Luận văn Tính toán, thiết kế hệ ðảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 dạng quang treo (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Tính toán, thiết kế hệ ðảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 dạng quang treo (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN PHƯỚC THẮNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ ÐẢO HÀNG MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT -60 DẠNG QUANG TREO NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06520103 S K C0 0 4 8 6 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHAN PHƯỚC THẮNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ ĐẢO HÀNG MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT -60 DẠNG QUANG TREO NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 TP.Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH KHOA HỌC: Họ và tên: PHAN PHƯỚC THẮNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1984 Nơi sinh: Tây Ninh Quê quán: Tua Hai, Đồng Khởi, Châu Thành, Tây Ninh Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 161/15/6, Đường 11, P. Linh Xuân, Q.Thủ Đức, Tp.HCM. Điện thoại cơ quan: 0838975922 – 0837240124 Di động: 01687558931 E-mail: thangspktayninh@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 08/2008 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp. Tên đồ án: Tính toán, thiết kế, chế tạo máy cắt sơ dừa dùng làm vật liệu cách âm. Ngày và nơi bảo vệ: 03/2008 tại Khoa Cơ Khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh. Giáo viên hướng dẫn: KS. Nguyễn Tất Toản. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trung tâm Nghiên cứu và Triển 2009 đến nay khai Công Nghệ Bức Xạ Nhân viên vận hành (Vinagamma) i
4. LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: Tính toán, thiết kế hệ đảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 dạng quang treo. GVHD: PGS. TS. NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH Tác giả: PHAN PHƢỚC THẮNG Tôi cam đoan luận văn tốt nghiệp này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2016 (Ký và ghi rõ họ tên) PHAN PHƢỚC THẮNG ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ rất nhiều từ nhà trường, quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS. TS. NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH, đã dành nhiều thời gian, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn Th.S Lê Minh Tuấn, Th.S Trần Khắc Ân, Th.S Cao Văn Chung, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công Nghệ Bức Xạ (Vinagamma) đã giúp đỡ và tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ và khích lệ tinh thần tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2016 (Ký và ghi rõ họ tên) PHAN PHƢỚC THẮNG iii
6. TÓM TẮT Thiết bị chiếu xạ gamma bắt đầu được ứng dụng ở Việt Nam năm 1991,với mục đích ban đầu là chiếu xạ bảo quản thực phẩm. Hiện nay, ở Việt Nam đã có 7 thiết bị chiếu xạ gamma được dùng với mục đích là chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế và thực phẩm. Tất cả các thiết bị chiếu xạ này điều nhập khẩu từ nước ngoài có giá thành khá cao. Hiện nay, nhu cầu của xã hội về việc khử trùng dụng cụ y tế và thực phẩm ngày càng cao. Do đó, Đề tài “ Tính toán, thiết kế hệ đảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 dạng quang treo” nhằm từng bước khẳng định Việt Nam có thể thiết kế và chế tạo thiết bị chiếu xạ gamma, để giảm sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài. Đề tài này giải quyết một số vấn đề sau: Tính toán và lựa chọn kích thước thùng hàng tối ưu, Thiết kế cơ khí thùng hàng, Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng dạng treo,Thiết kế cơ khí hệ đảo hàng dạng treo. Từ khóa: thiết bị chiếu xạ gamma, chiếu xạ thực phẩm, khử trùng dụng cụ y tế, iv
