Luận văn Nghiên cứu chiếu xạ thanh long trên thiết bị gia tốc điện tử UERL-10-15S2

về thanh tẩy côn trùng, ký sinh, hoặc phải qua sự kiểm dịch để xuất khẩu. Cho đến năm 1984 trái cây và rau quả từ các vùng nhiễm côn trùng đã được hun khói bằng ethylene dibromide (EDB) để đáp ứng các yêu cầu kiểm dịch. Sau lệnh cấm sử dụng EDB, việc xử lý bằng cách chất hun khói khác đều mang đến hiệu quả kém hơn. Trong khi xử lý nhiệt và xử lý nguội đang có tiềm năng trong việc tiêu diệt côn trùng, chúng có thể làm suy giảm nghiêm trọng mùi vị và hình dạng của thực phẩm. Các sản phẩm chiếu xạ vì thế đã mở ra một hướng khả thi khác. Mức liều 250 Gy đáp ứng hiệu quả cho xử lý kiểm dịch trái cây, trong khi liều 500 Gy có thể kiểm soát tất cả các giai đoạn phát triển của ký sinh trùng. Rất nhiều loại trái cây cho phép xử lý với mức liều này rất an toàn (ví dụ thêm như đu đủ và xoài). Tuy nhiên, quả bơ lại đặc biệt nhạy cảm với bức xạ và có thể cải thiện khuyết tật của lớp vỏ và sự bạc màu của trái ở mức liều thấp khoảng từ 100 – 200 Gy. 1.6.2. Những ứng dụng của mức liều trung bình (1 – 10 kGy) 1.6.2.1. Kiểm soát ngộ độc thực phẩm do kí sinh trùng Thịt bò, thịt lợn, thịt gia cầm, trứng và các loại thực phẩm hàng ngày được ghi nhận là nguồn gốc chính của các bệnh ngộ độc thực phẩm. Nhân tố lây truyền nguy hiểm nhất là e.coli kiểm huyết thanh dạng O157H7, khuẩn que và sán dây nhiễm trong thịt bò, thịt lợn có thể lây nhiễm các loại vi khuẩn này, với sán dây và giun xoắn nhiễm trong thịt lợn, thịt gia cầm và trứng. Tác nhân gây bệnh cao hơn là vi khuẩn hình que và trùng huyết; các loại ký sinh trùng hiếu khí tiềm ẩn trong sữa, pho- mát, thủy sản và đặc biệt là các loại tôm cua, các vi khuẩn hình que thường lây nhiễm là Vibrio và Shigella. Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng này được kiểm soát rất tốt với liều chiếu xạ trong khoảng từ 1 – 3 kGy. Như đã trình bày ở trên, liều yêu cầu cực tiểu được áp dụng để bảo quản thực phẩm được xây dựng dựa trên bậc suy giảm cá thể trong quần thể và được thể hiện qua giá trị D10. Tuy nhiên, liều cực đại lại được xây dựng theo các quy định của chính phủ từng nước, hoặc được phát triển dựa trên các đặc điểm của độ nhạy cảm âm với bức xạ (chống chịu với bức xạ). Ví dụ thịt bò tươi chưa lọc mỡ và thịt lợn mỡ nhiều thì liều cực đại phải dưới 2,5 kGy để ngăn cản sự chảy mỡ. Đối với trứng dạng lỏng (trứng sống) và cả dạng khô (trứng chín) liều cho phép có thể hơn 3 kGy, nhưng với vỏ trứng liều 2 kGy cũng đã gây hư hỏng màng bao bọc lòng đỏ. Sữa có thể bị mất mùi ở dải liều thấp, nhưng với các loại pho-mát có thể cho phép chiếu xạ với liều 3 kGy. Hải sản với nồng độ chất béo thấp, ví dụ như cá bơn, thịt ghẹ và các loại sò có thể cho phép chiếu xạ trên 5 kGy mà không làm giảm phẩm chất. 1.6.2.2. Kéo dài thời hạn sử dụng Áp dụng cùng mức liều với mục tiêu kiểm soát ngộ độc thực phẩm còn có thể kéo dài thời hạn sử dụng của các sản phẩm thông qua việc giảm các vi sinh gây hư hỏng, các loại vi khuẩn, nấm mốc và các loại men. Ví dụ, với liều 2,5 kGy có thể kéo