LUẬN văn sư PHẠM vật lý AN TOÀN bức xạ ION hóa TRONG LĨNH vực y tế

z


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
------o0o------

AN TOÀN BỨC XẠ ION HÓA TRONG LĨNH
VỰC Y TẾ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Ngành : SP VẬT LÝ CÔNG NGHỆ K34

Giáo viên hướng dẫn:

Hoàng Xuân Dinh

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thanh Nhân
Lớp: SP Vật lý công nghệ K34
Khóa: 34
MSSV: 1087067

Cần Thơ - 2012


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

MỤC LỤC

CHƢƠNG I : BỨC XẠ ION HÓA.....................................................................................1
I. Bức xạ ion hóa khái niệm cơ bản......................................................................................1
1.1. Khái niệm bức xạ ion hóa...................................................................................1
1.2. Các đại lƣợng và đơn vị đo.................................................................................1
1.3. Các loại bức xạ ion hóa.......................................................................................2
II. Nguồn gốc của các loại bức xạ........................................................................................4
2.1. Nguồn bức xạ có nguồn gốc tự nhiên.................................................................4
2.2. Bức xạ từ nguồn nhân tạo...................................................................................7
CHƢƠNG II : TƢƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ ĐỐI VỚI CÁC VẬT CHẤT.....................10
I. khái niệm sự ion hóa......................................................................................................10
II. Sự ion hóa trực tiếp và gián tiếp....................................................................................10
III. Tƣơng tác của hạt Alpha với vật chất...........................................................................11
IV. Tƣơng tác Beta.............................................................................................................11
V. Tƣơng tác của tia Gamma và tia X................................................................................13
VI. Tƣơng tác của neutron..................................................................................................18
CHƢƠNG III : CÁC HIỆU ỨNG SINH HỌC CỦA BỨC XẠ.........................................21
I. Cơ thể con ngƣời.............................................................................................................21
II. Các hiệu ứng bức xạ ở mức phân tử..............................................................................21
2.1. Tia bức xạ kích thích và ion hóa các nguyên tử và phân tử vật chất................21
2.2. Tác dụng trực tiếp của bức xạ...........................................................................22
2.3. Tác dụng gián tiếp của bức xạ..........................................................................23
III. Các hiệu ứng bức xạ ở mức tế bào...............................................................................23
3.1 . Cấu tạo tế bào....................................................................................................23
3.2 . Sự phân chia tế bào...........................................................................................24
3.3 . Sự tổn thƣơng tế bào và việc sửa chữa..............................................................24
3.4 . Chết tế bào.........................................................................................................25
IV. Các hiệu ứng bức xạ ở mức cơ thể...............................................................................25

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

i

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

4.1. Phân loại các hiệu ứng bức xạ ở mức cơ thể...................................................25
4.1.1. Các hiệu ứng soma và di truyền........................................................25
4.1.2. Các hiệu ứng sớm và muộn................................................................26
4.1.3. Các hiệu ứng tất nhiên và ngẫu nhiên...............................................26
4.2. Hiệu ứng tất nhiên...........................................................................................27
4.2.1. Hệ thống tạo máu..............................................................................27
4.2.2. Cơ quan sinh dục...............................................................................27
4.2.3. Da.......................................................................................................27
4.2.4. Mắt......................................................................................................27
4.2.5. Đườn ruột...........................................................................................28
4.2.6. Hệ thần kinh trung ương....................................................................28
4.2.7. Thai nhi..............................................................................................28
4.2.8. Giảm tuổi thọ.....................................................................................29
4.3. Các hiệu ứng ngẫu nhiên.................................................................................29
4.3.1. Bệnh ung thư.......................................................................................29
4.3.2. Hiệu ứng di truyền (genetic effect).....................................................29
4.4. Các quan hệ hiệu ứng – liều đối với liều thấp..................................................30
CHƢƠNG IV: KHÁI QUÁT CÁC DỤNG CỤ ĐO LƢỜNG BỨC XẠ VÀ CÁC TIÊU
CHUẨN AN TOÀN BỨC XẠ.......................................................................................... 31
I. Các cơ chế ghi đo bức xạ...............................................................................................31
II. Các dụng cụ đo lƣờng bức xạ.........................................................................................31

2.1. Detector chứa khí..............................................................................................31
2.1.1. Đầu dò buồng ion hóa.......................................................................32
2.1.2. Ống đếm tỷ lệ.....................................................................................34
2.1.3. Ống đếm Geiger Muller.......................................................................34
2.2. Detector nhấp nháy...........................................................................................36
2.3. Detector bán dẫn...............................................................................................38
2.3.1. Detector bán dẫn hàng rào mặt.........................................................38
2.3.2. Detector gamma bán dẫn siêu tinh khiết HPGe................................38
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

ii

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

2.3.3. Detector Silic pha Li..........................................................................38
2.4 . Detector nơtron................................................................................................39
2.4.1.Nguyên tắc hoạt động..........................................................................39
2.4.2.Các loại đầu dò nơtron........................................................................39
CHƢƠNG V: BẢO VỆ ĐỐI VỚI CÁC NGUY HIỂM CHIẾU NGOÀI..........................41
I. Các mối nguy hiểm bức xạ chiếu ngoài.........................................................................42
CHƢƠNG VI: CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN BỨC XẠ ION HÓA TRONG Y Tế.........49
I. Các nguyên nhân cơ bản................................................................................................49
II. Bảo vệ an toàn đối với các nguồn kín............................................................................50
2.1.

Chụp X-quang chuẩn đoán...........................................................................50

2.2.

Soi huỳnh quang chuẩn đoán........................................................................51

2.3.

Chụp cắt lớp truyền qua...............................................................................53

2.4.

