6561:1999) [4]
A. Liều giới hạn
Liều giới hạn cho các đối tượng khác nhau Bảng 2.2: Liều giới hạn trong một năm
Loại liều và đối tượng áp dụng Nhân viên bức xạ (mSv/năm) Thực tập, học nghề (mSv/năm) Nhân dân (mSv/năm)
Liều hiệu dụng toàn thân 20 6 1
Liều tương đương đối với
thuỷ tinh thể của mắt 150 50 15
Liều tương đương đối với
tay, chân và da 500 150 50
*Chú thích.
Liều hiệu dụng đối với nhân viên bức xạ là 20mSv/năm được lấy trung bình trong 5 năm làm việc liên tục. Trong một năm riêng lẻ thì có thể lên tới 50mSv, nhưng phải bảo đảm liều trung bình trong 5 năm đó không được vượt quá 20mSv/năm.
Trong tình huống đặc biệt, liều hiệu dụng cho nhân viên bức xạ là 20mSv/năm được lấy trung bình trong 10 năm làm việc liên tục và trong một năm riêng lẻ trong thời gian đó không có năm nào được vượt quá 50mSv.
Khi liều hiệu dụng được tích luỹ của nhân viên bức xạ kể từ khi bắt đầu của thời kỳ lấy trung bình cho đến khi đạt tới 100mSv thì phải xem xét lại. Nếu sức khoẻ vẫn bình thường, không có biểu hiện ảnh hưởng của phóng xạ, không có sự thay đổi trong công thức thì được tiếp tục công việc đã làm.
Trong tình huống đặc biệt, liều hiệu dụng đối với nhân dân có thể là 5mSv trong một năm riêng lẻ nhưng liều trung bình trong 5 năm liên tục không được vượt quá 1mSv/năm.
24
Liều giới hạn đối với người trợ giúp bệnh nhân không được vượt quá 5mSv trong suốt thời gian chẩn đoán hoặc điều trị của bệnh nhân.
Liều khuyến cáo để chiếu, chụp 1 phim X quang 1 lần đối với bệnh nhân Bảng 2.3: Liều khuyến cáo cho một phim chụp X quang quy ước đối với bệnh nhân (TCVN 6561:1999)
Kiểu chụp Liều hiệu dụng (mSv) Liều xâm nhập bề mặt( liều hấp thụ hay hiệu dụng) (mGy) Sọ
Chụp từ phía trước ra phía sau (AP) 0,06 5
Chụp từ phía sau ra phía trước (PA) 0,04 5
Chụp nghiêng (Lat) 0,03 3 Ngực PA/AP 0,04 0,4 Lat 0,1 1,5 Cột sống vùng ngực AP/PA 0,3 7 Lat 0,5 20 Bụng AP 1,5 10 Cột sống thắt lưng AP 1 10 Lat 0,7 30 Đốt sống cùng (LSI) 0,5 40
25
Khung chậu
AP 1,5 10
Vú - 7
B. Bố trí phòng đặt máy X quang
Cơ sở X quang phải đặt ở nơi cách biệt, bảo đảm không gần các khoa như khoa nhi, khoa phụ sản, khu vực đông người qua lại v.v.
Một cơ sở X quang tối thiểu phải gồm các phòng riêng biệt sau đây: Phòng chờ (hoặc nơi chờ) của bệnh nhân
Phòng chờ hoặc nơi chờ của bệnh nhân phải tách biệt với phòng máy X quang. Liều giới hạn ở mọi điểm trong phòng này không được vượt quá liều giới hạn cho phép là 1mSv/năm.
Phòng đặt máy X quang
Phòng đặt máy X quang đáp ứng các yêu cầu sau:
Thuận tiện cho việc lắp đặt, vận hành thao tác máy, di chuyển an toàn bệnh nhân. Diện tích phòng tối thiểu là 25m2, trong đó chiều rộng tối thiểu là 4,5m, chiều cao phải trên 3m cho một máy X quang bình thường.
