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 có 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 Kông, 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 có nhu cầu ổn định, thanh long Việt Nam còn gặp nhiều khó 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 lô hàng sẽ phải được kiểm tra chất lượng an toàn 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 có chứng chỉ chất lượng tiêu chuẩn châu Âu (EUREP GAP), nhưng trái cây thanh long Việt Nam muốn vào được thị trường Hoa Kỳ còn phải đáp ứng các yêu cầu khác như quy trình đóng gói, xuất xứ hàng hóa và phải được chiếu xạ để vô hiệu hóa 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 Ôzôn, được phân loại kỹ càng, được đóng gói 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 có 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 toàn thực phẩm, chất lượng sản phẩm sau khi chiếu xạ để không 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 côn trùng và kiểm soát vi sinh. Qua đó, 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 gói kỹ trước khi chiếu xạ
- Quy trình chiếu xạ đảm bảo vệ sinh, không làm giảm phẩm chất của trái cây, không gây tác động nhiệt, không 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 nó để tính toán những phương án chiếu xạ nhằm đáp ứng được các yêu cầu chung của chiếu xạ trái cây. Hình ảnh và các thông số và của trái Thanh long có 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 Thông 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 khó khăn trong việc sản xuất và vận chuyển nguồn phóng 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
Thông số Giá trị trung bình
Hình dạng ellipe
Tỷ trọng, g/cm3 0,97
Chiều rộng, cm 9,5
Chiều dài, cm 12
Liều chiếu cực đại, kGy 0,7
trong hình 3.2. Trong đó, khả năng xuyên sâu của chùm tia điện tử năng lượng10 MeV là thấp nhất, điều này gây khó 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 có thể xuyên tới độ dày tối đa 4,5 cm. Nếu chiếu xạ hai mặt thì hàng chiếu xạ có chiều dày tối đa là 9 cm với tỷ trọng 1 g/cm3, điều này gây rất nhiều khó khăn vì khi các hàng chiếu xạ được bao gói thì chiều dày thường vượt quá chiều dày cực đại.
Để có 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 có 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 Công 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 đó đưa ra nhận định về khả năng xuyên sâu của chùm điện tử. Kết quả tính toán 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
1,66 0,87 4,99 0,53 8,31 0,83
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.Dose
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 chựm tia điện tử năng lượng 10 MeV khụng xuyờn qua độ dày bằng ẵ chiều dày trỏi Thanh long.
Hơn nữa, khi sử dụng ModeRTL để tính phân bố suất liều thì chương trình này chỉ hỗ trợ tính toán với thùng hàng có dạng hình hộp. Trong thực tế, khi chiếu xạ trái cây ta phải mô 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 toán 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 Mô tính toán 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 toán trong trạng thái tĩnh, trong trường hợp máy quét liên tục ta phải tính toán liều tại các vị trí dừng. Với tần số quét 60 Hz trong chiều rộng 60 cm, ta phải di chuyển rất mịn góc quét các chùm tia. Như vậy tại mỗi vị trí tính liều ta phải tính với rất nhiều góc 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 toán khoảng cách từ đầu quét mà tại đó chùm điện tử đóng góp liều. Qua tính toán, tại vị trí cách đầu quét 10 cm theo chiều chuyển động của băng tải thì hàng chiếu xạ không chịu ảnh hưởng từ các chùm điện tử. Trong chương MCNP, để tính toán suất liều đề tài đã sử dụng Taly F4 tính thông lượng trung bình qua Cell, từ đó tính toán hệ số chuyển đổi từ thông lượng qua suất liều. Hệ số chuyển đổi được tính theo công thức
8 1
.10
pr
D EI rad s R
(3.1) Trong đó E là năng lượng electron (MeV); I là mật độ dòng 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 côn 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 toán suất liều phân bố tại tất cả các vị trí trên bề mặt như trong hình 3.5. Kết quả tính toán bằng MCNP ứng với vận tốc băng chuyền 1 cm/s và công 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 công suất nguồn phát để có 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 không 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 có liều cực đại là 76,56 kGy khác biệt nhiều so với liều cực tiểu là 31,33 kGy. Đó 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 có mật độ côn trùng và sâu bọ cao nên dù liều có cao cũng vẫn không 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 côn trùng, sâu bọ đã hình thành từ khi kết trái và chúng vẫn còn 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 khó khăn do độ xuyên sâu của chúng thấp. Trong đề tài này tác giả đã sử dụng chương trình MCNP để tính toán 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 đó, chùm điện tử không thể xuyên qua trái Thanh long. Tuy nhiên Thanh long có dạng ellipe nên càng ra hai đầu của nó thì bề dày càng giảm.