Xạ trị.............................................................................................................53

III. Bảo vệ an toàn đối với các nguồn phóng xạ hở............................................................55
3.1 . Nguyên tắc chung..............................................................................................55
3.2 Xét nghiệm chuẩn đoán bằng đồng vị phóng xạ.................................................56
3.3 . Điều trị bằng đồng vị phóng xạ.........................................................................57
CHƢƠNG VII: QUẢN LÝ AN TOÀN VẬN CHUYỂN CHUYỂN CHẤT PHÓNG
XẠ......................................................................................................................................58
I . Vận chuyển an toàn chất phóng xạ.................................................................................58
1.1 Các nguyên tắc chung.........................................................................................58
1.2 Các quy định chung............................................................................................58
1.3 Cách ly chất phóng xạ.........................................................................................59
1.3.1 Trường hợp sự cố...................................................................................59
1.3.2 Bảo đảm chất lượng...............................................................................59
1.3.3 Bảo đảm sự tuân thủ.... ..........................................................................60
II. Quản lý chất thải phóng xạ........ ...................................................................................60
III. Phân loại các chất thải phóng xạ. ................................................................................62
3.1 Phân loại theo dạng chất thải..... .........................................................................62

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

iii

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

3.2 Phân loại theo thời gian bán rã.... .......................................................................62
3.3 Phân loại theo hoạt độ phóng xạ, công suất nhiệt và suất liều bề mặt................63
3.3.1. Chất thải mức thấp LLW...................................................................63
3.3.2. Chất thải mức trung gian ILW...........................................................63
3.3.3. Chất thải mức cao HLW....................................................................63
3.4 Xử lý các chất thải phóng xạ rắn........................................................................64
3.4.1. Các phương pháp xử lý chất thải phóng xạ rắn..................................64
3.4.2. Xử lý các nguồn phóng xạ thôi sử dụng..............................................64
3.5 Xử lý các chất thải phóng xạ lỏng....................................................................65
3.5.1. Các chất thải lỏng mức cao.................................................................65
3.5.2. Các chất thải lỏng mức thấp và trung bình..........................................66
3.6 Xử lý chất thải phóng xạ khí............................................................................68
Tài liệu tham khảo.............................................................................................................69

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

iv

Bộ môn Vật Lý

Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

v

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Nhận xét của giáo viên phản biện
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
............................................................................................................................
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

vi

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

PHẦN I

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1.1. Hoàn cảnh thực tế
Bức xạ ion hóa là một công cụ mạnh trong lĩnh vực y tế, nó vừa là phƣơng tiện trợ
giúp chuẩn đoán, vừa là phƣơng thức điều trị. Ứng dụng thông dụng nhất là chụp Xquang chẩn đoán đối với nhiều loại bệnh. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích to lớn, việc
ứng dụng năng lƣợng nguyên tử cũng tiềm ẩn rất nhiều rủi ro nếu không làm tốt công
tác kiểm soát, bảo đảm an toàn. Một kỹ thuật đƣợc phát triển trong những năm gần đây
và có tầm quan trọng lớn trong chẩn đoán y tế là chụp cắt lớp trợ giúp bằng máy tính (
computer tomography), hay thƣờng đƣợc gọi tắt là CT hoặc scanning hay chụp vi tính
cắt lớp. Dù cho chúng ta luôn có những cách bảo vệ an toàn nhất khi sử dụng các

phƣơng pháp điều trị thì ảnh hƣởng của bức xạ ion hóa vẫn tồn tại một cách trực tiếp
gây nguy hiểm lập tức hoặc về lâu dài cho các thế hệ sau. Bởi nguồn phóng xạ phát bức
xạ ion hóa - một loại bức xạ không màu, không mùi, không vị nhƣng có thuộc tính cơ
bản là đâm xuyên và ion hóa vật chất. Chính vì những tính chất nhƣ vậy nên ta không
nhận thấy đƣợc sự nguy hiểm đằng sau đó, việc kiểm soát và định hƣớng các cơ sở có
thiết bị sử dụng năng lƣợng bức xạ hạt nhân đảm bảo an toàn là một việc làm rất quan
trọng. Từ khi nhận thức đƣợc sự nguy hiểm vô hình của bức xạ ion hóa trong y tế em đã
rất lo lắng mỗi khi có ngƣời thân hoặc bạn bè cần phải điều trị bằng các công cụ bức xạ
nguy hiểm đó, và cuối cùng em quyết định hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài
“ An toàn bức xạ ion hóa trong y tế ” với sự hƣớng dẫn của thầy Hoàng Xuân Dinh
1.2. Mục đích đề tài
Đề tài này tập trung nghiêng cứu về bức xạ hạt nhân, an toàn bức xạ hạt nhân
trong lĩnh vực y tế và những vấn đề có liên quan. Từ đó có thể giúp hạ n chế đến mức
thấp nhất ảnh hƣởng không tốt của bức xạ hạt nhân, góp phần nâng cao chất lƣợng
khám và điều trị bệnh bằng bức xạ hạt nhân.
1.3. Giới hạn của đề tài

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

1

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiêng cứu những cơ sở lý thuyết “An toàn bức xạ ion
hóa trong y tế” thông qua tài liệu, không đi sâu vào điều tra thực tế.

2. GIẢ THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
-

Sinh viên ngành Sƣ phạm Vật Lý có thêm nhiều kiến thức về bức xạ hạt nhân, an

toàn bức xạ hạt nhân để giảng dạy tốt hơn.
-

Ngành y học hạt nhân nƣớc ta sẽ phát triển an toàn, hiệu quả, đáp ứng nhu cầu

ngày càng nhiều về khám chữa bệnh bằng bức xạ hạt nhân nếu đa số ngƣời dân đến
khám và chữa bệnh đƣợc phổ biến tốt về sự tác hại và nguy hiểm của bức xạ ion hóa, từ
đó có biện pháp phòng tránh thích hợp
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết thông qua tài liệu, giáo trình, sách và một số trang web có
liên quan.
4. CÁC BƢỚC NGHIÊN CỨU
-

Tìm và sƣu tầm tài liệu có liên quan

-

Trao đổi nội dung và nhận xét

-

Lập đề cƣơng nghiên cứu

-

Viết bản thảo

-

Thông qua sự nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn, điều chỉnh lại, hoàn thành và
nộp bài viết.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

