Các hạt mang điện Triti và proton sẽ được phát hiện bởi đám mây tích điện được tạo ra trong vùng khí của ống đếm tỉ lệ hoặc ống đếm Gerger Muler.
Thiết bị đo suất liều neutron được sử dụng trong Luận văn là Thermo FH 40 GL-10 có cấu tạo và đặc tính kỹ thuật được mơ tả tại hình 2.16 và bảng 2.3. Cấu tạo Thermo FH 40 GL-10 gồm: ống trụ có vỏ dày làm bằng polyetylen; lớp bột Vonfram; ống đếm chứa khí He-3; vá cao su tẩm boric; tiền khuếch đại; màn hình hiển thị Led; cáp kết nối
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật đầu dò neutron FH 40 GL-10. Dải đo (Cf-252) 1 nSv/h – 100 mSv/h
Độ nhạy (Cf-252) 0,84 1
s /(µSv/h)
Dải năng lượng 25 meV – 5GeV
Góc đo ± 20% tất cả các hướng
Gamma truyền qua <5. 5
10 với 100 mSv/h (Cs137)
Khí lấp đầy He3, 2 bar
Kích thước/Khối lượng Φ 230 mm×h 340 mm/13,5 kg
2.2.3. Khảo sát nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt a. Phương pháp, vị trí đo
Như đã biết, Trung tâm máy gia tốc Cyclotron 30 MeV hiện chủ yếu chỉ sản xuất 18F-FDG, 18F là đồng vị phát bức xạ positron năng lượng 0.6335 MeV với suất ra 97%. Ngồi đồng vị chính 18F cịn nhiều các đồng vị khác sinh ra trong quá trình bắn bia, đối tượng khảo sát nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt khơng chỉ có positron và gamma mà có thể có cả beta- và alpha. Tuy nhiên trong quá trình khảo sát, chưa khi nào phát hiện được nhiễm bẩn phóng xạ alpha, do đó loại bức xạ gây nhiễm bẩn bề mặt được đánh giá trong Luận văn là bức xạ positron, beta- và gamma.
Do quá trình sản xuất 18F-FDG là một chu trình khép kín, nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt thường có khả năng lớn nhất xảy ra tại phòng hotcell tổng hợp và chia liều 18F- FDG. Đo nhiễm bẩn bằng phương pháp trực tiếp, giữ đầu dò đo nhiễm bẩn cách bề mặt cần đo 0,1 cm tại các vị trí cách chân hệ hotcell 1m (B), 0,3m (C), sát chân hệ hotcell (B) thể hiện tại hình 2.17. Mỗi điểm đo 3 lần, mỗi lần đo trong thời gian 2 phút và lấy giá trị trung bình độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt.
Hình 2.17. Các vị trí đo độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt trong phịng hotcell. Ta thấy rằng tại vị trí cửa đưa vào, ra container chứa dược chất phóng xạ 18F- FDG có thể có khả năng nhiễm bẩn phóng xạ cao, tuy nhiên nếu thực hiện khảo sát độ nhiễm bẩn tại đây, kết quả đo sẽ không khách quan do bên trong hệ hotcell đang có dược chất phóng xạ 18F-FDG, do đó khơng thực hiện đo nhiễm bẩn phóng xạ tại vị trí này.
b. Thiết bị đo
Việc đo nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thiết bị Radiagem 2000 đi kèm đầu dò Đầu dị nhiễm bẩn α/β SAB – 100.
Hình 2.18. Thiết bị Radiagem 2000. Hình 2.19. Đầu dị nhiễm bẩn α/β SAB – 100. Đầu dò nhiễm bẩn α/β SAB – 100: Đầu dị có khả năng chỉ đo bức xạ alpha; chỉ Đầu dò nhiễm bẩn α/β SAB – 100: Đầu dị có khả năng chỉ đo bức xạ alpha; chỉ
Cửa đưa vào, ra container chứa dược chất phòng xạ 18F- FDG
dụng một tấm phim nhấp nháy ZnS(Ag) đặt lên trên một tấm plastic nhấp nháy dày 0.5mm. Diện tích phát hiện 102 cm2 (68 x 150 mm). Dải đo từ 0 – 10000 c/s.
