Từ giao diện chính chọn “Không sử dụng che chắn” và nhấn nút “Vẽ đường
đẳng liều” chương trình sẽ chuyển đến giao diện vẽđường đẳng liều.
Hình 3.7 : Giao diện form 4
Chương trình cho phép chọn các nguồn phóng xạ: Co-60, I-131, Cs-137, Ir-192, Ar-41, K-40, Cu-64, Zn-65.
Chương trình cho phép nhập độ phóng xạ của nguồn và thời điểm tính. Nếu chọn thời điểm là “Vào ngày” phải nhập đầy đủ ngày tháng năm theo định dạng (ngày/tháng/năm).
Chương trình yêu cầu nhập thêm các thông số : chiều cao nguồn trụ H, bán kính nguồn trụ r0, suất liều P tương ứng để vẽ mặt đẳng liều.
Nhấn nút “Vẽ đường đẳng liều – 2D” để vẽ đường đẳng liều trong không gian 2 chiều.
Hình 3.8 :Đường đẳng liều dạng 2D của nguồn trụđặc không sử dụng che chắn Nhấn nút “Vẽ đường đẳng liều – 3D” để vẽ đường đẳng liều trong không gian 3 chiều.
Hình 3.9 :Đường đẳng liều dạng 3D của nguồn trụđặc không sử dụng che chắn
3.2.6. Vẽđường đẳng liều trong trường hợp che chắn.
Từ giao diện chính chọn “Có sử dụng che chắn” và nhấn nút “Vẽ đường đẳng liều” chương trình sẽ chuyển đến giao diện vẽ đường đẳng liều trong trường hợp có sử dụng che chắn.
Chương trình cho phép chọn các nguồn phóng xạ: Co-60, I-131, Cs-137, Ir-192, Ar-41, K-40, Cu-64, Zn-65 và các vật liệu che chắn: Bê tông, Nhôm, Sắt, Thiếc, Chì.
Chương trình cho phép nhập độ phóng xạ của nguồn và thời điểm tính. Nếu chọn thời điểm là “Vào ngày” phải nhập đầy đủ ngày tháng năm theo định dạng (ngày/tháng/năm).
Chương trình yêu cầu nhập thêm các thông số : chiều cao nguồn trụ H, bán kính nguồn trụ r0, suất liều P tương ứng để vẽ mặt đẳng liều.
Nhấn nút “Vẽ đường đẳng liều – 2D” để vẽ đường đẳng liều trong không gian 2 chiều.
3.3. So sánh kết quả với suất liều của nguồn gamma dạng trụđặc chưa tính
đến sự tự hấp thụ của nguồn
3.3.1. Thay đổi khoảng cách từđiểm xét đến tâm nguồn
Sử dụng giao diện form 1
Nguồn trụ đặc hoạt độ C = 1000 mCi có bán kính r0 = 2 cm chiều cao H = 10 cm. Điểm cần tính suất liều nằm trên mặt trung trực của đoạn thẳng nối tâm hai đáy a = 0; h = 0 và cách tâm của nguồn khoảng b (cm).
- Suất liều P1 gây bởi nguồn trụđặc có tính đến sự tự hấp thụ của nguồn. - Suất liều P2 gây bởi nguồn trụđặc chưa tính đến sự tự hấp thụ của nguồn.
- Độ sai lệch tỉđối = 2 1 1 P P .100% P −
Bảng 3.1 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo khoảng cách của nguồn Co-60 b (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 10 32,5472 64,9251 99,48 20 8,4752 16,9535 100,04 30 3,7846 7,5998 100,81 40 2,1300 4,2879 101,31 50 1,3629 2,7482 101,64 100 0,3401 0,6883 102,38 200 0,0849 0,1722 102,83
Bảng 3.2 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo khoảng cách của nguồn K-40 b (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 10 7,4738 8,0318 7,47 20 1,9516 2,0973 7,47 30 0,8746 0,9402 7,50 40 0,4933 0,5305 7,54 50 0,3161 0,3400 7,56 100 0,0792 0,0852 7,58 200 0,0198 0,0213 7,58 * Nhận xét:
- Suất liều chiếu P giảm khi khoảng cách từ tâm nguồn đến điểm xét tăng. Điều này phù hợp với lí thuyết và thực tế.
