3.1 Một số nhìn nhận chung [7]
Thanh long Việt Nam bước đầu đã tạo được thương hiệu trên thị trường quốc tế và cĩ nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai. Thanh long được tiêu thụ chủ yếu tại thị trường Châu Á, chiếm tỷ trọng trên 80%, nhiều nhất là Đài Loan, kế tiếp là Hồng Kơng, Thái lan, Malaysia, Singapore, Trung Quốc. Thị trường Châu Âu, Châu Mỹ chiếm tỷ trọng nhỏ và chủ yếu là thị trường Hà Lan, thị trường Hoa Kỳ.
Để đẩy mạnh xuất khẩu sang thị trường Hoa Kỳ - một thị trường lớn và cĩ nhu cầu ổn định,
thanh long Việt Nam cịn gặp nhiều khĩ khăn, thách thức. Do xa cách về địa lý, nếu vận chuyển
bằng đường biển phải mất ít nhất 25 ngày hàng mới tới nơi. Khi sang đến Hoa Kỳ, các lơ hàng sẽ phải được kiểm tra chất lượng an tồn vệ sinh thực phẩm trước khi tiêu thụ. Mặc dù Cơ quan Kiểm dịch động thực vật Hoa Kỳ (APHIS) về cơ bản đã chấp nhận quy trình sản xuất thanh long cĩ chứng chỉ chất lượng tiêu chuẩn châu Âu (EUREP GAP), nhưng trái cây thanh long Việt Nam muốn vào được thị trường Hoa Kỳ cịn phải đáp ứng các yêu cầu khác như quy trình đĩng gĩi, xuất xứ hàng hĩa và phải được chiếu xạ để vơ hiệu hĩa ruồi đục quả và rệp sáp.
Hiện nay, thanh long Bình Thuận đang được trồng theo tiêu chuẩn VietGAP; EuroGAP và GlobalGAP. Thanh long được thu hái theo tiêu chuẩn kỹ thuật cao, được cắt khỏi cành và cho vào khay nhựa để vận chuyển đến các cơ sở chế biến, được rửa bằng nước Ơzơn, được phân loại kỹ càng, được đĩng gĩi vào thùng carton theo tiêu chuẩn quốc tế, được vận chuyển bằng xe lạnh đến cơ sở chiếu xạ theo quy trình kỹ thuật chuyên ngành.
Xuất phát từ thực tiễn trên, cần phải cĩ đề tài nghiên cứu khoa học về phân bố liều chiếu xạ áp dụng trên trái thanh long để vừa đảm bảo điều kiện vệ sinh an tồn thực phẩm, chất lượng sản phẩm sau khi chiếu xạ để khơng ảnh hưởng đến khâu bảo quản - tiêu thụ sản phẩm.
3.1.1 Mục đích – yêu cầu chung của chiếu xạ trái cây
Nhìn chung, chiếu xạ trái cây là kìm hãm quá trình tự chín, sự nảy mầm, tiêu diệt cơn trùng và kiểm sốt vi sinh. Qua đĩ, nhằm bảo quản trái cây sau thu hoạch trong khoảng thời gian dài vận chuyển từ vùng sản xuất tới nơi tiêu thụ, duy trì được hàm lượng vitamin và độ tươi của trái cây.
Khi chiếu xạ trái cây cần phải đảm bảo đươc các yêu cầu sau: - Áp dụng dải liều thấp (< 1 kGy)
- Độ bất đồng đều về liều: Dmax/Dmin ≤ 1,7 - Chiếu xạ trong điều kiện nhiệt độ thấp (< 10 0C) - Trái cây được bao gĩi kỹ trước khi chiếu xạ
- Quy trình chiếu xạ đảm bảo vệ sinh, khơng làm giảm phẩm chất của trái cây, khơng gây tác động nhiệt, khơng nhiễm vi khuẩn trong và sau khi đã chiếu xạ.
