Mô phỏng đường đẳng liều của các nguồn bức xạ gamma có dạng hình học khác nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN






NGUYỄN MINH HUÂN





MÔ PHỎNG ĐƯỜNG ĐẲNG LIỀU
CỦA CÁC NGUỒN BỨC XẠ GAMMA CÓ DẠNG
HÌNH HỌC KHÁC NHAU


Chuyên ngành : VẬT LÍ HẬT NHÂN
Mã số : 60 44 05




LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. TS. CHÂU VĂN TẠO








THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2009

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng và nổ lực hết mình
của bản thân, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô trong Bộ môn
Vật lí hạt nhân và quý thầy cô đã giảng dạy các học phần trong chương trình đã tận
tình truyền đạt kiến thức giúp em có một nền tảng kiến thức vững vàng để hoàn thành
luận văn và vận dụng vào công việc sau này.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS. TS. Châu Văn Tạo. Nhờ
vào trí tuệ, tâm huyết và sự nhiệt tình của Thầy đã giúp em vượt qua rất nhiều khó
khăn để có thể hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Trần Văn
Hùng và Thầy TS. Võ Hồng Hải đã đọc và nhận xét luận văn.
Ngoài ra em xin cảm ơn các anh chị các khóa trước và bạn bè trong lớp đã động
viên, giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến cho em trong quá trình học tập và hoàn
thành luận văn.
Hơn hết là lòng biết ơn đối với cha mẹ và toàn thể thành viên trong gia đình đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập.

1
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa

Mục lục 1
Danh mục các bảng 5
Danh mục các hình vẽ 5
Mở đầu 11
Chương 1 – Các khái niệm về an toàn bức xạ 13
1.1. Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ 13
1.1.1. Liều hấp thụ 13
1.1.2. Liều chiếu 14
1.1.3. Liều hiệu dụng 14
1.2. Liều giới hạn được phép 17
Chương 2 – Sự che chắn bức xạ gamma 19
2.1. Cơ sở lí thuyết của sự che chắn bức xạ gamma 19
2.2. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm 21
2.2.1. Trường hợp không che chắn 21
2.2.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 21
2.3. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây thẳng 22
2.3.1. Trường hợp không che chắn 22
2.3.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 25
2.4. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây tròn 26
2.4.1. Trường hợp không che chắn 26
2.4.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 27
2.5. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học đĩa 29
2.5.1. Trường hợp không che chắn 29

2.5.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 30
2.6. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học cầu rỗng 31



2
2.6.1. Trường hợp không che chắn 31
2.6.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 32
2.7. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học cầu đặc 34
2.7.1. Trường hợp không che chắn 34
2.7.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 35
2.8. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ rỗng 36
2.8.1. Trường hợp không che chắn 36
2.8.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 37
2.9. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học trụ đặc 39
2.9.1. Trường hợp không che chắn 39
2.9.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d 40
Chương 3 – Chương trình mô phỏng đường đẳng liều đối với các nguồn bức
xạ gamma có dạng hình học khác nhau
42
3.1. Yêu cầu của chương trình 42
3.2. Giao diện chính (form main) 44
3.3. Nguồn dạng điểm 44
3.3.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 1) 44
3.3.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 2)
45
3.3.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 3) 47
3.3.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 4) 48
3.3.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 5) 49

3.4. Nguồn dạng dây thẳng 50
3.4.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 6) 50
3.4.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 7)
50
3.4.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 8) 52
3.4.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 9) 53
3.4.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 10) 53



3
3.5. Nguồn dạng dây tròn 55
3.5.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 11) 55
3.5.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 12)
55
3.5.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 13) 57
3.5.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 14) 58
3.5.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 15) 58
3.6. Nguồn dạng đĩa 60
3.6.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 16) 60
3.6.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 17)
60
3.6.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 18) 62
3.6.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 19) 63
3.6.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 20) 63
3.7. Nguồn dạng cầu rỗng 65
3.7.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 21) 65

3.7.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 22)
65
3.7.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 23) 67
3.7.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 24) 68
3.7.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 25) 68
3.8. Nguồn dạng cầu đặc 70
3.8.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 26) 70
3.8.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 27)
70
3.8.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 28) 72
3.8.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 29) 73
3.8.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 30) 73
3.9. Nguồn dạng trụ rỗng 75



4
3.9.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 31) 75
3.9.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 32)
75
3.9.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 33) 77
3.9.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 34) 78
3.9.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 35) 78
3.10. Nguồn dạng trụ đặc 80
3.10.1. Tính suất liều không sử dụng che chắn (form 36) 80
3.10.2. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng và mặt đẳng liều trong không gian
không sử dụng che chắn (form 37)

80
3.10.3. Tính suất liều có sử dụng che chắn (form 38) 82
3.10.4. Tính bề dầy vật liệu che chắn (form 39) 83
3.10.5. Vẽ đường đẳng liều trong mặt phẳng có sử dụng che chắn (form 40) 83
Kết luận 85
Kiến nghị và hướng phát triển 87
Tài liệu tham khảo
88
Phụ lục 1 : Các hằng số của các nguồn phóng xạ 89
Phụ lục 2 : Các hằng số A
1
, α
1
, α
2
, δ
D
, μ của một số vật liệu che chắn 90
Phụ lục 3 : Các giải thuật sử dụng trong chương trình 91
Phụ lục 4 : Kết quả tính suất liều của các dạng nguồn 93

5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Stt Tên Trang
1 Bảng 1.1 : Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ
(ICRP – 1990)
15
2
Bảng 1.2 : Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong
cơ thể W
T
(1990)
16
3 Bảng 1.3 : Giới hạn liều qua các thời kì của ICRP 18
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Stt Tên Trang
1 Hình 2.1 : Sự hấp thụ chùm gamma trong điều kiện chùm tia rộng 19
2 Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn 21
3 Hình 2.3 : Dạng nguồn điểm được che chắn bởi tấm có bề dầy d 22
4 Hình 2.4 : Dạng nguồn dây thẳng không che chắn 23
5
Hình 2.5 : Nguồn dạng dây thẳng, điểm khảo sát nằm trên giá
của nguồn
24
6
Hình 2.6 : Dạng nguồn dây thẳng được che chắn bởi tấm che có
bề dầy d
25
7 Hình 2.7 : Dạng nguồn dây tròn không che chắn 26
8
Hình 2.8 : Dạng nguồn dây tròn được che chắn bởi tấm che có

bề dầy d
27
9 Hình 2.9 : Dạng nguồn đĩa không che chắn 29



6
10
Hình 2.10 : Dạng nguồn đĩa được che chắn bởi tấm che có
bề dầy d
30
11 Hình 2.11 : Dạng nguồn cầu rỗng không che chắn 31
12
Hình 2.12 : Dạng nguồn cầu rỗng được che chắn bởi tấm che có
bề dầy d
32
13 Hình 2.13 : Nguồn cầu đặc không che chắn 34
14
Hình 2.14 : Dạng nguồn cầu đặc được che chắn bởi tấm che có bề
dầy d
35
15 Hình 2.15 : Dạng nguồn trụ rỗng không che chắn 37
16
Hình 2.16 : Dạng nguồn trụ rỗng được che chắn bởi tấm che có bề
dầy d
38
17 Hình 2.17 : Dạng nguồn trụ đặc không che chắn 40
18
Hình 2.18 : Dạng nguồn trụ đặc được che chắn bởi tấm che có bề
dầy d

40
19 Hình 3.1 : Giao diện của form main 44
20 Hình 3.2 : Giao diện form 1 45
21 Hình 3.3 : Giao diện form 2 46
22
Hình 3.4 : Đường đẳng liều của nguồn điểm không sử dụng
che chắn
46
23 Hình 3.5 : Mặt đẳng liều của nguồn điểm không sử dụng che chắn 47
24 Hình 3.6 : Giao diện form 3 47



7
25 Hình 3.7 : Giao diện form 4 48
26 Hình 3.8 : Giao diện form 5 49
27 Hình 3.9 : Đường đẳng liều của nguồn điểm có sử dụng che chắn 49
28 Hình 3.10 : Giao diện form 6 50
29 Hình 3.11 : Giao diện form 7 51
30
Hình 3.12 : Đường đẳng liều của nguồn dây thẳng không sử dụng
che chắn
51
31
Hình 3.13 : Mặt đẳng liều của nguồn dây thẳng không sử dụng
che chắn
52
32 Hình 3.14 : Giao diện form 8 52
33 Hình 3.15 : Giao diện form 9 53
34 Hình 3.16 : Giao diện form 10 54

