ỨNG DỤNG CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

k TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ  ỨNG DỤNG CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ k Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS.GVC.Hoàng Xuân Dinh Lê Ánh Hồng Giáo viên phản biện Mã số SV: 1110198 Lớp: Sư phạm Vật lý ThS.GVC Nguyễn Hữu Khanh ThS Nguyễn Trường Long Cần Thơ, Năm 2014 Khóa: 37 LỜI CẢM ƠN Sau khoảng thời gian năm học tập trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ em nhận kiến thức, kỹ , quan tâm tận tình, dạy thầy, cô trường ĐẠI HỌC CẦN THƠ Đặc biệt thầy, cô môn Sư Phạm Vật Lý Với vốn kiến thức thu trình học tập giúp em làm tảng để hỗ trợ cho trình công tác trường Trung Học Phổ Thông sau Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Xuân Dinh, người trực tiếp hướng dẫn em thực đề tài Thầy nhiệt tình hướng dẫn, góp ý giúp em sửa thảo suốt trình viết luận văn Em xin chân thành cảm ơn tác giả viết sách, để em có tài liệu tham khảo nội dung liên quan đến đề tài Nhờ đó, giúp em hoàn thành luận văn cách thuận lợi Tuy cố gắng không tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến chân thành quý thầy cô bạn để luận văn hoàn chỉnh Thay lời cảm ơn em xin chúc quý thầy cô bạn lời chúc sức khỏe hạnh phúc Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Lê Ánh Hồng Trang i MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Giới hạn cuả đề tài Phương pháp phương tiện thực .2 Các bước thực .2 Các thuật ngữ quan trọng Phần NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Phóng xạ tia phóng xạ 1.1.1 Phóng xạ 1.1.2 Các nguồn tia phóng xạ 1.2 Đồng vị đồng vị phóng xạ 1.2.1 Đồng vị 1.2.2 Đồng vị phóng xạ 1.2.2.1 Các đồng vị từ lò phản ứng 1.2.2.2 Các đồng vị từ máy gia tốc 1.2.2.3 Các đồng vị từ phân hạch 1.3 Địa hóa đồng vị 1.3.1 Địa hóa đồng vị bền .7 1.3.2 Địa hóa đồng vị phóng xạ 1.4 Phân rã phóng xạ 1.5 Các phương pháp đo đếm phóng xạ 10 1.5.1 Ống đếm Geiger Miiller 10 1.5.2 Ống đếm nhấp nháy 11 1.5.3 Đêtecto nhấp nháy lỏng 14 1.5.3.1 Dung môi 14 1.5.3.2 Chất hòa tan thứ .14 1.5.3.3 Chất hòa tan thứ hai 15 1.5.3.4 Phát photon nhấp nháy .15 1.5.3.5 Đánh giá kết 15 1.5.4 Một số kỹ thuật đo đặc biệt 16 1.5.5 Một số kỹ thuật đo đặc biệt y học hạt nhân 16 1.5.5.1 Đo thời điểm .16 1.5.5.2 Ghi đồ thị phóng xạ 16 1.5.5.3 Ghi hình 17 1.5.5.4 Chụp hình 17 Trang ii Chương 2: ỨNG DỤNG CỦA CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 2.1 Những nguyên lý ứng dụng 20 2.2 Sản phẩm đồng vị phóng xạ nguồn phóng xạ .20 2.3 Các ứng dụng nông nghiệp 21 2.3.1 Về phân bón 21 2.3.2 Về chuyển hóa quang hợp .21 2.3.3 Về bệnh .22 2.3.4 Diệt cỏ dại 22 2.3.5 Diệt côn trùng 22 2.3.6 Trong chăn nuôi 23 2.3.7 Dùng đồng vị phóng xạ tạo giống mới, bảo quản lương thực, thực phẩm .23 2.3.8 Trong thủy văn 24 2.3.9 Xác định độ hư mòn 25 2.4 Các ứng dụng công nghiệp 25 2.4.1 Diệt trùng phóng xạ 25 2.4.2 Thủy học thủy lực học 25 2.4.3 Tìm chỗ hỏng sử dụng vết phóng xạ 26 2.4.4 Kiểm tra không phá hủy mẫu 26 2.4.5 Xử lý xạ 27 2.4.6 Phát lượng từ nguồn đồng vị phóng xạ .27 2.4.7 Đo bề dày bình đo thể tích, lưu lượng chất lỏng 27 2.4.7.1 Phép đo bề dày 27 2.4.7.2 Phép đo mức, thể tích, lưu lượng chất lỏng 28 2.4.8 Sử dụng tia phóng xạ khảo cổ địa chất 28 2.4.8.1 Qủa đất tuổi .28 2.4.8.2 Xác định niên đại di vật khảo cổ cacbon-14 .28 2.5 Các