ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN QUANG HƯƠNG

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ 18F-FDG TẠI TRUNG TÂM MÁY
GIA TỐC 30MeV - BỆNH VIỆN 108

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN QUANG HƯƠNG

AN TOÀN BỨC XẠ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ 18F-FDG TẠI TRUNG TÂM MÁY
GIA TỐC 30MeV - BỆNH VIỆN 108

Chuyên ngành: Vật lý nguyên tử
Mã số: 60440106

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Tên tôi là Nguyễn Quang Hương, học viên cao học khóa 2011 – 2013,
chuyên ngành Vật lý nguyên tử, hạt nhân và năng lượng cao, trường Đại học
Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội. Tôi xin cam đoan Luận văn thạc
sĩ ‘‘An toàn bức xạ trong quá trình sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG tại
Trung tâm máy gia tốc 30 MeV, Bệnh viện 108’’ là công trình nghiên cứu của
riêng tôi, số liệu nghiên cứu thu được từ thực nghiệm và không sao chép.
Học viên

Nguyễn Quang Hương


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
DANH MỤC CÁC BẢNG
MỞ ĐẦU . ........................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. AN TOÀN BỨC XẠ TRONG SẢN XUẤT ĐỒNGVỊ PHÓNG XẠ
TRÊN MÁY GIA TỐC CYCLOTRON ............................................................................. 4
1.1. Máy gia tốc Cyclotron dùng cho sản xuất đồng vị phóng xạ ................................ 4
1.2. Tác hại của bức xạ đến sức khỏe con người ......................................................... 8
1.3. Tiêu chuẩn về an bức xạ trong tiếp xúc, vận chuyển vật liệu phóng xạ và quản
lý chất thải phóng xạ ................................................................................................. 14
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 18
2.1. Sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc cyclone 30 tại Trung tâm Máy gia
tốc – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 ............................................................... 18
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 27
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ........................................ 37
3.1. Suất liều bức xạ tại một số vị trí quan trọng Trung tâm Máy gia tốc Cyclotron
30 MeV – Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 trong quá trình sản xuất 18F-FDG 34
3.2. Độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại phòng hotcell tổng hợp, chia liều 18F-FDG 44

SPECT

Single Photon Emission Computed Tomography; Chụp cắt lớp
bằng bức xạ đơn Photon

FDG

Fludeoxyglucose

RF

Radio frequency

D

Điện cực Dee

α, β, γ, neutron

Bức xạ anpha, beta, gamma và nơ tron

DNA

Deoxyribonucleic acid; là nguyên liệu di truyền ở người

CT

Computed Tomography; Chụp cắt lớp vi tính

QCVN



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Nguyên lý gia tốc cyclotron. ............................................................................... 5
Hình 1.2. Sơ đồ chung một cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ dùng gia tốc Cyclotron. ...... 6
Hình 1.3. Minh họa đứt gãy liên kết trong phân tử AND do bức xạ ion hóa. .................. 12
Hình 2.1. Máy gia tốc Cyclone 30 của hãng IBA . ........................................................... 19
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống máy gia tốc Cyclone 30. .......................................................... 19
Hình 2.3. Sơ lược cấu tạo nguồn ion . ............................................................................... 20
Hình 2.4. Sơ lược cấu tạo hệ thống bơm chùm ion dọc trục............................................. 21
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống RF, Các điện cực Dee, lỗ và khớp nối RF. .............................. 21
Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo đường chùm . .............................................................................. 22
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý đưa proton ra. ......................................................................... 23
Hình 2.8. Giản đồ miêu tả dòng proton có thể chuyển ra ở 5 cổng khác nhau. ................ 23
Hình 2.9. Hình dạng bề ngoài (trái) và bên trong (phải) của hệ thống hotcell ................. 25
Hình 2.10. Cửa sổ thủy tinh chì để quan sát hoạt động của cánh tay rôbốt . .................... 25
Hình 2.11. Điều khiển hệ thống hoạt động thông qua máy tính bên ngoài. ..................... 26
Hình 2.12. Cấu trúc phân tử 18F-FDG. .............................................................................. 26
Hình 2.13. Sơ đồ mặt bằng khu vực máy gia tốc và các điểm khảo sát suất liều bức xạ,
nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt . ............................................................................................ 28
Hình 2.14. Thiết bị AT6012A sử dụng đo suất liều bức xạ gamma ................................. 29
Hình 2.15. Phản ứng giữa neutron và He3 ........................................................................ 30
Hình 2.16. Máy đo Thermo (hình trái) và cấu tạo bên trong (hình phải). ........................ 30
Hình 2.17. Các vị trí đo độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt trong phòng hotcell. ................. 32
Hình 2.18. Thiết bị Radiagem 2000. ................................................................................. 32


