khảo sát phân bố liều trong hàng chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử uelr 10 15s2

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

NGUYỄN THỊ HIỀN

KHẢO SÁT PHÂN BỐ LIỀU TRONG
HÀNG CHIẾU XẠ TRÊN MÁY GIA
TỐC CHÙM TIA ĐIỆN TỬ UELR-1015S2

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Thành phố Hồ Chí Minh – 10/2011


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

NGUYỄN THỊ HIỀN

KHẢO SÁT PHÂN BỐ LIỀU
TRONG HÀNG CHIẾU XẠ TRÊN
MÁY GIA TỐC CHÙM TIA ĐIỆN
TỬ UELR-10-15S2
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ
Chuyên ngành: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN VÀ NĂNG
LƯỢNG CAO

Mã số: 604405
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS: TRẦN VĂN HÙNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 10/2011


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS Trần Văn Hùng. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung
thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ

NGUYỄN THỊ HIỀN


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tại Trung tâm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Bức xạ. Ngoài những nỗ lực của bản thân, tác giả đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm, hướng dẫn, giúp đỡ và động viên của quý thầy
cô, gia đình và bạn bè.
Tác giả xin dành lời cảm ơn chân thành đến TS Trần Văn Hùng đã dành
nhiều thời gian quý báu, hướng dẫn tận tình tác giả trong quá trình thực hiện
luận văn. Không những Thầy đã chỉ dẫn cho tác giả hoàn thành tốt luận văn mà
dưới sự hướng dẫn của Thầy tác giả còn học được nhiều điều về tinh thần làm
việc nghiêm túc, hăng say và sự kiên trì trong con đường khoa học thực nghiệm.
Tác giả xin gởi lời cảm ơn sâu sắc tới anh Cao Văn Chung đã nhiệt tình giúp đỡ,
tạo mọi điều kiện tốt nhất, dành nhiều thời gian đọc, góp ý và có nhiều nhận xét
quý báu để tác giả hoàn thành tốt luận văn.
Xin cảm ơn anh Tuấn, chị Diệu và các anh chị trong nhóm Vật lý tại trung
tâm VINAGAMMA đã nhiệt tình giúp đỡ, có những buổi trao đổi, thảo luận bổ
ích và đóng góp chân thành.
Xin cảm ơn gia đình thân yêu và các bạn trong nhóm cao học là chỗ dựa

tinh thần vững chắc giúp tác giả vượt qua nhiều khó khăn trong suốt thời gian
thực hiện luận văn.
Ngày 30 tháng 9 năm 2011
Nguyễn Thị Hiền


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA ............................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 3
MỤC LỤC ............................................................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. 7
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................ 9
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................... 13
CHƯƠNG 1.

CƠ SỞ VẬT LÝ......................................................................................... 16

1.1 MÁY GIA TỐC CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ
UELR-10-15S2 .................................................................................................................. 16
1.1.1

Hệ thống gia tốc ............................................................................................. 19

1.1.2

Hệ thống dòng ra............................................................................................ 21

1.1.3

Hệ thống băng chuyền ................................................................................... 23

1.1.4

Khối che chắn bức xạ..................................................................................... 24

1.2 TƯƠNG TÁC CỦA ĐIỆN TỬ VỚI VẬT CHẤT ..................................................... 25
1.2.1

Tán xạ không đàn hồi trên các điện tử của nguyên tử ................................... 26

1.2.2

Phát điện tử thứ cấp ....................................................................................... 27

1.2.3

Sự tán xạ hạt nhân nhiều lần .......................................................................... 28

1.2.4

Bức xạ hãm .................................................................................................... 29

1.2.5

Năng suất hãm, thăng giáng năng lượng và quảng chạy trung bình (CSDA) 30

1.3 XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO TẦM CỦA ĐIỆN TỬ 33
1.4 PHÂN BỐ LIỀU HẤP THỤ, ĐỘ BẤT ĐỒNG ĐỀU LIỀU...................................... 36

1.4.1

Hình dạng phân bố liều hấp thụ trong hàng chiếu xạ .................................... 36


1.4.2

Độ bất đồng đều liều ...................................................................................... 40

1.5 LIỀU KẾ PHIM RADIOCHROMIC B3.................................................................... 42
1.5.1

Sơ lược về liều kế Radiochromic ................................................................... 42

1.5.2

Liều kế phim B3 ............................................................................................ 43

CHƯƠNG 2.

