Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ

Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

HÀ NỘI 2006

Hà N ội

2006

4.2 Ba kĩ thuật cơ bản để kiểm soát các mối nguy hiểm

của bức xạ chiếu ngoài

5 Yêu cầu kĩ thuật

6 Phương hướng nghiên cứu

7 Các phương án lựa chọn

7.1 Hệ mâm dao gạt

7.2 Hệ phễu rung và cơ cấu chữ C

7.3 Hệ phễu nghiêng có cánh gạt và cơ cấu chữ C

9.4.1.Giới thiệu về vi điều khiển Atmega 16L

9.4.2.Giới thiệu về tranzitor trường IRF540

9.5.Thiết kế phần mềm

9.5.1.Lập trình vi xử lý

9.5.2 Giao diện người dung

KẾT LUẬN CHUNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÓM TĂT LUẬN VĂN

MỞ ĐẦU

Nước ta đang bước trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá Các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y tế, v.v ngày càng được áp dụng những kĩ thuật tiên tiến để nâng cao năng suất, chất lượng và bảo vệ sức khoẻ con người

Những năm gần đây, ngành y tế nói chung và ở 24 cơ sở y học hạt nhân trong nước nói riêng, đã áp dụng các phương pháp chẩn đoán và điều trị bằng phóng xạ và đã đem lại kết quả tốt cho người bệnh Số lượng người muốn và được áp dụng phương pháp này ngày càng nhiều, đã tạo áp lực lớn cho nhân viên

xạ trị như: thời gian tiếp xúc với dược chất phóng xạ dài, tổng liều trong mỗi đợt

xạ trị tăng làm vượt quá giới hạn an toàn của uỷ ban quốc tế bảo vệ phóng xạ

(ICRP- International Community for Radiation protection), dễ gây tử vong, ung thư, biến loạn di truyền, vô sinh, đục nhân mắt, máu trắng,v.v

Để đảm bảo an toàn phóng xạ cho nhân viên xạ trị, bệnh nhân cũng như những người phải tiếp xúc với dược chất phóng xạ, tôi đã thiết kế và chế tạo “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ”- loại iôt-131(P

131

PI) dùng trong chẩn đoán

và điều trị các bệnh về tuyến giáp như: Ung thư tuyến giáp, Basedow, bướu cổ, lồi mắt,v.v với sự hướng dẫn của GS.TS.Nguyễn Đắc Lộc – ĐHBK Hà Nội và

sự giúp đỡ của TS Đặng Thanh Lương - Cục kiểm soát và an toàn bức xạ, hạt

nhân “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ” này sẽ đảm bảo cấp cho bệnh

nhân có liều thuốc chính xác theo chỉ định của Bác sỹ điều trị Đảm bảo điều kiện về an toàn phóng xạ như thời gian tiếp xúc ngắn nhất, có khoảng cách xa nhất, che chắn tốt nhất, góp phần nâng cao và bảo vệ sức khoẻ con người

Trong quá trình nghiên cứu, chế tạo không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, góp ý của các Thầy và các bạn đồng nghiệp

1 CƠ SỞ VẬT LÝ PHÓNG XẠ

1.1 Bức xạ ion hoá:

Là các tia sóng hay các hạt có năng lượng cao khi tương tác với môi trường vật chất mà nó truyền qua, gây ra các hiện tượng ion hoá và kích thích các nguyên tử, phân tử của môi trường mà trong đó hiện tượng ion hoá là chủ yếu

Đơn vị năng lượng là eV- 1eV là năng lượng của một electron được gia tốc qua chênh lệch điện thế một volt

Khi bức xạ ion hoá gây tổn thương số lượng tế bào không nhiều, những tế bào lành có thể bù đắp được nên không thấy được các biến đổi trên cơ thể gọi đây là cái ngưỡng, nếu vượt qua ngưỡng này tức là bức xạ ion hoá lớn với diện rộng, liều càng cao thì tổn thương càng nặng Liều chiếu vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ion hoá nước làm thay đổi cấu trúc phân tử, tạo thành gốc tự do, làm giảm hoặc mất men trong tế bào gây tổn hại đến tế bào, tế bào chết, tế bào ngừng phân chia, xuất hiện các tế bào bất thường.v.v Từ đó thể hiện thành những triệu chứng lâm sàng cấp tính hoặc mãn tính, tạo ra những thương tổn rõ rệt như hệ thần kinh trung ương, tuỷ xương, dạ dày, ruột, nhiễm khuẩn, da sạm đen, loét, đục nhân mắt, vô sinh, v.v hoặc những hiệu ứng ngẫu biến gây ung thư, biến loạn di truyền, bạch huyết, v.v

Để đo bức xạ ion hoá hay trong phóng xạ, hiện nay đang tồn tại hai hệ thống đơn vị:

- Hệ đơn vị cũ (special units) Hệ này đã quen dùng

- Hệ đơn vị mới là đơn vị hệ thống quốc tế, còn goi là đơn vị SI (SI units):

Năm 1974 Uỷ ban quốc tế về các đơn vị phóng xạ (International

commission on radiation units - UCRU) đã đề nghị và đến tháng 6/1975 được hội nghị toàn thể về cân đo - CGPM chấp nhận

1.2 Khái niệm về liều bức xạ và đơn vị

1 2.1 Liều chiếu (exposure)-X

Là mức đo lượng ion hoá gây ra bởi tia X và γ trên một đơn vị khối lượng không khí

Liều chiếu tia X và γ tạo ra được 2,08 x 10P

9

P cặp ion trong 1cmP

3

P không khí

ở điều kiện tiêu chuẩn hay 1,61 x 10P

-1

Pkhông khí

1 C.kgP

-1

Pkhông khí = 3876R

1.2.2 Liều hấp thụ (absorbed dose) - D

Là năng lượng được hấp thụ trên một đơn vị khối lượng

D = dE/dm dE: Năng lượng trung bình truyền bởi bức xạ ion hoá cho khối vật chất có khối lượng dm

D: thứ nguyên Jun/kg = Gray (Gy)

Đơn vị cũ là rad (Radiation absorbed dose)

1rad = 10P

-2

PJkgP

-1

P = 10P

-2

P

Gy = 10mGy 1Gy = 100rad = 1 JkgP

1.2.3 Liều tương đương (Enquivalent dose)- H

Là liều hấp thụ trung bình trên một cơ quan hoặc một tổ chức mô nhân với trọng số bức xạ WR R R

Theo bản công bố số 60 của Uỷ ban quốc tế về bảo vệ phóng xạ (ICRP60) thì các trọng số bức xạ WR R Rnhư sau:

Neutrons ( 10KeV- 100KeV) 10

Neutrons < 100KeV- 2MeV) 20

Neutrons < 2MeV – 20MeV) 10

1.2.4 Liều hiệu dụng (effective dose)- E

Tác động của bức xạ lên cơ thể không chỉ phụ thuộc vào loại bức xạ mà còn tuỳ thuộc vào độ nhạy cảm của từng bộ phận cơ thể Cho nên người ta đưa ra một đại lượng khác, đó là liều hiệu dụng E, đơn vị là Sievert (Sv)

