Luận văn khảo sát phân bố suất liều và đánh giá an toàn bức xạ cho phòng chụp X quang chuẩn đoán y tế

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

LƯƠNG TUẤN ANH

KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU VÀ ĐÁNH GIÁ AN
TỒN BỨC XẠ CHO PHỊNG CHỤP X-QUANG CHẨN
ĐOÁN Y TẾ

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


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

LƯƠNG TUẤN ANH

KHẢO SÁT PHÂN BỐ SUẤT LIỀU VÀ ĐÁNH GIÁ AN
TỒN BỨC XẠ CHO PHỊNG CHỤP X-QUANG CHẨN
ĐOÁN Y TẾ

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử hạt nhân và năng lượng cao
Mã số chuyên ngành: 60 44 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRƯƠNG THỊ HỒNG LOAN

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu thật sự của cá nhân tôi
dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Trƣơng Thị Hồng Loan. Các số liệu, những
kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và
chƣa từng đƣợc cơng bố dƣới bất kì hình thức nào.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu của mình.
Học viên

Lƣơng Tuấn Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành của mình đến:
TS. Trƣơng Thị Hồng Loan, ngƣời đã chọn giúp tơi đề tài và tận tình hƣớng
dẫn tơi hồn thành luận văn này. Cô không chỉ truyền đạt kiến thức mà còn theo sát
chỉ dẫn, giúp đỡ và động viên tơi giải quyết những khó khăn gặp phải, chia sẻ với
tôi những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu lẫn trong cuộc sống.
ThS. Trần Ái Khanh, ngƣời đã giúp đỡ tơi rất nhiều trong q trình khảo sát
và mơ phỏng bóng X-quang bằng chƣơng trình MCNP5.
Thầy Vũ Mạnh Khơi - Giám đốc Trung tâm An toàn Bức Xạ, Viện Khoa học
Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội đã cung cấp các cho tơi các thơng số kỹ thuật của phịng
thí nghiệm, bóng X-quang và thơng tin đo đạc suất liều để tơi có thể kiểm chuẩn mơ
hình mơ phỏng.
CN. Nguyễn Thị Trúc Linh, ngƣời đã giúp đỡ tôi trong quá trình cài đặt
chƣơng trình MCNP5.

ThS. Lê Thanh Xuân, ngƣời đã giúp đỡ tơi tìm hiểu và vẽ đồ thị suất liều
bằng phần mềm MATLAB.
Và xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp của tơi đã động viên tơi hồn
tất khóa học và luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2014

Lƣơng Tuấn Anh

ii


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan ................................................................................................................ i
Lời cảm ơn ..................................................................................................................ii
Mục lục ...................................................................................................................... iii
Danh mục các chữ viết tắt .......................................................................................... vi
Danh mục các bảng ...................................................................................................vii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .................................................................................. viii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: AN TOÀN BỨC XẠ TRONG X-QUANG CHẨN ĐOÁN Y TẾ ....... 6
1.1.

Các đơn vị, khái niệm trong an tồn phóng xạ .............................................. 6

1.1.1.

Liều hấp thụ ............................................................................................ 6

1.1.2.

Suất liều hấp thụ ..................................................................................... 7

1.1.3.

Liều chiếu ............................................................................................... 7

1.1.4.

Suất liều chiếu ......................................................................................... 8

1.1.5.

Liều tƣơng đƣơng ................................................................................... 8

1.1.6.

Liều hiệu dụng ........................................................................................ 9

1.2.

Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ ................................................................ 10

1.2.1.

Lịch sử xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới.............. 10

1.2.2.

Các khuyến cáo về an toàn bức xạ của ICRP ....................................... 10

1.2.3.

Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ của IAEA ........................................ 12

1.2.4.

Giới hạn liều ......................................................................................... 13

1.3.

An toàn bức xạ tại các cơ quan y tế theo tiêu chuẩn Việt Nam................... 13

iii


1.3.1.

Các quy chế an toàn bức xạ đã đƣợc ban hành ở Việt Nam ................. 13

1.3.2.

Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6561:1999 về an toàn bức xạ tại các cơ

sở X-quang y tế .................................................................................................. 15
CHƢƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT TIA X .......................... 20
2.1.

Cấu tạo máy phát X-quang thông thƣờng ................................................... 20

2.1.1.

Cấu tạo ống phát tia X .......................................................................... 20

2.1.2.

Vỏ ống chân không, dầu tản nhiệt, vỏ kim loại, cửa sổ ống phát tia X 26

2.1.3.

Bộ lọc tia ............................................................................................... 28

2.1.4.

Hệ chuẩn trực đầu đèn (collimator) ...................................................... 30

2.2.

Tƣơng tác tạo ra tia X .................................................................................. 32

2.2.1.

Bức xạ hãm ........................................................................................... 32

2.2.2.

Bức xạ đặc trƣng ................................................................................... 34

2.3.

Nguyên lý hoạt động của máy phát X-quang ............................................. 36

2.4.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng liều ra tia X ..................................... 37

CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU CHE CHẮN VÀ MỘT SỐ YÊU CẦU VỀ VẬT LIỆU
CHE CHẮN .............................................................................................................. 42
3.1.

Vật liệu che chắn ......................................................................................... 42

3.1.1.

Tấm chì (Pb) ......................................................................................... 42

3.1.2.

Bê tông .................................................................................................. 45

3.1.3.

