(a) (b)
Hình 2.8: Phân bo liều tương đổi theo khoảng cách tới trục của chùm tia.
đây areaief và arearjght là diện tích bên trái và bên phải trục của chùm tia được tính từ ục đến điểm tại đó liều giảm đi một nữa (Hình 2.8b).
Từ các số liệu phân bổ liều tương đối đã tiến hành xác định các hệ số đồng đều ì độ đối xứng của các chùm bức xạ photon vứi 2 mức năng lượng 6 MV và 15 MV ì chùm electron với năng lượng 6 MeV; 9 MeV; 12 MeV và 15 MeV. Ket quả thực ỊỊhiệm xác định hệ số đồng đều F và hệ số đối xứng s được đưa ra trong các Bảng 2 đến Bảng 2.7:
r S '
ảng 2.2. Hệ sô đông đêu và đôi xứng của chùm photon năng lượng 6 MV
Depth (cm) 1.6 5 10 15 20 25
Din ax 1.02 1.01 1.00 1.00 1.00 1.00
Dmin 0.99 0.99 0.97 0.96 0.95 0.94
F 1.27% 1.02% 1.66% 2 . 11% 2.82% 2.89%
ảng 2.3. Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm photon năng lượng 15 MV Depth (cm) 2.9 5 10 15 20 25 Dmax 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Dmin 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.95 F 0.93% 1.04% 1.60% 2.13% 2.42% 2.41% s 0.05% 0.04% 0 .01% 0.04% 0.09% 0 .02%
ảng 2.4. Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm electron năng lượng 6 MeV
Depth (cm) 1.4 1.88 2.21 2.47 2.72 3.06
Dmax 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.01
Dmin 0.97 0.96 0.96 0.95 0.95 0.96
F 1.80% 2.24% 2.43% 2.69% 2.35% 2.55%
s 0 .02% 0.06% 0.19% 0.34% 0.49% 0.79%
ảng 2.5. Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm electron năng lưọng 9 MeV
epth (cm) 2,0 2,81 3.3 3.66 4 4.46
max 1.00 1.00 1.01 1.01 1.01 1.01
min 0.98 0.95 0.94 0.93 0.93 0.93
1.40% 2.7% 3.60% 4.00% 4.05% 4.01%
0 .02% 0.03% 0 . 10% 0.33% 0.39% 1.02%
ảng 2.6. Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm electron năng lượng 12 MeV
epth (cm) 2.6 3.74 4.38 4.86 5.28 5.86
max 1.01 1.01 1.01 1.00 1.01 1.01
nin 0.99 0.94 0.92 0.91 0.92 0.92
1.04% 3.31% 4.30% 4.70% 4.62% 4.55%
ảng 2.7. Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm electron năng lưựng 15 MeV •epth (cm) 2.5 4.57 5.52 6.15 6.72 7.5 •max 1.01 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 'min 1.00 0.92 0.89 0.88 0.87 0.87 % 0.55% 4.06% 6.03% 6 .68% 6.87% 7.13% 0.17% 0 .21% 0. 11% -0.09% 0 . 10% 0.08%
1). Theo kết quả thực nghiệm từ Bảng 2.2 và Bảng 2.3 hệ sổ bằng phẳng là 1,66% và 60% đổi với chùm photon năng lượng 6M V và 15 MV tương ứng, còn độ bất đối íng có gí trị cỡ 0,32% đối với 2 chùm bức xạ trên.
!). Đối với chùm electron trong cột 2 trong các Bảng 2.4 đén 2.7 tương ứng với liều sâu cực đại độ đồng đều lớn nhất là 1,8 % đối với chùm electron 6 MeVcòn độ )i xứng lớn nhất là 0,17% đổi với chùm electron 15 MeV.
