Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite

Luận văn ThS. khoa học GVHD: TS. Lê Phúc Bình
Học viên: Nguyễn Thế Lực Ngành: Công nghệ Vật liệu Dệt may
LỜI CẢM ƠN
Sau hai năm học tập và làm việc nghiêm túc, tới nay Luận văn của tôi đã đạt
được những kết quả nhất định.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đến Bộ Công Thương- Cơ quan quản
lý đề tài, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội- Cơ quan chủ trì đề tài và TS. Lê Phúc
Bình- Chủ nhiệm đề tài (07/HĐ-ĐT 2010/ĐVPX) đã tạo điều kiện cho tác giả có
điều kiện được tham gia cùng nhóm nghiên cứu của đề tài tiến hành nghiên cứu và
thực nghiệm khoa học trong khuôn khổ đề tài.
Tôi cũng xin được trân trọng cảm ơn tập thể thầy cô giáo Viện Dệt – May –
Thời trang & Da giầy - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Đồng thời, tôi cũng xin được trân trọng cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học,
Viện kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường, Phòng thí nghiệm Hóa Dệt – Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Viện khoa học và kỹ thuật hạt nhân, Viện khoa học vật
liệu, Viện đo lường Việt Nam đã giúp đỡ tôi thực hiện Luận văn này.
Trong quá trình thực hiện Luận văn, tôi đã luôn cố gắng học hỏi trau dồi kiến
thức. Tuy nhiên, do thời lượng có hạn và bản thân còn nhiều hạn chế trong quá trình
nghiên cứu, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và bạn bè.

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thế Lực
Học viên : Lớp Cao học VLDM 2010B
Mã số : CB101219
Tác giả xin cam đoan toàn bộ nội dung đề tài luận văn Thạc sỹ được trình
bày dưới đây là do cá nhân tác giả thực hiện dưới sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo
của TS. Lê Phúc Bình trong suốt thời gian làm nghiên cứu.
Các số liệu và kết quả trong luận văn là số liệu thực tế thu được sau khi tiến
hành thực nghiệm theo nhóm và phân tích các kết quả trên các mẫu của đề tài
(07/HĐ-ĐT 2010/ĐVPX) ký giữa Bộ Công Thương và Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội do TS. Lê Phúc Bình làm chủ nhiệm và đã được sự cho phép sử dụng số
liệu của chủ nhiệm đề tài cho nội dung luận văn này.
Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung đã trình bày trong
luận văn, nếu có gì không trung thực tác giả xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy
định của nhà trường.
Hà Nội, ngày 21 tháng 9 năm 2012
Ngƣời thực hiện
Nguyễn Thế Lực

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ, BIỂU ĐỒ
PHẦN MỞ ĐẦU....................................................................................................1
CHƢƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN........................................................4
1.1 BỨC XẠ ION HÓA.............................................................................................. 4
1.1.1 Tia X .....................................................................................................4
1.1.2 Tương tác của tia X với vật chất ............................................................6
1.1.3 Sự suy giảm bức xạ khi tương tác với vật chất .......................................9
1.1.4 Tác hại của tia X..................................................................................10
1.1.5 Một số đơn vị đo lường bức xạ ............................................................12
1.1.6 Yêu cầu che chắn bức xạ ion hóa........................................................................13
1.2 ÁO BẢO HỘ CẢN XẠ ................................................................................ 14
1.2.1 Chức năng yêu cầu của áo bảo hộ cản xạ .............................................14
1.2.2 Phân loại áo bảo hộ cản xạ...................................................................15
1.2.3 Cấu trúc áo bảo hộ cản xạ....................................................................16
1.2.4 Màng cản xạ dùng cho áo bảo hộ cản xạ..............................................18
1.2.4.1 Thành phần cấu tạo.....................................................................................18
1.2.4.2 Một số kim loại dùng trong thành phần màng cản xạ...............................22
1.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CẢN XẠ....................27
1.3.1 Nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản ........................................28
1.3.2 Nghiên cứu của các nhà khoa học Ai Len ............................................32
1.3.3 Nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ..................................................35

KẾT LUẬN CHƢƠNG I ....................................................................................39
CHƢƠNG II: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................40
2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................40
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.............................................................................. 40
2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................................................... 40
2.4 THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM........................................................ 41
2.4.1 Thiết bị đo đặc tính cản xạ...................................................................41
2.4.2 Thiết bị đo cơ lý ..................................................................................42
2.5 THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CẢN XẠ.......................................................................43
2.5.1 Mẫu thí nghiệm ...................................................................................43
2.5.2 Bố trí thí nghiệm .................................................................................45
2.5.2.1 Airkerma với chùm tia rộng ........................................................................45
2.5.2.2 Airkerma với chùm tia hẹp..........................................................................47
2.5.3 Qui trình đo.........................................................................................47
2.5.3.1 Hiệu quả cản xạ của vật liệu.......................................................................47
2.5.3.2 Tương đương chì của vật liệu .....................................................................49
2.5.3.3 Độ đồng nhất cản xạ của vật liệu ...............................................................50
2.5.4 Kế hoạch thí nghiệm............................................................................51
2.5.4.1 Đo tại điện áp 80kV, chùm hẹp 20mm........................................................51
2.5.4.2 Điện áp 80kV, chùm rộng 200mm..............................................................52
2.5.4.3 Điện áp 100kV, chùm hẹp 10mm................................................................52
2.5.4.4 Điện áp 100kV, chùm hẹp 20mm................................................................54
2.5.4.5 Điện áp 100kV, chùm rộng 200mm............................................................55
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .......................................................56
3.1 KẾT QUẢ ĐO BỨC XẠ ..............................................................................56
3.1.1 Air Kerma khi không có vật liệu che chắn ...........................................56
3.1.2 Air Kerma khi có vật liệu che chắn ở chùm tia hẹp 20mm...................56

3.1.2.1 Đo tại điện áp 80kV .....................................................................................56
3.1.2.2 Đo tại điện áp 100kV...................................................................................57
3.1.3 Air Kerma khi có vật liệu che chắn ở chùm tia rộng 200mm ...............57
3.1.3.1 Đo tại điện áp 80kV .....................................................................................57
3.1.3.2 Đo tại điện áp 100kV...................................................................................58
3.1.4 Air Kerma đo được khi che chắn bằng chì mẫu tại chùm tia hẹp 20mm.....58
3.1.5 Air Kerma khi có vật liệu che chắn tại chùm tia hẹp 10mm.................58
3.1.6 Air Kerma khi có chì che chắn tại chùm tia hẹp 10mm........................61
3.2 ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ.......................................................61
3.2.1 Hiệu quả cản xạ của vật liệu và các yếu tố ảnh hưởng .........................61
3.2.1.1 Hiệu quả cản xạ của vật liệu.......................................................................61
3.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả cản xạ...............................................63
3.2.2 Độ dày cản xạ tương đương chì của màng cản xạ ................................68
3.2.2.1 Tương đương chì của áo nhập ngoại .........................................................69
3.2.2.2 Tương đương chì của màng cản xạ do ĐHBK Hà Nội chế tạo................71
3.2.2.3 So sánh độ dày tương đương chì của mẫu nhập ngoại và mẫu do
Bách khoa sản xuất.................................................................................................72
3.2.3 Độ đồng nhất của vật liệu ....................................................................73
3.2.3.1 Tương đương chì của màng cản xạ tại chùm tia 10mm, 100kV..............73
3.2.3.2 Độ không đồng nhất của vật liệu................................................................74
KẾT LUẬN CHƢƠNG III..................................................................................77
KẾT LUẬN CỦA LUẬN VĂN ...........................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................80
PHỤ LỤC.............................................................................................................83

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Ý nghĩa
ACX Áo bảo hộ cản xạ
MCX Màng cản xạ
VLC Vật liệu cản xạ
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam (Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất
lượng Việt Nam: tổ chức, biên dịch, xây dựng và công bố các
tiêu chuẩn)
ISO Tiêu chuẩn quốc tế (Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế:
International Organization for Standardization)
IEC Tiêu chuẩn hóa các thiết bị điện (Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế:
International Electrotechnical Commission hợp tác chặt chẽ với
tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO)
AS/NZS Tiêu chuẩn Úc (Tổ chức tiêu chuẩn Australia - New Zealand:
Standards Australia - New Zealand)
DIN Tiêu chuẩn Đức (Tổ chức tiêu chuẩn phi chính phủ của Đức:
Deutsches Institut fur Normung)

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Hệ số suy giảm tuyến tính μ của một số vật liệu che chắn thông dụng ...10
Bảng 1.2. Ảnh hưởng sinh học gây bởi một lần chiếu xạ toàn bộ cơ thể ................11
Bảng 1.3. Thành phần của một số Polymer composite ...........................................19
Bảng 1.4. Mức tương đương chì của một số vật liệu Composite cản xạ .................22
Bảng 1.5. Một số kim loại thường sử dụng trong vật liệu cản xạ............................23
Bảng 1.6. Năng lượng ion hoá và tính chất của nguyên tố: Pb, Sn, Bi và W...........25
Bảng 1.7. Thông tin mẫu thí nghiệm tại bệnh viện Dublin Twomajor ....................33
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy phát tia X: Valigia MHF 200 ......................41
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật màng cản xạ áo nhập ngoại.......................................44
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật màng cản xạ do Viện Dệt may-ĐH Bách khoa sản xuất.....44
Bảng 2.4. Trình tự đo tại điện áp 80kV, chùm hẹp 20mm......................................51
Bảng 2.5. Trình tự đo tại điện áp 80kV, chùm rộng 200mm ..................................52
Bảng 2.6. Trình tự đo tại điện áp 100kV, chùm hẹp 10mm....................................52
Bảng 2.7. Trình tự đo tại điện áp 100kV, chùm hẹp 20mm....................................54
Bảng 2.8. Trình tự đo tại điện áp 100kV, chùm hẹp 200mm ..................................55
Bảng 3.1. Giá trị Air Kerma đo được khi không có vật liệu che chắn.....................56
Bảng 3.2. Giá trị Air Kerma khi có vật liệu che chắn (80kV, 20mm).....................56
Bảng 3.3. Giá trị Air Kerma khi có vật liệu che chắn (100kV, 20mm) ...................57
Bảng 3.4. Giá trị Air Kerma khi có vật liệu che chắn (80kV, 200mm)...................57
Bảng 3.5. Giá trị Air Kerma khi có vật liệu che chắn (100kV, 200mm) .................58
Bảng 3.6. Giá trị Air Kerma đo được khi có chì che chắn tại chùm tia hẹp
20mm, điện áp 80kV và 100kV...........................................................58
Bảng 3.7. Giá trị Air Kerma của màng cản xạ (tại 10mm, 100kV).........................59
Bảng 3.8. Giá trị Air Kerma của chì che chắn (tại 10mm, 100kV) .........................61
Bảng 3.9. Giá trị Air Kerma trung bình khi có vật liệu che chắn............................61

Bảng 3.10. Hiệu quả cản xạ của vật liệu thí nghiệm...............................................62
Bảng 3.11. Ảnh hưởng điện áp nguồn phát đến hiệu quả cản xạ cùm tia rộng........63
Bảng 3.12. Ảnh hưởng điện áp nguồn phát đến hiệu quả cản xạ chùm tia hẹp .......64
Bảng 3.13. Thay đổi kích thước chùm tia và khả năng cản xạ của vật liệu tại 80kV .....65
Bảng 3.14. Thay đổi kích thước chùm tia và khả năng cản xạ của vật liệu tại 100kV ...66
Bảng 3.15. Khối lượng riêng và hiệu quả cản xạ của vật liệu.................................67
Bảng 3.16. Tương đương chì của mẫu ...................................................................69
Bảng 3.17. Tương đương chì của mẫu ngoại..........................................................70
Bảng 3.18. Tương đương chì của mẫu Bách Khoa.................................................71
Bảng 3.19. So sánh mẫu nhập ngoại và mẫu do Bách Khoa sản xuất .....................73
Bảng 3.20. Tương đương chì của màng cản xạ tại chùm tia 10mm, điện áp 100kV ....73
Bảng 3.21. Độ không đồng nhất của vật liệu tại chùm 10mm, điện áp 100kV........74

