Bài viết này tập trung vào các nội dung sau: Hiện trạng về phát triển kỹ thuật chiếu xạ gamma phục vụ mục đích chọn giống cây trồng trong lĩnh vực di truyền nông nghiệp ở Việt Nam, một số phương pháp và kết quả xác định liều cho thiết bị chiếu xạ gamma do Trung tâm NDE chế tạo, sự đáp ứng về an toàn và an ninh nguồn phóng xạ cho thiết bị chiếu xạ gamma,...
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN XÁC ĐỊNH LIỀU VÀ SỰ ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN VỀ AN TỒN, AN NINH NGUỒN PHĨNG XẠ CỦA THIẾT BỊ CHIẾU XẠ GAMMA DÙNG NGUỒN Co-60 Co-60 đồng vị phóng xạ phát tia gamma có lượng 1,173 MeV 1,332 MeV, từ lâu đồng vị sử dụng nhiều y tế, công nghiệp, nông nghiệp Ở Việt Nam, có khoảng 20 nguồn phóng xạ Co-60 có hoạt độ từ vài chục đến vài trăm Ci qua sử dụng chúng bị phân rã khơng đáp ứng mục tiêu ban đầu Trên thực tế, người ta coi nguồn chất thải phóng xạ Tuy nhiên nguồn phóng xạ đáp ứng cho mục đích sử dụng khác (ví dụ chiếu xạ gamma gây đột biến cho mục đích chọn giống trồng) Vấn đề cần chế tạo thiết bị dùng nguồn qua sử dụng, phù hợp với mục đích sử dụng lĩnh vực quan tâm Trên sở đó, Trung tâm Đánh giá khơng phá hủy giao chủ trì thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị chiếu xạ gamma dùng nguồn phóng xạ qua sử dụng” - mã số: KC.05.01/16-20 để phục vụ nghiên cứu, chiếu xạ đột biến giống trồng là nhiệm vụ có tầm quan trọng, mang ý nghĩa thực tiễn và đặc biệt cần thiết phát triển ngành nông nghiệp Việt Nam Bài báo tập trung vào nội dung sau: - Hiện trạng phát triển kỹ thuật chiếu xạ gamma phục vụ mục đích chọn giống trồng lĩnh vực di truyền nông nghiệp Việt Nam; - Một số phương pháp kết xác định liều cho thiết bị chiếu xạ gamma Trung tâm NDE chế tạo; - Sự đáp ứng an toàn an ninh nguồn phóng xạ cho thiết bị chiếu xạ gamma; - Một số kết thực nghiệm ban đầu Đậu tương; - Kết luận kiến nghị I HIỆN TRẠNG VỀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT CHIẾU XẠ GAMMA PHỤC VỤ MỤC ĐÍCH CHỌN GIỐNG TRONG LĨNH VỰC DI TRUYỀN NÔNG NGHIỆP Ở VIỆT NAM Đã từ lâu gây đột biến để cải tạo giống trồng coi phương pháp tạo giống hiệu Từ năm 1927 Muller khẳng định tần số đột biến quần thể ruồi dấm tăng 15.000% sau chiếu xạ tia X năm sau Stadler quan sát biến 30 Số 59 - Tháng 06/2019 dị ngô số sau chiếu tia X Sau người ta dùng tia Gamma, Neutron chùm Ion để nghiên cứu thu nhiều kết khả quan Tính đến năm 2015, giới có 3.222 giống trồng tạo phương pháp đột biến khác như: thực nhiều đối tượng trồng lương thực, công nghiệp, ăn quả, hoa cảnh, rau… đó, chủ yếu đột biến chiếu xạ gamma với 1.588 giống (chiếm 49,3%) Riêng Đậu tương (năm THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN 2015) giới có 170 giống đột biến xạ y tế hay chiếu xạ cơng nghiệp, khơng có 87 giống tạo phương pháp chiếu thể xác định liều chiếu cách xác khơng thể chủ động hướng nghiên cứu xạ, (chiếm 51,2%) (IAEA Database, 2015) [1] Tại Việt Nam, lĩnh vực này cố đào tạo lâu dài [3] giáo sư Lương Đình Của