dài thời hạn sử dụng thịt gà, thịt lợn thêm vài tuần, thời hạn sử dụng của các loại cá ít mỡ là 3 – 4 ngày nếu không chiếu xạ, trong khi chiếu liều 5 kGy có thể kéo dài thêm vài tuần. Hơn nữa, thời hạn sử dụng của các loại pho-mát có thể được kéo dài thông qua việc khử nấm mốc bằng chiếu xạ liều thấp hơn 0,5 kGy. Cuối cùng, sự kéo dài thời hạn sử dụng cho các loại dâu tây, cà rốt, nấm, đu đủ, hành lá và các loại rau cải còn mở ra một tiềm năng đầy hứa hẹn của việc áp dụng dải liều vài kGy hoặc thấp hơn. 1.6.2.3. Chiếu xạ các loại gia vị Các loại cây xanh luôn chứa các thành phần dưỡng chất và các vi sinh vật được dẫn xuất từ đất, bụi và phân chim trong quá trình cây xanh hấp thụ. Trong quá trình sấy khô, các vi sinh vật có thể được phát triển lên đến 106 cá thể/gram thực phẩm. Khi sử dụng công nghệ sấy khô trong sản xuất hàng loạt các loại thực phẩm, nếu bỏ qua bước chiếu xạ các vi sinh vật sẽ làm hư hỏng thực phẩm hoặc nguy hiểm hơn là gây nên ngộ độc thực phẩm do nhiễm vi khuẩn. Do xử lý nhiệt ẩm không thích ứng với các sản phẩm sấy khô, các loại gia vị đã qua xử lý EtO để khử nhiễm côn trùng. Với EtO còn đang bị xem như chất gây ung thư, nên các nhà chế xuất thực phẩm đang quay sang xử lý bằng bức xạ ion hóa. Trên thực tế, chiếu xạ hàng gia vị đã được thương mại hóa ở một số quốc gia trong vài năm gần đây. Ở Hoa Kỳ, việc áp dụng chiếu xạ đã được chấp nhận ở mức liều không vượt quá 30 kGy. Tuy nhiên, mức liều từ 5 – 10 kGy cho kết quả thỏa đáng (tiêu diệt vi khuẩn, nấm mốc và côn trùng) không có tác động ngược về mặt hóa học và độ nhảy cảm bức xạ. 1.6.3. Khử trùng thục phẩm ở mức liều cao (> 10 kGy) Như đã trình bày ở các phần trước, một số thực phẩm như trái cây tươi, rau quả bị giảm phẩm chất khi chiếu xạ liều cao (> 10 kGy). Tuy nhiên, các thực phẩm khác bao gồm thịt gia súc, gia cầm, hải sản, chất lượng vẫn được duy trì tốt miễn là giữ được sự ngăn ngừa chắc chắn. Kết quả là chúng có thể cho hiệu quả khử trùng thực phẩm với mức liều trong khoảng từ 25 – 45 kGy. Để ngăn ngừa sự mất mùi do quá trình oxy hóa lipid, phải giảm nồng độ oxy bằng việc đóng gói chân không, và chiếu xạ phải giữ trong điều kiện nhiệt độ thấp (-20 đến -40 0C). CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ GIA TỐC ĐIỆN TỬ UERL 10-15S2 VÀ CODE MCNP 2.1. Sơ bộ về sử dụng máy gia tốc điện tử trong chiếu xạ [13] Biểu đồ đơn giản hóa của hệ thống nhà máy chiếu xạ được trình bày trong hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ đơn giản hóa của nhà máy chiếu xạ dựa trên hệ thống máy gia tốc Những yếu tố then chốt của nó gồm hệ thống máy gia tốc để phát tia năng lượng, hệ thống quét tạo sự bao phủ đồng nhất của tia lên sản phẩm và hệ thống chuyển tải sản phẩm đi qua chùm tia … được kiểm soát một cách chặt chẽ. Các thiết bị phụ gồm thiết bị chân không và các hệ làm mát, hệ che chắn… Để tránh bất kỳ hậu quả nào liên quan đến sự kích hoạt hạt nhân, động năng của điện tử do hệ thống máy gia tốc sinh ra được giới hạn theo quy định là 10 MeV đối với tia điện tử chiếu trực tiếp và 5 MeV ( hay 