Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8770:2017 thực hành sử dụng hệ đo liều nhiệt lượng

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 8770:2017

ISO/ASTM 51631:2013

THỰC HÀNH SỬ DỤNG HỆ ĐO LIỀU NHIỆT LƯỢNG ĐỂ ĐO CHÙM TIA ĐIỆN TỬ VÀ HIỆU CHUẨN LIỀU KẾ THƯỜNG XUYÊN

Standard practice for use of calorimetric dosimetry systems for electron beam dose measurements and routine dosimeter calibrations

Lời nói đầu

TCVN 8770:2017 thay thế TCVN 8770:2011;

TCVN 8770:2017 hoàn toàn tương đương với ISO/ASTM 51631:2013;

TCVN 8770:2017 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/F5 Vệ sinh thực phẩm và chiếu xạ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

THỰC HÀNH SỬ DỤNG HỆ ĐO LIỀU NHIỆT LƯỢNG ĐỂ ĐO CHÙM TIA ĐIỆN TỬ VÀ HIỆU CHUẨN LIỀU KẾ THƯỜNG XUYÊN

Standard practice for use of calorimetric dosimetry systems for electron beam dose measurements and routine dosimeter calibrations

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này đưa ra việc chuẩn bị và sử dụng các hệ đo liều nhiệt lượng bán đoạn nhiệt để đo liều hấp thụ và hiệu chuẩn hệ đo liều thường xuyên khi được chiếu xạ bằng điện tử trong xử lý bằng bức xạ. Dụng cụ đo nhiệt lượng được vận chuyển bằng băng chuyền qua chùm tia điện tử được quét hoặc được để yên trong chùm tia mở rộng.

1.2  Tiêu chuẩn này nằm trong một bộ các tiêu chuẩn đưa ra các khuyến cáo về việc thực hiện phép đo liều trong xử lý bằng bức xạ và mô tả các phương thức đạt được theo các yêu cầu của ISO/ASTM 52628 đối với hệ đo liều nhiệt lượng. Tiêu chuẩn này được sử dụng kết hợp với ISO/ASTM 52628.

1.3  Các dụng cụ đo nhiệt lượng được mô tả trong tiêu chuẩn này được phân loại là liều kế loại II dựa vào các hiệu ứng phức hợp của các đại lượng ảnh hưởng. Xem ISO/ASTM 52628.

1.4  Tiêu chuẩn này áp dụng cho các chùm tia điện tử trong dải năng lượng từ 1,5 MeV đến 12 MeV.

1.5  Dải liều hấp thụ phụ thuộc vào vật liệu hấp thụ, các điều kiện chiếu xạ và các điều kiện đo. Liều cực tiểu khoảng 100 Gy và liều cực đại khoảng 50 kGy.

1.6  Dải suất liều hấp thụ trung bình thông thường phải lớn hơn 10 Gy.s^-1.

1.7  Dải nhiệt độ sử dụng của các hệ đo liều nhiệt lượng này phụ thuộc vào độ bền nhiệt của vật liệu, dải hiệu chuẩn của bộ cảm biến nhiệt và độ nhạy của dụng cụ đo.

1.8  Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn. Trách nhiệm của người sử dụng tiêu chuẩn này là phải tự xác lập các tiêu chuẩn thích hợp về thực hành an toàn và sức khoẻ và xác định khả năng áp dụng các giới hạn luật định trước khi sử dụng.

2  Tài liệu viện dẫn

2.1  Tiêu chuẩn ASTM

ASTM E170, Terminology relating to radiation measurements and dosimetry (Thuật ngữ liên quan đến các phép đo bức xạ và đo liều).

ASTM E666, Practice for calculating absorbed dose from gamma or X radiation (Thực hành về tính toán liều hấp thụ của bức xạ gamma và tia X).

ASTM E668, Practice for application of thermoluminescence-dosimetry (TLD) systems for determining absorbed dose in radiation-hardness testing of electronic devices (Thực hành đối với việc ứng dụng các hệ đo liều nhiệt huỳnh quang (TLD) để xác định liều hấp thụ trong việc thử nghiệm khả năng chịu bức xạ của các thiết bị điện tử).

2.2  Tiêu chuẩn ISO/ASTM

TCVN 7249 (ISO/ASTM 51431), Tiêu chuẩn thực hành đo liều áp dụng cho thiết bị chiếu xạ chùm tia điện tử và tia X (bức xạ hãm) dùng để xử lý thực phẩm.

ISO/ASTM 51261, Guide for selection and calibration of dosimetry systems for radiation processing (Hướng dẫn lựa chọn và hiệu chuẩn các hệ đo liều trong xử lý bằng bức xạ.

ISO/ASTM 51649, Practice for dosimetry in an electron beam facility for radiation processing at energies between 300 keV and 25 MeV (Thực hành đo liều trong thiết bị chiếu xạ chùm tia điện tử ở năng lượng từ 300 keV đến 25 MeV trong xử lý bằng bức xạ).

ISO/ASTM 51707, Guide for estimating uncertainties in dosimetry for radiation processing (Hướng dẫn đánh giá sai số đối với các phép đo liều trong xử lý bằng bức xạ).

ISO/ASTM 52628, Practice for Dosimetry in Radiation Processing (Thực hành đo liều trong xử lý bằng bức xạ).

ISO/ASTM 52701, Guide for Performance Characterization of Dosimeters and Dosimetry Systems for Use In Radiation Processing (Hướng dẫn đặc tính hiệu năng của liều kế và hệ đo liều để dùng trong xử lý bằng bức xạ)

2.3  Báo cáo của Ủy ban quốc tế về đơn vị và phép đo bức xạ (ICRU)

Báo cáo số 34 của ICRU, The dosimetry of pulsed radiation (Đo liều bức xạ xung).

Báo cáo số 35 của ICRU, Radiation dosimetry: Electron beams with energies between 1 and 50 MeV (Đo liều bức xạ: Chùm tía điện tử có năng lượng từ 1 MeV đến 50 MeV).

