ứng dụng công nghệ hạt nhân trong công nghiệp và nông nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ – LỚP LÝ II
 
ĐỀ TÀI
TRONG
Giảng viên hướng dẫn:Hoàng Đức Tâm
Phạm Nguyễn Thành Vinh

Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Mai
Phạm Hà Nguyên
Trần Yến Nhi
Nguyễn Vũ Hoàng Oanh

TP.Hồ Chí Minh, tháng 5/2010

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, công nghệ hạt nhân không còn là một khái niệm mới mẻ nữa. Trải
qua hơn 50 năm, công nghệ hạt nhân ngày càng phát triển và đóng một vai trò quan
trọng trong hầu hết những lĩnh vực ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày:Y tế, Công
nghiệp, Nông nghiệp, Chính trị, Kinh tế…Không chỉ đem lại những hiệu quả trên đối
tượng nghiên cứu, công nghệ hạt nhân đã đóng góp một nguồn lợi không nhỏ cho
nhiều Quốc Gia trên thế giới hiện nay. Do đó, việc cải tiến cũng như mở rộng công
nghệ hạt nhân là mối quan tâm hàng đầu của Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc
Tế IAEA nói riêng cũng như của toàn cầu nói chung.
Trong quá trình học tập của sinh viên khoa Vật Lý, không thể thiếu công việc
thực hành . Do đó, chúng tôi đã chọn nghiện cứu đề tài này với mong mỏi có thể tìm
hiểu và tiếp cận những ứng dụng về công nghệ hạt nhân trong Nông nghiệp và Công
nghiệp trên thế giới như là một cách thực hành những kiến thức đã được học tập tại
trường cũng như trang bị thêm vốn kiến thức cho bản thân. Trong giới hạn của bài viết
này, chúng tôi xin được giới thiệu những ứng dụng của công nghệ hạt nhân ở 2 lĩnh

vực Công nghiệp và Nông nghiệp cũng như những phương pháp ứng dụng những kỹ
thuật đó trên thế giới. Bài viết gồm những nội dung sau:
Chương I:giới thiệu về công nghệ hạt nhân
Chương II:ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp
- Chiếu xạ thực phẩm
- Kỹ thuật triệt sản côn trùng
- Xác định độ ẩm của đất
- Đột biến gen cho cây trồng
- Phương pháp đánh dấu
Chương III:ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp
- Kỹ thuật chụp ảnh phóng xạ
- Đo bề dày vật liệu
- Thăm dò tìm kiếm dầu
- Xác định độ hư mòn của vật liệu

- Kỹ thuật tiệt trùng
Chương 4:Tình hình ứng dụng kỹ thuất hạt nhân tại Việt Nam
Khi soạn bài viết này, chúng tôi đã cố gằng hết sức để tránh những sai sót. Tuy
nhiên, do thời gian cũng như giới hạn của bài viết này và khả năng dịch thuật, chắc
chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của
Thầy và các bạn sinh viên để bài viết này được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Đức Tâm, Thầy Phạm Nguyễn
Thành Vinh cùng các bạn sinh viên Khoa Vật Lý đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em
thực hiện bài viết này.
NHÓM TÁC GIẢ

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 0
MỤC LỤC 3
CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU SƠ NÉT VỀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 7

1.1 .Khái niệm 7
1.2.Nguồn gốc-Lịch sử: 7
1.3.Phân loại: 8
CHƯƠNG II:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG NÔNG
NGHIỆP 9
2.1. CHIẾU XẠ THỰC PHẨM 9
2.1.1.Khái niệm 9
2.1.2. Tác dụng của tia bức xạ lên thực phẩm: 11
2.1.2.1. Hạn chế vi sinh vật gây bệnh và sâu bệnh: 11
2.1.2.2. Kéo dài thời gian bảo quản: 12
2.1.2.3. Ức chế nảy mầm: 13
2.1.3. Thiết bị chiếu xạ thực phẩm. 15
2.2.KỸ THUẬT TRIỆT SẢN CÔN TRÙNG (STERILE INSECT
TECHNIQUE) 16
2.2.1Giới thiệu chung 16
2.2.2.Nguồn gốc_Lịch sử 17
2.2.3.Nguyên tắc Công nghệ SIT sử dụng bức xạ: 18
2.2.3.1.Khái niệm: 18
2.2.3.2.Các nguồn phóng xạ: 19
2.2.3.3.Tiến trình chiếu xạ: 22
2.2.4.Kết luận: 26
2.3.Xác định độ ẩm của đất bằng phương pháp notron 27

2.3.1.Ý nghĩa : 27
2.3.2. Ngun tắc 27
2.3.2.1. Xử lý số liệu 28
2.3.2.2. Tiến hành 29
2.4.gIỚI THIỆU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG GÂY
ĐỘT BIẾN GIỐNG CÂY TRỒNG (mutual breeding) 30
2.4.1.Sơ lược: 30

2.4.2.Cơ sở lý thuyết 32
2.4.2.1.Nguồn chiếu xạ 32
2.4.2.2.Tương tác của bức xạ với tế bào gây đột biến 33
2.5.PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG VỊ ĐÁNH DẤU 34
2.5.1.ỨNG DỤNG ĐỒNG VỊ PHĨNG XẠ TRONG VIỆC NGHIÊN
CỨU CÁC Q TRÌNH DIỄN RA TRONG CÂY 35
2.5.1.1. Ngun tắc: 35
2.5.1.2. Một số nguồn phóng xạ thường dùng: 36
2.5.1.3.Ưu điểm của phương pháp đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ: 36
2.5.2. Xác định con đường vận chuyển của C trong cây bằng phương pháp
đánh dấu: 38
2.5.2.1. Nghiên cứu q trình cố định C trong cây – Chu trình Calvin . 38
2.5.2.2 Nghiên cứu q trình vận chuyển các chất trong mạch rây và
mạch gỗ: 39
2.5.3.Chứng minh DNA là vật chất di truyền: 40
2.5.3.1. Lịch sử phát hiện AND: 40
2.5.3.2. Thí nghiệm của Griffith: 41
2.5.3.3. Thí nghiệm của Avery 43
2.5.3.4. Thí nghiệm của Hershey – Chase dùng ngun tố phóng xạ
chứng minh DNA là vật chất di truyền: 43