7,5 MeV ở Hoa Kỳ) đối với chiếu xạ gián tiếp ( bằng tia X bức xạ hãm). Vì khả năng xuyên sâu của chùm tia điện tử tỷ lệ với động năng và vì hiệu suất sinh tia X cũng tỷ lệ thuận với động năng nên người ta thiết kế vận hành hệ thống gia tốc ở gần với các giới hạn cho phép tối đa này. Chùm tia điện tử sinh ra bởi máy gia tốc vi sóng nói chung có bán kính nhỏ hơn nhiều so với kích thước vật lý của sản phẩm được chiếu xạ và do đó chùm tia cần phải được quét sau đó để những tia chiếu phủ đồng nhất lên toàn thể kiện hàng.Thao tác quét như thế thường được thực hiện bằng một bộ lái tia bằng từ trường biến hiên theo thời gian. Khi xử lý sản phẩm trực tiếp bằng tia điện tử, thì chùm tia đã gia tốc sẽ ra khỏi buồng chân không của máy gia tốc qua một cửa sổ lối ra (thường là một tấm titan mỏng ở cuối đầu quét (scan horn) sẽ chiếu thẳng lên sản phẩm. Sản phẩm được di chuyển qua chùm tia quét bằng hệ thống băng tải. Vì máy gia tốc (linac) và hệ thống quét thường vận hành ở những thông số cố định; cho nên một liều chiếu mong muốn nào đó sẽ đạt được bằng cách chọn một tốc độ thích hợp cho hệ thống băng tải. Sau đây ta sẽ nghiên cứu về nguyên lý cấu tạo và vận hành máy gia tốc. Sơ đồ khối của một máy gia tốc thẳng (linac) RF điện tử sóng đứng điển hình (một kiểu máy gia tốc vi sóng) được vẽ trên hình 2.2. Các điện tử được sinh ra trong một súng điện tử: chúng được phát xạ nhiệt từ một cathode nóng và được tạo thành một chùm tia nhờ các điện trường hội tụ đặt giữa các điện cực của súng. Cấu trúc gia tốc này bao gồm một hoặc nhiều các hốc (cavity) cộng hưởng điện từ ở các tần số vi sóng. Các điện trường dao động được thiết lập nên trong cấu trúc gia tốc này nhờ sự kết nối công suất vi sóng từ một đèn thích hợp như là klystron hoặc magnetron. Các điện trường dao động trong các hốc gia tốc này tạo ra một dòng điện tử đều đặn từ súng thành các bó trục và làm gia tốc các bó điện tử đến động năng mong muốn. Mạch tạo xung PFN gồm có các tụ điện và các cuộn cảm tách rời nhau, có tính chất đặc trưng của một mạch truyền điện tích. Đối với các thiết bị có công suất chùm tia trung bình lớn hơn 10 kW thì đèn vi sóng thông dụng nhất là một klystron; đối với hệ thống máy gia tốc có công suất trung bình thấp hơn thì thường dùng một đèn magnetron. 2.2. Phân bố chùm tia và liều bên trong vật chất chiếu xạ [1] Ta đã biết một trong những đặc trưng quan trọng đối với mọi quá trình công nghệ bức xạ là liều hấp thụ trong vật liệu chiếu. Với mỗi loại sản phẩm được xử lý trên máy chiếu xạ EB thường có một giới hạn liều cực tiểu Dmin để thu được hiệu ứng mong muốn và một giới hạn liều cực đại để tránh phá hỏng sản phẩm Dmax .Trị số liều hấp thụ mà phép xử lý EB cần phải thực hiện, mức độ đồng nhất của liều hấp thụ trong thể tích sản phẩm chiếu là quyết định hiệu năng và năng suất của quy trình công nghệ ấy. Bây giờ, ta xét trường hợp chiếu tia điện tử. 2.2.1. Hình dạng phân bố liều trong sản phẩm Ta đã biết, electron năng lượng cao xuyên qua vật chất mất dần năng lượng qua tương tác Coulomb với nguyên tử, electron của