toàn; thiết bị ngừng phát tia tắt máy khí với máy cobalt đồng vị phóng xạ phân rã liên tục phát tia không cần đến Ngoài máy cobalt đòi hỏi phải thay nguồn định kỳ phân rã phóng xạ nguồn cũ không sử dụng cần phải xử lý để đảm bảo an toàn xạ Tuy nhiên, dù đặc tính có an toàn hơn, nhiều ưu điểm công nghệ xạ ngày phát triển, chủ quan việc đánh giá mức độ an toàn thiết bị xạ ảnh hưởng đến mô sống, đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp đến người Nếu xạ ion hoá vào mô sống, ion tạo ảnh hưởng đến trình sinh học bình thường Tiếp xúc với loại số loại xạ ion hoá, xạ alpha, beta, tia gamma, tia X nơtron, ảnh hưởng tới sức khoẻ Trên sở đó, luận văn nhằm mục đích trình bày việc khảo sát suất liều vị trí ảnh hưởng thiết bị gia tốc UERL -10-15S2 phép mô Monte-Carlo sử dụng chương trình MCNP(4C2) kiểm chứng phép đo thực nghiệm Từ đưa đánh giá mức độ an toàn thiết kế che chắn xạ thiết bị gia tốc UERL -10-15S2 Luận văn bao gồm chương: Chương 1: Giới thiệu hệ thống chiếu xạ sử dụng máy gia tốc UERL – 10 – 15S2 gồm thông số kỹ thuật máy cấu trúc che chắn xạ Chương 2: Những tương tác electron với vật chất bao gồm trình lượng electron Chương 3: Đánh giá an toàn thiết kế che chắn thiết bị UERL -10 – 15S2 bao gồm trình bày tính toán lý thuyết thiết kế che chắn xạ CORAD Service Co.Ltd cung cấp, tính toán phân bố liều sử dụng chương trình mô MCNP (4C2) kiểm chứng phép đo thực nghiệm 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Châu Văn Tạo, (2004), An toàn Bức xạ Ion hoá, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [2] Ngô Quang Huy, (2004), An toàn Bức xạ Ion hoá, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] Trần Đại Nghiệp, (2007), Giáo trình xử lý xạ sở công nghệ xạ, NXB Đại học quốc gia Hà Nội [4] Cao Văn Chung, (2010), Tính toán phân bố liều sản phẩm chiếu xạ tính toán an toàn mày gia tốc UERL-10-15S2, Luận văn Thạc sĩ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh [5] Corad Service, (2009), Electron Beam System For Sterilization Of Medical And Foodsuff Products [6] Corad Service,(2009), Preliminary Calculation Of Radiation Shielding For Electron Beam System Delivered Under Contract No 01/12-08-1 [7] J.F.Briesmeiter, (1997), MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code Version 4C2, Transport Method Group, Los Alamos National Laboratory [8] Richard H.Olsher, (2006), A Practical Look At Monte Carlo Variance Reduction Methods In Radiation Shielding, Health Physics Measurements Group, Los Alamos National Laboratory [9] J.V.K Sunil Kumar, A.U Sonawane, Meghraj Singh, B.K Singh, Amit Sen, Alok Pandey and D.M Rane, (2009), Analytical And Computational Evaluation Of Biological Shield Of Enclosure Housing 3.7 Tbq 60Co Source, Proceedings of the National Seminar & Exhibition on Non-Destructive Evaluation, pp 168-171 65 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Dữ liệu input tính liều an toàn cho máy gia tốc 1 -2.3 (1 -2 19 -11 20 -21 )(61 ) imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -5 12 -11 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -5 