I. MỞ ĐẦU

Nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật hạt nhân được Đảng và Nhà nước ta quan tâm từ những năm 1960, đặc biệt là đầu tư cho chuẩn bị nguồn nhân lực. Tổ chức của Ngành hạt nhân chính thức ra đời vào năm 1976 và việc hoàn thành công trình khôi phục và mở rộng Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt vào tháng 3/1984 đã tạo ra bước phát triển nhảy bậc trong lĩnh vực này.

Ngày nay kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ được ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội. Các hướng ứng dụng tiêu biểu của kỹ thuật hạt nhân có thể kể đến là: sản xuất đồng vị và điều chế dược chất phóng xạ phục vụ chẩn đoán và điều trị bệnh; sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo đạc hạt nhân như đo mức chất lỏng, đo độ dày, độ ẩm của vật liệu, v.v... trong các dây chuyền tự động hóa của các nhà máy công nghiệp; phát triển các kỹ thuật phân tích hạt nhân để tham gia vào các chương trình thăm dò, khai thác tài nguyên khoáng sản và nghiên cứu, bảo vệ môi trường; sử dụng các đồng vị tự nhiên và nhân tạo để đánh giá một số quá trình trong tự nhiên như hiện tượng bồi lấp, xói mòn; sử dụng các nguồn bức xạ cường độ cao để khử trùng các dụng cụ, chế phẩm và bảo quản thực phẩm, dược phẩm; ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp và sinh học, v.v...

Bài viết này nhằm tóm lược một số ứng dụng điển hình của kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ phục vụ chương trình phát triển kinh tế ? xã hội của nước ta trong những năm qua.

II. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ Ở NƯỚC TA

2.1. Phục vụ nhu cầu của ngành y tế

Kỹ thuật nguồn kín dùng trong xạ trị được áp dụng từ những năm 1960 tại Bệnh viện K, Hà Nội, Trung tâm ung bướu Tp. Hồ Chí Minh và một số bệnh viện quân đội. Năm 1971, 2 khoa Y học hạt nhân tại Bệnh viện Bạch mai, Hà Nội và Bệnh viện Chợ Rẫy, Tp Hồ Chí Minh được hình thành. Từ thời điểm đó, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh với một số thiết bị đơn giản như máy quét hiện hình, xạ ký thận hay các máy đo độ tập trung của iốt trong tuyến giáp. Đáng kể là từ khi Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa vào hoạt động với một trong các chức năng chủ yếu là nghiên cứu sản xuất đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu thì số lượng các Khoa Y học hạt nhân ngày càng tăng nhanh và đến nay trên 20 Khoa Y học hạt nhân được hình thành trên phạm vi toàn quốc, nhiều thiết bị hiện đại được nâng cấp và trang bị. Nếu năm 1992 cả nước ta chỉ có 01 hệ máy hiện hình Gamma Camera thì đến cuối năm 1998 số lượng máy Gamma Camera và thậm chí có cả SPECT đã lên 9 hệ. Trung bình mỗi tháng khoảng 100 bệnh nhân đối với các khoa có quy mô nhỏ và gần 1.000 bệnh nhân với các Khoa có quy mô lớn được chẩn đoán và điều trị bệnh.

Các đồng vị phóng xạ và dược chất đánh dấu cung cấp cho các Khoa Y học hạt nhân được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoặc nhập ngoại. Các loại đồng vị chính được sản xuất tại Đà Lạt là tấm áp P-32 để điều trị các bệnh ngoài da; dung dịch I-131 dưới dạng tiêm hoặc uống để chẩn đoán và điều trị bệnh bướu cổ; Tc-99m để hiện hình tìm các khối u bất thường trong não và tuyến nước bọt; các dược chất phóng xạ dưới dạng kit in-vivo đánh dấu với Tc-99m để hiện hình chẩn đoán chức năng và bệnh lý các cơ quan nội tạng của cơ thể như thận, gan, phổi, hệ tiêu hóa. Hàng năm, khoảng 150 Ci chất phóng xạ các loại được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân Đà lạt, đáp ứng khoảng 60% nhu cầu của Ngành Y tế.

2.2. Phục vụ nhu cầu của ngành công nghiệp

ứng dụng điển hình của kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp là sử dụng kỹ thuật nguồn kín để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy công nghiệp, chẳng hạn:

- Đo mức cho các bể đựng phối liệu, đo độ ẩm và mật độ của sản phẩm giấy trong các nhà máy sản xuất giấy;

- Đo mức chất lỏng trong các bể đựng phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng;

- Đo mức trong các hộp sản phẩm của các nhà máy sản xuất bia và nước giải khát;

- Đo độ dày sản phẩm của các nhà máy sản xuất vật liệu sắt thép;

- Các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí.

