TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ – LỚP LÝ II
ĐỀ TÀI
TRONG
Giảng viên hướng dẫn:Hoàng Đức Tâm
Phạm Nguyễn Thành Vinh
Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Mai
Phạm Hà Nguyên
Trần Yến Nhi
Nguyễn Vũ Hoàng Oanh
TP.Hồ Chí Minh, tháng 5/2010
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, công nghệ hạt nhân không còn là một khái niệm mới mẻ nữa. Trải
qua hơn 50 năm, công nghệ hạt nhân ngày càng phát triển và đóng một vai trò quan
trọng trong hầu hết những lĩnh vực ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày:Y tế, Công
nghiệp, Nông nghiệp, Chính trị, Kinh tế…Không chỉ đem lại những hiệu quả trên đối
tượng nghiên cứu, công nghệ hạt nhân đã đóng góp một nguồn lợi không nhỏ cho
nhiều Quốc Gia trên thế giới hiện nay. Do đó, việc cải tiến cũng như mở rộng công
nghệ hạt nhân là mối quan tâm hàng đầu của Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc
Tế IAEA nói riêng cũng như của toàn cầu nói chung.
Trong quá trình học tập của sinh viên khoa Vật Lý, không thể thiếu công việc
thực hành . Do đó, chúng tôi đã chọn nghiện cứu đề tài này với mong mỏi có thể tìm
hiểu và tiếp cận những ứng dụng về công nghệ hạt nhân trong Nông nghiệp và Công
nghiệp trên thế giới như là một cách thực hành những kiến thức đã được học tập tại
trường cũng như trang bị thêm vốn kiến thức cho bản thân. Trong giới hạn của bài viết
này, chúng tôi xin được giới thiệu những ứng dụng của công nghệ hạt nhân ở 2 lĩnh
1.1 .Khái niệm 7
1.2.Nguồn gốc-Lịch sử: 7
1.3.Phân loại: 8
CHƯƠNG II:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG NÔNG
NGHIỆP 9
2.1. CHIẾU XẠ THỰC PHẨM 9
2.1.1.Khái niệm 9
2.1.2. Tác dụng của tia bức xạ lên thực phẩm: 11
2.1.2.1. Hạn chế vi sinh vật gây bệnh và sâu bệnh: 11
2.1.2.2. Kéo dài thời gian bảo quản: 12
2.1.2.3. Ức chế nảy mầm: 13
2.1.3. Thiết bị chiếu xạ thực phẩm. 15
2.2.KỸ THUẬT TRIỆT SẢN CÔN TRÙNG (STERILE INSECT
TECHNIQUE) 16
2.2.1Giới thiệu chung 16
2.2.2.Nguồn gốc_Lịch sử 17
2.2.3.Nguyên tắc Công nghệ SIT sử dụng bức xạ: 18
2.2.3.1.Khái niệm: 18
2.2.3.2.Các nguồn phóng xạ: 19
2.2.3.3.Tiến trình chiếu xạ: 22
2.2.4.Kết luận: 26
2.3.Xác định độ ẩm của đất bằng phương pháp notron 27
2.3.1.Ý nghĩa : 27
2.3.2. Ngun tắc 27
2.3.2.1. Xử lý số liệu 28
2.3.2.2. Tiến hành 29
2.4.gIỚI THIỆU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG GÂY
ĐỘT BIẾN GIỐNG CÂY TRỒNG (mutual breeding) 30
2.4.1.Sơ lược: 30
3.1.3.Thăm dò khuyết tật trong vật liệu bằng bức xạ Gamma 53
3.1.3.1.Máy dùng phim ảnh 55
3.1.3.2 Máy tự ghi 55
3.1.4.Phạm vi áp dụng 56
3.1.5. Một số ưu điểm và nhược điểm của phương pháp chụp ảnh phóng xạ57
3.1.5.1.Ưu điểm 57
3.1.5.2.Nhược điểm 58
3.2.ĐO BỀ DÀY 58
3.2.1.NGUỒN PHÓNG XẠ 59
3.2.2.NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐO 60
3.3.THĂM DÒ TÌM KIẾM DẦU (BOREHOLE LOGGING) 62
3.3.1.Sơ lược: 62
3.3.2.Tiến trình: 63
3.3.2.1.Máy dò Gamma: (Gamma-gamma probe) 64
