Nuclear physics

Posted: Tháng Ba 4, 2010 in Vật lý hạt nhân
ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ & CÔNG NGHỆ BỨC XẠ
NHỮNG ỨNG DỤNG 
              Đề xuất của tiến sĩ Albert Einstein về sự tương đương năng lượng – khối lượng và các khám phá về năng lượng nguyên tử tạo con đường cho các ứng dụng không giới hạn của phóng xạ và đồng vị phóng xạ trong các ngành công nghiệp, y tế, nông nghiệp và nghiên cứu hướng tới hòa bình và tiến bộ của nhân loại. Các ứng dụng của các đồng vị phóng xạ và các kỹ thuật bức xạ đóng một vai trò to lớn trong các quốc gia phát triển. Các ứng dụng của các kỹ thuật được trình bày sơ lược trong bài viết này.

 

1. GIỚI THIỆU

 

Trong năm nay cộng đồng khoa học trên thế giới kỷ niệm 100 năm ngày công bố 3 công trình quan trọng của tiến sĩ Albert Einstein: hiệu ứng quang điện, dao động Brownian và lý thuyết tương đối đặc biệt vào năm 1905.

Các hiệu ứng quang điện liên quan đến các hạt có trong hiện tượng phóng xạ – photon và electron. Những nghiên cứu về dao động Brownian đã cung cấp phương tiện đầu tiên để đo kích thước của nguyên tử và thiết lập các cơ sở cho phép xoá tan những nghi ngờ về sự tồn tại của nguyên tử. Thông qua các nghiên cứu của mình về lý thuyết tương đối đặc biệt, tiến sĩ Einstein đã đưa ra các khái niệm về tương đương khối lượng – năng lượng trong hình thức của một phương trình đẹp đẽ: m = E/c2 hoặc E = mc2. Phương trình này tạo ra cơ sở để giải phóng lượng lớn năng lượng được lưu giữ trong các nguyên tử thông qua quá trình phân hạch hạt nhân. Việc khởi công xây dựng các lò phản ứng hạt nhân trong năm 1942 của Enrico Fermi tạo ra con đường cho việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình bằng cách sử dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ. Một thập kỷ trước phát kiến của Einstein, thế giới đã chứng kiến việc phá hiện tia X của giáo sư Roentgen, khám phá sự phóng xạ tự nhiên của giáo sư Henry Becquerrel và khám phá về các electron của giáo sư J.J. Thomson. Ba phát kiến này đã được công nhận là những sự kiện khởi nguồn đến vật lý hiện đại. Những hiện tượng phóng xạ tự nhiên, đặc biệt là với các khám phá về chế tạo hạt nhân phóng xạ nhân tạo, đã cung cấp một công cụ mạnh cho việc sử dụng các nguyên tử và phóng xạ với một loạt các ứng dụng hòa bình, đưa đến sự tiến bộ của nhân loại. Sơ lược các ứng dụng cơ bản trong các ngành công nghiệp, y tế, nông nghiệp và nghiên cứu sẽ được trình bày trong bài này.

 

2. NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA CÁC ỨNG DỤNG

 

Sự tương tác giữa phóng xạ với vật liệu được thử nghiệm để thu thập các thông tin là cơ sở trong quá trình đo lường cho các ứng dụng phóng xạ và đồng vị phóng xạ. Nguyên tắc cơ bản được minh hoạ trong hình 1.

- Nguồn bức xạ phát ra tia alpha, bêta, gam-ma và nơtron;

- Những quá trình tương tác có thể là sự hấp thụ, sự tán xạ, sự ion hóa hay phát bức xạ thứ cấp;

- Máy dò (detector): máy đếm GM, máy đếm nhấp nháy, buồng ion hóa hay đầu dò bán dẫn …

  

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý đo đạc ứng dụng bức xạ

Có ba dạng cơ bản khác nhau của những ứng dụng những đồng vị phóng xạ và bức xạ. Dạng đầu tiên phụ thuộc vào hiện thực ảnh hưởng của bức xạ đến vật chất. Thuộc tính này được sử dụng trong liệu pháp ung thư phóng xạ, khử trùng các sản phẩm y học, sự chiếu xạ thực phẩm, tăng liên kết chéo trong pôlime vân vân.

