intTypePromotion=1
ADSENSE

Tạp chí Thông tin khoa học và công nghệ hạt nhân: Số 51/2017

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

13
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Tạp chí Thông tin khoa học và công nghệ hạt nhân: Số 51/2017" trình bày đến người đọc các bài viết máy gia tốc từ nghiên cứu đến ứng dụng; Triển khai các nghiên cứu, ứng dụng của máy gia tốc KOTRON13 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội; Xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ sống dài cùng sinh ra trong quá trình sản xuất 18F-FDG tại Trung tâm Máy gia tốc, Bệnh viện TWQĐ 108; Nghiên cứu khoa học và công bố quốc tế tại Viện Nghiên cứu hạt nhân - nét khởi sắc đáng ghi nhận...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tạp chí Thông tin khoa học và công nghệ hạt nhân: Số 51/2017

  1. Thông tin Khoa học &Công nghệ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM MÁY GIA TỐC TỪ NGHIÊN CỨU ĐẾN ỨNG DỤNG VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM SỐ 51 Website: http://www.vinatom.gov.vn Email: infor.vinatom@hn.vnn.vn 6/2017
  2. Số 51 THÔNG TIN 6/2017 KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN BAN BIÊN TẬP TS. Trần Chí Thành - Trưởng ban NỘI DUNG TS. Cao Đình Thanh - Phó Trưởng ban PGS. TS Nguyễn Nhị Điền - Phó Trưởng ban TS. Trần Ngọc Toàn - Ủy viên 1- Triển khai các nghiên cứu, ứng dụng của máy gia tốc ThS. Nguyễn Thanh Bình - Ủy viên KOTRON13 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội TS. Trịnh Văn Giáp - Ủy viên NGUYỄN TIẾN DŨNG, NGUYỄN TUẤN ANH, PHẠM TS. Đặng Quang Thiệu - Ủy viên MINH ĐỨC TS. Hoàng Sỹ Thân - Ủy viên TS. Thân Văn Liên - Ủy viên 8- Máy gia tốc - từ nghiên cứu cơ bản đến ứng dụng thực tế TS. Trần Quốc Dũng - Ủy viên LÊ ĐẠI DIỄN ThS. Trần Khắc Ân - Ủy viên KS. Nguyễn Hữu Quang - Ủy viên 14- Xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ sống dài cùng sinh ra KS. Vũ Tiến Hà - Ủy viên trong quá trình sản xuất 18F-FDG tại Trung tâm Máy gia tốc, ThS. Bùi Đăng Hạnh - Ủy viên Bệnh viện TWQĐ 108 ĐÀM NGUYÊN BÌNH Thư ký: CN. Lê Thúy Mai Biên tập và trình bày: Nguyễn Trọng Trang 20- Xạ trị proton Phạm Khắc Tuyên 27- Nghiên cứu khoa học và công bố quốc tế tại Viện Nghiên cứu hạt nhân - nét khởi sắc đáng ghi nhận NGUYỄN NGỌC TUẤN 31- Vật chất tối và chất lỏng siêu chảy CAO CHI TIN TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ 35- Seminar khoa học tại Trung tâm Hạt nhân TP HCM 35- Seminar đề tài cấp bộ 2016-2017 tại Viện Công nghệ Xạ hiếm 37- Semina báo cáo kết quả tham gia hội thảo quốc tế của Địa chỉ liên hệ: Trung tâm NC&TKCNBX Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam 38- Cuộc họp “Second research coordination meeting of coor- 59 Lý Thường Kiệt, Hoàn Kiếm, Hà Nội dinated research project D61024” ĐT: (024) 3942 0463 Fax: (024) 3942 2625 40- Phương pháp mới cho phép theo dõi các vật liệu được Email: infor.vinatom@hn.vnn.vn chiếu xạ với thời gian thực Giấy phép xuất bản số: 57/CP-XBBT 42- Viện khoa học công nghệ quốc gia ULSAN, Hàn Quốc cải Cấp ngày 26/12/2003 thiện khả năng dò tìm các vật chất phóng xạ nguy hiểm từ xa 43- Thiết bị phát hiện cầm tay giúp ngăn chặn sự gian lận trong thực phẩm - một dự án mới của IAEA
  3. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN TRIỂN KHAI CÁC NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÁY GIA TỐC KOTRON 13 TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI Theo thỏa thuận hợp tác giữa Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Hàn Quốc, phía Hàn Quốc đã viện trợ cho Việt Nam một Trung tâm PET-Cyclotron (đặt tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội) bao gồm một máy gia tốc KOTRON13 gia tốc hạt proton tới năng lượng 13 MeV, hệ bia mẫu tạo đồng vị phóng xạ 18F và hotcell tổng hợp dược chất phóng xạ 18FDG cùng hệ chia liều. Chức năng chính của Trung tâm PET-Cyclotron này là sản xuất dược chất phóng xạ sử dụng cho thiết bị chụp ảnh phóng xạ PET như 18FDG, 11C,... Ngoài ra Trung tâm còn là nơi nghiên cứu về công nghệ gia tốc, hóa phóng xạ và đào tạo nhân lực về các lĩnh vực này cho Viện Năng lượng Nguyên tử Việt nam. Ngày 22 tháng 8 năm 2014, Trung tâm gia tốc KOTRON13 đã được nghiệm thu kỹ thuật và chính thức đưa vào hoạt động từ cuối năm 2014. I. Giới thiệu về máy gia tốc cyclotron là 43,5o. Điện áp gia tốc đạt tới 45 kV tại mỗi khe KOTRON13 gia tốc. Sau mỗi vòng chuyển động, hạt proton Máy gia tốc cyclotron KOTRON13, do nhận được năng lượng tăng thêm khoảng 180 keV. Công ty SAMYUONG cung cấp, thuộc loại máy Nguồn ion tạo ra hạt điện tích H- chuyển động có tần số RF và từ trường nam châm cố định. trong máy KOTRON13 được chế tạo theo công Nam châm bao gồm 4 sectors với góc của “Dee” nghệ PIG. Năng lượng chùm hạt tại bia khoảng Số 51 - Tháng 6/2017 1
  4. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 13 MeV và dòng trên bia trong chế độ hoạt động Hiện tại, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội đang thường xuyên đạt tới 50 µA. Hạt proton được tiến hành các thủ tục xin cấp phép cho hoạt động đưa ra khỏi máy gia tốc và hướng tới bia theo sản xuất 18FDG từ Bộ Y tế. công nghệ Stripper. Máy được sử dụng để sản Bảng 1. Kết quả kiểm tra chất lượng xuất dược chất phóng xạ 18FDG dùng trong kỹ 18 FDG với tổng số 12 chỉ tiêu thuật chụp ảnh PET/CT nhằm chuẩn đoán bệnh ung thư sớm. TT Các chỉ tiêu Phương pháp Quan sát qua Giá trị trên mẫu Dung dịch trong suốt, Tiêu chuẩn BP Dung dịch trong suốt, Kết luận 1 Cảm quan không màu hoặc vàng Đạt kính chì không màu nhạt 2 Độ pH So màu 7 4,5 – 8,5 Đạt Độ sạch hóa 3 Radio- TLC 99,23 – 100% > 95% Đạt phóng xạ 4 Độ sạch hóa học Radio- HPLC 97,37 – 98,73% > 95% Đạt Độ sạch hạt nhân Phổ gamma > 99,95% (511 KeV 5 100% (511 KeV) Đạt phóng xạ (MCA) hoặc 1022 KeV) 6 Thời gian bán rã Dose Calibrator 108,48 -110,94 phút 105 - 115 phút Đạt 7 Acetone GC Không phát hiện thấy < 5 mg/ml Đạt 8 Methanol GC Không phát hiện thấy < 5 mg/ml Đạt 9 Ethanol GC 0,0008 - 0,01 mg/ml < 5 mg/ml Đạt 10 Acetonitrile GC 0,008 - 0,018 mg/ml < 0,4 mg/ml Đạt Hoạt độ mẫu 60 - 80 mCi/ml, Endotoxin có Endosafe PTS 11 Endotoxin giá trị 0,050 EU/ml < 175 EU/ liều tiêm Đạt 1000 (0,014 - 0,15 EU/ liều tiêm) Tiệt trùng 100% theo Tiệt trùng 100% theo 12 Độ vô trùng Đạt dược điển BP dược điển BP 2. Đánh giá