L ỜI CẢM ƠN
3.2.2 Kết quả phân bố liều theo chiều chùm tia quét
Hình 3.20: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0,54g/cm3 tại tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt
Hình 3.21 : Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0,68g/cm3 tại tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt
B: Tại tâm ModeRTL 2.6 C: Tại biên ModeRTL 2.6
D: Tại tâm thực nghiệm
E: Tại biên thực nghiệm
B: Tại tâm ModeRTL 2.6 C: Tại biên ModeRTL 2.6
D: Tại tâm thực nghiệm
E: Tại biên thực nghiệm
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 0.68 B C D E cm kGy
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 B C cm kGy 0,24 15 20 kGy 0,37
Kết quả phân bố liều theo chiều chùm tia quét được cho trong Phụ lục 7 và đồ thị trong các Hình từ Hình 3.22 đến 3.27.
Hình 3.23: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0,24g/cm3
B: mặt trên C: mặt dưới
Hình 3.22: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0,17g/cm3
B: mặt trên C: mặt dưới
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 B C cm kGy 0,46 15 20 kGy 0.54
Hình 3.24: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0,37g/cm3
Hình 3.25: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0,46g/cm3
B: mặt trên C: mặt dưới
B: mặt trên C: mặt dưới
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 B C cm kGy 0.68 3.2.3 Hệ số bất đồng đều liều
Hình 3.27: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0,68g/cm3 Hình 3.26: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng trọng 0,54g/cm3
B: mặt trên C: mặt dưới
B: mặt trên C: mặt dưới
0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 30 Dmax/Dmin B C D E F G cm
Từ kết quả phân bố liều theo chiều sâu trong trường hợp chiếu xạ một mặt và hai mặt, chúng tơi xác định được hệ số bất đồng đều liều tương ứng với từng tỷ trọng được cho trong Phụ lục 8 và các đồ thị trong các Hình 3.28, 3.29.
3.2.4 Kết luận 0 0 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 25 30 35 Dmax/Dmin B C D E F G cm
Hình 3.28: Hệ số bất đồng đều liều tương ứng với các tỷ trọng, chiếu xạ một mặt
Hình 3.29: Hệ số bất đồng đều liều tương ứng với các tỷ trọng, chiếu xạ hai mặt
B: 0,17g/cm3 C: 0,24g/cm3 D: 0,37g/cm3 E: 0,46g/cm3 F: 0,54g/cm3 G: 0,68g/cm3 B: 0,17g/cm3 C: 0,24g/cm3 D: 0,37g/cm3 E: 0,46g/cm3 F: 0,54g/cm3 G: 0,68g/cm3
Kết quả phân bố liều theo chiều sâu và độ bất đồng đều liều tương ứng với các tỷ trọng trong trường hợp chiếu xạ một và hai mặt cho thấy: Hình dạng của các đường phân bố liều và đường biểu diễn tỷ số max:min trong cả hai trường hợp chiếu xạ thực nghiệm đều cĩ dạng giống như lý thuyết đã đưa ra ở Chương 1. Đồng thời kết quả đo liều ở các vị trí đặt liều kế chênh lệch khơng đáng kể (khơng quá 5%) so với kết quả tính bằng chương trình ModeRTL 2.6 [4].
Độ bất đồng đều liều tương ứng với từng tỷ trọng cho thấy: để thoả mãn điều kiện tỷ số max:min dưới 1,7; tương ứng với 6 tỷ trọng khảo sát (Phụ lục 5) chỉ cĩ 3/30 mặt hàng cĩ thể chiếu xạ một mặt và 6/30 mặt hàng cĩ thể chiếu xạ hai mặt trên thiết bị UELR-10-15S2.