Báo cáo số 37 của ICRU, Stopping powers for electrons and positrons (Các năng lượng dùng đối với electron và positron).

Báo cáo số 44 của ICRU, Tissue substitutes in radiation dosimetry and measurements (Chuỗi thay thế trong phép đo liều chiếu xạ và các phép đo).

Báo cáo số 80 của ICRU, Dosimetry Systems for use in Radiation Processing (Hệ đo liều dùng trong xử lý bằng bức xạ).

Báo cáo số 85a của ICRU, Fundamental Quantities and Units for Ionizing Radiation (Đơn vị và đại lượng cơ bản trong bức xạ ion hóa).

2.4  Báo cáo của Ủy ban phối hợp về hướng dẫn đo lường (JCGM)

JCGM 100:2008, TCVN 9595-3:2015 [ISO/IEC Guide 98-3:2008 (GUM:1995)], Đánh giá dữ liệu đo lường - Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo.

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây:

3.1  Thuật ngữ chung

3.1.1

Hệ đo liều chuẩn đầu (primary-standard dosimetry system)

Hệ đo liều được thiết kế hoặc được công nhận rộng rãi có chất lượng đo lường cao nhất và giá trị của chúng được chấp nhận mà không cần tham chiếu với các chuẩn khác có cùng chất lượng.

3.1.2

Hệ đo liều chuẩn tham chiếu (reference standard dosimetry system)

Hệ đo liều thường có chất lượng đo cao nhất có sẵn tại một địa điểm nhất định hoặc trong một tổ chức nhất định, nơi các phép đo được đưa ra.

3.1.3

Hệ do liều chuẩn truyền (transfer standard dosimetry system)

Hệ đo liều được sử dụng làm bước trung gian để hiệu chuẩn các hệ đo liều khác.

3.1.4

Liều kế loại II (type II dosimeter)

Liều kế có độ nhạy bị ảnh hưởng bởi các đại lượng ảnh hưởng theo cách phức tạp, không được biểu thị theo các hệ số hiệu chỉnh độc lập.

3.2  Thuật ngữ cụ thể trong tiêu chuẩn này

3.2.1

Đoạn nhiệt (adiabatic)

Không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.

3.2.2

Dụng cụ đo nhiệt lượng (calorimeter)

Bao gồm thân đo nhiệt lượng (bộ phận hấp thụ), bộ phận cách nhiệt và bộ cảm biến nhiệt độ có dây dẫn.

3.2.3

Thân đo nhiệt lượng (calorimetric body)

Vật liệu hấp thụ năng lượng bức xạ và có nhiệt độ cần đo.

3.2.4

Hệ đo liều nhiệt lượng (calorimetric dosimetry system)

Hệ đo liều gồm có dụng cụ đo nhiệt lượng, thiết bị, dụng cụ đo và các chuẩn tham chiếu đã được công nhận của chúng, cùng với quy trình sử dụng hệ thống.

3.2.5

Phản ứng hấp thụ nhiệt (endothermic reaction)

Phản ứng hóa học đốt cháy năng lượng.

3.2.6

Phản ứng tỏa nhiệt (exothermic reaction)

Phản ứng hóa học giải phóng năng lượng.

3.2.7

Sai số nhiệt lượng [heat defect (thermal defect)]

Lượng năng lượng giải phóng hoặc bị đốt cháy bởi phản ứng hóa học gây ra do hấp thụ năng lượng bức xạ.

3.2.8

Nhiệt dung riêng (specific heat capacity)

Lượng nhiệt cần để làm tăng nhiệt độ 1 kg vật liệu lên nhiệt độ 1 K.

3.2.9

Điện trở nhiệt (thermistor)

Điện trở bằng điện có mối liên quan xác định giữa độ bền và nhiệt độ.

3.2.10

Cặp nhiệt điện (thermocouple)

Mạch nối tiếp của hai loại kim loại tạo ra điện áp có mối liên quan xác định với nhiệt độ.

3.3  Định nghĩa về các thuật ngữ khác dùng trong tiêu chuẩn này liên quan đến phép đo bức xạ và đo liều có thể xem trong ASTM E170. Định nghĩa trong ASTM E170 phù hợp với Báo cáo của ICRU số 85a; do đó, ICRU số 85a có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo.

4  Ý nghĩa và ứng dụng

4.1  Tiêu chuẩn này có thể áp dụng cho việc sử dụng hệ đo liều nhiệt lượng để đo liều hấp thụ trong chùm tia điện tử, đánh giá chất lượng của các thiết bị chiếu xạ điện tử, định kỳ kiểm tra các thông số vận hành của thiết bị chiếu xạ điện tử và hiệu chuẩn các hệ đo liều khác trong chùm tia điện tử. Các hệ đo liều nhiệt lượng thích hợp nhất dùng để  đo liều tại các máy gia tốc điện tử sử dụng hệ băng chuyền để vận chuyển sản phẩm trong quá trình chiếu xạ.

CHÚ THÍCH 1: Đối với các thông tin bổ sung về việc vận hành và sử dụng hệ đo liều nhiệt lượng, xem Báo cáo số 80 của ICRU. Đối với các thông tin bổ sung về việc sử dụng liều trong các thiết bị máy gia tốc điện tử, xem TCVN 7249 (ISO/ASTM 51431), ISO/ASTM 51649, Báo cáo số 34 và 35 của ICRU và Tài liệu tham khảo [1], [2], [3].

4.2  Hệ đo liều nhiệt lượng được mô tả trong tiêu chuẩn này không phải là hệ đo liều chuẩn đầu. Các dụng cụ đo nhiệt lượng được phân loại là liều kế loại II (ISO/ASTM 52628). Chúng có thể được sử dụng như các chuẩn nội tại ở cơ sở chiếu xạ chùm tia điện tử, bao gồm cả việc được sử dụng làm hệ đo liều truyền chuẩn để hiệu chuẩn các hệ đo liều khác hoặc có thể được sử dụng làm liều kế thường xuyên. Các hệ đo liều nhiệt lượng được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với các liều kế truyền chuẩn.

4.3  Phép đo liều này được dựa trên phép đo sự gia tăng nhiệt độ trong bộ phận hấp thụ (thân đo nhiệt lượng) được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử. Có thể sử dụng các vật liệu có độ hấp thụ khác nhau, nhưng độ nhạy thường được xác định theo liều hấp thụ trong nước.

CHÚ THÍCH 2: Thân đo nhiệt lượng của dụng cụ đo nhiệt lượng được mô tả trong tiêu chuẩn này được làm từ vật liệu có số nguyên tử thấp. Dòng điện tử trong các thân đo nhiệt lượng này hầu hết không phụ thuộc vào năng lượng khi được chiếu xạ bằng chùm tia điện tử 1,5 MeV hoặc cao hơn và công suất dừng va chạm khối lượng là gần giống với các vật liệu này.

4.4  Có thể tính được liều hấp thụ trong các vật liệu chiếu xạ khác nhau trong các điều kiện tương đương. Các quy trình tính toán được đưa ra trong ASTM Practice E 666, ASTM Practice E 668 và Tài liệu tham khảo [1].

4.4.1  Các dụng cụ đo nhiệt lượng dùng cho máy gia tốc điện tử công nghiệp được chế tạo sử dụng đĩa graphit, đĩa polystyren hoặc đĩa Petri đổ đầy nước giống như thân đo nhiệt lượng [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Độ dày của thân đo nhiệt lượng sẽ nhỏ hơn dải điện tử.

4.4.2  Có thể sử dụng các vật liệu polyme khác thay cho polystyren trong phép đo nhiệt lượng. Polystyren được sử dụng vì nó được biết là chịu được bức xạ [11] và không gây ra phản ứng tỏa nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt [12].

5  Các thành phần gây cản trở

5.1  Phép ngoại suy: Các hệ đo liều nhiệt lượng được mô tả trong tiêu chuẩn này không đoạn nhiệt, do sự thay đổi nhiệt với môi trường xung quanh hoặc trong bộ dụng cụ đo. Nhiệt độ tối đa đạt được của thân đo nhiệt lượng khác với nhiệt độ đạt được khi không có sự trao đổi nhiệt. Sự thăng giáng nhiệt độ trước và sau chiếu xạ được ngoại suy theo điểm giữa của chu kỳ chiếu xạ trước để xác định nhiệt độ tăng thực do liều hấp thụ.

5.2  Thiếu hụt nhiệt: Các phản ứng hóa học trong vật liệu chiếu xạ (kết quả này được gọi là thiếu hụt nhiệt hoặc nhiệt lượng) có thể tỏa nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt và có thể làm thay đổi nhiệt độ đo [3].

5.3  Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng của một số vật liệu được sử dụng làm thân đo nhiệt lượng có thể thay đổi cùng với liều hấp thụ tích lũy, do đó ảnh hưởng đến độ nhạy của dụng cụ đo. Điều này đặc biệt đúng với trường hợp của polyme, như polystyren, do đó cần phải hiệu chỉnh lại các hệ đo liều nhiệt lượng ở các khoảng thời gian mà phụ thuộc vào tổng liều tích lũy.

5.4  Các đại lượng ảnh hưởng: Độ nhạy của các hệ đo liều nhiệt lượng đến liều hấp thụ không phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ tương đối của môi trường.

5.5  Hiệu ứng nhiệt độ từ cấu trúc của máy gia tốc: Các dụng cụ đo nhiệt lượng thường được chiếu xạ trên băng chuyền được dùng để chuyển sản phẩm và mẫu qua vùng chiếu xạ. Nhiệt bức xạ từ cấu trúc máy móc của cơ sở chiếu xạ và từ băng chuyền có thể góp phần làm tăng nhiệt độ đo được trong dụng cụ đo nhiệt lượng.

5.6  Cân bằng nhiệt: Hầu hết thu được các kết quả tái lập, khi các dụng cụ đo nhiệt lượng được cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh, trước khi chiếu xạ.

5.7  Các vật liệu khác: Các bộ cảm biến nhiệt độ, dây điện v.v... của dụng cụ đo nhiệt lượng có mặt các tạp chất có thể làm ảnh hưởng đến việc tăng nhiệt độ của thân đo. Phải hạn chế các thành phần này đến mức tối thiểu có thể.

5.8  Gradient liều: Gradient liều tồn tại trong thân đo nhiệt lượng khi được chiếu xạ bằng điện tử. Cần tính đến các gradient này, ví dụ khi hiệu chuẩn các liều kế khác bằng các so sánh với các hệ đo liều nhiệt lượng.

6  Thiết bị, dụng cụ

6.1  Đĩa đo nhiệt lượng dùng graphit điển hình: Là một đĩa graphit đặt trong vật liệu cách nhiệt như nhựa xốp [4], [5], [6]. Điện trở nhiệt hoặc cặp nhiệt điện đã hiệu chuẩn được lắp vào trong đĩa. Một vài ví dụ điển hình về độ dày và khối lượng của đĩa graphit được nêu trong Bảng 1 [2].

Bảng 1 - Độ dày và kích thước của một số thân đo nhiệt lượng bằng graphit được Viện khoa học và công nghệ quốc gia Mỹ (NIST) quy định dùng các năng lượng điện tử cụ thể

6.2  Đĩa đo nhiệt lượng dùng nước điển hình: là một đĩa Petri polystyren đổ đầy nước được hàn kín và đặt trong nhựa xốp cách nhiệt [4]. Bộ cảm ứng nhiệt độ (điện trở nhiệt) đã hiệu chuẩn được đặt bên cạnh đĩa vào nước. Hình dạng và kích thước của đĩa đo nhiệt lượng dùng nước có thể tương tự với hình dạng và kích thước của đĩa đo nhiệt lượng dùng polystyren (xem 6.3).