KHẢO SÁT LIỀU KẾ VÀ MỘT SỐ THAM SỐ CỦA THIẾT BỊ UELR-

10-15S2……………. ........................................................................................................... 48
2.1 KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH MÀU CỦA LIỀU KẾ PHIM B3 SAU CHIẾU
XẠ ……………………………………………………………………………………….48
2.1.1

Quy trình khảo sát .......................................................................................... 48

2.1.2

Kết quả . ......................................................................................................... 50

2.1.2.1

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến liều hấp thụ .................... 50

2.1.2.2

Độ ổn định của liều kế sau sấy ............................................................... 53

2.1.2.3

Kết luận .................................................................................................. 53

2.2 XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG VÀ ĐỘ RỘNG QUÉT CỰC ĐẠI CỦA CHÙM TIA
ĐIỆN TỬ ........................................................................................................................... 54
2.2.1

Xác định năng lượng chùm tia điện tử ........................................................... 54

2.2.1.1

Quy trình đo ............................................................................................ 54

2.2.1.2

Kết quả.................................................................................................... 56

2.2.2

Xác định độ rộng quét cực đại của chùm tia điện tử ..................................... 57

2.2.2.1

Quy trình đo ............................................................................................ 57

2.2.2.2

Kết quả.................................................................................................... 58

CHƯƠNG 3.

KHẢO SÁT PHÂN BỐ LIỀU TRONG CÁC GIẢ HÀNG ..................... 59

3.1 QUY TRÌNH KHẢO SÁT ......................................................................................... 59
3.1.1

Chuẩn bị các giả hàng .................................................................................... 59

3.1.2

Bố trí liều kế .................................................................................................. 61

3.1.3

Xác định các thông số chiếu xạ ..................................................................... 61


3.1.4

Ghi nhận giá trị liều kế .................................................................................. 62

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ............................................................................................. 63
3.2.1

Kết quả phân bố liều theo chiều sâu .............................................................. 63

3.2.2

Kết quả phân bố liều theo chiều chùm tia quét .............................................. 69

3.2.3

Hệ số bất đồng đều liều.................................................................................. 72

3.2.4

Kết luận .......................................................................................................... 73

CHƯƠNG 4.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 77

4.1 Kết quả đạt được......................................................................................................... 77
4.2 Kiến nghị .................................................................................................................... 78
4.3 Hướng phát triển của đề tài ........................................................................................ 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 80
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 83
Phụ lục 1: Kết quả đọc liều của liều kế B3000 để khảo sát điều kiện ổn định màu cho liều

kế .......................................................................................................................................... 83
Phụ lục 2: Kết quả đọc liều tương ứng với thời gian lưu..................................................... 83
Phụ lục 3: Kết quả đo liều Stack Nhôm ............................................................................... 83
Phụ lục 4 Kết quả đo liều mặt trên và dưới giả hàng gỗ tỷ 0,83g/cm3: .............................. 84
Phụ lục 5: Các mặt hàng chiếu xạ tại trung tâm VINAGAMMA: ...................................... 84
Phụ lục 6: Kết quả đo liều theo chiều sâu tại tâm và biên tương ứng với từng tỷ trọng...... 88
Phụ lục 7: Phân bố liều theo bề mặt tương ứng với từng tỷ trọng ....................................... 92
Phụ lục 8: Hệ số bất đồng đều liều tương ứng với từng tỷ trọng ......................................... 93
Phụ lục 9: Phân bố liều theo bề mặt tương ứng với tỷ trọng 0,46g/cm3, khắc phục hiện
tượng giảm liều tại biên ....................................................................................................... 95


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
•

Co: Coban

•

CSDA: Continuous-slowing-down approximation range: Quảng chạy trung
bình của hạt trong môi trường.

•

D min : Liều nhỏ nhất

•

D max : Liều lớn nhất

•

LINAC: Linear Accelerator: gia tốc tuyến tính

•

RF: Radio Frequence: Tần số vô tuyến

•

VINAGAMMA: Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số chính của thiết bị UELR-10-15S2 ......................................16
Bảng 1.2: Các thông số chính của băng chuyền .......................................................23
Bảng 2.1: Kết quả xác định năng lượng ....................................................................57
Bảng 3.1: Chiều cao giới hạn của thùng hàng có thể chiếu xạ trên thiết bị UELR-1015S2, chiếu xạ một mặt .............................................................................................73
Bảng 3.2: Chiều cao giới hạn của thùng hàng có thể chiếu xạ trên thiết bị UELR-1015S2, chiếu xạ hai mặt ..............................................................................................74
Bảng 4.1: Năng lượng có xác suất cực đại và năng lượng trung bình của máy gia tốc
chùm tia điện tử UELR-10-15S2 ..............................................................................77


