Xác định đặc trưng của bức xạ photon và electron phát ra từ máy gia tốc electron và ứng dụng trong nghiên cứu quang hạt nhân

Xác định trực tiếp đặc trưng phân bố theo góc của chùm photon phát ra từ máy gia tốc electron Primus- Siemens dùng trong xạ trị tại Bệnh viện K Trung ương, tương ứng với kích thước colim

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHO A HỌC T ự NHIÊN

ĐỂ TÀI

MÃ S ố: QG 0 9 - 0 6

Chủ trì đề tài: PGS TS Bùi Văn Loát

Hà Nội, 2011

-TS Phạm Đức Khuê Viện Vật lý, Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam

PGS.TS Nguyễn Quang Miên Viện Khảo cổ học, Viện Khoa học Xã hội Việt Nam

B Á O C Á O T Ó M T Á T

a T ên đề tài:

Tiếng việt Xác định đặc trưng của bức xạ photon và electron phát ra từ máy gia tốc electron và ứng dụng trong nghiên cứu quang hạt nhân.

Tiếng Anh :Determination o f characteristics o f bremstrahlung photon and electron

on the electron accelerator and study photonuclear reaction.

c Cán bộ tham gia:

TS Phạm Đức Khuê Viện Vật lý - Viện Khoa học & Công nghệ Việt Nam PGS.TS Nguyễn Quang Miên - Viện Khảo cổ học, Viện Khoa học Xã hội Việt Nam

TS.Nguyễn Văn Hùng Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt

d Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:

Mục tiêu

(1) Đánh giá độ đồng đều phân bố liều của chùm bức xạ hãm và chùm electron

từ máy eia tốc electron Primus- Siemens dùng trong xạ trị ứne với kích thước của cclimator khác nhau và thế eia tốc khác nhau.

3

(2) Nghiên cứu cơ chế sinh phản ứng hạt nhân sinh nhiều hạt, tiến hành xác định

(2) Xác định trực tiếp đặc trưng phân bố theo góc của chùm photon phát ra từ máy gia tốc electron Primus- Siemens dùng trong xạ trị tại Bệnh viện K Trung ương, tương ứng với kích thước colimator và thế gia tốc khác nhau Từ kết quả đo được đánh giá độ đồng đều của liều bức xạ electron với năng lượng và vật liệu khác nhau (3) Đánh giá độ đồng đều của liều chiếu bức xạ photon và electron ở khoảng cách khác nhau tới bia Từ kết quả đó xác định hình học hay vị trí chiếu tối ưu.

(4) Tìm hiểu cơ chế của phản ứng sinh nhiều hạt trong phản ứng quang hạt nhân dưới tác dụng của chùm photon năng lượng cao.

(5) Xác định bằng thực nghiệm tiết diện phản ứng và tỷ số isomer của một số ph;ản ứng quang hạt nhân với năng lượng chùm photon khác nhau.

(6) Xây dựng sự phụ thuộc vào liều chiếu của cường độ tín hiệu nhiệt huỳnh qutang từ vật liệu nhiệt huỳnh quang khác nhau So sánh các số liệu suất liều đo được trêìn liều kế nhiệt huỳnh quang với các liều kể chuẩn, từ đó đánh giá khả năng sử dụng vậit liệu nhiệt huỳnh quang để xác định liều bức xạ hạt nhân.

e Kết quả chính

v ề mặt lý thuyết:

( lì Tìm hiểu cơ chế tương tác của chùm electron được gia tốc với vật chất và đặc triưng của chùm bức xạ photon và electron từ đầu máy gia tốc xạ trị Primus- Siemens vài cơ chế của phản ứne quang hạt nhân sinh nhiều hạt

(2 ) Đã tiến hành xác định phàn hố liều ở lối ra của máy gia tốc Primus- Siemens dùng trone xạ trị tại Bệnh viện K bang phương pháp do liều trực tiếp Kct quả thực nghiệm chỉ ra rằng với chùm bức xạ photon mức năng lượng 6 MV và mức năng lượng 15 MV cũng như các chùm electron năng lượne 6 MeV, 9 MeV 12 MeV và 15 MeV suất liều giảm theo bình phương khoảng cách tới bia Khi kích thước trường chiếu không bị hạn chế, trong vùng kích thước 60x60 cm2 liều phân bố đồng đều, sau

đó giảm nhanh khi ra ngoài biên điều này chứng tò liều phân bố tập trung trong góc hẹp.

(3) Đã tiến hành xác định phân bố liều theo chiều sâu trong phantom nước với kích thước trường chiếu khác nhau Ket quả chỉ ra rằng tùy theo loại và năng lượng bức xạ liều hấp thụ đạt giá trị cực đại từ 1,6 cm đối với photon 6 MV và 2,9cm đối với photon năng lượng 15MV Đặc biệt đối với chùm electron, sau khi đạt cực đại, khi chiều sâu tăng liều hấp thụ giảm nhanh tới phông Đây là cơ sở vật lý để chọn chùm electron để điều trị những khối u ở trên bề mặt.

(4) Từ đường cong phân bổ liều theo chiều sâu trong phantom nước đã xác định được các thông số quãng đường từ đó đánh giá được các năng lượng đặc trưng của chùm electron Kết quả chi ra rằng trong phạm vi sai số nhỏ hơn 1,5% giá trị năng lượng có xác suất lớn nhất bằng năng lượng danh định.

(5) Bằng phương pháp sử dụng phantom nước đã tiến hành xây dựng đường

các mức năng lượng và kích thước trường chiếu khác nhau Kết quả chỉ ra rằng: Trong phạm vi bằng 80% kích thước trường chiếu, liều phân bố tương đối đồng đều Khi ra ngoài biên không quá 3cm liều giảm nhanh tới phông Đây chính là bằng chứng thực nghiệm khảng định tính ưu việt của xạ trị bằng chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc Trong điều trị tùy theo kích thước khối u chọn kích thước trường chiếu thích hợp để các tế bào lành xung quanh bị ảnh hường nhỏ nhất Ngoài ra để hạn chế

về t h ự c n g h i ệ m :

5

ảnh hưởng cùa chùm bức xạ tới vùng xung quanh khối u thực tế chì cần đúc khuôn chì có chiều dày theo phương vuông góc với chùm tia cỡ 3 đến 4 cm là đảm bảo.

quane hạt nhàn bàng phương pháp đo phổ gamma: Tỷ số tiết diện của phản ứng natFe(y,xn)52m-gMn được kích thích bàne chùm bức xạ hãm 50,60 và 70 MeV và phản ứng quang hạt nhân nalIn(y,xn)ll0m'sIn với chùm bức xạ hãm năng lượng cực đại 70 MeV

LiF:Mg.Cu,P trong đo liều môi trường cũng như trong xạ trị Kết quả chỉ ra rằng với chùm photon năng lượng thấp ( nguồn 60Co), khi liều chiếu nhỏ hơn 2 Gy tín hiệu nhiệt huỳnh quang của vật liệu LiF:Mg,Cu,P tỷ lệ thuận với liều chiếu Với chùm bức

xạ phát ra từ máy gia tốc dùng trong xạ trị vùng tuyến tính được mở rộng cao hơn 2

Gy Kết quả này cho phép khảng định có thể sử dụng vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF:Mg,Cu,P để đo liều trong xạ trị dùng máy gia tốc có năng lượng tới 15 MeV.

v ề măt đào tao:• •

Đã hướng dẫn 04 khóa luận tốt nghiệp và 07 thạc sỹ khoa học.