năng lực sản suất đồng vị phóng xạ 18F trên máy KOTRON13 Đặt vấn đề: Trong quá trình sản xuất đồng Hình 1. Máy gia tốc cyclotron KOTRON13 vị phóng xạ 18F sử dụng cho PET/CT trên máy gia II. Các nghiên cứu, triển khai hoạt động của tốc cyclotron, một vấn đề được quan tâm là dự KOTRON13 đoán được cường độ dòng proton trên bia và thời gian bắn bia thích hợp để sản xuất ra một lượng Các nghiên cứu triển khai được tiến hành phóng xạ vừa đủ cho nhu cầu thực tế. Khi bắn bia tại Trung tâm gia tốc KOTRON13 với hai mục nước nặng H2O18 tạo đồng vị 18F, hai quá trình vật tiêu cơ bản: Triển khai các công việc nhằm đưa lý chính xảy ra là quá trình tạo đồng vị phóng xạ sản phẩm đầu ra của hệ thiết bị là dược chất phóng 18 F qua phản ứng hạt nhân hợp phần: xạ 18FDG vào sử dụng cho thiết bị ghi hình PET/ CT và tiến hành các nghiên cứu khoa học trong 8 O18 + 1H1  9F18 + 0n1 lĩnh vực công nghệ gia tốc và hóa phóng xạ. Và quá trình phân rã hạt nhân 18F với chu kỳ bản rã của Flo là 109,74 phút. 1. Hoàn thiện hệ thiết bị kiểm tra chất lượng dược chất phóng xạ 18FDG Hoạt độ phóng xạ suy giảm theo công thức sau: Dược chất phóng xạ 18FDG được kiểm tra chất lượng tại phòng thí nghiệm QA/QC Trung − t ln 2 T1 / 2 tâm Chiếu xạ Hà Nội và được kiểm tra chéo tại A = A0 e phòng thí nghiệm QA/QC Bệnh viện Trung ương Trong đó : quân đội 108. Kết quả là chất lượng thuốc đảm bảo các chỉ tiêu theo tiêu chuẩn dược điển Anh. + Ao: Hoạt độ phóng xạ tại thời điểm ban đầu. Quá trình thử nghiệm lâm sàng trên động vật và + A: Hoạt độ phóng xạ còn lại sau thời gian t. quét ảnh trên máy PET/CT tại Bệnh viện Trung + T1/2: Chu kỳ bán ra của đồng vị phóng xạ. ương quân đội 108 cho thấy hình ảnh phân bố rõ theo đặc điểm sinh lý. Để đánh giá khả năng tạo đồng vị phóng 2 Số 51 - Tháng 6/2017
  5. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN xạ từ các máy gia tốc PET Cyclotron, người ta chu kỳ bán rã của 18F và hoạt độ ngoại suy EOB đã đưa ra thông số về giá trị bão hòa tạo đồng vị ta có kết quả Ysat theo bảng sau: phóng xạ Ysat. Bảng 3. Giá trị suất bão hòa Ysat Dòng trung bình Thời gian bắn Chu kì bán rã 18F Hoạt độ EOB Suất bão hòa trên bia (µA) bia (phút) (phút) (Ci) Ysat (mCi/µA) 43 126 109,74 2,222 94,16 42 113 109,74 2,244 104,72 Trong đó : 43 126 109,74 2,222 94,16 + Ysat: Được gọi là suất bão hòa tạo đồng vị 43 120 109,74 2,156 94,36 phóng xạ có thứ nguyên là mCi/µA. 42 123 109,74 2,136 94,28 + Activity EOB: Hoạt độ phóng xạ được tạo ra tại bia sau khi kết thúc bắn. Với 5 kết quả trên của giá trị Ysat, kết quả + T1/2: Chu kỳ bán rã của 18F thứ 2 (Ysat=104,72) lệch nhiều so với 4 kết quả + Tirradiation: Thời gian bắn bia. Ysat còn lại. Trong kết quả tính toán giá trị trung bình của Ysat, tạm thời bỏ giá trị này. Để xác định được giá trị Ysat cho mỗi máy PET Cyclotron, người ta đã sử dựng phương pháp Kết quả cuối cùng: Ysat = 94,24 ± 0,05. bán thực nghiệm: Biết giá trị của ActivityEOB, Giá trị này cũng tương đương với các máy PET dòng trên bia, chu kỳ bán rã của đồng vị phóng cyclotron đang hoạt động tại Hàn Quốc do xạ và thời gian bắn bia có thể tính giá trị Ysat cho SAMYUONG chế tạo. máy gia tốc. Dự đoán hoạt độ phóng xạ 18F tạo thành Tính toán suất bão hòa hoạt độ 18F của với thời gian bắn bia khác nhau cyclotron KOTRON13 Tính toán hoạt độ 18F tạo thành (EOB) và Bảng 2. Số liệu thực nghiệm liên quan kết quả đo sau 10 phút chuyển từ bia sang hotcell giữa dòng trên bia, thời gian bắn bia và hoạt độ với dòng bắn 42 µA với thời gian bắn lần lượt là phóng xạ tạo ra trên bia 10, 30, 50, 70, 90, 110 và 150 phút. Dòng trung bình Thời gian Hoạt độ phóng xạ Hoạt độ ngoại Điều kiện tính: Giá trị Ysat = 94,24 và chỉ trên bia (µA) bắn bia (phút) đo được (Ci) suy EOB (Ci) tính giá trị hoạt độ EOB. 43 126 2,020 2,222 42 113 2,040 2,244 Kết quả: Sự phụ thuộc thời gian bắn và 43 126 2,020 2,222 hoạt độ tại Hotcell sau 10 phút chuyển từ bia 43 120 1,96 2,156 được mô tả trên hình 2. 42 123 1,945 2,136 Từ đồ thị tính toán trên và thực tế sản suất đồng vị phóng xạ 18F, với dòng trên bia khoảng 40 µA, thời gian bắn 1,5 giờ có thể tạo ra một lượng Tính toán suất bão hòa của máy gia tốc phóng xạ với hoạt độ khoảng 1,5 Ci. Với hiệu KOTRON13 suất tổng hợp 18FDG trung bình 40% thì lượng Từ công thức Ysat, với các giá trị thực dược chất phóng xạ tạo ra khoảng 0,7 Ci đủ để nghiệm của dòng trên bia, thời gian chiếu bia, dùng cho 2 máy PET/CT trong 1 ngày hoạt động. Số 51 - Tháng 6/2017 3
  6. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN kháng lối ra của khối RF là 50 Ω. Khi có việc bảo dưỡng sửa chữa phải mở máy gia tốc, trở kháng buồng cộng hưởng phải điều chỉnh lại giá trị 50 Ω. Hệ số phản xạ RF từ buồng cộng hưởng về khối RF phải nhỏ hơn 3% trong chế độ hoạt động bình thường của máy. Khi phối hợp trở kháng giữa khối công suất RF và buồng cộng hưởng không tốt sẽ gây ra hiện tượng cháy nổ trong khối công suất RF. - Bảo dưỡng, vệ sinh nguồn ion theo công Hình 2. Đồ thị mô tả hoạt độ phóng xạ nghệ PIG trong máy gia tốc: Nguồn ion PIG có 18 F tại Hotcell với dòng bắn 42 µA cấu tạo gồm một anode hình trụ và 2 cathode phẳng đặt tại hai đầu anode. Vùng Plasma được 3. Tiến hành các công việc về bảo tạo ra tại vùng tâm của anode. Sau một thời gian dưỡng, sửa chữa nhỏ nhằm từng bước làm chủ hoạt động, anode, cathode và các vùng lân cận hoạt động máy gia tốc KOTRON13 nguồn ion bị cháy và cần lau chùi, thay thế các linh kiện mới. Dòng ra của máy gia tốc phụ thuộc rất nhiều vào cấu hình của nguồn ion, vị trí các linh kiện khi lắp đặt nguồn ion và vị trí 3 chiều của nguồn ion trong vùng lõi của máy gia tốc. Nguồn ion sau khi được bảo dưỡng sửa chữa phải đạt được dòng ra trên bia khoảng 30 µA trong các điều kiện sau: Dòng Arc Current: 1,5 A; Lưu lượng dòng khí H2: 10 sccm; Giá trị Duty Cycle: 35%. Dòng nam châm tạo từ trường: 135,200 A. - Bảo dưỡng khối phát công suất RF: Hình 3. Các cán bộ tự bảo dưỡng, sửa Phần điện tử tạo RF của KOTRON13 gồm các bộ chữa một số trường hợp tại KOTRON13 phận chính sau. Thông thường với các máy gia tốc + Khối tạo dao động RF: Khối điện tử tạo cyclotron, việc bảo dưỡng định kỳ cùng các công dao động điện tần số 77,3 Mhz việc sửa chữa máy đều do các hãng chế tạo nước + Khối tiền khuếch đại: Đây là bộ khuếch ngoài thực hiện. Kinh phí để thực hiện công việc đại dải băng thông hẹp với tần số trung tâm 77,3 này rất lớn từ 5 - 7% giá trị thiết bị hàng năm. Mhz, công suất 50 W. Với kiến thức và kinh nghiệm của đội ngũ cán bộ khoa học tại KOTRON13, một phần lớn các công + Khối khếch đại trung gian (IPA): Tần số việc về bảo dưỡng, sửa chữa đã được tiến hành trung tâm 77,3 Mhz, công suất ra lên đến 1,5 kW. ngay tại Trung tâm. Một số công việc cơ bản về + Tầng khuếch đại lối ra PA: Tần số trung bảo dưỡng thiết bị có thể nêu ra như sau: tâm 77,3 Mhz, công suất lên tới 20 kW. Đèn công - Điều chỉnh phối hợp trở kháng giữa khối suất ra loại Triode 3 cực nhãn hiệu EIMAQC công suất RF và buồng cộng hưởng gia tốc: Trở 3CW20000A7. 4 Số 51 - Tháng 6/2017