3.3.3.Tình hình khai thác dầu khí tại Việt Nam: 66
3.4.KỸ THUẬT XỬ LÝ ĂN MÒN VẬT LIỆU 68
3.4.1.Kích hoạt số lượng lớn(Bulk activation) 70
3.4.2. Kích hoạt lớp bề mặt hay lớp mỏng(Surface-layer orthin-layer
activation) 73
3.4.3.Ưu điểm của công nghệ kiểm tra phóng xạ 74
3.5.KỸ THUẬT TIỆT TRÙNG (STERILIZATION) 75
3.5.1.Sơ lược: 75
3.5.2.Tiến trình chiếu xạ: 75
3.5.2.1.Nguồn Gamma 76
3.5.2.2.Máy gia tốc hạt electron trong công nghệ khử trùng 83
3.5.2.3.Máy chiếu xạ tia X 88
3.5.3.Kết luận chung: 91
CHƯƠNG 4:TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TẠI VIỆT
NAM 92
+Năng lượng:bao gồm các ứng dụng như:nhà máy điện hạt nhân, bom nguyên
tử, vũ khí hạt nhân,…
+Phi năng lượng :bao gồm các ứng dụng: kỹ thuật triệt sản côn trùng, chiếu xạ
thực phẩm, chụp ảnh phóng xạ, gây đột biến cây trồng, xác định độ hư mòn của vật
liệu,…
Sự phát triển của lĩnh vực năng lượng kéo theo sự phát triển của lĩnh vực phi
năng lượng. Mặt khác, do có sự liên kết giữa các ngành khoa học khác nhau mà sự
phát triển của Kỹ thuật hạt nhân đã đưa đến sự phát triển của những ngành khoa học
khác. Do đó, tại nhiều Quốc Gia trên thế giới, kỹ thuật hạt nhân và phóng xạ đã trở
thành một thành tố chính trong nền kinh tế quốc dân.
CHƯƠNG II:ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HẠT NHÂN TRONG
NÔNG NGHIỆP
2.1. CHIẾU XẠ THỰC PHẨM
2.1.1.Khái niệm
Chiếu xạ thực phẩm là quá trình cho thực
phẩm tiếp xúc với bức xạ iôn hóa để tiêu diệt
vi sinh vật, vi khuẩn, virus, côn trùng có trong
thực phẩm hoặc ức chế nảy mầm, làm chậm
quá trình chín.
Nguồn bức xạ chủ yếu được sử dụng là tia gamma, tia X và chùm electron được
tăng tốc. Những chùm bức xạ này có năng lượng đủ cao để tách electron ra khỏi
nguyên tử và phân tử, biến chúng thành các ion nên gọi là bức xạ ion hóa.
Tia gamma và tia X có bản chất là sóng điện từ có bước sóng ngắn và năng
lượng lớn. Tia X được tạo ra bằng máy phát tia X, tia gamma được tạo ra từ quá trình
tự phát phân rã của các đồng vị phóng xạ, chùm electron được gia tốc bằng hiệu điện
thế cao.
Nguyên tử Ni ở trạng thái kích thích phát tia
gamma có năng lượng 1,17 và 1,33 MeV.
137
Cs
30,07
năm
Phóng xạ β
–
:
137 0 137
55 1 56
Cs e Ba
Trong đó có khoảng 95 % là đồng phân hạt
nhân siêu ổn
137m
Ba
có chu kì bán ra 2,55 phút và
phát tia gamma có năng lượng 662 keV
Hình 2. 1:Sơ đồ biểu diễn quá trình phân rã của Co-60 và Cs-137
2.1.2. Tác dụng của tia bức xạ lên thực phẩm:
2.1.2.2. Kéo dài thời gian bảo quản:
Thời gian bảo quản trái cây, rau quả, thịt,
gia cầm, cá và hải sản có thể được kéo dài đáng kể
nếu ta kết hợp chiếu xạ liều thấp và bảo quản
lạnh. Vi sinh vật phân hủy, như Pseudomonas
spp.,tương đối nhạy cảm với bức xạ. Một liều 2,5
kGy chiếu xạ cho gia cầm tươi xử lý theo tiêu
chuẩn GMPs (good manufacturing practices) đủ
để loại trừ Salmonella và nhiều loại vi sinh vật
khác. Nhờ vậy, tăng gấp đôi thời gian bảo quản thịt nếu được giữ ở nhiệt độ dưới 5
o
C.