6.3  Đĩa đo nhiệt lượng dùng polystyren điển hình: là một đĩa polystyren được đặt trong nhựa xốp cách nhiệt. Nhiệt điện trở hoặc cặp nhiệt điện đã hiệu chuẩn được lắp vào trong đĩa. Đường kính đĩa polystyren có thể giống với đường kính đĩa của đĩa đo nhiệt lượng dùng graphit và dùng nước [9]. Xem ví dụ ở Hình 1 về dụng cụ đo nhiệt lượng 10 MeV. Hình 2 là ví dụ về đĩa đo nhiệt lượng dùng polystyren được thiết kế cho máy gia tốc điện tử từ 1,5 MeV đến 4 MeV.

Kích thước tính bằng milimét

Hình 1 - Ví dụ về đĩa đo nhiệt lượng dùng polystyren trong phép đo thường xuyên ở máy gia tốc điện tử công nghiệp 10 MeV

Hình 2 -  Ví dụ về đĩa đo nhiệt lượng dùng polystyren trong máy gia tốc điện tử công nghiệp ở 1,5 MeV đến 4 MeV [13]

6.4  Độ dày của thân đo nhiệt lượng phải nhỏ hơn dải điện tử chiếu xạ, thường không vượt quá 1/3 dải điện tử. Điều này sẽ hạn chế sự thay đổi gradient liều trong thân đo nhiệt lượng.

6.5  Các thành phần bền bức xạ cần được dùng cho các bộ phận của dụng cụ đo nhiệt lượng tiếp xúc với chùm tia điện tử. Điều này cũng được áp dụng để cách nhiệt các dây điện.

6.6  Giữa bộ cảm biến nhiệt độ và thân đo nhiệt lượng phải có sự tiếp xúc nhiệt tốt. Đối với các đĩa đo nhiệt lượng dùng graphit và polystyren, cần đảm bảo sự tiếp xúc nhiệt này bằng cách bổ sung một lượng nhỏ hợp chất dẫn nhiệt khi lắp bộ cảm biến nhiệt.

6.7  Phép đo: Độ nhạy của các dụng cụ đo nhiệt lượng là sự tăng nhiệt độ của thân đo nhiệt lượng. Sự tăng nhiệt này được ghi lại bằng điện trở nhiệt hoặc cặp nhiệt điện.

6.7.1  Điện trở nhiệt: Dùng máy đo điện trở có độ chính xác cao để đo độ bền của nhiệt điện trở. Dụng cụ đo cần có độ tái lập lớn hơn ±0,1 % và độ chính xác lớn hơn ± 0,2 %. Tốt nhất là cần được trang bị cho các phép đo điện trở kiểu bốn dây, đặc biệt nếu điện trở của điện trở nhiệt nhỏ hơn 10 kΩ. Với kỹ thuật đo bốn dây, tác động của điện trở trong các dây đo và tiếp xúc điện sẽ được giảm tối thiểu.

6.7.2  Có thể sử dụng các thiết bị thích hợp khác để đo điện trở của nhiệt điện trở, ví dụ dùng cầu đo điện trở hoặc máy đọc nhiệt điện trở đã hiệu chuẩn có bán sẵn [5]. Điều quan trọng cho cả hai phép đo điện trở và cầu đo điện trở là để giảm tối thiểu nguồn tán xạ trong nhiệt điện trở, tốt nhất là thấp hơn 0,1 mW.

6.7.3  Cặp nhiệt điện: Có thể sử dụng vôn kế hiện số có độ chính xác cao hoặc máy đọc số có bán sẵn [2] để đo. Độ tái lặp của vôn kế phải lớn hơn 0,1 µV và có độ chính xác phải lớn hơn ± 0,2 %.

6.7.4  Nhà cung cấp: Một số nhà cung cấp hệ đo liều nhiệt lượng được liệt kê trong Phụ lục A2.

7  Quy trình hiệu chuẩn

7.1  Trước khi sử dụng, hệ đo liều nhiệt lượng (bao gồm dụng cụ đo nhiệt lượng và các thiết bị đo) phải được hiệu chuẩn theo các quy trình đã lập thành văn bản của người sử dụng, quy định chi tiết quá trình hiệu chuẩn và các yêu cầu đảm bảo chất lượng. Quy trình hiệu chuẩn này phải được lặp lại định kỳ để đảm bảo rằng độ chính xác của phép đo liều hấp thụ được duy trì trong các giới hạn quy định. Phương pháp hiệu chuẩn được mô tả trong ISO/ASTM 51261.

7.2  Các hệ đo nhiệt lượng dùng graphit, nước hoặc polystyren có thể được hiệu chuẩn bằng cách so sánh với các hệ đo liều truyền chuẩn từ các phòng thử nghiệm hiệu chuẩn đã được công nhận đối với dụng cụ đo nhiệt lượng dùng để chiếu xạ và các liều kế truyền chuẩn liên tiếp (hoặc đồng thời) ở máy gia tốc điện tử. Trường bức xạ trên vùng mặt cắt của thân đo nhiệt lượng sẽ phải đồng nhất trong thời gian yêu cầu để chiếu xạ các dụng cụ đo nhiệt lượng và các liều kế truyền chuẩn. Tất cả các trường bức xạ không đồng nhất cần được tính đến.

7.3  Phải đảm bảo rằng các liều kế truyền chuẩn và các dụng cụ đo nhiệt lượng được chiếu xạ ở liều giống nhau. Đặc biệt, cần có các chất hấp thụ được thiết kế đặc biệt để chiếu xạ các liều kế truyền chuẩn, xem ví dụ ở Hình 3.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ THÍCH: Các liều kế truyền chuẩn alanine trong cột chất béo hình trụ (đường kính 25 mm, độ dày 6 mm) được đặt trong các mạch ngắt tròn. Liều kế thường xuyên (liều kế màng mỏng) được đặt trong các mạch ngắt hình vuông. Tâm của cả hai liều kế được đặt trong bộ phận hấp thụ ở cùng một độ sâu.

Hình 3 - Chất hấp thụ chiếu xạ trong máy gia tốc điện tử 10 MeV của các liều kế đo thường xuyên và liều kế chuẩn truyền (10). Vật liệu: Polystyren

7.4  Nhiệt dung riêng của polystyren và graphit đều phụ thuộc vào nhiệt độ, trong khi nhiệt dung riêng của nước là một hằng số trong dải nhiệt độ thông thường sử dụng trong phép đo nhiệt lượng chùm tia điện tử. Do đó, đường chuẩn của hệ đo liều nhiệt lượng được đánh giá theo nhiệt độ trung bình của thân đo nhiệt lượng (xem Chú thích 3)

CHÚ THÍCH 3: Các phép đo lặp lại nhiệt dung riêng của các kiểu đĩa graphit khác nhau được tiến hành trên dải từ 0 °C đến 50 °C, cho biết giá trị đối với nhiệt dung riêng của đĩa graphit c_G (J.kg^-1. °C^-1) = 644,2 + 2,86 T, trong đó T là nhiệt độ trung bình (°C) của đĩa graphit. Tuy nhiên giá trị này không được coi là giá trị thông dụng [6].

7.4.1  Đối với hệ đo liều nhiệt lượng dùng graphit, đường chuẩn có thể tính theo Công thức sau:

Liều = (T₂ - T₁ - T_a) x c_G x (S_el/ρ)_w / (S_el/ρ)_G x k

Trong đó:

T₁ là nhiệt độ trước khi chiếu xạ;

T₂ là nhiệt độ sau khi chiếu xạ;

T_a là nhiệt độ tăng trong các bộ phận thiết bị chiếu xạ;

c_G là nhiệt dung riêng của đĩa graphit;

(S_el/ρ)_w và (S_el/ρ)_G là công suất dừng khối lượng điện tử của nước và đĩa graphit, tương ứng;

k là hằng số hiệu chuẩn được xác định trong quá trình đánh giá xác nhận hiệu chuẩn.

7.4.2  Đối với hệ đo liều nhiệt lượng dùng polystyren, đường chuẩn có thể tính theo Công thức sau:

Liều = (T₂ - T₁ - T_a) x F(T) x k

Trong đó:

T₁ là nhiệt độ trước khi chiếu xạ;

T₂ là nhiệt độ sau khi chiếu xạ;

T_a là nhiệt độ tăng trong các bộ phận của thiết bị chiếu xạ;

F(T) là hàm số tương ứng với nhiệt dung riêng của đĩa polystyren;

k là hằng số hiệu chuẩn được xác định trong quá trình đánh giá xác nhận hiệu chuẩn.

CHÚ THÍCH 4: Hàm số F(T) tính theo công thức F(T) = C1 + C2 x T. Trong đó C1 và C2 là hằng số và T là nhiệt độ trung bình (°C) của thân đo nhiệt lượng. Các giá trị C1 và C2 phụ thuộc vào loại đĩa polystyren được sử dụng làm bộ phận hấp thụ nhiệt lượng.

CHÚ THÍCH 5: T_a có thể được xác định bằng cách chuyển dụng cụ đo nhiệt lượng qua vùng chiếu xạ ngay sau khi chùm tia điện tử được tắt và đo nhiệt độ tăng lên của bộ phận hấp thụ nhiệt lượng.

CHÚ THÍCH 6: Độ nhạy của hệ đo liều nhiệt lượng dùng nước xấp xỉ bằng 3,4 kGy.°C^-1 và đối với hệ đo liều nhiệt lượng dùng polystyren thì độ nhạy xấp xỉ bằng 1,4 kGy.°C^-1. Đối với hệ đo liều nhiệt lượng dùng graphit, độ nhạy xấp xỉ bằng 0,75 kGy.°C^-1.

7.5  Việc hiệu chuẩn tất cả các loại hệ đo liều nhiệt lượng được sử dụng làm liều kế đo thường xuyên, phải được kiểm tra bằng cách so sánh với hệ đo liều chuẩn tham chiếu hoặc hệ đo liều truyền chuẩn ở tần suất do người sử dụng xác định.

7.6  Việc hiệu chuẩn hệ đo liều nhiệt lượng nên được tiến hành bằng cách chiếu xạ trong cơ sở chiếu xạ để giảm thiểu hiệu ứng của các đại lượng ảnh hưởng.

7.7  Các hệ đo liều nhiệt lượng có thể được hiệu chuẩn bằng cách chiếu xạ ở phòng thử nghiệm hiệu chuẩn. Việc hiệu chuẩn thu được bằng cách này phải được đánh giá xác nhận bằng cách chiếu xạ liên tục các dụng cụ đo nhiệt lượng và liều kế truyền chuẩn trong cơ sở chiếu xạ.

7.8  Ví dụ về việc đánh giá xác nhận hiệu chuẩn hệ đo liều nhiệt lượng nêu trong Phụ lục A1.

7.9  Đánh giá hiệu quả và hiệu chuẩn dụng cụ đo: Hiệu chuẩn các dụng cụ đo và đánh giá hiệu quả của thiết bị giữa các lần hiệu chuẩn, xem ISO/ASTM 51261 và/hoặc các sổ tay vận hành quy định cho thiết bị cụ thể.

8  Quy trình đo liều

8.1  Phép đo không liên tục chiếu xạ trên băng chuyền: Đối với các dụng cụ đo nhiệt lượng được tiến hành trên băng chuyền qua chùm điện tử được quét, dụng cụ đo nhiệt lượng thường không được nối với hệ thống đo nhiệt độ trước khi chiếu xạ và được nối lại chỉ để đo sau khi chiếu xạ [7].

8.1.1  Trước khi chiếu xạ, đo nhiệt độ của thân đo nhiệt lượng và kiểm tra nhiệt độ duy trì ổn định cho giai đoạn trước ít nhất 10 min (thường chênh lệch nhỏ hơn 0,1 °C).

8.1.2  Ngắt các dây đo và đặt dụng cụ đo năng lượng trên băng chuyền khi vận chuyển qua vùng chiếu xạ.

8.1.3  Vận chuyển dụng cụ đo nhiệt lượng qua vùng chiếu xạ trên hệ thống băng chuyền.

8.1.4  Ghi lại thời gian chiếu và các thông số chiếu xạ (như năng lượng điện tử, dòng điện tử, độ rộng chùm tia quét và tốc độ băng chuyền).

8.1.5  Sau khi dụng cụ đo nhiệt lượng qua vùng chiếu xạ, nối lại dây để đo nhiệt độ và ghi lại thời gian từ điểm kết thúc chiếu xạ đến khi bắt đầu đo nhiệt độ.

8.1.6  Ghi lại nhiệt độ theo thời gian trong chu kỳ đủ dài để thiết lập các đặc tính phân hủy nhiệt của dụng cụ đo nhiệt lượng. Thông thường cần từ 10 min đến 20 min.

8.1.7  Vẽ đồ thị các giá trị nhiệt độ theo thời gian trước và sau chiếu xạ.

8.1.8  Ngoại suy các đường cong trước và sau chiếu xạ đến điểm giữa của thời gian chiếu xạ. Hai giá trị nhiệt độ thu được từ phép ngoại suy được sử dụng là nhiệt độ trước chiếu xạ (T₁) và sau chiếu xạ (T₂) phản ánh việc tăng nhiệt độ là do liều hấp thụ. Ví dụ về dữ liệu thu được bằng kỹ thuật đo này được nêu trong hình 4.

CHÚ THÍCH: ∆T là sự tăng nhiệt độ tính được bằng phép ngoại suy và dùng cho phép tính liều (xem 8.1.9). Không nối các dây điện trong suốt quá trình chiếu xạ.

Hình 4 - Ví dụ về phép đo nhiệt độ của đĩa đo nhiệt lượng dùng graphit trước và sau chiếu xạ [7]

8.1.9  Dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ, T₂ - T₁, xác định liều hấp thụ trung bình trong thân đo nhiệt lượng từ đường chuẩn được thiết lập trong Điều 7.

8.1.10  Quy trình ngoại suy từ 8.1.6 đến 8.1.8 có thể không cần đến khi các điều kiện chiếu xạ được tái lặp tốt. Chì cần thực hiện một phép đo nhiệt độ trước chiếu xạ và một phép đo nhiệt độ sau chiếu xạ sau là đủ và ghi lại chênh lệch nhiệt độ ở thời điểm chiếu xạ bằng cách sử dụng hệ số hiệu chuẩn thu được trong suốt quá trình thiết lập các quy trình chiếu xạ [4], [5], [7], [8]. Cần quy định thời điểm đo.

8.1.11  Người sử dụng có thể xây dựng phần mềm để tính liều, khi đo bằng hệ đo liều nhiệt lượng. Các nhà cung cấp thường đưa ra các phần mềm này. Ví dụ: CALDOSE có được từ Phòng thử nghiệm Chuẩn liều cao RisØ (Đan Mạch).

8.2  Phép đo liên tục: Có thể đo nhiệt độ của thân đo nhiệt lượng trong suốt quá trình chiếu xạ vì dụng cụ đo nhiệt lượng được vận chuyển qua vùng chiếu xạ trên băng chuyền có dây đo được kết nối. Tốt nhất là dùng phép đo bốn dây (xem 6.7.1) để giảm độ không đảm bảo đo.

8.3  Chiếu xạ tĩnh: Các dụng cụ đo nhiệt lượng được mô tả trong tiêu chuẩn này cũng có thể được sử dụng trong cấu hình tĩnh thay vì được vận chuyển trên hệ thống băng chuyền qua chùm tia điện tử. Trong quá trình bố trí này chùm tia có thể đồng nhất (xem 8.3.2) trên vùng thân đo nhiệt lượng bằng cách sử dụng các lá phân tán bằng kim loại hoặc trường quét. Kiểm soát giai đoạn chiếu xạ từ khi bật và tắt chùm tia điện tử.

8.3.1  Phép đo nhiệt độ của dụng cụ đo nhiệt lượng trong cấu hình tĩnh có thể được tiến hành liên tục trước, trong và sau chiếu xạ, tốt hơn là chỉ đo trước và sau chiếu xạ như mô tả trong 8.1.

8.3.2  Khi tắt chùm tia điện tử, đặt dụng cụ đo nhiệt lượng trên trục trùm tia ở khoảng cách thích hợp với cửa sổ đi ra của chùm tia sao cho mặt nghiêng của chùm tia phải đồng nhất trong khoảng ± 2 % ngang qua đường kính thân đo nhiệt lượng. Cần phải đo được mặt nghiêng của chùm tia và nếu nó thay đổi nhiều hơn ± 2 % ngang qua dụng cụ đo nhiệt lượng thì tiến hành hiệu chỉnh độ không đồng nhất. Trong phép đo liên tục dùng các dây nối dài, nếu hệ thống đo nhiệt độ được đặt ngoài vùng chiếu xạ thì cần sử dụng kỹ thuật đo bốn dây.

8.3.3  Đo nhiệt độ của thân đo nhiệt lượng theo thời gian để đảm bảo rằng tốc độ trôi ban đầu nhỏ hơn các giới hạn quy định (xem 8.1.1).

8.3.4  Trong khi nhiệt độ của thân đo nhiệt lượng được ghi lại liên tục, bật chùm tia điện tử trong thời gian chiếu xạ quy định. Sau khi ngắt chùm tia, tiếp tục ghi lại nhiệt độ trong một khoảng thời gian đủ để thiết lập các đặc tính phân hủy nhiệt của dụng cụ đo nhiệt lượng cụ thể được sử dụng. Nếu không tiến hành việc ghi dữ liệu liên tiếp, nhưng thay vào đó được ghi lại bằng thiết bị ghi điện tử không liên tục thì cần tính đến việc mất dữ liệu do khoảng thời gian giữa các lần ghi quá dài.

8.3.5  Ngoại suy thời gian theo đường cong nhiệt độ trước và sau chiếu xạ từ điểm giữa của thời gian chiếu xạ theo cùng một cách như trong 8.1.7. Liều hấp thụ trung bình trong thân đo nhiệt lượng được tính như trong 8.1.8 hoặc 8.1.9. Ví dụ về dữ liệu thu được bằng kỹ thuật đo này đưa ra trong Hình 5 [2], [5].

CHÚ THÍCH: Vùng I, II, và III là các vùng trước, trong và sau chiếu xạ tương ứng. Đường cong nhiệt độ ngoại suy theo T₀ và T_c tới điểm giữa của thời điểm chiếu xạ ở T₀' và T_c', tương ứng. ∆T = T_c' - T₀' được dùng để tính liều.

Hình 5 - Ví dụ về phép đo liên tục của đĩa đo nhiệt lượng dùng graphit [5]

9  Hiệu chuẩn các hệ đo liều khác

9.1  Liều hấp thụ đo được bằng hệ đo liều nhiệt lượng là liều trung bình trong thân đo nhiệt lượng.

9.2  Các hệ đo liều nhiệt lượng đã hiệu chuẩn có thể được sử dụng để hiệu chuẩn các hệ đo liều khác tại cùng một cơ sở chiếu xạ. Các liều kế này phải được chiếu xạ sao cho nhận được cùng liều hấp thụ trung bình, khi đặt dụng cụ đo nhiệt lượng ở độ sâu quy định trong bộ hấp thụ tương tự thân đo nhiệt lượng (xem Hình 3). Các liều kế để hiệu chuẩn phải đủ nhỏ để gắn vào bên trong phần dày nhất của bộ phận hấp thụ [1], [5].

9.3  Chiếu xạ liên tục (hoặc đồng thời) bộ phận hấp thụ và dụng cụ đo nhiệt lượng trong các điều kiện giống nhau, các liều kế được hiệu chuẩn được chiếu xạ từ các liều đã được đo bằng dụng cụ đo nhiệt lượng.

9.4  Có thể thiết lập mối quan hệ giữa liều trung bình trong thân đo nhiệt lượng và liều được phân bố đến liều kế được hiệu chuẩn, nếu sự phân bố liều qua thân đo nhiệt lượng và liều kế được hiệu chuẩn là nhỏ. Sự phân bố liều này có thể đo được bằng cách chiếu xạ bộ phận hấp thụ nhiệt lượng giả chứa liều kế màng mỏng đã hiệu chuẩn được đặt ở góc trực tiếp với chùm tia và phân tích màng mỏng bằng cách đo mật độ quét [7], [14]. Nếu liều kế đã hiệu chuẩn không nhỏ so với lượng chất hấp thụ của dụng cụ đo nhiệt lượng thì liều trung bình được phân phối đến liều kế phải tương quan với liều trung bình được phân phối đến chất hấp thụ bằng cách đo sự phân bố liều trong cả liều kế và dụng cụ đo nhiệt lượng.

9.5  Cần phải xác định nhiệt độ trung bình của các liều kế trong suốt quá trình chiếu xạ để hiệu chuẩn [5]. Điều này là cần thiết nếu có hiệu chỉnh nhiệt độ.

10  Lập văn bản tài liệu

10.1  Đối với phép hiệu chuẩn và ứng dụng hệ đo liều nhiệt lượng, lưu hồ sơ hoặc viện dẫn dữ liệu hiệu chuẩn của bộ cảm ứng nhiệt độ và dữ liệu hiệu chuẩn đối với các hệ đo liều nhiệt lượng. Ghi lại tổng liều tích lũy của dụng cụ đo nhiệt lượng. Xem 5.3.

10.2  Lưu hồ sơ hoặc viện dẫn ngày chiếu xạ, dữ liệu nhiệt độ và thời gian chiếu xạ, thiết bị phân tích, liều thể hiện trên dữ liệu đo nhiệt lượng, các đặc tính của chùm tia điện tử và các thông số vận hành của máy gia tốc.

11  Độ không đảm bảo đo

11.1  Tất cả các phép đo liều cần kèm theo phép đánh giá độ không đảm bảo đo. Các quy trình thích hợp được nêu trong ISO/ASTM 51707 [xem thêm TCVN 9595-3:2015 [ISO/IEC Guide 98-3:2008 (GUM:1995)].

11.2  Tất cả các thành phần độ không đảm bảo đo cần bao gồm cả đánh giá, gồm sự tăng từ việc hiệu chuẩn, độ tái lập của liều kế, độ tái lập của thiết bị và hiệu ứng của các đại lượng ảnh hưởng. Các phép phân tích định lượng đầy đủ của các thành phần độ không đảm bảo được xem là bảng thành phần độ không đảm bảo đo và thường được thể hiện ở dạng bảng. Thông thường, bảng thành phần độ không đảm bảo đo sẽ xác định được tất cả các thành phần quan trọng của độ không đảm bảo đo, cùng với các phương pháp đánh giá, phân bố thống kê và kích thước của chúng

11.3  Việc đánh giá độ không đảm bảo đo có thể đạt được bằng phép đo sử dụng hệ đo liều thường xuyên làm dụng cụ đo nhiệt lượng thưởng là 4 % (k = 2) tương ứng xấp xỉ với độ tin cậy 95 % đối với các dữ liệu được phân bố thông thường. Bảng 2 [9] đưa ra các ví dụ về các thành phần của độ không đảm bảo đo đối với hệ thống đo nhiệt lượng cụ thể. Các giá trị trong bảng này không đánh giá được sự đại diện cho hệ thống đo nhiệt lượng khác hoặc các loại khác và chỉ có mục đích minh họa.

Bảng 2 - Độ không đảm bảo đo của hệ đo liều nhiệt lượng dùng polystyren thường xuyên từ phòng thử nghiệm chuẩn liều cao RisØ (tính bằng phần trăm, ở k = 2) [9]

CHÚ THÍCH: Ở liều cao hơn 10 kGy, (2) và (3) được giảm đến 0,2 %.

Phụ lục A

(Tham khảo)

A1  Các ví dụ về việc đánh giá xác nhận hiệu chuẩn hệ đo liều nhiệt lượng

A1.1  Quá trình chiếu xạ dụng cụ đo nhiệt lượng và hệ đo liều truyền chuẩn ở máy gia tốc điện tử dùng để đánh giá xác nhận hiệu chuẩn

A1.2  Dụng cụ đo nhiệt lượng: Dụng cụ đo nhiệt lượng 10 MeV của RisØ HDRL (xem Hình 1).

