Nguyên lý làm việc của thiết bị điều khiển hạt nhân trong công nghiệp, an toàn bức xạ, diễn tập sự cố bức xạ

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ DỊCH VỤ KHOA HỌC AE

BÀI GIẢNG AN TOÀN BỨC XẠ
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
HẠT NHÂN TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ CÁC VẤN ĐỀ
AN TOÀN BỨC XẠ LIÊN QUAN

Hà Nội – 2018


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... 1

I. Tổng quan về các thiết bị đo hạt nhân sử dụng trong công nghiệp ...................................... 2

I.1 Định nghĩa đo hạt nhân .......................................................................................................... 2

1.2 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống đo hạt nhân ................................................................... 2

I.3. Các nguyên lý cơ bản trong ghi đo hạt nhân ......................................................................... 3

I.4. Phân loại đo hạt nhân ............................................................................................................ 3
I.5 Các bộ phận của máy đo hạt nhân .......................................................................................... 6

I.6 Các loại thiết bị đo hạt nhân và các vấn đề an toàn, an ninh.................................................. 9

II. Các vấn đề an toàn bức xạ liên quan trong sử dụng thiết bị ghi đo hạt nhân .................. 25

II.1. Các vấn đề an toàn bức xạ cần lưu ý đối với hệ đo cố định............................................... 25
II.2. Các vấn đề an toàn bức xạ cần lưu ý đối với loại đo đi động ............................................ 25

III. Tóm tắt bài giảng và các lưu ý: ........................................................................................... 26

1


I. Tổng quan về các thiết bị đo hạt nhân sử dụng trong công nghiệp

I.1 Định nghĩa đo hạt nhân

Đo hạt nhân là một công nghệ sử dụng bức xạ ion hố phát ra từ một nguồn
bức xạ (chất phóng xạ hoặc máy phát tia X) để khảo sát, kiểm tra, đo đạc, phân tích
hoặc xử lý một hệ thống, dây chuyển sản xuất.
Phương pháp đo hạt nhân có thể thực hiện các cơng việc sau:

- Phân tích thành phần vật liệu, sản phẩm;
- Kiểm soát chất lượng sản phẩm;

- Điều khiển dây chuyền sản xuất;

Thiết bị đo hạt nhan được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, phần lớn
là trong việc kiểm sốt q trình và kiểm sốt chất lượng.
Dịng vật
Kiểm
sốt
chắn

Đầu
thu

Nguồ

Cửa
chắn

Che

Về cơ bản, thiết bị bao gồm nguồn bức xạ (nguồn phóng xạ hoặc tia X) được
che chắn, thiết bị ghi nhận bức xạ và hệ thống tính tốn.

1.2 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống đo hạt nhân

Ưu điểm: Ứng dụng công nghệ sử dụng thiết bị đo hạt nhân có một số ưu
điểm sau:
Con người khơng tiếp xúc với vật liệu cần kiểm tra, xử lý.
Không phá huỷ sản phẩm cần kiểm tra;
Có thể thực hiện trực tuyến theo thời gian thực
Chính xác cao và ổn định lâu dài

Lắp đặt đơn giản và ít làm gián đoạn trong quá trình vận hành.
2


Nhược điểm: Khi sử dụng bức xạ ion hóa có thể gây ra những mối nguy
hiểm cho nhân viên và cơng chúng. Do đó, thiết bị này phải an tồn và sử
dụng một cách an toàn.

I.3. Các nguyên lý cơ bản trong ghi đo hạt nhân

Cường độ bức xạ truyền qua có thể tính tốn sử dụng cơng thức sau:

Trong đó,

I
Io

I = Io e-(en/) x
= cường độ bức xạ sau khi đi qua vật liệu;

= cường độ bức xạ ban đầu trước khi đi vào vật liệu;

en/ = hệ số hấp thụ khối của vật liệu
(cm2. mg-1);

x

= bề dày mật độ của vật liệu (mg.cm-2).