Ưu điểm của các hệ đo bằng phương pháp hạt nhân là không làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các hệ công nghệ, cho phép đo trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, vì đầu đo không tiếp xúc với vật liệu cần đo nên cho phép đo mức cả các dung dịch hóa chất độc hại như axít đậm đặc, v.v... Bên cạnh kỹ thuật nguồn kín, kỹ thuật nguồn hở hay đồng vị phóng xạ đánh dấu cũng được sử dụng phổ biến và mang lại hiệu quả kinh tế cao, chẳng hạn, việc tối ưu hóa quy trình và thời gian pha trộn phế liệu trong các dây chuyền của các nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy hóa chất, v.v... Trong lĩnh vực khai thác dầu khí, kỹ thuật đánh dấu phóng xạ được sử dụng để xác định mặt cắt nước bơm ép trong các giếng bơm ép, nghiên cứu hiện tượng ngập lụt trong các giếng khai thác của mỏ dầu Bạch Hổ.

2.3. Phát triển các kỹ thuật phân tích hạt nhân

Một thế mạnh mang tính đặc thù của Ngành hạt nhân là sử dụng các chùm neutron của Lò phản ứng để tiến hành phân tích hàm lượng đa nguyên tố với độ chính xác cao. Kỹ thuật kích hoạt nơtron và các kỹ thuật phân tích hỗ trợ khác được sử dụng có hiệu quả kể từ ngày đưa Lò phản ứng Đà Lạt vào hoạt động, đó là các kỹ thuật kích hoạt neutron dụng cụ (INAA), kích hoạt neutron có xử lý hóa (RNAA), kích hoạt neutron gamma tức thời (PGNAA), huỳnh quang tia X (XRFA). Các kỹ thuật cực phổ, sắc ký lỏng cao áp, đo quang phổ vùng khả kiến và tử ngoại, quang kế ngọn lửa, v.v... cũng được phát triển trong ngành hạt nhân nhằm bổ trợ về phương pháp và đối tượng để mở rộng khả năng dịch vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, nhiều quy trình phân tích ổn định cho các đối tượng khác nhau đã được xây dựng, cho phép triển khai các dịch vụ phân tích cho ngành địa chất để định lượng nguyên tố trong các mẫu thăm dò và khai thác; cho ngành dầu khí để xác định thành phần các nguyên tố vi lượng trong các giếng khoan nhằm xác định nguồn gốc của các mỏ dầu; cho ngành nông nghiệp và sinh học để xác định quá trình trao đổi chất và hấp thụ nguyên tố của các loại cây trồng; phân tích cho các đối tượng môi trường để đánh giá mức độ nhiễm bẩn môi trường khí và biển. Ngoài ra, phân tích để phục vụ công tác kiểm định hàng hóa, sản phẩm cũng là một trong các hướng có ý nghĩa thực tế. Trung bình mỗi năm trên 3.000 mẫu các loại với trên 30.000 chỉ tiêu khác nhau được phân tích nhờ kỹ thuật hạt nhân.

2.4. Nghiên cứu các quá trình trong tự nhiên

Sử dụng đồng vị phóng xạ môi trường kết hợp với kỹ thuật đánh dấu phóng xạ để nghiên cứu diễn biến nhiều quá trình như sa bồi, bào mòn, trầm tích, rò rỉ, v.v... Các lĩnh vực và đối tượng được nghiên cứu và ứng dụng có thể kể đến như xác định quá trình di chuyển của sa bồi lớp đáy tại các cửa cảng, lòng sông với các thông tin quan trọng được biết là hướng, tốc độ và độ dày lớp sa bồi di chuyển nhằm giúp cho các nhà quản lý thực hiện việc duy tu, nạo vét hợp lý, mang lại hiệu quả kinh tế cao; đánh giá tốc độ và nguồn gốc bồi lấp của các lòng hồ; xác định vị trí và tốc độ rò rỉ của các hồ chứa nước và các đập thủy điện; xác định các nguồn nước ngầm và nghiên cứu đánh giá khả năng nhiễm bẩn các nguồn nước sinh hoạt v.v... Kết hợp với các thông tin về thủy văn và địa chất, các kết quả nghiên cứu của ngành hạt nhân cung cấp cho các nhà quản lý ngành nông nghiệp, thủy lợi các số liệu điều tra quan trọng và mang ý nghĩa thực tế cao.

