Kết quả nghiên cứu và ứng dụng Nhiệt phát quang tại Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang
Trong nững năm qua, Viện NC&UDCN NT nói chung và Phòng Vật lý ứng dụng nói riêng đã tiến một bước dài trong việc nghiên cứu lý thuyết, chế tạo liều kế, thiết bị đo NPQ và đưa những kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tế. Cụ thể, Viện đã chế tạo thành công nhiều loại liều kế dùng trong lĩnh vực đo liều xạ trị, đo liều môi trường và từng bước đưa các liều kế này vào ứng dụng trong thực tế; các thiết bị đo liều xạ trị và đo liều tính tuổi khảo cổ. Bên cạnh các kết quả thực nghiệm đó, Viện cũng không ngừng phát triển các phần mềm mô phỏng các mô hình, tính toán thông số động học cho các loại vật liệu NPQ.
Nghiên cứu lĩnh vực nhiệt phát quang
Hiện tượng nhiệt phát quang
Vật liệu NPQ là vật liệu có khả năng hấp thụ và tích lũy năng lượng ion hóa trong suốt quá trình bị phơi chiếu bởi các bức xạ như tia X, a, b hoặc g. Sau đó năng lượng được giải phóng dưới dạng ánh sáng khi vật liệu bị đốt nóng.
Một số vật liệu nhiệt phát quang và một số dạng liều kế
Đây là một hiện tượng rất phổ biến, trong số vài ngàn khoáng vật tự nhiên đã biết có hơn 2/3 khoáng vật có hiệu ứng nhiệt phát quang, hiệu ứng này còn được phát hiện đối với nhiều vật liệu khác, kể cả các tổ chức sống và vật liệu tổng hợp nhân tạo.
Chế tạo liều kế
Các vật liệu NPQ được sử dụng làm liều kế phổ biến hiện nay là CaSO4:Dy, Al2O3:C… dùng để đo liều môi trường, Li2B4O7:Cu, LiF:Mg,Ti (TLD-100), LiF:Mg,Cu, LiF:Mg,Cu,P (TLD-700),… dùng để đo liều xạ trị trong ngành y tế.
Viện NC&UDCN NT đã chế tạo thành công các loại vật liệu NPQ như vật liệu Li2B4O7:Cu, LiF:Mg,Cu,P, Li2B4O7:Cu,Ag,P và CaSO4:Dy ở dạng bột.
Năm 2007, với sự giúp đỡ của Nhật Bản, đặc biệt là giáo sư Mitsuru Ishii, Viện NC&UDCN NT đã nuôi thành công các vật liệu NPQ Li2B4O7:Cu và LiF:Mg,Cu, LiF:Mg,Cu,P dưới dạng đơn tinh thể bằng phương pháp Bridgman dọc.
 |  |
| Hệ máy nuôi đơn tinh thể và các liều kế NPQ được chế tạo tại Viện | Máy xạ trị Cobalt Elite 80 tại BV Khánh Hòa & máy đọc liều Harshaw3500 tại Viện |
Chế tạo thiết bị nhiệt phát quang
Ngoài máy đọc liều Harshaw TLD 3500 của Mỹ, Phòng Vật lý ứng dụng, Viện NC&UDCN NT không ngừng cải tiến thiết kế và chế tạo các thiết bi đo liều NPQ.
Năm 2007, Viện chế tạo thành công máy đọc liều NITRA READER có các tính năng tương tự như máy Harshaw TLD 3500 của Mỹ, cho phòng Quang phổ ứng dụng và Ngọc học, Viện Khoa học Vật liệu. Năm 2009, chế tạo hệ đo huỳnh quang cưỡng bức nhiệt độ nhạy cao cơ bản đáp ứng được các yêu cầu của tính tuổi khảo cổ tại Viện NC&UDCN NT. Năm 2010, chế tạo máy đọc liều NPQ cho trường Đại học Quảng Bình.
Ngoài ra, để phục vụ cho công việc nghiên cứu Viện NC&UDCN NT đã chế tạo nhiều thiết bị khác như nguồn đèn HBO 200W và XBO 200W, buồng lạnh nhiệt độ thấp (cryostas), máy đếm alpha và thực hiện nhiều thí nghiệm đo về NPQ.
Một số thiết bị nhiệt phát quang được chế tạo tại Viện NC&UDCN NT
Các phần mềm phân tích động học và mô phỏng, mô hình
Bằng cách ứng dụng tin học kết hợp với việc giải các bài toán theo phương pháp số hóa, các nhà khoa học của Viện đã viết thành công các phần mềm TL-SOFTWARE và TL&OSL MODE để phân tích thông số động học của các vật liệu khảo sát và mô phỏng các mô hình NPQ. Các kết quả mô phỏng cho phép chúng ta hiểu rõ hơn các tính chất đặc trưng của hiện tượng khảo sát, đặc biệt là đối với các hiện tượng khó hoặc chưa có điều kiện để tiến hành thực nghiệm.
Các phần mềm phân tích động học và mô phỏng mô hình nhiệt phát quang của Viện NC&UDCN NT
Ứng dụng liều kế trong đời sống
Viện NC&UDCN NT ứng dụng phương pháp NPQ để đo liều xạ trị tại Bệnh viện Đa Khoa, đo liều môi trường
tại các mỏ đá tỉnh Khánh Hòa và đo liều khảo cổ tháp Chăm, Mỹ Sơn, Đà Nẵng
Đo liều xạ trị
Năm 2009, trong khuôn khổ chương trình hợp tác nghiên cứu khoa học với Bệnh viện đa khoa tỉnh Khánh Hòa, Viện NC&UDCN NT đã tiến hành đưa các liều kế Li2B4O7:Cu và Lif:Mg,Cu dạng đơn tinh thể được chế tạo tại Viện vào Bệnh viện để đo liều xạ trị trên một số bệnh nhân ung thư.