Cường độ bức xạ phản xạ hoặc tán xạ ngược có thể được tính tốn theo cơng
thức sau:
Trong đó,
I
Io

I = Io (1 – e-(en /) x)
= cường độ của bức xạ tán xạ ngược;

= cường độ bức xạ ban đầu trước khi đi vào vật liệu;

en/ = hệ số hấp thụ khối của vật liệu (cm2.mg-1 );
x

= bề dày mật độ của vật liệu (mg.cm-2).

I.4. Phân loại đo hạt nhân

Đo hạt nhân có thể được phân loại theo
Chế độ hoạt động

- Đo bức xạ truyền qua
- Đo bức xạ tán xạ ngược

Loại nguồn phóng xạ được sử dụng

- Gamma (), tia X
- Beta ()
- Neutron (n)

I.4.1 Máy đo sử dụng hiệu ứng truyền qua
3


Nguyên lý: Nguồn bức xạ được đặt ở phía đối diện với dầu dò, sao cho tia
bức xạ sau khi ra khỏi nguồn phát sẽ đi vào vật liệu cần kiểm tra và tiếp đó đi đến
đầu dị theo một đường thẳng. Cường độ bức xạ tới được đầu dò sẽ mang thơng tin
về vật liệu mà nó đã đi qua (có thể là độ dày, mật độ và thậm chí cả thành phần).

Mật độ và độ dày của vật cần kiểm tra có thể đo được khi ta so sánh với các
mẫu chuẩn.
Nguồn

Che chắn

Mẫu đo

Đầu dò

Thiết bị đo

Sơ đồ nguyên lý bố trí thiết bị của phương pháp đo truyền qua

Ví dụ sử dụng nguồn và ứng dụng trong máy đo truyền qua

Hoạt độ nguồn phóng xạ hoặc điện áp của máy tia X sử dụng trong đo truyền
qua phụ thuộc vào đặc điểm của vật liệu cần kiểm tra, phụ thuộc vào cấu hình của
vật liệu kiểm tra (ví dụ đo mật độ vật liệu trong các đường ống với đường kính
khác nhau phải sử dụng hoạt độ khác nhau), và còn phụ thuộc vào độ nhạy mong
muốn. Thông thường, trong các phép đo truyền qua hoạt độ nguồn thường dùng
4


khoảng 10 MBq đối với máy đo dùng nguồn beta, và vài trăm GBq với máy đo
dùng nguồn gamma.
I.4.2 Máy đo dùng hiệu ứng tán xạ ngược

Nguyên lý: Đầu dò và nguồn được bố trí cùng một phía so với vật cần kiểm
tra. Đầu dò phải được che chắn đối với tia xạ đến trực tiếp. Các tia bức xạ sẽ tương
tác mạnh với vật chất có mật độ và độ dày cao. Đầu dò sẽ đo các tia bức xạ phản
xạ lại từ vật thử nghiệm. Với cấu trúc hình học hợp lý ta sẽ đo được mật độ và độ
dày vật cần đo.

Sơ đồ bố trí thiết bị đo tán xạ ngược

Ví dụ sử dụng nguồn và ứng dụng trong máy đo tán xạ ngược

5


Hoạt độ nguồn thường dùng khoảng từ 10 đến hàng trăm MBq đối với máy
đo dùng nguồn beta và vài trăm GBq với máy đo dùng nguồn gamma. Nguồn
nơtron thường dùng ở khoảng GBq.

I.4.3 Máy đo sử dụng hiệu ứng phản ứng

Nguyên lý: Tia gamma, tia X có thể ion hóa nguyên tử của các nguyên tố và
làm cho nguyên tố đó phát tia X thứ cấp (hiệu ứng huỳnh quang) với năng lượng
đặc trưng cho vật liệu bị chiếu. Nguồn nơtron có thể dùng biến chất khơng phóng
xạ thành chất phóng xạ. Các hạt nhân phóng xạ được hình thành bởi tương tác của
hạt nhân bền với nơtron phát ra tia gamma đặc trưng có thể được xác định bằng
cách xác định năng lượng của chúng.
Đầu dò

