Giáo trình Vật lý tia X (Ngành: Kỹ thuật hình ảnh y học - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Vật lý tia X (Ngành: Kỹ thuật hình ảnh y học - Trình độ: Cao đẳng)" giúp cho người học nắm được được những nguyên tắc chung nhất một số khái niệm cơ bản về tia phóng xạ và ứng dụng của tia phóng xạ đến đời sống. Cung cấp những kiến thức cơ bản máy X quang, nguyên tắc tạo ảnh, cơ sở vật lý của chẩn đoán X quang. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm được nội dung chi tiết!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật lý tia X (Ngành: Kỹ thuật hình ảnh y học - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá

1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THANH HÓA TRƯỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LÝ TIA X NGÀNH: KỸ THUẬT HÌNH ẢNH Y HỌC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số:549 /QĐ-CYT ngày 09 tháng 08 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường cao đẳng Y tế Thanh Hóa Thanh Hóa, năm 2021
2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
3 LỜI GIỚI THIỆU Trường Cao đẳng Y tế Thanh Hoá có bề dày lịch sử đào tạo các thế hệ cán bộ Y - Dược, xây dựng và phát triển hơn 60 năm. Hiện nay, Nhà trường đã và đang đổi mới về nội dung, phương pháp và lượng giá học tập của học sinh, sinh viên nhằm không ngừng nâng cao chất lượng đào tạo. Để có tài liệu giảng dạy thống nhất cho giảng viên và tài liệu học tập cho học sinh, sinh viên; Đảng uỷ - Ban Giám hiệu Nhà trường chủ trương biên soạn tập bài giảng của các chuyên ngành mà Nhà trường đã được cấp phép đào tạo. Tập bài giảng Vật lý tia X được các giảng viên Bộ môn Chẩn đoán hình ảnh biên soạn dùng cho hệ Cao đẳng Kỹ thuật hình ảnh dựa trên chương trình đào tạo của Trường ban hành năm 2021, Thông tư 03/2017/BLĐTBXH ngày 01 tháng 3 năm 2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động thương binh xã hội. Vì vậy môn học Vật lý tia X giúp cho người học nắm được được những nguyên tắc chung nhất một số khái niệm cơ bản về tia phóng xạ và ứng dụng của tia phóng xạ đến đời sống. Cung cấp những kiến thức cơ bản máy X quang, nguyên tắc tạo ảnh, cơ sở vật lý của chẩn đoán X quang. Môn học Vật lý tia X giúp học viên sau khi ra trường có thể vận dụng tốt các kiến thức về cơ sở vật lý về dòng điện, phóng xạ, tia X quang và sự ghi hình tạo ảnh của tia X quang đã học vào hoạt động nghề nghiệp. Tuy nhiên trong qua trình biên soạn tập bài giảng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tập thể biên soạn xin ghi nhận các ý kiến đóng góp xây dựng của các nhà quản lý, đồng nghiệp, độc giả và học sinh, những người sử dụng cuốn sách này để nghiên cứu bổ sung cho tập bài giảng ngày càng hoàn thiện hơn. Thanh Hóa, năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Ths. BS Mai Văn Bảy – Chủ biên 2. Ths. BS Lê Viết Dũng 3. Ths. BS Bùi Khắc Tuân 4. CN Nguyễn Quốc Hải
4 MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu .................. 3 2. Bài 1: Tia X và ứng dụng của tia X .................. 6 3. Bài 2: Cơ sở về dòng điện và phóng xạ .................. 12 4. Bài 3: Phương pháp ghi đo phóng xạ .................. 17 5. Bài 4: Cơ sở vật lý của chẩn đoán X quang .................. 25 6. Bài 5: Ảnh sơ cấp và chất lượng ảnh sơ cấp .................. 28 7. Bài 6 : Bản chất và điều kiện phát tia .................. 33 8. Bài 7: Bóng X quang .................. 37 9. Bài 8 : Các bộ phận cơ bản trong máy X quang .................. 43 10. Bài 9 : Mạch điện cơ bản trong máy X quang .................. 53 11. Bài 10: Những yếu tố ảnh hưởng đến độ đen trên phim .................. 58 12. Bài 11: Những nguyên tắc hình học trong tạo ảnh .................. 61 13. Bài 12: Phóng xạ khuếch tán .................. 65 14. Bài 13: Sự tương phản - Phác thảo các yếu tố kỹ thuật chụp hình .............. 69 15. Bài 14: Những nguyên nhân làm phim X quang bị xấu và cách sửa .......... 73 16. Bài 15: Độc hại của tia X và cách phòng tránh .................. 80