19 -18 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -4 17 -13 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -6 14 -11 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -6 19 -15 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -10 14 -13 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -8 16 -15 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 -2.3 -8 19 -16 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 10 -2.3 -10 19 -14 20 -21 imp:p=2 imp:e=2 11 -0.00129 ((2 -3 -21 20 18 -12 )(58 ))(59 ) imp:p=2 imp:e=2 12 -0.00129 -4 13 -12 20 -21 #57 imp:p=1 imp:e=1 13 -0.00129 -4 18 -17 20 -21 #58 imp:p=1 imp:e=1 14 -0.00129 -5 18 -12 20 -21 imp:p=1 imp:e=1 15 -0.00129 -9 15 -14 20 -21 imp:p=2 imp:e=1 16 -0.00129 -9 19 -15 20 -21 imp:p=2 imp:e=1 17 -0.00129 -7 19 -16 20 -21 imp:p=1 imp:e=1 18 -2.3 -6 34 -11 43 -44 imp:p=2 imp:e=1 19 -2.3 41 35 -34 43 -44 imp:p=2 imp:e=1 20 -2.3 -22 39 -35 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 21 -2.3 22 -28 39 -38 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 22 -2.3 27 -28 38 -12 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 23 -2.3 22 -23 38 -37 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 24 -2.3 29 -6 39 -34 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 25 -2.3 25 -27 36 -42 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 26 -0.00129 -41 -29 35 -34 43 -44 imp:p=2 imp:e=1 66 27 -0.00129 (22 -25 37 -35 43 -44 )(61 )(62 ) imp:p=2 imp:e=1 28 -0.00129 25 -27 42 -35 43 -44 imp:p=2 imp:e=1 29 -0.00129 23 -25 38 -37 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 30 -0.00129 25 -27 38 -36 43 -44 imp:p=2 imp:e=2 31 -0.00129 27 -29 12 -35 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 32 -0.00129 28 -29 39 -12 43 -44 imp:p=1 imp:e=1 33 -2.3 -30 40 -39 43 -45 imp:p=0 imp:e=0 34 -2.3 31 -32 49 -39 43 -45 imp:p=0 imp:e=0 35 -2.3 33 -28 49 -39 43 -45 imp:p=0 imp:e=0 36 -2.3 (1 -28 19 -40 43 -45 ):(1 -6 19 -39 45 -46 ) & imp:p=0 imp:e=0 37 -0.00129 (30 -31 40 -39 43 -45 ):(31 -32 40 -49 43 -45 ) & imp:p=1 imp:e=1 38 -0.00129 32 -33 40 -39 43 -45 imp:p=0 imp:e=0 39 -0.00129 (28 -6 19 -39 43 -45 ):(33 -28 40 -49 43 -45 ) & imp:p=0 imp:e=0 40 -0.00129 -6 12 -11 47 -48 imp:p=1 imp:e=1 41 -0.00129 -6 19 -39 46 -48 imp:p=0 imp:e=0 42 -2.3 (1 -28 39 -12 47 -48 )(61 ) imp:p=1 imp:e=1 43 -2.3 (1 -6 39 -11 44 -47 )(61 ) imp:p=2 imp:e=2 44 -0.00129 28 -6 -48 47 39 -12 imp:p=1 imp:e=1 45 -0.00129 -10 13 -11 20 -43 imp:p=1 imp:e=1 46 -0.00129 50 -51 56 -43 52 -53 imp:p=1 imp:e=1 47 -0.00129 50 -51 54 -55 21 -56 imp:p=1 imp:e=1 48 -2.3 ((1 -6 19 -11 -43 21 )(-50 :51 :43 :-56 :-52 :53 )) (-50 :51 :-54 :55 :-21 :56 )(61 ) imp:p=1 imp:e=1 49 -2.3 (1 -10 19 -11 57 -20) #55 #56 #53 imp:p=1 imp:e=1 50 -2.3 (6 -10 19 -13 21 -43 )(-5 :6 :-15 :14 :-21 :43 ) & imp:p=0 imp:e=0 $tran 67 51 -0.4 -58 imp:p=2 imp:e=1 52 -7.6 -59 imp:p=2 imp:e=1 53 -0.00129 -61 imp:p=0 imp:e=0 $ong thong gio 54 -2.3 -62 imp:p=0 imp:e=0 $che thong gio 55 -0.00129 -64 imp:p=1 imp:e=0 