Tài liệu các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ doc

c¬ quan n¨ng l−îng nguyªn tö quèc tÕ











c¸c thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma øng dông
trong xö lý b»ng bøc x¹

lời nói đầu

công nghệ bức xạ là một trong những lĩnh vực đợc IAEA trợ giúp và thúc đẩy
phát triển, có một số chơng trình đợc thiết lập. tạo điều kiện cho việc ứng dụng
công nghệ bức xạ ở các nớc thành viên đang phát triển. Xem xét trong tài liệu
này, sổ tay về các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ
đợc soạn thảo miêu tả các thiết bị chiếu xạ gamma khác nhau có thể sử dụng cho
các ứng dụng xử lý bằng bức xạ. Nó tập trung miêu tả các nguyên lý chung về thiết
kế và hoạt động của các thiết bị chiếu xạ gamma phù hợp với các ứng dụng đối với
chiếu xạ công nghiệp trong thực tế. Tài liệu này nhằm mục đính cung cấp thông tin
cho các nhà sử dụng thiết bị chiếu xạ công nghiệp, phổ biến cho họ về công nghệ,
với hy vọng rằng với những thông tin ở đây sẽ trợ giúp họ trong việc lựa chọn một
thiết bị chiếu xạ tối u cho những yêu cầu của họ. Sự lựa chọn đúng đắn không chỉ
ảnh hởng đến hoạt động mà còn đến hiệu quả với hiệu suất cao hơn của thiết bị, và
vì thế mang lại nguồn lợi kinh tế lớn hơn. Tài liệu này cũng nhằm mục đính thúc
đẩy hơn nữa việc ứng dụng xử lý bức xạ đối với các chính phủ và công chúng nói
chung.
Tài liệu này đợc biên soạn bởi nhóm các nhà hoá học và các nhà ứng dụng
công nghiệp của IAEA, phần khoa học về vật lý và hoá học do ông Kishor Mehta
trợ giúp. Ông Andrej G. Chmielewski là thành viên của IAEA chịu trách nhiệm về
dự án này. IAEA xin bày tỏ sự biết ơn tới tất cả các cá nhân và các tổ chức đã cung
cấp các thông tin có giá trị cho tài liệu này.

Chú thích về biên tập tài liệu này

Tài liệu này đã đợc soạn thảo từ tài liệu gốc theo đúng nh lập luận của các
tác giả. Các quan điểm đợc trình bày không cần thiết phải phản ánh với IAEA, với
chính phủ các nớc thành viên hoặc các tổ chức có liên quan.
Việc sử dụng các tên riêng của các quốc gia hoặc các vùng lãnh thổ không
hàm ý bất kỳ một phán xét nào của nhà xuất bản và của IAEA, liên quan đến quan
hệ pháp lý của các quốc gia hoặc các vùng lãnh thổ đó, các tác giả hoặc các viện
nghiên cứu của họ, hoặc sự phân định các đờng biên giới của họ.
Việc trích dẫn tên riêng các công ty hoặc các sản phẩm (có hoặc cha đợc
đăng ký bản quyền) không hàm ý bất kỳ một ý định nào nhằm xâm phạm bản quyền,
và nên đợc dịch nguyên văn khi có sự nhất trí hoặc khuyến cáo của IAEA.
Các tác giả phải có trách nhiệm trong việc nhận đợc sự chấp thuận cần
thiết của IAEA để tái bản, dịch hoặc sử dụng tài liệu từ các nguồn dữ liệu đã đợc
đăng ký bản quyền.
các nội dung





giới thiệu chung

Công nghệ xử lý bức xạ

Quá trình phát triển của Công nghiệp xử lý bức xạ

Xử lý bức xạ


Các nguồn bức xạ
Tổng quan

Nguồn bức xạ Cobalt-60


Mô tả thiết bị chiếu xạ gamma
Tổng quan về thiết bị chiếu xạ nguồn cobalt60

các thiết bị chiếu xạ gamma
Các nguyên lý thiết kế

Thiết kế độ lớn của nguồn phóng xạ và các hoạt động lắp đặt

Liều xử lý và liều chỉ định

Các loại máy chiếu xạ

Các thiết bị chiếu xạ độc lập (phân loại của IAEA là loại I và III)
Các thiết bị chiếu xạ tổng hợp (phân loại của IAEA là loại II và IV)
Các thiết bị chiếu xạ tổng hợp phù hợp với quy mô công nghiệp

Các tiêu chuẩn lựa chọn thiết bị chiếu xạ

an toàn bức xạ


các phòng thí nghiệm


nhận xét chung


phụ lục A


tài liệu tham khảo










giới thiệu chung

Công ngHệ xử lý bức xạ

Bức xạ ion hoá có thể làm thay đổi các đặc tính vật lý, hoá học và sinh học của các

vật liệu đợc chiếu xạ. Hiện nay, các ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp của bức xạ là
khử trùng các sản phẩm y chăm sóc sức khoẻ bao gồm các loại thuốc, chiếu xạ bảo quản
thực phẩm và các sản phẩm nông nghiệp (với các mục đích khác nhau, chẳng hạn nh diệt
côn trùng, làm chậm chín, ức chế nảy mầm, kiểm soát sâu bọ và khử trùng), và biến tính
vật liệu (chẳng hạn nh polyme hoá, khâu mạch polyme và tạo màu cho đá quý) (xem
hình 1).


Hình 1. Các sản phẩm đợc xử lý bằng bức xạ gamma (tại thiết bị chiếu xạ Nordion
MSD, Canada và thiết bị chiếu xạ INCT, Warsaw, Ba lan).



Danh mục ở bảng 1 chỉ ra một số ứng dụng tiêu biểu: sản phẩm đợc xử lý, hiệu
ứng mong muốn và dải liều cần thiết để đạt đợc hiệu ứng này. Dải liều đợc liệt kê ở đây
là các giá trị điển hình đối với loại/các quá trình xử lý các sản phẩm khác nhau; giá trị
thực phụ thuộc vào từng sản phẩm riêng và các mục đích xử lý, và đợc quy định bởi các
cơ quan chuyên môn của quốc gia. Có thể xem xét nhiều bài báo, báo cáo, và các cuốn
sách cũng đã đợc viết trong vài năm trớc đây về lĩnh vực xử lý bằng bức xạ [1-9].






bảng I. Một số ứng dụng xử lý bằng bức xạ tiêu biểu

Sản phẩm Hiệu ứng mong muốn
Dải liều áp
dụng, kGy

Máu
Khoai tây, hành, tỏi
Các loại côn trùng

Dâu tây và một số loại
hoa quả khác
Thịt, thịt gia cầm, cá


Các loại gia vị
Các sản phẩm chăm sóc
sức khoẻ
Các vật liệu Polyme
Ngăn ngừa TA GVHD
ức chế nảy mầm
Khống chế sự tái sinh nhằm kiểm
soát việc gây hại
Kéo dài thời gian bảo quản bằng việc
làm chậm chín
Làm chậm quá trình phân huỷ, diệt
các vi khuẩn gây bệnh (ví dụ, vi
khuẩn gây độc Salmonella)
Diệt các vi sinh vật và côn trùng
Khử trùng

Khâu mạch
Ghép mạch
0.02-0.04
0.05-0.15
0.1-0.5

1-4

1-7


1-30
15-30

1-250
0.2-30

Một sự thúc đẩy có ý nghĩa đối với ngành công nghiệp xử lý bằng bức xạ luôn đi
kèm với sự ra đời các lò phản ứng hạt nhân, chúng có khả năng sản xuất ra các đồng vị
phóng xạ. Tia Gamma phát ra từ nguồn Cobalt-60 đã trở thành nguồn phóng xạ đợc áp
dụng phổ biến trong y tế và trong công nghiệp. Nhiều thiết bị chiếu xạ Gamma đã đợc
xây dựng, có khoảng 200 thiết bị đang hoạt động ở tất cả các nớc thành viên của Cơ quan
Năng lợng Nguyên tử Quốc tế (IAEA). Hiện nay, việc sử dụng máy gia tốc electron nh
là một nguồn bức xạ (và đôi khi đợc trang bị thiết bị chuyển đổi tia X) đang đợc phát
triển. Tuy nhiên, khó có thể thay thế đợc các thiết bị chiếu xạ Gamma, đặc biệt đối với
việc chiếu xạ các sản phẩm không đồng nhất và có khối lợng riêng cao. Tài liệu này chỉ
đề cập đến các thiết bị chiếu xạ Gamma, chúng đợc sử dụng cho nhiều mục đích xử lý
bằng bức xạ khác nhau. Cobalt-60 hầu nh chỉ đợc sử dụng nh là nguồn bức xạ Gamma,
và ngày nay nó đợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp bởi vì phơng pháp sản xuất đơn
giản và nó không tan đợc trong nớc.
Xử lý bằng bức xạ Gamma có một số u việt hơn so với các phơng pháp xử lý
khác; ví dụ nh, khử trùng các sản phẩm y tế chăm sóc sức khoẻ sử dụng phơng pháp
EtO hoặc hấp nhiệt. Trong trờng hợp khử trùng bằng bức xạ Gamma thì có một số u
điểm sau:

- Sản phẩm đợc xử lý có thể sử dụng ngay
- Nhiệt độ sản phẩm tăng không đáng kể trong suốt quá trình xử lý
- Bức xạ gamma có khả năng đâm xuyên rất cao (vì vậy, có thể xử lý nguyên đai-
nguyên kiện)
- Qúa trình xử lý chính xác và có khả năng lặp lại, và
- Dễ dàng kiểm soát quá trình (chỉ cần kiểm soát về liều).

Quá trình phát triển của ngành công nghiệp xử lý bằng bức xạ

Việc sử dụng trong thơng mại bức xạ Gamma để khử trùng các sản phẩm chăm
sóc sức khoẻ đợc bắt đầu từ cuối những năm 1950, và đến nay thì công nghệ bức xạ đã
phổ biến ở nhiều quốc gia. Cùng với việc tích luỹ đợc nhiều kinh nghiệm và độ tin cậy
vào công nghệ mà ngày càng nhiều ứng dụng đợc tìm thấy, và ngày càng có nhiều thiết
bị chiếu xạ đợc xây dựng. Sự mở rộng của ngành công nghiệp xử lý bằng bức xạ này
không chỉ đòi hỏi các thiết bị chiếu xạ lớn hơn mà còn yêu cầu các thiết kế mới nhằm đáp
ứng cho những ứng dụng mới. Hiện nay, một số nhà sản xuất đề nghị những thiết kế khác
của thiết bị chiếu xạ mà có thể đáp ứng đợc các ứng dụng đặc biệt, mà ở đây là các ứng
dụng trong chiếu xạ thực phẩm và xử lý môi trờng. Điều này đòi hỏi việc thúc đẩy phát
triển các ứng dụng mới và các thiết bị chiếu xạ lớn hơn đáp ứng cho ngành công nghiệp xử
lý bằng bức xạ.



Hình 2. Số lợng nguồn Cobalt-60 bán ra theo từng năm

Hình 2 chỉ ra việc đánh giá tổng doanh số nguồn Cobalt-60 bán ra từ các nhà cung
cấp trong suốt 25 năm qua. Dựa vào số liệu này thì có thể đánh gía đợc số các thiết bị
chiếu xạ Cobalt tăng khoảng 6% một năm. Cần lu ý rằng toàn thế giới sử dụng các dụng
cụ y tế tăng với tỷ lệ tơng tự nh vậy (5-6%), điều này dờng nh kéo theo sự tăng tơng
tự về số nguồn Cobalt bán ra.

Những ứng dụng có sử dụng bức xạ Gamma cũng tăng đều đặn; từ khâu
mạch/polyme hoá và khử trùng các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ đến các ứng dụng chiếu
xạ thực phẩm và xử lý môi trờng nh các loại khí thải, và xử lý nớc nhiễm bẩn và nớc
thải. Các ứng dụng nổi bật nhất có thể trong các lĩnh vực về vật liệu na nô, hoặc cấu trúc
các vật liệu (các vật liệu hấp thụ nớc, vật liệu nhựa tổng hợp, hoặc các pôlyme mạch
thẳng, vv ) và các pôlyme tự nhiên. Một số thiết bị chiếu xạ hoạt động để xử lý các sản
phẩm./quá trình đơn giản, trong khi số còn lại dùng cho nhiều mục đích khác nhau. Một
điều tra gần đây của IAEA [10] đã chỉ ra rằng một tỷ lệ rất lớn các thiết bị chiếu xạ
Gamma (85%) để xử lý các sản phẩm y tế chăm sóc sức khoẻ với mục đích tiệt trùng.
Cũng vào khoảng nh vậy các thiết bị chiếu xạ để xử lý bảo quản thực phẩm và các sản
phẩm nông nghiệp với nhiều mục đích khác nhau. Khoảng 50% số thiết bị chiếu xạ để xử
lý các sản phẩm thuốc, bao gồm các nguyên liệu với mục đích khử trùng hoặc làm giảm vi
khuẩn, trong khi đó khoảng 30% số thiết bị chiếu xạ để xử lý các loại pôlyme, bao gồm
các loại cáp và ống nhựa với mục đích làm biến tính.

Xử lý bức xạ

Trong xử lý bằng bức xạ thì một sản phẩm hoặc một vật liệu đợc chiếu xạ với mục
đích bảo quản, làm biến tính hoặc cải thiện các đặc tính của chúng. Quá trình xử lý này
đợc thực hiện bằng cách đặt các sản phẩm trong khu vực gần nguồn bức xạ (chẳng hạn
nh Cobalt-60) với một khoảng thời gian nhất định sao cho sản phẩm đó đợc chiếu bằng
bức xạ phát ra từ nguồn phóng xạ. Một tỷ lệ năng lợng bức xạ truyền cho sản phẩm đợc
hấp thụ bởi sản phẩm đó, độ lớn của năng lợng này phụ thuộc vào khối lợng, thành phần
và thời gian chiếu xạ. Đối với mỗi loại sản phẩm, thì độ lớn năng lợng bức xạ cần thiết
để đạt đợc hiệu ứng mong muốn trong sản phẩm đó; giá trị chính xác đợc xác định
thông qua công tác nghiên cứu.
Các vật liệu phóng xạ, chẳng hạn nh nguồn Cobalt-60 phát ra bức xạ. Tuy nhiên,
sản phẩm đợc chiếu xạ với các tia Gamma không trở thành vật liệu phóng xạ, và do đó
nó có thể đợc xử lý bình thờng. Điều này tơng tự nh đối với tia X đợc sử dụng trong
bệnh viện với mục đích chẩn đoán bệnh; bệnh nhân đợc chiếu bằng bức xạ (tia X) nhng

anh ta/chị ta không trở thành vật liệu có khả năng phóng xạ.

Một số thuật ngữ chung đợc sử dụng trong xử lý bằng bức xạ là:

Liều hấp thụ: Là độ lớn năng lợng đợc hấp thụ bởi vật liệukhi đợc chiếu từ
nguồn phóng xạ
Gray (Gy): là đơn vị của liều hấp thụ, tơng đơng với 1Jun trên 1Kg vật liệu
Khả năng phóng xạ: là cờng độ (hoặc công suất) của 1 nguồn bức xạ Gamma
(nh Cobalt-60)
Curie (Ci) hoặc Becquerel (Bq): Là đơn vị của cờng độ phóng xạ của 1 nguồn
bức xạ Gamma (nh Cobalt-60)
Chu kỳ bán rã: Là đặc tính của nguồn bức xạ Gamma; là khoảng thời gian sao
cho hoạt độ phóng xạ của một nguồn phóng xạ giảm đi một nửa.
Các thuật ngữ này và các khái niệm khác liên quan đến xử lý bằng bức xạ đợc
thảo luận trong phụ lục A.

Các nguồn bức xạ
Tổng quát
Trong phổ của bức xạ điện từ, bức xạ Gamma đợc xếp vào vùng năng lợng cao
cùng với tia X. Năng lợng liên quan đến bức xạ Gamma (ví dụ, các tia Gamma phát ra từ
nguồn Cobalt-60) là đủ lớn để phát vỡ liên kết phân tử và ion hoá các nguyên tử, nhng
không đủ lớn để ảnh hởng đến cấu trúc hạt nhân nguyên tử (không tạo thành vật liệu
phóng xạ). Do đó, bức xạ Gamma có thể dùng để làm biết đổi tính chất hoá học, vật lý
hoặc sinh học của các sản phẩm/vật liệu đợc chiếu xạ; tuy nhiên, các sản phẩm này
không trở thành vật liệu có tính chất phóng xạ. Bức xạ với năng lợng cao nh vậy đợc
xem nh bức xạ ion hoá. Tất cả các quá trình xử lý bằng bức xạ đợc thực hiện với bức xạ
ion hoá, nó bao gồm bên cạnh bức xạ Gamma, electron năng lợng cao (thông thờng
lớn hơn 80 keV) và các tia X đợc sinh ra từ các electron năng lợng cao (ví dụ, 5-10
MeV).
Cobalt-60 và Caesium-137 là phù hợp nhất cho các nguồn bức xạ Gamma để xử lý

bằng bức xạ bởi chúng có năng lợng tơng đối cao và chu kỳ bán rã dài: Cobalt-60 là
5,27 năm và Caesium-137 là 30,1 năm). Tuy nhiên, việc sử dụng Caesium-137 bị hạn chế
vì tính độc lập ít, các thiết bị chiếu xạ nguồn khô, đợc sử dụng chủ yếu để chiếu xạ máu
và khử trùng. Hiện nay, tất cả các thiết bị chiếu xạ công nghiệp sử dụng nguồn bức xạ
Cobalt-60.

nguồn phóng xạ Cobalt-60

Cobalt phóng xạ (Co-60 hoặc
60
Co
27
) là các nguồn bức xạ Gamma đợc sử dụng
rộng rãi nhất trong công nghệ bức xạ, cả trong công nghiệp và cho các mục đích trong y
tế. Sản xuất đồng vị phóng xạ Cobalt bắt đầu từ Cobalt tự nhiên (nguyên liệu) có đồng vị
cobalt-59 làm giàu 100%. Quặng Cobalt giàu là rất hiếm và kim loại này chỉ chiếm
khoảng 0.001% bề mặt vỏ trái đất. Các thanh kim loại (dạng hình trụ nhỏ) hoặc các thỏi
(dạng bút chì) đợc làm từ bột cobalt nung với độ tinh khiết 99.9% và đợc hàn kín trong
vỏ bọc kim loại Zircaloy, sau đó đợc đa vào lò phản ứng hạt nhân với khoảng thời gian
nhất định (khoảng 18-24 tháng) phụ thuộc vào thông lợng của Nơtron tại vị trí xảy ra
phản ứng.
Trong khoảng thời gian ở trong lò phản ứng, một nguyên tử cobalt-59 hấp thụ một
nơtron và nó chuyển thành một nguyên tử cobalt-60. Trong suốt hai năm trong lò phản
ứng, một phần nhỏ số nguyên tử trong thanh kim loại cobalt bị chuyển thành các nguyên
tử cobalt-60.

Hình 3. Các thanh kim loại và các bút chì cobalt-60 sẽ đợc lắp thành khối bảng nguồn
phóng xạ (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada).
Hoạt độ phóng xạ riêng thờng giới hạn đến khoảng 120 Ci/g cobalt (khoảng 4 x
10

12
Bq/g). Sau khi chiếu xạ, các thỏi kim loại chứa các thanh cobalt đợc bọc thêm lớp
thép không gỉ chống ăn mòn để tạo thành các bút chì nguồn phóng xạ hoàn chỉnh mà bức
xạ Gamma có thể xuyên qua nhng bản thân lớp vỏ thép này không trở thành vật liệu có
tính phóng xạ (cobalt-60) (xem hình 3). Cấu hình của nguồn phải đáp ứng đợc yêu cầu
sao cho những bút chì nguồn này sẽ đợc nạp vào các môđun đã đợc xác định trớc trong
bảng nguồn, và phân bố của các môđun này trên toàn bộ bảng nguồn của một thiết bị
chiếu xạ công nghiệp (xem hình 4).
Cobalt-60 (
60
Co
27
) phân rã thành một đồng vị Nikel bền, không có tính póng xạ
(
60
Ni
28
), trong quá trình phân rã đó phát ra một hạt bêta âm (có năng lợng cực đại là
0.313 MeV), và chu kỳ bán rã của nó khoảng 5.27 năm (xem hình 5).
Do vậy, Nikel-60 đợc sinh ra ở trạng thái bị kích thích, và ngay lập tức nó phát ra
hai phôtôn có năng lợng 1.17 và 1.33 MeV, rồi trở về trạng thái bền. Hai phôtôn gamma
này đóng vai trò trong quá trình xử lý bằng bức xạ đối với các thiết bị chiếu xạ sử dụng
bức xạ gamma từ nguồn cobalt-60. Tất cả các nguyên tử cobalt-60 sẽ phân rã, cờng độ và
hoạt độ phóng xạ của nguồn cobalt sẽ giảm, giảm đến 50% trong khoảng 5.27 năm, hoặc
giảm khoảng 12% mỗi năm. Định kỳ, các bút chì cobalt-60 đợc nạp thêm vào bảng
nguồn để đảm bảo công suất của thiết bị chiếu xạ. Các bút chì cobalt-60 cuối cùng đợc
tháo dỡ khỏi bảng nguồn khi hoạt độ của nó còn lại rất thấp, thông thờng sau 20 năm sử
dụng.

H×nh 4. BiÓu ®å minh ho¹ cÊu t¹o cña mét b¶ng nguån ®iÓn h×nh tõ c¸c thanh nguån
phãng x¹, c¸c bót ch× nguån vµ c¸c m«®un (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada).



Hình 5. Biểu đồ phân rã của hạt nhân cobalt-60.




Nhìn chung, các bút chì nguồn đợc trả lại nhà cung cấp để tái sử dụng, tái chế
hoặc loại bỏ. Trong khoảng 50 năm, thì 99.9% cobalt-60 sẽ phân rã thành nickel không
phóng xạ.
Hiện nay, thống kê toàn bộ về cobalt-60 trên toàn thế giới có tổng hoạt độ hơn 250
triệu Curie [6]. Do đó, các lò phản ứng của các nhà máy điện hạt nhân đóng vai trò rất
quan trọng, mang lại lợi ích cho cuộc sống của chúng ta thông qua việc sử dụng nguồn
phóng xạ cobalt-60 trong y tế cũng nh là các ứng dụng của bức xạ với quy mô công
nghiệp.

MÔ Tả Thiết bị chiếu xạ gamma
Giới thiệu tổng quan về thiết bị chiếu xạ.

Trong một thiết bị chiếu xạ lớn, thì buồng chiếu xạ, nơi sản phẩm đợc xử lý bằng
bức xạ là trung tâm của thiết bị chiếu xạ đó (xem hình 6). Các thành phần chính khác của
một thiết bị chiếu xạ công nghiệp bao gồm:

- Bể bảo vệ bảng nguồn phóng xạ cobalt-60 (khô hoặc ớt),
- Động cơ nâng-hạ nguồn phóng xạ
- Tờng bảo vệ xung quanh nhà nguồn,
- Bảng (phòng) điều khiển,

- Các thùng chứa (vận chuyển) sản phẩm,
- Hệ thống băng tải đa sản phẩm vào/ra buồng chiếu xạ,
- Hệ thống khoá liên động để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho quá trình chiếu xạ
- Khu vực nạp và dỡ sản phẩm, và
- Các trang thiết bị phụ trợ.

Nguồn bức xạ đặt tại buồng chiếu xạ (trong suốt quá trình chiếu xạ) hoặc ở bể bảo
quản đợc che chắn-bảo vệ bức xạ (thờng đợc đặt bên dới buồng chiếu xạ), có thể bảo
quản khô hoặc ớt. Phải đảm bảo che chắn-bảo vệ phóng xạ bởi tờng bằng vật liệu rắn
(đối với bể bảo quản khô) hoặc bởi nớc (đối với bảo quản ớt) để sao cho cán bộ, công
nhân viên có thể làm việc đợc trong buồng chiếu, ví dụ các hoạt động bảo dỡng, khi
nguồn phóng xạ ở vị trí bể bảo quản. Nớc có một số đặc tính có thể mong muốn nh là
một vật liệu che chắn; nó là chất lỏng dễ phù hợp để truyền nhiệt, và nó còn trong suốt.
Đối với một thiết bị chiếu xạ có nguồn phóng xạ bảo quản ớt thì gần nh tất cả các vật
liệu đợc sử dụng để chế tạo bảng nguồn, hệ thống ống dẫn, và các ống chứa nguồn đều
bằng thép không rỉ, nhằm chóng sự ăn mòn điện.
Xung quanh buồng chiếu xạ là tờng bảo vệ bức xạ, nó cũng đợc xem nh là
tờng bảo vệ sinh học, nhìn chung nó bao gồm một tờng bê tông đủ dầy (thờng với bề
dầy 2 mét) để làm suy giảm bức xạ phát ra từ nguồn, sao cho giữ cho mức phóng xạ tại
khu vực phòng điều khiển gần với phông phóng xạ tự nhiên. Tờng bê tông đó đợc xây
dựng theo kiểu rích rắc sao cho sản phẩm chiếu xạ có thể di chuyển và phải đảm bảo giảm
đợc bức xạ tán xạ đến phòng điều khiển, nơi nhân viên vận hành có thể kiểm soát hoặc
điều khiển sự dịch chuyển của nguồn phóng xạ và sản phẩm.
Động cơ của hệ băng tải sản phẩm có thể đơn giản hoặc có thể khá phức tạp phụ
thuộc vào thiết kế của thiết bị chiếu xạ. Đối với thiết kế để chiếu xạ liên tục (nh đã chỉ ra
trong hình 6), thì các thùng sản phẩm (hình 6) đợc dịch chuyển xung quanh nguồn bức
xạ bởi hệ băng tải xuyên qua buồng chiếu xạ.


H×nh 6.

S¬ ®å khèi toµn c¶nh cña mét thiÕt bÞ chiÕu x¹ gamma ®iÓn h×nh, nguån phãng x¹ b¶o
qu¶n −ít (t¹i thiÕt bÞ chiÕu x¹ Nordion MSD, Canada).

Đối với quá trình chiếu xạ cố định, thì nguồn phóng xạ đợc dịch chuyển đến
buồng chiếu sau khi các thùng chứa sản phẩm đã đợc xếp, đặt tại đó để chiếu xạ.
Thiết bị chiếu xạ cũng cần bố trí các khu vực để lu trữ các sản phẩm cha xử lý và
các sản phẩm đã xử lý. Yêu cầu thông thờng đối với thiết kế thiết bị chiếu xạ là hai loại
sản phẩm nói trên không đợc phép lẫn lộn với nhau một cách không cố ý (chú ý hàng rào
ngăn cách trong hình 6). Và tất cả các thiết bị chiếu xạ cũng phải đợc trang bị các phòng
thí nghiệm phù hợp để thực hiện các phép đo liều. Một số thiết bị chiếu xạ cũng cần trang
bị một phòng thí nghiệm vi sinh hoặc một phòng thí nghiệm kiểm tra vật liệu.


các thiết bị chiếu xạ gamma

các nguyên tắc thiết kế.

Có một số loại nguồn chiếu xạ phù hợp với quy mô công nghiệp. Do đó, một nhà
thiết kế thiết bị chiếu xạ có năng lực dễ dàng chọn lựa một loại nguồn phù hợp nhất cho
mục đích chiếu xạ công nghiệp. Thiết kế một nguồn chiếu xạ thay đổi từ loại nhỏ, nó phù
hợp cho nghiên cứu về bức xạ, đến loại rất lớn, nó đáp ứng cho việc xử lý hàng trăm tấn
sản phẩm mỗi ngày. Những khác biệt chính giữa các nguồn chiếu xạ là tổng hoạt độ
phóng xạ của nguồn (Ví dụ, tổng hoạt độ của cobalt) và phơng thức dịch chuyển các sản
phẩm trong buồng chiếu xạ. Bên cạnh đó, phơng thức vận hành của nguồn phóng xạ
cũng có thể đợc lựa chọn sao cho phù hợp với một ứng dụng riêng. Thêm vào đó, các nhà
sản xuất có thể và sẽ thay đổi thiết kế của một nguồn chiếu xạ sao cho phù hợp hơn với
các yêu cầu riêng.
Các
nguyên tắc thiết kế cơ bản đối với tất cả các nguồn chiếu xạ là:

- Đạt đợc năng lợng hiệu dụng tối đa của bức xạ
- Đạt đợc độ đồng liều tơng đối trong sản phẩm, và
- Đảm bảo an toàn và vận hành đơn giản.

Các nguyên tắc này luôn kết hợp chặt chẽ với các yếu tố thiết kế sau đây, nó đã
đợc công nhận từ khi chiếu xạ công nghiệp mới ra đời và đợc thực hiện tốt:

- Các bút chì nguồn cobalt-60 đợc bọc hai lớp,
- Bể bảo quản nguồn phóng xạ bằng nớc (chống ion hoá),
- Một vài lớp (dãy) sản phẩm xung quanh nguồn phóng xạ, và
- Tờng bảo vệ sinh học dạng rích rắc đợc làm bằng bê tông có mật độ theo đúng
tiêu chuẩn.

thiết kế công suất và hoạt độ cho nguồn phóng xạ

Công suất xử lý sản phẩm chủ yếu phụ thuộc vào hoạt độ hiện tại của nguồn phóng
xạ đợc lắp đặt và các yêu cầu về liều bức xạ. Hoạt độ của nguồn có thể thay đổi từ hàng
chục kCi đến vài MCi. Hoạt độ khi lắp đặt luôn nhỏ hơn hoạt độ cực đại đối với nguồn
chiếu xạ đã đợc thiết kế, mà nó liên quan đến công suất khi thiết kế. Việc lựa chọn một
công suất theo thiết kế dựa vào các yêu cầu về liều đối với các ứng dụng đã đợc xác định
và công suất tối đa xử lý sản phẩm hàng năm đợc kỳ vọng trong suốt quá trình hoạt động
của thiết bị chiếu xạ, bao gồm cả các yêu cầu trong tơng lai. Thông thờng, cần thử
nghiệm khi bắt đầu vận hành một thiết bị chiếu xạ với nguồn có hoạt độ nhỏ hơn (nh
những yêu cầu hiện tại) so với thực tế thiết kế của nó, và sau đó nạp thêm dần cobalt vào
bảng nguồn cho bằng với yêu cầu. Một thiết bị chiếu xạ không đợc cấp phép khi hoạt độ
phóng xạ của nguồn lớn hơn công suất đợc thiết kế bởi vì nó đã đợc thiết kế cho công
suất đã định, đặc biệt là phải đáp ứng các yêu cầu về che chắn phóng xạ. Bảng II chỉ ra
phân bố công suất thiết kế và hoạt độ phóng xạ đợc lắp đặt hiện nay của 165 thiết bị
chiếu xạ gamma thơng mại, mà chúng đáp ứng đợc các yêu cầu nói trên [10,11].
Suất liều trong sản phẩm chiếu xạ có liên quan trực tiếp đến hoạt độ phóng xạ của