  7. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN + Toàn bộ hệ thống được điều khiển bởi trong chiếu xạ thực phẩm. một PLC. - Máy gia tốc Cyclotron: Chủ yếu sản + Khối nguồn nuôi gồm 2 chức năng: Tạo xuất các dược chất phóng xạ sử dụng chụp ảnh thế cao áp nuôi điện cực Anode của đèn Triode phóng xạ PET và SPECT. Các đồng vị phóng xạ (khoảng 8 kV) và thế thấp áp 5 V; 7,5 V nuôi sợi sản xuất ra bao gồm 18F, 11C, 13N, 15O, 201Tl, 67Ga,.. đốt đèn công suất khối IPA và PA. - Ngoài ra còn một máy gia tốc tĩnh điện loại Tandem Pelletron gia tốc proton năng lượng thấp và một máy Microtron gia tốc hạt điện tử được sử dụng trong các nghiên cứu vật lý hạt nhân. Sau khi tiếp nhận máy gia tốc IBA30 tại Bệnh viện Trung ương quân đội 108 và máy gia tốc KOTRON13 tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội (thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam), một hướng nghiên cứu đã được hình thành là từng bước làm chủ công nghệ gia tốc cyclotron bằng Hình 4. Sơ đồ khối phần phát công suất cách nghiên cứu lắp đặt, thiết kế chế tạo từng RF của KOTRON13 phần máy gia tốc. Nguồn ion theo công nghệ PIG Ngoài ra còn một số công việc khác về là khởi đầu hướng nghiên cứu này. Mục tiêu cần bảo dưỡng đã được thực hiện bởi các cán bộ trung đạt được của đề tài có thể tóm tắt như sau: tâm như hệ chân không, hệ làm mát bằng nước,… + Làm chủ công nghệ nguồn ion công nghệ PIG của máy gia tốc cyclotron KOTRON13. 4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo từng phần máy gia tốc cyclotron KOTRON13 + Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ra nguồn ion PIG nhằm thay thế cho nguồn ion nhập khẩu Phát triển công nghệ gia tốc là một lĩnh cùng loại của máy gia tốc KOTRON13. vực khó và tốn kém. Công nghệ này chỉ có thể phát triển tại các nước có nền kinh tế, kỹ thuật + Lắp đặt vận hành và đồng bộ hóa nguồn đủ mạnh. Các kiến thức về lý thuyết cơ bản có ion PIG với máy gia tốc KOTRON13. thể tiếp cận trong các tài liệu, các hội nghị khoa Nguyên lý cơ bản của nguồn ion học,... song các số liệu thực nghiệm về thiết kế, Penning Ionization Gauges (PIG) chế tạo, lắp đặt là bí quyết và là quyền sở hữu trí tuệ riêng của các công ty sản xuất thiết bị. Các Quá trình tạo ion hydro trong nguồn ion nước muốn phát triển công nghệ gia tốc phải tựPIG dựa trên hiệu ứng bắn phá của các hạt điện tử vào nguyên tử khí hydro trung hòa. Cấu tạo nguồn đầu tư nghiên cứu chứ không có trợ giúp từ nước ion PIG bao gồm 1 ống anode hình trụ rỗng cùng ngoài. Tại Việt Nam, trong thời gian 10 năm trở với 2 cathodes nằm ở mỗi đầu ống anode. Toàn lại đây, các máy gia tốc đã được triển khai nhiều vào Việt Nam bao gồm các loại máy sau: bộ nguồn PIG được đặt trong từ trường B song song với trục của anode. Khi điện áp một chiều - Máy gia tốc LINAC: Sử dụng nhiều được cấp vào các điện cực anode và cathode, các trong y tế dùng để xạ trị các bệnh ung thư và điện tử phát ra từ bề mặt cathode được gia tốc Số 51 - Tháng 6/2017 5
  8. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN trong điện trường và chuyển động với động năng lớn về phía anode. Từ trường B làm các hạt điện tử chuyển động xoáy trôn ốc dọc theo ống anode và gây ra hiệu ứng ion hóa khí hydro. Trạng thái plasma được tạo ra tại vùng tâm của ống anode. Tại đây các điện tử chuyển động với động năng lớn gây ra các hiệu ứng ion hóa các phân tử khí H2 tạo ra các ion H+ và tạo ra các nguyên tử hydro ở trạng thái kích thích H*,… Hình 6. Lắp đặt nguồn ion PIG Giải thích: L1: Khe trung tâm của buồng cộng hưởng; L2: Cạnh mép trái của nguồn ion; L3: Mặt phẳng có khe ra ion H- của anode; L4: Trục trung tâm của buồng cộng hưởng; L5: Mặt phẳng tạo bởi hai mép của điện cực puller hướng về anode; L6- L7: Khoảng cách giữa 2 khe của điện cực puler được cố định là 2,1 mm. Hình 5. Cấu tạo cơ bản của nguồn ion theo công nghệ PIG Nguồn ion tạo ra trong máy KOTRON13 là nguồn ion âm H-. Trong vùng plasma của ống anode, với động năng của điện tử vào khoảng ~200 eV là điều kiện thuận lợi để tương tác sinh ra các nguyên tử khí kích thích H2*. Các nguyên Hình 7. Phổ cường độ dòng trên bia của tử bị kích thích này dễ dàng kết hợp với các hạt KOTRON13 đạt 40 µA sau khi lắp đặt điện tử lạnh (động năng khoảng 1 eV) để tạo ra các ion âm H-. Các ion H- chuyển động khuếch Các thông số về lắp đặt cũng như các tán trong vùng plasma, được kéo ra khỏi nguồn thông số hoạt động nguồn ion đã được công bố ion PIG dưới tác dụng của điện trường và đi vào trong báo cáo tổng kết nhiệm vụ cấp bộ 2014- vùng gia tốc của cyclotron. 2015 “Nghiên cứu tiếp thu quy trình vận hành, bảo dưỡng các thiết bị máy gia tốc KOTRON13 Lắp đặt nguồn ion PIG và xác định các thông số tối ưu của thiết bị phục Để lắp đặt nguồn ion PIG trong máy gia vụ quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ F” và 18 tốc cần phải có kinh nghiệm thực tế. Đây gần như trong một số hội nghị khoa học do Viện năng là các bí quyết của các công ty cung cấp thiết bị. lượng nguyên tử Việt Nam tổ chức. Sau một thời gian dài tham gia lắp đặt điều chỉnh Công việc tiếp theo trong các năm tới máy gia tốc, các cán bộ tại Trung tâm Chiếu xạ là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nguồn ion theo Hà Nội đã có thể tự thực hiện công việc này. công nghệ PIG lắp đặt thành công trong máy 6 Số 51 - Tháng 6/2017
