phòng dùng chương trình MCNP5
Để đưa ra các tiêu chí về kích thước phòng tối ưu an toàn về mặt bức xạ, chúng tôi trình bày ở đây 2 phòng điển hình có chế độ chiếu chụp gây liều cao nhất trong số
20 phòng X quang quy ước và 20 phòng X quang nha đã khảo sát:
- Thứ nhất là phòng chụp X quang quy ước : chúng tôi sử dụng mô hình phòng chụp X quang bệnh viện Y học cổ truyền với vật liệu che chắn thông thường bao gồm: tường có lớp bê tông dày 20cm và chì dày 2mm; kính chì dày 3mm.
- Thứ hai là phòng chụp X quang nha: chúng tôi sử dụng mô hình phòng chụp nha Hoàng Hoa Thám với tường dày 20cm, lót chì dày 1,5mm và cao 195cm.
3.2.1. Phòng chụp X quang quy ước (sử dụng thông tin phòng chụp X quang số 2 - Bệnh viện Y học cổ truyền)
3.2.1.1 Mô phỏng phân bố suất liều phòng X-quang quy ước a. Sơđồ phòng a. Sơđồ phòng
Phòng chụp X quang số 2 - Bệnh viện Y học cổ truyền có kích thước (3,47m x 3,64m x 3,45m). Thông tin chi tiết về kích thước và vật liệu tường che chắn của phòng X quang, thông tin kỹ thuật của ống phát tia X và kết quảđo suất liều theo khoảng cách so với tâm phát được cho trong phụ lục 1.
Sau khi thu thập thông tin về kích thước phòng, vật liệu che chắn, thông số kỹ
thuật và cấu tạo của ống phát tia X, chúng tôi xây dựng input file mô phỏng máy chụp X quang với cấu tạo của phòng che chắn bằng chương trình MCNP5. Hình 3.4.a, b, c, d trình bày kết quả vẽ sơđồ bố trí của phòng, mặt cắt XY, mặt cắt XZ và mặt cắt YZ của phòng X quang quy ước bằng chương trình Vised của MCNP5.
(a) (b)
(c) (d)
Hình 3.4. Sơđồ bố trí của phòng (a), mặt cắt XY(b), mặt cắt XZ (c) và mặt cắt YZ (d) của phòng X quang quy ước vẽ bằng Vised MCNP5.
b. Chuẩn giá trị liều mô phỏng từ giá trị liều đo đạc
Để chuẩn hóa mô hình mô phỏng chúng tôi so sánh giá trị liều mô phỏng với liều
đo đạc ở các vị trí khác nhau. Do máy đo liều chỉđo được đối với chùm tia sơ cấp, nên chúng tôi đo và mô phỏng liều tại các vị trí so với tâm phát, nằm trên trục xuyên qua tâm phát vuông góc với mặt giường bệnh nhân (trường hợp chụp nằm) hoặc vuông góc với bucky chụp phổi (trường hợp chụp đứng). Việc chuẩn hóa được thực hiện cho hai
trường hợp: chụp cột sống nghiêng (chế độ chụp cao nhất) và chụp phổi (chếđộ chụp thường xuyên nhất).
+ Chụp cột sống nghiêng:
- Chếđộ chụp: 90kV, 80mAs, 1000ms.
- Trường chiếu tối đa tại khoảng cách 100cm: 43cm x 43cm.
Kết quả đo đạc và mô phỏng liều chùm tia sơ cấp theo khoảng cách so với tâm phát được cho trong bảng 3.11.
Bảng 3.11. So sánh giá trị liều thực nghiệm và mô phỏng tại một số khoảng cách ở chế độ chụp cột sống nghiêng.
Khoảng cách (cm) Liều thực nghiệm (mGy) Liều mô phỏng (mGy) MP/TN
50 23,14 46,65 2,01 60 17,18 31,96 2,07 70 13,32 23,23 1,74 80 10,56 17,64 1,67 90 8,64 13,84 1,60 100 6,87 11,15 1,62
Tỉ số giữa liều mô phỏng và liều thực nghiệm trung bình là 1,79 đối với trường chiếu 43cm x 43cm tại khoảng cách 100cm.