ứng dụng y học 29 2.5.1 Những đặc điểm y học hạt nhân (YHHN) đại 30 2.5.2 Các thí dụ chẩn đoán YHHN 32 2.5.2.1 Thăm dò chức thận thận đồ đồng vị 32 2.5.2.2 Chụp hình tuyến giáp .35 2.5.2.3 Xét nghiệm YHHN in vitro phát nhược giáp bẩm sinh 37 2.5.3 Tạo ảnh hạt nhân phóng xạ 38 2.5.4 Ứng dụng lâm sàng 38 2.5.4.1 Một vai nét ứng dụng đồng vị phóng xạ lâm sàng 38 2.5.4.2 Nguyên lý ghi hình máy SPECT, PET 43 2.5.5 Phân tích miễn dịch phóng xạ 46 2.5.6 Ứng dụng chữa bệnh dược phẩm phóng xạ 47 2.5.7 Bước đầu nghiên cứu điều trị HIV đồng vị phóng xạ 49 Trang iii Chương 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Ở NƯỚC TA 3.1 Ứng dụng nông nghiệp 52 3.2 Ứng dụng công nghiệp 54 3.3 Ứng dụng y tế .56 3.4 Nghiên cứu trình tự nhiên 61 3.5 Kỹ thuật hạt nhân nghiên cứu bảo vệ môi trường 61 3.6 Phát triển kỹ thuật phân tích hạt nhân 62 3.7 Phát triển lượng kỹ thuật hạt nhân phục vụ công nghệ hóa, đại hóa đất nước .62 Phần KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang iv Phần MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý học ngành khoa học mang lại nhiều lạ trình nghiên cứu tìm hiểu Các nhà khoa học luôn khám phá để tìm nhiều kiến thức cho ngành khoa học Trong đó, Vật lý hạt nhân góp phần không nhỏ cho phát triển khoa học đại Một ứng dụng không nhắc đến Vật lý hạt nhân ứng dụng y học, góp phần quan trọng việc chẩn đoán, điều trị, chăm sóc sức khỏe cho người, số biện pháp đạt hiệu cao thí dụ: Vật lý trị liệu, chiếu tia phóng xạ, sản xuất đồng vị điều chế dược chất phóng xạ phục vụ chẩn đoán điều trị bệnh… Trong vòng 30 năm qua, chất đồng vị phóng xạ chiếm vị trí ngày quan trọng lĩnh vực nghiên cứu sinh học, sinh lý học, sinh hóa học, môn sinh học, sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng hệ đo đạc hạt nhân đo mức chất lỏng, đo độ dày, độ ẩm vật liệu; dây chuyền tự động hóa nhà máy công nghiệp; phát triển kỹ thuật phân tích hạt nhân để tham gia vào chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản nghiên cứu, bảo vệ môi trường; sử dụng đồng vị phóng xạ để đánh giá số trình tự nhiên tượng bồi lấp, xói mòn; sử dụng nguồn xạ cường độ cao để khử trùng dụng cụ, chế phẩm bảo quản thực phẩm, dược phẩm; ứng dụng kỹ thuật hạt nhân nông nghiệp sinh học Hơn ngày nay, tất nước tiên tiến nước phát triển giới sử dụng đồng vị phóng xạ đạt thành tựu khoa học kỹ thuật, phát minh sáng kiến ứng dụng vào sản xuất, công nghệ, thông tin liên lạc, dịch vụ, y học,…nhằm phục vụ cho đời sống người ngày tiến Để hiểu thêm đồng vị phóng xạ ứng dụng đời sống, em chọn đề tài “Ứng dụng đồng vị phóng xạ” MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu tìm hiểu đồng vị, phóng xạ đồng vị phóng xạ ứng dụng đồng vị phóng xạ đời sống - Tìm hiểu số ứng dụng điển hình đồng vị phóng xạ nước ta GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Đồng vị phóng xạ sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học đời sống, việc sâu tìm hiểu nghiên cứu cần nhiều thời gian công sức Mặt khác, điều kiện để tiếp xúc với đồng vị phóng xạ, đề tài dừng lại mức độ tìm hiểu mang tính lý thuyết đồng vị đồng vị phóng xạ thông qua sách vở, internet không sâu vào nghiên cứu thực nghiệm Trang PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN Phương pháp : sưu tầm, phân tích số liệu có sách tham khảo, tài liệu internet Trao đổi với giáo viên hướng dẫn, từ tổng hợp thông tin có làm thành luận văn hoàn chỉnh CÁC BƯỚC THỰC HIỆN Bước 1: Nhận đề tài Bước 2: Tìm tài liệu viết đề cương Bước 3: Viết luận văn Bước 4: Hoàn chỉnh luận văn Bước 5: Bảo vệ luận văn CÁC THUẬT NGỮ QUAN TRỌNG TRONG ĐỀ TÀI ĐVPX Đồng Vị Phóng Xạ DCPX Dược Chất Phóng Xạ GM Ống Geiger Muller GC Gamma Camera SPECT Single Photon Emision Computed Tomography YHHN Y Học Hạt Nhân RIA Phóng Xạ Miễn Dịch WHO Tổ Chức Y Tế Thế Giới IAEA Ủy Ban Năng Lượng Hạt Nhân Quốc Tế PET Chụp hình cắt lớp phát xạ Positron CHHN Chụp Hình Hạt Nhân SOL Tổn thương choán chỗ PPO Diphenyloxazo PPD Phenyldiphenyl Oxadiazol CT Scanner INBA Chất điều hòa tăng trưởng NDT Kiểm tra không phá hủy mẫu CAT Computerized Axial Tomography MRI Mannetic Resonance Emaging RNI Radio Nuclide Imging DAT Data Acquisition Systen Trang Phần NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.PHÓNG XẠ VÀ CÁC TIA PHÓNG XẠ 1.1.1 Phóng xạ Phóng xạ tượng số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân (thường gọi tia phóng xạ) Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi đồng vị phóng xạ, nguyên tử không phóng xạ gọi đồng vị bền Các nguyên tố hóa học gồm đồng vị phóng xạ (không có đồng vị bền) gọi nguyên tố phóng xạ Các tia phóng xạ có từ tự nhiên bị chặn tầng khí trái đất - Tia phóng xạ theo nghĩa gốc dòng hạt chuyển động nhanh chóng từ chất phóng xạ Các hạt phóng chuyển động thành dòng định hướng - Tia phóng xạ chùm hạt mang điện dương hạt anpha, hạt proton, mang điện âm chùm electron (phóng xạ beta), không mang điện hạt nơtron, tia gamma (có chất giống ánh sáng lượng lớn nhiều) Sự tự biến đổi hạt nhân nguyên tử, thường gọi phân rã phóng xạ hay phân rã hạt nhân Hình 1.1: Phân rã hạt nhân 1.1.2 Các nguồn tia phóng xạ Trong tự nhiên, tia phóng xạ chia làm hai loại: - Tia phóng xạ có chất hạt hạt beta β (electron mang điện âm), alpha α (nhân helium mang điện dương) - Tia phóng xạ có chất sóng điện từ có bước sóng cực ngắn (λ[...]... đạc ứng dụng bức xạ Có ba dạng cơ bản khác nhau của ứng dụng ĐVPX và bức xạ Dạng đầu tiên phụ thuộc vào hiện thực ảnh hưởng của bức xạ đến vật chất Thuộc tính này được sử dụng trong liệu pháp ung thư phóng xạ, khử trùng các sản phẩm y học, sự chiếu xạ thực phẩm, tăng liên kết chéo trong pôlim v.v Dạng thứ hai, những ứng dụng trong công nghiệp của chất đồng vị sử dụng những hiệu ứng của sự bức xạ trên... hóa đồng vị chì cung cấp các thông tin về tuổi đồng vị ban đầu đối với nhiều loại vật liệu khác nhau Do các đồng vị chì được tạo ra từ việc phân rã nhiều nguyên tố siêu urani khác nhau nên các tỉ số của 4 đồng vị so với đồng vị còn lại có thể có nhiều ứng dụng hữu ích trong việc theo dõi nguồn của các đá mácma nóng chảy, nguồn của trầm tích và thậm chí nguồn gốc con người thông qua tỉ số đồng vị trong... cách sử dụng các đồng vị phóng xạ, thường là đồng vị phát bức xạ gamma Đo thể tích chất lỏng: trong một số trường hợp, bình chứa có hình dạng không xác định được bằng tính toán Thể tích của chất lỏng chứa trong bình đó có thể được xác định bằng cách hòa trộn một lượng xác định đồng vị vào chất lỏng Sau đó người ta đo hoạt độ phóng xạ của chất lỏng trong bình đã hòa tan chất phóng xạ 2.4.8 Sử dụng các. .. thực tế các chất ĐVPX dùng trong sinh học, y học, nông học và nhiều ngành khác đều do con người tạo ra và được gọi là các chất ĐVPX nhân tạo Chúng có thể được tạo ra bằng các phản ứng hạt nhân trong các lò phản ứng, trong các máy gia tốc hay là sản phẩm của các quá trình phân hạch (fission) của urani hay piotoni trong các là phản ứng 1.2.2.1 Các đồng vị từ các lò phản ứng Việc sản xuất đồng vị trong... xuất chúng 1.3.