Sự đa dạng về ứng dụng trong các lĩnh vực của đồng vị phóng xạ ngày càng được mở rộng đã mang lại cho con người nhiều lợi ích đáng ngạc nhiên từ nông nghiệp, khai thác mỏ, sản xuất thực phẩm, xây dựng, dầu khí, sinh học phân tử hay y học. Đồng vị phóng xạ hiện diện ở hầu hết các địa điểm hoạt động của con người với các mức bức xạ khác nhau, từ mức bình thường đến mức có thể gây nguy hiểm. Hiểu biết về các loại đồng vị phóng xạ và những tác dụng mà chúng mang lại sẽ giúp con người giải quyết hàng loạt vấn đề khó khăn, thậm chí tưởng như bất khả thi.
Đồng vị phóng xạ phát ra một trong ba loại bức xạ chủ yếu là: hạt alpha, hạt beta và tia gamma. Mỗi dạng bức xạ đó có các thuộc tính độc đáo riêng khiến nó trở thành công cụ hữu ích trong việc giải quyết các vấn đề cụ thể. Đồng vị phóng xạ trong công nghiệp hiện đại được chia thành hai loại: loại xuất hiện tự nhiên (chỉ có một số ít) và loại được sản xuất nhân tạo. Các đồng vị xuất hiện tự nhiên bao gồm: Carbon-14 dùng để đo tuổi của gỗ, vật liệu chứa carbon và nước ngầm); Chlorine-36 được sử dụng để đo nguồn clorua và tuổi của nước, lên tới 2 triệu năm; Chì-210 được sử dụng để định tuổi các lớp đất cát lên đến 80 năm.
Các loại đồng vị phóng xạ được sản xuất nhân tạo là: Cobalt-60 được sử dụng rộng rãi trong khử trùng (gamma) và chụp X-quang công nghiệp; Caesium-137 được sử dụng làm chất đánh dấu phóng xạ trong việc xác định các nguồn xói mòn và lắng đọng đất, khử trùng gamma cường độ thấp; Selenium-75 được sử dụng trong chụp ảnh phóng xạ gamma và thử nghiệm không phá hủy (NDT); Gold-198 được sử dụng để nghiên cứu sự di chuyển của nước thải và chất thải lỏng, sự di chuyển của cát trong lòng sông và đáy đại dương, theo dõi nguyên nhân gây ô nhiễm đại dương.
Phát hiện sớm và phát triển các đồng vị phóng xạ
Trong hơn một thế kỷ qua, các nhà khoa học đã dần hiểu rằng nhiều nguyên tố của trái đất tồn tại ở các cấu hình nguyên tử hoặc đồng vị khác nhau và một trong số này có đặc tính phóng xạ. Sự tồn tại của các nguyên tử hay đồng vị phóng xạ phân rã tự nhiên là chủ đề gây nhiều tranh cãi trong cộng đồng khoa học toàn cầu cho đến đầu những năm 1920, khi các thí nghiệm đoạt giải Nobel của Francis Aston về quang phổ khối và sự diễn giải lại của ông về lý thuyết nguyên tử đã hình thành nên cái được mô tả là “Mô hình nguyên tử mới”. Nghiên cứu về bản chất và đặc điểm của đồng vị phóng xạ đã đạt được một cột mốc quan trọng khác vào những năm 1930 với phát minh của Ernest Lawrence về phiên bản cải tiến của máy gia tốc hạt, được gọi là Cyclotron. Các nhà khoa học sớm phát hiện ra rằng việc bắn phá các vật liệu khác nhau bằng các chùm năng lượng cao do Cyclotron tạo ra có thể thu được đồng vị phóng xạ nhân tạo.
Máy gia tốc Cyclotron RFT-30 được chế tạo bởi Viện nghiên cứu Năng lượng nguyên tử Hàn Quốc ở Jeollabuk-do.