56 -0.00129 -65:-66 imp:p=1 imp:e=0 57 -2.3 -67 imp:p=1 imp:e=0 58 -2.3 -68 imp:p=1 imp:e=0 100 -1 :10 :-19 :11 :-57 :48 :(6 -10 43 -48 19 -11 ) imp:p=0 imp:e=0 px -430 px -130 px 60 px 210 px 400 px 530 px 910 px 960 px 1150 10 px 1200 11 py 910 12 py 630 13 py 460 14 py 400 15 py 210 16 py 160 17 py -130 18 py -380 19 py -640 68 20 pz 21 pz 200 22 px -240 23 px -170 24 px -120 25 px -80 26 px 50 27 px 150 28 px 320 29 px 480 30 px -395 31 px 32 px 21 33 px 306 34 py 790 35 py 670 36 py 420 37 py 200 38 py -140 39 py -370 40 py -625 41 p 50 790 280 -120 670 280 50 790 550 42 p 150 630 280 -80 470 280 150 630 550 43 pz 280 44 pz 550 45 pz 595 46 pz 605 47 pz 650 48 pz 770 69 49 py -505 50 px -32.5 51 px 32.5 52 py -32.5 53 py 32.5 54 py -3.75 55 py 3.75 56 pz 230 57 pz -100 58 box -25 -35 110 50 0 50 0 30 59 box -30 -40 100 60 0 60 0 10 60 pz 270 $tran nha 61 box -240 200 -70 70 0 70 0 840 62 box -240 270 280 82.5 0 12.5 0 550 63 box -130 -170 70 0 90 0 -70 64 box -130 -170 -70 70 0 440 0 70 65 box -60 -170 -70 80 0 90 0 70 66 box -170 200 -70 40 0 70 0 70 67 box 60 460 150 0 170 0 80 68 box 60 -300 150 0 170 0 80 mode p e m1 1000 0.0847 8000 0.604 11000 0.0095 & 12000 0.0023 13000 0.0248 14000 0.24 & 19000 0.0068 20000 0.0205 26000 0.0046 $betong m2 6000 1.25e-4 7000 6.869e-1 8000 3.01248e-1 & 18000 1.17170e-2 $khong m3 6000 0.8 7000 1.2e-1 8000 0.04 1000 0.04 m4 26000 1.0 70 sdef erg=10 pos 0 162 vec 0 dir -1 par f15:p -430 125 10 fm15 9.4e19 de0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 & 0.55 0.6 0.65 0.7 0.8 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 2.8 3.25 3.75 4.25 & 4.75 5.0 5.25 5.75 6.25 6.75 7.5 11 c photon flux to dose rate conversion factor c determined by (rem/hr)/(*photon/cm^2s)1 df0 3.96e-6 5.82e-7 2.9e-7 2.58e-7 2.83e-7 3.79e-7 5.01e-7 6.31e-7 & 7.59e-7 8.78e-7 9.85e-7 1.08e-6 1.17e-6 1.27e-6 1.36e-6 1.44e-6 & 1.52e-6 1.68e-6 1.98e-6 2.51e-6 2.99e-6 3.42e-6 3.82e-6 4.02e-6 & 4.41e-6 4.83e-6 5.23e-6 6.60e-6 5.80e-6 6.01e-6 6.37e-6 6.74e-6 & 7.11e-6 7.66e-6 8.77e-6 1.03e-5 CUT:e j 2.5 ctme 71 Phụ lục 2: Định liều lượng xạ - Các giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp chiếu xạ dân chúng Liều hấp thụ (Absorbed dose) Tác hại xạ lên thể phụ thuộc vào hấp thụ lượng xạ gần tỉ lệ với nồng độ lượng hấp thụ mô sinh học Do đơn vị liều xạ biểu diễn qua lượng hấp thụ đơn vị khối lượng mô Khái niệm liều hấp thụ không dung cho đối tượng sinh học mà dung cho môi trường vật chất Do liều hấp thụ định nghĩa sau: Liều hấp thụ (ký hiệu D) tỉ số lượng trung bình dε mà xạ truyền cho vật chất thể tích nguyên tố khối lượng vật chất dm thể tích đó: D= dε dm Đơn vị liều hấp thụ hệ SI Gray (ký hiệu Gy) Gy lượng June truyền cho 1kg vật chất Gy = 1J/kg Trước chấp nhận đơn vị theo hệ SI , liều hấp thụ đo đơn vị rad rad liều hấp thụ 100erg 1g: rad = 100erg/g Do J = 107 erg kg = 1000g Nên rad = 0,01 Gy hay Gy = 100 rad Suất liều hấp thụ D liều hấp thụ đơn vị thời gian liều hấp thụ hệ SI Gy/s Đơn vị khác rad/s hay rad/h dD Đơn vị suất dt 72 Liều