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) Hình 3.11. Phòng X-quang với tường gạch phủ chì, sàn và trần bê tông phủ chì và cửa
thép phủ chì được mô phỏng bằng VisEd. Hình (a) mặt cắt XZ qua tâm phát tương ứng với khoảng cách nguồn đến sàn là 120cm. Hình (b)mặt cắt XY tại vị trí cách nguồn phát 100cm.
Trường hợp 1: Tường, trần, sàn bằng chì 1,5mm
Hình 3.12.a. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 1,5mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm. Hình 3.12.b. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 1,5mm, với khoảng cách nguồn phát
Hình 3.12.c. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 1,5mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm. Hình 3.12.d. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 1,5mm, với khoảng cách nguồn phát
đến sàn là 180cm.
Trường hợp 2: Tường, trần, sàn bằng chì 2mm
Hình 3.13.a. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 2,0mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm.
Hình 3.13.b. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 2,0mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm.
Hình 3.13.c. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 2,0mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm.
Hình 3.13.d. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) khi tường, sàn và trần che chắn bằng lớp chì dày 2,0mm, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm .
Kết quả cho thấy khi sử dụng tường, trần sàn chỉ che chắn với lớp chì dày 1,5 mm hay 2 mm đều không thể ngăn chặn được chùm tia X, đặc biệt là khu vực sàn hứng chùm tia. Với khoảng cách từ tâm nguồn phát đến sàn là 120 cm thì chùm tia X có thể đâm xuyên qua sàn chì với suất liều bằng vùng B (bảng 3.16 ) cho trường hợp chì dày 1,5mm và suất liều vùng C cho trường hợp chì dày 2mm. Như vậy có thể thấy rằng khi phủ lớp chì dày 2mm thì đã giảm đáng kể chùm tia X đâm xuyên nhưng suất liều vẫn còn cao vùng C (1x10-4 – 8x10-4mSv/s) và vượt quá liều cực đại của dân chúng. Do đó cần phải kết hợp với vật liệu khác khi xây dựng và thiết kế phòng X-ray.
Trường hợp 3: Tường gồm chì 1,5mm + 15cm gạch, Trần và sàn gồm 1,5mm chì + 15cm bê tông, cửa lối đi gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và lớp chì dày 1,5mm.
Hình 3.14.a. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 3, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm. Hình 3.14.b. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 3, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm. Hình 3.14.c. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 3, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm. Hình 3.14.d. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 3, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm.
Với trường hợp kết hợp lớp chì dày 1,5 mm với 15cm bê tông lót trần và sàn; 15 cm gạch lót tường thì có thể thấy rằng cả hai trường hợp tâm phát cách sàn 120cm và 180cm thì chùm tia X đều không thể xuyên qua tường. Do đó, với người đứng bên ngoài tường là an toàn. Ở mặt cắt XY thì không thấy xuất hiện tia X ở sau 2 cửa phòng kĩ thuật viên và cửa phòng bệnh nhân điều này cũng chứng tỏ rằng với thiết kế lớp chì 1,5mm và 2 lớp thép dày 1,9mm/miếng cho cửa là an toàn. Tuy nhiên đối với sàn hứng trực tiếp chùm tia thì có thể thấy rằng chùm tia X có thể xuyên qua và gây ra suất liều vùng B (1x10-5 – 1x10-4mSv/s). Điều này là ảnh hưởng đến an toàn nếu phòng X-ray
được xây dựng ở tầng trên.
Trường hợp 4: Tường gồm chì 2mm + 15cm gạch; Trần và sàn gồm chì 2mm +15cm bê tông, cửa lối đi gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và lớp chì dày 2mm.
Hình 3.15.a. Phân bố contour suất liều
mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 4, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm. Hình 3.15.b. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 4, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 120cm.
Hình 3.15.c. Phân bố contour suất liều mặt XZ (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 4, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm. Hình 3.15.d. Phân bố contour suất liều mặt XY (cách nguồn phát 100cm) che chắn trường hợp 4, với khoảng cách nguồn phát đến sàn là 180cm.
Hình 3.15 cho thấy nếu tăng độ dày lớp chì lên 2mm thì càng an toàn hơn cho người
đứng bên ngoài phòng. So với trường hợp 3 với chì 1,5mm đã khảo sát ở trên, sàn hứng chùm tia của trường hợp này (chì dày 2mm) đã ngăn chặn được chùm tia xuyên qua. Mặc dù chùm tia X sau khi qua lớp chì bị suy yếu xuống suất liều vùng B trong độ dày của sàn (15cm bê tông) và biến mất hoàn toàn khi ra ngoài không khí. Như vậy có thể
xây dựng phòng X-quang trên tầng nếu mặt sàn của phòng X-quang phủ lớp chì dày 2mm kết hợp với lớp bê tông tối thiểu dày 15cm. Ởđây cũng cần chú ý rằng mô phỏng không xét đến độ suy giảm của chùm tia khi đi xuyên qua bề dày của lớp giường bệnh nhân nằm.
c. Chụp phổi (80kV, 8mAs, 200ms, trường chiếu 47cmx47cm tại khoảng cách 100cm)
Suất liều giới hạn cho người làm việc ở phòng X quang chụp phổi trong mỗi ca chụp
Ta cũng sử dụng bảng phân bố suất liều trong phòng tương tự như trường hợp chụp cột sống nghiêng (Bảng 3.16).
