Xác định một vài thông số đặc trưng của chùm Electron năng lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH





HÀ VĂN HẢI




XÁC ĐỊNH MỘT VÀI THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA
CHÙM ELECTRON NĂNG LƯỢNG
6 MeV, 9 MeV VÀ 15 MeV
PHÁT RA TỪ MÁY GIA TỐC PRIMUS
DÙNG TRONG XẠ TRỊ



Chuyên ngành:

VẬT LÝ NGUYÊN TỬ, HẠT NHÂN VÀ
NĂNG LƯỢNG CAO

Mã số:

60.44.05

LUẬN VĂN THẠC SĨ




Người hướng dẫn khoa học
PGS. TS:
BÙI VĂN LOÁT








Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2010
THƯ
VIỆN
Lời Cảm Ơn
Trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện đề tài “Xác định một vài thông số đặc trưng
của chùm electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc
PRIMUS dùng trong xạ trị ”. Em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình từ các Thầy, Cô giáo,
các Nhân viên Phòng Vật lý Xạ trị Bệnh viện K Hà Nội và sự động viên giúp đỡ nhiệt tình
của gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Quý Thầy, Cô giáo khoa Vật Lý, Phòng Sau Đại
Học trường Đại Học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Phòng Vật lý Xạ trị Bệnh viện K Hà Nội đã tạo điều
kiện thuận lợi để em tiến hành các phép đo thực nghiệm.

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Bùi Văn Loát chủ nhiệm đề tài QG
09 – 07 cho phép em tham gia đề tài và lấy số liệu một số phép đo để khai thác số liệu gốc,
xử lý và hoàn chỉnh phần thực nghiệm của luận văn. Đồng thời Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Bùi
Văn Loát cũng là người đã hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên khích lệ và
tạo mọi điều kiện để tôi học tập và hoàn thành luận văn.
Dù đã có nhiều cố gắng trong suốt thời gian thực hiện đề tài, song khó mà tránh khỏi
những thiếu sót trong luận văn. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các Thầy, Cô
giáo, bạn bè và những người quan tâm tới đề tài.
TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010


Tác giả


Hà Văn Hải

Danh mục các chữ viết tắt:
Bq Becquerel
CCU Control Unit
Ci Curie
C/kg Coulomb/kilôgam
CT Computed tomography
Gy Gray
IAEA International atomic energy agency
ICRP International Commission on Radiological Protection
LET Linear energy transfer
M Mitotic
MRI Magnetic resonance imaging

S Sythesis
SSD Source to Surface Distance
Sv Sievert
R Roentgen
Rad Radiation absorbed dose

Bảng đối chiếu thuật ngữ Việt – Anh:
Buồng ion hóa Farmer Farmer chamber
Buồng ion hóa chính Field Ion chamber
Buồng ion hóa tham chiếu Reference Ion chamber
Chụp cắt lớp Computed tomography
Cơ quan năng lượng nguyên tử Quốc tế International atomic energy agency
Độ truyền năng lượng tuyến tính Linear energy transfer
Hình ảnh cộng hưởng từ Magnetic resonance imaging
Pha phase
Phát bức xạ Cerenkov
phát bức xạ hãm Bremstrahlung
Phân chia Mitotic
Sự tổng hợp Sythesis
Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế International Commission on
Radiological Protection

Danh mục các bảng biểu:
Bảng số Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ 18
Bảng 1.2 Giá trị LET trung bình trong nước của một bức xạ ion hóa 20
Bảng 1.3
Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc
với bức xạ tại thời điểm khác nhau
21

Bảng 3.1
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 6 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
55
Bảng 3.2
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 9 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
61
Bảng 3.3
Liều hấp thụ tương đối do chùm electron 15 MeV gây ra trong
phantom ứng với các trường chiếu khác nhau
67
Bảng 3.4
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron năng lượng 6 MeV
ở trường chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
73
Bảng 3.5
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron 9 MeV ở trường
chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
75
Bảng 3.6
Phân bố liều hấp thụ ứng với chùm electron 15 MeV ở trường
chiếu 10cm x 10cm với độ lệch tâm khác nhau
76

Danh mục các hình vẽ:
Hình Tên hình Trang
Hình 1.1 Cấu tạo tế bào của cơ thể người 22
Hình1.2 Chu kỳ sinh sản của tế bào 24
Hình 1.3

Mối tương quan giữa liều lượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót
của tế bào
26
Hình 1.4
Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc
thể
27
Hình 1.5 Mô hình hệ thống xạ trị cơ bản 32
Hình 2.1 Các bộ phận chính của máy gia tốc xạ trị 33
Hình 2.2a Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc 37
Hình2.2 b Sắp xếp các ống tạo sự gia tốc 37
Hình 2.3
Sơ đồ mặt cắt một máy gia tốc tuyến tính năng lượng cao
cho xạ trị (Các thành phần bên trong chứa trong khung đỡ
40
và dàn quay)
Hình 2.4
Bàn điều khiển (trung tâm hoạt động của máy gia tốc tuyến
tính)
41

Hình 2.5a
Hình cắt đầu điều trị của một máy gia tốc tuyến tính cho
chùm electron và photon
42
Hình 2.5b
Sơ đồ mặt cắt đầu điều trị của một máy gia tốc tuyến tính
cho chùm photon và electron
42
Hình2.6 Thiết bị đo liều Dosimeter 43

Hình 2.7 Đầu đo Farmer type chamber FC65 – P 44
Hình 2.8 Buồng ion hóa CC13 46
Hình 2.9 Phantom nước 46
Hình 2.10 Bộ điều khiển của buồng ion hóa CCU 47
Hình 2.11 Giao diện phần mềm Omnipro-Accepts 48
Hình 2.12 Bố trí hình học đo đạc 49
Hình 2.13 Phổ năng lượng của chùm electron và các thông số của nó 50
Hình2.14 Sự phân bố liều hấp thụ trong phantom nước 52
Hình 3.1
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 5cm x 5cm
56
Hình 3.2
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 10cm x 10cm
57
Hình 3.3
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 6 MeV trường chiếu 15cm
X
15cm
58
Hình 3.4
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 5cm
X
5cm
62
Hình 3.5
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm

electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 10cm
X
10cm
63
Hình 3.6
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 9 MeV trường chiếu 15cm
X
15cm
64
Hình 3.7
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom ứng với
chùm electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 5cm
X
5cm
68
Hình 3.8
Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm
electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 10cm
X
10cm
69
Hình 3.9 Phân bố liều hấp thụ phần trăm trong phantom với chùm 70
electron năng lượng 15 MeV trường chiếu 15cm x 15cm
Hình 3.10
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 6 MeV ở nhiệt độ 20
0
C áp suất 1 at
74

Hình 3.11
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 9 MeV ở nhiệt độ 20
0
C áp suất 1 at
75
Hình 3.12
Đường cong phân bố liều hấp thụ theo khoảng cách tới
trục của chùm electron 15 MeV ở nhiệt độ 20
0
C áp suất 1 at
77






Mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU


Khi nói đến bức xạ nói chung và bức xạ hạt nhân nói riêng mọi người thường nghĩ ngay đến tác
hại của nó. Tác hại của bức xạ hạt nhân được thể hiện rõ rệt qua hậu quả của hai quả bom nguyên
tử mà Mỹ thả xuống Nhật Bản trong chiến tranh thế giới thứ II. Và gần đây nhất là thảm họa về tai
nạn nhà máy điện hạt nhân Mayak, ngày 29 tháng 09 năm 1957 và nhà máy điện hạt nhân
Trecnobưn, ngày 26 tháng 04 năm 1986 [13].
Tuy nhiên, phục vụ cuộc sống nhằm kéo dài và nâng cao chất lượng cuộc sống đó là mục đích
của mọi ngành khoa học chân chính. Bức xạ hạt nhân khi sử dụng với mục đích phá hoại hoặc trong
những sự cố không kiểm soát, thì nó có tác hại vô cùng to lớn. Nhưng khi sử dụng với mục đích cải

thiện, nâng cao chất lượng và giúp ích cuộc sống, thì bức xạ hạt nhân có rất nhiều ứng dụng quan
trọng. Bức xạ được sử dụng để phục vụ cuộc sống trong chiếu xạ, trong việc tạo giống mới và trong
điều trị ung thư.... Cơ sở vật lý và sinh học của việc sử dụng chùm bức xạ hạt nhân nói chung và
chùm electron nói riêng trong xạ trị là:
- Tương tác của chùm electron với vật chất.
- Các hiệu ứng sinh học xảy ra trong cơ thể sống khi chiếu chùm electron.
Trong cuộc sống có rất nhiều nguyên nhân và rất nhiều căn bệnh làm giảm tuổi thọ con người
hoặc làm cuộc sống trở nên vô nghĩa vì luôn bị hành hạ bởi những cơn đau kéo dài. Một trong
những nguyên nhân rất lớn gây hại cho cuộc sống đó là bệnh ung thư.
Ung thư là một tập hợp các bệnh được biểu thị bởi sự phát triển lan rộng khối u. “Vấn đề ung
thư” là một vấn đề chăm sóc sức khỏe có ý nghĩa nhất ở Châu Âu, vượt qua cả bệnh tim và là
nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Ở Canada và Mỹ có tới 130 000 và 1 200 000 người mỗi
năm được chuẩn đoán là mắc bệnh ung thư [2]. Đặc biệt là ở những nước đang phát triển như Việt
Nam các yếu tố môi trường bị ô nhiễm, ăn uống chưa thực sự hợp vệ sinh… là những nguyên nhân
làm gia tăng số người bị bệnh ung thư. Theo thống kê từ Bộ trưởng Y tế Đỗ Nguyên Phương cách
đây gần chục năm. Theo đó mỗi năm nước ta có khoảng 150 000 người mắc ung thư và 100 000
người chết [12].
Việc điều trị ung thư bằng tia xạ đã có một quá trình lịch sử rất lâu dài có thể nói từ năm 1895,
khi Roentgen phát hiện ra tia X và tới ngày 27 tháng 10 năm 1951 bệnh nhân đầu tiên trên thế giới
được điều trị bằng tia gamma Coban-60. Việc ra đời sử dụng đồng vị phóng xạ để điều trị ung thư
gặp khá nhiều vấn đề bất cập. Chính vì vậy có thể nói ảnh hưởng lớn nhất lên kỹ thuật xạ trị hiện đại
là sự phát minh ra máy gia tốc tuyến tính vào những năm 1960. Từ đó tới nay, cùng với việc ứng
dụng công nghệ thông tin, và các kỹ thuật chuẩn đoán, lập phác đồ điều trị,… vào trong xạ trị bằng
máy gia tốc, kết hợp với việc cải tiến về phần cơ khí đã làm cho phương pháp xạ trị đang dần thay
thế hoàn toàn các phương pháp xạ trị từ xa khác, đem lại hiệu quả ngày càng cao trong điều trị ung
thư.
Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1960 bệnh viện Ung Thư Trung Ương (bệnh viện K Hà Nội) đã
dùng máy Coban, các nguồn radium vào trong xạ trị. Bên cạnh đó, một số cơ sở y tế khác như bệnh
viện Bạch Mai – Hà Nội, bệnh viện Chợ Rẫy – Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện Quân Y 103 đã sử
dụng các đồng vị phóng xạ trong điều trị ung thư. Máy gia tốc được đưa vào Việt Nam từ tháng 1

năm 2001 tại Bệnh Viện K – Hà Nội. Hiện nay ngoài bệnh viện K – Hà Nội, ở nước ta đã có nhiều
bệnh viện khác cũng đã sử dụng máy gia tốc trong xạ trị như Bệnh viện Bạch Mai, bệnh viện Chợ
Rẫy, bệnh viện Ung bướu Trung ương,… Phương pháp xạ trị từ xa dùng máy gia tốc hiện đang có
xu hướng phát triển mạnh ở nước ta. Tuy nhiên số lượng máy còn quá ít so với yêu cầu thực tế. Và
đây cũng là thiết bị mới đòi hỏi người sử dụng phải có kỹ thuật chuyên môn cao. Vấn đề nguồn
nhân lực của nước ta để đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng triệt để máy còn hạn chế chứ chưa nói
đến những vấn đề sửa chữa, nâng cấp và chế tạo mới. Chính vì vậy việc tìm hiểu và quảng bá những
kiến thức về xạ trị, nguyên lý hoạt động của máy và tìm hiểu chính xác những thông số mà tia xạ
của máy phát ra, để sử dụng điều trị tốt cho bệnh nhân là vấn đề rất cần thiết. Nên tôi đã chọn đề tài:
“Xác định một vài thông số đặc trưng của chùm electron năng lượng 6 MeV, 9 MeV và 15
MeV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS dùng trong xạ trị ”.
Mục đích của đề tài đặt ra:
Tìm hiểu phương pháp dùng chùm electron trong xạ trị và những ưu điểm của phương pháp này
so với phương pháp xạ trị khác.
Tìm hiểu cơ chế phát chùm electron của máy PRIMUS – SIEMENS và khảo sát bằng thực
nghiệm một số thông số đặc trưng của chùm electron phát ra từ máy PRIMUS – SIEMENS
Dựa trên kết quả thực nghiệm thu được tiến hành thảo luận để rút ra kết luận về năng lượng đặc
trưng và xác định phân bố liều hấp thụ của chùm electron với năng lượng khác nhau.
Bảng luận văn này dài 81 trang gồm 39 hình vẽ và bảng biểu. Ngoài phần mở đầu và kết luận
bảng luận văn này được chia thành ba chương:
Chương 1: Phương pháp xạ trị dùng chùm electron đề cập đến cơ chế sinh học của việc sử
dụng chùm electron trong xạ trị.
Chương 2. Máy gia tốc PRIMUS - SIEMENS dùng trong xạ trị đề cập đến nguyên lý của
loại máy gia tốc electron nói chung và của máy PRIMUS – SIEMENS nói riêng.
Chương 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận tiến hành thực nghiệm đo năng lượng và xác
định phân bố liều của chùm electron. Dựa trên kết quả thực nghiệm tiến hành thảo luận để sử dụng
chùm electron lượng 6 MeV, 9 MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc PRIMUS trong điều trị ung
thư một cách hiệu quả nhất.

Chương 1.