Hình 1.1. Tia Rơnghen và người phát hiện ra tia Rơnghen ...................................... 4
Hình 1.2. Bước sóng của tia X trong môi trường vật chất ........................................ 5
Hinh 1.3. Ứng dụng của tia X trong khoa học và đời sống....................................... 5
Hình 1.4. Cơ chế tương tác của tia X với vật chất................................................... 6
Hình 1.5. Các hình thức tương tác của tia X với vật chất ......................................... 7
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của cường độ bức xạ vào chất hấp thụ ............................... 9
Hình 1.7. Các biện pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong môi trường tia X..... 14
Hình 1.8. Sử dụng áo bảo hộ cản xạ tia X trong môi trường làm việc có tía X ....... 14
Hình 1.9. Một số hình ảnh về nguy cơ nhiễm xạ khi tương tác với tia X............... 15
Hình 1.10. Phân loại theo kiểu dáng áo bảo hộ cản xạ .......................................... 16
Hình 1.12. Mô tả cấu trúc bề mặt các lớp của ACX ............................................... 17
Hình 1.13. Mô hình các lớp năng lượng trong cấu tạo nguyên tử chất dưới sự tác
động của tia X. ..................................................................................... 24
Hình 1.14. Gạch chì trong che chắn bức xạ........................................................... 26
Hình 1.15. Cấu tạo nguyên tử của Pb..................................................................... 26
Hình 1.16. Cấu tạo nguyên tử của Bi, W và Ba..................................................... 26
Hình 1.17. Một số phương pháp xác định khả năng cản xạ .................................... 27
Hình 1.18. Mô hình thí nghiệm tia phân tán và trực tiếp ........................................ 28
Hình 1.19. Hiệu quả cản xạ tia X trực tiếp của vật liệu chì và không chì tại các
điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu 0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb ... 30
Hình 1.20. Hiệu quả cản xạ tia X phân tán của vật liệu chì và không chì tại các
điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu 0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb ... 30
Hình 1.21. Hiệu quả cản xạ tia X trực tiếp của vật liệu không chì tại các điện áp ....... 30
Hình 1.22. Hiệu quả cản xạ tia X phân tán của vật liệu không chì tại các điện áp .. 30
Hình 1.23. Mô hình thí nghiệm khả năng cản xạ của mẫu thí nghiệm tại bệnh
viện Dublin Twomajor.......................................................................... 33

Hình 1.24. Mô hình bố trí thí nghiệm của các nhà khoa học Mỹ ........................... 36
Hình 2.1. Máy phát tia X Valigia MHF 200 và bộ điều khiển ................................ 41
Hình 2.2. Máy đo liều tia X: РМ1621.................................................................... 42
Hình 2.3. Thiết bị đo cơ lý..................................................................................... 42
Hình 2.4. Màng cản xạ........................................................................................... 43
Hình 2.5. Áo cản xạ nhập ngoại............................................................................. 43
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm chùm tia rộng............................................................. 45
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm chùm tia hẹp .............................................................. 47
Hình 2.8. Viện Kỹ thuật hạt nhân và vật lý môi trường, trường ĐHBK Hà Nội. ... 55
Hình 3.1. Ảnh hưởng của điện áp đến hiệu quả cản xạ tại chùm tia rộng 200mm.. 63
Hình 3.2. Ảnh hưởng của điện áp đến hiệu quả cản xạ tại chùm tia hẹp 20mm ...... 64
Hình 3.3. Thay đổi kích thước chùm tia và khả năng cản xạ của vật liệu tại 80kV . 66
Hình 3.4. Thay đổi kích thước chùm tia và khả năng cản xạ của vật liệu tại 100kV........66
Hình 3.5. Khối lượng riêng và khả năng cản xạ của vật liệu .................................. 68
Hình 3.6. Khối lượng trên mét vuông và khả năng cản xạ của vật liệu................... 68
Hình 3.7. Tương đương chì của mẫu nhập ngoại.................................................... 70
Hình 3.8. So sánh giá trị tương đương chì công bố của mẫu áo nhập ngoại với
thực tế đo được..................................................................................... 71
Hình 3.9. Tương đương chì của mẫu do BK chế tạo .............................................. 72
Hình 3.10. Độ không đồng nhất của mẫu nhập ngoại............................................. 75
Hình 3.11. Độ không đồng nhất cản xạ của vật liệu do Đại học Bách khoa chế tạo...........75
Hình 3.12. So sánh độ không đồng nhất cản xạ của vật liệu................................... 76

Học viên: Nguyễn Thế Lực Ngành: Công nghệ Vật liệu Dệt may1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, bức xạ đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau: năng
lượng, kiểm tra vật liệu, nghiên cứu tinh thể, nghiên cứu cổ vật. Và đặc biệt là trong
lĩnh vực y tế, tia X được sử dụng hầu hết trong các thiết bị y tế khác nhau: xạ trị,
chụp X quang, chụp City cắt lớp,...Bên cạnh những lợi ích to lớn mà bức xạ hạt
nhân, cụ thể là tia X đem lại. Vấn đề an toàn bức xạ - an toàn tia X đối với bác sỹ,
nhân viên y tế, bệnh nhân là rất quan trọng.
Để đảm bảo an toàn cho những người làm việc trong môi trường có tia X như
vậy, ngoài các phương tiện bảo vệ như phòng kín độc lập, bọc chì thiết bị, hay màn
chắn,…Thì quần áo bảo hộ cản xạ là một trong những phương tiện rất quan trọng và
cần thiết. Hiện tại, Việt Nam chưa có một tổ chức hay công ty nào sản xuất quần áo
bảo hộ cản xạ, các loại vải, cũng như các loại vật liệu cản xạ. Vì vậy việc “nghiên
cứu khả năng cản xạ tia X của một số vật liệu Polymer composite dùng để may áo
bảo hộ cản xạ” là một việc làm cần thiết nhằm tìm ra các loại vật liệu và khả năng
cản xạ của chúng để may áo bảo hộ cản xạ.
2. Lịch sử nghiên cứu
Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vật liệu cản xạ, về khả
năng cản xạ của vật liệu cũng như các sản phẩm áo cản xạ.
Việt Nam chưa có một tổ chức hay công ty nào sản xuất các loại quần áo bảo
hộ cản xạ. Các loại vải, cũng như các loại vật liệu cản xạ còn ít được đề cập.
3. Mục đích nghiên cứu
Xác định khả năng cản xạ của vật liệu và nghiên cứu một số yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng cản xạ của nó.

4. Đối tƣợng nghiên cứu
Mẫu vật liệu do Trung Quốc sản xuất và mẫu vật liệu do Viện Dệt May – Da
giầy & Thời trang - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội chế tạo.
5. Phạm vi nghiên cứu
Đo và so sánh khả năng cản xạ tia X của 5 vật liệu Trung Quốc, 6 vật liệu do
Đại học Bách Khoa chế tạo.
6. Nội dung chính trong luận văn
Chương I: Tổng quan
Chương này sẽ giới thiệu sơ lược về: quá trình tương tác của tia X với vật
chất (cơ chế tương tác, sự suy giảm cường độ bức xạ,…); Khả năng cản xạ của chì,
kim loại nặng cũng như silicon, cao su – chì và một số Polymer composite; Phương
pháp xác định khả năng cản xạ của vật liệu và tiêu chuẩn xác định khả năng cản xạ
của vật liệu.
Chương II: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là áo bảo hộ cản xạ do Trung Quốc sản
xuất và vật liệu cản xạ do Bách khoa chế thử
Các nội dung nghiên cứu trong luận văn bao gồm:
1. Xác đinh hiệu quả cản xạ của vật liệu;
2. Xác đinh tương đương chì của vật liệu;
3. Xác đinh độ đồng nhất của vật liệu.
Chương III: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
Trong chương này, các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của luận
văn sẽ được trình bày và giải thích dựa trên cơ sở khoa học, đồng thời đưa ra nhận
định về mức độ cản xạ tia X của một số loại vật liệu Polymer composite.

7. Đóng góp mới của tác giả
- Kết quả cản xạ của 11 mẫu vật liệu với độ dầy, thành phần tỷ lệ và công nghệ
và điều kiện chế tạo khác nhau. Tạo thông tin và dữ liệu quan trọng, là cơ sở khoa
học tin cậy cho quá trinh nghiên cứu chế tạo vật liệu cản xạ và các hướng nghiên
cứu tiếp theo
- Xác định được một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cản xạ của vật liệu: Một
số yếu tố bên ngoài và điều kiện phát tia X (điện áp nguồn, kích thước chùm tia,...);
một số thuộc tính của vật liệu (độ dầy, thành phần - tỷ lệ kim loại nặng, khối lượng
riêng,...)
8. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu lý thuyết thông qua: tài liệu sách – trích dẫn sách được xuất bản
trong và ngoài nước; bài báo – trích dẫn bài báo - catalog đăng trên tạp chí, trên các
trang Web; các tiêu chuẩn ban hành; các patent vật liệu được công bố; quyển thuyết
minh đề tài nghiên cứu khoa học (luận văn, luận án,...); thông tin trên mạng internet
và các nguồn thông tin khác.
- Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành thí nghiệm dựa trên lý thuyết đã nghiên
cứu và tiêu chuẩn IEC 1331 - 1: 1994 Protective device against diagnostic medical
X – radiation. Kết hợp lý thuyết tổng quan và kết quả thí nghiệm thực tế để: phân
tích – so sánh - nhận xét – bàn luận – đánh giá và tổng kết về ”khả năng cản xạ tia
X của một số vật liệu polymer composite trên ACX nhập ngoại do Trung Quốc sản
xuất và vật liệu do trường ĐHBK chế tạo.
- Các dữ liệu thử nghiệm khoa học được xử lý theo phương pháp toán học
thống kê, nội suy có sự trợ giúp của phần mềm máy tính MS Excel, một số hình ảnh
được sự trợ giúp của các phần mềm visio, auto cad, corel và photoshop.