Mục đích của ứng dụng này là sử dụng các liều kế như là một phép kiểm tra độc lập với kết quả của bệnh viện nhằm đánh giá khách quan liều lượng và tiêu điểm của chùm tia chiếu xạ lên bệnh nhân ung thư đang được điều trị.
Quy trình chiếu xạ và đọc liều được tiến hành qua các bước sau:
- Bước 1: Các liều kế được xử lý nhiệt, đánh số thứ tự và đóng gói;
- Bước 2: Dán các liều kế tại các vị trí khảo sát ở vùng cần xạ trị của bệnh nhân và chiếu xa bằng máy Cobalt Elite 80 của Bệnh Viện đa khoa tỉnh Khánh Hòa;
- Bước 3: Các liều đã chiếu xạ được đọc trên máy Harshaw 3500 của Viện.
(Quy trình này được thực hiện 10 lần trên mỗi một bệnh nhân, sau đó số liệu trung bình của 10 lần đọc được so sánh với số liệu tính toán thực tế của Bệnh viện Đa khoa tỉnh Khánh Hòa.)
Các kết quả thu được cho thấy số liệu đo được của Viện NC&UDCN NT trên các liều kế là phù hợp rất tốt với số liệu chiếu xạ của Bệnh viện.
Đo liều môi trường
Trong các thành phần đất đá tự nhiên luôn tồn tại các đồng vị phóng xạ. Sự tích tụ các đồng vị phóng xạ đến một nồng độ nhất định nào đó sẽ trở thành nguồn gây ô nhiễm cho môi trường và có tác động rất tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng.
Để đánh giá chi tiết sự phân bố suất liều phóng xạ tự nhiên tại các khu vực mỏ đá Cam Ranh, Suối Tiên, Tân Dân và Đại Lãnh, Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã hợp tác với Viện Địa chất thực hiện đề tài KHCN tỉnh Khánh Hòa năm 2011-2012 “Đánh giá chi tiết suất liều phóng xạ tại một số khu vực khai thác và sản xuất đá granit có dị thường phóng xạ ≥ 0,6 mSv/h trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa; nghiên cứu, đề xuất các giải pháp phòng tránh”. Đề tài đã được nghiệm thu vào cuối năm 2012, tại Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Khánh Hòa.
Vật liệu NPQ CaSO4:Dy đã được sử dụng làm liều kế đo liều môi trường. Các liều kế này được chôn ở các vị trí cần khảo sát để tích lũy phóng xạ tự nhiên có trong đất đá và được thu hồi để đọc liều theo những thời gian quy định.
Đo liều tính tuổi
Khác với phương pháp đo liều trong y tế và môi trường, trong đo liều tính tuổi nguồn chiếu xạ là các chất phóng xạ nằm ngay trong mẫu khảo cổ (mẫu đất sét nung, gốm) và ở môi trường xung quanh mẫu như nguyên tố U, Th và K40. Chúng thường xuyên phát xạ các tia iôn hóa a, b, g. Ngoài ra còn có các tia vũ trụ.
Từ 2002-2007, Viện hợp tác với Viện Khoa học Vật liệu và Đại học Milano (Ý) nghiên cứu ứng dụng tính tuổi khảo cổ các tháp Chăm ở Khánh Hòa và Mỹ Sơn, Quảng Nam.
Liều kế ở đây là các hạt tinh thể (chứa trong mẫu khảo cổ) thích hợp với cơ chế NPQ như thạch anh, feldspar, zircon, calcite… Thời gian tích lũy phóng xạ được bắt đầu tính khi mẫu (đất sét nung, gốm) được chế tạo. Số liệu đo thực tế được so sánh với số liệu chiếu bồi trên cùng mẫu khảo sát để tính toán ra tuổi khảo cổ.
Các hướng phát triển
Năm 2013, bên cạnh sự tiếp tục phát triển các vật liệu NPQ truyền thống, Phòng Vật lý ứng dụng, Viện NC&UDCN NT mở rộng phạm vi nghiên cứu trên các loại vật liệu NPQ khác như K2YF5, K2GdF5 qua việc thực hiện đề tài cấp Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam VAST03.08/13-14 “Nghiên cứu, chế tạo liều kế K2YF5, K2GdF5 pha tạp đất hiếm, ứng dụng trong đo liều neutron và các loại bức xạ hạt nhân khác” (đã được nghiệm thu xếp loại Khá theo quyết định số 1120/QĐ-VHL ký ngày 06/7/2015).
Năm 2016, Viện đã đề xuất đề tài “Nghiên cứu và triển khai ứng dụng liều kế K2GdF5 pha tạp Tb trong lĩnh vực đo liều bức xạ hạt nhân đáp ứng được với các tia gamma, beta, neutron”. Đề tài đã được phê duyệt tháng 6 năm 2016 và sẽ được thực hiện trong 2 năm 2017-2018.
Với những kết quả đạt được, hi vọng rằng Viện NC&UDCN NT sẽ trở thành một trung tâm nghiên cứu và đào tạo vật lý có uy tín của cả nước, đặc biệt trong lĩnh vực quang học, quang phổ.
Danh sách 34 bài báo về Nhiệt phát quang của Phòng Vật lý ứng dụng, Viện NC&UDCN NT
Nguồn tin: ThS. Vĩnh Hào, Phòng Vật lý ứng dụng
Viện Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nha Trang
Xử lý tin: Bích Diệp