nguyên tử và hạt nhân. Hình 2.3 mô tả quá trình electron tương tác trong nước, electron sơ cấp sẽ ion hóa nguyên tử trên đường đi, sinh ra các electron thứ cấp…cho đến khi mất hết năng lượng và bị hấp thụ. Ngoài ra khi electron tương tác với hạt nhân qua tán xạ đàn hồi, sẽ xuất hiện tia X năng lượng cao hoặc phát bức xạ hãm. Hình 2.3 Vết chùm electron khi đi vào nước [5] Phân bố năng lượng electron 10 MeV để lại trong vật chất được thể hiện qua hình 2.4, trục tung của đồ thị là năng lượng của electron để lại trong vật chất, Wsp. Liều hấp thụ trong vật chất tại độ sâu d được tính bằng tích của năng lượng electron để lại trong vật chất với số hạt electron trong một đơn vị thể tích tại độ sâu đó: ( ) ( )spD d W x jt  (2.1) Với j: mật độ dòng (A/cm2); t: thời gian (s) Hình 2.4 Phân bố liều theo độ sâu trong nước với electron tới năng lượng 10MeV Phân bố năng lượng trên hình 2.4 được tính cho nước, =1 g/cm3. Ta có thể mở rộng cho các tỷ trọng  khác, nếu thay x bằng mật độ mặt Ad: dA x (2.2) Thông thường, đại lượng mật độ mặt Ad này được xem như thước đo độ dày với đơn vị g/cm 2. Phân bố liều electron trong nước với các năng lượng được mô tả trong hình 2.5. Đặc điểm phân bố liều của các năng lượng khác nhau đều có một đỉnh, sau đó liều giảm tuyến tính theo độ sâu, tuy nhiên không trực tiếp giảm về không. Khả năng xuyên sâu gần như tăng tuyến tính với năng lượng của chùm electron. Ngược lại, chiều cao của đỉnh lại tỷ lệ nghịch với năng lượng của electron vào. Hình 2.5 Phân bố liều trong vật chất với electron năng lượng khác nhau 2.2.2. Tỷ số max:min và hệ số sử dụng năng lượng Do năng lượng của electron để lại trong vật chất thay đổi theo độ sâu nên trong vật sẽ có vị trí nhận liều nhỏ nhất (Dmin) và có vị trí liều lớn nhất (Dmax). Tỷ số Dmin/Dmax là độ bất đồng đều (gọi tắt là tỷ số max:min). Một đặc trưng khác của độ mất năng lượng riêng của electron là hiệu suất sử dụng chùm tia electron, bằng tỷ số giữa phần năng lượng trong hình vuông giới hạn bởi Dmin trong hình 2.4 (chính là phần năng lượng cần thiết cho quá trình chiếu xạ), với phần năng lượng mà chùm electron để lại trong vật chất (giới hạn bởi đường cong liều). 2.2.2.1.Trường hợp chiếu xạ một mặt Trở lại hình 2.4 cho trường hợp electron đơn năng 10 MeV, năng lượng mà electron để lại tại bề mặt sản phẩm tính bằng code TIGER là 1,84 MeVg/cm2, tăng đến 2,48 MeVg/cm2 tại độ sâu 2,75 g/cm2. Từ kết quả tính bằng code TIGER, phân bố năng lượng trong sản phẩm được mô tả bởi hàm: Wsp(MeVg/cm 2) = 1,84+0,25d , 0 < d <2,5 = 2,48exp(-0,27d-2,75|2,7), 2,5 <d <6,5 (2.3) Tích phân toàn phần hàm khớp (2.3) sẽ nhận được tổng năng lượng hấp thụ là 9,61 MeV/electron (phần năng lượng còn lại được xem như mất mát trong cửa sổ Titan dày 3 mm qua việc phát bức xạ hãm) Nếu xem như toàn sản phẩm chiếu xạ cần nhận được một liều cực tiểu như nhau, thì phần liều sai lệch liều tại các điểm khác có giá trị cao hơn là phần không cần thiết. Từ đó hiệu suất sử dụng chùm electron trong trường hợp chiếu xạ một mặt được định nghĩa: max/u d d  Với dmax là chiều