- Khi khoảng cách thay đổi, độ sai lệch tỉđối giữa P1 và P2 thay đổi không nhiều. Có thể xem độ sai lệch tỉ đối xấp xỉ bằng nhau. Độ sai lệch tỉ đối thể hiện ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của nguồn. Sự tự hấp thụ của nguồn không phụ thuộc nhiều vào khoảng cách từ nguồn đến điểm xét mà chỉ phụ thuộc vào độ dày lớp vật chất của nguồn nên khi cốđịnh bán kính và chiều cao nguồn thì ảnh hưởng của sự tự hấp thụ cũng không thay đổi.
- Độ sai lệch tỉđối đối với nguồn Co-60 lớn hơn so với nguồn K-40. Co-60 phát ra photon có năng lượng (1,1172 MeV và 1,333 MeV) nhỏ hơn so với năng lượng của photon do K-40 phát ra (1,46 MeV) nên hệ số tự hấp thụ của Co-60 (0,524 cm-1 và 0,462 cm-1) sẽ lớn hơn hệ số tự hấp thụ K-40 (0,0439 cm-1). Do đó ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của Co-60 lớn hơn so với K-40.
3.3.2. Thay đổi chiều cao của nguồn:
Sử dụng giao diện form 1
Nguồn trụ đặc hoạt độ C = 1000 mCi có bán kính r0 = 2 cm chiều cao H (cm) thay đổi. Điểm cần tính suất liều nằm trên mặt trung trực của đoạn thẳng nối tâm hai đáy a = 0; h = 0 và cách tâm của nguồn khoảng b = 20 cm.
- Suất liều P1 gây bởi nguồn trụđặc có tính đến sự tự hấp thụ của nguồn. - Suất liều P2 gây bởi nguồn trụđặc chưa tính đến sự tự hấp thụ của nguồn.
- Độ sai lệch tỉđối = 2 1 1 P P .100% P −
Bảng 3.3 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo chiều cao nguồn của nguồn Co-60 H (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 10 8,4752 16,9535 100,04 15 8,3720 16,8792 101,61 20 8,1950 16,6893 103,65 25 7,9680 16,4163 106,03 30 7,7125 16,0909 108,63 35 7,4460 15,7384 111,37 40 7,1808 15,3784 114,16 45 6,9254 15,0245 116,95 50 6,6848 14,6861 119,69
Bảng 3.4 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo chiều cao nguồn của nguồn K-40 H (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 10 1,9516 2,0973 7,47 15 1,9412 2,0881 7,57 20 1,9171 2,0646 7,69 25 1,8831 2,0308 7,84 30 1,8429 1,9906 8,01 35 1,7996 1,9470 8,19 40 1,7554 1,9024 8,37 45 1,7121 1,8587 8,56 50 1,6707 1,8168 8,74 *Nhận xét:
- Giữ cốđịnh hoạt độ, bán kính nguồn và khoảng từđiểm xét đến tâm nguồn thì khi tăng chiều cao của nguồn thì suất liều chiếu P1 và P2 đều giảm. Vì khi tăng chiều cao nguồn thì lúc này khoảng cách tương đối từ nguồn đến điểm xét sẽ tăng lên làm cho suất liều chiếu giảm xuống.
- Khi chiều cao tăng thì độ sai lệch tỉ đối tăng, ảnh hưởng của sự tự hấp thụ lớn hơn. Vì khi tăng chiều cao nguồn cũng đồng nghĩa với tăng lớp vật chất nguồn, do
đó ảnh hưởng của sự tự hấp thụ cũng lớn hơn.