5 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC VẬT LÝ TIA X Tên môn học: Vật lý tia X Mã môn học: MH 27 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học “Vật lý tia X” là môn học thuộc khối kiến thức cơ sở ngành, học sau các môn giải phẫu, sinh lý. - Tính chất: + Môn học này cung cấp cho sinh viên một số khái niệm cơ bản về tia phóng xạ và ứng dụng của tia phóng xạ đến đời sống. Cung cấp những kiến thức cơ bản máy X quang, nguyên tắc tạo ảnh, cơ sở vật lý của chẩn đoán X quang. + Giúp sinh viên nắm rõ các nguyên nhân làm cho phim X quang bị xấu và cách khắc phục, sửa chữa những lỗi mà học viên hay mắc phải khi thực hiện kỹ thuật chụp đồng thời còn giúp sinh viên hiểu được mức tác hại của tia X và phương pháp phòng tránh. + Làm môn cơ sở ngành cho các môn chuyên ngành. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: + Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về tia X, từ đó giúp sinh viên hiểu rõ về những ứng dụng của tia X trong đời sống cũng như những tác hại của tia X. Mục tiêu của môn học: - Về kiến thức: + Trình bày được cơ sở vật lý về dòng điện, phóng xạ, tia X quang và sự ghi hình tạo ảnh của tia X quang. + Nêu được các bộ phận trong máy X quang, mạch điện tử và các hoạt động của nó. + Nêu được các nguyên tắc tạo hình trong tạo ảnh và những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh. + Nêu được tác hại của tia X và cách phòng tránh. - Về kỹ năng: + Làm thành thạo các thao tác kỹ thuật trên máy X quang và xử lý khắc phục các nguyên nhân gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng hình ảnh X quang. + Nhận định đúng mức độ độc hại của tia X và phương pháp phòng tránh. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ trong quá trình vận hành và sử dụng máy móc, trang thiết bị y tế. + Có khả năng làm việc độc lập và phối hợp theo nhóm. + Tự giác, tích cực và phát huy tính sáng tạo trong quá trình học tập. + Có ý thức bảo quản, bảo dưỡng máy móc, trang thiết bị trong quá trình vận hành và sử dụng máy móc, thiết bị chẩn đoán hình ảnh. + Rèn luyện ý thức bảo vệ sức khỏe và phòng tránh tác hại tia X. Nội dung của môn học :
6 BÀI 1: TIA X ỨNG DỤNG CỦA TIA X Giới thiệu: Đưa hình ảnh một phim chụp X quang và giới thiệu cho sinh viên về môn học, Để khám xét các cấu trúc bên trong cơ thể người có rất nhiều phương pháp khác nhau, một trong những phương pháp thuận tiện nhất, nhanh nhất, giá thành ít nhất đó là phương pháp chụp X quang hay dùng tia X. Mục tiêu: 1. Trình bày được các khái niệm cơ bản về tia X. 2. Nêu được các ứng dụng của chất phóng xạ trong cuộc sống thường ngày. Nội dung chính: 1. Đại cương về tia X 1.1. Định nghĩa tia X - Tia X có bản chất là sóng điện từ, bức xạ phát ra chùm tia electron đập vào vật rắn, hầu hết tia X có dải bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nano mét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz (3×1016 Hz to 3×1019 Hz) và có năng lượng từ 124 eV đến 124 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia gamma. Bảng phân chia các dải bức xạ sóng điện từ/ánh sáng[3] Năng Tên Bước sóng Tần số (Hz) lượng photon (eV) Tia gamma ≤ 0,01 nm ≥ 30 EHz 124 keV - 300+ GeV Tia X 0,01 nm - 10 nm 30 EHz - 30 PHz 124 eV - 124 keV Tia tử ngoại 10 nm - 380 nm 30 PHz - 790 THz 3.3 eV - 124 eV Ánh sáng nhìn 380 nm-700 nm 790 THz - 430 THz 1.7 eV - 3.3 eV thấy 430 THz - Tia hồng ngoại 700 nm - 1 mm 1.24 meV - 1.7 eV 300 GHz 300 GHz - Vi ba 1 mm - 1 met 1.7 eV - 1.24 meV 300 MHz 1 mm - Radio 300 GHz - 3 Hz 12.4 feV - 1.24 meV 100000 km 1.2. Lịch sử phát triển tia X
7 Hình 1: Nhà vật lý người Đức Wilhelm Conrad Rontgen và Ảnh chụp X quang bàn tay phải của ông - Vào buổi tối đáng ghi nhớ ngày 8 tháng 11 năm 1895.Trong khi đang tiến hành thí nghiệm với dòng điện chạy qua ống tia ca-tốt bằng thủy tinh, Röntgen đã phát hiện ra một mảnh barium platinocyanide (BaPt(CN)4) vẫn phát sáng mặc dù ống ca- tốt đã được bọc bằng bìa cứng và nằm ở tận đầu kia của căn phòng. - Ông đã đưa ra giả thuyết rằng phải có một loại bức xạ nào đó đang chiếu ngang qua phòng. Khi đó Röntgen đã không hiểu được hoàn toàn phát hiện của mình, vì vậy ông đặt tên cho loại tia đó là tia X , một ẩn số chưa được giải đáp của tự nhiên. - Để kiểm chứng giả thuyết mới của mình, Röntgen đã nhờ vợ mình làm mẫu cho bức ảnh chụp bằng tia X đầu tiên ,hình ảnh về xương bàn tay và chiếc nhẫn cưới của bà mà về sau được biết đến là hình ảnh X-quang đầu tiên. - Ông đã phát hiện ra rằng khi đặt trong bóng tối hoàn toàn, tia X sẽ đi xuyên qua các vật thể có mật độ vật chất khác nhau, từ đó dựng lại khá rõ các cơ bắp và thớ thịt trên bàn tay của vợ ông. Những đoạn xương và chiếc nhẫn dày hơn thì sẽ để lại những bóng đen trên một tấm phim đặc biệt được bao phủ chất barium platinocyanide. Cũng từ đó cái tên tia X gắn liền với loại tia mới này, mặc dù đôi khi nó còn được gọi là tia Röntgen ở các nước nói tiếng Đức (và ở cả Việt Nam).