CHƯƠNG III:KỸ THUẬT HẠT NHÂN ỨNG DỤNG TRONG CÔNG
NGHIỆP 46
3.1. GIỚI THIỆU VỀ CHỤP ẢNH PHÓNG XẠ 46
3.1.1.Nguồn bức xạ 47
3.1.1.1.Nguồn bức xạ X 47
3.1.1.2.Nguồn bức xạ Gamma 48
3.1.2.Chụp ảnh phóng xạ 49
3.1.2.1. Phim trong chụp ảnh phóng xạ 50
3.1.2.2. Phương pháp chụp 52

3.1.3.Thăm dò khuyết tật trong vật liệu bằng bức xạ Gamma 53
3.1.3.1.Máy dùng phim ảnh 55
3.1.3.2 Máy tự ghi 55
3.1.4.Phạm vi áp dụng 56
3.1.5. Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp chụp ảnh phóng xạ57
3.1.5.1.Ưu điểm 57
3.1.5.2.Nhược điểm 58
3.2.ĐO BỀ DÀY 58
3.2.1.NGUỒN PHÓNG XẠ 59
3.2.2.NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO 60
3.3.THĂM DÒ TÌM KIẾM DẦU (BOREHOLE LOGGING) 62
3.3.1.Sơ lược: 62
3.3.2.Tiến trình: 63
3.3.2.1.Máy dò Gamma: (Gamma-gamma probe) 64
3.3.3.Tình hình khai thác dầu khí tại Việt Nam: 66
3.4.KỸ THUẬT XỬ LÝ ĂN MÒN VẬT LIỆU 68
3.4.1.Kích hoạt số lượng lớn(Bulk activation) 70

3.4.2. Kích hoạt lớp bề mặt hay lớp mỏng(Surface-layer orthin-layer
activation) 73
3.4.3.Ưu điểm của công nghệ kiểm tra phóng xạ 74
3.5.KỸ THUẬT TIỆT TRÙNG (STERILIZATION) 75
3.5.1.Sơ lược: 75
3.5.2.Tiến trình chiếu xạ: 75
3.5.2.1.Nguồn Gamma 76
3.5.2.2.Máy gia tốc hạt electron trong công nghệ khử trùng 83
3.5.2.3.Máy chiếu xạ tia X 88
3.5.3.Kết luận chung: 91
CHƯƠNG 4:TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TẠI VIỆT
NAM 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU SƠ NÉT VỀ CÔNG NGHỆ HẠT
NHÂN
1.1 .KHÁI NIỆM
Là những kỹ thuật sử dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ để đo lường, kiểm soát
cũng như nâng cao hoặc cải thiện chất lượng của sản phẩm.
1.2.NGUỒN GỐC-LỊCH SỬ:
Vật chất được biết đến với những hạt cơ bản từ thế kỉ thứ 6 trước công nguyên
.Thuyết nguyên tử được truyền bá bởi những triết gia người Hi Lạp .Đếm thế kỉ 17,
Isaac Newton cũng cho rằng vật chất được cấu tạo bởi những hạt song đến năm 1982
,Jone Dalton mới chưng minh được giả thuyết này .
Mendeleev đã củng cố lí thuyết trên bằng hệ thống tuần hoàn hóa học Sau vài
thập niên , J.J.Thomson đã chứng minh nguyên tử được cấu tạo bởi những hạt electron
có khối lượng nhỏ và các proton có khối lượng tương đối lớn .Nhưng thí nghiệm của
Ernest Rutherford chỉ ra proton chỉ nằm trong nhân hạt nhân. Qua nghiên cứu , năm
1932 người ta mới phát hiên ra trong hat nhân ngoài những hạt proton mang điện
dương còn những hạt notron không mang điện, ( proton , notron được cấu tạo với
những hạt nhỏ hơn gọi là hạt quark.Các hạt này được tao ra bởi quá trình bức xạ hay
phân rã .
Thế kỉ 20, sự bùng nổ của vật lý hạt nhân cùng với vật lý lượng tử , cực điểm
là phản ứng phân hạch với bom nguyên tử , tạo ra một bước đà mới cho sự phát triển
vũ khí hạt nhân , nguồn năng lượng hạt nhân và những ứng dụngtrong y học , sinh học
,đặc biệt là trong công nông nghiệp .



1.3.PHÂN LOẠI:
Các ứng dụng của Khoa Học Kỹ Thuật Hạt Nhân bao gồm 2 lĩnh vực:năng
lượng (power application) và phi năng lượng (non-power application)

+Năng lượng:bao gồm các ứng dụng như:nhà máy điện hạt nhân, bom nguyên
tử, vũ khí hạt nhân,…
+Phi năng lượng :bao gồm các ứng dụng: kỹ thuật triệt sản côn trùng, chiếu xạ
thực phẩm, chụp ảnh phóng xạ, gây đột biến cây trồng, xác định độ hư mòn của vật
liệu,…
Sự phát triển của lĩnh vực năng lượng kéo theo sự phát triển của lĩnh vực phi
năng lượng. Mặt khác, do có sự liên kết giữa các ngành khoa học khác nhau mà sự
phát triển của Kỹ thuật hạt nhân đã đưa đến sự phát triển của những ngành khoa học
khác. Do đó, tại nhiều Quốc Gia trên thế giới, kỹ thuật hạt nhân và phóng xạ đã trở
thành một thành tố chính trong nền kinh tế quốc dân.