Nguồn

Mạch điện tử
Che chắn

Máy phổ

Mẫu

Mô tả nguyên tác làm việc của máy đo hạt nhân kiểu phản ứng

Ví dụ sử dụng nguồn và ứng dụng trong máy đo kiểu phản ứng

Trong máy đo kiểu phản ứng hoạt độ thường dùng trong dải hàng trăm MBq
đến GBq.
I.5 Các bộ phận của máy đo hạt nhân
I.5.1 Các nguồn phóng xạ kín

Các nguồn phóng xạ có vỏ hàn kín hồn tồn, vỏ thường được gọi là
capsule. Chất phóng xạ loại này thường ở dạng bền hóa học. Các phép thử với
6


nguồn phải được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ cao trong khoảng thời gian nhất
định và có tác động va chạm cơ học mạnh. Thông thường capsule thường được chế
tạo từ các kim loại cứng không gỉ như Volfram (Tungsten) vừa bảo vệ lực tác dụng
lên nguồn, bảo vệ nhiệt độ cao và đặc biệt kim loại này không gỉ.

Nguồn phóng xạ

Lớp vỏ bảo vệ

Đường kính tiêu biểu từ 8-10mm
Cấu trúc nguồn kín
I.5.2 Các thiết bị phát bức xạ tia X

Nguyên lý: Điện tử được gia tốc đi về phía bia (Anot) bởi điện trường với
điện áp cao cỡ kV và phát ra bức xạ hãm giống như bức xạ gamma. Nguồn điện tử
là sợi đốt kim loại được nung nóng bằng một dịng điện cỡ mA. Do đó khi cắt cao
áp thì hồn tồn khơng có tia X phát ra.
Cực âm

Bia
Cực âm

Cực dương

Bóng
phát

Cực âm

Dây tóc

Ống phát tia X

Tâm bia

Các thiết bị tia X ở đầu ra phát tia luôn được chuẩn trực (colimator) để tia X
chỉ phát ra theo 1 hướng định trước, và tại lối ra cũng có một lớp kim loại nhẹ làm
màng lọc để loại bỏ các tia năng lượng thấp khơng có tác dụng trong các phép đo.
I.5.3 Vỏ nguồn và che chắn

Vỏ nguồn (container hoặc source-housing) phải được làm theo các tiêu
chuẩn quy định song phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
7


- Bảo vệ che chắn người vận hành khỏi chùm tia trực tiếp.
- Thiết lập các hàng rào vật lý bổ sung để bảo vệ khi xảy ra các sự cố đối với
nguồn, cho phép chùm tia bức xạ lọt ra theo 1 hướng đã được lựa chọn.

- Các tác động cơ khí gây nguy hiểm với nguồn phải được loại trừ.
- Có cơ cấu cơ khí để có thể đóng hay mở nguồn bằng tay.

Các phép thử khắt khe đối với vỏ nguồn nhằm đảm bảo rằng chúng đáp ứng các
tiêu chuẩn an toàn:
- Thử nhiệt;

- Thử độ cứng;
- Thử khả năng chịu nước của vỏ nguồn.

Nguồn đóng

Nguồn mở

Mơ tả các loại vỏ bảo vệ và cấu trúc cơ khí của khe phát xạ của máy đo

(hình ảnh 1 vỏ nguồn chứa nguồn Cs-137 đo mức)

I.5.4 Đầu dò, thiết bị phân tích và hệ thống điều khiển

Đầu dị chứa mơi trường tại đó các tia bức xạ ion hóa tương tác và được ghi
nhận, các tín hiệu bức xạ sau khi tương tác sẽ chuyển sang các tín hiệu điện. Với
loại hình đo mật độ, đo mức thì loại đầu dò phổ biến nhất được sử dụng trên thị
8


trường là các đầu dò nhấp nháy NaI hoặc LiI. Cịn đối với các mục đích phân tích
thành phần thì loại đầu dò được sử dụng thường là đầu dò bán dẫn.