tương đương ( Equivalent dose) Tác dụng sinh học loại xạ khác khác Đó khác độ mát lương đơn vị đường loại xạ khác Chẳng hạn tác dụng sinh học 1Gy hạy alpha khác với 1Gy hạt gamma Do diện tích khối lượng lớn , hạt alpha gây nên độ ion hóa quãng đường đơn vị lớn xạ gamma, Gy hạt alpha cho hiệu ứng sinh học lớn 20 lần so với Gy xạ gamma Liều hấp thụ tương đương hay liều tương đương H đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm loại xạ, tích liều hấp thụ D với hệ số chất lượng ( Quality Factor) loại xạ, ký hiệu QF theo Ủy ban Quy phạm hạt nhân Hoa Kỳ NRC (U.S Nuclear Regulary Commission) Ủy banQuoc61 tế Bảo vệ Bức xạ ICRP (International Commission on Radiation Protection) đặt lại tên hệ số chất lượng trọng số xạ (Radiation Weighting Factor) ký hiệu WR Trước người ta sử dụng hệ số chất lượng QF chuyển sang sử dụng trọng số xạ WR , đó: H = D x WR Để thuận tiện việc theo dõi sử dụng thực tế, bảng dẫn hệ số QF WR xạ thường gặp Đơn vị liều tương đương hệ SI Sievert (ký hiệu Sv) Sv = Gy x WR Đơn vị liều tương đương hệ SI thường dung rem: rem = rad x WR Sv = 100 rem hay rem = 0,01 Sv 73 Bảng: Hệ số chất lượng QF trọng số xạ WR số loại xạ Năng lượng Loại xạ Tia X, gamma, beta QF WR Bất kỳ 1 Nhiệt (0,025 eV) 0,01 MeV 2,5 10 0,1 MeV 7,5 10 0,5 MeV 11 20 Neutron Proton > 0,1 MeV – MeV 20 > MeV – 20 MeV Không biết 10 Năng lượng cao 10 20 20 Hạt α , mảnh vỡ phân hạch, hạt nhân nặng Liều chiếu (Explosure dose) Liều chiếu cho biết khả ion hóa không khí xạ vị trí Liều chiếu X tỉ số giá trị tuyệt đối tổng diện tích dQ tất ion dấu tạo thể tích nguyên tố không khí, tất electron positron thứ cấp gamma tạo bị hãm hoàn toàn thể tích không khí khối lượng dm thể tích nguyên tố không khí X = dQ dm Đơn vị liều chiếu hệ SI C/kg Đơn vị hệ SI thường dùng Roentgen (ký hiệu R) 1R = 2.58.10 − • Suất liều chiếu X = C kg dX Đơn vị suất liều chiếu hệ SI C/kg/s hay A/kg dt 74 Đơn vị hệ SI thường dung R/h hay mR/h Liều hiệu dụng (Effective dose) Khi định nghĩa liều tương đương coi tất mô sinh học hay qua thể có độ nhạy cảm xạ Trên thực tế mô quan có độ nhạy cảm khác , thể đại lượng gọi trọng số mô WT (Tissue Weighting Factor) Trọng số mô tỉ số rủi ro hiệu ứng ngẫu nhiên bệnh ung thư bệnh di truyền mô so với tổng số rủi ro ung thư gây chết người hiệu ứng di truyền Bảng: Các trọng số mô WT Cơ quan, mô WT Cơ quan sinh dục (Gonads) 0,20 Tủy xương đỏ 0,12 Ruột kết (Colon) 0,12 Phổi (Lung) 0,12 Dạ dày (Stomach) 0,12 Bàng quang (Bladder) 0,05 Vú (Breast) 0,05 Gan (Liver) 0,05 Thực quản (Esophagus) 0,05 Tuyến giáp (Thyroid) 0,05 Da (Skin) 0,01 Bề mặt xương (Bone surface) 0,01 Các mô khác 0,05 Toàn thân 1,00 Khi xạ có lượng với trọng số xạ WR, gọi xạ loại R (Radiation), chiếu vào mô T (Tissue) liều hấp thụ tương đương mô hình là: 75 H T = ∑ WR × DT , R R Trong DT , R liều hấp thụ xạ loại R chiếu vào mô T Nếu xạ loại R chiếu vào số mô thể ta có liều tương đương hiệu dụng, hay gọi tắt liều hiệu dụng E :   E = ∑ WT H T = ∑ WT  ∑ WR DT , R  T T  R  Đơn vị liều lượng hiệu dụng hệ SI Sivert (ký hiệu Sv) liều tương đương