35
Hình 3.17 : Đường đẳng liều của nguồn dây thẳng có sử dụng
che chắn
54
36 Hình 3.18 : Giao diện form 11 55
37 Hình 3.19 : Giao diện form 12 56
38
Hình 3.20 : Đường đẳng liều của nguồn dây tròn không sử dụng
che chắn
56
39
Hình 3.21 : Mặt đẳng liều của nguồn dây tròn không sử dụng
che chắn
57
40 Hình 3.22 : Giao diện form 13 57



8
41 Hình 3.23 : Giao diện form 14 58
42 Hình 3.24 : Giao diện form 15 59
43
Hình 3.25 : Đường đẳng liều của nguồn dây tròn có sử dụng
che chắn
59
44 Hình 3.26 : Giao diện form 16 60
45 Hình 3.27 : Giao diện form 17 61
46
Hình 3.28 : Đường đẳng liều của nguồn đĩa không sử dụng
che chắn

61
47 Hình 3.29 : Mặt đẳng liều của nguồn đĩa không sử dụng che chắn 62
48 Hình 3.30 : Giao diện form 18 62
49 Hình 3.31 : Giao diện form 19 63
50 Hình 3.32 : Giao diện form 20 64
51 Hình 3.33 : Đường đẳng liều của nguồn đĩa có sử dụng che chắn 64
52 Hình 3.34 : Giao diện form 21 65
53 Hình 3.35 : Giao diện form 22 66
54
Hình 3.36 : Đường đẳng liều của nguồn cầu rỗng không sử dụng
che chắn
66
55
Hình 3.37 : Mặt đẳng liều của nguồn cầu rỗng không sử dụng
che chắn
67
56 Hình 3.38 : Giao diện form 23 67



9
57 Hình 3.39 : Giao diện form 24 68
58 Hình 3.40 : Giao diện form 25 69
59
Hình 3.41 : Đường đẳng liều của nguồn cầu rỗng có sử dụng
che chắn
69
60 Hình 3.42 : Giao diện form 26 70
61 Hình 3.43 : Giao diện form 27 71
62

Hình 3.44 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng
che chắn
71
63
Hình 3.45 : Mặt đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng
che chắn
72
64 Hình 3.46 : Giao diện form 28 72
65 Hình 3.47 : Giao diện form 29 73
66 Hình 3.48 : Giao diện form 30 74
67
Hình 3.49 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc có sử dụng
che chắn
74
68 Hình 3.50 : Giao diện form 31 75
69 Hình 3.51 : Giao diện form 32 76
70
Hình 3.52 : Đường đẳng liều của nguồn trụ rỗng không sử dụng
che chắn
76
71
Hình 3.53 : Mặt đẳng liều của nguồn trụ rỗng không sử dụng
che chắn
77



10
72 Hình 3.54 : Giao diện form 33 77
73 Hình 3.55 : Giao diện form 34 78

74 Hình 3.56 : Giao diện form 35 79
75 Hình 3.57 : Đường đẳng liều nguồn trụ rỗng có sử dụng che chắn 79
76 Hình 3.58 : Giao diện form 36 80
77 Hình 3.59 : Giao diện form 37 81
78
Hình 3.60 : Đường đẳng liều của nguồn cầu đặc không sử dụng
che chắn
81
79
Hình 3.61 : Mặt đẳng liều của nguồn trụ đặc không sử dụng
che chắn
82
80 Hình 3.62 : Giao diện form 38 82
81 Hình 3.63 : Giao diện form 39 83
82 Hình 3.64 : Giao diện form 40 84
83 Hình 3.65 : Đường đẳng liều nguồn trụ đặc có sử dụng che chắn 84










11
MỞ ĐẦU
Kể từ khi vật lí hạt nhân ra đời, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hạt nhân
phục vụ lợi ích con người đã đạt được những thành công đáng kể. Hiện nay, các

nguồn bức xạ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ở nước ta việc sử
dụng các nguồn bức xạ đặc biệt là nguồn bức xạ gamma đang giữ vai trò quan trọng
trong các ngành : nông nghiệp, công nghi
ệp, y học và sinh học. Nhiều trung tâm
chiếu xạ, nhiều bệnh viện đã sử dụng các nguồn phóng xạ gamma trong nghiên cứu
khoa học và trong điều trị đã đạt nhiều thành tựu đáng kể.
Bên cạnh đó vấn đề an toàn bức xạ ion hóa là một vấn đề đặc biệt quan trọng
cần phải nghiên cứu. Khi sử dụng các nguồn bức xạ luôn tiềm ẩn những nguy cơ