Gạch thẻ ................................................................................................ 48

3.1.4.

Vữa Barit (xi măng chống phóng xạ) ................................................... 49

3.2.

Một số yêu cầu về vật liệu che chắn ............................................................ 50

3.2.1.

Kết cấu .................................................................................................. 50

3.2.2.

Yêu cầu về hồn thiện cơng trình ......................................................... 50

iv


CHƢƠNG 4: MƠ PHỎNG SUẤT LIỀU CHIẾU CỦA PHỊNG CHỤP X-QUANG
BẰNG CHƢƠNG TRÌNH MCNP5, ĐÁNH GIÁ VỀ AN TỒN CHE CHẮN
TRONG VÀ NGỒI PHỊNG.................................................................................. 54
4.1.

Giới thiệu chƣơng trình MCNP ................................................................... 54

4.1.1.

Dữ liệu hạt nhân và phản ứng của MCNP ............................................ 54

4.1.2.

Cấu trúc của chƣơng trình MCNP ........................................................ 55

4.1.3.

Độ chính xác của kết quả và các nhân tố ảnh hƣởng ............................ 57

4.2.

Tally đánh giá .............................................................................................. 58

4.2.1.

Tally F4 ................................................................................................. 58

4.2.2.

Tally Fmesh4 ........................................................................................ 59

4.3.

Kết quả khảo sát phân bố liều xung quanh phòng máy X-quang chẩn đốn y

tế bằng chƣơng trình MCNP .................................................................................. 59
4.3.1.

Mơ tả phịng X-quang thƣờng quy tại phịng thí nghiệm dùng để kiểm

chuẩn các thiết bị X-quang của cả nƣớc thuộc Trung tâm An toàn Bức xạ, Viện
Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội ................................................................. 60
4.3.2.

Kiểm chuẩn mơ hình ............................................................................. 63

4.3.3.

Mức liều giới hạn cho phòng ................................................................ 65

4.3.4.

Phân bố suất liều xung quanh đầu máy X-quang ................................. 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 79
DANH MỤC CƠNG TRÌNH.................................................................................... 81
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 83

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ALARA

IAEA

ICRP

Tiếng Anh

Tiếng Việt

As Low As Reasonably

Thấp nhất có thể đạt đƣợc một

Achievable

cách hợp lý

International Atomic Energy

Cơ quan Năng lƣợng Nguyên

Agency

tử Quốc tế

International Commission on

Ủy ban Quốc tế về An toàn

Radiological Protection

Bức xạ

International Commission on
ICRU

Radiation Units and

Ủy ban Quốc tế về Đơn vị và
Đo lƣờng Bức xạ

Measurements
Inter- Agency Committee on

Tổ chức Quốc tế về An Toàn

Radiation Safety

Bức xạ

ILO

International Labour Organization

Tổ chức Lao động Quốc tế

mAs

Mili Ampere Second

Mili Ampe Giây

MCNP

Monte Carlo N particle

Mô phỏng Monte Carlo

NEA

National Environmental Agency

Cơ quan Môi trƣờng Quốc gia

The Organization for Economic

Tổ chức Hợp tác và Phát triển

Co-operation and Development

Kinh tế

IACRS

OECD

PAHO
RTM

Pan American Health

Tổ chức Y tế Pan của Mỹ

Organization
Reni (Re)-Volfram-Molypden

TCVN
WHO
NCRP

Tiêu chuẩn Việt Nam

World Health Organization

Tổ chức Y tế Thế Giới

National Council on Radiation

Hội đồng Quốc gia về An toàn

Protection

và Đo đạc Bức xạ

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Các trọng số mô đặc trƣng cho các mô trong cơ thể WT (1990) ................ 9
Bảng 1.2. Giới hạn liều chiếu khuyến cáo của ICRP ................................................ 12
Bảng 1.3. Liều giới hạn trong một năm .................................................................... 15
Bảng 1.4. Liều khuyến cáo cho 1 phim chụp X-quang quy ƣớc đối với bệnh nhân . 16
Bảng 1.5. Kích thƣớc tiêu chuẩn cho phòng đặt máy X-quang các loại theo
(TCVN 6561:1999) ................................................................................................... 18
Bảng 2.1. Bề dày tối thiểu của bộ lọc tổng cộng khi vận hành máy X-quang .......... 29
Bảng 3.1. Quy định về xây dựng các lớp bảo vệ khi máy X-quang khơng có vỏ .... 51
Bảng 4.1. So sánh giữa suất liều mô phỏng và thực tiễn tại các khoảng cách khảo
sát .............................................................................................................................. 64
Bảng 4.2. Giá trị vùng liều trong đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ........................ 67
Bảng 4.3. Giá trị vùng liều trong đồ thị phân bố suất liều mặt (x,z) ........................ 69