A1.3  Liều kế tham chiếu: Các viên analine trong các cột của RisØ HDRL. Liều kế tham chiếu analine được chiếu xạ trong các phantom chuẩn (xem Hình 3).

A1.4  Cấu hình chiếu xạ: chiếu xạ băng chuyền, trong các khay.

A1.5  Tính liều dùng để đo nhiệt lượng:

Trong đó:

T_a = 0,05 °C

C₁ = 1,055

C₂ = 0,0108

k = 1,000

A1.6  Các kết quả về phép đo liều analine và nhiệt lượng nêu trong Bảng A1.1.

Bảng A1.1 - Các kết quả về phép đo liều analine và nhiệt lượng

A1.7  Các kết quả cho thấy sự phù hợp giữa các liều đo được với các liều kế tham chiếu analine và dụng cụ đo nhiệt lượng có chênh lệch tối đa 1,6 %. Kết quả của việc đánh giá xác nhận hiệu chuẩn được chấp nhận.

A2  Các nhà cung cấp hệ đo liều nhiệt lượng

A2.1  Các nhà cung cấp hệ đo liều nhiệt lượng được liệt kê dưới đây. Các nhà cung cấp này cũng đưa ra công thức tính liều:

A2.1.1  Phòng thử nghiệm chuẩn liều cao RisØ, Trung tâm nghiên cứu hạt nhân, Trường Đại học Công nghệ Đan Mạch, DK 4000 Roskilde, Đan mạch.

A2.1.2  Hiệp hội GEX, 7330 S. Alton Way, Suite 12-I, Centennial CO 80112, Mỹ.

A2.1.3  Có thể tham khảo các nhà cung cấp này, nhưng tiêu chuẩn này không ấn định phải sử dụng các nhà cung cấp nêu trên.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] McLaughlin, W. L., Boyd, A, W., Chadwick, K.A., McDonald, J. C., and Miller, A., Dosimetry for Radiation Processing. Taylor and Francis, London. 1989.

[2] Burns. D. T., and Morris, W. T., "Recent Developments in Graphite and Water Calorimeters for Electron Beam Dosimetry at NPL,” NRC Workshop on Water Calorimetry, NRC Report 29637, National Research Council, Ottawa, Canada, 1988, p. 25.

[3] Miller. A., "Dosimetry for Electron Beam Applications," RisØ-M-2401, RisØ National Laboratory. DK-4000 Roskilde. Denmark, 1983.

[4] Miller, A., and Kovacs, A. "Calorimetry at Industrial Electron Accelerators," Applications of Accelerators in Research and Indus'try '84, Part II. Proceedings of 8th Conference, Denton, Texas. Nuclear Instruments and Methods. B10/11.1985, p. 994.

[5] Humphreys, J. C., and Mclaughlin, W. L., "Calorimetry of Electron Beams and the Calibration of Dosimeters at High Doses,” in Radiation Processing: State of the Art. Proceeding of 7th International Meeting. Noordwijkerhout. The Netherlands. 1989, Leemhorst J. G. and Miller. A., Eds., Radiation Physics and Chemistry, Vol 35. 1990, p. 744.

[6] Bums, D. T., and Morris. W. T., "A Graphite Calorimeter for Electron Beam Dosimetry." High Dose Dosimetry for Radiation Processing. IAEA, Vienna. 1991, p. 123.

[7] Miller. A., and Kovacs. A., "Calibration and Routine Dosimetry for Industrial Electron Accelerators." Proceedings of 4^th Conference on Applications of Radioisotopes and Radiation Processing in Industry, Leipzig, 1988.

[8] Miller. A., and Kovacs. A., "Application of Calorimeters for Routine and Reference Dosimetry at 4-10 MeV Industrial Electron Accelerators," Radiation Processing: State of the Art, Vol II. Proceeding of 7lh International Meeting, Noordwijkerhout. The Nethelands, 1989. Leemhors, J. G. and Miller, A., Eds., Radiation Physic and Chemistry, Vol 35.1990, p. 774.

[9] Miller. A., "A Polystyrene Calorimeter for Electron Beam Dose Measurements," Proceedings of the 9th International Meeting for Radiation Processing. Istanbul. Turkey. Sept. 12-16. 1994. Radiation Physics and Chemistry. Vol 46, No. 4-6,1995, p. 1243.

[10] Sharpe, P. H. G. and Miller, A., "Guidelines for the Calibration of Dosimeters for Use in Radiation Processing." CIRM-29, National Physical Laboratory. Teddington. UK. 2009.

[11] Skiens. W. E., "Sterilizing Radiation Effects on Selected Polymers." Radiation Physicsi, and Chemistry. Vol 15.1980, p. 47.

[12] Domen, S R., "Advances in Calorimetry for Radiation Dosimetry." The Dosimetry of Ionizing Radiation, Vol II (eds. Kase. Bjărngard and Attix, 1987, p. 425.

[13] Miller, A., Kovacs. A., and Kuntz, F, "Development of Polystyrene Calorimeter for Application at Electron Energies Down to 1.5 MeV," Rad Phys Chem., Vol 63, 2002, p. 739.

[14] Miller. A., Kovacs. A., Wieser. A., and Regulla, D. F, "Measurement with Alanine and Film Dosimeters for Industrial 10 MeV Electron Reference Dosimetry." ESR Dosimetry and Applications, Proceedings of 2nd International Symposium. Munich. 1988, Regulla, D. F., Scharmann. A., and McLaughlin. W. L., Eds., Applied Radiation and Isotopes, Vol 40, 1989, p. 967.

[15] "Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement," International Organization for Standardization, 1995. ISBN 92-67-1018-9. Availabe from The International Organization for Standardization, I rue de Varembé, Case Postale 56. CH-1211, Geneva 20, Switzerland.