Tài liệu Các thiết bị chiếu xạ gamma ứng dụng trong xử lý bằng bức xạ

ho bằng với yêu cầu. Một thiết bị chiếu xạ không đ−ợc cấp phép khi hoạt độ phóng xạ của nguồn lớn hơn công suất đ−ợc thiết kế bởi vì nó đã đ−ợc thiết kế cho công suất đã định, đặc biệt là phải đáp ứng các yêu cầu về che chắn phóng xạ. Bảng II chỉ ra phân bố công suất thiết kế và hoạt độ phóng xạ đ−ợc lắp đặt hiện nay của 165 thiết bị chiếu xạ gamma th−ơng mại, mà chúng đáp ứng đ−ợc các yêu cầu nói trên [10,11]. Suất liều trong sản phẩm chiếu xạ có liên quan trực tiếp đến hoạt độ phóng xạ của nguồn đ−ợc lắp đặt. Kiểm soát liều hấp thụ đ−ợc chỉ định bằng cách điều chỉnh thời gian chiếu xạ hoặc tốc độ hệ băng tải. Chỉ cần sự suy giảm của hoạt độ nguồn phóng xạ do sự phân rã phóng xạ; nếu không đ−ợc xem xét thì nó có thể ảnh h−ởng rất lớn đến hoạt động của thiết bị - cả về tài chính cũng nh− là kế hoạt hoạt động của đơn vị. Hoạt độ của một nguồn cobalt-60 hàng năm giảm khoảng 12%. Do vậy, nhà vận hành thiết bị chiếu xạ cần bù bắp cho l−ợng hoạt độ bị mất đi này (nó làm giảm cả suất liều) bằng việc tăng thêm thời gian chiếu xạ khoảng 1% mỗi tháng để sản phẩm nhận đ−ợc đủ liều yều cầu. Thông th−ờng thời gian chiếu xạ trở nên dài hơn, không đáp ứng đ−ợc trong thực tế (làm giảm công suất xử lý sản phẩm), cho nên yêu cầu đ−ợc đặt ra là cần nạp thêm các bút chì cobalt-60 vào bảng nguồn (bổ sung nguồn) sau những khoảng thời gian nhất định, điều này phụ thuộc vào các yêu cầu xử lý sản phẩm. Hiện nay, thông th−ờng đối với các thiết bị chiếu xạ th−ơng mại thì năng l−ợng hiệu dụng phát ra từ nguồn phóng xạ mà sản phẩm hấp thụ đ−ợc là 30%. Do đó, một thiết bị chiếu xạ với hoạt độ nguồn cobalt-60 là 1 MCi (1 triệu Ci) thì sẽ xử lý đ−ợc 4 tấn (Mg) sản phẩm mỗi giờ với liều cực tiểu là 4 kGy (th−ờng đối với chiếu xạ thực phẩm). Nếu liều yêu cầu là 25 kGy (áp dụng cho khử trùng các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ), thì công suất xử lý sẽ giảm chỉ còn 0.65 tấn một giờ. liều xử lý và liều chỉ định Liều xử lý là liều cần thiết để đạt đ−ợc hiệu ứng mong muốn đối với sản phẩm, nó đ−ợc xác định thông qua nghiên cứu về bức xạ, nó liên quan đến việc xác định mối quan hệ liều-hiệu ứng của sản phẩm/hiệu ứng trong các ứng dụng khử trùng các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ hoặc làm giảm số l−ợng vi khuẩn gây độc trong thịt gà. Nhìn chung, kết quả của việc nghiên cứu nói trên là tìm hiểu về hai loại giới hạn về liều: giới hạn liều thấp với liều cực tiểu đ−ợc yêu cầu để đạt đ−ợc hiệu ứng mong muốn trong sản phẩm, và giới hạn liều cao đ−ợc xác định nhằm đảm bảo rằng bức xạ sẽ không ảnh h−ởng đến chất l−ợng sản phẩm (chẳng hạn nh−: các thành phần nhựa trong các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ có thể trở nên bị giòn-gãy, hoặc các loại gia vị có thể bị mất đi h−ơng vị). Bảng II. Phân bố công suất thiết kế và hoạt độ của các nguồn phóng xạ đ−ợc lắp đặt theo vùng l∙nh thổ đối với 165 thiết bị chiếu xạ gamma th−ơng mại Hoạt độ của nguồn cobalt-60 (kCi) Trên toàn Châu phi Đông á và Châu âu Châu Mỹ la Nam mỹ Tây