Hình 2.19. Đầu dò nhiễm bẩn α/β SAB – 100. ................................................................. 32
Hình 2.20. Sơ đồ khối hệ phổ kế bán dẫn BEGe-Canberra . ............................................ 34
Hình 2.21. Khối phân tích số DSA-1000 .......................................................................... 36

dựng đường cong hiệu suất ghi. ........................................................................................ 51
Bảng 3.8. Hiệu suất ghi của hệ đo với các đỉnh năng lượng được chọn để xây dựng
đường cong hiệu suất ghi. ................................................................................................. 51
Bảng 3.9. Danh sách các đồng vị phóng xạ sinh tra trên lá Havar. .................................. 54
Bảng 3.10. Kết quả xác định hoạt độ các đồng vị phóng xạ trên lá Havar. ...................... 56
Bảng 3.11. Mức hoạt độ miễn trừ. .................................................................................... 57


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ứng dụng kỹ thuật bức xạ và
hạt nhân hiện đang được sử dụng ngày càng nhiều và rộng rãi trên thế giới trong các
lĩnh vực của đời sống như y tế, công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu khoa học, vv…
và đem lại những hiệu quả kinh tế, xã hội đáng ghi nhận. Qua nhiều thập kỉ, các chất
phóng xạ nhân tạo đã đem lại nhiều lợi ích to lớn trong chẩn đoán, điều trị bệnh, cũng
như trong kỹ thuật khoa học, nghiên cứu, nông nghiệp và công nghiệp. Những thành
tựu này đã góp phần cải thiện cuộc sống trên Trái đất với mức độ khó có thể đánh giá
được.
Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật bức xạ và hạt nhân cũng tiềm ẩn nhiều nguy
cơ mất an toàn và an ninh bức xạ, hạt nhân, ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân viên làm
việc và cộng đồng nếu không được kiểm soát và bảo vệ chặt chẽ. Vấn đề quản lý, vận
chuyển, lưu giữ chất thải phóng xạ, ảnh hưởng của phóng xạ đối với môi trường và con
người là những vấn đề rất quan trọng trong công tác quản lý pháp quy về an toàn bức
xạ. Trong số các cơ sở bức xạ, đáng lưu ý là các cơ sở sử dụng máy gia tốc dùng sản
xuất đồng vị phóng xạ, đặc thù của các cơ sở này là thường có nhiều chất phóng xạ tồn
tại bên trong hệ thống máy gia tốc, mặc dù các cơ sở vận hành máy gia tốc được thiết
kế rất công phu, nhằm đảm bảo các chất phóng xạ được giam giữ trong hệ thống tòa
nhà máy gia tốc nhưng rõ ràng vẫn tiềm ẩn nhiều nguy cơ có thể xảy ra các tai nạn ví
dụ như các hỏng hóc hoặc hư hại máy móc, thiết bị vv…, các thiếu sót trong thiết kế,
các thao tác chủ quan sai lầm của các nhân viên vận hành hoặc việc không quan tâm
đúng mức tới công tác quản lý chất lượng, kiểm tra theo dõi thường xuyên để đề phòng

tác quản lý và lưu giữ các vật liệu phóng xạ này trước khi thải ra môi trường.
Với mục đích nêu trên, Luận văn được hoàn thành với bố cục gồm 3 chương:
Chương 1. An toàn bức xạ trong sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc
cyclotron: Trình bày khái quát về máy gia tốc cyclotron, các loại bức xạ phát ra trong
quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ trên máy gia tốc cyclotron; tác hại của bức xạ đến
sức khỏe con người; các tiêu chuẩn an toàn bức xạ trong tiếp xúc, vận chuyển và quản
vật liệu phóng xạ của Việt Nam.