7. ABSTRACT Gamma irradiators began to be applied in Vietnam 1991 with its original purpose as preservation of food. So far, in Vietnam has 7 gamma irradiators are used for the purpose of irradiation fruits, vegetables, frozen sea food and other products. All irradiators were imported from foreign countries which has high price. At present, the needs of society are sterilization of health care products, irradiation of food and agriculture products is increasing. Therefore, the topic: "Calculate, design for moving systerm of hanging industrial irradiator Cobalt – 60 sources " step by step Viet Nam can design and manufacture gamma irradiator to reduce dependence on foreign technology. In this study is: Calculate and chose of tote box demension, Design tote box, Design of principles and operation of moving systerm, Design mechanical of moving systerm. Keywords: gamma irradiators, irradiation food, sterilization medical. v
8. MỤC LỤC Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt x Danh mục các hình ảnh xi Danh mục các bảng biểu xiii Chƣơng 1 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1 1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài 2 1.4. Đối tượng nghiên cứu 2 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.6. Giới hạn nghiên cứu 2 1.7. Phương pháp nghiên cứu 2 1.8. Kết cấu của đề tài 3 Chƣơng 2 4 2.1. Tổng quan 4 2.1.1. Bức xạ và bức xạ ion hóa 4 2.2. Ứng dụng bức xạ ion hóa trong chiếu xạ khử trùng – thanh trùng 5 2.2.1. Chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế: 5 2.2.2. Chiếu xạ thực phẩm (TP): 6 2.3. Thiết bị chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt 60 8 2.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 10 2.4.1. Thiết bị chiếu xạ dạng tote box SVST -Co60/B (Hungary) 10 vi
9. 2.4.2. Thiết bị chiếu xạ dạng carrier RPP/150 Cobalt - 60 (Nga) 11 2.5. Tình hình nghiên cứu trong nước 11 Chƣơng 3 13 3.1. Nguồn phóng xạ Cobalt - 60 13 3.2. Sự suy giảm của bức xạ gamma khi đi qua vật chất 15 3.2.1. Sự suy giảm của chùm gamma hẹp 15 3.2.2. Sự suy giảm bức xạ của chùm gamma rộng 15 3.3. Phân bố liều theo chiều sâu 15 3.4. Các thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ qua nguồn phóng xạ 18 3.5. Các thiết bị chiếu xạ nguồn lấn qua sản phẩm 18 3.6. Phần mềm hỗ trợ tính toán, thiết kế 19 3.6.1. Giới thiệu về chương trình tính liều MCNP [10] 19 3.6.2. Autodesk Inventor 2015 21 3.6.3. Ansys Workbench 15.0 22 Chƣơng 4 23 4.1. Các yêu cầu về thiết kế 23 4.2. Các phương án thiết kế hệ đảo hàng 23 4.2.1. Phương án 1: Đảo hàng bằng xy lanh khí nén. 23 4.2.1.1. Sơ đồ nguyên lý 23 4.2.1.2. Nguyên lý hoạt động 24 4.2.1.3. Ưu và nhược điểm 24 4.2.2. Phương án 2: Đảo hàng bằng băng tải 25 4.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý 25 4.2.2.2. Nguyên lý hoạt động 26 4.2.2.3. Ưu và nhược điểm 26 4.2.3. Phương án 3: Đảo hàng bằng con lăn 27 4.2.3.1. Sơ đồ nguyên lý 27 4.2.3.2. Nguyên lý hoạt động 27 4.2.3.3. Ưu và nhược điểm 27 vii
10. 4.3. Chọn phương án thiết kế hợp lý 28 Chƣơng 5 29 5.1. Tính toán và lựa chọn kích thước thùng hàng tối ưu 29 5.1.1. Phương án 1: Kích thước thùng hàng 450x700x1500 mm 29 5.1.2. Phương án 2: Kích thước thùng hàng 500x700x1500 mm 40 5.1.3. Phương án 3: Kích thước thùng hàng 550x700x1500 mm 46 5.2. So sánh và lựa chọn kích thước thùng hàng 52 5.3. Thiết kế thùng hàng 54 5.4. Thiết kế nguyên lý hệ đảo hàng 55 5.4.1. Sơ đồ nguyên lý 55 5.5. Tính đường kính xy lanh khí nén 55 5.6. Tính đường kính xy lanh nâng – hạ thùng hàng ( C10, C20) 56 5.7. Tính đường kính xy lanh đẩy các thùng hàng theo hàng dọc 59 5.8. Tính lực đẩy các thùng hàng theo hàng ngang ( C5, C15). 62 5.8.1. Nguyên lý hoạt động 64 5.8.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng ở chế độ chiếu xạ liên tục: 65 5.8.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng ở chế độ chiếu xạ theo mẻ: 66 5.9. Thiết kế cơ khí hệ đảo hàng. 67 5.10. Kiểm nghiệm bền các chi tiết quan trọng 71 5.10.1. Kiểm nghiệm bền thanh dẫn hướng trên. 71 5.10.2. Kiểm nghiệm bền thanh đỡ dưới 72 Chƣơng 6 74 6.1. Kết luận 74 6.2. Kiến nghị: 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 1 . 78 PHỤ LỤC 2 . 79 viii
11. DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MCX Máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 dạng quang treo TBCX Thiết bị chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 DCYT Dụng cụ y tế TP Thực phẩm EB Chiếu xạ bằng chùm tia điện tử ( Electron Beam) DUR Tỷ số đồng liều ix
12. DANH MỤC HÌNH ẢNH trang Hình 2.1: Minh họa một số bước sóng thường gặp trong đời sống. 4 Hình 2.2: Mô tả thiết bị chiếu xạ tại Nordion MSD, Canada. 9 Hình 2.3: Thiết bị chiếu xạ SVST-Co60/B tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xa (Vinagamma). 10 Hình 2.4: Thiết bị chiếu xạ nguồn Cobalt-60 RPP-150 11 Hình 2.5: Hệ đảo hàng máy chiếu xạ Vinaga1 (Nguồn: Vinagamma). 12 Hình 3.1: Thanh nguồn cobalt-60 và các môđun nguồn trong bản nguồn. 14 Hình 3.2: Biểu đồ phân rã của hạt nhân cobalt -60, cesium -137[1]. 14 Hình 3.3: Đường cong liều – độ sâu tính theo phần trăm [8]. 16 Hình 3.4: Phân bố liều – chiều sâu trong một thùng sản phẩm được 17 Hình 3.5: Phân bố liều – chiều sâu trong một thùng sản phẩm được 17 Hình 3.6: Thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ nguồn. 18 Hình 3.7: Thiết bị chiếu xạ mà sản phẩm bao phủ nguồn. 19 Hình 3.8: Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2015. 21 Hình 3.9: Phần mềm Ansys Workbench 15.0. 22 Hình 4.1: Sơ đồ đảo hàng dùng xy lanh khí nén. 24 Hình 4.2: Sơ đồ đảo hàng bằng băng tải. 25 Hình 5.1: Kích thước thùng hàng tính toán trong chương trình MCNP4C2. 30 Hình 5.2: Vị trí tính liều của thùng hàng trong chương trình MCNP4C2 30 Hình 5.3: Mô tả kích thước các dãy thùng hàng trong chương trình MCNP4C2. 31 Hình 5.4: Kích thước của thanh nguồn trong chương trình MCNP4C2 32 Hình 5.5: Kích thước bản nguồn trong tính toán. 32 Hình 5.6 Đường cong DUR và hiệu suất theo tỉ trọng ở phương án 2 53 Hình 5.7:Thùng hàng máy chiếu xạ 54 Hình 5.8: Sơ đồ nguyên lý MCX 55 Hình 5.9: Mô tả lực nâng - hạ của khung nâng. 56 Hình 5.10: Mô tả xy lanh khí nén 57 Hình 5.11: Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm dọc của hệ đảo hàng 59 Hình 5.12: Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm dọc 60 Hình 5.13: Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm ngang của hệ đảo hàng 62 Hình 5.14: Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm ngang 62 Hình 5.15: Chu trình thời gian của hệ đảo hàng 65 Hình 5.16: Thanh đỡ dưới 68 Hình 5.17: Thanh dẫn hướng trên – dưới 68 x
13. Hình 5.18: Bản vẽ khung nâng – hạ 69 Hình 5.19: Hệ đảo hàng dạng quang treo 70 Hình 5.20: Ứng suất tổng của thanh dẫn trên 71 Hình 5.21: Chuyển vị tổng của thanh dẫn 72 Hình 5.22: Ứng suất tổng của thanh đỡ dưới 72 Hình 5.23: Chuyển vị tổng của thanh đỡ dưới 73 xi
14. DANH MỤC BẢNG BIỂU trang Bảng 2.1: Bước sóng và năng lượng của sóng điện từ trong đời sống. 5 Bảng 2.2: So sánh một số phương pháp khử trùng DCYT[5]. 6 Bảng 2.3: Danh mục thực phẩm được phép chiếu xạ và các giới hạn liều hấp thụ. . 7 Bảng 3.1: So sánh đặc trưng kỹ thuật của 2 nguồn bức xạ gamma 13 Bảng 3.2: Hoạt độ, kích thước và trọng lượng của thanh nguồn C188 14 Bảng 3.3: Phương trình mô tả các mặt cơ bản trong MCNP4C2 20 Bảng 4.1: Lựa chọn phương án đảo hàng MCX 28 Bảng 5.1: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,1 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 34 Bảng 5.2: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,2 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 35 Bảng 5.3: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,3 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 36 Bảng 5.4: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,4 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 37 Bảng 5.5. Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,5 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 38 Bảng 5.6. Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,6 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 450 x 700 x 1500 mm. 39 Bảng 5.7: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,1 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500 x 700 x 1500 mm. 40 Bảng 5.8: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,2 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500x 700 x 1500 mm. 41 Bảng 5.9: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,3 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500 x 700 x 1500 mm. 42 xii
15. Bảng 5.10: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,4 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500 x 700 x 1500 mm. 43 Bảng 5.11: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,5 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500 x 700 x 1500 mm. 44 Bảng 5.12: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,6 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 500 x 700 x 1500 mm. 45 Bảng 5.13: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,1 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 46 Bảng 5.14: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,2 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 47 Bảng 5.15: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,3 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 48 Bảng 5.16: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,4 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 49 Bảng 5.17: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,5 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 50 Bảng 5.18: Số liệu đo với tỉ trọng dummy 0,6 g/cm3, hoạt độ nguồn 100 kCi, thời gian chạy máy tính (running time) 1 giờ. Kích thước thùng 550 x 700 x 1500 mm. 51 3 Bảng 5.19: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,1 g/cm 52 3 Bảng 5.20: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,2 g/cm 52 3 Bảng 5.21: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,3 g/cm 52 3 Bảng 5.22: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,4 g/cm 52 3 Bảng 5.23: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,5 g/cm 53 3 Bảng 5.24: So sánh 3 phương án với tỉ trọng dummy 0,6 g/cm 53 Bảng 5.25: Vận tốc và thời gian xy lanh đi hết hành trình 58 Bảng 5.26: Vận tốc và thời gian xy lanh đi hết hành trình 61 Bảng 5.27: Vận tốc và thời gian xy lanh đi hết hành trình 64 Bảng 5.28: Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng ở chế độ chiếu xạ liên tục. 65 Bảng 5.29: Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng ở chế độ chiếu xạ theo mẻ 66 xiii
16. Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Chiếu xạ thực phẩm có xu hướng phát triển nhanh do nhiều nước đang chấp nhận phương pháp này, trong 5 năm gần đây đã tăng trưởng rất mạnh. Trong năm 2014, lần đầu tiên Việt Nam đã xuất khẩu rau quả đạt gần 1,5 tỷ USD tăng gần 40% so với năm 2013. Trong đó số lượng trái cây xuất khẩu qua kiểm dịch thực vật đạt gần 1,5 triệu tấn bao gồm: thanh long, xoài, nhãn, Để các mặt hàng này xuất được sang các thị trường Hàn Quốc, Nhật Bản, Mỹ, EU cần phải được chiếu xạ để diệt côn trùng, ký sinh trùng gây bệnh. Theo Quyết định số 127/QĐ-TTg ngày 20/01/2011 về việc phê duyệt quy hoạch chi tiết phát triển ứng dụng bức xạ trong công nghiệp và các