á thế giới thái bình d−ơng tinh Công suất thiết kế Không sử dụng* 15-500 500-100 >1000 28 47 37 53 3 1 0 1 9 41 23 13 12 2 9 8 0 2 3 4 1 1 0 27 3 0 2 0 Hoạt độ hiên tại Không sử dụng* 15-500 500-100 >1000 70 53 14 28 0 4 1 0 44 28 5 9 11 12 3 5 1 4 3 1 14 1 1 13 0 4 1 0 (*): - Thông tin không chính thức, - Không sử dụng để chiếu xạ th−ơng mại. Thông th−ờng, mỗi sản phẩm/quá trình cần quan tâm đến hai giới hạn về liều nói trên, và các giá trị này xác đinh khả năng có thể chấp nhận dải liều để sao cho tất cả các phần của sản phẩm sẽ nhận đ−ợc liều trong dải đó. Các giá trị giới hạn về liều này, đặc biệt đối với các sản phẩm thông th−ờng nh− thực phẩm và các sản phẩm chăm sóc sức khoẻ phải đ−ợc quy định bởi các cơ quan có thẩm quyền của quốc gia. Tỷ số giữa giới hạn liều cực đại và giới hạn liều cực tiểu có thể đ−ợc xem nh− tỷ số giới hạn liều. Trong quá trình xử lý chiếu xạ, các bức xạ gamma t−ơng tác với sản phẩm thông qua một số loại t−ơng tác nguyên tử, chẳng hạn nh− tán xạ Compton, hiệu ứng quang điện và quá trình tạo cặp [12]. Thông qua các loại t−ơng tác này và kết quả là nó sẽ truyền năng l−ợng cho sản phẩm, do đó sản phẩm nhận đ−ợc liều bức xạ. c−ờng độ bức xạ bị giảm khi xuyên qua sản phẩm, dẫn đến việc giảm liều theo bề dày của sản phẩm. Hình 7. Phân bố liều-chiều sâu trong một thùng sản phẩm đ−ợc chiếu xạ từ hai mặt bằng nguồn cobalt-60. Đ−ờng cong ‘a’ minh hoạ phân bố liều-chiều sâu khi sản phẩm chỉ đ−ợc chiếu xạ từ một mặt (nguồn ở vị trí ‘a’). t−ơng tự, khi nguồn ở vị ttrí ‘b’, phân bố liều- chiều sâu đ−ợc minh hoạ bởi đ−ờng cong ‘b’. Do vậy, tổng liều chiếu xạ từ hai mặt của thùng sản phẩm đ−ợc thể hiện bằng đ−ờng cong ‘a+b’. Chú ý rằng liều tổng cộng này là đồng đều hơn so với tr−ờng hợp chỉ chiếu xạ từ một mặt của thùng sản phẩm (đ−ờng cong ‘a’ hoặc ‘b’). Điều này đ−ợc xem nh− phân bố liều-chiều sâu (xem hình 7, đ−ờng cong a hoặc b). Tốc độ suy giảm liều phụ thuộc vào thành phần và mật độ của sản phẩm, cũng nh− là năng l−ợng của bức xạ gamma. Bên cạnh đó, sự thay đổi của liều theo chiều sâu cũng tạo nên sự khác biệt về liều theo các mặt bên. Sự thay đổi về liều này phụ thuộc vào cấu hình chiếu xạ. Cả hai sự thay đổi về liều đó gây nên sự không đồng đều về liều đ−ợc chỉ định đối với sản phẩm. Sự chênh lệch về liều trong sản phẩm đ−ợc chiếu xạ là không thể tránh khỏi đ−ợc. Một ph−ơng pháp đ−ợc chấp nhận để miêu tả sự không đồng liều này là khái niệm tỷ số đồng liều (DUR), nó là tỷ số giữa giá trị liều cực đại và liều cực tiểu trong một thùng sản phẩm. Tỷ số này tăng theo mật độ của sản phẩm và kích th−ớc của thùng sản phẩm (xem hình 8). Hệ số đồng liều (DUR) Hình 8. Sự phụ thuộc của hệ số đồng liều (DUR) vào mật độ sản phẩm đối với hai cấu hình của thiết bị chiếu xạ (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada). Tỷ số này có thể tiệm cận đến sự đồng nhất (ví dụ, nhỏ hơn 1.05) đối với các mẫu nghiên cứu bức xạ, khi mà mục đích nghiên cứu nhằm xác định mối t−ơng quan giữa hiệu ứng bức xạ và liều hấp thụ trong mẫu. Nhìn chung, điều này có thể đạt đ−ợc bằng cách giảm kích th−ớc của