gây tổn hại đến sức khỏe con người. Khi sử dụng nhiều nguồn phóng xạ và thời
gian làm việc càng lâu thì nguy cơ nhiễm phóng xạ càng lớn. Khi sử dụng các
nguồn phóng xạ gamma, điều cần quan tâm nhất là suất liều chiếu, là đại lượng đặc
trưng cho năng lượng bức xạ trong một đơn vị thời gian. Thực tế người ta thường
quan tâm đến những điể
m có cùng suất liều hay nói khác đi là các đường đẳng liều
(trong mặt phẳng) và mặt đẳng liều (trong không gian) tạo ra bởi nguồn
phóng xạ gamma.
Khi sử dụng các nguồn gamma hoạt độ mạnh ta cần phải che chắn bởi một loại
vật liều có bề dầy xác định nhằm đạt được suất liều mong muốn tại điểm khảo sát.
Những vấn đề trên được giải quyế
t nhanh chóng với sự giúp đỡ của máy tính.
Trong nước có một số đề tài nghiên cứu về vấn đề xây dựng chương trình mô phỏng
nguồn bức xạ gamma. Đặc biệt là ở khoa Vật lí - Trường Đại học Khoa học tự
nhiên TP. HCM. Những luận văn tốt nghiệp của sinh viên và những công trình khoa
học của Thầy Châu Văn Tạo đã ứng dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để mô phỏng.
Tuy nhiên những công trình đ
ó chưa nghiên cứu được hết tất cả các dạng nguồn
gamma có dạng hình học xác định vì thế những chương trình này còn hạn chế khi ta
cần nghiên cứu nhiều dạng nguồn khác nhau. Trên thế giới đã có một số chương
trình mô phỏng : Mercurad – 3D [12], MicroShield [15]. Các chương trình này cho

12
phép tính suất liều chiếu, tính bề dầy vật liệu che chắn nhằm đảm bảo an toàn cho
người sử dụng các nguồn gamma. Tuy nhiên những phần mềm đó chưa phổ biến ở
Việt Nam và khó sử dụng.
Trong khuôn khổ đề tài này đã trình bày công thức giải tích tính suất liều chiếu
tại một điểm của các dạng nguồn cơ bản (điểm, dây thẳng, dây tròn, đĩa, cầu r
ỗng,
cầu đặc, trụ rỗng, trụ đặc) trong hai trường hợp không sử dụng và có sử dụng che
chắn. Bên cạnh đó, chương trình mô phỏng được xây dựng cho các dạng hình học
cơ bản của nguồn nêu trên. Chương trình áp dụng cho một số nguồn thông dụng
như :
27
Co
60
,
53
I
131
,
55
Cs
137
,
77
Ir
192
,

18
Ar
41
,
19
K
40
,
29
Cu
64
,
30
Zn
65
. Với các vật liệu che
chắn được mô phỏng trong chương trình là : bê tông, nhôm, sắt, thiếc, chì.
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu của đề tài này là dựa trên nghiên cứu lí thuyết
và thực hành trên máy tính. Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab [2, 14] và phương
pháp giải tích số [4] để mô phỏng chương trình. Luận văn được trình bày trong các
chương chính :
Chương 1 : Các khái niệm về an toàn bức xạ.
Chương 2 : Sự che chắn bức xạ gamma.
Chương 3 : Chương trình mô phỏng
đường đẳng liều của các nguồn bức xạ
gamma có dạng hình học khác nhau.

13
CHƯƠNG 1 : CÁC KHÁI NIỆM VỀ AN TOÀN BỨC XẠ
1.1. Các khái niệm liên quan đến an toàn bức xạ
1.1.1. Liều hấp thụ
1.1.1.1. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng bị
chiếu xạ [3, 5, 6].
ht
ΔE
D =
Δm
(1.1)
Trong đó :
ΔE [J] : năng lượng của bức xạ mất đi do sự ion hóa trong đối tượng
bị chiếu xạ.