CHƢƠNG I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1 BỨC XẠ ION HÓA
1.1.1 Tia X
Ngay từ khi phát hiện ra tia X vào năm 1895 và hiện tượng phóng xạ năm
1896, thì đến nay ứng dụng của bức xạ ion hóa (tia gamma, tia beta, tia anpha, hạt
neutron, tia X) trong mọi lĩnh vực đời sống đang trở nên vô cùng quan trọng: năng
lượng điện hạt nhân trong công nghiệp, biến đổi gen và xử lý vệ sinh an toàn thực
phẩm trong nông nghiệp, chuẩn đoán và trị bệnh trong lĩnh vực y tế,...
Tia X hay tia Rơngen là một dạng sóng điện từ, có bước sóng trong khoảng
từ 0,01 đến 10 nanômét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz
và năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại
nhưng dài hơn tia Gamma. Tia X cũng vừa là các chùm hạt photon (hạt không mang
điện) chuyển động với vận tốc ánh sáng 300.000 km/s. [31]
Hình 1.1. Tia Rơnghen và người phát hiện ra tia Rơnghen

Hình 1.2. Bước sóng của tia X trong môi trường vật chất
Do có những tính chất đặc biệt, nên tia X được ứng dụng rộng rãi trong khoa
học như: để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu tạo nguyên tử. Trong kỹ thuật: để
thăm dò khuyết tật kim loại, phân tích nguyên tố, phân tích cấu trúc. Trong y học -
chụp X quang chẩn đoán bệnh, xạ trị khối u đối với bênh ung thư;...
Hinh 1.3. Ứng dụng của tia X trong khoa học và đời sống

1.1.2 Tƣơng tác của tia X với vật chất
Khi đi qua vật chất, tia X và các nguyên tử vật chất có thế tồn tại dưới 3 dạng:
Tán xạ: tia X tương tác với nguyên tử mất một phần năng lượng hoặc tất cả, khiến
các photon từ nguyên tử bắn ra theo các hướng khác nhau
Hấp thu: khi tương tác với nguyên tử tia X mất hoàn toàn năng lượng của mình
nhưng không khiến nguyên tử thay đổi (năng lượng tia X nhỏ hơn năng lượng các
đám mây điện tử của nguyên tử)
Không tƣơng tác: không tương tác với bất kỳ nguyên tử nào của vật chất mà
truyền thẳng.
1-Tán xạ;2-Hấp thụ;3-Không
tương tác
Quá trình biến đổi Photon khi tương tác
với vật chất
Hình 1.4. Cơ chế tương tác của tia X với vật chất
*Sự tƣơng tác của tia X với vật chất có thể có 5 phƣơng thức [2]:
Tia X có năng lượng thấp tương tác với các nguyên tử, tương tác với các
electron ở năng lượng trung bình và tương tác với hạt nhân ở năng lượng cao.
Có 5 hình thức tương tác:

a b c d e
Hình 1.5. Các hình thức tương tác của tia X với vật chất
Dạng 1: (hình a)
Tia X có năng lượng thấp 10 keV tương tác với nguyên tử mà không mất
năng lượng, không ion hoá chỉ thay đổi hướng.
Tại khoảng năng lượng 70kVp, một phần tia X tương tác với nguyên tử tạo
ra các tia tán xạ
Dạng 2: (hình b)
Tia X ở trạng thái năng lượng trung bình tương tác với các electron lớp vỏ
bên ngoài. Sự tương tác này không chỉ thay đổi hướng, còn làm giảm năng lượng
của nó và ion hóa các nguyên tử (hiệu ứng Compton hoặc tán xạ Compton).
Tia X tiếp tục theo chiều hướng thay đổi với năng lượng giảm. Năng lượng
tia X của Compton phân tán bằng sự khác biệt giữa năng lượng ban đầu của tia X và
năng lượng truyền cho electron. Năng lượng được truyền cho electron là bằng năng
lượng liên kết của nó cộng với động lực mà nó rời khỏi nguyên tử. Trong quá trình
tán xạ Compton hầu hết năng lượng được phân chia giữa photon tán xạ và electron
thứ cấp. Điện tử thứ cấp được gọi là điện tử Compton. Photon phân tán và điện tử sẽ
giữ lại hầu hết năng lượng của nó để nó có thể tương tác nhiều lần trước khi tia X
mất đi tất cả năng lượng của nó.
Dạng 3: (hình c)
Photon rải rác cuối cùng sẽ bị hấp thụ. Các electron thứ cấp sẽ rơi vào một lỗ
trên lớp vỏ bên ngoài của một nguyên tử được tạo ra bởi một sự ion hóa. Compton

phân tán các photon có thể bị lệch trong bất kỳ hướng nào. Góc lệch bằng không sẽ
không có tổn thất năng lượng. Khi góc gần 180 độ, nhiều năng lượng hơn được
chuyển giao cho các electron thứ cấp. Hiện tượng này do nhiều khả năng: Khi tăng
năng lượng tia X, vỏ điện tử các điện tử bị ràng buộc lỏng lẻo, số lượng nguyên tử
của tăng hấp thụ, khi mật độ khối lượng gia tăng hấp thụ.
Dạng hiệu ứng quang điện này tia X có thể trải qua các tương tác ion hóa với
electron lớp vỏ bên trong của nguyên tử. Nó không bị tán xạ nhưng hoàn toàn bị
hấp thu. Hiệu ứng quang điện là một sự tương tác hấp thụ photon. Các electron
được loại bỏ khỏi các nguyên tử được gọi là quang điện tử. Quang điện tử thoát ra
với động năng bằng sự khác biệt giữa năng lượng của ban đầu tia X và năng lượng
liên kết của electron.
Dạng 4: (hình d)
Nếu tia X có đủ năng lượng, nó có thể thoát khỏi các đám mây điện tử và
đến gần hạt nhân dưới ảnh hưởng của trường điện mạnh mẽ của hạt nhân. Sự tương
tác với lĩnh vực hạt nhân điện mạnh gây ra các photon biến mất và thay vào đó xuất
hiện hai electron.
Dạng 5: (hình e)
Tia X năng lượng cao có photon với năng lượng trên 10 MeV có thể thoát
khỏi sự tương tác với cả các điện tử và hạt nhân.
Sự dịch chuyển của nguyên tử diễn ra chủ yếu do va chạm đàn hồi. Thông
thường đối với mỗi loại vật liệu, tồn tại một năng lượng ngưỡng Edc nào đó, khi
nguyên tử nhận được năng lượng E ≥ Edc thì có sự dịch chuyển ra khỏi nút mạng.
Edc do đó gọi là năng lượng dịch chuyển. Về thực chất, đó là động năng nhỏ nhất
của nguyên tử từ khi bứt khỏi nút mạng. Nó phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và
khối lượng của nguyên tử, có giá trị nằm trong khoảng từ 5 † 80eV
Theo định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng, để dịch chuyển các
nguyên tử ra khỏi nút mạng, năng lượng của bức xạ bắn vào phải đạt tới một
ngưỡng nào đó. Năng lượng này gọi là năng lượng ngưỡng Eng

1.1.3 Sự suy giảm bức xạ khi tƣơng tác với vật chất
Tia X khi đi qua môi trường: khác với bức xạ beta và anpha có tính chất hạt
nên chúng có quãng chạy hữu hạn trong vật chất, nghĩa là chúng có thể bị hấp thụ
hoàn toàn. Trong khi đó bức xạ tia X chỉ bị suy giảm về cường độ chùm tia khi tăng
bề dầy vật chất mà không bị hấp thụ hoàn toàn.
Khi xét 1 chùm tia hẹp - đơn năng tương tác với vật chất, thì cường độ của
nó suy giảm theo quy luật hàm số mũ [2]:
I = I0*e-μx
(1.1)
Trong đó:
- I là cường độ bức xạ khi lớp chắn có bề dày x;
- Io là cường độ bức xạ khi không có lớp chắn;
- μ là hệ số suy giảm tuyến tính
- x là độ dày vật liệu cản xạ
Sự phụ thuộc độ dày (x) Sự phụ thuộc hệ số suy giảm (μ)
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của cường độ bức xạ vào chất hấp thụ [30]
Hệ số suy giảm tuyến tính (μ) phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ tia X, số
nguyên tử trong nguyên tố và mật độ vật liệu môt trường. Xem xét sự thay đổi ΔI (I
< I0; ΔI = I0 - I) bằng cách cho tia X tương tác với các chất khác nhau. Kết quả cho
thấy, độ lớn của ΔI phụ thuộc nhiều vào số lượng nguyên tử của vật liệu hấp thụ. Ví
dụ, chúng ta thấy rằng ΔI sẽ là khá thấp trong trường hợp của một chất hấp thụ được
làm từ carbon (Z = 6) và rất lớn trong trường hợp của chì (Z = 82).

Bảng 1.1. Hệ số suy giảm tuyến tính μ của một số vật liệu che chắn thông dụng [1]
Vật
liệu
Mật độ
ρ (g/cm3
)
Năng lƣợng bức xạ (MeV)
0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0
C 2.25 0,335 0,301 0,274 0,238 0,196 0,159 0,143
Al 2.7 0,435 0,362 0,324 0,278 0,277 0,185 0,166
Fe 7.9 2,720 1,445 1,090 0,858 0,655 0,525 0,470
Cu 8.9 3,80 1,83 1,309 0,960 0,730 0,561 0,520
Pb 11.3 59,7 20,8 10,15 4,02 1,64 0,945 0,771
Bê
tông
2.35 0,397 0,326 0,291 0,251 0,204 0,166 0,149
Mật độ chất hấp thụ: Sự phụ thuộc tiếp theo của ΔI đó là nó thay đổi khi thay
đổi mật độ chất hấp thụ. Một chất hấp thụ mật độ thấp sẽ làm suy giảm ít hơn so với
một chất hấp thụ mật độ cao
Thực tế khi xét đến phần lớn các trường hợp, chùm tia bức xạ không đáp ứng
điều kiện hình học tốt vì chùm tia rộng hoặc vật che chắn rất dày nghĩa là chùm tia
thường có điều kiện hình học xấu. Nên thường cho kết quả tính toán bề dày vật che
chắn nhỏ hơn thực nghiệm. Do đó người ta đã nghiên cứu thấy rằng [2]:
I = B*Io*e-μx
(1.2)
Trong đó: B là hệ số tích luỹ (luôn lớn hơn 1) là tỷ số giữa cường độ chùm
tia, bao gồm cả chùm sơ cấp lẫn chùm sau tán xạ, tại một điểm bất kỳ trên chùm tia
so với cường độ chỉ của chùm sơ cấp tại điểm đó.
B phụ thuộc vào năng lượng tia bức xạ, nguyên tử số Z và bề dày x của vật liệu.
1.1.4 Tác hại của tia X
Bên cạnh những lợi ích to lớn mà bức xạ ion hóa đem lại, chúng còn có thể
tạo ra tác hại không nhỏ đến sức khỏe của con người và môi trường nếu không được
sử dụng và phòng ngừa đúng mức. Phơi nhiễm bức xạ có thể dẫn tới bệnh tật, gây ra
sự tổn thương bức xạ ở mức phân tử, tế bào và hệ thống cơ quan của con người.

* Cơ chế trực tiếp: Bức xạ trực tiếp gây iôn hóa các phân tử trong tế bào
làm đứt gãy liên kết trong các gen, các nhiễm sắc thể, làm sai lệch cấu trúc và tổn
thương đến chức năng của tế bào.
* Cơ chế gián tiếp: Khi phân tử nước trong cơ thể bị ion hóa sẽ tạo ra các
gốc tự do, các gốc này có hoạt tính hóa học mạnh sẽ hủy hoại các thành phần hữu
cơ như các Enzyme, prôtêin, lipit trong tế bào và phân tử ADN, làm tê liệt các chức
năng của các tế bào lành khác. Khi số tế bào bị hại, bị chết vượt quá khả năng phục
hồi của mô hay cơ quan thì chức năng của mô hay cơ quan sẽ bị rối loạn hoặc tê
liệt, gây ảnh hưởng đến sức khỏe.
Các hiệu ứng cấp do bức xạ gây ra: Khi toàn thân nhận một liều cao trong
một thời gian ngắn sẽ làm ảnh hưởng đến hệ mạch máu, hệ tiêu hóa, hệ thần kinh
trung ương. Các ảnh hưởng trên đều có chung một số triệu chứng như: buồn nôn, ói
mửa, mệt mỏi, sốt, thay đổi về máu và những thay đổi khác. Đối với da, liều cao của
tia X gây ra ban đỏ, rụng tóc, bỏng, hoại tử, loét, đối với tuyến sinh dục gây vô sinh
tạm thời, đối với mắt gây hư hại giác mạc, kết mạc.
Các hiệu ứng muộn do bức xạ gây ra: Ung thư, bệnh máu trắng, ung thư
xương, ung thư phổi, đục thủy tinh thể, giảm thọ, rối loạn di truyền....
Bảng 1.2. Ảnh hưởng sinh học gây bởi một lần chiếu xạ toàn bộ cơ thể [2]
Liều hấp thụ trong một lần
chiếu xạ, Rad
Hiệu ứng sinh học
0 ÷ 25 Không phát hiện thấy các rối loạn.
25 ÷ 50 Có thể có những biến đổi trong máu.
50 ÷ 100
Có những thay đổi trong máu.
Khả năng lao động bị rối loạn.
100 ÷ 200
Trạng thái cơ thể không bình thường.
Có thể mất khả năng lao động.
200 ÷ 400 Mất khả năng lao động. Có thể bị chết.
400 ÷ 500 Khoảng 50% số người bị nạn sẽ chết.
> 600 Khoảng 100% số người bị nạn sẽ chết.
≈104
÷ 105
Chết ngay trong khi đang chiếu xạ.