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 2.1. Những bộ phận cơ bản của một ống phát tia X thông thƣờng .................. 20
Hình 2.2. Cấu trúc cathode của ống tia X gồm sợi đốt Volfram nằm trong chén
hội tụ .......................................................................................................................... 21
Hình 2.3. Tác dụng làm thay đổi hình dạng phân bố chùm electron của chén hội
tụ ................................................................................................................................ 22
Hình 2.4. Các thành phần của ống tia X có anode cố định ....................................... 23
Hình 2.5. Cấu tạo anode quay ................................................................................... 25
Hình 2.6. Mặt cắt của một anode RTM..................................................................... 26
Hình 2.7. Sự phân bố chùm tia X theo phƣơng song song với trục cathode-anode . 26
Hình 2.8. Bộ lọc hấp thụ các photon năng lƣợng thấp ............................................. 28
Hình 2.9. Phổ tia X tạo ra ở điện áp đỉnh 150 kVp đối với anode làm bằng
Volfram ..................................................................................................................... 29
Hình 2.10. Collimator có tác dụng điều chỉnh kích thƣớc hình học chùm tia X ...... 30
Hình 2.11. Cấu trúc bên trong hệ chuẩn trực đầu đèn .............................................. 31
Hình 2.12. Mặt cắt ngang bộ chuẩn trực loại R20-J của hãng Shimadzu ................. 32
Hình 2.13. Bức xạ hãm phát ra khi electron tƣơng tác với hạt nhân bia .................. 33
Hình 2.14. Sự phân bố năng lƣợng bức xạ hãm ở giá trị điện áp đỉnh 90 kVp
trong trƣờng hợp khơng có bộ lọc (đƣờng đứt nét) và có bộ lọc tia (liền nét) ......... 33
Hình 2.15. Tƣơng tác làm phát ra bức xạ tia X đặc trƣng ........................................ 35
Hình 2.16. Các vạch bức xạ đặc trƣng ứng với sự dịch chuyển K  và K  trên nền
bức xạ hãm đối với Volfram ở điện áp 90kVp ......................................................... 36

viii

Hình 2.17. Cƣờng độ phát xạ tia X thay đổi mạnh theo giá trị (kVp), khi giữ cùng
một giá trị dịng qua ống và thời gian chiếu khơng đổi ............................................ 39
Hình 2.18. Ảnh hƣởng của dịng qua ống (mA) lên hiệu suất phát tia X ................. 40
Hình 2.19. Cƣờng độ phổ bức xạ ở cùng giá trị điện áp (kVp), cùng giá trị dòng
qua ống (mA), cùng thời gian chiếu với điện 1 pha và 3 pha ................................... 41
Hình 4.1. Mặt cắt (x,y) của phịng ............................................................................ 61
Hình 4.2. Mặt cắt (x,z) của phịng ............................................................................. 61
Hình 4.3. Mặt cắt (y,z) của phịng ............................................................................. 62
Hình 4.4. Đĩa Anode và các tấm lọc, tấm che chắn .................................................. 63
Hình 4.5. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của bóng X-quang ..................................... 63
Hình 4.6. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng ban đầu ......................................................................................... 67
Hình 4.7. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,z) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng ban đầu ......................................................................................... 68
Hình 4.8. Đồ thị phân bố suất liều mặt (y,z) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng ban đầu ......................................................................................... 70
Hình 4.9. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng thu hẹp .......................................................................................... 71
Hình 4.10. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng thu hẹp và tƣờng là gạch thẻ dày 20 cm....................................... 72
Hình 4.11. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp cột sống nghiêng với
kích thƣớc phịng thu hẹp và tƣờng là gạch thẻ dày 15 cm....................................... 73
Hình 4.12. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp phổi với kích thƣớc
phịng thu hẹp và tƣờng là gạch thẻ dày 20 cm......................................................... 74

ix


Hình 4.13. Đồ thị phân bố suất liều mặt (x,y) ở chế độ chụp phổi với kích thƣớc
phịng thu hẹp và tƣờng là gạch thẻ dày 15 cm......................................................... 75

x


MỞ ĐẦU
Tối ngày 8 tháng 11 năm 1895, sau khi rời phịng thí nghiệm, sực nhớ qn
chưa ngắt cầu dao điện cao thế dẫn vào ống tia cathode, Wilhelm Conrad Rưntgen
quay lại phịng và thấy có một vệt sáng màu xanh lục trên bàn tuy phịng tối om.
Với đầu óc nhạy bén, đầy kinh nghiệm của một nhà vật lý học, việc này đã lôi cuốn
ông và 49 ngày sau ơng liên tục ở lì trong phịng thí nghiệm, cơm nước do vợ ông
tiếp tế, mỗi ngày ông chỉ ngừng cơng việc nghiên cứu ít phút để ăn uống, vệ sinh và
chợp mắt nghỉ ngơi vài giờ. Nhờ thế, ông đã tìm ra tính chất của thứ tia bí mật mà
ông tạm đặt tên là tia X và mang lại cho ông giải Nobel về vật lý đầu tiên vào năm
1901. Những phát hiện đầu tiên của Wilhelm Conrad Röntgen về tia X không chỉ
gây ra những cuộc tranh luận trong giới khoa học xung quanh bản chất của nó mà
cịn mở đầu cho cơng cuộc khám phá ra các tia mới sau này [10].
Khơng chỉ tìm ra ra tia X, Rưntgen cịn phát hiện ra rằng tia X có thể cho
được những hình ảnh về cấu trúc xương, và từ lúc ấy tia X được phát triển để sử
dụng cho chụp hình y tế nhờ vào những ưu thế vượt trội về tính hiệu quả, chính xác,
nhanh chóng so với các phương pháp trước đó. Tia X khơng chỉ hữu dụng trong
việc xác định bệnh lý về xương mà cịn có ích trong việc chẩn đốn chính xác các
bệnh lý về phần mềm. Các thiết bị chẩn đoán bằng X-quang ngày nay được phổ
biến rộng rãi ở tất cả các bệnh viện, phòng khám đa khoa, phòng khám tư nhân để
đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của người dân. Cùng với sự phát triển của khoa
học kĩ thuật, các thiết bị chẩn đoán X-quang ngày càng được cải tiến và hoàn thiện
với rất nhiều chức năng chụp khác nhau, đa dạng về chủng loại, ví dụ như X-quang
thường quy (chụp hầu hết các bộ phận trên cơ thể), X-quang răng, X-quang vú, Xquang chụp mạch, X-quang đo độ lỗng xương, X-quang có tăng sáng truyền hình...
Từ những lợi ích mang lại, có thể khẳng định rằng các thiết bị chẩn đốn bằng Xquang đã trở thành cơng cụ hỗ trợ đắc lực và không thể thiếu trong y học hiện đại.
Chỉ 4 tháng sau khi bức hình đầu tiên được chụp bằng tia X xuất hiện, một
vài báo cáo về các ảnh hưởng trên da của các nhà nghiên cứu tia X đã được công