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Mơ hình thiết bị UELR-10-15S2 tại trung tâm VINAGAMMA .............16
Hình 1.2: Sơ đồ lắp đặt tầng trệt ...............................................................................17
Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt tầng 1 ...................................................................................17
Hình 1.4: Hệ thống máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 tại trung tâm
VINAGAMMA .........................................................................................................18
Hình 1.5: Hệ thống gia tốc của thiết bị UELR-10-15S2 tại VINAGAMMA ...........19

Hình 1.6: Sơ đồ khối biểu diễn hệ thống gia tốc sử dụng sóng RF ..........................20
Hình 1.7: Sơ đồ hai đầu qt của thiết bị UELR-10-15S2 .......................................22
Hình 1.8: Vị trí hai đầu qt của thiết bị UELR-10-15S2 tại VINAGAMMA .......22
Hình 1.9: Khu nạp và dỡ hàng ..................................................................................23
Hình 1.10: Cấu trúc bê tơng tầng trệt khối che chắn.................................................24
Hình 1.11: Cấu trúc bê tơng tầng 1 khối che chắn ....................................................24
Hình 1.12: Các loại tương tác của điện tử với ngun tử .........................................25
Hình 1.13: Sơ đồ biểu diễn sự va chạm giữa điện tử tới nhanh và một điện tử
ngun tử ...................................................................................................................26
Hình 1.14: Sơ đồ minh họa va chạm giữa một điện tử tới và hạt nhân nặng có
điện tích Ze. ..............................................................................................................28
Hình 1.15: Năng suất hãm điện tử trong nước, nhơm và vàng .................................30
Hình 1.16: Quỹ đạo của điện tử và các định nghĩa qng chạy của điện tử .............31
Hình 1.17: Sự phụ thuộc của qng chạy vào năng lượng của điện tử trong nước ..32
Hình 1.18: Tầm của điện tử trong vật chất................................................................33
Hình 1.19: Hình dạng phổ năng lượng đặc trưng của máy gia tốc vi sóng ..............34
Hình 1.20: Vết chùm eletron khi đi vào các vật liệu bia khác nhau .........................36
Hình 1.21: Đường cong suy giảm năng lượng đặc trưng cho các điện tử 10 MeV
trong mơi trường nước ..............................................................................................37


Hình 1.22: Phân bố liều trong trường hợp chiếu hai mặt bằng điện tử năng lượng 10
MeV với sản phẩm có độ dày: 8,64 cm ....................................................................39
Hình 1.23: Phân bố liều trong trường hợp chiếu hai mặt bằng điện tử năng lượng 10
MeV với sản phẩm có độ dày 9,12cm.......................................................................39
Hình 1.24: Phân bố liều trong trường hợp chiếu hai mặt bằng điện tử năng lượng 10
MeV với sản phẩm có độ dày 9,6 cm, .......................................................................39
Hình 1.25: Độ bất đồng đều, chiếu xạ một mặt các tỷ trọng, điện tử 10 MeV .........40
Hình 1.26 Độ bất đồng đều, chiếu xạ hai mặt các tỷ trọng, điện tử 10 MeV ...........41
Hình 1.27: Sự thay đổi màu sắc của liều kế B3002 khi được chiếu xạ theo thứ tự

tăng dần của liều hấp thụ ...........................................................................................44
Hình 1.28: Liều kế B3000 và B3002 ........................................................................45
Hình 1.29: Một bộ thiết bị đo liều kế chuẩn; (1): máy tính có cài đặt phần mềm
WinDose for Excel; (2) Quang phổ kế GENSYS 20; (3) Tủ sấy. ............................46
Hình 1.30: Liều kế B3000 và bộ phận giữ liều .........................................................46
Hình 1.31: Liều kế B3002 và bộ phận giữ liều .........................................................46
Hình 1.32: Giao diện chương trình tính liều WinDose for Excel .............................47
Hình 2.1: Chuẩn bị liều kế ........................................................................................48
Hình 2.2: Sấy liều kế .................................................................................................49
Hình 2.3: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 3,8 kGy, liều kế B3000 .....................................................................50
Hình 2.4: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 10,2 kGy, liều kế B3000 ...................................................................50
Hình 2.5: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 15,6 kGy, liều kế B3000 ...................................................................51
Hình 2.6: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 3,8 kGy, liều kế B3002 .....................................................................51
Hình 2.7: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 10,2 kGy, liều kế B3002 ...................................................................52