2.2.4. Xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ bằng hệ phổ kế gamma [8] [9] [23] a. Phương pháp xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ
Hiện nay, để xác định hoạt độ của một số đồng vị trong mẫu môi trường, phương pháp thường được sử dụng nhiều đó là phương pháp tuyệt đối. Trong phương pháp này, chúng ta cần phải xác định được hiệu suất ghi đối với đỉnh năng lượng tia gamma phát ra tương ứng với dạng hình học của mẫu. Chính điều này đặt ra nhu cầu xây dựng đường cong hiệu suất đối với detector ứng với từng đỉnh năng lượng theo độ cao. Việc xây dựng đường cong hiệu suất này giúp tính tốn hoạt độ phóng xạ của các mẫu đo có dạng hình học nhất định. Đường cong hiệu suất ghi là đường mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất ghi vào năng lượng bức xạ gamma. Hiệu suất ghi đỉnh của detector ηh(E) được tính theo cơng thức:
ηh(E) = N
IγAfsumt [7] [8] [9] (2.1)
Trong đó: N: diện tích (số đếm) của đỉnh năng lượng quan tâm, Iγ [%]: là hiệu suất phát gamma ứng với năng lượng Eγ A [Bq]: hoạt độ của mẫu tại thời điểm đo
fsum: hệ số hiệu chỉnh cho hiệu ứng trùng phùng tổng t [s]: thời gian đo mẫu
Ngồi ra cịn có các hiệu chỉnh khác như: tự hấp thụ, hình học đo… Hiệu suất ghi đỉnh là hàm theo năng lượng, ηh(E) có dạng:
ln[ηh(E)] = a0 + a1.ln(E) + a2.[ln(E)]2 + a3.[ln(E)]3 + a4.[ln(E)]4…. [23] (2.2) Do vậy, đầu tiên cần xác định hiệu suất ghi ηh(E) tương ứng với từng đỉnh năng lượng E của mẫu nguồn chuẩn, sau đó làm khớp bộ số liệu đo được với hàm tại biểu thức (2.2) nêu trên để xác định hệ số ai. Sau khi đã xác định được hiệu suất ghi đỉnh ηh(E), áp dụng vào biểu thức (2.1) ta sẽ tính được hoạt độ A[Bq] của các đồng vị phóng xạ có trong mẫu cần phân tích.
b. Hệ phổ kế gamma bán dẫn dùng xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ [23]
Phổ kế gamma với detector bán dẫn được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng của khoa học và công nghệ hạt nhân. Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron 30MeV – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 hiện được trang bị một hệ phổ kế gamma bán dẫn dải năng lượng rộng BEGe- Canberra, với tinh thể có đường kính 80.5mm, diện tích 5000 mm2, chiều dày 31mm, làm lạnh bằng ni tơ lỏng do hãng Canberra chế tạo. Hệ phổ kế gamma này được sử dụng tại Trung tâm cho công tác kiểm nghiệm dược chất phóng xạ và nghiên cứu.
Trong phạm vi của Luận văn, hệ phổ kế gamma này được sử dụng để xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ có trong các màng mỏng của cửa sổ buồng bia máy gia tốc (lá Havar). Màng mỏng này bị chiếu xạ và kích hoạt bởi chùm proton trong quá trình bắn phá bia tạo ra các đồng vị phóng xạ 18F.
Sơ lược cấu tạo hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe- Canberra
Cấu tạo hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra gồm: buồng chì, detector bán dẫn Ge giải năng lượng rộng (BEGe), các hệ điện tử như tiền khuếch đại, khuếch đại phổ, bộ biến đổi tương tự số (ADC), máy phân tích biên độ nhiều kênh (MCA), nguồn nuôi cao áp…
Hình 2.20. Sơ đồ khối hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra.