nguồn đợc lắp đặt. Kiểm soát liều hấp thụ đợc chỉ định bằng cách điều chỉnh thời gian
chiếu xạ hoặc tốc độ hệ băng tải. Chỉ cần sự suy giảm của hoạt độ nguồn phóng xạ do sự
phân rã phóng xạ; nếu không đợc xem xét thì nó có thể ảnh hởng rất lớn đến hoạt động
của thiết bị - cả về tài chính cũng nh là kế hoạt hoạt động của đơn vị. Hoạt độ của một
nguồn cobalt-60 hàng năm giảm khoảng 12%. Do vậy, nhà vận hành thiết bị chiếu xạ
cần bù bắp cho lợng hoạt độ bị mất đi này (nó làm giảm cả suất liều) bằng việc tăng
thêm thời gian chiếu xạ khoảng 1% mỗi tháng để sản phẩm nhận đợc đủ liều yều cầu.
Thông thờng thời gian chiếu xạ trở nên dài hơn, không đáp ứng đợc trong thực tế (làm
giảm công suất xử lý sản phẩm), cho nên yêu cầu đợc đặt ra là cần nạp thêm các bút chì
cobalt-60 vào bảng nguồn (bổ sung nguồn) sau những khoảng thời gian nhất định, điều
này phụ thuộc vào các yêu cầu xử lý sản phẩm.
Hiện nay, thông thờng đối với các thiết bị chiếu xạ thơng mại thì năng lợng
hiệu dụng phát ra từ nguồn phóng xạ mà sản phẩm hấp thụ đợc là 30%. Do đó, một thiết
bị chiếu xạ với hoạt độ nguồn cobalt-60 là 1 MCi (1 triệu Ci) thì sẽ xử lý đ
ợc 4 tấn (Mg)
sản phẩm mỗi giờ với liều cực tiểu là 4 kGy (thờng đối với chiếu xạ thực phẩm). Nếu liều
yêu cầu là 25 kGy (áp dụng cho khử trùng các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ), thì công suất
xử lý sẽ giảm chỉ còn 0.65 tấn một giờ.

liều xử lý và liều chỉ định

Liều xử lý là liều cần thiết để đạt đợc hiệu ứng mong muốn đối với sản phẩm, nó
đợc xác định thông qua nghiên cứu về bức xạ, nó liên quan đến việc xác định mối quan
hệ liều-hiệu ứng của sản phẩm/hiệu ứng trong các ứng dụng khử trùng các sản phẩm chăm
sóc sức khoẻ hoặc làm giảm số lợng vi khuẩn gây độc trong thịt gà. Nhìn chung, kết quả
của việc nghiên cứu nói trên là tìm hiểu về hai loại giới hạn về liều: giới hạn liều thấp với
liều cực tiểu đợc yêu cầu để đạt đợc hiệu ứng mong muốn trong sản phẩm, và giới hạn
liều cao đợc xác định nhằm đảm bảo rằng bức xạ sẽ không ảnh hởng đến chất lợng sản
phẩm (chẳng hạn nh: các thành phần nhựa trong các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ có thể
trở nên bị giòn-gãy, hoặc các loại gia vị có thể bị mất đi hơng vị).

Bảng II. Phân bố công suất thiết kế và hoạt độ của các nguồn
phóng xạ đợc lắp đặt theo vùng lnh thổ đối với 165 thiết bị
chiếu xạ gamma thơng mại

Hoạt độ của nguồn
cobalt-60 (kCi)
Trên
toàn
Châu
phi
Đông
á và
Châu
âu
Châu
Mỹ la
Nam
mỹ
Tây á
thế
giới
thái
bình
dơng
tinh
Công
suất
thiết
kế

Không sử
dụng
*
15-500
500-100
>1000

28

47
37
53

3

1
0
1
9

41
23
13
12

2
9
8

0

2
3
4

1

1
0
27
3

0
2
0
Hoạt
độ
hiên
tại
Không sử
dụng*

15-500
500-100
>1000
70

53
14
28

0

4
1
0
44

28
5
9
11

12
3
5
1

4
3
1
14

1
1
13
0

4
1
0

(*): - Thông tin không chính thức,
- Không sử dụng để chiếu xạ thơng mại.

Thông thờng, mỗi sản phẩm/quá trình cần quan tâm đến hai giới hạn về liều nói
trên, và các giá trị này xác đinh khả năng có thể chấp nhận dải liều để sao cho tất cả các
phần của sản phẩm sẽ nhận đợc liều trong dải đó. Các giá trị giới hạn về liều này, đặc
biệt đối với các sản phẩm thông thờng nh thực phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức
khoẻ phải đợc quy định bởi các cơ quan có thẩm quyền của quốc gia. Tỷ số giữa giới hạn
liều cực đại và giới hạn liều cực tiểu có thể đợc xem nh tỷ số giới hạn liều.
Trong quá trình xử lý chiếu xạ, các bức xạ gamma tơng tác với sản phẩm thông
qua một số loại tơng tác nguyên tử, chẳng hạn nh tán xạ Compton, hiệu ứng quang điện
và quá trình tạo cặp [12]. Thông qua các loại tơng tác này và kết quả là nó sẽ truyền năng
lợng cho sản phẩm, do đó sản phẩm nhận đợc liều bức xạ. cờng độ bức xạ bị giảm khi
xuyên qua sản phẩm, dẫn đến việc giảm liều theo bề dày của sản phẩm.


Hình 7. Phân bố liều-chiều sâu trong một thùng sản phẩm đợc chiếu xạ từ hai mặt bằng
nguồn cobalt-60. Đờng cong a minh hoạ phân bố liều-chiều sâu khi sản phẩm chỉ đợc
chiếu xạ từ một mặt (nguồn ở vị trí a). tơng tự, khi nguồn ở vị ttrí b, phân bố liều-
chiều sâu đợc minh hoạ bởi đờng cong b. Do vậy, tổng liều chiếu xạ từ hai mặt của
thùng sản phẩm đợc thể hiện bằng đờng cong a+b. Chú ý rằng liều tổng cộng này là
đồng đều hơn so với trờng hợp chỉ chiếu xạ từ một mặt của thùng sản phẩm (đờng cong
a hoặc b).

Điều này đợc xem nh phân bố liều-chiều sâu (xem hình 7, đờng cong a hoặc b).
Tốc độ suy giảm liều phụ thuộc vào thành phần và mật độ của sản phẩm, cũng nh là năng
lợng của bức xạ gamma. Bên cạnh đó, sự thay đổi của liều theo chiều sâu cũng tạo nên sự
khác biệt về liều theo các mặt bên. Sự thay đổi về liều này phụ thuộc vào cấu hình chiếu
xạ. Cả hai sự thay đổi về liều đó gây nên sự không đồng đều về liều đợc chỉ định đối với

sản phẩm. Sự chênh lệch về liều trong sản phẩm đợc chiếu xạ là không thể tránh khỏi
đợc. Một phơng pháp đợc chấp nhận để miêu tả sự không đồng liều này là khái niệm
tỷ số đồng liều (DUR), nó là tỷ số giữa giá trị liều cực đại và liều cực tiểu trong một thùng
sản phẩm. Tỷ số này tăng theo mật độ của sản phẩm và kích thớc của thùng sản phẩm
(xem hình 8).

Hệ số đồng liều (DUR)

Hình 8. Sự phụ thuộc của hệ số đồng liều (DUR) vào mật độ sản phẩm đối với hai cấu
hình của thiết bị chiếu xạ (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada).

Tỷ số này có thể tiệm cận đến sự đồng nhất (ví dụ, nhỏ hơn 1.05) đối với các mẫu
nghiên cứu bức xạ, khi mà mục đích nghiên cứu nhằm xác định mối tơng quan giữa hiệu
ứng bức xạ và liều hấp thụ trong mẫu. Nhìn chung, điều này có thể đạt đợc bằng cách
giảm kích thớc của mẫu. Đối với chiếu xạ công nghiệp thì không thể đạt đợc hệ số đồng
liều nh vậy vì các lý do kinh tế. Một thùng sản phẩm thờng có kích thớc là 60 cm x 50
cm x 150 cm, và một số thiết bị chiếu xạ đợc thiết kế để chiếu xạ cả giá sản phẩm có
kích thớc 120cm x 100 cm x 150 cm. Hệ số đồng liều sẽ trở nên có ý nghĩa hơn sự đồng
nhất trong các thùng sản phẩm lớn đó. Tuy nhiên, may mắn là vấn đề quan trọng nhất
trong các ứng dụng là tồn tại một dải liều rộng mà có thể đợc chấp nhận để đạt đợc hiệu
ứng mong muốn mà không ảnh hởng xấu đến chất lợng sản phẩm. Ví dụ nh, tỷ số giới
hạn liều trong khoảng 1.5 đến 3 áp dụng cho nhiều ứng dụng, đôi khi có thể lớn hơn phụ
thuộc vào sản phẩm và quá trình chiếu xạ.
Do đó, nguyên tắc hớng dẫn là: Hệ số đồng liều đo đợc phải nhỏ hơn hệ số giới
hạn liều đợc quy định cho ứng dụng đó.
Có hai cách để giảm hệ số đồng liều trong thùng sản phẩm (tức là làm cho liều hấp
thụ trong sản phẩm trở nên đồng đều hơn). Sự thay đổi liều theo chiều sâu của sản phẩm
đợc giảm dễ dàng bằng cách chiếu xạ từ nhiều hơn một mặt của thùng sản phẩm (nh
đợc minh hoạ trong hình 7). Điều này có thể thực hiện đợc bằng việc quay thùng sản
phẩm trong quá trình chiếu xạ hoặc thùng sản phẩm chuyển động xung quanh nguồn

phóng xạ. Tất cả các thiết bị chiếu xạ áp dụng một trong hai phơng thức này nhằm mục
đích giảm hệ số đồng liều. Cũng có một số phơng pháp để giảm sự thay đổi về liều tại
các vị trí trên mặt bên cạnh của thùng sản phẩm, đó là bố trí các bút chì nguồn có hoạt độ
cao hơn gần hai bên của bảng nguồn (làm giãn rộng vùng hoạt của nguồn), và sắp xếp các
thùng sản phẩm sao cho cân đối với nguồn phóng xạ (nguồn lấn qua sản phẩm hoặc ngợc
lại). Các thiết bị chiếu xạ khác áp dụng nhiều phơng pháp khác nhau để gia tăng sự đồng
đều của liều hấp thụ trong sản phẩm.

Các loại thiết bị chiếu xạ

Trải qua nhiều năm, các nhà sản xuất và các nhà cung cấp thiết bị chiếu xạ đã có
rất nhiều nỗ lực nhằm đáp ứng những yêu cầu gia tăng của ngành công nghiệp chiếu xạ.
Các yếu tố chính đợc tập chung là các vấn đề: hiệu quả xử lý bằng bức xạ, sự đồng đều
về liều trong sản phẩm, sự tin cậy hoàn toàn về thời gian và hoạt động của thiết bị chiếu
xạ. Các vấn đề này đã đợc cải thiện đều đặn theo thời gian. Các phép đo này mang lại kết
quả là các quy mô và thiết kế khác nhau của các thiết bị chiếu xạ đó có thể phù hợp cho
các ứng dụng riêng biệt. Do đó, các thiết bị chiếu xạ quy mô thơng mại có thể đáp ứng
với hầu hết các yêu cầu trong công nghiệp xử lý chiếu xạ. Bên cạnh đó, các thiết kế có thể
cải tiến cho phù hợp hơn với các yêu cầu riêng của một ứng dụng. Các khái niệm về thiết
kế khác và một số thiết kế riêng của thiết bị chiếu xạ đợc thảo luận trong tài liệu tham
khảo [13].
Về cơ bản, các thiết bị chiếu xạ gamma có thể phân thành hai nhóm sau:

Các thiết bị chiếu xạ độc lập, và
Các thiết bị chiếu xạ đa năng.

Các thiết bị chiếu xạ độc lập (theo phân loại của IAEA là loại I và III)
Các thiết bị chiếu xạ độc lập đợc thiết kế riêng cho nghiên cứu và các ứng dụng
với yêu cầu liều thấp và công suất nhỏ, cũng nh là chiếu xạ máu để phòng tránh TA-
GVHD và để diệt côn trùng đối với các chơng trình kiểm soát côn trùng gây hại. Phần

lớn các thiết bị chiếu xạ loại này có nguồn phóng xạ bảo quản khô và hoạt độ phóng xạ
của nguồn giới hạn vào khoảng 25 kCi (xem hình 9). Các thiết bị chiếu xạ loại này, nguồn
phóng xạ đặt ở trong buồng chiếu (có thể là nguồn cobalt-60 hoặc caesium-137) đợc che
chắn bằng tờng chì hoặc vật liệu tơng tự, và có động cơ để dịch chuyển mẫu từ vị trí nạp
đến vị trí chiếu xạ. Các nguồn chiếu xạ loại này có thể đợc đặt rất thuận tiện tại một
phòng thí nghiệm hoặc một buồng chiếu mà không cần phải che chắn thêm. Những u
điểm cơ bản của các nguồn chiếu xạ nhỏ này là lắp đặt và vận hành chúng dễ dàng, chúng
tạo ra suất liều cao và đạt đợc sự đồng liều tốt, và điều này rất cần thiết cho công tác
nghiên cứu về bức xạ. Các đặc tính này đạt đ
ợc do mẫu đợc đặt với các bút chì nguồn
bao quanh, vì thế nó nhận đợc bức xạ từ tất cả các hớng. Các nguồn chiếu xạ loại này
chỉ giới hạn đặt đợc các mẫu có thể tích từ 1-5 lít. Tuy nhiên, kích thớc này là hoàn toàn
đáp ứng cho các mẫu nghiên cứu và chiếu xạ quy mô nhỏ. Để chiếu xạ, thì mẫu đợc đặt
trong buồng chiếu tại ví trí nạp (đợc bảo vệ-che chắn hoàn toàn), và thời gian chiếu xạ
đợc đặt sao cho mẫu nhận đợc liều đã đợc chỉ định (xem hình 9). Nhấn một nút trên
bảng điều khiển để buồng chiếu cùng với mẫu sẽ tự động dịch chuyển đến vị trí chiếu xạ
và nó sẽ quay lại vị trí dỡ mẫu ra (đợc che chắn) khi kết thúc quá trình chiếu xạ.

Hình 9. Thiết bị chiếu xạ gamma độc lập, nguồn đợc bảo quản khô phù hợp cho công tác
nghiên cứu và chiếu xạ quy mô nhỏ. Trong quá trình chuẩn bị chiếu xạ, một giá chứa mẫu
đợc đặt trong buồng chiếu khi nó ở vị trí nạp mẫu. Tuỳ thuộc vào suất liều của ngày
chiếu xạ, mà đồng hồ đo thời gian trên bảng điều khiển (nút bên phải) đợc đặt sao cho
mẫu nhận đợc liều mong muốn.
Các thiết bị chiếu xạ độc lập này đợc IAEA phân thành loại I (nguồn bảo quản khô) và
loại III (nguồn bảo quản ớt). Các ứng dụng và các thủ tục đối với việc sử dụng hai loại
thiết bị chiếu xạ này đợc miêu tả trong sổ tay thực hành an toàn bức xạ do IAEA xuất
bản [14].

Các thiết bị chiếu xạ đa năng (theo phân loại của IAEA là loại II và IV)

Đối với các nguồn chiếu xạ quy mô thí nghiệm và quy mô thơng mại hoàn toàn
thì Các thiết bị chiếu xạ đa năng là phù hợp hơn, vì nguồn phóng xạ của chúng có thể bao
gồm một số bút chì nguồn cobalt-60 đợc sắp đặt trên một bảng nguồn (nh bảng nguồn
trong hình 6) hoặc dạng hình trụ (hình 11), mà chúng có thể đợc chuyển vào một buồng
chiếu xạ lớn. Khi dịch chuyển khỏi buồng chiếu này thì nguồn phóng xạ đợc bảo quản
bởi nớc (bảo quản ớt), hoặc bảo quản bằng chì hoặc các vật liệu có nguyên tử khối cao
thích hợp (bảo quản khô). Do các nguồn phóng xạ phát ra bức xạ gamma theo tất cả các
hớng, nên các thùng chứa sản phẩm đợc đặt xung quanh để tăng hiệu quả sử dụng năng
lợng. Vì vậy, nhiều thùng chứa sản phẩm (100 đến 200) thờng đợc chiếu xạ đồng thời.
Đối việc bố trí chiếu xạ nh vậy, suất liều trung bình thấp hơn nhiều và sản phẩm cần
đợc chiếu xạ trong khoảng thời gian dài hơn. Tuy nhiên, bù lại là trong thực tế nhiều
thùng sản phẩm lớn đợc chiếu xạ đồng thời.
Các thiết bị xử lý bức xạ có thể đợc phân loại theo kiểu hoạt động-theo mẻ hoặc
liên tục. Các sản phẩm có thể đợc dịch chuyển trong buồng chiếu xạ (nơi diễn ra quá
trình chiếu xạ) khi nguồn phóng xạ ở vị trí bảo quản hoàn toàn (chiếu xạ theo mẻ) hoặc
khi nguồn đang ở vị trí chiếu xạ (chế độ chiếu xạ liên tục). Để giảm sự khác biệt về liều
hấp thụ trong thùng sản phẩm thì nó có thể đợc xoay trong quá trình chiếu xạ (thích hợp
cho chế độ chiếu xạ theo mẻ) hoặc thùng sản phẩm đợc dịch chuyển quanh nguồn phóng
xạ; phù hợp đối với chế độ chiếu xạ liên tục, nhng cũng có thể áp dụng cho một số thiết
bị chiếu xạ theo mẻ.
Đối với các thiết bị chiếu xạ đòi hỏi công suất lớn thì chế độ hoạt động liên tục là
thích hợp hơn. Phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị chiếu xạ, các thùng chứa sản phẩm đi
xung quanh nguồn phóng xạ trên một hệ băng tải (hoặc đợc treo theo đờng ray từ trên
trần của buồng chiếu xạ) một vài lần (thông thờng, từ 1 đến 4 lần), và thùng sản phẩm
cũng có thể dịch chuyển trên các độ cao khác nhau (đảo tầng). Mục đích cơ bản là để sản
phẩm hấp thụ đợc nhiều nhất năng lợng bức xạ có thể và đạt đợc sự đồng liều tơng
đối. Đối với các yêu cầu chiếu xạ liều thấp, thùng sản phẩm có thể đợc dịch chuyển liên
tục; tốc độ băng tải đợc lựa chon sao cho đáp ứng đợc liều yêu cầu. Tuy nhiên, đối với
các ứng dụng yêu cầu chiếu xạ liều cao, thì nhìn chung tốc độ của băng tải sẽ rất thấp, do
đó thiết bị hoạt động theo chế độ dừng là thích hợp hơn. Trong chế độ hoạt động này, các

thùng sản phẩm đứng lại (dừng) tại các vị trí chiếu xạ đợc xác định xung quanh nguồn
phóng xạ trong một khoảng thời gian dừng nào đó (thờng là vài phút), và sau đó tất cả
chúng đợc dịch đến các vị trí tiếp theo, sao cho mỗi thùng sản phẩm cuối cùng sẽ dừng ở
từng vị trí (tại tất cả đờng xung quanh nguồn) trớc khi chúng đi ra khỏi buồng chiếu.
Đối với chế độ hoạt động này, thời gian dừng đợc lựa chọn dựa vào liều yêu cầu. Hình 10
chỉ ra chuỗi dịch chuyển của thùng sản phẩm xung quanh bảng nguồn, với 4 đờng đi cho
một mức độ cao của thùng sản phẩm của một thiết bị chiếu xạ hoạt động theo chế độ
dừng.

Hình 10. Ví dụ về một chuỗi trong quá trình chiếu xạ của một thiết bị chiếu xạ với 4
đờng đi cho một mức độ cao của thùng sản phẩm. mỗi thùng sản phẩm chiếm một trên
40 vị trí của chuỗi trong quá trình chiếu xạ trong buồng chiếu. Vị trí A đợc cố định (vị
trí duy nhất, tởng tợng) trên mặt bên của thùng sản phẩm, nó đánh dấu thùng sản phẩm
đợc đảo mặt hớng vào bảng nguồn khi thùng sản phẩm đi quanh nguồn. Bằng cách này,
mỗi thùng sản phẩm đợc chiếu xạ từ hai mặt.

Đối với các thiết bị yêu cầu công suất chiếu xạ tơng đối nhỏ thì thiết bị có khả
năng xử lý sản phẩm theo mẻ trở nên hữu dụng hơn. Hình 11 chỉ ra sơ đồ khối của một
thiết bị chiếu xạ theo mẻ đơn giản mà nguồn phóng xạ là các thanh cobalt-60 hình trụ đơn
giản. Đối với chế độ hoạt động này, một số thùng sản phẩm (một nhóm thùng) đợc đặt
bằng tay hoặc tự động vào buồng chiếu khi nguồn phóng xạ đợc bảo vệ tại bể bảo quản
nguồn. Sau đó buồng chiếu xạ đợc đóng lại, nguồn đợc dịch chuyển vào buồng đến vị
trí chiếu xạ cố định đợc xác định trớc tại trung tâm của các thùng sản phẩm và chúng
đợc chiếu xạ trong khoảng thời gian yêu cầu. Các thùng sản phẩm có thể xoay quanh trục
của nó hoặc quay tròn xung quanh nguồn trong quá trình chúng đợc chiếu xạ để tăng sự
đồng liều. Sau khi hoàn thành quá trình chiếu xạ, nguồn đợc dịch chuyển về vị trí bảo
quản, và các thùng sản phẩm đã chiếu xạ đợc thay thế bởi một nhóm sản phẩm khác cho
quá trình chiếu xạ tiếp theo.
Các thiết bị chiếu xạ ở chế độ theo mẻ rất phù hợp cho chiếu xạ ở quy mô thí
nghiệm vì vận hành chúng dễ dàng. Thêm vào đó, các thiết bị chiếu xạ loại này khá dễ

dàng thay đổi suất liều cũng nh là cấu hình nguồn/sản phẩm chiếu xạ cho mục đích
nghiên cứu.
Các thiết bị chiếu xạ đa năng này đợc IAEA phân thành loại II (nguồn bảo quản
khô) và loại IV (nguồn bảo quản ớt). Các ứng dụng và các thủ tục đối với việc sử dụng
hai loại thiết bị chiếu xạ này đợc miêu tả trong sổ tay thực hành an toàn bức xạ do IAEA
xuất bản [15].


Hình 11. Thiết bị chiếu xạ theo mẻ. Với thiết kế đơn giản nhất, một nhân viên lái xe nâng
đặt bốn giá sản phẩm trên hệ có thể quay trong buồng chiếu xạ. Sau đó, nhân viên đi ra
ngoài và buồng chiếu đợc đóng lại, nguồn đợc nâng lên và các giá sản phẩm đợc quay
trong suốt quá trình chiếu xạ. Các đặc tính tự động có thể đợc thêm vào để tăng công
suất xử lý sản phẩm (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada).

Các thiết bị chiếu xạ đa năng phù hợp với quy mô thơng mại

Cùng với sự phát triển của công nghiệp chiếu xạ, ngày càng có nhiều sản phẩm đã
đợc xử lý bằng bức xạ gamma với các mục đích khác nhau. Ngày nay, nhiều loại vật liệu
đợc chiếu xạ với các ứng dụng khác nhau. Thách thức không thay đổi mà các nhà thiết kế
thiết bị chiếu xạ vẫn phải đối mặt là: làm thế nào để sản phẩm chiếu xạ nhận đợc tối đa
năng lợng hiệu dụng và sự đồng liều cao nhất, bằng một phơng pháp đơn giản và đáng
tin cậy. Các đặc tính của các sản phẩm mới, chẳng hạn nh hình dạng, mật độ và thành
phần dẫn đến yêu cầu thờng xuyên là thay đổi thiết kế thiết bị chiếu xạ. Một số sản phẩm
có các yêu cầu đặc biệt, chẳng hạn nh thực phẩm lạnh và đông lạnh. Với những thách
thức này, các nhà thiết kế đã có một số thiết bị chiếu xạ đợc phát triển, chúng đợc miêu
tả ở đây:
Các thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ: Thiết kế cơ
bản nhất là đặt sản phẩm trong các thùng kim loại để chiếu xạ. Các thùng chứa loại này
đôi khi đợc xem nh dụng cụ mang sản phẩm. Các thiết bị chiếu xạ loại này rất đa năng,
chúng có thể các sản phẩm trong các hộp, túi, hoặc các thùng. Phụ thuộc vào thiết kế của

thiết bị chiếu xạ, một thùng có thể chứa đợc vài trăm kg sản phẩm. Các thùng này dịch
chuyển xung quanh nguồn phóng xạ trên các băng tải dạng con lăn trên bốn hàng (mỗi
bên bảng nguồn có hai hàng) và ở hai tầng. Có một hệ nâng-hạ các thùng giữa hai tầng
của băng tải. Độ cao tổng cộng của hai thùng sản phẩm là cao hơn bảng nguồn, chính vì
thế nó đợc gọi là thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ (xem hình
12), thiết bị chiếu xạ loại này có thể đạt đợc sự đồng liều trong sản phẩm. Hơn nữa, sản
phẩm tiếp xúc đợc nhiều bức xạ hơn phát ra từ nguồn, và vì thế hiệu quả sử dụng năng
lợng tơng đối cao đối với thiết kế loại này. Tuy nhiên, sản phẩm đi qua hai độ cao khác
nhau làm cho cơ chế truyền tải trở nên phức tạp hơn.

Hình 12. Hai cấu hình chiếu xạ: sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ và nguồn phóng
xạ lấn qua sản phẩm. Chú ý rằng đối với cấu hình sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng
xạ, độ cao tổng cộng của hai thùng sản phẩm cao hơn bảng nguồn và mỗi thùng sản phẩm
phải đi qua hai độ cao khác nhau sau một chu trình chiếu xạ. Còn đối với cấu hình nguồn
phóng xạ lấn qua sản phẩm thì độ cao của nguồn lớn hơn độ cao của thùng sản phẩm và
mỗi thùng sản phẩm chỉ đi ở một độ cao sau một chu trình chiếu xạ hoàn chỉnh (tại thiết
bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada).

Các thiết bị chiếu xạ nguồn lấn qua sản phẩm: Xem xét một cách đơn giản nhất
cơ chế truyền tải, thì nhìn chung các thùng sản phẩm của loại thiết bị này dịch chuyển
theo bốn hàng hoặc nhiều hơn nhng chỉ ở một độ cao xác định. Một thùng sản phẩm (đôi
khi chính là các dụng cụ mang sản phẩm) có chiều dài lớn hơn thùng sản phẩm đối với
trờng hợp cấu hình sản phẩm bao trùm qua nguồn phóng xạ, nhng độ cao này vẫn nhỏ
hơn độ cao của bảng nguồn, vậy nên nó tạo thành cấu hình nguồn lấn qua sản phẩm (xem
hình 12). Các thùng sản phẩm của loại thiết bị này thờng đợc treo từ một đờng ray từ
trên trần của buồng chiếu xạ. Độ đồng liều có thể so sánh đợc với trờng hợp cấu hình
sản phẩm lấn qua nguồn phóng xạ, nhng năng lợng hiệu dụng thì nhỏ hơn.

Các thiết bị chiếu xạ cả giá sản phẩm: Các thiết bị chiếu xạ loại này đợc thiết
kế để chiếu xạ toàn bộ giá sản phẩm nh khi nhận đợc. Các sản phẩm đợc nhận với kích

thớc chuẩn của giá (các thùng chứa), sao cho phù hợp với cả các công đoạn khác của quá
trình chiếu xạ (bao gồm cả việc vận chuyển trên hệ băng tải). Trong một số khía cạnh
khác, thì các thiết bị chiếu xạ loại này tơng tự nh thiết bị chiếu xạ với cấu hình sản
phẩm lấn qua nguồn phóng xạ. Có hai u điểm chính đối với thiết bị chiếu xạ cả giá sản
phẩm. Nó tiết kiệm công sức trong việc di dời các hộp sản phẩm khỏi các giá để xếp
chúng vào trong một thùng chứa sản phẩm (ví dụ một thùng mang sản phẩm) chuẩn bị cho
việc chiếu xạ, và sau đó, khi xử lý xong lại dỡ các hộp sản phẩm đó và đặt lên các giá để
chuyển đi. Thiết bị chiếu xạ loại này tránh đợc việc h hại các sản phẩm do quá trình
nạp-dỡ. Nhận thấy rằng kích thớc của các giá sản phẩm là không giống nhau ở các vùng
trên thế giới, cho nên các nhà cung cấp thiết bị chiếu xạ có thể thiết kế thiết bị theo yêu
cầu của khách hàng.

Các thiết bị chiếu xạ theo mẻ: Các thiết bị chiếu xạ loại này là tơng đối đơn giản
và phù hợp cho chiếu xạ quy mô nhỏ. Các thùng sản phẩm đợc sắp đặt vào trong buồng
chiếu khi nguồn phóng xạ ở vị trí bảo quản. Để đạt đợc yêu cầu về sự đồng liều, thì mỗi
thùng sản phẩm đợc đặt trên một dụng cụ có thể quay liên tục trong suốt quá trình chiếu
xạ. Chẳng hạn, các thùng sản phẩm có thể xoay tròn quanh nguồn phóng xạ.

Các tính chất đặc biệt: Có thể có những yêu cầu riêng cho một số quá trình mà có
thể kết hợp chặt chẽ trong một số thiết kế. Nó bao gồm:
- Chiếu xạ các sản phẩm trong điều kiện đông lạnh và lạnh: Quá trình này thờng
kèm theo việc sử dụng các thùng chứa cách nhiệt.
- Liều chỉ định có thể mang lại lợi nhuận: Đối với chế độ hoạt động liên tục, cho
phép chiếu xạ đồng thời các sản phẩm với các yêu cầu về liều khác nhau. Các sản phẩm
yêu cầu liều nhỏ hơn đi ra khỏi buồng chiếu sau số vòng chiếu xạ ít hơn, trong khi các sản
phẩm khác tiếp tục đi quanh nguồn để nhận đợc liều cao hơn.
- Các ứng dụng liều thấp: Do tốc độ động cơ của hệ băng tải có giới hạn, nên các
kỹ thuật khác nhau có thể đợc sử dụng để giảm suất liều hấp thụ cho những xử lý này.
Các kỹ thuật này bao gồm chỉ sử dụng một phần nguồn phóng xạ (ví dụ nâng một trong
một số phần bảng nguồn lên vị trí chiếu xạ), hoặc là sử dụng các vật liệu làm suy giảm

cờng độ phóng xạ, và chiếu xạ ở các khoảng cách lớn hơn đến nguồn phóng xạ (điều này
có thể là chiếu xạ ở một đờng nhánh riêng).

Hệ thống điều khiển đợc máy tính hoá: Phần mền máy tính quản lý trực tuyến
với các thiết bị hiển thị ngày nay đã đợc trang bị ở nhiều thiết bị chiếu xạ (xem hình 13).