E = ∑ HR T R WR T R

HT: Liều tương đương ở mô

R RWR T R: Yếu tố lượng giá của mô

Tuỷ xương, ruột, phổi, da dày 0,12 0,48

Cơ quan sinh dục 0,20 0,20

Đơn vị SI Đơn vị cũ Mối quan hệ

Liều chiếu Coulomb trên kilogam

(C.kgP

-1

P)

Roentgen(R) 1R = 2,58.10P

-4

PC.kgP

rad 1rad = 0,01Gy

1mrad = 10µGy Liều tương

Chúng ta ít khi có các đồng vị phóng xạ dưới dạng tinh khiết, mà thường lẫn với các chất phóng xạ với số lượng nhỏ không thể cân đong được Vì vậy đơn vị đo số lượng đồng vị phóng xạ là hoạt độ, đã là số lượng nguyên tử phân

NR t R : Số lượng nhân ở thời điểm t

NR 0 R: Số lượng nhân lúc đầu

λ : Hằng số phân rã phóng xạ

t : Thời gian phân rã Đơn vị cũ dùng để đo hoạt độ phóng xạ là curie (Ci) Tháng 6/1975 hội nghị toàn thể về cân nặng và đo lường đã qui định đơn vị quốc tế mới về hoạt độ phóng xạ là Becquerel (Bq)

1Bq = 1 phân rã trong một giây 1Ci = 3,7.10P

10

P

Bq = 37 GBq 1mCi = 37 MBq

1µCi = 37 KBq 1Bq = 2,73 x 10P

-11

P

Ci = 27 pCi (picocurie)

1.2.6 Kiểu phân rã phóng xạ và tương tác của phóng xạ với vật chất

Trong tự nhiên có những nguyên tố không bền vững vì có proton hoặc neutron dư thừa, sự dư thừa này chắc chắn sớm hay muộn cũng phải phân rã để

trở thành nguyên tố khác có tính ổn định Khi phân rã sẽ phát ra các bức xạ, các bức xạ có thể là bức xạ hạt (bức xạ α, bức xạ β) hoặc bức xạ điện từ γ

1.2.6.1 Phóng xạ β - :

Bức xạ bêta β là chùm điện tử có tốc độ cao và có nguồn gốc từ nhân nguyên tử Cũng như những điện tử ở ngoài quĩ đạo của nhân, trọng khối của hạt bêta là 1/1840u và mang điện tích âm cũng có loại mang điện tích dương được gọi là bêta dương Thông thường khi nói đến bêta là nói đến bêta âm (βP

-P)

Trong quá trình phóng xạ βP

-P, một nơtron có thừa trong nhân sẽ chuyển thành prôton Hạt β có nhiều mức năng lượng khác nhau, tốc độ bay của hạt βP

10

P cm/s)

- Mức năng lượng 0,5 MeV thì tốc độ bay của βP

-P trong không khí là 0,9 vận tốc ánh sáng

- Mức năng lượng 2 MeV thì tốc độ bay của βP

-P trong không khí là 0,98 vận tốc ánh sáng

Quỹ đạo của β có dáng rất phức tạp, có thể chuyển động nhiều mét trong không khí Có ba tương tác chính : va chạm, phát bức xạ hãm và hiệu ứng Trêrenkov

Va chạm với các eletron của nguyên tử mỗi chất nó truyền qua gây hiện tượng ion hoá và kích thích nguyên tử Hạt β có thể xuyên sâu vào vật chất nhưng mật độ ion hoá tuyến tính kém hạt α(800 lần)

Bức xạ hãm khi hạt β có năng lượng cao Quỹ đạo của của nó bị lệch dưới tác dụng của trường tĩnh điện Năng lượng mất đi của hạt β chuyển thành photon Các photon này tạo thành bức xạ hãm Bức xạ hãm tuỳ thuộc vào năng

lượng E của hạt và nguyên tử số Z của môi chất Năng lượng của bức xạ β càng lớn và nguyên tử số của môi chất càng lớn thì thành phần bức xạ hãm càng lớn

Trong quá trình ion hoá năng lương β bị tiêu hao và cũng bị tiêu hao vì tán

xạ Đường đi của β trong không khí là đường gãy khúc nên khó đo chính xác, đôi khi còn có tản xạ ngược chiều (quặt ngược lại) Quãng đường đi phụ thuộc vào năng lượng hạt β và khả năng hấp thụ của vật chất Mật độ chất hấp thụ lớn, động năng β nhỏ thì quãng đường ngắn và ngược lại

I = IR 0 ReP

-µd

IR 0 R: Cường độ ban đầu của chùm hạt

I : Cường độ sau khi đi qua môi chất có chiều dày d

µ : Hệ số hấp thu có thứ nguyên CmP

-1

1.2.6.2 Phóng xạ γ

Bức xạ gamma γ thuộc loại sóng điện từ, nó không có trọng khối, không

có điện tích mà gồm các photon Photon gồm các lượng tử hoặc còn gọi là các bó năng lượng và được truyền theo dạng sóng Bản chất của bức xạ gamma (γ) là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn từ 10P

lượng càng cao, nó được phát ra từ nhân nguyên tử, tốc độ lan truyền bằng tốc

độ ánh sáng Năng lượng của prôton E phụ thuộc vào tần số dao động ƒ

E = h ƒ trong đó h = 4,134.10P

-21

P MeV.sP

-1

Bản chất của bức xạ γ không làm biến đổi cấu trúc bên trong nhân Số lượng prôton và neutron trong nhân không thay đổi, do đó khối lượng và số thứ

tự nguyên tố được giữ nguyên

Bức xạ γ có khả năng xuyên sâu vào vật chất, khi tương tác với vật chất có thể sảy ra các hiện tượng như phản ứng hạt nhân, khuếch tán cộng hưởng, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton, hiệu ứng tạo cặp,v.v Trong hiệu ứng quang điện, tất cả năng lượng của photon truyền hết cho điện tử của nguyên tử làm cho

điện tử bật ra khỏi quĩ đạo, mang theo năng lượng đúng bằng năng lượng của photon Hiệu ứng quang điện xảy ra khi năng lượng photon không lớn

Hiệu ứng compton, sau khi truyền năng lượng cho điện tử, điện tử tách ra khỏi nguyên tử, photon chệch đi một hướng khác và vẫn còn năng lượng nên sẽ ion hoá tiếp theo một số nguyên tử khác trong môi trường Khi năng lượng photon mạnh đi qua gần khu vực nhân nguyên tử, photon sẽ tách thành hai nguyên tử một dương và một âm, vì vậy gọi là tạo cặp Trong môi trường điện tử dương gặp điện tử âm sẽ trượt tiêu và thành hai bức xạ gamma, đó là hiện tượng huỷ cặp Trong trường hợp này vật chất đã chuyển dạng: từ hạt thành sóng và từ sóng thành hạt Hiệu ứng compton thường gặp khi photon có năng lượng tương đối cao và vật chất có nhân nguyên tử tương đối nặng Hiệu ứng tạo cặp thường

gặp khi photon có năng lượng ≥ 1,022 MeV và vật chất hấp thụ thuộc loại nguyên tố nặng