Thiết bị phân tích trước hết chứa 1 hoặc 1 dãy vài đầu dị, các tín hiệu thu

được từ đầu dị tiếp đó sẽ qua các bộ xử lý thơng tin để phân tích các theo các kênh
và sử dụng bộ dữ liệu chuẩn để phân tích thành phần của vật liệu. Kỹ thuật huỳnh
quang tia X hoặc phân tích kích hoạt gamma, neutron là các kỹ thuật được sử dụng
trong các thiết bị phân tích.

Hệ thống điều khiển là hệ thống xử lý thông tin kết nối với đầu dị hoặc thiết
bị phân tích để tác động lại sản phẩm, hay dây chuyền sản phẩm đầu vào. Như với
các thiết bị phân tích thành phần vật liệu trong nhà máy xi măng, hệ thống điều
khiển sẽ điều chế lại quy trình đưa vật liệu vào dây chuyền sản xuất, hoặc đối với
đo mức chất lỏng trong nhà máy bia thì hệ thống điều khiển sẽ đá các chai (lon) bia
khơng đủ bia ra khỏi dây chuyền đóng chai (lon).

I.6 Các loại thiết bị đo hạt nhân và các vấn đề an toàn, an ninh

I.6.1 Thiết bị đo hạt nhân sử dụng chùm bức xạ Gamma

Các nguồn phát bức xạ gamma thường sử dụng trong thiết bị đo hạt nhân là: Cs137, Co-60, Am-241,…
Đo mật độ:

Đo mật độ thường được thực hiện trong các nhà máy khí hóa, hay dầu khí
như nhà máy đạm, nhà máy lọc dầu, nhà máy luyện than, nhà máy tuyển quặng ...
Thiết bị đo hạt nhân được sử dụng để đo mật độ của dòng vật liệu chạy qua 1 ống
thép nằm trong dây truyền sản xuất. Các nguồn kín Co-60 và Cs-137 thường được
sử dụng trong mục đích này. Sơ đồ bố trí 1 thiết bị đo mật độ như hình bên dưới:

Nguồn
Cs-137

Đầu dò

9


Tùy vào kích thước của ống kim loại chứa vật liệu cần đo mật độ và loại vật
liệu trong ống kim loại mà hoạt độ của nguồn phóng xạ được lựa chọn, tuy nhiên
thông thường hoạt độ của nguồn từ khoảng vài mCi tới dưới 1Ci.
Các nguồn phóng xạ Cs-137 hoặc Co-60 thường được bảo vệ trong 1 kết cấu
bảo vệ chuyện dụng cịn gọi là container, container có cơ cấu cơ khí để có thể đóng
mở nguồn bằng tay, đảm bảo nguồn phóng xạ chỉ phát ra theo 1 hướng định trước.

Thông thường suất liều bức xạ cực đại trên bề mặt container khi đóng và mở
nguồn (trừ vị trí khe phát tia) chỉ khoảng dưới 15-20Sv/h, và suất liều ở khoảng
cách 1m từ bề mặt container sẽ chỉ bằng phông môi trường. Tuy nhiên suất liều ở
khe phát tia (là khe giữ đầu dò và nguồn) khi nguồn mở rất cao, lên tới hàng trăm
đến hàng nghìn Sv/h. Do vậy khi phải thao tác với container nguồn phóng xạ,
nhân viên đặc biệt chú ý phải đóng nguồn trước khi thao tác, và không đưa tay vào
khe phát tia. Hầu hết các thiết bị đo mật độ trên các dây chuyền hoạt động tự động,
rất ít có sự tiếp xúc thường xuyên của con người. Việc tiếp xúc chỉ xảy ra khi có sự
cố và khi bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị.
Các vấn đề về an ninh cũng cần được lưu ý với loại nguồn này, nguồn phải
được đặt ở nơi có các biện pháp ngăn chặn tốt xâm nhập trái phép.
Đo mức trong các đường ống, bồn nhiên liệu:

Đo mức trong các đường ống, bồn nhiên liệu cũng tương tự như đo mật độ
trong các đường ống, thường sử dụng các nguồn Cs-137 và Co-60 để kiểm tra mức
của nguyên vật liệu trong 1 đường ống hoặc trong 1 bồn nhiên liệu để điều khiển
quá trình nạp hoặc xả nhiên liệu. Sơ đồ nguyên lý như hình bên dưới:

10

Đo mức cũng được thực hiện ở các nhà máy khí hóa, ngun liệu như nhà
máy đạm, lọc hóa dầu, xi măng, tuyển quặng, …
Các lưu ý về an toàn, an ninh loại hình này tương tự như đo mật độ đã trình
bày bên trên.
Đo mức chất lỏng:

Cơng việc này thường xuyên được thực hiện trong các nhà máy sản xuất bia
rượu, nước giải khát. Thiết bị đo hạt nhân được sử dụng để kiểm tra độ (mức) điền
đầy của các chai (lon) bia hoặc nước ngọt trên dây chuyền đóng gói. Các chai (lon)
mà khơng được điền đủ lượng chất lỏng sẽ bị phát hiện và bị đá ra khỏi dây chuyền
đóng gói, sẽ khơng được đóng thành thùng và đưa đi tiêu thụ.

Nguồn phóng xạ sử dụng trong mục đích này thường là nguồn kín Am-241,
hoạt độ thường là 50mCi hoặc 100mCi. Máy phát tia X cũng có thể được sử dụng
thay thế nguồn Am-241 trong trường hợp này, và ngày nay xu hướng sử dụng các
máy phát tia X dần chiếm ưu thế hơn vì tính an toàn, an ninh của máy phát tia X.
Điện áp cực đại của các máy tia X chỉ khoảng 60-70kV. Sơ đồ nguyên lý như hình
bên dưới:

Kết quả thực tế đo suất liều ở các thiết bị đo mức chất lỏng cho thấy chỉ có
khe giữa nguồn và đầu thu là có suất liều rất cao, lên tới khoảng 1 nghìn Sv/h.
Tuy nhiên đây là 1 kheo rất hẹp chỉ khoảng 15cm và khe này ln có các chai hay
lon chất lỏng chạy qua liên tục, vì vậy có thể nói khơng có người thao tác ở khe
này. Cịn suất liều bức xạ ở các vị trí khác đều thấp dưới 10Sv/h. Ra xa khỏi
nguồn và đầu dị khoảng 0,5m thì gần như suất liều phóng xạ chỉ tương đương mơi
trường.
11

Trong trường hợp bắt buộc phải thao tác với nguồn phóng xạ, người làm
việc đầu tiên cần chú ý xem nguồn đã được đưa về vị trí an tồn (OFF) hay chưa
bằng cách nhìn vào các tín hiệu hình ảnh (đèn, 1 chấm sơn mầu đỏ) nằm trên thiết
bị, cố gắng đưa nguồn về vị trí đóng (OFF) trước khi thao tác, khi đó suất liều ở
mọi điểm trên bề mặt nguồn chỉ dưới 1Sv/h. Và vẫn lưu ý không cho tay hay bộ
phận cơ thể vào giữa khe đo.

Đo độ dày:

(hình ảnh về thiết bị đo mức trong nhà máy bia)

Đo độ dày với tia gamma thường diễn ra ở các nhà máy cán thép, ở đó các
tấm thép được cán mỏng và được đo độ dày trực tuyến để điều chỉnh các máy cán
đảm bảo cho độ dày mong muốn. Nguồn kín Am-241 với hoạt độ thường là
50mCi, 100mCi hoặc 200mCi thường được sử dụng trong mục đích này.
Một hệ đo độ dày cán thép thường gồm 2 máy đo độ dày, tương ứng với 2
nguồn Am-241. Một máy đo độ dày ở đầu vào của máy cán thép, 1 máy đo ở đầu
ra của máy cán thép nhằm kiểm sốt chính xác độ dày của thép cán thành phẩm.
Sơ đồ nguyên lý của phép đo như hình bên dưới:

12


Hình ảnh một máy đo độ dày cán thép như hình bên dưới:

Đầu thu

Nguồn
được gắn
bên dưới

tấm kim
loại

Kết quả đo suất liều phóng xạ đối với loại thiết bị này cho các lưu ý như sau:
- Suất liều bức xạ cao nhất đo được tại khe đo (khe giữa đầu dò và nguồn) với
suất liều lên tới hàng trăm Sv/h do vậy khuyến cáo không được phép đưa
tay vào khe đo này, nguồn khơng có kết cấu cơ khí đóng mở nguồn bằng tay
nay khi không sử dụng, khuyến cáo người dùng nên đặt 1 miếng kim loại
vào giữa khe đo để chặn tia bức xạ.
13


- Suất liều ở các vị trí xung quanh thấp, tại đỉnh của đầu dò chỉ khoảng tối đa
5Sv/h và mọi vị trí ở khoảng cách 1m từ đầu dị và nguồn có suất liều
tương đương mơi trường.

Đối với loại hình cơng việc này, vấn đề an ninh cần phải được kiểm sốt cẩn
thận, vì nguồn nhỏ và có ít dấu hiệu nhận dạng trên nguồn, và nguồn làm việc
trong mơi trường cơ khí rất nhiều sắt thép nên nếu nguồn bị rơi ra khỏi thiết bị rất
dễ bị lẫn vào các vật tư kim loại khác. Người phụ trách an toàn phải kiểm đếm
thường xuyên.
I.6.2 Thiết bị đo hạt nhân sử dụng chùm hạt beta

Thiết bị đo hạt nhân dùng chùm hạt beta được sử dụng để:

Đo độ dày bao bì hay giấy.
Đo độ dày lớp phủ, lớp mạ
Đo bề dày phim;
Các nguồn phóng xạ phát beta thường được sử dụng trong cơng
nghiệp:

Kr - 85 (dạng khí được bao bọc trong vỏ kín);
Sr - 90 (nguồn lá);
Pm - 147 (nguồn lá).

Đo độ giày giấy và bao bì:

Trong các nhà máy sản xuất giấy và bao bì, các thiết bị đo độ dày
thường được gọi là máy QCS, nguồn phóng xạ được sử dụng phổ biến nhất
là Kr-85 và đôi khi là Sr-90. Hoạt độ các nguồn Kr-85 thông thường là
100mCi hoặc 200mCi. Một hệ QCS gồm các bộ phận chính là 1 hộp nguồn
phóng xạ và 1 hộp đầu dị được bố trí đối xứng nhau, nằm giữa hai hộp này
chính là khe hở mà ở đó giấy hay bao bì sẽ chạy qua và được đo độ dày liên
tục. Nguồn được đóng (OFF) hay mở (ON) thơng qua các nút điều khiển bên
ngồi chứ khơng đóng mở bằng tay.

Các nguồn Kr-85 hay Sr-90 đều là các nguồn beta, do vậy suất liều ở
các điểm sát hộp nguồn thường cao nhưng bị suy giảm rất nhanh theo
khoảng cách. Suất liều đo được ở các điểm bề mặt hộp nguồn và đầu dị có
thể lên tới 20Sv/h, tuy nhiên ra xa chỉ khoảng 1m thì suất liều đo được
bằng với môi trường. Suất liều bức xạ tại khe giữa đầu dị và nguồn có thể
lên tới hàng trăm tới nghìn Sv/h, tuy nhiên đây là 1 khe rất hẹp nên nếu
khơng cố tình thì sẽ khơng có người tiếp xúc tới khe đo này.

Khi phải bảo dưỡng vệ sinh các hộp nguồn và đầu dò, người dùng đầu
tiên phải điều khiển tắt thiết bị để nguồn được đưa vào vị trí an tồn. Sau đó
14


thì người dùng có thể làm việc bình thường với hệ QCS, tuy nhiên vẫn
khuyến cáo người dùng giảm tối đa thời gian tiếp xúc với bức xạ.