Δm [kg] : khối lượng của đối tượng bị chiếu xạ.
Đơn vị của liều hấp thụ là J/kg hoặc erg/g.
Đơn vị ngoại hệ là rad : 1 rad = 100 erg/g.
Ngày nay người ta thường dùng đơn vị Gray (Gy) : 1 Gy = 100 rad [6, 9, 10].
Giá trị liều hấp thụ bức xạ phụ thuộc vào tính chất của bức xạ và môi trường hấp
thụ. Sự hấp thụ năng lượng của môi trường đối với tia bức xạ
là do tương tác của

bức xạ với electron của nguyên tử vật chất. Do đó năng lượng hấp thụ trong một
đơn vị khối lượng phụ thuộc vào năng lượng liên kết của các electron với hạt nhân
nguyên tử có trong một đơn vị khối lượng của môi trường vật chất hấp thụ, nó
không phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của vật chất [6].
1.1.1.2. Suất li
ều hấp thụ
Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian [5, 6, 9].
ht
ht
ΔD
P =
Δt
(1.2)
Trong đó :
ht
ΔD [J/kg] : liều hấp thụ trong thời gian t
Δ
.
Đơn vị của suất liều hấp thụ là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s [5, 6, 9].



14
Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian, khi đó liều hấp thụ sẽ được tính
theo công thức :
t
ht ht
0
D = Pdt
∫

(1.3)
1.1.2. Liều chiếu
1.1.2.1. Liều chiếu
Liều chiếu của tia X hoặc tia Gamma là phần năng lượng của nó mất đi để biến
đổi thành động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lượng của không khí,
khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn (0
o
C, 1 at). Kí hiệu là D
ch
[3, 6, 9].
Đơn vị của liều chiếu là Culong trên kg (C/kg).
Đơn vị ngoại hệ là Roentgen. Kí hiệu R, với 1 C/kg = 3876 R [6, 10].
1.1.2.2. Suất liều chiếu
Suất liều chiếu là liều chiếu trong một đơn vị thời gian [6].
ch
ΔD
P =
Δt
(1.4)
Trong đó P là suất liều chiếu,
ch
ΔD là liều chiếu của tia X hoặc tia Gamma, Δt
là khoảng thời gian để có được liều chiếu trên.
Đơn vị của suất liều chiếu là A/kg hoặc R/s [6, 10].
1.1.3. Liều hiệu dụng
1.1.3.1. Trọng số phóng xạ
Khi hấp thụ bức xạ, mô sinh học bị tổn thương. Sự tổn thương này phụ thuộc
vào số cặp ion được tạo ra trong một đơn vị chiều dài quãng đường của hạt (mật độ
ion hóa tuyến tính) hoặc ph
ụ thuộc vào sự truyền năng lượng tuyến tính trên một

đơn vị quãng đường của hạt bức xạ. Các loại bức xạ ion hóa khác nhau gây ra
những tác động sinh học khác nhau. Năm 1990, IAEA đã sử dụng khái niệm “ Hệ
số trọng số phóng xạ” (Radiation Weighting Factor) W
r
. Giá trị của W
r
của một số
bức xạ ion hóa được cho trong bảng 1.1.




15
Bảng 1.1 : Hệ số trọng số phóng xạ đối với một số loại bức xạ (ICRP –1990) [6]
Loại và khoảng năng lượng của bức xạ Trọng số phóng xạ W
r

Photon, tất cả năng lượng 1
Electron và muon, tất cả năng lượng 1
Neutron, năng lượng < 10 KeV 5
Neutron, năng lượng từ 10 KeV đến 100 KeV 10
Neutron, năng lượng từ 100 KeV đến 2 MeV 20
Neutron, năng lượng từ 2 MeV đến 20 MeV 10
Neutron, năng lượng trên 20 MeV 5
Những proton giật lùi, năng lượng > 2 MeV 5
Hạt anpha, những mảnh phân hạch, hạt nhân nặng 20
1.1.3.2. Liều hấp thụ trung bình trong cơ quan hoặc tổ chức
Liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan đặc biệt T của cơ thể con người
được cho bởi [6] :

T
T
Tht
TT
m
ε
1
D = D.dm =
mm
∫
(1.5)
m
T
là khối lượng của mô hoặc cơ quan, D
ht
là liều hấp thụ trong yếu tố dm,
T
ε là
năng lượng toàn phần truyền cho khối lượng m
T
.
1.1.3.3. Liều tương đương
Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây ra bởi bức xạ không chỉ phụ
thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ. Một đại lượng được dùng
là liều tương đương : tương đương có nghĩa là giống nhau về tác dụng sinh học. Để
so sánh tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau, một bức xạ đượ
c chọn làm
chuẩn là tia X năng lượng 200 KeV. Liều tương đương là liều hấp thụ trung bình
trong mô hoặc cơ quan T do bức xạ r nhân với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng
W

r
của bức xạ [6].
H
T,r
= W
r
. D
T,r
(1.6)




