Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

II-P-1.24
TÍNH TOÁN VÀ ĐO ĐẠC SUẤT LIỀU CHIẾU TẠI CÁC KHU VỰC KIỂM SOÁT CỦA MÁY
GIA TỐC CHÙM TIA ĐIỆN TỬ UELR-10-15S2 TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ
TRIỂN KHAI CÔNG NGHỆ BỨC XẠ
Nguyễn Anh Tuấn1,2, Trần Văn Hùng2, Cao Văn Chung2, Nguyễn Hoàng Hải2
Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên ĐHQG-HCM
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ
Email:
1

2

TÓM TẮT
Nhằm cung cấp bộ số liệu về suất liều tại các khu vực kiểm soát của máy gia tốc chùm tia điện
tử UELR-10-15S2 cho việc đánh giá an toàn bức xạ, các phương pháp tính xấp xỉ và mô phỏng
MCNP đã được sử dụng kết hợp với đo liều Fricke tại khu vực liều cao và đo TLD tại khu vực liều
thấp. Tại khu vực liều cao trong buồng chiếu, phòng ống gia tốc và dọc theo đường băng tải, kết quả
từ các phương pháp tính có sự phù hợp rất tốt với kết quả đo liều Fricke. Tại khu vực suất liều thấp,
mỗi phương pháp tính và đo mang một ý nghĩa nhất định tùy thuộc vào mục đích tính toán và đo đạc.
Với phương pháp xấp xỉ, suất liều được tính cho trường hợp cực đoan nhất, nghĩa là toàn bộ năng
lượng chùm electron 10 MeV chuyển thành năng lượng chùm bức xạ hãm, kết quả thu được trong
phòng điều khiển là 6,0 Sv/h và khu nạp – dỡ hàng là 1,0 (Sv/h), phù hợp với tiêu chuẩn ICRP.
Chương trình MCNP được áp dụng tính toán suất liều không bao gồm phông, kết quả thu được tại các
điểm bên ngoài buồng chiếu là 10-4 (Sv/h). Liều kế TLD được sử dụng để đo tích lũy trong một tháng
(bao gồm phông) và thu được kết quả từ 0,3  0,7 Sv/h, giá trị này bằng với phông phóng xạ môi
trường.
Từ khóa: Máy gia tốc, an toàn bức xạ
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Máy gia tốc UELR-10-15S2 thuộc thế hệ máy gia tốc tuyến tính (LINAC) [1] sử dụng sóng RF để gia tốc


(6): Bê tông

Hình 1. Cấu trúc bê tông che chắn phóng xạ của máy gia tốc UELR-10-15S2 [2]

ISBN: 978-604-82-1375-6

236


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
PHƯƠNG PHÁP TÍNH VÀ THỰC NGHIỆM ĐO LIỀU
Lý thuyết xấp xỉ
Giả sử nguồn photon bất đẳng hướng, năng lượng 10 MeV đặt tại đầu chiếu của máy gia tốc UELR-1015S2 với suất liều tại vị trí nguồn 1,5x109 Sv/h, bên ngoài buồng chiếu nhận được suất liều bằng hai con đường
là photon truyền qua các lớp bê tông và chùm photon tán xạ nhiều lần theo đường băng tải.
Tính toán truyền qua
Suất liều bên ngoài buồng chiếu được tính theo luật suy giảm bình phương khoảng cách và suy giảm theo
chiều dày vật liệu che chắn. Gọi suất liều ngay tại bia là P0 [Sv.m2kW-1h-1], suất liều P0 được tính cho công suất
chùm electron 15 kW:
P0 = 15x104x104 = 1,5x109 [Sv.m2/h], với  = 900

(2.1)

P0 = 15x2,8x105x104 = 4,2x1010 [Sv.m2/h], với  = 00

(2.2)

Suất liều bên ngoài buồng chiếu P1 [Sv/h] giảm theo bình phương khoảng cách R [m]:

P1 =


(2.6)

Trong đó, RS1 [m]: khoảng cách từ mặt tán xạ S1 đến mặt tán xạ S2;
P(R,  ): suất liều trung bình tại 1 điểm của bức xạ hãm, chiếu trên bề mặt tán xạ S1 và được xác
định theo luật bình phương khoảng cách;
R [m]: khoảng cách từ nguồn đến bề mặt tán xạ S1;

α(θ1 , θs , E) : hệ số tán xạ, chiếu trên mặt tán xạ S1 một góc  1 và phụ thuộc vào năng lương của
bức xạ hãm.

ISBN: 978-604-82-1375-6

237


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Suất liều chiếu tán xạ lần thứ hai PS2 [Sv] được xác định theo công thức:
PS2 = P(R1, θ1 ). α1.S1 / R S1.α 2 .S2 / R S2 [Sv/h]
2

2

(2.7)
Trong đó, RS2 [m]: khoảng cách từ bề mặt tán xạ S2 đến bề mặt tán xạ S3;
P(R1, θ1 ) [Sv/h]: suất liều trung bình tại 1 điểm của bức xạ hãm, được chiếu trên bề mặt tán xạ S2;

 2 =  2 ( 2 , s , E) : hệ số tán xạ lần hai, chiếu trên mặt tán xạ S2 một góc  2 .
Mô phỏng MCNP [5]
Gốc tọa độ tính trong MCNP được chọn tại vị trí thẳng đứng của chùm electron tại mặt sàn. Trục Ox đặt

* Các bước tiến hành: phép đo liều bên trong buồng chiếu được tiến hành theo các bước sau:
- Phân tích số liệu tính toán,
ISBN: 978-604-82-1375-6

238


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
- Tính toán thời gian đặt liều kế, cài đặt liều kế tại các điểm đã tính toán.
Đo suất liều bên ngoài buồng chiếu
* Thiết bị đo:
- Liều kế TLD: tinh thể LiF:MCP, quãng năng lượng: 4-10000 keV, độ cứng hóa: 5 %/năm
- Hệ đo: Mã hiệu máy (Model): RE-2000S, số Seri: 1502050010
Hãng, nước sản xuất: Đức
Năm sản xuất: 2009
Sai số phép đo: 7%
Ngưỡng nhạy dưới: 50 nGy
* Các bước tiến hành:
- Phân tích số liệu tính toán,
- Tính thời gian đặt liều kế: theo số liệu tính toán, suất liều bên ngoài buồn chiếu nằm trong khoảng 0,5 
100 Sv/h, thời gian cài đặt liều kế ít nhất là 30 ngày (thời gian thực).
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, ĐO ĐẠC VÀ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN
Kết quả tính toán và đo đạc tại tầng một
Phân bố các điểm tính toán và đo suất liều tại tầng một của máy gia tốc UELR-10-15S2 được cho trong
hình 4.

Hình 4. Phân bố các điểm tính và đo suất liều tầng một
Kết quả tính toán và đo đạc được cho trong bảng 1
Bảng 1. Kết quả tính toán và đo đạc tại tầng một
Điểm


5,5E+06

6,9E+06

0,05

2,2E+06

0,03

3

1,5E+04

3,2E+04

0,08

3,2E+04

0,03

4

6,4E+00

1,4E-03

0,15


4,3E-03

2,5E-04

0,24

3,5E-01

0,07

ISBN: 978-604-82-1375-6

239


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Trong bảng 1, kết quả tính theo lý thuyết cho nguồn photon 10 MeV, tính từ MCNP không bao gồm phông,
điểm 4, 6 và 7 đo bằng TLD, các điểm còn lại đo bằng liều kế Fricke.
Kết quả tính toán và đo đạc tại tầng hai
Các điểm tính và đo suất liều trên tầng hai được xác định theo hình 5.

Hình 5. Phân bố các điểm tính và đo suất liều tầng hai
Kết quả thu được từ các phương pháp tính và các phép đo liều tại tầng hai của máy gia tốc được trình bày
trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả tính toán và đo đạc suất liều trên tầng hai
Điểm

Lý thuyết


6,4E+06

0,04

1,6E+06

0,03

10

2,3E+04

9,4E+03

0,12

2,8E+4

0,03

11

2,5E+00

2,6E-03

0,12

3,5E-01

nhau, còn sai khác giữ MCNP so với TLD là do MCNP không tính đến phông phóng xạ môi trường.
Kết quả tính toán và đo đạc trên nóc buồng chiếu
Trên nóc buồng chiếu, suất liều được xác định tại vị trí ống thông gió (điểm 15) và vị trí chiếu thẳng tới
đầu phát chùm electron (điểm 14). Kết quả tính và đo suất liều trên nóc buồng chiếu được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tính và đo suất liều trên nóc buồng chiếu
Điểm
14

