Công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều bức xạ ion hóa chiếu ngoài tại Việt Nam

Nội dung text: Công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều bức xạ ion hóa chiếu ngoài tại Việt Nam

1. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÔNG TÁC HIỆU CHUẨN THIẾT BỊ ĐO LIỀU BỨC XẠ ION HÓA CHIẾU NGOÀI TẠI VIỆT NAM Lê Ngọc Thiệm và cộng sự Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Hiệu chuẩn thiết bị đo liều bức xạ ion hóa chiếu ngoài nhằm khẳng định chúng hoạt động bình thường theo đúng chức năng của nhà sản xuất và phục vụ công tác quản lý nhà nước trong đánh giá đảm bảo an toàn bức xạ chiếu ngoài đối với bức xạ tia X, tia gamma và neutron. Công tác hiệu chuẩn tại Việt Nam ngày càng được hoàn thiện với việc đầu tư trang thiết bị cũng như nhân lực trong những năm gần đây. Bài báo này cung cấp cho độc giả cái nhìn tổng quan về thực trạng trường chuẩn liều và đề cập một số yêu cầu chung đối với công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều bức xạ ion hóa chiếu ngoài tại các cơ sở hiệu chuẩn trong toàn quốc. 1. GIỚI THIỆU phương pháp xác định giá trị thực quy ước của Trong quá trình làm việc với bức xạ ion hóa không các đại lượng liều, xác định hệ số chuẩn của các mang điện (tia X, tia gamma và neutron), các mối thiết bị đo liều chiếu ngoài ở một số cơ sở hiệu nguy hiểm chiếu ngoài thường được quan tâm. chuẩn tại Việt Nam. Để đánh giá an toàn bức xạ và phục vụ công tác quản lý nhà nước trong lĩnh vực này, việc đo đạc 2. TRƯỜNG CHUẨN LIỀU BỨC XẠ ION HÓA các đại lượng liều gây bởi chiếu xạ ngoài (gọi tắt là CHIẾU NGOÀI các đại lượng liều) thường được thực hiện thông qua các thiết bị đo liều tương ứng. Để đảm bảo 2.1. Trường chuẩn liều bức xạ tia X các thiết bị này hoạt động đúng chức năng của Hiện tại, ở Việt Nam chỉ có 02 trường chuẩn liều nhà sản xuất, công tác hiệu chuẩn cần được thực bức xạ tia X phục vụ công tác hiệu chuẩn thiết bị hiện trước khi đưa vào sử dụng lần đầu và định đo liều tia X dùng trong đánh giá an toàn bức xạ kỳ hàng năm [1, 2]. (Hình 1). Các đại lượng liều gây bởi chiếu xạ ngoài thông dụng nhất, thường được đo đạc, có thể kể đến như sau: Kerma trong không khí - K, tương đương liều môi trường - H* (10), tương đương liều cá nhân - H* (10). Đây cũng là những đại lượng chính được sử dụng trong quá trình hiệu chuẩn các thiết bị đo liều gây bởi chiếu xạ ngoài [1]. Hình 1. Trường chuẩn liều bức xạ tia X: (trái) tại Bài báo này trình bày thực trạng về công tác xây Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân; (phải) tại dựng các trường chuẩn liều bức xạ chiếu ngoài Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh khác nhau (tia X, tia gamma và neutron) và Số 69 - Tháng 12/2021 39
2. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Trường chuẩn liều bức xạ tia X tại Viện Khoa học này có thông số kỹ thuật cơ bản giống nhau: điện và Kỹ thuật Hạt nhân (VKHKTHN, số 179 Hoàng áp cực đại 160 kV, dòng phát tia cực đại 30 mA, Quốc Việt – Cầu Giấy - Hà Nội) đã được thiết lập thời gian phát tia đủ dài để đáp ứng các phép hiệu và đi vào hoạt động từ hơn hai thập niên trước. chuẩn thiết bị đo liều bức xạ tia X ở mức an toàn. Gần đây, trường chuẩn này đã được trang bị mới Các trang thiết bị đi kèm máy phát tia X có thể một máy phát tia X chuẩn của hãng Hopewell De- kể đến như: bộ tổ hợp phin lọc, buồng ion hóa signs Inc. (Mỹ, sản xuất năm 2020). phẳng song song, hệ thống quan sát truyền hình, Trường chuẩn liều bức xạ tia X tại Trung tâm Hạt âm thanh, nhằm mục đích thiết lập trường nhân thành phố Hồ Chí Minh (TTHN-HCM, số chuẩn tia X tuân thủ yêu cầu ISO 4037 [3-5]. 