ĐỊA HÓA ĐỒNG VỊ Địa hóa đồng vị là một khía cạnh của địa chất học, dựa trên các nghiên cứu về nồng độ tương đối và tuyệt đối của các nguyên tố và các đồng vị của chúng trong Trái Đất Những biến đổi về nồng độ của các đồng vị, đặc biệt được đo đạc bằng máy quang phổ khối lượng tỉ số đồng vị hay máy quang phổ khối lượng gia tốc, có thể cung cấp thông tin về tuổi của đá, hay chúng có nguồn... định tính và định lượng của vật chất Dạng thứ ba của ứng dụng, như trong các hệ công nghiệp, thuỷ học hay sinh học được dựa vào nguyên lý vết Mọi ứng dụng này đều yêu cầu những ĐVPX thích hợp 2.2 SẢN PHẨM ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ VÀ NGUỒN PHÓNG XẠ Một lượng phong phú các ĐVPX được sản xuất trong những lò phản ứng hạt nhân Cả nguồn Côban-60 phóng xạ, được sử dụng rộng rãi như nguồn bức xạ trong công nghiệp và... cho trở thành phóng xạ bằng cách đưa vòng bi vào chiếu xạ notron của lò phản ứng Do phản ứng Fe (n,  )58 Fe59 mà đồng vị bền Fe58 trở thành phóng xạ Vòng bi có tính phóng xạ này được đặc vào trong động cơ Độ hư mòn của vòng bi xem như một hàm của các thông số vận hành và các điều kiện kỹ thuật khác nhau như loại dầu bôi trơn sẽ biết độ hư mòn của vòng bi Thí nghiệm nghiên cứu độ hư mòn của vòng bi trong... không khí Các tỉ số đồng vị thậm chí có thể làm sáng tỏ các quá trình hóa học trong khí quyển Ở khía cạnh rộng hơn, lĩnh vực địa hóa đồng vị có thể được chia thành 2 nhánh là địa hóa đồng vị bền và đồng vị phóng xạ 1.3.1 Địa hóa đồng vị bền Đối với hầu hết các đồng vị bền, độ lớn giữa phân đoạn động học và phân đoạn cân bằng là rất nhỏ; do đó, các giá trị được biểu diễn ở dạng "phần ngàn" (‰) Các giá... nhân của nguyên tử bia còn đủ năng lượng để làm văng các hạt khác như proton, alpha, ra khỏi hạt nhân nguyên tử Thí dụ tạo photpho – 32 và triti (3H) bằng các phản ứng : 16 3 S 32  0 n1 15 P 32 1 H 1 Li 6  0 n 1 1 H 3  2 He 4 1.2.2.2 Các đồng vị từ máy gia tốc Nếu các lò phản ứng sản xuất ra các loại đồng vị “thừa neutron” thì các máy gia tốc sản xuất ra các loại đồng vị “thiếu neutron” Các hạt... kinh và bệnh tâm thần PET cũng rất tốt trong chẩn đoán định vị các khối u não chỉ dẫn cho phẫu thuật Bảng sau đây giới thiệu một số chất đồng vị phóng xạ phát positron dùng trong chẩn đoán (xem bảng kèm theo, các hạt nhân phóng xạ từ cacbon – 11 đến Gali) Bảng 1.2: Một số chất đồng vị phóng xạ đời sống ngắn hiện dùng trong chẩn đoán Đồng vị phóng xạ Cacbon – 11 Thời gian bán hủy 20,4 phút Kiểu phân rã ... hiểu thêm đồng vị phóng xạ ứng dụng đời sống, em chọn đề tài Ứng dụng đồng vị phóng xạ MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu tìm hiểu đồng vị, phóng xạ đồng vị phóng xạ ứng dụng đồng vị phóng xạ đời... tia phóng xạ 1.2 Đồng vị đồng vị phóng xạ 1.2.1 Đồng vị 1.2.2 Đồng vị phóng xạ 1.2.2.1 Các đồng vị từ lò phản ứng 1.2.2.2 Các đồng vị từ máy... 1.1.PHÓNG XẠ VÀ CÁC TIA PHÓNG XẠ 1.1.1 Phóng xạ Phóng xạ tượng số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi phát xạ hạt nhân (thường gọi tia phóng xạ) Các nguyên tử có tính phóng xạ gọi đồng vị phóng