Các giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp chiếu xạ dân chúng Chiếu xạ (explosure) hành động hay điều kiện bị xạ rọi vào Phụ thuộc vào vị trí nguồn xạ thể, co chiếu xạ từ bên nguồn thề chiếu xạ từ bên nguồn nằm bên thể Về đối tượng, có đối tượng chiếu xạ chiếu xạ nghề nghiệp nhân viên xạ , chiếu xạ dân chúng thành viên dân chúng chiếu xạ y tế bệnh nhân chẩn đoán điều trị xạ thời gian chiếu xạ, có chiếu xạ cấp với liều cao thời gian ngắn chiếu xạ trường diễn với liều thấp thời gian dài Về nguồn xạ, chúng làm việc bình thường chiếu xạ chiếu xạ thường , chiếu xạ tiềm tàng chiếu xạ không chắn xảy xảy cố nguồn xạ, hay hỏng hóc thiết bị lỗi vận hành Trong trường hợp khẩn cấp với liều chiếu lớn ta có chiếu xạ khẩn cấp Trong loại chiếu xạ chiếu xạ nghề nghiệp chiếu xạ dân chúng quan tâm trước tiên phương diện an toàn xạ Trong safety Series No 115 năm 1996 IAEA giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp chiếu xạ dân chúng Tại Việt Nam, giới hạn liều nêu Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6866-2001 “ An toàn xạ : Giới hạn liều nhân viên xạ dân chúng” 76  Chiếu xạ nghề nghiệp Trước trình bày liều chiếu xạ nghề nghiệp , nêu định nghĩa công việc xạ nhân viên xạ Công việc xạ (radiatiom practice) bất ký hoạt động người bổ sung thê nguồn cách chiếu xạ, làm tang số người bị chiếu xạ , làm thay đổi hệ thống cách thức chiếu xạ từ nguồn sẵn có , dẫn đến làm tang chiếu xạ Nhân viên chiếu xạ ( radiation worker) người làm công việc xạ thời gian, nửa thời gian, tạm thời cho người sử dụng lao động , người thừa nhận quyền nghĩa vụ liên quan đến việc bảo vệ an toàn xạ nghề nghiệp Chiếu xạ nghề nghiệp (Occupation explosure) chiếu xạ nhân viên xạ xảy công việc họ, không tính đến xạ miễn trừ chiếu xạ từ công việc xạ nguồn miễn trừ Giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp áp dụng cho chiếu xạ từ công việc xạ, loại trừ chiếu xạ y tế, chiếu xạ tiềm tàng chiếu xạ từ nguồn phóng xạ tự nhiên Tuy nhiên nguồn phóng xạ tự nhiên, nồng độ khí radon nơi làm việc không vượt 1000Bq/m3/năm Các giới hạn liều nhân viên xạ quy định Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6866-2001 sau a Chiếu xạ nghề nghiệp nhân viên xạ phải giám sát cho giới hạn liều sau không vượt quá: - 20 mSv năm liều hiệu dụng lấy trung bình thời gian năm liên tục - 50 mSv liều hiệu dụng cho năm riêng lẻ - 150 mSv năm liều tương đương thủy tinh thể mắt - 500 mSvtrong năm liều tương đương phận chân da b Đối với người học việc tuổi từ 16-18 tuổi đào tạo để làm việc lien quan đến chiếu xạ sinh viên tuổi từ 16-18 tuổi có yêu cầu sử dụng nguồn 77 xạ trình học tập, chiếu xạ nghề nghiệp phải kiểm soát cho giới hạn liều sau không vượt quá: - mSv liều hiệu dụng năm - 50 mSv năm liều tương đương thủy tinh thể mắt - 150mSv năm liều tương đương phận chân tay da c Trong tình đặc biệt quãng thời gian bạn lấy trung bình tăng lên 10 năm lien tục liều hiệu dụng nhân viên xạ không vượt 20 mSv năm, lấy trung bình cho thời hạn không vượt 50 mSv năm riêng lẻ Các tình xem xét lại liều tích lũy nhân