báo cáo nghiên cứu sử dụng bộ lọc để giảm độ bất đồng đều liều trong sản phẩm chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử uerl-10-15s2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ - VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
Đề tài:
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BỘ LỌC ĐỂ GIẢM
ĐỘ BẤT ĐỒNG ĐỀU LIỀU TRONG SẢN PHẨM
CHIẾU XẠ TRÊN MÁY GIA TỐC CHÙM TIA ĐIỆN TỬ
UERL-10-15S2
SVTH: Nguyễn Vũ Diệu Linh
CBHD: TS.Trần Văn Hùng
CBPB: TS.Trần Duy Tập
TP HỒ CHÍ MINH- NĂM 2014
1
NỘI DUNG
2
LÝ THUYẾT
THIẾT KẾ BỘ LỌC VÀ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
3
Hình 1. Phân bố liều trong thùng hàng khi không sử dụng bộ lọc
GIỚI THIỆU
4
LÝ THUYẾT
5
1.1. Tương tác của electron với vật chất
Mất năng lượng
Do phát bức xạ
Do ion hóa

môi trường
1.1. Liều hấp thụ
Năng lượng
Khối lượng
Đơn vị: 1 Gray = 1 J/kg
1Gy = 100 rad
ΔE
D =
Δm
LÝ THUYẾT
1.3. Lựa chọn vật liệu làm bộ lọc
Bền với bức xạ
Không bị oxy hóa
Độ bền cơ học cao
Gia công dễ dàng
Tản nhiệt tốt
Nhôm
6
Phát photon kém
Năng lượng sơ cấp
Năng lượng sau khi đi qua bộ lọc
Độ dày
LÝ THUYẾT
1.4. Tính độ dày
7
Năng lượng mất do ion hóa
Năng lượng mất do phát bức xạ
R
d
C

0
R
R
C
S
1 + e
S
E
d = - ln
S
S
1 +
S
 
 
 
 ÷
 
 
 
 
 
 ÷
 
 
 
( )
d
0
E d

e =
E
Kết quả
2.1. Kiểm tra kết quả của bài báo khoa học
(Quality improvement of irradiating technique [6])
Không làm
bằng phẳng đường
phân bố liều
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
Không có bộ lọc
AL dày 0.6cm
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.1. Phân bố liều trong thùng hàng được chiếu xạ
bởi nguồn electron 6 MeV
8
Kết quả không
đáng tin cậy
Kết quả
2.2. Phân bố liều trong thùng hàng được chiếu xạ bởi
nguồn electron 6 MeV có sử dụng bộ lọc phẳng
0 5 10 15 20 25 30 35

0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
Không có bộ lọc
Al dày 0.06 cm
Al dày 0.1 cm
Al dày 0.3 cm
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.2. Phân bố liều trong thùng hàng sử dụng
bộ lọc phẳng được chiếu xạ bởi nguồn electron 6 MeV
Đường phân bố liều
không phẳng
Giảm độ xuyên sâu
của electron
Cải tiến bộ lọc
Bộ lọc phẳng không làm
phân bố liều đồng đều
9
2.3. Thiết kế bộ lọc đối với trường hợp chiếu xạ
bằng nguồn electron 6 MeV
Electron năng lượng
khác nhau
Đường phân bố liều
khác nhau

Thiết kế bộ lọc
Đường phân bố liều
bằng phẳng
Xét phân bố liều
của sáu mức đơn năng
1; 2; 3; 4; 5; 6 MeV

Cộng đại số sáu
đường phân bố liều
theo tỷ lệ
Đường tổng liều bằng phẳng
MCNP mô phỏng
phân bố liều
10
2.3.1. Tính toán tỷ lệ năng lượng
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
6 MeV
5 MeV
4 MeV
3 MeV
2 MeV
1 MeV

Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.3. Phân bố liều trong thùng hàng của
sáu mức đơn năng lượng khi không sử dụng bộ lọc
Cộng đại số liều theo tỷ
lệ
Tỷ lệ 1-1-1-1-1-9
Đường tổng liều phẳng
MCNP mô phỏng
phân bố liều
11
2.3.1. Tính toán tỷ lệ năng lượng
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
6 MeV
Năng lượng theo tỷ lệ
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.4. Phân bố liều trong thùng hàng khi được chiếu xạ
bởi nguồn không đơn năng (1-2-3-4- 5-6 MeV theo tỷ lệ 1-1-1-1-1-9)
Đường phân bố liều
bằng phẳng
12

Năng lượng E(d) (MeV) Độ dày d (cm)
5,95 0,010
5 0,197
4 0,397
3 0,600
2 0,806
1 1,016
2.3.2. Thiết kế bộ lọc
Bảng 2.1. Mối tương quan giữa độ dày d và năng lượng electron sau khi qua bộ lọc
13
R
d
C
0
R
R
C
S
1 + e
S
E
d= - ln
S
S
1 +
S
 
 
 
 ÷

 
 
 
 
 
 ÷
 
 
 
( )
R
0,423 MeS V/cm
=
( )
C
4,272 MeS V/cm
=
( )
0
= 6E MeV
( )
d
0
E d
e =
E
2.3.2. Thiết kế bộ lọc
Bộ lọc có độ dày
từ 0,010 cm đến 1,016cm
Kích thước tấm nhôm

có độ dày thay đổi < 1,67 cm
Chia bộ lọc kích thước
20x20 cm thành 400 ô
14
Hình 2.5. Hình dạng của bộ lọc làm bằng nhôm
15
Tỷ lệ Độ dày (cm) Diện tích mặt đáy (cm2)
9 0,010 0,650
1 0,197 0,070
1 0,397 0,070
1 0,600 0,070
1 0,806 0,070
1 1,016 0,070
Bảng 2.2. Tỷ lệ độ dày - diện tích mặt đáy của một ô
2.3.2. Thiết kế bộ lọc
Hình 2.6. Hình dạng chi tiết 1 ô trong 400 ô của bộ lọc
làm bằng nhôm đối với nguồn electron 6 MeV
Đường phân bố liều được làm phẳng
2.3.3. Chiếu xạ một mặt
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
không có bộ lọc
Có bộ lọc

Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.7. Phân bố liều trong thùng hàng chiếu bởi nguồn 6 MeV
sử dụng bộ lọc có chiều dày thay đổi
16
2.3.4. Chiếu xạ hai mặt
Không sử dụng bộ lọc Sử dụng bộ lọc
0 5 10 15 20 25 30
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
Mặt một
Mặt hai
Hai mặt
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.8. Phân bố liều trong thùng hàng
được chiếu xạ hai mặt bởi nguồn electron
năng lượng 6 MeV không sử dụng bộ lọc
0 5 10 15 20 25 30
0
50000
100000
150000

200000
250000
Mặt một
Mặt hai
Hai mặt
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.9. Phân bố liều trong thùng hàng
được chiếu xạ hai mặt bởi nguồn electron
năng lượng 6 MeV sử dụng bộ lọc
có chiều dày thay đổi
Tỷ số bất đồng đều liều giảm
17
5
max
5
min
3,74 10
2
1,87 10
D
D
×
= =
×
5
max
5
min
2,33 10

1,09
2,14 10
D
D
×
= =
×
2.4. Thiết kế bộ lọc đối với trường hợp chiếu xạ
bằng nguồn electron 10 MeV
Tỷ lệ
Năng lượng
(MeV)
Độ dày (cm)
Diện tích mặt
đáy (cm2)
2 1 2,357 0,060
1 2 2,080 0,030
1 3 1,806 0,030
1 4 1,537 0,030
1 5 1,271 0,030
1 6 1,010 0,030
1 7 0,752 0,030
1 8 0,498 0,030
1 9 0,247 0,030
20 9,9 0,025 0,700
2.4.1. Thiết kế bộ lọc
Bảng 2. 3. Tỷ lệ năng lượng, độ dày và diện tích mặt đáy của một ô
18
Hình 2.10. Hình dạng chi tiết 1 ô trong 400 ô của bộ lọc
làm bằng nhôm đối với nguồn electron 10 MeV