2.5. Nghiên cứu và bảo vệ môi trường

Nghiên cứu phóng xạ môi trường và ô nhiễm môi trường sử dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân và liên quan cho phép theo dõi biến động của phông phóng xạ và tình hình ô nhiễm môi trường không khí đã được tiến hành trong nhiều năm qua ở một số khu công nghiệp và thành phố lớn như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh và thành phố Đà Lạt. Ứng dụng các kỹ thuật hạt nhân để nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển cũng đang được tiến hành. Ngoài ra, các nghiên cứu khảo sát nồng độ các nhân phóng xạ nhân tạo sinh ra do các vụ thử vũ khí và sự cố hạt nhân trên thế giới ảnh hưởng đến Việt Nam cũng được thực hiện trong thời gian qua, đã cung cấp bộ số liệu nền về hoạt độ Cs-137 trên toàn lãnh thổ nước ta.

2.6. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong khử trùng, bảo quản và biến tính vật liệu

Lĩnh vực khoa học về công nghệ bức xạ nhằm các mục đích khử trùng, biến tính vật liệu, bảo quản thực phẩm và nông sản, cải tạo sinh khối, chế tạo một số chế phẩm bằng bức xạ như chất mang vacxin, màng chữa bỏng, chất kích thích tăng trưởng thực vật, chế phẩm phòng chống nấm thực vật, v.v... được nghiên cứu và triển khai khá thành công trong gần 20 năm qua. ứng dụng kỹ thuật hạt nhân cho các mục đích trên đưa lại hiệu quả kinh tế cao, an toàn môi trường. Thiết bị chính phục vụ cho lĩnh vực nghiên cứu này là các nguồn gamma Co-60 cường độ cao. Nguồn Co-60 với hoạt độ ban đầu 16.5 kCi được lắp đặt tại Đà Lạt vào năm 1981 đã mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ ở Việt Nam. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, một nguồn quy mô bán công nghiệp với hoạt độ 110 kCi dùng cho mục đích bảo quản nông sản thực phẩm được lắp đặt tại Hà Nội vào năm 1989; nguồn quy mô công nghiệp đầu tiên với hoạt độ 400 kCi dùng cho khử trùng các dụng cụ và sản phẩm của ngành y tế và các ngành khác được lắp đặt và đưa vào hoạt động tại Tp Hồ Chí Minh từ tháng 2/1999.

Kỹ thuật chiếu xạ liều cao để cắt mạch các polymer tự nhiên và các oligo để tạo ra các chế phẩm mới là một hướng ứng dụng tiên tiến của công nghệ bức xạ. Chế phẩm kích thích tăng trưởng thực vật từ alginat rong biển được chế tạo và đang triển khai thử nghiệm diện rộng trên phạm vi cả nước với diện tích hàng trăm hecta các loại cây rau quả, lương thực và cho năng suất tăng từ 15 - 30% so với đối chứng. Màng chữa bỏng từ PVP và chitosan vỏ tôm cua được sản xuất và đang thử nghiệm lâm sàng tại một số bệnh viện cho kết quả tốt. Các chế phẩm phòng chống nấm cũng được nghiên cứu và sản xuất. Ngoài ra các chế phẩm ống nhựa chịu nhiệt chất lượng cao, kính thủy tinh màu, v.v... được sản xuất nhờ kỹ thuật hạt nhân được người sử dụng ưa chuộng.

Dùng bức xạ neutron từ Lò phản ứng Đà Lạt để chiếu xạ silic dùng trong công nghiệp chế tạo linh kiện điện tử, chiếu xạ làm lệch mạng tinh thể để tạo màu đá quý và bán quý như Topaz, Saphire là những hướng ứng dụng mang hiệu quả kinh tế cao.

Kỹ thuật sơn phủ bề mặt giấy và gỗ bằng bức xạ tia cực tím (UV) được nghiên cứu và triển khai thành công. Mỗi năm, hàng chục ngàn m2 các loại bao bì giấy được phủ láng bằng thiết bị UV. Hướng ứng dụng này đang được nhiều khách hàng quan tâm.

