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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những ứng dụng của đồng vị phóng xạ và công nghệ bức xạ 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 cácứng dụng không giới hạn của phóng xạ và đồng vị phóng xạ trong các ngànhcông nghiệp, y tế, nông nghiệp và nghiên cứu hướng tới hòa bình và tiến bộcủa nhân loại. Các ứng dụng của các đồng vị phóng xạ và các kỹ thuật bức xạđóng 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 phóngxạ – photon và electron. Những nghiên cứu về dao động Brownian đã cung cấpphương tiện đầu tiên để đo kích thước của nguyên tử và thiết lập các cơ sở chophép xoá tan những nghi ngờ về sự tồn tại của nguyên tử. Thông qua các nghiêncứu của mình về lý thuyết tương đối đặc biệt, tiến sĩ Einstein đã đưa ra các kháiniệm về tương đương khối lượng – năng lượng trong hình thức của một phươngtrình đẹp đẽ: m = E/c2 hoặc E = mc2. Phương trình này tạo ra cơ sở để giải phónglượng lớn năng lượng được lưu giữ trong các nguyên tử thông qua quá trình phânhạch hạt nhân. Việc khởi công xây dựng các lò phản ứng hạt nhân trong năm 1942của Enrico Fermi tạo ra con đường cho việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mụcđích hòa bình bằng cách sử dụng bức xạ và đồng vị phóng xạ. Một thập kỷ trướcphát kiến của Einstein, thế giới đã chứng kiến việc phá hiện tia X của giáo sưRoentgen, khám phá sự phóng xạ tự nhiên của giáo sư Henry Becquerrel và khámphá về các electron của giáo sư J.J. Thomson. Ba phát kiến này đã được công nhậnlà những sự kiện khởi nguồn đến vật lý hiện đại. Những hiện tượng phóng xạ tựnhiên, đặc biệt là với các khám phá về chế tạo hạt nhân phóng xạ nhân tạo, đã cungcấp một công cụ mạnh cho việc sử dụng các nguyên tử và phóng xạ với một loạtcác ứng dụng hòa bình, đưa đến sự tiến bộ của nhân loại. Sơ lược các ứng dụng cơbản trong các ngành công nghiệp, y tế, nông nghiệp và nghiên cứu sẽ được trìnhbày trong bài này. 2. NHỮNG NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA CÁC ỨNG DỤNG Sự tương tác giữa phóng xạ với vật liệu được thử nghiệm để thu thập cácthông tin là cơ sở trong quá trình đo lường cho các ứng dụng phóng xạ và đồng vịphóng xạ. Nguyên tắc cơ bản được minh hoạ trong hình 1. - Nguồn bức xạ phát ra tia alpha, bêta, gam-ma và nơtron; - Những quá trình tương tác có thể là sự hấp thụ, sự tán xạ, sự ion hóa hayphát bức xạ thứ cấp; - Máy dò (detector): máy đếm GM, máy đếm nhấp nháy, buồng ion hóa hayđầu dò bán dẫn … Hình 1. Sơ đồ nguyên lý đo đạc ứng dụng bức xạ Có ba dạng cơ bản khác nhau của những ứng dụng những đồng vị phóng xạvà bức xạ. Dạng đầu tiên phụ thuộc vào hiện thực ảnh hưởng của bức xạ đến vậtchất. Thuộc tính này được sử dụng trong liệu pháp ung thư phóng xạ, khử trùngcác sản phẩm y học, sự chiếu xạ thực phẩm, tăng liên kết chéo trong pôlime vânvân. Những ứng dụng trong công nghiệp của chất đồng vị sử dụng những hiệuứng của sự bức xạ trên vật liệu dẫn tới sự định giá những thuộc tính định tính vàđịnh lượng của vật chất. Hướng thứ ba của ứng dụng, như trong các hệ côngnghiệp, thuỷ học hay sinh học được dựa vào nguyên lý vết. Mọi ứng dụng này đềuyêu cầu những đồng vị phóng xạ hay nguồn bức xạ thích hợp. 3. SẢN PHẨM ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ VÀ NGUỒN PHÓNG XẠ Một lượng phong phú các đồng vị phóng xạ được sản xuất trong những lòphản ứng hạt nhân. Cả nguồn Côban-60 phóng xạ, được sử dụng rộng rãi nhưnguồn bức xạ trong công nghiệp và trong phòng thí nghiệm, cũng được sản xuấttrong những lò phản ứng năng lượng hạt nhân. Những đồng vị phóng xạ này tiếptục được xử lý trong những phòng thí nghiệm/ô “nóng” với sự thông hơi và thiết bịbốc dỡ từ xa đặc biệt. Ngoài ra nhiều đồng vị phóng xạ hữu ích được tách ra từnhững nhiên liệu đã cháy và tiếp tục xử lý (Bảng 1). Rất nhiều loại đồng vị khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng côngnghiệp. 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 côngnghiệp. Trong số các đồng vị này iridium-192, Co-60, Tm-170 được sản xuất tronglò phản ứng hạt nhân dựa trên phản ứng (n,γ). Trái lại Cs-137 được sản xuất từtách cesium chloride từ các sản phẩm phân hạch, được hấp thụ và lưu giữ trongkhối gốm. Các đồng vị phóng xạ được tiếp tục xử lý trong ô “nóng” để xác địnhđồng vị, đo lường hoạt độ và đóng viên. Ngoài các nguồn gamma nguồn beta vàneutron cũng được sản xuất lượng lớn cho hạt nhân đánh dấu và cho các mục đíchkhác. 4. CÁC KỸ THUẬT BỨC XẠ Nhiều dạng kỹ thuật đã được phát triển để thích hợp với các ứng dụng khácnhau. Một số ví dụ này được nêu lên trong phần này. 4.1 Chụp ảnh Gamma Chất đồng vị phóng xạ phát tia gamma có những ứng dụng quan trọng trongchụp ảnh công nghiệp. Chụp ảnh phóng xạ là kỹ thuật mà nguồn kín đặt ngoài máychụp ảnh (camera)/ máy chiếu (projector) phóng xạ. Có hơn 1000 loại camerachụp ảnh phóng xạ được sử dụng. 4.2 Buồng Gamma Buồng gam-ma là một thiết bị linh hoạt cho những sự nghiên cứu trongnhiều lĩnh vực như sinh học phóng xạ, sự bảo quản chồi ghép cây, sự đột biến sinhsản, sự bảo quản thực phẩm, kỹ thuật vô sinh sâu bọ giống đực, hiệu ứng sinh họcvà 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 cứukhác, khi có yêu cầu chiếu bức xạ vào vật liệu với những bức xạ ion hóa có liều thayđổi. 4.3 Đánh giá hạt nhân Nói chung các nguồn đo mức được sử dụng trong quá trình đo lường côngnghiệp. 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 loạichẩn đoán. Hàng chục đồng vị trong số khoảng 1000 đồng vị ...