- K-40 có hệ số tự hấp thụ nhỏ hơn so với Co-60 nên độ sai lệch tỉđối cũng nhỏ
3.3.3. Thay đổi bán kính nguồn
Sử dụng giao diện form 1
Nguồn trụ đặc có hoạt độ C = 1000 mCi, có bán kính r0 (cm), chiều cao H = 10 cm. Điểm cần tính suất liều nằm trên mặt trung trực của đoạn thẳng nối tâm hai đáy a = 0; h = 0 và cách tâm của nguồn khoảng b = 20 cm.
- Suất liều P1 gây bởi nguồn trụđặc có tính đến sự tự hấp thụ của nguồn. - Suất liều P2 gây bởi nguồn trụđặc chưa tính đến sự tự hấp thụ của nguồn.
- Độ sai lệch tỉđối = 2 1 1 P P .100% P −
Bảng 3.5 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn của nguồn Co-60 r0 (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 5 4,7285 17,3896 267,76 4 5,4915 17,1992 213,20 3 6,6474 17,0547 156,56 2 8,4752 16,9535 100,04 1 11,5172 16,8934 46,68 0,5 13,8014 16,8785 22,30 0,1 16,1820 16,8737 4,27
Bảng 3.6 : Sự thay đổi suất liều chiếu theo bán kính nguồn của nguồn K-40 r0 (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (%) 5 1,8191 2,1513 18,26 4 1,8544 2,1277 14,74 3 1,8984 2,1098 11,14 2 1,9516 2,0973 7,47 1 2,0143 2,0899 3,75 0,5 2,0495 2,0880 1,88 0,1 2,0796 2,0874 0,38 * Nhận xét:
- P2 giảm khi r0 giảm. Vì khi bán kính của nguồn giảm thì khoảng cách tương
đối từ nguồn đến điểm khảo sát giảm đi do đó suất liều chiếu tại điểm khảo sát giảm. Nhưng giá trị của P2 thay đổi không nhiều.
- P1 tăng khi r0 giảm. Khi bán kính của nguồn giảm thì khoảng cách tương đối từ
nguồn đến điểm khảo sát giảm nhưng mặt khác nếu tính đến sự tự hấp thụ của nguồn thì khi bán kính của nguồn giảm cũng sẽ làm giảm lớp vật chất của nguồn,
điều này làm giảm sự tự hấp thụ do đó suất liều chiếu tại điểm khảo sát sẽ tăng lên. - P1 tăng nhanh khi r0 giảm đồng thời độ sai lệch tỉđối cũng giảm. Chứng tỏảnh hưởng của sự tự hấp thụ phụ thuộc nhiều vào bán kính nguồn. Ảnh hưởng của sự tự
hấp thụ của nguồn càng nhỏ khi bán kính của nguồn càng nhỏ.
- Khi bán kính nguồn giảm thì giá trị của suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng hình trụ đặc sẽ tiến gần về giá trị của suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng dây thẳng. Suất liều chiếu do nguồn dây thẳng dài 10 cm gây ra tại một điểm nằm trên
đường trung trực của nguồn cách trung điểm của nguồn 20 cm có giá trị là 15,8422 (R/h) ứng với nguồn Co-60 và có giá trị 1,9598 (R/h) ứng với nguồn K-40.
3.4. So sánh kết quả với suất liều của nguồn gamma dạng dây thẳng
Nguồn Co-60 có hoạt độ C = 1000 mCi chiều cao H = 10 cm. Điểm cần tính suất liều nằm trên mặt trung trực của nguồn và cách tâm của nguồn khoảng b (cm).
- Suất liều P1 gây bởi nguồn trụđặc có bán kính r0 = 0,5 cm. - Suất liều P2 gây bởi nguồn trụđặc có bán kính r0 = 0,2 cm. - Suất liều P3 gây bởi nguồn dây thẳng.