mẫu. Đối với chiếu xạ công nghiệp thì không thể đạt đ−ợc hệ số đồng liều nh− vậy vì các lý do kinh tế. Một thùng sản phẩm th−ờng có kích th−ớc là 60 cm x 50 cm x 150 cm, và một số thiết bị chiếu xạ đ−ợc thiết kế để chiếu xạ cả giá sản phẩm có kích th−ớc 120cm x 100 cm x 150 cm. Hệ số đồng liều sẽ trở nên có ý nghĩa hơn sự đồng nhất trong các thùng sản phẩm lớn đó. Tuy nhiên, may mắn là vấn đề quan trọng nhất trong các ứng dụng là tồn tại một dải liều rộng mà có thể đ−ợc chấp nhận để đạt đ−ợc hiệu ứng mong muốn mà không ảnh h−ởng xấu đến chất l−ợng sản phẩm. Ví dụ nh−, tỷ số giới hạn liều trong khoảng 1.5 đến 3 áp dụng cho nhiều ứng dụng, đôi khi có thể lớn hơn phụ thuộc vào sản phẩm và quá trình chiếu xạ. Do đó, nguyên tắc h−ớng dẫn là: Hệ số đồng liều đo đ−ợc phải nhỏ hơn hệ số giới hạn liều đ−ợc quy định cho ứng dụng đó. Có hai cách để giảm hệ số đồng liều trong thùng sản phẩm (tức là làm cho liều hấp thụ trong sản phẩm trở nên đồng đều hơn). Sự thay đổi liều theo chiều sâu của sản phẩm đ−ợc giảm dễ dàng bằng cách chiếu xạ từ nhiều hơn một mặt của thùng sản phẩm (nh− đ−ợc minh hoạ trong hình 7). Điều này có thể thực hiện đ−ợc bằng việc quay thùng sản phẩm trong quá trình chiếu xạ hoặc thùng sản phẩm chuyển động xung quanh nguồn phóng xạ. Tất cả các thiết bị chiếu xạ áp dụng một trong hai ph−ơng thức này nhằm mục đích giảm hệ số đồng liều. Cũng có một số ph−ơng pháp để giảm sự thay đổi về liều tại các vị trí trên mặt bên cạnh của thùng sản phẩm, đó là bố trí các bút chì nguồn có hoạt độ cao hơn gần hai bên của bảng nguồn (làm giãn rộng vùng hoạt của nguồn), và sắp xếp các thùng sản phẩm sao cho cân đối với nguồn phóng xạ (nguồn lấn qua sản phẩm hoặc ng−ợc lại). Các thiết bị chiếu xạ khác áp dụng nhiều ph−ơng pháp khác nhau để gia tăng sự đồng đều của liều hấp thụ trong sản phẩm. Các loại thiết bị chiếu xạ Trải qua nhiều năm, các nhà sản xuất và các nhà cung cấp thiết bị chiếu xạ đã có rất nhiều nỗ lực nhằm đáp ứng những yêu cầu gia tăng của ngành công nghiệp chiếu xạ. Các yếu tố chính đ−ợc tập chung là các vấn đề: hiệu quả xử lý bằng bức xạ, sự đồng đều về liều trong sản phẩm, sự tin cậy hoàn toàn về thời gian và hoạt động của thiết bị chiếu xạ. Các vấn đề này đã đ−ợc cải thiện đều đặn theo thời gian. Các phép đo này mang lại kết quả là các quy mô và thiết kế khác nhau của các thiết bị chiếu xạ đó có thể phù hợp cho các ứng dụng riêng biệt. Do đó, các thiết bị chiếu xạ quy mô th−ơng mại có thể đáp ứng với hầu hết các yêu cầu trong công nghiệp xử lý chiếu xạ. Bên cạnh đó, các thiết kế có thể cải tiến cho phù hợp hơn với các yêu cầu riêng của một ứng dụng. Các khái niệm về thiết kế khác và một số thiết kế riêng của thiết bị chiếu xạ đ−ợc thảo luận trong tài liệu tham khảo [13]. Về cơ bản, các thiết bị chiếu xạ gamma có thể phân thành hai nhóm sau: ƒ Các thiết bị chiếu xạ độc lập, và ƒ Các thiết bị chiếu xạ đa năng. Các thiết bị chiếu xạ độc lập (theo phân loại của IAEA là loại I và III) Các thiết bị chiếu xạ độc lập đ−ợc thiết kế riêng cho nghiên cứu và các ứng dụng với yêu cầu liều thấp và công suất