2


Chương 2. Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu: Trình bày nội dung và đối
tượng khảo nghiên cứu của Luận văn, giới thiệu về máy gia tốc cyclotron 30 MeV
dùng sản suất đồng vị phóng xạ, hệ thiết bị tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ 18FFDG, quy trình sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG, các phương và thiết bị được sử
dụng để khảo sát suất liều bức xạ gamma, neutron, độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt và
xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia máy gia tốc.
Chương 3. Kết quả thực nghiệm và bàn luận: Trình bày kết quả khảo sát thực
nghiệm phông bức xạ, suất liều bức xạ gamma và neutron trong quá trình sản xuất
dược chất phóng xạ

18

F-FDG tại một số vị trí quan trọng trong khu vực máy gia tốc

Cyclotron 30 MeV; xác định độ nhiễm bẩn phóng xạ bề mặt tại khu vực hệ thiết bị
tổng hợp, chia liều dược chất phóng xạ 18F-FDG; xác định hoạt độ của một số đồng vị
phóng xạ trong màng mỏng của cửa sổ buồng bia.

3



xoắn ốc và động năng của hạt tăng dần sau một số lớn lần vượt qua khoảng trống giữa
hai điện cực.

Hình 1.1. Nguyên lý gia tốc cyclotron.
Quá trình gia tốc cứ tiếp diễn cho đến khi hạt đạt được năng lượng danh định và
tiến ra ngoài bán kính tách chùm tia. Năng lượng cực đại mà một ion có thể thu được
bằng gia tốc cyclotron được tính qua công thức:
1

(mv)2

2

2m

Emax = mv2 =

=

Trong đó: Rtach là bán kính tách chùm tia; Rtách =

(qBRtach )2
2m

(1.1)

mv
|q|B


các khu vực có thể tồn tại bức xạ tức thời cần phải có các rào cản an toàn để ngăn ngừa

6


chiếu xạ do bức xạ tức thời trong quá trình vận hành máy gia tốc. Một số địa điểm mà
mức độ bức xạ tức thời có thể tăng cao do gần với trường chùm tia gia tốc cần được
xem xét như các đường ống đâm xuyên vào phòng máy gia tốc mà không được che
chắn, mặt sàn phía trên trần của phòng máy gia tốc, phần hệ thống che chắn trong vùng
lân cận của chùm tia gia tốc.
b. Bức xạ thứ cấp
Bức xạ tức thời năng lượng cao tương tác với các vật liệu cũng có thể gây ra sự
hình thành các vật liệu phóng xạ. Quá trình này thường được gọi là "kích hoạt" và các
vật liệu phóng xạ được tạo ra lại có khả năng phát các tia bức xạ gọi là "bức xạ thứ
cấp". Vật liệu bị kích hoạt chủ yếu phát ra bức xạ gamma và beta. Một số vật liệu
phóng xạ có thời gian sống ngắn và hoạt độ giảm nhanh chóng trong vòng vài ngày
hoặc vài tuần sau khi bị kích hoạt. Một số vật liệu phóng xạ khác phải mất nhiều năm
để phân rã các đồng vị đến mức ổn định. Việc chiếu xạ do các vật liệu phóng xạ này
chính là phần đóng góp lớn vào liều bức xạ của các nhân viên.
Vật liệu nằm trên các bộ phận đường chùm tia, từ trường, bộ hãm và dừng chùm
tia, bia, detector và các thiết bị thí nghiệm khác là những nơi thường xảy ra việc kích
hoạt vật liệu. Các vật liệu khác có thể bị kích hoạt là các chất bôi trơn, nước làm mát
và không khí bên trong các không gian đường chùm tia. Cần chú ý rằng hệ thống làm
mát khép kín kết hợp bộ hãm chùm tia có thể chứa một số vật liệu kích hoạt dẫn đến
nguy cơ chiếu xạ ngay tại thời điểm máy gia tốc vận hành và cả trong thời gian bảo trì
các hệ thống này. Do vậy các tòa nhà hoặc các phòng làm mát các bộ phận hệ thống
chùm tia năng lượng cao cũng cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ra vào.
c. Các vật liệu nhiễm phóng xạ
Vật liệu bị nhiễm phóng xạ là những thiết bị, công cụ bị nhiễm bẩn phóng xạ bề
mặt có thể tháo rời hoặc vật liệu bị nhiễm bẩn phóng xạ trên bề mặt nhưng có thể được

và có tác dụng ion hoá rất mạnh nhưng khả năng đâm xuyên rất kém (vài centimét
không khí hay da là đủ để chặn lại) tuy nhiên, nếu một chất phát tia anpha được đưa
vào trong cơ thể, nó có thể tạo ra liều chiếu trong nguy hiểm đối với các mô nhạy cảm
do các mô này không có lớp bảo vệ bên ngoài giống như da.