Các trường hợp được khảo sát:
- Tường, trần và sàn phủ chì dày 1,5mm. - Tường, trần và sàn phủ chì dày 2mm.
- Kết hợp vật liệu tường gạch với chì dày 1,5mm; trần và sàn bê tông dày 15cm kết hợp chì dày 1,5mm, cửa kĩ thuật viên và cửa bệnh nhân được cấu tạo từ lớp chì dày 1,5mm và 2 lớp thép 1,9mm.
- Kết hợp vật liệu tường gạch với chì dày 2mm; trần và sàn bê tông dày 15cm kết hợp chì dày 2mm, cửa kĩ thuật viên và cửa bệnh nhân được cấu tạo từ lớp chì dày 2mm và 2 lớp thép 1,9mm.
Khoảng cách từ tâm nguồn phát đến tường được khảo sát ở 2 trường hợp khoảng cách 100cm và khoảng cách 120cm
Hình dạng phòng X-quang được bố trí cho trường hợp chụp phổi được vẽ bằng VisEd của MCNP5
(a) (b) Hình 3.16. Mặt cắt XY của phòng X-quang bố trí chụp phổi, hình (a) khoảng cách
nguồn đến tường 100cm với tường chì dày 1,5 hoặc 2mm; hình (b) khoảng cách 100cm với tường gạch dày 15cm và chì dày 1,5 hoặc 2mm được mô phỏng bằng VisEd.
Trường hợp 1: Tường, trần, sàn bằng chì 1,5mm.
(a) (b)
Hình 3.17. Các vùng suất liều trong trường hợp máy X-quang chụp phổi theo mặt XY của phòng kích thước tối thiểu và tường chỉ có lớp chì dày 1,5mm. Hình (a) khoảng cách nguồn đến tường 100cm và hình (b) khoảng cách nguồn đến tường 120cm.
Trường hợp 2: Tường, trần, sàn bằng chì 2 mm.
(a) (b)
Hình 3.18. Các vùng suất liều trong trường hợp máy X-quang chụp phổi theo mặt XY của phòng kích thước tối thiểu và tường chỉ có lớp chì dày 2 mm. hình (a) khoảng cách nguồn đến tường 100cm và hình (b) khoảng cách nguồn đến tường 120cm.
Giống như trường hợp chụp cột sống nghiêng việc thiết lập che chắn lớp chì dày 1,5mm (hình 3.16) và 2mm (hình 3.17) không đảm bảo sự an toàn của người phía sau tường hứng tia sơ cấp. Do đó phải gia cố thêm cho phần tường hứng chùm tia khi chụp phổi bằng các vật liệu khác.
Trường hợp 3: Kết hợp tường gạch dày 15cm và chì dày 1,5mm, trần và sàn gồm 15cm bê tông và 1,5mm chì, cửa lối đi gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và 1,5mm chì.
(a) (b)
Hình 3.19. Các vùng suất liều trong trường hợp máy X-quang chụp phổi theo mặt XY của phòng kích thước tối thiểu và tường phủ chì dày 1,5 mm kết hợp 15cm gạch. hình (a) khoảng cách nguồn đến tường 100cm và hình (b) khoảng cách nguồn đến tường 120cm.
Hình 3.19 trên cho thấy rằng chùm tia tán xạ không thểđâm xuyên qua tường (trừ
tường hứng trực tiếp) và cửa phòng, do đó việc che chắn này là an toàn cho những người đứng bên ngoài phòng trừ khu vưc sau tường hứng chùm tia, đặc biệt là trong khu vực trường chiếu của máy. Thật vậy suất liều bên ngoài tường giảm xuống vùng B (5,56x10-8– 1x10-4 mSv/s), suất liều này vẫn còn cao so với ngưỡng cho phép của dân chúng, do đó là không an toàn khi đứng sau tường này.
Trường hợp 4: Kết hợp tường gạch dày 15cm và chì dày 2mm, trần và sàn gồm 15cm bê tông và 2mm chì, cửa lối đi gồm 2 lớp thép dày 1,9mm và lớp chì dày 2mm.
(a) (b)
Hình 3.20. Các vùng suất liều trong trường hợp máy X-quang chụp phổi theo mặt XY của phòng kích thước tối thiểu và tường phủ chì dày 2 mm kết hợp 15cm gạch, hình (a) khoảng cách nguồn đến tường 100cm và hình (b) khoảng cách nguồn đến tường 120cm.