1.1.5 Một số đơn vị đo lƣờng bức xạ [2]:
Để ghi nhận mức độ bị phơi nhiễm tia bức xạ người ta đã đưa ra một số đơn vị
đo lường như:
a. Liều hấp thụ
Liều hấp thụ (Dht) là tỷ số giữa năng lượng mà một đối tượng hấp thụ (∆E) từ
chùm tia chiếu tới và khối lượng của nó (∆m).
Công thức:
m
E
Dht


 (1.3)
Đơn vị trong hệ SI là Jun trên kilogam (J/kg), được đăt tên là Gray (Gy). Gray
là liều hấp thụ một chùm bức xạ ion hoá đối với một đối tượng nào đó, khi đối
tượng này bị chiếu bởi chùm tia đó thì cứ mỗi 1kg vật chất của nó nhận được một
năng lượng là 1 Jun. Một đơn vị khác của liều hấp thụ là Rad. 1 Rad = 0.01 Gy;
1Gy = 1 J/kg.
b. Kerma
KERMA là tỷ số giữa tổng giá trị động năng ban đầu của tất cả các hạt mang
điện được sinh ra do bức xạ ion hóa gián tiếp trong thể tích nguyên tố của vật chất
và khối lượng vật chất của thể tích đó. Đơn vị: J/kg, Gy, rad. Nếu đo trong môi
trường không khí ta có Air Kerma
c. Liều tƣơng đƣơng:
Liều hấp thụ tương đương hay liều tương đương (Dtd) là đại lượng để đánh giá
mức độ nguy hiểm của các loại bức xạ, bằng tích số của liều hấp thụ Dht với hệ số
chất lượng QF (Quality Factor) hay trọng số bức xạ WR (Radiation Weighting
Factor) đối với các loại bức xạ. Đơn vị trong hệ SI: đơn vị liều tương đương trong
hệ SI là Sievert (Sv).
Công thức: Rhttd WDD  (1.4)
Với tia X: WR = 1, nên: 1 Sv = 1 Gy = 1 J/kg

d. Suất liều tƣơng đƣơng
Suất liều tương đương là liều tương đương nhận được trong một đơn vị thời
gian (đơn vị đo là : Sv/s, Sv/h, mSv/h)
e. Liều chiếu
Liều chiếu chỉ dùng cho tia X, tia gamma. Liều chiếu (DC) là đại lượng cho biết
tổng số điện tích của ion cùng dấu (∆Q) được tạo ra trong một đơn vị khối lượng vật
chất (∆m) dưới tác dụng của các hạt mang điện sinh ra khi bức xạ tương tác với các
nguyên tử, phân tử khối vật chất đó. Đơn vị trong hệ SI là Culông trên kilogam (C/kg).
Đơn vị khác của liều chiếu là Rơngen (R). 1R = 2.57976 x 10-4
C/kg.
1.1.6 Yêu cầu che chắn bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hoá bao gồm hạt alpha, beta, tia X, gamma, neutron đều rất nguy
hại. Tuy nhiên mức độ nguy hại của chúng không giống nhau. Hạt alpha ion hoá rất
mạnh nhưng quãng đường đi ngắn, khoảng vài cm trong không khí và không thể
xuyên qua được lớp ngoài của da. Hạt beta có khả năng xuyên sâu hơn hạt alpha.
Hạt neutron nguy hiểm hơn khi đâm sâu và truyền năng lượng vào cơ thể. Tia
gamma và tia X đi xuyên sâu vào cơ thể gây nguy cơ chiếu xạ trầm trọng. Vì vậy
khi làm việc với nguồn bức xạ và máy phát tia X, có thể sử dụng 4 biện pháp an
toàn sau đây:
1. Giảm thời gian làm việc
2. Tăng khoảng cách từ người đến nguồn
3. Tăng chiều dày màn che chắn bức xạ
4. Trang bị bảo hộ cản xạ cá nhân

Hình 1.7. Các biện pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong môi trường tia X
1.2 ÁO BẢO HỘ CẢN XẠ
1.2.1 Chức năng yêu cầu của áo bảo hộ cản xạ
Hình 1.8. Sử dụng áo bảo hộ cản xạ tia X trong môi trường làm việc có tía X
Chức năng chính của ACX là che chắn, chống lại sự thâm nhập bức xạ ion
hoá (tia X) vào cơ thể người mặc.

Hình 1.9. Một số hình ảnh về nguy cơ nhiễm xạ khi tương tác với tia X
a. Theo TCVN 6561: 1999 – An toàn bức xạ ion hoá tại các cơ sở X quang y tế:
(trích dẫn liên quan)
Tạp dề cao su chì phải có độ dày tương đương là 0,25mm; kích thước tạp dề
phải đảm bảo che chắn an toàn cho phần thân và bộ phận sinh dục khỏi các tia X.
Tấm che chắn cho bộ phận sinh dục phải có độ dày tương đương là 0,5mm chì.
b. Tiêu chuẩn: The Australian/New Zealand Standard AS/NZS 4543.3:2000
“Policy on x-ray protective clothing”: Quy định đối với quần áo bảo hộ chống
tia X và quá trình sử dụng (trích dẫn liên quan)
Tất cả các nhân viên làm việc trong phòng X quang đều phải mặc quần áo
bảo hộ (tạp dề) phù hợp;
Tạp dề phải có sự suy giảm bức xạ không ít hơn tương đương chì là 0,3mm
tại 100kV;
1.2.2 Phân loại áo bảo hộ cản xạ
a. Phân loại theo kích cỡ
Với mục đích bảo vệ khác nhau trong tuỳ môi trường, quần áo cản xạ chia
làm 4 loại cơ bản:
- Bảo hộ cản xạ loại nhẹ hở sau;
- Bảo hộ cản xạ loại nặng hở sau;

- Bảo hộ cản xạ loại quây kín và nhẹ;
- Bảo hộ cản xạ loại quây kín và nặng.
b. Phân loại theo độ dầy tƣơng đƣơng chì
- ACX có độ dày tương đương 0,25mm chì;
- ACX có độ dày tương đương 1,0mm chì.
c. Phân loại theo tỷ lệ chì và vật liệu thay thế chì trong sản phẩm
- Loại 1: Áo chì (Lead Apron);
- Loại 2: Áo chì nhẹ hay vật liệu ít chì (Free Lead Apron);
- Loại 3: Áo không chì.(No Lead Apron).
d. Phân loại theo kiểu dáng
- Tạp dề, áo yếm che toàn bộ thân trước;
- Dạng măng tô, quây kín che toàn bộ cả thân trước, thân sau;
- Dạng tách rời 2 phần áo và váy quây kín.
Kiểu tạp dề Kiểu Măng tô Kiểu áo, váy rời
Hình 1.10. Phân loại theo kiểu dáng áo bảo hộ cản xạ [31]
1.2.3 Cấu trúc áo bảo hộ cản xạ
Cấu trúc ACX thường gồm 3 lớp: lớp ngoài (chính), lớp giữa (màng cản xạ)
và lớp trong (lót):

Lớp ngoài Lớp cản xạ Lớp trong
Hình 1.11. Cấu trúc lớp của ACX
Lớp ngoài và lớp trong là vải tráng phủ với nền là lớp vải vân điểm, hoặc vân
đoạn, vân chéo dệt bằng loại xơ tổng hợp dạng filament, tráng nhựa PVC hoặc PU.
Có tác dụng tạo phom dáng – hình thức bề ngoài sản phẩm đồng thời bao bọc lớp
cản xạ ở giữa, hạn chế sự tiếp xúc trực tiếp của cơ thể với lớp cản xạ. Lớp vật liệu ở
giữa gọi là màng cản xạ giữ vai trò quyết định đến khả năng cản xạ của ACX.
Lớp màng cản xạ có thể làm từ vật liệu chì, ít chì hoặc không chì. Thường là
các polyme composite như: cao su - chì, cao su – tungsten, cao su – kim loại nặng,
Sn–Ba polymer,...(nhiều nhất là cao su chì). Bao gồm phần nền là cao su, cao su
tổng hợp hoặc các polyme hay silicone. Phần cốt là các kim loại nặng có khả năng
hấp thụ tia X. Đem lại hiệu quả cản xạ cho ACX.
a-lớp ngoài b-lớp giữa (MCX) c-lớp trong (lớp lót)
Hình 1.12. Mô tả cấu trúc bề mặt các lớp của ACX [9]

1.2.4 Màng cản xạ dùng cho áo bảo hộ cản xạ
1.2.4.1 Thành phần cấu tạo
Màng cản xạ là vật liệu composite được tạo thành từ hai loại vật liệu có bản
chất khác nhau (nền là các polymer, cao su hay silicone và cốt là các chất độn kim
loại nặng), gồm nhiều pha khác nhau về mặt hóa học hầu như không tan vào nhau
và được phân cách với nhau bằng ranh giới pha. Vật liệu được tạo thành có đặc tính
ưu việt hơn đặc tính của từng vật liệu thành phần. Ta thấy rõ rằng ưu thế của
polymer là các đặc tính cơ lý như tính uốn, dẻo, độ đàn hồi có thế dễ dàng tạo phom
và định hình khi gia công để sản xuất ACX nhưng điều quan trọng nhất mà chúng
không có đó là khả năng cản xạ, khả năng hấp thụ hay che chắn bức xạ tia X. Trong
khi đó, kim loại nặng với khả năng hấp thụ tia X cao, nhưng lại không có tính linh
hoạt và ưu thế khi gia công ACX. Do đó sự phối hợp chúng lại với nhau để tạo
thành “Màng cản xạ Polymer Composite“ sẽ tận dụng được tính chất tốt của từng
pha. Trong cấu trúc hai pha của loại composite này, pha nền là pha liên tục toàn
khối đóng vai trò liên kết toàn bộ các phần tử cốt thành một khối thống nhất tạo
điều kiện để tiến hành gia công composite theo các chi tiết đã thiết kế để phù hợp
với người mặc đồng thời bảo vệ cốt tránh các hư hỏng do tác động hoá học, cơ học
của môi trường. Cốt (chất độn) là pha phân tán đóng vai trò tạo độ bền mà modul
đàn hồi cao cho composite, mà vẫn đảm bảo mật độ che chắn bức xạ của mình trên
toàn bộ diện tích nền. Liên kết tốt giữa nền và cốt tại vùng ranh giới pha là yếu tố
quan trọng nhất đảm bảo cho sự kết hợp các đặc tính tốt của 2 pha trên. Tính chất
của composite phụ thuộc vào bản chất của nền, cốt, khả năng liên kết giữa nền và
cốt và quá trình công nghệ sản xuất. [9]
Việc chế tạo nền của MCX với nhiều quy trình và nguyên liệu khác nhau.
Polymer, cao su, cao su silicone: cao su chì (Pb–rubber); cao su kim loại khác, cao
su chì và kim loại khác (W–rubber); Pb–PVC vinyl, Proprietary, Pb, PVC vinyl,
Proprietary, PVC vinyl, Sn–Ba polymer ,...Trong đó phỏ biến là cao su chì, cao su
kim loại, cao su silicone chì và cao su silicone kim loại.