1


bố. Vào năm 1902, những trường hợp ung thư da đầu tiên đã được ghi nhận. Mặc
cho những báo cáo về tác hại của nó, tia X vẫn tiếp tục được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực y khoa. Trước sự phát triển của lĩnh vực X-quang thì vấn đề an tồn bức xạ
trong chụp chiếu phim X-quang chẩn đốn y tế càng thu hút sự quan tâm của các
nhà khoa học nói riêng, tồn xã hội nói chung. Vì bên cạnh ưu thế vượt trội so với
những phương pháp chẩn đoán y tế trước đây các thiết bị phát tia X để chẩn đoán và
điều trị bệnh cũng ẩn chứa những nguy hiểm nếu khơng có biện pháp bảo vệ thích
đáng. Tính nguy hiểm của máy X-quang tuy thấp hơn so với các nguồn phóng xạ vì
mức độ ảnh hưởng chỉ mang tính cục bộ, nhất thời, dễ quản lý và khắc phục nếu có
sự cố về thiết bị nhưng mức độ ảnh hưởng cũng không phải nhỏ đối với cộng đồng
vì các cơ sở y tế là nơi tập trung đông người đặc biệt là những người đang suy giảm
sức khỏe. Bệnh nhân không phải là người duy nhất chịu rủi ro bởi tia X mà tồn bộ
ê kíp thực hiện thủ thuật khám chữa bệnh cũng bị ảnh hưởng bởi tia tán xạ và tia
trực tiếp. Tuy nhiên, có thể họ khơng ý thức được những nguy cơ đang hiện hữu.
Liều tia ê kíp khám chữa bệnh nhận được tương quan mật thiết với liều tia bệnh
nhân, liều bệnh nhân càng cao thì lượng tán xạ tại chỗ càng lớn. Bên cạnh đó, liều
tia càng tăng cao nếu như thiết bị tia X không phù hợp hay an tồn tia xạ khơng
được đảm bảo. Lượng tia X này không chỉ những bác sĩ can thiệp bị ảnh hưởng mà
các nhân viên khác hiện hữu trong phòng cũng bị ảnh hưởng theo. Do đó cần phải
nắm vững các thơng tin cơ bản về nguy cơ bức xạ chiếu ngoài và áp dụng hợp lý để
giảm thiểu tác hại của nó đối với chúng ta nhưng vẫn nâng cao hiệu quả trong thực
hành lâm sàng.
Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) thì hơn 70% liều bức xạ nhân tạo mà con
người phải chịu là do bị chiếu xạ trong quá trình làm các xét nghiệm X-quang [15].
Trên thế giới, cơng tác bảo vệ an tồn bức xạ trong lĩnh vực y tế được nhiều tổ chức
quan tâm và thường xuyên xây dựng các tiêu chuẩn an toàn che chắn đối với thiết bị
X-quang trong chẩn đoán y tế và tiêu chí ALARA (As Low As Reasonably

Achievable) trở thành tiêu chí hàng đầu trong việc thiết kế các phịng X-quang.
Hằng năm, tổ chức NCRP (National Council on Radiation Protection and