Với nhận định sự thay đổi về phân bố liều theo chiều sâu sẽ có những biến đổi lớn theo chiều từ tâm tới hai đầu, đề tài đã tính toán phân bố liều theo chiều sâu tại tâm, sau đó 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 mô tả bằng MCNP được minh họa trong hình 3.7. Kết quả tính toán sau khi xử lý file output được trình bày trong bảng 3.4, với
0.00 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
Relative 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 có phân bố liều khi chiếu hai mặt, ta lấy đối xứng sau đó 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 nó cũng giúp ta tiên đoán những khó 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 không đảm bảo yêu cầu chiếu xạ trái cây.
Do vậy, cần thiết phải tính toán 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.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
point
Relative 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 toán phân bố theo chiều sâu tại tâm, nhưng khoảng cách giữa các điểm đã được tính toán 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 toán sau khi xử lý file output của MCNP được đưa ra trong bảng 3.5. Trong đó giá trị liều được tính với vận tốc băng tải 1 cm/s và công 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
3 39,09 0,04 0,00 0,00 39,09
4 43,39 0,04 0,00 0,00 43,39
5 28,40 0,05 28,40 0,05 56,80
6 0,00 0,00 43,39 0,04 43,39
7 0,00 0,00 39,09 0,04 39,09
8 0,00 0,00 36,97 0,04 36,97
9 0,00 0,00 32,76 0,05 32,76
Độ bất đồng đều liều: D max/Dmin = 1,73
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Point
Relative Dose
chiếu hai mặt chiếu một mặt
Hình 3.10 Đồ thị phân bố liều cách tâm 1 cm
Từ đồ thị hình 3.10 ta thấy liều tại tâm cao hơn liều bề mặt độ bất đồng đều bắt đầu vượt giới hạn cho phép (≤ 1,7).
3.3.3 Phân bố liều theo độ sâu cách tâm 2 cm
Tiếp tục di chuyển các điểm tính toán liều ra 2 cm từ tâm, phân bố các điểm tính liều được chỉ ra trong hình 3.11.
Độ bất đồng đều liều: D max/Dmin = 1,89, độ bất đồng đều ngày càng tăng chứng tỏ sự giao thoa giữa hai chùm tia ngày càng mạnh. Kết quả tính toán sau khi xử lý file output của MCNP được đưa ra trong bảng 3.6.
Hình 3.11 Phân bố các điểm tính liều cách tâm 2 cm Bảng 3.6 Kết quả tính toán phân bố liều cách tâm 2 cm
Điểm D1(kGy) Sai số D2(kGy) Sai số DT (kGy)
1 32,43 0,05 0,00 0,00 32,43
2 35,66 0,04 0,00 0,00 35,66
3 37,14 0,04 0,01 1,00 37,14
4 43,30 0,04 3,94 0,12 47,24
5 30,67 0,04 30,67 0,04 61,34
6 3,94 0,12 43,30 0,04 47,24
7 0,01 1,00 37,14 0,04 37,15
8 0,00 0,00 35,66 0,04 35,66
9 0,00 0,00 32,43 0,05 32,43
Đồ thị biểu diễn sự phân bố liều được minh họa trong hình 3.12.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Point
Relative Dose
chiếu hai mặt chiếu một mặt
Hình 3.12 Đồ thị phân bố liều tại vị trí cách tâm 2 cm 3.3.4 Phân bố liều theo độ sâu cách tâm 3 cm
Phân bố các điểm tính liều được minh họa trong hình 3.13, kết quả được trình bày trong bảng 3.7.
Hình 3.13 Phân bố
các điểm tính liều cách tâm 3 cm
Bảng 3.7 Kết quả tính toán phân bố liều cách tâm 3 cm
Điểm D1(kGy) Sai số D2(kGy) Sai số DT (kGy)
1 33,28 0,05 0,00 0,00 33,28
2 37,52 0,04 0,26 052 37,78
3 39,24 0,04 3,10 0,14 42,34
4 40,29 0,04 14,80 0,06 55,09 5 31,77 0,04 31,77 0,04 63,54 6 14,80 0,06 40,29 0,04 55,09
7 3,10 0,14 39,24 0,04 42,34
8 0,26 0,52 37,52 0,04 37,78
9 0,00 0,00 33,28 0,05 33,28
Độ bất đồng đều liều: D max/Dmin = 1,89, so với vị trí cách tâm 2 cm thì độ bất đồng không thay đổi nhưng tại các điểm 6, 7, 8 đã có sự đóng góp liều khi chiếu một mặt. Đồ thị biểu diễn sự phân bố liều được minh họa trong hình 3.14.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Point
Relative Dose
chiếu hai mặt chiếu một mặt
Hình 3.14 Đồ thị phân bố liều tại vị trí cách tâm 3 cm 3.3.5 Phân bố liều theo độ sâu cách tâm 4 cm
Với cách làm tương tự cho trường hợp tính phân bố liều theo chiều sâu tại vị trí cách tâm 4 cm. Phân bố các điểm tính liều được minh họa trong hình 3.15, kết quả được trình bày trong bảng 3.8.