CHƯƠNG II:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG
NÔNG NGHIỆP
2.1. CHIẾU XẠ THỰC PHẨM

2.1.1.Khái niệm
Chiếu xạ thực phẩm là quá trình cho thực
phẩm tiếp xúc với bức xạ iôn hóa để tiêu diệt
vi sinh vật, vi khuẩn, virus, côn trùng có trong
thực phẩm hoặc ức chế nảy mầm, làm chậm
quá trình chín.
Nguồn bức xạ chủ yếu được sử dụng là tia gamma, tia X và chùm electron được
tăng tốc. Những chùm bức xạ này có năng lượng đủ cao để tách electron ra khỏi
nguyên tử và phân tử, biến chúng thành các ion nên gọi là bức xạ ion hóa.
Tia gamma và tia X có bản chất là sóng điện từ có bước sóng ngắn và năng
lượng lớn. Tia X được tạo ra bằng máy phát tia X, tia gamma được tạo ra từ quá trình
tự phát phân rã của các đồng vị phóng xạ, chùm electron được gia tốc bằng hiệu điện
thế cao.

Chỉ một vài phóng xạ được sử dụng trong chiếu xạ thực phẩm là
60
Co và
137
Cs.
60
Co được tạo thành bằng cách cho
59
Co hấp thụ nơtron trong lò phản ứng hạt nhân.
Sau đó, được đóng gói trong những ống nhỏ làm bằng thép không gỉ để tránh rò rỉ ra
ngoài trong quá trình chiếu xạ. Cesium-137 được lấy từ phản ứng phân hạch của urani
và plutoni và phải được tinh chế tách khỏi actini và các sản phẩm phân hạch khác.

Nguồn
phóng xạ
Chu
kì bán rã
Loại phóng xạ
60
Co
5,27
năm
Phóng xạ β
–
:
60 0 60
27 1 28
Co e Ni



  

Nguyên tử Ni ở trạng thái kích thích phát tia
gamma có năng lượng 1,17 và 1,33 MeV.
137
Cs
30,07
năm
Phóng xạ β
–
:
137 0 137
55 1 56
Cs e Ba



Trong đó có khoảng 95 % là đồng phân hạt
nhân siêu ổn
137m
Ba
có chu kì bán ra 2,55 phút và
phát tia gamma có năng lượng 662 keV




Hình 2. 1:Sơ đồ biểu diễn quá trình phân rã của Co-60 và Cs-137

2.1.2. Tác dụng của tia bức xạ lên thực phẩm:

Liều phóng xạ: là lượng năng lượng phóng xạ bị hấp thụ bởi thực phẩm khi nó
được chiếu xạ. Đơn vị đo là Gray (Gy). Một Gray là năng lượng 1 J bị hấp thụ bởi 1 kg
thực phẩm được chiếu xạ. Liều phóng xạ an toàn là dưới 10 kGy. 10 kGy tương đương
với lượng năng lượng làm nóng nước lên thêm 2,4
o
C. Vì vậy, phương pháp chiếu xạ
còn gọi là phương pháp “khử trùng lạnh” vì phương pháp này khử trùng thực phẩm mà
làm thực phẩm nóng lên rất ít.
Phương pháp chiếu xạ:
- Chiếu xạ liều thấp: nhỏ hơn 1 kGy sẽ ức chế nảy mầm, kìm hãm sự chin, khử
trùng, tiêu diệt vi sinh vật.
- Chiếu xạ liều trung bình: từ 1 tới 10 kGy sẽ hạn chế vi sinh vật gây bệnh, hạn
chế và loại bỏ mầm bệnh.
- Chiếu xạ liều cao: lớn hơn 10 kGy giảm số lượng vi sinh vật hoặc vô khuẩn.
2.1.2.1. Hạn chế vi sinh vật gây bệnh và sâu bệnh:
Hiện nay, chiếu xạ được xem là phương pháp hiệu quả có thể vô hiệu hóa mầm
bệnh trong thực phẩm thô và đông lạnh.
Sử dụng phương pháp nhiệt để tiêu diệt vi sinh vật, thường làm mất đi màu sắc
và mùi vị của rau tươi. Phương pháp chiếu xạ không làm mất đi màu sắc mùi vị của
thực phẩm.
Chiếu xạ là phương pháp hiệu quả để kiểm soát sâu bệnh thay cho methyl
bromide là chất phá hủy tầng ozone. Phương pháp chiếu xạ tiêu diệt côn trùng còn lại
trong hạt, đậu, bột mì, ngũ cốc, cà phê, quả sấy khô và các sản phẩm khác.
Trái cây xuất khẩu tươi như cam, xoài, đu đủ thường chứa côn trùng gây hại.
Một số quốc gia yêu cầu trái cây trước khi nhập khẩu phải được xử lí. Chiếu bức xạ
0,15 tới 0,3 kGy có tác dụng tiêu diệt côn trùng.
Phương pháp chiếu xạ được thực hiện tại hơn 20 quốc gia, với sản lượng từ
5.000 tấn năm 1990 lên hơn 60.000 tấn trong năm 1997.Tại Mỹ, trên 30.000 tấn các
loại rau quả được chiếu xạ trong năm 1997 so với 4.500 tấn trong năm 1993.