2


Measurements) và ICRU (International Commission on Radiation Units and
Measurements) đều đưa ra các khuyến cáo mới nhằm bảo vệ an tồn bức xạ cho
mơi trường, nhân viên y tế và bệnh nhân điều trị. Cũng trong bối cảnh đó, cơ quan
năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA - International Atomic Energy Agency)
thường xuyên tổ chức các lớp đào tạo và hội thảo liên quan đến thiết kế che chắn
thiết bị chẩn đoán y tế sao cho nhân viên làm việc và bệnh nhân chịu một mức liều
càng thấp càng tốt nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả chẩn đoán và lợi ích về kinh tế. Các
tài liệu kĩ thuật (TECDOC 1040) và các ấn phẩm về an tồn trong chẩn đốn và xạ
trị (Safety Guide for Radiotherary) của IAEA nhấn mạnh các mục đích che chắn đó
là: giảm liều chiếu tối đa với nhân viên y tế, bệnh nhân, dân chúng ở mức thấp nhất
có thể và nghiên cứu tối ưu hóa kích thước phịng X-quang, điều kiện che chắn hợp
lý đảm bảo an toàn, hiệu quả kinh tế.
Ở nước ta, "pháp lệnh năm 1996 cho đến thông tư 05/2006/BKHCN ngày
10/01/2006 về việc hướng dẫn thủ tục khai báo cấp giấy đăng ký, cấp giấy phép cho
các hợp đồng liên quan đến bức xạ, thông tư mới nhất - thông tư 08/2010/TTBKHCN ngày 22/07/2010 của BKHCN hướng dẫn về việc khai báo, cấp giấy phép
tiến hành công việc bức xạ & CCNVBX", các cơ sở bức xạ y tế nói chung hay các
phịng chụp X-quang nói riêng đều phải tn thủ theo các tiêu chuẩn về kích thước
phịng X-quang và điều kiện che chắn để đảm bảo an toàn bức xạ cho môi trường
xung quanh, nhân viên y tế và bệnh nhân trước khi được cấp phép sử dụng. Tại
thành phố Hồ Chí Minh, theo thống kê vào năm 2010, có 40/544 cơ sở chưa có
Giấy phép sử dụng thiết bị X-quang chẩn đốn (tỉ lệ 7,4%), gồm có 19 cơ sở sử
dụng X-quang thông thường và 21 cơ sở nha khoa. 100% các cơ sở khi cấp phép lần
đầu đều có kiểm định thiết bị, tuy nhiên có 20% các cơ sở chưa thực hiện kiểm định
định kỳ hàng năm (những cơ sở hoạt động từ năm 2004-2007) [4]. Một trong nhiều

nguyên nhân của sự việc này là do nhiều phịng X-quang được xây dựng theo tiêu
chuẩn cũ, khơng cịn thích hợp với các thiết bị chẩn đốn X-quang hiện đại dạng kĩ
thuật số với liều lượng bức xạ phát ra khơng cao, các quy định về kích thước phịng
do nhà sản xuất cung cấp khơng khớp với kích thước phịng theo TCVN, ngồi ra

3


tiêu chuẩn kích thước cho mỗi loại X-quang cũng thay đổi nhiều từ năm này qua
năm kia mà khơng có cơ sở khoa học làm rõ ràng kèm theo. Điều đó gây khó khăn
cho cơ quan có thẩm quyền trong việc cấp phép hoạt động cho các cơ sở X-quang.
Thực tế này đã đặt ra ra nhu cầu cần phải tính tốn lại diện tích các phịng X-quang
cho phù hợp với các thiết bị mới sao cho vừa đảm bảo an toàn bức xạ rất đa dạng
trong các cơ sở bức xạ tư nhân vừa giảm được chi phí đầu tư cơ sở vật chất và mang
lại hiệu quả kinh tế.
u cầu tính tốn liều chiếu bên trong và xung quanh phòng chụp X-quang
để so sánh với các tiêu chuẩn về an tồn bức xạ từ đó đề ra những tiêu chuẩn trong
thiết kế xây dựng phòng chụp X-quang là vấn đề hết sức cần thiết. Đã có nhiều cơng
trình thực hiện yêu cầu trên với các phương pháp tính tốn khác nhau, riêng trong
luận văn này chúng tơi sẽ sử dụng phương pháp mơ phỏng Monte Carlo với chương
trình MCNP5. Việc tiến hành đo đạc một số dữ liệu thực nghiệm để so sánh với kết
quả mô phỏng tương ứng sẽ đảm bảo cho mức độ tin cậy chương trình mơ phỏng
trước khi thay đổi bằng các thơng số mô phỏng khác và cho ra kết quả làm cơ sở
thiết lập các tiêu chuẩn che chắn bức xạ cho phịng X-quang sao cho vừa đảm bảo
an tồn bức xạ, vừa tiết kiệm kinh phí xây dựng. Trước đây đã có một số luận văn
thực hiện tính tốn phân bố suất liều phịng chụp X-quang bằng chương trình
MCNP. Luận văn này kế thừa các cơ sở lý thuyết và tham khảo kết quả có được từ
các luận văn trước, từ đó tiến hành mơ phỏng với các thơng số cụ thể ở phịng thí
nghiệm dùng để kiểm chuẩn các thiết bị X-quang của cả nước thuộc Trung tâm An
toàn Bức xạ, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội. Luận văn sử dụng các kết

quả đo đạc ở phòng thí nghiệm này vì tại đây có các kỹ thuật viên giỏi, thiết bị đo
đạc chính xác, đáp ứng được yêu cầu đề ra của luận văn.
Với mục đích trên, nội dung luận văn được phân bố trong 4 chương như sau:
Chương 1: An toàn bức xạ trong X-quang chẩn đốn y tế: trình bày các đơn
vị, khái niệm trong an toàn bức xạ, các giới hạn liều chiếu xạ, các tiêu chuẩn an
toàn bức xạ trên thế giới và tại Việt Nam.