(Đầu dò là hộp bên trên, nguồn nằm ở hộp bên dưới)

Đo độ dày lớp phủ hoặc độ dày phim bằng phương pháp tán xạ ngược:

Với phương pháp đo tán xạ ngược, nguồn và đầu thu được bố trí nằm
cùng 1 phía so với lớp vật liệu cần đo. Phương pháp này thường được sử
dụng để đo các lớp vật liệu rất mỏng mà phương pháp đo truyền qua không
cho kết quả tin cậy.
Tia bức xạ phát ra từ nguồn sẽ tương tác với lớp vật liệu cần kiểm tra,
hầu hết các tia bức xạ này sẽ xuyên qua vật liệu, một lượng nhỏ sẽ phản xạ
lại và đi vào đầu dò, mang thơng tin về độ dày của lớp vật liệu đó.

Tương tự như đo độ dày giấy, bao bì bên trên, nguồn phóng xạ phát
tia beta nên suy giảm rất nhanh theo khoảng cách trong khơng khí, vì vậy
suất liều gây ra ở khoảng cách 1 m là như phông môi trường, suất liều chỉ
cao ở cửa khe phát tia. Tuy nhiên việc vận hành thiết bị gần như tự động
100% nên khơng có tiếp xúc của con người khi máy hoạt động. Khi tắt máy
thì tự động cửa sổ nguồn sẽ đóng lại và bức xạ phát ra là khơng đáng kể.
Sơ đồ nguyên lý như hình bên dưới:

15


Với kỹ thuật đo tán xạ này, ngày nay máy phát tia X đã có thể sử dụng thay
thế các nguồn phóng xạ nhằm đảm bảo an tồn và an ninh tốt hơn.
I.6.3 Thiết bị đo hạt nhân sử dụng nguồn bức xạ nơtron

Thiết bị đo hạt nhân sử dụng nguồn bức xạ phát nơtron để:

- Phân tích thành phần vật liệu;
- Đo hàm lượng độ ẩm;

Thiết bị đo hạt nhân sử dụng nguồn nơtron luôn hoạt động theo chế độ tán xạ
ngược.
Các nguồn phóng xạ phát nơtron thường được sử dụng là:
- Am/Be- 241;
- Pu/Be – 238.
- Cf-252;

Thiết bị đo độ ẩm, độ chặt:

Thiết bị đo độ ẩm độ chặt nền móng cơng trình thơng thường xử dụng 2 nguồn
phóng xạ cùng 1 lúc là nguồn Am/Be-241 (40mCi) và nguồn Cs-137 (8mCi) trong
đó nguồn Cs-137 phát gamma để đo mật độ của nền móng, cịn nguồn Am/Be-241
phát neutron để đo độ ẩm của nền móng.
Sơ đồ nguyên lý và các hình ảnh thiết bị đo độ ẩm, độ chặt như bên dưới:
16


Về vấn đề an toàn bức xạ, máy đo độ mật độ mật độ nguy hiểm nhất khi đẩy
nguồn ra khỏi thiết bị, vì vậy khuyến cáo người dùng chỉ đẩy nguồn ra khỏi thiết bị
khi đã khoan được lỗ đo dưới nền móng. Khi làm việc cần thao tác nhanh gọn và
đứng cách xa máy ít nhất 1m khi chờ máy đọc kết quả.

Khi tiến hành đo tại hiện trường, khuyến cáo người dùng phải lập hàng rào
bán kính ít nhất 3m để không làm ảnh hưởng tới những người khơng liên quan. Ở
khoảng cách này thì suất liều phóng xạ chỉ tương đương mơi trường.
17