Những ứng dụng trong công nghiệp của chất đồng vị sử dụng những hiệu ứng của sự bức xạ trên vật liệu dẫn tới sự định giá những thuộc tính định tính và định lượng của vật chất. Hướng thứ ba của ứng dụng, như trong các hệ công nghiệp, thuỷ học hay sinh học được dựa vào nguyên lý vết. Mọi ứng dụng này đều yêu cầu những đồng vị phóng xạ hay nguồn bức xạ thích hợp.

 

3. SẢN PHẨM ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ VÀ NGUỒN PHÓNG XẠ

 

Một lượng phong phú các đồng vị phóng xạ được sản xuất trong những lò phản ứng hạt nhân. Cả nguồn Côban-60 phóng xạ, được sử dụng rộng rãi như nguồn bức xạ trong công nghiệp và trong phòng thí nghiệm, cũng được sản xuất trong những lò phản ứng năng lượng hạt nhân. Những đồng vị phóng xạ này tiếp tục được xử lý trong những phòng thí nghiệm/ô “nóng” với sự thông hơi và thiết bị bốc dỡ từ xa đặc biệt. Ngoài ra nhiều đồng vị phóng xạ hữu ích được tách ra từ những nhiên liệu đã cháy và tiếp tục xử lý (Bảng 1). 

Rất nhiều loại đồng vị khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp. Nổi bật nhất trong số đó là Iridium-192, Co-60, Tm-170, Cs-137, Se-77. Những đồng vị này đang được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn chụp ảnh công nghiệp. Trong số các đồng vị này iridium-192, Co-60, Tm-170 được sản xuất trong lò phản ứng hạt nhân  dựa trên phản ứng (n,γ). Trái lại Cs-137 được sản xuất từ tách cesium chloride từ các sản phẩm phân hạch, được hấp thụ và lưu giữ trong khối gốm. Các đồng vị phóng xạ được tiếp tục xử lý trong ô “nóng” để xác định đồng vị, đo lường hoạt độ và đóng viên. Ngoài các nguồn gamma nguồn beta và neutron cũng được sản xuất lượng lớn cho hạt nhân đánh dấu và cho các mục đích khác.

 

4. CÁC KỸ THUẬT BỨC XẠ

 

Nhiều dạng kỹ thuật đã được phát triển để thích hợp với các ứng dụng khác nhau. Một số ví dụ này được nêu lên trong phần này.

 

4.1 Chụp ảnh Gamma

Chất đồng vị phóng xạ phát tia gamma có những ứng dụng quan trọng trong chụp ảnh công nghiệp. Chụp ảnh phóng xạ là kỹ thuật mà nguồn kín đặt ngoài máy chụp ảnh (camera)/ máy chiếu (projector) phóng xạ. Có hơn 1000 loại camera chụp ảnh phóng xạ được sử dụng.

 

4.2 Buồng Gamma

Buồng gam-ma là một thiết bị linh hoạt cho những sự nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như sinh học phóng xạ, sự bảo quản chồi ghép cây, sự đột biến sinh sản, sự bảo quản thực phẩm, kỹ thuật vô sinh sâu bọ giống đực, hiệu ứng sinh học và gien di truyền, hóa học bức xạ, biến đổi và cải biến thuộc tính nguyên liệu. Buồng gam-ma cũng còn có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng nghiên cứu khác, khi có yêu cầu chiếu bức xạ vào vật liệu với những bức xạ ion hóa có liều thay đổi.

 

4.3 Đánh giá hạt nhân

Nói chung các nguồn đo mức được sử dụng trong quá trình đo lường công nghiệp. Phương pháp bao gồm hiều dạng cấu hình khác nhau của các nguồn, detector, vật liệu được kiểm tra tùy theo đặc điểm của bức xạ / vật liệu và loại chẩn đoán. Hàng chục đồng vị trong số khoảng 1000 đồng vị được sử dụng trong các thiết bị theo dõi hạt nhân. Sử dụng thường xuyên nhất là nguồn đồng vị: phát hạt alpha Po-210, Pu-239 và Am-241; phát hạt beta Kr-85, Sr-90, Pm-147 và Tl-204; phát gamma Co-60, Cs-137, Tm-170 và Am-241; phát neutron Ra-Be, Po-Be và Am-Be. Kỹ thuật này sử dụng thực tế là càng nhiều chất hơn giữa nguồn và detector, bức xạ thông qua càng ít. Bằng cách đo lường số lượng bức xạ vượt qua khối vật liệu mà có thể xác định được một số thông số.