4


Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý máy phát tia X: trình bày những vấn đề về
cấu tạo chi tiết của máy phát X-quang thông thường sử dụng trong chẩn đoán y tế,
tương tác tạo thành tia X, nguyên lý hoạt động máy phát X-quang và các yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng liều ra của tia X.
Chương 3: Vật liệt che chắn và một số yêu cầu về vật liệu che chắn: trình
bày tính chất che chắn tia X của một số vật liệu như: chì, bê tơng, gạch thẻ, vữa
barit.
Chương 4: Mơ phỏng suất liều chiếu của phịng chụp X-quang bằng chương
trình MCNP5, đánh giá về an tồn che chắn trong và ngồi phịng: giới thiệu về
phương pháp Monte Carlo, chương trình MCNP và ứng dụng chương trình vào việc
mơ phỏng ở phịng thí nghiệm dùng để kiểm chuẩn các thiết bị X-quang của cả
nước thuộc Trung tâm An toàn Bức xạ, Viện Khoa học Kỹ thuật Hạt nhân Hà Nội,
khảo sát phân bố liều trong và ngoài phịng X-quang khi thay đổi kích thước phịng
và vật liệu che chắn, đánh giá an toàn che chắn, thảo luận về những kết quả thu
được.

5


CHƢƠNG 1

AN TỒN BỨC XẠ TRONG X-QUANG CHẨN ĐỐN Y TẾ
Nhiệm vụ chủ yếu của việc bảo vệ chống bức xạ ion hóa là khơng để sự
chiếu xạ trong và ngồi cơ thể có thể vượt q liều lượng được phép giới hạn, nhằm
phòng ngừa các bệnh thân thể và di truyền cho con người.
1.1. Các đơn vị, khái niệm trong an tồn phóng xạ
1.1.1. Liều hấp thụ
1.1.1.1. Định nghĩa
Liều hấp thụ là năng lượng bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng
bị chiếu xạ. Theo định nghĩa ta có:
D ht 

E
m

(1.1)

Trong đó, ΔE [J] là năng lượng của bức xạ mất đi do sự ion hóa trong đối
tượng bị chiếu xạ, Δm [kg] là khối lượng đối tượng bị chiếu xạ.
1.1.1.2. Đơn vị
Đơn vị của liều hấp thụ là J/kg hoặc erg/g. Với 1 J = 107 erg.
Đơn vị ngoại hệ là rad: 1rad = 100 erg/g.
Ngày nay người ta thường dùng đơn vị Gray (Gy), 1 Gy = 100 rad.
1.1.1.3. Tính chất
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 của khối lượng phụ thuộc vào năng lượng liên kết của các electron với hạt

6

nhân nguyên tử và vào số nguyên tử có trong một đơn vị khối lượng của môi trường
vật chất hấp thụ, nó khơng phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của vật chất.
1.1.2. Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ là liều hấp thụ tính trong một đơn vị thời gian:

Pht 

D ht
t

(1.2)

Trong đó, ΔDht [J/kg] là liều hấp thụ trong khoảng thời gian Δt.
Đơn vị của nó là W/kg hoặc rad/s hoặc Gy/s.
Nếu suất liều hấp thụ là một hàm của thời gian thì liều hấp thụ sẽ được tính
qua cơng thức:
t

D ht   Pht .dt

(1.3)

0

1.1.3. Liều chiếu
Liều chiếu của tia X và 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 khơng khí,
khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 1 atm). Ký hiệu Dch.
Đơn vị của liều chiếu là Coulomb trên kilogam (C/kg).

Đơn vị ngoại hệ là Roentgen (R). Với 1 C/kg = 3876 R.

D ch 

Q
m

(1.4)

Ở đây, Dch là liều chiếu của tia X hoặc gamma, ΔQ (C) là điện tích xuất hiện
do sự ion hóa khơng khí trong một khối thể tích và Δm (kg) là khối lượng khơng khí
của thể tích này.

7


1.1.4. Suất liều chiếu
Suất liều chiếu là liều chiếu tính trong một đơn vị thời gian.

P

D ch
t

(1.5)

Ở đây, P là suất liều chiếu, ΔDch là liều chiếu của tia X hoặc gamma, Δt là
khoảng thời gian để có được liều chiếu trên. Đơn vị của nó là A/kg hoặc R/s.
1.1.5. Liều tƣơng đƣơng
Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây 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 được chọn làm
chuẩn là tia X có năng lượng 200 keV, liều tương đương là liều hấp thụ trung bình
trong mơ hoặc cơ quan T do bức xạ r. Liều tương đương tính bằng đơn vị là rem
(roentgen equivalent man).
1 rem = 1 rad. Wr
HT,r = Wr. DT,r
Suất liều tương đương :

PT ,r 

(1.6)

dH T ,r
dt

Với DT,r là liều hấp thụ trung bình của bức xạ r trong mô hoặc cơ quan T và
Wr là hệ số trọng số phóng xạ đối với bức xạ r. Khi trường bức xạ gồm nhiều loại
bức xạ với những giá trị khác nhau của trọng số phóng xạ Wr thì liều tương đương
được tính bởi:

H T   Wr .D T,r
r

Đơn vị của liều tương đương là J/kg, rem hoặc Sievert (Sv).