Các khóa luận tốt nghiệp

1 Vũ Anh Tuấn- “ nghiên cứu đo liều bức xạ ion hóa môi trường bằng liều kế nhiệt

huỳnh quang Lif(Cu,Mn,P)” Khóa luận tổt nghiệp hệ đại học chính qui ngành Công nghệ hạt nhân K50, Năm 2009.

2 Trương Thu Hằng- “ Khảo sát sự ổn định các thông số vật lý của chùm photon-

electron từ máy gia tốc xạ trị Siemens- Primus Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học chỉnh qui chuyên ngành Vật lý hạt nhân, K5I- Năm 2010.

3 Dương Đức Cương- Đánh giá phân bố liều hấp thụ photon từ máy gia tốc xạ trị trên

bề mặt và trong phantom Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học chính qui ngành Công nghệ hạt nhản, K50 năm 2009.

4 Lưưng Văn Hùng - Xác định tỷ số suất lượng đồng phân của phản ứng hạt nhân nalIn(y,xn) 52m'eMn gây ra bởi chùm bức xạ hãm năng lượns cực đại 70 MeV Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học chính qui, Ngành Sư phạm vật lý K51, năm 2010.

Các luận văn thạc sĩ

1 Hà Văn Hải - “Xác định một vài thông số của chùm electron năng lượng 6MeV; 9

MeV và 15 MeV phát ra từ máy gia tốc Primus dùng trong xạ trị” Luận văn thạc s ĩ chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao, khóa 2007-2010, trường Đại học Sir phạm TP Hồ Chí Minh.

2 Trịnh Thị Lan Anh- Xác định một số thông số đặc trưng cùa hệ phổ kế gamma bán - dẫn ORTEC Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao khóa 2008-2010, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

3 Nguyễn Thị Thu Hà - “Xác định phân bố liều bức xạ photon ở lối ra của máy

Primus -Siemens dùng trong xạ trị” Luận văn thạc s ĩ chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao, khóa 2007-2010, trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

4 Hoàng Thị Luyến- Đánh giá phân bố liều bức xạ gamma từ máy gia tốc dùng trong _

xạ trị Luận văn thạc s ĩ chuyên ngành Vật lý nguyên từ, hạt nhân và năng lượng cao khóa 2008-2010, trường Đ ại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

5 Đào Đình Bình- “Phân bố liều hấp thụ trong phantom theo bề dày và theo khoảng

cách đến trục chùm photon năng lượng 6MV và 15 MV dùng trong xạ trị” Luận văn thạc s ĩ chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao khóa 2008-2010 íru-ỏĩìg Đ ại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

7

6 Đặng Văn Bảy- Xác định tuổi của thanh nhiên liệu đã được làm giàu bằng phương

pháp phổ gamma Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên nẹành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao khóa 2008-2010, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

7 Kiều Thị Hồng - Xây dựng đường phân bố liều hấp thụ trong phantom và xác định

một sổ đặc trưng cùa chù electron năng lượng 6 MeV và 9 MeV Luận văn thạc s ĩ chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao khóa 2007-2009, trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

Đe tài đã có 05 bài báo đang trên tạp chí chuyên ngành và 02 báo cáo đăng trong Kỷ yếu của Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ 7, Hà Nôi tháng 11 năm 2011.

1 B.V.Loat, N.V.Quan, Le Tuan Anh, Nguyen The Nghia N V Hung - Studying

o f characteristic o f GEM40p4 HPGe detector by expriment VNU Journal o f Science, Mathematics- Physics Volume 25 (2009) p 231-235.

2 Nguyen Van Hung, Bui Van Loat - Intercomparison on internal dose assessmes for l3lI VNU Journal o f Science, Mathematics- Physics Volume 25 (2009) 179-184.

3 B.V.Loat, N V Hung, H s Phuong - Monte Carlo simulation by code o f MCNP and experimental check for measuring thickness Ò material for the specilizing system

Ò M YO-lOl VNƯ Journal o f Science, Mathematics- Physics Volume 26 (2010) p43.

4 B.V.Loat, T.T.Anh, N x Ku, N.T.Quan, N.V.Hung- “The detemining o f some characteristics in energy spectrum o f electron beam for radiotherapy”- sẽ đăng trên VNƯ Journal o f Science (đã qua phản biện), sổ công bố các Báo cáo khoa học học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Tháng 10 năm 2010

5 L.T.Anh, N.C.Tam, B.V.Loat- Age-dating o f enriched uranium by using intrinsic efciency calibration- đăng trên VNƯ Journal o f Science (đã qua phản biện) - so công

bo các Báo cáo khoa học học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tháng 10 năm 2010

6 Ả' Th Hong Ng X Ku, Ng T Quan , L V Tinh, B.V.Loat, L T Anh- Determination o f some specific param eter in energy spectrum o f electron beams from

the radiation therapy linear accelerator Siemens- PrimusKỷ yếu Hội nghị Vật lý toàn quốc lân thứ 7, Hà Nội tháng 11 năm 2010 (đang in).

7 K Th Hong Ng X Ku, Ng T Quan , L V Tinh, B V Loát, L T Anh Quality

assesement o f photon and electron beam from Siemens- Primus Accelerator Kỷ yếu Hôi nghị Vật lý toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội tháng 11 năm 2010 (đang in).

f Tình hình kinh phí của đề tài

Chi phí được sử dụng đúng qui định:

14.500.000đ 14.000.000đ OOO.OOOđ

TRƯ Ờ N G ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

-^ P H Á M ltu T » U Ỏ N Q

MỤC LỤC

Mớ đ á u 12

Chương 1: Đặc trưng cơ bán cúa chùm bức xạ phát ra từ ináv gia tố c 14

1.1 Đặc trưng tương tác của chùm electron với vật chất 14

1.2 Máy gia tốc electron dùng trong xạ tr ị 20

Chưưng 2: Phương pháp thực nghiệm xác định đặc trưng của chùm clcctron và photon từ máy gia tốc electron primus-siemens 27

2.1 Xác định phân bô liều của chùm electron và chùm photon từ máy gia tốc electron primus-siemens 27

2.2 Xác định phân bố liều bức xạ theo khoảng cách tới bia và tới trục của trục tia 30

2.3 Xác định đặc trưng của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc electron primus-siemens của Bệnh viện K Hà Nội 34

2.4 Xác định các thông số đặc trưng của chùm bức x ạ 39

2.5 Xác định liều hấp thụ bằng vật liệu nhiệt huỳnh quang LiF: M g? Cu, p 45

Chương 3: Phản ứng quang hạt nhân 49

3.1 Cơ chế của phản ứng quang hạt nhân 49

3.2 Trạng thái đồng phân và tỷ số đồng phân của phản ứng quang hạt nhân 52

Các kết quả chính của đề tà i 66

Kết luận 69

Tài liệu tham kh ảo 70

Các phụ lụ c 71 Các minh chứng (danh sách khoá luận tốt nghiệp, luận vãn thạc sĩ và các cồng trình liên quan đến dể tài)

Scientific Project

Đẻ cương dăng ký để tài

Phiếu đãng ký kết quả nghiên cứu

M Ở Đ Ầ U

Với việc xuất hiện máy gia tốc electron năng lượng ngày càng lớn, dã cho phép tạo ra chùm photon và notrơn có năng lưựng và thông lượng cao Bang cách chọn thể gia tốc chùm electron thích hợp có thể tạo ra chùm electron, chùm photon hoặc chùm nơtron có năng lượng phù hợp với từng bài toán cụ thể Chùm photon và nơtron được sinh ra từ máy gia tốc electron ngày càng có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu khoa học cũng như nghiên cứu ứng dụng [1,2,3,4,5].