PHƯƠNG PHÁP XẠ TRỊ DÙNG
CHÙM ELECTRON


1.1. Tương tác của electron với vật chất
Khi Electron đi trong môi trường vật chất nó tương tác chủ yếu với electron trong nguyên tử của
môi trường. Do hai hạt tương tác giống hệt nhau nên mỗi lần tương tác hạt electron sẽ có xác suất
rất cao mất phần năng lượng của mình. Đồng thời đường đi của nó trong môi trường là ziczăc, góc
tán xạ biến đổi từ 0
0
đến 180
0
. Do mất dần năng lượng nên vận tốc của nó cũng giảm dần.
Mặt khác, hạt electron là một hạt tích điện tích âm, có vận tốc chuyển động thay đổi liên tục
nghĩa là nó chuyển động có gia tốc trong trường coulomb của các hạt nhân và các electron khác.
Theo điện động lực học, một hạt tích điện chuyển động có gia tốc như vậy sẽ phát ra bức xạ hãm.
Hơn nữa, xác suất phát bức xạ hãm càng lớn nếu khối lượng của hạt càng nhỏ, năng lượng (động
năng) càng lớn và nguyên tử số của môi trường càng lớn. Do đó, khi hạt electron có động năng lớn
chuyển động trong môi trường có nguyên tử số lớn thì xác suất phát bức xạ hãm rất cao [1, 6, 9, 11,
16].
Do đó, độ mất mát năng lượng của electron trên một đơn vị đường đi bằng tổng độ mất mát năng
lượng do cả hai quá trình trên.
Ta có:

bcvc
dX
dE
dX
dE
dX
dE














(1.1)
Trong đó:






dX

dE
là độ mất mát năng lượng tổng cộng.

vc
dX
dE






là độ mất mát năng lượng do ion hóa.

bc
dX
dE






là độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm.
Tùy theo năng lượng của bức xạ electron và nguyên tử số của môi trường mà độ mất mát năng
lượng của electron trong môi trường do mỗi quá trình trên sẽ có mức độ khác nhau. Trong các môi
trường có nguyên tử số lớn gần nhau thì độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi cũng có
đặc điểm chung. Sau đây ta sẽ xét riêng từng quá trình làm mất mát năng lượng của hạt electron
trong môi trường.
1.1.1. Quá trình kích thích và ion hóa nguyên tử môi trường

Khi đi trong môi trường, do tương tác coulomb với các electron của nguyên tử môi trường,
electron tới truyền năng lượng của mình cho các electron của nguyên tử môi trường [9]. Nếu năng
lượng electron nhận được
E
lớn hơn thế năng ion hóa của nguyên tử môi trường , electron bay ra
khỏi nguyên tử. Như vậy một cặp ion dương – electron được tạo thành, ta nói nguyên tử bị ion hóa.
Nếu
E
năng lượng nhận được nhỏ hơn thế năng ion hóa, electron nhảy ra quỹ đạo xa hơn. Nguyên
tử ở trạng thái kích thích.
Quá trình tương tác của hạt electron với electron nguyên tử môi trường mà năng lượng của
electron bị mất đi, đồng thời hướng chuyển động của nó bị lệch đi gọi là quá trình tán xạ không đàn
hồi của electron – electron. Trong quá trình tán xạ này, do hai hạt có khối lượng giống nhau nên xác
suất để electron tới nói chung mất một nửa năng lượng của mình là lớn nhất. Độ mất mát năng
lượng của electron trên một đơn vị đường đi được [9, 15, 16] xác định theo công thức Bethe –
Bloch:
 
 



















Z
C
kF
cmI
kk
A
Z
cmrN
dx
dE
v
e
eeA
col



)(
/2
1
ln
1
...2
2

2
2
22
(1.2)
Trong đó:
col
dx
dE







là độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do ion hóa.
N
A
là số Avôgađrô; r
e
, m
e
là bán kính cổ điển tính ra cm và khối lượng của electron; Z, A là điện
tích và số khối của môi trường;
c
v


với v là vận tốc của hạt electron, còn c là vận tốc ánh sáng; k
là động năng của hạt electron tính trong đơn vị m

e
c
2
,

, C
V
là hệ số hiệu ứng vỏ; F(k) là hàm của
động năng.
Hàm F(k) có dạng như sau:
F(k) = 1 -
2
2
2
)1(
2ln).12(
8



k
k
k

(1.3)
Công thức xác định độ mất mát năng lượng của bức xạ electron trên một đơn vị đường đi do quá
trình kích thích môi trường và ion hóa do va chạm rất phức tạp. Nó phụ thuộc vào năng lượng của
hạt electron, số khối và điện tích của nguyên tử môi trường, mật độ khối của môi trường.
Có thể diễn tả một cách ngắn gọn, với bức xạ electron có năng lượng xác định, độ mất mát năng
lượng trên một đơn vị đường đi do quá trình ion hóa và kích thích nguyên tử môi trường tỷ lệ thuận

với mật độ môi trường. Còn với môi trường xác định, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường
đi do quá trình này giảm dần sau đó đạt giá trị hầu như không đổi.
Khi năng lượng của bức xạ electron còn nhỏ, sự mất mát năng lượng của nó chủ yếu là do quá
trình ion hóa do va chạm và kích thích môi trường, sự mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm nhỏ
hơn. Tuy nhiên, khi năng lượng của bức xạ electron tăng lên, độ mất mát năng lượng do ion hóa và
kích thích môi trường chiếm tỉ lệ nhỏ dần, còn độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng dần.
Khi năng lượng của electron đạt đến giá trị đủ lớn thì độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm sẽ
trở thành chiếm ưu thế [9].

1.1.2. Quá trình phát bức xạ hãm

Do electron mang điện tích đi vào trong trường coulomb của hạt nhân nguyên tử mang điện tích
dương nó bị hút nên bị hãm lại nghĩa là vận tốc giảm dần, chuyển động có gia tốc. Gia tốc này càng
lớn khi điện tích của hạt nhân càng lớn. Theo điện động lực học, một hạt mang điện tích chuyển
động có gia tốc sẽ phát ra bức xạ điện từ gọi là bức xạ hãm. Bức xạ hãm có phổ liên tục, năng lượng
từ không đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt electron.
Độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm trên một đơn vị đường đi phụ thuộc vào nguyên tử
số của môi trường, mật độ khối của môi trường, năng lượng của hạt electron được [8, 9] xác định
theo công thức sau:

 
















 zf
cm
E
rZEN
dx
dE
e
e
bx
3
1
.
2
ln.
137
1
....4
2
22
(1.4)
Trong đó:
bx
dx
dE








là độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do phát bức xạ hãm.
N là số nguyên tử khối của môi trường trong một đơn vị thể tích (mật độ khối).
E là động năng của electron, m
e
là khối lượng nghỉ của electron.
Z là điện tích của hạt nhân.
Từ công thức (1.4) ta thấy mật độ mất mát năng lượng của hạt electron do phát ra bức xạ hãm
tăng theo hàm logarit tự nhiên của năng lượng. Với mức năng lượng lớn, khi năng lượng electron
tăng thì mật độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm tăng lên nhưng độ mất mát năng lượng do
ion hóa lại không thay đổi. Độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do phát bức xạ hãm
cũng tỷ lệ với số hạt nhân bia.
Nói chung, độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi của hạt electron phụ thuộc vào
nguyên tử số của môi trường. Với một môi trường xác định, khi năng lượng của chùm electron còn
nhỏ thì độ mất mát năng lượng do ion hóa và kích thích môi trường chiếm ưu thế, hay tỷ số giữa độ
mất mát năng lượng do bức xạ hãm với độ mất mát năng lượng do ion hóa và kích thích môi trường
nhỏ hơn một. Tỉ số này tăng dần khi năng lượng của electron tăng lên. Khi năng lượng của hạt
electron đạt đến một giá trị ngưỡng E
0
nào đó, gọi là năng lượng tới hạn thì tỉ số trên bằng một,
nghĩa là khi đó độ mất mát năng lượng trên một đơn vị đường đi do hai hiệu ứng bằng nhau:
bxvc
dx
dE

dx
dE













(1.5)
Khi năng lượng E > E
0
thì tỉ số trên lớn hơn một, độ mất mát năng lượng do phát bức xạ hãm
chiếm ưu thế.
Từ thực nghiệm cho thấy rằng các năng lượng tới hạn E
c
nói trên phụ thuộc vào điện tích hay
nguyên tử số môi trường. Khi năng lượng của hạt electron cỡ từ vài MeV trở lên, độ mất mát năng
lượng của nó do phát bức xạ hãm và do kích thích – ion hóa môi trường có thể liên hệ với nhau
bằng biểu thức [8, 9, 11, 15]:
800
EZ
dx
dE

dx
dE
vc
bx













(1.6)
Trong đó: E là năng lượng của hạt electron; Z là nguyên tử số của môi trường.
Từ công thức (1.6) trên ta thấy, năng lượng tới hạn ứng với tỉ số ở vế trái bằng một, nghĩa là khi
đó
Z
E
c
800

. Rõ ràng nguyên tử số của môi trường càng lớn thì năng lượng tới hạn càng giảm.
Chính xác hơn, người ta tính được năng lượng tới hạn theo nguyên tử số của môi trường [9].
E
C

=
MeV
Z 2,1
800

(1.7)
Khi năng lượng của hạt electron lớn hơn năng lượng tới hạn rất nhiều, sự mất mát năng lượng do
quá trình bức xạ chiếm tỉ lệ lớn, nghĩa là hạt electron mất mát năng lượng chủ yếu do phát bức xạ
hãm. Môi trường có khả năng hãm bức xạ electron tốt là môi trường mà chùm bức xạ chuyển động
trong đó bị mất mát năng lượng nhanh nhất. Người ta sử dụng chiều dài làm chậm bức xạ của một
môi trường để đặc trưng cho khả năng hãm bức xạ electron của nó. Chiều dài làm chậm bức xạ của
môi trường là khoảng cách mà chùm electron chuyển động trong môi trường đó thì năng lượng sẽ bị
giảm đi một hệ số
367,0
1

e
do phát bức xạ hãm. Chiều dài làm chậm được tính bằng công thức sau
[9]:








Z
ZZ
A

X
287
ln).1.(
.4,716
0
(1.8)
Trong đó: Z, A là điện tích và số khối của nguyên tử môi trường.
Khi môi trường có cấu tạo gồm nhiều thành phần nguyên tử khác nhau thì chiều dài làm chậm
bức xạ của nó được xác định theo chiều dài làm chậm của tất cả các thành phần có trong nó. Lúc
này có thể xác định chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường phức tạp bằng công thức:
iM
i
n
i
i
XA
A
q
X
1
..
1
1
0



(1.9)
Trong đó: X
0

là chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường phức tạp.
q
i
là hàm lượng nguyên tử số của môi trường.
A
M
=


n
i
i
A
1
là số khối hiệu dụng của môi trường.
X
i
là chiều dài làm chậm bức xạ của môi trường chỉ có nguyên tử có số khối A
i
.
Trong thực nghiệm người ta đi xây dựng một hệ thống số liệu về chiều dài làm chậm bức xạ của
từng nguyên tố để làm cơ sở tính chiều dài làm chậm của các môi trường phức tạp.
Từ khái niệm về chiều dài làm chậm bức xạ, ta có thể đưa ra công thức tính năng lượng trung
bình của hạt electron sau khi đi được đoạn đường trong môi trường có chiều dài làm chậm bức xạ
X
0
là [9].
)exp(.
0
0

X
x
EE 
(1.10)
Trong đó: E
0
là năng lượng ban đầu của bức xạ electron.
X
0
là chiều dài bức xạ của môi trường.

E
là năng lượng trung bình của hạt electron sau khi đi được đoạn đường x.

1.1.3. Quãng chạy của chùm electron trong vật chất

Do quỹ đạo của electron là đường ziczăc do đó quãng đường thực sự mà các electron có năng
lượng như nhau đi trong vật chất rất khác nhau. Quãng chạy của electron có năng lượng xác định,
được hiểu là bề dày lớp vật chất có khả năng hãm hoàn toàn chùm electron được tính theo phương
chuyển động của electron theo hướng vuông góc với bề mặt của lớp vật chất. Quãng chạy của
electron trong vật chất phụ thuộc vào năng lượng electron và môi trường thường được xác định theo
công thức bán thực nghiệm. Với năng lượng ban đầu của electron nhỏ hơn 3 MeV, trong [9, 15] đưa
ra công thức xác định quãng chạy của electron trong vật chất như sau:
)14,221(
11,0
2
0
 ER

(1.11)

Trong đó:

là mật độ khối của môi trường (g/cm
3
).
E
0
là năng lượng ban đầu của electron, tính ra MeV.
R là quãng chạy của electron tính ra cm.
Gần đúng bậc nhất, quãng chạy của electron tỉ lệ thuận với năng lượng ban đầu của electron và tỉ
lệ nghịch với mật độ khối của môi trường. Khi năng lượng của electron lớn hơn 1 MeV (E
0
> 1
MeV) sự phụ thuộc của quãng chạy của electron vào năng lượng của nó trong môi trường được [15]
biểu diễn bằng công thức sau:

)161,0.571,0(
1
0
 ER

khi E
0
> 1 MeV (1.12)
Các đại lượng

, E
0
và R đã được giải thích trong công thức (1.11).
Từ các công thức (1.11) và (1.12) nhận thấy quãng chạy của electron, được tính theo bề dày khối,

chỉ phụ thuộc vào năng lượng của electron.
1.2. Các đơn vị đo liều bức xạ
1.2.1. Hoạt độ phóng xạ
Hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ hay một lượng chất phóng xạ nào đó chính là số hạt
nhân phân rã phóng xạ trong một đơn vị thời gian. Nếu trong một lượng chất phóng xạ có N hạt
nhân phóng xạ, thì hoạt độ phóng xạ của nó được [3, 9] tính theo công thức sau:
)exp()exp(..
)0(0)()(
tAtNN
dt
dN
A
tt


hay A = . N (1.13)
Trong đó: A là hoạt độ phóng xạ.
 là hằng số phân rã phóng xạ.
N là số hạt nhân phóng xạ hiện có.
Đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Becquerel, viết tắt là Bq. Một Becquerel tương ứng với một phân
rã trong 1 giây. Trước kia, đơn vị đo hoạt độ phóng xạ là Curie, viết tắt là Ci. Curie là hoạt độ
phóng xạ của 1 gam
226
Ra, tương ứng với 3,7.10
10
phân rã trong một giây. Theo định nghĩa,
Becquerel và Curie có mối liên hệ như sau:
1Ci = 3,7.10
10
Bq.