  9. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN KOTRON13. Đây là sự mở đầu cho các nghiên cứu thực nghiệm về công nghệ gia tốc tại Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam nhằm tiến tới từng bước làm chủ về công nghệ gia tốc phục vụ cho nhu cầu trước mắt là vận hành, sửa chữa máy KOTRON13 phục vụ quá trình sản suất đồng vị phóng xạ 18F. III. Kết luận Các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng của cyclotron KOTRON13 là một nhiệm vụ được quan tâm tại Trung tâm Chiếu xạ Hà nội. Sau khi nhận bàn giao kỹ thuật máy KOTRON13 từ Công ty SAMYUONG Hàn Quốc, về cơ bản các cán bộ kỹ thuật của Trung tâm đã làm chủ được công việc vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ thiết bị. Các công việc chuẩn bị đưa thiết bị đủ điều kiện để sản suất dược chất phóng xạ 18FDG cũng được đồng thời triển khai. KOTRON13 đã có giấy phép về an toàn bức xạ của Cục An toàn bức xạ và hạt nhân. Hiện tại Trung tâm đã gửi các hồ sơ xin cấp phép hoạt động lên Bộ Y tế và đang chờ kết quả cấp phép. Đồng thời với các công việc trên, hướng nghiên cứu chế tạo từng phần máy gia tốc cyclotron mà nguồn ion PIG là bước đi đầu tiên đang được triển khai. Mục tiêu trước mắt là từng bước làm chủ về công nghệ gia tốc phục vụ quá trình sản xuất dược chất phóng xa 18FDG dùng cho các máy PET/CT trên địa bàn Hà Nội. Nguyễn Tiến Dũng Nguyễn Tuấn Anh Phạm Minh Đức Phòng Gia tốc KOTRON13, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Số 51 - Tháng 6/2017 7
  10. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN MÁY GIA TỐC TỪ NGHIÊN CỨU CƠ BẢN ĐẾN ỨNG DỤNG THỰC TẾ Các máy gia tốc là phát minh quan trọng của thế kỷ XX. Máy gia tốc ra đời từ những năm 1930 để cung cấp các hạt năng lượng cao nhằm nghiên cứu cấu trúc hạt nhân nguyên tử. Kể từ đó đến nay, chúng đã được sử dụng để nghiên cứu nhiều khía cạnh của vật lý hạt. Mục tiêu của việc sử dụng máy gia tốc là tăng tốc và gia tăng năng lượng của chùm hạt bằng cách tạo ra các điện trường làm tăng tốc các hạt, và các từ trường định hướng và tập trung chùm hạt theo ý muốn. Trong hơn 8 thập kỷ qua, máy gia tốc đã có nhiều đóng góp và làm thay đổi cuộc sống của con người. Với máy gia tốc, người ta đã tạo ra các chùm tia X, electron, proton, notron và các hạt khác với các năng lượng khác nhau. Thông thường, dải năng lượng được gọi là thấp khi hạt có năng lượng dưới 1 GeV, năng lượng trung bình khi hạt có năng lượng trên 1 GeV và dưới 100 GeV và năng lượng cao khi trên 100 GeV (Theo định nghĩa, một eV bằng lượng năng lượng thu được hoặc bị mất khi 1 electron di chuyển qua điện trường với hiệu điện thế 1 V và 1 eV bằng khoảng 1.6022x10-19 J). Loại hạt sử dụng phụ thuộc vào mục tiêu của nghiên cứu, thí nghiệm. Trong số khoảng 3 vạn máy gia tốc hiện chính là xử lý, chế tạo vật liệu và phân tích vật đang vận hành trên thế giới, phần lớn là dành liệu. Máy gia tốc cũng được áp dụng cho bảo vệ cho các ứng dụng trong công nghiệp (khoảng 2 môi trường, như làm sạch nước uống, xử lý nước vạn hệ thống). Có hai loại ứng dụng công nghiệp thải, khử trùng bùn thải và loại bỏ các chất gây ô 8 Số 51 - Tháng 6/2017
  11. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN nhiễm khỏi khói thải. Đồng thời nằm trong một hộp hình tròn gồm hai Khi các máy gia tốc tăng hiệu suất, các nửa hộp rỗng hình chữ D nối vào một hiệu điện chùm hạt cường độ cao (proton, electron và ion) thế xoay chiều. Tất cả đều nằm trong chân không. trở thành một trong những đòi hỏi quan trọng Khi đó, điện trường xoay chiều giữa hai hình D có được yêu cầu bởi đa số người sử dụng máy gia tốc tác dụng tăng tốc cho hạt trong quá trình chuyển và cho hầu hết các ứng dụng. Nhiều lĩnh vực khác động: Vận tốc hạt ngày càng tăng lên cùng với nhau đòi hỏi phải có các máy gia tốc tiên tiến, từ bán kính quỹ đạo. Khi động năng của hạt tăng nghiên cứu cơ bản đến các ứng dụng trong khoa lên đến giá trị đủ lớn thì người ta cho chùm hạt học, y học và công nghiệp. Các nhà khoa học đã bắn vào một tấm “bia” để tạo ra các phản ứng hạt và đang nỗ lực thực hiện việc theo đuổi nâng cao nhân. Sự va chạm của chùm hạt trong các máy hiệu suất các máy gia tốc cường độ cao. gia tốc có thể thực hiện với bia cố định, hoặc giữa hai chùm hạt. Bài viết này đưa ra nguyên lý thiết kế của Vào những năm 1929-1933, nhà vật lý các máy gia tốc điển hình và những ứng dụng người Mỹ, Robert J. Van de Graaff (1901-1967) máy gia tốc từ nghiên cứu cơ bản đến ứng dụng đã phát minh thiết bị mang tên ông - máy phát thực tế, giúp bạn đọc có thêm thông tin về các Van de Graaff (Van de Graaff generator). Đây là máy gia tốc và ứng dụng của chúng. một loại máy phát điện tĩnh điện cao áp (cỡ 7 Phân loại và nguyên lý hoạt động của máy gia triệu volt) hoạt động như một loại máy gia tốc tốc hạt, là cơ sở cho nhiều máy gia tốc sau này. Máy gia tốc thường dùng để chỉ máy gia Máy gia tốc thẳng (còn được gọi là tốc hạt, thiết bị tăng vận tốc hạt dưới mức nguyên LINAC), máy gia tốc vòng (Cyclotron và tử như proton, electron và positron hoặc các ion Synchrotron) là một số thiết bị phức tạp và tốn nặng. Máy gia tốc hạt được phát minh ban đầu kém nhất từng được chế tạo. Nói chung, mục cho mục đích nghiên cứu cấu trúc cơ bản của đích của chúng là tăng tốc các hạt tích điện, thông vật chất, và sau này là các ứng dụng thực tiễn. thường là các electron, proton và các đồng vị, Máy gia tốc hạt có thể được chia thành hai nhóm cũng như các hạt dưới mức nguyên tử, với tốc độ chính: máy gia tốc thẳng và gia tốc vòng. Trong cực lớn. Các hạt này được sử dụng để điều trị các máy gia tốc thẳng các hạt được gia tốc khi chúng khối u hoặc ung thư bên trong bệnh nhân. Các hạt di chuyển theo một đường thẳng, đôi khi trên bắn vào các mẫu vật liệu (hoặc các chùm đi ngược khoảng cách rất lớn. Với hệ máy gia tốc vòng các hướng với tốc độ tương tự cho các phản ứng năng hạt di chuyển và tăng tốc theo đường tròn hoặc lượng cao hơn) cho phép xác định thành phần của xoắn ốc với đường kính khác nhau từ ít hơn một vật liệu dựa trên các phản ứng và tán xạ của các vài m đến nhiều km. hạt sau va chạm. Nhiều đồng vị được tạo ra sử dụng cho mục đích y tế hoặc công nghiệp, khoa Trong các máy gia tốc thẳng, các hạt điện học vật liệu và sinh học. Các máy gia tốc cũng tích được tăng tốc nhờ điện trường mạnh. Chẳng được sử dụng để tăng tốc độ của hạt để chúng có hạn trong máy gia tốc có chiều dài 4 km tại phòng thể được tiêm vào các máy gia tốc khác và đạt thí nghiệm Stanford, các electron được gia tốc đến vận tốc và động năng cao hơn. đến năng lượng cỡ 50 GeV. Nguồn các hạt trong máy gia tốc được lấy Trong các máy gia tốc vòng, hạt điện tích từ đâu? Máy va chạm Hadron lớn LHC (Large chuyển động theo các quỹ đạo tròn dưới một từ Hadron Collider) tại Trung tâm Nghiên cứu hạt trường đều có hướng vuông góc với vận tốc hạt. nhân châu Âu (CERN) thực hiện tăng tốc và va Số 51 - Tháng 6/2017 9