2.1.2.2. Kéo dài thời gian bảo quản:
Thời gian bảo quản trái cây, rau quả, thịt,
gia cầm, cá và hải sản có thể được kéo dài đáng kể
nếu ta kết hợp chiếu xạ liều thấp và bảo quản
lạnh. Vi sinh vật phân hủy, như Pseudomonas
spp.,tương đối nhạy cảm với bức xạ. Một liều 2,5
kGy chiếu xạ cho gia cầm tươi xử lý theo tiêu
chuẩn GMPs (good manufacturing practices) đủ
để loại trừ Salmonella và nhiều loại vi sinh vật
khác. Nhờ vậy, tăng gấp đôi thời gian bảo quản thịt nếu được giữ ở nhiệt độ dưới 5
o
C.
Chiếu xạ cũng làm chậm thời gian chín và kéo dài thời gian bảo quản một số
loại trái cây. Ví dụ, quá trình chín trong chuối, xoài, đu đủ và có thể bị chậm trễ do
chiếu xạ liều 0,25 - 1 kGy. Chiếu xạ dâu tây với liều 2 - 3 kGy sau đó bảo quản tại
10
o
C làm tăng thời gian lưu trữ lên đến 14 ngày. Chiếu xạ nấm ở 2 - 3 kGy ức chế mở
nắp và thân, thời gian bảo quản có thể được tăng lên ít nhất hai lần bằng cách chiếu xạ
và bảo quản tại 10
o
C so với không chiếu xạ nấm.
Tuy nhiên, việc chiếu xạ cũng tạo ra những thay đổi không mong muốn, chiếu
xạ làm thay đổi các phản ứng xảy ra trong trái cây và rau quả. Ví dụ: màu của dâu tây
sẽ không phát triển tốt nếu ta chiếu xạ. Để hạn chế những thay đổi không mong muốn
này, ta nên chiếu xạ khi trái cây bắt đầu chín.

Hình 2.2Thực phẩm tiệt trùng được sử dụng trong chương trình tàu con thoi của NASA

Chiếu xạ liều cao (lớn hơn 25 kGy) vô hiệu hóa các enzim của vi khuẩn, làm

tăng thời gian bảo quản thực phẩm đóng hộp. Các sản phẩm tiệt trùng có thể được lưu
trữ ở nhiệt độ phòng gần như vô hạn định. Thực phẩm tiệt trùng được sử dụng cho các
bệnh nhân mắc bệnh về hệ miễn dịch cần phải có một chế độ ăn uống vô trùng. Sản
phẩm tiệt trùng cũng được cung cấp cho các phi hành gia trong chương trình tàu con
thoi của NASA vì tính ưu việt của nó về chất lượng, độ an toàn của nó so với thực
phẩm được xử lý bằng các kĩ thuật bảo quản khác.
Thực phẩm được chiếu xạ liều cao cũng được cung cấp cho quân nhân ở Nam
Phi và du khách cắm trại.
2.1.2.3. Ức chế nảy mầm:
Việc bảo quản khoai
tây, hành tây, khoai mỡ,…
dài thường rất tốn kém, đặc
biệt là ở các vùng nhiệt đới
và cận nhiệt đới vì chúng
rất dễ nảy mầm. Có thể sử
dụng hóa chất như maleic
hydrazide, propham, hoặc chloropropham để ức chế nảy mầm, nhưng những hóa chất
này, hoặc không có hiệu quả trong điều kiện nhiệt đới hoặc để lại dư lượng, gây hại
cho sức khỏe. Vì vậy nhiều nước đã cấm sử dụng chúng.
Sử dụng liều bức xạ thấp 0,15 kGy hoặc ít hơn để ức chế sự nảy mầm của sản
phẩm như khoai tây, khoai mỡ, hành, tỏi, gừng, và hạt dẻ. Phương pháp này không tạo
ra dư lượng chất độc hại và cho phép lưu trữ ở nhiệt độ cao hơn. Khoai tây được chiếu
xạ và bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (10 - 15
o
C), có chất lượng tốt. Khoai tây chiếu xạ
đã được bán rộng rãi tại Nhật Bản từ năm 1973.

CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ THỰC PHẨM
Tác dụng
Liều lượng (kGy)
Sản phẩm
Chiếu xạ liều thấp (thấp hơn 1 kGy)
(1) Ức chế nảy mầm
0,05 – 0,15
Khoai tây, khoai lang, hành, tỏi,
gừng,…
(2) Tiêu diệt côn trùng và sinh vật
kí sinh
0,15 – 0,5
Ngũ cốc, trái cây tươi, cá khô, thịt
heo,…
(3) Ức chế các quá trình sinh lý
của rau quả
0,25 – 1,0
Rau quả tươi
Chiếu xạ liều trung bình (1 – 10 kGy)
(1) Tăng thời gian bảo quản
1,0 – 3,0
Cá tươi, dâu tây, nấm,…
(2) Loại trừ vi sinh vật phân hủy
và vi sinh vật gây bệnh
1,0 – 7,0
Hải sản đông lạnh, thịt và gia cầm

đông lạnh…
(3) Làm tăng các thuộc tính tốt
của thực phẩm
2,0 – 7,0
Táo (tăng lượng nước), loại nước
khỏi rau (làm giảm thời gian
nấu),…
Chiếu xạ liều cao (10 – 50 kGy)
(1) Tiệt trùng công nghiệp (kết
hợp với đun nhẹ)
30 – 50
Thịt, gia cầm, hải sản, thức ăn
nhanh, chế độ ăn vô trùng trong
bệnh viện.
(2) Xử lý phụ gia và nguyên liệu
thực phẩm
10 – 50
Gia vị, chế phẩm enzim, kẹo cao su
tự nhiên,…