viên xạ đạt mức 100 mSv tính trung bình từ thời điểm quãng thời gian kéo dài Cũng thay đổi tạm thời giới hạn liều không vượt 50 mSv năm thời hạn thay đỗi tạm thời không vượt năm  Chiếu xạ dân chúng Chiếu xạ dân chúng (puplic explosure) chiếu xạ thành viên dân chúng từ nguồn xạ , không kể chiếu xạ nghề nghiệp, chiếu xạ y tế phong xạ tự nhiên khu vực bình thường, có tính tới chiếu xạ gây nguồn xạ công việc xạ cấp phép chiếu xạ trường hợp can thiệp Đối với nguồn phóng xạ tự nhiên , nồng độ khí radon nhà dân chúng không vượt dải nồng độ từ 200 đến 600 Bq/ /năm Các giới hạn liều dân chúng quy định Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6866-2001 sau: a Liều trung bình nhóm thành viên trọng yếu dân chúng gây công việc xạ không vượt giá trị giới hạn sau - 1mSv năm liều hiệu dụng 78 - Trong trường hợp đặc biệt , liều hiệu dụng tăng tới mSv cho năm riêng lẻ, liều hiệu dụng trung bình cho năm liên tục không vượt 1mSv năm - 15mSv năm liều tương đương thủy tinh thể mắt - 50mSv năm liều tương đương da b Đối với người chăm sóc bệnh nhân khách đến thăm bệnh nhân , cần hạn chế chiếu xạ cho liều xạ người nhận không vượt mSv thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm điều trị Liều trẻ em đến thăm bệnh nhân sử dụng dược chất phóng xạ hạn chế nhỏ mSv [...]...9 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA TỐC UERL – 10 - 15S2 1.1 Giới thiệu máy gia tốc UERL – 10 – 15S2 [5] Máy gia tốc UERL – 10 – 15S2 thuộc loại Linac được cung cấp bởi CORAD Service Co.Ltd Hệ thống chiếu xạ này sử dụng chùm điện tử năng lượng cao được lắp đặt tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (Vinagamma), bao gồm máy gia tốc điện tử tuyến tính UERL- 10- 15S2 và khối băng chuyền... tức là có gia tốc thì bị bức xạ Thật vậy, thực nghiệm đã chỉ ra rằng electron chuyển động trên quỹ đạo cong phát bức xạ điện từ trên một khoảng tần số rộng (từ tần số radio đến bức xạ gamma mềm) Bức xạ này được khám phá trong quan sát thiên văn, và sau đó được phát hiện tring những máy gia tốc vòng (synchrotron), do đó nó được gọi là bức xạ synchrotron θ Hình 2.1: Bức xạ synchrotron Bức xạ synchrotron... một cực của máy phát còn các điện cực ống lẻ nối vào cực kia của máy phát Máy gia tốc UERL- 10- 15S2 sử dụng sóng cao tần (RF) để gia tốc electron Ống gia tốc là hệ thống các hốc cộng hưởng (resonant cavity), thực chất mỗi hốc cộng hưởng là một thể tích cách điện hoặc chân không được giới hạn bởi vật dẫn điện Hình 1.9: Cấu trúc một ống gia tốc dùng sóng RF 17 Trong ống gia tốc, hạt được gia tốc theo cơ... 1.5: Sơ đồ mặt cắt khối che chắn bức xạ 1 Khối băng chuyền 2 Khu vực chiếu xạ với hai chùm tia điện tử đối xứng 3 Khối chân không 4 Tổng đài chính 5 Khu điều khiển máy gia tốc và nguồn cung cấp năng lượng băng chuyền 6 Khu điều khiển băng chuyền 7 Khối điều khiển hệ thống an toàn 8 Khu vực gia tốc 9 Khối klystron với thiết bị tạo xung 10 Hệ thống làm mát cho máy gia tốc và klystron 11 Khối nguồn 12... che chắn bức xạ Hệ thống chiếu xạ sử dùng máy gia tốc UERL – 10 - 15S2 tại trung tâm VINAGAMMA