NGHIÊN cứu và PHÁT TRIÊN PHƯƠNG PHÁP đo LIỀU bức xạ GAMMA và NƠTRON DÙNG LIỀU kế MÀNG MỎNG NHUỘM màu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
-----------------------------

VÕ THỊ ANH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP ĐO LIỀU
BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRON
DÙNG LIỀU KẾ MÀNG MỎNG NHUỘM MÀU

LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
-----------------------------

VÕ THỊ ANH

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP ĐO
LIỀU BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRON
DÙNG LIỀU KẾ MÀNG MỎNG NHUỘM MÀU

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử và hạt nhân
Mã số: 9.44.01.06

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Trịnh Văn Giáp
2. PGS.TS. Trần Đại Nghiệp

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng
dẫn của TS. Trịnh Văn Giáp và PGS. TS. Trần Đại Nghiệp. Các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa
từng để bảo vệ ở bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã
được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn
gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

NCS. Võ Thị Anh

năm

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài “ Nghiên cứu và phát triển phương
pháp đo liều bức xạ gamma và nơtron dùng liều kế màng mỏng nhuộm màu”,
tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể ban lãnh đạo,
các nhà khoa học, cán bộ Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Trung tâm
Chiếu Xạ Hà Nội, Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Trung tâm Đào tạo Hạt nhân.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Trịnh Văn Giáp, PGS. TS.
Trần Đại Nghiệp là những người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo,
động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập
và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Tuấn Tú, TS. Phạm Ngọc Sơn
và TS. Nguyễn Thành Công đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
thực hiện cũng như hoàn thiện luận án này.
Xin chân thành cảm ơn bố mẹ và người chồng yêu quý đã luôn ở bên
cạnh động viên và giúp đỡ tôi học tập làm việc và hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

NCS. Võ Thị Anh

năm


MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan……………………………………………………………………

Lời cảm ơn………………………………………………………………………
Danh sách từ viết tắt……………………………………………………………

IV

Danh sách bảng………………………………………………………………….

V

Danh sách hình vẽ……………………………………………………………….

VI

Mở đầu…………………………………………………………………………...

1

Chương I. Tổng quan nghiên cứu………………………………………….......

4

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu……………………………………….......

4

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới……………………………………..

4

1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam…………………………………….

8

1.2 Tổng quan về các loại liều kế thông dụng…………………………….........

10

1.2.1 Phân loại liều kế…………………………………………………

10

1.2.2 Một số tiêu chí lựa chọn liều kế cho các dải đo………………………..

11

1.2.2.1 Các tiêu chí lựa chọn……………………………………………

11

1.2.2.2 Dải liều sử dụng đối với các liều kế……………………………

12

1.2.3 Đơn vị đo lường và định liều bức xạ…………………………………...

12

1.2.4 Một số loại liều kế đo liều cao………………………………………...

15

1.2.4.1 Nhiệt lượng kế……………………………………………………….

15

1.2.4.2 Phương pháp đo liều dựa trên sự ion hóa chất khí…………………...

16

1.2.3.3 Liều lượng kế hoá học………………………………………………..

17

Kết luận Chương I………………………………………………………………

24

Chương II. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu……………………………

25

2.1 Tương tác của bức xạ với vật liệu Polyvinyl alcohol……………………...

25

2.1.1 Hiệu ứng khâu mạch và ngắt mạch của polymer………………………

26

2.1.2 Hiệu ứng tách khí……………………………………………………….

28

2.1.3 Oxy hóa bức xạ và sau bức xạ của polymer……………………………

28

2.1.4 Sự phá hủy của cấu trúc…………………………………………………

29

2.1.5 Sự biến đổi tính chất vật lý của polymer sau khi chiếu xạ……………...

33

i


2.1.5 Sự bảo vệ bức xạ và sự tăng nhạy bức xạ………………………………

33

2.2 Quá trình truyền năng lượng của bức xạ cho vật chất……………………

34

2.2.1 Hệ số truyền năng lượng tuyến tính…………………………………….

34

2.2.2 Mô hình truyền năng lượng……………………………………………

35

2.2.3 Các dẫn xuất của mô hình truyền năng lượng…………………………..

37

2.3 Phân tích đọc kết quả liều kế bằng phương pháp quang phổ kế hấp thụ

40

2.3.1 Phương pháp quang phổ kế hấp thụ…………………………………….

40

2.5.2 Định luật Lambert-Beer…………………………………………………

41

2.5.3 Cấu tạo thiết bị………………………………………………………….

42

Kết luận Chương II……………………………………………………………..

44

Chương III: Kết quả và thảo luận……………………………………………..

45

3.1 Nghiên cứu đo liều bức xạ gamma dùng liều kế màng mỏng PVA được
nhuộm màu……………………………………………………………………...

45

3.1.1 Nguồn chiếu xạ gamma 60Co……………………………………………

45

3.1.2 Chế tạo phim màng mỏng………………………………………………

47

3.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu và hóa chất……………………………………

47

3.1.2.2 Các bước gia công chế tạo……………………………………………

48

3.1.3 Sự biến đổi màu và phổ hấp thụ của các phim màng mỏng được nhuộm
các màu khác nhau ………………………………………………………………

51

3.1.4 Xác định đường đặc trưng liều của liều kế nhuộm màu PVA…………..

54

3.1.5 Đánh giá khả năng nhạy bức xạ của các màu chỉ thị……………………

56

3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch PVA lên khả năng làm
việc của phim …………………………………………………………………….

57

3.1.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của các chất phụ gia lên giá trị mật độ quang
của phim trước và sau khi chiếu xạ gamma……………………………………...

59

3.1.8 Đánh giá sự ảnh hưởng của axit boric lên phim PVA nhuộm màu……..

61

3.1.9 Đánh giá sai số của liều kế màng mỏng PVA nhuộm màu kiểm soát
liều gamma dùng trong phép đo thường quy…………………………………….

63

3.2 Nghiên cứu một số tính chất của phim PVA nhuộm màu khi chiếu trên
chùm nơtron nhiệt tại kênh số 2 của Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt………

ii

79


3.2.1 Nguồn nơtron nhiệt tại kênh số 2, Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt…….

64

3.2.2 Chế tạo phim màng mỏng……………………………………………...

67

3.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu và hoá chất…………………………………….

67

3.1.2.2 Các bước gia công chế tạo……………………………………………

67

3.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của các chất phụ gia lên giá trị mật độ quang
của phim sau khi chiếu xạ. ………………………………………..……………..

68

3. 2.4 Khảo sát trạng thái của phim sau khi chiếu…………………………….

69

3.2.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của khối lượng axit boric lên chất lượng phim
trước và sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt……………………………

74

3.2.6 Đường đặc trưng liều……………………………………………………

75

Kết luận Chương III…………………………………………………………...

79

Kết luận chung…………………………………………………………………..

80

Danh sách công trình của tác giả………………………………........................

82

Tài liệu tham khảo………………………………………………………………

83

iii


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

PVA

Poly(vinyl alcohol)

Vật liệu Poly(vinyl alcohol)

TCA

Tri-chloro-acetamid

Chất màu Tri-chloro-acetamid

Tetra bromophenol phthalein

Chất màu Tetra bromophenol

ethyl ester

phthalein ethyl ester

ECB

Eetanol-clobenxen

Liều kế Eetanol-clobenxen

PVC

Poly(vinyl-chloride)

Vật liệu Poly(vinyl-chloride)

LET

Linear energy transfer

Truyền năng lượng tuyến tính

Kinetic energy released in

Động năng được truyền cho vật

material

chất

PMMA

Polymerthyl methacrylate

Liều kế Polymerthyl methacrylate

CTA

Cellulose triacetate

Liều kế Cellulose triacetate

EC

Electric conductivity

Độ dẫn điện

TBPE

Kerma

TLD

NCRP
DI

Thermally Luminescence

Liều kế nhiệt phát quang

Dosimeter
Nationnal Council on Radiation

Hội đồng Đo lường và an toàn

Protection and Measurement

quốc gia Mỹ

De-ion

nước De-ion

iv


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1

Dải liều và phạm vi ứng dụng

Bảng 1.2

Các đặc trưng chủ yếu của các liều kế hoá học thể khí và thể lỏng

Bảng 1.3

Giới thiệu các đặc trưng chủ yếu của một số liều kế thể rắn

Bảng 2.1

Một số tính chất đặc trưng của PVA trước khi bị chiếu xạ

Bảng 2.2

Các giá trị bước sóng hấp thụ quang học đặc trưng max và bề rộng
đỉnh phổ ở nửa chiều cao W1/2 của một số chất

Bảng 3.1

Giá trị hệ số được làm khớp theo mô hình truyền năng lượng

Bảng 3.2

Giá trị mật độ quang của phim trước và sau khi chiếu xạ
với %PVA khác nhau

Bảng 3.3

Khảo sát độ đồng đều của các phim trên mỗi loại phim có chứa chất
phụ giá khác nhau

Bảng 3.4

Xác định liều nơtron bằng phương pháp kích họat nơtron sử dụng lá dò
vàng và sử dụng hệ số chuyển đổi

Bảng 3.5

Kết quả làm khớp sự biến đổi mật độ quang của phim sau khi được
chiếu xạ và được lưu giữ trong phòng thí nghiệm

Bảng 3.6

Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm màu
Methylene blue có chứa hàm lượng acid boric khác nhau

Bảng 3.7

Giá trị các tham số của đường cong đặc trưng liều trên các phim PVA
nhuộm màu có chứa hàm lượng axit boric khác nhau

v


DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1

Sự biến đổi màu của phim PVA nhuộm xanh methylene (a) và methyl
cam (b) trước và sau khi được chiếu xạ gamma

Hình 1.2

Một số liều kế hoá học thể khí và thể lỏng

Hình 1.3

Liều lượng kế nền polymer

Hình 1.4

Một số loại liều kế alanine thông dụng với dải liều làm việc từ
0,1 kGy70 kGy

Hình 1.5

Một số liều lượng kế vô cơ

Hình 2.1

Hai loại khâu mạch của polymer

Hình 2.2

Quá trình biến đổi của PVA khi bị chiếu xạ bởi nguồn phóng xạ
gamma

Hình 2.3

Minh hoạ khuyết tật lỗ trống đôi cation-anion (Schottky) và lỗ trống
cation (khuyết tật Frenkel) trong mạng tinh thể ion hai chiều

Hình 2.4

Dịch chuyển tầng

Hình 2.5

Cơ chế tạo khuyết tật dưới ngưỡng

Hình 2.6

Minh họa tâm màu

Hình 2.7

Tính lưỡng trị của hàm đặc trưng liều

Hình 2.8

Các trạng thái kích thích phân tử

Hình 2.9

Mô hình minh họa định luật Lambert-Beer

Hình 2.10 Hệ phổ kế UV-VIS 2450 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội
Hình 3.1

Sơ đồ phân rã với các chuyển mức chính của nguồn gamma công
nghiệp 60Co

Hình 3.2

Khu vực chiếu mẫu bằng nguồn gamma 60Co

Hình 3.3

Phổ hấp thụ của phim MB/PVA khi được chiếu xạ với các liều khác
nhau ở khoảng bước sóng từ 500 nm đến 750 nm

Hình 3.4

Phổ hấp thụ của phim MO/PVA khi được chiếu xạ với các liều khác
nhau ở bước sóng từ bước sóng từ 300 nm đến 600 nm

Hình 3.5

Cấu trúc phân tử của chất chỉ thị màu crystal violet (a), methyl red
(b), methylene blue (c) và methyl orange (d)

vi


Hình 3.6

Phổ hấp thụ của phim MR/PVA được chiếu xạ khoảng liều khác nhau
ở dải bước sóng từ 400 nm đến 600 nm

Hình 3.7

Phổ hấp thụ của phim CV/PVA được chiếu xạ khoảng liều khác nhau
ở dải bước sóng từ 550 nm đến 650 nm

Hình 3.8

Mô tả đường đặc trương liều của phim mỏng PVA nhuộm các màu
khác nhau tại các bước sóng đỉnh hấp thụ đặc trưng

Hình 3.9

Sự thay đổi giá trị mật độ quang trên các phim nhuộm màu có
chứa %PVA khác nhau trước khi được chiếu xạ gamma tại bước sóng
668 nm

Hình 3.10 Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có %PVA khác nhau tại
bước sóng 668 nm
Hình 3.11 Giá trị mật độ quang trung bình của các loại phim trước và sau khi

được chiếu xạ gamma tại đỉnh hấp thụ có bước sóng 668 nm
Hình 3.12 Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của các phim tại bước sóng 668
nm sau khi được chiếu trên nguồn gamma ở liều 25 kGy
Hình 3.13 Sự thay đổi giá trị mật độ quang trên các phim nhuộm màu với lượng
axit boric khác nhau trước chiếu xạ gamma tại bước sóng 668 nm
Hình 3.14 Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có chứa lượng axit boric
khác nhau tại bước sóng 668 nm
Hình 3.15 Sự thăng giáng giá trị mật độ quang của các phim tại bước sóng
668nm sau khi được chiếu trên nguồn nơtron nhiệt 10 giờ
Hình 3.16 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue và không có axit boric, được chiếu trong 10 giờ
Hình 3.17 Cấu trúc kênh ngang tại Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt
Hình 3.18 Cấu trúc hệ che chắn và dẫn dòng nơtron qua phin lọc trên kênh số 2
của Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt
Hình 3.19 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue với 100 mg Axit boric và được chiếu trong 10 giờ
Hình 3.20 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue có LiF và được chiếu trong 10 giờ

vii


Hình 3.21 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue có Lithium hydroxide monohydrate và được chiếu trong 10 giờ
Hình 3.22 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue có Sulfat cadmium và được chiếu trong 10 giờ
Hình 3.23 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm Methylene
blue có Natri borat decahodrat và được chiếu trong 10 giờ
Hình 3.24 Sự thay đổi giá trị A/d trên các phim mỏng có chứa lượng axit boric
khác nhau tại bước sóng 668 nm

Hình 3.25 Sự thay đổi giá trị mật độ quang của phim PVA nhuộm màu
Methylene blue có chứa khối lượng axit boric khác nhau tại bước
sóng 668 nm

viii


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự phát triển bền vững của Vật lý hạt nhân, Công nghệ hạt nhân, Công nghệ
bức xạ và các lĩnh vực ứng dụng liên quan trong nền kinh tế quốc dân như công
nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v… đều gắn liền với lĩnh vực liều lượng học. Lĩnh vực
này với sự phát triển đa dạng và tính ứng dụng cao nhằm kiểm tra chính xác sự
phân bố liều chiếu xạ trên vật phẩm được chiếu xạ. Kỹ thuật đo liều bức xạ nói
chung đều dựa trên quá trình đánh giá năng lượng hấp thụ mà bức xạ truyền trực
tiếp cho vật chất thông qua quá trình tăng nhiệt độ, hoặc đo năng lượng hấp thụ
thông qua các quá trình thứ cấp diễn ra trong vật chất như ion hoá, biến đổi cấu trúc,
các phản ứng hoá học, sinh học, sự biến màu của vật liệu, v.v…
Các loại liều kế màng mỏng nhuộm màu Poly(vinyl alcohol) (PVA) sử dụng
vật liệu hữu cơ là loại vật liệu tương đương mô, do đó chúng rất được ưa chuộng
dùng làm liều kế trong phép đo liều gamma, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ bức
xạ. Bằng cách đưa thêm các chất nhuộm màu và các chất phụ gia khác nhau vào các
phim mỏng PVA, chúng ta có thể tính toán được liều hấp thụ của phim dựa trên quá
trình biến đổi màu sắc trên phim. Loại liều kế màng mỏng PVA thường được dùng
làm liều kế thường quy trong ngành công nghệ bức xạ.
Bên cạnh đó, các loại liều kế màng mỏng cũng có thể dùng để đo liều nơtron
và các loại bức xạ khác. Tuy nhiên cơ chế tương tác của bức xạ nơtron với vật liệu
màng mỏng cũng như với màu thuốc nhuộm và chất phụ gia đưa vào phim rất phức
tạp. Chính vì vậy chúng ít được chú ý vì khó đánh giá được độ nhạy trong dải liều
nghiên cứu do chưa biết chính xác dạng hàm đặc trưng liều.

Với quan điểm đo liều trong dải rộng và áp dụng các hàm toán học mô tả
đường đặc trưng liều hợp lý, cũng như việc lựa chọn các chất nhuộm màu và chất
phụ gia thích hợp, luận án kỳ vọng giải quyết được vấn đề xác định hàm đặc trưng
liều và độ nhạy của loại liều kế màng mỏng dùng để đo liều bức xạ gamma trong
công nghệ bức xạ và nơtron trên Lò nghiên cứu.
Cùng với kế họach xây dựng và đưa vào họat động Lò nghiên cứu mới để
chế tạo đồng vị phóng xạ và phục vụ cho chương trình điện hạt nhân trong tương lai

1


thì lĩnh vực đo liều lượng gamma và nơtron trong việc kiểm soát liều lượng bức xạ,
đảm bảo an toàn cho con người vận hành và sử dụng bức xạ cũng như các sản phẩm
công nghệ liên quan là vô cùng cần thiết. Chính vì vậy, luận án “NGHIÊN CỨU
VÀ PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP ĐO LIỀU BỨC XẠ GAMMA VÀ NƠTRON
DÙNG LIỀU KẾ MÀNG MỎNG NHUỘM MÀU” được xây dựng nhằm tạo ra một
loại liều kế có khả năng kiểm soát được liều hấp thụ của bức xạ gamma và nơtron.
2. Mục đích của luận án
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là chế tạo được loại liều kế màng mỏng hữu
cơ nhuộm màu đo được cả liều bức xạ gamma và nơtron, đồng thời xác định được
độ nhạy, dải liều cũng như hàm đặc trưng liều của liều kế.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu chế tạo liều kế màng
mỏng nhuộm màu trong kiểm soát liều cao của bức xạ gamma tại cơ sở họat động
công nghệ chiếu xạ, liều nơtron tại kênh số 2 Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.
4. Nội dung luận án
- Nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng một số liều kế màng mỏng nhuộm màu dùng đo
liều chiếu bức xạ gamma và nơtron;
- Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng các đặc trưng của liều kế màng mỏng nhuộm
màu đo liều chiếu bức xạ gamma và nơtron, từ đó đưa ra biện pháp xử lý phù hợp;

- Xác định các hàm đặc trưng liều cho các loại màng mỏng nhuộm màu;
- Lựa chọn loại liều kế có những đặc trưng làm việc tốt nhất.
Các thí nghiệm này đã được thực hiện tại Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân, Viện
Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, Viện Nghiên cứu Hạt
nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam.
5. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận chung và tư liệu tham khảo, luận án được
chia thành 3 chương, bao gồm:
Chương I. Tổng quan nghiên cứu
Chương II. Phương pháp và thiết bị nghiên cứu
Chương III. Kết quả và thảo luận

2


6. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp mới của luận án
Luận án đã nghiên cứu và chế tạo thành công liều kế màng mỏng PVA
nhuộm màu có khả năng kiểm soát liều bức xạ gamma trong khoảng liều rộng, có
độ nhạy bức xạ tối ưu nhất có thể. Bên cạnh đó, luận án là công trình đầu tiên
nghiên cứu tính chất của phim màng mỏng PVA khi chúng được chiếu trên chùm
nơtron nhiệt tại kênh số 2 của Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.
Từ kết quả nghiên cứu, luận án đã đăng tải được 06 công trình khoa học
đăng tải trên tạp chí trong nước và quốc tế, 01 công trình được trình bày trong hội
nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ XI.
7. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Kết quả nghiên cứu của luận án đã góp phần phát triển một loại liều kế màng
mỏng mới có khả năng kiểm soát liều bức xạ gamma trong khoảng liều rộng và liều
bức xạ nơtron với thông lượng lớn.

3

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Lịch sử phát triển của liều lượng học trên thế giới được ghi nhận chính thức
đầu tiên vào năm 1925 với khái niệm về đơn vị phóng xạ và đo lường. Từ đó đến
nay, lĩnh vực liều lượng học bức xạ đã phát triển mạnh mẽ gắn liền với các lĩnh vực
nghiên cứu cơ bản và ứng dụng vật lý hạt nhân trên khắp thế giới. Có thể nói bất cứ
ở đâu có sử dụng bức xạ là ở đó cần tới các thiết bị đo liều lượng. Phép đo liều
lượng vừa cung cấp các số liệu nghiên cứu chính xác cho khoa học vừa đảm bảo an
toàn cho con người.
Những nghiên cứu đầu tiên trong việc kiểm soát liều cao gây ra bởi đồng
thời bức xạ gamma và nơtron được tiến hành nghiên cứu ở lò phản ứng tại Liên Xô
trước đây thông qua công trình đăng tải của nhóm tác giả Ya. I. Lavrentovich và các
cộng sự vào năm 1965 [77]. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thử
nghiệm một loại vật liệu hòan toàn mới PVA dùng làm liều kế. Đây chỉ là nghiên
cứu có tính chất khảo sát hiệu ứng của phim PVA với bức xạ gamma và nơtron.
Tuy nhiên trong nghiên cứu này, nhóm tác giả không có bất kỳ một đánh giá nào
liên quan đến độ nhạy của film trong dải liều nghiên cứu bởi chưa biết chính xác
dạng hàm đặc trưng liều.
Tiếp sau những nghiên cứu của nhóm tác giả người Liên Xô đến nay, đã có
nhiều các nhà khoa học khác nghiên cứu các loại liều kế gamma kiểm soát liều bức
xạ. Điển hình là nghiên cứu về cấu trúc vết của Robert Katz, S. C. Sharma và M.
Homayoonfar công bố năm 1972 [59]. Lý thuyết cấu trúc vết môi trường nghiên
cứu gồm các phần tử nhạy bức xạ đồng nhất với nhau được gắn chặt trong một ma
trận sao cho có thể coi là một môi trường truyền năng lượng. Lý thuyết này được
nhóm tác giả sử dụng để nghiên cứu các loại liều kế bức xạ khác nhau.

Đến những năm 1980, trong nghiên cứu của mình, nhóm tác giả Johnny W.
Hansen, Mikael Jensen và Robert Katz, đã tiến hành nghiên cứu về liều kế phim
nhuộm màu radiochromic hay trên liều kế Fricke [39, 56]. Các tác giả đã sử dụng lý

4


thuyết vết của Robert Katz [59] để so sánh đánh giá với giá trị thực nghiệm thu
nhận được trên liều kế phim nhuộm màu radiochromic hay trên liều kế Fricke. Bằng
việc sử dụng nguồn phát gamma

60

Co, electron, proton hay các ion oxygen ở liều

thấp, nhóm nghiên cứu đã đánh giá hàm đặc trưng trên từng đối tượng khác nhau.
Cũng từ chính kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng lý thuyết vết của Robert Katz và
các cộng sự công bố năm 1972 không đúng hòan toàn trong mọi trường hợp bởi nó
chưa mô tả được hiệu ứng suất liều, hiệu ứng liều siêu cao và một số hiệu ứng khác.
Để có thể kiểm soát được liều bức xạ gamma, đã có nhiều nghiên cứu liên
quan đến các loại vật liều màng mỏng khác nhau như hệ thống liều kế phim mỏng
radiochromic của A. Miller cùng các cộng sự [17] hay liều kế dạng phim Cellulose
Diacetate [75] của William L. McLaughlin và các cộng sự cùng được công bố vào
năm 1988. Các nhóm tác giả trên đã nghiên cứu và chế tạo liều kế phim từ các vật
liệu khác nhau như PVB và cellulose diacetate dựa trên sự biến đổi màu sắc khi
được chiếu xạ gamma ở dải liều 104 Gy đến 2x106 Gy. Các nhà nghiên cứu đã tiến
hành khảo sát sự ảnh hưởng của suất liều, nhiệt độ, độ ẩm đến sự đổi màu của phim
trước và sau quá trình chiếu xạ. Tuy nhiên các nghiên cứu chỉ khảo sát trên khoảng
liều rất cao, chưa đưa ra được hàm đặc trưng liều trong phạm vi nghiên cứu và chỉ
mang tính chất nghiên cứu hiệu ứng.

Trong những năm gần đây, các loại liều kế màng mỏng nhuộm màu sử dụng
vật liệu hữu cơ PVA rất được ưa chuộng dùng làm liều kế trong phép đo liều
gamma đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ bức xạ.
Nghiên cứu hiệu ứng của bức xạ gamma lên PVA nhuộm màu TBPE
(tetrabromophenolphthalein ethyl ester) đã được tiến hành. Tác giả M. El.Kelany đã
tiến hành nghiên cứu và thấy PVA chuyển màu từ xanh nước biển sang màu xanh lá
cây và xanh xám khi chiếu trong khoảng liều từ 1 kGy đến 5 Gy phụ thuộc vào hàm
lượng TCA (tri-chloro acetamid) có trong phim [45].
Nghiên cứu đặc tính đo liều trên phim PVA nhuộm màu Henna của nhóm tác
giả Muhammad Attique Khan Shahid cùng cộng sự [ 49], hay methyl đỏ của N V
Bhat và cộng sự [50], và Linda F. Gudeman cùng cộng sự [43].Trong đó, các tác giả
đã tiến hành khảo sát và tìm thấy mối tương quan giữa hàm lượng của các chất nhạy
màu khác nhau, giá trị pH khác nhau khi đưa vào PVA với giá trị hấp thụ riêng tại

5


bước sóng đặc trưng màu. Các kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị pH, EC có trong
dung dịch làm phim PVA là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ
riêng của phim. Tuy vậy, những yếu tố đặc trưng của phim PVA như độ nhạy, độ
tuyến tính, độ lặp lại chưa được đề cập ở đây.
Sử dụng phim PVA có thêm Ethyl violet và bromophenol chiếu bức xạ
gamma phát ra từ nguồn 60Co trong dải liều cao từ 1-30kGy của nhóm tác giả Seif
Ebraheem, Moushera El-Kelany [62], thêm methylen blue, Methyl orange chiếu
bức xạ gamma trong dải liều 100 kGy đến 200 kGy của nhóm tác giả Shaheen
Akhtar cùng cộng sự [63-64] (Hình 1.1) hay PVA nhuộm màu TBPE
(tetrabromophenolphthalein ethyl ester) của tác giả M. El.Kelany [45]. Các nghiên
cứu đã tiến hành khảo sát chi tiết sự thay đổi màu sắc trên phim khi được chiếu xạ ở
những hàm lượng chất đưa vào, độ pH, độ dày phim khác nhau. Kết quả thu được
cho thấy PVA được nhuộm màu Ethyl violet và bromophenol có thể dùng để tạo ra

liều kế bức xạ với khoảng liều lên đến 70 kGy. Trong khi đó phim có chứa chloral
hydrat chỉ ghi được hiệu ứng tốt nhất ở khoảng liều thấp hơn từ 5 kGy đến 30 kGy
[15]. Và phim có chứa methylen blue có hiệu ứng tốt ở khoảng liều 100 kGy đến
200 kGy. Đối với loại phim PVA nhuộm màu TBPE, nhóm nghiên cứu nhận quá
trình chuyển màu từ xanh nước biển sang màu xanh lá cây và xanh xám khi chiếu
trong khoảng liều từ 1 kGy đến 5 kGy phụ thuộc vào hàm lượng TCA có trong
phim. Ưu điểm của loại phim này là có độ bền cao sau khi được chiếu xã và dễ bảo
quản.

Hình 1.1: Sự biến đổi màu của phim PVA nhuộm Methylene blue (a) [63] và
Methyl orange (b) [64] trước và sau khi được chiếu xạ gamma.
Từ những thống kê trên, việc nghiên cứu các loại liều kế màng mỏng nhuộm
màu để xác định liều chiếu bức xạ gamma trên thế giới rất phát triển và còn tiếp tục
nghiên cứu khai thác đưa vào sử dụng trong nghành công nghệ bức xạ, y tế và cả

6


trong lò phản ứng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới dùng lại ở việc nghiên cứu
khảo sát các hiệu ứng của liều kế phim khi bị chiếu xạ gamma ở những dải liều
khác nhau, chưa tìm được hàm đặc trưng liều cho từng dải liều nghiên cứu.
Ngoài ra, việc nghiên cứu liều nơtron bằng một số liều màng mỏng lại ít
được quan tâm nghiên cứu trên thế giới. Sau nghiên cứu của nhóm tác giả người
Liên Xô Ya. I. Lavrentovich [77], hầu như không có nghiên cứu nào sử dụng kỹ
thuật màng mỏng PVA nhuộm màu để xác định liều của nơtron. Hầu hết các nghiên
cứu xác định liều bức xạ nơtron về sau đều sử dụng kỹ thuật detector vết. Có thể kể
một số kết quả nghiên cứu điển hình dưới đây như:
- Kiểm soát thông lượng của nơtron nhiệt thông qua phim mỏng có chứa Uranium
tự nhiên của G. Bigazzi và các cộng sự [29]. Dựa trên phản ứng phân hạch 235U(n,f),
để tạo ra các hạt alpha và các hạt này sẽ tạo ra vết trên bề mặt phim mỏng. Cùng với

kỹ thuật đếm vết, nhóm nghiên cứu đã xác định mối tương quan giữa số vết ghi
nhận được trên phim mỏng với thông lượng của nơtron nhiệt. Kết quả nghiên cứu
này mới chỉ có tính chất khảo sát hiệu ứng ghi nhận nơtron để xác định thông lượng
nơtron, mà chưa đề cập đến việc xác định liều bức xạ nơtron gây ra trên film mỏng.
- Nhóm các tác giả Robert A. Dudley đã sử dụng khả năng đáp ứng của nhũ tương
ảnh với nơtron nhiệt và nơtron nhanh thông qua việc ghi nhận vết. Dựa trên các
phản ứng của 14N, 6Li và 10B với nơtron để tạo ra các hạt mang điện như proton và
alpha và các hạt này sẽ tạo ra các vết trong nhũ tương ảnh. Các tác giả chỉ nghiên
cứu và ứng dụng trong khoảng liều nhỏ, có vai trò như kiểm soát liều cá nhân [57].
- Nhóm tác giả Milena Cernilogar Radez cùng cộng sự [48] tiến hành nghiên cứu
xác định thông lượng nơtron nhiệt bằng phương pháp detector vết dựa trên phản
ứng 10B(n,)7Li. Nhóm nghiên cứu phủ một lớp mỏng 10B lên detector rồi mang đi
chiếu trên nguồn nơtron, sau đó tiến hành tẩm thực và mang đếm vết. Những vết
này được tạo ra từ hạt alpha mang năng lượng cao 2,3MeV tạo ra trên bề mặt
detector. Từ mặt độ vết ghi nhận được, nhóm nghiên cứu tính toán được thông
lượng của chùm nơtron nhiệt theo công thức:
i =

i − i0
Ki

7

(1.1)


trong đó  i mật độ vết ghi nhận được,  i 0 là mật độ vết phông, K i là hệ số đáp ứng
của detector, i là chỉ số của detector. Ưu điểm của phương pháp này là độ nhạy cao
với dòng nơtron nhiệt, tính chọn lọc cao loại bỏ được yếu tố ảnh hưởng môi trường.
Tuy nhiên loại liều kế này chỉ phù hợp như một liều kế cá nhân với suất liều hàng

năm nhỏ hơn 1 mSv/năm.
Hiện nay, để kiểm soát suất liều thấp đối với nơtron, các nghiên cứu tập
chung vào phát triển loại liều kế nhiệt phát quang có gắn thêm một số chíp đặc biệt
để ghi nơtron. Nguyên lý chung của liều kế nhiệt phát quang (TLD) có đồng thời
hai chíp 6LiF và 7LiF để xác định đồng thời liều nơtron và gamma. Trong đó 7Li có
trong liều kế đáp ứng được với bức xạ gamma, còn 6Li phù hợp cho cả gamma,
nơtron nhiệt và các vùng năng lượng cộng hưởng. Trong nghiên cứu này, nhóm tác
giả đặc biệt quan tâm tới việc xác định liều nơtron nhiệt và nơtron nhanh bằng liều
kế TLD trong việc kiểm soát liều cá nhân [17].
1.1.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1980, các nghiên cứu đầu tiên về công nghệ
bức xạ đã được tiến hành triển khai tại Lò nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. Công việc
kiểm soát an toàn bức xạ ngay từ những thời điểm ban đầu đều được quan tâm chú
ý. Bên cạnh việc sử dụng các loại liều kế nhập ngoại thì những nghiên cứu đầu tiên
về kỹ thuật đo liều cho công nghệ bức xạ cũng được quan tâm nghiên cứu.
Những nghiên cứu đầu tiên về kỹ thuật đo liều cho ngành công nghệ bức xạ
được thực hiện tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân. Việc sử dụng phim màng
mỏng PVA có chứa thêm ferrous ammonium và axit sulphat trong kiểm soát liều
cao gamma đã được tiến hành nghiên cứu và đã có một số công bố đầu tiên năm
1997 trên tạp chí chuyên ngành [66, 72]. Trong công bố của mình, nhóm nghiên
cứu đã ghi nhận được sự thay đổi mật độ quang của phim khi chiếu trên nguồn
gamma ở khoảng liều từ 0,5 đến 80 kGy. Dựa trên vật liệu PVA nhuộm các màu
khác nhau như methyl đỏ [52] hay bromocresol [3], các nghiên cứu đã khảo sát sự
biến đổi màu sắc trên phim màng mỏng để từ đó đánh giá khả năng tương tác của
phim với bức xạ gamma.
Từ các nghiên cứu trên, các nhà khoa học cũng tại Viện Khoa học và Kỹ thuật
Hạt nhân đã tiếp tục nghiên cứu các hiệu ứng hoá lý trong tương tác của bức xạ

8

gamma với một sô vật liệu bức xạ như chất nhũ tương ảnh, thủy tinh, dung dịch
PVA và hiệu ứng làm mất màu của thuốc nhuộm azo trong dung dịch nước. Với
chất nhũ tương ảnh, các tác giả đã nghiên cứu chi tiết cụ thể và thu được nhiều kết
quả từ hiệu ứng của chất nhũ tương dưới tác dụng của bức xạ gamma. Trong nghiên
cứu hiệu ứng nhạy bức xạ của thủy tinh, các tác giả đưa ra kết luận tương tự như
liều kế Fricke ở dải liều 0,2 tới 80 kGy khi dùng nguồn phóng xạ 60Co họat độ 110
kCi [6, 67-70].
Một trong những nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực liều kế trong công nghệ
bức xạ phải kể đến nghiên cứu cải tiến các đặc trưng độ nhạy của liều kế dung dịch
Fricke, liều kế ECB và liều kế dung dịch đicromat tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội.
Trên cơ sở đã cải tiến và chuẩn hoá hệ từ quy trình chuẩn bị dung dịch, việc tạo liều
kế này đã góp phần nâng cao độ tin cậy của các hệ liều kế [5].
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đã đề xuất phương pháp chế tạo loại liều kế
màng mỏng PCV nhuộm màu (PVC với mêtyl vàng) dựa trên hiệu ứng phai màu do
bức xạ. Thông qua những nghiên cứu về tương tác của bức xạ gamma với vật liệu
PVC, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu được cơ chế biến đổi màu của loại vật liệu này,
từ đó có những nhận định ban đầu cho cơ chế làm việc trên vật liệu PVA dưới tác
dụng của bức xạ gamma.
Lần đầu tiên tại Phòng Quang phổ ứng dụng và Ngọc học của Viện Khoa học
vật liệu, các nhà khoa học đã chế tạo thành công liều kế Li2B4O7: Cu có độ nhạy
cao đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn của liều kế đo liều bức xạ với nhiều tính năng
ưu việt so với các loại vật liệu khác liều kế loại viên và bột đã được chế tạo. Sản
phẩm nghiên cứu bước đầu thử nghiệm tại Bệnh viện U Bướu Hà Nội được đánh
giá tốt [2].
Như vậy, những nghiên cứu về liều kế của các nhà khoa học Việt Nam còn hạn
chế. Những liều kế hoá học và liều kế thể rắn hầu như chỉ sử dụng trong kiểm soát
liều bức xạ gamma, hoặc dùng trong việc xác định liều phông môi trường. Việc
nghiên cứu và chế tạo liều kế trong kiểm soát liều bức xạ nơtron là lĩnh vực còn bỏ
ngỏ.

Trong luận án này đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo được loại liều kế màng
mỏng PVA được nhuộm màu có khả năng đo được cả liều gamma và nơtron. Đồng

9


thời đã khảo sát được độ nhạy, dải liều và hàm đặc trưng của loại liều kế màng
mỏng này một cách cụ thể.
1.2 Tổng quan về các loại liều kế
Các thiết bị đo liều được sử dụng nhằm kiểm soát liều lượng được chiếu xạ
trong các quá trình chiếu xạ. Liều lượng là khởi đầu của mọi nghiên cứu phát triển
về công nghệ bức xạ, nó cần thiết để thiết lập quy trình và kiểm soát quá trình bảo
đảm an toàn và chất lượng của sản phẩm chiếu xạ. Kiểm soát liều lượng thông qua
các phương pháp đo liều cao là để đảm bảo rằng một quá trình xử lý chiếu xạ sẽ xảy
ra theo đúng các yêu cầu được định trước, hoặc đảm bảo rằng các kết quả thu được
trong một phòng thí nghiệm có thể được lặp lại ở bất kỳ một phỏng thí nghiệm khác
hoặc ở các thiết bị chiếu xạ thương mại [7, 14, 58].
1.2.1 Phân loại liều kế
Theo cách cấu tạo và thành phần chất cũng như nguyên lý họat động người ta
phân loại liều kế sơ cấp và thứ cấp [5, 8, 34]:
a) Liều kế sơ cấp cho phép xác định năng lượng hấp thụ thông qua các biến đổi vật
lý như sự gia tăng nhiệt độ trong nhiệt lượng kế, quá trình ion hoá của chất khí
trong các buồng ion hoá hoặc điện tích mà các chùm hạt mang điện có năng lượng
xác định mang theo trong các đầu dò bán dẫn.
b) Liều kế thứ cấp có thể xác định năng lượng hấp thụ thông qua các biến đổi hoá
học, chẳng hạn như sự đổi màu trong thủy tinh và chất dẻo, sự hấp thụ các bước
sóng ánh sáng đặc trưng trong các dung dịch hoá chất. Nhóm các hệ liều kế hoá học
được phân loại như sau [34]:
+ Hệ liều kế dạng dung dịch lỏng bao gồm hệ liều kế Fricke, hệ liều kế dung dịch
ceric-cerous sulphate, hệ liều kế dung dịch êtanôl clobenzen-liều kế ECB, hệ liều kế

dung dịch đicromat và các hệ liều kế dung dịch nhuộm màu khác…
+ Các hệ liều kế hoá học dạng rắn gồm các liều kế làm bằng vật liệu polymethyl
methacrylate PMMA hay liều kế perspex, các liều kế vật liệu cellulose triacetate
(CTA), các liều kế màng mỏng biến màu, liều kế nhiệt phát quang, liều kế hòa tan
phát quang, liều kế dựa trên hiện tượng cộng hưởng spin điện tử (ESP, alanine).

10


Theo phẩm chất, cấp độ chính xác và mục đích sử dụng mà người ta chia các hệ
liều kế thành 4 loại sau [4, 8, 16, 32-35]:
a) Hệ liều kế chuẩn cấp I: Các hệ liều kế có thể đo trực tiếp suất liều hoặc liều
hấp thụ bức xạ với độ chính xác cao, được sử dụng như là các hệ chuẩn sơ cấp để
chuẩn các hệ đo liều khác. Các hệ liều kế nhiệt lượng hoặc buồng ion hoá là những
hệ có thể đo trực tiếp suất liều hoặc liều hấp thụ bức xạ với độ chính xác cao, chúng
thường được sử dụng như là các hệ liều kế chuẩn cấp I. Các hệ chuẩn cấp I thường
được quản lý tại phòng thí nghiệm chuẩn quốc gia.
b) Hệ liều kế chuẩn thứ cấp: Đó là các hệ liều kế có độ chính xác cao và được
công nhận về mặt quốc gia hoặc quốc tế như là một phương pháp chuẩn thứ cấp.
Liều kế sulphat sắt được thừa nhận như là một hệ liều kế chuẩn thứ cấp và được sử
dụng tại các phòng chuẩn cấp II của các quốc gia về chuẩn liều cao.
c) Hệ liều kế truyền chuẩn: Đó là các hệ liều kế có độ ổn định và độ chính xác
đủ cao, có thể sử dụng để chuẩn các hệ liều kế đo thường quy. Các hệ liều kế cericcerous, hệ liều kế ESR-alanine và hệ liều kế đicromat được coi như là các hệ liều kế
truyền chuẩn [27].
d) Hệ liều kế đo thường quy: Đó là các hệ liều kế được chuẩn đối với các hệ liều
kế chuẩn sơ cấp, hoặc với hệ liều kế chuẩn thứ cấp, hay hệ liều kế truyền chuẩn và
chúng được sử dụng trong các phép đo liều thường quy tại các phòng thí nghiệm
hoặc các thiết bị chiếu xạ. Các liều kế đo thường quy có độ chính xác không cao
như các hệ liều kế chuẩn nhưng chúng có các ưu điểm sử dụng tiện lợi và thường
được sản suất với số lượng lớn giá thành rẻ.

1.2.2 Một số tiêu chí lựa chọn liều kế cho các dải đo
1.2.2.1 Các tiêu chí lựa chọn
Theo mục đích sử dụng, người ta thường dựa vào các tiêu chí sau đây để lựa
chọn các liều kế: Đo giá trị liều tương đối hay tuyệt đối, độ chính xác hay độ lặp lại
của các phép đo liều, đo liều tổng hay đo suất liều, đo trong khi chiếu online hay đo
sau khi chiếu offline, dải đo liều, loại bức xạ và năng lượng bức xạ, độ phân giải
không gian, thiết bị đo liều sử dụng, giá thành của liều kế, mật độ riêng của liều kế
và độ bền cơ học.

11


1.2.2.2 Dải liều sử dụng đối với các liều kế
Các đối tượng của quá trình xử lý bức xạ và công nghệ bức xạ được xếp vào dải
liều cao từ vài trăm gray tới hàng trăm kilogray. Bảng 1.1 dưới đây trình bày các dải
liều của công nghệ bức xạ ứng dụng trong các lĩnh vực đời sống khác nhau [32].
Bảng 1.1: Dải liều và phạm vi ứng dụng.
Liều, Gy
105107
102105
100101
10-210-1
10-410-2
10-5

Mức liều
Lĩnh vực áp dụng
Mức lò phản ứng hạt nhân Thử độ bền bức xạ của vật liệu
Tính bền vật liệu, tiệt trùng, bảo quản
Mức công nghệ bức xạ

thực phẩm
Mức điều trị ngoại khoa
Xạ trị
Kiểm tra không phá hủy, chụp ảnh tia
Mức liều thanh tra
X công nghiệp
Mức liều bảo vệ
Chụp ảnh y tế (1 lần), tia vũ trụ (1 năm)
Mức môi trường
Môi trường phóng xạ

1.2.3 Đơn vị đo lường và định liều lượng bức xạ
a) Liều hấp thụ
Liều hấp thụ D của một chất có khối lượng dm được xác định bằng tỉ số giữa
năng lượng dE được chất hấp thụ và khối lượng của chất đó:
D=

dE
dE
=
dm dV

(1.2)

Trong đó  là mật độ vật chất, dV là thể tích đơn vị. Đơn vị của liều hấp thụ là
Gray, viết tắt Gy, 1 Gy = 1 J/kg. Đơn vị ngoài hệ SI là rad: 1 Gy=100 rad=104 erg/g.
b) Suất liều hấp thụ
Suất liều hấp thụ được coi là liều hấp thụ trong một đơn vị thời gian và xác định
bằng công thức:
D' =

dD
dt

(1.3)

Đơn vị của suất liều là Gy/s; 1 Gy/s = 1 J/s.kg = 1 W/kg.
c) Kerma và suất Kerma
Riêng đối với bức xạ không ion hoá trực tiếp, chẳng hạn như gamma, người ta
dùng thêm đại lượng Kerma. Kerma là tổng tất cả động năng ban đầu của các hạt
tích điện dEk được giải phóng bởi bức xạ trong một đơn vị khối lượng vật chất dm:

12


K=

dEk
dEk
=
dm dV

(1.4)

trong đó  là mật độ vật chất, dV là thể tích đơn vị.
Suất Kerma được coi là tốc độ giải phóng tổng động năng của hạt trong một đơn
vị thời gian dt và được xác định bằng công thức:
K =

dK

dt

(1.5)

Đơn vị đo của Kerma và suất Kerma tương ứng giống như đơn vị đo của liều và
suất liều.
d) Dòng rò năng lượng
Dòng rò năng lượng là năng lượng bị thất thoát khỏi bề mặt của một đơn vị thể
tích xem xét và được xác định bằng biểu thức J /  , với J là vectơ mật độ dòng
năng lượng và  là mật độ vật chất hấp thụ.
e) Phương trình cân bằng liều
Phương trình cân bằng liều được viết như sau:
dE dEk J dEb
=
−
−
dm dm

dm

(1.6)

trong đó dEb là năng lượng tiêu hao cho quá trình hãm của các hạt mang điện.
f) Liều chiếu
Liều chiếu cho biết khả năng ion hoá không khí của bức xạ tại một vị trí nào đó.
Liều chiếu P được xác định bằng số đơn vị điện tích sinh ra ở điều kiện chuẩn khi bị
chiếu xạ:
P=

dQ

dQ
=
dm dV

(1.7)

Trong đó dQ là giá trị tuyệt đối tổng điện tích của tất cả các ion cùng dấu được tạo
ra trong một thể tích nguyên tố của không khí, khi tất cả các electron và positron
thứ cấp do các gamma tạo ra bị hãm hòan toàn trong thể tích không khí đó, và dm là
khối lượng của thể tích nguyên tố không khí đó.
Đơn vị liều chiếu trong hệ SI là C/kg. Đơn vị ngoài hệ SI thường dùng là
Roentgen (R). 1R = 2,58x10-4 C/kg. Đối với không khí trong điều kiện cân bằng
electron thì mối quan hệ giữa liều chiều và liều hấp thụ là 1 R = 0,877 Rad.

13