1.2.6.3 Phóng xạ α

Là bức xạ hạt gồm 2 proton và 2 neutron liên kết với nhau chặt chẽ như

hạt nhân của nguyên tử Helium Bức xạ Alpha có trọng khối 4u mang hai điện tích dương Nếu bức xạ Alpha thâm nhập sâu trong cơ thể thì tổn hại nặng nề cho các tế bào Nếu bức xạ Alpha ở bên ngoài thì không đáng ngại vì nó không xuyên qua được quần áo và cũng không qua được lớp da của cơ thể

1.3 GHI ĐO BỨC XẠ ION HÓA

Máy đo bức xạ hạt nhân gồm bốn bộ phận cơ bản: bộ phận phát hiện (detector); bộ phận khuếch đại; bộ phận phân tích; bộ phận đếm;

Bộ phận phát hiện (đầu dò) bức xạ ion hóa, được thiết kế trên cơ sở các hiệu ứng liên quan đến sự tương tác bức xạ với vật chất (chuyển tia phóng xạ thành dạng có thể đo đếm đựơc) Với loại đầu dò chứa khí hoạt động dựa trên

quá trình ion hóa khí nạp, tạo thành dòng điện giữa hai bản cực Loại đầu dò

nhấp nháy, các cặp ion được tạo thành do bức xạ ion hóa tái hợp với nhau phát ra photon ánh sáng hoặc chớp sáng Loại đầu dò bán dẫn, dựa trên sự hình thành các cặp ion trong vật liệu bán dẫn và tạo thành dòng điện đi qua chúng Các đầu

dò nơtron hoạt động dựa trên sự hình thành các bức xạ ion hóa thứ cấp mà chúng

có thể ghi nhận được

1.3.1 Đầu dò chứa khí

Có ba loại chứa khí khác nhau, nhưng chúng đều giống nhau ở sự hình thành các cặp ion trong khí nạp của detector, và khác nhau ở quá trình xảy ra trong detector Về cấu tạo có nhiều dạng khác nhau nhưng có chung nguyên lý Bao gồm một buồng có hai điện cực chứa đầy khí, Thể tích hoạt động là thể tích khí giữa hai điện cực

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của detector chứa khí

1.3.1.1 Buồng ion hóa

Khi các hạt mang điện đi qua thể tích hoạt động của detector, một số cặp ion được sinh ra Nếu như tất cả các hạt mang điện được hấp thụ hoàn toàn trong

High Voltage (+)

Earth

thể tích hoạt động của detector thì số cặp ion sinh ra tỷ lệ thuận với năng lượng

của hạt mang điện Nếu như không có điện áp gữa hai điện cực, các cặp ion đó sẽ tái hợp lại Tuy nhiên, khi có điện áp các ion dương sẽ chuyển dời về phía điện cực âm và các ion âm sẽ chuyển dời về phía cực dương Khi hiệu điện áp giữa hai cực tăng thì vận tốc của các ion tăng Vì vậy thời gian để tái hợp giảm đi và

phần điện tích thu được tăng lên Nếu điện áp đủ lớn thì các ion sẽ chuyển dời đến các điện cực tương ứng

Hình 1.2 Sự thay đổi độ cao xung theo điện thế đối với detector chứa khí

Điện tích Q trên một hạt phụ thuộc vào điện áp được mô tả ở hình 1.2 Đường cong gồm 5 vùng khác nhau Trong vùng thứ nhất tái hợp chiếm ưu thế Vùng thứ hai tổng điện tích thu được tỷ lệ với số cặp ion được sinh ra (tái hợp có thể bỏ qua), vùng này được gọi là vùng ion hóa hay còn gọi là vùng bão hòa Vùng thứ ba, Số lượng cặp ion thu được bắt đầu tăng khi điện áp tăng do quá trình khuếch đại trong khí Đây là vùng hoạt động của ống đếm tỷ lệ Vùng thứ

Prop- ortional Recom-

bination

Ion chamber

Geiger Muller

Cont Disch

tư, Geiger Muller cũng là detector chứa khí, hoạt động với điện áp cao Cuối cùng là vùng phóng điện liên tục

Buồng ion hóa có thể được thiết kế nhiều dạng khác nhau, kích thước khác nhau và khí nạp vào cũng khác nhau, tùy thuộc vào từng mục đích cụ thể Khí nạp thường là không khí khô ở điều kiện áp suất khí quyển Điện tích thu gom được có thể đo bằng 3 cách sau:

- Dòng trung bình có thể đo bằng bộ khuếch đại DC chuyên dụng Đại lượng đo được này tỷ lệ với tốc độ đếm của của bức xạ hạt nhân

- Số điện tích trong buồng ion hóa sau một thời gian cố định có thể xác định được Giá trị này liên quan tới tỏng bức xạ đến buồng ion hóa trong khoảng

thời gian đo nói trên

- Điện tích xuất hiện trên anode đối với từng sự kiện ion hóa có thể chuyển đổi thành xung điện áp, nó có thể đi qua bộ đặt ngưỡng vào tạo thành xung có

thể đếm được

1.3.1.2 Ống đếm tỷ lệ

Nếu điện áp vụơt quá vùng bão hòa thì các điện tửt phát ra từ ion hóa thứ

cấp được gia tốc đủ để có thể sinh ra ion hóa thứ cấp, do vậy làm tăng số điện tích gom được (hình 1.3) Hệ số khuếch đại tại một giá trị điện áp cho trước không phụ thuộc vào ion hóa sơ cấp, vì vậy nó tỷ lệ với điểm bắt đầu của vùng này Sự tỷ lệ này kết thúc khi điện áp tăng đến điểm cùng phía trên của vùng điện tích gom được không phụ thuộc vào ion hóa sơ cấp

Để tạo ra ion hóa thứ cấp, các điện tử phải ở trong một điện trường mạnh Nói chung, ống đếm tỷ lệ có cấu trúc đồng trục Điện trường đạt cực đại ở gần

sợi anode và hệ số khuếch đại trong khí chỉ xảy ra ở thể tích gần sợi anode Ngoài ra ống đếm tỷ lệ còn làm việc ở chế độ xung Hiện tượng khuếch đại khí

đòi hỏi khuếch đại điện tử ít hơn so với buồng ion hóa dạng xung Điều này cho

phếp đơn giản hóa mạch điện tử và cho phép phát hiện ra các hạt có năng lượng rất thấp trước khi bị các giới hạn do tạp nhiễu của hệ khuếch đại ngăn cản