8 Hình 2: Hình ảnh chụp X quang bàn tay phải đầu tiên - Khám phá của Röntgen đã thu hút được nhiều sự chú ý tới từ cộng đồng khoa học và dư luận. Vào tháng 1/1896, ông đã tiến hành bài giảng công khai đầu tiên về tia X, đồng thời trình diễn khả năng chụp hình các khớp xương ẩn sau các thớ thịt của loại tia này. Một vài tuần sau ở Canada, một chùm tia X đã được sử dụng để tìm một viên đạn mắc trong chân của một bệnh nhân. 2. Đặc điểm và tính chất của tia X - Đây là những bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 0,01 → 10nm. - Tia X đi theo đường thẳng có vận tốc bằng với ánh sáng 300.000km/s. - Điện trường hay từ trường không làm lệch đường đi của tia X vì bản thân nó không mang điện. - Tia X có thể xuyên qua cơ thể con người, và càng dễ đâm xuyên nếu yếu tố điện thế kilovolt sử dụng càng cao. - Khi đâm xuyên qua một vật, chùm tia X bị suy giảm càng nhiều nếu vật càng dày và tỷ trọng của vật càng cao. - Chùm tia X khi xuyên qua vât chất sẽ phát sinh ra tia khuếch tán . - Tia X làm huỳnh quang một số chất như: Ba, Mg….. - Tia X làm đen nhũ tương của phim ảnh. - Tia X ion hóa các khí khi nó đi qua. - Tia X có cùng bản chất với sóng vô tuyến điện. ➢ Tính chất của tia X. - Tính truyền thẳng và đâm xuyên : Tia X truyền thẳng theo mọi hướng và có khả năng xuyên qua vật chất, qua cơ thể người. Sự đâm xuyên này càng dễ dàng khi cường độ tia X càng tăng. -Tính bị hấp thụ:
9 Sau khi xuyên qua vật chất thì cường độ chùm tia X bị giảm xuống do một phần năng lượng bị hấp thụ. Đây là cơ sở của phương pháp chẩn đoán X-Quang và liệu pháp X-Quang. Sự hấp thụ này tỷ lệ thuận với: + Thể tích của vật bị chiếu xạ: Vật càng lớn thì tia X bị hấp thụ càng nhiều. + Bước sóng của chùm tia X: Bước sóng càng dài tức là tia X càng mềm thì sẽ bị hấp thụ càng nhiều. + Trọng lượng nguyên tử của vật: Sự hấp thụ tăng theo trọng lượng nguyên tử của chất bị chiếu xạ. + Mật độ của vật: Số nguyên tử trong một thể tích nhất định của vật càng nhiều thì sự hấp thụ tia X càng tăng. -Tính chất quang học : Giống như ánh sáng, tia X cũng có những hiện tượng như khúc xạ, phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ. Những tính chất này tạo nên những chùm tia thứ cấp bao gồm chùm tia tán xạ và chùm tia rò khi tiến hành chụp X-Quang. -Tác dụng sinh học : Tuy việc sử dụng phương pháp chụp X-Quang có thể mang lại nhiều lợi ích trong chẩn đoán, phát hiện tình trạng bệnh, song những nghiên cứu khoa học cũng chỉ ra rằng việc tiếp xúc nhiều với phương pháp chụp X-Quang có thể gây ra những tổn thương cho các tế bào trong cơ thể. Do bản thân tia X là một loại sóng điện từ bước sóng ngắn, mang năng lượng, nên khi hấp thụ vào cơ thể con người, chúng có khả năng gây ion hóa làm thay đổi cấu tạo các phân tử trong các tế bào sống của cơ thể, cụ thể là làm thay đổi DNA trong các tế bào sống, kết quả là làm gia tăng nguy cơ tế bào đột biến dẫn tới bệnh ung thư. 3. Ứng dụng của (Tia X) chất phóng xạ - Sản phẩm tiêu dùng. + Quy trình khử rau củ quả bằng chất phóng xạ. - Công nghiệp: + Tia X được dùng để soi hành lý tại các sân bay + Kiểm tra các khuyết tật mối hàn và các vết hàn hoặc các vết nứt các trong công trình xây dựng. + Trong quá trình kiểm tra, nó có thể giúp theo dõi những bất thường trong độ dày của sản phẩm giấy, của phim nhựa và các lá kim loại. + Bức xạ được dùng đo mức độ chất lỏng trong các bồn chứa lớn. - Nông nghiệp:
10 + Bức xạ mạnh đã được sử dụng thành công trong việc phát triển 1500 giống cây lương thực và cây trồng khác cho sản lượng cao hơn, chống chịu tốt hơn với điều kiện thiên nhiên và sâu bệnh. + Bức xạ được dùng để kiểm soát ruồi Tsetse ở Zambia, ruồi hại hoa quả ở Mexico và sâu cuốn lá ở Nam Mỹ và Bắc Phi. - Trong lĩnh vực y tế: + Dùng thiết bị chụp để theo dõi bệnh ung thư vú. + Để chữa ung thư hay được sử dụng hỗ trợ cho điều trị bằng phẫu thuật hoặc hoá chất. + Chẩn đoán sớm nhiều căn bệnh được phát hiện sớm bằng chụp X quang và CT scanner. + Dùng trong xạ trị. Ghi nhớ : 1. Nêu định nghĩa và trình bày đặc điểm của tia X. 2. Nêu định nghĩa và tính chất của tia X. 3. Nêu ứng dụng của tia X vào trong cuộc sống. Lượng giá: Câu 1. Tia X có bước sóng: A. Lớn hơn tia hồng ngoại. B. Lớn hơn tia tử ngoại C. Nhỏ hơn tia tử ngoại D. Không thể đo được. Câu 2. Tia X có bản chất là…. A. Sóng điện từ. B. Sóng siêu âm. C. Sóng radio. Câu 3. Tia X có mức năng lượng từ…. A. 124 keV - 300 GeV B. 124 eV - 124 keV C. 3.3 eV - 124 eV. Câu 4. Tia tử ngoại được phát ra rất mạnh từ: MR ̣ A. Lò sưởi điện. B. Lò vi sóng. C. Hồ quang điện. D. Màn hình vô tuyến. Câu 5. Tia X làm huỳnh quang chất nào sau đây: A. Mg B. Ca C. Fe Câu 6. Tính chất nào sau đây không phải là của tia X: A. Làm phát quang một số chất. B. Không gây được hiện tượng quang điện. C. Làm ion hóa không khí. D. Có khả năng đâm xuyên mạnh.