Bức xạ photon được phát ra từ ináy gia tốc electron là kết quả tương tác của chùm electron với bia kim loại nặng như W,Ta Còn nơtron được phát ra từ máy gia tốc là bức xạ thứ cấp được sinh ra chủ yếu từ phản ứng quang hạt nhân (y,xn) và phản ứng phân hoạch được gây bởi chùm photon năng lượng cao Các đặc trưng nănR lượng và phân bố theo góc của chùm photon và nơtron phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của bia, cũng như cấu tạo lối ra của máy gia tốc Để khai thác có hiệu quả chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc cần phải nắm rõ cơ chế sinh ra và các thông số vật

lý của chùm bức xạ được sử dụng.

Trong khuẩn khổ của Đề tài Đặc biệt cấp Đại học Quốc gia Hà Nội, mã số

QG -07-06 có tên gọi “Nghiên cứu một số đặc trưng của cơ chế sinh bức xạ hãm và nơtron trên máy gia tốc electron và một số ứng dụng ” đã xác định đặc trưng phân bố phổ năng lượng và phân bố theo góc của chùm photon và nơtron được sinh ra trong bia mỏng được sử dụng trong các nghiên cứu quang hạt nhân Đề tài cũng đã tiến hành xác định bàng thực nghiệm tiết diện của một số phản ứng quang hạt nhân.

Tuy nhiên hình dạng bia, cấu tạo đầu ra của máy gia tốc electron dùng trong

xạ trị hoàn toàn khác so với bia và đầu ra máy gia tốc phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học Yêu cầu của chùm bức xạ photon và electron dùng trong xạ trị phải có

độ done đều cao trong vùng khối u và liều phải giảm nhanh khi ra ngoài biên Đe tài

QG 09-06 có tên gọi “Xác định đặc trưng của bức xạ photon và electron phát ra từ máv gia tốc electron và ứng dụng trong nghiên cứu quang hạt nhân’' có thể coi là tiếp nổi của Đe tài QG 07-06 Đối tượng chính của Đe tài là máy gia tốc electron Siemens- Primus dùng trons xạ trị Việc thực hiện thành công Đe tài ngoài ý nghĩa khoa học và

1 2

đào tạo Những s ổ liệ u thực n g h i ệ m thu dược sẽ trang bị cho sinh viên kiến thức CƯ bản và thực tế về lĩnh vực đo liều và đánh giá phẩm chất của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc dùng trong xạ trị Ngoài phần mở đầu kết luận Bản báo cáo tổng kết Đe tài được chia thành 3 chương.:

Chương 1 Đặc trưng cơ bản của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc.

Chương 2 Phương pháp thực nehiệm xác định đặc trưng của chùm electron và photon từ máy gia tốc electron Primus- Siemens.

Chương 3 Phản ứne hạt nhân

Phần thực nghiệm của đề tài được thực hiện tại Bộ môn Vật lý hạt nhân trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tại Bệnh viện K và Viện Khảo cổ học Một phần số liệu thực nghiệm liên quan tới phản ứng quang hạt nhân được TS Phạm Đức Khuê thực hiện tại Trung tâm máy gia tốc Pohang, Hàn Quốc Phần thực nghiệm đo phổ gamma của nhiên liệu hạt nhân do CN Nguyễn Văn Quân thực hiện tại Viện đồng vị phóng

xạ thuộc Viện Hàn lâm Hung-ga- ri (Viên KFKI).

Đề tài xin chân thành cám ơn Ban giám đốc Bệnh viện K Hà Nôi, Ban giám đốc Viện Khảo cổ học, Viện Khoa học và Xã hội Việt Nam đã giúp đỡ tạo điều kiện cho

Đề tài thực hiện phần thực nghiệm đã đề ra.

Chủ nhiệm Đề tài xin trân trọng cám ơn Ban Khoa học và Công nghệ ĐHQGHN, Phòng Khoa học Công nghệ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN và Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý đã giúp đờ, tạo mọi điều kiện để Đề tài thực hiện tốt nhiệm vụ đã đang ký

CHƯƠNG 1 ĐẶC TRƯNG c o BẢN CỦA CHÙM BỨC XẠ PHÁT RA TỪ MÁY GIA TÓC

1.1 Đ ặ c điểm tu’O’ng tác c ủ a ch ù m electron v ớ i vật ch ất

1.1.1 C ơ chế m át m át năng lượng của chùm electron

K hi ch ù m ele ctro n đi tro n g m ôi trư ờng c h ú n g tư ơng tác với các

n g u y ên tử của m ôi trư ờn g và m ấ t d ần n ă n g lượng của m ìn h do hai quá trìn h ch ủ y ếu là iôn hóa do va ch ạ m và p h á t bức xạ hãm Sự m ất m át

n ăn g lượng của nó do va ch ạ m là k ế t quả tá n xạ k h ô n g đ àn hồi với electron

n g u y ên tử của m ôi trường K hác với h ạ t n ặ n g tích đ iện , bức xạ b êta có khối lượng b ằ n g k h ối lư ợng c ủ a electro n , do đó sa u m ỗi lầ n tương tác vói electro n củ a n g u y ê n tử m ôi trư ờn g, electro n có th ể m ấ t p h ầ n lớn n ă n g lượng củ a m ình N g o à i ra góc tá n xạ b iến đổi từ 0° đến 180° Đ ường đi của electro n tron g m ôi trư ờn g là đường zic-zắc T rên đường đi n ă n g lượng của electro n giảm dần , n ê n v ậ n tốc củ a nó cu n ã giả m dần E lectron ch u y ển động có gia tốc Chùm ele c tr o n ch u y ể n động có gia tốc tron g trường Coulom b của h ạ t n h â n v à trư ờn g C oulom b củ a electron T heo đ iện động lực học cổ đ iển chùm electron p h á t bức xạ h ãm Xác s u ấ t p h á t bức xạ hãm

cà n g lớn kh i k h ôi lư ợ n g củ a h ạ t c à n g nhỏ, n ă n g lượng cà n g lốn và n g u y ên

tử sô" của môi trư ờn g c à n g tă n g Đ ộ m ấ t m á t n ă n g lượng riê n g do p h át bức

x ạ trên m ột đơn vị đư òng đi củ a chùm electro n được xác đ ịn h th eo [6] công thứ c sau:

cộng, độ m ất m á t n ă n g lượng do iôn hóa và do p h á t bức xạ hãm tín h trên một đơn vị đư ờng đi.