2.1.3. Thiết bị chiếu xạ thực phẩm.
Thiết bị chiếu xạ thực phẩm công nghiệp phải được các tổ chức thẩm quyền về
an toàn bức xạ và các tổ chức sức khỏe quy định, cấp phép và kiểm tra. Tất cả dựa trên
tiêu chuẩn bức xạ của các tổ chức IAEA, FAO và WHO.
Thiết bị chiếu xạ
gồm hai phần cơ bản:
+ Buồng chiếu xạ:
được che chắn bởi lớp
tường bê tông dày 1,5 – 1,8
m để đảm bảo bức xạ

không thoát ra ngoài.
Buồng chiếu xạ được giám
sát và có hệ thống khóa
trong để đảm bảo không có
người ra vào phòng trong
thời gian chiếu xạ.
+Hệ thống vận chuyển thực phẩm: vận chuyển thực phẩm vào và ra khỏi phòng
chiếu xạ, thường là băng chuyền. Thùng chứa thực phẩm có dung tích tới 1 m
3
.
Trong thiết bị chiếu xạ, nguồn phóng xạ liên tục phát ra bức xạ. Vì vậy, có thêm
khu vực lưu trữ nguồn phóng xạ (hồ nước sâu khoảng 6 m) khi không sử dụng hoặc
khi cần sửa chữa trong phòng chiếu xạ.
Hệ thống quản lý chất lượng được đặt ở một số khâu của quá trình chiếu xạ.
Thực phẩm được xử lý, bảo quản và vận chuyển theo hệ thống chất lượng GMPs
trước, trong và sau khi chiếu xạ. Chỉ những loại thực phẩm có chất lượng tốt mới được
đưa vào chiếu xạ.
60
Cobalt- hay
137
Cs phân rã dần thành các nguyên tố bền niken và bari. Nguồn
phóng xạ được lấy ra khỏi thiết bị chiếu xạ khi độ phóng xạ giảm xuống còn 6 – 12 %
so với ban đầu khoảng 16 – 21 năm đối với Co – 60). Những nguyên tố này sau đó
được vận chuyển tới nhà cung cấp để tái tạo lại trong lò phản ứng hạt nhân hoặc cất

trữ. Ước tính lượng Co – 60 được sản xuất ở Bắc Mỹ khi sử dụng hết, được lưu trữ
trong không gian khoảng 1,25 m
3
, tương đương với kích thước của một bàn làm việc.
2.2.KỸ THUẬT TRIỆT SẢN CÔN TRÙNG (STERILE INSECT

TECHNIQUE)
2.2.1Giới thiệu chung
Công nghệ ứng dụng kỹ thuật triệt sản côn trùng (SIT) thuộc Chương Trình
Quản lý Động Vật Gây Hại Thống Nhất Trên Diện Rộng (Area-Wide Integrated Pest
Management hay AW-IPM) ngày càng phát triển thay thế cho thuốc trừ sâu hóa học
gây ảnh hưởng cho môi trường và con người. Công nghệ SIT dựa vào ứng dụng của
các bức xạ ion hóa để triệt sản côn trùng mà không ảnh hưởng đến khả năng kết đôi
của con đực với con cái, được phát triển lần đầu tiên tại Hoa Kì, hiện nay được ứng
dụng rộng rãi trên cả 6 lục địa. Trong vòng 4 thập kỷ qua, nó trở thành một vấn đề
quan trọng trong nghiên cứu về ứng dụng công nghệ hạt nhân vào nông nghiệp của Tổ
Chức Lương Thực Và Nông Nghiệp của Liên Hiệp Quốc (Food And Agriculture
Organization-FAO) và Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (International
Atomic Energy Agency-IAEA). Phương pháp này được sử dụng rất hiệu quả trong
việc làm giảm tối đa cũng như loại trừ hoàn toàn côn trùng gây hại cho mùa màng nói
riêng và nông nghiệp nói chung.Việc sử dụng công nghệ SIT đạt được nhiều hiệu quả:
nâng cao năng suất các sản phẩm nông nghiệp, tạo một môi trường xanh sạch không
chất độc hại, cải thiện sức khỏe động thực vật và cây trồng, góp phần phát triển kinh
tế….Công nghệ SIT đã có những thành tựu vượt bậc và hơn nữa, dẫn đến những công
nghệ chăn nuôi mới, những nghiên cứu về di truyền học cũng như các quá trình hoạt
động của côn trùng, đặc biệt là hiệu quả của chương trình AW-IPM.
Trong 70 năm đầu của thế kỷ 20, các phương pháp kiểm soát côn trùng gây hại
chủ yếu dựa vào thuốc trừ sâu hóa học, đặc biệt là sau Thế Chiến Thứ II, là sự ra đời
của thuốc trừ sâu nhân tạo. Sau năm 1970, khái niệm IPM trở nên phổ biến, dần dần ý
tưởng làm giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu được quan tâm hơn. Do đó việc kiểm soát
côn trùng gây hại bằng phương pháp sinh học cùng với việc gây giống những loài côn

trùng chịu thuốc và cây trồng kháng thuốc ngày nay có một tầm quan trọng trong
chương trình IPM. Theo tiêu chuẩn Quốc Tế của IPPC (International Plant Protection
Convection), công nghệ SIT chính thức được xem như một loại kiểm soát sinh học và
thích hợp trong chương trình AW-IPM.