11 Câu 7. Trong y học, tia X được sử dụng để chup phim, để chuẩn đoán bệnh là dựa vào tình chất nào sau đây: A. Đâm xuyên và phát quang. B. Phát quang và làm đen kính ảnh. C. Đâm xuyên và làm đen kính ảnh. D. Làm đen kính ảnh và tác dụng sinh lý. Câu 8. Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là: MR A. Tác dụng quang điện. B. Tác dụng quang học. C. Tác dụng nhiệt. D. Tác dụng hóa học ( làm đen phim ảnh) Câu 9. Tia Rơn-ghen có: MR A. Cùng bản chất với sóng siêu âm. B. Bước sóng lớn hơn ước sóng của tia hồng ngoại. C. Cùng bản chất với sóng vô tuyến điện. Câu 10. Sắp xếp đúng các tia sau theo chiều giảm của tần số. MR A. Tia rơn-ghen – Tia hồng ngoại – ánh sáng trông thấy – tia tử ngoại. B. Tia tử ngoại – Tia rơn ghen – Tia hồng ngoại – ánh sáng trông thấy. C. Tia hồng ngoại – ánh sáng trông thấy – tia tử ngoại – tia ron ghen. D. Tia rơn – ghen- tia tử ngoại – ánh sáng trong thấy – tia hồng ngoại. Tài liệu tham khảo: [1] Bài giảng Vật lý tia X – Trường đại học kỹ thuật Y Hải dương. [2] Bài giảng Vật lý tia X – Trường cao đẳng Y tế Hà Nội. [3] Bài giảng Vật lý tia X – Trường cao đẳng Y tế Thanh Hóa.
12 BÀI 2: CƠ SỞ VỀ DÒNG ĐIỆN VÀ PHÓNG XẠ Giới thiệu : Phóng xạ là hiện tượng một số hạt nhân nguyên tử không bền tự biến đổi và phát ra các bức xạ hạt nhân. Mục tiêu: 1. Trình bày được các khái niệm cơ bản về điện và phóng xạ. 2. Trình bày được các nguồn phóng xạ. 3. Trình bày được các loại tia bức xạ. Nội dung chính: 1. Các khái niệm cơ bản về dòng điện 1.1 Khái niệm về điện thế. - Điện thế tại một điểm là khả năng di chuyển một điện tích dương q từ điểm đó tới vô cực. Tại vô cực điện thế bằng 0. 1.2. Khái niệm về hiệu điện thế - Hiệu điện thế: là đại lượng đặc trưng của năng lực thực hiện công của điện trường giữa hai điện thế đó và được đo bằng thương của công của lực điện trường làm di chuyển một điện tích dương từ điểm nọ đến điểm kia và độ lớn của điện tích di chuyển. - Đơn vị đo hiệu điện thế là vôn. 1.3. Các khái niệm về dòng điện - Dòng điện. + Định nghĩa: Dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện gọi là dòng điện. Những hạt mang điện có thể là mang điện tích dương hoặc mang điện tích âm. Người ta quy định chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các hạt mang điện tích dương. -Dòng điện trong kim loại: + Định nghĩa: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tự do. + Đơn vị đo cường độ dòng điện là Ampe (A) - Dòng điện không đổi: + Định nghĩa: Dòng điện có cường độ dòng điện và chiều không thay đổi theo thời gian được gọi là dòng điện không đổi (hay dòng điện một chiều). - Dòng điện xoay chiều: + Định nghĩa : Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến đổi điều hoà theo thời gian, có đồ thị biến đổi dạng hình sin. 2. Phóng xạ 2.1. Khái niệm - Khái niệm: Phóng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự động phóng ra những tia bức xạ gọi là tia phóng xạ và biến đổi thành hạt nhân khác. 2.2. Đặc điểm + Tia phóng xạ không nhìn thấy được. + Làm ion hoá môi trường. + Làm đen kính ảnh gây ra các phản ứng hoá học. + Tia không màu, không mùi. + Có bước sóng ngắn, có khả năng đâm xuyên tốt. + Có vận tốc lớn khoảng 300.000 km/s.
13 - Hoạt động phóng xạ: + Hoạt động của nguồn phóng xạ được xác định qua số các phân rã trong 1 giây. Đơn vị hoạt độ là Bequerel (Bq).1Bq ứng với 1 phân rã trong 1 giây. + Hoạt độ phóng xạ chỉ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân. + Số lượng các hạt nơtron quyết định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay không. 3. Các loại bức xạ 3.1. Hạt α: Là hạt nhân nguyên tử helium có 2p và 2n. Phân rã  xuất hiện ở những nguyên tố có số khối lượng lớn và là nguyên tố phóng xạ tự nhiên. Các đồng vị nhân tạo có số khối lượng trong khoảng từ 60- 85 cũng phân rã  theo sơ đồ: 2XA →  + z-2YA-4 - Đặc điểm: + Là dòng của các hạt nhân chuyển động với tốc độ vào khoảng 20000 km/s. + Làm iôn hóa không khí, bị lệch về bản âm của tụ điện + Trong không khí đi được khoảng vài centimet, trong vật rắn đi được khoảng vài micrômet. - Các tính chất: + Có khối lượng bằng khoảng 4 lần khối lượng hạt nhân Hydro, có điện tích bằng (+2), gây ion hoá mạnh khi đi ngang qua môi trường . + Quãng chạy trong môi trường rất ngắn, dùng một tờ gấy có thể chắn được tia X. 3.2. Hạt beta (β-)và positron (β+) - Đặc điểm: + Là dòng của các electrôn chuyển động với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng. + Làm ion hóa không khí yếu hơn tia anpha + Bị lệch về bản dương của tụ điện. + Trong không khí đi được khoảng vài met. + Trong kim loại đi được khoảng vài milimet. + Các hạt này không có trong thành phần của hạt nhân. Chúng được sinh ra nhờ các quá trình như sau : on1 → 1P1+1eo  phân rã  - ( hạt nhân có tỷ số n/P cao ). 1P1 → on1 +1eo  phân rã  + ( hạt nhân có tỷ số n/P thấp ). - Các tính chất: + Hạt  - có điện tích -1 còn hạt  + có điện tích +1 + Gây ion hoá mạnh như hạt  , với cường độ bé hơn. + Quãng chạy trong không khi khoảng vài mét, bị chắn bởi một lá nhôm cỡ 1mm. 3.3. Tia gama (γ) - Đặc điểm: + Là dòng phôtôn có năng lượng cao mà mắt không nhìn thấy được, có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia X. + Tia gamma có đầy đủ các đặc điểm như tia X nhưng có khả năng đâm xuyên cao hơn và có tác dụng sinh lý mạnh hơn. + Làm ion hóa không khí rất mạnh. + Trong bê tông có thể đi được vài met. + Trong chì có thể đi được vài centimet. + Quá trình phân rã  thường xảy ra sau khi phóng các hạt  hoặc  . Khi hạt nhân cuối cùng ở trạng thai kích thích  phát tia  chuyển về trạng thái cơ bản. -Các tính chất :
14 + Tia  là bức xạ điện từ không có điện tích . + Ion hoá vật chất không trực tiếp + Có khả năng đâm xuyên sâu, khoảng chạy trong vật chất phụ thuộc vào năng lượng. 4. Nguồn phóng xạ Nguồn phóng xạ hoặc nguồn bức xạ là khối vật chất được chế tạo có chứa đồng vị phóng xạ, phát ra bức xạ ion hóa đặc trưng. Bức xạ phát ra có thể là một hoặc nhiều thành phần gồm các tia gamma, hạt alpha, hạt beta, và neutron [1]. Các nguồn đã được chuẩn về cường độ bức xạ sau khi chế tạo hoàn thành. Các loại nguồn phóng xạ: - Nguồn phóng xạ tự nhiên : Đó là cá chất phóng xạ trong thiên nhiên , chúng có đặc tính phát ra các tia phóng xạ, chúng tồn tại dưới dạng thể rắn, lỏng hoặc chất khí, một phần của phóng xạ là bức xạ vũ trụ đến từ không gian. + Chúng hầu hết bị cản lại bởi khí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất. + Trên đỉnh núi cao hoặc bên ngoài máy bay, độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với ở mặt biển. + Trong thiên nhiên thường ở dạng các chất bẩn trong nhiên liệu hoá thạch. - Nguồn phóng xạ nhân tạo: Đó là các nguồn được sản xuất từ các lò phản ứng hạt nhân. Vật liệu chính người ta sản xuất ra nguồn phóng xạ này chình là các đồng vị phóng xạ. - Nguồn phóng xạ ở dạng thiết bị : Là các máy móc hoặc thiết bị phát ra tia phóng xạ khi ở chế độ vận hành như: Máy Xquang, máy phát Notron, các máy ra tốc, các hạt tĩnh điện. 5. Bảo quản nguồn phóng xạ - Đối với nguồn phóng xạ có cường độ trên 1milicurie thì được bảo quản trong bình chì có thành đủ dày, cỡ 10 – 20 cm. - Đối với nguồn phóng xạ dưới 1milicurie không cần bình chì bảo quản, nhưng cần để xa vị trí sinh hoạt. - Đối với nguồn phóng xạ ở các dạng thiết bị cần phải được che chắn đúng theo quy định của IAEA. - Việc bảo đảm an ninh nguồn phóng xạ phải đảm bảo 4 nguyên tắc sau: + Việc bảo đảm an ninh nguồn phóng xạ do người đứng đầu tổ chức, cá nhân có nguồn phóng xạ chịu trách nhiệm cao nhất; + Việc đảm bảo an ninh nguồn phóng xạ phải phù hợp với mức độ nguy hiểm của nguồn phóng xạ; + Việc đảm bảo an ninh nguồn phóng xạ phải được thực hiện trong suốt vòng đời của nguồn đến khi nguồn phóng xạ đạt mức miễn trừ khai báo, xin cấp giấy phép tiến hành công việc bức xạ; + Phải xem xét các biện pháp bảo đảm an toàn, anh ninh phóng xạ từ giai đoạn lập hồ sơ đề nghị xin cấp phép tiến hành công việc bức xạ. Ghi nhớ : 1: Nêu khái niệm và trình bày đặc điểm của các tia phóng xạ. 2: Nêu định nghĩa và trình bày các loại nguồn phóng xạ. 3: Trình bày cách bảo quản nguồn phóng xạ.