 

5. CÁC ỨNG DỤNG

 

5.1 Trong công nghiệp

Hiện nay đồng vị phóng xạ đang được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp bao gồm cả luyện thép, hóa chất và tổng hợp hoá dầu, điện hạt nhân và nhiệt điện và các cơ sở kỹ thuật công nghiệp nặng. Dưới đây là một vài ví dụ.

 

Kiểm tra không phá huỷ mẫu (Non-destructive testing: NDT)

Ngày nay phương pháp chụp ảnh phóng xạ bằng cách sử dụng nguồn bức xạ gamma cobalt-60 và iridium-192 được sử dụng rộng rãi nhấẩttong số các phương pháp NDT bảo đảm chất lượng công trình.

 

Diệt trùng bằng phóng xạ

Bức xạ trị liệu là phương pháp ưa thích cho sự diệt trùng các sản phẩm và thiết bị y tế trên khắp thế giới. Sản phẩm bao gồm chỉ khâu, dụng cụ cho và truyền máu, dụng cụ tiêm, dụng cụ phẫu thuật và dao mổ và một số dược phẩm.

Bức xạ gamma và điện tử cũng có thể được sử dụng tiêu diệt các vi sinh gây bệnh trong bùn nước thải. Bùn sau xử lý như vậy là an toàn, hoặc được sử dụng vào môi trường hoặc sử dụng như là phân bón, thức ăn gia súc.

 

Thủy học và thủy lực học

Thủy lực học phóng xạ (isotope hydrology) đã nổi lên như là một môn khoa học riêng biệt và đã được minh chứng có giá trị trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước, điều rất quan trọng với nhiều quốc gia. Lò phản ứng sản xuất những chất đồng vị cũng như những chất đồng vị môi trường (cả phóng xạ lẫn bền) được sử dụng để khảo sát nguồn gốc của nguồn nước và những vấn đề xây dựng dân dụng. Chúng bao gồm những nghiên cứu về tái tạo nước bề mặt, sự xâm nhập nước biển vào tầng ngậm nước ven biển, sự thấm tạo rò rỉ trong các con đập và hệ thống kênh dẫn cũng như sự di chuyển lớp trầm tích dưới đáy biển của một lượng lớn các cảng biển và cảng trong nước và quốc tế.

 

Tìm chỗ hỏng bằng sử dụng vết phóng xạ (Trouble shooting using radiotracers)

Những đồng vị phóng xạ được sử dụng như những đồng vị đánh dấu là những công cụ duy nhất để chẩn đoán những vấn đề trong những quá trình sản xuất công nghiệp, từ sự dò tìm rò rỉ trong những ống dẫn chôn ngầm dưới đất đến sự đánh giá các chức năng hoạt động của những lò phản ứng hóa học. Gần như mọi nhà máy sản xuất thép sử dụng những đồng vị phóng xạ để theo dõi sản phẩm trong  những lò luyện sắt lót gạch chịu lửa. Thủy ngân phóng xạ thường được sử dụng để kiểm tra thủy ngân trong những nhà máy sản xuất sôđa ăn da.

 

Xử lý bức xạ (Radiation Processing)

Xử lý bức xạ công nghiệp đang mở rộng một cách nhanh chóng vùng sử dụng bức xạ năng lượng cao cho sự sản xuất các vật liệu công nghiệp mới và tốt hơn. Bức xạ năng lượng cao trong khi xuyên qua vật chất sẽ gây ion hóa và kích thích những phân tử. Sự xử lý bức xạ nhằm sử dụng một cách thành công  những biến đổi hóa – lý này để sinh ra những sản phẩm mới có những tính chất được cải tiến.