  12. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN đập các proton, cũng như các ion chì nặng. Người LINAC có thể gia tốc các ion nặng đến ta có thể nghĩ rằng LHC cần một lượng lớn các vận tốc khó đạt được bởi máy gia tốc vòng hạt, nhưng các chùm proton trong vòng tròn chu (Cyclotron và Synchrotron) vì chúng bị giới hạn vi 27 km được cung cấp chỉ bởi một chai khí bởi cường độ của từ trường cần thiết để giữ các hydro duy nhất, được thay thế hai lần mỗi năm. ion trên đường cong. LINAC cũng tốt hơn cho việc gia tốc các electron tới vận tốc tương đối vì các electron mất năng lượng (và vận tốc) qua bức xạ khi đi dọc theo vòng cung. Tuy nhiên, hệ thống cần diện tích đất rộng nên tốn kém khi xây dựng. Máy gia tốc Cyclotrons Không giống như LINAC, các Cyclotron gia tốc các hạt dọc theo đường dẫn xoắn ốc hướng ra ngoài và hạt được giữ trong đường dẫn đó bởi một trường điện từ tĩnh vuông góc với đường xoắn ốc. Các hạt tích điện được tiêm vào khoang Hình 1. Robert J. Van de Graaff và máy chân không giữa hai điện cực kim loại rỗng dạng phát mang tên ông chữ D (gọi là “dees”) từ trung tâm của Cyclotron. Một điện áp xoay chiều tần số vô tuyến (RF Máy gia tốc thẳng (LINAC) voltage) vài ngàn volt được áp luân phiên cho LINAC gia tốc các hạt theo đường thẳng. hai điện cực D. Thời gian của điện áp RF được Các hạt, thường là electron, proton, và ion, đi chuyển giữa các D, gia tốc các hạt và tăng đường trong buồng chân không hình ống. Các điện cực kính của đường tròn sau mỗi vòng quay, biến nó bên trong ống được đặt cách nhau để tần số vô thành xoắn ốc. tuyến (RF) có thể được tính thời gian để kích hoạt chúng như các hạt nằm trong khe hẹp giữa các điện cực, và do đó tăng tốc chúng khi chúng di chuyển từ khe này sang khe khác. Đối với hệ LINAC công suất lớn, mỗi điện cực đều có nguồn RF riêng. Hình 3. Nguyên lý máy gia tốc Cyclotron Khi các hạt đi đến ranh giới “dees”, chúng sẽ để các hạt đi qua một khoảng cách nhỏ và hướng tới bia. Hạt đập vào bia có thể tạo ra phản ứng hạt nhân, và các hạt từ phản ứng đó có thể được hướng vào các thiết bị khác nhau để Hình 2. Nguyên lý máy gia tốc thẳng phân tích. 10 Số 51 - Tháng 6/2017
  13. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Máy gia tốc hạt đầu tiên dạng Cyclotron vòng tròn chuyển động của hạt. Một máy phát đặt tại Đại học California, Berkeley vào những điện RF cung cấp một trường điện từ cho khoang năm 1930 theo thiết kế của Ernest Lawrence. đúc có hình dạng đặc biệt, chuyển đổi thành các Trong vài thập kỷ sau khi máy Cyclotron đầu tiên sóng điện từ cộng hưởng và tích tụ bên trong được chế tạo từ năm 1934, Cyclotron là nguồn khoang. Khi các hạt tích điện đi vào khoang, lực cung cấp chùm hạt năng lượng cao hữu hiệu cho và hướng của trường điện từ thu được sẽ gia tốc các nghiên cứu vật lý hạt nhân. Các chùm hạt mà chúng dọc theo vòng lặp. các Cyclotron cung cấp phù hợp cho việc sản Giữa máy gia tốc Cyclotron và xuất đồng vị sử dụng trong y học hạt nhân. Có Synchrotron có sự khác biệt: trên 1.200 Cyclotron trên thế giới được sử dụng để tạo các đồng vị phóng xạ trong y tế. Chùm Thứ nhất, Cyclotron sử dụng từ trường và hạt từ Cyclotron cũng được sử dụng để chiếu vào điện trường tần số không đổi, nhưng Synchrotron cơ thể bệnh nhân nhằm tiêu diệt các khối u với sử dụng các điện trường và từ trường biến đổi. mức độ tổn thương tối thiểu cho phần khác của Thứ hai, Synchrotron có thiết kế ống dạng cơ thể người. Các chùm hạt cũng còn được sử hình trụ vòng xuyến, trong khi Cyclotron được dụng trong chụp ảnh PET/CT. làm bằng buồng hình trụ hoặc hình cầu. Máy gia tốc Synchrotrons Thứ ba, các Synchrotron được sử dụng Synchrotron, cũng như Cyclotron, là trong hầu hết các dự án quy mô lớn như máy các máy gia tốc theo chu kỳ và phát các hạt vào gia tốc Hadron cỡ lớn (LHC) tại CERN, còn vòng tròn khép kín, hạt tăng tốc độ sau mỗi vòng Cyclotron chủ yếu được sử dụng trong các dự án quay. Nhưng khác với Cyclotron, vòng lặp của quy mô nhỏ. Synchrotron không phải là một xoắn ốc. Tùy từng mục đích sử dụng khác nhau, Synchrotron Các máy gia tốc và nghiên cứu cơ bản phải thực hiện việc tập trung, uốn cong và gia tốc Vật lý hạt các hạt vào một chùm bên trong ống chân không - có thể được thực hiện bằng các cụm thiết bị khác Nghiên cứu về vật lí hạt đòi hỏi sử dụng nhau và vào các thời điểm khác nhau, đường đi các máy gia tốc có năng lượng cao và / hoặc có thể là hình tròn, hình bầu dục hoặc đa giác với cường độ cao với các chùm electron (positron), các góc tròn. muon, neutrino, proton (phản proton). Hệ thống mới nhất của loại này là LHC (Large Hadron Collider), được đưa vào hoạt động tại CERN năm 2010. LHC được thiết kế để gia tốc và va chạm hai chùm proton với năng lượng đến 7 TeV. Vật lý hạt nhân và các ngành khoa học Nghiên cứu về các trạng thái vật chất yêu cầu các máy gia tốc / năng lượng cao / trung bình Hình 4. Nguyên lý máy Synchrotron với cường độ cao hoặc các va chạm với electron Việc gia tốc chùm hạt được xử lý bằng / positron, proton / phản proton và các chùm ion các khoang chứa sóng vô tuyến (RF) bố trí quanh từ nhẹ đến nặng. Số 51 - Tháng 6/2017 11