2

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Chƣơng I

BỨC XẠ ION HÓA
I. BỨC XẠ ION HÓA KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Khái niệm bức xạ ion hóa
Lần đầu tiên con ngƣời ý thức đƣợc rằng mình bị vây quanh bởi những bức xạ vô
hình, đó là vào năm 1895 khi Wihelm Roentgen phát hiện ra rằng một tấm phim ảnh có
thể bị làm đen bởi một bức xạ vô hình có thể đâm xuyên qua vật chất. Nó đƣợc gọi là tia
X
Trong những năm đầu của thế kỷ 20, ngƣời ta phát hiện ra rằng một vài chất có
trong tự nhiên bị biến đổi tự phát về cấu trúc của chúng để trở nên bền hơn. Quá trình đó

đƣợc gọi là phân rã phóng xạ. Các quá trình phân rã phóng xạ dẫn đến sự phát xạ của các
hạt tích điện và các tia. Hầu hết sự phát xạ là phát ra các hạt alpha, hạt beta, các hạt tích
điện nặng và tia gamma. Các phát xạ khác có thể là positron, tia X và rất hiếm trƣờng hợp
phát ra neutron. Các hạt và các tia đƣợc phát ra từ sự phân rã phóng xạ hoặc từ các thiết bị
phát bức xạ (nhƣ máy phát tia X, máy gia tốc) có đủ năng lƣợng để bức các điện tử từ môi
trƣờng vật chất mà chúng đi qua, chúng đƣợc xếp loại là bức xạ ion hóa (tia phóng xạ)
Bức xạ ion hóa đƣợc định nghĩa là một hạt hoặc một tia bất kỳ có đủ năng lƣợng
để bứt các điện tử khỏi các nguyên tử, phân tử hoặc ion và gây ra sự ion hóa môi trƣờng
vật chất mà nó đi qua. (Cần phân biệt bức xạ ion hóa và bức xạ không ion hóa nhƣ: tia
cực tím, tia hồng ngoại, sóng điện từ siêu cao tần…)
Mặc dù nguồn bức xa ion hóa chủ yếu là từ sự phân rã phóng xạ của các hạt nhân
phóng xạ, còn có các nguồn khác nhƣ các thiết bị phát bức xạ.Ta cũng chú ý rằng các bức
xạ ion hóa từ nguồn bất kỳ có thể tƣơng tác với các tế bào sinh học gây ra sự sai hỏng các
tế bào và các cơ quan của cơ thể ngƣời.
1.2. Các đại lƣợng và đơn vị đo
Năng lƣợng của bức xạ ion hóa đƣợc đo bằng đơn vị electronvolts (eV) nó là đơn
vị rất nhỏ của năng lƣợng, thậm chí trong giới hạn nguyên tử. Một electronvolts là năng
lƣợng thu đƣợc bởi một điện tử khi gia tốc qua hiệu điện thế một volt và một cách toán
học bằng 1,6×10-19 joules. Trong thực tế, đơn vị của năng lƣợng bức xạ ion hóa thƣờng
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

1

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

đƣợc biểu diễn dƣới dạng bội số của electronvolts nhƣ kiloelectronvolt ( 1KeV = 103 e V)
hoặc megaelectronvolt ( 1MeV = 106 eV).
1.3. Các loại bức xạ ion hóa
Bức xạ là sự phát năng lƣợng vào môi trƣờng dƣới dạng sóng điện từ hoặc hạt vi
mô
- Phân loại theo quan điểm bản chất vật lý:
 Bức xạ hạt : hạt vi mô α, β, n
 Bức xạ điện từ : γ, tia X
- Phân loại theo quan điểm nguồn gốc tạo ra bức xạ:
 Bức xạ tự nhiên (hiện tƣợng phóng xạ)
 Bức xạ nhân tạo
- Phân loại quan điểm tác động sinh học
 Bức xạ ion hóa
 Bức xạ không ion hóa
- Bức xạ ion hóa là các bức xạ gây ra sự ion hóa trong vật chất mà nó truyền qua. Bao
gồm:
 Các bức xạ dạng hạt, nhƣ hạt alpha, hạt beta, hạt neutron.
 Các bức xạ dạng sóng điện từ có năng lƣợng lớn hơn 12,4eV nhƣ tia X và tia
gamma.
PHÂN LOẠI BỨC XẠ
Sóng radio
Bức xạ không ion hóa

Sóng viba
Tia hồng ngoại
Bức xạ điện từ ( photon)

( E < 12.4eV)

Ánh sang nhìn thấy

Tia tử ngoại
Tia X
Tia Gamma

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

2

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Bức xạ ion hóa

Alpha
Bức xạ hạt

Beta
Neutron

Các bức xạ phổ biến nhất phát ra từ sự phân rã phóng xạ là các hạt bêta và các tia
gamma. Các phát xạ có thể khác bao gồm các hạt positron, tia-X, và rất hiếm là các hạt
neutron.
Các loại bức xạ ion hóa từ phân rã phóng xạ
-

Hạt alpha : Bao gồm hai proton và hai neutron liên kết chặt chẽ với nhau. Nó có thể

đƣợc coi là hạt nhân (2He4) có số khối nguyên tử là 4u và điện tích là +2e. Hạt alpha
đƣợc biểu diễn bằng ký hiệu α, tiếng Hilạp đó là chữ thƣờng của chữ „A‟. Các hat
alpha có khối lƣợng và điện tích lớn nên chúng chỉ có thể chạy trong không khí đƣợc
vài cm và chúng có khả năng ion hóa rất cao.

-

Hạt beta : Về cơ bản là điện tử mà nó đƣợc phóng ra từ nhân của các hạt nhân phóng
xạ. chúng đƣợc tạo ra khi một nơtron trong nhân đó chuyển thành một proton và một
điện tử. proton bị giữ lại trong hạt nhân còn điện tử thì đƣợc phát ra nhƣ một beta.
Giống nhƣ các điện tử, các hạt beta có khối lƣợng nhỏ (xấp xỉ 1/1840 u) và một điện
tích âm đơn lẻ (tức là một điện tích bằng -1e0). Chúng đƣợc kí hiệu: β, tiếng Hylạp là
chữ thƣờng của chữ „B‟

-

Tia gamma là bức xạ điện từ đƣợc tạo ra từ hạt nhân của một nguyên tử. Bức xạ điện
từ gồm các bó năng lƣợng còn gọi là các proton, chúng đƣợc truyền dƣới dạng sóng
với tốc độ ánh sáng. Tia gamma không có khối lƣợng và điện tích, nó đƣợc kí hiệu là
γ, tiếng hylạp đó là chữ thƣờng của chữ „G‟.

-

Hạt positron đƣợc tạo ra từ một proton đƣợc biến đổi thành một nơtron và một điện
tử dƣơng (positron). Nơtron ở lại trong hạt nhân còn positron đƣợc phát ra với tốc độ
lớn. Positron cũng giống nhƣ hạt beta về hầu khắp các khía cạnh nhƣng khác biệt
chính đó là positron có một điện tích dƣơng. Vì thế các positron đƣợc kí hiệu la β+ để
chỉ ra sự giống nhau và sự khác biệt của chúng đối với các hạt beta.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

3

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

-

Trường Đại học Cần Thơ

Tia X: giống nhƣ tia gamma, tia X cũng là bức xạ điện từ không có khối lƣợng và
điện tích. Tuy nhiên, tia X khác tia gamma ở chỗ tia gamma đƣợc tạo ra bởi sự biến
đổi trong hạt nhân của một nguyên tử trong khi đó tia X đƣợc tạo ra khi điện tử
nguyên tử bị thay đổi về quỹ đạo.

-

Hạt nơtron (đƣợc kí hiệu là n) là hạt đƣợc tìm thấy trong hạt nhân của một nguyên tử
với số khối là 1u và không có điện tích.
Tóm tắt các thuộc tính của mỗi loại bức xạ ion hóa
Loại bức xạ

khối lƣợng u*

ký hiệu

điện tích e#

Alpha

α

Beta

β

Gamma

γ

0

0

Nơtron

n

1

0

Positron

β+

1/1840

+1

X-ray

X

0

0

4
1/1840

+2
-1

* Trong đơn vị khối lƣợng nguyên tử
# Trong đơn vị điện tích điện tử

II. NGUỒN GỐC CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ
- Nguồn gốc bức xạ đối với con ngƣời
Con ngƣời có thể nhận một liều bức xạ từ các nguồn :
+ Có nguồn gốc tự nhiên. Nguồn tự nhiên tồn tại từ khi hình thành trái đất.
+ Có nguồn gốc nhân tạo. Nguồn nhân tạo là gây ra từ sự đóng góp bởi chiếu xạ y tế,
chiếu xạ nghề nghiệp và ảnh hƣởng môi trƣờng từ các hoat động liên quan đến nguồn
phóng xạ.
2.1. Nguồn bức xạ có nguồn gốc tự nhiên

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

4

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

- Hàng ngày chúng ta bị chiếu một lƣợng bức xạ từ môi trƣờng xung quanh ta. Có ba
nguồn chính là: Bức xạ vũ trụ đến từ bên ngoài trái
đất. bức xạ có nguồn gốc từ đất đá. bức xạ do
nhiễm xạ tự nhiên trong cơ thể.
 Bức xạ vũ trụ
Các bức xạ proton, alpha,… năng lƣợng cao rơi
vào khí quyển trái đất từ không gian bên ngoài gọi
là các tia vũ trụ. Tia vũ trụ có năng lƣợng cỡ từ
hàng chục mev đến 1020 eV hay cao hơn. Trong số
các đồng vị có nguồn gốc từ tia vũ trụ có đóng góp
đáng kể vào liều chiếu xạ trong, phải kể đến
3

H ,7 Be,14 C , và

24

phóng xạ gây bởi

Hình 1.1

Na . Trong số 4 đồng vị này thì
14

14

C có đóng góp lớn hơn cả. Hoạt độ

C có trong cơ thể ngƣời đƣợc đánh giá vào khoảng 50 Bq/g, tƣơng

ứng với liều hiệu dụng là 12μSv/năm. Bức xạ vũ trụ đƣợc chia làm hai loại:
 Bức xạ vũ trụ từ thiên hà
Chúng đƣợc sinh ra từ các vật thể vũ trụ rất xa trái đất, thành phần bao gồm 92,5%
là các hạt proton năng lƣợng cao và khoảng 7% là các hạt alpha và các hạt ion nặng hơn,
phần còn lại là các electron, photon, neutrino.
 Bức xạ vũ trụ từ mặt trời
Chúng đƣợc sinh ra từ các vụ nổ trong mặt trời và thay đổi theo chu kỳ hoạt động
của mặt trời. Chúng tƣơng tác với hạt nhân nguyên tử không khí và tạo ra những tia bức
xạ thứ cấp bao gồm electron, gamma, proton, neutron, mezon,… với năng lƣợng tƣơng
đối thấp, vào khoảng  400 MeV và có cƣờng độ rất lớn  106 – 107 hạt/cm2.s. Cũng có
nhƣng trƣờng hợp đặc biệt, chúng có năng lƣợng một vài GeV. Con ngƣời chủ yếu bị
chiếu xạ bởi những tia bức xạ thứ cấp.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

5

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

 Các bức xạ trong vỏ trái đất
 Bức xạ từ mặt đất
Các nhân phóng xạ trong vỏ trái
đất gồm các họ phóng xạ Uranium,
Thorium và các hạt nhân phóng xạ
nhẹ khác nhƣ K40, Rb87,… chiếu xạ
này trung bình khoảng 0,45 mSv/năm,
tuy nhiên có thể đạt đến 1,8 mSv/năm
và nhiều nơi trên trái đất lên tới 16
mSv/năm (bang Nimasgerais ở Brazil,
bang Kerela ở Ấn Độ).
 Bức xạ từ không khí
Do khí phóng xạ bốc lên từ vỏ trái

Hình 1.2

đất (chủ yếu là khí radon). Chiếu xạ gây nên bởi nguyên nhân này là tƣơng đối yếu, trung
bình 0,05 mSv/năm.
Radon-222

( 222 Rn )

và

các

sản

phẩm

phân

rã

sống

ngắn

của

nó

( 218 Po,214 Pb,214 Bi,214 Po ) xâm nhập vào cơ thể ngƣời qua đƣờng hô hấp. Trong không khí
gần mặt đất, lƣợng

222

3

Rn thay đổi trong khoảng từ 0,1 đến 10 Bq/m (trung bình là 3

Bq/m3). Chu kỳ bán rã của

222

Rn là 3,8 ngày.

 Bức xạ trong các vật liệu xây dựng
Đó là các bức xạ của Uranium, Thorium và Potassium có chứa trong các vật liệu
nhƣ: cát sỏi, xi măng, bê tông, tƣờng khô, gỗ, gạch nung…
Radon thoát ra từ đất và các vật liệu xây dựng, do đó lƣợng radon trong các phòng
kín lớn hơn rất nhiều so với ở ngoài trời.
Trên phạm vi toàn cầu, trong quy mô của từng nƣớc, ngƣời ta đã nghiên cứu xác
định lƣợng radon trong các nhà ở:
Ở châu Âu trung bình từ 20 đến 50 Bq/m3; ở mỹ trung bình là 55 Bq/m3 nhƣng trong
khoảng 1-3% các nhà một căn hộ riêng, tức là khoảng hàng triệu nhà, lƣợng radon lên tới

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

6

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

300 Bq/m3. Ở Việt Nam, chƣa có đầy đủ số liệu thống kê, tuy nhiên kết quả của một số
nghiên cứu cho thấy: lƣợng radon trong nhà ở khu vực Hà Nội vào khoảng 30 Bq/m3, ở
miền núi thƣờng lớn hơn vài lần.
Lƣợng radon trong nhà ở phụ thuộc vào vùng địa lý, tuỳ thuộc vào mùa trong năm
và các yếu tố địa lý, khí hậu... Trong một nhà: tầng thấp có lƣợng radon nhiều hơn tầng
cao, trong phòng thoáng, lƣợng radon ít hơn so với trong phòng kín.
 Bức xạ từ nƣớc và thức ăn
Nƣớc có chứa K40 và các nguyên tố phóng xạ khác gây chiếu xạ lên cơ thể trung
bình đạt tới 0,25 mSv/năm.

Các bức xạ tự nhiên này chiếu xạ lên cơ thể con ngƣời theo hai cách: chiếu xạ trong
do ăn uống, hít phải và chiếu xạ ngoài.
Liều chiếu xạ do bức xạ tự nhiên trung bình lên ngƣời ở vùng “bình thƣờng” đƣợc
cho trong bảng.
Bảng 1: Liều lượng con người nhận do bức xạ tự nhiên
Nguồn

Liều bức xạ tự nhiên trung bình mỗi
ngƣời nhận đƣợc trong một năm

Từ đất

0,48 mSv

Từ vũ trụ

0,38 mSv

Từ thức ăn

0,24 mSv

Từ không khí

1,30 mSv

Tổng cộng

2,40 mSv

Nguồn bức xạ tự nhiên:
Radon 55%
Nhiễm xạ tự nhiên trong cơ thể 11%
Có nguồn gốc từ đất đá 8%
Tia vũ trụ 8%
Tổng cộng 82% (do nguồn nhân tạo là 18%)

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

7

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

2.2

Trường Đại học Cần Thơ

. Bức xạ từ nguồn nhân tạo
Mặt dù tất cả các sinh vật là luôn bị chiếu xạ bởi các bức xạ có nguồn gốc tự nhiên,

có hai nhóm ngƣời riêng biệt còn bị chiếu xạ bởi các nguồn bức xạ có nguồn gốc nhân
tạo. Hai nhóm ngƣời này là


Dân chúng



Các cá nhân bị chiếu xạ nghề nghiệp

Dân chúng


Các nguồn bức xạ có nguồn gốc nhân tạo gây ra sự chiếu xạ dân chúng ngoài các

nguồn có nguồn gốc tự nhiên là:
Thuốc lá
Máy truyền hình
Chuẩn đoán điều trị y tế: máy Xquang y tế, y học hạt nhân, xạ trị
Máy báo khói, báo cháy
Vật liệu xây dựng bị nhiễm phóng xạ
Các hoạt động ứng dụng hạt nhân
Môi trƣờng bị nhiễm bẩn phóng xạ
Bức xạ đối với dân chúng từ nguồn nhân tạo


Các nguồn bức xạ nhân tạo:



Tia X trong y tế 10%



Y học hạt nhân 4%



Các sản phẩm tiêu dùng 3%



Các nguồn khác <0,1%
Các nguồn khác bao gồm:



Do bụi lắng từ các ứng dụng hạt

nhân <0,3%


Chu trình nhiên liệu hạt nhân 0,1%



Các loại khác 0,1%
Tổng cộng 18%

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

Hình 1.3

8

Bộ môn Vật Lý

Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

 Các cá nhân bị chiếu xạ nghề nghiệp khi làm việc trong các lĩnh vực sau:


ứng dụng y tế: X quang, YHHN, xạ trị



Ứng dụng công nghiệp: chụp ảnh không
phá hủy, thăm dò địa chất, chiếu xạ thực phẩm…



Nhà máy điện nguyên tử, lò phản ứng hạt
nhân



Sản xuất đồng vị phóng xạ



Khai thác quặng phóng xạ



Nghiên cứu, giảng dạy
Liều bức xạ tác động lên con ngƣời
Tia vũ trụ

PX tự nhiên

Đất đá
Dân chúng

Nhiễm xạ trong cơ thể
Chăm sóc y tế

NVBX

Liều do
nghề
nghiệp

Đồ dùng
PX nhân tạo

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

Các ứng dụng

9

Bộ môn Vật Lý

Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

CHƢƠNG II

TƢƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ ĐỐI VỚI CÁC VẬT CHẤT
I. KHÁI NIỆM SỰ ION HÓA
Sự ion hóa đƣợc định nghĩa nhƣ sau: khi một hạt hoặc một tia bất kì có đủ năng
lƣợng để bứt các điện tử từ các nguyên tử hoặc các phân tử. Tuy nhiên, để hiểu một cách
đầy đủ sự tƣơng tác của bức xạ ion hóa với vật chất thì phải hiểu quá trình ion hóa của
chính nó.
Nhƣ đã biết về cấu trúc của vật chất, nguyên tử gồm có một hạt nhân chứa các hạt
tích điện mang điện dƣơng (proton) và các hạt không mang điện tích (neutron) các hạt này
còn đƣợc gọi là các nucleon. Các hạt tích điện âm (điên tử) chuyển động theo quỹ dao
xung quanh hạt nhân. Một nguyên tử không mang điện có số điện tích âm bằng số điện
tích dƣơng và do đó số proton bằng số điện tử. Khi bức xạ ion hóa tƣơng tác với các
nguyên tử thì nó có thể cho các điện tử quỹ đạo nhận thêm năng lƣợng. Năng lƣợng thêm
này cho phép một số điện tử có đủ năng lƣợng thắng đƣợc sức hút của hạt nhân trở thành
tự do và rời khỏi nguyên tử. Khi các điện tử rời khỏi nguyên tử thì tại thời điểm đó số
điện tử tích điện âm trong nguyên tử nhỏ hơn so với các proton tích điện dƣơng, nguyên
tử này khi đó thừa một điện tích dƣơng, và đƣợc xem nhƣ là một ion dƣơng. Điện tử rời
khỏi nguyên tử đƣợc xem nhƣ là một ion âm và các ion tích điện trái dấu nhau này đƣợc
gọi là một cặp ion. Quá trình tạo thành các ion đƣợc gọi là sự ion hóa, và loại bức xạ gây
ra quá trình này đƣợc gọi là bức xạ ion hóa

II. SỰ ION HÓA TRỰC TIẾP VÀ GIÁN TIẾP
Bất kì sự ion hóa nào mang điện tích thì đều có khả năng tác dụng lên các điện tử
quĩ đạo của các nguyên tử trong vật chất mà nó đi qua. Ví dụ, các hạt alpha mang điện
tích dƣơng có khả năng hút các điện tử tích điện âm ở xung quanh hạt nhân để tạo thành

các nguyên tử helium. Trong trƣờng hợp của các hạt beta thì lực tác dụng lên các điện tử
quỹ đạo có thể đủ lớn để đẩy chúng ra khỏi nguyên tử. Trong các trƣờng hợp trên, các
điện tử bị bứt khỏi nguyên tử bởi tác động trực tiếp của lực Coulomb. Vì vậy, với bất kì

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

10

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

loại bức xạ ion hóa nào mà mang điện (nhƣ các hạt alpha hoặc beta) đƣợc xem nhƣ là bức
xạ ion hóa trực tiếp.
Các loại bức xạ mà không mang điện, nhƣ các tia X, tia gamma và các neutron thì
chúng đƣợc xem là bức xạ ion hóa gián tiếp. Bức xạ ion hóa gián tiếp gây ion hóa môi
trƣờng thông qua các hạt tích điên đƣợc tạo ra do tƣơng tác của chúng với môi trƣờng vật
chất.
Sự kích thích:
Khi bức xạ tƣơng tác với một nguyên tử, năng lƣợng của nó có thể truyền cho
nguyên tử là không đủ để gây ra sự ion hóa. Một điện tử ở lớp trong của một nguyên tử có
thể nhận đủ năng lƣợng để cho phép nó dịch chuyển đến một trạng thái kích thích ở một
mức năng lƣợng cao hơn nhƣng không đủ năng lƣợng để rời khỏi nguyên tử. Trong
trƣờng hợp này sự kích thích đã xảy ra. Năng lƣợng đƣợc tăng lên bởi chất hấp thụ
nguyên tử sẽ bị phát lạ thành bức xạ điện từ khi điện tử quay trở lại mức năng lƣợng ban
đầu của nó.

III. TƢƠNG TÁC CỦA HẠT ALPHA VỚI VẬT CHẤT
So sánh với các hạt khác thì hạt alpha có khối lƣợng và điện tích khá lớn; bao gồm
bốn nucleon trong đó có hai diện tích dƣơng. Khi các hạt alpha dịch chuyển qua các chất
hấp thụ chúng sử dụng các lực điện tác dụng lên các điện tử quỹ đạo của chất hấp thụ.
Các điện tử quỹ đạo này sẽ đƣợc đẩy lên các lớp vỏ có mức năng lƣợng cao hơn hoặc bị
bức khỏi nguyên tử, do đó tạo thành các cặp ion. Một hạt alpha có thể truyền một lƣợng
lớn năng lƣợng cho chất hấp thụ trên một khoảng cách ngắn và tạo ra một số lƣợng lớn
các cặp ion . Ví dụ một hạt alpha có năng lƣợng 3,5MeV sẽ dịch chuyển xấp xỉ 20mm và
tạo ra một trăm nghìn cặp ion trong không khí. Với giá trị năng lƣợng nhƣ vậy hạt alpha
sẽ dịch chuyển một khoảng xấp xỉ 0,03mm (hoặc 30µm) trong mô. Các hạt alpha có độ
đâm xuyên yếu nhất so với các loại bức xạ. Quãng chạy của hạt alpha là rất quang trọng
khi chúng ta khảo sát mức độ nguy hiểm của các hạt alpha ở bên trong và bên ngoài cở
thể con ngƣời.