8

(1.7)

Với 1 Sv = 100 rem.
Đối với photon ở tất cả các mức năng lượng thì Wr = 1.
1.1.6. Liều hiệu dụng
Liều hiệu dụng là tổng của những liều tương đương ở các mô hay cơ quan,
mỗi một liều được nhân với một hệ số trọng lượng của tổ chức tương ứng (tissue
weighting factor):
E   WT .H T

(1.8)

Với HT là liều tương đương trong mô hoặc cơ quan T và WT là trọng số mô
được cho trong bảng (1.1). Từ định nghĩa của liều tương đương ta có:
E   WT ( Wr .DT,r )   Wr ( WT .DT,r )

(1.9)

Với DT,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 J/kg hoặc Sievert (Sv).
Bảng 1.1. Các trọng số mô đặc trưng cho các mô trong cơ thể WT (1990) [1]
Cơ quan hoặc mô

WT

Cơ quan sinh dục (gonads)

0,20

Tủy xương (bone marrow)

0,12

Ruột (colon)

0,12

Phổi (lung)

0,12

Dạ dày (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

9


Da (skin)

0,01

Mặt xương (bone surface)

0,01

Các cơ quan khác

0,05

1.2. Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ
1.2.1. Lịch sử xây dựng các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trên thế giới
Như ta đã biết, song song với việc phát triển các ứng dụng của chất phóng xạ
trong y học là sự xuất hiện của nhiều báo cáo về các hiệu ứng có hại của bức xạ.
Điều đó địi hỏi các nhà khoa học phải xây dựng các quy tắc an toàn bức xạ. Năm
1915 hội Roentgen Anh quốc được thành lập và Ủy ban X-quang và Radium của
hội Roentgen Anh quốc đã xuất bản các khuyến cáo về an toàn bức xạ năm 1921 và
1927. Từ đó thu hút các tổ chức quốc tế quan tâm và tham gia thiết lập các tiêu
chuẩn an toàn bức xạ. Hai tổ chức quốc tế đóng vai trị quan trọng nhất trong việc
khuyến cáo và ban hành các chuẩn an toàn bức xạ quốc tế là Ủy ban Quốc tế về An

toàn Bức xạ ICRP (1928) và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA.
1.2.2. Các khuyến cáo về an toàn bức xạ của ICRP
Năm 1928, Ủy ban An toàn Bức xạ tia Roentgen (X) và Radium của Mỹ
được thành lập. Đến năm 1950 Ủy ban này đổi tên thành Ủy ban Quốc tế về An
toàn Bức xạ ICRP. Đây là tổ chức được cơng nhận là có uy tín nhất về cung cấp các
khuyến cáo đối với các vấn đề an toàn bức xạ.
Các khuyến cáo của ICRP mang tính chất khái qt, vì vậy các quốc gia khác
nhau có thể áp dụng vào luật lệ của nước mình. Nhờ có tổ chức này mà hầu hết các
quốc gia trên thế giới đều sử dụng những nguyên tắc trong lĩnh vực an tồn phóng
xạ như nhau.
Từ những năm 1930, ICRP đã khuyến cáo mọi tiếp xúc với bức xạ vượt quá
giới hạn thông thường nên giữ ở mức càng thấp càng tốt và đưa ra các giới hạn liều

10


để những người làm việc trong điều kiện bức xạ và dân chúng nói chung khơng bị
chiếu q liều. Cứ sau một khoảng thời gian, khi đã tích lũy được thêm các thông
tin cần thiết về tác động của bức xạ lên con người, ICRP đã xem xét để bổ sung, sửa
đổi các khuyến cáo cũ và đưa ra các khuyến cáo mới. Năm 1931 cơ quan này đã đề
nghị liều được phép giới hạn là 0,2 R trong ngày. Năm 1936, đã thông qua liều
lượng được phép giới hạn của tia X hoặc gamma là 0,1 R. Các mức liều được
khuyến cáo là 300 mrem trong một tuần (3mSv/tuần) đối với các mô sâu hơn 1cm
gọi là liều sâu và 600 mrem trong một tuần (6 mSv/tuần) đối với lớp da sâu 0,007
cm gọi là liều nông hay liều da. Năm 1959 liều 5rem/năm (50 mSv/năm) được đề
nghị trong ấn phẩm ICRP 2 nhằm tránh hiệu ứng di truyền.
Từ năm 1977 trong khuyến cáo mới ICRP Publication 26, ICRP khơng cịn
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. Cũng trong năm này, nhiều dữ liệu thu được
đối với các nạn nhân Nhật Bản sống sót sau trận bom nguyên tử cho thấy không

nhận được các hiệu ứng di truyền nên ICRP cập nhật các khuyến cáo an tồn bức xạ
của mình. Khuyến cáo ICRP Publication 26 thừa nhận ung thư là hiệu ứng chính
cần tránh và các cơ quan cũng như các mơ khác nhau trong cơ thể có xác suất bị
ung thư khác nhau. Điều đó đưa đến khái niệm liều hiệu dụng là liều tương đương
tính theo trọng số mơ của các mô đối với các bệnh ung thư. Do đó ấn phẩm ICRP
Publication 26 khuyến cáo liều hiệu dụng đối với chiếu xạ nghề nghiệp là 5
rem/năm (50 mSv/năm) và liều này là tổng liều chiếu ngoài và liều chiếu trong.
Năm 1990 sau các kết quả nghiên cứu của các nạn nhân sống sót sau trận
bom nguyên tử ở Nhật Bản cho thấy xác xuất gây ung thư cao hơn 4 lần so với
khuyến cáo trước đây. Do đó trong ấn phẩm ICRP Publication 60 (1991) Ủy ban đã
khuyến cáo giảm giới hạn liều hiệu dụng đối với chiếu xạ nghề nghiệp xuống thành
20 mSv/năm được lấy trung bình trong 5 năm, trong đó liều giới hạn cho một năm
đơn lẻ là 50 mSv. Khuyến cáo này dùng làm cơ sở cho tiêu chuẩn về an toàn bức xạ
mà chúng ta hiện đang sử dụng.