Theo kết quả tính dựa trên chương trình ModeRTL 2.6 [4], để cĩ điều kiện tỷ số max:min dưới 1,7 thì chiều cao của thùng hàng phải thỏa mãn điều kiện sau:
+ Chiếu xạ một mặt: d(cm) < 4,125/ρ
+ Chiếu xạ hai mặt: d(cm) < 4,5/ρ và 8,1/ρ<d(cm)<9,2/ρ
Chiều cao giới hạn của thùng hàng kết hợp so sánh kết quả thực nghiệm và tính tốn bằng ModeRTL 2.6được cho trong bảng 3.1 và bảng 3.2
Bảng 3.1: Chiều cao giới hạn của thùng hàng cĩ thể chiếu xạ trên thiết bị UELR- 10-15S2, chiếu xạ một mặt
Tỷ trọng (g/cm3)
Chiều dày giới hạn, chiếu xạ một mặt
Thực nghiệm Kết quả tính bằng ModeRTL 2.6[4]
0,17 ≤ 23,5cm ≤ 24,3cm 0,24 ≤ 17cm ≤ 17,2cm 0,37 ≤ 11cm ≤ 11,1cm 0,46 ≤ 9cm ≤ 9cm 0,54 ≤ 7cm ≤ 7,6cm 0.68 ≤ 6cm ≤ 6,1cm
Bảng 3.2: Chiều cao giới hạn của thùng hàng cĩ thể chiếu xạ trên
(3.2) (3.1)
thiết bị UELR-10-15S2, chiếu xạ hai mặt
Tỷ trọng (g/cm3)
Chiều dày giới hạn, chiếu xạ hai mặt
Thực nghiệm Kết quả tính bằng ModeRTL 2.6[4]
0,17 ≤ 25cm ≤ 26,5m 0,24 ≤ 18cm ≤ 18,8cm 0,37 ≤ 12,5cm hoặc 22,5cm ÷ 23,5cm ≤ 12,2cm hoặc 21,9cm ÷ 24,9cm 0,46 ≤ 9,5cm hoặc 17,5cm ÷ 19cm ≤ 9,8cm hoặc 17,8cm ÷ 20cm 0,54 ≤ 7,5cm hoặc 14,5cm ÷ 15,5cm ≤ 8,3cm hoặc 15cm ÷ 17cm 0.68 ≤ 6,5cm hoặc 12,5cm ÷ 13cm ≤ 6,61cm hoặc 11,9cm ÷ 13,5cm
Như vậy, chiều cao giới hạn của thùng hàng tương ứng với các tỷ trọng theo kết quả tính bằng phần mềm ModeRTL 2.6 và thực nghiệm khảo sát lệch nhau từ 1% ÷ 9%. Sự chênh lệch này là do trong thực nghiệm cĩ sai số của liều kế B3 (từ 5% đến 10% [21]), sai số trong vị trí đặt liều kế và sai số của quy trình sấy, sai số đọc liều trên máy quang phổ.
Kết quả phân bố liều theo chùm tia quét cho thấy phân bố liều theo chiều tia quét giảm tại hai biên thùng hàng mặc dù các giả hàng đã được bọc một lớp carton dày 0,3cm. Nguyên nhân là do một số điện tử thốt ra khỏi đối tượng làm giảm đĩng gĩp của chúng tại các vị trí định liều. Điều này cĩ thể giải thích như sau: xét hai vị trí (1) và (2) trong thùng hàng cĩ cùng độ sâu, như Hình 3.30. Giả sử liều tại mỗi vị trí sâu trong thùng hàng đều được đĩng gĩp bởi 3 điện tử kế cận (điểm (2) được đĩng gĩp bởi 3 điện tử: 1,2,3) cịn tại các điểm sát biên (điểm 1) chỉ được đĩng gĩp bởi 2 điện tử: 4 và 5 (điện tử 6 đi xuyên qua thùng hàng) cho nên liều tại vị trí (1) thấp hơn các vị khác cùng độ sâu trong thùng hàng.
Hình 3.30: Sự đĩng gĩp liều của điện tử trong vật chất
Để khắc phục hiện tượng giảm liều tại biên cần phải bao bọc các giả hàng bằng lớp carton dày hơn hay lớp gỗ ép tỷ trọng 0,68g/cm3 cĩ bề dày thích hợp. Kết quả khảo sát liều bề mặt tương ứng với giả hàng tỷ trọng 0,46g/cm3, khơng bao bọc và bao bọc bằng lớp gỗ ép tỷ trọng 0,68g/cm3
dày 0,3cm; 1cm được cho trong Phụ lục 9 và đồ thị Hình 3.31.