Đối với các phòng đặt máy X quang dùng chụp ảnh vú, chụp ảnh răng và chụp cắt lớp điện toán (CT scanner) phải tuân thủ kích thước tiêu chuẩn qui định trong bảng sau :
Bảng 2.4: Kích thước tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X quang các loại theo (TCVN
6561:1999)
Các loại phòng máy Diện tích phòng (m2)
Kích thước tối thiểu chiều rộng (m) Phòng chụp cắt lớp (CT canner) + Hai chiều + Ba chiều 28 40 4 4
26
Phòng X quang chụp ảnh răng 12 3
Phòng X quang chụp ảnh vú 18 4
Phòng X quang tổng hợp 30 4,5
Phòng X quang loại có bơm thuốc
cản quang để chụp mạch và tim 36 5,5
Phòng tối rửa phim tự động 7 2,5
Phòng tối rửa phim không tự
động 8 2,5
Đối với những loại máy mới có thiết kế phòng đặt máy kèm theo của hãng sản xuất, nếu kích thước nhỏ hơn quy định ở trên thì phải được phép của cơ quan nhà nước có thẩm quyền.
Khi tính toán, thiết kế độ dày của tường, trần, sàn và các cửa của phòng X quang phải chú ý đến đặc trưng của thiết bị (điện thế, cường độ của dòng điện), thời gian sử dụng máy, hệ số chiếm cứ bên ngoài phòng X quang mà tính toán chiều dày thích hợp cho từng bức tường, cửa, trần, sàn nhà. Đặc biệt ở các chỗ giáp nối giữa tường và các cửa hoặc giữa bức tường của phòng máy X quang phải được thiết kế, xây dựng bảo đảm bức xạ rò thoát ra ngoài không vượt quá 1mSv/năm (không kể phông bức xạ tự nhiên). Các bức tường của phòng X quang phía ngoài có lối đi lại phải bảo đảm liều bức xạ cho phép trong một năm không được vượt quá 1mSv (không kể phông bức xạ tự nhiên).
Mép dưới của các cửa thông gió, các cửa sổ không có che chắn bức xạ của phòng X quang phía ngoài có người qua lại phải có độ cao tối thiểu là 2m so với sàn nhà phía ngoài phòng X quang.
Phải có đèn hiệu và biển cảnh báo bức xạ ở ngang tầm mắt gắn phía bên ngoài cửa ra vào phòng X quang. Đèn hiệu phải sáng trong suốt thời gian máy ở chế độ phát bức xạ. Việc lắp đặt máy X quang phải bảo đảm khi máy hoạt động, chùm tia X không phát ra hướng có cửa ra vào hoặc hướng có nhiều người qua lại và phải
27
được che chắn bảo vệ tầm nhìn của mắt khỏi nguồn bức xạ. Chiều cao tấm chắn phải trên 2m kể từ sàn nhà, chiều rộng tấm chắn tối thiểu là 90cm và độ dày tương đương là 1,5mm chì.
Các phòng có bố trí 2 máy X quang thì mỗi khi chiếu, chụp chỉ cho phép vận hành một máy. Tuỳ theo mỗi loại máy mà bàn điều khiển được đặt trong hoặc ngoài phòng X quang. Phải có kính chì để quan sát bệnh nhân và phải bảo đảm liều giới hạn tại bàn điều khiển không được vượt quá 20mSv/năm (không kể phông bức xạ tự nhiên).
Phòng xử lý phim (phòng tối)
Phòng xử lý phim phải biệt lập với phòng X quang. Phòng xử lý phim phải đảm bảo liều không ảnh hưởng đến quá trình xử lý phim và bảo đảm cho các phim chưa xử lý không bị chiếu quá liều 10µGy/tuần (1,13mR/tuần), không kể phông bức xạ tự nhiên. Cửa ra vào phòng xử lý phim không bị chiếu bởi các tia trực tiếp. Hộp chuyển catset đặt trong phòng X quang phải có vỏ bọc có độ dày tương đương là 2mm chì.
Phòng (hoặc nơi) làm việc của nhân viên bức xạ
Phòng (hoặc nơi) làm việc của nhân viên bức xạ phải biệt lập với phòng máy X quang. Liều giới hạn cho phép tại bất kỳ điểm nào trong phòng không được vượt quá 1mSv/năm (không kể phông bức xạ tự nhiên).
C. Trang bị phòng hộ cá nhân
Nhân viên bức xạ làm việc với máy phát tia X chẩn đoán điều trị phải được trang bị và phải sử dụng các phương tiện tạp dề cao su chì (độ dày tương đương 0,25mm chì), găng tay cao su (độ dày tương đương 0,25mm chì), tấm che chắn bộ phận sinh dục (bề dày tương đương 0,5mm chì), liều kế cá nhân. Ngoài ra nhân viên bức xạ phải được theo dõi bức xạ nghề nghiệp định kỳ 3 tháng 1 lần.
D. Kiểm định và hiệu chuẩn máy
Máy X quang sau khi lắp đặt hoặc sau khi sửa chữa phải được kiểm định và hiệu chuẩn trước khi sử dụng. Máy X quang phải được kiểm tra định kỳ hàng năm
28
bởi cơ quan có thẩm quyền. Máy phải được bảo dưỡng định kỳ 3 tháng 1 lần, sửa chữa duy tu mỗi năm một lần sau khi kiểm tra định kì hàng năm.
29
HƯƠNG 3:KH O SÁT CHE CHẮN CHO PHÒNG MÁY X QUANG NHA TẠI PHÒNG KHÁM THẾ HỆ MỚI BẰNG HƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG
MCNP5 3.1 hương trình mô phỏng MCNP5
3.1.1 Giới thiệu phương pháp Monte arlo
Phương pháp Monte Carlo ra đời cùng thời với thế hệ máy tính điện tử đầu tiên ở Mỹ từ những năm 1943-1944. Tuy nhiên, tên gọi “phương pháp Monte Carlo” hay còn gọi là “phương pháp thử thống kê” xuất hiện trong từ điển Toán học vào những năm 1949-1950. Đến năm 1961 cuốn chuyên khảo đầu tiên về phương pháp Monte Carlo của nhà toán học N.P.Buslenko và J.A.Srejder (người Nga) ra đời và được nhiều nhà toán học quan tâm.
Ngày nay với sự hỗ trợ đắc lực của máy tính phương pháp Monte Carlo trở thành công cụ quan trọng cho các bài toán vật lý mà đôi khi không thể giải bằng các phương pháp giải tích.
Tính chính xác của phương pháp Monte Carlo phụ thuộc vào các yếu tố như: định lý giới hạn trung tâm, luật số lớn và số giả ngẫu nhiên.
3.1.2 Giới thiệu chương trình mô phỏng MCNP5 (Monte Carlo N-Partical)
MCNP là phần mềm mô phỏng sự vận chuyển bức xạ dựa trên phương pháp Monte Carlo đã được xây dựng ở phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Mỹ. Đây là một công cụ tính toán rất mạnh, có thể mô phỏng số vận chuyển neutron, photon và electron với các miền năng lượng neutron từ 10-11MeV đến 20MeV, các miền năng lượng photon và electron từ 1keV đến 1000MeV. Nó được ứng dụng để giải các bài toán vận chuyển bức xạ 3 chiều, phụ thuộc thời gian, năng lượng liên tục trong các lĩnh vực từ thiết kế lò phản ứng đến bảo vệ bức xạ và vật lý y học.
MCNP5 được công bố năm 2003 cùng với việc cập nhật quá trình tương tác mới, chẳng hạn như các hiện tượng va chạm quang hạt nhân, hiệu ứng giãn nở Doppler.
Trong 10 năm gần đây các tính toán bằng phần mềm mô phỏng MCNP đã được triển khai ở Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, Trung tâm Nghiên cứu và
30
Triển khai Công nghệ Bức xạ TP.HCM, Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hà nội, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Bộ môn Vật lý Hạt Nhân trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.