T ù y th e o n ă n g lượng của electron và n g u y ên tử sô" của môi trường các quá trìn h m ấ t m á t n ă n g lượng do iôn hóa hoặc do p h á t bức xạ hãm th ể hiện vối mức độ k h ác n h au T rên H ìn h 1.1 đưa ra đồ th ị [1,4] mô tả sự phụ thuộc vào n ă n g lượng củ a độ m ất m át n ă n g lượng trên m ột đơn vị ch iều dài đôi với volfram

H ình 1.1 Độ m ấ t m át năng lượng riêng của electron trong uolfram

1.1.2 S ự m ấ t m á t n ă n g lư ợ n g c ủ a chùm bức xạ bêta (electron) d o iô n

h ó a

K hi đi tro n g m ôi trường, do tư ơng tác C oulom b với các electron của

n g u y ên tử m ôi trường, h ạ t electron tru y ề n n ă n g lư ợng của m ìn h cho các electron N ế u electro n n h ậ n được n ă n g lượng lốn hơn t h ế n ă n g iôn hóa, nó

sẽ bay ra k h ỏ i n g u y ê n tử, k ế t quả m ột cặp iôn- electro n được tạo th à n h

N g u y ên tử bị iôn h óa Ngược lạ i nếu n ă n g lượng m à e lectro n n h ận được nhỏ hơn t h ế n ă n g iôn hóa của n g u y ên tử, electro n n h ả y lên mức n ă n g lượng cao hơn Q uá trìn h n ày được gọi sự kích th ích n g u y ên tử môi trường.

S au m ỗi lầ n tá n xạ k h ông đàn hồi củ a electron- electron , nó có th ể mất m ột p h ần đ á n g kể n ă n g lượng của m ình Do khôi lượng của bêta bằng khôi lượng củ a e lectro n , n ên sa u mỗi lần va chạm , xác su ấ t để bức xạ beta

m ất m ột nửa n ă n g lượng của m ình là lớn n h â t Độ m ấ t m át n á n g lượng của bức xạ b ê ta trê n m ột đơn vị đường đi được [6] xác đ ịn h th eo công thức

c h ỉn h h iệ u ứ n g m ậ t độ và h iệ u ứ n g vỏ; F(k) là h à m củ a động năn g.

k 2

— - ( 2 * + 1).ln2

H àm F(k) có d ạ n g nh ư sau: F(k) =1 - B2 + — - — —.

(k +1)

Với bức xạ b ê ta có n ă n g lượng xác đ ịn h , độ m ấ t m á t n ă n g lượng trên

m ột đơn vị đư ờng đi tỷ lệ th u ậ n vối m ậ t độ củ a m ôi trường V ói m ôi trường xác địn h , độ m ấ t m á t n ă n g lượng trên m ột đơn vị đường đi giảm dần, sau

1.1.3 Đ ộ m ấ t m á t n ă n g lư ợ n g c ủ a e le c t r o n d o p h á t b ứ c x a h ã m

K hi c h u y ể n động tron g điện trường của h ạ t n h ân , electro n có th ể thu đưực m ột gia tốc iớn G ia tốc của h ạ t tích đ iện thu được tỷ lệ với điện tích của h ạ t n h â n và tỷ lệ n gh ịch vói khôi lượng của nó T heo đ iện động lực cổ điển, k h i m ột h ạ t tích đ iện ch u y ển động có gia tốc, th ì nó sẽ p h á t ra bức xạ điện từ, được gọi là bức xạ hãm P h ổ bức h ãm là p h ổ liê n tục, có n ăn g lượng từ 0 đ ến n ă n g lượng cực đại b ằ n g n ă n g lượng của h ạ t tích điện Độ

m ất m á t n ă n g lư ợng trên m ột đơn vị đường đi do electro n p h á t bức xạ hãm được xác đ ịn h th e o cô n g thức sau [6]:

tron g đó N là s ố n g u y ê n tử tron g 1 đơn vị th ể tích , E0 là n ă n g lượng của

electron , a = —— là h ằ n g s ố cấu trúc tin h tế, z là đ iên tích của h a t n hân,

137

me là k h ôi lư ợng n g h ỉ củ a electron.

Đ ộ m ấ t m á t n ă n g lượng do p h á t bức xạ h ãm tă n g th e o h àm lôgarit

tự n h iên củ a n ă n g lượng K hi n ă n g lượng tă n g độ m ấ t m á t n ă n g lượng do

p h át bức xạ h ã m tă n g th eo, tron g k h i đó độ m á t m á t n ă n g lượng do iôn hóa

h ầu n h ư k h ô n g đổi K hi n ă n g lượng củ a êelectro n cỡ vài M eV trở lên , mốì liên hệ giữ a độ m ấ t m á t n ă n g lượng do p h á t bức xạ h ãm và do iôn hóa được xác đ ịn h th e o côn g th ứ c sau:

Từ các đồ th ị trê n H ìn h 1.2 và các công thứ c (1.2), côn g thức (1.3)

nh ận th ấ y rằng: Đ ộ m ấ t m át n ă n g lượng trên m ột đơn vị đường đi phụ

th u ộc vào n g u y ên tử s ố của c h ấ t hấp th ụ Đ ốì với m ột môi trường hấp th ụ

17

D AI HỌ C Q U Ỏ C G IA HA NOI ĨRUNG ÍẨIV1 M Ô N G TIN THƯ VIÊN

cho trước, kh i n ă n g lượng nhỏ độ m ất m át n ă n g lượng do iôn và kích thích môi trường ch iếm ưu th ế, tạ i đó, tỷ s ố giữ a độ m ất m át n ă n g lượng do p h át bức xạ h ã m và do iôn hóa nhỏ hơn đơn vị Khi n ă n g lượng tăn g, tỷ sô" số này tă n g dần, đến giá trị n ă n g lượng cúa electro n đ ạt g ia trị n ă n g lượng tới hạn Ec, kh i đó độ m ất m á t n ă n g lượng do p h á t bức xạ h ãm b ằn g độ m ất

m át n ă n g lượng do iôn hóa T ại n ă n g lượng tới h ạn E = E C ta có:

V d x ) C0Ị

\ đ x J ruti

N ă n g lượng tới h ạ n ph ụ thu ộc vào đ iện tích củ a h ạ t n h â n h a y chính

xác phụ thu ộc vào n g u y ên tử s ố của m ôi trường Từ b iểu thứ c (1.4) n h ậ n

th ấ y rằng: N g u y ên tử sô" củ a m ôi trường cà n g lốn, n ă n g lượng tối h ạn càn g giảm N ă n g lượng tới h ạ n được xác đ ịn h th eo công thứ c sa u [1]:

T rong B ả n g 1.1 đưa ra giá trị n ă n g lượng tới h ạ n của m ột sô vật liệu th ô n g dụng.

Khi n ă n g lư ợng củ a electro n lớn hơn n h iều n ă n g lượng tối h ạn , sự

m ất m á t n ă n g lư ợng củ a nó ch ủ y ếu do p h á t bức xạ hãm Đ ể đặc trư ng cho khả n ă n g hãm bức xạ b êta của môi trường người ta đưa ra k h á i niệm chiều dài bức xạ của m ôi trường C h iều dài bức xạ của m ột c h ấ t được dịnh n gh ĩa

là k h o ả n g c á c h m à n ă n g lư ợ n g c ủ a e le c t r o n g iả m đ i h ệ s ố - = 0,367 d o p h á t

e

bức xạ h ãm C h iều dài bức xạ của m ột c h ấ t p h ụ th u ộc vào n g u y ên tử s ố và

sô khôi của nó C h iều dài bức xạ kí h iệ u là X0, được xác định theo công thức sau:

ỵ ^ Ẽ À Y

trong đó X0 là c h iều dài bức xạ của m ôi trư ờng phức tạp , Xj là ch iều dài bức

xạ của n g u y ên tô" th ứ i tron g n n g u y ên tô" của m ôi trường; còn qj, A, lầ n lượt

là hàm lượng và sô' k h ối của n g u y ên tô" th ứ i; A M sô' kh ôi h iệu d ụ ng của môi

t r ư ờ n g : Aa, = Ỵ JAI C h iề u d à i b ứ c x ạ c ủ a m ộ t sô" n g u y ê n tô ' đ ư ợ c đ ư a r a t r o n g

/ = l

B ản g 1.2.

Khi đi trong môi trường do tương tác của electron vối vật chất, năng lượng của nó giảm dần Khi năng lượng của electron lớn hơn năng lương tới hạn độ m ất m át năng lượng của electron chủ yếu do phát bức xạ hãm Sự thay đổi năng lượng tru n g bình E như là một hàm của đường đi X

của electron trong môi trường, được xác định theo công thức sau:

B ả n g 1.2 C h iể u d à i b ứ c x ạ c ủ a m ộ t sô n g u y ê n tô [1,6]

1.2 Máy gia tốc electron dùng trong xạ trị

1.2.1.Nguyên lý hoạt động của mảy gia tốc electron

Máy gia tốc tuyến tính dùng trong xạ trị còn gọi là máy gia tốc Megavolt hay máy gia tốc electron.

2 0

Có thể minh họa các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị bằng sơ đồ khối dơn giãn trên hình 1.2 [3,8].

Hình 1.2 Các bộ phận chính của một máy gia tốc xạ trị 1.2.2 N guyên lý hoạt động của m áy gia tốc electron

Ban đầu, các electron được sinh ra do bức xạ nhiệt từ catod của súng điện tử bị nung nóng Sau đó electron được tăng tốc về phía anod đục lỗ để đi vào ống dẫn sóng gia tốc Ở đây, các electron được gia tốc bước đầu bằng trường tĩnh điện Trước khi đi vào ống dẫn sóng, các electron được điều chế thành xung rồi được phun vào ống dẫn sóng.

Trong ống dẫn sóng, các electron được gia tốc bằng sóng cao tần Năng lượng truyền cho electron lấy từ bức xạ vi sóng Bức xạ vi sóng phát ra dưới dạng các xung ngẳn Bức xạ này được tạo ra bởi các bộ phát tần sổ vi sóng - đó là các “van” magnetron hoặc klystron Klystron thường được dùng với các máy gia tốc năng lượng cao với mức năng lượng đỉnh là 5 MV hoặc hơn nữa để gia tốc điện tử Các electron được phun vào ống dẫn sóng sao cho đồng bộ với xung của bức xạ vi sóng để chúng

có thế được gia tốc Hệ thống ống dẫn sóng và súne điện tử được hút chân khôns cao,

sao cho các electron gia tốc có thể chuyển động trong đó mà không bị va chạm với các nguyên tử khí.

Chùm electron dược gia tốc trong buồng tăng tốc có xu hướng phân kỳ và không chyên động chinh xác dọc theo trục dược Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này Đó là lực đẩy Culomb giữa các electron mang điện tích cùng dấu, do sự lấp ghép không hoàn hảo làm cho cấu trúc ống dẫn sóng không hoàn toàn xuyên tâm,

do tác động của các điện từ trường ngoài Do đó, chùm electron gia tốc phải được lái một cách chủ động Trước hết sử dụng một điện trường hội tụ đồng trục để hội tụ chùm tia theo quỹ đạo thẳng Sau đó là các cuộn lái tia tạo ra từ trường tác dụng lực lên các electron để dẫn chùm tia đi đúng hướng theo ống dẫn sóng, từ đó hướng ra ngoài theo đường cong nào đó hoặc được uốn để hướng tới bia tạo ra tia X.

Khi máy gia tốc ở chế độ phát chùm electron, thì chùm tia electron gia tốc được đưa trực tiếp vào đầu điều trị qua một cửa sổ nhỏ Sau đó được tán xạ trên các lá tán xạ hoặc được từ trường quét ra trên một diện rộng theo yêu cầu của hình dạng, diện tích trường chiếu trong các trường hợp điều trị cụ thể Chùm tia được tạo hình dạng bằng các bộ lọc phẳng, nêm, collimator sơ cấp, thứ cấp Liều lượng được kiểm soát bàng các detector.

Còn nếu ở chế độ phát tia X thì chùm electron đã gia tốc được uốn theo một đường cong thiết kế để đập vào bia Chùm tia electron có động năng lớn xuyên sâu vào bia, tương tác với các nguyên từ vật chất và bị hãm lại, phát ra tia X năng lượng cao Phổ năng lượng của tia X phát xạ và suất liều bức xạ phụ thuộc vào mức năng lượng của electron, nguyên tử số, bề dày bia và chất liệu dùng làm bia Chùm tia X phát ra cũng được kiểm soát về liều lượng, được định lượng phù hợp.

Hầu hết các máy gia tốc xạ trị hiện nay đều có hai chế độ phát chùm photon và chế độ phát electron Do đó về mặt cơ khí được cấu tạo để có thể thay đổi từ chế độ này sang chế độ khác một cách linh hoạt Ví dụ như bia tia X có thể đưa ra khi sử dụng chế độ phát tia X và được rút vào khi phát chùm photon Trong quá trình hoạt động, khi hãm các chùm electron, bia tia X bị nóng lên, do đó cần hệ thống làm nguội bàne nước.

2 2

Với mục đích điều trị, máy gia tốc được thiết kế hệ thống cơ khí chuyển động linh hoạt như cần máy và giường điều trị Các hệ thốno, này đều dược kiểm soát an toàn bằng một chuồi khóa liên động điện, CƯ khí, nhiệt độ, áp suất và kiểm soát chùm bưc xạ với nhau.

Trên Hình 1.3 ià hình ảnh của máy gia tốc Primus-Siemens đang được sử dụng điêu trị ung thư.Đây cũng là máy gia tốc hiện đang được sử dụng điều trị ung thư tại bệnh viện K- Hà Nội và ở một số cơ sở điều trị khác tại Việt Nam [3].

Máy gia tốc Primus cung cấp hai nguồn bức xạ để điều trị:

Chùm electron trực tiếp với các mức năng lượng khác nhau: 6, 9, 12 và 15

MeV Bức xạ này tuy không có khả năng xuyên sâu nhưng có hệ số truyền năng lượng LET (linear energy transfer) cao hơn nhiều lần so với photon Vì vậy nó có hiệu quả điều trị rất cao với các tổn thương nông Các mức năng lượng dùng để điều trị khối u ở sát bề mặt với độ nông sâu khác nhau như ung thư da và ung thư vú.

Chùm photon với hai mức năng lượng 6MeV và 15 MeV dùng để điều trị

khổi u ở độ nông sâu khác nhau như u vùng tai mũi họng, vùng cổ, u phổi, u trung thất, các khối u vùng bụng và tiết niệu, khối u xương, não, đầu, cổ, ngực, phổi, hạch bạch huyết, tuyến tụy, xương chậu .và các bệnh trẻ em.