Một trong những mục tiêu quan trọng nhất của công nghệ SIT là diệt trừ hoàn
toàn những côn trùng gây hại mà không làm ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe
của con người. Tuy nhiên, những côn trùng triệt sản cũng có thể được sử dụng trong
chương trình AW-IPM ở những chiến lược kiểm soát khác. Chúng được giải phóng
trong một khu vực nào đó để ngăn chặn sự lan rộng của những động vật gây hại ở
những khu vực lân cận. Ngày nay, công nghệ SIT đang tiếp tục được phát triển và cải
tiến vì những hiệu quả và lợi ích của nó. Tuy nhiên, 2 nguyên tắc cơ bản là nuôi tập
trung và giải phóng côn trùng triệt sản thì khó có thể thay đổi. Mặc dù những công
nghệ mới và những khám phá khoa học vẫn tiếp tục được tìm kiếm, nhưng R&D
(Research and Development) sẽ vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng
suất và hiệu quả của công nghệ SIT này.

Hình 2. 3. El Pino Guatemala, nơi nuôi côn trùng triệt sản lớn nhất thế giới
2.2.2.Nguồn gốc_Lịch sử
Trong những năm 1930-1940, ý tưởng giải phóng những côn trùng triệt sản
thuộc chủng loài gây hại cho mùa màng để đưa kỹ thuật triệt sản côn trùng SIT có
kiểm soát vào quần thể được nảy sinh bằng 3 phương pháp hoàn toàn khác nhau.

Những nhà nghiên cứu chính là A.S Serebrovskii thuộc Đại Học Moscow State
university, F.L Vanderplank thuộc viện nghiên cứu ruồi Tsetse ở vùng nông thôn
Tanganyika (ngày nay là Tanzania) và E.F Knipling thuộc Bô Nông Nghiệp Mỹ (US
Department of Agriculture). Phương pháp hoán vị bô nhiễm sắc thể để hạn chế côn
trùng gây hại của Serebrovskii đã không đem lại hiệu quả tại Liên Bang Xô Viết trong
Thế Chiến Thứ II. Vanderplank lại dựa vào tính mất khả năng sinh sản được lai ghép
để loại trừ ruồi tsetse trong thí nghiệm, tuy nhiên ông lại thiếu nguồn tài nguyên và
thông tin cần thiết để phát triển phương pháp này. Trong khi đó, Knipling và những
cộng sự của ông đã khai thác triệt để lý thuyết cùa H.J Muller với khám phá các bức xạ
ion hóa có thể đem lại những lợi thế, đặc biệt là sau Thế Chiến Thứ II, phát minh này
đã được ứng dụng trên diện rộng để diệt trừ loài giòi Cochliomyia Hominivorax Bắc
và Nam Mỹ (New World) tại Mexico, Mỹ, và Trung Mỹ. Từ đó, những chương trình

liên kết với công nghệ SIT đã được hình thành nhằm chống lại những loài ruồi giấm
nhiệt đới và một số chủng lại Tsetse Glossina, sâu bướm hồng Pectinophora
Gossypiella, sâu bướm Cydia Pomonella (ấu trùng ăn trái cây). Tại những cánh đồng
hành tây ở Hà Lan, loài giòi Delia Antiqua (Meigen) từ năm 1981 đã bị diệt trừ bằng
công nghệ SIT. Trong những năm 1970, có rất nhiều những nghiên cứu được tiến hành
trên muỗi cũng bằng phương pháp này. Song song đó, việc phát triển việc sử dụng kỹ
thuật SIT đối với loài mọt Anthonomus Grandis Boheman, sâu bướm Lymantria
Dispar đã kết thức, nhưng vẫn tiếp tục tiến triển đối với 2 chủng loài mọt Cylas
Formicarius và Euscepes Postfasciatus, sâu bướm Cryptophlebia leucotreta,
Ectomyelois ceratoniae, loài ruồi giấm Bactrocera spp,…và một số chủng loại khác.
2.2.3.Nguyên tắc Công nghệ SIT sử dụng bức xạ:
2.2.3.1.Khái niệm:
Là phương pháp sử dụng các bức xạ ion hóa để gây đột biến gen trên nhiểm sắc
thể của côn trùng đực gây hại nhằm làm mất hoàn toàn khả năng sinh sản của chúng.
Những côn trùng triệt sản này sau đó được thả tự do để kết đôi với côn trùng cái khác,
và kết quả là sự kết hợp của chúng không cho ra đời thế hệ sau. Ứng dụng bức xạ ion
hóa là một phương pháp ngày nay được sử dụng rộng rãi để triệt sản những loài côn

trùng có khả năng sinh sản thuộc chương trình AW-IPM liên kết với công nghệ SIT.
Nguồn phóng xạ được sử dụng là chùm electron năng lượng cao, tia X, và được sử
dụng nhiều nhất là tia Gamma và đồng vị phóng xạ Cobalt 60, Caesium 137. Chiếu xạ
côn trùng là một phương pháp an toàn và đáng tin cậy. Để phương pháp này đạt hiệu
quả cao nhất, tiến trình này phải được kiểm soát chặt chẽ để bảo đảm rằng những tế
bào sinh sản của côn trùng được chiếu xạ sẽ bị triệt sản hoàn toàn mà không ảnh
hưởng đến khả năng kết đôi giới tính với côn trùng hoang dại. Phương pháp này được
tiến hành từ những năm 1950, bao gồm hơn 300 loài chân khớp, trong đó liều lượng
phóng xạ cần thiết cho mỗi loài biến đổi từ dưới 5Gy đối với loài gián Blaberid đến
300 Gy hoặc hơn cho sâu đục thân hoặc bướm Arctiid. Ngoài ra những nhân tố khác
như nồng độ Oxy, tuổi tác côn trùng cùng những nhân tố khác trong suốt quá trình
chiếu xạ đều ảnh hưởng đến liều lượng bức xạ được hấp thụ trong tiến trình triệt sản