3.1.2 Các đặc điểm của trái Thanh long
Các đặc điểm của trái Thanh long ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chiếu xạ bằng máy gia tốc chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV. Khi nghiên cứu chiếu xạ Thanh long, ta phải biết đến các yếu tố về tỷ trọng khối, hình dạng và kích thước của nĩ để tính tốn những phương án chiếu xạ nhằm đáp ứng được các yêu cầu chung của chiếu xạ trái cây. Hình ảnh và các thơng số và của trái Thanh long cĩ ảnh hưởng đến chất lượng chiếu xạ được khảo sát thực tế và đưa ra trong bảng 3.1 và hình 3.1.
Bảng 3.1 Thơng số của
trái Thanh long
3.1.3 Khả năng xuyên sâu của chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV
Hiện nay, các thiết bị chiếu xạ được ứng dụng trong lĩnh vực thanh trùng, khử trùng thực phẩm và trái cây chủ yếu vẫn là dùng nguồn Co60 (phát gamma năng lượng 1173 keV và 1332 keV). Do khĩ khăn trong việc sản xuất và vận chuyển nguồn phĩng xạ nên xu hướng sử dụng máy gia tốc chùm tia điện tử trong chiếu xạ đang được phát triển. Với các máy gia tốc chùm tia điện tử IAEA đã quy định năng lượng cực đại 7,5 MeV nếu sử dụng bộ chuyển đổi tia X và 10 MeV nếu sử dụng trực tiếp chùm electron. Khả năng xuyên sâu của các chùm tia từ các thiết bị chiếu xạ được đưa ra
Thơng số Giá trị trung bình
Hình dạng ellipe
Tỷ trọng, g/cm3 0,97
Chiều rộng, cm 9,5
Chiều dài, cm 12
trong hình 3.2. Trong đĩ, khả năng xuyên sâu của chùm tia điện tử năng lượng10 MeV là thấp nhất, điều này gây khĩ khăn khi chiếu xạ thực phẩm cũng như trái cây.
Với tỷ trọng hàng chiếu xạ 1 g/cm3, chùm điện tử năng lượng 10 MeV chỉ cĩ thể xuyên tới độ dày tối đa 4,5 cm. Nếu chiếu xạ hai mặt thì hàng chiếu xạ cĩ chiều dày tối đa là 9 cm với tỷ trọng 1 g/cm3, điều này gây rất nhiều khĩ khăn vì khi các hàng chiếu xạ được bao gĩi thì chiều dày thường vượt quá chiều dày cực đại.
Để cĩ những nhận định ban đầu về khả năng tiến hành chiếu xạ Thanh long trên máy gia tốc chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV, thì việc khảo sát độ xuyên sâu của chùm tia trong vật chất cĩ tỷ trọng bằng tỷ trọng trái Thanh long (0,97 g/cm3) là rất cần thiết.
Hình 3.2 Độ xuyên sâu của một số chùm bức xạ [11]
Sử dụng phần mềm hỗ trợ RT-Office mà Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Cơng nghệ Bức xạ đã mua bản quyền để tính phân bố liều trong thùng hàng cùng tỷ trọng và bề dày cực đại của trái Thanh long, từ đĩ đưa ra nhận định về khả năng xuyên sâu của chùm điện tử. Kết quả tính tốn chiếu xạ hai mặt được đưa ra trong bảng 3.2.
Bảng 3.2 Tỷ lệ phân bố liều tính bằng ModeRTL
d (cm) R.Dose d (cm) R.Dose d (cm) R.Dose
0,24 0,75 3,56 0,88 6,89 0,98
0,71 0,79 4,04 0,69 7,36 0,92
1,19 0,83 4,51 0,53 7,84 0,87
R.Dose 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 2 4 6 8 10 d (cm ) R.D o s e 2,14 0,92 5,46 0,69 8,79 0,79 2,61 0,98 5,94 0,88 9,26 0,75
Độ bất đồng đều: Dmax/Dmin = 1,85, giá trị này rõ ràng lớn hơn giá trị cho phép (1,7). Để biết nguyên nhân dẫn tới độ bất đồng đều lớn ta biểu diễn giá trị trong bảng 3.2 dưới dạng đồ thị như trong hình 3.3.