Về cơ bản, xử lý bức xạ công nghiệp bao gồm bắn phá các vật liệu bằng bức xạ năng lượng cao dưới những điều kiện được kiểm soát để đưa ra những thay đổi mong muốn trong vật liệu. Các nguồn gamma (Co-60 và Cs-137) và thiết bị dòng electron (electron beam: EB) dựa trên công nghệ cao được sử dụng rộng rãi trong xử lý bức xạ; hơn 50% của toàn bộ thiết bị y tế sử dụng một lần được khử trùng bằng bức xạ của Co-60 dựa trên thiết bị bức xạ. Hệ thống gồm băng tải mang trên đó sản phẩm được chuyển động với tốc độ chậm xung quanh nguồn và sản phẩm thông thường sẽ được chiếu bởi liều 25 kGy để diệt trùng dụng cụ y tế. Thiết bị EB được sử dụng trong xử lý polimer, chế biến, ghép nối phân tử hoá chất bằng bức xạ (radiation crosslinks) cho dây và cáp điện, nhuộm màu bằng bức xạ cho đá quý (ngọc). Bảo quản thực phẩm bằng xử lý bức xạ là một trong những công nghệ mới nổi bật lên hiện nay liên quan đến việc khử trùng diệt gien sinh sản của sản phẩm gia vị, hành, khoai tây, thịt cá.

Phát năng lượng từ những nguồn đồng vị phóng xạ

Máy phát nhiệt đồng vị (Radioisotopes Thermal Generators: RTG) được sử dụng ngày càng tăng trong những tàu vũ trụ, đèn hải đăng định vị từ xa, và những ứng dụng trong y học. Những nguồn thường được sử dụng là Sr-90 và Pu-238. Nhiệt được phát sinh bởi sự phân rã hạt nhân được chuyển thành điện năng bằng việc sử dụng những cặp nhiệt điện và nguồn điện cỡ vài hàng trăm oát có thể tạo bằng RTG có thiết kế thích hợp. Pu-238 được sử dụng rộng rãi như là một tế bào tim mạch để phát những xung điện điều chỉnh nhịp đập tim.

 

5.2 Trong Y học

Các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong y học đã dẫn tới sự phát triển nhánh mới của y học được gọi là “Y học hạt nhân”. Nhánh mới này dùng dược phẩm phóng xạ cho chẩn đoán những bệnh xác định, theo dõi và nhận diện sự phát triển và diễn tiến của chúng. Phương pháp này cũng tham gia điều trị những bệnh nhất định với sự sử dụng dược phẩm phóng xạ.

Trong chẩn đoán, hai dạng kỹ thuật được sử dụng rộng rãi, cụ thể là kỹ thuật trong-cơ thể (in-vivo) và trong-ống nghiệm (in-vitro). Đối với nghiên cứu in-vivo, một dược phẩm phóng xạ thực sự phân tán vào cơ thể của bệnh nhân trong khi đó trong kỹ thuật in-vitro không có dược phẩm phóng xạ nào phân tán vào cơ thể của bệnh nhân, và đánh giá tỉ mỉ số lượng các hoóc môn, thuốc và các chế phẩm sinh học hoà tan trong mẫu máu được thực hiện với giúp đỡ của các đồng vị phóng xạ trong phòng thí nghiệm. Kỹ thuật in-vivo bao gồm nghiên cứu cả hình ảnh và không – hình ảnh. Trong những nghiên cứu không – hình ảnh, động học và phân bố sinh học của dược phẩm phóng xạ phân tán trong cơ thể được nghiên cứu với sự giúp đỡ của các thiết bị hạt nhân thích hợp. Nghiên cứu hình ảnh với các hạt nhân phóng xạ là phần chính yếu của y học hạt nhân ngày nay.

 

Tạo ảnh hạt nhân phóng xạ (Radio Nuclide Imaging: RNI)

X-quang đã được sử dụng trong nhiều năm cho việc chụp các hình ảnh của các cơ quan nội tạng. Trong những năm gần đây, phương thức tạo hình ảnh mới, chủ yếu là phương pháp tái tạo hình ảnh cắt lớp bằng điện toán (computerized axial tomography: CAT), hình ảnh siêu âm và hình ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging: MRI) đã được đưa ra trong chẩn đoán y tế. Những phương pháp này, nhìn chung, cung cấp thông tin sinh động chi tiết của bộ khung và cấu trúc của các cơ quan được chụp ảnh, và chúng rất hữu ích trong chẩn đoán đáng tin cậy nhiều loại bệnh.

RNI theo sự so sánh thì rất hữu ích trong chức năng thu thập các thông tin về nhiều cơ quan thông tin cấu trúc làm cho kỹ thuật này trở nên là duy nhất và nhạy cảm trong chẩn đoán lâm sàng.

 

Ứng dụng lâm sàng

Tạo ảnh phóng xạ đang giữ một vai trò hữu ích ngày càng tăng trong thực hành lâm sàng thường ngày. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:

§         Sự đánh giá bệnh nhân với bệnh động mạch vành để quyết định giải phẫu và theo dõi sau giải phẫu.