Hình 3.31: Liều bề mặt tương ứng với giả hàng tỷ trọng 0,46g/cm3 khi thay đổi bề dày lớp gỗ ép
B: khơng bao C: bao gỗ dày 0,3cm D: bao gỗ dày 1cm 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 B C D cm kGy
Như vậy, khi bao bọc sản phẩm bằng lớp gỗ ép cĩ tỷ trọng 0,68g/cm3 dày 0,3cm đã hạn chế được hiện tượng giảm liều tại biên. Nếu bao bọc dày quá thì cĩ hiện tượng tăng liều tại biên do các điện tử đĩng gĩp nhiều hơn ở biên.
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết quả đạt được
Qua một quá trình dài nghiên cứu và cơng tác thực nghiệm của tác giả, cuối cùng đề tài “ Khảo sát phân bố liều trong hàng chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2” đã được hồn thành đúng thời hạn và đạt được những kết quả như sau:
- Xác định được điều kiện ổn định màu cho liều kế phim B3 để cho kết quả đọc liều chính xác và ổn định. Đây là loại liều kế phim mới được nhập về trung tâm VINAGAMMA để xác định liều trong hàng chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2.Kết quả cho thấy liều kế sau khi được chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 được sấy ở nhiệt độ 650C ± 30C, từ 5 phút đến 20 phút thì liều kế thể hiện tốt trên máy quang phổ hệ GENESYS 20. Sau khi sấy liều kế vẫn ổn định sau 3 tháng lưu ở nhiệt độ phịng và tránh ánh sáng mặt trời.
- Xác định được năng lượng của chùm tia điện tử, kết quả được cho trong bảng 4.1. Kết quả thực nghiệm kết hợp so sánh với một máy gia tốc chuẩn năng lượng 10MeV[21] cho thấy rằng năng lượng của chùm tia điện tử đạt yêu cầu đặc tính kỹ thuật của thiết bị UELR-10-15S2.
Bảng 4.1: Năng lượng cĩ xác suất cực đại và năng lượng trung bình của máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2
Năng lượng Monte Carlo Bán thực nghiệm
Ea 9,57 ± 0,12MeV 9,61 ± 0,12MeV
Ep 9,37± 0,2MeV 10,12 ± 0,2MeV
- Xác định được độ rộng quét cực đại của chùm tia quét là 40cm.
- Xác định được đường phân bố liều theo chiều sâu tại tâm và tại biên, phân bố liều theo chiều chùm tia quét, hệ số bất đồng đều liều theo chiều sâu trong trường hợp chiếu xạ một mặt và hai mặt, tương ứng với các giả hàng cĩ tỷ trọng 0,17g/cm3
xác định được chiều cao giới hạn của thùng hàng tương ứng với các tỷ trọng cĩ thể chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2.
- So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả tính bằng phần mềm ModeRTL 2.6 [4] cho thấy chiều cao giới hạn của thùng hàng chiếu xạ sai số từ 1%-9%.
- Xác định được bề dày của lớp gỗ tỷ trọng 0,68g/cm3 bao bọc sản phẩm để hạn chế hiện tượng giảm liều tại biên là 0,3cm.
4.2 Kiến nghị
Các kết quả thực nghiệm cho thấy năng lượng của thiết bị UELR-10-15S2 đạt yêu cầu của trung tâm VINAGAMMA để chiếu xạ cơng nghiệp. Tuy nhiên chiều rộng quét cịn giới hạn, do đĩ cần mở rộng chùm tia quét tiến gần đến độ rộng quét 60cm để cĩ thể chiếu được các hàng cĩ kích thước lớn hơn.