khởi xướng từ năm 1960 Những năm 1965 - 1970, nghiên cứu tạo giống đột biến thực Trường đại học Tổng hợp Hà Nợi sau sở khác Trường Đại học Nông nghiệp I, Trường đại học Nông nghiệp II, Trường đại học Nông nghiệp IV,… và viện như: Viện Khoa học Kỹ Thuật Nông nghiệp Việt Nam, Viện Di truyền Nông Nghiệp, Viện Cây lương thực - thực phẩm, Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long,… Trong năm qua, nhờ áp dụng kỹ thuật hạt nhân như: chiếu xạ hạt giống trước gieo, chiếu xạ hạt giống để gây đột biến di truyền tính trạng quý: thân thấp, chống đổ, chín sớm, suất cao, chống chịu sâu bệnh… chiếu xạ hạt, củ bảo quản [2] II MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU CHO THIẾT BỊ CHIẾU XẠ GAMMA DO TRUNG TÂM NDE CHẾ TẠO Cấu hình thiết bị Tính đến 2015 (thống kê Viện Di truyền nông nghiệp) Việt Nam công nhận đưa vào sản xuất 61 giống trồng tạo chiếu xạ đột biến Trong đó, Viện Di truyền nông nghiệp (DTNN) tạo 40 giống (27 giống lúa, giống đậu tương, giống hoa giống ngô) Với thành tựu tháng 10/2014 Viện FAO/IAEA trao giải “thành tựu xuất sắc” chọn tạo giống trồng đột biến [3] Tuy nhiên, Việt Nam, lĩnh vực chưa thực quan tâm mức Tất nước thành viên FNCA có trung tâm nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân nhằm cải tiến giống trồng trừ Việt Nam Các hoạt động nghiên cứu lĩnh vực thực chất tự phát, rời rạc, khơng có định hướng, khơng có liên kết viện nghiên cứu, vùng Cả nước chưa có thiết bị chiếu xạ chuyên dụng mà chủ yếu phải dựa vào thiết bị chiếu Hình Một số hình ảnh trình nghiên cứu, thiết kế thiết bị: a- (ảnh cùng): Khối nguồn Co-60 thiết bị xạ trị Theratron-780; b- (ảnh giữa): Mô thiết kế buồng chiếu xạ thiết bị; c- (ảnh dưới): Buồng chiếu hoàn thiện Số 59 - Tháng 06/2019 31 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Thiết bị chiếu xạ gamma mà trung tâm NDE chế tạo phục vụ mục đích gây đột biến giống trồng xuất phát từ ý tưởng sử dụng lại nguồn Co-60 qua sử dụng y tế, thiết kế chế tạo lại cho phù hợp với mục đích sử dụng chiếu xạ gamma gây đột biến, chọn giống trồng (hình 1) Các phương pháp xác định liều chiếu thiết bị Trên sở nghiên cứu dựa vào kinh nghiệm sử dụng 05 phương pháp khác nhau: Tính tốn lý thuyết, mơ Monte-Carlo, liều kế Frike, liều kế TLD buồng Ion hóa để tính tốn, đo đạc nhằm xác định Thiết bị chiếu xạ gamma mà trung tâm xác liều chiếu vị trí có NDE chế tạo phục vụ mục đích gây đột biến khoảng cách đến nguồn phóng xạ 175 giống trồng xuất phát từ ý tưởng sử dụng lại mm, 265 mm 415 mm (hình 3) nguồn Co-60 qua sử dụng y tế, thiết kế chế tạo lại cho phù hợp với mục đích sử Trong khuôn khổ báo dụng chiếu xạ gamma gây đột biến, chọn giống đưa tương đối chi tiết kết trồng (hình 1) phương pháp khác dùng để xác định liều Trên thực tế, để có thiết bị có chiếu cho cấu hình cụ thể trường hợp thể đáp ứng yêu cầu đảm bảo độ Thực ra, cơng việc then chốt mang tính xác chiếu xạ đảm bảo an toàn định chất lượng sản phẩm xạ cần thiết kế tổng thể bao gồm mong