Chiếu xạ cũng làm chậm thời gian chín và kéo dài thời gian bảo quản một số
loại trái cây. Ví dụ, quá trình chín trong chuối, xoài, đu đủ và có thể bị chậm trễ do
chiếu xạ liều 0,25 - 1 kGy. Chiếu xạ dâu tây với liều 2 - 3 kGy sau đó bảo quản tại
10
o
C làm tăng thời gian lưu trữ lên đến 14 ngày. Chiếu xạ nấm ở 2 - 3 kGy ức chế mở
nắp và thân, thời gian bảo quản có thể được tăng lên ít nhất hai lần bằng cách chiếu xạ
và bảo quản tại 10
o
C so với không chiếu xạ nấm.
Tuy nhiên, việc chiếu xạ cũng tạo ra những thay đổi không mong muốn, chiếu
xạ làm thay đổi các phản ứng xảy ra trong trái cây và rau quả. Ví dụ: màu của dâu tây
sẽ không phát triển tốt nếu ta chiếu xạ. Để hạn chế những thay đổi không mong muốn
này, ta nên chiếu xạ khi trái cây bắt đầu chín.
Hình 2.2Thực phẩm tiệt trùng được sử dụng trong chương trình tàu con thoi của NASA
Chiếu xạ liều cao (lớn hơn 25 kGy) vô hiệu hóa các enzim của vi khuẩn, làm CÁC ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ THỰC PHẨM
Tác dụng
Liều lượng (kGy)
Sản phẩm
Chiếu xạ liều thấp (thấp hơn 1 kGy)
(1) Ức chế nảy mầm
0,05 – 0,15
Khoai tây, khoai lang, hành, tỏi,
gừng,…
(2) Tiêu diệt côn trùng và sinh vật
kí sinh
0,15 – 0,5
Ngũ cốc, trái cây tươi, cá khô, thịt
heo,…
(3) Ức chế các quá trình sinh lý
của rau quả
0,25 – 1,0
Rau quả tươi
Chiếu xạ liều trung bình (1 – 10 kGy)
(1) Tăng thời gian bảo quản
1,0 – 3,0
Cá tươi, dâu tây, nấm,…
(2) Loại trừ vi sinh vật phân hủy
và vi sinh vật gây bệnh
1,0 – 7,0
Hải sản đông lạnh, thịt và gia cầm
không thoát ra ngoài.
Buồng chiếu xạ được giám
sát và có hệ thống khóa
trong để đảm bảo không có
người ra vào phòng trong
thời gian chiếu xạ.
+Hệ thống vận chuyển thực phẩm: vận chuyển thực phẩm vào và ra khỏi phòng
chiếu xạ, thường là băng chuyền. Thùng chứa thực phẩm có dung tích tới 1 m
3
.
Trong thiết bị chiếu xạ, nguồn phóng xạ liên tục phát ra bức xạ. Vì vậy, có thêm
khu vực lưu trữ nguồn phóng xạ (hồ nước sâu khoảng 6 m) khi không sử dụng hoặc
khi cần sửa chữa trong phòng chiếu xạ.
Hệ thống quản lý chất lượng được đặt ở một số khâu của quá trình chiếu xạ.
Thực phẩm được xử lý, bảo quản và vận chuyển theo hệ thống chất lượng GMPs
trước, trong và sau khi chiếu xạ. Chỉ những loại thực phẩm có chất lượng tốt mới được
đưa vào chiếu xạ.
60
Cobalt- hay
137
Cs phân rã dần thành các nguyên tố bền niken và bari. Nguồn
phóng xạ được lấy ra khỏi thiết bị chiếu xạ khi độ phóng xạ giảm xuống còn 6 – 12 %
so với ban đầu khoảng 16 – 21 năm đối với Co – 60). Những nguyên tố này sau đó
được vận chuyển tới nhà cung cấp để tái tạo lại trong lò phản ứng hạt nhân hoặc cất
trữ. Ước tính lượng Co – 60 được sản xuất ở Bắc Mỹ khi sử dụng hết, được lưu trữ
trong không gian khoảng 1,25 m
3
, tương đương với kích thước của một bàn làm việc.