nhỏ, cũng nh− là chiếu xạ máu để phòng tránh TA- GVHD và để diệt côn trùng đối với các ch−ơng trình kiểm soát côn trùng gây hại. Phần lớn các thiết bị chiếu xạ loại này có nguồn phóng xạ bảo quản khô và hoạt độ phóng xạ của nguồn giới hạn vào khoảng 25 kCi (xem hình 9). Các thiết bị chiếu xạ loại này, nguồn phóng xạ đặt ở trong buồng chiếu (có thể là nguồn cobalt-60 hoặc caesium-137) đ−ợc che chắn bằng t−ờng chì hoặc vật liệu t−ơng tự, và có động cơ để dịch chuyển mẫu từ vị trí nạp đến vị trí chiếu xạ. Các nguồn chiếu xạ loại này có thể đ−ợc đặt rất thuận tiện tại một phòng thí nghiệm hoặc một buồng chiếu mà không cần phải che chắn thêm. Những −u điểm cơ bản của các nguồn chiếu xạ nhỏ này là lắp đặt và vận hành chúng dễ dàng, chúng tạo ra suất liều cao và đạt đ−ợc sự đồng liều tốt, và điều này rất cần thiết cho công tác nghiên cứu về bức xạ. Các đặc tính này đạt đ−ợc do mẫu đ−ợc đặt với các bút chì nguồn bao quanh, vì thế nó nhận đ−ợc bức xạ từ tất cả các h−ớng. Các nguồn chiếu xạ loại này chỉ giới hạn đặt đ−ợc các mẫu có thể tích từ 1-5 lít. Tuy nhiên, kích th−ớc này là hoàn toàn đáp ứng cho các mẫu nghiên cứu và chiếu xạ quy mô nhỏ. Để chiếu xạ, thì mẫu đ−ợc đặt trong buồng chiếu tại ví trí nạp (đ−ợc bảo vệ-che chắn hoàn toàn), và thời gian chiếu xạ đ−ợc đặt sao cho mẫu nhận đ−ợc liều đã đ−ợc chỉ định (xem hình 9). Nhấn một nút trên bảng điều khiển để buồng chiếu cùng với mẫu sẽ tự động dịch chuyển đến vị trí chiếu xạ và nó sẽ quay lại vị trí dỡ mẫu ra (đ−ợc che chắn) khi kết thúc quá trình chiếu xạ. Hình 9. Thiết bị chiếu xạ gamma độc lập, nguồn đ−ợc bảo quản khô phù hợp cho công tác nghiên cứu và chiếu xạ quy mô nhỏ. Trong quá trình chuẩn bị chiếu xạ, một giá chứa mẫu đ−ợc đặt trong buồng chiếu khi nó ở vị trí nạp mẫu. Tuỳ thuộc vào suất liều của ngày chiếu xạ, mà đồng hồ đo thời gian trên bảng điều khiển (nút bên phải) đ−ợc đặt sao cho mẫu nhận đ−ợc liều mong muốn. Các thiết bị chiếu xạ độc lập này đ−ợc IAEA phân thành loại I (nguồn bảo quản khô) và loại III (nguồn bảo quản −ớt). Các ứng dụng và các thủ tục đối với việc sử dụng hai loại thiết bị chiếu xạ này đ−ợc miêu tả trong sổ tay thực hành an toàn bức xạ do IAEA xuất bản [14]. Các thiết bị chiếu xạ đa năng (theo phân loại của IAEA là loại II và IV) Đối với các nguồn chiếu xạ quy mô thí nghiệm và quy mô th−ơng mại hoàn toàn thì Các thiết bị chiếu xạ đa năng là phù hợp hơn, vì nguồn phóng xạ của chúng có thể bao gồm một số bút chì nguồn cobalt-60 đ−ợc sắp đặt trên một bảng nguồn (nh− bảng nguồn trong hình 6) hoặc dạng hình trụ (hình 11), mà chúng có thể đ−ợc chuyển vào một buồng chiếu xạ lớn. Khi dịch chuyển khỏi buồng chiếu này thì nguồn phóng xạ đ−ợc bảo quản bởi n−ớc (bảo quản −ớt), hoặc bảo quản bằng chì hoặc các vật liệu có nguyên tử khối cao thích hợp (bảo quản khô). Do các nguồn phóng xạ phát ra bức xạ gamma theo tất cả các h−ớng, nên các thùng chứa sản phẩm đ−ợc đặt xung quanh để tăng hiệu quả sử dụng năng l−ợng. Vì vậy, nhiều thùng chứa sản phẩm (100 đến 200) th−ờng đ−ợc chiếu xạ đồng thời. Đối việc bố trí chiếu xạ nh− vậy, suất liều trung