§         Chẩn đoán sự quá áp gây ra do những vấn đề của thận.

§         Xác định sớm ung thư và di căn của nó tới những cơ quan khác.

§         Sự tắc nghẽn luồng máu tới phổi trong những bệnh nhân sau khi giải phẫu.

§         Xác định sự tắc nghẽn ống dẫn mật dẫn tới bệnh vàng da’ phẫu thuật’.

§         Đánh giá bướu tuyến giáp.

§         Chụp ảnh toàn bộ não để đánh giá bệnh động kinh và chứng loạn trí.

§         (Radionuclide hình ảnh là một sân chơi bổ ích tăng cường vai trò cách thường xuyên, thực hành lâm sàng.

Những ví dụ này chỉ minh họa và còn có nhiều phát triển mới, cả về thiết bị lẫn dược phẩm phóng xạ, mà chúng cung cấp thông tin chẩn đoán chính xác hơn dẫn tới bệnh nhân được điều trị tốt hơn.

 

Phân tích miễn dịch phóng xạ

Phân tích miễn dịch phóng xạ (Radio immunoassay: RIA), như tên gọi được đề nghị, là một kỹ thuật dựa trên các đo lường hoạt độ phóng xạ và phản ứng hoá học của hệ miễn dịch (immunochemical) giữa một hoóc môn và một kháng thể độc chống lại hoóc môn đó.

Một số ứng dụng lâm sàng quan trọng của RIA bao gồm:

§         Chẩn đoán về đithionit (hypo) và sự hoạt động quá mức của tuyến giáp bằng việc đánh giá mức hoóc môn tuyến giáp (T3, T4, TSH) trong máu.

§         Quản lý của những bệnh nhân đái đường bởi sự đánh giá insulin, kháng thể insulin và chuỗi C các axit amin.

§         Chẩn đoán nguyên nhân của sự vô sinh bằng RIA đối với các hooc môn sinh sản (FSH, LH, và prolactin).

§         Kiểm tra quá trình mang thai bằng đánh giá lượng  HCG bêta và HPL.

§         Ước lượng mức máu của những loại thuốc mạnh nhưng mà độc, như phenytoin, được dùng trong điều trị bệnh động kinh.

§         Xác định sớm ung thư bằng RIT qua những sinh kháng thể khối u như là sinh kháng thể phôi thai carcino. 

 

Ứng dụng chữa bệnh dược phẩm phóng xạ.

Dược phẩm phóng xạ cũng có thế sửdụng trong việc điều trị của một số bệnh. Sử dụng iodine-131 trong việc điều trị quá chức năng của tuyến  giáp (hyper thyrodism) là một ví dụ nổi bật của điều trị với đồng vị phóng xạ xâm nhập bên trong cơ thể. Việc điều trị là rất đơn giản và tránh được những chấn thương và sự phức tạp của cuộc giải phẫu. Iodine-131 cũng được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư tuyến giáp bằng cách tiêu diệt mô ung thư tuyến giáp còn dư sau khi phẫu thuật điều trị tuyến giáp, và bằng cách cho I-131 tập trung nơi di căn. Phophorus-32, đồng vị điều trị khác, được sử dụng cho việc chữa trị bệnh hiếm, được gọi là polycythemia Vera. Một số dược phẩm phóng xạ mới khác sử dụng trị liệu bệnh ung thư cũng được phát triển và chúng được dự kiến sẽ cung cấp công cụ mới trong việc điều trị các bệnh ung thư.

 

5.3 Trong Nông nghiệp

Các đồng vị phóng xạ và công nghệ bức xạ đang được sử dụng theo nhiều cách trong nông nghiệp để cung cấp những thông tin mà chúng có thể là không bảo đảm có được theo bất kỳ phương pháp nào khác:

§         Sử dụng phốt pho phóng xạ như nguyên tử đánh dấu đã cho phương pháp xác nhận loại phốt phát mà thỏa mãn một cách tốt nhất cho đất đai và cây trồng.

§         Cách bón phân phốt pho tốt nhất cho gốc cây, bón theo chiều sâu đất trồng và bón theo thời gian cho năng suất tốt hơn.