cũng như khả năng tồn tại của côn trùng được chiếu xạ.
2.2.3.2.Các nguồn phóng xạ:
Việc sử dụng nguồn phóng xạ nào tùy thuộc vào thuộc tính, như tính hiệu quả
sinh học tương đối (Relative Biological Effect-RBE), tính hấp thụ phóng xạ của côn
trùng được chiếu xạ, tính an toàn và chi phí. RBE của phóng xạ được xác định là tỉ lệ
liều lượng phóng xạ của tia X từ 200-250kV cần thiết để đem lại tác động sinh học cụ
thể đối với côn trùng. Chùm Neutron hiệu quả hơn tia Gamma và tia X trong công
nghệ triệt sản (theo kết quả nghiên cứu của Hooper 1971, North 1975, Offori & Czock
1975). Tuy nhiên, chùm neutron có thể gây phóng xạ nguy hiểm trên những vật liệu
được chiếu xạ khiến cho việc sử dụng chùm Neutron trở nên phi thực tế trong hầu hết
các chương trình.
Do đó, loại phóng xạ được sử dụng hiệu quả trong chương trình giải phóng côn
trùng triệt sản gồm tia Gamma, chùm electron năng lượng cao và tia X. Tất cả đều có
những ảnh hưởng tương tự trên nguyên vật liệu (RBE) mà cụ thể là côn trùng. Đối với
giai đoạn vòng đời côn trùng và liều lượng phóng xạ, nhiều nghiên cứu cho thấy không
có sự khác biệt đáng kể nào giữa chùm electron và tia Gamma trong những ảnh hưởng
về phóng xạ của nó.

Để duy trì sự thích hợp của côn trùng đối với nguồn phóng xạ cũng như sự an
toàn của nhân viên chiếu xạ, người ta phải phòng tránh tối đa ảnh hưởng của tính
phóng xạ từ các nguồn phóng xạ. Do đó, việc chiếu xạ côn trùng phải được đảm bảo
rằng năng lượng sử dụng trong công nghệ SIT thấp hơn 5 triệu eV đối với sóng điện từ
(Gamma hoặc tia X), 10MeV đối với chùm electron. Vì vậy, tia gamma từ phân rã
Cobalt 60 (năng lượng photon từ 1.117-1.33 MeV) và Cs 137 (0.66MeV), chùm
electron được tăng tốc bằng máy gia tốc với năng lượng thấp hơn 10MeV và tia X
được sinh ra từ chùm electron có năng lượng thấp hơn 5 MeV đều có thể sử dụng
trong tiến trình triệt sản côn trùng.
 Đồng vị phóng xạ:
Hiện nay, bức xạ được sử dụng phổ biến nhất cho công nghệ SIT là bức xạ
Gamma từ đồng vị Cobalt 60 và Caesium 137. Những đồng vị phóng xạ này có chu kì

bán rã dài và năng lượng của tia Gamma tương đối cao (Hình 2.4). Để cung cấp cùng
một số lượng vật liệu, do sự khác biệt về năng lượng photon, nguồn phóng xạ Caesium
đòi hỏi khoảng 4 lần hoạt tính (độ phóng xạ) hơn nguồn Cobalt. Đồng vị phóng xạ
Cobalt 60 được sản xuất bằng cách đặt những xi lanh nhỏ Cobalt tự nhiên (100%
59
Co) trong lò phản ứng hạt nhân, nơi nguyên tử
59
Co hấp thụ neutron nhiệt và được
chuyển thành
60
Co. Những xy lanh này được đưa ra khòi lò phản ứng sau 1-2 năm, và
được đóng kín trong hộp thép không rỉ chống ăn mòn. Cs -137 được sản xuất từ phân
hạch của Urani và Plutoni và phải được phân rã từ những sản phẩm phân hạch khác
hoặc Actinides. Tiến trình này rất phức tạp và vì vậy, việc sử dụng Cs đang có xu
hướng giảm dần trong xử lý bức xạ, bao gồm công nghệ SIT.


Hình 2.4: So sánh thuộc tính của Co-60 và Cs-137
 Bức xạ electron:
Trong tương lai không xa, việc sử dụng chùm bức xạ electron năng lượng cao
(5-10MeV) sẽ có xu hướng tăng cao. Chùm electron được phát ra từ các nguồn khác
nhau tùy từng loại máy gia tốc. Để thu được chùm electron năng lượng cao này, người
ta gia tốc các electron đến một mức năng lượng định trước. Máy gia tốc có thể tạo ra
chùm tia bức xạ electron hẹp và do đó, tỉ lệ liều lượng phóng xạ có thể đạt nhiều hơn
1000 lần so với bức xạ Gamma.
 Bức xạ Gamma và Rơnghen:
Tia X và Gamma là những song điện từ. Để tạo ra tia X, người ta gia tốc chùm
hạt electron bởi hiệu điện thế U, sau đó đập váo anode (được làm bằng các nguyên liệu
có số khối lớn như Volfram). Tia X được tạo ra tạo ra bằng cách này được gọi là “Bức
xạ hãm” (Bremsstrahlung). Bức xạ này sinh ra do các electron mang năng lượng đi qua

vật liệu có nguyên tử số lớn,dưới tác dụng của trường thế Coulomb bị chệch hướng.
Do đó, các hạt mang điện khi bị giảm tốc sẽ phát ra bức xạ có phổ rộng và liên tục với
năng lượng gần như cân bằng với năng lượng chùm tia tới. Tia Gamma từ phân rã
Cobalt 60 và Caesium 137 cùng với tia X, thâm nhập vào vật liệu sâu hơn chùm hạt
electron. Chẳng hạn, đối với Gamma từ
60
Co, liều lượng bức xạ giảm đến ½ ở độ sâu
khoảng 23cm trong nước;nhưng đối với chùm electron 10MeV, độ sâu tương đối chỉ
khoảng 4cm.