Hệ phổ kế gamma tại Trung tâm máy gia tốc Cyclotron 30MeVđược sử dụng trong luận văn này khơng có các khối cao áp, khuếch đại như các hệ thơng thường mà chúng đã được tích hợp vào khối phân tích phổ số (DSA-1000) sẽ được trình bày dưới
Một số đặc trưng kỹ thuật của hệ phổ kế gamma bán dẫn BEGe – Canberra tại Trung tâm máy gia tốc Cyclotron 30MeV
Detector BEGe: Có dải năng lượng rộng từ 3 keV tới 3 MeV. Độ phân giải năng lượng ở vùng năng lượng thấp của BEGe tương đương với độ phân giải năng lượng của detector Ge năng lượng thấp, độ phân giải năng lượng ở vùng năng lượng cao tương đương với độ phân giải năng lượng của detector đối xứng trục chất lượng tốt.
Khối phân tích số DSA-1000: Là thiết bị được tích hợp bộ phân tích đa kênh
(MCA) 16000 kênh dựa trên kĩ thuật xử lý tín hiệu số tiên tiến (DSP). Khi kết hợp với máy tính, DSA-1000 sẽ trở thành thiết bị phân tích phổ hồn chỉnh, có khả năng thu nhận và phân tích với chất lượng cao nhất. Thiết bị này tích hợp với phần lớn đầu dò hiện nay như HPGe, NaI, Si (Li), CDT hoặc Cd(Zn)Te. [18]
DSA-1000 được vận hành thơng qua phần mềm phân tích phổ Genie 2000. Phần quan trọng nhất của DSA-1000 là hệ thống phụ xử lý tín hiệu số. Khơng giống như hệ thống thường mà tại đó tín hiệu được số hóa ở cuối chuỗi xử lý tín hiệu, đối với DSA- 1000 thì tín hiệu được số hóa ở trước chuỗi xử lý tín hiệu. Phương pháp này giúp giảm thiểu số mạch tương tự dẫn đến tăng tính ổn định, tính chính xác. [18]
Hình 2.21. Khối phân tích số DSA-1000.
Buồng chì: Để giảm bớt phơng do các đồng vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo phân bố xung quanh detector làm ảnh hưởng tới kết quả phân tích phổ gamma đo được,
điều tất yếu là phải có vật liệu che chắn thích hợp. Với detector BEGe dạng thẳng đứng sử dụng buồng chì có vỏ ngồi làm bằng thép cacbon. [23]
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
3.1. SUẤT LIỀU BỨC XẠ TẠI MỘT SỐ VỊ TRÍ QUAN TRỌNG TRUNG TÂM MÁY GIA TỐC CYCLOTRON 30 MeV TRONG QUÁ TRÌNH SẢN SUẤT 18F-FDG
Suất liều bức xạ gamma được khảo sát tại các vị trí đã nêu tại Chương 2. Thời gian khảo sát thực hiện trong 6 lần sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG định kỳ (khoảng 02 tháng) được thể hiện tại bảng 3.1 như dưới đây.
Bảng 3.1. Trung bình suất liều bức xạ gamma tại các vị trí trong khu vực kiểm sốt Trung tâm máy gia tốc.