Một trong những loại bảo hộ bức xạ ion hoá phổ biến nhất là áo chì. Lớp cản
xạ chính là màng cao su chì với nền là cao su và cốt là kim loại chì (Pb–rubber).
Rất nhiều các nghiên cứu đã chế tạo và sản xuất ra các vật liệu màng cản xạ với sự
thay đổi của một trong hai nhân tố là lớp nền „cao su‟ và kim loại „chì‟ độn cùng.
Hoặc thay đổi cả hai nhân tố đó.
Về khả năng cản xạ thì Lead apron có khả năng cản xạ cao nhất và tương đối ổn
định ở vùng điện áp rộng. Light-lead apron có khả năng cản xạ thấp hơn nhưng cũng
khá ổn định trong vùng điện áp rộng. Free-lead apron có khả năng cản xạ thấp hơn
Lead apron và Light-lead apron nhưng trong khoảng điện áp từ 70 kV – 120 kV thì lại
cho thấy khả năng cản xạ cao hơn Light-lead apron. Trong những năm gần đây việc
nghiên cứu và sử dụng các loại vật liệu ngoài cao su chì truyền thống thì vật liệu pha
chì và không chì được sử dụng. Bởi ưu thế nhẹ hơn về trọng lượng giúp linh hoạt trong
cử động, han chế độc tố và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu đã
cho thấy rằng các loại vật liệu pha chì, không chì thường có phần trăm lỗi nhiều hơn
chì truyền thống trong cùng một điều kiện môi trường sử dụng và thời gian sử dụng
(kinh nghiệm của các nhà nghiên cứu trường ĐH Basel chỉ ra rằng: với vật liệu không
chì thì định kỳ kiểm tra là 2-3 năm, chì truyền thống thì 5 năm). [8] [13]
Các nhà khoa học Canada đã tìm ra thành phần các kim loại: Pb, W, Sn,
Ba,…với tỷ lệ khác nhau và chất nền được sử dụng là cao su hoặc các polymer mềm
dẻo trong các trong các màng cản xạ dưới bảng sau:
Bảng 1.3. Thành phần của một số Polymer composite [15]
Tên vật liệu Thành phần composite Khối lƣợng riêng (g/cm3
)
Pb Pb 11,36
Pb–rubber Pb–rubber 3,70; 4,10
Reg. lead Pb–PVC vinyl 4,81
Hx–lead Proprietary, Pb, PVC vinyl 4,45
W–rubber W–rubber 4,15; 5,65; 7,51
Green Lite Proprietary, PVC vinyl 3,68
Sn–Ba Sn–Ba polymer 4,94

Năm 2000 Mỹ đã công bố một vài vật liệu bảo vệ bức xạ như là cao su –
kim loại, W/Bi – Silicone,…với tỷ lệ thành phần khác nhau [22] [28] [29] [30]:
- Trong vùng điện áp 60-140kV sử dụng vật liệu cản xạ, gồm: 12-22%
Silicone, 1-39% Sn hoặc các hợp chất Sn, 0-60% W, 0-60% Bi hoặc hợp chất của
Bi), có thể tạo ra vật liệu tương đương chì từ 0,25-2mmPb.
- Hỗn hợp khác: 12-22% Silicone, 1-39% Sn hoặc các hợp chất Sn, 0-60% W
hoặc các hợp chất W, 16-60% Bi hoặc các hợp chất Bi.
- Trường hợp khác: 12-22% Silicone, 40-60% Sn hoặc các hợp chất Sn, 7-
15% W hoặc các hợp chất W, 7-15% Bi hoặc các hợp chất Bi.
Trong đó Silicone được chứng minh là phù hợp với những tỷ lệ kim loại trên,
và đảm bảo khá cao sự đồng nhất các kim loại hay hợp chất của nó trong hỗn hợp.
Cao su silicone được sử dụng nhiều và thích hợp là các nhóm alkyl, nhóm vinyl,
hoặc nhóm phenyl. Ví dụ: dimethyl cao su silicone, phenylmethyl cao su, cao su
silicone phenyl và cao su polyvinyl.
Trong các phát minh và các sản phẩm được sử dụng vật liệu thay thế có bao
gồm 40% một hoặc một số các chất sau đây: Er, Ho, Dy, Tb, Gd, Eu, Sn. Với cách này
trọng lượng của quần áo bảo hộ có thể được giảm đáng kể. Sự kết hợp này, của vật liệu
ma trận các silicone và sự lựa chọn của kim loại thay thế chì hoặc các hợp chất của
chúng, vật liệu thay thế đáp ứng các điều kiện của một vật liệu bảo vệ bức xạ có tác
dụng che chắn cao và là đàn hồi và trọng lượng nhẹ, và đáp ứng với một mức độ cao tất
cả các nhu cầu thực hiện đảm bảo vô hại sinh thái, tái sử dụng, lượng khí thải thấp. Một
yếu tố cần lưu ý trong công nghệ sản xuất các vật liệu thay thế dạng này là nó còn kết
hợp các chất độn gia cố, các chất phụ gia (sợi bông, sợi tổng hợp, sợi sợi thủy tinh và
sợi aramid). Ngoài ra các chất độn có thể tăng cường gồm: silica, oxit sắt, oxit titan,
nhôm trihydrate và carbon đen.
Sau khi trộn các vật liệu silicone và các kim loại / kim loại hợp chất với một
phương pháp đặc biệt cho ra một hỗn hợp đồng nhất, đàn hồi được hình thành. Kỹ
thuật chế biến tiếp theo trong quy trình công nghệ: đùn, ép phun, cán, biến dạng nén

hoặc quá trình đúc cũng sẽ góp phần tạo nên hiệu quả vật liệu cản xạ cũng như chất
lượng sản phẩm. Thành phần pha trộn sẽ tạo nên sản phẩm cuối cùng là khác nhau
nhưng sẽ có những tính năng riêng:
Loại 1: gồm 22% Sn, 27% Vonfram, 4% Bi, 15% Silicone
Loại 2: gồm 20% Sn, 36% Vonfram, 29% Bi, 15% Silicone
Loại 3: gồm 25% Sn, 24Gd%, 1% W, 16% Silicone. Đáp ứng cho loại tạp dề
cản xạ nhẹ 60-90kV. Hiệu quả cản xạ tương đương 0,5mmPb thì có khối lượng
4,4kg/m2, giảm 35% so với chì tương đương.
Loại 4: gồm 50% Sn, 23Gd%, 11% W, 16% Silicone. (60-125 kV).
Tương đương 0,5mmPb thì vật liệu này có trọng lượng trên 1 đơn vị diện tích
là 4,5kg/m2; Tương đương 0,35mmPb thì vật liệu này có trọng lượng trên 1 đơn vị
diện tích là 3,3kg/m2; Tương đương 0,25mmPb thì vật liệu này có trọng lượng trên
1 đơn vị diện tích là 2,4kg/m2;
Loại 5: gồm 20,5% Sn, 24Gd%, 40% Bi, 16% Silicone. (60-125 kV).
Tương đương 0,5mmPb thì vậtliệu này có trọng lượng trên 1 đơn vị diện tích
là 5,0kg/m2;
Loại 6: sản phẩm sử dụng cho chuyên việc chụp cắt lớp. Gồm: 40% Bi, 10%
W, 34% Gd, 16% Silicone. Trọng lượng chỉ với 4,6kg/m2 mà có khả năng cản xạ
tương đương 0,5mmPb.
Loại 7: ứng dụng trong bảo hộ y học hạt nhân nhẹ. Gồm: 50%Bi, 25%Gd,
9%Erand, 16%Silicone. Trọng lượng tính trên đơn vị diện tích là 4,8 kg/m2 dẫn
tương đương với danh nghĩa là 0,5 mm. Trong khi đó tạp dề cao su chì là 5,4 -
6,75kg/m2. Vì thế với công nghệ và sự kết hợp như vậy, khối lượng của các vật liệu
thay thế trên nền silicone là có khối lượng nhẹ hơn trong khi vẫn đảm bảo khả năng
cản xạ ở các mức điện áp khác nhau tuỳ từng loại.
Trong một số các nghiên cứu khác vật liệu bao gồm Sn, Hi và W được sử
dụng với các tỷ lệ tương ứng với mức tương đương chì khác nhau: thành phần được
thiết lập bao gồm 10-20% vật liệu, 50-75% là Sn hoặc các hợp chất của Sn, 20-30%

Hi, cho hiệu quả cản xạ tương đương 0,15mm. Trường hợp thứ hai gồm 40-60% Sn
hoặc các hợp chất của Sn, 15-30% Hi, 0-30% W, có hiệu quả tương đương chì 0,15
-0,6mm. Trường hợp thứ ba gồm 52-70% Sn, 21-32% Hi, cho hiệu quả cản xạ
0,15mm. Trường hợp thứ tư gồm 42-57% Sn, 15-30% Hi, 5-27% W, cho hiệu quả
cản xạ tương đương chì 0,15-0,6mm. [28] [29] [30]
Bảng 1.4. Mức tương đương chì của một số vật liệu Composite cản xạ [29]
Bảng 1.4, thể hiện rõ tỷ lệ thành phần nguyên tố khác nhau khiến cho các
Composite có khả năng cản xạ khác nhau tại các mức điện áp thay đổi
1.2.4.2 Một số kim loại dùng trong thành phần màng cản xạ
Hiệu quả cản xạ của vật liệu Polymer Composite chính là khả năng cản xạ
của phần lớn các kim loại trong đó. Các kim loại có Z càng lớn và khối lượng riêng
cao thì khả năng cản cản xạ càng tăng. Qua nghiên cứu tổng quan ở trên cho thấy
trong hầu hết các vật liệu cản xạ được công bố đều có sử dụng một hay một số vật
liệu kim loại nặng như trong bảng dưới đây:

Bảng 1.5. Một số kim loại thường sử dụng trong vật liệu cản xạ
Nguyên tố Khối lƣợng riêng (g/cm3)
Số nguyên tử (Z)
Chì (Pb) 11,34 82
Tungsen (W) 19,25 74
Bismuth (Bi) 9,78 83
Barium (Ba) 3,51 56
Antimony (Sb) 6,697 51
Hiệu quả che chắn - cản xạ của kim loại được đánh giá ở 3 mức độ: dưới
200 keV; 0,5 ÷ 2 MeV và trên 2 MeV.
Dưới 200 keV (tất cả các máy phát tia X dùng trong lĩnh vực y tế hầu hết
nguồn phát nằm trong khoảng năng lượng này). Cơ chế che chắn dưới 200 keV là
hiệu ứng quang điện (quang điện tử). Tổng số năng lượng tia X bị hấp thụ phụ
thuộc vào năng lượng liên kết của các electron bên trong nguyên tử trong vật liệu
che chắn. Với dạng năng lượng này thì tia X tương tác với các điện tử tại các mức
K, L và M (lớp vỏ điện tử). Hyđro (Z =1) có năng lượng liên kết các e trong nguyên
tử là 13,6 eV; Chì (Pb) có năng lượng tại K tương ứng là 88keV (Z = 82). Trong khi
nhôm (Al) năng lượng tại cạnh K chỉ 1,7 keV. Với dạng năng lượng dưới 200 keV
thì các nguyên tố như chì có thể hấp thụ hoàn toàn hay một phần năng lượng tia X
bởi năng lượng liên kết các e tại các lớp vỏ là khá cao vì thế muốn tách các điện tử
này khỏi các mức K, L và M thì tia X mất một phần hoặc tất cả năng lượng của
mình khi cùng một lúc tương tác với rất nhiều điện tử tại các lớp trong nguyên tử.
Một ví dụ khác cũng có khả năng hấp thụ tia X rất cao đó là Bismuth (Bi, Z = 83) -
năng lượng cạnh K là 90,5 keV.
Từ 0,5 đến 2 MeV (bức xạ gamma). Tương tác chủ yếu theo cơ chế tán xạ
Compton (photon), đó là tỷ lệ thuận với số lượng của các điện tử cho mỗi gram.
Trường hợp trên 2 MeV (từ máy gia tốc electron) chủ yếu là xảy ra hiệu ứng
sinh cặp elecktron và hiệu ứng truyền qua. Ở đây, che chắn (hấp thụ photon) cơ chế