Một lưu ý hết sức quan trọng đối với loại thiết bị này là thiết bị di động, do
vậy các vấn đề về an ninh phải đặc biệt lưu ý đặc biệt khi vận chuyển và lưu giữ
tạm thời tại công trường. Không vận chuyển thiết bị bằng xe máy, phải có người
được đào tạo an tồn bức xạ đi áp tải và phải thiết lập cơ chế liên lạc khi có sự cố
trên đường vận chuyển. Cịn khi lưu giữ tại cơng trường, phải lưu giữ ở kho có
khóa an ninh tốt, có các biển cảnh báo rõ ràng về nguy hiểm phóng xạ để cơng
nhân khơng đến gần.
Thiết bị phân tích thành phần vật liệu trực tuyến:

Tại một số nhà máy xi măng công nghệ hiện đại, đang sử dụng các thiết bị
phân tích thành phần vật liệu thô trực tuyến trên băng truyền. Công nghệ được sử
dụng là phân tích kích hoạt neutron-gamma tức thời (PGNAA – Prompt Gamma
Neutron Activation Analysis). Nguồn phóng xạ phát neutron được sử dụng phát
vào vật liệu cần kiểm tra gây kích hoạt các hạt nhân vật liệu đó phát ra gamma tức
thì, đầu dị sẽ thu nhận tia gamma đó để phát hiện loại vật liệu cũng như phân tích
định lượng thành phần vật liệu. Nguồn được sử dụng là nguồn Cf-252 có hoạt độ
thường là 10mCi hoặc 20mCi.
Tại Việt Nam, có 2 dịng thiết bị đang được sử dụng là Thermo Fisher của
Mỹ và Scantec của Canada.

(Hình ảnh 1 thiết bị phân tích thành phần vật liệu thơ trực tuyến sử dụng nguồn Cf252 tại Việt Nam)
18


Vật liệu thô được khai thác từ các mỏ đá sẽ được đưa lên băng chuyền để
vận chuyển về nhà máy sản xuất xi măng, trên băng chuyền này sẽ lắp đặt một
thiết bị phân tích trực tuyến thành phần của các vật liệu thơ này. Tín hiệu về thành
phần vật liệu được truyền trực tuyến về trạm điều hành của nhà máy để xử lý và
điều chỉnh quá trình pha trộn nguyên liệu đầu vào sản xuất xi măng.

Việc vận hành thiết bị này cũng hoàn toàn là tự động, chỉ công việc vệ sinh
bảo dưỡng định kỳ mới có sự tiếp xúc của con người. Tuy nhiên thiết bị được đặt ở
mỏ đá, nơi có ít sự giám sát, vì vậy cơ sở cần đặt các biển cảnh báo phóng xạ rõ
ràng ở xung quanh nhà đặt thiết bị, có khóa an tồn kiểm sốt các lối vào và ra của
nhà đặt thiết bị.

Các kết quả đo kiểm xạ xung quanh thiết bị này cho thấy tại khoang đo suất
liều cả gamma và neutron tương đối cao, có thể lên tới hàng trăm Sv/h, tuy nhiên
suất liều phóng xạ ở hai bên của thiết bị chỉ khoảng dưới 5Sv/h, hên bên thiết bị
cũng chính là hai lối đi. Ở khoảng cách 3m từ thiết bị thì suất liều chỉ tương đương
môi trường. Do vậy khuyến cáo không ai được đưa tay hay bộ phận cơ thể vào
khoang đo khi băng tải đang chạy.

Một đặc điểm rất đang lưu ý khi sử dụng nguồn Cf-252 là chu kỳ bán rã của
nó chỉ có 2.6 năm, do vậy cứ 2.6 năm cơ sở phải mua bổ sung 1 nguồn Cf-252 mới
để bù đắp cho lượng đã phân rã. Và thiết bị Cf-252 cũng chỉ chứa được tối đa 4
nguồn trong nó, vì vậy khi nhập khẩu đến nguồn thứ 5 (tức là sau hơn 10 năm sử
dụng) thì cơ sở phải bỏ 1 nguồn Cf-252 ra khỏi máy. Thùng bảo vệ nguồn được sử
dụng chính là 1 thùng phi chuyên dụng đã được Nhà cung cấp sử dụng để vận
chuyển nguồn từ nước ngồi về Việt Nam, có hình dạng như bên dưới:

19