dày lớn nhất của vật liệu để có thể đạt liều gần giá trị liều yêu cầu, được cho bởi công thức: max min/( )d E W  (2.5) Thông thường liều cực tiểu sẽ đạt được tại bề mặt của sản phẩm mỏng và tại đáy (dr) đối với sản phẩm dày nên: Wmin = min[W(0),W(dr)]. Giả sử hàng chiếu xạ không được bao bọc, từ phân bố liều trong hình 2.4, tỷ số max:min và hiệu suất sử dụng trường hợp chiếu một mặt cho vật chất là nước (=1 g/cm3) được thể hiện trong hình (2.6). Liều chiếu xạ tăng từ bề mặt sản phẩm cho đến độ sâu 2,75 g/cm2, tỷ số max:min cũng tăng tương ứng đạt đến giá trị 1,35, sau đó tỷ số max:min không thay đổi cho đến khi chiều dày sản phẩm vượt quá 3,8 g/cm2. Khi chiều dày sản phẩm quá 3,8 g/cm2, liều cực tiểu trong sản phẩm giảm dưới W(0), tỷ số max:min tăng nhanh khi chiều dày sản phẩm tăng. Hiệu suất sử dụng chùm electron tăng tuyến tính theo chiều dày sản phẩm cho đến giá trị cực đại với chiều dày 3,8 g/cm2, sau đó Wmin giảm nhanh (hình 2.4) kéo theo đường cong hiệu suất giảm theo. Hiệu suất sử dụng cực đại trong trường hợp này đạt 70 %. Hình 2.6 Hiệu suất sử dụng và tỷ số max:min, chiếu xạ một mặt, electron 10 MeV Trong trường hợp chiếu xạ một mặt, hiệu suất sử dụng cao nhất nếu sản phẩm có chiều dày d thỏa mãn D(d) = Dsuf. Với các giá trị khác nhau của năng lượng electron vào cho thấy, chiều dày tối ưu gần như tỷ lệ tuyến tính với năng lượng: dopt-nước = 0,4E(MeV) - 0,2 Với các vật liệu có tỷ trọng  khác chiều dày tối ưu dopt được như sau: dopt-vật liệu = dopt-nước / 2.2.2.2.Trường hợp chiếu xạ hai mặt Với sản phầm được chiếu xạ hai mặt với cùng một chùm electron như nhau thì phân bố liều hấp thụ trong sản phẩm được tính theo công thức ( , ) ( ) ( )tW x T W x W T x      (2.7) Với T là chiều dày sản phẩm chiếu xạ, x là độ sâu sản phẩm xác định từ một mặt cố định, W(x) liều tương ứng với trường hợp chiếu một mặt. Như vậy, trong trường hợp chiếu hai mặt, phân bố liều gần như đối xứng với mặt phẳng giữa của sản phẩm. Phân bố suất liều trong sản phẩm chiếu xạ bởi chùm electron 10 MeV với các độ dày khác nhau được mô tả trong hình 2.7. Tỷ số max:min trường hợp chiếu xạ hai mặt được thể hiện trong hình 2.8, cho thấy chiếu xạ hai mặt của sản phẩm giải quyết được các sản phẩm có độ dày lớn hơn 3,8 g/cm2, và đặc biệt tốt ở vùng nhỏ hơn 3,5 g/cm2 và từ 8-9 g/cm2. Hình 2.7 Phân bố liều trong trường hợp chiếu hai mặt bằng electron năng lượng 10 MeV với sản phẩm có độ dày: (a) 8,64 cm, max:min=1,73 ; (b) 9,12 cm, max:min=1,5 và (c) 9,6 cm, max:min=2,6 Hiệu suất sử dụng cực đại 0,64 tại chiều dày 3,8 g/cm2 và 0,79 tại chiều dày 8,6 g/cm2, tỷ số max:min tương ứng 1,35. Với các sản phẩm yêu cầu tỷ số max:min nhỏ, cần được giới hạn chiều dày dưới 3 g/cm2, khi đó hiệu suất đạt 60%. Hình 2.8 Hiệu suất sử dụng và tỷ số max:min, chiếu xạ hai mặt, electron 10 MeV Trường hợp chiếu xạ hai mặt, hiệu suất sử dụng chùm tia được tính bằng: max/u T d  (2.8) Với max min2 /( )d E W  (2.9) trong đó hệ số 2 suất hiện là do sản phẩm được chiếu hai lần. Tương tự trường hợp chiếu một mặt, chiều dày tối ưu trong trường