Phương pháp đo và sử dụng hàm tán xạ gamma để xác định đồng thời nguyên tử số hiệu dụng và nguyên tử lượng hiệu dụng của một hợp chất

Trong tự nhiên, con người biết hàng trăm nguyên tố hóa học, đó là những đơn chất. Mỗi đơn chất được xác định bằng nguyên tử số Z và nguyên tử lượng A, nhờ chúng người ta phân biệt nguyên tố nọ với nguyên tố kia. Tuy nhiên. nói như vậy cũng chưa thật chính xác đối với số A vì mỗi nguyên tố có thể có số A khác nhau do chúng có thể’ chứa các đồng vị khác nhau. Nói chung, đối với một hợp chất, người ta còn cần phân biệt chúng bằng nguyên tử số hiệu dụng
Z_eff và nguyên tử lượng hiệu dụng (A_eff).
Trong khoa học và công nghệ đã có một số
phương pháp xác định số A_hd và số Z_hd của một hợp chất như phương pháp tính toán gần đúng từ số nguyên tử của các vật liệu có thành phần đã biết, đo hệ số hấp thụ tia X, hệ số hấp thụ tia gamma, đo tiết diện hấp thụ quang điện toàn phần của tia gamma, phương pháp chụp cắt lớp dùng máy tính,
xác định số A_hd của một hợp chất có thành phần đã biết bằng phương pháp tỷ số cường độ tán xạ Rayleigh/Compton, v.v... Tuy nhiên, "Phương pháp đo và sử dụng hàm tán xạ gamma để xác định đổng thời
nguyên tử số hiệu dụng (Z_hd) và số nguyên tử lượng
hiệu dụng (A_hd) của một hợp chất gamma" chưa được đề cập tới. Ở đây có thể’ nhận xét thêm rằng tuy tán xạ Compton là một dạng của tán xạ gamma trên electron tự do, nhưng "phương pháp tỷ số cường độ
tán xạ Rayleigh/Compton" chỉ xác định được A_hd của một hợp chất có thành phần đã biết. Trong khi đó theo Sáng chế Số 15093 được cấp tại Việt nam gần đây, có thể xác định đồng thời số A_hd và số Z_hd của một chất bất kỳ từ hàm tán xạ S của một số đơn chất. Ở đây cần nói thêm rằng, thông thường hàm tán xạ S chỉ được sử dụng để’ mô tả quá trình tán xạ gamma trên các electron liên kết của các chất có số A và Z đã biết.
Nguyên lý của sáng chế là xây dựng được các dạng đường chuẩn mô tả sự phụ thuộc tổng quát giữa các đặc trưng tán xạ lần lượt với tỷ số A/Z, A và Z của các đơn chất để’ từ đó xác định hàm tán xạ S, số A_hd và số Z_hd của một hợp chất có thành phần bất kỳ (xem ví dụ trên Hình 1).
Kỹ thuật sử dụng của sáng chế là kỹ thuật thông thường đo tia gamma tán xạ từ đối tượng khảo sát bằng các thiết bị chuyên dụng như: Nguồn phóng xạ gamma, đêtectơ gamma, máy đo ghi bức xạ và phương pháp khớp hàm lý thuyết với số liệu thực
nghiệm để’ xử lý số liệu. Số A_hd và số Z_hd sau đó được xác định từ đồ thị chuẩn xây dựng từ các số liệu thực nghiệm.
Những lợi ích (hiệu quả) có thể đạt được: Việc xác định đồng thời và chính xác số A_hd và Z_hd của một hợp chất bất kỳ với độ tin cậy và độ chính xác cao cho phép đánh giá mức độ nhạy cảm của một đối tượng trong môi trường bức xạ. Chẳng hạn như liều điều trị cần biết cho một loại khối u nào đó, mức độ tạo ra liều chiếu từ các tia tán xạ của vật liệu bảo vệ bức xạ, khả năng bảo vệ bức xạ của vật liệu, khả năng làm chậm nơtron trong lĩnh vực khai thác năng lượng hạt nhân, xác định chủng loại của nhiên liệu chất nổ hiếm gặp trong quân sự, xác định chủng loại của chất ma túy, v.v...
Sáng chế No. 15093 do Cục Sở hữu Trí tuệ cấp tại Việt nam ngày 18/1/2016 về "Phương pháp đo và sử dụng hàm tán xạ gamma để xác định đồng thời nguyên tử số hiệu dụng và nguyên tử lượng hiệu dụng của một hợp chất" thuộc lĩnh vực công nghệ cao là một trong những kết quả của đề tài nghiên cứu cơ bản "Nghiên cứu quá trình tán xạ gamma nhiều lơn của photon gamma trong một số chất và vật liệu" do NAFOSTED tài trợ. Sáng chế được Cục Sở hữu Trí tuệ bảo hộ trong 20 năm.
Độc giả có thể tham khảo các phương pháp xác định số A_hd và Z_hd riêng lẻ của các tác giả khác trong phần tài liệu tham khảo dưới đây để thấy tính ưu việt của sáng chế. Ví dụ về độ chính xác và hệ số tương quan R² cao (99,5%) giữa hàm tán xạ S trong phép xác định số Z_hd của một số chất và vật liệu giới thiệu trên Hình 1.

Tài liệu tham khảo về các phương pháp xác định
khác đối với số A_hd và số Z_hd
1. F.W. Spiers. Effective atomic number and energy absorption in tissues. British J. Radiology, Vol. 19, 1946, 52-63.
2. J. Weber and Van Den Berge. The effective atomic number and calculation of composition of phantom
materials. British J. Radiology, Vol. 49, 1969, 378-383.
3. R. A. Rutherford, B. R. Pullan and I. Isherwood. X-ray energies for effective atomic number determination. Neuroradiology Volume 11, Number 1, 1976, 23-28, DOI:10.1007/BF00327254.
4. A. S. Lelyukhin, E. A. Kornev, Yu. G. Samakaev, V. V. Kan’shin and V. I. Lipatkin. Experimental determination of the effective atomic number of inclusion tissue by spectrozonal roentgenography. Biomedical Engineering, Volume 40, Number 1, 2006, 12-15, DOI: 10.1007/s10527-006-0030-x.
5. K.N.Athanassiadis. Determination of the effective atomic numbers of light composite materials. Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2009. I2MTC ’09. IEEE, 477 - 481, DOI: 10.1109/IMTC.2009.5168496.
6. G.S. Bhandal, Ishtiaq Ahmed and K. Singh. Determination of effective atomic number and electron density of some fatty acids by gamma-ray attenuation. International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part A. Applied Radiation and Isotopes, Volume 43, Issue 10, October 1992, 11851188.