1.2.2. Liều chiếu và suất liều chiếu
a. Liều chiếu
Liều chiếu chỉ áp dụng cho bức xạ gamma hoặc tia X, trong môi trường chiếu xạ là không khí.
Liều chiếu ký hiệu là X, được [3, 4, 9] xác định theo công thức:

dm
dQ
X 
(1.14)
Trong đó: dm là khối lượng không khí tại đó chùm tia X hoặc chùm bức xạ gamma bị hấp thụ hoàn
toàn, kết quả tạo ra trên dm tổng các điện tích cùng dấu là dQ.
Trong hệ đo SI, đơn vị đo liều chiếu là Coulomb trên kilôgam, viết tắt là C/kg. Coulomb trên
kilôgam được định nghĩa như sau:
"1 C/kg là liều bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1 kilôgam không khí ở
điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó 1 Coulomb ion cùng dấu".
Ngoài đơn vị C/kg, trong kỹ thuật người ta còn dùng đơn vị đo liều chiếu là Rơnghen, viết tắt là
R. Theo định nghĩa Rơnghen là một lượng bức xạ gamma hoặc tia X khi bị dừng lại toàn bộ trong 1
kg không khí ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ tạo ra trong đó tổng điện tích của các ion cùng dấu là
2,58.10
-4
C.
Theo định nghĩa có thể chuyển đổi từ Coulomb/ kilôgam sang Rơnghen theo tỷ lệ như sau:
1 R = 2,58.10
-4
C/kg.
b. Suất liều chiếu
Suất liều chiếu chính là liều chiếu trong một đơn vị thời gian. Suất liều chiếu, ký hiệu là

X
được

[3, 4, 9] xác định theo công thức:

t
X
X 


(1.15 a)
Trong đó: X là liều chiếu trong thời gian t.
Trong hệ SI, đơn vị đo suất liều chiếu là C/kg.s. Tuy nhiên trong thực nghiệm đơn vị đo suất
liều chiếu thường dùng là Rơnghen/giờ. Rơnghen/giờ được ký hiệu là R/h, thông thường suất
liều chiếu thường dùng nhiều hơn cả là R/h.
Với một nguồn phóng xạ, suất liều chiếu do nó gây ra tại một điểm cho trước tỷ lệ thuận với
hoạt độ phóng xạ của nó và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điểm đó tới nguồn. Xét
một nguồn phóng xạ có kích thước nhỏ, có độ phóng xạ A, suất liều chiếu do nó gây ra tại điểm M
cách nguồn một khoảng d được [9] xác định theo công thức gần đúng sau:

2
..525,0
d
AE
X 

(1.15 b)
Trong đó: d là khoảng cách từ điểm khảo sát đến nguồn được đo bằng mét.
E là năng lượng trung bình của bức xạ gamma tính trên một phân rã.
A là hoạt độ phóng xạ của nguồn phóng xạ được đo bằng Ci.


X

là suất liều chiếu được đo bằng R/h.

1.2.3. Liều hấp thụ và suất liều hấp thụ


a. Liều hấp thụ
Thực tế cho thấy những sự thay đổi trong môi trường chiếu xạ phụ thuộc chủ yếu vào liều hấp
thụ và liều tương đương. Với khái niệm liều hấp thụ và liều tương đương, cho phép mở rộng đối
tượng bức xạ nghiên cứu và môi trường chiếu xạ. Liều chiếu chỉ có thể áp dụng cho bức xạ gamma
hoặc tia X và môi trường chiếu xạ là không khí. Còn liều hấp thụ và liều tương đương sẽ áp dụng
cho các loại bức xạ ion hóa khác nhau và môi trường được chiếu xạ khác nhau.
Liều hấp thụ ký hiệu là D, được định nghĩa là thương số
dE
dm
. Trong đó dE là năng lượng trung
bình mà bức xạ ion hóa truyền cho lượng vật chất môi trường có khối lượng là dm [3, 9].
Trong hệ SI, đơn vị đo liều hấp thụ là June/kilôgam, viết tắt là J/kg.
1 J/kg là lượng bức xạ chiếu vào môi trường chiếu xạ sao cho chúng truyền cho 1 kg môi trường
vật chất đó một năng lượng là 1 J.
Trong thực tế, ngoài đơn vị đo liều hấp thụ là J/kg, người ta còn dùng đơn vị là Gray viết tắt là
Gy và Rad để đo liều hấp thụ. Rad được viết tắt từ: “Radiation absorbed dose”. Chuyển đổi từ J/kg
sang Rad hoặc Gray và ngược lại theo tỷ lệ sau [9, 11]: 1 Gy = 1 J/kg
10
-2
J/kg = 1rad.
1 Gy = 1J/kg = 10
2
rad.
Qua các định nghĩa trên về liều hấp thụ và liều chiếu, nhận thấy giữa liều chiếu hấp thụ và liều
chiếu có mối liên hệ với nhau. Với loại bức xạ ion hóa xác định, môi trường chiếu xạ cho trước, thì

liều hấp thụ tỷ lệ thuận với liều chiếu. Liều hấp thụ và liều chiếu có mối liên hệ nhau theo công thức
sau [3, 9]:
D = f.X (1.16)
Trong đó: D là liều hấp thụ; X là liều chiếu còn f là hệ số tỷ lệ.
Hệ số tỷ lệ f thực chất là hệ số chuyển đổi từ liều chiếu sang liều hấp thụ. Giá trị của f tùy thuộc
vào môi trường chiếu xạ và đơn vị đo liều hấp thụ và liều chiếu tương ứng. Đối với không khí và
trong nước hệ số tỷ lệ f = 0,869
rad
R
.
b. Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ

D
chính là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian. Suất liều hấp thụ được [3,
9] xác định theo công thức:

t
D
D 
*
(1.17)
Trong đó: D là liều hấp thụ trong thời gian t.
Đơn vị đo suất liều hấp thụ là Gy/s hay rad/s.
1.2.4. Liều tương đương và suất liều tương đương
a. Liều tương đương
Đối với sinh vật và cơ thể sống, dưới tác dụng của bức xạ hạt nhân có thể dẫn đến hiện tượng
làm biến đổi hoặc gây tổn thương nào đó cho đối tượng được chiếu xạ. Người ta gọi hiện tượng trên
là hiệu ứng sinh học. Với liều hấp thụ D cho trước, hiệu ứng sinh học còn phụ thuộc vào loại bức xạ
được sử dụng, điều kiện chiếu xạ, khoảng thời gian chiếu xạ. Đối với một sinh vật cho trước, để gây