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự phân bố liều
Từ đồ thị trong hình 3.3, độ bất đồng đều cao là do liều tại tâm thùng hàng thấp, điều này chứng tỏ chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV khơng xuyên qua độ dày bằng ½ chiều dày trái Thanh long. Hơn nữa, khi sử dụng ModeRTL để tính phân bố suất liều thì chương trình này chỉ hỗ trợ tính tốn với thùng hàng cĩ dạng hình hộp. Trong thực tế, khi chiếu xạ trái cây ta phải mơ tả chi tiết hình dạng của chúng mới phản ảnh đúng sự phân bố liều trên bề mặt cũng như bên trong. Vì vậy trong luận văn này đã khai thác chương trình MCNP cho việc tính tốn phân bố suất liều khi chiếu xạ Thanh long bằng hai đầu quét từ máy gia tốc chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV.
3.1.4 Mơ tính tốn suất liều bằng MCNP
Chùm điện tử phát ra từ máy gia tốc sẽ được sẽ được hai đầu quét bằng từ trường quét thành hai chùm tia đối ngược nhau với độ rộng 60 cm để chiếu xạ từ hai mặt. Tần số quét của mỗi chùm tia la 60 Hz, chùm tia điện tử được dịch chuyển một cách đều đặn theo chiều rộng của scanning horn. Hình ảnh chùm tia từ hai scanning được minh họa trong hình 3.4.
Hình 3.4 Hình ảnh chùm tia điện tử từ hai scanning horn
Chương trình MCNP chỉ cho phép tính tốn trong trạng thái tĩnh, trong trường hợp máy quét liên tục ta phải tính tốn liều tại các vị trí dừng. Với tần số quét 60 Hz trong chiều rộng 60 cm, ta phải di chuyển rất mịn gĩc quét các chùm tia. Như vậy tại mỗi vị trí tính liều ta phải tính với rất nhiều gĩc quét, sẽ gây tốn nhiều thời gian. Để khắc phục điều này, đề tài đã nghiên cứu và thiết lập một nguồn mặt đẳng hướng để thay thế cho tất cả các vị trí quét chùm tia.
Thanh long khi chiếu xạ được đặt trên băng tải và chuyển động với vận tốc 15 cm/s qua hai đầu quét. Đề tài cũng đã khảo sát và tính tốn khoảng cách từ đầu quét mà tại đĩ chùm điện tử đĩng gĩp liều. Qua tính tốn, tại vị trí cách đầu quét 10 cm theo chiều chuyển động của băng tải thì hàng chiếu xạ khơng chịu ảnh hưởng từ các chùm điện tử. Trong chương MCNP, để tính tốn suất liều đề tài đã sử dụng Taly F4 tính thơng lượng trung bình qua Cell, từ đĩ tính tốn hệ số chuyển đổi từ thơng lượng qua suất liều. Hệ số chuyển đổi được tính theo cơng thức
8 1 .10 pr EI D rad s R (3.1)
Trong đĩ E là năng lượng electron (MeV); I là mật độ dịng electron trên 1 đơn vị diện tích (mA cm2
); Rprlà một hàm theo năng lượng và được tính như sau: Nếu 0,01 MeV < E < 2,5 MeV thì Rpr=0,412 En
Với n = 1,265 – 0,0954 lnE
Nếu 2,5 MeV < E < 20 MeV thì Rpr= 0,53E – 0,106 3.2 Phân bố liều bề mặt
