Đo lường bức xạ ion hóa là lĩnh vực kỹ thuật đặc thù, đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an toàn bức xạ, tối ưu hóa hiệu quả ứng dụng bức xạ và hạt nhân và kiểm soát chất lượng trong các quá trình công nghiệp. Để các thiết bị đo bức xạ hoạt động chính xác, mọi phép đo phải đảm bảo tính liên kết chuẩn trực tiếp hoặc gián tiếp tới các chuẩn đo lường quốc tế. Hệ thống này được tổ chức theo một cấu trúc phân tầng chặt chẽ từ các Phòng Thí nghiệm Chuẩn Đo lường Sơ cấp (PSDLs) đến mạng lưới các Phòng Chuẩn Đo liều Thứ cấp (SSDLs).
Mạng lưới SSDL toàn cầu được thiết lập từ năm 1976 bởi Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Trung tâm điều phối kỹ thuật lớn nhất của mạng lưới này là Phòng thí nghiệm Đo liều của IAEA đặt tại Seibersdorf, Áo, thuộc Bộ phận Đo liều và Vật lý Y học Bức xạ (DMRP). Phòng thí nghiệm này thực hiện hiệu chuẩn các buồng ion hóa tham chiếu cho các quốc gia thành viên và tổ chức các chương trình so sánh liên phòng chuẩn để đảm bảo sự đồng nhất đo lường trên toàn cầu.
Tại Việt Nam, hạ tầng đo lường chuẩn bức xạ được xây dựng dựa trên năng lực giữa các viện nghiên cứu hạt nhân đầu ngành dưới sự quản lý của Bộ Khoa học và Công nghệ.
Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (INST) tại Hà Nội sở hữu một phòng chuẩn SSDL có lịch sử phát triển lâu đời. INST không chỉ duy trì các trường chuẩn photon (tia X và gamma) đạt chuẩn ISO 4037 mà còn là đơn vị duy nhất tại Việt Nam vận hành thành công phòng chuẩn liều neutron chuyên sâu. Đơn vị này đóng vai trò hỗ trợ kỹ thuật quan trọng cho các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng bức xạ ở khu vực phía Bắc.
Trung tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh (CNT) vận hành Phòng thí nghiệm Hiệu chuẩn Hạt nhân (LNC) phục vụ khu vực phía Nam. Cơ sở này đã được cấp Giấy đăng ký hoạt động dịch vụ hỗ trợ ứng dụng năng lượng nguyên tử để cung cấp các dịch vụ hiệu chuẩn thiết bị đo bức xạ và chiếu liều chuẩn cho liều kế cá nhân.
Viện Nghiên cứu Hạt nhân (NRI) vận hành hệ thống chuẩn liều bức xạ gamma dựa trên các nguồn phóng xạ Cs-137, Co-60 và hệ chuẩn neutron dựa trên nguồn phát tự phát 241Am-Be, phục vụ đắc lực cho việc kiểm chuẩn thiết bị tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên.
Hoạt động kiểm định, hiệu chuẩn thiết bị bức xạ tại Việt Nam được điều chỉnh bởi hệ thống văn bản quy phạm pháp luật nhằm ngăn ngừa các rủi ro chiếu xạ ngoài ý muốn và bảo đảm tính thống nhất đo lường quốc gia. Văn bản pháp lý nền tảng điều hành hoạt động đo lường này bao gồm Luật Đo lường và Luật Năng lượng nguyên tử. Bên cạnh đó, các Thông tư chuyên ngành đóng vai trò chi tiết hóa các yêu cầu kỹ thuật. Khi vận hành các thiết bị X-quang chẩn đoán có điện áp nhỏ hơn 150kV, tủ điều khiển có thể đặt ngay trong phòng máy nhưng bắt buộc phải có chì che chắn bảo đảm suất liều tại vị trí nhân viên vận hành đứng không được vượt quá 10μSv/h. Nhân viên vận hành phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình đóng kín cửa ra vào trong suốt thời gian phát tia và chú ý các tín hiệu cảnh báo bất thường để xử lý sự cố kịp thời.