muốn hàng đầu người sử dụng thiết kế chi tiết cho chi tiết liên quan khí, điện, điện tử, camera theo dõi, hệ Hình 3: Buồng chiếu vị trí đĩa cảnh báo phóng xạ, phần mềm sử dụng thích hợp chiếu xạ (hình 2) [4,5] Với lực chuyên môn trang thiết bị sẵn có Trung tâm, giai Kết xác định liều chiếu thiết bị thảo đoạn 2017-2019 chế tạo thành công luận thiết bị Kết thu được từ q trình tính tốn, thực nghiệm 05 kỹ thuật xác định liều chiếu trình bày biểu đồ (hình 4): Hình 4: Biểu đồ tổng hợp suất liều Hình 2: Mô 3D tổng thể các phương pháp xác định liều nguồn Co-60 phận thiết bị Từ biểu đồ này, nhóm thực đề tài đưa số nhận xét sau: - Phương pháp buồng Ion hóa liều kế Fricke cho kết với độ xác, lặp lại tốt 32 Số 59 - Tháng 06/2019 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN nhất; - Liều kế TLD sử dụng để xác định trường phân bố liều; - Các phương pháp tính tốn lý thuyết mơ MCNP thực dựa cơng thức tính, nhiên chưa đưa hết yếu tố thực tế ảnh hưởng đến kết quả; - Sự phù hợp với kết 04 phương pháp (lý thuyết, Monte-Carlo, buồng Ion, TLD) cho thấy phương pháp Fricke có lợi tốt chấp nhận Sau trình thực nghiệm để có độ lặp lại độ tin cậy cần thiết, dựa vào chu kỳ bán hủy đồng vị Co-60 (T ½ = 5,27 năm) xây dựng giản đồ suất liều chiếu (hình 5): Căn vào kết thu được: khu vực đặt máy suất liều đo nhỏ 4,12 µSv/h (0,78 mSv/năm) khu vực cửa vào phòng điều khiển nhỏ 0,48 µSv/h (0,46 mSv/ năm) Trong đó, theo quy định Thơng tư số 19/2012/TT-BKHCN đề ngày 08/11/2012 suất liều nhân viên xạ 20 mSv/năm dân chúng mSv/năm Như vậy, so sánh kết đo với giá trị quy định thơng tư ta dễ dàng đánh giá hệ thiết bị chế tạo hoàn toàn đáp ứng yêu cầu quy định đưa vào sử dụng D < 4,12 μSv/h D < 0,48 μSv/h Hình 6: Mơ hình họa vị trí đo kiểm tra Hình 5: Giản đồ biểu thị suất liều chiều An toàn xạ thiết bị vị trí thời điểm khác Để đảm bảo an toàn an ninh (đặc biệt Qua thực tế ứng dụng năm (2018-2019), thấy việc sử dụng giản đồ cho kết thực nghiệm phù hợp với thực tế cơng trình nghiên cứu khác khu vực giới nguồn phóng xạ Co-60 với hoạt độ 200 Ci), tất khâu từ thiết giải pháp thi công ta phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo tiêu chuẩn an toàn xạ đây: Tiêu chuẩn thiết kế chế tạo - Cơ cấu chuyển động nguồn di chuyển từ vị trí an tồn tĩnh đến vị trí an tồn thực chiếu xạ lên mẫu (TCVN 2218-77, TCVN 13:2008, Phông môi trường nơi đặt máy 0,22 + TCVN1807-76, TCVN 1808-76) - Cơ cấu 0,03 µSv/h Chúng tơi tiến hành thí nghiệm, hệ thống buồng đặt mẫu chiếu (TCVN 2218-77, đo đạc với 30 điểm đo (hình 6) thu kết TCVN 13:2008, TCVN1807-76, TCVN 1808-76) - Hệ thống hiển thị bao gồm hình, máy in sau: III SỰ ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN VỀ AN TOÀN VÀ AN NINH NGUỒN PHÓNG XẠ CHO MỘT THIẾT BỊ CHIẾU XẠ GAMMA Số 59 - Tháng 06/2019 33 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN cảnh báo (JIS C 0920:2003) - Hệ điều khiển lập chương trình chiếu xạ (JIS C 0920:2003) Tiêu chuẩn an tồn xạ - Duy trì nguyên tắc cảnh báo ATBX theo Luật Năng lượng nguyên tử Việt Nam 18/2008/QH12 ALARA - Đảm bảo tiêu chuẩn ATBX cho thiết bị loại F theo ISO3999:2004 hay TCVN 7943:2008 (suất liều mSv/h sát vỏ thiết bị, mSv/h 50 mm, 0,1 mSv/h m) - Tính đến che chắn an toàn cho hệ chiếu xạ gamma độc lập (tối thiểu che chắn tương đương 30 cm chì hướng, nguồn Co-60: HVL chì 12,5 mm, HVL tungsten 7,9 mm, số liệu từ United State Department of Labor, United State Nuclear Regulatory Commission) (a) Ngoài ra, việc lắp đặt hệ thống camera quan sát, cửa khóa liên động…cũng phải (b) (c) tính đến nhằm tăng cường giải pháp an Hình 7: Một số dạng biến dị xuất ninh cần thiết trang bị giống đậu tương chiếu xạ hạt khô hệ M1: hiệu cho hệ thiết bị đưa vào sử dụng (a) Biến dị phân cành sớm đối xứng; (b) Biến dị IV MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM bất dục; (c) Biến dị phân thân chẻ đôi BAN ĐẦU ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG VÀ LÚA Trong khoảng thời gian (2018-2019), số thí nghiệm chiếu xạ gây đột biến tiến hành theo quy trình thực viện Di truyền Nông nghiệp mẫu đậu tương DT2012 với 02 dạng mẫu hạt khô mẫu hạt ướt nghiên cứu 02 hệ M1 M2 Một số kết bước đầu cho thấy tác nhân đột biến nguồn Co-60 gây hàng loạt biến dị kiểu hình khác tất cơng thức xử lý (hình 7) Đồng thời kết phù hợp với thực nghiệm trước giống đậu tương đột biến nghiên cứu Việt Nam giới [6] (a) (b) Hình 8: Hình ảnh mẫu thí nghiệm: (a) Lúa chiếu xạ công thức khác nhau; (b) Đậu tương chiếu xạ trình sinh trưởng 34 Số 59 - Tháng 06/2019 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN Ngồi ra, vài ứng dụng khác có độ tin cậy cao ổn định so với việc từ thực lúa đậu tương cho thực trước tới chủ yếu dựa vào thiết bị y tế hay cơng nghiệp Ngồi ra, nhà nơng tập sinh đến từ CHDCND Lào (hình 8) nghiệp chủ động nghiên cứu V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ đào tạo lâu dài Trên thực tế, thông qua Trung tâm NDE thiết kế chế tạo công việc này, 01 thạc sĩ (của Trung tâm NDE) thành công hệ thiết bị chiếu xạ gamma để chuyển 03 đồ án tốt nghiệp sinh viên đến từ Trường giao cho Viện Di truyền nơng nghiệp với mục đích Đại học Bách khoa Hà Nội Đại học Khoa học chiếu xạ đột biến chọn giống trồng Ngoài ra, tự nhiên Hà Nội thực cho kết tiến hành nhiều ứng dụng khác nghiên thực tế hiệu Ngoài ra, số liệu thực cứu vật liệu, thử nghiệm/kiểm tra vật liệu …Đây nghiệm giúp ích hiệu cho mục đích sử thiết bị chuyên dụng (dạng gamma cell) đầu dụng lâu dài chiếu xạ đậu tương, lúa, nhộng tiên mà VINATOM chuyển giao cho ngành nông ruồi nhà sinh học Việt Nam nghiệp với hy vọng mong muốn góp phần thúc Hệ thiết bị này, nguồn Co-60 có đẩy việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân hoạt độ khoảng 230 Ci trình bày trên, có ngành KT-XH Việt Nam thể sử dụng khoảng 15 năm tới (khoảng Việc đảm bảo an toàn, an ninh vấn lần chu kỳ bán hủy Co-60) đề phải quan tâm hàng đầu tiến hành nghiên Trên sở kết thử nghiệm ban đầu cứu, thiết kế, chế tạo sử dụng thiết bị loại xu hướng đầu tư nước khu Và thực sau hồn tất cơng việc vực giới, Viện Di truyền nơng nghiệp này, nhóm thực đề tài trưởng thành đề xuất Bộ Nông nghiệp phát triển nơng nhiều tích lũy nhiều kinh nghiệm thôn xem xét phê duyệt chủ trương đầu tư 01 quý báu, điều có ý nghĩa nội cho tương hệ gamma room mảnh đất có sẵn (150 m2) lai Viện Đây chủ trương đắn chúng Ở hệ M1 giống đậu tương ủng hộ, mong muốn Bộ Nông nghiệp nghiên cứu DT2012, tác nhân đột biến nguồn Co- phát triển nông thôn xem xét, phê duyệt đề 60 chủ yếu kìm hãm sinh trưởng phát triển xuất sớm tốt cây, không làm giảm tỷ lệ nảy mầm Nghiêm Xuân Khánh, Nguyễn Xuân Thao làm giảm sức sống, kéo dài thời gian sinh trưởng, nhóm thực đề tài KC.05.01/16-20 làm giảm chiều cao cây, số đốt/thân Trung tâm Đánh giá khơng phá hủy suất cá thể Tác nhân đột biến nguồn Co60 gây hàng loạt biến dị kiểu hình Nguyễn Văn Mạnh khác tất cơng thức xử lý Ngồi Viện Di truyền nơng nghiệp việc chiếu xạ đậu tương, lúa; nhộng ruồi thử nghiệm với liều chiếu 90 Gy cho viện Bảo vệ thực vật cho mục đích nghiên cứu triệt sản TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.mvgs.iaea.org côn trùng (ngày 7/5/2019) [2] Lê Đức Thảo, Phạm Thị Bảo Chung, Việc xác định xác suất liều chiếu Nguyễn Văn Mạnh (2015a) Ảnh hưởng liều yếu tố định chất lượng sản phẩm lượng chiếu xạ tia gamma Co-60 đến khả tạo biến dị có lợi chọn giống đậu tương” đảm bảo cho kết nghiên cứu thực nghiệm Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2(9): Số 59 - Tháng 06/2019 35 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 5-9; [3] Đào Thanh Bằng CS (2006), “Thành tựu triển vọng việc ứng dụng kỹ thuật gây tạo đột biến công tác chọn giống trồng”, Viện Di truyền Nông nghiệp - 20 năm (1984-2004) xây dựng phát triển, NXB Nông nghiệp, Hà Nội [4] TCVN 8289 : 2009 An toàn xạ - Thiết bị chiếu xạ công nghiệp sử dụng nguồn đồng vị gamma – Yêu cầu chung; [5] TCVN 6853:2001 (ISO 2919 : 1999) An tồn xạ - Nguồn phóng xạ kín - Yêu cầu chung phân loại; [6] Phạm Thị Bảo Chung, Nguyễn Văn Mạnh, Lê Đức Thảo, Lê Thị Ánh Hồng (2019) Nghiên cứu cải tiến giống đậu tương DT2008 chiếu xạ tia gamma (Co60) hạt nảy mầm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam 5/2019; [7] http://www.gamma-recycling.info [8] http://www.soystats.com 36 Số 59 - Tháng 06/2019 ... khác khu vực giới nguồn phóng xạ Co-60 với hoạt độ 200 Ci), tất khâu từ thiết giải pháp thi công ta phải tuân thủ tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo tiêu chuẩn an toàn xạ đây: Tiêu chuẩn thiết kế chế tạo... PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH LIỀU CHIẾU CHO THIẾT BỊ CHIẾU XẠ GAMMA DO TRUNG TÂM NDE CHẾ TẠO Cấu hình thiết bị Tính đến 2015 (thống kê Viện Di truyền nông nghiệp) Việt Nam công nhận đưa vào sản... [4] TCVN 8289 : 2009 An tồn xạ - Thiết bị chiếu xạ cơng nghiệp sử dụng nguồn đồng vị gamma – Yêu cầu chung; [5] TCVN 6853:2001 (ISO 2919 : 1999) An toàn xạ - Nguồn phóng xạ kín - u cầu chung