Ứng dụng nguồn Cs-137 trong các nhà máy đúc thép

 Cs-137 là đồng vị phóng xạ phát chủ yếu bức xạ gamma có năng lượng 1,174MeV với chu kỳ bán hủy khoảng 30 năm. Với năng lượng cao, tia gamma phát ra từ nguồn Cs-137 có khả năng đâm xuyên lớn nên thường được sử dụng trong đo mức, hoặc xạ trị trong y tế....

Hình 1: Hình ảnh thực tế của một khuôn đúc thép.

Tại các nhà máy sản xuất phôi thép, nguồn Cs-137 được sử dụng trong các thiết bị đo mức nước thép (thép nóng ở dạng lỏng) trong các khuôn đúc thép (sau đây gọi là khuôn). Thép phôi được sản xuất bằng cách đổ nước thép vào phễu khuôn nằm trong khuôn, hệ thống làm mát bằng nước ở khuôn sẽ làm nước thép trở về trạng thái đông đặc, hệ thống cơ khí bên dưới đáy khuôn sẽ kéo thép ở dạng đặc xuống dưới (ra khỏi khuôn) trong khi nước thép tiếp tục được đổ vào khuôn. Một khuôn đúc thép có hình dạng như Hình 1. Như vậy quá trình đổ nước thép và quá trình kéo phôi thép ra khỏi khuôn được diễn ra đồng thời và liên tục (Hình 2).

Nguồn Cs-137 có vai trò gì trong dây truyền đúc thép này?

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý đo mức thép lỏng dùng nguồn Cs-137.

Khi lượng thép được rót xuống khuôn đúc lớn mà hệ thống cơ khí không kịp kéo thép đặc xuống, nước thép sẽ bị tràn khỏi miệng khuôn đúc gây đổ thép ra xung quanh. Đây là một sự cố không những gây lãng phí mà còn có thể gây tay nạn cháy nổ gây thiệt hại tới những người làm việc xung quanh cũng như những hàng hóa, thiết bị trên dây truyền, hơn thế nữa còn làm gián đoạn quá trình sản xuất vì nước thép ở trạng thái lỏng có nhiệt độ rất cao trên 1400⁰C.

Nguồn Cs-137 được đặt bên trong khuôn đúc để kiểm soát mức nước thép không thể tràn qua một mức được định trước nằm dưới miệng phễu khuôn khoảng 15cm. Khi mức nước thép vượt qua mức này, các tia gamma phát ra từ nguồn Cs-137 này chiếu vào phễu khuôn sẽ bị chặn lại toàn bộ bởi lớp nước thép trong phễu, do đó nó không thể tới được đầu dò gamma đặt phía đối diện (cũng nằm bên trong khuôn đúc), đầu dò này sẽ gửi tín hiệu tới hệ thống cơ khí kéo phôi thép bên dưới để tăng tốc độ kéo thép phôi xuống khiến cho mức nước thép tụt xuống dưới mức kiểm soát.

Nguồn Cs-137 trong thiết bị đo mức nước thép có hình dạng thế nào? Nguồn Cs-137trong thiết bị đo mức nước thép này hình trụ có kích thước rất nhỏ, đường kính vào khoảng dưới 12mm được bảo vệ cơ học trong một lớp kim loại nhẹ. Nguồn được bảo vệ chống bức xạ trong một khối kim loại hình trụ lớn với đường kính khoảng 10-12cm và dài khoảng 30-40cm (như hình bên), thường được gọi là container, đôi khi nhắc đến nguồn chính là nói đến container. Container là một kết cấu hình trụ chế tạo từ chì và thép không gỉ, chì có tác dụng ngăn tia phóng xạ bảo đảm an toàn, vỏ thép không gỉ đảm bảo độ bền chống lại các tác động bên ngoài. Bên trong nguồn là cơ cấu cơ khí lệch tâm, để có thể xoay nguồn Cs-137 ra sát bề mặt container (chế độ mở nguồn) hoặc có thể xoay nguồn Cs-137 đi vào tâm của container (chế độ khóa nguồn).

Khi nguồn ở chế độ khóa, suất liều phóng xạ ở khoảng cách 20cm khoảng dưới 100microSv/h và ở khoảng cách 2m thì suất liều ở mức an toàn cho dân chúng. Còn khi nguồn mở, suất liều tại khoảng cách 20cm trong hướng phát tia  rất cao, vào khoảng vài mSv/h, trong khi giới hạn cho người dân chỉ là 1mSv/năm (không bao gồm đóng góp liều bức xạ từ môi trường). Chiếu xạ quá liều xảy ra khi tiếp xúc lâu dài không có che chắn và ở khoảng cách ngay gần nguồn mở.

Các nguyên nhân chính gây mất an toàn:

Khi nguồn phóng xạ nằm trong khuôn đúc, suất liều lọt ra ngoài khuôn rất thấp, ở khoảng cách 2m là tương đương phông môi trường. Trong quá trình đúc thép, nhiệt độ xung quanh khuôn đúc rất cao và có nước thép lỏng rất nguy hiểm, do vậy không có người đứng ở gần khuôn đúc. Có thể nói rằng, khi khuôn đúc làm việc, nguồn Cs-137 không gây mất an toàn tới những người vận hành và những người khác.