Hình 2.8: Mối tương quan giữa liều hấp thụ và thời gian sấy tại các nhiệt độ khác
nhau, chiếu xạ 15,6 kGy, liều kế B3002 ...................................................................52
Hình 2.9: Kết quả lưu theo thời gian ở dải liều 3.8 - 10.2 - 15.6 kGy ......................53
Hình 2.10: Mô hình Stack theo ISO/ASTM [13] ......................................................55
Hình 2.11: Stack nhôm tại VINAGAMMA ..............................................................55
Hình 2.12: Bố trí liều kế B3000 trên Stack để đo năng lượng điện tử......................55
Hình 2.13: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu đối với Stack nhôm .........................56
Hình 2.14: Bố trí liều kế trên giả hàng gỗ tỷ trọng 0,83 g/cm3 Error! Bookmark not
defined.

Hình 2.15: Phân bố liều bề mặt giả hàng gỗ tỷ trọng 0,83g/cm3 ... Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.1: Giả hàng mút mouse 0,17g/cm3 ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.2: Giả hàng mút EVA 0,24g/cm3 .................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.3: Giả hàng mút mouse 0,37 g/cm3 ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4: Giả hàng nhựa PVC 0,46 g/cm3 ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.5: Giả hàng gỗ ép 0,68 g/cm3 ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.6: Giả hàng nhựa tự ép 0,54 g/cm3 ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.7: Bố trí liều kế để khảo sát phân bố liều theo chiều sâu .. Error! Bookmark
not defined.
Hình 3.8: Bố trí liều kế để khảo sát phân bố liều theo chùm tia quét ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.9: Giả hàng trên hệ thống băng chuyền đi vào buồng chiếu xạ ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.10: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.17 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.11: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.24 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.


Hình 3.12: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.37g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.13: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.46 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.14: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.54 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.68 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ một mặt ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.16: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.17 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.17: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.24 g/cm3tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.37 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.19: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.46 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20: Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.54 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21 : Đồ thị phân bố liều theo chiều sâu tương ứng với tỷ trọng 0.68 g/cm3 tại
tâm và tại biên, chiếu xạ hai mặt ............................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.22: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0.17g/cm3........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.23: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0.24g/cm3........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.24: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0.37g/cm3........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.25: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0.46g/cm3........ Error!
Bookmark not defined.


Hình 3.26: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng trọng 0.54g/cm3 ............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.27: Phân bố liều trên bề mặt đối với giả hàng tỷ trọng 0.68g/cm3........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.28: Hệ số bất đồng đều liều tương ứng với các tỷ trọng, chiếu xạ một mặt
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.29: Hệ số bất đồng đều liều tương ứng với các tỷ trọng, chiếu xạ một mặt
................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 3.30: Sự đóng góp liều của điện tử trong vật chất ...........................................75
Hình 3.31: Liều bề mặt tương ứng với giả hàng tỷ trọng 0,46g/cm3 khi thay đổi bề

dày lớp gỗ ép .............................................................................................................75

LỜI NÓI ĐẦU
Ngay sau khi Roentgen phát minh ra tia X vào 1895 và Becquerel phát hiện ra
chất phóng xạ năm 1896 thì việc nghiên cứu, ứng dụng bức xạ trong xử lý và bảo
quản thực phẩm được phát triển rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới và đã thu được
nhiều lợi ích to lớn.
Chiếu xạ thực phẩm là sử dụng bức xạ ion hóa (các hạt tích điện có năng
lượng cao như các hạt điện tử và alpha, hoặc photon mạnh như tia gamma và tia X)
để làm giảm vi khuẩn, hoặc ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật không mong
muốn có trong thực phẩm. Chiếu xạ thực phẩm đem lại nhiều ứng dụng hữu ích
như: ngăn chặn côn trùng phá hoại trái cây, ngũ cốc; ức chế sự nảy mầm khoai tây
và hành củ; kìm hãm sự chín nhanh của rau quả tươi; nâng cao mức độ an toàn và
thanh trùng đối với các sản phẩm thịt, thủy sản, trứng tươi sống và đông lạnh…
Ở Việt Nam chiếu xạ thực phẩm khởi đầu từ năm 1983 đã và đang phát triển
mạnh. Hiện nay cả nước có 5 cơ sở chiếu xạ bao gồm: Trung tâm chiếu xạ Hà Nội,
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA), Công ty
An Phú – Bình Dương, Công ty Thái Sơn – Cần Thơ, Công ty CP Sơn Sơn – TP Hồ
Chí Minh. Hầu hết các cơ sở đều sử dụng nguồn Co-60 hoạt độ từ 100kCi đến