2.7. Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nông nghiệp và sinh học

Nghiên cứu sinh học phóng xạ sử dụng bức xạ gamma kết hợp với những tác nhân khác để cải tạo giống cây trồng, sử dụng đồng vị đánh dấu để nghiên cứu các quá trình sinh học, đặc biệt là vấn đề dinh dưỡng cây, con được ngành hạt nhân thực hiện từ nhiều năm qua. Các nghiên cứu chiếu xạ một số giống cây (ngô, khoai, lúa, một số loài hoa, dâu tằm, v.v...) ở liều kích thích hoặc đột biến để tạo giống có năng suất cao hơn hoặc thích hợp hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt, nghiên cứu quy trình nhân giống vô tính in-vitro, nuôi cấy tế bào một số loài hoa, cây đặc sản và cây rừng quý hiếm, v.v... cũng được tiến hành.

Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong nghiên cứu công nghệ nấm là một hướng đang được Ngành hạt nhân quan tâm. Từ các kết quả nghiên cứu, cho phép tuyển chọn, nuôi trồng và chuyển giao công nghệ trồng các loại nấm quý như nấm Linh chi, nấm Bào ngư, v.v... cho nông dân nhằm tận thu nguồn phụ phế liệu xơ - sợi nông nghiệp. Ngoài ra, sử dụng kỹ thuật hạt nhân để xử lý các chất thải nông nghiệp, tận thu để làm thức ăn cho động vật cũng được các cán bộ của ngành hạt nhân quan tâm và thực hiện.

2.8. Dịch vụ đo liều bức xạ

Nghiên cứu kỹ thuật đo liều bức xạ, sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học nhằm kiểm soát và định lượng các loại bức xạ khác nhau như gamma, beta, neutron và bức xạ hỗn hợp. Hiện nay các cơ sở của ngành hạt nhân có khả năng sản xuất các liều kế cá nhân dùng kỹ thuật nhiệt phát quang để theo dõi liều chiếu cho hàng trăm cán bộ trong Ngành và hàng ngàn cán bộ của các cơ sở y tế, công nghiệp có tiếp xúc với phóng xạ. Kỹ thuật định liều chiếu trong bằng phân tích các nhân phóng xạ phát gamma có trong thành phần của nước tiểu người đã được xây dựng thành công cho phép triển khai diện rộng. Nghiên cứu sai hình nhiễm sắc thể của tế bào lympho máu ngoại vi cũng được tiến hành trong nhiều năm qua cho một số cán bộ của ngành hạt nhân và đang được triển khai nghiên cứu đối với một số đối tượng dân cư khác nhau trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng nhằm đánh giá sự ảnh hưởng của các loại hóa chất dùng trong nông nghiệp đến sức khỏe của dân chúng.

Dịch vụ an toàn bức xạ đang là một trong các hướng phục vụ xã hội thiết thực, đặc biệt kể từ khi ban hành Nghị định 50/NĐ-CP ngày 16/7/1998 về hướng dẫn chi tiết thi hành Pháp lệnh An toàn và kiểm soát bức xạ 50L/CTN do Chủ tịch nước phê chuẩn ngày 3/7/1996.

2.9. Thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử hạt nhân

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các thiết bị hạt nhân phục vụ cho các hoạt động của ngành cũng như các khoa y học hạt nhân, các cơ sở công nghiệp và các lĩnh vực nghiên cứu khác là một trong các hướng triển khai thành công trong ngành hạt nhân nhằm tạo điều kiện cho các ngành hình thành và phát triển việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ, góp phần mở rộng nhu cầu thị trường hạt nhân trong nước. Chẳng hạn, nhiều khoa y học hạt nhân được trang bị các thiết bị đo đếm và phân tích hạt nhân như hệ đo độ tập trung của iốt, xạ ký thận, đo suất liều, v.v...; để phục vụ nhu cầu phân tích đánh giá chất lượng vàng, nhiều hệ phân tích huỳnh quang tia X được chế tạo và chuyển giao cho các cơ sở có nhu cầu; cải tiến thiết bị hiện hình scanner trên cơ sở ghép nối với máy vi tính để hiện đại hóa việc chẩn đoán bệnh cho khoa y học hạt nhân; chế tạo các interface đa chức năng để xây dựng các hệ phổ kế hạt nhân trên máy vi tính phục vụ nghiên cứu và dịch vụ phân tích, v.v...