4.2. X ác định các đặc trung năng lượng trong p h ổ năng lượng của chùm electron
' mảy gia tốc xạ
Do tương tác của chùm electron được gia tốc với vật liệu ở đầu ra của máy gia c cũng như tương tác của chùm electron với không khí từ đầu ra máy gia tốc đến bề ặt da của bệnh nhân nên chùm electron khi đến bề mặt da không phải là chùm đơn ng mà phổ của nó đã bị lệch về phía năng lượng thấp. Năng lượng trung bình và ng lượng có xác suất lớn nhất là 2 thông số quan trọng nhất trên phổ năng lượng a chùm electron dùng trong xạ trị. Các đặc trưng năng lượng trên được xác định •a vào các thông số quãng đường trên đường phân bổ liều theo chiều sâu. [7].
Chùm electron năng lượng có xác suất lớn nhất Ep,a được xác định theo công thức
|:
E p, , = C t + C 2R f + C 3R 2p (2.3)
lây Q = 0.22 MeV, c 2 = 1.98 M eV .cm '1. c 3 = 0.0025 MeV cm '2. còn Rp chính là iều sâu tại đó liều hấp thụ do electron gây ra bằng không, coi như là quãne chạy của ctron.
Công thức (2.3) đủng với chùm chiếu có kích thước trường chiếu lớn từ ) x l 0cm2 trở lên.
Năng lượng trung bình Ẽữ của chùm electron tại bề mặt của phantom được íc định dựa vào chiều sâu R 50 tại đó liều hấp thụ bằng 50% liều hấp thụ cực đại. rong [7] đưa ra công thức bán thực nghiệm xác định năng lượng trung bình của lùm electron theo R50 theo công thức sau:
Eữ — C4R50 (2.4)
đây C4 = 2.33 MeV.cm*1.
Công thức (2.3) đúng với trường chiếu rộng và phù họp với chùm electron ) năng lượng từ 5 MeV đến 35 MeV, khoảng cách từ bia đến phantom 100cm.
Đồ thị trên Hình 2.9 đưa ra cách xác thông số Rp và R50 dựa vào đường cong lân bố liều tương đối theo chiều sâu. Thực nghiệm đã tiến hành xác định các thông I chiều sâu đặc trưng của các chùm electron. Ket quả được ra trong Bảng 2.8. s ổ liệu rợc lấy trung bình từ các chùm có trường chiếu khác nhau. Trong Bảng số 2.8 cũng ra ra số liệu kiểm tra chất lượng của máy gia tốc electron Primus-Siemens cũng lủng loại với máy gia tốc tại Bệnh viện K.
Depth in water
Hình 2.9. Đường cong phân bố liều tương đối theo chiều sâu trong phantom nước: Dm là liều cực đại;Rioo là chiều sâu ứng với liều
cực đại, R-85 là chiều sâu ứng với liều bằng 80% liều cực đại; R50 là chiều sâu ứng với liều bàng 50% liều cực đại; Rp là quãng chạy thực của electron [7].
Kết quả [8] là giá trị trung bình được lấy trung bình trong các kỳ kiểm tra ất lượng trong các năm 2005 và 2006. Trong phạm vi sai số nhỏ hơn 2%, kết quả h toán và thực nghiệm phù hợp nhau.
Từ số liệu trong B ảng 2 .8 theo cô n g thức (2 .3 ) và (2 .4 ) đã tiến hành xác định các năng lượng c ó xác ỉt lớn nhất và năng lư ợ n g trung bình cùa các chùm electron đang được dùng trong xạ trị tại Bệnh viện K. ng 2.9 đưa ra giá trị cùa các năng lượng đặc trưng của chùm electron đang sử dụng ở Bệnh viện K.