ngành kinh tế, kỹ thuật khác đến năm 2020 sẽ có 30 cơ sở chiếu xạ công nghiệp. Nhưng hiện nay khu vực Miền Trung, Miền Bắc, Tây Nguyên chỉ có một thiết bị chiếu xạ tại Hà Nội. Hiện nay ở Việt Nam có 07 thiết bị chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 (TBCX). Những thiết bị trên đều nhập khẩu từ nước ngoài thích hợp cho việc khử trùng dụng cụ y tế (DCYT) và thanh trùng thực phẩm (TP). Để đáp ứng nhu cầu về việc chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế, thanh trùng thực phẩm và giảm sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài. Đề tài “Tính toán, thiết kế hệ đảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 dạng quang treo” (MCX) là cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đóng góp một phương pháp đảo hàng mới cho TBCX. Đây cũng là tiền đề cho việc từng bước nội địa hóa TBCX và cải tiến các thiết bị chiếu xạ hiện có tại Việt Nam. Từng bước khẳng định Việt Nam có thể sản xuất được TBCX phục vụ nhu cầu chiếu xạ trong nước ngày càng cao, không phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài. 1
17. 1.3. Mục đích nghiên cứu của đề tài Thiết kế hệ đảo hàng MCX thích hợp cho chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế, thanh trùng thực phẩm. Tiến tới làm chủ công nghệ, đồng thời xác lập cơ sở khoa học để tiến tới việc nghiên cứu và sản xuất TBCX tại Việt Nam. 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu Hệ đảo hàng MCX phù hợp cho mục đích chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế và thanh trùng thực phẩm. 1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu Tính toán và lựa chọn phương pháp bố trí bản nguồn trong hệ đảo hàng MCX, Các tính toán về liều hấp thụ trong thùng hàng với các kích thước: 450x700x1500 mm; 500x700x1500 mm; 550x700x1500 mm, với các tỉ trọng (d) từ 0,1g/cm3 đến 0,6g/cm3 bằng phần mềm MCNP4C2, Từ kết quả tính liều hấp thụ trong các thùng hàng, lựa chọn kích thước thùng hàng thích hợp, Thiết kế cơ khí thùng hàng với kích thước đã chọn, Thiết kế nguyên lý hoạt động hệ đảo hàng và Thiết kế cơ khí và kiểm nghiệm bền hệ đảo hàng. 1.6. Giới hạn nghiên cứu Tìm hiểu nguyên lý làm việc, phương pháp bố trí bản nguồn và phân bố thùng hàng cho hệ đảo hàng MCX, Tính liều hấp thụ trong thùng hàng với các kích thước: 450x700x1500 mm; 500x700x1500 mm; 550x700x1500 mm với các tỉ trọng từ 0,1g/cm3 đến 0,6g/cm3 bằng phần mềm MCNP4C2, Thiết kế cơ khí cho thùng hàng, Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng, Thiết kế cơ khí cho hệ đảo hàng và Kiểm nghiệm bền cho hệ đảo hàng. 1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu phân tích lý thuyết và tổng hợp tài liệu: Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến hệ đảo hàng của các loại TBCX. Sau đó lựa chọn 2
18. nguyên lý làm việc phù hợp chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế và thanh trùng thực phẩm. Dùng phần mềm MCNP4C2 để tính toán, lựa chọn kích thước thùng hàng thích hợp 1.8. Kết cấu của đề tài Đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ đảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt – 60 dạng quang treo” gồm 6 chương. - Chương 1: Giới thiệu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Cơ sở lý thuyết - Chương 4: Ý tưởng và phương án thiết kế hệ đảo hàng - Chương 5: Tính toán thiết kế thùng hàng và hệ đảo hàng - Chương 6: Kết luận và kiến nghị 3