500kCi để chiếu xạ, chỉ duy nhất có công ty Sơn Sơn sử dụng máy gia tốc chùm tia
điện tử 5MeV có bộ chuyển đổi tia X.
Sử dụng nguồn Co có ưu điểm là tia gamma phát ra từ các đồng vị Co-60 có
khả năng xuyên sâu tốt tuy nhiên sau một thời gian sử dụng phải bổ sung nguồn
trong khi giá Co ngày càng đắt đỏ, đồng thời để lại chất thải phóng xạ là mối lo ngại
đối với ngành công nghiệp hạt nhân. Theo nhiều nghiên cứu [21] thì việc sử dụng
chùm tia điện tử trong chiếu xạ thực phẩm đạt được hiệu suất cao và an toàn. Do đó
xu hướng chung hiện nay ở nước ta là trang bị các thiết bị công nghiệp chiếu xạ trực
tiếp bằng chùm tia điện tử.

Theo phương hướng tăng cường tiềm lực trong lĩnh vực nghiên cứu và triển
khai công nghệ bức xạ, đồng thời kết hợp chuyển giao công nghệ tiên tiến và làm
chủ công nghệ, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ
(VINAGAMMA) tiếp tục trang bị máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2.
Thiết bị UELR-10-15S2 có năng lượng chùm tia 10MeV; cường độ dòng cực đại
1,5mA; năng suất xử lý tương ứng 15kW, tương đương năng xuất sử lý của của một
máy Co-60 có hoạt độ 1,2MCi; máy lắp ráp xong vào tháng 2/2011 đang trong giai
đoạn khảo sát vận hành.
Sự ảnh hưởng của bức xạ ion hóa trong các ứng dụng xử lý thực phẩm được
đặc trưng bằng liều hấp thụ, mỗi loại hàng hóa có mức liều quy định riêng để vẫn
đảm bảo yêu cầu chiếu xạ nhưng không gây hư hại sản phẩm. Do đó, trước khi đưa
vào vận hành thiết bị chiếu xạ cần thiết phải xác định bản đồ liều để có chế độ chiếu
phù hợp với từng loại hàng. Ở Việt Nam hiện nay, thiết bị UELR-10-15S2 tại
VINAGAMMA là máy gia tốc chiếu xạ trực tiếp bằng chùm tia điện tử đầu tiên cho
nên công tác nghiên cứu và vận hành gặp nhiều khó khăn vì có quá ít tài liệu cụ thể.
Dựa trên các cơ sở khoa học và thực tiễn đó, tác giả chọn đề tài “ Khảo sát phân
bố liều trong hàng chiếu xạ trên máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2”.
Đề tài tập trung vào các mục tiêu sau:


- Do đề tài thực hiện dựa trên hệ thống máy gia tốc và hệ thống đo liều hoàn
toàn mới tại trung tâm VINAGAMMA, cho nên trước khi khảo sát phân bố liều
chúng tôi xác định:
+ Điều kiện ổn định màu cho liều kế B3 để có kết quả đọc liều chính xác và
ổn định.
+ Xác định năng lượng và chiều rộng quét cực đại của chùm tia điện tử.
- Sau đó chúng tôi tiến hành xác định:
+ Phân bố liều theo chiều sâu và liều trên bề mặt đối với các tỷ trọng hàng
khác nhau khi được chiếu xạ một mặt và hai mặt.
+ Xác định hệ số bất đồng đều theo chiều sâu tương ứng với từng tỷ trọng

hàng khi được chiếu xạ một mặt và hai mặt.
+ Xác định chiều dày lớp gỗ ép bao bọc hàng để hạn chế hiện tượng giảm liều
tại biên.
Nội dung của đề tài bao gồm 3 chương :
Chương 1: Cơ sở vật lý
Trình bày các kiến thức về:
- Máy gia tốc chiếu xạ công nghiệp sử dụng chùm tia điện tử UELR-10-15S2.
- Cơ chế tương tác của điện tử với vật chất.
- Xác định năng lượng chùm tia bằng phương pháp đo tầm của điện tử.
- Các đặc tính phân bố liều trong hàng chiếu xạ bằng máy gia tốc chùm tia
điện tử và hệ số bất đồng đều.
- Liều kế Radiochromic và liều kế B3 tại trung tâm VINAGAMMA.
Chương 2: Khảo sát liều kế và một số tham số của thiết bị UELR-10-15S2
Tiến hành thực nghiệm:
- Xác định điều kiện ổn định màu của liều kế phim B3 sau khi chiếu xạ.
- Xác định năng lượng và chiều rộng quét cực đại của chùm tia điện tử.
Chương 3: Khảo sát phân bố liều trong các giả hàng
- Chuẩn bị các giả hàng và bố trí liều kế để đo liều.
Rút ra các kết quả về:


- Phân bố liều chiếu theo chiều sâu tại tâm và tại biên.
- Phân bố liều chiếu trên bề mặt.
- Độ bất đồng đều theo chiều sâu tương ứng với từng tỷ trọng.
Kết hợp so sánh kết quả thực nghiệm và tính toán lý thuyết:
- Đưa ra kích thước phù hợp cho các loại hàng có thể chiếu xạ trên thiết bị
UELR-10-15S2 tại Trung tâm VINAGAMMA.
- Đưa ra bề dày của lớp gỗ bao bọc hàng chiếu xạ để hạn chế hiện tượng giảm
liều tại biên.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

- Các kết quả đề tài đã thực hiện được.
- Đưa ra các kiến nghị và hướng phát triển của đề tài.
CHƯƠNG 1.
1.1

CƠ SỞ VẬT LÝ

MÁY GIA TỐC CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG CHÙM

TIA ĐIỆN TỬ UELR-10-15S2
Thiết bị chiếu xạ UELR-10-15S2
lắp đặt tại Trung tâm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Bức xạ thuộc loại
LINAC, gia tốc điện tử bằng sóng cao
tần qua cấu trúc gia tốc cộng hưởng, thiết
bị có 02 đầu phát đối xứng, sản phẩm
chiếu xạ được vận chuyển bằng hệ thống
băng chuyền. Mô hình máy gia tốc chùm
tia điện tử UELR-10-15S2 được mô tả
trong Hình 1.1 [26]. Điện tử sau quá
trình gia tốc đạt năng lượng 10MeV,

Hình 1.1: Mô hình thiết bị UELR-10-15S2 tại
trung tâm VINAGAMMA

cường độ dòng cực đại 1,5mA, năng suất xử lý cực đại tương ứng 15kW tương
đương năng xuất sử lý của của một máy Co-60 có hoạt độ 1,2MCi. Thiết bị được


cung cấp bởi công ty CORAD Services Ltd, St.Petersburg, Nga. Các thông số chính

của thiết bị UELR-10-15S2 được liệt kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Các thông số chính của thiết bị UELR-10-15S2
Năng lượng cực đại của điện tử, MeV

10

Dải năng lượng của điện tử, MeV

9÷10

Công suất cực đại, kW

15

Ngưỡng tần số, Hz

12,5÷300

Độ đồng đều liều theo chiều quét, %
Độ dài quét cực đại, cm
Tổng công suất, kW

5

60
110

Độ ổn định năng lượng, %

2,5

Độ ổn định công suất, %

2,5

Các hệ thống chính của thiết bị UELR-10-15S2 gồm:
− Khối chiếu xạ;
− Hệ thống dòng ra;
− Khối bán dẫn của klystron;
− Hệ băng chuyền;
− Khối che chắn bức xạ;
− Nguồn và khối điều khiển;
Sơ đồ lắp đặt của thiết bị UELR-10-15S2 được mô tả trong Hình 1.2 và Hình
1.3.
Khối chiếu xạ (1), klystron (10) và hai hệ thống làm lạnh được đặt trong khối
che chắn phóng xạ ở tầng 1. Thiết bị tạo xung cho klystron (7) được đặt ngoài khối
che phóng xạ và nối với klystron bằng 4 sợi cáp. Bầu đựng khí SF 6 để bơm vào hệ
thống dẫn sóng (8), bơm nước tản nhiệt (9) và hệ thống làm lạnh tuần hoàn bên
ngoài (15) cũng được đặt tại tầng 1.


Các thiết bị khác của máy gia tốc được đặt tại phòng điều khiển tại tầng trệt
bao gồm: khối nguồn (4), khối điều khiển (5), tổng đài chính (3) và hệ thống điều
khiển băng chuyền (2).

Hình 1.2: Sơ đồ lắp đặt tầng trệt

Hình 1.3: Sơ đồ lắp đặt tầng 1

Những yếu tố then chốt của một máy gia tốc gồm hệ thống gia tốc (khối chiếu

xạ) để phát chùm tia năng lượng, hệ thống quét tạo sự bao phủ đồng nhất của chùm
tia lên sản phẩm và hệ thống truyền tải sản phẩm đi qua chùm tia được kiểm soát
một cách chặt chẽ. Các thiết bị phụ gồm thiết bị chân không và các hệ làm mát, hệ
thống che chắn…Hình ảnh bên ngoài của thiết bị UELR-10-15S2 tại trung tâm
VINAGAMMA được mô tả trong Hình 1.4.