là sinh cặp bởi các photon năng lượng cao trong vùng lân cận của Z cao hạt nhân
(như chì và bismuth).
Tia X có nhiều khả năng tƣơng tác với các nguyên tử nặng (các nguyên
tử với rất nhiều các proton và electron, có số nguyên tử Z lớn) hơn là với các
nguyên tử nhỏ hơn. Ví dụ: vonfram, chì, vàng. Mỗi một tia X tương tác, nó sử dụng
một phần hoặc tất cả các năng lượng của nó để đánh bật các electron trong nguyên
tử xung quanh. Khi tất cả năng lượng được sử dụng để tương tác với các nguyên tử,
tia X không còn tồn tại.
Hình 1.13. Mô hình các lớp năng lượng trong cấu tạo nguyên tử chất
dưới sự tác động của tia X.
Z càng lớn và số lượng tử chính n càng bé, elecktron bị hạt nhân hút càng
mạnh. Đám mây điện tử bao quanh hạt nhân càng khó tách ra nên năng lượng ion
hoá càng lớn.
Z càng lớn số e (đám mây điện tử bao quanh hạt nhân càng nhiều), khiến các
tia X phải dùng hết năng lượng của mình để cố tách e ra khỏi hạt nhân dần mất hết
năng lượng (hay còn goi là bị hấp thụ)
Khả năng cản xạ của chì là một điển hình được quyết định bởi nó là một kim
loại đồng thời có số nguyên tử Z cao (Z = 82), có mật độ cao (13,6g/cm3
) và cấu
trúc ma trận đặc biệt. Nhằm giảm khối lượng, giảm độc tính, tăng khả năng linh

hoạt của sản phẩm đồng thời vẫn đảm bảo chức năng chính là cản xạ. Các nhà
nghiên cứu đã lựa chọn ra các nguyên tố để thay thế chì với số nguyên tử Z cũng
khá cao từ (Z = 50 đến 70).
Mặc dù vậy, trong thực tế các vật liệu có chì vẫn được sử dụng nhiều hơn bởi
công nghệ đơn giản hơn, nguyên liệu có giá thành thấp và dồi dào, mà khả năng cản
xạ thì ổn định ở nhiều mức điện áp khác nhau.
a. Chì (Pb) - Thiếc (Sn) [3]
Chì viết tắt là Pb, có hóa trị phổ biến là II, có khi là IV. Chì là một kim loại
mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có màu trắng xanh khi mới cắt nhưng
bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với không khí.
Thiếc, có ký hiệu là Sn và số nguyên tử là 50. Thiếc có màu ánh bạc, nhiệt độ
nóng chảy thấp (232 °C), rất khó bị ôxy hóa, ở nhiệt độ môi trường thiếc chống
được sự ăn mòn.
Thiếc và chì là 2 kim loại điển hình. Có lớp e hoá trị ns2 np2, có số e hoá trị
bằng số obitan hoá trị, nên tổng năng lượng oxi hoá khá lớn.
Bảng 1.6. Năng lượng ion hoá và tính chất của nguyên tố: Pb, Sn, Bi và W
Nguyên tố Số thứ tự
nguyên tử
Cấu hình e Năng lƣợng ion hoá I, eV
I1 I2 I3 I4
Pb 82 4f14
5d10
6s2
6p2
7,42 15,03 32 42,3
Sn 50 4d10
5s2
5p2
7,33 14,63 30,6 39,6
Bi 83 4f14
5d10
6s2
6p3
7,98 16,6 25,4 45,1
W 74 4f14
5d4
6s2
7,98 17,7 24,08
Nguyên tử của những nguyên tố này có lớp e hoá trị ns2
np2
. Do có tổng năng
lượng ion hoá khá lớn, chúng lại không thể mất bốn e hoá trị để tạo nên ion 4+; mặt
khác độ âm điện của chúng chưa khá lớn, chứng tỏ không thể kết hợp thêm e biến
thành ion 4-. Để đạt được cấu hình e bền, những nguyên tử của các nguyên tố này

tạo nên cặp e chung của liên kết cộng hoá trị và trong các hợp chất chúng có những
số oxi hoá -4, +2 và +4.
Hình 1.14. Gạch chì trong che chắn bức xạ Hình 1.15. Cấu tạo nguyên tử của Pb
Chì đồng thời có số lượng lớn các điện tử (số Z lớn: 82) và có mật độ cao
(13,6 g/cm3
), nên chì có khả năng cản xạ rất tốt.
b. Vonfram (W) - Bitmuth (Bi) – Bari (Ba) [3] [31]
Nguyên tử số: 83. Khối lượng nguyên tử: 208.9804 g.mol -1. Mật độ: 9,80
g.cm-3. Điểm nóng chảy 271 ° C. Nhiệt độ sôi 1420 ° C. Số e ngoài cùng : 4f14
5d10 6s2 6p3. Năng lượng ion hoá đầu tiên: 703 kJ.mol -1. Bismuth là một tinh thể
màu trắng, dễ vỡ kim loại với một ánh hồng nhạt.
Hình 1.16. Cấu tạo nguyên tử của W, Bi và Ba
Volfram còn gọi là Tungsten, ký hiệu là W, số nguyên tử 74. Là một kim loại
chuyển tiếp có màu từ xám thép đến trắng, rất cứng và nặng, volfram được tìm thấy
ở nhiều quặng bao gồm wolframit và scheelit và đáng chú ý vì những đặc điểm lý
tính mạnh mẽ, đặc biệt nó là kim loại không phải là hợp kim có điểm nóng chảy cao
nhất và là nguyên tố có điểm nóng chảy cao thứ hai sau cacbon. Khối lượng nguyên

tử: 9.53cm3/mol. Mật độ: 19. 590035g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy, 3410 oC, Nhiệt độ
sôi, 5900o
C
Bari, ký hiệu: Ba, màu bạc. Số nguyên tử: 56. Điểm nóng chảy: 725,0 ° C
(998,15 K, 1.337,0 ° F). Điểm sôi: 1140,0 ° C (1413,15 K, 2.084,0 ° F). Số proton /
electron: 56. Số neutron: 81. Cấu trúc tinh thể: Cubic. Mật độ 293 K: 3,51 g/cm3.
Bari có mật độ và số nguyên tử cao. Ý nghĩa của số nguyên tử của họ (Z = 56) là
cạnh hấp thụ K-nằm ở năng lượng rất thuận lợi liên quan đến phổ năng lượng điển
hình x-ray.
* Trong MCX sử dụng các kim loại nặng khác nhau, ngoài những kim loại
phổ biến và có vai trò cản xạ ưu việt như Pb, Sn, W và Bi, còn xuất hiện các kim
loại nặng và trung bình khác như Ba, In, Cs, Cd, Sb,...nhằm kết hợp với kim loại
chính cản xạ tốt hơn, khối lượng nhẹ hơn và một số tính chất cơ lý tốt cho MCX.
Đồng thời tồn tại bên trong MCX là các kim loại, các hợp chất kim loại có vai trò là
chất độn gia cường, chất phụ gia cho quá trình chế biến polymer, chế biến
composite nhằm đảo bảo cho MCX có được các tính năng tốt về đặc tính cơ lý: độ
đàn hồi, độ bền, độ cứng uốn,...Sự kết hợp hợp lý các kim loại, các nguyên tố cũng
như các hợp chất trong cùng một khối polymer composite sẽ tạo ra sản phẩm MCX-
ACX có chất lượng đạt yêu cầu về cản xạ, tính chất cơ lý, mức độ tiện nghi, sinh
thái-an toàn môi trường; kinh tế và tính thẩm mỹ cao.
1.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CẢN XẠ
Có rất nhiều phương pháp kiểm tra khả năng cản xạ của vật liệu dựa trên các
tiêu chuẩn khác nhau. Dựa trên những tiêu chuẩn như IEC 1331-1, DIN 1331, hay
ASTM,…Và rất nhiều các nghiên cứu để xác định khả năng cản xạ của màng
Hình 1.17. Một số phương pháp xác định khả năng cản xạ

cản xạ hay ACX khác nhau. Cũng như mối liện hệ của chúng với các đặc trưng và
tính chất khác nhau (cấu tạo nguyên tử, cấu trúc lớp màng cản xạ, thành phần
nguyên tố và các chất khác nhau trong hỗn hợp).
1.3.1 Nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản [12]
So sánh khả năng cản xạ giữa vật liệu có chì và không chì là một ví dụ điển
hình về một trong số những phương pháp xác định khả năng cản xạ.
a. Bố trí thí nghiệm
Bố trí theo hình 1.18a; sử dụng buồng ion hoá 60ml (phạm vi năng lượng:
25keV đến 1MeV, liều kế 9015, nhãn RadCal - Mỹ). Cho tia X chiếu trực tiếp đến
vật liệu làm tạp dề có chì và không chì. Điện áp tia X đựơc thực hiện tại: 60, 70, 80,
90, 100, 110 và 120 kV. Tại 160mA. Thời gian tiếp xúc (chiếu tới) là 0,5 phút và
diện tích tiếp xúc 13x13cm.
a. Đo tia X trực tiếp b. Đo tia X phân tán
Hình 1.18. Mô hình thí nghiệm tia phân tán và trực tiếp
Hình 1.18b cho thấy sơ đồ của phép đo liều lượng phương pháp được sử
dụng để đo về hiệu quả của phân tán tia X có và không có tạp dề. Các phép đo được
thực hiện bằng cách sử dụng “Phantom” ảo có kích thước dày 20cm, 30 x 30 cm.
Vị trí từ nguồn máy X quang (phân tán các tia X tương tự như những gì các bệnh
nhân tiếp xúc) tới tâm “Phantom” là 100cm. Quá trình khảo sát trong buồng ion
hoá với bố trí và tiêu chuẩn như hình vẽ (ICS-321; Aloka, Nhật Bản) Detector được
đặt dưới “Phantom” 45 cm, để đo bức xạ rải rác. Điều kiện tia X được thực hiện

tại mức điện áp 60, 80, 100 và 120 kV. Tại 1 mA (liên tục). Diện tích tiếp xúc chùm
tia tới “Phantom” là 30x30cm.
b. Kết quả
* Phƣơng pháp xác định kết quả
- Bước 1: Xác định tỷ lệ giá trị Air Kerma khi không và có vật liệu cản xạ
S = ((Ko – Kl)/Ko)*100% (1.5)
- Bước 2: So sánh khả năng cản xạ của vật liệu có chì và không có chì
P = (Sno/ SPb)*100% (1.6)
Trong đó:
+ S: hiệu quả cản xạ của vật liệu;
+ Sno: hiệu quả cản xạ của vật liệu không có chì;
+ SPb: hiệu quả cản xạ của vật liệu có chì;
+ Ko: giá trị Air Kerma khi không có vật liệu cản xạ;
+ Kl: giá trị Air Kerma khi có vật liệu cản xạ.
* Kết quả quá trình thực hiện chiếu và đo tia X trực tiếp:

Hình 1.19. Hiệu quả cản xạ tia X trực
tiếp của vật liệu chì và không chì tại
các điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu
0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb
Hình 1.20. Hiệu quả cản xạ tia X phân
tán của vật liệu chì và không chì tại các
điện áp (a-mẫu 0,25mmPb; b-mẫu
0,35mmPb và a-mẫu 0,475mmPb
Hình 1.19, cho thấy hiệu quả che chắn tia X khi chiếu trực tiếp tới tạp dề chì.
(a) 0,25mmPb, (b) 0,35mmPb và (c) 0,475mmPb. Trên hình cho thấy tác dụng che
chắn của mỗi tạp dề từ tia X trực tiếp: Khi điện áp tăng lên, che chắn tác động của
cả hai loại tạp dề giảm.
Hình 1.21. Hiệu quả cản xạ tia X trực tiếp
của vật liệu không chì tại các điện áp
Hình 1.22. Hiệu quả cản xạ tia X
phân tán của vật liệu không chì tại
các điện áp