19. Chƣơng 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan 2.1.1. Bức xạ và bức xạ ion hóa Bức xạ phát ra từ một nguồn phát (như mặt trời hay máy phát bức xạ, ), ví dụ ánh sáng nhìn thấy cũng là một dạng bức xạ, nhiệt cũng là bức xạ hay những vụ nổ tại nhà máy điện nguyên tử làm hơi nước thoát ra ngoài có chứa chất phóng xạ cũng được gọi là bức xạ (bức xạ nguyên tử). Bức xạ được phân loại theo năng lượng cao hay thấp. Bức xạ có năng lượng thấp còn gọi là bức xạ không ion hóa do không có đủ năng lượng cắt đứt các liên kết hóa học, không tạo ra các ion có hoạt tính cao. Bức xạ ion hóa là bức xạ có đủ năng lượng cắt đứt các liên kết hóa học, đánh bật các điện tử ra khỏi các nguyên tử, hay tạo ra các ion có hoạt tính cao. Các nguồn bức xạ ion hóa quy mô công nghiệp[1]: - Nguồn Gamma: Phát ra từ nguồn đồng vị phóng xạ, độ xuyên sâu vào vật chất cao, phổ biến là cobalt-60 (Co-60) và cesium-137 (Cs-137). - Tia X: Có độ xuyên sâu vào vật chất cao, năng lượng của tia X được phát ra từ một máy phát tia X nên có thể bật/tắt được. - Chùm tia điện tử (EB): Có độ xuyên sâu vào vật chất thấp hơn tia gamma và tia X, được phát ra từ một máy phát nên có thể bật/tắt, thường có suất liều rất cao nên thời gian chiếu xạ rất nhanh. Hình 2.1: Minh họa một số bước sóng thường gặp trong đời sống. 4
20. Bảng 2.1: Bước sóng và năng lượng của sóng điện từ trong đời sống. Sóng Năng lƣợng E(eV) Bƣớc sóng λ (μm) Sóng Radio 10-11 λ>106 Sóng Viba 10-6 λ>103 Tia hồng ngoại 10-3 λ>0,77 Ánh sáng nhìn thấy 2 λ>0,39 Tia tử ngoại 3 λ>0,01 Tia X 102 λ>10-7 Tia Gamma 104 λ>10-8 Tia Vũ trụ E>108 1011>λ>106 Khi bức xạ ion hóa đi vào vật chất, trên đường đi qua chúng sẽ gây ra sự ion hóa vật chất và mất dần năng lượng. Đại lượng đo năng lượng bức xạ ion hóa bị vật chất hấp thụ hiện nay sử dụng là Grây (Gy). 1 Gy bằng năng lượng 1 June truyền cho 1 kg vật chất. Đơn vị cũ được sử dụng là Rad. 1 Gy = 1J/kg 1 Rad = 0,01 Gy 1 Krad = 10 Gy 1Mrad = 10 kGy Cường độ phóng xạ của nguồn cobalt-60 được đo bằng đơn vị sử dụng hiện nay là Becquerel (Bq). Đơn vị cũ được sử dụng là Curie (Ci). 1 Bq = 1 phân rã trong 1 giây 1 Ci = 3,71010 Bq = 37 GBq 1 kCi = 37 TBq 1 MCi = 37 PBq 2.2. Ứng dụng bức xạ ion hóa trong chiếu xạ khử trùng – thanh trùng 2.2.1. Chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế: Hiện nay, khử trùng DCYT thường sử dụng một số phương pháp như: hấp bằng nồi Autocalve, dùng khí Ethylene Oxide (EtO), sử dụng plasma, đốt nóng, sóng vi ba, chiếu xạ bằng EB hoặc tia gamma. Chiếu xạ khử trùng DCYT bằng EB 5
21. và tia gamma đang là phương pháp tân tiến nhất. Bảng 2.2 đưa ra những so sánh các phương pháp khử trùng DCYT hiện nay. Bảng 2.2: So sánh một số phương pháp khử trùng DCYT[5]. Chỉ tiêu so Tia Gamma EtO EB sánh Thiết kế sản Không có các hốc Không hạn chế Không hạn chế phẩm kín Hầu hết các loại Hầu hết các loại Một số ít không Vật liệu vật liệu vật liệu thích hợp Bao gói khí qua Bao gói sản Không hạn chế được hoặc đóng Không hạn chế phẩm gói lần 2 - Nồng độ EtO - Chân không Thông số qui - Áp suất Thời gian Thời gian trình xử lý - Nhiệt độ - Độ ẩm - Thời gian Độ tin cậy Rất tốt Tốt Rất tốt Thử vi sinh sau Không cần Cần Không cần khử trùng Thời gian lưu giữ trước khi Không cần Ít nhất 14 ngày Không cần dùng sản phẩm Xử lý sau khử Thông khí độc tồn Không cần Không cần trùng dư Có hiệu quả kinh Có hiệu quả kinh tế Có hiệu quả kinh Hiệu quả kinh tế khi lượng hàng khi lượng hàng xử tế khi lượng hàng tế xử lý nhiều hay ít lý nhiều hay ít xử lý nhiều Mỗi phương pháp khử trùng kể trên đều có những ưu và nhược điểm, thích hợp với từng loại sản phẩm cụ thể. Do đó, tùy vào mỗi loại sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp khử trùng thích hợp. Từ bảng so sánh trên ta thấy khử trùng bằng tia gamma có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác. Do đó, chiếu xạ khử trùng DCYT ở quy mô công nghiệp chủ yếu dùng tia gamma. 2.2.2. Chiếu xạ thực phẩm (TP): Là việc sử dụng các tia bức xạ (thường là tia Gamma, tia X hay EB) để chiếu vào thực phẩm nhằm diệt vi khuẩn, côn trùng và một số ký sinh trùng. Chiếu xạ 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4