§         Sử dụng những nguyên tố đánh dấu trong phân bón dinh dưỡng, cơ chế của sự quang hợp, bảo vệ thực vật bao gồm hoạt động của thuốc trừ sâu, sự trao đổi chất trong cây, vân vân.

§         Sự biến đổi phóng xạ được sử dụng vô cùng rộng rãi trong nhiều quốc gia để nâng cao sản lượng, tạo các loại giống cây trồng có chất dinh dưỡng cao hơn, như các giống lạc, lúa, cây xanh v.v.

§         Xử lý bức xạ cà phê hạt bằng cách sử dụng electrons nhanh, nâng cao chất lượng sản phẩm.

Vâng, trong danh sách sẽ không bao giờ kết thúc!!.

 

5.4 Trong nghiên cứu

Để minh hoạ vầ những ứng dụng trong nghiên cứu của kỹ thuật hạt nhân, chúng tôi giới thiệu vài nét về nghiên cứu trên Microtron.

Microtron là một máy gia tốc nhằm cấp năng lượng để gia tốc cho các electron. Đó là một thiết bị cyclotron điện tử, trong đó electrons được gia tốc bằng điện trường RF thay đổi theo tần số không đổi trong một từ trường đồng nhất và không đổi. Các electron di chuyển trong quỹ đạo tròn, tất cả các quỹ đạo có cùng một đường tiếp tuyến chung tại trục của lỗ RF gia tốc. Sự đồng bộ chuyển động của electrons với trường RF gia tốc đạt được bằng cách làm cho chu kì của mỗi quỹ đạo kế tiếp lớn hơn so với quỹ đạo trước đó bằng cách lấy tổng bội số chu  kỳ của RF.

Microtron cũng được sử dụng như là một nguồn mạnh phát bức xạ hãm (bremsstrahlung) bằng cách bắn electrons nhanh vào bia có  Z cao được đặt ở phần cuối của kênh khai thác. Những electrons và bức xạ hãm năng lượng cao đang được sử dụng để thực hiện các nghiên cứu về quang phân hạch, quang phân tích kích hoạt, chiếu xạ các thiết bị bán dẫn, v.v. Microtron cũng được sử dụng như là một phương tiện nguồn neutrons bằng việc thiết lập một thiết bị chuyển đổi neutron ở cuối kênh khai thác và sử dụng phản ứng (γ, n) để sản xuất neutrons. Các neutrons nhiệt với thông lượng lên đến 107 n/cm2.sec thu được bằng cách sử dụng thiết bị chuyển đổi neutron chế tạo từ đĩa beryllium có độ dày khác nhau. Những neutrons được sử dụng để phân tích kích hoạt neutron cho các mẫu địa chất và môi trường, và cho thử nghiệm chụp ảnh neutron.

Để minh hoạ thêm, thảo luận đôi chút về chiếu xạ các thiết bị bán dẫn. Trong quá trình chiếu xạ, thời gian chiếu có thể được kiểm soát bởi liều bức xạ, mà liều bức xạ có thể được đo một cách chính xác bằng việc kiểm soát cường độ dòng điện tử trong thời gian chiếu xạ. Việc chiếu xạ là nguyên nhân làm giảm thời gian sống của các hạt dẫn thiểu số cũng như thời gian phục hồi ngược trong các thiết bị bán dẫn. Mức độ của sự giảm phụ thuộc vào dạng, năng lượng và thông lượng của bức xạ sử dụng. Việc chiếu xạ cũng sẽ làm tăng độ sụt điện áp tới, một tham số quan trọng trong các thiết bị cao dòng, cao áp. Độ sụt điện áp tới là một yếu tố quan trọng trong các thiết bị năng lượng cao, vì nó sẽ xác định sự tổn hao nhiệt lượng trong thiết bị trong suốt quá trình dẫn điện. Dòng rò là cao hơn trong trường hợp thiết bị kim loại được làm mát so với những thiết bị được chiếu xạ. Điều này chủ yếu là do có các mức sâu vàng hầu hết ở giữa vùng năng lượng cấm silic (0,55eV từ vùng dẫn). Trong thiết bị được chiếu xạ, dòng rò là thấp hơn do có các mức năng lượng tương ứng với các khuyết tật tạo ra gần với vùng dẫn hơn.