Mục đích tính phân bố liều trên bề mặt trái thanh long nhằm tiêu diệt trứng cơn trùng ẩn nấp ở các tai của vỏ trái thanh long. Trong trường hợp chỉ yêu cầu chiếu xạ bề mặt trái Thanh long, ta phải tính tốn suất liều phân bố tại tất cả các vị trí trên bề mặt như trong hình 3.5. Kết quả tính tốn bằng MCNP ứng với vận tốc băng chuyền 1 cm/s và cơng suất máy phát 1 kW. Với yêu cầu chiếu xạ ở dải liều thấp ta phải tăng tốc độ băng tải, trong trường hợp tốc độ băng tải vượt quá tốc độ cho phép ta phải giảm cơng suất nguồn phát để cĩ được dải liều thấp
Kết quả thu được sau khi xử lý file output của MCNP được trình bày trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả tính phân bố liều bề mặt
Điểm Liều (kGy) Sai số Điểm Liều (kGy) Sai số
1 31,33 0,05 13 31,33 0,05 2 32,76 0,05 14 32,76 0,05 3 32,43 0,05 15 32,43 0,05 4 33,28 0,05 16 33,28 0,05 5 36,10 0,05 17 36,10 0,05 6 48,36 0,05 18 48,36 0,05 7 76,56 0,04 19 76,56 0,04 8 48,36 0,05 20 48,36 0,05 9 36,10 0,05 21 36,10 0,05 10 33,28 0,05 22 33,28 0,05 11 32,43 0,05 23 32,43 0,05 12 32,76 0,05 24 32,76 0,05
Độ bất đồng đều: Dmax/Dmin = 2,44
Theo kết quả này thì việc chiếu xạ khơng đáp ứng được yêu cầu của chiếu xạ trái cây (Dmax/Dmin ≤ 1.7). Để tìm nguyên nhân gây độ bất đồng đều liều lớn, ta biểu diễn số liệu trong bảng 3.4 dưới dạng đồ thị như trong hình 3.6.
Hình 3.6 Đồ thị phân bố liều bề mặt
Dựa vào đồ thị 3.6 ta nhận thấy hai vị trí số 7 và số 19 cĩ liều cực đại là 76,56 kGy khác biệt nhiều so với liều cực tiểu là 31,33 kGy. Đĩ chính là nguyên nhân khiến độ bất đồng đều cao. Tuy nhiên, trên thực tế thì hai vị trí này chính là hai đầu mút của trái thanh long nơi cĩ mật độ cơn trùng và sâu bọ cao nên dù liều cĩ cao cũng vẫn khơng ảnh hưởng đến chất lượng trái thanh long.
3.3 Phân bố liều theo độ sâu
Trong thực tế khi chiếu xạ tất cả các loại trái cây người ta phải chiếu xuyên qua để diệt cơn trùng, sâu bọ đã hình thành từ khi kết trái và chúng vẫn cịn đang tiềm ẩn trong ruột trái cây. Chiếu xạ Thanh long cũng cần thiết phải chiếu xuyên qua như vậy. Tuy nhiên, khi sử dụng chùm tia điện tử sẽ gặp khĩ khăn do độ xuyên sâu của chúng thấp. Trong đề tài này tác giả đã sử dụng chương trình MCNP để tính tốn phân bố liều theo chiều sâu trong trái Thanh long, nhằm đánh giá và đưa ra các biện pháp khắc phục nếu độ bất đồng liều vượt quá giới hạn cho phép. Khi sử dụng chùm tia điện tử trong chiếu xạ thì hai yếu tố quyết định đến độ bất đồng đều liều là tỷ trọng hàng chiếu xạ và chiều dày tương ứng. Với trái Thanh long, tỷ trọng 0,97 g/cm3, ta đã khảo sát bảng phần mềm chuyên dụng ModeRTL trong mục 3.1.3. Theo kết quả đĩ, chùm điện tử khơng thể xuyên qua trái Thanh long. Tuy nhiên Thanh long cĩ dạng ellipe nên càng ra hai đầu của nĩ thì bề dày càng giảm. Với nhận định sự thay đổi về phân bố liều theo chiều sâu sẽ cĩ những biến đổi lớn theo chiều từ tâm tới hai đầu, đề tài đã tính tốn phân bố liều theo chiều sâu tại tâm, sau đĩ dịch chuyển ra hai đầu mút.