Bảng 2.8. Các thông số chiều sâu đặc trung của chùm electron từ máy gia tốc
[ trị tạ i Bệnh viện Kí • • •
Các thông sô chiêu sâu đặc trưng của elctron
Đê tài Từ tài liệu [8]
Chùm electron năng lượng 6 MeV
dmax(cm) 1,37 ± 0 ,1 8 1,3
R50(cm) 2,42 ± 0,12 2,38
Rp(cm) 2,95. ±0,21 2,93
Cliùm electron năng lượng 9 MeV
dmax(cm) 2,05 ± 0,15 2,0
R50(cm) 3,64 ± 0 ,1 2 3,59
Rp(cm) 4,45 ± 0 ,1 5 4,38
Chùm electron năng lượng 12MeV
drnax(cm) 2,41 ± 0 ,2 6 2,6
R5ũ(cm) 4,85 ± 0 ,1 5 4,86
Rp(cm) 5,82 ± 0 ,1 8 5,87
Chùm electron năng lượng 15 M eV
dmax(cm) 2,53 ± 0,25 2,6
R50(cm) 5 , 9 5 ± 0 , 2 4 6,13
Trong phạm vi sai sổ nhỏ hơn 1,5% ( đối với chùm electron 12 MeV) năng ợng có xác suất lớn nhất, trùng với năng lượng mặc định của các chùm electron ơng ứng. Theo qui định của IAEA [7,8,9] độ chính xác khi xác định năng lượng lông nhỏ hơn 2 %.
íng 2.9. Các năng lượng đặc trưng của chùm electron phát ra từ máy gia tốc ‘imus-Siemens dùng trong xạ trị tại Bệnh viện K
ỉăng lượng đặc -ưng
6 MeV 9 MeV 12MeV 15 MeV
Ep,0 (MeV) 5,64 ± 0,08 8,48 ± 0,02 11,3 ± 0,12 13,97 ± 0,20 Ẽ0 (MeV) 6,09 ± 0 ,1 2 9,07 ± 0,05 11,82 ± 0,15 14,99 ± 0,15 s * »
>. Xác định liêu hâp thụ băng vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Cu,P
Đe sử dụng vật liệu nhiệt huỳnh quang trong đo liều bức xạ trong y tế phải on những vật liệu tương đương mô có độ nhạy phụ thuộc nhiệt huỳnh quang cao ư C a S 0 4 và CaF. LiF:Mg,Cu,P. Tuy nhièn đề tài đã chế tạo 3 detector nhiệt huỳnh ang bằng 3 vật liệu trên. Tiến hành chiếu 3 detector trên bằng các chùm photon và ctron năng lượng 6 M V và 15 MeVchùm với các liều chiếu lOmGy sau đó tiến ih đo tín hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo trên hệ đo RGD-3A của Viện Khảo cổ 3. Kết quả cho thấy chỉ có tín hiệu nhiệt huỳnh quang của detector được làm bằng
liệu LiF:Mg,Cu,P phát ra. Đề tài đã chọn vật liệu LiF:Mg,Cu,P làm detector đo
J bức xạ. Theo [13,14] đối với các chùm bức xạ photon và electron năng lượng từ MeV trờ xuống, vùng tuyến tính của LiF:Mg,Cu,Pcó thể lên đển 10-15Gy.
+ Vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Cu,P được chế tạo thành các deteector ệt huỳnh quang để đo lieu gamma và anpha. Trên Hình 2.10 là dạng 4 detector ệt huỳnh quang được chiếu bằng nguồn phóng xạ Am-241 tại Phòng thí nghiệm và : định niên đại - Viện khảo cổ học Việt Nam với các khoảng thời gian định trước i giờ 10 giờ, 15 giờ và 25 giờ.
Hình 2.10. Đĩa chứa túi màng mỏng đựng bột LiF:Mg,Cu,P
Các mẫu bột nhiệt huỳnh quang sau khi chiếu xạ sẽ được để phơi 1 ngày nhằm i bỏ các nguồn phóng xạ thứ sinh và các mức năng lượng nông trong mẫu. Sau đó, được đo trên hệ đo RGD-3A với tốc độ gia nhiệt là 6°/s. Phổ nhiệt huỳnh quang I các mẫu bột LiF:Mg,Cu,P với các mức liều chuẩn tương ứng được chỉ trên Hình
1.