bình thấp hơn nhiều và sản phẩm cần đ−ợc chiếu xạ trong khoảng thời gian dài hơn. Tuy nhiên, bù lại là trong thực tế nhiều thùng sản phẩm lớn đ−ợc chiếu xạ đồng thời. Các thiết bị xử lý bức xạ có thể đ−ợc phân loại theo kiểu hoạt động-theo mẻ hoặc liên tục. Các sản phẩm có thể đ−ợc dịch chuyển trong buồng chiếu xạ (nơi diễn ra quá trình chiếu xạ) khi nguồn phóng xạ ở vị trí bảo quản hoàn toàn (chiếu xạ theo mẻ) hoặc khi nguồn đang ở vị trí chiếu xạ (chế độ chiếu xạ liên tục). Để giảm sự khác biệt về liều hấp thụ trong thùng sản phẩm thì nó có thể đ−ợc xoay trong quá trình chiếu xạ (thích hợp cho chế độ chiếu xạ theo mẻ) hoặc thùng sản phẩm đ−ợc dịch chuyển quanh nguồn phóng xạ; phù hợp đối với chế độ chiếu xạ liên tục, nh−ng cũng có thể áp dụng cho một số thiết bị chiếu xạ theo mẻ. Đối với các thiết bị chiếu xạ đòi hỏi công suất lớn thì chế độ hoạt động liên tục là thích hợp hơn. Phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị chiếu xạ, các thùng chứa sản phẩm đi xung quanh nguồn phóng xạ trên một hệ băng tải (hoặc đ−ợc treo theo đ−ờng ray từ trên trần của buồng chiếu xạ) một vài lần (thông th−ờng, từ 1 đến 4 lần), và thùng sản phẩm cũng có thể dịch chuyển trên các độ cao khác nhau (đảo tầng). Mục đích cơ bản là để sản phẩm hấp thụ đ−ợc nhiều nhất năng l−ợng bức xạ có thể và đạt đ−ợc sự đồng liều t−ơng đối. Đối với các yêu cầu chiếu xạ liều thấp, thùng sản phẩm có thể đ−ợc dịch chuyển liên tục; tốc độ băng tải đ−ợc lựa chon sao cho đáp ứng đ−ợc liều yêu cầu. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng yêu cầu chiếu xạ liều cao, thì nhìn chung tốc độ của băng tải sẽ rất thấp, do đó thiết bị hoạt động theo chế độ dừng là thích hợp hơn. Trong chế độ hoạt động này, các thùng sản phẩm đứng lại (dừng) tại các vị trí chiếu xạ đ−ợc xác định xung quanh nguồn phóng xạ trong một khoảng thời gian dừng nào đó (th−ờng là vài phút), và sau đó tất cả chúng đ−ợc dịch đến các vị trí tiếp theo, sao cho mỗi thùng sản phẩm cuối cùng sẽ dừng ở từng vị trí (tại tất cả đ−ờng xung quanh nguồn) tr−ớc khi chúng đi ra khỏi buồng chiếu. Đối với chế độ hoạt động này, thời gian dừng đ−ợc lựa chọn dựa vào liều yêu cầu. Hình 10 chỉ ra chuỗi dịch chuyển của thùng sản phẩm xung quanh bảng nguồn, với 4 đ−ờng đi cho một mức độ cao của thùng sản phẩm của một thiết bị chiếu xạ hoạt động theo chế độ dừng. Hình 10. Ví dụ về một chuỗi trong quá trình chiếu xạ của một thiết bị chiếu xạ với 4 đ−ờng đi cho một mức độ cao của thùng sản phẩm. mỗi thùng sản phẩm chiếm một trên 40 vị trí của chuỗi trong quá trình chiếu xạ trong buồng chiếu. Vị trí ‘A’ đ−ợc cố định (vị trí duy nhất, t−ởng t−ợng) trên mặt bên của thùng sản phẩm, nó đánh dấu thùng sản phẩm đ−ợc đảo mặt h−ớng vào bảng nguồn khi thùng sản phẩm đi quanh nguồn. Bằng cách này, mỗi thùng sản phẩm đ−ợc chiếu xạ từ hai mặt. Đối với các thiết bị yêu cầu công suất chiếu xạ t−ơng đối nhỏ thì thiết bị có khả năng xử lý sản phẩm theo mẻ trở nên hữu dụng hơn. Hình 11 chỉ ra sơ đồ khối của một thiết bị chiếu xạ theo mẻ đơn giản mà nguồn phóng xạ là các thanh cobalt-60 hình trụ đơn giản. Đối với chế độ hoạt động này, một số thùng sản phẩm (một nhóm thùng) đ−ợc đặt bằng tay hoặc tự động vào buồng chiếu khi nguồn phóng xạ đ−ợc bảo vệ tại bể bảo quản nguồn. Sau đó buồng chiếu xạ đ−ợc đóng lại, nguồn đ−ợc dịch chuyển vào buồng đến vị trí chiếu xạ cố định đ−ợc xác định tr−ớc tại trung tâm của các thùng sản phẩm và chúng đ−ợc chiếu xạ trong khoảng thời gian yêu cầu. Các thùng sản phẩm có thể xoay quanh trục của nó hoặc quay tròn xung quanh nguồn trong quá trình chúng đ−ợc chiếu xạ để tăng sự đồng liều. Sau khi hoàn thành quá trình chiếu xạ, nguồn đ−ợc dịch chuyển về vị trí bảo quản, và các thùng sản phẩm đã chiếu xạ đ−ợc thay thế bởi một nhóm sản phẩm khác cho quá trình chiếu xạ tiếp theo. Các thiết bị chiếu xạ ở chế độ theo mẻ rất phù hợp cho chiếu xạ ở quy mô thí nghiệm vì vận hành chúng dễ dàng. Thêm vào đó, các thiết bị chiếu xạ loại này khá dễ dàng thay đổi suất liều cũng nh− là cấu hình nguồn/sản phẩm chiếu xạ cho mục đích nghiên cứu. Các thiết bị chiếu xạ đa năng này đ−ợc IAEA phân thành loại II (nguồn bảo quản khô) và loại IV (nguồn bảo quản −ớt). Các ứng dụng và các thủ tục đối với việc sử dụng hai loại thiết bị chiếu xạ này đ−ợc miêu tả trong sổ tay thực hành an toàn bức xạ do IAEA xuất bản [15]. Hình 11. Thiết bị chiếu xạ theo mẻ. Với thiết kế đơn giản nhất, một nhân viên lái xe nâng đặt bốn giá sản phẩm trên hệ có thể quay trong buồng chiếu xạ. Sau đó, nhân viên đi ra ngoài và buồng chiếu đ−ợc đóng lại, nguồn đ−ợc nâng lên và các giá sản phẩm đ−ợc quay trong suốt quá trình chiếu xạ. Các đặc tính tự động có thể đ−ợc thêm vào để tăng công suất xử lý sản phẩm (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada). Các thiết bị chiếu xạ đa năng phù hợp với quy mô th−ơng mại Cùng với sự phát triển của công nghiệp chiếu xạ, ngày càng có nhiều sản phẩm đã đ−ợc xử lý bằng bức xạ gamma với các mục đích khác nhau. Ngày nay, nhiều loại vật liệu đ−ợc chiếu xạ với các ứng dụng khác nhau. Thách thức không thay đổi mà các nhà thiết kế thiết bị chiếu xạ vẫn phải đối mặt là: làm thế nào để sản phẩm chiếu xạ nhận đ−ợc tối đa năng l−ợng hiệu dụng và sự đồng liều cao nhất, bằng một ph−ơng pháp đơn giản và đáng tin cậy. Các đặc tính của các sản phẩm mới, chẳng hạn nh− hình dạng, mật độ và thành phần dẫn đến yêu cầu th−ờng xuyên là thay đổi thiết kế thiết bị chiếu xạ. Một số sản phẩm có các yêu cầu đặc biệt, chẳng hạn nh− thực phẩm lạnh và đông lạnh. Với những thách thức này, các nhà thiết kế đã có một số thiết bị chiếu xạ đ−ợc phát triển, chúng đ−ợc miêu tả ở đây: Các thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ: Thiết kế cơ bản nhất là đặt sản phẩm trong các thùng kim loại để chiếu xạ. Các thùng chứa loại này đôi khi đ−ợc xem nh− dụng cụ mang sản phẩm. Các thiết bị chiếu xạ loại này rất đa năng, chúng có thể các sản phẩm trong các hộp, túi, hoặc các thùng. Phụ thuộc vào thiết kế của thiết bị chiếu xạ, một thùng có thể chứa đ−ợc vài trăm kg sản phẩm. Các thùng này dịch chuyển xung quanh nguồn phóng xạ trên các băng tải dạng con lăn trên bốn hàng (mỗi bên bảng nguồn có hai hàng) và