  14. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Nhiều nghiên cứu về vật lý chất rắn và chủ yếu là Cyclotron năng lượng thấp, đã được môi trường đông đặc, sinh học, địa chất, khoa học sử dụng để sản xuất đồng vị phóng xạ. Người ta về con người đòi hỏi phải sử dụng các máy gia cũng đang nghiên cứu khả năng sản xuất đồng vị tốc điện tử năng lượng thấp và trung bình. Trong phóng xạ dựa trên bức xạ nơtron gây va chạm và số nhiều dự án đang hoạt động thì SOLEIL tại chùm electron. Pháp và DIAMOND tại Anh, là hai trong số các Phần lớn máy gia tốc y tế được sử dụng cơ sở bức xạ Synchrotron được xây dựng gần đây để điều trị ung thư và sản xuất một số đồng vị nhất. phóng xạ. Phần lớn trong số này là các máy gia tốc tuyến tính sử dụng chùm electron. Tuy nhiên, các máy gia tốc ion hoặc proton năng lượng thấp cũng được sử dụng để điều trị các khối u, khi rất khó điều trị bằng các phương pháp thông thường. Lĩnh vực này đã được phát triển ở cả châu Á, châu Âu và Mỹ. Các máy gia tốc trong y tế, chẳng hạn như LINAC được sử dụng dưới hai hình thức: + Gia tốc electron tới năng lượng cao, nơi chúng va chạm với một mục tiêu kim loại nặng Hình 5. Máy gia tốc tĩnh điện Tandem, để tạo ra tia X năng lượng cao Pelletron 5SDH-2 tại khoa Vật lý, ĐH KHTN, + Sử dụng proton làm các hạt tăng tốc và Đại học Quốc gia Hà Nội sử dụng các hạt nhân để va chạm trực tiếp với cơ Máy gia tốc trong lĩnh vực năng lượng thể bệnh nhân. Việc chuyển đổi chất thải phóng xạ đòi Ưu điểm của tia X năng lượng cao do hỏi phải sử dụng các máy gia tốc proton năng máy gia tốc tạo ra là nguồn phóng xạ nhỏ hơn lượng trung bình và cường độ cao. Nguyên lý là nguồn phóng xạ Cobalt 60 và do đó cho hình ảnh tạo ra nơtron từ bia do chùm proton đập vào. Các sắc nét hơn. Có ít hiệu ứng trên da và ít đau đớn tương tác của neutron với các đồng vị sống lâu hơn cho bệnh nhân. Khả năng xuyên sâu lớn của được chiết xuất từ các lò phản ứng hạt nhân, biến tia X năng lượng cao cho phép điều trị các khối u đổi chúng thành những đồng vị dễ quản lý hơn. ở sâu trong cơ thể. Khái niệm về hệ thống điều khiển máy gia tốc (ADS) đã được phát triển trong dự án MYRRHA. Máy gia tốc hạt đang được áp dụng trong nhiều hoạt động kinh tế - xã hội. Ban đầu được phát triển cho nghiên cứu cơ bản, ngày nay chúng được sử dụng cho nhiều ứng dụng, từ chăm sóc sức khoẻ đến sản xuất chip silicon để giảm ô nhiễm. Máy gia tốc trong y học Hình 6. Nguyên lý sử dụng máy gia tốc Các máy gia tốc có kích thước khác nhau, trong y tế 12 Số 51 - Tháng 6/2017
  15. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Các proton có năng lượng lên đến 250 khoa học Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu cơ MeV cũng được sử dụng. Các bức xạ tạo ra chùm bản cũng như ứng dụng trên các máy gia tốc. Số hạt sắc nét có thể điều trị các khu vực rất nhỏ của các dự án máy gia tốc cũng gia tăng mạnh mẽ trên cơ thể. Thay đổi điện áp gia tốc cho phép điều thế giới (hình 8). chỉnh độ xuyên sâu khác nhau - ví dụ proton 200 MeV có khoảng xuyên sâu 27 cm trong mô, trong khi chùm năng lượng 140 MeV chỉ đạt đến độ sâu 15 cm. Hình 8. Sự phát triển các dự án máy gia tốc trên thế giới (Theo thống kê của mạng https:// gust.com/accelerators) Các nhà vật lý sử dụng các máy gia tốc hạt để trả lời các câu hỏi về vật lý cơ bản - vũ Hình 7. Máy gia tốc Cyclotron 30 MeV trụ của chúng ta được tạo ra như thế nào, tại sao tại Bệnh viện Trung ương quân đội 108 các vật thể có khối lượng v.v... Khi phát minh ra Máy gia tốc trong công nghiệp máy gia tốc, chúng mới chỉ là các công cụ nghiên cứu thuần túy. Ngày nay, các máy gia tốc đã được Mặc dù ít được biết đến hơn các ứng dụng sử dụng bên ngoài các phòng thí nghiệm nghiên khác, có rất nhiều ứng dụng công nghiệp sử dụng cứu. Các máy gia tốc đã và đang đi ra khỏi các máy gia tốc. Máy gia tốc ion, proton, electron phòng thí nghiệm và đã được ứng dụng trong năng lượng thấp được sử dụng để cấy ion trong nhiều ngành công nghiệp, y tế và đời sống xã hội công nghiệp bán dẫn, cắt và hàn bằng electron, trong nhiều thập kỷ, và nhiều ứng dụng mới sẽ các máy chiếu xạ sử dụng chum electron và tia tiếp tục được phát triển. X, chụp ảnh và kiểm tra không phá mẫu, phân tích chùm ion, khử trùng thực phẩm, khử trùng y tế v.v… Lê Đại Diễn Kết luận Trung tâm Đào tạo hạt nhân Theo GS. Trần Đức Thiệp (Máy gia tốc, NXB KHKT, Hà Nội 2002) tại Việt Nam các máy gia tốc đầu tiên là các máy phát notron NA- 3-C do Hungary chế tạo và máy gia tốc điện tử Microtron MT-17 do Liên Xô chế tạo đã được lắp đặt vào các năm 1974 và 1982 tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt nam. Cho đến nay, các nhà vật lý cũng như cộng đồng Số 51 - Tháng 6/2017 13
  16. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ SỐNG DÀI CÙNG SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 18 F-FDG TẠI TRUNG TÂM MÁY GIA TỐC, BỆNH VIỆN TWQĐ 108 Trong quá trình sản xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG, chùm tia H+ gia tốc đến năng lượng 18 MeV được chiếu vào bia nước giàu 18O (H218O), ngoài đồng vị phóng xạ 18F còn có nhiều đồng vị khác cùng được sinh ra do phản ứng hạt nhân của proton với bia nước H218O và với các thành phần cấu tạo nên thân của bia. Toàn bộ quá trình tổng hợp 18F-FDG được tiến hành trên bộ tổng hợp Synthera của hãng IBA. Hoạt độ của các đồng vị phóng xạ tạp chất có thời gian bán rã dài trong 04 loại chất thải phóng xạ tạo ra trong quá trình sản xuất 18F-FDG trên máy gia tốc cyclotron tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 được xác định bằng hệ phổ kế gamma phân giải cao dải rộng. Kết quả cho thấy có 11 đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã dài: 55Co, 56Co, 57Co, 58Co, 51Cr, 52Mn, 54Mn, 48V, 95m Tc, 96Tc và 183Re tồn tại trong các mẫu chất thải này. 1. Mở đầu nitrogen-13 (13N) and fluorine-18 (18F). Những Trong ứng dụng kỹ thuật chụp xạ hình đồng vị này có thời gian bán rã ngắn nên chúng PET, các đồng vị phóng xạ phát positron được thường được sản xuất trên máy gia tốc dựa trên sử dụng như là các chất đánh dấu, phổ biến nhất phản ứng hạt nhân hoặc với proton hoặc với là các đồng vị carbon-11 (11C), oxygen-15 (15O), đơ-tơ-ri chủ yếu dưới dạng các phản ứng (p,n), 14 Số 51 - Tháng 6/2017