IV. TƢƠNG TÁC BETA
4.1. Sự ion hóa trực tiếp
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

11

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

So sánh với các hạt alpha thì các hạt beta là rất nhỏ. Chúng có một điện tích âm và
khối lƣợng hầu nhƣ không đáng kể. trong thực tế, chúng giống hệt với các điện tử quỹ đạo
của chất hấp thụ nguyên tử và chính sự tƣơng tự về điện tích của chúng có thể gây ra sự

ion hóa trực tiếp bằng cách đẩy các điện tử quỹ đạo ra khỏi nguyên tử
Các hạt beta ít gây sự ion hóa hơn so với các hạt alpha dọc quãng đƣờng đi của nó
và do vậy nó sẽ dịch chuyển quãng đƣờng xa hơn so với một hạt alpha có cùng năng
lƣợng. Vì vậy, một hạt beta có năng lƣợng 3,5MeV sẽ dịch chuyển xấp xỉ 11m trong
không khí và 17mm trong mô (một hạt beta có năng lƣợng 0,157 MeV đƣợc phát ra từ
carton-14 chỉ dịch chuyển 300mm trong không khí và 0,8 trong mô)
4.2. Quá trình hãm
Một vài hạt beta, đặt biệt đối với các hạt có năng lƣợng cao có thể dịch chuyển sát
tới hạt nhân tích điện dƣơng của nguyên tử chất hấp thụ. Các hạt này sẽ phải chịu một lực
hút làm lệch phƣơng chuyển đông của chúng, sự mất năng lƣợng diễn ra bằng cách phát
ra tia X (bức xạ hãm). Loại bức xạ này gọi là bremsstrahlung, tiếng Đức có nghĩa là “bức
xạ hãm”.

Hình 2.1
Sự tạo ra bức xạ hãm nhƣ là một sản phẩm của tƣơng tác các hạt beta với vật chất,
nó có ảnh hƣởng rất lớn tới an toàn bức xạ. Các tia X đó có thể dịch chuyển qua một
lƣợng lớn vật chất. Điều này có nghĩa là bức xạ hãm đƣợc tạo ra trong suốt thời gian hấp
thụ bức xạ beta có thể gây ra nhiều vấn đề an toàn hơn bức xạ beta ban đầu. Để hạn chế
lƣợng bức xạ hãm đƣợc tạo ra, chúng ta cần hiểu sự tạo ra chúng một cách chi tiết hơn.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

12

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

- Thứ nhất, hạt nhân nặng hơn thì có nhiều hiệu ứng xảy ra hơn so với hạt nhân nhẹ với
sự tạo ra bức xạ hãm. Điều này xảy ra vì lực tác dụng lên một hạt beta từ nhân tích điện
dƣơng của hạt nhân nặng là lớn hơn nhiều, vì vậy, sự lệch phƣơng chuyển động của hạt
beta cũng lớn hơn nhiều
- Thứ hai, trong suốt thời gian tạo ra bức xạ hãm thì toàn bộ động năng của hạt beta có
thể bị biến đổi thành bức xạ tia X nhƣng thừng chỉ có một phần năng lƣợng này bị biến
đổi. Trong thực tế, phần năng lƣợng beta tới bị biến đổi thành các tia X là tỉ lệ trực tiếp cả
với năng lƣợng cực đại của các hạt beta và nguyên tử số của chất hấp thụ. Mối liên quan
này thể hiện ở phƣơng trình
F = 3,3 × 10-4 Z Emax (1)
Trong đó
F : là phần năng lƣợng beta tới biến đổi thành tia X
Z : là nguyên tử số của chất hấp thụ
Emax : là năng lƣợng cực đại của hạt beta ( đo bằng MeV )
- Từ phƣơng trình này, dễ dàng thấy rằng tƣơng tác với các vật liệu có Z thấp ( nhƣ
nƣớc, perspex hoặc nhôm ) tạo bức xạ hãm ít hơn, nhƣng ngƣợc lại vật liệu có Z lớn ( nhƣ
chì ) thì tạo ra bức xạ hãm nhiều hơn. Một ví dụ của trƣờng hợp này là khi bức xạ beta từ
hạt nhân phosphor-32 ( Emax = 1,7MeV) đi qua chì hoặc Perspex. Trong trƣờng hợp chì
(Z = 82) thì xấp xỉ 5% năng lƣợng của nó đƣợc biến đổi thành tia X. Tuy nhiên, nếu chất
hấp thụ là Perspex (Z=7) thì năng lƣợng biến đổi thành tia X nhỏ hơn 0,5%.

V. TƢƠNG TÁC CỦA TIA GAMMA VÀ TIA X
Cách thức mà các tia gamma và tia X tƣơng tác với chất mà chúng đi qua khác so
với bức xạ Alpha và beta. Các hạt alpha và beta có quãng chạy xác định và chúng mất
năng lƣợng liên tục cho đến khi toàn bộ năng lƣợng của chúng truyền cho chất hấp thụ.
Nói cách khác các tia gamma và tia X dịch chuyển một khoảng cách dài giữa các tƣơng
tác và năng lƣợng của chúng không thể bị hấp thụ một cách liên tục. Có ba quá trình mà
các tia gamma và tia X tƣơng tác với vật chất:
o Hiệu ứng quang điện

o Quá trình tán xạ Compton
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

13

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

o Quá trình tạo cặp
Quá trình tạo ra những sự kiện ion hóa đầu tiên trong chất hấp thụ đƣợc gọi là sự ion
hóa sơ cấp. Các điện tử đƣợc tạo ra trong quá trình ion hóa sơ cấp tiếp tục gây ion hóa các
nguyên tử khác trong chất hấp thụ. Quá trình này đƣợc gọi là ion hóa thứ cấp. Một sự kiện
ion hóa sơ cấp đơn lẻ có thể gây ra rất nhiều sự kiện ion hóa thứ cấp và kích thích. Các
tƣơng tác thứ cấp này sẽ truyền hầu hết năng lƣợng cho môi trƣờng hấp thụ, và xu hƣớng
xãy ra điều này trong mô của cơ thể sẽ xác định các sai hỏng tiềm tang trong mô của cơ
thể
5.1. Hiệu ứng quang điện
Một photon năng lƣợng đối thấp (nhỏ hơn 1MeV) có thể truyền toàn bộ năng
lƣợng của nó cho một điện tử liên kết ở lớp vỏ bên trong nguyên tử, làm cho điện tử này
bức ra khỏi nguyên tử hấp thụ.
Điện tử đƣợc bứt ra này đƣợc gọi là proto-điện tử (quang điện tử), điện tử này sẽ
dịch chuyển trong chất hấp thụ gây ra ion hóa thứ cấp và kích thích.