15 Lượng giá : Câu1. Khái niệm nào sau đây đúng cho khái niệm điện thế. A. Điện thế tại một điểm. B. Điện thế tại hai điểm. C. Điện thế tại 3 điểm. D. Điện thế tại 4 điểm. Câu 2. Sự di chuyển của phân tử nào sau đây từ 1 điểm tới vô cực nói lên khái niệm điện thế. A. Điện tích âm q. B. Điện tích dương q. C. Nguyên tử trung hoà. D. Cả 3 A,B và C. Câu 3. Khái niệm nào sau đây là khái niệm đúng về hiệu điện thế. A. Hiệu điện thế tại 1 điểm. B. Hiệu điện thế tại 2 điểm. C. Hiệu điện thế tại 3 điểm. D. Hiệu điện thế tại 4 điểm. Câu 4. Khái niệm nào sau đây đúng với chiều của dòng điện: A. Các hạt mang điện tích dương. B. Các hạt mang điện tích âm. C. Các hạt electron mang điện tích dương. D. Các hạt electron mang điện tích âm. E. Các hạt prton. Câu 5. Khái niệm nào sau đây đúng với khái niệm dòng điện trong kim loại là: A. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tự do. B. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. C. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện mang điện tích âm. D. dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích dương. E. dòng chuyển dời có hướng của các hạt electron. Câu 6. Đơn vị nào sau đây đo hiệu điện thế. A. Ampe. B. Ôm. C. Vôn. D. Oát. Câu 7. Đơn vị nào sau đây đo cường độ dòng điện. A. Ampe. B. Ôm. C. Vôn. D. Oát. Câu 8. Định nghĩa nào sau đây là định nghĩa đúng nhất về dòng điện. A. Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt điện tích âm. B. Dòng điện là dòng chuyển dời c ó hướng của các hạt điện tích âm. C. Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mạng điện. D. Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các nguyên tử.
16 Câu 9. Sự chuyển dời có hướng của phần tử nào sau đây tạo nên dòng điện trong kim loại: A. Các hạt mang điện. B. Ion dương. C. Ion âm. D. Điện tử tự do. Câu 10. Dạng biểu thị nào sau đây của cường độ dòng điện là dòng điện xoay chiều: A. Không đổi theo thời gian. B. Thay đổi theo đồ thị hình sin. C. Thay đổi theo đồ thị hình parapol. D. Cả 3 A, B và C. Tài liệu tham khảo: [1] Bài giảng Vật lý tia X – Trường đại học kỹ thuật Y Hải dương. [2] Bài giảng Vật lý tia X – Trường cao đẳng Y tế Hà Nội. [3] Bài giảng Vật lý tia X – Trường cao đẳng Y tế Thanh Hóa.
17 BÀI 3: PHƯƠNG PHÁP GHI ĐO PHÓNG XẠ Giới thiệu: Tia phóng xạ phát sinh ra từ phóng xạ khi chúng phân hủy gây ảnh hưởng đến sức khỏe cong người. Tuy nhiên chúng rất khó để phân biệt được, máy đo phóng xạ được phát minh ra với mục đích nhận biết để đảm bảo an toàn phóng xạ cho con người và để đo liều trong cả quy trình y tế và công nghiệp. PHẦN LÝ THUYẾT Mục tiêu : 1 Nêu được định nghĩa máy đo phóng xạ. 2. Liệt kê được các đơn vị đo lường phóng xạ. 3. Nêu được các nguyên tắc chung khi sử dụng thiết bị. Nội dung chính: Phóng xạ là các tia không nhìn thấy được và chỉ nhận biết qua các thiết bị đo phóng xạ PDM - 501. Chất phóng xạ được chia thành hai loại: phóng xạ ion hóa và phi ion hóa. Phóng xạ phi ion hóa đến từ ánh sáng, sóng radio, sóng ngắn, sóng radar và một số dạng sóng khác. Thông thường loại phóng xạ này không tác động tới tế bào và mô của người. Ngược lại, hạt phóng xạ ion hóa gây nên phản ứng tức thời ở tế bào và mô khi tiếp xúc với cơ thể chúng ta. Chúng tới từ tia X, neutron, tia gamma, hạt alpha, hạt beta. 1. Định nghĩa Máy đo liều bức xạ, đôi khi gọi là máy đo liều bức xạ hay là máy đo liều chiếu bức xạ ion hoá. 2. Mục đích sử dụng Nó có hai mục đích sử dụng chính: xác định liều bị chiếu để bảo vệ an toàn phóng xạ cho con người và để đo liều trong cả quy trình y tế và công nghiệp. 