Chiếu xạ bằng máy gia tốc rất phức tạp địi hỏi nhân viên vận hành nắm rõ điều kiện cần thiết về mật độ hàng hĩa, kích thước bao gĩi cũng như các chế độ chiếu xạ thích hợp để thỏa mãn điều kiện Dmax/Dmin ≤ 1,7. Đối các mặt hàng khơng chiếu được trực tiếp thì phải thay đổi kích thước thùng hàng.
Đề tài cũng cho thấy trong thực tế chiếu xạ, ngồi chiều dày và mật độ sản phẩm quyết định đến tỷ số max:min, thì hiệu ứng liều giảm tại biên thùng hàng chiếu xạ cũng làm cho tỷ số max:min tăng lên đáng kể. Do vậy, cần tăng chiều rộng của thùng hàng chiếu xạ bằng việc tận dụng hết bề rộng băng chuyền để sắp xếp các thùng hàng cĩ kích thước cố định làm giảm hiệu ứng biên. Nếu khơng thể khắc phục được hiệu ứng biên thì cần phải bọc thùng hàng bằng lớp gỗ ép tỷ trọng 0,68g/cm3, dày 0,3cm.
Với các kết quả nhận được, đề tài cĩ thể xem như là một tài liệu tham khảo cho nhân viên vận hành trong quá trình chiếu xạ bằng máy gia tốc và xác định liều cho hàng chiếu xạ. Đồng thời cũng là cơ sở khuyến cáo khách hàng nên đĩng gĩi kích thước thùng hàng như thế nào để xử lý hiệu quả nhất.
4.3 Hướng phát triển của đề tài
Đề tài thực hiện khảo sát phân bố liều trong 6 giả hàng tương ứng với 6 nhĩm tỷ trọng được chiếu xạ nhiều ở trung tâm VINAGAMMA, các giả hàng được chọn cĩ dạng hình hộp chữ nhật và cĩ sự phân bố vật chất đồng đều. Đồng thời tại thời điểm khảo sát độ rộng cực đại của chùm tia quét chỉ giới hạn trong khoảng 40cm, do dĩ khi độ rộng chùm tia quét được nâng lên cần phải khảo sát phân bố liều đối với nhiều loại tỷ trọng hàng cĩ thể chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử, để hồn thiện bản đồ liều phục vụ cơng tác chiếu xạ bằng máy gia tốc.
Ngồi ra, cĩ nhiều mặt hàng trên thị trường bao gĩi theo nhiều quy cách khác nhau như: thịt cuộn trịn hay trái cây xuất khẩu, đặc biệt là trái Thanh long. Hay cĩ những loại hàng cĩ mật độ biến thiên đáng kể như gia cầm cịn xương. Trong các trường hợp này phân bố liều trong sản phẩm sẽ phức tạp hơn. Do đĩ, cĩ thể mở rộng đề tài tính phân bố liều cho các dạng hình học khác, khơng những để mở rộng quy mơ chiếu xạ bằng chùm tia điện tử tại trung tâm VINAGAMMA mà cịn giải quyết nhu cầu chiếu xạ đang tăng cao trên thị trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. PGS.TS. Mai Văn Nhơn (2001),Vật lý hạt nhân đại cương , Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.
2. PGS.TS. Ngơ Quang Huy (2006), Cơ sở vật lý hạt nhân, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
3. TS Nguyễn Đơng Sơn (2009), Giáo trình Ứng dụng bức xạ ion hĩa và kỹ thuật hạt nhân trong Y tế.
4. Nhĩm nghiên cứu TT Nghiên cứu và triển khai CNBX TP HCM (2008), Sử dụng chương trình ModeRTL 2.6 và MCNP4C để tính tốn phân bố liều trong hàng chiếu xạ với các tỷ trọng khác nhau trên máy gia tốc UERL-10-15T, Đề tài cấp cơ sở.
5. PGS.TS. Trần Đức Thiệp (2002), Máy gia tốc, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội
Tiếng Anh
6. Atef. A. Abdel – Fattah, Arne Miller (1995), Temperature, humidtry and time. Combined effects on radiochromic film dosimeters, Radiat. Phys. Chem. Vol.47, No.4, pp.611-621,1996.