2.4.1. Thiết kế bộ lọc
19
Đường phân bố liều theo chiều sâu hầu như được làm phẳng.
2.4.2. Chiếu xạ một mặt
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Không có bộ lọc
Có bộ lọc
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Hình 2.11. Phân bố liều trong thùng hàng chiếu xạ bởi nguồn năng lượng 10 MeV
sử dụng bộ lọc có chiều dày thay đổi
20
2.4.3. Chiếu xạ hai mặt
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000

Mặt một
Mặt hai
Hai mặt
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
50000
100000
150000
200000
250000
Mặt một
Mặt hai
Hai mặt
Độ sâu (cm)
Liều (kGy)
Không sử dụng bộ lọc Sử dụng bộ lọc
Tỷ số bất đồng đều liều giảm
Hình 2.12. Phân bố liều trong thùng hàng
chiếu xạ hai mặt bởi nguồn electron
năng lượng 10 MeV không sử dụng bộ lọc
Hình 3.13. Phân bố liều trong thùng hàng
chiếu xạ hai mặt bởi nguồn electron năng lượng
10 MeV sử dụng bộ lọc có bề dày thay đổi
21
max
min
3,40
= 1,86

1,D 83
D
=
max
min
D
2,31
D 2,05
1,13
= =
Kết luận và kiến nghị
Tính toán được bề dày, vật liệu và hình dạng cụ thể của bộ lọc nhằm cải thiện sự đồng đều
liều hấp thụ trong thùng hàng được chiếu xạ bằng nguồn electron năng lượng 6 MeV và 10 MeV.
Tính toán phân bố liều trong sản phẩm chiếu xạ khi được chiếu bằng chùm electron
năng lượng 6 MeV và 10 MeV sau khi đi qua bộ lọc có chiều dày thay đổi.
Kết quả mà bài báo đưa ra là không đáng tin cậy.
Kết luận
Cần thực hiện các đo đạc thực nghiệm
Kiến nghị
22
[1] Nguyễn Đức Hòa (2012), Điện tử hạt nhân, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam
[2] Cao Văn Chung (2010), Tính toán phân bố liều trong sản phẩm chiếu xạ
và tính toán an toàn đối với máy gia tốc UERL-10-15S2, Luận văn Thạc sĩ Vật lý,
Trường ĐHKHTN.
[3] Trương Thị Hồng Loan (2010), Áp dụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo
để nâng cao chất lượng hệ phổ kế gamma sử dụng đầu dò bán dẫn HPGe,
Luận án Tiến sĩ Vật lý, Trường ĐHKHTN – TPHCM, 2009.
[4] Châu Văn Tạo (2004), An toàn bức xạ ion hóa, Nhà xuất bản
Đại học Quốc gia TPHCM.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt
23
[5] R. B. Miller (2005), Electronic Irradiation of Food, An Introduction to
the Technology, Springer, New Mexico.
[6] A. Lisitsky, S. Pismenesky, G. Popov, V. Rudychev (2002), Quality improvement
of irradiating technique, Radiation Physics Laboratory, Kharkov National University.
61077, Kharkov, Ukraine, Radiation Physics and Chemistry 63, 591-594.
[7] Rudychev, V.G., et al., (1998). Depth-dose curve smoothing under electron beam
irradiation. Cairo Cyclotrons Work-shop, Proceeding of the Second School and
Workshop on Cyclotrons and Application, Cairo, Egypt, 15-19 March 1997,
pp. 406-412.
[8] Brahme, A., (1981). Correction of measured distribution for the finite extension
of the detector. Strahlentherapie 157, 258-262.
Tài liệu tiếng Anh
24
[9] Tabata, T., Ito, R., (1975). A generalized empirical equation for the transmission
coefficient of electron. Nucl. Instrum. Methods 127, 429-434.
[10] Los Alamos National Laboratory, (2000), Monte Carlo N-Partical Code System,
Los Alamos, New Mexico.
[11] Los Alamos National Laboratory,RSICC Data Library Collection MCNPDATA,
Los Alamos, New Mexico.
Tài liệu tiếng Anh
25