3. Các đơn vị đo liều phóng xạ 3.1. Hoạt độ của nguồn phóng xạ: Hoạt độ của nguồn phóng xạ được xác định qua số các phân rã trong 1 giây. Đơn vị hoạt độ là Bequerel (Bq). 1Bq ứng với 1 phân rã trong 1 giây. 1Curie ( Ci ) ứng với 3,7.1010 phân rã trong 1 giây, tức là : 1Ci = 3,7.1010Bq. 3.2. Liều chiếu bức xạ: Liều chiếu cho biết khả năng ion hoá không khí của bức xạ tại một vị trí nào đó. Đơn vị liều chiếu là Coulomb trên kg (C/kg), là tỷ số giữa giá trị tuyệt đối tổng điện tích (coulomb) của tất cả các ion cùng dấu được tạo ra trong một thể tích nguyên tố của không khí và khối lượng của thể tích nguyên tố không khí đó ( kg ). Đơn vị là Roentgen (R) : 1R = 2,58.10-4C/kg 3.3. Liều hấp thụ bức xạ: Là năng lượng do bức xạ truyền cho 1 đơn vị khối lượng vật chất. Đơn vị liều hấp thụ là Gray (Gy) 1Gy bằng năng lượng 1 Jun truyền cho 1kg vật chất. 1Gy = 1 J/kg Đơn vị thường dùng trước đây là rad 1rad = 0,01 Gy hay 1 Gy = 100rad 3.4. Liều hấp thụ tương đương Dtđ = Dht.Q.N
18 Dtđ : Liều hấp thụ Q : Hệ số chất lượng của bức xạ . N = 1 Đơn vị liều hấp thụ tương đương trước đây thường dùng là rem. 1Sv = 100 rem hay 1 rem = 0,01 Sv 3.5. Suất liều và suất liều tương đương: Suất liều là liều hấp thụ trong 1 đơn vị thời gian còn suất liều tương đương là liều tương đương trong một đơn vị thời gian. Suất liều: Gy/sec hay rad/sec. Suất liều tương đương: Sv/sec hay rem/sec. Hiện nay trong các văn bản pháp quy quy định về tiêu chuẩn liều giới hạn đều sử dụng đơn vị Sv/năm, m/Sv/h, µSv/h. Đơn vị đo liều bức xạ là Sievert (Sv). Nó thể hiện tổng năng lượng bức xạ hấp thụ bởi tế bào sống và mức độ sinh học mà nó gây ra. 1 Sv = 103 mSv = 106 µSv Liều bức xạ tự nhiên trung bình đối với một người là từ 0,001- 0,002 Sv hoặc 1-2 mSv/ năm. Một lần chụp X quang thường phải chịu liều từ 0,2- 5Sv Hiện nay trong các văn bản pháp quy quy định về tiêu chuẩn liều giới hạn đều sử dụng đơn vị Sv/năm, mSv/h, µSv/h. Theo khuyến cáo của ICRP (Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ), giới hạn liều tối đa với công nhân không nên vượt qua 50mSv/năm. Với phụ nữ mang thai làm việc trong điều kiện bức xạ thì không quá 2 mSv/năm. Suất liều là liều nhận trong một đơn vị thời gian, chẳng hạn trong một giờ. Nếu liều nhận được trong 1 giờ là 0,5 mSv, thì suất liều là 0,5 mSv. Trong 2 giờ liều nhận được là 1 mSv và 6 giờ liều nhận được là 3 mSv. Nếu liều bức xạ trong một căn phòng công nhân làm việc là 0,1 mSv/h và giới hạn liều cho công nhân là 20 mSv, thì người công nhân đó phải kết thúc công việc trong 200 giờ. 4. Quy đinh kỹ thuật a. Giá trị giới hạn liều tiếp xúc tối đa cho phép trong một năm đối với chiếu xạ tia X nghề nghiệp và công chúng được quy định trong bảng 3. Người học việc, học Loại liều và đốiNhân viên bức nghề, sinh viên từ 16 - Công chúng tượng áp dụng xạ 18 tuổi Liều hiệu dụng toàn 20 6 1 thân Liều tương đương đối với thủy tinh thể của 20 20 15 mắt Liều tương đương đối 500 150 50 với tay, chân, da Bảng 1. Giá trị giới hạn liều tiếp xúc tối đa cho phép trong một năm (Đơn vị tính bằng mSv/năm) - Liều hiệu dụng toàn thân đối với nhân viên bức xạ 20mSv trong một năm được lấy trung bình trong 5 năm làm việc liên tục. Trong một năm riêng lẻ có thể lên tới 50mSv, nhưng phải đảm bảo liều trung bình trong 5 năm đó không quá 20mSv/năm.