hợp chiếu hai mặt cũng tỷ lệ tuyến tính với động năng vào của electron: dopt(g/cm 2) = 0,9E(MeV) – 0,4 (2.10) Với các vật liệu có tỷ trọng  khác, chiều dày tối ưu dopt được như sau: dopt-vật liệu = dopt-nước / 2.3. Thiết bị gia tốc điện tử UERL 10-15S2 [8] 2.3.1. Giới thiệu máy gia tốc UERL-10-15S2 Máy gia tốc electron tuyến tính UERL-10-15S2 lắp đặt tại Vinagamma thuộc loại Linac được cung cấp bởi CORAD Service Co.Ltd. Máy gia tốc UERL-10-15S2 là một hệ thống bao gồm: hệ thống che chắn bức xạ, hệ thống gia tốc, hệ băng chuyền, nguồn cao thế...; thiết bị chiếu xạ có công suất 15kW, gia tốc chùm electron đạt năng lượng 10 MeV. UERL-10-15S2 sử dụng ống gia tốc cộng hưởng để gia tốc electron bằng sóng cao tần cung cấp bởi klystron. Để đáp ứng nhu cầu chiếu xạ, máy có thiết kế đặc biệt gồm 2 đầu phát đối diện nhau cho phép đồng thời chiếu xạ sản phẩm trên cả hai mặt. Ống gia tốc và đầu quét của khối gia tốc được đưa ra trong hình 2.9 2.3.2 Các thành phần chính của máy gia tốc UERL-10-15S2 Các thành phần chính của máy gia tốc bao gồm:  Khối che chắn bức xạ  Ống gia tốc  Hệ thống quét chùm tia  Klystron  Hệ thống điều khiển  Các bảng điện  Hệ băng chuyền Trong đó, khối chiếu xạ (1), klystron (10) và hai hệ thống làm lạnh được đặt trong khối che chắn phóng xạ ở tầng 1. Thiết bị tạo xung cho klystron (7) được đặt ngoài khối che phóng xạ và nối với klystron bằng 4 sợi cáp. Bầu đựng khí SF6 để bơm vào hệ thống dẫn sóng (8), bơm nước tản nhiệt (9) và hệ thống làm lạnh tuần hoàn bên ngoài (15) cũng được đặt tại tầng 1 (Hình 2.10). Các thiết bị khác của máy gia tốc được đặt tại phòng điều khiển tại tầng trệt bao gồm: khối nguồn (4), khối điều khiển (5), tổng đài chính (3) và hệ thống điều khiển băng chuyền (2) (Hình 2.11). Các thông số chính của thiết bị được đưa ra trong các bảng 2.1 Bảng 2.1 Các thông số cơ bản của máy gia tốc UERL-10-15S2 Thông số Giá trị Năng lượng cực đại của điện tử, MeV 10 Dải năng lượng của điện tử, MeV 910 Công suất trung bình của chùm tia, kW 15 Ngưỡng tần số, Hz 50400 Khoảng thời gian dao động của chùm điện tử, s 1620 Độ dài quét cực đại, mm 600 Công suất nguồn, KVA 120 Bảng 2.2 Các thiết bị chính của máy gia tốc UERL-10-15S2 Thiết bị Kích thước (mm) (dài x rộng x cao) Khối lượng (kg) Máy chiếu xạ nối với hệ thống dòng ra 4550x50 x2040 3800 Khối klystron với một biến thế xung cao thế 860x650x1300 730 Phần cứng bộ điều biến của klystron 1450x600x2300 600 Hệ thống làm lạnh tuần hoàn nội 1200x600x1900 300 Khối nguồn điện số 1 600 x 600 x 1900 250 Khối nguồn điện số 2 800 x 600 x 1900 200 Khối điều khiển 800 x 400 x 1900 160 Bảng mạch điện cung cấp chính 1000 x 300 x 1000 40 Bảng điện cung cấp cho phòng điều khiển và hệ thống băng chuyền 600 x 200 x 600 25 Giá đỡ bơm chân không 540 x 170 x 240 35 Bảng 2.3 Các thông số chính của băng chuyền Thông số Giá trị Chiều rộng cực đại thùng hàng (mm) 600 Chiều cao cực đại thùng hàng (mm) 300 Chiều dài cực đại của thùng hàng (mm) 500 Khối lượng cực đại của thùng hàng (kg) 25 Vận tốc của băng chuyền ngay dưới chùm tia có thể