PHẦn I. Phóng xạ, TIA Phóng xạ VÀ BẢn chất khái niệm về phóng xạ: a. Khái niệm: Phóng xạ

- k: hệ số hấp thụ của chất.

- I₀: cường độ tia tới

- I: cường độ đã xuyên qua vật chất.

- X: quãng đường đi.

Quá trình hấp thụ năng lượng của vật chất có thể thực hiện bởi một trong ba hiệu ứng cơ bản: hiệu ứng quan điện, hiệu ứng compton và hiệu ứng tạo cặp.

Đây là hiện tượng các điện tử bị hút ra khỏi lớp vỏ điện tử của nguyên tử do tác dụng của tia γ và tia X. Năng lượng này một phần dùng làm công ion hóa, phần còn lại làm động năng của điện tử Ed.

Ε = h.v = ω + Ed

Như vậy, muốn biết điện tử ra khỏi nguyên tử thì năng lượng của tia γ (tia X) phải lớn hơn ω.

Về phía nguyên tử vật chất, khi một điện tử bị bật ra khỏi quỹ đạo, điện tử khác ở ngoài có thể đến thế chỗ.

Năng lượng dư thừa do sự chênh lệch của Eq giữa hai quỹ đạo, sẽ được phát ra dưới dạng một photon ( photon thứ cấp).

h.v = Eq.L – Eq.K

EqK và EqL là Eq của điện tử ở vành K và vành L.

Người ta nhạn thấy hiệu ứng quang điện thường xảy ra với những chùm photon có năng lượng nhỏ hơn 0,1 MeV.


a₂. Hiệu ứng compton:

Compton là hiệu ứng người đầu tiên phát hiện thấy rằng photon có năng lượng khoảng 0,1 – 2MeV đi qua vật chất sẽ tương tác với điện tử tự do trong đó điện tử này nhận toàn bộ năng lượng ε = h.v của proton tới giữ lấy một phần làm động năng của mình để dịch chuyển, phần còn lại sẽ phát ra dưới dạng một photon khác ở năng lượng nhỏ hơn và có một hướng truyền làm thành một góc với hướng truyền của nơtron tới.

Người ta gọi là điện tử lùi và photon thứ cấp củ hiệu ứng photon thứ cấp của hiệu ứng compton.

Ta có: hv = hv’ + Ed

• 
  hv: Năng lượng của photon tới.
  
• 
  hv’: năng lượng của photon thứ cấp.
  
• 
  Ed: động năng của điện tử tự do.
  

Những proton có năng lượng bằng hoặc lớn hơn 1,02MeV có thể gây ra hiệu ứng tạo cặp. Khi những photon đi đến gần hạt nhân có số Z lớn chúng tương tác với trường hạt nhân và biến mất, đồng thời xuất hiện một cặp pozitron – electron.

Như vậy năng lượng của photn đã chuyển hóa thành 2 hạt e+ và e- và động năng của chúng. Hệ thức năng lượng của quá trình tạo cặp là:

Hv = Ed⁺ + Ed^- + 1,02MeV

Trong ddos Ed+, Ed- là động năng của pozitron và electron tính theo công thức của Einstein E = mc², trong đó E là năng lượng tương đương với khối lượng m, c là vận tốc ánh sáng (~300,000 km/h).

Sau khi tạo thành các hạt này có khả năng tiếp tục ion hóa hay gây kích thích chất hấp thụ. Có khi chúng tương tác với nhau kèm theo giải phóng tia γ. Tia γ lại tác dụng với vật chất theo hiệu ứng quang điện hoặc hiệu ứng compton.

Khi một hạt mang điện đụng vào một electron hành tinh cũa một nguyên tử thì electron này sẽ bị đánh bật ra khỏi nguyên tử và một cặp ion được tạo thành: nguyên tữ mang điện dương (vì mất đimột electron) và electron tư do mang điện âm. Vì khả năng tạo cặp ion như vậy nên loại bức xạ hat này được gọi là bức xạ ion hoá           

         Các hạt alpha   Hạt alpha là một nhân nguyên tử helium (tức là một nguyên tử helium bị lột hết các electron hành tinh). Hạt alpha được phóng ra với vận tốc bẳng 1/20 vận tốc ánh sáng và với năng lương từ 4 đến 9MeV. Hạt alpha tạo nhiểu cặp ion trên đường đi của nó nên chặng đường đi của hạt này rất ngắn.(khoảng vài cen-ti-mét trong không khí).Vỉ vậy nếu nguổn phóng xạ alpha ở bên ngoài cơ thể thì không có gì nguy hiểm cho con người.Nhưng khi đổng vị phóng xạ alpha xâm nhập vào trong cơ thể thì nó sẽ gây tổn thương cho các mô  ở xung quanh nơi chất phóng xạ qui tụ

          Các hạt beta  Giống như các hạt alpha,các hạt beta mất năng lượng do ion hoá và kích  thích ,nhưng vì các cặp ion tạo trên đường đi của các hạt beta  ít nên chặng đi trong vật chất của các hat này sẽ dài hơn các hạt alpha nhiểu .Ngoài ra hạt beta khi đụng vào các nhân nguyên tử trên đường đi của nó có thể  phóng thích tia X. Như vậy hạt beta có thể gây nguy hại cho con người cả từ nguồn phóng xạ bên ngoài cơ thể bắn tới lẫn khi chất phóng xạ xâm nhập vào trong cơ thể.

• 
  Thực tế thực hành thí nghiệm đã chứng minh tinh đúng đắn của ly thuyết về tia phóng xạ đối với tế bào sông mà ở đây là đối với tế bào thực vật.
  
• 
  Tác dụng của tia phóng xạ  đối với tế bào sống là lớn nhất điều này hoàn toàn trùng khớp với lý thuyết phóng xạ, vì tia  có khả năng đâm xuyên mạnh nhất , tác dụng sinh học mang nhất so với hai tia phóng xạ trong thí nghiệm là ,
  

       Ngày nay kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ được ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội. Kể đến như: sản xuất đồng vị và điều chế dược chất phóng xạ phục vụ chẩn đoán và điều trị bệnh; sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo đạc hạt nhân như đo mức chất lỏng, đo độ dày, độ ẩm của vật liệu; trong các dây chuyền tự động hóa của các nhà máy công nghiệp; phát triển các kỹ thuật phân tích hạt nhân để tham gia vào các chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản và nghiên cứu, bảo vệ môi trường; sử dụng các đồng vị tự nhiên và nhân tạo để đánh giá một số quá trình trong tự nhiên như hiện tượng bồi lấp, xói mòn; sử dụng các nguồn bức xạ cường độ cao để khử trùng các dụng cụ, chế phẩm và bảo quản thực phẩm, dược phẩm; ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp và sinh học...

1. 
   Phục vụ nhu cầu của ngành y tế
   

Kỹ thuật nguồn kín dùng trong xạ trị được áp dụng từ những năm 1960 tại Bệnh viện K, Hà Nội, Trung tâm ung bướu Tp. Hồ Chí Minh và một số bệnh viện quân đội. Năm 1971, 2 khoa Y học hạt nhân tại Bệnh viện Bạch mai, Hà Nội và Bệnh viện Chợ Rẫy, Tp Hồ Chí Minh được hình thành. Từ thời điểm đó, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh với một số thiết bị đơn giản như máy quét hiện hình, xạ ký thận hay các máy đo độ tập trung của iốt trong tuyến giáp. Đáng kể là từ khi Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa vào hoạt động với một trong các chức năng chủ yếu là nghiên cứu sản xuất đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu thì số lượng các Khoa Y học hạt nhân ngày càng tăng nhanh và đến nay trên 20 Khoa Y học hạt nhân được hình thành trên phạm vi toàn quốc, nhiều thiết bị hiện đại được nâng cấp và trang bị. Nếu năm 1992 cả nước ta chỉ có 01 hệ máy hiện hình Gamma Camera thì đến cuối năm 1998 số lượng máy Gamma Camera và thậm chí có cả SPECT đã lên 9 hệ. Trung bình mỗi tháng khoảng 100 bệnh nhân đối với các khoa có quy mô nhỏ và gần 1.000 bệnh nhân với các Khoa có quy mô lớn được chẩn đoán và điều trị bệnh.

Các đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu cung cấp cho các Khoa Y học hạt nhân được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoặc nhập ngoại. Các loại đồng vị chính được sản xuất tại Đà Lạt là tấm áp P-32 để điều trị các bệnh ngoài da; dung dịch I-131 dưới dạng tiêm hoặc uống để chẩn đoán và điều trị bệnh bướu cổ; Tc-99m để hiện hình tìm các khối u bất thường trong não và tuyến nước bọt; các dược chất phóng xạ dưới dạng kit in-vivo đánh dấu với Tc-99m để hiện hình chẩn đoán chức năng và bệnh lý các cơ quan nội tạng của cơ thể như thận, gan, phổi, hệ tiêu hóa. Hàng năm, khoảng 150 Ci chất phóng xạ các loại được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, đáp ứng khoảng 60% nhu cầu của Ngành Y tế.

2. Phục vụ nhu cầu của ngành công nghiệp

Ứng dụng điển hình của kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp là sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy công nghiệp, chẳng hạn:

- Đo mức cho các bể đựng phối liệu, đo độ ẩm và mật độ của sản phẩm giấy trong các nhà máy sản xuất giấy;

- Đo mức chất lỏng trong các bể đựng phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng;

- Đo mức trong các hộp sản phẩm của các nhà máy sản xuất bia và nước giải khát;

- Đo độ dày sản phẩm của các nhà máy sản xuất vật liệu sắt thép;

- Các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí.

Ưu điểm của các hệ đo bằng phương pháp hạt nhân là không làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các hệ công nghệ, cho phép đo trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, vì đầu đo không tiếp xúc với vật liệu cần đo nên cho phép đo mức cả các dung dịch hóa chất độc hại như axít đậm đặc, v.v... Bên cạnh kỹ thuật nguồn kín, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ đánh dấu cũng được sử dụng phổ biến và mang lại hiệu quả kinh tế cao, chẳng hạn, việc tối ưu hóa quy trình và thời gian pha trộn phế liệu trong các dây chuyền của các nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy hóa chất, v.v... Trong lĩnh vực khai thác dầu khí, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng để xác định mặt cắt nước bơm ép trong các giếng bơm ép, nghiên cứu hiện tượng ngập lụt trong các giếng khai thác của mỏ dầu Bạch Hổ.

Một thế mạnh mang tính đặc thù của Ngành hạt nhân là sử dụng các chùm neutron của Lò phản ứng để tiến hành phân tích hàm lượng đa nguyên tố với độ chính xác cao. Kỹ thuật kích hoạt nơtron và các kỹ thuật phân tích hỗ trợ khác được sử dụng có hiệu quả kể từ ngày đưa Lò phản ứng Đà Lạt vào hoạt động, đó là các kỹ thuật kích hoạt neutron dụng cụ (INAA), kích hoạt neutron có xử lý hóa (RNAA), kích hoạt neutron gamma tức thời (PGNAA), huỳnh quang tia X (XRFA). Các kỹ thuật cực phổ, sắc ký lỏng cao áp, đo quang phổ vùng khả kiến và tử ngoại, quang kế ngọn lửa, v.v... cũng được phát triển trong ngành hạt nhân nhằm bổ trợ về phương pháp và đối tượng để mở rộng khả năng dịch vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, nhiều quy trình phân tích ổn định cho các đối tượng khác nhau đã được xây dựng, cho phép triển khai các dịch vụ phân tích cho ngành địa chất để định lượng nguyên tố trong các mẫu thăm dò và khai thác; cho ngành dầu khí để xác định thành phần các nguyên tố vi lượng trong các giếng khoan nhằm xác định nguồn gốc của các mỏ dầu; cho ngành nông nghiệp và sinh học để xác định quá trình trao đổi chất và hấp thụ nguyên tố của các loại cây trồng; phân tích cho các đối tượng môi trường để đánh giá mức độ nhiễm bẩn môi trường khí và biển. Ngoài ra, phân tích để phục vụ công tác kiểm định hàng hóa, sản phẩm cũng là một trong các hướng có ý nghĩa thực tế. Trung bình mỗi năm trên 3.000 mẫu các loại với trên 30.000 chỉ tiêu khác nhau được phân tích nhờ kỹ thuật hạt nhân.

Sử dụng đồng vị phóng xạ môi trường kết hợp với kỹ thuật đánh dấu phóng xạ để nghiên cứu diễn biến nhiều quá trình như sa bồi, bào mòn, trầm tích, rò rỉ, v.v... Các lĩnh vực và đối tượng được nghiên cứu và ứng dụng có thể kể đến như xác định quá trình di chuyển của sa bồi lớp đáy tại các cửa cảng, lòng sông với các thông tin quan trọng được biết là hướng, tốc độ và độ dày lớp sa bồi di chuyển nhằm giúp cho các nhà quản lý thực hiện việc duy tu, nạo vét hợp lý, mang lại hiệu quả kinh tế cao; đánh giá tốc độ và nguồn gốc bồi lấp của các lòng hồ; xác định vị trí và tốc độ rò rỉ của các hồ chứa nước và các đập thủy điện; xác định các nguồn nước ngầm và nghiên cứu đánh giá khả năng nhiễm bẩn các nguồn nước sinh hoạt v.v... Kết hợp với các thông tin về thủy văn và địa chất, các kết quả nghiên cứu của ngành hạt nhân cung cấp cho các nhà quản lý ngành nông nghiệp, thủy lợi các số liệu điều tra quan trọng và mang ý nghĩa thực tế cao.

Nghiên cứu phóng xạ môi trường và ô nhiễm môi trường sử dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân và liên quan cho phép theo dõi biến động của phông phóng xạ và tình hình ô nhiễm môi trường không khí đã được tiến hành trong nhiều năm qua ở một số khu công nghiệp và thành phố lớn như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh và thành phố Đà Lạt. Ứng dụng các kỹ thuật hạt nhân để nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển cũng đang được tiến hành. Ngoài ra, các nghiên cứu khảo sát nồng độ các nhân phóng xạ nhân tạo sinh ra do các vụ thử vũ khí và sự cố hạt nhân trên thế giới ảnh hưởng đến Việt Nam cũng được thực hiện trong thời gian qua, đã cung cấp bộ số liệu nền về hoạt độ Cs-137 trên toàn lãnh thổ nước ta.

Lĩnh vực khoa học về công nghệ bức xạ nhằm các mục đích khử trùng, biến tính vật liệu, bảo quản thực phẩm và nông sản, cải tạo sinh khối, chế tạo một số chế phẩm bằng bức xạ như chất mang vacxin, màng chữa bỏng, chất kích thích tăng trưởng thực vật, chế phẩm phòng chống nấm thực vật, v.v... được nghiên cứu và triển khai khá thành công trong gần 20 năm qua. ứng dụng kỹ thuật hạt nhân cho các mục đích trên đưa lại hiệu quả kinh tế cao, an toàn môi trường. Thiết bị chính phục vụ cho lĩnh vực nghiên cứu này là các nguồn gamma Co-60 cường độ cao. Nguồn Co-60 với hoạt độ ban đầu 16.5 kCi được lắp đặt tại Đà Lạt vào năm 1981 đã mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ ở Việt Nam. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, một nguồn quy mô bán công nghiệp với hoạt độ 110 kCi dùng cho mục đích bảo quản nông sản thực phẩm được lắp đặt tại Hà Nội vào năm 1989; nguồn quy mô công nghiệp đầu tiên với hoạt độ 400 kCi dùng cho khử trùng các dụng cụ và sản phẩm của ngành y tế và các ngành khác được lắp đặt và đưa vào hoạt động tại Tp Hồ Chí Minh từ tháng 2/1999.

Kỹ thuật chiếu xạ liều cao để cắt mạch các polymer tự nhiên và các oligo để tạo ra các chế phẩm mới là một hướng ứng dụng tiên tiến của công nghệ bức xạ. Chế phẩm kích thích tăng trưởng thực vật từ alginat rong biển được chế tạo và đang triển khai thử nghiệm diện rộng trên phạm vi cả nước với diện tích hàng trăm hecta các loại cây rau quả, lương thực và cho năng suất tăng từ 15 - 30% so với đối chứng. Màng chữa bỏng từ PVP và chitosan vỏ tôm cua được sản xuất và đang thử nghiệm lâm sàng tại một số bệnh viện cho kết quả tốt. Các chế phẩm phòng chống nấm cũng được nghiên cứu và sản xuất. Ngoài ra các chế phẩm ống nhựa chịu nhiệt chất lượng cao, kính thủy tinh màu, v.v... được sản xuất nhờ kỹ thuật hạt nhân được người sử dụng ưa chuộng.

Dùng bức xạ neutron từ Lò phản ứng Đà Lạt để chiếu xạ silic dùng trong công nghiệp chế tạo linh kiện điện tử, chiếu xạ làm lệch mạng tinh thể để tạo màu đá quý và bán quý như Topaz, Saphire là những hướng ứng dụng mang hiệu quả kinh tế cao.

Kỹ thuật sơn phủ bề mặt giấy và gỗ bằng bức xạ tia cực tím (UV) được nghiên cứu và triển khai thành công. Mỗi năm, hàng chục ngàn m2 các loại bao bì giấy được phủ láng bằng thiết bị UV. Hướng ứng dụng này đang được nhiều khách hàng quan tâm.

7. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp và sinh học

Nghiên cứu sinh học phóng xạ sử dụng bức xạ gamma kết hợp với những tác nhân khác để cải tạo giống cây trồng, sử dụng đồng vị đánh dấu để nghiên cứu các quá trình sinh học, đặc biệt là vấn đề dinh dưỡng cây, con được ngành hạt nhân thực hiện từ nhiều năm qua. Các nghiên cứu chiếu xạ một số giống cây (ngô, khoai, lúa, một số loài hoa, dâu tằm, v.v...) ở liều kích thích hoặc đột biến để tạo giống có năng suất cao hơn hoặc thích hợp hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt, nghiên cứu quy trình nhân giống vô tính in-vitro, nuôi cấy tế bào một số loài hoa, cây đặc sản và cây rừng quý hiếm, v.v... cũng được tiến hành.

Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu công nghệ nấm là một hướng đang được Ngành hạt nhân quan tâm. Từ các kết quả nghiên cứu, cho phép tuyển chọn, nuôi trồng và chuyển giao công nghệ trồng các loại nấm quý như nấm Linh chi, nấm Bào ngư, v.v... cho nông dân nhằm tận thu nguồn phụ phế liệu xơ - sợi nông nghiệp. Ngoài ra, sử dụng kỹ thuật hạt nhân để xử lý các chất thải nông nghiệp, tận thu để làm thức ăn cho động vật cũng được các cán bộ của ngành hạt nhân quan tâm và thực hiện.

8. Dịch vụ đo liều bức xạ

Nghiên cứu kỹ thuật đo liều bức xạ, sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học nhằm kiểm soát và định lượng các loại bức xạ khác nhau như gamma, beta, neutron và bức xạ hỗn hợp. Hiện nay các cơ sở của ngành hạt nhân có khả năng sản xuất các liều kế cá nhân dùng kỹ thuật nhiệt phát quang để theo dõi liều chiếu cho hàng trăm cán bộ trong Ngành và hàng ngàn cán bộ của các cơ sở y tế, công nghiệp có tiếp xúc với phóng xạ. Kỹ thuật định liều chiếu trong bằng phân tích các nhân phóng xạ phát gamma có trong thành phần của nước tiểu người đã được xây dựng thành công cho phép triển khai diện rộng. Nghiên cứu sai hình nhiễm sắc thể của tế bào lympho máu ngoại vi cũng được tiến hành trong nhiều năm qua cho một số cán bộ của ngành hạt nhân và đang được triển khai nghiên cứu đối với một số đối tượng dân cư khác nhau trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các loại hóa chất dùng trong nông nghiệp đến sức khỏe của dân chúng.

Dịch vụ an toàn bức xạ đang là một trong các hướng phục vụ xã hội thiết thực, đặc biệt kể từ khi ban hành Nghị định 50/NĐ-CP ngày 16/7/1998 về hướng dẫn chi tiết thi hành Pháp lệnh An toàn và kiểm soát bức xạ 50L/CTN do Chủ tịch nước phê chuẩn ngày 3/7/1996.

9. Thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử hạt nhân

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các thiết bị hạt nhân phục vụ cho các hoạt động của ngành cũng như các khoa y học hạt nhân, các cơ sở công nghiệp và các lĩnh vực nghiên cứu khác là một trong các hướng triển khai thành công trong ngành hạt nhân nhằm tạo điều kiện cho các ngành hình thành và phát triển việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ, góp phần mở rộng nhu cầu thị trường hạt nhân trong nước. Chẳng hạn, nhiều khoa y học hạt nhân được trang bị các thiết bị đo đếm và phân tích hạt nhân như hệ đo độ tập trung của iốt, xạ ký thận, đo suất liều, v.v...; để phục vụ nhu cầu phân tích đánh giá chất lượng vàng, nhiều hệ phân tích huỳnh quang tia X được chế tạo và chuyển giao cho các cơ sở có nhu cầu; cải tiến thiết bị hiện hình scanner trên cơ sở ghép nối với máy vi tính để hiện đại hóa việc chẩn đoán bệnh cho khoa y học hạt nhân; chế tạo các interface đa chức năng để xây dựng các hệ phổ kế hạt nhân trên máy vi tính phục vụ nghiên cứu và dịch vụ phân tích, v.v...

Nghiên cứu thiết kế, xây dựng các hệ đo trong công nghiệp bằng kỹ thuật hạt nhân như đo mức chất lỏng trong các bình kín của dây chuyền sản xuất bia, trong các bình trộn phối liệu của các nhà máy công nghiệp, v.v... cũng đang được phát triển tại các cơ sở trong ngành hạt nhân. Bên cạnh đó kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu cũng là một trong các hướng đặc thù của ngành hạt nhân mà trong nhiều trường hợp không có phương pháp khác thay thế, chẳng hạn sử dụng phương pháp bức xạ truyền qua để chụp kiểm tra chất lượng mối hàn các đường ống kim loại trong các nhà máy, kiểm tra đánh giá tình trạng bên trong của các tháp chưng cất và tháp hấp thụ với đường kính đến 4 m và chiều cao đến 30 m trong công nghiệp hóa chất, kiểm tra chất lượng các cọc nhồi của các công trình xây dựng; sử dụng phương pháp bức xạ tán xạ ngược để xác định chất lượng của các công trình đường giao thông, đo mật độ của vật liệu, v.v...