Hình 2.2
Đối với các năng lƣợng proton phổ biến thì proto-điện tử ban đầu có xác suất lớn
nhất nằm ở quỹ đạo điện tử trong cùng hoặc lớp vỏ K. Nguyên tử hấp thụ chuyển lên

trạng thái kích thích cùng với sự tạo ra một lỗ trống ở lớp vỏ trong của nó. Lỗ trống này
đuợc lấp đầy bằng cách chiếm một điện tử tụ do từ chất hấp thụ, hoặc bằng cách sắp xếp
lại các điện tử từ các lớp vỏ khác của nguyên tử. Ở trƣờng hợp sau, các điện tử dịch
chuyển từ lớp vỏ có mức nảng lƣợng cao hơn để lấp đầy chổ trống, khi chúng thực hiện
quá trình này thì đồng thời đƣợc giải phóng tạo ra các tia X đặc trƣng.Trong một vài
Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

14

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

trƣờng hợp, các tia X đƣợc tạo ra bởi quá trình trên sẽ tƣơng tác với một điện tử ở lớp vỏ
ngoài và làm nó bị bứt ra khỏi nguyên tử. Nó có năng lƣợng thấp và đƣợc gọi là điện tử
Auger.

Hình 2.3
Lƣu ý rằng hiệu ứng quang điện thƣờng xảy ra trong các chất có số nguyên tử
cao, vì vậy một chất nhƣ chì (Z=82) đƣợc sử dụng là chất che chắn tốt đối với các proton
năng lƣợng thấp. Hiệu ứng quang điện không quan trọng lắm với các chất có số Z thấp
nhƣ là nhôm.
5.2. Tán xạ Compton
Quá trình tán xạ Compton đƣợc thực hiện thông qua một va chạm giữa một
proton với một điện tử ở lớp vỏ ngoài mà chỉ có một phần năng lƣợng proton truyền cho
nguyên tử hấp thụ. Điện tử này đƣợc giải phóng khỏi nguyên tử (sự ion hóa sơ cấp) và sẽ
tiếp tục dịch chuyển qua chất hấp thụ gây ra sự ion hoá thứ cấp và sự kích thích. Proton

tán xạ bị giảm năng lƣợng và có thể tiếp tục tƣơng tác với các nguyên tử hấp thụ khác.
Góc mà proton bị tán xạ phụ thuộc vào ban đầu của nó và năng lƣợng truyền
cho điên tử. Các proton năng lƣợng thấp truyền rất ít năng lƣợng để giải phóng điện tử
này và chúng bị tán xạ dƣới các góc lớn. Tuy nhiên, các proton năng lƣợng cao (10 đến
100MeV) truyền hầu hết năng lƣợng của chúng để giải phóng các điện tử và không bị tán
xạ nhiều.
Sự tán xạ Compton quan trọng nhất đối với các proton năng lƣợng nằm trong
khoảng 0,2 đến 5,0MeV, và chiếm ƣu thế với các chất hấp thụ có giá trị Z cao.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

15

Bộ môn Vật Lý


Luận văn tốt nghiệp Đại học Khóa 34-2012

Trường Đại học Cần Thơ

Hình 2.4
5.3. Quá trình tạo cặp
Quá trình tạo cặp xảy ra khi một proton với năng lƣợng lớn hơn 1,02MeV tƣơng tác
với điện trƣờng mạnh của hạt nhân nặng của một nguyên tử hấp thụ và tạo ra hai hạt , một
điện tử và một positron. Giá trị năng lƣợng 1,02MeV tƣơng đƣơng năng lƣợng của tổng
khối lƣợng một cặp electron-positron (một điện tử và một positron) và với năng lƣợng
proton bất kì vƣợt qua giới hạn của giá trị này thì động này thì động năng cung cấp cho
điện tử và positron cũng có thể gây ra hạt nhân của nguyên tử bia bị giật lùi. Sau đó điện
tử và positron dịch chuyển ra xa nhau và mất động năng do sự ion hóa thứ cấp. Positron
khi bị mất toàn bộ năng lƣợng của nó thì sẽ kết hợp với một điện tử của nguyên tử hấp thụ

bởi một quá trình đƣợc gọi là quá trình hủy cặp. Trong quá trình này, hai hạt cùng bị phá
hủy và biến đổi thành hai proton, với mỗi mức năng lƣợng là 0,51MeV. Các proton này
đƣợc phát ra theo các hƣớng đối nhau. Đối với các proton có năng lƣợng vƣợt ngƣỡng,
xác suất mà quá trình tạo cặp xảy ra sẽ tăng theo số nguyên tử của chất hấp thụ. Hiệu ứng
này cũng sẽ tăng phụ thuộc vào năng lƣợng proton, tăng chậm khi năng lƣợng trong
khoảng từ 1,02MeV đến 5MeV và tăng nhanh hơn khi năng lƣợng lớn hơn 5MeV.
Quá trình tạo cặp là quá trình tƣơng tác chủ yếu đối với các proton năng lƣợng cao
trong các chất có số nguyên tử cao.

Chuyên ngành Sư Phạm Vật Lý-Công Nghệ

16

Bộ môn Vật Lý