Hình 1.20, hiệu quả che chắn tia X khi chiếu trực tiếp tới tạp dề không pha
chì: tương đương chì 0,25mm; 0,35mm và 0,475mm. Tác dụng bảo vệ của tạp dề,
không pha chì cho các tia X trực tiếp lúc đầu ổn định tại 60-100 kV, và giảm nhẹ từ
hơn 100 kV; giảm 4% ở 0,35mmPb tại 120 kV. Hiệu quả bảo vệ giữa tạp dề chì và
không chì 0,25mmPb, phần nào thấp hơn so với tương đương 0,35mm và 0,475.
* Kết quả quá trình thực hiện chiếu và đo tia X phân tán:
Hình 1.21, hiệu quả che chắn tia X phân tán tới tạp dề chì: tương đương chì
0,25mm; 35mm và 0,475mm. Tác dụng che chắn của mỗi tạp dề từ tia X phân tán.
Khi điện áp tăng lên, tác dụng che chắn giảm cho cả ba tạp dề (0,25mm; 0,35mm và
0,475mm)
Hình 1.22, cho thấy các hiệu ứng bảo vệ của tạp dề không pha chì đối với các
tia X phân tán lúc đầu ổn định 60-120 kV. Tỷ lệ % mức độ cản xạ giữa tạp dề chì và
không chì tại 0,25mmPb thấp hơn một chút so với hai loại 0,35mmPb và
0,475mmPb, đối với tia X phân tán.
c. Kết luận
Trong ba yếu tố làm giảm nguy cơ bức xạ tới con người (giảm thời gian tiếp
xúc, tăng khoảng cách từ các nguồn bức xạ và sử dụng che chắn. Tạp dề, không pha
chì cho phép đảm bảo không những giảm bực xạ tới bác sỹ và nhân viên X quang,
mà còn tạo ra sự thoải mái hơn bởi mức độ an toàn hơn sự độc hại của chì khi tiếp
xúc (mặc).
Đối với tia X trực tiếp, hiệu ứng che chắn của tạp dề chì là tốt nhất tại điện
áp trên 100kV. Tại điện áp thấp hơn, tạp dề không pha chi có giá cản xạ tương
đương với tạp dề chì (60 đến 120 kV). Ở đây, việc bảo vệ bức xạ được cung cấp bởi
tạp dề chì và không pha chì. Đối với tia X trực tiếp, tạp dề không pha chì cung cấp
sự suy giảm bức xạ tương tự trong tạp dề chì (trong 2% tương đương 0,35mm Pb).
Mặc dù điện áp trên 100 kV, hấp thụ bức xạ của tạp dề không chì thấp (tạp dề
không pha chì giảm 4% so với tạp dề chì tương đương 0,35mmPb tại 120 kV). Đối

với các tia X phân tán, bảo vệ bởi tạp dề, không pha chì và chì tương tự như (chênh
lệch ít khoảng 1% tương đương 0,35mm Pb) ở điện áp từ 60 đến 120 kV. Mà trong
môi truờng làm việc thì số lượng tia X phân tán nhiều hơn tia X trực tiếp (năng
lượng tia X trực tiếp cao hơn năng lượng tia X phân tán). Do đó, tạp dề không pha
chì đáp ứng được cho công việc của các bác sỹ, đảm bảo an toàn bức xạ, khối lượng
nhẹ hơn và ít độc tình hơn.
1.3.2 Nghiên cứu của các nhà khoa học Ireland – Ai Len [13]
Xác định giá trị tương đương chì của áo cản xạ tại các cơ sở y tế và chụp
chiếu: Trải qua nhiều năm sử dụng các sản phẩm bảo hộ che chắn từ các vật liệu
nặng truyền thống là kết quả của những hỗn hợp chì với cao su hay chì với các
polymer. Các vật liệu pha chì hay hoàn toàn không chì được sử dụng là hỗn hợp
đồng thời của các nguyên tố Iot (I, 53), thiếc (Sn, 50), Bari (Ba, 56) và chì (Pb, 82) -
Trọng lượng có thể giảm hơn chì tinh khiết từ 20 đến 30%. Hoặc Vonfram (W, 74),
Ba và Pb, khối lượng có thể giảm tới 30%. Hay Xennolite (Pb, antimoan – 51 và W)
cũng có thể giảm trọng lượng tới 29,8%. Khi kiểm tra đánh giá các sản phẩm với
các vật liệu khác nhau với khả năng cản xạ của chúng cần đánh giá với các mức độ
kỹ thuật tương ứng với tình huống kỹ thuật xảy ra khi con người tiếp xúc với chùm
tia X. Xác định khả năng cản xạ của chúng trên những điều kiện điện áp khác nhau
(Tức là nguồn năng lượng chùm tia X tại các điện áp: 60, 80, 100, 120kV,…)
a. Phƣơng pháp thực hiện
Vật liệu được sử dụng là 41 mẫu, tại bệnh viện Dublin Twomajor. Các loại
tạp dề sau đây đã được nghiên cứu: Ultraflex (Tập đoàn Wardray Ltd, Surrey, Anh),
Superlight Envirolight (Burlington Medical Supplies / Burmed, bang Virginia, Mỹ),
Xenolite (Vertec, Reading, Anh) và Light (Tập đoàn Thiết bị phẫu thuật và y tế
Amray , Drogheda, Ireland). Thông tin chi tiết trong bảng sau:

Bảng 1.7. Thông tin mẫu thí nghiệm tại bệnh viện Dublin Twomajor
Hãng sản xuất Loại vật liệu
cản xạ
Loại áo Tƣơng đƣơng
chì (mmPb)
Chức năng sử
dụng
Wardray Vật liệu tổng
hợp có chì
Áo dài quây
kín
0,25 Chụp mạnh
máu, chụp X
quang chung
Burmed Vật liệu tổng
hợp có chì
Áo – váy rời 0,25 Chụp mạnh
máu
Xenolite Vật liệu tổng
hợp không chì
Áo – váy rời 0,25
Amray “light” Vật liệu tổng
hợp có chì
Áo dài quây
kín
0,25 Chụp mạnh
máu
Tất cả các mẫu được lựa chọn đều có tương đương chì 0,25mmPb; với các
vật liệu có chì và không chì. Tất cả các mẫu được lựa chọn từ các khoa trong bệnh
viện sử dụng với các vị trí công việc khác nhau. Mỗi mẫu được đánh số mã hoá và
lập hồ sơ để tiện theo dõi trong quá trình nghiên cứu tổng kết đánh giá.
Hình 1.23. Mô hình thí nghiệm khả năng cản xạ của mẫu thí nghiệm tại
bệnh viện Dublin Twomajor

Thí nghiệm được bố trí: Thiết bị và mẫu thí nghiệm được thực hiện trong
một buồng thí nghiệm đảm bảo tiếu chuẩn để nó có điều kiện tương đương với môi
trường sử dụng áo của con người làm việc với tia X. Một nguồn phát tia X trong
bệnh viện (Nguồn tia X: "Polydorus 50", trước nguồn được lọc bởi tấm nhôm
2,5mm). Liều lượng hiệu chuẩn (xác định và kiểm soát giá trị kerma tại mỗi cơ sở
có tia X) trên một diện tích nhất định (DAP) được gắn liền với buồng thí nghiệm.
Mẫu được đặt trên giá đỡ khoét rỗng (Polystyrene Frame), kích thước 85cm. Một
đầu dò đo Kerma (MDH 2025, California, Mỹ) được đặt tại tâm trong phần rỗng
của giá là 15cm. Bề mặt nguồn phát tia X được sử dụng có kích thước 15x20cm. Bề
mặt mẫu trên giá (Polystyrene Frame) đặt cách bề mặt nguồn phát tia X là 100cm.
Tất cả các khoảng cách và kích thước bố trí thí nghiệm không đổi trong quá trình thí
nghiệm. Quá trình đo mỗi mẫu sản phẩm được thực hiện tại 6 điểm khác nhau. Vị
trí điểm đo, đầu ghi Kerma và nguồn phát tia X nằm trên 1 trục đồng tâm. Mỗi vị trí
đo được thực hiện tại 2 điện áp (70 và 100kV), tổng số phép đo là 12 lần.
Để xác định được khả năng cản xạ hay mức tương đương chì của mỗi mẫu,
người ta sử dụng công thức sau [13]:
(1.7)
(1.8)
Trong đó: T- hiệu quả cản xạ của vật liệu thông qua tỷ lệ giá trị Kerma khi có
vật liệu che chắn và khi không có vật liệu che chắn. (1.7)
Y- giá trị Kerma được đo bởi đầu dò MDH khi có mẫu che chắn, y là giá trị mà
DAP đo được khi có mẫu che chắn
X- giá trị Kerma được đo bởi đầu dò MDH khi không có mẫu che chắn, x là giá trị
mà DAP đo được khi không có mẫu che chắn

Kết quả cuối cùng khi xác định hiệu quả cản xạ - tương đương chì được tính bởi
công thức (1.7 và 1.8). Trong đó: Th - độ dày tương đương chì; B - rào cản truyền; α , β
và γ là hệ số có nguồn gốc từ một phụ kiện nhỏ nhất. Thực nghiệm xác định (tại 70
kVp, α = 5,369, β = 23,49 và γ = 0,45881; 100 kVp, α = 2,5, β = 15,28 và γ = 0,7557).
b. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thu được qua quá trình thí nghiệm bao gồm:
- Những khuyết tật trong các sản phẩm
- Thực tế giá trị chì tương đương so với danh nghĩa
- Kêt quả tuơng đương chì thực tế được đánh giá đạt nếu giá trị này không quá 5%
giá trị danh nghĩa.
1.3.3 Nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ [20]
Áo bảo hộ cản xạ loại nhẹ trong bảo vệ bức xạ tia X: Để bảo vệ bức xạ
cho người làm việc tiếp xúc trong môi trường tia X. Vật liệu mới được phát triển
không những che chắn tốt mà còn có khối lượng được giảm nhẹ, giúp họ có cảm
giác thoải mái, không mệt mỏi, đau lưng. Có 2 phương pháp để thực hiện điều này.
Một là, giảm hàm lượng chì điều này ảnh hưởng đến mức độ cản xạ. Phương pháp
thứ 2 hiệu quả hơn là sử dụng vật liệu Composite bao gồm các nguyên tố có Z cao
có mức năng lượng (cạnh hấp thụ) khác nhau nhằm hấp thụ các photon, bức xạ phân
tán . Với cạnh hấp thụ K của chì là 88keV, được sử dụng pha lẫn trong vật liệu với
số ít nhằm giải quyết khả năng cản xạ tốt trong dải phạm vi năng lượng lớn. Trong
những nghiên cứu gần đây vật liệu tổng hợp có 96,9% suy giảm chùm tia trực tiếp
với 100 kVp và 99,2% với 70 kVp, giảm tới 30% trọng lượng.
a. Vật liệu và phƣơng pháp