Hệ thống tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế tương đương
Để đảm bảo tính tương thích toàn cầu, các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) được xây dựng hoàn toàn tương đương với các tiêu chuẩn quốc tế ISO và ASTM. Sự liên kết này giúp kết quả đo lường và hiệu chuẩn tại Việt Nam được thừa nhận ở quy mô quốc tế.
| Số hiệu Tiêu chuẩn Quốc gia | Tiêu chuẩn Quốc tế Tương đương | Lĩnh vực Áp dụng và Vai trò Kỹ thuật |
| TCVN 7942-1:2008 [cite: 24, 25] | ISO 4037-1:1996 | An toàn bức xạ – Xác định đặc tính chùm tia X và gamma chuẩn dùng để hiệu chuẩn liều kế. |
| TCVN 12303:2018 [cite: 1] | ISO/ASTM 52628:2013 | Bảo vệ bức xạ – Thực hành đo liều trong xử lý bức xạ công nghiệp và tiệt trùng y tế. |
| TCVN 12019:2017 [cite: 23] | ISO/ASTM 51261:2013 | Thực hành hiệu chuẩn hệ đo liều thường quy sử dụng trong các cơ sở chiếu xạ công nghiệp |
| TCVN 9595-3:2013 [cite: 23] | ISO/IEC Guide 98-3:2008 (GUM) | Hướng dẫn trình bày và đánh giá độ không đảm bảo đo trong các phép đo vật lý. |
| TCVN 8232:2018 [cite: 23] | ISO/ASTM 51607:2013 | Thực hành đo liều sử dụng hệ cộng hưởng thuận từ điện tử (EPR) Alanine. |
| TCVN 8770:2018 [cite: 23] | ISO/ASTM 51631:2013 | Thực hành sử dụng hệ đo liều nhiệt lượng để hiệu chuẩn liều kế chùm electron. |
Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế phòng chuẩn bức xạ
Thiết kế một phòng chuẩn bức xạ ion hóa đòi hỏi giải quyết đồng thời hai bài toán: bảo vệ an toàn bức xạ tuyệt đối cho nhân viên vận hành và công chúng ở khu vực lân cận, đồng thời triệt tiêu các tác nhân vật lý môi trường gây nhiễu cho phép đo chuẩn.
Khi bức xạ tương tác với tường, trần và sàn phòng chuẩn, hiện tượng tán xạ ngược (backscattering) xảy ra sẽ làm thay đổi phổ năng lượng của chùm photon hoặc neutron tới đầu dò, dẫn đến sai lệch lớn trong hệ số hiệu chuẩn. Do đó, phòng chuẩn phải có kích thước đủ lớn để đưa các bề mặt tán xạ ra xa trục đo.
Phòng chuẩn liều neutron tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân là minh chứng tiêu biểu cho thiết kế chống tán xạ với kích thước hình học đạt 700cm x 700cm x 700cm. Nguồn chuẩn neutron được đặt cố định tại tâm hình học của phòng, cách đều các bức tường tối thiểu 3,5m. Thiết kế này, kết hợp với sàn lưới thép nhẹ giảm thiểu vật liệu mật độ cao dưới bệ đo, giúp hạn chế dòng neutron tán xạ phản hồi về đầu dò, đáp ứng các khuyến cáo khắt khe của tiêu chuẩn ISO. Đối với các phòng đặt thiết bị bức xạ y tế hoặc phòng chuẩn gamma, diện tích và kích thước tối thiểu một chiều được quy định cụ thể nhằm đảm bảo khoảng cách an toàn và không gian thao tác kỹ thuật. Nghị định 332/2025/ND-CP và Thông tư 59/2025/TT-BKHCN đã đưa ra các quy định bắt buộc phòng đặt thiết bị bức xạ.
Các buồng ion hóa chuẩn hở (cavity ionization chambers) hoạt động dựa trên nguyên lý thu gom các điện tích tạo ra do sự ion hóa chất khí bên trong thể tích nhạy của buồng. Do đó, sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất khí quyển sẽ làm thay đổi mật độ phân tử khí, trực tiếp ảnh hưởng đến giá trị dòng điện đo được. Độ ẩm thấp là bắt buộc để triệt tiêu dòng điện rò bề mặt (leakage current) xuất hiện trên các bộ phận cách điện của buồng ion hóa và điện kế đọc điện tích siêu nhỏ.
Thiết bị chuẩn và quy trình hiệu chuẩn thực nghiệm
Một phòng chuẩn SSDL được trang bị hệ thống nguồn phát và đầu dò tham chiếu đồng bộ để thiết lập các trường bức xạ chuẩn:
- Nguồn chuẩn Gamma: sử dụng các nguồn đồng vị phóng xạ Cs-137 (năng lượng photon 661,7keV) và Co-60 (năng lượng trung bình 1,25MeV). Các nguồn này được đặt trong bầu chứa bọc chì bảo vệ, hoạt động qua cơ cấu khí nén hoặc trục cơ khí điều khiển từ xa để đưa nguồn ra vị trí chiếu.
- Máy phát tia X chuẩn: máy phát tia X điện áp cao (lên tới 160kV hoặc 300kV) kết hợp với các bộ lọc kim loại tinh khiết để thiết lập các phổ bức xạ hẹp (Narrow Spectrum Series – ký hiệu từ N-40 đến N-120) theo tiêu chuẩn ISO 4037. Việc thiết lập các phẩm chất chùm tia này dựa trên việc xác định chiều dày hấp thụ một nửa thứ nhất (1st HVL) bằng các lá nhôm hoặc đồng tinh khiết.
- Buồng ion hóa chuẩn hở (Free-Air Ionization Chamber – FAIC): đây là thiết bị chuẩn tuyệt đối được thiết kế để đo liều kerma không khí đối với chùm tia X năng lượng thấp và trung bình, tuân thủ các thông số kỹ thuật của IAEA TRS 374 và IEC 61674.
- Nguồn chuẩn kiểm tra nhanh và các thiết bị phụ trợ: các phòng chuẩn sử dụng các bộ nguồn đĩa chuẩn (như bộ RSS3, RSS5 hoặc RSS8) chứa các đồng vị có hoạt độ từ 0,1μCi đến 5μCi với độ không đảm bảo đo hoạt độ khoảng ±20% để kiểm tra nhanh đáp ứng của các đầu dò kiểm xạ cầm tay. Các thiết bị đo khảo sát thực tế như đầu dò nhấp nháy NaI(Tl), CeBr3, hoặc các máy đo sử dụng ống đếm Geiger-Muller cũng được đưa vào phòng chuẩn để kiểm tra tính tuyến tính.
Một trong những phát hiện thực nghiệm quan trọng tại các phòng chuẩn là sự phụ thuộc năng lượng (energy dependence) cực kỳ lớn của các đầu dò đo bức xạ thương mại. Dù sử dụng cùng một nguyên lý đầu dò (ví dụ ống đếm Geiger-Muller), các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau sẽ có đặc tính đáp ứng năng lượng hoàn toàn khác biệt. Điều này đòi hỏi mỗi dòng máy phải được xác định hệ số hiệu chuẩn riêng biệt tại từng phẩm chất chùm bức xạ hẹp cụ thể.
Vận hành một hệ thống phòng chuẩn SSDL đạt chuẩn quốc tế mang lại những giá trị thực tiễn to lớn vượt ra ngoài phạm vi của các phòng thí nghiệm, tác động sâu sắc đến sự phát triển kinh tế, y tế và bảo đảm an ninh quốc gia.
Trong xạ trị ung thư, mục tiêu tối thượng là tiêu diệt tế bào ác tính bằng liều bức xạ cực cao nhưng phải bảo tồn tối đa các mô lành xung quanh. Sai lệch liều lượng toàn trình chiếu vào cơ thể bệnh nhân được quốc tế giới hạn nghiêm ngặt trong khoảng ±3,5%. Để đạt được độ chính xác lâm sàng này, các buồng ion hóa và điện kế đo liều đầu ra của máy gia tốc tại bệnh viện phải được hiệu chuẩn tại SSDL với độ không đảm bảo đo không vượt quá 2%. Việc chuyển dịch từ chuẩn hiệu chuẩn Kerma không khí sang chuẩn liều hấp thụ trong nước trực tiếp tại các SSDL theo khuyến cáo IAEA TRS 398 giúp giảm thiểu các bước hiệu chỉnh toán học trung gian, từ đó triệt tiêu đáng kể các nguồn sai số hệ thống trong quá trình lập kế hoạch điều trị. Đây là yếu tố quyết định trực tiếp đến sự thành bại của ca điều trị và chất lượng sống của bệnh nhân sau xạ trị.
Tại các cơ sở y tế, công nghiệp, và nghiên cứu có sử dụng nguồn phóng xạ, hàng vạn nhân viên phải tiếp xúc gián tiếp với bức xạ hàng ngày. Việc SSDL chiếu liều chuẩn định kỳ cho các liều kế cá nhân (TLD hoặc OSL) đeo trên người họ đảm bảo rằng hệ thống đọc liều ghi nhận chính xác từng micro-Sievert tích lũy. Điều này giúp người quản lý kịp thời phát hiện các hiện tượng rò rỉ phòng máy, ngăn chặn tình trạng nhân viên bị chiếu xạ quá liều giới hạn quy định, bảo vệ sức khỏe lâu dài cho người lao động.
Đảm bảo tiêu chuẩn xuất khẩu và thúc đẩy thương mại quốc tế
Trong công nghiệp chế biến nông sản và xuất khẩu thủy hải sản, chiếu xạ là biện pháp kiểm dịch thực vật bắt buộc để vượt qua các hàng rào kỹ thuật của các thị trường lớn như Hoa Kỳ hay Liên minh Châu Âu. Các quá trình này yêu cầu dải liều hấp thụ cực kỳ chính xác để tiêu diệt vi sinh vật gây hại mà không làm biến tính chất lượng thực phẩm.
Hệ đo liều Alanine/EPR hoặc hệ đo liều nhiệt lượng dùng tại các nhà máy chiếu xạ công nghiệp khi được hiệu chuẩn liên kết chuẩn trực tiếp với SSDL quốc gia theo chuẩn TCVN 12019 và ISO/ASTM 51261 sẽ mang lại chứng nhận liều lượng có giá trị pháp lý toàn cầu. Điều này giúp hàng hóa Việt Nam thông quan nhanh chóng, tiết kiệm chi phí thử nghiệm lại tại nước nhập khẩu.
Trong công tác bảo vệ môi trường, các thiết bị đo suất liều gamma ngoài trời hoạt động liên tục tại các trạm quan trắc quốc gia đòi hỏi độ nhạy cực cao và giới hạn phát hiện dưới 0,01μSv/h để phát hiện các biến động bất thường của phông bức xạ tự nhiên. Việc hiệu chuẩn các thiết bị này tại các phòng chuẩn như INST hay NRI bảo đảm độ tin cậy cho các bản đồ phông phóng xạ môi trường. Khi xảy ra các sự cố hạt nhân xuyên biên giới hoặc rò rỉ nguồn phóng xạ công nghiệp, dữ liệu đo đạc chuẩn xác từ các thiết bị kiểm xạ cầm tay đã hiệu chuẩn là cơ sở khoa học duy nhất để ban ứng phó sự cố quốc gia đưa ra các quyết định sơ tán dân cư hoặc thiết lập vùng cách ly an toàn.
Từ khóa: bức xạ;
– CMD –