ở hai tầng. Có một hệ nâng-hạ các thùng giữa hai tầng của băng tải. Độ cao tổng cộng của hai thùng sản phẩm là cao hơn bảng nguồn, chính vì thế nó đ−ợc gọi là thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ (xem hình 12), thiết bị chiếu xạ loại này có thể đạt đ−ợc sự đồng liều trong sản phẩm. Hơn nữa, sản phẩm tiếp xúc đ−ợc nhiều bức xạ hơn phát ra từ nguồn, và vì thế hiệu quả sử dụng năng l−ợng t−ơng đối cao đối với thiết kế loại này. Tuy nhiên, sản phẩm đi qua hai độ cao khác nhau làm cho cơ chế truyền tải trở nên phức tạp hơn. Hình 12. Hai cấu hình chiếu xạ: sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ và nguồn phóng xạ lấn qua sản phẩm. Chú ý rằng đối với cấu hình sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ, độ cao tổng cộng của hai thùng sản phẩm cao hơn bảng nguồn và mỗi thùng sản phẩm phải đi qua hai độ cao khác nhau sau một chu trình chiếu xạ. Còn đối với cấu hình nguồn phóng xạ lấn qua sản phẩm thì độ cao của nguồn lớn hơn độ cao của thùng sản phẩm và mỗi thùng sản phẩm chỉ đi ở một độ cao sau một chu trình chiếu xạ hoàn chỉnh (tại thiết bị chiếu xạ Nordion MSD, Canada). Các thiết bị chiếu xạ nguồn lấn qua sản phẩm: Xem xét một cách đơn giản nhất cơ chế truyền tải, thì nhìn chung các thùng sản phẩm của loại thiết bị này dịch chuyển theo bốn hàng hoặc nhiều hơn nh−ng chỉ ở một độ cao xác định. Một thùng sản phẩm (đôi khi chính là các dụng cụ mang sản phẩm) có chiều dài lớn hơn thùng sản phẩm đối với tr−ờng hợp cấu hình sản phẩm bao trùm qua nguồn phóng xạ, nh−ng độ cao này vẫn nhỏ hơn độ cao của bảng nguồn, vậy nên nó tạo thành cấu hình nguồn lấn qua sản phẩm (xem hình 12). Các thùng sản phẩm của loại thiết bị này th−ờng đ−ợc treo từ một đ−ờng ray từ trên trần của buồng chiếu xạ. Độ đồng liều có thể so sánh đ−ợc với tr−ờng hợp cấu hình sản phẩm lấn qua nguồn phóng xạ, nh−ng năng l−ợng hiệu dụng thì nhỏ hơn. Các thiết bị chiếu xạ cả giá sản phẩm: Các thiết bị chiếu xạ loại này đ−ợc thiết kế để chiếu xạ toàn bộ giá sản phẩm nh− khi nhận đ−ợc. Các sản phẩm đ−ợc nhận với kích th−ớc chuẩn của giá (các thùng chứa), sao cho phù hợp với cả các công đoạn khác của quá trình chiếu xạ (bao gồm cả việc vận chuyển trên hệ băng tải). Trong một số khía cạnh khác, thì các thiết bị chiếu xạ loại này t−ơng tự nh− thiết bị chiếu xạ với cấu hình sản phẩm lấn qua nguồn phóng xạ. Có hai −u điểm chính đối với thiết bị chiếu xạ cả giá sản phẩm. Nó tiết kiệm công sức trong việc di dời các hộp sản phẩm khỏi các giá để xếp chúng vào trong một thùng chứa sản phẩm (ví dụ một thùng mang sản phẩm) chuẩn bị cho việc chiếu xạ, và sau đó, khi xử lý xong lại dỡ các hộp sản phẩm đó và đặt lên các giá để chuyển đi. Thiết bị chiếu xạ loại này tránh đ−ợc việc h− hại các sản phẩm do quá trình nạp-dỡ. Nhận thấy rằng kích th−ớc của các giá sản phẩm là không giống nhau ở các vùng trên thế giới, cho nên các nhà cung cấp thiết bị chiếu xạ có thể thiết kế thiết bị theo yêu cầu của khách hàng. Các thiết bị chiếu xạ theo mẻ: Các thiết bị chiếu xạ loại này là t−ơng đối đơn giản và phù hợp cho chiếu xạ quy mô