- Độ sai lệch tỉđối (1) = 3 1 1 P P .100% P − - Độ sai lệch tỉđối (2) = 3 2 1 P P .100% P −
Bảng 3.7 : Suất liều chiếu của nguồn Co-60 dạng trụđặc và dây thẳng b (cm) P1 (R/h) P2 (R/h) P3 (R/h) Độ sai lệch tỉđối (1) (%) Độ sai lệch tỉđối (2) (%) 5 174,3480 197,5940 203,1600 16,53 2,82 6 129,0830 145,9770 149,7574 16,02 2,59 7 99,0697 111,8750 114,6006 15,68 2,44 8 78,2283 88,2534 90,3085 15,44 2,33 9 63,2158 71,2688 72,8733 15,28 2,25 10 52,0736 58,6791 59,9662 15,16 2,19 15 24,1501 27,1851 27,7426 14,88 2,05 20 13,8014 15,5317 15,8422 14,79 2,00 25 8,8992 10,0142 10,2121 14,75 1,98 30 6,2053 6,9828 7,1199 14,74 1,96
* Nhận xét
- Khoảng cách tăng thì suất liều chiếu giảm. Suất liều chiếu gây bởi nguồn trụ đặc nhỏ hơn suất liều chiếu gây bởi nguồn dây thẳng do ảnh hưởng của sự tự hấp thụ.
- Khi khoảng cách từ nguồn đến điểm khảo sát tăng thì độ sai lệch tỉ đối giữa nguồn trụ đặc và nguồn dây thẳng giảm. Vậy khi điểm khảo sát ở xa nguồn thì suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng hình trụ đặc sẽ tiến gần về suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng dây thẳng.
- Khi bán kính nguồn càng nhỏ thì độ sai lệch tỉ đối giữa nguồn trụ đặc và nguồn dây thẳng càng nhỏ. Lúc này nguồn trụ đặc giống như nguồn dây thẳng.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
*Kết luận
Luận văn đã giải quyết được các mục tiêu cơ bản :
- Tìm ra công thức giải tích tính suất liều chiếu tại một điểm gây ra bởi nguồn bức xạ gamma có các dạng hình học trụđặc trong hai trường hợp không sử dụng và có sử dụng che chắn đã tính đến sự tự hấp thụ của nguồn
- Chương trình áp dụng cho một số nguồn thông dụng như : 27Co60, 53I131,
55Cs137, 77Ir192, 18Ar41, 19K40, 29Cu64, 30Zn65.
- Trong trường hợp che chắn, áp dụng cho một số loại vật liệu che chắn thông thường như: bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì.
Chương trình mô phỏng cho phép ta thực hiện công việc sau :
- Tính suất liều chiếu trong cả hai trường hợp có sử dụng che chắn và không sử
dụng che chắn.
- Tính bề dày của một số loại vật liệu che chắn thông thường để có được suất liều an toàn đối với sức khỏe con người hoặc để có được suất liều như ý muốn.
- Vẽ đường đẳng liều 2D và 3D của nguồn trụ đặc trong trường hợp không sử
dụng che chắn và có sử dụng che chắn. Từ hình vẽ chỉ cần click chuột vào một điểm bất kì trên hình ta có thể xác định được suất liều tại vị trí đó.
Chương trình cũng thể hiện một số tính năng của một vài phần mềm trên thế
giới như : Mercurad – 3D [11], MicroShield [14].
Từ kết quả của chương trình ta có thể rút ra một số kết luận.
- Sự tự hấp thụ của nguồn phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố của nguồn: chiều cao, bán kính và năng lượng bức xạ của nguồn.
+ Những nguồn phát tia gamma có năng lượng càng lớn thì ảnh hưởng của sự
tự hấp thụ sẽ càng nhỏ do có hệ số tự hấp thụ nhỏ.