Các ứng dụng của đồng vị trong công nghiệp hiện đại
Các nguồn phóng xạ kín được sử dụng rộng rãi trong chụp ảnh phóng xạ công nghiệp, đo lường và phân tích khoáng sản. Vật liệu phóng xạ có vai trò chính trong việc kiểm tra các bộ phận kim loại và tính toàn vẹn của các mối hàn, sử dụng phương pháp chụp ảnh phóng xạ gamma công nghiệp để kiểm tra và tìm các khuyết tật trên các bộ phận quan trọng bên trong hệ thống sản xuất. Đồng vị phóng xạ đóng vai trò là chất đánh dấu công nghiệp để theo dõi quá trình lọc và dòng chảy của chất lỏng, xác định vị trí rò rỉ, đo độ mài mòn và theo dõi sự ăn mòn của thiết bị. Trong ngành công nghiệp dầu khí, các thiết bị sử dụng kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng để xác định phạm vi của các mỏ dầu, ghi lại các thông số hình thành, xác định biên dạng phun và xác định vị trí các vết nứt do bẻ gãy thủy lực. Chụp ảnh phóng xạ gamma cũng đã được đưa vào sử dụng thành công trong việc kiểm tra tính toàn vẹn của các công trình dân dụng quan trọng như bệnh viện, trường học, tòa nhà dân sự,…sau các thảm họa thiên nhiên như trận động đất kinh hoàng ở Nepal năm 2015. Thiết bị đo hạt nhân đặc biệt hữu ích khi xác định sự hiện diện của các chất ăn mòn, áp suất hoặc nhiệt gây khó khăn hoặc không thể sử dụng đối với các loại thiết bị đo tiếp xúc trực tiếp. Ngoài ra, các thiết bị bức xạ cũng mang lại lợi thế là không yêu cầu tiếp xúc vật lý trực tiếp với các vật liệu hoặc sản phẩm được kiểm tra.
Thiết bị chụp ảnh phóng xạ công nghiệp
Ứng dụng của công nghiệp đồng vị trong y tế
Tính khả dụng thương mại của đồng vị phóng xạ được sản xuất công nghiệp đã mang tới những thay đổi quan trọng bậc nhất trong khoa học và y sinh học, cũng như đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của sinh học phân tử. Theo Tổ chức Hạt nhân Thế giới, ước tính có khoảng 10.000 bệnh viện trên toàn thế giới sử dụng đồng vị phóng xạ như một phần trong các liệu pháp xạ trị trên cơ sở thường quy, với khoảng 90% quy trình (đại diện cho khoảng 40 triệu ca hàng năm) với mục đích chẩn đoán y tế. Các ứng dụng của vật liệu phóng xạ trong thế giới y học rất đa dạng, có lẽ ứng dụng phổ biến nhất được biết đến là chụp X-quang trong tiến hành kiểm tra y tế. Dưới biểu ngữ chụp X quang rộng hơn, cũng có nhiều lĩnh vực chuyên biệt sử dụng các đồng vị phóng xạ – bao gồm chụp cắt lớp vi tính, tim mạch, chụp nhũ ảnh và các liệu pháp y học hạt nhân trong đó một lượng chất phóng xạ an toàn được tiêm vào cơ thể.
Đồng vị phóng xạ có vô số công dụng thiết thực bao gồm việc “cứu chữa con người”. Tuy nhiên, các đặc tính nguy hiểm tiềm ẩn của chúng cũng cho thấy rằng việc sử dụng chúng phải được quy định chặt chẽ. Có những trường hợp tai nạn xảy ra và trong những tình huống như vậy, điều quan trọng là những người được giao nhiệm vụ ứng phó tại hiện trường phải có thể nhận biết và quản lý an toàn mối nguy hiểm mà họ gặp phải. Đối với bất kỳ ai làm việc trong lĩnh vực bức xạ, hiểu biết về các ứng dụng của đồng vị phóng xạ và nhiều loại môi trường mà chúng có thể có mặt sẽ là yếu tố quan trọng trong việc duy trì an toàn.
Từ khóa: Đồng vị bức xạ; chụp ảnh phóng xạ; NDT;
– CMD&DND –