Các mức năng lượng này cho phép điều trị hiệu quả ung thư ở khắp nơi trong

cơ thể: trong não, đầu mặt cổ, phổi, các tạng trong ổ bụng, hạch bạch huyết Khi máy

ở chế độ phát phát tia gamma, chùm electron sau khi được gia tốc được đưa đến đập vào bia, tạo ra chùm tia X đi ra từ cửa sổ trong đầu máy điều trị Tuy nhiên, chùm tia được lấy ra để điều trị không phải là chùm tia sơ cấp này mà là chùm tia sau khi đã đi

Hình 1.3 Mảy gia tốc xạ trị Primus-Siemens

một hệ thổng các collimator che chắn, lọc, nêm Trong đó, lọc và nêm là các bộ phận dùng để lọc phẳng chùm tia, collimator sơ cấp để hạn chế kích thước trường cực đại của chùm tia X, collimator thứ cấp để định dạng trường chiếu [3,8] của chùm tia Trên hình 1.4 đưa ra sơ đồ cấu tạo lối ra của máy gia tốc dùng trong xạ trị để thu được chùm photon có trường chiếu khác nhau.

Năng lượng của chùm tia đi ra từ cửa sổ của đầu điều trị được tập trung chủ yếu trong trường chiếu đã xác định do sự định dạng của collimator thứ cấp Các loại máy gia tốc xạ trị hiện đại thường dùng loại collimator đa lá có thể định dạng trường chiếu rất chi tiết.

Máy gia tốc tuyến tính Primus của hãng SIEMENS đáp ứng được các yêu cầu của xạ trị chiếu ngoài hiện đại [3,8].

24

Chùm electron

> Chùm tia X đi

v ra điều trị

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống collimator và lọc phẳng chùm tia X

trong đầu điều trị của mảy gia tốc xạ trị Primus

Chùm tia phát ra từ máy Primus được xác định rõ về năng lượng, liều lượng ổn định trong suốt thời gian sử dụng Liều đồng đều bên trong chùm tia và được đo đạc chính xác Hướng đi và cường độ của chùm tia, vị trí và kích thước trường chiếu được kiểm soát và điều chinh dễ dàng Thân máy có thể chuyển động quanh giường bệnh nhân, giúp dễ dàng tạo ra các góc chiếu khác nhau.

1.2.3 Đặc điểm của chùm bức xạ phái ra từ máy gia tốc electron Primus-Siemens dùng trong xạ trị

Tùy theo chế độ phát, máy gia tốc electron Primus-Siemens dùng trong xạ trị cho chùm photon hoặc chùm electron Bằng cách thay đổi thế gia tốc, chùm bức xạ phát ra

từ đầu ra của máy có các mức năng lượng khác nhau Với chế độ phát chùm photon, sau khi chùm electron được gia tốc sẽ bắn phá vào bia để sinh bức xạ hãm v ề nguyên

tác chùm bức xạ hãm có phổ năng lượng liên tục từ không đến năng lượng cực đại Tuy nhiên các photon có năng lượng thấp cho liều cực đại ngay sát bề mặt da làm ảnh cho lớn đến hiệu quả điều trị Đe nâns cao hiệu quả điều trị cần phải lọc bớt phần bức

xạ photon Iìáng lượng thâp bàng những tấm lọc Ngoài ra trong điều trị khối u yêu cầu chùm bức xạ chiếu vào khối u phải có phân bố liều đồng đều Các lá lọc, nêm ở đầu máy gia tổc có chức năng lọc các bức xạ photon năng lượng nhỏ và làm phẳng chùm bức xạ Ngoài ra để ảnh hưởng ít tới các tế bào lành xung quanh khối u, chùm bức xạ cần phải hạn chế kích thước cùa chùm bức xạ Trong các đầu ra của máy xạ trị đều có

hệ thống collimator Trong đó collimator sơ cấp để xác định kích thước trường chiếu còn collimator thứ cấp có tác dụng định dạng trường chiếu sao cho trường chiếu có hình dạng như khối u.

Đặc điểm của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc Primus-siemens là phân bố liều tương đối đồng đều (phẳng), có kích thước thay đổi Các đặc trưng của chùm bức

xạ phát ra từ máy gia tốc xạ trị: Độ phẳng, độ đối xứng Để xác định các đặc trưng của chùm bức xạ trong thực nghiệm dựa vào các thông số trong đường cong phân bố liều theo chiều sâu và theo khoảng cách tới trục của chùm bức xạ

2 6

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THựC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CỦA CHÙM ELECTRON VÀ PHOTON TỪ MÁY GIA TỐC ELECTRON PRIMUS- SIEMENS

2.1 Xác định phân bố liều của chùm electron và chùm photon từ máy gia tốc electron Primus- Siem ens

Trong xạ trị, mỗi bệnh nhân có phác đồ điều trị xác định thể hiện qua tổng liều chiếu, số lần chiếu và liều trong mỗi lần chiếu Với phác đồ điều trị xác định, hiệu quả của việc điều trị phụ thuộc vào việc xác định chính xác liều chiếu hay không Trước khi xạ trị cần phải chuẩn liều tuyệt đổi Đây là bước quan trọng nhất của quá trình xạ trị và là công việc phải tiến hành thường xuyên đổi với các kỹ sư vật

lý Bước quan trọng nhất trong việc chuẩn liều tuyệt đối là công việc bắt buộc phải làm hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng năm đối với các cơ sở y tế có sử dụng máy gia tốc trong xạ trị Công việc này nhằm đảm bảo máy hoạt động đúng, chính xác, phát ra liều lượng như mong muốn.

Trong mỗi phép đo phân bổ, liều chiếu chùm bức xạ photon cũng như electron đầu tiên là phải xác định chế độ chiếu và liều chiếu tương ứng Quá trình này được thực hiện bằng một phần mềm chuyên dụng do hãng Siemens cung cấp[3,8]-

Chế độ chiểu bao gồm loại bức xạ sử dụng là photon hay electron Sau khi xác lập loại bức xạ, bước tiếp theo là xác lập năng lượng bức xạ cần sử dụng Công việc tiếp theo là chuẩn liều tuyệt đối cần chiếu Đây là bước quan trọng nhất của quá trình xạ trị và là công việc phải tiến hành thường xuyên đối với các kỹ sư vật lý Bước quan trọng nhất trong việc chuẩn liều tuyệt đối là công việc bắt buộc phải làm hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng năm đối với các cơ sở y tế có sử dụng máy gia tốc tuyến tính trong xạ trị Công việc này nhằm đảm bảo máy hoạt động đúng, chính xác, phát ra liều lượng như mong muốn.

Đơn vị MU (Monitor Unit) MU được hiểu là đơn vị phóng xạ mà máy phát ra đoi với mỗi mức năng lượng khác nhau MU của một mức năng lượng được quy chuẩn về liều lượng hấp thụ như sau: 1MU tương ứng với liều lượne, lcGy(10'2Gy) đo

trong phantom nước tại độ sâu liều cực đại (đniax) của mức năng lượne, đó với khoảng

Tỷ số: c - Liều lượng đo dược/số MU phát ra được gọi là hệ số chuẩn hóa (Calibration factor) Liều luợng đo đục ở đày là tại độ sâu dmax của múc năng lượng cần chuẩn liều với SSD = 100 và trường chiếu lOxlOcm2.

Việc chuẩn liều tuyệt đối cho một mức năng lượng chính là việc điều chỉnh máy làm sao để hệ số chuẩn hóa của mức năng lượng đó c = 1 Như vậy nếu máy phát ra a MU ứng với năng lượng đã cho, có nghĩa liều tại dmax, SSD=100 của trường chiếu 10x10 cm2 sẽ là a cGy.