ra một tổn thương xác định, trong các lần chiếu khác nhau thì cần một liều hấp thụ khác nhau. Khi
đánh giá ảnh hưởng của bức xạ đến hiệu ứng sinh học, thay cho liều hấp thụ ta dùng liều tương
đương, ký hiệu là H.
Với một loại bức xạ và môi trường sống xác định, liều tương đương tỷ lệ với liều hấp thụ. Liều
tương đương và liều hấp thụ liên hệ với nhau theo công thức sau [9]:
H = QND (1.18)
Trong đó: D là liều hấp thụ tính bằng rad.
H là liều tương đương tính bằng rem.
Q là hệ số phẩm chất của bức xạ.
N là hệ số tính đến các yếu tố khác nhau như sự phân bố của liều chiếu.
Hệ số phẩm chất Q dùng trong an toàn bức xạ đánh giá ảnh hưởng của các loại bức xạ lên đối
tượng sinh học, cho biết mức độ nguy hiểm của từng loại bức xạ đối với cơ thể sống. Hệ số phẩm
chất Q cho biết sự phụ thuộc của quá trình truyền năng lượng tuyến tính của bức xạ trong vật chất.
Ủy ban An toàn Phóng xạ Quốc tế (International Commission on Radiological Protection - ICRP)
đã khuyến cáo hệ số phẩm chất đối với các bức xạ thông thường ứng với năng lượng khác nhau. Giá
trị hệ số phẩm chất do ICRP khuyến cáo được cho trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Giá trị của hệ số phẩm chất đối với các loại bức xạ
Loại bức xạ và năng lượng Hệ số phẩm chất Q
Bức xạ gamma và tia X với mọi năng lượng 1
Electron với mọi năng lượng 1
Nơtron năng lượng nhỏ hơn 10 keV 5
Nơtron năng lượng từ 10 keV đến 100 keV Từ 10 đến 20
Nơtron năng lượng từ 100 keV đến 2 MeV 20
Nơtron năng lượng từ 2 MeV đến 20 MeV 10
Nơtron năng lượng lớn hơn 20 MeV Từ 5 đến 10
Proton năng lượng nhỏ hơn 2 MeV Từ 3 đến 5
Proton năng lượng lớn hơn 2 MeV 5
Hạt alpha và hạt nặng, mảnh phân chia 20

Trong hệ SI, đơn vị đo liều tương đương là Sievert, kí hiệu là Sv. Đối với bức xạ gamma, tia X

và electron nếu liều hấp thụ là 1 J/kg hay 1 Gy thì liều tương đương là 1 Sv. Từ công thức (1.18)
nếu D đo bằng rad, thì H đo bằng rem, còn nếu liều hấp thụ đo bằng Gy thì liều tương đương được
tính ra rem. Vì 1 Gy = 100 Rad, nên theo biểu thức (1.18) suy ra 1 Sv = 100 rem.
Như vậy, với cùng một đối tượng chiếu xạ và liều hấp thụ như nhau chẳng hạn
D = 100 rad, khi bức xạ chiếu là tia gamma liều hiệu ứng sinh học tương đương là 100 rem, còn với
nơtron nhanh liều tương đương sẽ là 1000 rem [9].
b. Suất liều tương đương
Suất liều tương đương chính là liều tương đương trong một đơn vị thời gian. Suất liều tương
đương ký hiệu

H
được xác định theo công thức [9]:

*
H
H
t

(1.19)
Trong đó t là thời gian, H là liều tương đương mà cơ thể sống nhận được trong thời gian t. Đơn
vị đo suất liều tương đương là Sv/s hoặc Sv/h.
Với suất liều chiếu gamma cho trước, liều hiệu dụng tương đương tỷ lệ thuận với thời gian
chiếu. Giữa liều hiệu dụng, liều tương đương và suất liều chiếu liên hệ với nhau theo công thức sau
[9]:
H = f.Q.N.
*
X
.t (1.20)
Trong đó: f là hệ số tỷ lệ tùy thuộc vào môi trường, với không khí f = 0,869;
Q là hệ số phẩm chất; N là hệ số tính đến điều kiện chiếu và độ đồng đều khi chiếu,

t là thời gian chiếu;
*
X
là suất liều chiếu; H là liều hiệu dụng tương đương.

1.2.5. Độ truyền năng lượng tuyến tính


Năng lượng của bức xạ bị hấp thụ trong vật chất chưa đủ để đặc trưng cho hiệu ứng sinh học
xảy ra trong vật chất. Thực nghiệm chỉ ra rằng các hiệu ứng sinh học phụ thuộc vào sự phân bố của
năng lượng đã bị hấp thụ trên đường đi của bức xạ trong vật chất. Để đặc trưng cho sự phân bố độ
mất mát năng lượng bức xạ trên đường đi trong vật chất, ta dùng khái niệm độ truyền năng lượng
tuyến tính, ký hiệu là LET viết tắt của “Linear energy transfer”. Độ truyền năng lượng tuyến tính,
được [9, 11] xác định theo công thức:

dE
LET
dl

(1.21)
Trong đó dE là độ mất mát năng lượng trên quãng đường dl.
Trong hệ SI đơn vị đo độ truyền năng lượng tuyến tính là J/m hoặc keV/ m.
Sự phân bố năng lượng bị hấp thụ của bức xạ trong vật chất còn tùy thuộc vào bản chất của mỗi
loại bức xạ. Đối với bức xạ ion hóa gián tiếp, độ truyền năng lượng tuyến tính nhỏ hơn nhiều so với
bức xạ ion hóa trực tiếp. Bảng 1.2 đưa ra các giá trị LET trung bình của các loại bức xạ ion hóa
khác nhau trong môi trường là nước.
Bảng1.2: Giá trị LET trung bình trong nước của một bức xạ ion hóa
Bức xạ
Bức xạ gây ion hóa
môi trường

LET
(KeV/

m)
Mật độ ion
trên 1

m
Tia X Electron thứ cấp 0,28 8,5
Gamma Electron thứ cấp 0,36 11
Tia X (30KeV – 180KeV) Electron thứ cấp 3,2 100
Tia X 8 KeV Electron thứ cấp 4,7 145
Tia anpha 5 MeV Ion hóa trực tiếp 120 3700
Nơtron 12 MeV Proton 3,5 290

1.2.6. Liều giới hạn

Khi tiếp xúc với chất phóng xạ hoặc các nguồn phóng xạ và các bức xạ ion hóa, nhân viên công
tác bị chiếu xạ nhận được một liều hấp thụ nào đó. Tùy thuộc vào liều hấp thụ mà nhân viên nhận
được, bức xạ hạt nhân sẽ ảnh hưởng khác nhau đến họ. Để đảm bảo sức khỏe cho nhân viên làm
việc với chất phóng xạ cần phải giảm ảnh hưởng của các bức xạ đến nhân viên. Về mặt an toàn bức
xạ hạt nhân, cần phải đưa ra những quy định cụ thể về liều hấp thụ cho phép mà người nhân viên
còn có thể làm việc trực tiếp với nguồn phóng xạ hay bức xạ ion hóa [9].
Liều giới hạn được hiểu là giá trị lớn nhất của liều hấp thụ tích lũy trong một năm mà người làm
việc trực tiếp với bức xạ hạt nhân có thể chịu được, sao cho nếu bị chịu một liều hấp thụ tích lũy
liên tục như vậy trong nhiều năm liên tục vẫn không ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân. Liều
hấp thụ cho phép còn phụ thuộc vào độ tuổi. Theo quy định chung về luật lao động, người có độ
tuổi từ 18 tuổi trở lên mới được làm việc trong cơ sở sử dụng bức xạ hạt nhân. ICRP đã khuyến cáo
công thức tính liều hấp thụ tích lũy cho phép trong một năm đối với nhân viên, chuyên viên làm
việc trực tiếp với nguồn phóng xạ trong một năm như sau [3, 9].