điều chỉnh liên tục trong khoảng (m/phút) 0.3-10 Độ ổn định của vận tốc băng chuyền (%) +/- 2,5 Công suất điện yêu cầu (KVA) 23 2.4. Code MCNP [10] MCNP là phần mềm ứng dụng phương pháp Monte Carlo để mô phỏng các quá trình vật lý hạt nhân đối với nơtron, photon và electron mang tính chất thống kê (các quá trình phân rã hạt nhân, tương tác giữa hạt nhân với vật chất, tính thông lượng photon, tính thông lượng electron…). MCNP sử dụng các thư viện số liệu hạt nhân của các quá trình tính toán, gieo số ngẫu nhiên tuân theo các qui luật phân bố, ghi lại sự kiện lịch sử của một hạt phát ra từ nguồn đến hết thời gian sống của nó. Sự phức tạp của tương tác photon cũng được xử lý trong chương trình MCNP. Chương trình điều khiển các quá trình này bằng cách gieo số theo qui luật thống kê cho trước và mô phỏng được thực hiện trên máy tính vì số lần thử cần thiết thường rất lớn. Độ chính xác của kết quả càng cao nếu ta gieo càng nhiều biến ngẫu nhiên. Chương trình có nhiều ứng dụng như: thiết kế lò phản ứng, an toàn tới hạn, che chắn và bảo vệ, phân tích và thiết kế đầu dò, vật lý trị liệu, nghiên cứu khí quyển, nhiệt phát quang do phóng xạ, chụp ảnh bằng phóng xạ… Là một ngôn ngữ lập trình MCNP đòi hỏi người sử dụng phải xây dựng một chương trình chuẩn về cú pháp. Để viết một chương trình có thể chạy và cho kết quả tốt ta phải cung cấp đầu đủ những thành phần chuẩn và lựa chọn chính xác những phép tính. 2.4.1 Dữ liệu hạt nhân Các bảng dữ liệu hạt nhân là những phần không thể thiếu trong MCNP. Ngoài việc sử dụng các bảng dữ liệu có sẵn trong MCNP, người dùng còn có thể sử dụng các dữ liệu được tái tạo từ các dữ liệu gốc bên ngoài thông qua một chương trình chuyển đổi chẳng hạn như NJOY hay là các dữ liệu mới được đưa vào trong MCNP bởi chính bản thân người dùng. Nguồn các số liệu hạt nhân có sẵn trong MCNP được lấy từ chương trình hồ sơ số liệu hạt nhân ENDF (Evaluated Nuclear Data File), thư viện ENDL (Evaluated Nuclear Data Library) và thư viện ACTL (Activation Library) của các phòng thí nghiệm hạt nhân ở Mỹ Livermore và Los Alamos. Các bảng số liệu hạt nhân bao gồm: Tương tác hạt nhân, tương tác photon được tạo ra do neutron, tương tác neutron, phép đo liều hay kích hoạt neutron và tán xạ nhiệt S ( , )  . Các bảng số liệu dùng cho chương trình MCNP được liệt kê trong file XSDIR. Người sử dụng có thể chọn các bảng cụ thể nhờ vào số nhận dạng chúng ZAIDS. Các số nhận dạng bao gồm điện tích Z, số khối A và chỉ số của thư viện ID. Các dữ liệu hạt nhân được đưa vào trong MCNP qua phần khai báo ở thẻ vật liệu (material card). 2.4.2 Đánh giá sai số Kết quả đưa ra ngoài giá trị cần tính toán còn có sai số tương đối R. R được định nghĩa là tỷ số giữa thăng giáng chuẩn và giá trị trung bình. R = x S X Với một kết quả tốt thì R tỷ lệ với 1 N , với N là số lịch sử đã định. Như vậy muốn giảm R ta phải tăng N. Sai số tương đối R được dùng để xác định khoảng tin cậy của trị trung bình. Theo định lý giới hạn trung tâm khi N thì có 68% cơ hội giá trị thật nằm trong khoảng (1 )x R và 95% cơ hội giá trị