Nhiệt độ
--- M1 --- M2 --- M3 --- M4
ih 2.11. Phổ nhiệt huỳnh quang của các mẫu bột LiF:Mg,Cu.P với các mức liều chuẩn đo được với tốc độ gia nhiệt 6°c/s trên hệ đo RGD-3A
Trong hình trên các đường phổ M l, M2, M3 và M4 của đềtectơ nhiệt huỳnh .ng sẽ tương đương với các mức liều chiếu chuẩn là 5mGy, lOmGy, 15mGy và nGy. Trong đó, trục đứng là giá trị số đếm nhiệt huỳnh quang, trục ngang là các
trị nhiệt độ kích thích đềtectơ nhiệt huỳnh quang.
Trong vùng nhiệt độ quan tâm của loại vật liệu LiF:Mg,Cu,P (từ 130°c đến I°C) phổ nhiệt huỳnh quang đo trên các mẫu gốm chỉ có một đỉnh rõ nét trong .m vi nhiệt độ từ 160°c đến 220°c. Trong khi đó ở mẫu chuẩn còn thấy xuất hiện t đỉnh tương ứng với nhiệt độ thấp hơn nhưng lại không rõ ràng và có hình dạng »ng ổn định đối với tất cả các mẫu. Kết quả thực nghiệm này cho thấy, trong thí liệm này đã có sự thất thoát tín hiệu nhiệt huỳnh quang tương ứng ở vùng nhiệt độ 3 do đã phơi mẫu một thời gian dài. Từ đo, thấy rằng để có thể nhận được kết quả ih xác hơn khi tính toán suất liều bức xạ anpha hằng năm trong mẫu gốm chúng lựa chọn giải pháp tách đỉnh trong phổ mẫu chuẩn và xây dựng đường chuẩn liều
với đỉnh nhiệt độ cao.
So dem
ìh 3.10: Đường chuẩn liều theo tín hiệu nhiệt huỳnh quang xây dựng bằng phương pháp tách đỉnh phổ
Tương tự đã tiến hành tạo các detector nhiệt huỳnh quang từ vật liệu r:Mn,Cu,P đã được chiếu dưới chùm gamma phát ra từ máy xạ trị 60Co tại Bệnh n K. Kết quả thực nghiệm chỉ ra trong vùng liều nhỏ hơn 2 Gy số đếm nhiệt huỳnh mg trong vùng nhiệt độ từ 160° đến 240° số đếm nhiệt huỳnh quang Y(số đếm) và i hấp thụ X (mGy) liên hệ tuyến tính nhau:
Y = 82,886 x ± 6424,2
hư vậy có thể sử dụng vật liệu LiF:Mg,Cu,P để đo liều chiếu do cả bức xạ photon, : xạ anpha và electron gây ra. Đề tài đã tiến hành chọn vật liệu LiF:Mg,Cu,P làm ector đối tượng chiếu mẫu phục vụ cho việc chuẩn liều chùm bức xạ dùng trong xạ Với các mẫu LiF:Mg,Cu,P được chế tạo như Hình 2.9 đã tiến hành chiếu bằng im bức xạ photon năng lượng 6 MV và chùm electron năng lượng 15 MeV với liều ếu lOmGy và 20mGy sau đó đo tin hiệu nhiệt huỳnh quang trên hệ đo đo RGD-3A. t quả cho thấy tỷ số tín hiệu nhiệt huỳnh quang tỷ lệ với liều chiếu. Như vậy có thể dụng vật liệu LiF:Mg,Cu,P để đo liều chiếu do cả bức xạ photon, bức xạ anpha và :tron gây ra.