Hình 1.4: Hệ thống máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 tại trung tâm
VINAGAMMA
1.1.1

Hệ thống gia tốc

Máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 có dạng sóng đừng sử dụng sóng
cao tần RF để gia tốc điện tử, chiều dài của ống gia tốc là 110cm và tần số làm việc
2856MHz. Chú trọng vào các đường xoắn ốc đặt dọc theo ống gia tốc để ổn định
kích cỡ chùm tia. Đầu phát điện tử 3 cực có cathode điều phối và điện thế làm việc
là 50kV. Điện áp cung cấp cho đầu phát điện tử dựa theo Transitor MOSFETs. Một
máy đo dòng được lắp đặt tại đầu ra của ống gia tốc, hệ thống máy tính điều khiển
điều chỉnh điện thế cho đầu phát điện tử để thay đổi cường độ dòng và giữ ở mức
quy định của đầu ra máy gia tốc, cường độ dòng được đo bằng máy này. Hệ thống
gia tốc của thiết bị UELR-10-15S2 tại VINAGAMMA được mô tả trong Hình 1.5.


Hình 1.5: Hệ thống gia tốc của thiết bị
UELR-10-15S2 tại VINAGAMMA
Cơ chế gia tốc điện tử trong ống gia tốc:
Các điện tử được sinh ra trong súng điện tử bằng sự phát xạ nhiệt điện tử từ
cathode nóng và được tạo thành chùm tia nhờ các điện trường hội tụ đặt giữa các
điện cực của súng. Chùm điện tử được bắn vào ống gia tốc, ống gia tốc là hệ thống

hốc cộng hưởng, thực chất mỗi hốc cộng hưởng là một thể tích cách điện hoặc chân
không giới hạn bởi vật liệu dẫn điện. Sơ đồ khối của hệ thống gia tốc chùm tia điện
tử được đưa ra trong Hình 1.6 [21].
Bộ điều
biến

Cửa sổ RF

Vòng tuần
hoàn

Súng điện tử
Ống gia tốc

Bộ ghép
định hướng

Hệ thống
quét

HVP

Biến thế
xung
Hệ thống
điều khiển

Tải

Klystro

PFN &
Thyratron

Hệ thống
nước làm
mát

Hệ thống
chân không

Áp lực
khí


Hình 1.6: Sơ đồ khối biểu diễn hệ thống gia tốc sử dụng sóng RF
Trong ống gia tốc điện tử được gia tốc theo cơ chế cộng hưởng bằng sóng điện
từ cao tần RF như sau:
Sóng RF được bơm vào trục của ống gia tốc, tạo nên một điện trường dọc theo
trục của ống. Điện trường này thay đổi theo thời gian với tần số bằng tần số của
sóng RF bơm vào. Chu kỳ T=1/f với f là tần số cộng hưởng. Điều kiện đồng bộ của
điện trường gia tốc với hạt được gia tốc yêu cầu hạt đi qua một hốc cộng hưởng
trong thời gian T RF /2. Nhờ máy phát sóng từ bên ngoài, tạo được các dao động điện
từ ở khoang cộng hưởng thứ nhất và điện tử đi từ đầu phun đến gần như đơn sắc.
Sau mỗi chu kì của trường cao tần một phần điện tử được hãm lại, một số thì bị gia
tốc thêm. Lực của trường gia tốc tác dụng lên các nhóm hạt theo cơ chế tự đồng
pha, hạt được gia tốc sẽ đuổi kịp số đi trước bị hãm chậm đi, và hình thành những
nhóm hạt gần đơn năng, đồng pha. Các nhóm hình thành trong trường điện từ và
chuyển động cùng với sóng dọc theo ống. Từng nhóm hạt sẽ được gia tốc thêm lên
và bó chặt thêm lên khi có sự phù hợp với tần số sóng cao tần đặt lên các khoang kế