19 - Liều tương đương đối với thể thủy tinh của mắt nhân viên bức xạ là 20mSv trong một năm được lấy trung bình trong 5 năm làm việc liên tục. Trong một năm riêng lẻ có thể lên tới 50mSv, nhưng phải đảm bảo liều trung bình trong 5 năm đó không quá 20mSv/năm. - Giới hạn liều tương đương đối với da là giá trị được lấy trung bình trên 1 cm2 của vùng da bị chiếu xạ nhiều nhất. b. Giá trị giới hạn liều tiếp xúc tối đa cho phép đối với chiếu xạ tia X theo suất liều tương đương được quy định trong bảng 4. Người học việc, học Loại liều và đốiNhân viên nghề, sinh viên từ 16 - Công chúng tượng áp dụng bức xạ 18 tuổi Liều hiệu dụng toàn 10,0 3,0 0,5 thân Liều tương đương đối với thủy tinh thể của 10,0 10,0 7,5 mắt Liều tương đương đối 250,0 75,0 25,0 với tay, chân, da Bảng 2. Giá trị giới hạn liều tiếp xúc tối đa cho phép theo suất liều tương đương tính theo mSV/h c. Giá trị giới hạn cho phép suất liều tương đương khi thiết kế, thanh tra, kiểm tra phòng làm việc liên quan đến bức xạ tia X được quy định trong bảng 5. Vị trí Suất liều tương đương (mSv/h) Trong phòng điều khiển hoặc nơi đặt tủ điều khiển 10,0 của thiết bị phát bức xạ tia X. Các vị trí ngoài phòng đặt thiết bị phát bức xạ tia X (nơi công chúng đi lại, người ngồi chờ, các0,5 phòng làm việc lân cận) Bảng 3. Giá trị giới hạn suất liều tương đương cho phòng đặt thiết bị phát bức xạ tia X Ghi chú: Giá trị giới hạn không tính phông bức xạ tự nhiên 5. Phương pháp xác định Phương pháp đo bức xạ tia X thực hiện như sau: 5.1. Nguyên lý đo Các thiết bị đo bức xạ tia X dựa trên các nguyên lý sau: - Buồng ion hóa. Bức xạ tia X đi qua một số hơi khí sẽ bị ion hóa tạo thành các ion (+) và các ion (-); nếu có một hiệu điện thế giữa hai cực thì các ion (+) sẽ chạy về anôt và các ion (-) sẽ chạy về catôt và tạo thành dòng điện làm thay đổi điện thế. Đo dòng điện này sẽ tính được mức độ phóng xạ. Cấu tạo: Buồng ion hóa là một ống kim loại hay phủ kim loại, thể tích vài cm3 đến vài trăm dm3 (càng lớn càng nhạy); thành ống là cực âm, sợi kim loại xuyên giữa là cực dương được nối với các cực tương ứng của nguồn điện và một vi điện kế. Buồng ion hóa chỉ sử dụng được một thời gian, hơi khí bị ion hóa dần dần bị phá hủy hết.
20 - Ống đếm nhấp nháy Một số chất khi bị tia X chiếu qua sẽ phát quang, ánh sáng đó rất yếu nên phải khuyếch đại rồi chuyển quang năng thành điện năng và được đo bằng một vi điện kế. Một số chất phát quang thường dùng: + Sunphua kẽm để đo bức xạ anpha. + Anthracen để đo bức xạ beta. + Natri iodua để đo bức xạ gamma. + Liti iodua để đo bức xạ neutron. - Nhiệt phát quang (TLD). Dùng một tấm kính phủ một lớp metaphotphat bạc và những tinh thể canxi florua (CaF2) hay liti florua (LiF); nếu nung nóng tấm kính đó khi đã bị chiếu bức xạ tia X nó sẽ phát ra ánh sáng. Đo ánh sáng đó bằng quang kế sẽ biết mức độ chiếu xạ tia X. Phương pháp này dùng rộng rãi trong đo liều cá nhân. Nhược điểm là phải có máy đọc kết quả. - Phim ảnh. Các bức xạ tia X làm đen phim ảnh. Độ đen của phim tỷ lệ với liều chiếu của tia X. 5.2. Đo độ phóng xạ và nhiễm xạ môi trường 5.2.1. Thiết bị đo - Thiết bị đo phải đáp ứng các quy định của pháp luật về đo lường và dùng các máy đo liều suất, suất liều tương đương dựa trên nguyên lý buồng ion hóa, ống đếm nhấp nháy. 5.2.2. Chỉ định đo Cơ sở sử dụng bức xạ tia X phải tiến hành đo kiểm xạ môi trường theo các quy định sau: - Đo kiểm xạ môi trường làm việc và xác lập các mức điều tra khi lập hồ sơ đề nghị cấp giấy phép tiến hành công việc bức xạ tia X. - Định kỳ hằng năm kiểm tra mức bức xạ tia X tại các khu vực kiểm soát và giám sát. 5.2.3. Vị trí đo - Cần đo tất cả các vị trí của những người làm việc trực tiếp với tia X và vị trí của những đối tượng xung quanh như liệt kê trong Bảng 5. - Đo đánh giá hiệu quả của các phương tiện phòng hộ chung cũng như phòng hộ cá nhân. 5.2.4. Nguyên tắc chung khi sử dụng thiết bị - Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng máy. - Xem đơn vị đo của thiết bị có phù hợp với mục đích đo hay không, khi cần nên tính đổi đơn vị đo cho phù hợp. - Xem năng lượng đáp ứng của máy có phù hợp với năng lượng bức xạ định đo hay không. Ví dụ nếu đo tia X dùng trong X quang chẩn đoán, máy phải đo được tia có năng lượng bằng và cao hơn 30keV; - Xem giới hạn đo và giới hạn chịu đựng liều của máy để tránh đo nơi có liều vượt quá giới hạn của máy. - Khi đo một nguồn phát tia X đã biết nên để thang đo ở mức cao nhất rồi hạ thấp dần để tránh hỏng máy.