Hình 1.24. Mô hình bố trí thí nghiệm của các nhà khoa học Mỹ
Hình 1.24, vật liệu được đặt trước cửa sổ trung tâm 5cm của 1 tấm chắn gỗ bọc
chì có độ dày 2,5mm. Sử dụng 2 máy đo Kerma (Detector), một đặt trước tấm chắn và
một đặt sau tấm chắn 25cm cùng trên trục của cửa sổ trung tâm. Tất cả được thực hiện
trong buồng tiêu chuẩn về bức xạ tia X (MDH 1015C; RadCal, Monrovia, CA)
Thí nghiệm được thực hiện với các vật liệu: 0,37mm tấm chì nặng 4,21
kg/m2; sản phẩm X (Xenolite Lite Tech, Inc., Bridgeport PA), một hỗn hợp của chì,
antimon, vonfram nặng 5,56 kg/m2 sản phẩm Y (Ban-Ray; Burlington Medical
Supplies, Inc, Brooklyn, NY), ba lớp trọng lượng nhẹ 0,35mm chì / vinyl tạp dề có
trọng lượng 5,27 kg/m2; sản phẩm Z (Bunkhart Roentgen, New Milford, CT), một
dẫn 0,5 mm vinyl tạp dề có trọng lượng 7,92 kg/m2.
Các mẫu vật liệu được tiếp xúc với chùm tia trực tiếp từ nguồn, đồng thời từ
các bức xạ phân tán. Xác định tỷ lệ phơi nhiễm (mFVhr) được đo liên tục dưới dạng
tích luỹ, trong khi tiếp xúc (mR) được đo từ chùm tia X chính. Sự suy giảm bức xạ
từ các phép đo của tia X chính đã thu được trên các vật liệu thử nghiệm bằng cách
sử dụng một nguồn tia X - Angioskop Siemens, máy phát Pandoros Optimatic
(Siemens - hệ thống y tế, Iselin, NJ); lá chắn nhôm với độ dày một nửa 4,5mm được
đặt vuông góc với chùm tia chính (lọc đảm bảo chất lượng chùm tia). Quá trình
phân tích được lấy giá trị từ 3 dạng đo khác nhau: giá trị Kerma dưới chùm tia trực
tiếp, giá trị đo được trước và sau của sổ của tấm chắn bọc chì 2,5mm.
b. Kết quả

Hình 1.25. Tỷ lệ phần trăm suy giảm bức xạ của 3 mẫu sản phẩm với chất liệu
có thành phần khác nhau, và tấm chì là có độ dày 0,37mm.
Với chùm tia X chính: tấm chì 0,37mm hấp thụ 93,2 ± 0,1%; sản phẩm Y
hấp thụ 93,7 ± 0,1%; sản phẩm X hấp thụ 96,8 ± 0,1%, và sản phẩm Z (tạp dề chì
0,5 mm thông thường) hấp thụ 96,9 ± 0,1%. Theo ghi nhận, ba vật liệu tạp dề (sản
phẩm X, Y, Z) có khả năng làm suy giảm bức xạ tốt hơn so với tấm chì 0,37mm
Trường hợp, hiệu quả bảo vệ bức xạ của vật liệu hấp thụ phân tán: % sự suy
giảm của phantom phân tán là 97,2 ± 0,3% cho các tấm chì 0,37mm; 97,5 ±
0,3% cho sản phẩm Y; 98,6 ± 0,2% đối với sản phẩm X, và 98,7 ± 0,1% cho sản
phẩm Z (tạp dề chì thông thường 0,5 mm). Sự hấp thụ bởi các tấm chì 0,37mm ít
hơn so với sản phẩm X và Z; trong khi đó sản phẩm Y có một sự suy giảm tương tự
như tấm chì 0,37mm.
Kết quả từ cách đo thứ 3 (liều tích luỹ từ sự tiếp xúc trong môi trường -
buồng tia X) thấy rằng. Trên đối tượng thứ nhất, tạp dề chì 0,37 mm dẫn đầu và các
sản phẩm X được đánh giá: sự suy giảm là 99,3 ± 0,04% và 99,5 ± 0,1%. % sự suy
giảm của sản phẩm X cao hơn so với các tấm chì 0,37mm. Composite (sản phẩm
X), sản phẩm ba lớp (sản phẩm Y), và tạp dề chì thông thường (sản phẩm Z) được
đánh giá trong đối tượng thứ hai: Sản phẩm Y hấp thụ 98,0 ± 0,1%; sản phẩm X hấp
thụ 99,4 ± 0,3% và sản phẩm Z hấp thụ 99,7 ± 0,2% .

Qua kết quả thu nhận từ nghiên cứu này đánh giá cao việc vật liệu hấp thụ tốt
các bức xạ phân tán từ fluoroscopic. Kết quả chứng minh rằng sản phẩm tạp dề X,
Y, Z cung cấp tốt hơn so với 97,5% sự suy giảm của bức xạ phân tán. Sản phẩm Z
(0,5mm tạp dề chì) có sự suy giảm cao nhất khi thử nghiệm cho tất cả các tiếp xúc.
Nhưng thống kê, sản phẩm X (composite) có một mức độ hấp thụ bức xạ tương tự,
tại một trọng lượng nhẹ hơn là 29,8% . Sản phẩm Y ít giảm nhẹ cho bệnh nhân phân
tán bức xạ hơn là tấm chì dày 0,37mm và sản phẩm Z, và điều này là đúng như lý
thuyết bởi vì sản phẩm Y đã làm giảm hàm lượng chì. Tuy nhiên, vì điều này, hàng
bảo hộ cản xạ loại nhẹ - trọng lượng (33,5% nhẹ hơn) có thể được sản xuất có sự
suy giảm tương đương với tấm chì dày 0,37 mm cho cả hai dạng bức xạ (trực tiếp
và phân tán, suy giảm 97,5%).
Nghiên cứu thừa nhận rằng việc giảm hàm lượng chì và đưa vào đó là vật
liệu thay thế vẫn đảm bảo kiểm soát khả năng suy giảm bức xạ dạng phân tán. Trên
nghiên cứu này thực hiện ở số ít là 2 đối tượng để chứng minh được bằng giá trị cụ
thể. Các nghiên cứu hay kiểm định nào khác có thể lấy tiêu chuẩn đã định bởi tấm
chì (tạp dề chì) 0,5mm.

KẾT LUẬN CHƢƠNG I
Ngày nay, bức xạ đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau: năng
lượng, kiểm tra vật liệu, nghiên cứu cổ vật. Đặc biệt là trong lĩnh vực y tế, tia X được
sử dụng hầu hết trong các thiết bị y tế khác nhau: xạ trị, chụp X quang, chụp CT cắt
lớp,...Bên cạnh những lợi ích to lớn mà bức xạ hạt nhân, cụ thể là tia X đem lại. Vấn đề
an toàn bức xạ đối với bác sỹ, nhân viên y tế, bệnh nhân là rất quan trọng.
Để đảm bảo an toàn cho những người làm việc trong môi trường có tia X như
vậy, ngoài các phương tiện bảo vệ như phòng kín độc lập, bọc chì thiết bị, hay màn
chắn,…Thì quần áo bảo hộ cản xạ là một trong những phương tiện rất quan trọng và
cần thiết.
Trên thị trường có nhiều loại áo cản xạ khác nhau, tuỳ theo hình dáng, chức
năng, khả năng cản xạ,…Các loại sản phẩm như: Apron, Vets, Dress (tạp dề, áo
quây kín, chân váy),…Và rất nhiều vật liệu cản xạ tương ứng với thành phần nền
(polime, cao su, silicon,…), với chất hấp thụ bức xạ là (chì, vonfram, bari, thiếc,…)
khác nhau.
Đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu cũng như các phương pháp kiểm
tra đánh giá ACX về khả năng cản xạ, tính chất - thành phần, khối lượng - mật độ và
cấu trúc của chúng. Hiện tại, Việt Nam chưa có một tổ chức hay công ty nào sản xuất
các loại quần áo bảo hộ cản xạ, các nghiên cứu khoa học về đặc tính cản xạ của các
vật liệu này cũng không có. Vì vậy việc “Nghiên cứu khả năng cản xạ tia X của
một số vật liệu Polymer composite dùng để may áo bảo hộ cản xạ” là một việc làm
cần thiết nhằm hiểu rõ và tìm ra các loại vật liệu phù hợp để may áo bảo hộ cản xạ.

CHƢƠNG II
NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Mẫu vật liệu do Trung Quốc sản xuất và mẫu vật liệu do Viện Dệt May – Da
giầy & Thời trang - Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội chế tạo.
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Xác định hiệu quả cản xạ của vật liệu làm màng cản xạ ;
2. Xác định tương đương chì của vật liệu làm màng cản xạ;
3. Xác định độ đồng nhất của vật liệu làm màng cản xạ.
2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu thực hiện đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu lý thuyết thông qua: tài liệu sách – trích dẫn sách được xuất bản
trong và ngoài nước; bài báo – trích dẫn bài báo - catalog đăng trên tạp chí, trên các
trang Web; các tiêu chuẩn ban hành; các patent vật liệu được công bố; quyển thuyết
minh đề tài nghiên cứu khoa học (luận văn, luận án,...); thông tin trên mạng internet
và các nguồn thông tin khác.
- Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành thí nghiệm dựa trên lý thuyết đã nghiên
cứu và tiêu chuẩn IEC 1331 - 1: 1994 Protective device against diagnostic medical
X – radiation. Kết hợp lý thuyết tổng quan và kết quả thí nghiệm thực tế để: phân
tích – so sánh - nhận xét – bàn luận – đánh giá và tổng kết về ”khả năng cản xạ tia
X của một số vật liệu polymer composite trên ACX nhập ngoại do Trung Quốc sản
xuất và vật liệu do trường ĐHBK chế tạo.
- Các dữ liệu thử nghiệm khoa học được xử lý theo phương pháp toán học
thống kê có sự trợ giúp của phần mềm máy tính MS Excel, một số hình ảnh được sự
trợ giúp của các phần mềm visio, auto cad, corel và photoshop.

2.4 THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
2.4.1 Thiết bị đo đặc tính cản xạ
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của máy phát tia X: Valigia MHF 200
STT Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Thông số
1 Phạm vi điện áp đèn phát tia X kV 50 ÷ 200
2 Phạm vi dòng điện đèn phát tia X mA 1 ÷ 8
3 Dòng ống phát tia X ở công suất tối đa mA 3
4 Công suất tối đa W 600
5 Kích thước tiêu cự (theo IEC336) mm 0,4 x 4,0
6 Kích thước chùm tia X mm 360 x 40
7 Nguồn cung cấp V - Hz 110/230 50/60
Hình 2.1. Máy phát tia X Valigia MHF 200 và bộ điều khiển

Hình 2.2. Máy đo liều tia X: РМ1621
- Tên máy: РМ1621 (Nga sản xuất 04.2012)
- Đo liều tương đương và tỷ lệ liều lượng tương đương với bức xạ gamma và
bức xạ tia X theo IEC 61526
- Tỷ lệ liều lượng khoảng: 0,1 μSv / h - 200 mSv / h
- Liều lượng khoảng: 1μSv - 9,99 Sv
- Năng lượng khoảng: 10 keV - 20 MeV
- Âm thanh báo động khi liều ngưỡng tỷ lệ liều lượng vượt quá
- Giao tiếp máy tính bằng giao diện IR
2.4.2 Thiết bị đo cơ lý
Thiết bị đo độ dày ± 0.01
mm
Dao cắt mẫu tròn PN-
WG1: 100cm2
± 1 cm2
Cân điện tử 150 ± 2 mg
Hình 2.3. Thiết bị đo cơ lý

2.5 THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CẢN XẠ
2.5.1 Mẫu thí nghiệm
Mẫu thí nghiệm được Đề tài NCKH do TS. Lê Phúc Bình Viện Dệt May Da
giầy và Thời trang cung cấp bao gồm 5 mẫu từ áo nhập ngoại và 6 mẫu vật liệu chế
thử tại Đại học Bách khoa Hà Nội của để tài.
Vật liệu màng cản xạ trên áo
nhập ngoại
Vật liệu màng cản xạ chế thử tại Đại
học Bách khoa Hà Nội
Hình 2.4. Màng cản xạ
ACX 1 ACX 3 ACX 2 ACX 4
Hình 2.5. Áo cản xạ nhập ngoại

Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite

Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite

Similar to Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Khả năng cản xạ tia X của vật liệu Polymer composite