2.2.KỸ THUẬT TRIỆT SẢN CÔN TRÙNG (STERILE INSECT
Một trong những mục tiêu quan trọng nhất của công nghệ SIT là diệt trừ hoàn
toàn những côn trùng gây hại mà không làm ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe
của con người. Tuy nhiên, những côn trùng triệt sản cũng có thể được sử dụng trong
chương trình AW-IPM ở những chiến lược kiểm soát khác. Chúng được giải phóng
trong một khu vực nào đó để ngăn chặn sự lan rộng của những động vật gây hại ở
những khu vực lân cận. Ngày nay, công nghệ SIT đang tiếp tục được phát triển và cải
tiến vì những hiệu quả và lợi ích của nó. Tuy nhiên, 2 nguyên tắc cơ bản là nuôi tập
trung và giải phóng côn trùng triệt sản thì khó có thể thay đổi. Mặc dù những công
nghệ mới và những khám phá khoa học vẫn tiếp tục được tìm kiếm, nhưng R&D
(Research and Development) sẽ vẫn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng
suất và hiệu quả của công nghệ SIT này.
Hình 2. 3. El Pino Guatemala, nơi nuôi côn trùng triệt sản lớn nhất thế giới
2.2.2.Nguồn gốc_Lịch sử
Trong những năm 1930-1940, ý tưởng giải phóng những côn trùng triệt sản
thuộc chủng loài gây hại cho mùa màng để đưa kỹ thuật triệt sản côn trùng SIT có
kiểm soát vào quần thể được nảy sinh bằng 3 phương pháp hoàn toàn khác nhau.
Những nhà nghiên cứu chính là A.S Serebrovskii thuộc Đại Học Moscow State
university, F.L Vanderplank thuộc viện nghiên cứu ruồi Tsetse ở vùng nông thôn
Tanganyika (ngày nay là Tanzania) và E.F Knipling thuộc Bô Nông Nghiệp Mỹ (US
Department of Agriculture). Phương pháp hoán vị bô nhiễm sắc thể để hạn chế côn
trùng gây hại của Serebrovskii đã không đem lại hiệu quả tại Liên Bang Xô Viết trong
Thế Chiến Thứ II. Vanderplank lại dựa vào tính mất khả năng sinh sản được lai ghép
để loại trừ ruồi tsetse trong thí nghiệm, tuy nhiên ông lại thiếu nguồn tài nguyên và
thông tin cần thiết để phát triển phương pháp này. Trong khi đó, Knipling và những
cộng sự của ông đã khai thác triệt để lý thuyết cùa H.J Muller với khám phá các bức xạ
ion hóa có thể đem lại những lợi thế, đặc biệt là sau Thế Chiến Thứ II, phát minh này
đã được ứng dụng trên diện rộng để diệt trừ loài giòi Cochliomyia Hominivorax Bắc
và Nam Mỹ (New World) tại Mexico, Mỹ, và Trung Mỹ. Từ đó, những chương trình
cũng như khả năng tồn tại của côn trùng được chiếu xạ.
2.2.3.2.Các nguồn phóng xạ:
Việc sử dụng nguồn phóng xạ nào tùy thuộc vào thuộc tính, như tính hiệu quả
sinh học tương đối (Relative Biological Effect-RBE), tính hấp thụ phóng xạ của côn
trùng được chiếu xạ, tính an toàn và chi phí. RBE của phóng xạ được xác định là tỉ lệ
liều lượng phóng xạ của tia X từ 200-250kV cần thiết để đem lại tác động sinh học cụ
thể đối với côn trùng. Chùm Neutron hiệu quả hơn tia Gamma và tia X trong công
nghệ triệt sản (theo kết quả nghiên cứu của Hooper 1971, North 1975, Offori & Czock
1975). Tuy nhiên, chùm neutron có thể gây phóng xạ nguy hiểm trên những vật liệu
được chiếu xạ khiến cho việc sử dụng chùm Neutron trở nên phi thực tế trong hầu hết
các chương trình.