8


Tia bêta (β): Tia bêta gồm có hai loại, tia bêta cộng (β+) là hạt positron mang
điện tích nguyên tố dương, tia bêta trừ (β-) là hạt electron mang điện tích nguyên tố âm.
Nói chung khả năng ion hoá của tia bêta kém hơn tia α rất nhiều nhưng tia bêta đâm
xuyên mạnh hơn. Năng lượng của tia β có thể biến thành tia γ hay tia X khi các hạt β bị
hãm lại lúc đi gần một hạt nhân của môi trường vật chất (bức xạ hãm).
Tia gamma (γ): Tia gamma sinh ra từ quá trình phân rã các hạt nhân nguyên tử,
từ các phản ứng hạt nhân, hay tương tác giữa các hạt như quá trình hủy cặp electronpositron. Tia gamma là một loại bức xạ điện từ có bước sóng rất ngắn, nhỏ hơn 10−12 m
[24], không bị từ trường làm lệch hướng chuyển động do không mang điện. Nếu không
tính đến phản ứng hạt nhân, tương tác của bức xạ gamma với vật chất bao gồm: hiệu
ứng quang điện, hiệu ứng compton và hiệu ứng tạo cặp electron - posistron. Khả năng
ion hoá của tia gamma kém hơn rất nhiều nhưng lại có khả năng đâm xuyên rất mạnh
so với các tia α và β.
Bức xạ neutron: Neutron là một hạt hạ nguyên tử có trong thành phần hạt nhân
nguyên tử, trung hòa về điện tích và có khối lượng bằng 1,67492716×10−27 kg [24].
Bức xạ neutron được sinh ra trong quá trình phân hạch các hạt nhân nguyên tử nặng.
Neutron được chia làm 3 loại tùy thuộc vào năng lượng của chúng (neutron nhanh năng
lượng lớn hơn 100 keV, neutron trung bình năng lượng từ 0,025 đến 100 keV, neutron
nhiệt năng lượng nhỏ hơn 0,025 keV) [24].
Neutron là hạt không tích điện và vì vậy chúng không gây ra sự ion hoá trực tiếp
môi trường mà chúng truyền qua, neutron tương tác với môi trường vật chất thông qua
ba phương thức là tán xạ đàn hồi, tán xạ không đàn hồi và hấp thụ neutron. Tương tác
của neutron với môi trường vật chất có thể kích hoạt các hạt nhân môi trường vật chất

những phân tử nước (thành phần chủ yếu của các phân tử cấu tạo nên tế bào) có thể
dẫn đến những thay đổi bên trong phân tử và tạo ra các loại hợp chất gây hại cho các
nhiễm sắc thể. Sự hủy hoại này thể hiện ở sự biến đổi về cấu trúc và chức năng của
phân tử. Trong cơ thể người, sự thay đổi này có thể tự biểu lộ qua các triệu trứng bệnh
lý như ốm mệt do phóng xạ, đục thủy tinh thể hoặc về lâu dài là ung thư.