iưong 3. Phản ứng quang hạt nhân
. Cơ chế của phản ứng quang hạt nhân .1. K hái niêm chung
P h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n là p h ả n ứ n g h ạ t n h â n x ả y r a d ư ố i tá c n g c ủ a b ứ c x ạ , h a y lư ợ n g t ử g a m m a . X é t p h ả n ứ n g h ạ t n h â n : B + b t r o n g đó h ạ t tớ i a là lư ợ n g t ử g a m m a p h ả n ứ n g h ạ t n h â n t r ê n ’Ợc gọi l à p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n . C ác lư ợ n g t ử g a m m a có được s i n h r a t ừ các n g u ồ n p h ó n g x ạ, t r o n g h ạ t n h â n co n t ạ o t h à n h ở t r ạ n g t h á i k íc h t h í c h , k h i t r ở v ề t r ạ n g t h á i cơ n p h á t r a các b ứ c x ạ h a y lư ợ n g t ử g a m m a . B ức x ạ g a m m a p h á t r a t ừ các ng vị p h ó n g x ạ có p h ổ g i á n đ o ạ n v à h o à n t o à n x ác đ ị n h , t u y n h i ê n có ược đ iể m t h ô n g lư ợ n g c ủ a c h ù m tới n h ỏ , n ă n g lư ợ n g c ủ a b ứ c x ạ g a m m a n g lư ợ n g n h ỏ , k h ô n g q u á lOMeV.
Đ ể có được c h ù m b ứ c x ạ tới có t h ô n g lư ợ n g lớn, t r o n g t h ự c t ế n g ư ờ i t a •íòng d ù n g c h ù m b ứ c x ạ h ã m s i n h r a k h i các e l e c t r o n được g ia tốc t ư ơ n g : với các b ia n ặ n g . Đ ặ c đ i ể m c ủ a c h ù m b ứ c x ạ h ã m l à p h ổ b ứ c x ạ h ã m là ổ li ê n tụ c , t h ô n g lư ợ n g lớn. N ă n g lư ợ n g cực đ ạ i c ủ a b ứ c x ạ h ã m b ằ n g tig lư ợ n g c ủ a c h ù m h ạ t t í c h đ iệ n được g ia tốc, vì v ậ y có t h ể t ạ o r a c h ù m : x ạ h ã m có t h ô n g lư ợ n g lớn v à n ă n g lư ợ n g có t h ể l ê n tới h à n g t r ă m
Đ ể g iả t h í c h p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n t a d ự a v à o m ẫ u h ấ p t h ụ Dton. M ẫ u p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n đ ề c ấ p đ ế n cơ c h ế p h ả n ứ n g h ạ t ân k h á c n h a u b a o g ồ m q u á t r ì n h k íc h t h í c h q u a n g h ạ t n h â n b a n đ ầ u , v à p h â n r ã t i ế p t h e o c ủ a h ạ t n h â n k íc h t h í c h b ằ n g c á c h p h á t r a các h ạ t v à g a m m a . .2. Đ ặc đ iểm củ a q u a n g h ạ t n h â n T ù y t h e o n ă n g l ư ợ n g g a m m a tới p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n d ẫ n tớ i
ìC phát xạ ra các hạt khác nhau n h ư p h á t x ạ n ơ t r o n , p r o t o n h o ặ c c á c lo ạ i
t k h á c , đó là cá c p h ả n ứ n g (y,n), (y,2n), (y,xn), (y,p), (y,pn) (y,f). Đ â y là các ả n ứ n g n g ư ỡ n g vì v ậ y c ầ n p h ả i có các c h ù m p h o t o n có n ă n g lư ợ n g đ ủ lớn g â y p h ả n ứ n g . C ũ n g n h ư các p h ả n ứ n g h ạ t n h â n d ư ới t á c d ụ n g c ủ a các t tí c h đ iệ n v à n ơ t r o n , p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n p h ụ t h u ộ c m ạ n h v ào n g lư ợ n g c ủ a c h ù m lư ợ n g t ử g a m m a tới. Đối vói các p h ả n ứ n g q u a n g t n h â n , d ư ớ i t á c d ụ n g c ủ a c h ù m lư ợ n g t ử g a m m a có n ă n g lư ợ n g dưới MeV, có đ ặ c đ i ể m s a u :
T ư ơ n g t á c đ i ệ n t ừ y ế u h ơ n t ư ơ n g tá c h ạ t n h â n cỡ 3 bậc.