thật nằm trong khoảng (1 2 )x R .Tuy nhiên đây là độ chính xác của bản thân phương pháp Monte-Carlo chứ không phải là độ chính xác của kết quả mô phỏng so với kết quả thực nghiệm. Đối với phương pháp Monte-Carlo có ba yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả so với giá trị thực đó là chương trình tính, mô hình bài toán và người sử dụng. Các yếu tố trong chương trình gồm: Các đặc trưng vật lý trong tính toán, các mô hình toán học, tính chính xác của các số liệu sử dụng như tiết diện phản ứng, số Avogdro…Chất lượng của việc mô tả các tiết diện vi phân theo năng lượng, theo góc. Mô hình bài toán có ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác của kết quả. Nhiều bài toán cho kết quả xấu là do mô hình bài toán chưa tốt, không mô tả đầy đủ. Hai yếu tố của mô hình bài toán ảnh hưởng đến kết quả bài toán là: Những mô tả hình học và những đặc trưng vật lý của vật liệu có trong bài toán. Yếu tố con người ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả có thể là lỗi trong khi đưa số liệu, lỗi trong các chương trình con…Nhiều trường hợp quá lạm dụng các kỹ thuật giảm sai số nên đã gây ra những thiếu hụt về đóng gói vào kết quả. Người sử dụng cần hiểu rõ chương trình để không tạo nên những đóng góp về sai số mà lẽ ra tránh được. Bảng 2.4 Ý nghĩa của giá trị thực R Giá trị R Đặc trưng của giá trị 0,5 – 1,0 Không có ý nghĩa 0,2 – 0,5 Có ý nghĩa chút ít 0,1 – 0,2 Còn nghi ngờ <0,1 Có thể tin cậy <0,2 Có thể tin cậy đối với đầu dò điểm Để thông báo cho người sử dụng biết chất lượng bài toán, chương trình MCNP đưa ra chỉ số chất lượng FOM được định nghĩa: FOM = 2 1 R T Trong đó T là thời gian tính Hiệu suất tính càng lớn nếu FOM càng lớn. 2R tỉ lệ với 1/ N , T tỉ lệ với N, do đó FOM gần như không đổi. Như vậy một kết quả tốt nếu FOM gần như hằng số. 2.4.3 Giảm sai số Như đã nói ở trên sai số R tỉ lệ với 1 N , mà N tỉ lệ với thời gian tính T. Do vậy có thể viết R = C T với C là hằng số dương. Vậy có hai cách để làm giảm sai số:  Một là tăng T  Hai là giảm C Trong thực tế thời gian T là hạn chế và phụ thuộc vào khả năng của máy tính. Do đó MCNP lựa chọn cách thứ hai. Hằng số C phụ thuộc vào cách lấy mẫu và lựa chọn kết quả truy xuất Có bốn công cụ giảm sai số: Phương pháp cắt cụt là phương pháp đơn giản nhất nhằm tăng tốc độ tính toán. Bao gồm: Cắt không gian, cắt năng lượng và cắt thời gian. Phương pháp kiểm soát mật độ sử dụng kỹ thuật tách để kiểm soát số mẫu lấy trong các miền khác nhau của không gian pha. Lấy nhiều mẫu có trọng số thấp trong miền quan trọng, trong khi đó chỉ lấy ít mẫu có trong số cao trong miền không quan trọng. Việc điều chỉnh trọng số cần thực hiện tốt để không làm thay đổi nghiệm bài toán. Phương pháp lấy mẫu có sửa đổi là phương pháp có thay đổi cách lấy mẫu nhằm tăng thêm sự chính xác của kết quả. Các phương pháp lấy mẫu có sửa đổi bao gồm: Phép biến đổi theo hàm mũ, bắt hạt dạng ẩn, va chạm bắt buộc, dịch chuyển thông số nguồn và dịch chuyển quá trình tạo photon. Phương pháp tất định từng phần là phương pháp phức tạp nhất. Bằng phương p