được che chắn bởi thiết kế bằng vật liệu bê tông có tỷ trọng 2,3g/cm3 để đảm bảo tính chất an toàn bức xạ đối với nhân viên làm việc cũng như khu vực xung quanh Khối che chắn gồm 2 khu vực chính : khu vực được chiếu xạ ở tầng trệt và khu vực đặt hệ thống máy gia tốc được bố trí ở tầng 1 14 Hình 1.6: Cấu... khối bêtông che chắn làm giảm tia bức xạ đến mức cho phép UERL- 101 5S2 sử dụng ống gia tốc cộng hưởng để gia tốc electron bằng sóng cao tần cung cấp bởi klystron Hệ thống đầu ra chùm tia có hai cửa nằm ở khoảng cách 1m do đó cho phép đồng thời chiếu xạ sản phẩm trên cả hai mặt Hình 1.1: Khối gia tốc của Hình 1.2: Sơ đồ thiết kế hệ thiết bị chiếu xạ thống che chắn bức xạ 10 Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt tầng... bằng electron-volt Đối với những electron có năng lượng cao thì tần số này lớn hơn tần số quay của electron trong synchrotron (107 Hz) Đối với H = 104 G và T e = 100 MeV, bức xạ synchrotron được phát ra trong hình nón có θ = 17' và v0 = 4,6 .101 4 ( Hz ) , tương ứng với ánh sáng khả kiến màu đỏ Ở T e = 20 BeV, bức xạ synchrotron là tia X cứng có chiều hướng về phía trước với θ = 5" Bức xạ synchrotron bị... 12 Các thành phần chính của máy gia tốc UERL – 10 – 15S2 - Khối che chắn bức xạ - Hệ thống chiếu xạ - Khối klystron - Nguồn và khối điều khiển - Hệ thống làm mát - Hệ băng chuyền  Các thông số đặc trưng kỹ thuật của thiết bị: Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của máy gia tốc: Năng lượng electron , MeV 10 Công suất, kW 15 Xung khuếch đại của cường độ dòng, A Tần số, Hz 0,25 50, 100 , 200, 300 Khoảng cách... thấy, đối với v = c’, điều kiện (2.13) sẽ thoả đối với những bức xạ điện từ phát chính xác theo chiều chuyển động của hạt (θ = 0 0 ) Đối với v > c’, điều kiện (2.13) sẽ thoả đối với chiều mà dọc theo đó v' = v cos θ = c' Nó cũng chính là hình chiếu của vận tốc v trên chiều này Như thế trong môi trường có n >1, những định luật bảo toàn cho phép một hạt tích điện chuyển động thẳng đều với vận tốc v... nhiên nó đã chỉ ra quá trình bức xạ Cherenkov xảy ra trong những môi trường có chiết suất với n >1, mà không thể xảy ra trong chân không Hình 2.2: Mặt sóng của bức xạ Cherenkov 28 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CÁC THIẾT KẾ CHE CHẮN CỦA THIẾT BỊ UERL -10 – 15S2 3.1 Tầm của electron trong vật chất [2] Tầm của electron trong vật chất khó xác định hoàn toàn chính xác bởi có sự thăng giáng của các hạt mà trong ...1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ KIM VÂN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN BỨC XẠ ĐỐI VỚI MÁY GIA TỐC UERL-10-15S2 Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN... điểm trội máy gia tốc so với máy chiếu dùng nguồn cobalt an toàn; thiết bị ngừng phát tia tắt máy khí với máy cobalt đồng vị phóng xạ phân rã liên tục phát tia không cần đến Ngoài máy cobalt... phóng xạ nguồn cũ không sử dụng cần phải xử lý để đảm bảo an toàn xạ Tuy nhiên, dù đặc tính có an toàn hơn, nhiều ưu điểm công nghệ xạ ngày phát triển, chủ quan việc đánh giá mức độ an toàn thiết