D = 50(N – 18) mSv hay D = 5(N – 18) rem
Trong đó: N là độ tuổi của nhân viên chuyên nghiệp N

19, D là liều hấp thụ tích lũy trong một
năm. Tính trung bình, liều tích lũy cho phép là D = 50 mSv/năm. Đối với các đối tượng khác liều
hấp thụ cho phép giảm 10 lần. Giá trị liều hấp thụ tích lũy toàn thân cho phép D được các cơ quan
ICRP khuyến cáo tại các thời điểm khác nhau, được cho ở Bảng 1. 3.
Bảng 1.3: Giới hạn liều hấp thụ tích lũy cho phép những người làm việc với bức xạ tại thời
điểm khác nhau
Giới hạn liều Thời gian đề nghị Cơ quan đề nghị
150 mSv/năm 1950 ICRP
50 mSv/năm 1977 ICRP
20 mSv/năm 1990 ICRP

Theo Pháp lệnh An toàn và Kiểm soát Bức xạ hạt nhân Việt Nam, liều hấp thụ tương đương cho
toàn thân đối với nhân viên làm việc với nguồn phóng xạ và bức xạ hạt nhân là 20 mSv trong một
năm. Trong 5 năm có một năm liều hấp thụ trên toàn thân có thể lên tới 50 mSv. Tuy nhiên tổng liều
trong 5 năm liên tục không vượt quá 100 mSv [3, 9]. Quy định này phù hợp với quy định của Ủy
ban An toàn Bức xạ Quốc tế. Tuy nhiên các cơ quan trong cơ thể người có mức nhạy cảm khác nhau
đối với bức xạ hạt nhân, nên có giới hạn cho phép tối đa đối với một số bộ phận có giá trị khác
nhau.

1.3. Hiệu ứng sinh học của electron

1.3.1. Cấu tạo tế bào của cơ thể người
Cơ thể người cấu tạo từ các cơ quan như tim, phổi, não,… Các cơ quan được cấu tạo từ các mô
như mô mỡ, da, xương,… Các mô được cấu tạo từ các tế bào. Tế bào là đơn vị sống cơ bản, kích
thước tế bào khoảng 20 micromet. Trong cơ thể con người có khoảng 10
13
đến 10

14
tế bào.
Tương tác giữa các bức xạ và cơ thể sống sẽ gây nên những thay đổi trong tế bào hay gây đột
biến dẫn đến hoạt động bất bình thường, chẳng hạn phát triển nhanh chóng một cách hỗn loạn
dẫn đến ung thư.
Tế bào gồm có một nhân ở giữa, một chất lỏng bao quanh gọi là bào tương, bao bọc quanh bào
tương là một màng gọi là màng tế bào. Mỗi bộ phận thực hiện chức năng riêng rẽ.
- Màng tế bào thực hiện trao đổi chất với môi trường ngoài.
- Bào tương là nơi xảy ra các phản ứng hóa học, bẻ gãy các phân tử phức tạp thành các phân tử
đơn giản và lấy năng lượng nhiệt tỏa ra (dị hóa), hay tổng hợp các phân tử cần thiết cho tế
bào.
- Trong nhân có AND là một đại phân tử hữu cơ chứa các thông tin quan trọng để thực hiện sự
tổng hợp chất.
- AND cũng chứa thông tin cần thiết để điều khiển việc phân chia tế bào.
Tác dụng của sinh học chính của bức xạ là sự phá hỏng AND của tế bào [2, 9, 10, 11].

Hình 1.1: Cấu tạo tế bào của cơ thể người

1.3.2. Cơ sở sinh học của điều trị tia xạ

Năm 1943, tác giả Albert Bechem đã xuất bản cuốn sách “Các nguyên tắc liều lượng Radium,
và tia X”, được xem là cơ sở sinh học phóng xạ:
Vùng tế bào có tỉ lệ máu lớn hơn, nhạy cảm tia xạ hơn.
Các tế bào cơ thể trong giai đoạn phân chia nhạy cảm với tia xạ nhất.
Ngày nay ta còn áp dụng phương pháp tăng Oxy, tăng nhiệt ở vùng chiếu tia.
Để đề ra các kỹ thuật chỉ định tia xạ, người ta dựa trên các pha “phase” phân chia của tế bào,
trên sự phản ứng của các chất gian bào [9, 10, 11] Hình 1.2 (trong việc bảo vệ các tổ chức lành).
Tất cả các kỹ thuật điều trị tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối đa tại khối u, giảm đến
tối thiểu liều ở các mô lành xung quanh. Muốn vậy phải dựa trên sự khác nhau về độ nhạy cảm tia
xạ các tế bào u, tế bào lành và vào loại tế bào cụ thể.

Tế bào biệt hóa kháng tia hơn loại không biệt hóa.
Phân bố hợp lý tổng liều điều trị và liều lượng mỗi lần chiếu.
Chu kỳ sinh sản tế bào:
Sự tổng hợp S (Sythesis).
Phân chia M (Mitotic).
Sau phân chia G
1
:
+ S: Phase này kéo dài từ 1,5

36
h
, trung bình 8
h
, kháng tia.
+ G
2
: 30

1,5
h
.
+ M: 30

2,5
h
nhạy cảm tia nhất.
+ G
1
: Kéo dài hàng tháng.

Chu kỳ sinh sản của tế bào được đưa trong Hình 1.2.

Hình1.2: Chu kỳ sinh sản của tế bào
Khi bức xạ xuyên vào trong các mô tế bào của cơ thể sống, nó tương tác chủ yếu thông qua các
quá trình ion hóa. Kết quả của quá trình ion hóa trong tế bào là tạo ra các cặp ion có khả năng phá
hoại cấu trúc phân tử của tế bào, làm tế bào bị biến đổi hoặc bị tiêu diệt. Đối với con người, cấu tạo
mô cơ thể chủ yếu là nước. Khi bị chiếu xạ, phân tử H
2
O bị ion hóa, phân chia thành các cặp H
+
và
OH
-
, các ion này bị kích thích lại tạo ra các ion khác,… Năng lượng của bức xạ khi đi qua cơ thể
người càng lớn thì số lượng ion tạo ra càng nhiều. Các ion này gây ra phản ứng rất mạnh, tác động
trực tiếp tới các phân tử sinh học phổ biến là protein, lipit, AND làm cho cấu trúc của phân tử này bị
sai hỏng gây ra những hậu quả [9, 11]:
* Kìm hãm hoặc ngăn cản sự phân chia tế bào.
* Làm sai sót nhiễm sắc thể dẫn tới việc tế bào bị chết hoặc bị biến đổi chức năng hoặc gây đột
biến gen, đó là do các tổn thương sau đó có thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền
trên phân tử AND.
* Làm chết tế bào.
Trong đó quá trình làm chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong việc điều trị ung thư.

