Những ứng dụng của đồng vị phóng
xạ và công nghệ bức xạ
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.
1. GIỚI THIỆU
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/c
2
hoặc E =mc
2
. Phương trình này tạo ra cơ sở để giải phóng
lượng lớn năng lượng được lưu giữ trong các nguyên tử thông quaquá trình phân
hạchhạt nhân. Việc khởi côngxâydựng các lò phảnứnghạt nhân trong năm 1942
của Enrico Fermitạo raconđường cho việcsử 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 biệtlàvớicáckhámphávề chế tạohạt nhânphóng 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 dụnghòa bình, đưa đến sự tiến bộ của nhân loại. Sơ lược các ứng dụng cơ

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 cácđồng vị này iridium-192, Co-60, Tm-170 đượcsản 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 xuấtlượng lớn chohạtnhân đánhdấu vàchocác mụcđích
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 đượcnêu lên trong phần này.
4.1 Chụp ảnh Gamma
Chất đồng vị phóng xạ phát tiagamma có những ứng dụng quan trọng trong
chụpảnh công nghiệp.Chụpảnhphóng xạ làkỹ thuậtmà nguồn kínđặtngoàimáy
chụp ảnh (camera)/ máy chiếu (projector) phóng xạ. Có hơn 1000 loại camera
chụp ảnh phóng xạ đượcsử dụng.
4.2 Buồng Gamma
Buồng gam-ma là một thiết bị linh hoạt cho những sự nghiên cứu trong
nhiều lĩnh vựcnhư sinh học phóng xạ,sự bảo quản chồi ghépcây, sự đột biếnsinh
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 bứcxạ vàovật liệu với nhữngbứcxạ ionhóacó 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

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 cảngbiển và cảng trongnướcvà 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 ròrỉ trongnhững ống dẫn chôn ngầmdưới đất đến
sự đánhgiá cácchứcnănghoạtđộng củanhững lòphảnứnghóa 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
dụngđể kiểm tra thủyngân trong những nhà máy sản xuất sôđa ănda.
Xử lý bức xạ (RadiationProcessing)
Xử lýbứcxạ côngnghiệpđangmở rộng một cách nhanh chóngvùngsử 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 sinhra những sản phẩm mới có những tínhchất được cải tiến.
Về cơ bản, xử lý bức xạ công nghiệp bao gồm bắn phá các vật liệu bằng bức
xạ nănglượng cao dướinhữngđiềukiệnđượckiểm soátđể đưa ranhững thayđổi
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 caođược 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 chiếubởi liều25 kGy để diệttrùngdụng cụ ytế. Thiếtbị EB
đượcsử dụngtrongxử lýpolimer,chế biến, ghép nối phântử hoáchấtbằngbứcxạ
(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 mộttrong những công nghệ mới
nổi bật lênhiện nay liên quan đến việc khử trùng diệt gien sinh sản của sản phẩm

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 cậynhiều loại bệnh.
RNI theosự sosánhthìrấthữuíchtrongchức năng thuthậpcácthôngtinvề
nhiều cơ quan thông tincấu trúc làmcho kỹ thuật nàytrở nênlà duy nhất và nhạy
cảm trongchẩn 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 ứngdụngtiêu biểu gồm:
§ Sự đánh giá bệnh nhân với bệnh động mạch vành để quyết định giải
phẫu và theo dõi sau giải phẫu.
§ Chẩn đoánsự quááp gây ra donhững vấn đề của thận.
§ Xác định sớm ungthư và di căn của nó tới những cơ quankhác.
§ Sự tắc nghẽn luồng máu tới phổi trong những bệnh nhân sau khi giải
phẫu.
§ Xác định sự tắc nghẽn ốngdẫn mậtdẫn tới bệnh vàngda’ phẫu thuật’.
§ Đánh giá bướu tuyến giáp.
§ Chụp ảnh toàn bộ não để đánhgiá bệnhđộngkinhvàchứng loạn trí.
§ (Radionuclide hìnhảnhlà một sânchơibổ íchtăngcườngvai trò cách
thường xuyên, thực hànhlâm 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 đượcđiều trị tốt hơn.
Phân tích miễn dịch phóng xạ
Phân tích miễn dịch phóng xạ (Radio immunoassay: RIA), như tên gọi được
đề nghị, làmột kỹ thuật dựa trên các đo lường hoạt độ phóng xạ và phản ứng hoá
họccủa hệ miễndịch(immunochemical) giữamộthoóc mônvà mộtkhángthể độc
chống lại hoóc môn đó.

trồng.
§ Cách bón phân phốt pho tốt nhất cho gốc cây, bóntheo chiều sâu đất
trồng vàbón theo thời giancho 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 trongcây, vân vân.
§ Sự biến đổiphóng xạ đượcsử dụng vôcùngrộngrãi trong nhiềuquốc
giađể nângcaosản lượng,tạocác loạigiốngcây trồngcó chấtdinhdưỡngcaohơn,
như cácgiống lạc,lúa, cây xanhv.v.
§ Xử lý bức xạ cà phê hạt bằng cách sử dụng electrons nhanh, nâng cao
chất lượng sản phẩm.
Vâng, trong danhsách sẽ không bao giờ kếtthúc!!.
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 làmộtthiếtbị cyclotron điệntử,trongđó 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
mộtđườngtiếptuyến chungtạitrục củalỗ RF gia tốc.Sự đồng bộ chuyểnđộngcủa
electronsvới trường RFgia tốcđạtđượcbằngcáchlàmchochukìcủamỗi quỹ đạo
kế tiếplớnhơn so với quỹ đạotrước đó bằngcách lấytổng 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 kíchhoạt,chiếuxạ cácthiếtbị bán dẫn,v.v. Microtroncũng 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 10

muốn tại mức sụt điện áp tới thấp hơn có thể tìm ra được bằng cách chiếu xạ
những điôt nănglượng vớinhữngliềukhác nhau,mọithiết bị cungcấpcho nghiên
cứu này phảicó cùng nhữngđặc trưng ban đầu.
Khảo sát sinh vật học phóng xạ
Các thí nghiệm theo hệ thống được thực hiện để điều trahiệu 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 viconngười. Trong những nghiên cứunàynỗ lực được tậptrung vàonhững
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) ngoạivi con người đã đượcnghiên cứu để tìmra những
ảnh hưởng của suất liều bức xạ electrons 6 MeV và gamma Co-60. Các kết quả
được sosánh với phảnứngchiếuxạ chínhxácbằngbứcxạ Co-60.Các hiệuquả 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
tínhdi truyềnkhácnhau được sử dụng choviệc nghiên cứukhả năng sống và biến
đổigenebằngcáchsử dụng electrons năng lượngcaovà 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
chiếuxạ bằng bứcxạ gamma chính xácCo-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, D
7
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 10
6