C ác q u á t r ì n h t ư ơ n g t á c g iữ a lư ợ n g t ử g a m m a v à h ạ t n h â n có cư ờ n g độ n h ỏ h ơ n c ác lo ại t ư ơ n g t á c h ạ t n h â n k h á c .
Với c ù n g n ă n g lượng, bước s ó n g c ủ a lư ợ n g t ử g a m m a lớn h ơ n n h i ề u bước s ó n g c ủ a n u c le o n . Bước s ó n g c ủ a lư ợ n g t ử g a m m a v à c ủ a n u c le o n được x á c đ ị n h t h e o cô n g th ứ c s a u :
4 5 10~13
Ằ N=— Y = L -(cm ) (3.1)
n g đó Xỵ, X N, E r , E N l ầ n lư ợ t là bước s ó n g c ủ a lư ợ n g t ử g a m m a , bước s ó n g I n u c le o n , n ă n g l ư ợ n g c ủ a lư ợ n g t ử g a m m a v à n ă n g lư ợ n g c ủ a n u c le o n tag ứ n g . T ừ b i ể u t h ứ c (3.1) n h ậ n th ấ y : đ ể có bư ớc s ó n g n h ỏ cỡ k íc h th ư ớ c ; n h â n , các n u c l e o n có có n ă n g lư ợ n g l M e V , c ò n lư ợ n g t ử g a m m a p h ả i có Ìg lư ợ n g 30 M eV .
3. Phản ứng quang hạt nhân sinh nhiều hạt
ỉn H ì n h 3.1 b i ể u d i ễ n m ố i liê n h ệ g iữ a t i ế t d i ệ n p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t ìn v à n ă n g lư ợ n g c ủ a p h o t o n [1, 4,5], T r o n g v ù n g I n ă n g lư ợ n g p h o t o n ỉi n g ư ỡ n g c ủ a p h ả n ứ n g (y,n) do đó c h ỉ có các t á n x ạ đ à n h ồ i v à k h ô n g
n h ồ i c ủ a p h o t o n , đ ư ờ n g c o n g t i ế t d i ệ n đôi k h i các cực đ ạ i l à do s ự d ịch u y ể n g iữ a các m ứ c c ủ a h ạ t n h â n b ia . T r o n g v ù n g II các m ứ c n ă n g lư ợ n g n cò n t á c h rời n h a u đ i ề u n à y t h ể h i ệ n t r o n g c ấ u t r ú c t i n h tê c ủ a t i ế t Ịn. V ù n g I I I t ư ơ n g ứ n g với s ự c h ồ n g c h ậ p các m ứ c c ủ a h ạ t n h â n hợp l ần. T r o n g v ù n g n à y t i ế t d i ệ n p h ả n ứ n g q u a n g h ạ t n h â n đ ạ t cực đ ạ i rộ n g d ạ n g h ì n h g a u s s được gọi là cộ n g h ư ở n g k h ổ n g lồ ( g i a n t r e s o n a n c e ) với n g lư ợ n g p h o t o n x ấ p xỉ t ừ 5 đ ế n 35 M eV . T i ế t d i ệ n đ ạ t cực đ ạ i ở v ù n g cỡ M eV đối với h ạ t n h â n n h ẹ n h ấ t v à cỡ 12 M e V đõi với các h ạ t n h â n n ặ n g ấ t. V ù n g IV với p h o t o n n ă n g lư ợ n g h à n g t r ă m M e V đ â y là v ù n g x ả y r a 2 h i ệ u ứ n g p h ứ c t ạ p n h ư h i ệ u ứ n g q u a s i - d e u t r o n , p h á t x ạ các