+Chụp phổi:
- Chếđộ thiết lập trên máy: 80kV, 8mAs, 200ms. - Trường chiếu 47cm x 47cm tại khoảng cách 100cm.
Kết quả đo đạc và mô phỏng liều chùm tia sơ cấp theo khoảng cách so với tâm phát được cho trong bảng 3.12.
Bảng 3.12. So sánh giá trị liều thực nghiệm và mô phỏng tại một số khoảng cách ở chế độ chụp phổi.
Khoảng cách (cm) Liều thực nghiệm (mGy) Liều mô phỏng (mGy) MP/TN
50 1,92 4,12 2,15 60 1,40 3,06 2,18 70 1,08 2,10 1,94 80 0,85 1,69 1,98 90 0,68 1,27 1,85 100 0,55 1,07 1,94
Tỉ số giữa liều mô phỏng và liều thực nghiệm trung bình là 2,01 đối với chụp phổi
c. Khảo sát phân bố suất liều xung quanh máy chụp X quang quy ước
Sau khi chuẩn hóa mô hình, chúng tôi sử dụng mô hình này khảo sát phân bố liều mặt xung quanh máy phát tia X cho hai trường hợp chụp cột sống nghiêng và chụp phổi. Việc khảo sát được thực hiện đối với kích thước phòng thực tế và kích thước phòng tối thiểu. Từ đó đánh giá an toàn bức xạ trong trường hợp che chắn thông thường, từđó đưa ra các giải pháp kiến nghị cụ thể nếu kết quả cho thấy không an toàn.
+ Trường hợp chụp cột sống nghiêng – chụp nằm
Hình 3.5 trình bày kết quả mô phỏng phân bố suất liều mặt XZ cắt dọc phòng (bên trái) và phân bố suất liều mặt XY cắt ngang phòng (bên phải) tại khoảng cách 75cm so với tâm phát trường hợp của phòng kích thước thực tế (3,47m x 3,64m x 3,45m). Tương tự hình 5.6 trình bày kết quả mô phỏng phân bố suất liều mặt XZ (bên trái) và phân bố suất liều mặt XY (bên phải) tại khoảng cách 75cm so với tâm phát trường hợp dùng mô hình kích thước phòng tối thiểu (3m x 3m x 3m).
Hình 3.5. Phân bố suất liều mặt XZ (bên trái) và XY (bên phải) tại khoảng cách 75cm so với tâm phát đối với kích thước phòng thực tế.
Hình 3.6. Phân bố suất liều mặt XZ (bên trái) và XY (bên phải) tại khoảng cách 75cm so với tâm phát của phòng kích thước phòng tối thiểu (3m x 3m x 3m).
Kết quả cho thấy giá trị suất liều trong phòng kích thước thực tế và suất liều trong phòng kích thước tối thiểu là không khác nhau nhiều và với bề dày che chắn tường bê tông dày 20cm và chì dày 2mm thì an toàn đối với kĩ thuật viên nếu đứng bên ngoài phòng chụp.
Hình 3.7. Phân bố liều theo vị trí và khoảng cách so với nguồn phát.
Suất liều giới hạn cho người làm việc ở phòng X quang trong mỗi ca chụp cột sống nghiêng
Để khảo sát phân bố suất liều bên trong phòng X quang và đưa ra những khuyến cáo cần thiết cho người nhà bệnh nhân và kĩ thuật viên cần tránh những vị trí suất liều cao ở các vùng bên trong phòng chụp, chúng tôi khảo sát phân bố suất liều và suy ra công thức tính liều giới hạn nhận được cho mỗi ca chụp.
Theo NCRP 147 [14], suất liều nhận được tại vị trí khảo sát trong một năm được tính bởi: m norm t K T U N K =50× × × × × (3.1) Trong đó, 50 là số tuần làm việc trong một năm, N: số lần chụp X quang /1 tuần, U: hệ số sử dụng,
T: hệ số chiếm cứ (xem chương 2),
Knorm: là suất liều sau khi qua tường che chắn tại vị trí khảo sát cho mỗi ca chụp,
tm: thời gian 1 lần chụp (s).