So với trường hợp 2 thì việc tăng độ dày của lớp chì lên 2mm kết hợp với tường gạch 15cm thì năng lượng chùm tia X đã giảm nhiều, chùm tia X gần như bị chặn hoàn toàn khi đi qua tường nếu khoảng cách từ nguồn phát đến tường khoảng 120cm hoặc xuyên vào không khí khoảng 5 -10cm nếu khoảng cách nguồn phát đến tường khoảng 100cm. Như vậy để an toàn tuyệt đối cho người ngoài phòng ngay cả cho người đứng sau tường chụp phổi thì cần tăng thêm độ dày của gạch hoặc thay gạch bằng bê tông để đảm bảo an toàn. Ởđây không xét đến độ suy giảm của chùm tia khi đi xuyên qua lớp bucky chụp phổi.
Trường hợp 5: Kết hợp tường gạch (hoặc bê tông) dày 20cm và chì dày 2mm.
Hình 3.21. trình bày các vùng suất liều theo mặt XY trong trường hợp máy X- quang chụp phổi của phòng kích thước tối thiểu và tường phủ chì dày 2 mm kết hợp 20cm gạch (hình a) hoặc kết hợp 20cm bê tông (hinh b) với khoảng cách nguồn đến tường 100cm.
Nếu tăng kích thước độ dày của lớp gạch lên 20cm thì có thể thấy rằng chùm tia X trong khu vực trường chiếu có thểđâm xuyên qua lớp chì dày 2mm và gây suất liều vùng B trên phần tường gạch. Tuy nhiên độ rộng của vùng suất liều B nhỏ hơn độ dày của tường gạch nghĩa là chùm tia X sẽ bị chặn hoàn toàn trước khi vượt khỏi tường gạch. Do đó sẽ không ảnh hưởng đến độ an toàn của người bên ngoài phòng. Hình 3.21.b cũng cho thấy nếu như thay đổi vật liệu gạch (mật độ 1,69g/cm3) có độ dày 20cm bằng vật liệu bê tông (mật độ 2,3g/cm3) với cùng độ dày 20cm thì độ rộng vùng suất liều B của trường hợp này sẽ nhỏ hơn trường hợp vật liệu gạch (hình 3.21.a) nghĩa là che chắn bằng bê tông sẽ hiệu quả hơn gạch. Điều này cho thấy việc thay đổi những vật liệu có mật độ cao hơn sẽ càng hạn chế sựđâm xuyên của tia X.
(a) (b)
Hình 3.21. Các vùng suất liều theo mặt XY trong trường hợp máy X-quang chụp phổi của phòng kích thước tối thiểu và tường phủ chì dày 2 mm kết hợp 20cm gạch (hình a) hoặc kết hợp 20cm bê tông (hinh b) với khoảng cách nguồn đến tường 100cm.
Kết luận chung
Như vậy có thể thấy qua 2 trường hợp chup phổi và chụp cột sống nghiêng thì phần tường, trần và sàn nhất thiết phải phủ lớp chì > 1,5mm. Với phần tường hoặc sàn
hứng chùm tia thì phải tăng độ dày lớp chì tối thiểu là 2mm và kết hợp với bê tông hoặc gạch phải có độ dày tối thiểu 20cm trong trường hợp khoảng cách nguồn đến tường hoặc sàn là 100 cm đểđảm bảo độ an toàn cho người ngoài phòng.
Một phương án thông thường được đề nghị cho kết quả tính toán sau đây:
Phòng X quang quy ước Kích thước phòng tối thiểu: 3mx3mx3m.
Điều kiện chụp X quang
Nguồn phát cách sàn hoặc tường không nhỏ hơn 120cm (chế độ chụp cột sống nghiêng).
Nguồn phát cách sàn hoặc tường không nhỏ hơn 100cm (chếđộ chụp phổi).
Bề dày che chắn an toàn bức xạ tối thiểu (theo liều dân chúng 1 mSv/năm) Tường (không hứng chùm sơ cấp): 1,5mm chì + gạch 15cm.
Tường (hứng chùm sơ cấp): 2mm chì +gạch 20cm.
Trần, sàn (không hứng chùm sơ cấp): 1,5mm chì + bê tông 15cm. Trần sàn (hứng chùm sơ cấp): 2mm chì + bê tông 20cm.
Cửa lối đi cho bệnh nhân hoặc kỹ thuật viên (không nhận chùm sơ cấp): thép 1,9mm + 2mm chì.
Mật độ vật liệu
Bê tông chuẩn: 2,3g/cm3, Chì: 11,35g/cm3, Thép: 7,86g/cm3, Gạch thẻ đỏ: 1,69g/cm3.
3.2.2. Phòng chụp nha khoa (sử dụng mô hình phòng chụp X quang Nha khoa Hoàng Hoa Thám)
3.2.2.1. Mô phỏng phân bố suất liều xung quanh máy X quang chụp nha chế độchụp răng hàm trên chụp răng hàm trên
Thông tin 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.
Hình 3.22. a, b, c, d trình bày sơ đồ bố trí của phòng, mặt cắt XY, mặt cắt XZ và