Tham số khác của những dụng cụ bán dẫn, giảm được do chiếu xạ, là chất mang phục hồi nghịch (Qrr). Đó là lượng chất mang vượt mức còn lại trong thiết bị thậm chí sau khi nó làm thay đổi trạng thái dẫn dẫn đến trạng thái khóa ngược. Khi một bán dẫn được chiếu xạ với bức xạ năng lượng cao, các khuyết tật hình thành sẽ đóng vai những trung tâm tái hợp và dẫn tới làm giảm hạt mang thừa.

Hầu hết ứng dụng của điôt năng lượng cao yêu cầu sự thay đổi điện áp tối thiểu thành sự sụt điện áp tới với sự thay đổi cực đại trong tích nạp phục hồi nghịch. Điều này có thể được đạt được bằng việc chiếu điôt bằng bức xạ năng lượng cao. Liều chính xác để làm giảm sự tích nạp phục hồi nghịch tới vùng mong muốn tại mức sụt điện áp tới thấp hơn có thể tìm ra được bằng cách chiếu xạ những điôt năng lượng với những liều khác nhau, mọi thiết bị cung cấp cho nghiên cứu này phải có cùng những đặc trưng ban đầu.

 

Khảo sát sinh vật học phóng xạ

Các thí nghiệm theo hệ thống được thực hiện để điều tra hiệu ứng bức xạ về đáp ứng những biến đổi sự sống và gene của các tế bào men và những sai lệch nhiễm sắc thể cũng như cảm ứng vi hạch của tế bào bạch huyết (lymphocytes) ngoại vi con người. Trong những nghiên cứu này nỗ lực được tập trung vào những nhân tố biến đổi vật lý và vật lý sinh học như là suất liều chiếu xạ và thời gian chiếu. Hai điểm cuối của di truyền học là sai lệch nhiễm sắc thể (chromosome aberration: CA) và cảm ứng vi hạch (micronucleus induction: MN) trong tế bào bạch huyết (lymphocytes) ngoại vi con người đã được nghiên cứu để tìm ra những ảnh hưởng của suất liều bức xạ electrons 6 MeV và gamma Co-60. Các kết quả được so sánh với phản ứng chiếu xạ chính xác bằng bức xạ Co-60. Các hiệu quả các sinh học tương đối (Relative Biological Effectiveness: RBE) tại các liều khác nhau được tính toán tham chiếu với việc chiếu xạ chính xác bức xạ gamma Co-60. Ba giống saccharomyces cerevisiae lưỡng bội với sự nhạy cảm phóng xạ và các đặc tính di truyền khác nhau được sử dụng cho việc nghiên cứu khả năng sống và biến đổi gene bằng cách sử dụng electrons năng lượng cao và bức xạ gamma Co-60. Các RBE đối với cảm ứng biến đổi gien ở những suất liều khác nhau đã được nghiên cứu tính toán bằng cách so sánh độ dốc của kết quả biến đổi gene với kết quả khi chiếu xạ bằng bức xạ gamma chính xác Co-60.

Một số kết quả thú vị thu được từ các nghiên cứu này. Ví dụ, với nghiên cứu sự sống sót với Saccharomyces cerevisiae X2180, D7 và rad52 cho thấy không có những thay đổi đáng kể trong phản ứng sự sống đối với suất liều chiếu xạ dòng electron cực kỳ cao. Tuy nhiên, sự gia tăng tần số biến đổi gene đã quan sát được với suất liều tăng trong phạm vi 106-108 Gy s-1. Điều này cho giả thiết rằng hàm lượng DNA rất nhỏ và sự phân bố của chúng trong các tổ chức này có thể là nguyên nhân làm tăng cường biến đổi gene.

 

6. KẾT LUẬN

 

Các ứng dụng của công nghệ bức xạ và đồng vị phóng xạ thật sự là không giới hạn. Ở đây chỉ cố gắng cung cấp khái quát các ứng dụng. Các ứng dụng của laser bức xạ trong y tế và các ngành công nghiệp chưa được trình bày ở đây.

Các ứng dụng của công nghệ bức xạ và đồng vị phóng xạ đã đóng góp vai trò quan trọng trong sự phát triển quốc gia. Việc thực hiện liên tục R&D sẽ tìm ra nhiều hơn các ứng dụng hứa hẹn. Rất nhiều ứng dụng thú vị của công nghệ bức xạ và đồng vị phóng xạ được dự kiến trong tương lai.

About these ads

Bình luận đã được đóng.