Dưới đây trình bày cấu trúc file input và output của chương trình.
3.1.2.1 Cấu trúc file input
Tệp đầu vào dùng để khai báo thông tin về cấu trúc hình học, vật liệu, vị trí của các vật bên trong khu vực cần mô phỏng.
Tệp đầu vào gồm ba phần chính là: thẻ ô, thẻ mặt và thẻ dữ liệu có cấu trúc như sau: [5] Thẻ ô ( định nghĩa các ô mạng) ……….. Dòng trống Thẻ mặt (định nghĩa các mặt) ………... Dòng trống
Thẻ dữ liệu (loại hạt tới, vật liệu, nguồn, Tally,…) ………
a.Thẻ ô
MCNP có khả năng mô tả hình học ba chiều bất kì. Hình học của vật chất được tạo thành từ nhiều ô, mỗi ô là sự kết hợp của một hay nhiều mặt thông qua các toán tử Boolean: toán tử giao (khoảng trắng), toán tử hợp (dấu “:”) và toán tử bù ( dấu “#”). Một ô có thể được lấp đầy bằng vật chất hay chân không
Một ô được định nghĩa trên thẻ ô theo cấu trúc sau: j m d geom params Trong đó: j: chỉ số ô.
m: chỉ số vật chất trong ô, m=0 là ô trống.
d: mật độ vật chất tạo nên ô, d mang giá trị dương nếu lấy đơn vị của mật độ nguyên tử [nguyên tử/cm3] và d mang giá trị âm nếu lấy đơn vị của mật độ khối [g/cm3].
31 geom: phần mô tả hình học của ô.
params: các thông số hình học khác nếu cần.
b.Thẻ mặt
MCNP xử lý các mặt trong hệ tọa dộ Descartes. Mặt được mô tả bởi các phương trình mặt. Mỗi mặt chia không gian thành hai vùng với giá trị dương và âm tương ứng. Trong MCNP5, vùng không gian được xác định bởi chỉ số dấu của mặt, dấu “+” chỉ vùng không gian bên chiều dương của mặt. Quy ước về chiều của mặt có thể được xác định một cách đơn giản hơn đối với một số mặt cụ thể như : đối với các mặt phẳng vuông góc với trục tọa độ, vùng phía chiều dương của trục tọa độ sẽ mang dấu “+”, ngược lại mang dấu trừ “-“. Đối với các mặt trụ, cầu, nón, elip, parabolic, vùng bên ngoài mặt sẽ mang dấu “+”, bên trong mang dấu “-“.
Cú pháp của một mặt như sau: j a list Trong đó: j: chỉ số mặt, 1j 99999,
a: kí hiệu các loại mặt,
list: các hệ số cần thiết để mô tả hình học mặt đó.
c. Thẻ dữ liệu
Trong MCNP, thẻ dữ liệu dùng để định nghĩa các loại hạt tới, vật liệu, nguồn, tally và số hạt gieo.
Loại hạt tới: phần này mô tả hạt phát ra từ nguồn mà ta đang muốn xét. Cú pháp: mode x (n-neutron, p-photon, e-electron)
Mô tả vật liệu: mô tả vật liệu ứng với chỉ số cell khai báo ở cell cards.
Cú pháp : mi ZZZAAA.nnX fraction.
Trong đó: i là chỉ số vật liệu.
ZZZ là bậc số nguyên tử. AAA là số khối.
nn là tiết diện tương tác. X là thư viện dữ liệu.
fraction là tỷ lệ số nguyên tử hay tỉ lệ trọng lượng của vật liệu. Nếu phía trước là dấu “-“ thì đó là tỉ lệ trọng lượng, nếu phía trước là dấu “+” thì đó là tỉ lệ nguyên tử.
32
Mô tả nguồn:
Cú pháp: sdef các biến nguồn Các biến nguồn bao gồm.
POS= x y z: vị trí nguồn EGR: năng lượng nguồn CEL: cell của nguồn
PAR=n: loại hạt, n=1: neutron, n=2: photon, n=3: electron.