Hình 1.4 Ống đếm GM đo gamma

Khi có tia bức xạ đi vào ống gây hiện tượng ion hóa sơ cấp nghĩa là biến một nguyên tử chất khí trong ống thành những cặp ion dương và electron Các electron dưới tác dụng của điện trường di chuyển nhanh gây ion hóa thứ cấp do

va chạm tung ra hang loạt ion (10P

High Voltage (+)

Earth

Cat ốt kim loại

An ốt

trở hoặc dập tắt, và đây là điều ta cần - dập tắt càng sớm càng tốt để ông GM có

thể tiếp nhận tia bức xạ mới và phát sinh một xung mới Thời gian ngắn nhất giữa hai xung được gọi là thời gian chết của ống đếm Hiện tượng dập tắt hay có thời gian chết ngắn nhất có thể thực hiện bằng mạch điện tử làm giảm điện áp cực anode tức thời ngay sau khi sự kiện được ghi nhận Quá trình dập tắt có thể

thực hiện bằng cách cho vào ông một lượng hơi hữu cơ, Các phân tử hơi hữu cơ này hấp thu hết các photon Mỗi lần có hiện tượng ion hóa thì một phần chất hữu

cơ bị phân hủy làm giảm tuổi thọ của ống đếm Nếu khí halogen, Clo, Brôm, Iốt được bổ xung vào khí nạp, các quá trình xảy ra giống như hơi hữu cơ trừ các phân tử halogen tái hợp lại ngay sau khi bị tách Về lý thuyết thì ống đếm GM có

chứa khí halogen có đời sống dài vô tận

Ống GM có thể được thiết kế nhiều kích thước khác nhau Ống GM không phân biệt được các loại bức xạ khác nhau cho nê thường được dung để đo tia gamma, tia X, và hạt beta do bản chất ion hóa riêng của chúng nhỏ, không cho chúng phát hiện được các loại bức xạ khác

1.3.2 Detector nh ấp nháy

Khi bức xạ ion hóa đi qua môi trường vật chất, gây ra hiện tượng kích thích các nguyên tử, phân tử Các trạng thái bị kích thích di chuyển về trạng thái bình thường phát ra ánh sáng hoặc sáng nhấp nháy Các ánh sáng này được ống nhân quang điện chuyển thành một xung điện Trong điều kiện phù hợp, xung sinh ra tỷ lệ với năng lượng do hạt ion hóa qua tinh thể Các tinh thể nhấp nháy này được bao bọc bằng vật liệu phản xạ và ghép với cathode của ống nhân quang điện bằng ống dẫn sáng

Hình 1.5 Sơ đồ chức năng của một hệ thống đếm dùng detector nhấp nháy

Ống đếm nhấp nháy làm việc qua 6 trạng thái sau:

- Bức xạ ion hóa hấp thụ trong chất nhấp nháy, gây ra kích thích và ion hóa trong chất nhấp nháy đó

- Năng lượng tiêu hao được chuyển thành ánh sang thong qua quá trình phát huỳnh quang

- Các photon ánh sang được truyền tới quang cathode của ống nhân quang điện bằng ống dẫn sang

- Photon ánh sang bị hấp thu ở quang cathode và phát ra các quang điện

tử

- Các quang điện tử đi vào các bộ phận nhân điện tử của các dynode

- Các xung dòng điện ở anode của ống nhân quang điện được phân tích

Điện trường được đặt trong môi trường có độ dẫn điện thấp Khi các hạt mang điện đi qua môi trường chất bán dẫn, cặp điện tử lỗ trống được hình thành trong thể tích đó Các điện tích này được điện trường tách ra và được kéo về điện cực tạo thành các xung điện Detector bán dẫn có thể coi là các buồng ion hóa

1.3.3.1 Detetor h àng rào mặt

Detetor hàng rào mặt được làm từ Silic và có thể tích vùng hoạt động rất

mỏng Loại này rất lý tưởng làm phổ kế alpha

1.3.3.2 Detetor Gamma siêu tinh khiết

Đây là loại detector chuẩn để làm phổ kế Gamma phân giải cao Có giá phai chăng và có độ phân giải cao Nhược điểm là phải làm việc ở nhiệt độ Nitơ

lỏng để giảm nhiễu nhiệt và đạt độ phân giải tốt nhất

1.3.3.3 Detetor Silic pha Li

Detetor Si(Li) được dùng với tia X do bờ hấp thụ tia X vạch K của Germani không cho phép detector làm việc ở vùng năng lượng thấp

1.3.4 Detector n ơtron

Nơtron không gây ion hóa trực tiếp, vì vậy detector nơtron hoạt động trên

hiệu ứng ion hóa thứ cấp gây ra bởi nơtron tương tác với các vật chất Thường dùng để phát hiện ion hóa thứ cấp

1.3.4.1.Detetor đo nơtron nhanh

Phương pháp phổ biến để đo nơtron nhanh sử dụng quá trình tán xạ (n,p)

Có thể sử dụng detector chứa khí hydro ở dạng rắn hoặc khí Chất rắn hydro

thường dung là paraffin và polyethylene Những vật liệu này gọi là chất phát xạ,

là nguồn phát photon thâm nhập vào vùng hoạt động của detector Những Detector này được gọi là “ống đếm proton giật lùi”, chúng có thể làm việc ở

vùng ion hóa hoặc vùng tỷ lệ Chúng có thể làm việc ở hai chế độ xung hoặc

mức trung bình Độ nhạy của Detector này không cao

1.3.4.2 Ống đếm “Rem” hay “Sivert”

Ống đếm notron “Rem” được phát triển để tạo độ nhạy tương đương liều

mô trên một dải rộng năng lượng nơtron từ 0-15MeV Các ống đếm này tạo bởi hình trụ lớn bằng polyethylene bao quanh ông đếm tỷ lệ chứa P

3

P

He Phin lọc Cadmium được đặt giữa polyethylene và ống đếm để thay đổi độ nhạy năng lượng Phản ứng P

2 D ƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ IỐT 131 (I-131)

Dược chất phóng xạ được dùng trong y học hạt nhân để chuẩn đoán hoặc điều trị bệnh đều được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ Dược chất phóng xạ được sản xuất từ lò phản ứng, từ máy gia tốc hoặc từ hệ sản sinh các đồng vị phóng xạ đời sống ngắn Trong số 25 đồng vị iốt có 5 đồng vị được sử dụng trong y học hạt nhân riêng iốt-127 kém ổn định nên không liệt kê trong bảng

Bảng 2.1 Tính chất vật lý của đồng vị phóng xạ iốt dùng trong y học hạt

nhân (trích bảng 5, trang 196, Sử dụng đồng vị phóng xạ trong chẩn đoán lâm sàng và nghiên cứu y-sinh học GS.TS Nguyễn xuân Phách, Học viện quân y 1987)

- ICRP khuyến cáo giới hạn hiệu lực hàng năm:

+ Đối với nhân viên bức xạ:

- 20mSv liều hiệu dụng hàng năm, tính trung bình cho chu kỳ 5 năm

- Có thể vượt quá 20mSv trong năm nào đó nhưng không vươt quá 50mSv trong một năm

- 150 mSv trong một năm liều tương đương đối với thuỷ tinh thể của mắt

- 500 mSv trong một năm liều tương đương đối với các bộ phận chân tay hoặc da

+ Đối với dân chúng:

- 1mSv trong một năm liều hiệu dụng

- Có thể tăng 5mSv cho năm riêng lẻ liều hiệu dụng trung bình cho 5 năm liên tục, không vượt quá 1mSv trong một năm

- 15 mSv trong một năm liều tương đương đối với thuỷ tinh thể của mắt

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

I-131 chế tạo từ Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt dưới dạng dung dịch

và dạng viên nhộng có đường kính 5mm, chiều dài 15mm Nhà sản xuất chế tạo các loại viên nhộng với hoạt độ là 3, 4, 5, 8, 9, 10, và hàng chục, hàng trăm mCi (milicuire), nhằm thuận lợi cho quá trình vận chuyển cũng như trong khi cấp thuốc cho bệnh nhân, đồng thời phù hợp cho mọi bệnh nhân điều trị nặng nhẹ ở từng thời kì khác nhau của bệnh theo phác đồ điều trị của bác sỹ đề ra

Hiện nay ở nước ta có 24 trung tâm y học hạt nhân và bảo vệ phóng xạ dùng dạng viên nhộng Thiết bị cấp phát, bảo hộ an toàn phóng xạ còn bị hạn chế, nhân viên xạ trị dùng tạp dề chì, găng tay chì, kính chì xong nó không được đầu tư thường xuyên nên không đảm bảo che chắn tốt, mặt khác với những thiết

bị bảo hộ này không đủ điều kiện để che chắn tốt khi phải tiếp xúc với thời gian dài và đặc biệt vời những tia có khả năng xuyên sâu như tia gamma

Khi người bệnh uống thuốc thì nhân viên xạ trị dùng kẹp dài để gắp từng viên đưa cho bệnh nhân, đây là yếu tố không đảm bảo về khoảng cách khi tiếp xúc với nguồn xạ Mặt khác số lượng bệnh nhân ngày càng tăng nên nhân viên

xạ trị tiếp xúc nguồn xạ với thời gian dài hơn Đã có nhân viên xạ trị “được” nghỉ việc do nhiễm xạ quá giới hạn cho phép Đó là những yếu tố gây tâm lý lo lắng cho nhân viên xạ trị dẫn đến dễ bị nhầm lẫn khi cấp thuốc cho bệnh nhân

Các trung tâm y học hạt nhân và bảo vệ phóng xạ thường nhập một loại viên về để điều trị cho bệnh nhân, nhằm rút ngắn thời gian và đơn giản quá trình cấp phát thuốc, dẫn đến suất liều cần thiết cho từng thời điểm của bệnh nhân chưa được đáp ứng đúng, hiệu quả điều trị chưa cao

4 2 Ba kỹ thuật cơ bản để kiểm soát các mối nguy hiểm của bức xạ chiếu ngoài

4.2 1 Thời gian

Đây là phương pháp quan trọng để giảm chiếu xạ đối với bức xạ ion hoá

Thời gian làm việc của nhân viên bức xạ càng ngắn càng tốt và có thể nhận được liều chiếu nhỏ nhất Liều tổng cộng nhận được của người làm việc trong vùng có suất liều nhất định phụ thuộc thời gian làm việc trong vùng đó Nếu giảm một nửa thời gian chiếu xạ thì liều nhËn được sẽ giảm một nửa và ngược lại

D = R x T D: liều nhận được R: Suất liều

T: Thời gian

4 2.2 Khoảng cách

Khoảng cách càng lớn thì liều tổng cộng nhận được càng nhỏ Khi khoảng

cấch đến nguồn tăng gấp đôi thì suất liều giảm tới một phần tư giá trị ban đầu của nó

RdP

2

P = k R: Suất liều d: Khoảng cách đến nguồn k: Một giá trị không đổi đối với nguồn phóng xạ nhất định

Nếu nguồn đó không thay đổi thì có thể viết lại là:

RR 1 RdP

2

P = RR 2 RdP

2

RR 1 R: Suất liều ở khoảng cách dR 1 Rđến nguồn điểm

RR 2 R: Suất liều ở khoảng cách dR 2 Rđến nguồn điểm

- Loại và năng lượng của bức xạ

- Hoạt tính phóng xạ của nguồn

- Suất liều chấp nhận được sau khi che chắn

Công thức tính gần đúng suất liều từ một nguồn gamma:

2

6

ME D

r : là khoảng cách của nguồn xạ tính bằng mét

E: là năng lượng phóng xạ (MeV, I-131 có E = 0,364 MeV)

Đối với tia X và tia gamma chúng không hoàn toàn bị hấp thụ bởi vật liệu

che chắn mà bị suy giảm, sự suy giảm này được tính toán bằng phương trình:

DR t R = DR 0 ReP

-µt

DR t R: Suất liều sau che chắn có chiều dày x

DR 0 R: Suất liều không có che chắn

t : Chiều dày lớp che chắn

µ : Hằng số được biết như là hệ số hấp thụ tuyến tính của vật liệu che chắn

Hệ số hấp thụ tuyến tính phụ thuộc vào loại vật liệu che chắn và năng

lượng bức xạ đi tới

Trong thực tế có phương pháp tính chiều dày của vật liệu che chắn đơn

giản hơn nhiều, các đại lượng được xác định bằng thực nghiệm - lớp làm yếu

một nửa, là chiều dày cần thiết để giảm cường độ bức xạ đi qua xuống còn một

nửa Khái niệm chiều dày một nửa T1/2 giúp ta tính toán nhanh nhu cầu che

RR X R: Suất liều sau che chắn có chiều dày x

RR 0 R: Suất liều không có che chắn Mối quan hệ giũa hệ số tuyến tính và Số lớp làm yếu một nửa T1/2 là:

0, 6931/ 2

T

µ

=

Hình 4.1 : Mối quan hệ giữa suất liều và chiều dày ½ (Hướng

dẫn an toàn bức xạ - GS.TS Nguyễn xuân Phách-1999)

5 YÊU C ẦU KỸ THUẬT

- Cung cấp linh hoạt và chính xác iốt-131 theo yêu cầu của Bác sỹ điều trị

- Đảm bảo không kẹt vỡ trong quá trình làm việc

- Đảm bảo an toàn phóng xạ theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Quốc tế

- Dễ tháo lắp, vận chuyển, dễ sửa chữa và bảo trì

- Đảm bảo độ bền, tin cậy cao

6 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Đối với loại viên có hoạt độ tới hàng chục, hàng trăm milicuire được dùng