7. Azam Niroomand-Rad, Chair Charles R. Blackwell, Bert M. Coursey,Kenneth P. Gall, James M. Galvin, William L. McLaughlin, Ali S. Meigooni, Ravinder Nath, James E. Rodgers, Christopher G. Soares (1998), Radiochromic Film Dosimetry, AAPM Report No. 63.
8. Christopher G. Soares (2007), Radiochromic film dosimetry, Radiation Measurements 41 (2007) S100–S116.
9. GEX corporation (2007), GEX Recommended Procedure.
10. H.W. Choi, H.J. Woo, J.H. Park,G.H. Lee, G.D. Kim, J.K. Kim, W. Hong, C.H. Eum (2007), Low energy ion beam monitoring system by dosimetry film and
particle induced X-ray, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 261 (2007) 102–105.
11. IAEA(4/2001), Standardized methods to verify absorbed dose inirradiated food for insect control, IAEA-TECDOC-1201.
12. ICRU Report 35 (1984), Radiation dosimetry: Electron beams with energies between 1 and 50 MeV.
13. ISO/ASTM 51649 – 2005, Standard practice for Dosimetry in an Electron beam facility for radiation processing at energies between 300keV and 25MeV.
14. ISO/ASTM Standard Practice 51275, Standard Practice for Use of a
Radiochromic Film Dosimetry System.
15. ISO/ASTM Standard Guide 51261, Standard Guide for Selection and
Calibration of Dosimetry Systems for Radiation Processing. NPL Report CIRM 29; Guidelines for the Calibration of Dosimeters for Use in Radiation Processing.
16. John J. Livingood, Ph.D (1960), Principles of cyclic particle accelerators, D, Van Nostrand Company, INC.
17. Martin J. Butson, Peter K.N. Yu, Tsang Cheung, Peter Metcalfe (2003),
Radiochromic film for medical radiation dosimetry, 61-120.
18. M. Bazioglou, J. Kalef-Ezra (2001), Dosimetry with radiochromic films:a document scanner technique, neutron response, applications, Applied Radiation and Isotopes 55 (2001) 339–345.
19. Miller et al (1998), A New Radiochromic Thin Film Dosimeter System, Radiation Physics and Chemistry Volume 31 pp. 491-496.
20.Peter Sharpe and Arne Miller (2005), Guidelines for the Calibration of Dosimeters for use in Radiation Processing, , Report CIRM 29.
21.R. B. Miller (2005), Electronic Irradiation of Food, An Introduction to the Technology, Springer, New Mexico.
22.S.H.Kim, H.R.Yang, S.D.Jang, S.J.Park, M.Cho, W.Namkung, J. S. Oh, K.O.Lee and K.H.Chung (2003), Commissioning of L-Band intense electron accelerator for irradiation applications, Proceedings of IPAC’10, Kyoto, Japan.
Trang web
23. http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_particle_accelerator
24. http://www.gexcorporation.com/ 25. http://www.iaxtech.com/TN1.html 26. http://www.VINAGAMMA.com.vn/
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Kết quả đọc liều của liều kế B3000 để khảo sát điều kiện ổn định màu cho liều kế
Liều 3,8kGy Thời gian sấy (phút) 0 5 10 15 20 25 30 35 600C 2,9 3,7 3,7 3,8 3,9 3,9 3,9 3,9 650C 3,1 3,8 3,9 3,9 3,9 3,9 4,0 4,0 700C 3,1 3,9 3,9 3,9 3,8 3,7 3,7 3,7 750C 3,0 3,7 3,7 3,7 3,6 3,6 3,6 3,4 Liều 10,2 kGy Thời gian sấy (phút) 0 5 10 15 20 25 30 35 600C 6,8 7,8 8,5 8,6 9,1 9,1 9,3 9,3 650C 7,3 10 10,1 9,9 10,0 10,1 10,2 9,9