2.1.2.Xác định trực tiếp phân bố liều của chùm bức xạ photon và electron từ máy gia tốc Prim us Siem ens

Đe tài đã xác định phân bổ liều do các bức xạ phát ra từ máy gia Primus- Siemens dùng trong xạ trị tại Bệnh viện K Hà Nội Khi đo phân bố liều ở đầu ra của máy gia tốc buồng ion hóa được đặt tại trên giường bệnh Vị trí tâm của buồng ion hóa được xác định bằng hệ thống laze định vị 2 chiều với sai số nhỏ hơn 2mm Trong các bài toán đánh giá phẩm chất của chùm bức xạ dùng trong xạ trị, theo qui định của IAEA [7,8,9,10] các thông sổ đặc trưng của chùm bức xạ được xác định dựa vào thông số đặc trưng trong đường cong phân bố liều hấp thụ trong phantom nước, môi trường tương đương mô Các phép đo cho giá trị liệu tuyệt đối.

Thiết bị đo là một Dosimeter kết nối với đầu đo là buồng ion hỏa Farmer Type chamber FC65 - p.

Trên hình 2.1a là thiết bị đo Dosimeter và trên hình 2.1b là đầu đo Famer type chamber FC65-P được sử dụng.

2 8

Hình 2 la Thiêt bị đo Dosimeter

Hình 2 lb Đầu đo Famer type chamber FC65-P

Một sổ thông số kỹ thuật của buồng ion hóa Farmer Type chamber FC65 - p như

Công dung

+ Đo liều tuyệt đối chùm photon và electron trong xạ trị.

+ Đo trong không khí, chất rắn, trong phantom nước.

+ Sử dụng trong việc đo liều thường quy.

Các đặc trưng

+ Buồng ion hóa không khí.

+ Có cẩu trúc lớp nhựa vừng chắc giúp việc kiểm tra liều hàng ngày.

+ Không thẩm nước.

+ Có các lồ thoát khí qua các lớp không thấm nước.

+ Được bảo vệ chắc chắn.

+ Cung cấp cho việc chuẩn máy và có hưởng dẫn sử dụng.

Vật liệu

+ Điện cực ngoài POM ( 1,42g/cm3).

+ Điện cực trong làm bàng nhôm (2.7g/cm3).

Kích thước vùng hoat

+ Thể tích thông thường 0,65 cm3'

+ Tổng chiều dài của vùng hoạt 23,2 mm.

+ Đườne kính bên trong của hình trụ 6,2 mm.

+ Độ dày của lófp vỏ 0,4 mm.

Thông số hoat đỏng

+ Dòng điện dò < 10'15 A.

+ Độ nhạy 21.10'9 C/Gys.

2.2 Xác định phân bố liều bức xạ theo khoảng cách tới bia và tới trục của chùm

Đe khảo sát sự phân bố liều theo khoảng cách tới bia đã tiến hành đo liều hấp thụ tại các vị trí tương ứng trong điều kiện chế độ phát của máy gia tốc là không đổi

Đề tài đã xác lập chế độ phát chùm bức xạ photon năng lượng 6MV và chùm electron 6MeV và suất liều hấp thụ tại điểm cách bia 100cm là 100cGy/5s Thời gian đo mỗi điểm 5s Buồng ion hóa được đặt cổ định trong phantom bằng polystyrence Kết quả cho trong phụ lục 1 và Phụ lục 2.

Từ số liệu Phụ lục 1 và Phụ lục 2 tiến hành xây dựng đồ thị mô tả sự phụ thuộc của liều hấp thụ vào khoảng cách tới trục cùa chùm bức xạ Hình 2.2a và Hình 2.2b là dạne đồ thị mô tả sự phụ thuộc của liều hấp thụ trong không khí theo khoảng cách tới bia Liều hấp thụ được đo trên trục chùm chiếu Từ các đồ thị nhận thấy sự suy giảm của liều chiếu tuân theo quy luật giảm theo bình phương khoảng cách tới bia

30

- dối với chùm photon 6MV hệ sổ tương quan R=0,9884, đổi với chùm electron 6 MeV hệ số tương quan là R=0,9896.

W eighting

y No weighting ChiA2/DoF = 19 85622

khoang cach toi bia (cm)

Hình2.2a Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc liều hấp thụ trong không khí theo

khoảng cách của chùm photon năng lượng 6 MV

kh o a n g ca c h toi bia (cm )

Hình 2.2b Đường cong biếu diễn sự phụ thuộc liều hấp thụ trong không khi theo

khoảng cách cùa chùm electron năng lượng 6MeV 2.2.2 Phân bổ liều hấp thụ ngoài không kh i theo khoáng cách tới trục chùm chiếu

Thực nshiệm xác định phân bo lieu photon phát ra từ máy gia tốc chính là xác định phàn bổ liều hấp thụ trong không khí Trong thí nghiệm tại mỗi điểm đo chế độ chiếu và thời gian đo không thay đổi Buồng ion hóa đặt cố định trên mặt bàn, như vậy liều đo hấp thụ đo được thực chất là liều hấp thụ ở ngoài không khí Tiến hành tại các khoảng cách tính từ bia là 90cm, 100 CIT1 và 110 cm, với kích thước trường chiếu

lớn nhất, tức là không hạn chế trường chiếu Với mỗi khoảng cách trên, tiến hành đo liều hấp thụ tại điểm nằm trên cùng mặt phẳng vuông góc với trục của chùm chiếu Khoảng cách từ tâm của buồng ion hóa đến trục của chùm chiếu được xác định nhờ hệ thống laze chính xác đến lmm Quá trình chiếu và đo được giữ không đổi trong các phép đo, tức là tại mỗi điểm đo liều hấp thụ suất liếu chiếu và thời gian đo như nhau Kết quả đo cho trong các phụ lục 3 và phụ lục 4.

Từ các số liệu thu được tiến hành xây dựng đồ thị mô tả sự phụ thuộc của liều hấp thụ theo khoảng cách tới trục Hình 2.3a mô tả sự phân bố của liều hấp thụ trong không khí theo khoảng cách tính tới trục của chùm electron năng lượng 15 MeV ứng với 3 khoảng cách tới bia là 90cm; lOOcm và 110cm Tương tự Hình 2.3b mô tả sự phân bố của liều hấp thụ trong không khí theo khoảng cách tính tới trục cùa chùm bức

xạ năng lượng 15 MV ứng với 3 khoảng cách tới bia là 90cm; 100cm và 110cm.

32

Ph ân bố liều hấp thụ trong không khí với chùm photon

Khoảng cách trục (cm)

40

Cách bia 90 cm -•— Cách bia 100 cm Cách bia 110 cm

60

Hình 2.3a Đ ường cong phân bổ tiều hấp thụ trong không khí

với chùm electron ISM eV

Từ các đồ thị trên Hình 2.3a và Hình 2.3b nhận thấy liều hấp thụ tương đối hàng phẳrg trong khoảng cách 30cm tới trục của chùm chiểu và giảm nhanh khi ra biên Tại khoảng cách 35cm tới trục liều hấp thụ giảm chỉ còn 50% liều hấp thụ tại điểm nằm trên trục, sau đó giảm nhanh tới phông khi ra xa biên Đặc điểm này này cho phép khảng định chùm bức xạ hãm phát ra từ máy xạ trị Primus tại Bệnh viện K Hà Nội chỉ tập trung trong góc nhỏ ngay cả khi không hạn chế trường chiếu, v ề mặt an toàn bức xạ hạt nhân, đây chính là một ưu việt nổi bật của xạ trị dùng máy gia tốc so với máy co-ban.