để điều trị ung thư Số lượng này quá nhỏ nên trong phạm vi đề tài khong đề cập

Xuất phát từ ý tưởng thiết kế chế tạo cơ cấu tự động cấp dược chất phóng

xạ, nhằm giải phóng đôi tay, giảm tối đa về thời gian và tăng tối đa khoảng cách cho những kỹ thuật xạ trị cũng như những người phải tiếp xúc với dược chất phóng xạ nói chung và I-131 nói riêng Cơ cấu phải đạt được kết quả tự động cấp chính xác dược chất phóng xạ cho bệnh nhân theo yêu cầu của Bác sỹ điều trị, đảm bảo tuyệt đối không gây kẹt vỡ trong quá trình cấp, các yếu tố kỹ thuật đã

đề ra Đây là một thử thách lớn đối với tác giả, một lĩnh vực mới mà trong nước

chưa từng có

Hiện tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt chế tạo I-131 (P

131

PI) dạng viên nhộng có hoạt độ khác nhau là 3, 4, 5, 8, 9, 10 mCi (milicuire) I-131 lại có cùng kích thước và màu sắc, vì vậy không thể chọn phương án cung cấp I-131 theo hướng phân biệt màu sắc, lại càng không thể dùng phương pháp đo để xác định

hoạt độ của từng viên để cấp khi chúng ta để lẫn các loại với nhau Muốn có được từng liều có các hoạt độ khác nhau để đáp ứng đa dạng các đối tượng trong mỗi đợt xạ trị thì phải để riêng từng loại mới có thể phối hợp để có được các tổ

hợp linh hoạt cho ra liều chính xác theo yêu cầu Đi theo hướng này nghiên cứu, qua tính toán cũng như thực tế đã thử nghiệm bằng nhiều phương án khác nhau như: Robot điều khiển từ xa, sắp xếp bằng băng tải, phễu nghiêng và cơ cấu chữ

C, v.v Cho dù thực hiện bằng phương án nào đi chăng nữa thì phương án đó phải có cơ cấu chấp hành, kết cấu cơ khí chắc chắn, chính xác, có độ tin cậy cao, trên cơ sở đó mới có thể lập trình điều khiển được

Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt sản xuất loaị viên 3, 4, 5, 8, 9, 10

mCi “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ” đủ điều kiện dùng tất cả các

loại để cấp cho bệnh nhân Xong như vậy sẽ không cần thiết vì cơ cấu sẽ cồng kềnh, lớp che chắn sẽ phải dày tổng trọng lượng cơ cấu lớn, dẫn đến chi phí lớn

và vận chuyển khó khăn Để khắc phục những nhược điểm trên, cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ chỉ cần dùng 3 phễu để chứa 3 loại thuốc có hoạt độ

phóng xạ là 3, 4, 5 mCi, là đã đủ cấp mọi suất liều theo chỉ định của Bác sỹ nhờ tính linh hoạt của lập trình vi xử lý Ví dụ: bệnh nhân cần 10mCi thì sẽ được cấp

2 lần viên 5mCi, bệnh nhân cần 8mCi thì sẽ được cấp viên 5mCi và 3mCi hoặc 2lần viên 4mCi.v.v Để có được kết quả nêu trên đều dựa vào thành quả của công nghệ thông tin - lập trình vi xử lý kết hợp với máy tính để cho ra kết quả đúng như mong muốn

Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như tính mềm dẻo linh hoạt cho cơ cấu,

ta chỉ cần xét nguyên lý, ưu nhược điểm của cơ cấu chấp hành của từng phương

án để từ đây rút ra phương án tối ưu Vì cơ cấu chấp hành có làm việc ổn định, chính xác, đáng tin cậy thì phần điều khiển mới có thể thực hiện được Sau đây

ta xét nguyên lý cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu chấp hành của một số phương án cơ bản đã qua thử nghiệm

7 CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN

Để đạt được các tổ hợp có hoạt độ phóng xạ theo yêu cầu, do phải để riêng từng loại trong khi cấp Mỗi phương án phải có bốn cụm (bốn phễu), mỗi cụm hoạt động riêng lẻ và qui định cụm 1 (phễu 1) chứa loại 3mCi, cụm 2 (phễu 2) chứa loại 4mCi, cụm 3 (phễu 3) chứa loại 5mCi Các cụm chỉ được liên kết với nhau để tạo ra các tổ hợp nhờ điều khiển mềm khi lập trình Vì vậy sau đây chỉ

trình bày nguyên lý của một cụm cho mỗi phương án và chỉ phân tích ưu nhược điểm của quá trình sắp xếp viên

7.1 Hệ mâm dao gạt

7.1.1 Nguyên lý c ấu tạo

Cơ cấu gồm có bốn cụm độc lập Mỗi cụm có cấu tạo nguyên lý như hình 7.1.1 bao gồm:

Mâm cố định hình nón, xunh quanh phần đáy có rãnh với kích thước không vượt quá 1,5 lần đường kính của viên nhộng Trên đáy của rãnh có phần

hở bằng chiều dài của viên nhộng để khi chuyển động, trượt trên rãnh tới phần

hở thì viên nhộng có thể tự do rơi xuống

Dao gạt được gắn với một trục của động cơ, phần dưới của dao gạt nằm áp sát với bề mặt và rãnh của mâm cố định hình nón

Cơ cấu điều cấp bao gồm hai phần: Phần tĩnh và phần động Phần tĩnh được gắn cố định với mõm cố định sao cho phần lỗ phớa trờn trựng với phần hở

Rơ le Cảm biến Phần tĩnh Phần động

Hỡnh 7.2 Cơ cấu điều cấp

của rónh mõm cố định Phần động di chuyển nhờ rơ le

7.1.2 Nguyờn lý làm việc

Trước hết mở nắp 1 đổ I-131 dạng con nhộng đựng trong cỏc container vào hệ thống và đậy chặt nắp Sau đú về phũng điều khiển đúng điện cho hệ thống Tại thời điểm này, cảm biến quang PT đặt trong cơ cấu điều cấp 5 tỏc động làm cho động cơ 8 làm việc quay mang theo dao gạt 3 Do mõm cố định 4

cú cấu tạo hỡnh nún cho nờn khi dao gạt 3 quay thỡ đa số thuốc được lăn xuống rónh mõm và trượt trờn rónh cho đến khi cú một viờn I-131 rơi xuống cơ cấu điều cấp 5 làm chắn chựm sỏng của PT làm tỏc động đến động cơ 8 ngừng quay, đồng thời khi này đúng Rơ le 6 làm việc Rơle 6 được gắn với cơ cấu điều cấp 5 dẫn đến cơ cấu điều cấp 5 làm việc - đúng phớa trờn và đồng thời mở phớa dưới, làm viờn thuốc rơi xuống mỏng nhận thuốc Ngay khi viờn I-131 nhộng rơi khỏi cơ cấu điều cấp lập tức cảm biến quang PT làm việc, nhưng vỡ Rơle 6 cú thời gian trễ sau tỏc động 3 giõy để đảm bảo đủ thời gian viờn nhộng rơi ra khỏi cơ cấu