Vị trí đo Điểm đặt thiết bị đo Trung bình suất liều bức xạ γ (µSv/h)
Trước khi bắn chùm tia vào bia
Trong quá trình bắn chùm
tia vào bia
Sau khi sản xuất 18F- FDG 60 phút Chuyển 18F từ buồng bia đến hotcell Phơng bức xạ gamma: 0,11 µSv/h Cửa buồng Cyclotron Cách cửa 0,5m; cao 1m 0,11 ± 0,02 0,13 ± 0,03 0,11 ± 0,02 Không đo Cửa buồng bia Cách cửa 0,5m; cao
1m
0,13 ± 0,02 1,07 ± 0,20 0,16 ± 0,02 Cách cửa 4m; cao 1m Không đo 1,01 ± 0,22 Khơng đo Cửa phịng
hotcell
Tại cửa, cao 0,5m 0,12 ± 0,02 0,12 ± 0,01 0,10 ± 0,02 Phòng hotcell Trung tâm phòng, cao
0,5m
0,16 ± 0,01 0,16 ± 0,02 0,18 ± 0,01 0,43 ± 0,13
Vị trí đo Điểm đặt thiết bị đo Trung bình suất liều γ (µSv/h)
dược chất phóng xạ liều đơn Cách xe chuyên chở 0,5m, cao 1m 0,26 ± 0,05 Vận chuyển container chứa
dược chất phóng xạ liều tổng
Cách container 0,2m 168,50 ± 5,99
Cách xe chuyên chở 0,5m, cao 1m 3,45 ± 0,67 Phịng Lab phân tích phổ
gamma (lấy mẫu kiểm nghiệm)
Cách phía sau bình phong chì nơi lấy mẫu 18F-FDG 0,2m
33,33 ± 2,34 Phòng Lab sắc ký (kiểm nghiệm
dược chất phóng xạ)
Nơi đặt hệ máy kiểm nghiệm dược chất phóng xạ
0,19 ± 0,01
Như đã trình bày tại Chương 1, bức xạ neutron là bức xạ tức thời sinh ra do các phản ứng hạt nhân trong quá trình vận hành máy gia tốc. Do thiết bị đo suất liều neutron Thermo FH 40 GL-10 dùng trong luận văn có độ đáp ứng về thời gian chậm, nên để đảm bảo tính chính xác kết quả đo suất liều neutron, trong quá trình vận hành máy gia tốc, thiết bị đo suất liều neutron được dùng để đo theo thứ tự thời gian từ các vị trí ít có khả năng có mặt của bức xạ neutron (cửa buồng cyclotron, cửa phòng hotcell, trong phịng hotcell) đến các vị trí phía trước cửa buồng bia. Kết quả cho thấy chỉ phát hiện được sự có mặt của bức xạ neutron tại vị trí cửa buồng bia trong quá trình bắn chùm tia gia tốc vào buồng bia, thể hiện ở bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.2. Trung bình suất liều bức xạ neutron tại các vị trí trong thời gian bắn chùm tia gia tốc vào buồng bia.
Vị trí đo Điểm đặt thiết bị đo n (µSv/h)
Cửa buồng bia (cách 0,5m; sát mặt đất) 3,32 ± 0,20
Cửa buồng bia (cách 0,5m; cao 1m) 1,37 ± 0,08
Các vị trí cửa buồng cyclotron, cửa phòng hotcell, trong phòng hotcell
3.1.1. Đánh giá kết quả đo
Kết quả bảng 4.1 cho thấy suất liều bức xạ gamma tại các vị trí khu vực sản xuất
18F-FDG Trung tâm máy gia tốc Cyclotron 30MeV về cơ bản nằm trong giới hạn suất liều của khu vực kiểm soát. Chủ yếu suất liều bức xạ gamma tăng lên tại khu vực cửa buồng bia trong quá trình bắn chùm tia vào bia do xảy ra các phản ứng hạt nhân tại đây, tuy nhiên trong q trình này hầu như khơng có bất kỳ nhân viên nào làm việc tại khu vực cửa buồng bia.
Suất liều bức xạ gamma trong phòng hotcell cũng tăng lên trong khoảng thời gian chuyển xạ 18F từ buồng bia vào hệ hotcell để tổng hợp 18F-FDG, tuy nhiên khoảng thời gian này rất ngắn (khoảng 2 phút) và suất liều bức xạ gamma khơng cao do đó khơng có nguy cơ lớn về bức xạ đối với nhân viên.
Hình 3.1. Mặt ngồi hệ hotcell.
Quá trình đáng chú ý nhất gây liều chiếu chủ yếu cho nhân viên là quá trình vận chuyển các container đã chứa dược chất phóng xạ 18F-FDG và q trình lấy mẫu kiểm nghiệm 18F-FDG sau khi sản xuất xong.
Trong quá trình bắn chùm tia vào bia để tạo ra 18F, ta thấy có mặt bức xạ neutron tại vị trí cửa buồng bia. Mặt khác suất liều neutron tại cùng một khoảng cách tới cửa buồng bia giảm dần khi đưa detector lên cao. Điều này có thể giải thích do bức xạ neutron chỉ lọt được qua khe hở nhỏ giữa cửa buồng bia với mặt sàn và khe đường ray cửa buồng bia (hình 3.2).