16
Trong trường hợp có nhiều loại bức xạ thì liều tương đương được tính bởi :
TrT,r
r
H= W.D
∑
(1.7)
Trong đó D
T,r
[rad] là liều hấp thụ trung bình của cơ quan hoặc tổ chức T, W
r
là
trọng số phóng xạ đối với bức xạ r, H
T
[rem] là liều tương đương [6].
1.1.3.4. Liều hiệu dụng
Trong một số trường hợp cần xác định liều tương đương đối với từng bộ phận

hay cơ quan T của cơ thể thì ICRP (International Commission on Radiological
Protection) đã đề nghị các trọng số mô. Các mô khác nhau nhận được một liều
tương đương như nhau thì tổn thương sinh học sẽ khác nhau. Để đặc trưng cho tính
chất này người ta đưa vào đại l
ượng đặc trưng gọi là trọng số mô W
T
.
Bảng 1.2 : Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể W
T
(1990) [3, 6]
Cơ quan hoặc mô W
T

Cơ quan sinh dục (gonads) 0,20
Tủy xương (bone marrow) 0,12
Ruột (colon) 0,12
Phổi (lung) 0,12
Dạ dầy (stomach) 0,12
Bàng quang (bladder) 0,05
Vú (breast) 0,05
Gan (liver) 0,05
Thực quản (oesophagus) 0,05
Tuyến giáp (thyroid) 0,05
Da (skin) 0,01
Bề mặt xương (bone surface) 0,01
Các cơ quan khác 0,05

Các trọng số mô trong bảng 1.2 được xác định đối với một tập hợp dân chúng có
số nam bằng số nữ và phổ ở độ tuổi tương đối rộng. Tổng các trọng số mô bằng 1.

17
Liều hiệu dụng là tổng của những liều tương đương ở các mô hay cơ quan nhân
với trọng số mô tương ứng.
TT
T
E = W .H
∑
(1.8)
H
T
là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan T và W
T
là trọng số mô được cho
trong bảng 1.2. Từ định nghĩa liều tương đương ta có :
TrT,r
Tr
E = W W .D
⎛⎞
⎜⎟
⎝⎠
∑∑
(1.9)
D
T,r
là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T đối với bức xạ r
Đơn vị của liều hiệu dụng là Jun trên kg (J/kg) hoặc Sievert (Sv)
1.2. Liều giới hạn được phép
Bức xạ hạt nhân làm tổn hại đến tế bào sống. Sự hủy diệt các tế bào này càng trở

nên nghiêm trọng hơn khi các giác quan con người không thể nhận biết được ngay
cả những bức xạ gây chết người. Tác động đầu tiên c
ủa quá trình chiếu xạ là hủy
diệt các tế bào sống – thành phần chủ yếu của cơ thể sống. Những hiệu ứng bức xạ
có thể gây ra là các loại hiệu ứng tất nhiên, ngẫu nhiên, sớm hay muộn, loại di
truyền hay xô – ma [6].
Nhiệm vụ chủ yếu của việc chống bức xạ ion hóa là không để sự chiếu xạ trong
và ngoài có thể vượt quá giới hạn cho phép nhằm phòng ngừa các b
ệnh thân thể và
di truyền cho con người. Liều được phép giới hạn được coi là mức chiếu xạ hằng
năm của một nhân viên, khi liều lượng tích lũy trong vòng 50 năm không gây ra
những biến đổi bất lợi có thể phát hiện được bằng các phương pháp hiện đại về tình
trạng sức khỏe của bản thân nhân viên bị chiếu xạ và con cháu của người đó [6].
Liều cho phép đối với một cá nhân là li
ều được tích lũy trong thời gian dài hoặc
trong một lần chiếu đơn lẽ mà theo những hiểu biết hiện nay sẽ gây ra một xác suất
thương tổn gen hoặc xô – ma nghiêm trọng là nhỏ và không đáng kể [6].
Bảng 1.3 cho biết liều giới hạn được ICRP (International Commission on
Radiological Protection) đưa ra qua các thời kì. Các tiêu chuẩn quốc gia quy định



18
trong các luật sử dụng về an toàn phóng xạ của các nước trên thế giới hiện nay đều
dựa trên khuyến cáo này.
Bảng 1.3 : Giới hạn liều qua các thời kì của ICRP [6, 10, 11, 13]
Năm Cho nhân viên bức xạ Cho dân chúng
1925 5200 mSv/năm
1934 3600 mSv/năm
1950 150 mSv/năm 15 mSv/năm