Tally cards được sử dụng để tính toán các giá trị của đại lượng vật lý quan tâm. MCNP cung cấp 7 loại Tally tính toán cho neutron, 6 loại Tally tính toán cho photon và 4 loại tally tính toán cho electron. Bảng 3.1 trình bày các loại tally dùng để tính toán.
Bảng 3.1: Các Tally dùng để tính toán [5]
Ký hiệu Tally Mô tả Đơn vị
F1:N hoặc F1:P hoặc F1:E F2:N hoặc F2:P hoặc F2:E F4:N hoặc F4:P hoặc F4:E Fmesh:P
F5:N hoặc F5:P
F6:N hoặc F6:N,P hoặc F6:P
F7:N
F8:P hoặc F8:E hoặc F8:P,E
Dòng mặt
Thông lượng mặt trung bình Thông lượng cell trung bình
Thông lượng trung bình qua các cell đã chia lưới
Thông lượng điểm hay đầu dò Năng lượng trung bình để lại trong cell
Năng lượng mất mát trong phân hạch Phân bố năng lượng xung tạo ra trong đầu dò Hạt Hạt/cm2 Hạt/cm2 Hạt/cm2 MeV/g MeV/g Xung 3.1.2.2 File output
Sau khi chạy xong chương trình, kết quả sẽ được xuất ra với file output. Bên cạnh các kết quả được xuất ra theo yêu cầu người sử dụng, file output còn có các
33
bản chứa thông tin tóm tắt cần thiết cho người sử dụng biết rõ thêm về quá trình chạy mô phỏng MCNP. Các thông tin này làm sáng tỏ vấn đề vật lý của bài toán và sự thích ứng của mô phỏng Monter Carlo. Nếu có xảy ra sai sót trong khi chạy chương trình, MCNP sẽ in chi tiết cảnh báo trên file output để người sử dụng tìm và loại bỏ. Các kết quả tính toán được in ra cùng với độ lệch chuẩn. Ngoài ra, đi kèm với các kết quả là một bản phân tích chi tiết để xác định độ tin cậy của các kết quả này.
File output gồm ít nhất 2 file gồm: file.r và file.o. Trong đó file.o là file kết quả xuất ra cần quan tâm. Nếu trong quá trình mô tả có sử dụng tally Fmesh, file kết quả sẽ có thêm file meshtal lưu giá trị tính toán của tally Fmesh.
3.1.2.3 Sai số tương đối
Trong MCNP kết quả được đưa ra cho một nguồn cùng với sai số tương đối R, các đại lượng cần được đánh giá sai số tương đối R sẽ được tính toán sau mỗi quá trình mô phỏng bằng phương pháp Monte-Carlo sau mỗi số hạt lịch sử. Sai số tương đối R là tỉ số độ lệch chuẩn và trị trung bình. Trong MCNP giá trị này được xác định thông qua R như sau.
x S R= x (3.1) Trong đó: N i i=1 1 x= x N với N là số lần thử. (3.2) 2 2 x S S = N (3.3) Với N 2 i 2 i=1 2 2 (x -x) S = x - x N-1 (3.4) N 2 2 i i=1 1 x = x N (3.5)
Kết hợp (3.1), (3.2), (3.3), (3.4), (3.5), giá trị N có thế viết như sau ( khi N lớn):
1 1 2 N 2 2 2 i i=1 2 N i i=1 x 1 x 1 R= -1 = - N x x N (3.6)
Từ phương trình (2.6) ta thấy sai số tương đối R tỉ lệ với 1
N , với N là số hạt lịch sử đã tính. Nếu giá trị R > 0.5 không có ý nghĩa, nếu R từ 0,2 – 0,5 có thể chấp nhận
34
trong một vài trường hợp, nếu R từ 0,1 – 0,2 chưa tin cậy hoàn toàn, nếu R < 0,1 tin cậy (ngoại trừ detector điểm hay vòng), R < 0,05 tin cậy đối với cả detector điểm