2.2.3.3.Tiến trình chiếu xạ:
Triệt sản côn trùng được khám phá lần đầu tiên trong những năm 1920 bởi
Herman J.Muller thuộc Đại Học Texas. Ông sử dụng tia X gây đột biến gen và nhiễm
sắc thể của ruồi giấm (vinegar fly) Drosophila Melanogaster. Tia X khi được chiếu với
liều lượng cao thích hợp sẽ bẻ gãy các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và 2 đoạn cuối
của nhiễm sắc thể gắn chặt với nhau để hình thành nhiễm sắc thể dicentric (là nhiễm
sắc thể khác thường có 2 trung đoạn). Trong quá trình phân bào, nhiễm sắc thể 2 trung
đoạn này bị bẻ gãy, thì 1 tế bào sẽ không nhận đủ thông tin di truyền, trong khi tế bào
khác lại nhận gấp đôi. Vì vậy tế bào con sau kì cuối phân bào sẽ không nhận đủ hoàn
toàn tất cả thông tin di truyền cần thiết đối với chức năng sinh sản của nó. Đó chính là
quá trình hình thành giao tử từ một trứng thường và một tinh trùng được chiếu xạ.
Hình 2.5: Kết quả di truyền học tế bào của nhiễm sắc thể khi bị chiếu xạ
Công nghệ SIT chỉ được áp dụng cho những chủng loài côn trùng sinh sản bằng
giao cấu và chỉ hiệu quả nếu côn trùng được triệt sản thành công trong việc cạnh tranh
với những con đực khác để kết đôi với những côn trùng cái bản địa.

Hình 2.6: Sơ đồ mô tả tiến trình triệt sản côn trùng
Hình 2.7:minh họa những nguyên tắc chính của công nghệ SIT (hình ảnh được cấp phép bởi Programa
Moscamed Guatemala)

Nguồn phóng xạ sử dụng thông thường gồm những nguồn phát ra tia phóng xạ
hoặc Cobalt hay Caesium. Liều lượng sử dụng được quyết định dựa trên độ hoạt động
của nguồn phóng xạ. Khi đó, nhân viên đứng máy sẽ kiểm soát liều lượng hấp thụ đưa
vào côn trùng bằng cách điều chỉnh thời gian mà côn trùng phơi nhiễm phóng xạ.
Nguồn năng lượng sau khi chiếu xạ sẽ bị giảm hoạt độ do ảnh hưởng của phân rã
phóng xạ. Chẳng hạn, hoạt tính của nguồn Cobalt bị giảm khoàng 12% mỗi năm. Để
bù vào lượng hoạt tính mất mát này, người ta sẽ tăng thời gian chiếu xạ (khoảng 1%
mỗi tháng) nhằm duy trì cùng một liều lượng phóng xạ đối với côn trùng. Vì thời gian
chiếu xạ kéo dài, nên nguồn phóng xạ phải được bổ sung thường xuyên, điều này phụ
thuộc vào hoạt độ phóng xạ ban đầu của nguồn.
Phóng xạ Gamma:có 2 loại máy chiếu xạ tiêu biểu được sử dụng trong công
nghệ SIT:Self-Contained Dry-Storage Irradiator và Large-Scale Panoramic Irradiator
 Self-Contained Dry-Storage Irradiator :
Thích hợp cho việc nghiên cứu cũng như những chương trình ứng dụng công
nghệ SIT trong phạm vi nhỏ. Hiện nay, phương pháp triệt sản côn trùng hầu hết được
thực hiện sử dụng bức xạ Gamma từ loại thiết bị này (Hình 2.8). Những thiết bị này
chứa nguồn phóng xạ đặt trong 1 tấm chắn bằng chì để bảo vệ, hoặc những vật liệu có
số hiệu nguyên tử lớn thích hợp, cùng với 1 máy quay hoặc hạ thấp hộp đựng côn
trùng từ vị trí “loading” đến vị trí “irradiation”. Những hộp côn trùng này được làm
bằng thiếc, nhôm, hoặc nhựa và có thể sử dụng lại được. Để chiếu xạ côn trùng, người
ta đặt những hộp côn trùng vào một khoang chiếu xạ trong khi thiết bị vẫn đang trong
chế độ “loading” (chế độ bảo vệ). Tùy thuộc vào tỉ lệ liều lượng phóng xạ, thiết bị bấm
giờ sẽ được cài đặt thích hợp với liều lượng đã định trước. Khi nhấn nút, khoang sẽ tự
động chuyển sang chế độ chiếu xạ. Trong hầu hết loại thiết bị chiếu xạ này, lượng
phóng xạ được phân bố đều trong khoang chiếu xạ, nếu không, có thể quay hộp đựng
côn trùng trên mặt phẳng tròn để lượng phóng xạ được phân bố đều. Sau khoảng thời

gian được đặt trước, máy sẽ tự động chuyển sang chế độ chắn bảo vệ an toàn “shield”
khi kết thúc quá trình chiếu xạ. thiết bị Self-Contained Dry-Storage Irradiator cung cấp
lượng phóng xạ lớn nhưng thể tích chiếu xạ nhỏ (từ 1-4 lít).