1957 50 mSv/năm 5 mSv/năm
1990 20 mSv/năm 1 mSv/năm
Từ năm 1977, trong khuyến cáo của ICRP Publication 26, ICRP không còn dùng
thuật ngữ “ Liều cho phép lớn nhất” nữa, thay vào đó Ủy ban giới thiệu một hệ
thống các giới hạn liều bao quát hơn, với những nét chính như sau [6] :
 Không một công việc nào dẫn đến việc chiếu xạ được chấp nhận trừ khi việc
tiến hành công việc đó mang lại lợi nhuận ròng.
 Ngoài ra, tất cả các chiế
u xạ phải được giữ thấp nhất ở mức có thể đạt được
một cách hợp lí, với các yếu tố kinh tế xã hội được tính đến.
 Liều tương đương của mỗi cá nhân không được vượt quá giới hạn mà ICRP
đã khuyến cáo cho các hoàn cảnh thích hợp.













19
CHƯƠNG 2 : SỰ CHE CHẮN BỨC XẠ GAMMA
2.1. Cơ sở lí thuyết của sự che chắn bức xạ gamma
Khi chùm bức xạ gamma hẹp, hay còn gọi là điều kiện hình học tốt, đi qua môi
trường có bề dầy

x , cường độ chùm tia giảm theo công thức :
-μx
0
I = I .e (2.1)
I
0
: cường độ chùm tia trước khi qua tấm vật liệu.
μ : hệ số suy giảm tuyến tính phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ gamma và
mật độ của vật liệu môi trường.
x
: bề dầy của lớp vật chất.
Tuy nhiên trong phần lớn các trường hợp, chùm tia bức xạ là những chùm tia
rộng hoặc che chắn rất dầy (điều kiện hình học xấu) thì công thức (2.1) thường cho
thấy kết quả tính toán bề dầy vật liệu che chắn nhỏ hơn thực nghiệm. Trong điều
kiện hình học xấu thì công thức trên không còn đúng nữa vì nhiều photon sau khi
tán xạ vớ
i vật liệu che vẫn rơi vào dedector.






Hình 2.1 : Sự hấp thụ chùm gamma trong điều kiện chùm tia rộng
Cường độ của chùm bức xạ rộng sau khi đi qua tấm vật liệu được đóng góp
thêm bởi các bức xạ thứ cấp và được mô tả bằng công thức [5, 6] :
(
)
-μxN
0

I = I .e .B hν,Z,μx (2.2)
Trong đó
()
N
Bhν, Z, μx1≥ là hệ số tích lũy năng lượng khi có chú ý tới đóng
góp của bức xạ tán xạ. Hệ số tích lũy phụ thuộc vào năng lương bức xạ gamma, bậc
số nguyên tử, bề dầy vật liệu, vị trí của nguồn và máy dò so với lớp bảo vệ, dạng
hình học và tổ hợp các lớp bảo vệ.

Nguồn
Dedector
Chất hấp thụ
Photon vào Photon ra



20
Z là bậc số nguyên tử của môi trường, hν là năng lượng của bức xạ tới, x là bề
dầy của lớp vật liệu.
Nếu dùng máy đo để xác định cường độ bức xạ trong điều kiện chùm rộng và
hẹp với các tham số
()
hν, Z, μx là như nhau. Chỉ số của máy dò trong điều kiện của
chùm rộng sẽ lớn hơn trong điều kiện của chùm hẹp do đóng góp của bức xạ tán xạ.
Ngoài ra, người ta cũng sử dụng hệ số hiệu chỉnh là tỉ số giữa hệ số tích lũy
trong dạng hình học cản và hệ số tích lũy trong môi trường vô hạn đối với nguồn
phẳng
đơn hướng [6, 9] :
()
(

)
()
D
C
Bhν, Z, μx
δ hν, Z =
Bhν, Z, μx
∞
(2.3)
()
Bhν, Z, μx
∞
là hệ số tích lũy khi nguồn và đầu dò đặt trong môi trường tán xạ
và hấp thụ vô hạn,
()
D
C
Bhν, Z, μx
là hệ số tích lũy liều khi giữa nguồn và đầu dò là
lớp vật liệu có dạng hình học cản,
(
)
δ hν, Z là hệ số hiệu chỉnh.
Khi đó phương trình
(
)
-μx
0
I = I e B hν, Z, μx
có chú ý tới hệ số tích lũy và hệ số

hiệu chỉnh đối với dạng hình học cản sẽ được biểu diễn bằng công thức sau :
(
)
(
)
-μx
0
I = I B hν, Z, μxe δ hν, Z
∞
(2.4)
Trong nhiều bài toán, hệ số tích lũy được tính dưới dạng tổng hai số hạng hàm
mũ [6, 9] :
()
12
-αμx-αμx
12
Bhν, Z, μx = A e + A e
(2.5)
Trong đó α
1
, α
2
, A
1
, A
2
= (1 – A
1
) là các hệ số phụ thuộc vào hν và Z, không
phụ thuộc vào μx. Các hệ số này đối với