ISBN: 978-604-82-1375-6

Lý thuyết

Tính MCNP

Đo thực nghiệm

D (Sv/h)

D (Sv/h)



D (Sv/h)



4,3E+01

8,3E+01


tiêu chuẩn ICRP [8]. Suất liều tại các khu vực làm việc của các nhóm đối tượng so với tiêu chuẩn ICRP được
cho trong bảng 4.
Bảng 4. So sánh suất liều thực tế với tiêu chuẩn ICRP
Nhóm đối tượng

Điểm

Suất liều thực,
(Sv/h)

Tiêu chuẩn ICRP, (Sv/h)

4

0,49  0,07

6,0

6

0,45  0,07

6,0

11

0,35  0,07

6,0


Khu vực cảnh báo bức xạ
Ngoài các khu vực làm việc thường xuyên của nhân viên bức xạ, nhân viên nạp – dỡ hàng, khách vãng lai
được xác định là an toàn thì vẫn còn một số khu vực suất liều cao cần có cảnh báo bức xạ. Khu vực được xác
định suất liều cao là tại nóc buồng chiếu, đặc biệt khi phát chùm tia từ dưới hướng thẳng lên. Bảng 5 chỉ ra các
điểm có suất liều cao và thời gian làm việc tối đa khi cần khắc phục sự cố.
Bảng 5. Suất liều và thời gian làm việc tối đa trên nóc buồng chiếu
Điểm

Suất liều (Sv/h)

Thời gian làm việc tối đa (h)

14

18, 0

2,7

15

247,0

0,2

Theo bảng 5, tại điểm 14 nhân viên bức xạ được phép làm việc trong khoảng thời gian 2,7 giờ, còn điểm 15
chỉ được phép làm việc trong 0,2 giờ. Tuy nhiên, với đặc trưng của máy gia tốc cho phép tắt – mở chùm tia theo
ý muốn nên trong trường hợp có sự cố độc lập với hệ điều khiển, người vận hành chủ động tắt chùm tia để khắc
phục sự cố. Trong thời gian chiếu xạ, cần có biển cảnh báo bức xạ tại cầu thang lên nóc buồng chiếu và nghiêm
cấm việc leo lên nóc buồng chiếu khi thiết bị đang vận hành.
KẾT LUẬN

Research and Development Center for Radiation Technology
Email:
ABSTRACT
In order to provide data on the dose rate at the control area of electron beam accelerator UELR10-15S2 for assessing radiation safety, the approximation method and MCNP simulation were used
combined with Fricke dosimetry at high dose area and TLD dosimetry at low dose area. At the high
dose area: inside the irradiation room, accelerator room and along the conveyor, the results of the
calculation methods are good agreed with the results of Fricke dosimeters. At the low dose rate, they
were calculated for the most extreme cases (10 MeV bremsstrahlung energy) by approximation
method; the results are 6 Sv/h at the control room and 1.0 at the product loading – unloading. MCNP
code was applied to calculation dose rate without natural radioactive background, and the results
outside irradiation room 10-4 Sv/h. TLD dosimeters were used to accumulated measure in a month
(including background) and the results obtained from 0.3 to 0.7 Sv/h, these values are equal to
radioactive background.
Keyword: Accelerator, radiation safety
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Jean-Luc Biarrotte, RF Cavities for Particle Acceleration, CNRS/IPN Orsay, 2009.
[2]. Corad service, Preliminary Calculation of Radiation Shielding for Electron Beam System Deliverred
Under Contract No. 01/12-08-2, St. Petertburg, Russia, 2009.
[3]. IAEA, Radiological Safety Aspects of the Operation of Electron Linear Accelerators, Technical Reports
Series 188, 1979.
[4]. NCRP, Radiation Protection Design Guidelines for 0.1-100 MeV Particle Accelerator Facilities, National
Council on Radiation and Measurements No.51, 1997.
[5]. Los Alamos National Laboratory, Monte Carlo N-Partical Code System, Los Alamos, New Mexico,
2000.
[6]. ASTM, Standards practice for using the Fricke Reference-Standard dosimetry system, Standards on
dosimetry for radiation processing, ASTM (2 nd edition), pp. 261-268, 2004.
[7]. www.jascoint.co.jp
[8]. ICRP, The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Annals
of the ICRP Publication 103, 2007.