  17. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN proton gia tốc vào bia nước làm giàu 18O (H218O), (p,2n), (p,α) và (p,xn) [1]. Trong đó, 18F là đồng vị được ưu tiên lựa chọn trong thực tế do tính chất cùng với đồng vị phóng xạ 18F sinh ra trong bia còn có các đồng vị phóng xạ tạp chất khác cùng vật lý bức xạ ưu thế của nó, đó là thời gian bán rã dài (T1/2 = 110 phút), cũng như việc phát triển của sinh ra do các phản ứng hạt nhân xảy ra trên bia công nghệ máy gia tốc dùng cho sản xuất đồng vị nước H218O cũng như do các phản ứng hạt nhân phóng xạ nói chung và sản xuất dược chất phóng xảy ra trên lá Havar và lá Titan. Lá Havar là hợp xạ nói riêng. Dược chất phóng xạ 18F-FDG là hợp kim cấu thành từ các kim loại chính sau: Co chất đánh dấu phóng xạ phát positron được sản (42%), Mn (1,6%), Cr (19,5%), Mo (2,2%), W xuất lần đầu tiên vào năm 1978 [2], và đến nay nó (2,7%), Ni (12,7%) và Fe (~19,1%) [4]. Các phản được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành ung thư. ứng hạt nhân trên lá Havar và Titan sinh ra các Hiện nay, ở nước ta có 05 cơ sở sản xuất đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã dài [5-8]. dược chất phóng xạ 18F-FDG phục vụ chẩn đoán Bảng 1.1 trình bày một số đồng vị phóng xạ có ung thư, đó là: Trung tâm Máy gia tốc thuộc thời gian bán rã dài được sinh ra do các phản ứng Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 (TWQĐ hạt nhân xảy ra lá Havar và lá titan do tương tác 108), Bệnh viện Việt Đức, Trung tâm Chiếu xạ với chùm proton hoặc với nơtron sinh ra từ phản Hà Nội, Bệnh viện Đà Nẵng và Bệnh viện Chợ ứng tạo F trên bia nước H2 O. 18 18 Rẫy (TP HCM). Với công suất sản xuất 18F-FDG Bảng 1.1. Các đồng vị phóng xạ có thể lên đến 3,5-4,0 Ci/ngày, Trung tâm Máy gia tốc được sinh ra do phản ứng hạt nhân của chùm thuộc Bệnh viện TWQĐ 108 có khả năng để cung proton và nơtron thứ cấp với lá Havar và lá titan. cấp đủ dược chất phóng xạ 18F-FDG cho các máy Đồng vị Phản ứng hạt nhân Đồng vị Phản ứng hạt nhân PET ở Hà Nội và các vùng lân cận. Quá trình sản Cr(n,γ) Cr Mo(p,n) Tc 50 51 96 96 Cr 51 Tc 96 Cr(n,2n) Cr 52 51 Mo(p,2n) Tc 97 96 xuất dược chất phóng xạ 18F-FDG tại Trung tâm Mn 52 Cr(p,n) Mn 52 Re 52 W(p,n) Re 182 182 182 W(p,3nγ) Re 184 183 máy gia tốc thuộc Bệnh viện TWQĐ 108 được Mn Mn(n,2n) Mn Re 54 55 54 183 W(p,n) Re 183 183 Co 56 Fe(p,n) Co 56 Re 56 W(p,n) Re 184 183 184 thực hiện qua các công đoạn như sau: Ni(n,pn) Co 58 57 - Chiếu chùm tia proton gia tốc vào bia Co Ni(p,2p) Co Re W(p,n) Re 57 58 57 186 184 186 Ni(p,α) Co 60 57 nước giàu 18O (> 95%) để tạo ra đồng vị 18F Ni(n,p) Co 58 58 Ti(p, He) Sc 48 3 46 thông qua phản ứng hạt nhân 18O(p,n)18F. Co Co(p,pn) Co Sc Ti(n,t) Sc 58 59 58 46 48 46 Co(n,2n) Co 59 58 - Tách chiết đồng vị phóng xạ 18F khỏi các Ni 57 Ni(p,d) Ni 58 V 57 Ti(p,n) V 48 48 48 Mo(p,n) Tc 95 95m tạp chất và tổng hợp thành F-FDG trên bộ 18 Tc/ Tc 95 95m Mo(p,2n) Tc 96 95m tổng hợp Synthera, IBA. - Chia liều tổng thu được thành các liều đơn Một lượng nhỏ các đồng vị phóng xạ này theo đơn đặt hàng từ các cơ sở y tế. có thể bị đẩy ra khỏi các lá kim loại này và hòa - Kiểm nghiệm tiêu chuẩn dược chất phóng vào hỗn hợp dung dịch bia do động năng của xạ. chùm hạt proton bắn tới, tạo ra tạp chất trong hỗn Trên đường đi đến bắn phá bia nước hợp bia sau khi chiếu xạ. Sau khi chiếu xạ bởi H218O, chùm tia proton gia tốc phải xuyên qua lá chùm proton, hỗn hợp bia được chuyển qua bộ titan để ngăn cách chân không trên đường truyền tổng hợp Synthera của hãng IBA để tách chiết và chùm tia và khoang làm mát bia bằng khí Heli, tổng hợp thành dược chất phóng xạ. Quy trình và lá hợp kim Havar để chứa đựng nước H218O tách chiết, tổng hợp FDG được diễn ra qua 05 và ngăn cách bia với khoang làm mát bằng khí bước cụ thể như sau: Heli [3]. Do vậy, trong công đoạn chiếu chùm tia - Bước 1: Tách 18F khỏi H218O sử dụng cột Số 51 - Tháng 6/2017 15
  18. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN trao đổi anion QMA. Bia sau khi chiếu xạ chùm của các đồng vị phóng xạ có thời gian bán rã dài proton được cho đi qua cột trao đổi anion QMA, cho 04 mẫu, bao gồm: Mẫu nước thu hồi được chỉ các ion âm 18F- được giữ lại trên cột, còn các lấy từ ngày 15/02/2017, đo xác định hoạt độ vào cation kim loại cùng tạp chất khác đều bị loại bỏ ngày 12/4/2017; mẫu QMA lấy ngày 11/4/2014 vào lọ thu hồi. Sau đó, ion âm 18F- sẽ được tách rửa khỏi QMA bằng dung dịch chứa K2CO3 và và đo ngày 14/4/2014; mẫu lá Havar và Titan lấy chất xúc tác chuyển pha (Kryptofix 222) trong ngày 25/02/2013 và đo ngày 19/8/2013. dung môi acetonitrile. Hoạt độ của các đồng vị phóng xạ sống - Bước 2: Bay hơi H218O dư bởi acetonitrile. dài trong các mẫu được xác định theo phương - Bước 3: Thêm tiền chất mannose triflate pháp phổ gamma sử dụng hệ phổ kế gamma phân trong acetonitrile-labelling. giải cao giải rộng (HpGe XtRa, model GX 2020) - Bước 4: Thủy phân tạo ra 18F-FDG. của hãng Canberra được trang bị tại Trung tâm - Bước 5: Tinh chế 18F-FDG. máy gia tốc thuộc Bệnh viện TWQĐ 108 với các Như vậy, trong quá trình sản xuất có một đặc trưng kỹ thuật như sau: số chất thải phóng xạ chứa các đồng vị phóng - Điện áp cao áp nuôi đầu dò: 3,5 kV xạ có thời gian sống dài được tạo ra, đó là nước - Hiệu suất tương đối: ≥ 20% thu hồi, là Havar, lá Titan và cột trao đổi ion âm - Độ phân giải năng lượng (FWHM): QMA. Các chất thải phóng xạ này được xác định • Đỉnh năng lượng 122 keV: 1,1 keV hoạt độ các đồng vị phóng xạ sử dụng hệ phổ kế • Đỉnh năng lượng 1,3 MeV: 2,0 keV gamma giải rộng phân giải cao. - Tỷ số Peak/Compton (P/C): 46 2. NỘI DUNG - Hình dạng đỉnh (FWTM/FWHM): 2 2.1. Đối tượng và phương pháp Đầu dò của hệ phổ kế gamma được đặt Các chất thải của quá trình sản xuất dược trong bình chì giảm phông, tín hiệu được xử chất phóng xạ 18F-FDG bao gồm nước thu hồi, lý trên bộ phân tích tín hiệu số DSA-1000. Số nước thải của quá trình tinh chế, bộ KIT tổng liệu thu được từ đầu ra của DSA-1000 được ghi hợp trên bộ tổng hợp Synthera bao gồm các lọ nhận và xử lý trên máy tính thông qua phần mềm thủy tinh, các cột lọc. Tuy nhiên, trên các thành GENIE 2000. Hình ảnh của hệ phổ kế sử dụng phần của bộ KIT tổng hợp chỉ cột trao đổi ion âm trong nghiên cứu được đưa ra trên Hình 2.1. QMA là có thể bị nhiễm xạ bởi các đồng vị phóng xạ sống dài. Do vậy, loại đối tượng đầu tiên của nghiên cứu này là nước thu hồi, cột QMA của bộ KIT tổng hợp trong quá trình sản xuất FDG. Loại đối tượng thứ hai là những chất thải phóng xạ sinh ra từ công việc bảo dưỡng hệ thống thiết bị máy gia tốc định kỳ, đó là các lá Havar và Titan khi vệ sinh, thay thế bia. Tóm lại, trong nghiên cứu này, có 04 loại mẫu được lựa chọn để tiến hành xác định hoạt độ phóng xạ của các đồng vị có thời gian sống dài, gồm có mẫu nước thu hồi, Hình 2.1. Hệ phổ kế gamma giải rộng phân giải mẫu QMA, mẫu lá Havar và mẫu lá Titan. Cụ thể, cao tại Trung tâm máy gia tốc thuộc Bệnh viện nghiên cứu đã đo và xác định hoạt độ phóng xạ TWQĐ 108. 16 Số 51 - Tháng 6/2017