nhỏ. Các thùng sản phẩm đ−ợc sắp đặt vào trong buồng chiếu khi nguồn phóng xạ ở vị trí bảo quản. Để đạt đ−ợc yêu cầu về sự đồng liều, thì mỗi thùng sản phẩm đ−ợc đặt trên một dụng cụ có thể quay liên tục trong suốt quá trình chiếu xạ. Chẳng hạn, các thùng sản phẩm có thể xoay tròn quanh nguồn phóng xạ. Các tính chất đặc biệt: Có thể có những yêu cầu riêng cho một số quá trình mà có thể kết hợp chặt chẽ trong một số thiết kế. Nó bao gồm: - Chiếu xạ các sản phẩm trong điều kiện đông lạnh và lạnh: Quá trình này th−ờng kèm theo việc sử dụng các thùng chứa cách nhiệt. - Liều chỉ định có thể mang lại lợi nhuận: Đối với chế độ hoạt động liên tục, cho phép chiếu xạ đồng thời các sản phẩm với các yêu cầu về liều khác nhau. Các sản phẩm yêu cầu liều nhỏ hơn đi ra khỏi buồng chiếu sau số vòng chiếu xạ ít hơn, trong khi các sản phẩm khác tiếp tục đi quanh nguồn để nhận đ−ợc liều cao hơn. - Các ứng dụng liều thấp: Do tốc độ động cơ của hệ băng tải có giới hạn, nên các kỹ thuật khác nhau có thể đ−ợc sử dụng để giảm suất liều hấp thụ cho những xử lý này. Các kỹ thuật này bao gồm chỉ sử dụng một phần nguồn phóng xạ (ví dụ nâng một trong một số phần bảng nguồn lên vị trí chiếu xạ), hoặc là sử dụng các vật liệu làm suy giảm c−ờng độ phóng xạ, và chiếu xạ ở các khoảng cách lớn hơn đến nguồn phóng xạ (điều này có thể là chiếu xạ ở một đ−ờng nhánh riêng). Hệ thống điều khiển đ−ợc máy tính hoá: Phần mền máy tính quản lý trực tuyến với các thiết bị hiển thị ngày nay đã đ−ợc trang bị ở nhiều thiết bị chiếu xạ (xem hình 13). Nó làm cho công tác vận hành và đảm bảo an toàn đối với một thiết bị chiếu xạ trở nên dễ dàng bằng việc cung cấp các thông tin về các vấn đề sau liên tục và kịp thời: - Các giá trị của tất cả các thông số cơ bản mà có thể ảnh h−ởng đến liều hấp thụ của sản phẩm; những thông tin này là cần thiết cho việc kiểm soát quá trình, - Trạng thái về vị trí của nguồn và tất cả các khoá liên động; thông tin này là cần thiết cho việc vận hành an toàn thiết bị, và - Vị trí và trạng thái của các thùng sản phẩm trong buồng chiếu; thông tin này là cần thiết cho việc kiểm soát sản phẩm. Hình 13. Màn hình ở phòng điều khiển hiện thị trạng thía hiện tại của thiết bị chiếu xạ (hình trên, bên phải). Bức ảnh bên phải phía d−ới chỉ vị trí của phòng điều khiển tại thiết bị chiếu xạ. Hai bức ảnh bên trái hiển thị vị trí của tất cả các thùng sản phẩm (tại thiết bị chiếu xạ IPEN, Brazil). Những thông tin đó giúp giảm sai số, và làm cho khả năng sản xuất tăng lên với cùng khoảng thời gian đảm bảo rằng tất cả các sản phẩm đ−ợc nhận, đ−ợc xử lý, và đ−ợc giao trả không chậm trễ. các tiêu chuẩn lựa chọn thiết bị chiếu xạ Để vận hành có hiệu quả một thiết bị chiếu xạ thì tiêu chuẩn cho các yêu cầu của ứng dụng/các ứng dụng phải đ−ợc hiểu rõ ràng tr−ớc khi thiết bị đ−ợc thiết kế và xây dựng. Nó cũng quan trọng nh− việc các yêu cầu này phải đ−ợc truyền đạt rõ ràng đến nhà cung cấp thiết bị chiếu xạ. Khi lên danh mục các yêu cầu, không chỉ cần thiết xem xét các yêu cầu hiện tại mà cần bao gồm cả các yêu cầu cho t−ơng lai (có tính hiện thực). Các