Do đó, loại phóng xạ được sử dụng hiệu quả trong chương trình giải phóng côn
trùng triệt sản gồm tia Gamma, chùm electron năng lượng cao và tia X. Tất cả đều có
những ảnh hưởng tương tự trên nguyên vật liệu (RBE) mà cụ thể là côn trùng. Đối với
giai đoạn vòng đời côn trùng và liều lượng phóng xạ, nhiều nghiên cứu cho thấy không
có sự khác biệt đáng kể nào giữa chùm electron và tia Gamma trong những ảnh hưởng
về phóng xạ của nó.
Để duy trì sự thích hợp của côn trùng đối với nguồn phóng xạ cũng như sự an
toàn của nhân viên chiếu xạ, người ta phải phòng tránh tối đa ảnh hưởng của tính
phóng xạ từ các nguồn phóng xạ. Do đó, việc chiếu xạ côn trùng phải được đảm bảo
rằng năng lượng sử dụng trong công nghệ SIT thấp hơn 5 triệu eV đối với sóng điện từ
(Gamma hoặc tia X), 10MeV đối với chùm electron. Vì vậy, tia gamma từ phân rã
Cobalt 60 (năng lượng photon từ 1.117-1.33 MeV) và Cs 137 (0.66MeV), chùm
electron được tăng tốc bằng máy gia tốc với năng lượng thấp hơn 10MeV và tia X
được sinh ra từ chùm electron có năng lượng thấp hơn 5 MeV đều có thể sử dụng
trong tiến trình triệt sản côn trùng.
Đồng vị phóng xạ:
Hiện nay, bức xạ được sử dụng phổ biến nhất cho công nghệ SIT là bức xạ
Gamma từ đồng vị Cobalt 60 và Caesium 137. Những đồng vị phóng xạ này có chu kì
vật liệu có nguyên tử số lớn,dưới tác dụng của trường thế Coulomb bị chệch hướng.
Do đó, các hạt mang điện khi bị giảm tốc sẽ phát ra bức xạ có phổ rộng và liên tục với
năng lượng gần như cân bằng với năng lượng chùm tia tới. Tia Gamma từ phân rã
Cobalt 60 và Caesium 137 cùng với tia X, thâm nhập vào vật liệu sâu hơn chùm hạt
electron. Chẳng hạn, đối với Gamma từ
60
Co, liều lượng bức xạ giảm đến ½ ở độ sâu
khoảng 23cm trong nước;nhưng đối với chùm electron 10MeV, độ sâu tương đối chỉ
khoảng 4cm.
2.2.3.3.Tiến trình chiếu xạ:
Triệt sản côn trùng được khám phá lần đầu tiên trong những năm 1920 bởi
Herman J.Muller thuộc Đại Học Texas. Ông sử dụng tia X gây đột biến gen và nhiễm
sắc thể của ruồi giấm (vinegar fly) Drosophila Melanogaster. Tia X khi được chiếu với
liều lượng cao thích hợp sẽ bẻ gãy các nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và 2 đoạn cuối
của nhiễm sắc thể gắn chặt với nhau để hình thành nhiễm sắc thể dicentric (là nhiễm
sắc thể khác thường có 2 trung đoạn). Trong quá trình phân bào, nhiễm sắc thể 2 trung
đoạn này bị bẻ gãy, thì 1 tế bào sẽ không nhận đủ thông tin di truyền, trong khi tế bào
khác lại nhận gấp đôi. Vì vậy tế bào con sau kì cuối phân bào sẽ không nhận đủ hoàn
toàn tất cả thông tin di truyền cần thiết đối với chức năng sinh sản của nó. Đó chính là
quá trình hình thành giao tử từ một trứng thường và một tinh trùng được chiếu xạ.
Hình 2.5: Kết quả di truyền học tế bào của nhiễm sắc thể khi bị chiếu xạ
Công nghệ SIT chỉ được áp dụng cho những chủng loài côn trùng sinh sản bằng
giao cấu và chỉ hiệu quả nếu côn trùng được triệt sản thành công trong việc cạnh tranh
với những con đực khác để kết đôi với những côn trùng cái bản địa.
gian được đặt trước, máy sẽ tự động chuyển sang chế độ chắn bảo vệ an toàn “shield”
khi kết thúc quá trình chiếu xạ. thiết bị Self-Contained Dry-Storage Irradiator cung cấp
lượng phóng xạ lớn nhưng thể tích chiếu xạ nhỏ (từ 1-4 lít).
Copyright: Tài liệu đại học ©