2.3 Xác định đặc trưng của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc Primus- Simnens của bênh viên K Hà Nôi• • •

2.3.ỉ X ác định phàn bố liều theo chiểu sâu trong phantom nước- Đường cong phân bố liều theo chiều sâu.

Trong xạ trị nước được coi là môi trường gần tương đương với tể bào Vì vậy

để dánh giá chất lượng của chùm bức xạ dùng trong xạ trị thường đo liều hấp thụ trong môi trường nước Phẩm chất của chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc xạ trị được đánh giá dựa vào phân bố liều theo khoảng cách tới trục được đo ở độ sâu ứng với liều cực đại Vị trí liều cực đại được xác định dựa vào đường cong phân bố liều theo chiều sâu trong phantom nước Buồng ion hóa được đặt trong phantom nước Hình 2.4 là hình ảnh phantom nước tại Bệnh viện K, được sử dụng trong đo phân bố liều hấp thụ của :hùm bức xạ dùng trong xạ trị.

Trang quá trình đo tâm của buồng ion hóa được đặt trên trụcvà được di chuyển dọc thec trục cùa chùm tia Việc di chuyển buồng ion hóa được thực hiện qua bộ điều khitn nhờ Bộ điều khiển -CCU Bộ điều khiển này được kết nối với máy tính có cài đạt ohần mềm OmniPro- Accepts cho phép di chuyển ( sang trái sang phải, lên xuống)

Hình 2.3b Đ ư ờ n g co n g p h â n bô liêu Itâp thụ trong khôn g k h ỉ củ a chùm photon 15M V

34

theo các vị trí dã được lấp trình sẵn và xác định vị trí của buồng đo trong phantom nước clhính xác tới mm Phần mềm cho phép xác định liều tương đổi tại các điểm đo

so với liều tại mỗi điểm đo Trona quá trình đo liều chế dộ chiếu không thay đổi, thời gian đo mỗi điểm là như nhau Phần mền cho phép tính phân bố liều tương đối và hiện thì trên màn hình đường cong phân bổ liều tương đối ( Hình 2.5).

Hình 2.4 Phantom nước trong hệ đo liều tại Bệnh viện K

£ , S ta n d * rontN /W e S h o frr OmmPro -A rcept d rp r h r !□! X|

////7/7 2.5 Giao diện phần mềm đo đọc dữ liệu OmniPro-Accept

Phụ lục 5 và Phụ lục 6 đưa ra số liều liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu đối với chùm photon 6 MV và 15 MV tương ứng với các trường chiếu khác nhau Hỉnh 2.6a và Hình 2.6b là đồ thị phân bố liều tương đối trong phantom nước tương ứng đối với 2 chùm bức xạ photon trên

1.2

-Trường 10x10cm -Trường 20x20cm -Trường 30x30cm

*<0

■6 00 ẽ3

Hình 2.6a Đường cong biêu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối

theo chiểu sâu cùa chùm photon 6 MV

36

Ịỉììĩh 2.6b Đường cong biểu diễn phân bố liều hấp thụ tương đối theo chiều sâu cùa chùm photon 15 MV

15 MeV Bảng 2.1 đưa ra liều sâu cực đại của các chùm bức xạ trcn [21].

Bảng 2.1 Vị trí liều hấp thụ cực dại trong phantom nước ứng với chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc xạ trị tại Bệnh viện K

l.oại hức xạ

Năng lượng

Electron 6MeV

Photon 6MV

Photon 15MV

2.3.2 Phân bố liều trong phantom nước theo khoảng cách tới trục của chùm bức

Đã tiến hành đo phân bố liều tương đối trong phantom nước theo khoảng cách tới trục của chùm bức xạ Tại độ sâu xác định tiến hành xác định phân bố liều tương đổi nằm trên mặt phẳng vuông góc với trục của chùm bức xạ với trường chiếu 10x10 cm2 Kết quả chi tiết của thực nghiệm được chỉ ra trong các tài liệu [24, 26,27] Trên Hình 2.7a và Hình 2.7b [21] đưa ra đồ thị phân bố liều theo khoảng cách tới trục của chùm tia trên các mặt phẳng nằm trong phantom nước vuông góc với trục của chùm tia ở các độ sâu khác nhau đối với chùm photon năng lượng 6MV và chùm electron năng lượng 15MeV tương ứng.

theo

tới trục cùa chùm tia đối với chùm bức xạ khoảng cách tới trục cùa đối với chùm

lOxlOcm2

3 8

Với trường chiếu lOxlOcm2 ở chiều sâu cực đại và độ sâu ứng với liều hấp thụ có giá trị cỡ 80% liều hấp thụ cực liều tương đối đồng đều Sau đó khi ra xa trục liều giảm rất nhanh Tại vị trí cách trục 5cm liều hấp thụ giảm đi 50%.

Đối với chùm electron trong vung kích thước bàng 80% trường chiếu khi ờ chiều sâu liều cực đại ứng với vị trí điều trị, liều phân bố đồng đều Khi tới biên liều hấp thụ còn lại 50% liều cực đại Tiếp tục ra xa trục chùm tia, liều giảm nhanh về phône Ngược lại ở độ sâu lớn hơn vị trí điều trị khi ra xa biên liều hấp thụ giảm chậm Khi điều trị chọn năng lượng sao cho tại vị trí điều trị liều hấp thụ đạt ít nhất 85% liều hấp thụ cực đại Khi đó tại khối u liều hấp thụ đồng đều, ra xa khỏi khối u liều giảm nhanh, tia xa ảnh hưởng nhỏ tới tế bào lành xung quanh.

2.4 Xác định các thông số đặc trưng của chùm bức xạ

Hệ số đồng đều và hệ số đối xứng là hai thông số đặc trưng của cho chất lượng của chùm tia Ngoài ra đối với chùm electron các thông số trên phổ năng lượng của nó như năng lượng có xác suất cực đại, năng lượng trung bình là hai thông số quan trọng được sử dụng khi tính toán liều.

2.4.1 .Đánh giá các hệ số phẩm chất của chùm tia

Theo qui định của cùa IAEA hệ số đồng đều và độ đối xứng của chùm tia là 2 thông

số quan trọng khi tiến hành đánh giá phẩm chất của chùm bức xạ dùng trong xạ trị Các hệ số đồng đều và độ đối xứng được xác định dựa vào phân bổ liều trong phantom nước do chùm bức xạ gây ra ở độ sâu liều cực đại Hệ số đồng đều F được xác định theo công thức [9,10]:

mm mm

Hình 2.8: Phân bổ liều tương đối theo khoảng cách tới trục cùa chùm tia

trục đến điểm tại đó liều giảm đi một nữa (Hình 2.8b).

Từ các số liệu phân bố liều tương đối đã tiến hành xác định các hệ số đồng đều

và độ đối xứng của các chùm bức xạ photon vứi 2 mức năng lượng 6 MV và 15 MV

và chùm electron với năng lượng 6 MeV; 9 MeV; 12 MeV và 15 MeV Kết quả thực nghiệm xác định hệ số đồng đều F và hệ số đối xứng s được đưa ra trong các Bảng 2.2 đến Bảng 2.7:

Bảng 2.2 Hệ số đồng đều và đối xứng của chùm photon năng lượng 6 MV

Bảng 2.3 Hệ sô đông đều và đôi xứng của chùm photon năng lượng 15 MV