B
∞
được cho trong phụ lục 2.







21
2.2. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học điểm
2.2.1. Trường hợp không che chắn

Hình 2.2 : Dạng nguồn điểm không che chắn
Suất liều chiếu tại P của nguồn bức xạ điểm có độ phóng xạ C, có hằng số
gamma K
γ
tạo ra ở điểm cách nó một khoảng R khi không có lớp che chắn là [6] :
2
KC
P
R
γ
= (2.6)
K
γ
[
2
R.cm

h.mC
] là hằng số gamma của chất phóng xạ được che trong phụ lục 1
2.2.2. Trường hợp nguồn được che chắn bởi tấm che có bề dầy d
Xét trong hệ quy chiếu (Oxyz). Nguồn được đặt ở gốc tọa độ, ta tính suất liều tại
điểm P có tọa độ :
P = (a, b, h)
Đặt
R = OP = (a, b, h)
ur u u ur

Tấm che vuông góc với trục Oy nên
d = (0, d, 0)
r
.
Ta xét bài toán trong điều kiện
b
d > 0≥ vì ta xét điểm P sau tấm che
Ta có :
2222
R = a + b + h
()
μd
μx =
cos R, d
ur
r

()
R.d
b

.d b
cos R, d = = =
R.d R
R.d
u
r
r
ur
r
ur
r




22

Hình 2.3 : Dạng nguồn điểm được che chắn bởi tấm che có bề dầy d
Vậy :
222
-μda+ b+ h
-μx =
b

D
-μx
C
γ
222
B

P = K C. e
a+ b+ h

()
12
-αμx-αμx
D
CD 1 2
B = δ.B = δ Ae + A e
∞

Vậy
i
2
-μ x
γ i
222
i = 1
δ
P = K C. A e
a+ b+ h
∑
(2.7)
Với
i
i
222
-(1+α )μd a +b +h
b
-μ x

e= e

2.3. Che chắn nguồn bức xạ gamma dạng hình học dây thẳng
2.3.1. Trường hợp không che chắn
Nguồn có dạng đoạn dây AB = 2L, có độ phóng xạ toàn phần C phân bố đều
trên dây với mật độ
C
q
2L
=
(hình 2.4).
Khi đó suất liều chiếu tại điểm P của nguồn dây thẳng không che chắn là [6] :
22 22 22
Kq
LR LR
P arctg arctg
ha ha ha
γ
⎛⎞
−+
=+
⎜⎟
++ +
⎝⎠
(2.8)

R
u
r

23

Hình 2.4 :
Dạng nguồn dây thẳng không che chắn
Thay
C
q
2L
=
, ta có :
22 22 22
KC
LR LR
P arctg arctg
2Lha ha ha
γ
⎛⎞
−+
=+
⎜⎟
++ +
⎝⎠
(2.9)
* Các trường hợp đặc biệt
a. Khi a = 0 :

KC
LR LR

Parctgarctg
2Lh h h
γ
−+
⎛⎞
=+
⎜⎟
⎝⎠
(2.10)
b. Khi a = 0 và R = 0 :
KC
L
P arctg
Lh h
γ
= (2.11)
Nếu h > 3L thì
LL
arctg
hh
→
nên
22
2K qL K q
P
hh
γγ
≈=
c. Khi a = 0 và h = 0 (điểm P nằm trên giá của nguồn), ta xét hai trường hợp :
- Không tính đến sự tự hấp thụ của nguồn :

()
(
)
()
LL
L
22
L
LL
Kq
dR
d
PKq Kq
R
RR
γ
γγ
−
−−
−
== =
−
−−
∫∫
l
l
l
ll

Cuối cùng ta có

22
KC
P
RL
γ
=
−
(2.12)
Khi R > 3L thì
2
KC
P
R
γ
≈ (2.13)
A
B