11


Bảng 1.2. Giới hạn liều chiếu khuyến cáo của ICRP [1]
Năm

Nhân viên bức xạ

1928

200 mRem/ngày

1934

100 mRem/ngày

1950

150 mSv/năm

15 mSv/năm

1957

50 mSv/năm

5 mSv/năm

1990

20 mSv/năm

1 mSv/năm

Dân chúng

1.2.3. Các tiêu chuẩn về an toàn bức xạ của IAEA
Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế IAEA (International Atomic Energy
Agency) là tổ chức đặc biệt của Liên hợp quốc thành lập năm 1956 trụ sở tại Viena,
Áo có nhiệm vụ khuyến khích các nước phát triển sự nghiệp ứng dụng kỹ thuật hạt
nhân và năng lượng hạt nhân vì mục đích hịa bình. Do đó, IAEA chú trọng việc
thiết lập các tiêu chuẩn an toàn bức xạ và giúp các nước thực hiện các tiêu chuẩn
này.
Hội đồng thống đốc IAEA lần đầu tiên thông qua các biện pháp bảo vệ và an
toàn bức xạ vào tháng 3 năm 1960 dựa trên các khuyến cáo của ICRP. Các tiêu

chuẩn an toàn đầu tiên được Hội đồng thống đốc IAEA duyệt y năm 1962 và được
xuất bản trong bộ sách về an toàn (Safety Series No.9). Bản hiệu chỉnh lần đầu được
xuất bản năm 1967 và bản hiệu chỉnh lần thứ hai xuất bản năm 1982.
Năm 1990 Ủy ban hỗn hợp giữa các Tổ chức Quốc tế về An toàn Bức xạ
IACRS (Inter- Agency Committee on Radiation Safety) được thành lập để trao đổi ý
kiến và hợp tác về các vấn đề liên quan đến an toàn bức xạ và hạt nhân. Trong
khuôn khổ của hệ thống này, các tổ chức bảo trợ IAEA, FAO, ILO, OECD/NEA,
WHO và Tổ chức Y tế Pan của Mỹ viết tắt là PAHO (Pan American Health
Organization) đã lập ra một ban thư ký hỗn hợp để biên soạn tiêu chuẩn quốc tế cơ
bản về bảo vệ đối với bức xạ ion hóa và an toàn đối với các nguồn bức xạ. Các tiêu

12


chuẩn đó được thể hiện trong ấn phẩm “Tiêu chuẩn an toàn quốc tế cơ bản về bảo
vệ bức xạ ion hóa và an tồn đối với nguồn bức xạ” xuất bản trong bộ sách Safety
Series No.115 năm 1996, gọi tắt là BSS (Basic Safety Standards).
Các tiêu chuẩn này có hiệu lực đối với các tổ chức đồng bảo trợ IAEA, FAO,
ILO, OECD/NEA, PAHO và WHO và không bắt buộc các quốc gia coi là luật định
đối với quốc gia mình và cũng khơng thay thế cho các điều khoản của luật hay quy
phạm quốc gia. Chúng chỉ được xem là những điều hướng dẫn thực tế đối với các
nhà chức trách, các tổ chức, các chủ cơ sở, các nhân viên, các cơ quan an toàn bức
xạ chuyên trách, cở sở xí nghiệp và các hội đồng về an toàn và y tế.
1.2.4. Giới hạn liều
Giới hạn liều là giá trị liều cực đại cho phép đối với một người bị chiếu xạ
trong một khoảng thời gian nào đó. Giới hạn liều được xác lập trên cơ sở xem xét
các hiệu ứng sinh học đối với cơ thể người là hiệu ứng tất nhiên và hiệu ứng ngẫu
nhiên. Hiệu ứng tất nhiên là hiệu ứng có ngưỡng, nên giới hạn liều phải thấp hơn
các ngưỡng này sao cho các hiệu ứng tất nhiên phải được loại trừ. Các hiệu ứng
ngẫu nhiên là hiệu ứng khơng có ngưỡng (hiệu ứng ngưỡng không). Không thể hạ

thấp giới hạn liều để loại trừ hiệu ứng ngẫu nhiên mà chỉ đặt càng thấp càng tốt để
tránh các hiệu ứng tất nhiên và hạn chế các hiệu ứng ngẫu nhiên. Các giới hạn liều
chiếu được chia thành 2 loại là giới hạn liều chiếu xạ nghề nghiệp và giới hạn liều
cho dân chúng.
Chiếu xạ nghề nghiệp là mọi sự chiếu xạ đối với nhân viên bức xạ xảy ra
trong công việc của họ, không tính đến những chiếu xạ được miễn trừ và sự chiếu
xạ từ những công việc bức xạ hoặc nguồn được miễn trừ. Giới hạn liều đối với
chiếu xạ nghề nghiệp được áp dụng cho chiếu xạ từ các công việc bức xạ, loại trừ
các chiếu xạ y tế, chiếu xạ tiềm tàng và chiếu xạ từ các nguồn phóng xạ tự nhiên.
Đối với nhân viên bức xạ, ICRP khuyến cáo rằng liều hiệu dụng tổng cộng mà họ
nhận được và phân bố đều trong suốt đời làm việc 50 năm của mình khơng nên vượt
q 1 Sv. Tức liều cho mỗi năm đối với nhân viên bức xạ là 20 mSv trong khi mỗi
13