Nghiên cứu thiết kế, xây dựng các hệ đo trong công nghiệp bằng kỹ thuật hạt nhân như đo mức chất lỏng trong các bình kín của dây chuyền sản xuất bia, trong các bình trộn phối liệu của các nhà máy công nghiệp, v.v... cũng đang được phát triển tại các cơ sở trong ngành hạt nhân. Bên cạnh đó kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu cũng là một trong các hướng đặc thù của ngành hạt nhân mà trong nhiều trường hợp không có phương pháp khác thay thế, chẳng hạn sử dụng phương pháp bức xạ truyền qua để chụp kiểm tra chất lượng mối hàn các đường ống kim loại trong các nhà máy, kiểm tra đánh giá tình trạng bên trong của các tháp chưng cất và tháp hấp thụ với đường kính đến 4 m và chiều cao đến 30 m trong công nghiệp hóa chất, kiểm tra chất lượng các cọc nhồi của các công trình xây dựng; sử dụng phương pháp bức xạ tán xạ ngược để xác định chất lượng của các công trình đường giao thông, đo mật độ của vật liệu, v.v...

2.10. Phát triển năng lượng hạt nhân phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Chính sách phát triển năng lượng bền vững được Đảng và Nhà nước ta quan tâm mà nội dung cơ bản là đa dạng hóa các nguồn năng lượng có tính đến việc bảo tồn phát triển tài nguyên và bảo vệ môi trường. Nhận thức rõ vai trò của điện hạt nhân trong chính sách phát triển năng lượng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, ngành hạt nhân được giao nhiệm vụ tham gia "Nghiên cứu xây dựng nhà máy điện nguyên tử trong quy hoạch dài hạn". Cùng với các kết quả đã thu được từ các đề tài nghiên cứu giai đoạn 1981-1985, 1991-1995 và các dự án của Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế, đề án phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam được nghiên cứu xây dựng nhằm làm rõ các nội dung: sự cần thiết phải có điện hạt nhân ở Việt Nam; khả năng phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam; vai trò của điện hạt nhân trong chính sách phát triển năng lượng bền vững, trong tăng cường tiềm lực quốc gia và góp phần cải thiện đời sống nhân dân.

Từ việc phân tích một cách khách quan xu thế hiện nay của thế giới và khu vực đối với việc phát triển điện hạt nhân; từ việc xem xét trên các quan điểm về nhu cầu, về an ninh năng lượng và về phát triển tiềm lực của đất nước; từ việc đánh giá tính khả thi của chương trình điện hạt nhân dựa trên các cơ sở về giá thành và đầu tư, về an toàn và xử lý thải, về cơ sở hạ tầng và nhân lực, về địa điểm xây dựng nhà máy; v.v... có thể khẳng định rằng Việt Nam hoàn toàn có đủ điều kiện để thực thi Chương trình phát triển điện hạt nhân trong những năm đầu của thế kỷ 21.

III. KẾT LUẬN

Kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng vì mục đích hòa bình của Năng lượng nguyên tử của nhiều nước, trong đó có nước ta, bởi lẽ các ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân không những đóng góp có ý nghĩa vào chương trình phát triển kinh tế - xã hội mà còn góp phần chuẩn bị nhân lực và mở rộng khả năng chấp nhận của dân chúng đối với Chương trình điện hạt nhân trong tương lai.

Sau hơn 20 năm hình thành và phát triển, ngành hạt nhân nước ta đang phấn đấu để bước sang một giai đoạn mới, giai đoạn trưởng thành. Hiện nay ngành đang có nhiều thuận lợi cơ bản, đó là các viện và trung tâm trong ngành đã tích lũy được cơ sở vật chất kỹ thuật tương đối toàn diện và hiện đại, có đội ngũ cán bộ đáp ứng được công tác quản lý, vận hành thiết bị, nghiên cứu khoa học và triển khai kỹ thuật hạt nhân; ngành luôn nhận được sự quan tâm của các cấp lãnh đạo Đảng, Nhà nước; quan hệ hợp tác và uy tín của ngành với các cơ quan trong và ngoài nước ngày càng được mở rộng và nâng cao. Bên cạnh đó, Nghị quyết Trung ương 2 (khóa VIII) về "Định hướng chiến lược phát triển KH-CN trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa" ra đời tạo điều kiện cho các cơ quan khoa học nói chung và ngành hạt nhân nói riêng có thêm nhiều điều kiện để thực thi những nhiệm vụ chính trị của mình.

Với khả năng và tiềm lực hiện có, với nhu cầu của đất nước và thị trường khu vực đối với khoa học kỹ thuật hạt nhân ngày càng phát triển, hy vọng rằng trong tương lai ngành hạt nhân nước ta có thể đóng góp ngày càng hữu hiệu hơn vào việc đáp ứng các nhu cầu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân của xã hội, đóng góp thiết thực vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

PTS. NGUYỄN NHỊ ĐIỀN  
Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt