Tính toán phân bố liều trong thùng hàng chiếu xạ và xây dựng phần mềm tối ưu chế độ chiếu xạ

Các hiệu ứng bức xạ ở mức phân tử

Nguyên tử hoặc phân tử ở trạng thái kích thích đó dễ dàng và nhanh chóng phát năng lượng đã hấp thụ được dưới dạng những photon, bức xạ nhiệt hay phản ứng hóa học để trở về trạng thái ban đầu trước khi tương tác với tia bức xạ. Ở cuối quỹ đạo, các hạt tích điện không còn đủ lớn để ion hóa vật chất, sẽ liên kết với các ion trái dấu để trở thành nguyên tử hay phân tử trung hòa về điện hoặc tồn tại tự do ở trạng thái chuyển động nhiệt.

Các hiệu ứng bức xạ ở mức tế bào

Các hiệu ứng bức xạ ở mức cơ thể

Liều chiếu và suất liều chiếu

Trong đa số trường hợp, sự thay đổi này của tế bào không đáng kể và không quan sát ngay được. Thời gian ủ bệnh từ một vài năm đối với bệnh bạch cầu đến vài ba chục năm đối với các u ung thư.

Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ

Đơn vị của suất liều chiếu trong hệ SI là Culông/kg.giây (C/kg.s ) hay A/kg.s.

Liều tương đương và suất liều tương đương

Theo định nghĩa, liều tương đương H (equivalent dose ) gây bởi một loại bức xạ lên cơ thể sống là đại lượng để đánh giá mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích số giữa liều hấp thụ D trong mô và một hệ số đặc trưng cho loại bức xạ đó, hệ số này không có đơn vị và được gọi là hệ số chất lượng, ký hiệu là WR. Liều hiệu dụng cũng như liều tương đương có cùng thứ nguyên như liều hấp thụ (năng lượng/. khối lượng), nhưng người ta dùng đơn vị Sievert để tránh nhầm lẫn.

Xử lí bức xạ thực phẩm

Khi chịu cùng một liều tương đương, các cơ quan và mô khác nhau trong cơ thể có thể chịu những mức độ tổn thương khác nhau. - Radappertization : Xử lí ở liều từ 30-50 kGy để tiêu diệt gần như hoàn toàn các hệ vi khuẩn, nhằm bảo quản lâu dài các sản phẩm như thịt và các sản phẩm thịt.

Khử trùng dụng cụ y tế

- Radicidation : Liều tương tự như trong radurization nhưng chỉ diệt một số loại vi khuẩn gây bệnh xác định.

Làm sạch khói nhà máy bằng công nghệ bức xạ

Tổng hợp hóa bức xạ

Công nghệ lưu hóa các chất đàn hồi

Các quy trình biến tính vật liệu polyme bằng bức xạ 1.Chế tạo vỏ cáp và dây điện bằng khâu mạch bức xạ

Sản xuất vật liệu gỗ - chất dẻo, bê tông- polyme bằng công nghệ hóa bức xạ

CHƯƠNG TRÌNH MCNP VÀ MÔ TẢ THIẾT BỊ CHIẾU XẠ SVST – Co- 60/B

Mô tả hình học trong MCNP phiên bản 4C2

Các phương pháp lấy mẫu có sửa đổi trong MCNP4C2 là phép biến đổi theo hàm mũ, bắt hạt dạng ẩn, va chạm bắt buộc, dịch chuyển thông số nguồn, dịch chuyển quá trình tạo photon gây ra do neutron. Tóm lại, các kỹ thuật làm giảm sai số nếu sử dụng đúng có thể giúp cho người dùng chương trình nhận được các tính toán có hiệu quả cao, nhưng sẽ gây ra những sai lầm nếu sử dụng chúng không đúng.

Các vấn đề vật lý khi tính toán với photon trong MCNP phiên bản 4C2

Năng lượng mất tại điểm va chạm có thể tạo nên điện tử giật lùi được xem xét sau này hoặc sẽ được tính toán xấp xỉ TTB( Thick-Target Bremsstralung). Mô hình chi tiết sẽ tính đến tán xạ Thomson và tính đến các photon huỳnh quang sau khi xảy ra hiệu ứng quang điện. Mô hình chi tiết áp dụng đối với các photon có năng lượng nhỏ hơn 100 MeV. Mô hình này thích hợp với đa số các bài toán thực tế, đặc biệt là đối với các bài toán che chắn dùng vật liệu có Z lớn và các bài toán tính đến khả năng xuyên sâu. Để mô hình tán xạ Compton cần phải xác định góc tán xạ , năng lượng mới E' của photon sau tán xa và động năng giật lùi của điện tử, E - E'. Động năng giật lùi có thể tiêu tán tại vị trí xảy ra tán xạ, có thể được xem xét trong Mode PE. Trong tán xạ Thomson photon chỉ bị lệch hướng chứ không tạo nên electron. Trong trường hợp này MCNP4C2 chỉ tớnh đến gúc tỏn xạ  và theo dừi tiếp sự vận chuyển của photon. o Hiệu ứng quang điện. Hiệu ứng xảy ra với các sự kiện sau: Photon tới với năng lượng E bị hấp thụ, một vài electron huỳnh quang được phát ra, một electron trong qũy đạo có năng lượng liên kết lk<E bị bứt ra khỏi nguyên tử và cung cấp cho electron này một động năng bằng E - lk. Trong hiệu ứng này có thể không phát ra photon huỳnh quang, hoặc phát một photon huỳnh quang hoặc phát hai photon huỳnh quang. Từng trường hợp sẽ được xem xét sau đây:. 1) Không có photon có năng lượng lớn hơn 1keV nào được phát ra. Các photon phát ra do các điện tử ở lớp trên dịch về lỗ trống do một electron bị bật ra khỏi quỹ đạo. Đây chính là hiệu ứng Auger. Các điện tử và cỏc photon năng lượng thấp này được theo dừi trong cỏc bài toỏn Mode PE, hoặc được tớnh xấp xỉ TTB hoặc giả thiết năng lượng bị mất ngay tại chỗ. Do không có photon phát ra do hiệu ứng huỳnh quang mà đường đi của photon đang theo dừi sẽ kết thỳc. 2) Một photon có năng lượng 1keV phát ra. Sự tiêu tán năng lượng đó dẫn đến sinh ra các electron hoặc photon có năng lượng còn nhỏ hơn nữa. 3) Hai photon huỳnh quang có thể xảy ra nếu năng lượng kích thích dư e' (của trường hợp 2) vượt quá 1 keV. Điện tử có năng lượng liên kết e'' có thể lấp vào chỗ trống có năng lượng liên kết e' và phát ra photon huỳnh quang thứ hai có năng lượng E''=e'-e''. Năng lượng kích thích dư e'' sẽ bị tiêu tốn bởi các sự kiện Auger tiếp theo và sự sản sinh ra electron có thể được mô hình để tính trong Mode PE hoặc bằng xấp xỉ TTB hoặc giả định tiêu tốn ngay tại vị trí xảy ra hiện tượng này. Các photon huỳnh quang được giả định là phát ra đẳng hướng miễn là E' và E'' lớn hơn 1keV. Hiện tượng phát ra một photon huỳnh quang có năng lượng lớn hơn 1keV đối với các nguyên tố có Z nằm trong dải từ 12 đến 31, hai photon có năng lượng mỗi photon lớn hơn 1keV có thể xảy ra với nguyên tố có Z  31. Trong tất cả các trường hợp xảy ra hiệu ứng quang điện chương trình MCNP4C2 sẽ chấm dứt theo dừi nếu khụng cú photon huỳnh quang phỏt ra hoặc photon phỏt ra nhưng dưới ngưỡng quan tõm.  Hiệu ứng tạo cặp. Hiệu ứng tạo cặp chỉ được xảy ra trong trường hạt nhân. Ngưỡng tạo cặp là:. Có 3 trường hợp xem xét:. 1) Trong chế độ tính với electron (Mode PE), electron và positron được tạo ra sẽ được giữ lại để tớnh sau và chấm dứt theo dừi photon. 2) Đối với các bài toán Mode P dùng xấp xỉ TTB, cả hai electron và positron được tạo ra nhưng không dịch chuyển. Cả hai hạt sẽ tạo nên photon theo cách tính xấp xỉ TTB. Nếu positron có năng lượng thấp hơn năng lượng ngưỡng để tính thì sẽ không được xem xét và cặp photon sinh ra sẽ được xem xét theo trường hợp 3). 3) Đối với các bài toán dùng Mode P khi các positron không được tạo ra theo cách tính xấp xỉ TTB thì photon đến có năng lượng E sẽ bị biến mất. Ở đây cũng cần chú ý rằng với các thành phần nguyên tố nhẹ và năng lượng nguồn gamma từ 0,1MeV đến 5 MeV thì tương tác của gamma với loại vật chất này chủ yếu là tán xạ Compton và phần năng lượng hấp thụ trong vật chất sẽ phụ thuộc vào mật độ điện tử hay nói cách khác phụ thuộc vào khối lượng riêng của vật chất mà ít phụ thuộc vào thành phần các nguyên tố tạo nên vật chất đó.

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH THỜI GIAN CHIẾU XẠ

Kết quả phân bố liều trong thùng hàng

Trong trường hợp khử trùng các vật phẩm y tế người ta cần đảm bảo liều tối thiểu đủ để khử trùng hàng chiếu đến mức yêu cầu và cũng cần đảm bảo liều cực đại không làm hỏng, giảm các tính chất cơ, lý, hóa (chất lượng của sản phẩm). Nhằm hỗ trợ cho quá trình vận hành thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, đề tài đã tiến hành xây dựng phần mềm tính toán thời gian chiếu xạ qua tỷ trọng hàng và liều chiếu xạ yêu cầu (Dmin); phần mềm được viết trên ngôn ngữ Visual Basic  6.