Đối với trường hợp chụp cột sống nghiêng tại bệnh viện Y học cổ truyền, chúng tôi sử dụng các thông số như: U= 1, T=1, N=500 bệnh nhân/tuần, và 1000ms cho một lần chụp và suất liều tối thiểu cho 1 kĩ thuật viên trong 1 năm là yêu cầu là
K=20mSv/năm (theo NCRP 147).
Vì vậy yêu cầu suất liều sau khi qua tường che chắn tại vị trí khảo sát Knorm phải nhỏ hơn: s mGy s mSv t T U N K K m norm 4 4 3 8 10 8 10 1 1 10 1000 500 50 20 50 − − − = × = × × × × × × = × × × × ≤ (3.2)
Với giá trị suất liều có được từ mô phỏng ở trên, chúng tôi xây dựng lại phân bố
giá trị suất liều xung quanh máy phát tia X theo dạng contour cho hai trường hợp kích thước phòng thực tế và tối thiểu. Kết hợp giá trị tối thiểu tính được từ (3.2) có thể phân loại vùng an toàn cho người đứng xung quanh máy phát. Kết quả trình bày trong hình 3.8.và bảng 3.13.
Hình 3.8. Đường contour vùng suất liều xung quanh máy chụp X quang quy ước chế độ chụp cột sống nghiêng với kích thước phòng thực tế (bên trái) và kích thước phòng tối thiểu (bên phải).
Bảng 3.13. Giá trị vùng suất liều xung quanh máy phát tia X trong mô hình phòng X quang quy ước có kích thước tối thiểu (3mx3mx3m) ở chếđộ chụp cột sống nghiêng.
Vùng Suất liều (mGy/s) A ≤ 1x10-5 B 1x10-5 – 8x10-4 C 8x10-4 – 16x10-4 D 16x10-4 – 8x10-3 E 8x10-3 – 0,8 F 0,8 – 8 G 8 – 800
Hình 3.8 mô tả đường contour bao quanh các vùng suất liều của phòng X quang số 2 bệnh viện Y Học Cổ Truyền với kích thước phòng thực tế (bên trái) và kích thước phòng tối thiểu (bên phải) với mô hình bề dày lớp bê tông là 10cm, phủ lớp chì dày 2mm và khoảng cách từ nguồn phát đến sàn là 180cm.
Đối với kích thước phòng tối thiểu, kết quả cho thấy giá trị suất liều sau khi bức xạ xuyên qua tường nhỏ hơn 8x10-4(mGy/s), nghĩa là an toàn. Ở đây việc khảo sát đã bỏ qua không xem xét đến sự che chắn thứ cấp của giường bệnh. Vậy nếu lấy trừ hao bề dày bê tông 20cm và chì dày 2mm thì chùm tia sẽ không thể xuyên qua. Mặt khác,
đường contour cũng cho biết vùng an toàn cho kỹ thuật viên. Trong trường hợp này để
người kĩ thuật viên không nhận được mức liều lớn hơn khuyến cáo và an toàn thì phải
đứng trong vùng A nghĩa là phía ngoài tường. Tóm lại: với máy chụp X quang chế độ
90kV, 80mAs và trường chiếu 43cm x 43cm ở khoảng cách 100cm, với thời gian cho mỗi lần chiếu 1000ms như trên thì bắt buộc người kĩ thuật viên phải đứng bên ngoài phòng kích thước tối thiểu (3m x 3m x 3m) với tường che chắn dày 20cm bê tông và 2mm chì.
Tương tự cho trường hợp chụp phổi, chúng tôi cũng khảo sát phân bố suất liều mặt, xác định giới hạn an toàn cho người làm việc ở phòng X quang chụp phổi trong mỗi ca chụp theo NCRP 147, vẽđường contour suất liều, đánh giá khu vực an toàn bức xạ cho người làm việc.