1.3.3. Tương tác của bức xạ ion hóa với cơ thể sống
Khi bức xạ tác dụng lên cơ thể, chủ yếu gây ra tác dụng ion hóa, tạo ra các cặp ion hóa có khả
năng phá hoại cấu trúc phân tử của các tế bào làm cho các tế bào bị biến đổi hay hủy diệt. Trên cơ
thể con người chủ yếu (>85%) là nước. Khi bị chiếu xạ H
2
O trong cơ thể phân chia thành H

+
và OH
-
. Bản thân các cặp H
+
, OH
-
này tạo thành các bức xạ thứ cấp, tiếp tục phá hủy tế bào, sự phân chia
tế bào sẽ chậm đi hoặc dừng lại.
Tác dụng trực tiếp của tia xạ lên sự phá hủy diệt tế bào chỉ vào khoảng 20%. Còn lại chủ yếu là
do tác dụng gián tiếp.
Năng lượng và cường độ bức xạ khi đi qua cơ thể con người nói riêng hay đi qua cơ thể sinh vật
nói chung giảm đi do sự hấp thụ năng lượng của các tế bào. Sự hấp thụ năng lượng của tế bào
thường dẫn tới hiện tượng ion hóa các nguyên tử của vật chất sống và hậu quả là tế bào bị phá hủy.
Nói chung năng lượng của bức xạ càng lớn, số cặp ion hóa do chúng tạo ra càng nhiều. Thông
thường các hạt mang điện có năng lượng như nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào vận tốc của hạt nhanh
hay chậm mà mật độ ion hóa có thể khác nhau. Tia anpha thường có vận tốc nhỏ hơn tia bêta nhưng
lại có khả năng ion hóa nhanh hơn.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quá trình này
1. Sự ngăn cản phân chia tế bào: Tế bào có thể sinh ra và nhân lên về số lượng trong quá trình
phân chia tế bào. Đây là một chức năng cơ bản của một cơ thể sống bất kỳ. Ngay ở cơ thể người
lớn, quá trình phân chia tế bào vẫn thường xuyên diễn ra để thay thế cho các tế bào đã chết. Những
chỗ tổn thương do bức xạ có thể kìm hãm hoặc ngăn cản quá trình phân chia tế bào, và như vậy làm
suy yếu chức năng của tế bào và cơ thể.
2. Sự sai sót của nhiễm sắc thể: Bức xạ có thể phá hủy nhiễm sắc thể. Đa số các trường hợp tổn
thương thường được hàn gắn và không có hậu quả gì gây ra. Tuy nhiên trong một số tổn thương có
thể làm mất hoặc sắp xếp lại các vật chất di truyền, những bộ phận này có thể quan sát được qua
kính hiển vi. Những sự cố như vậy được gọi là những sai sót của nhiễm sắc thể. Những sai sót xác
định có thể làm chết tế bào hoặc biến đổi một chức năng của tế bào. Tần số xuất hiện kiểu sai sót
của nhiễm sắc thể có một mối tương quan xác định đối với liều lượng và do đó người ta có thể sử

dụng chúng như là những liều lượng kế sinh học.
3. Đột biến gen: Sự thay đổi lượng thông tin trong gen được biết với thuật ngữ biến đổi gen. Sự
hỏng hóc của nhiễm sắc thể có thể dẫn đến đột biến gen.
4. Sự chết của tế bào: Quá trình chiếu xạ có thể làm chết tế bào hoặc có thể dẫn tới tất cả hiệu ứng
trên. Quá trình chết tế bào là quá trình quan trọng nhất trong điều trị bệnh ung thư. Quá trình này
thường được biểu diễn bằng tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu một liều xác định. Hiệu ứng –
liều đối với tỷ lệ sống sót của tế bào sau khi chiếu được biểu diễn trên Hình 1.3. Ở mức liều thấp,
đường cong có một đoạn suy giảm chậm. Khoảng này tương ứng với khả năng tự phục hồi của tế
bào bị tổn thương.

Hình 1.3: Mối tương quan giữa liều lượng hấp thụ và tỷ lệ sống sót của tế bào
Tuy nhiên ở liều cao hơn, khả năng sửa chữa của tế bào đạt ở mức bão hòa, tỷ lệ sống sót giảm
rất nhanh theo quy luật hàm mũ. Hình 1.4 chỉ sự phụ thuộc độ sai sót của nhiễm sắc thể vào liều
lượng. Các mối tương quan hiệu ứng - liều tương tự cũng quan sát thấy đối với hiệu ứng đột biến.
Tùy theo liều lượng bức xạ do cơ thể hấp thụ ít hay nhiều mà các biến đổi nói trên có thể được
phục hồi. Ngoài các yếu tố liều lượng, tác hại của bức xạ còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Cùng
với một liều lượng bức xạ, nếu cơ thể hấp thụ làm nhiều lần, thì các biến đổi về bệnh lý ít xảy ra
hơn so với trường hợp hấp thụ ngay một lúc. Nguyên nhân này liên quan tới khả năng tự phục hồi
của tế bào ở cơ thể sống.

Hình 1.4: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và sai sót của nhiễm sắc thể


1.4. Phương pháp xạ trị dùng chùm electron


1.4.1. Khái niệm và mục đích xạ trị

Phương pháp xạ trị là tên gọi ngắn gọn của phương pháp điều trị bằng tia xạ trong y học, là một
trong ba phương pháp chính được sử dụng hiện nay để điều trị bệnh ung thư cùng với hai phương

pháp là phẫu thuật và hóa chất [1, 6]. Xạ trị là quá trình điều trị sử dụng các bức xạ ion hóa hay các
tia xạ với liều lượng thích hợp chiếu tới khối u nhằm tiêu diệt các tế bào ung thư đồng thời gây ra
tổn thương nhỏ nhất cho các tế bào lành xung quanh.
Mục đích của phương pháp xạ trị là nhằm phá hủy các tế bào ung thư và ngăn chặn sự phát triển
thêm nữa và sự lây lan của các khối u.
Điều trị bằng tia xạ sử dụng độc lập có thể chữa khỏi nhiều loại ung thư còn ở giai đoạn khu trú
tại chỗ như ung thư da, ung thư vòm họng, ở vùng đầu, cổ,….
Phương pháp này cũng có thể được sử dụng kết hợp với phương pháp phẫu thuật trong những
trường hợp ung thư đã phát hiện tương đối lớn. Khi đó có thể chiếu xạ trước để giảm bớt kích thước
khối u cho dễ mổ, hạn chế sự di căn lúc mổ. Cũng có thể sử dụng chiếu xạ sau khi mổ để diệt nốt
những tế bào ung thư còn sót lại. Cũng có thể kết hợp cả xạ trị trước và sau khi mổ. Tùy theo từng
trường hợp ta có thể lựa chọn phương pháp điều trị sao cho đạt hiệu quả cao nhất.
Phương pháp xạ trị cũng có thể kết hợp với những phương pháp điều trị hóa chất để tiêu diệt
những tế bào ung thư tại khu vực mà điều trị hóa chất không thể tiêu diệt được.

1.4.2. Nguyên tắc điều trị bằng tia xạ

Phác đồ điều trị phải dựa trên những nguyên tắc sau [2]: