An toàn bức xạ trong quá trình sản xuất dược chất phóng xạ 18FFDG tại Trung tâm máy gia tốc 30 MeV, Bệnh viện 108

Trong số các cơ sở bức xạ, đáng lưu ý là các cơ sở sử dụng máy gia tốc dùng sản xuất đồng vị phóng xạ, đặc thù của các cơ sở này là thường có nhiều chất phóng xạ tồn tại bên trong hệ thố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN QUANG HƯƠNG

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

GIA TỐC 30MeV - BỆNH VIỆN 108

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

NGUYỄN QUANG HƯƠNG

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

GIA TỐC 30MeV - BỆNH VIỆN 108

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử

Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Đàm Nguyên Bình

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được thực hiện tại Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV

- Bệnh viện Trung ương Quân đội 108

Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên,

giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đàm Nguyên Bình

đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện nghiên cứu của mình

Tôi xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, người đã

đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng hữu ích trong những năm học

vừa qua

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới Lãnh đạo và các anh chị tại

Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV, Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý, Bộ môn

Vật lý hạt nhân và Phòng Sau đại học trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại

học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập và nghiên

cứu

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn

bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên

cứu của mình

Hà Nội, ngày 20 tháng 8 năm 2014

Học viên

Nguyễn Quang Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Nguyễn Quang Hương, học viên cao học khóa 2011 – 2013, chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao, trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Tôi xin cam đoan Luận văn thạc

sĩ ‘‘An toàn bức xạ trong quá trình sản xuất dược chất phóng xạ 18 F-FDG tại Trung tâm máy gia tốc 30 MeV, Bệnh viện 108’’ là công trình nghiên cứu của

riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu được từ thực nghiệm và không sao chép

Học viên

Nguyễn Quang Hương

CHƯƠNG 1 AN TOÀN BỨC XẠ TRONG SẢN XUẤT ĐỒNGVỊ PHÓNG XẠ

TRÊN MÁY GIA TỐC CYCLOTRON 4

1.1 Máy gia tốc Cyclotron dùng cho sản xuất đồng vị phóng xạ 4

1.2 Tác hại của bức xạ đến sức khỏe con người 8

1.3 Tiêu chuẩn về an bức xạ trong tiếp xúc, vận chuyển vật liệu phóng xạ và quản

lý chất thải phóng xạ 14

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc cyclone 30 tại Trung tâm Máy gia

tốc – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 37

3.1 Suất liều bức xạ tại một số vị trí quan trọng Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron

30 MeV – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 trong quá trình sản xuất 18F-FDG 34

3.2 Độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại phòng hotcell tổng hợp, chia liều 18F-FDG 44

3.3 Xác định hoạt độ phóng xạ của một số đồng vị phóng xạ có trong màng mỏng

của cửa sổ buồng bia 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 1 BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT SUẤT LIỀU BỨC XẠ GAMMA TẠI

TRUNG TÂM MÁY GIA TỐC 64

PHỤ LỤC 2 BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT SUẤT LIỀU BỨC XẠ NEUTRON TẠI TRUNG TÂM MÁY GIA TỐC 66 PHỤ LỤC 3 BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ NHIỄM BẨN PHÓNG XẠ BỀ MẶT TẠI PHÒNG HOTCELL TỔNG HỢP, CHIA LIỀU 18F-FDG 67 PHỤ LỤC 4 BẢNG SỐ LIỆU DÙNG PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ TRONG

LÁ HAVAR 68

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

PET Positron Emission Tomography; Chụp cắt lớp bằng bức xạ

Positron

SPECT Single Photon Emission Computed Tomography; Chụp cắt lớp

bằng bức xạ đơn Photon

α, β, γ, neutron Bức xạ anpha, beta, gamma và nơ tron

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nguyên lý gia tốc cyclotron 5

Hình 1.2 Sơ đồ chung một cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ dùng gia tốc Cyclotron 6

Hình 1.3 Minh họa đứt gãy liên kết trong phân tử AND do bức xạ ion hóa 12

Hình 2.1 Máy gia tốc Cyclone 30 của hãng IBA 19

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống máy gia tốc Cyclone 30 19

Hình 2.3 Sơ lược cấu tạo nguồn ion 20

Hình 2.4 Sơ lược cấu tạo hệ thống bơm chùm ion dọc trục 21

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống RF, Các điện cực Dee, lỗ và khớp nối RF 21

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo đường chùm 22

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý đưa proton ra 23

Hình 2.8 Giản đồ miêu tả dòng proton có thể chuyển ra ở 5 cổng khác nhau 23

Hình 2.9 Hình dạng bề ngoài (trái) và bên trong (phải) của hệ thống hotcell 25

Hình 2.10 Cửa sổ thủy tinh chì để quan sát hoạt động của cánh tay rôbốt 25

Hình 2.11 Điều khiển hệ thống hoạt động thông qua máy tính bên ngoài 26

Hình 2.12 Cấu trúc phân tử 18F-FDG 26

Hình 2.13 Sơ đồ mặt bằng khu vực máy gia tốc và các điểm khảo sát suất liều bức xạ, nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt 28

Hình 2.14 Thiết bị AT6012A sử dụng đo suất liều bức xạ gamma 29

Hình 2.15 Phản ứng giữa neutron và He3 30

Hình 2.16 Máy đo Thermo (hình trái) và cấu tạo bên trong (hình phải) 30

Hình 2.17 Các vị trí đo độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt trong phòng hotcell 32

Hình 2.18 Thiết bị Radiagem 2000 32

Hình 2.19 Đầu dò nhiễm bẩn α/β SAB – 100 32

Hình 2.20 Sơ đồ khối hệ phổ kế bán dẫn BEGe-Canberra 34

Hình 2.21 Khối phân tích số DSA-1000 36

Hình 3.1 Mặt ngoài hệ hotcell 39

Hình 3.2 Khe hở đường ray cửa buồng bia dẫn đến lọt bức xạ neutron 40

Hình 3.3 Sự thăng giáng suất liều bức xạ gamma và neutron tại cửa buồng bia trong quá trình bắn chùm tia vào bia theo các ngày sản xuất đồng vị 40

Hình 3.4 Sự thay đổi độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại phòng hotcell tổng hợp, chia liều 18F-FDG 45

Hình 3.5 Cấu tạo của bia lỏng đặt ngoài dùng sản xuất 18F-FDG 47

Hình 3.6 Đường chuẩn năng lượng 50

Hình 3.7 Đường cong hiệu suất ghi 52

Hình 3.8 Tỉ lệ đóng góp hoạt độ các đồng vị phóng xạ trên lá Havar được đo 56

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Giới hạn của Việt Nam về liều chiếu xạ đối với các đối tượng theo quy định tại Thông tư số 19/2012/TT-BKHCN ngày 8/11/2012 của Bộ Khoa học và Công nghệ 16 Bảng 2.1 Một số phản ứng hạt nhân tại hệ thống bia 24

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật đầu dò của phổ kế AT6102A 29

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật đầu dò neutron FH 40 GL-10 31

Bảng 3.1 Trung bình suất liều bức xạ gamma tại các vị trí trong khu vực kiểm soát Trung tâm máy gia tốc 38

Bảng 3.2 Trung bình suất liều bức xạ neutron tại các vị trí trong thời gian bắn chùm tia gia tốc vào buồng bia 38

Bảng 3.3 Trung bình độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại phòng hotcell tổng hợp, chia liều 18F-FDG 44

Bảng 3.4 Phản ứng hạt nhân có thể xảy ra khi chùm proton và neutron thứ cấp tương tác với lá Havar 48

Bảng 3.5 Thông tin nguồn gamma chuẩn 49

Bảng 3.6 Số liệu các tia gamma được chọn để chuẩn năng lượng và vị trí cực đại (kênh) tương ứng 50

Bảng 3.7 Diện tích đỉnh hấp thụ toàn phần của các đỉnh năng lượng được chọn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi 51

Bảng 3.8 Hiệu suất ghi của hệ đo với các đỉnh năng lượng được chọn để xây dựng đường cong hiệu suất ghi 51

Bảng 3.9 Danh sách các đồng vị phóng xạ sinh tra trên lá Havar 54

Bảng 3.10 Kết quả xác định hoạt độ các đồng vị phóng xạ trên lá Havar 56

Bảng 3.11 Mức hoạt độ miễn trừ 57

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ứng dụng kỹ thuật bức xạ và

hạt nhân hiện đang được sử dụng ngày càng nhiều và rộng rãi trên thế giới trong các

lĩnh vực của đời sống như y tế, công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu khoa học, vv…

và đem lại những hiệu quả kinh tế, xã hội đáng ghi nhận Qua nhiều thập kỉ, các chất

phóng xạ nhân tạo đã đem lại nhiều lợi ích to lớn trong chẩn đoán, điều trị bệnh, cũng

như trong kỹ thuật khoa học, nghiên cứu, nông nghiệp và công nghiệp Những thành

tựu này đã góp phần cải thiện cuộc sống trên Trái đất với mức độ khó có thể đánh giá

được

Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật bức xạ và hạt nhân cũng tiềm ẩn nhiều nguy

cơ mất an toàn và an ninh bức xạ, hạt nhân, ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân viên làm

việc và cộng đồng nếu không được kiểm soát và bảo vệ chặt chẽ Vấn đề quản lý, vận

chuyển, lưu giữ chất thải phóng xạ, ảnh hưởng của phóng xạ đối với môi trường và con

người là những vấn đề rất quan trọng trong công tác quản lý pháp quy về an toàn bức

xạ Trong số các cơ sở bức xạ, đáng lưu ý là các cơ sở sử dụng máy gia tốc dùng sản

xuất đồng vị phóng xạ, đặc thù của các cơ sở này là thường có nhiều chất phóng xạ tồn

tại bên trong hệ thống máy gia tốc, mặc dù các cơ sở vận hành máy gia tốc được thiết

kế rất công phu, nhằm đảm bảo các chất phóng xạ được giam giữ trong hệ thống tòa

nhà máy gia tốc nhưng rõ ràng vẫn tiềm ẩn nhiều nguy cơ có thể xảy ra các tai nạn ví

dụ như các hỏng hóc hoặc hư hại máy móc, thiết bị vv…, các thiếu sót trong thiết kế,

các thao tác chủ quan sai lầm của các nhân viên vận hành hoặc việc không quan tâm

đúng mức tới công tác quản lý chất lượng, kiểm tra theo dõi thường xuyên để đề phòng

những phát sinh bất thường

Hiện nay Bệnh viện Trung ương quân đội 108 đang quản lý và vận hành một

máy gia tốc Cyclotron 30 MeV của hãng IBA đặt tại Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron

30 MeV Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV có khả năng gia tốc hai loại hạt là proton và

deuteron, 3 kênh dẫn chùm tia dùng để bắn vào các bia rắn, lỏng, khí và một kênh dùng

cho nghiên cứu cơ bản về vật lý, hóa học Máy gia tốc Cyclotron 30MeV này có khả

năng tạo ra khoảng 10 loại đồng vị phóng xạ được sử dụng nhiều trong y học hạt nhân là: 124I, 123I, 201Tl, 67Ga, 111In, 11C, 18F,13N, 15O, 22Na, 48V

Việc sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc Cyclotron 30MeV, quá trình tổng hợp, kiểm nghiệm, vận chuyển các dược chất phóng xạ, lưu trữ các vật liệu phóng

xạ sinh ra từ quá trình sản xuất dược chất phóng xạ đòi hỏi công tác đảm bảo an toàn bức xạ phải được quan tâm một cách nghiêm ngặt, nhất là trong quá trình bắn chùm tia gia tốc vào bia để tạo đồng vị phóng xạ, các tia bức xạ gamma, tia X, chùm tia neutron được sinh ra có thể gây nguy hiểm cho các kỹ sư vận hành cũng như các nhân viên làm việc ở phạm vi gần nếu không được che chắn phù hợp Việc khảo sát, đo đạc suất liều bức xạ gamma và suất liều chùm tia neutron trước, trong và sau khi vận hành máy gia tốc sản xuất đồng vị là việc hết sức quan trọng để đánh giá mức độ an toàn bức xạ và khả năng che chắn của các khối vật liệu

Luận văn này được thực hiện nhằm mục đích đánh giá mức độ an toàn bức xạ dựa vào các biện luận khoa học từ các phép đo suất liều bức xạ gamma và neutron, độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại một số địa điểm xung quanh khu vực máy gia tốc Cyclotron 30MeV trước, trong, sau khi sản xuất đồng vị phóng xạ 18F Ngoài ra Luận văn còn tiến hành các phép đo và tính toán nhằm xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ có trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia máy gia tốc Cyclotron 30MeV, các màng mỏng này bị kích hoạt trở thành vật liệu phóng xạ trong quá trình bắn chùm tia gia tốc vào bia, kết quả của việc xác định hoạt độ sẽ làm cơ sở tham khảo cho công tác quản lý và lưu giữ các vật liệu phóng xạ này trước khi thải ra môi trường Với mục đích nêu trên, Luận văn được hoàn thành với bố cục gồm 3 chương: Chương 1 An toàn bức xạ trong sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc cyclotron: Trình bày khái quát về máy gia tốc cyclotron, các loại bức xạ phát ra trong quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc cyclotron; tác hại của bức xạ đến sức khỏe con người; các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trong tiếp xúc, vận chuyển và quản vật liệu phóng xạ của Việt Nam

Chương 2 Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu: Trình bày nội dung và đối

tượng khảo nghiên cứu của Luận văn, giới thiệu về máy gia tốc cyclotron 30 MeV

dùng sản suất đồng vị phóng xạ, hệ thiết bị tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ 18

F-FDG, quy trình sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG, các phương và thiết bị được sử

dụng để khảo sát suất liều bức xạ gamma, neutron, độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt và

xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia máy gia tốc

Chương 3 Kết quả thực nghiệm và bàn luận: Trình bày kết quả khảo sát thực

nghiệm phông bức xạ, suất liều bức xạ gamma và neutron trong quá trình sản xuất

dược chất phóng xạ 18F-FDG tại một số vị trí quan trọng trong khu vực máy gia tốc

Cyclotron 30 MeV; xác định độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại khu vực hệ thiết bị

tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ 18F-FDG; xác định hoạt độ của một số đồng vị

phóng xạ trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia

CHƯƠNG 1

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG SẢN XUẤT ĐỒNGVỊ PHÓNG XẠ TRÊN

MÁY GIA TỐC CYCLOTRON 1.1 MÁY GIA TỐC CYCLOTRON DÙNG CHO SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ

1.1.1 Giới thiệu

Nguyên lý gia tốc tuần hoàn được khám phá vào khoảng năm 1920 là một nền tảng quan trọng trong vật lý năng lượng cao Theo nguyên lý này, sự gia tốc được thực hiện bằng phương pháp hiệu điện thế biến thiên theo thời gian thay cho hiệu điện thế tĩnh sử dụng trong các máy gia tốc ví dụ như máy gia tốc Van de Graff Máy gia tốc đầu tiên có tầm quan trọng thực tiễn dựa trên nguyên lý gia tốc tuần hoàn là cyclotron,

do Ernest Orlando Lawrence phát minh ra

Ban đầu, cyclotron được dùng để gia tốc các ion (proton, deuteron và các hạt nặng hơn) tới động năng cỡ vài MeV sử dụng trong nghiên cứu vật lý hạt nhân cơ bản, nhưng sau đó đã trở nên quan trọng trong các ứng dụng y học Nó cho phép tạo ra các đồng vị phóng xạ cho y học hạt nhân cũng như tạo ra các chùm proton cho xạ trị Trong cyclotron, các hạt được gia tốc theo các quỹ đạo xoắn ốc đi trong hai điện cực hình bán trụ chân không bởi từ trường đều (khoảng 1T) được tạo ra giữa các cực của một nam châm lớn Một điện áp tần số vô tuyến (RF) với tần số từ 10 đến 30MHz được đặt vào giữa hai điện cực Các hạt mang điện được gia tốc khi chúng vượt qua khoảng trống giữa hai điện cực này Bên trong các điện cực không có điện trường và các hạt này chuyển động dưới ảnh hưởng của từ trường theo quỹ đạo nửa vòng tròn với tốc độ không đổi cho tới khi chúng lại đi qua khoảng trống giữa hai điện cực, lúc này điện trường đổi chiều và hạt sẽ lại được gia tốc khi qua khoảng trống giữa hai điện cực, hạt

có thêm một lượng động năng nhỏ khi di chuyển trong điện cực kia theo nửa vòng tròn

có bán kính lớn hơn nửa vòng tròn trong điện cực trước, tạo nên một quỹ đạo hình

xoắn ốc và động năng của hạt tăng dần sau một số lớn lần vượt qua khoảng trống giữa

hai điện cực

Hình 1.1 Nguyên lý gia tốc cyclotron

Quá trình gia tốc cứ tiếp diễn cho đến khi hạt đạt được năng lượng danh định và

tiến ra ngoài bán kính tách chùm tia Năng lượng cực đại mà một ion có thể thu được

bằng gia tốc cyclotron được tính qua công thức:

m là khối lượng ion được gia tốc

v là vận tốc của ion tại bán kính tách

q là điện tích của ion

B là từ trường đều có phương vuông góc với mặt phẳng chuyển động

của hạt được gia tốc

Việc sản xuất các động vị phóng xạ bằng gia tốc yêu cầu chùm hạt gia tốc cần

có hai yếu tố sau: Các chùm hạt phải có đủ năng lượng để tạo ra phản ứng hạt nhân cần

thiết và dòng chùm tia đủ lớn để cho hiệu suất thực tế Thiết kế mặt bằng chung của

một cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ bằng cyclotron được thể hiện trên hình 1.2 [17]

Hình 1.2 Sơ đồ chung một cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ dùng gia tốc

ra đồng vị phóng xạ mà còn có khả năng va đập vào các vật liệu khác tạo ra các loại vật liệu phóng xạ bên trong hệ thống và cấu trúc xung quanh chùm tia Các bức xạ sinh ra trong quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ bằng máy gia tốc cyclotron có thể bao gồm:

a Bức xạ tức thời

Bức xạ tức thời là bức xạ sinh ra do chùm tia gia tốc hoặc từ sự tương tác trực tiếp của chùm tia gia tốc với các vật liệu Bức xạ tức thời được sinh ra chỉ khi có chùm tia gia tốc (máy gia tốc được vận hành) Bức xạ tức thời chủ yếu là tia X (hoặc tia gamma) năng lượng cao và bức xạ neutron Việc chiếu xạ trực tiếp do chùm tia gia tốc hoặc bức

xạ tức thời có thể dẫn đến việc nhận liều bức xạ nguy hiểm hoặc gây chết người (suất liều quanh chùm tia gia tốc có thể lớn hơn 1,6 Sv/giờ) Do đó các điểm truy cập vào các khu vực có thể tồn tại bức xạ tức thời cần phải có các rào cản an toàn để ngăn ngừa

chiếu xạ do bức xạ tức thời trong quá trình vận hành máy gia tốc Một số địa điểm mà

mức độ bức xạ tức thời có thể tăng cao do gần với trường chùm tia gia tốc cần được

xem xét như các đường ống đâm xuyên vào phòng máy gia tốc mà không được che

chắn, mặt sàn phía trên trần của phòng máy gia tốc, phần hệ thống che chắn trong vùng

lân cận của chùm tia gia tốc

b Bức xạ thứ cấp

Bức xạ tức thời năng lượng cao tương tác với các vật liệu cũng có thể gây ra sự

hình thành các vật liệu phóng xạ Quá trình này thường được gọi là "kích hoạt" và các

vật liệu phóng xạ được tạo ra lại có khả năng phát các tia bức xạ gọi là "bức xạ thứ

cấp" Vật liệu bị kích hoạt chủ yếu phát ra bức xạ gamma và beta Một số vật liệu

phóng xạ có thời gian sống ngắn và hoạt độ giảm nhanh chóng trong vòng vài ngày

hoặc vài tuần sau khi bị kích hoạt Một số vật liệu phóng xạ khác phải mất nhiều năm

để phân rã các đồng vị đến mức ổn định Việc chiếu xạ do các vật liệu phóng xạ này

chính là phần đóng góp lớn vào liều bức xạ của các nhân viên

Vật liệu nằm trên các bộ phận đường chùm tia, từ trường, bộ hãm và dừng chùm

tia, bia, detector và các thiết bị thí nghiệm khác là những nơi thường xảy ra việc kích

hoạt vật liệu Các vật liệu khác có thể bị kích hoạt là các chất bôi trơn, nước làm mát

và không khí bên trong các không gian đường chùm tia Cần chú ý rằng hệ thống làm

mát khép kín kết hợp bộ hãm chùm tia có thể chứa một số vật liệu kích hoạt dẫn đến

nguy cơ chiếu xạ ngay tại thời điểm máy gia tốc vận hành và cả trong thời gian bảo trì

các hệ thống này Do vậy các tòa nhà hoặc các phòng làm mát các bộ phận hệ thống

chùm tia năng lượng cao cũng cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ra vào

c Các vật liệu nhiễm phóng xạ

Vật liệu bị nhiễm phóng xạ là những thiết bị, công cụ bị nhiễm bẩn phóng xạ bề

mặt có thể tháo rời hoặc vật liệu bị nhiễm bẩn phóng xạ trên bề mặt nhưng có thể được

loại bỏ bằng cách mài mòn hoặc phản ứng hóa học Các chất lỏng phóng xạ cũng là

một nguồn gây nhiễm bẩn phóng xạ Các vật liệu kích hoạt có thể trở thành một nguồn

gây nhiễm bẩn phóng xạ trong quá trình hoạt động của máy gia tốc do các tác động

mài, giũa, đốt, hàn, gia công, cắt hoặc khoan Nhiễm bẩn phóng xạ cũng có thể xảy ra

do sự kích hoạt của vật liệu vốn đã bị lão hóa hoặc xuống cấp như bụi, rỉ sét, chất bôi trơn và chất lỏng

d Các nguồn phóng xạ không có nguồn gốc từ chùm tia gia tốc

Các nguồn phóng xạ không có nguồn gốc từ chùm tia gia tốc có thể bao gồm: Nguồn phóng xạ hoạt độ nhỏ hoặc máy phát tia X được sử dụng trong việc hiệu chuẩn thiết bị đo, các tần số vô tuyến (RF) sử dụng để gia tốc chùm tia sinh ra các tia X khi hoạt động, do đó chúng cũng phải được hoạt động trong khu vực đã được che chắn, kín Một số thiết bị như ống klystron, nguồn điện áp cao và các thiết bị điện tử năng lượng cao khác cũng có thể tạo ra tia X khi hoạt động

1.2 TÁC HẠI CỦA BỨC XẠ ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI 1.2.1 Các loại bức xạ ion hóa [1]

Thuật ngữ “bức xạ” được dùng chung để mô tả hiện tương vật lý khi vật chất phát

ra năng lượng dưới các dạng khác nhau vào môi trường Có hai loại bức xạ là bức xạ không ion hóa (non - ionizing) và bức xạ ion hóa (ionizing) Bức xạ không ion hóa là loại bức xạ có đủ năng lượng để di chuyển các nguyên tử trong một phân tử hoặc làm các nguyên tử rung động, nhưng không đủ năng lượng để bứt các điện tử ra khỏi nguyên tử (ví dụ: sóng âm, ánh sáng mắt thấy được, sóng vi ba…) Bức xạ ion hóa là loại bức xạ (một hạt hoặc một tia bức xạ bất kỳ) có đủ năng lượng để bứt các điện tử ra khỏi các nguyên tử, phân tử hoặc ion và gây ra sự ion hóa môi trường vật chất mà nó đi qua Bức xạ ion hóa thường được chia làm hai loại là tia bức xạ hạt (α, β, neutron) và tia bức xạ điện từ (tia X và tia gamma)

Tia anpha (α): Tia anpha là hạt nhân của nguyên tử hê li, mang điện tích dương

và có tác dụng ion hoá rất mạnh nhưng khả năng đâm xuyên rất kém (vài centimét không khí hay da là đủ để chặn lại) tuy nhiên, nếu một chất phát tia anpha được đưa vào trong cơ thể, nó có thể tạo ra liều chiếu trong nguy hiểm đối với các mô nhạy cảm

do các mô này không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như da

Tia bêta (β): Tia bêta gồm có hai loại, tia bêta cộng (β) là hạt positron mang

điện tích nguyên tố dương, tia bêta trừ (β-) là hạt electron mang điện tích nguyên tố âm

Nói chung khả năng ion hoá của tia bêta kém hơn tia α rất nhiều nhưng tia bêta đâm

xuyên mạnh hơn Năng lượng của tia β có thể biến thành tia γ hay tia X khi các hạt β bị

hãm lại lúc đi gần một hạt nhân của môi trường vật chất (bức xạ hãm)

Tia gamma (γ): Tia gamma sinh ra từ quá trình phân rã các hạt nhân nguyên tử,

từ các phản ứng hạt nhân, hay tương tác giữa các hạt như quá trình hủy cặp

electron-positron Tia gamma là một loại bức xạ điện từ có bước sóng rất ngắn, nhỏ hơn 10−12 m

[24], không bị từ trường làm lệch hướng chuyển động do không mang điện Nếu không

tính đến phản ứng hạt nhân, tương tác của bức xạ gamma với vật chất bao gồm: hiệu

ứng quang điện, hiệu ứng compton và hiệu ứng tạo cặp electron - posistron Khả năng

ion hoá của tia gamma kém hơn rất nhiều nhưng lại có khả năng đâm xuyên rất mạnh

so với các tia α và β

Bức xạ neutron: Neutron là một hạt hạ nguyên tử có trong thành phần hạt nhân

nguyên tử, trung hòa về điện tích và có khối lượng bằng 1,67492716×10−27 kg [24]

Bức xạ neutron được sinh ra trong quá trình phân hạch các hạt nhân nguyên tử nặng

Neutron được chia làm 3 loại tùy thuộc vào năng lượng của chúng (neutron nhanh năng

lượng lớn hơn 100 keV, neutron trung bình năng lượng từ 0,025 đến 100 keV, neutron

nhiệt năng lượng nhỏ hơn 0,025 keV) [24]

Neutron là hạt không tích điện và vì vậy chúng không gây ra sự ion hoá trực tiếp

môi trường mà chúng truyền qua, neutron tương tác với môi trường vật chất thông qua

ba phương thức là tán xạ đàn hồi, tán xạ không đàn hồi và hấp thụ neutron Tương tác

của neutron với môi trường vật chất có thể kích hoạt các hạt nhân môi trường vật chất

phát ra tia gamma hay các hạt tích điện thứ cấp khác gián tiếp gây ra bức xạ ion hoá

Neutron có khả năng đâm xuyên rất mạnh nhưng tùy thuộc vào năng lượng của chúng

Tia X: Giống như tia gamma, tia X cũng là bức xạ điện từ nhưng có bước sóng

dài hơn tia gamma Các tính chất của tia X cũng tương tự như tia gamma

1.2.2 Tác hại của bức xạ ion hóa lên cơ thể con người

Sau khi Becquerel khám ra hiện tượng phóng xạ và việc ông bà Curie tìm ra chất phóng xạ tự nhiên Radium và Poloium, bắt đầu một kỉ nguyên nghiên cứu và ứng dụng đồng vị phóng xạ trong y sinh học Cho đến nay các chất phóng xạ và các thiết bị phát bức xạ ion hóa được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong y tế Việc sử dụng bức xạ đã đem lại những hiệu quả vô cùng to lớn trong công tác chẩn đoán và điều trị Những lợi ích của việc sử dụng bức xạ trong đời sống con người thực sự to lớn nhưng không vì thế mà con người xem nhẹ những tác hại của chúng

Có hai con đường bức xạ ion hóa tác động lên cơ thể con người, đó là chiếu xạ từ bên ngoài và chiếu xạ từ bên trong

Chiếu xạ từ bên ngoài: Nguồn chiếu xạ nằm ngoài cơ thể con người Việc chiếu

xạ xảy ra khi con người nằm trên đường đi của các tia bức xạ phát ra từ một thiết bị phát bức xạ hay các chất phóng xạ nằm bên ngoài cơ thể con người Việc chiếu xạ có thể xảy ra đối với toàn bộ cơ thể hoặc đối với một phần cơ thể con người Việc chiếu

xạ ngoài sẽ kết thúc khi cơ thể thôi tiếp xúc với nguồn phát tia bức xạ

Chiếu xạ từ bên trong: Chiếu xạ xảy ra khi chất phóng xạ nằm bên trong cơ thể,

các chất phóng xạ này có thể vào bên trong cơ thể con người bằng đường hô hấp, ăn uống, tổn thương da, sau đó lan truyền bên trong cơ thể Chiếu xạ bên trong chỉ kết thúc khi chất phóng xạ bị đào thải ra khỏi cơ thể do sự bài tiết và do sự suy giảm cường

độ phóng xạ theo thời gian

Đối với cơ thể sống, Tác động sinh học cơ bản và nguy hiểm nhất của bức xạ ion hóa là quá trình ion hoá xảy ra trong các tổ chức mô khi bức xạ đi qua Sự ion hóa những phân tử nước (thành phần chủ yếu của các phân tử cấu tạo nên tế bào) có thể dẫn đến những thay đổi bên trong phân tử và tạo ra các loại hợp chất gây hại cho các nhiễm sắc thể Sự hủy hoại này thể hiện ở sự biến đổi về cấu trúc và chức năng của phân tử Trong cơ thể người, sự thay đổi này có thể tự biểu lộ qua các triệu trứng bệnh

lý như ốm mệt do phóng xạ, đục thủy tinh thể hoặc về lâu dài là ung thư

Cơ chế gây tổn thương trực tiếp: Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lượng và

gây nên quá trình kích thích, ion hoá các phân tử sinh học dẫn đến tổn thương các phân

tử đó

Cơ chế gây tổn thương gián tiếp: Bức xạ ion hoá tác dụng lên các phân tử nước

(chiếm 75% trong tổ chức sống) làm phân ly các phân tử nước tạo thành các ion: H+,

OH- , các gốc tự do *H, *OH, , các hợp chất có khả năng ôxy hoá cao HO2, H2O2,

, chúng phản ứng với các phân tử sinh học và gây tổn thương

Sau khi các phân tử sinh học cấu tạo tổ chức sống chịu tác dụng trực tiếp hoặc

gián tiếp của bức xạ ion hóa, các sản phẩm phản ứng tương tác với các phân tử hữu cơ

quan trọng của tế bào Các gốc tự do và các tác nhân oxy hóa có thể tấn công các phân

tử phức tạp là thành phần của các nhiễm sắc thể, chúng có thể tự gắn vào một phân tử

hoặc làm gãy các liên kết trong các phân tử dạng chuỗi dài đó Những tổn thương ở

giai đoạn đầu nếu không được hồi phục sẽ dẫn đến những rối loạn về chuyển hóa Các

gốc tự do phản ứng với những gốc hoạt động của hệ thống men có nhóm –SH biến

chúng thành những nhóm disulfur không hoạt động Kết quả là hoạt tính phân giải của

hệ thống men có gốc –SH bị phá hủy, một phần chất men này rất cần thiết đối với sự

tổng hợp nucleoproteit và acid nucleic là những nhân tố quan trọng trong sự sống của

cơ thể Ngoài ra các gốc tự do và các tác nhân oxy hóalàm suy biến các chất men

enzym protein, các chất enzym này đóng vài trò là xúc tác điều hòa đời sống của tế

bào, nếu chúng bị suy biến thì tế bào không thể hoạt động bình thường dẫn đến tế bào

bị chết hay bị hủy hoại Do ảnh hưởng của sự chiếu bức xạ ion hóa, số lượng các DNA

và dexexyripo nucleoproteit trong các tổ chức sống và nhân tế bào bị giảm nên tốc độ

hồi phục của chúng chậm

Các hiệu ứng của bức xạ trên cơ thể con người là kết quả của các thương tổn

trong từng tế bào đơn lẻ Những hiệu ứng này có thể chia thành hai loại, loại soma và

loại di truyền Các hiệu ứng soma bắt đầu từ những thương tổn trong các tế bào bình

thường của cơ thể và chỉ ảnh hưởng đến người bị chiếu xạ Các hiệu ứng di truyền thì

lại do những tổn thương trong các tế bào của cơ quan sinh dục Sự khác biệt quan trọng

trong trường hợp này là những thương tổn đó có thể truyền sang cho con của người bị chiếu xạ và các thế hệ sau nữa Các tổn thương do bức xạ ion hóa có thể phân chia như dưới đây

a Các tổn thương xảy ra ở mức độ phân tử

Khi chiếu xạ, năng lượng của chùm tia truyền trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phân tử sinh học từ đó có thể phá vỡ mối liên kết hoá học hoặc phân ly các phân tử sinh học Kết quả làm cho các phân tử này bị tổn thương dẫn đến chết hoặc làm thay đổi các thông tin bên trong của chúng

Hình 1.3 Minh họa đứt gãy liên kết trong phân tử AND do tác động của bức xạ

ion hóa

b Các tổn thương xảy ra ở mức độ tế bào

Khi bị chiếu xạ các đặc tính của tế bào có thể thay đổi ở cả trong nhân và nguyên sinh chất Nếu bị chiếu xạ bởi liều cao tế bào có thể bị phá huỷ hoàn toàn Theo mức

độ tổn thương, tế bào sau khi bị chiếu có thể xảy ra các trường hợp sau:

- Tế bào hồi phục bình thường;

- Tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân và chất nguyên sinh;

- Tế bào không chết nhưng bị thay đổi Ví dụ: không phân chia được nhưng số

nhiễm sắc thể tăng gấp đôi và thành tế bào khổng lồ; tế bào phân chia được

nhưng có rối loạn trong cơ chế di truyền

Các nghiên cứu cho thấy không phải toàn bộ các tế bào cùng có độ nhạy cảm bức

xạ giống nhau mà chúng rất khác nhau Một số tế bào có độ nhạy cảm với bức xạ cao

như:

- Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi);

- Các tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu, niêm mạc

ruột, tinh hoàn, buồng trứng );

- Các tế bào thần kinh tùy thuộc loại ít phân chia nhưng cũng rất nhạy cảm phóng

xạ

c Các tổn thương xảy ra ở mức độ cơ thể

Tổn thương xảy ra ở mức độ cơ thể kèm theo các hiệu ứng biểu hiện theo thời

gian (hiệu ứng sớm, hiệu ứng muộn)

Hiệu ứng sớm: Là hiệu ứng xảy ra khi các cá thể bị chiếu bởi mức liều lớn (liều

toàn thân khoảng > 500mSv [5]) Các biểu hiện bệnh do bức xạ gây ra sẽ xuất hiện sau

khoảng thời gian ngắn Các biểu hiện đầu tiên xuất hiện tại những cơ quan có tế bào

nhạy cảm với bức xạ như:

Máu và cơ quan tạo máu: xuất huyết, phù nề, thiếu máu, giảm limpho, bạch cầu,

tiểu cầu và hồng cầu

Hệ tiêu hoá: ỉa chảy, sút cân, nhiễm độc máu, giảm sức đề kháng cơ thể, những

thay đổi trong hệ thống tiêu hoá thường quyết định hậu quả bệnh phóng xạ

Da: Sau khi bị chiếu liều cao, các ban đỏ xuất hiện trên da, da bị viêm, xạm, các

tổn thương này có thể dẫn đến viêm loét, thoái hoá, hoại tử da hoặc phát triển thành

ung thư da

Hiệu ứng muộn: Các hiệu ứng muộn được chia làm 2 loại là hiệu ứng sinh thể

bao gồm giảm tuổi thọ, tần suất xuất hiện bệnh ung thư cao hơn, thường là ung thư máu, ung thư da, ung thư xương, ung thư phổi và hiệu ứng di truyền bao gồm tăng xác suất xuất hiện các đột biến về di truyền, dị tật bẩm sinh, quái thai

1.3 TIÊU CHUẨN AN TOÀN BỨC XẠ TRONG TIẾP XÚC, VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU PHÓNG XẠ VÀ QUẢN LÝ CHẤT THẢI PHÓNG XẠ 1.3.1 Tiêu chuẩn đối với liều chiếu xạ cá nhân

An toàn bức xạ bao gồm các hành động thực hiện để ngăn chặn các bức xạ hoặc để hạn chế hậu quả của bức xạ tại những nơi có sử dụng, vận chuyển và lưu giữ nguồn phóng xạ như nhà máy điện hạt nhân, y tế, năng lượng, công nghiệp, và sử dụng quân sự Mục đích của các tiêu chuẩn cơ bản về an toàn bức xạ là để ngăn ngừa những hiệu ứng tất định và hạn chế những hiệu ứng ngẫu nhiên gây bởi bức xạ Một tiêu chuẩn quan trọng hàng đầu về an toàn bức xạ là các giới hạn về liều chiếu xạ nghề nghiệp đối với nhân viên bức xạ và liều chiếu xạ dân chúng Liều chiếu xạ của một cá nhân được xác định như sau:

Hhd,tổng= Hhd,1 + Hhd,2 (1.2) Hhd,tổng tổng liều hiệu dụng: là đại lượng được dùng để đánh giá liều bức xạ gây nên cho tất cả các mô và cơ quan trong cơ thể; Hhd,1: liều hiệu dụng gây bởi chiếu xạ

từ bên ngoài trong một khoảng thời gian xác định; Hhd,2: Liều hiệu dụng gây bởi chất phóng xạ xâm nhập vào cơ thể trong cùng thời gian đó

Đơn vị của liều hiệu dụng là jun trên kilogram và được gọi là Sivơ (Sv) Đối với mọi công việc bức xạ bất kỳ, cần phải bảo vệ nhân viên bức xạ và dân chúng tránh các rủi ro bức xạ bằng cách giữ cho liều chiếu xạ thấp hơn các giới hạn liều tương ứng dưới đây

Bảng 1.1 Giới hạn của Việt Nam về liều chiếu xạ đối với các đối tượng theo quy định tại Thông tư số 19/2012/TT-BKHCN ngày 8/11/2012 của Bộ Khoa học và Công nghệ

Đối tượng Giới hạn về liều

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 20 mSv trong một năm được lấy trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau (100 mSv trong 5 năm)1 và 50 mSv trong một năm đơn lẻ bất kỳ;

- Liều tương đương đối với chân và tay hoặc da 500 mSv trong một năm;

Dân chúng

- Liều hiệu dụng 1 mSv trong một năm

- Trong những trường hợp đặc biệt , có thể áp dụng giá trị giới hạn liều hiệu dụng cao hơn 1 mSv, với điều kiện giá trị liều hiệu dụng lấy trung bình trong 5 năm

kế tiếp nhau không vượt quá 1 mSv trong một năm

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 15 mSv trong một năm

- Liều tương đương đối với da 50 mSv trong một năm

- Liều bức xạ của người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc dược chất phóng xạ có độ tuổi từ 16 tuổi trở lên không được vượt quá 5 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị Liều bức xạ của người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc dược chất phóng xạ có độ tuổi nhỏ hơn 16 tuổi không được vượt quá 1 mSv

trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị

Người đang học nghề liên quan đến bức xạ, học sinh, sinh viên tuổi

từ 16 đên 18 sử dụng nguồn phóng xạ trong quá trình học tập

- Liều hiệu dụng 6 mSv trong một năm;

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 20 mSv trong một năm;

- Liều tương đương đối với chân và tay hoặc da2 150 mSv trong một năm

1.3.2 Tiêu chuẩn về nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt của Việt Nam [12]

Theo Thông tư số 23/2012/TT-BKHCN ngày 23/11/2012 của Bộ Khoa học và Công nghệ quy định: Vật nhiễm bẩn bề mặt là vật rắn, bản thân nó không phải là vật liệu phóng xạ nhưng có chất phóng xạ bám trên bề mặt Nhiễm bẩn phóng xạ là sự có mặt của chất phóng xạ trên bề mặt với lượng lớn hơn 0,4 (Bq/cm2) đối với chất phát beta, chất phát gama và chất phát anpha độc tính thấp hoặc lớn hơn 0,04 (Bq/cm2) đối với chất phát anpha khác

Nhiễm bẩn phóng xạ không được vượt quá các giới hạn sau: 4 (Bq/cm2) đối với chất phát beta, chất phát gama và chất phát anpha độc tính thấp; 0,4 (Bq/cm2) đối với các chất phát anpha khác Các giá trị giới hạn được lấy trung bình trên diện tích 300 (cm2) hoặc toàn bộ diện tích bề mặt nếu nhỏ hơn 300 (cm2)

1.3.3 Tiêu chuẩn và điều kiện của Việt Nam về suất liều bức xạ trong vận chuyển vật liệu phóng xạ

Theo Thông tư số 23/2012/TT-BKHCN ngày 23/11/2012 của Bộ Khoa học và Công nghệ quy định:

- Đối với kiện miễn trừ, suất liều bức xạ ở sát bề mặt kiện không lớn hơn 5 (µSv/h);

- Đối với các loại kiện khác, suất liều bức xạ trên mặt ngoài của kiện không lớn hơn 2 (mSv/h);

- Đối với thiết bị hoặc vật phẩm không bao gói, suất liều bức xạ tại điểm cách

mặt ngoài 10 (cm) không lớn hơn 0,1 (mSv/h)

1.3.4 Tiêu chuẩn và điều kiện miễn trừ, khai báo, cấp phép chất phóng xạ

nhân tạo của Việt Nam [11]

Chất phóng xạ chứa nhiều hơn một loại nhân phóng xạ nhân tạo thỏa mãn công

C

(1.3) Trong đó:

- n là số lượng nhân phóng xạ nhân tạo có trong chất phóng xạ;

- Ci là tổng hoạt độ hoặc hoạt độ riêng của nhân phóng xạ nhân tạo i có

trong chất phóng xạ, đơn vị tính là Becơren (Bq) hoặc Becơren trên

gam (Bq/g) tương ứng;

- Xi là mức miễn trừ khai báo, cấp giấy phép tương ứng đối với nhân

phóng xạ i, đơn vị tính là Becơren (Bq) hoặc Becơren trên gam (Bq/g)

Xi được quy định tại Phụ lục I của QCVN 5: 2010/BKHCN

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Như đã giới thiệu tại phần Mở đầu và Chương 1, Hiện nay Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 đang quản lý và vận hành một máy gia tốc Cyclone 30 có khả năng tạo ra khoảng 10 đồng vị 124I, 123I, 201Tl, 67Ga, 111In, 11C, 18F,13N, 15O, 22Na, 48V sử dụng trong y học hạt nhân Đối tượng khảo sát trong phạm vi Luận văn bao gồm việc đo suất liều bức xạ gamma và neutron, độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại một số địa điểm xung quanh khu vực máy gia tốc Cyclone 30 trước, trong, sau khi sản xuất đồng vị phóng xạ nhằm đánh giá mức độ an toàn bức xạ tại đây dựa trên các biện luận khoa học Ngoài ra Luận văn còn tiến hành các phép đo và tính toán xác định hoạt độ của một số đồng vị phóng xạ có trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia máy gia tốc Cyclone 30 làm cơ sở tham khảo cho công tác quản lý và lưu giữ các vật liệu phóng xạ trước khi thải ra môi trường

2.1 SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TRÊN MÁY MÁY GIA TỐC CYCLONE 30 TẠI TRUNG TÂM MÁY GIA TỐC, BỆNH VIỆN TRUNG ƯƠNG QUÂN ĐỘI 108

2.1.1 Máy gia tốc Cyclone 30 [2] [15]

Máy gia tốc Cyclone 30 (tên riêng của máy gia tốc cyclotron 30MeV của hãng IBA Bỉ) là máy gia tốc vòng có tần số ổn định, trường không đổi, có thể gia tốc H- tới năng lượng cực đại 30 MeV Năng lượng chùm ion chiết (beam) có thể thay đổi từ 15 đến 30 MeV với cường độ lên đến 350 µA

Hình 2.1 Máy gia tốc Cyclone 30 của hãng IBA

Nguyên lý cấu tạo máy gia tốc Cyclone 30

Các hệ thống quan trọng cấu thành Cyclone 30 bao gồm: Nguồn ion (Ion Source);

Hệ thống nam châm chính (Main magnet System); Hệ thống RF (radio frequency

System); Hệ thống bơm chùm ion dọc trục (Axial Injection); Hệ thống chiết chùm

(tripper); Hệ thống chân không (Vacuum System); Các đường chùm (Beam line); Bia

(Target)

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống máy gia tốc Cyclone 30

a Nguồn ion: Nguồn ion được cung cấp từ plasma đa cực tạo ra bởi nam châm

vĩnh cửu đặt dưới các tấm mạ nhôm Bên trong buồng chứa khí H2, các phân tử hydro chuyển động hỗn loạn vì nhiệt, khi tiếp xúc với các điện tử mang năng lượng phát ra từ ca-tốt được nung nóng, sẽ xảy ra phản ứng: H2→ ionH−

Hình 2.3 Sơ lược cấu tạo nguồn ion

b Hệ thống bơm chùm ion dọc trục (axial Injection): Hệ thống bơm chùm

ion dọc trục là bộ phận chuyển H- được sinh ta từ nguồn ion tới trung tâm của máy gia tốc, các bộ phận chính bao gồm:

- Nam châm lái: Cho phép di chuyển chùm sang bên dọc theo hai trục X và Y vuông góc với nhau và với trục bơm;

- Thấu kính tĩnh điện Einzell: Có tác dụng hội tụ chùm yếu;

- Thấu kính solenoid (Glazer): Có tác dụng hội tụ chùm mạnh;

- Bộ gom hạt (puller): Nguồn ion được tạo ra là dòng liên tục, nhưng do tính chất tuần hoàn của cyclotron chỉ cho phép khoảng 10% chùm được gia tốc

Bộ gom hoạt động theo tốc độ của các hạt, tăng số hạt tới D đúng pha gia tốc;

- Bơm tĩnh điện: Đẩy chùm gia tốc xuống đường bơm tới từ trường của cyclotron

Hình 2.4 Sơ lược cấu tạo hệ thống bơm chùm ion dọc trục

c Hệ thống RF: Hệ thống RF cung cấp điện trường dao dộng để đẩy các ion

qua các khe gia tốc, là nơi mà chúng thu nhận năng lượng sau mỗi vòng, cho tới khi đạt

tới năng lượng mong muốn ở bán kính chiết

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống RF, Các điện cực Dee, lỗ và khớp nối RF

Hệ thống RF về cơ bản là hệ thống khuếch đại năng lượng cao, khuếch đại sóng

sin của bộ dao động thạch anh nhỏ tới năng lượng 25 hoặc 40kW Năng lượng RF cấp

tới hai cặp điện cực gia tốc phẳng đối diện bên trong cyclotron

d Hệ thống nam châm chính (Main magnet System): Tạo ra từ trường đều có

phương vuông góc với mặt phẳng chuyển động của hạt được gia tốc Đặc tính của hệ

thống nam châm chính gồm: Số lượng các sector: 4; góc các sector: 54-58 độ; Cường

độ từ trường vùng đồi: 1,7 Tesla; Cường độ từ trường vùng rãnh: 0,12 Tesla; Năng

lượng dòng một chiều trong các cuộn dây: 7,2 kW

e Hệ thống chân không: Hệ thống chân không trong cyclotron phải đảm bảo

độ chân không cao để tránh sự ion hóa các điện tích bởi các khí dư Buồng ion và hệ thống dẫn chùm tia được hút chân không đến 10−8− 10−10 bar, buồng cyclotron được hút chân không đến 5 × 10−10 bar

g Đường chùm (Beam line): Sau khi ra khỏi cyclotron, dòng proton này sẽ

được truyền qua đường chùm (beam line) đến kích hoạt bia đã được làm giàu tạo ra các đồng vị phóng xạ Đường chùm là một ống được chế tạo bằng nhôm để hạn chế việc kích hoạt

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo đường chùm

h Hệ thống triết chùm: Được đặt cuối đường chùm để tách chùm tia đến các

cổng đã được lắp đặt hệ thống bia Hệ thống chiết chùm lấy điện tử của các ion khi chúng đi qua lá carbon Chùm hạt sau khi đi qua lá các bon là proton mang điện dương được lái ra ngoài bởi từ trường đến các đường chiết chùm tia

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý đưa proton ra

Có 5 cổng chiết chùm tia được lắp trên buồng chân không của nam châm

chuyển mạch Vai trò của nam châm chuyển mạch là lái chùm tới một trong các cổng

đó

Hình 2.8 Giản đồ miêu tả dòng proton có thể chuyển ra ở 5 cổng khác

nhau

i Hệ thống bia: Nằm bên ngoài cyclotron, có 3 loại vật liệu bia là: rắn, lỏng,

khí Chùm proton năng lượng cao bắn vào bia tạo ra các phản ứng hạt nhân, từ đó sinh

j Hệ điều khiển: Việc điều khiển hoạt động của cyclotron thông qua hệ thống

tự động thiết kế linh hoạt, tin cậy, được xây dựng xung quanh bộ điều khiển logic lập

trình PLC – Siemens simatic S7-400, chạy trên PC

2.1.2 Hệ hotcell tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ 18 F-FDG [4]

Hiện tại máy gia tốc cyclone 30 tại Trung tâm máy gia tốc 30 MeV - Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 được sử dụng chủ yếu để sản xuất đồng vị 18F là nhân phóng

xạ positron dùng cho máy chụp hình cắt lớp bức xạ positron (Positron Emission Tomography-PET).18F được tạo ra tại buồng bia lỏng theo phản ứng hạt nhân