  19. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 2.2. Kết quả Bảng 2.1. Hoạt độ phóng xạ đo được Hệ phổ kế gamma trước khi đo mẫu thực trong mẫu nước thu hồi. đều được chuẩn lại năng lượng và hiệu suất phù Đồng vị T Năng lượng Xác suất 1/2 Mức thải Hoạt độ (Bq) cho phép (ngày) (keV) phát γ (%) hợp với cấu hình đo và hình dạng mẫu được đo. (Bq/năm) Cr 51 27,7 320 9,91 5725 ± 462 1 x 10 8 Riêng mẫu lá Havar khi đo được đặt cách bề mặt Mn 52 5,59 1434 100 452 ± 82 KQĐ đầu dò 30 cm để đảm bảo tối ưu về thời gian chết Mn 52 312 835 99,98 196 ± 49 KQĐ Co 56 77,24 846,9 99,9 5067 ± 145 KQĐ của đầu dò do mẫu này có hoạt độ khá lớn, còn Co 57 272 847 85,6 2170 ± 49 1 x 10 9 các mẫu còn được đặt cách bề mặt đầu dò 10 cm. Co 58 70,9 122 99,45 14700 ± 224 1 x 10 8 Tc 95m 61 811 61,92 101 ± 51 KQĐ Mẫu nước thu hồi và mẫu chuẩn cho mẫu nước Re 183 70 162 23,36 338 ± 123 KQĐ thu hồi đều được chứa trọng lọ Penicillin với thể tích 2 ml. Các mẫu QMA, lá titan và lá Havar có * KQĐ: Không quy định trong Thông tư dạng đĩa mỏng và có khối lượng lần lượt là 19 g, số 22/2014/TT-BKHCN ngày 25/8/2014 của Bộ 0,07 g và 0,3 g, do vậy để chuẩn hiệu suất, nguồn Khoa học và Công nghệ Quy định về quản lý chất hình đĩa được sử dụng để đảm bảo tính đồng nhất thải phóng xạ và nguồn phóng xạ đã qua sử dụng. về hình học đo. Bảng 2.2. Hoạt độ phóng xạ của các đồng vị đo được trong mẫu QMA. T1/2 Năng lượng Xác suất Hoạt độ Mức thanh Đồng vị (ngày) (keV) phát γ (%) (Bq/g) lý (Bq/g) 51 Cr 27,7 320 9,91 27,4 ± 0,8 100 52 Mn 5,59 1434 100 2,1 ±0,1 1 56 Co 77,2 847 99,9 3,5 ± 0,2 0,1 57 Co 272 122 85,6 0,31 ± 0,07 1 58 Co 70,9 811 99,45 4,4 ± 0,1 1 96 Tc 4,28 778 99,76 1,8 ± 0,1 1 57 Ni 1,46 1377 81,7 0,27 ± 0,08 KQĐ 48 V 16 983 99,9 1,7 ± 0,1 1 54 Mn 312 835 99,98 0,08 ± 0,08 0,1 95m Tc 61 204 61,92 0,18 ± 0,08 KQĐ 183 Re 70 162 23,36 0,07 ± 0,1 KQĐ Hình 2.2. Phổ gamma ghi nhận cho mẫu nước thu hồi. Kết quả xác định hoạt độ của các đồng vị phóng xạ sinh ra trong mẫu lá Havar khi được Hình 2.2. cho thấy hình ảnh phổ gamma chiếu bởi chùm hạt proton gia tốc để sản xuất ghi nhận được khi đo mẫu nước thu hồi. Kết quả 18F-FDG được đưa ra trong Bảng 2.3. phân tích phổ gamma trên mẫu nước thu hồi cho thấy có 08 đồng vị phóng xạ có thời gian sống Bảng 2.3. Hoạt độ phóng xạ của các đồng dài được nhận diện, đó là các đồng vị 51Cr, 52Mn, vị đo được trong mẫu lá Havar. 52 Mn, 56Co, 57Co, 58Co, 95mTc và 183Re với hoạt độ được xác định như trình bày trong Bảng 2.1. T1/2 Năng lượng Xác suất Hoạt độ Mức thanh lý Đồng vị (ngày) (keV) phát γ (%) (kBq/g) (Bq/g) Kết quả phân tích phổ kế gamma với mẫu 54 Mn 312 835 99,98 540 ± 9 0,1 QMA cho thấy sự tồn tại của 11 đồng vị phóng xạ 56 Co 77,2 847 99,9 1013 ± 18 0,1 có thời gian bán rã dài với hoạt độ như được đưa 57 Co 272 122 85,6 3923 ± 11 1 ra trong Bảng 2.2, bao gồm: 48V, 51Cr, 52Mn, 52Mn, 58 Co 70,9 811 99,45 2740 ± 22 1 183 Re 70 162 23,36 50 ± 14 KQĐ 56 Co, 57Co, 58Co, 57Ni, 95mTc, 96Tc và 183Re. Số 51 - Tháng 6/2017 17
  20. THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Kết quả xác định hoạt độ phóng xạ trong 18F-FDG, Trung tâm Máy gia tốc thuộc Bệnh viện mẫu lá Titan được đưa ra trong Bảng 2.4. Kết quả TWQĐ 108 hiện sản xuất nhiều nhất 5 mẻ/tuần, phân tích trên mẫu lá titan có phát hiện 03 đồng mỗi mẻ sản xuất tạo ra 2 ml nước thu hồi. Với vị phóng xạ 46Sc, 56Co và 57Co. thời gian khoảng 50 tuần/năm, lượng nước thu Bảng 2.4. Hoạt độ phóng xạ của các đồng hồi thu được là 500 ml, và hoạt độ phóng xạ của vị đo được trong mẫu lá Titan. các đồng vị phóng xạ trong nước thu hồi cho một năm sản xuất gấp 250 lần so với kết quả đưa ra T1/2 Năng lượng Xác suất Hoạt độ Mức thanh lý trên Bảng 2.1. Đối chiếu với mức hoạt độ phóng Đồng vị (ngày) (keV) phát γ (%) (kBq/g) (Bq/g) xạ cho phép thải ra môi trường đối với chất thải 16900 ± 0,1 dạng lỏng, kết quả này cho thấy hoạt độ phóng xạ 46 Sc 83,8 889,3 99,98 1129 56 Co 77,2 847 99,9 184 ± 29 0,1 trong nước thu hồi đảm bảo theo quy định đối với 57 Co 272 122 85,6 426 ± 30 1 các đồng vị có quy định trong Thông tư. 3. KẾT LUẬN 2.3. Bàn luận Kết quả phân tích bằng phương pháp phổ Số đồng vị phát hiện và ghi nhận được kế gamma cho thấy các mẫu chất thải rắn trong trên các mẫu khác nhau là khác nhau do thời gian quá trình sản xuất dược chất phóng xạ tại Trung lưu mẫu từ khi lấy mẫu đến khi đo mẫu khác tâm máy gia tốc thuộc Bệnh viện TWQĐ 108 đều nhau. Mẫu phát hiện có sự tồn tại nhiều đồng vị cao hơn mức thanh lý như được quy định trong phóng xạ nhất là mẫu QMA, điều này được giải Phụ lục II, Thông tư số 22/2014/TT-BKHCN thích do mẫu này có thời gian lưu mẫu ngắn nhất, ngày 25 tháng 8 năm 2014 của Bộ Khoa học và 03 ngày. Mẫu lá Titan chỉ ghi nhận được có 03 Công nghệ Quy định về quản lý chất thải phóng đồng vị, 46Sc, 56Co và 57Co. Theo Bảng 1.1, đồng xạ và nguồn phóng xạ đã qua sử dụng. Các chất vị phóng xạ 46Sc được sinh ra do phản ứng hat thải phóng xạ này hiện được lưu giữ chờ phân rã nhân (p,3He) của chùm hạt proton với hạt nhân trong kho lưu giữ đảm bảo an toàn và có khóa nguyên tử 48Ti có độ phổ biến cao nhất (73,7%) an ninh. Đối với chất thải phóng xạ là nước thu trong Titan tự nhiên. Sự xuất hiện của 02 đồng hồi, tuy lượng hoạt độ phóng xạ tạo ra hàng năm vị còn lại, 56Co và 57Co, được giải thích do sau đảm bảo theo quy định nhưng vẫn được lưu giữ khi lấy hai lá Titan và Havar ra khỏi bia trong chờ phân rã trong container có che chắn chì đảm quá trình bảo dưỡng, hai lá này đã được đặt trong bảo an toàn bức xạ do còn tồn tại cả các đồng vị cùng một bình chì che chắn bức xạ để chờ phân phóng xạ khác không có quy định trong Thông rã, do vậy, có một lượng nhỏ hai đồng vị này đã tư. bị bám dính từ lá Havar sang lá Titan. Đàm Nguyên Bình Rõ ràng chúng ta thấy các mẫu QMA, lá Havar và lá Titan đều chứa các đồng vị phóng Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 xạ cao hơn mức thanh lý quy định trong Thông tư số 22/2014/TT-BKHCN ngày 25 tháng 8 năm TÀI LIỆU THAM KHẢO 2014 của Bộ Khoa học và Công nghệ Quy định về quản lý chất thải phóng xạ và nguồn phóng xạ 1. “Cyclotron Produced Radionuclides: Physical Characteristics and Production đã qua sử dụng. Riêng với mẫu nước thu hồi, theo Methods”, Technical Reports Series No 468, nhu cầu và năng lực sản xuất dược chất phóng xạ IAEA, 2009. 18 Số 51 - Tháng 6/2017
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD


intNumView=13

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2