10


Cơ chế gây tổn thương trực tiếp: Bức xạ ion hoá trực tiếp truyền năng lượng và
gây nên quá trình kích thích, ion hoá các phân tử sinh học dẫn đến tổn thương các phân
tử đó.
Cơ chế gây tổn thương gián tiếp: Bức xạ ion hoá tác dụng lên các phân tử nước
(chiếm 75% trong tổ chức sống) làm phân ly các phân tử nước tạo thành các ion: H +,
OH- ..., các gốc tự do *H, *OH, ..., các hợp chất có khả năng ôxy hoá cao HO2, H2O2,
..., chúng phản ứng với các phân tử sinh học và gây tổn thương.
Sau khi các phân tử sinh học cấu tạo tổ chức sống chịu tác dụng trực tiếp hoặc
gián tiếp của bức xạ ion hóa, các sản phẩm phản ứng tương tác với các phân tử hữu cơ
quan trọng của tế bào. Các gốc tự do và các tác nhân oxy hóa có thể tấn công các phân
tử phức tạp là thành phần của các nhiễm sắc thể, chúng có thể tự gắn vào một phân tử
hoặc làm gãy các liên kết trong các phân tử dạng chuỗi dài đó. Những tổn thương ở
giai đoạn đầu nếu không được hồi phục sẽ dẫn đến những rối loạn về chuyển hóa. Các
gốc tự do phản ứng với những gốc hoạt động của hệ thống men có nhóm –SH biến
chúng thành những nhóm disulfur không hoạt động. Kết quả là hoạt tính phân giải của
hệ thống men có gốc –SH bị phá hủy, một phần chất men này rất cần thiết đối với sự
tổng hợp nucleoproteit và acid nucleic là những nhân tố quan trọng trong sự sống của
cơ thể. Ngoài ra các gốc tự do và các tác nhân oxy hóalàm suy biến các chất men
enzym protein, các chất enzym này đóng vài trò là xúc tác điều hòa đời sống của tế
bào, nếu chúng bị suy biến thì tế bào không thể hoạt động bình thường dẫn đến tế bào
bị chết hay bị hủy hoại. Do ảnh hưởng của sự chiếu bức xạ ion hóa, số lượng các DNA

-

Tế bào chết do tổn thương nặng ở nhân và chất nguyên sinh;

12


-

Tế bào không chết nhưng bị thay đổi. Ví dụ: không phân chia được nhưng số
nhiễm sắc thể tăng gấp đôi và thành tế bào khổng lồ; tế bào phân chia được
nhưng có rối loạn trong cơ chế di truyền...

Các nghiên cứu cho thấy không phải toàn bộ các tế bào cùng có độ nhạy cảm bức
xạ giống nhau mà chúng rất khác nhau. Một số tế bào có độ nhạy cảm với bức xạ cao
như:
-

Các tế bào non đang trưởng thành (tế bào phôi);

-

Các tế bào sinh sản nhanh, dễ phân chia (tế bào cơ quan tạo máu, niêm mạc
ruột, tinh hoàn, buồng trứng ...);

- Các tế bào thần kinh tùy thuộc loại ít phân chia nhưng cũng rất nhạy cảm phóng
xạ.
c. Các tổn thương xảy ra ở mức độ cơ thể
Tổn thương xảy ra ở mức độ cơ thể kèm theo các hiệu ứng biểu hiện theo thời
gian (hiệu ứng sớm, hiệu ứng muộn).

Hhd,tổng= Hhd,1 + Hhd,2

(1.2)

Hhd,tổng tổng liều hiệu dụng: là đại lượng được dùng để đánh giá liều bức xạ gây
nên cho tất cả các mô và cơ quan trong cơ thể; Hhd,1: liều hiệu dụng gây bởi chiếu xạ
từ bên ngoài trong một khoảng thời gian xác định; Hhd,2: Liều hiệu dụng gây bởi chất
phóng xạ xâm nhập vào cơ thể trong cùng thời gian đó.
Đơn vị của liều hiệu dụng là jun trên kilogram và được gọi là Sivơ (Sv).
Đối với mọi công việc bức xạ bất kỳ, cần phải bảo vệ nhân viên bức xạ và dân
chúng tránh các rủi ro bức xạ bằng cách giữ cho liều chiếu xạ thấp hơn các giới hạn
liều tương ứng dưới đây.
Bảng 1.1. Giới hạn của Việt Nam về liều chiếu xạ đối với các đối tượng theo quy định
tại Thông tư số 19/2012/TT-BKHCN ngày 8/11/2012 của Bộ Khoa học và Công nghệ

14


Đối tượng

Giới hạn về liều
- Liều hiệu dụng 20 mSv trong một năm được lấy
trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau (100 mSv trong 5
năm) và 50 mSv trong một năm đơn lẻ bất kỳ;

Nhân viên bức xạ

- Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 20 mSv

chuyên nghiệp trên 18

15