18O(p,α)18F trong khoảng 20-30 phút ở điều kiện năng lượng chùm tia proton 18 MeV, cường đội chùm tia khoảng 35-40 μA Sản phẩm 18F được tạo ra có hoạt độ 1000 –

1200 mCi sau đó sẽ được dẫn truyền vào hệ tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ (hệ hotcell) Tại đây một phần 18F sẽ được tổng hợp thành FDG, 1 phần sẽ đi vào lọ thải Sau khi tổng hợp xong, hệ hotcell sẽ tự động chia liều tùy theo lượng hoạt độ mỗi liều

đã được đặt trước bởi kỹ thuật viên cho việc kiểm nghiệm hoặc cho các đơn vị sử dụng

Hệ chia liều là hệ thống rôbốt được thiết kế với độ an toàn rất cao trong việc che chắn bức xạ đồng thời có hệ thống giám sát liều lượng bên trong và bên ngoài đi kèm

Hình 2.9 Hình dạng bề ngoài (trái) và bên trong (phải) của hệ thống hotcell

Phần bên trong hệ hotcell là khu vực tiếp xúc trực tiếp với chất phóng xạ, được

thực hiện bởi cánh tay rôbốt rất linh hoạt có 6 bậc tự do

Để quan sát quá trình tổng hợp, chia liều và hoạt động của cánh tay rôbốt, có một

tấm cửa thủy tinh chì dày 75 mm, kích thước 140 x 140 mm

Hình 2.10 Cửa sổ thủy tinh chì để quan sát hoạt động của cánh tay rôbốt

Việc chia liều dược chất phóng xạ được đảm bảo độ chính xác cao bằng hệ

thống Theodorico lập trình chia liều tự động cho rôbốt bằng máy tính

Hình 2.11 Điều khiển hệ thống hoạt động thông qua máy tính bên ngoài

2.1.3 Quy trình sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG [4] [16]

a Giới thiệu chung về 18 F-FDG

18F-FDG là một dạng tương tự của đường glucose trong đó nhóm hydroxyl trên một nguyên tử C của một phân tử glucose được thay thế bằng một nguyên tử F 18F-

FDG có tên hóa học là Fluoro deoxy glucose, khối lượng phân tử 181.15 g/mol

- Thời gian chiếu: 60 phút cho 400µl hoặc 120 phút cho 2 ml

- Hoạt độ (mCi): 700 (400µl), 5000 (2ml)

b Quy trình sản xuất 18 F-FDG

Các giai đoạn sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG gồm:

- Chuẩn bị bia, bia dùng cho sản xuất 18F là bia nước giàu 18O;

- Tính toán tối ưu các điều kiện chiếu xạ và chiếu bia;

- Xử lý hóa học bia nóng sau khi đã được chiếu xạ;

- Tổng hợp 18F thành dược chất phóng xạ 18F-FDG;

- Chia liều dược chất phóng xạ 18F-FDG;

- Kiểm nghiệm dược chất18F-FDG đáp ứng các tiêu chuẩn dược chất;

Trong các giai đoạn sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG, giai đoạn tổng hợp,

chia liều và vận chuyển dược chất phóng xạ là khoảng thời gian chủ yếu gây nên liều

chiếu cho các nhân viên ngay tại thời điểm sản xuất Quá trình xử lý, lưu giữ chất thải

phóng xạ sinh ra trong quá trình sản xuất 18F-FDG cũng có nguy cơ làm tăng liều chiếu

xạ đối với các nhân viên Ngoài ra như đã trình bày tại Chương 1, một số vật liệu nằm

trong hệ thống máy gia tốc có thể bị chiếu xạ và kích hoạt trở thành vật liệu phóng xạ,

do đó trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa máy gia tốc, đặc biệt là tại buồng bia có thể

gây liều chiếu xạ thêm cho nhân viên

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Khảo sát suất liều gamma

a Phương pháp và vị trí đo

Khảo sát phông và suất liều bức xạ gamma tại các vị trí cửa buồng bia (1), cửa

phòng hệ hotcell (2), trung tâm phòng hotcell (3), hành lang đi lại (4), cách cửa buồng

bia 0,5m (5), cách cửa buồng bia 4m (6) thể hiện trên sơ đồ mặt bằng khu vực máy gia

tốc hình 2.13, phòng lấy mẫu F-FDG (phòng Lab phân tích phổ gamma), phòng kiểm nghiệm 18F-FDG (phòng Lab sắc ký) trước, trong và sau khi sản xuất 18F-FDG

Đo suất liều gamma bên ngoài các container chứa dược chất phóng xạ 18F-FDG sau khi đã tổng hợp và bên ngoài xe kéo tay chở các container này

Các giá trị suất liều gamma được đo 03 lần và lấy giá trị trung bình

Hình 2.13 Sơ đồ mặt bằng khu vực máy gia tốc và các điểm khảo sát suất liều

bức xạ, nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt

b Thiết bị đo

Thiết bị sử dụng đo suất liều bức xạ gamma là máy phổ kế AT6102A cầm tay

đa chức năng, bên trong có đầu dò nhấp nháy với tinh thể Na(TI) Ø40x40 mm và ống đếm Geiger-Muller

Hình 2.14 Thiết bị AT6012A sử dụng đo suất liều bức xạ gamma

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật đầu dò của phổ kế AT6102A

Loại đầu dò của

Khảo sát phông và suất liều bức xạ neutron tại các vị trí 1, 2, 3, 4, 5, 6 trên sơ đồ

mặt bằng khu vực máy gia tốc hình 2.13 trước, trong và sau khi sản xuất 18F-FDG Các

giá trị suất liều neutron được đo 03 lần và lấy giá trị trung bình

b Thiết bị đo [7]

Nguyên lý ghi đo bức xạ neutron: Neutron năng lượng cao bay đến, bị làm chậm

khi đi qua lớp polyetylen và trở thành neutron nhiệt Sau đó đi vào ống chứa khí He-3,

tại đây neutron nhiệt sẽ phản ứng với He3 theo phương trình

0, 764

He n  T p MeV

Hình 2.15 Phản ứng giữa neutron và He3

Các hạt mang điện Triti và proton sẽ được phát hiện bởi đám mây tích điện được tạo ra trong vùng khí của ống đếm tỉ lệ hoặc ống đếm Gerger Muler

Thiết bị đo suất liều neutron được sử dụng trong Luận văn là Thermo FH 40 GL-10 có cấu tạo và đặc tính kỹ thuật được mô tả tại hình 2.16 và bảng 2.3 Cấu tạo Thermo FH 40 GL-10 gồm: ống trụ có vỏ dày làm bằng polyetylen; lớp bột Vonfram; ống đếm chứa khí He-3; vá cao su tẩm boric; tiền khuếch đại; màn hình hiển thị Led; cáp kết nối

Hình 2.16 Máy đo Thermo (hình trái) và cấu tạo bên trong (hình phải)