Có hai khâu có thể gây chiếu xạ quá liều, đó là khi tháo nguồn ra khỏi khuôn và đưa nguồn vào khuôn.

Một khuôn đúc thép có thể hoạt động liên tục khoảng 10-15 ngày, sau đó phải đưa ra ngoài vị trí đổ nước thép để bảo dưỡng và vệ sinh gỉ thép, đó là lúc nguồn phóng xạ được đưa ra khỏi vị trí sử dụng. Nguồn phóng xạ sẽ được lấy ra khỏi khuôn đúc và đưa vào kho lưu giữ tạm thời trước khi tiến hành bảo dưỡng và vệ sinh khuôn đúc. Nếu nhân viên tháo nguồn ra làm sai quy trình, không khóa nguồn vào trước khi lấy ra có thể gây chiếu xạ cho nhân viên đó và những người làm việc xung quanh (ở khoảng cách dưới 2m) cả trong quá trình lấy nguồn ra và quá trình vận chuyển nguồn về kho lưu giữ.

Qúa trình lắp nguồn vào khuôn đúc cũng có thể gây chiếu xạ quá liều nếu người thực hiện không tuân thủ quy trình, thay vì đưa nguồn vào khuôn đúc rồi mới mở nguồn, người đó đã mở nguồn trước khi đưa vào khuôn.

Các yếu tố chính gây mất an ninh:

Các yếu tố chính gây mất an ninh nguồn phóng xạ Cs-137 trong nhà máy sản xuất thép nằm ở khâu quản lý hành chính trong nội bộ các nhà máy.

Như đã nói bên trên, khuôn đúc được đưa ra khỏi vị trí đúc trong chu kỳ 10-15 ngày làm việc. Khuôn được cẩu ra khỏi vị trí đúc và đưa xuống mặt đất, lúc này nhiệt độ ở khuôn đúc còn rất cao nên không thể rút nguồn ra khỏi khuôn mà phải chờ khi khuôn nguội.

Nếu cơ sở không phân công Nhân viên bức xạ (cán bộ đã được huấn luyện và cấp chứng nhận an toàn bức xạ theo quy định của Nhà nước) trông coi khuôn cẩn thận cho tới khi khuôn nguội thì có thể xảy ra mất nguồn phóng xạ.

Theo quy định, các nguồn phóng xạ phải được lưu giữ ở một kho riêng được thiết kế đảm bảo an toàn và an ninh cho nguồn phóng xạ, và đặc biệt phải được Cơ quan có thẩm quyền cấp giấy phép. Tuy nhiên, vì một số nguyên nhân như sự thiếu hiểu biết của cơ sở, hay vì lợi ích kinh tế, cơ sở có thể không xây dựng một kho lưu giữ đạt chuẩn mà lưu giữ nguồn phóng xạ cùng với các hàng hóa khác, hoặc lưu ở một nơi không đảm bảo an toàn và an ninh. Việc này là nguyên nhân chính có thể gây mất hoặc thất lạc nguồn.

Khuyến cáo đối với các cơ sở nhằm đảm bảo an toàn và an ninh

Nguồn phóng xạ Cs-137 có vai trò rất quan trọng trong dây chuyền đúc thép, tuy nhiên các cơ sở cần nâng cao ý thức quản lý cũng như tuân thủ các quy trình kỹ thuật để giảm thiểu các nguy cơ mất an toàn và an ninh.

Các cơ sở phải tổ chức cho các nhân viên làm việc với nguồn phóng xạ được huấn luyện an toàn bức xạ cơ bản, bổ nhiệm Người phụ trách an toàn để quản lý các hoạt động phóng xạ của nhà máy và xin cấp chứng chỉ nhân viên bức xạ cho người phụ trách an toàn tại Cơ quan có thẩm quyền, đồng thời xây dựng các quy trình kỹ thuật an toàn cho các khâu vận hành, tháo lắp, vận chuyển và lưu giữ nguồn.

Kho lưu giữ tạm thời các nguồn phóng xạ trong quá trình bảo dưỡng vệ sinh khuôn cần được thiết kế và xây dựng đảm bảo an toàn và an ninh, được Cơ quan có thẩm quyền thẩm định và cấp phép. Ngoài ra, Cơ sở phải xây dựng và trình kế hoạch ứng phó sự cố bức xạ tới Cơ quan có thẩm quyền xin phê duyệt.

Đối với cộng đồng bao gồm cả những người không có hiểu biết về nguồn phóng xạ, các cơ sở ngoài việc dán biểu tượng nguồn phóng xạ lên container nguồn còn phải viết lên nó cảnh báo “NGUY HIỂM - NGUỒN PHÓNG XẠ” bằng tiếng Việt để mọi người ở mọi trình độ đều nhận biết nó là nguồn phóng xạ và có những hành động tích cực khi nhìn thấy nó.

Hoàng Anh Quý.