tiếp. Nhờ đó mà các hạt hình thành các dao động pha của mình và được nhóm lại,
đoạn ống sóng đầu tiên này có tên gọi là đoạn tạo nhóm (bó) điện tử. Những hạt lao
tới đoạn thứ 2 của ống được gia tốc cho tới năng lượng cần thiết. Từ trường dọc
không đổi ở đoạn đầu máy gia tốc được sử dụng để hội tụ chùm điện tử vào sát trục
ống sóng, kết quả là điện từ trường gia tốc và từ trường hội tụ hợp sức nhau làm cho
quỹ đạo điện tử có hình xoắn ốc có các bước xoắn và đường kính không đều nhau.
Bề ngang của nhóm hạt càng gọn hẹp (được hội tụ tốt), thì phổ năng lượng lối ra
của máy gia tốc sẽ càng tập trung. Dòng điện tử xung ở lối ra có thể đạt vài ampe
(còn giá trị trung bình thì chỉ 0.1- 1mA). Khi đó mặc dù 1 phần công suất cao tần


(RF) bị phát tán vô ích thành nhiệt (làm nóng ống) nhưng công suất chùm ở lối ra
vẫn có thể đạt 80 – 90% công suất nguồn nuôi [21].
1.1.2 Hệ thống dòng ra
Chùm tia điện tử sinh ra bởi máy gia tốc vi sóng nói chung có bán kính nhỏ
hơn nhiều so với kích thước vật lý của sản phẩm được chiếu xạ, do đó chùm tia cần
phải được quét làm sao để những tia chiếu phủ đồng nhất lên toàn thể kiện hàng.
Thao tác quét như thế thường được thực hiện bằng một bộ lái tia bằng từ trường
biến thiên theo thời gian.
Điện tử sau khi ra khỏi ống gia tốc có năng lượng 10MeV được đưa ra hệ
thống quét tia (Scaning horn) có dạng hình tam giác, từ trường sẽ làm thay đổi
hướng của chùm tia thành hình rẽ quạt cho phù hợp với việc chiếu xạ. Hệ thống
dòng ra bao gồm hai đầu quét đặt đối ngược nhau. Chùm tia được quét dọc theo cửa
sổ đầu ra của đầu quét thứ nhất bằng từ trường quét. Vị trí trên cùng của chùm tia
quét được đặt một từ trường uốn tách chùm tia quay ngược hướng để chiếu vào mặt
đối diện của thùng hàng, chùm tia được quét dọc theo cửa sổ đầu quét thứ hai với
việc sử dụng từ trường quay chùm tia 1800. Sơ đồ hai đầu quét và vị trí hai đầu quét
chùm tia điện tử của thiết bị UELR-10-15S2 tại trung tâm VINAGAMMA được mô
tả trong Hình 1.7 và Hình 1.8.

1
2
3
4
5


Hình 1.7: Sơ đồ hai đầu quét của thiết bị UELR-10-15S2

Hình 1.8: Vị trí hai đầu quét của thiết bị UELR-10-15S2 tại VINAGAMMA
Hệ thống máy tính điều khiển cho phép điều chỉnh dáng điệu của dòng từ
trường để đảm bảo độ đồng đều liều cần thiết cho hàng chiếu xạ có kích cỡ lớn hơn
60cm.

1.1.3

Hệ thống băng chuyền

Băng chuyền được đặt trên nền nhà các thùng hàng được nạp vào tại tầng trên
của băng chuyền và dỡ hàng từ tầng dưới của băng chuyền. Khu nạp và dỡ hàng
được mô tả trong Hình 1.9.


Hình 1.9: Khu nạp và dỡ hàng
Hệ thống quét của máy gia tốc có hai cửa sổ để hướng chùm tia điện tử đối
ngược nhau chiếu vào hai mặt đối diện của thùng hàng chỉ trong một lần đi qua. Các
thống số chính của hệ thống băng chuyền được liệt kê trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Các thông số chính của băng chuyền
Chiều rộng cực đại thùng hàng (cm)

60

Chiều cao cực đại thùng hàng (cm)

30

Chiều dài cực đại của thùng hàng (cm)

50

Khối lượng cực đại của thùng hàng (kg)

25

Vận tốc của băng chuyền ngay dưới chùm tia có thể
điều chỉnh liên tục trong khoảng (m/phút)

1.1.4

0,3-10

Độ ổn định của vận tốc băng chuyền (%)

+/- 2,5

Công suất điện yêu cầu (KVA)

23

Khối che chắn bức xạ

Thiết kế che chắn bức xạ làm từ bê tông có tỉ trọng 2,3g/cm3 nhằm hạn chế tia
photon sinh ra khi điện tử bị hãm trong vật chất phát ra bên ngoài khu vực chiếu xạ.
Cấu trúc bê tông khối che chắn được mô tả trong Hình 1.10 và Hình 1.11 [4].