405-407, Đường Cách Mạng Tháng Tám, Phường 2.2. Trường chuẩn liều bức xạ gamma 13, Quận 10, Tp.HCM) được thiết lập từ năm Các trường chuẩn liều bức xạ gamma hiện có tại 2019 thông qua việc trang bị một máy phát tia X 04 đơn vị (Hình 2): VKHKTHN; TTHN-HCM; chuẩn mới của hãng Hopewell Designs Inc. (sản Viện Nghiên cứu Hạt nhân - Đà Lạt (VNCHN); xuất tại Mỹ, năm 2019). Viện Hóa học Môi trường Quân sự - Hà Nội Máy phát tia X chuẩn tại hai cơ sở hiệu chuẩn (VHHMTQS). Hình 2. Trường chuẩn liều bức xạ gamma: (a) tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân; (b) tại Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh; (c) tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân; (d) tại Viện Hóa học Môi trường Quân sự 40 Số 69 - Tháng 12/2021
3. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tại VKHKTHN, trường chuẩn liều bức xạ gam- 5%). 137 ma sử dụng nguồn phóng xạ Cs đã được thiết Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều lập và đi vào hoạt động từ vài thập niên trước. gamma đã được thực hiện từ những năm 1980, Tuy nhiên, đầu năm 2021, trường chuẩn này đã sử dụng nguồn phóng xạ 60Co. Từ năm 2008, cơ được trang bị mới một hệ chiếu chuẩn gamma đa sở đã sử dụng nguồn 137Cs (hoạt độ 200 mCi vào 137 60 nguồn (sử dụng 02 đồng vị phóng xạ Cs và Co năm 1982, độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn của với 06 giá trị hoạt độ khác nhau), cụ thể như sau: hoạt độ nguồn ước tính trong khoảng 5%). nguồn 137Cs với 03 giá trị hoạt độ 0,012 Ci; 0,100 Ci; 1,100 Ci (vào tháng 4 năm 2020); nguồn 60Co Tại VHHMTQS, năm 2021 đã thiết lập trường 137 với 03 giá trị hoạt độ 0,01 Ci; 0,10 Ci; 5,27 Ci (vào chuẩn liều gamma sử dụng nguồn Cs với hoạt tháng 4 năm 2020). Độ không đảm bảo đo tiêu độ 5,5 Ci (vào năm 1974, độ không đảm bảo đo chuẩn của hoạt độ nguồn ước tính trong khoảng tiêu chuẩn của hoạt độ nguồn là 12%, dựa theo 5%. chứng chỉ chuẩn của Liên bang Nga). Tại TTHN-HCM, năm 2019, đã được trang bị 01 2.3. Trường chuẩn liều bức xạ neutron nguồn phóng xạ 137Cs với hoạt độ 27 Ci (vào ngày Các trường chuẩn liều bức xạ neutron hiện có tại 13 tháng 5 năm 2019, độ không đảm bảo đo tiêu 03 đơn vị (Hình 3): VKHKTHN, VHHMTQS, chuẩn của hoạt độ nguồn ước tính trong khoảng VNCHN. Hình 3. Trường chuẩn liều bức xạ neutron: (a) tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân; (b) tại Viện Hóa học Môi trường Quân sự; (c) tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Tại VKHKTHN, trường chuẩn liều bức xạ neu- [17, 18]. tron được xây dựng và xác định đặc trưng từ Tại VHHMTQS, trường chuẩn liều bức xạ neu- năm 2016 [7-12]. Trường chuẩn neutron này tron được xây dựng và xác định đặc trưng từ đầu 252 đã sử dụng nguồn phóng xạ: Cf [7] (hiện nay năm 2021 [13]. Trường chuẩn neutron này sử không sử dụng nữa, do hiệu suất phát neutron dụng nguồn đồng vị phóng xạ 239Pu-Be có hiệu 241 thấp), Am-Be [8-12] có hiệu suất phát neutron suất phát neutron là 4,6 x106.s-1 vào năm 1981 (độ 7 -1 vào ngày 23 tháng 01 năm 2015 là 1,299 x 10 .s không đảm bảo đo tiêu chuẩn là 8%, số liệu từ (với độ không đảm bảo đo tiêu chuẩn là 1,5%, số chứng chỉ được cấp bởi Liên Bang Nga). Với chu liệu từ chứng chỉ chuẩn bởi phòng chuẩn cấp I tại kỳ bán rã 2,41 x 104 năm, hiệu suất phát neutron Mỹ). Quá trình xác định đặc trưng liều lượng của của nguồn được xem như không thay đổi trong trường bức xạ neutron này tuân thủ theo bộ tiêu suốt thời gian sử dụng. Quá trình xác định đặc chuẩn quốc tế ISO 8529 [14-16] và ISO 12789 trưng liều lượng của trường bức xạ neutron này Số 69 - Tháng 12/2021 41
4. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN tuân thủ bộ tiêu chuẩn ISO 8529 [14-16]. được xác định theo công thức (1). Tại VNCHN, công tác hiệu chuẩn thiết bị đo liều K = NK.R.kP, T.kS (1) neutron đã được thực hiện từ năm 2005, sử dụng trong đó: nguồn 241Am-Be có hiệu suất phát neutron là 5,6 x 106.s-1 (vào năm 2002, độ không đảm bảo đo NK: là hệ số chuẩn của buồng ion hóa (chuyển đổi tiêu chuẩn ước tính trong khoảng 5%). Quá trình số đọc R của buồng ion hóa sang Kerma); xác định đặc trưng liều lượng của trường bức xạ kP, T: là hệ số hiệu chỉnh số đọc R của buồng ion neutron này cần chú ý tuân thủ các tiêu chuẩn hóa về điều kiện áp suất và nhiệt độ chuẩn; quốc tế hiện hành [14-18]. kS: là hệ số chuẩn hóa số đọc R cho các hiệu ứng 2.4. Yêu cầu đối với các trường chuẩn khác; ví dụ: độ ổn định của máy phát tia X, dòng Trước khi xác định giá trị thực quy ước của các phát tia, (với trường chuẩn tia X); hoạt độ đại lượng liều trong các trường chuẩn bức xạ khác nguồn (với trường chuẩn gamma). nhau, các cơ sở hiệu chuẩn cần phải thiết lập các 3.2. Giá trị thực quy ước của suất thông lượng trường chuẩn bức xạ với các phẩm chất đáp ứng neutron theo phổ trong trường bức xạ neutron được tiêu chuẩn quốc tế hiện hành (nhằm đảm Sử dụng hệ phổ kế neutron (ví dụ: phổ kế cầu bảo phẩm chất chùm bức xạ là giống nhau tại các Bonner [19], phổ kế hình trụ [20]) kết hợp với cơ sở hiệu chuẩn khác nhau): các phần mềm tách phổ [21-23] để đo đạc và xác (i) đối với trường chuẩn bức xạ tia X và tia gam- định suất thông lượng neutron phân bố trên toàn ma, phải tuân thủ tiêu chuẩn ISO 4037-1 [3]. phổ, tương ứng với các yêu cầu trong tiêu chuẩn Trong đó, các yêu cầu về phẩm chất bức xạ cần ISO [14-18]. Nghĩa là, sau bước này, tổng suất đặc biệt quan tâm như: năng lượng bức xạ, năng thông lượng neutron Φ(E) trên toàn phổ sẽ được lượng trung bình toàn phổ, phân giải phổ, các giá xác định theo công thức (2), thông qua phân bố trị bề dày làm yếu một nửa, hệ số đồng nhất, ; thông lượng neutron trong từng vùng năng lượng (ii) đối với trường chuẩn bức xạ neutron, phải nhỏ hơn, φi (Ei). tương ứng thỏa mãn bộ tiêu chuẩn ISO 8529 [14- (2) 16] và ISO 12789 [17, 18]. Trong đó, các tham số liên quan đến phẩm chất bức xạ cần quan tâm 3.3. Giá trị thực quy ước của các đại lượng suất như: năng lượng trung bình toàn phổ, hệ số liều khác trong trường chuẩn bức xạ ion hóa chuyển đổi từ thông lượng sang các đại lượng liều Giá trị thực quy ước của các đại lượng suất liều tương ứng, khác (Ĥ) có thể được tính toán theo công thức (3) thông qua các giá trị trước đó, P (nghĩa là: K - 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN trong công thức (1), φi (Ei) – trong công thức (2)). Trong đó, h là hệ số chuyển đổi (có trong tài liệu 3.1. Giá trị thực quy ước của suất Kerma trong tham khảo [6]). trường chuẩn bức xạ tia X và tia gamma Ĥ = P.h (3) Sử dụng hệ đo (thường là buồng ion hóa) đã được hiệu chuẩn với đại lượng Kerma trong không khí 3.4. Xác định hệ số chuẩn của thiết bị đo liều để xác định giá trị thực quy ước của suất Kerma bức xạ ion hóa (K) trong trường chuẩn bức xạ photon (tia X và Hệ số chuẩn của một thiết bị đo liều bức xạ ion tia gamma) tại các khoảng cách nhất định (đảm hóa (ký hiệu là: F) được tính là tỷ số giữa giá trị bảo các yếu tố thực hiện hiệu chuẩn). Giá trị K thực quy ước của đại lượng liều cần chuẩn (ký 42 Số 69 - Tháng 12/2021
5. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN hiệu là: T - các giá trị trong công thức (1-3)) và tia bức xạ sử dụng trong hiệu chuẩn. Quá trình chỉ thị của thiết bị cần chuẩn khi đo đạc đại lượng hiệu chuẩn cần thực hiện với các điều kiện tối ưu, liều chuẩn đang quan tâm (ký hiệu là: M). Mối sao cho, giá trị của hệ số chuẩn có thể được sử quan hệ này được biểu diễn theo công thức (4). dụng một cách hiệu quả nhất trong thực tế. F=T/M (4) Giá trị T được xác định từ các phẩm chất chùm tia bức xạ giống nhau tại các cơ sở hiệu chuẩn TÀI LIỆU THAM KHẢO khác nhau, giá trị này cũng phải được hiệu chuẩn [1] Bộ Khoa học công nghệ - Bộ Y tế; Thông tư liên về điều kiện tiêu chuẩn. Độ không đảm bảo đo tịch số 13/2014/TTLT-BKHCN-BYT: Quy định về của T (u ) cũng cần được đánh giá. Đại lượng liều T bảo đảm an toàn bức xạ trong y tế chuẩn cần được chỉ rõ trong chứng chỉ chuẩn. [2] International Atomic Energy Agency, Safety Re- Giá trị M phải được hiệu chỉnh cho các yếu tố ảnh port Series No.16 (2020); Calibration of Radiation hưởng sao cho điều kiện của thiết bị chuẩn khi đo Protection Monitoring Instruments. T và thiết bị cần chuẩn khi đo M là giống nhau. [3] International Standard Organization (1996), ISO Độ không đảm bảo đo của M (uM) cũng cần được 4037-1:1996 (E); X and gamma reference radiation đánh giá. for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of Giá trị F là đặc trưng riêng của từng thiết bị, photon energy - Part 1: Radiation characteristics có chăng, chỉ phụ thuộc vào dải đo của thiết bị; and production methods. không được phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài [4] International Standard Organization (1997), ISO (điều kiện thực hiện chuẩn, phương pháp chuẩn, 4037-2:1997 (E); X and gamma reference radiation kích thước phòng chuẩn, ). Độ không đảm bảo for calibrating dosemeters and doserate meters and đo của F (uF) cũng cần được tính toán và chỉ ra for determining their response as a function of trong chứng chỉ chuẩn. photon energy - Part 2: Dosimetry for radiation pro- tection over the energy ranges 8 keV to 1,3 MeV and Quá trình hiệu chuẩn cần được thực hiện với các 4 MeV to 9 MeV. phẩm chất chùm bức xạ càng gần với chúng trong [5] International Standard Organization (1999), ISO điều kiện đo đạc thực tế càng tốt, nhằm bảo đảm 4037-3:1999 (E); X and gamma reference radia- hệ số chuẩn được áp dụng hiệu quả nhất. tion for calibrating dosemeters and doserate meters and for determining their response as a function of photon energy - Part 3: Calibration of area and 4. KẾT LUẬN personal dosemeters and the measurement of their re- Việc thiết lập các trường chuẩn liều bức xạ ion sponse as a function of energy and angle of incidence. hóa cần tuân thủ các tiêu chuẩn, khuyến cáo quốc [6] ICRP Publication 116; “Conversion Coefficients tế, quốc gia. Quá trình xác định giá trị thực quy for Radiological Protection for External Radiation ước của các đại lượng liều cần chuẩn có thể được Exposures”; Annal of ICRP 40 (2–5) (2010). thực hiện bởi các phương pháp khác nhau, tuy [7] Le Ngoc-Thiem, Tran Hoai-Nam, Nguyen Tuan- nhiên phải đảm bảo giá trị này có thể truy xuất Khai, Trinh Van-Giap; “Neutron calibration field of và nhận diện được bởi các cơ sở hiệu chuẩn khác a bare (_^252)Cf source in Vietnam”; Nuclear Engi- neering and Technology, Vol.49, 277–284 (2017). nhau. Một chứng chỉ hiệu chuẩn cần cung cấp cho người sử dụng các thông tin cơ bản sau: hệ [8] Le Ngoc-Thiem, Tran Hoai-Nam, Nguyen Ngoc- số chuẩn và độ không đảm bảo đo của nó, đại Quynh, Trinh Van-Giap, Nguyen Tuan-Khai; “Char- acterization of a neutron calibration field with (_^241) lượng liều được hiệu chuẩn và phẩm chất chùm Am-Be source using Bonner sphere spectrometers”; Số 69 - Tháng 12/2021 43
6. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Applied Radiation and Isotopes, Vol.133, 68–74 ternational Standard Organization (2008). (2018). [19] Cruzate, J.A., Carelli, J., Gregori, B.; “Bonner [9] Le Ngoc-Thiem, Hoang Sy-Minh-Tuan, Nguy- sphere spectrometer”; Workshop on Uncertainty As- en Ngoc-Quynh, Thiansin Liamsuwan, Tran Hoai- sessment in Computational Dosimetry: a Comparison Nam, “Simulated workplace neutron fields of (_^241) of Approaches; Bologna, Italia, 8–10 October (2007). Am-Be source moderated by polyethylene spheres”; [20] Ngoc-Thiem Le, Ngoc-Quynh Nguyen, Huu- Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry; Quyet Nguyen, Duc-Khue Pham, Minh-Cong Nguy- Vol.321, 313–321 (2019). en, Van-Loat Bui, Van-Chung Cao, Van-Hao Duong, [10] Le Ngoc-Thiem; “Establishment of Neutron Ref- Trung H Duong, Hoai-Nam Tran; “Cylindrical neu- erence Fields in Vietnam: A Review”; Philippine Jour- tron spectrometer system: design and characteriza- nal of Science; Vol.149 (3-a), 947-954 (2020). tion”; The European Physical Journal Plus, Vol. 136 (6), 690 (2021). [11] Le Ngoc-Thiem, Nguyen Ngoc-Quynh, Dang Thi-My-Linh, Phan Thi-Huong; “Characteristics [21] Reginatto M, Goldhagen P; “MAXED, A com- of Simulated Workplace Neutron Standard Fields”; puter code for the deconvolution of multisphere neu- Communications in Physics, Vol.30(1). 71-78 (2020). tron spectrometer data using the maximum entropy method”; Environmental Measurements Laboratory, [12] Le Ngoc-Thiem Trinh Van Giap, Nguyen Tuan US-DOE Report EML 595 (1998). Khai, Nguyen Huu Quyet; “Neutron calibration field at Institute for Nuclear Science and Technology”; Nu- [22] Reginatto M; “The “few-channel” unfolding pro- clear Science and Technology, Vol.6(4), 1-7 (2016). grams in the UMG package: MXD\_FC33, GRV\_ FC33 and IQU\_FC33”; Technical Report. Physika- [13] Nguyen Minh-Cong, Dinh Tien-Hung, Cao Van- lisch-Technische Bundesanstalt (PTB), version 3.3 Hiep, Nguyen Thi-Thoa, Nguyen Ngoc-Quynh, Pham (2004). Duc-Khue, Le Ngoc-Thiem; “Trường chuẩn liềune utron của nguồn (_^239)Pu-Be”: Thông số đo liều của [23] Bedogni R, Domingo C, Esposito A, Fernndez F; thành phần tổng cộng”; Millitary Journal of Science “FRUIT: An operational tool for multisphere neutron and Technology, Vol. 74 (2021). spectrometry in workplaces. Nucl Instrum Methods [14] ISO 8529-1:2001 (E); “Reference neutron radia- Phys Res A 580:1301–1309 (2007). tions – Part 1: Characteristics and methods of produc- tion”; International Standard Organization (2001). [15] ISO 8529-2:2001 (E); “Reference Neutron Radia- tions - Part 2: Calibration Fundamentals of Radiation Protection Devices Related to the Basic Quantities Characterizing the Radiation Field”; International Standard Organization (2001). [16] ISO 8529–3:1998 (E); “Reference neutron ra- diations – Part: 3: Calibration of area and personal dosimeters and determination of their response as a function of neutron energy and angle of incidence”; International Standard Organization (1998). [17] ISO 12789–1:2008 (E); “Reference radiation felds: simulated workplace neutron felds - Part 1: Charac- teristics and methods of production”; International Standard Organization (2008). [18] ISO 12789–2:2008 (E); Reference radiation felds: simulated workplace neutron felds - Part 2: Calibra- tion fundamentals related to the basic quantities. In- 44 Số 69 - Tháng 12/2021