điều cấp Sau thời gian trễ rơ le 6 mang cơ cấu điều cấp 5 trở về trạng thái ban đầu, hết một chu kì và giữ nguyên trạng thái này mặc dù cảm biến quang PT ở trạnh thái nào đi nữa, cho đến khi có tín hiệu điều khiển của hệ thống thì chu kì tiếp theo được lặp lại như trên

Ví dụ 7.1: Ta có bảng dữ liệu nhập vào cho cơ cấu như sau:

STT Tên bệnh nhân Phễu 1

(3mCi)

Phễu 2 (4mCi)

Phễu 3 (5mCi)

hiện liên tiếp 2 chu kỳ và phễu 2 thực hiện 1 chu kỳ và dừng lại chờ tín hiệu điều khiển từ hệ thống như ở trên Cứ như vậy cho đến hết bệnh nhân thì cơ cấu dừng hẳn

7.1.3 Ưu điểm nhược điểm:

- Dễ sắp xếp viên nhộng theo vòng tròn do mâm cố định có dạng hình nón

và có rãnh xung quanh đáy nón

- Viên nhộng bị trượt nhiều trên rãnh do chuyển động của dao gạt

- Khó phối hợp giữa các cụm để có tổ hợp cấp nhiều viên theo yêu cầu và

tốn kém cho việc che chắn vì có kích thước lớn

- Ban đầu thuốc còn nhiều, dao gạt dồn thuốc vào một chỗ, nếu thuốc bị dồn vào đúng chỗ lấy thuốc thì rất dễ có viên rơi xuống dựng đứng trên lỗ gây kẹt và quá trình không tiếp tục thực hiện được Nếu lực gạt của dao lớn sẽ làm vỡ viên Đây là nhược điểm lớn không thể áp dụng được

7.2 Hệ phễu rung và cơ cấu chữ C

7.2.1 Nguyên lý c ấu tạo

PhÔu nghiªngC¬ cÊu ch÷ CC¶m biÕn quang

§éng c¬

Nam ch©m

®iÖn

Hình 7.3 Nguyên lý cấu tạo hệ phễu rung và cơ cấu chữ C

Cơ cấu chỉ dùng nam châm điện tạo ra chế độ rung để đưa thuốc vào cơ

cấu chữ C, đồng thời cơ cấu chữ C có độ dài đúng bằng chiều dài của viên thuốc, phần miệng chữ C đủ rộng để thuốc có thể tự rơi ra ngoài mỗi khi được xoay xuống phía dưới

7.2.2 Nguyên lý làm việc

Đổ thuốc vào phễu nghiêng, phễu nghiêng được rung với biên độ có thể điều chỉnh được nhờ Rơle Khi thuốc được lọt vào cơ cấu chữ C sẽ làm chắn chùm sáng của cảm biến quang sẽ tác động phễu ngừng rung, đồng thời đóng cho động cơ quay kéo cơ cấu chữ C xoay đi một góc 180P

0

P, trong khi xoay đường dẫn thuốc vào cơ cấu chữ C từ từ được đóng lại đồng thời chữ C từ từ được mở

ra làm cho viên thuốc rơi ra ngoài Khi viên thuốc rơi ra ngoài không chắn chùm sáng của cảm biến quang sẽ tác động cho động cơ quay ngược lại vị trí ban đầu, đường dẫn thuốc vào cơ cấu chữ C lại được mở ra, đồng thời cho phễu tiếp tục rung cho đến khi viên thuốc rơi vào cơ cấu chữ C thì được lặp lại như ở trên Động cơ làm việc phụ thuộc vào tín hiệu của hệ thống Để có được tổ hợp theo yêu cầu thì tương tự ví dụ ở mục 7.1

7.2.3 Ưu nhược điểm

- Đảm bảo không bị kẹt vỡ trong quá trình cấp thuốc, do ưu điểm của chế

độ rung và cơ cấu chữ C kết hợp

- Chế tạo đơn giản

- Gây tiếng ồn do chế độ rung

- Phải có khoảng trống để tạo chế độ rung vì vậy khó khăn cho việc che chắn

- Độ tin cậy về tính ổn định không cao vì khi có viên thuốc nằm dựng đứng

ở thành phễu bên phải sẽ chắn không cho thuốc rơi vào cơ cấu chữ C làm quá trình không tiếp tục được Đây cũng là một nhược điểm lớn dẫn đến quá trình tự động không thể thực hiện được

7.3 Phễu nghiêng có cánh gạt và cơ cấu chữ C

Về cơ bản phương án này nhằm khắc phục nhược điểm của phương án phễu rung và cơ cấu chữ C đã trình bày ở mục 7.2

7.3.1 Nguyên lý c ấu tạo

PhÔu nghiªng C¸nh g¹t

C¬ cÊu ch÷ C C¶m biÕn

§éng c¬

Nam ch©m

®iÖn

Hình 7.4 Nguyên lý cấu tạo hệ phễu nghiêng cánh gạt và cơ cấu chữ C

Nguyên lý tương tự như hệ phễu rung và cơ cấu chữ C (mục7.2), xong có thêm cánh gạt được quay theo chiều mũi tên và quay liên tục nên những viên có hướng vuông góc với cuống phễu cản trở các viên khác rơi vào cuống phễu đều

bị cánh gạt đẩy ra làm thay đổi hướng chuyển động của nó Đỉnh của cánh gạt đặt cách thành cố định của phễu một khoảng lớn hơn đường kính của viên nhộng

nhưng không vượt quá 1,5 lần, nhằm chỉ cho phép từng viên nhộng rơi theo chiều dọc qua cuống phễu để vào cơ cấu chữ C Cơ cấu chữ C ở phương án này, khi xoay xuống dưới thì thuốc rơi ra, đồng thời phần lưng chữ C ngăn không cho thuốc rơi xuống

7.3.2 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc tương tự như hệ phễu rung và cơ cấu chữ C (mục7.2)

7.3.3 Ưu nhược điểm

Do cỏnh gạt khống chế kớch thước cuống phễu, chỉ cho phộp từng viờn

nhộng rơi theo chiều dọc đi vào cơ cấu chữ C, cho nờn việc xếp viờn khỏ ổn định

Khi thuốc cũn nhiều, do sự chốn ộp giữa cỏc viờn nhộng, nếu cỏnh gạt ngắn dễ bị trượt làm thuốc khụng rơi vào được cuống phễu cho nờn phải kết hợp

với chế độ rung Như vậy dẫn đến cơ cấu phức tạp, kớch thước lớn dẫn đến khú

khăn cho việc che chắn đẩm bảo an toàn

Nếu cỏnh gạt dài dễ đảo thuốc rơi vào cuống phễu nhưng dễ mang theo viờn nhộng gõy kẹt vỡ