Hình 3.2. Khe hở đường ray cửa buồng bia dẫn đến lọt bức xạ neutron.
Suất liều bức xạ gamma và neutron tại cửa buồng bia trong quá trình bắn chùm tia vào bia thường khác nhau trong mỗi ca sản xuất do yêu cầu về lượng 18F trong mỗi ca sản xuất khác nhau, điều kiện vận hành như cường độ, thời gian bắn tia, góc bắn tia… là khác nhau.
Hình 3.3. Sự thăng giáng suất liều bức xạ gamma và neutron tại cửa buồng bia trong quá trình bắn chùm tia vào bia theo các ngày sản xuất đồng vị.
3,45 3,12 3,48 3,09 3,55 3,2 1,3 1,43 1,5 1,27 1,37 1,36 0,89 0,79 1,3 1,03 1 1,2 0 1 2 3 4 18.06.2013 25.06.2013 02.07.2013 09.07.2013 16.07.2013 23.07.2013 Su ất liều ( m icro Sv /h ) Ngày khảo sát
suất liều neutron
(vị trí cách 0.5m, sát mặt đất)
suất liều neutron (vị trí cách 0.5m, cao 1m)
suất liều gamma (vị trí cách 0.5m, cao 1m)
Tại các vị trí khác như cửa phịng máy gia tốc, phịng điều khiển.. suất liều bức xạ gamma tương đương với phông bức xạ môi trường, đồng thời không phát hiện thấy sự có mặt của bức xạ neutron.
3.1.2. Đánh giá liều chiếu cho nhân viên trong quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ 18F-FDG
Đề có cơ sở đánh giá mức độ an tồn trong q trình sản xuất 18F-FDG, chúng ta sẽ tính tổng liều hấp thụ tối đa một nhân viên có thể nhận được.
Theo lý thuyết, liều hấp thụ trung bình được tính như sau: [10]
D = S x t (3.1)
Trong đó:
D[µSv] là liều hấp thụ trung bình nhân viên nhận được trong khoảng thời gian t; S[µSv/h] là suất liều bức xạ;
t[h] là thời gian tiếp xúc với bức xạ.
Liều hấp thụ trung bình tại vị trí cửa buồng bia:
Qng thời gian bắn chùm tia vào buồng bia tạo 18F trung bình khoảng 30 phút. Thông thường, trong khi bắn chùm tia và bia, nhân viên thường không làm việc tại khu vực này. Tuy nhiên, giả sử nhân viên vẫn phải di chuyển qua khu vực này trong quá trình làm việc trong khoảng thời gian 6 phút, suất liều gamma và neutron trung bình tại khu vực này lần lượt là 1,07 ± 0,20 µSv/h và 3,32 ± 0,20 µSv/h, liều hấp thụ trung bình nhận được tại đây như sau:
Dbuongbia = Sgammaxt + Sneutronxt = 0,439± 0,04 µSv (3.2)
Liều hấp thụ trung bình tại phịng hotcell tổng hợp 18F-FDG:
Thời gian chuyển 18F từ buồng bia đến phịng hotcell trung bình khoảng 2 phút. Trong q trình này, nhân viên làm việc tại phịng hotcell để chuẩn bị container chứa
18F-FDG và lập trình hệ chia liều. Suất liều gamma trung bình trong thời gian này tại phịng hotcell là 0,43 ± 0,13µSv/h, liều hấp thụ trung bình nhận được tại đây như sau:
Dhotcell = Shocellxt = 0,43 x 0,033 = 0,014 ± 0,004 µSv (3.3)
Liều hấp thụ trung bình trong quá trình vận chuyển container chứa liều đơn 18F-FDG:
Liều đơn 18F-FDG có hoạt độ phóng xạ trong khoảng 13- 33 mCi được dùng cho việc kiểm nghiệm dược chất phóng xạ trước khi cho phép sử dụng trong y học.