Suất liều giới hạn cho người làm việc ở phòng X quang chụp phổi trong mỗi ca chụp
Đối với trường hợp chụp phổi tại bệnh viện Y Học Cổ Truyền, chúng tôi sử dụng các thông số như: U= 1, T=1, N=500 bệnh nhân/tuần, 1 năm có 50 tuần và 200ms cho một lần chụp và suất liều tối thiểu cho 1 kĩ thuật viên trong 1 năm là 20mSv/năm (theo NCRP 147). Vì vậy: s mGy s mSv t T U N K K m norm 3 3 3 4 10 4 10 1 1 10 200 500 50 20 50 − − − = × = × × × × × × = × × × × ≤ (3.3)
Hình 3.9 trình bày phân bố suất liều xung quanh máy chụp X quang quy ước trong trường hợp chụp phổi với kích thước thực tế, hình bên trái vẽ phân bố suất liều theo thang 0-0,1mGy/s và hình bên phải vẽđường contour phân bố từng vùng suất liều. Bảng 3.14 trình bày giá trị suất liều contour xung quanh máy X quang trong phòng với kích thước thực tế trường hợp chụp phổi.
Kết quả cho thấy để người kĩ thuật viên không nhận được mức liều lớn hơn khuyến cáo và an toàn thì phải đứng bên ngoài vùng D nghĩa là phải đứng sau lưng máy X quang hoặc cách trục phát tia máy X quang ít nhất 50cm với trường hợp nguồn năng lượng là 80kV và trường chiếu 47cm x 47cm với thời gian cho mỗi lần chiếu 200ms. Kết quả cũng cho thấy giá trị suất liều trong vật liệu tường đối diện với hướng phát tia đạt mức an toàn trước khi qua hết bề dày tường. Trong trường hợp giảm kích thước phòng còn (3m x 3m x 3m) với bề dày 20cm bê tông và 2mm chì, kết quả cho thấy vẫn đảm bảo an toàn nếu đứng bên ngoài phòng chụp.
Hình 3.9. Phân bố suất liều xung quanh máy chụp X quang quy ước trường hợp chụp phổi với kích thước thực tế, hình bên trái vẽ phân bố suất liều theo thang 0-0,1mGy/s và hình bên phải vẽđường contour phân bố từng vùng suất liều
Bảng 3.14. Giá trị suất liều contour xung quanh máy X quang trong phòng kích thước thực tế trường hợp chụp phổi Vùng Suất liều (mGy/s) A ≤ 1x10-4 B 1x10-4 – 1x10-3 C 1x10-3 – 4x10-3 D 4x10-3 – 8x10-3 E 8x10-3 – 8x10-2 F 8x10-2– 0,8 G 0,8 – 8 H 8-800 Từ kết quả khảo sát phân bố suất liều ở trên có thể rút ra kết luận về an toàn che chắn cho phòng X quang quy ước với kích thước (3m x 3m x 3m), số ca chụp trung bình là 500 ca/ tuần tính từ mô phỏng MCNP5.
Bảng 3.15. Bề dày che chắn tối thiểu với số ca chụp trung bình là 500 ca/ tuần cho mô hình phòng X quang quy ước kích thước (3m x 3m x 3m) tính từ mô phỏng MCNP5.
Số ca chụp trung bình /1 tuần Vách tường (mm) Cửa (mm) Trần, sàn (mm) 500 200mm bê tông + 2mm chì 38mm thép + 2mm chì. 200mm bê tông + 2mm chì
3.2.1.2. Khảo sát an toàn che chắn khi thay đổi vật liệu và bề dày vật liệu che chắn phòng X quang trường hợp kích thước phòng tối thiểu (3mx3mx3m) phòng X quang trường hợp kích thước phòng tối thiểu (3mx3mx3m)
Trong phần này sẽđi mô phỏng khảo sát về vật liệu che chắn, độ dày tường cho phòng X quang quy ước để đánh giá độ an toàn của vật liệu che chắn từ đó đưa ra khuyến cáo về việc sử dụng vật liệu che chắn trong xây dựng phòng X quang.