+ Khi chiều cao hoặc bán kính của nguồn tăng thì ảnh hưởng của sự tự hấp thụ
- Sự tự hấp thụ phụ thuộc nhiều vào bán kính nguồn. Đối với nguồn trụ đặc có bán kính không quá nhỏ, ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của nguồn rất rõ rệt. Giá trị
suất liều chiếu trong trường hợp tính và không tính đến sự tự hấp thụ chệnh lệch nhau nhiều. Do đó ta không thể bỏ qua ảnh hưởng của sự tự hấp thụ của nguồn.
- Khi bán kính nguồn giảm thì giá trị của suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng hình trụ đặc sẽ tiến gần về giá trị của suất liều chiếu gây bởi nguồn có dạng dây thẳng.
- Ở khoảng cách tương đối lớn và bán kính nguồn nhỏ thì nguồn trụ đặc giống như nguồn dây thẳng.
* Kiến nghị và hướng phát triển
- Chương trình chỉ tính được suất liều tại những điểm nằm ngoài nguồn mà chưa tính được các điểm bên trong nguồn. Cần xây dựng một chương trình tính suất liều áp dụng được cho tất cả mọi vị trí quan tâm kể cả bên trong nguồn.
- Do thuật toán phức tạp nên việc vẽđường đẳng liều đòi hỏi nhiều thời gian. Do
đó cần phải tiếp tục nghiên cứu phát triển để khắc phục nhược điểm trên.
- Chương trình chỉ áp dụng cho trường hợp một lớp vật liệu che chắn không tính
được cho nhiều lớp vật liệu che chắn khác nhau. Cần xây dựng chương trình với nhiều lớp vật liệu che để có khả năng hấp thụ bức xạ thứ cấp.
- Chương trình chỉ áp dụng cho trường hợp nguồn phân bố đều. Cần xây dựng chương trình áp dụng cho trường hợp nguồn có mật độ không đồng đều.
- Một điều rất quan trọng đối với chương trình là việc kiểm tra độ chính xác của kết quả thu được. Cần phải so sánh, đối chiếu kết quả của chương trình với các công trình hoặc chương trình khác nghiên cứu đến nguồn gamma có dạng trụđặc.
Qua đề tài này tôi thấy rằng cần phải tiếp tục xây dựng một phần mềm, hoàn thiện hơn chuyên nghiệp hơn để có thể áp dụng rộng rãi chương trình trong thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Nguyễn Minh Huân (2009), Mô phỏng đường đẳng liều của các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau, Luận văn Thạc sĩ Vật lí trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh.
[2] Ngô Quang Huy (2004), An toàn bức xạ ion hóa, NXB Khoa học kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh.
[3] Đặng Văn Liệt (2004), Giải tích số, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
[4] Trần Đại Nghiệp (2006), Giáo trình Xử lý bức xạ và cơ sở của công nghệ
bức xạ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[5] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
[6] Châu Văn Tạo (2007), Xây dựng phần mềm tính đường đẳng liều của nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ, Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, Tập 10, Số 6 – 2007, Trang 29.
[7] Nguyễn Đức Thành (2004), Matlab và ứng dụng trong điều khiển, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
Tiếng Anh
[8] Bevelacqua .J.J (2005), Point Source Approximation in Health Physics, RSO Magazin, Volume 10, No. 1, pp 22.
[9] Kenneth R. Kase and Walter R. Nelson (1972), Concept of radiation dosimetry, Stanford, Califonia.
[10] Jame E. Martin (2006), Physics for Radiation Protection, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
Website
[12] http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/r/radiation-exposure-dose- limit.htm.
[13] http://www.mathworks.com/matlabcentral. [14] http://www.radiationsoftware.com/mshield.html.
Phụ lục 1 : Các hằng số của các nguồn phóng xạ Đồng vị T1/2 Năng lượng hνi (MeV) Hằng số Kγi 2 R.cm h.mCi ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Hệ số tự hấp thụμs (cm-1) 27Co60 5,27 (năm) 1,333 6,82 0,462 1,172 6,11 0,524