3.3.1 Phân bố liều theo độ sâu tại tâm
Phân bố các điểm tính liều tại tâm và hình ảnh trái Thanh long mơ tả bằng MCNP được minh họa trong hình 3.7. Kết quả tính tốn sau khi xử lý file output được trình bày trong bảng 3.4, với
0.000.20 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Point R elative Dose
việc dùng nguồn mặt đẳng hướng tương đương đầu phát với tần số quét 60 Hz trong bề rộng 60 cm thì kết quả cho phân bố liều khi chiếu xạ một mặt. Để cĩ phân bố liều khi chiếu hai mặt, ta lấy đối xứng sau đĩ cộng lại.
Hình 3.7 Phân bố các điểm tính liều tại tâm
Bảng 3.4 Kết quả tính phân bố liều tại tâm
Điểm D1(kGy) Sai số D2(kGy) Sai số DT (kGy) 1 31,33 0,05 0,00 0,00 31,33 2 34,82 0,04 0,00 0,00 34,82 3 38.78 0,04 0,00 0,00 38,78 4 44,01 0,04 0,00 0,00 44,01 5 25,94 0,05 25,94 0,05 51,88 6 0,00 0,00 44,01 0,04 44,01 7 0,00 0,00 38,78 0,04 38,78 8 0,00 0,00 34,82 0,04 34,82 9 0,00 0,00 31,33 0,05 31,33
Độ bất đồng đều liều: D max/Dmin = 1,66 < 1,7 thỏa mãn yêu cầu chiếu xạ trái cây. Cũng từ đồ thị trong hình 3.8, chứng tỏ chùm điện tử xuyên qua tâm trái Thanh long. Kết quả này mở ra khả năng chiếu xạ Thanh long trên máy gia tốc chùm tia điện tử năng lượng 10 MeV, đồng thời nĩ cũng giúp ta tiên đốn những khĩ khăn về khắc phục độ bất đồng đều. Ta đã biết trái Thanh long hình
ellipe và chiều dày tại tâm là lớn nhất, càng về hai đầu chiều dày càng giảm. Khi chiều dày càng giảm đồng nghĩa với sự giao thoa giữa hai chùm tia (một hướng xuống và một hướng lên) càng lớn, kết quả là liều trong giữa sẽ cao hơn liều ở hai đầu rất nhiều, dẫn tới độ bất đồng đều khơng đảm bảo yêu cầu chiếu xạ trái cây.
Do vậy, cần thiết phải tính tốn phân bố liều theo chiều sâu từ tâm đến hai đầu mút. Đề tài đã dịch chuyển vị trí này một khoảng 1 cm từ tâm đến hai đầu mút.
0.00.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 point Rel ati v
e Dose chiếu hai mặt
chiếu một mặt
Hình 3.8 Đồ thị phân bố liều tại tâm
3.3.2 Phân bố liều theo độ sâu cách tâm 1 cm
Số điểm tính liều vẫn được duy trì là 9 điểm giống như khi tính tốn phân bố theo chiều sâu tại tâm, nhưng khoảng cách giữa các điểm đã được tính tốn rất kỹ. Khoảng cách giữa các điểm phải bằng nhau để các điểm tính liều cách đều và đối xứng qua tâm, đồng thời phải đảm bảo được điểm đầu và điểm cuối phải nằm ngay mặt trong của trái Thanh long. Vị trí các điểm tính liều được minh họa trong hình 3.9.
Kết quả tính tốn sau khi xử lý file output của MCNP được đưa ra trong bảng 3.5. Trong đĩ giá trị liều được tính với vận tốc băng tải 1 cm/s và cơng suất 1 kW.
Hình 3.9 Phân bố các điểm tính liều cách tâm 1 cm
Bảng 3.5 Kết quả tính phân bố liều cách tâm 1 cm
Điểm D1(kGy) Sai số D2(kGy) Sai số DT (kGy) 1 32,76 0,05 0,00 0,00 32,76 2 36,97 0,04 0,00 0,00 36,97