7.4 Hệ băng tải

7.4.1 Nguyờn lý c ấu tạo

Băng tải Tang dẫn động

Cảm biến ánh sáng Máng hứng thuốc

Hỡnh 7.5 Sơ đồ nguyờn lý cấu tạo hệ băng tải

Hệ băng tải bao gồm:

Băng tải chuyển động được nhờ tang dẫn động quay, trờn băng tải cú cỏc

phần lừm cỏch đều và cú độ lớn đủ để cho viờn nhộng nằm gọn vào trong đú

Trong quá trình quay các viên nhộng nếu nằm gọn vào lõm sẽ dần được đưa ra ngoài, nếu không sẽ bị đẩy ra để sắp xếp vào các lõm khác tiếp theo

7.4.2 Nguyên lý làm vi ệc

Đổ thuốc vào phễu, cho động cơ bước quay với từng góc xác định sẽ làm tang dẫn động và băng tải chuyển động gián đoạn Thuốc được sắp xếp nằm vào

phần lõm của băng tải và từ từ được đưa ra bên ngoài Khi có viên thuốc rơi qua

cảm biến ánh sáng để vào máng hứng thuốc sẽ làm chắn chùm sáng của cảm biến quang làm tác động cho động cơ ngừng quay và chờ tín hiệu điều khiển của

hệ thống Động cơ làm việc phụ thuộc vào tín hiệu của hệ thống Để có được tổ

hợp theo yêu cầu thì tương tự ví dụ ở mục 7.1

7.3.4 Ưu nhược điểm

- Khi thuốc còn nhiều trong phễu dễ có viên thuốc nằm dựng đứng ở rãnh của băng tải, dễ kẹt vỡ làm quá trình không tiếp tục được

- Viên nhộng được xếp vào rãnh không ổn định

chuyển động lên xuống nhờ rơle (có thể dùng bánh răng thanh răng, vấu cam

hoặc bánh cam,v.v ), hành trình lên xuống không được nhỏ hơn chiều dài của viên nhộng, thường gấp 1,5 lần Vuông góc với cuống phễu là con trượt, có nhiệm vụ nhận thuốc từ cuống phễu và đẩy thuốc rơi ra ngoài nhờ một rơ le Ở cuối lỗ nhận thuốc trên con trượt phải có khoảng trống đủ để cho cảm biến quang làm việc, nhằm đảm bảo chắc chắn khi viên nhộng nằm gọn trong con trượt và chắn chùm sáng của cảm biến thì con trượt mới được di chuyển, chống kẹt vỡ

PhÔu

Thanh ®ÈyR¬ le 2Con truîtC¶m biÕn quangR¬ le 1

Hình 7.6.Nguyên lý cấu tạo hệ xếp dọc 7.5.2 Nguyên lý làm việc

Đổ thuốc vào phễu, bắt đầu cho cơ cấu làm việc Thanh đẩy chuyển động lên xuống nhờ rơ le 1 Khi có viên thuốc rơi vào và nằm gọn trong con trượt làm chắn chùm sáng của cảm biến quang, sẽ tác động ngắt rơ le 1 làm thanh đẩy trở

về vị trí thấp nhất, và đồng thời đóng cho rơ le 2 tác động làm con trượt di chuyển sang trái với thời gian đủ làm cho viên thuốc rơi ra khỏi cơ cấu thì rơ le 2 ngừng tác động, con trượt lại được di chuyển sang phải để chờ cho thuốc từ phễu

rơi vào Khi có viên thuốc rơi vào và nằm gọn trong con trượt, rơle 2 chỉ tác động khi có tín hiệu của hệ thống mặc dù viên nhộng đã chắn chùm sáng của cảm biến quang Để có được tổ hợp theo yêu cầu thì tương tự ví dụ ở mục 7.1

7.5.3 Ưu nhược điểm

- Đảm bảo sắp xếp viên nhộng dễ dàng, ổn định trong cuống phễu vì cho

dù thuốc có nhiều hay ít ở trong phễu nếu xảy ra sự chèn ép giữa các viên nhộng làm cản trở quá trình rơi vào cuống phễu thì mỗi lần thanh đẩy đi lên sẽ phá vỡ

sự lộn xộn đó và tạo hướng thuận lợi cho thuốc dễ rơi vào cuống phễu

- Đảm bảo chắc chắn không bị kẹt vỡ trong quá trình cấp thuốc Vì chỉ khi có một viên nhộng nằm gọn vào trong con trượt làm chắn chùm sáng của

cảm biến ánh sáng thì mới cho phép con trượt di chuyển

- Chế tạo đơn giản do có kết cấu gọn nhẹ

- Dễ dàng phối hợp cấp nhiều loại thuốc có hoạt độ phóng xạ khác nhau trong cùng một lúc vì có thể chế tạo thành từngmôđun hoạt động độc lập

- Dễ tháo lắp, an toàn khi bảo dưỡng và sửa chữa vì có thể bao bọc riêng

phễu và cuống phễu bằng chì (Pb) với độ dày đủ an toàn mà cơ cấu vẫn có đủ các chức năng làm việc theo yêu cầu

7.6 Kết luận

Từ những phương án lựa chọn đã nêu trên, kết hợp với thực nghiệm cho từng phương án đã cho thấy những nhược điểm trong quá trình cấp của từng phương án, riêng phương pháp xếp dọc trong quá trình thực nghiệm chưa một lần xuất hiện sự cố, đảm bảo tính chắc chắn, độ ổn định và tin cậy cao nhất, chắc chắn đáp ứng được mọi yêu cầu kỹ thuật đề ra

Vì vậy để thiết kế chế tạo “Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ” ta

chọn hệ xếp dọc cưỡng bức làm cơ cấu chấp hành, từ đây mới có thể thiết kế chế tạo hệ thống điện, phần cứng, lập trình điều khiển cho toàn bộ hệ thống

8 GI ỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CƠ CẤU TỰ ĐỘNG CẤP I-131

Cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ có thể điều chỉnh để cấp tự động

các loại viên nhộng có đường kính từ 5 đến 7 milimét và có chiều dài từ 15 đến

21 milimét

Hình 8.1 : Hình ảnh cơ cấu tự động cấp dược chất phóng xạ

567

1-Nắp hộp Chì ; 2- Thân hộp Chì ; 3-Phễu ; 4-Đáy hộp Chì ; 5-Thanh đẩy ; Rơle1 ; 7-Rơle2 ; 8-Cuống phễu ; 9-Con trượt ; 10-Cảm biến quang ; 11-Ổ trượt ; 12-Giếng đo ; 13-Cảm biến hồng ngoại

6-Toàn bộ cơ cấu bao gồm 5 khối cơ bản sau:

8.1 Máy tính:

Dùng để lập trình cho vi xử lý để cơ cấu làm việc theo chỉ định của Bác

sỹ Lập trình và hiển thị giao diện người dùng Theo dõi, điều khiển quá trình làm việc của cơ cấu

Vi

xử lý Cách ly

Máy tính