Các vật liệu che chắn được khảo sát được mô tả trong MCNP có thành phần và mật độ sau đây:
- Bê tông chuẩn: 2,3g/cm3, - Chì: 11,35g/cm3,
- Thép: 7,86g/cm3, - Barit: 4,48g/cm3, - Gạch thẻđỏ: 1,69g/cm3,
Chú ý: Thành phần hóa học của gạch [15] gồm SiO2(cát) chiếm 50-60%, Al2O3 (đất sét) chiếm 20-30%, CaCO3 (vôi) chiếm 2-5%, Fe2O3 chiếm ≤ 7% ,MgO <1% tổng khối lượng.
a. Cách thức tiến hành
- Tường là 2mm chì (không có bê tông và vật liệu khác). - Giảm kích thước chì tường xuống 1,5mm và 1mm
- Nếu không an toàn thì sử dụng kèm thêm vật liệu khác là bê tông Thông tin phòng khảo sát:
- Kích thước cửa: rộng 100cm, cao 200cm, lót chì 1,5mm hoặc 2mm. - Cửa gấp mí với tường chì và phần rộng của cửa là 80cm.
b. Chụp cột sống nghiêng (90kV, 80mAs, 1000ms và trường chiếu 43cm x 43cm tại khoảng cách 100cm)
Suất liều giới hạn cho người làm việc ở phòng X quang chụp cột sống nghiêng trong mỗi ca chụp
Chúng tôi lựa chọn các thông số như: U= 1, T=1 và N bệnh nhân/tuần, 1 năm có 50 tuần và 1000ms cho một lần chụp. Nếu chọn Knorm ứng với liều chiếu dân chúng là 1 mSv/năm và chọn N sao cho Knorm giảm ngang phông môi trường 0,2µSv/h thì ta có số
ca chụp trong 1 năm sẽđược tính theo phương trình:
3 3 8 1 0, 2 10 50 1000.10 1 1 3600 5,56.10 norm K mSv mSv K NUT N s s − − − × = ⇔ = = × × × × Do đó N= 3,6.105 ca/năm và Knorm ≤ 5,56.10-8mSv/s Với bảng phân bố suất liều trong phòng: Bảng 3.16. Phân bố suất liều trong phòng Vùng Suất liều (mGy/s) A ≤ 5,56x10-8 B 5,56x10-8– 1x10-4 C 1x10-4 – 8x10-4 D 8x10-4 – 16x10-4 E 16x10-4 – 8x10-3 F 8x10-3 – 0,8 G 0,8 – 8 H ≥ 8
Như vậy với bảng phân bố suất liều này thì để người dân không nhận được suất liều vượt quá suất liều an toàn cho dân chúng <1mSv/năm thì người dân phải đứng bên ngoài vùng A.
Các trường hợp được khảo sát:
- Tường gồm lớp chì dày 1,5mm hoặc 2,0mm
- Tường che chắn gồm lớp chì dày 1,5mm và gạch 15cm, sàn và trần gồm 1,5mm chì và 15cm bê tông, cửa gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và lớp chì dày 1,5mm. - Tường che chắn gồm lớp chì dày 2mm và gạch 15cm, sàn và trần gồm 2mm chỉ
và 15cm bê tông, cửa gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và lớp chì dày 2mm.
Khoảng cách từ nguồn phát đến mặt sàn được thiết lập trong các trường hợp này là 180cm và 120cm cho trường hợp chụp cột sống nghiêng. Với trường hợp chụp phổi thì khảo sát ở trường nguồn phát cách tường 120cm và 100cm.
Hình dạng phòng X-quang có kích thước tối thiểu được vẽ bằng VisEd của MCNP5:
(a) (b) Hình 3.10. Phòng X-quang với tường chì được mô phỏng bằng VisEd. Hình (a) là mặt
cắt XZ qua tâm phát tương ứng với khoảng cách nguồn đến sàn là 120cm. Hình (b) là mặt cắt XY tại vị trí cách nguồn phát 100cm.
(a) (b)