Luận văn Tính toán phân bố liều trong thùng hàng chiếu xạ và xây dựng phần mềm xác định chế độ chiếu xạ trên thiết bị svst co -60/b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Đặng Thị Minh Huệ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ LIỀU TRONG THÙNG HÀNG CHIẾU XẠ VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHIẾU XẠ TRÊN THIẾT BỊ SVST Co -60/B Chuyên ngành : Vật lý Nguyên tử, Hạt nhân và Năng lượng cao Mã số : 604405 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC TS. TRẦN VĂN HÙNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Trần Văn Hùng, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Thành phố Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, giúp đỡ, sửa chữa và có những chỉ dẫn quý báu trong suốt quá trình thực hiện bản luận văn này. Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến bổ ích của Th.S. Cao Văn Chung, Nguyễn Anh Tuấn cũng như lãnh đạo, tập thể Phòng vận hành, Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Thành phố Hồ Chí Minh. Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã giảng dạy trong thời gian đào tạo chuyên ngành tại trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh. Xin chân thành cảm ơn Khoa Vật lý, Phòng Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tại trường. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Sở Giáo dục và Đào tạo Phú Yên, Trung tâm Kỹ thuật Tổng hợp Hướng nghiệp Sông Hinh đã tạo mọi điều kiện về thời gian trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Tác giả Đặng Thị Minh Huệ MỞ ĐẦU Công nghệ bức xạ là một bộ môn khoa học mới, nghiên cứu ứng dụng các hiệu ứng vật lý, hóa học, sinh học và một số hiệu ứng khác khi bức xạ truyền năng lượng cho vật chất. Ngày nay công nghệ bức xạ đang phát triển một cách mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng khá cao khoảng 15-20% thậm chí có nơi đến 25% như ở Việt Nam. Năm 1980 ở Việt Nam mới chỉ có một cơ sở chiếu xạ tại Hà Nội, dùng để xử lý chống nẩy mầm hành và khoai tây, năm 1999 thêm một cơ sở chiếu xạ lớn hơn ở Thành phố Hồ Chí Minh dùng để khử trùng dụng cụ y tế, đông nam dược và thực phẩm. Hiện nay ở Việt Nam đã có 6 cơ sở chiếu xạ dạng công nghiệp, trong đó có một cơ sở dùng máy gia tốc electron, 5 cơ sở dùng nguồn Co-60 và trong tương lai vào năm 2010 sẽ đưa tiếp vào vận hành một máy gia tốc electron 10MeV ở Thành phố Hồ Chí Minh. Theo nhu cầu phát triển nền kinh tế, Sở Khoa học thành phố Đà Nẵng, tỉnh Bình Thuận cũng đang có dự án xây dựng các nhà máy chiếu xạ để phục vụ nhu cầu xử lý của tỉnh và các vùng lân cận. Có thể nói, nhu cầu xử lý thực phẩm, rau quả phục vụ xuất khẩu và sản xuất, chế tạo các vật liệu mới ngày càng cao. Việc gia tăng ngày càng mạnh mẽ trong ứng dụng công nghệ bức xạ, đòi hỏi sự vận hành an toàn thiết bị, cũng như xác định liều chiếu chính xác cho từng loại đối tượng hàng là một vấn đề rất cần thiết; các đại lượng liều, liều trung bình trong sản phẩm theo các mật độ hàng hóa khác nhau cần phải được xác định. Chính vì vậy, đề tài “Tính toán phân bố liều trong thùng hàng chiếu xạ và xây dựng phần mềm xác định chế độ chiếu xạ trên thiết bị SVST Co-60/B” cũng nhằm mục đích đó. Khi tia gamma của nguồn bức xạ Co-60 (với năng lượng 1173keV và 1332 keV) đi vào vật chất cần chiếu xạ, chúng bị suy giảm và phân bố năng lượng (liều chiếu xạ) trong sản phẩm sẽ phụ thuộc vào mật độ sản phẩm chiếu xạ. Đối với thiết bị chiếu xạ SVSTCo-60/B, thùng chứa sản phẩm chiếu xạ có kích thước 48 x 48 x 85 cm ; tùy thuộc mật độ ρ (g/cm3) sản phẩm sắp xếp trong thùng hàng và liều chiếu yêu cầu của từng sản phẩm, cần phải có thời gian chiếu xạ thích hợp. Chính vì vậy, mục đích nghiên cứu của đề tài là xác định các vị trí liều Dmin, Dmax và liều trung bình trong thùng hàng chiếu xạ theo các mật độ hàng khác nhau, trên thiết bị chiếu xạ SVST Co-60/B dùng nguồn Co-60, từ đó xác định thời gian chiếu xạ cần thiết theo liều yêu cầu. Cũng trên cơ sở tính toán xác định liều cực tiểu ( Dmin ) và liều cực đại (Dmax) theo mật độ sản phẩm chiếu xạ, viết một phần mềm xác định thời gian chiếu xạ, khi biết liều cần chiếu xạ, mật độ của sản phẩm cho các nhân viên vận hành sử dụng. Xác định liều Dmin và Dmax cũng như phân bố liều trong sản phẩm rất có ý nghĩa trong thực tiễn. Với một đối tượng hàng chiếu xạ cần có một giá trị liều cực tiểu để tiêu diệt các vi sinh vật, nhưng đồng thời không nên chiếu xạ liều quá cao sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm. Các nhân viên vận hành luôn luôn cần phải biết các đại lượng này và từ đó tính toán đưa ra thời gian chiếu xạ cần thiết. Việc nghiên cứu chỉ tiến hành trên thiết bị SVST Co-60/B của Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ thành phố Hồ Chí Minh; với cấu trúc thùng hàng 48 x 48 x 85 cm chứa đầy vật chất chiếu xạ. Tuy nhiên, các kết quả tính toán và phương pháp thực hiện có thể áp dụng cho trên các thiết bị chiếu xạ dùng nguồn Co-60 khác. Từ mục tiêu của đề tài đặt ra cần phải tiến hành nghiên cứu tính toán những vấn đề sau : - Dùng chương trình MCNP(Monte Carlo N-Particle), một phần mềm nghiên cứu bức xạ đa năng dựa trên phương pháp Monte – Carlo đã được xây dựng ở phòng thí nghiệm quốc gia Los – Alamos, Mỹ để tính phân bố liều trong không gian thùng hàng chiếu xạ, từ đó xác định vị trí liều Dmin và Dmax cho các mật độ ρ (g/cm3) : 0,15 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,4 ; 0,5. - Từ tính toán phân bố liều xác định liều trung bình theo mật độ. - So sánh kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm. - Viết chương trình tính thời gian chiếu xạ khi biết mật độ ρ (hay khối lượng hàng trong thùng hàng ) cường độ nguồn và liều yêu cầu chiếu xạ. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BỨC XẠ 1.1.Nguồn chiếu xạ Cobalt 60(Co60)     10 , 13 , 15 Các máy chiếu xạ sử dụng nguồn Co60 được chế tạo và sử dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 50 do những ưu điểm nổi bật về nguồn phóng xạ và thiết bị: - Chế tạo nguồn Co60 không phức tạp và dễ dàng chế tạo các thanh nguồn với hoạt độ lớn do người ta đã có thể thiết kế và xây dựng các lò phản ứng có thông dòng mật độ neutron nhiệt cao dùng để biến Co59 thành Co60, công nghệ chế tạo và xử lý an toàn. - Nguồn Co60 dễ dàng bảo quản, không gây ô nhiễm cho môi trường do đặc tính Co60 là một kim loại (khác với Cs137 là dạng bột) và che chắn phóng xạ đơn giản nhờ nước thường hoặc bê tông. Phương tiện và kỹ thuật ngày nay cho phép vận chuyển các nguồn Co60 với hoạt độ cao cũng là một yếu tố quan trọng đảm bảo tính thương mại của nguồn loại này. - Nguồn Co60 có chu kỳ bán rã lớn (5,27 năm), khả năng xuyên sâu cao của tia gamma cho phép sử dụng chúng để chiếu xạ các hàng hóa có mật độ cao, kích thước lớn. - Do các thuộc tính khá an toàn của nguồn Co60 trong chế tạo, sử dụng, bảo quản và vận chuyển mà việc chế tạo các máy chiếu xạ, các thiết bị đảm bảo an toàn trở nên dễ dàng và có kinh tế. - Chiếu xạ sử dụng tia gamma nguồn Co60 có khả năng xử lý rất nhiều mặt hàng có hiệu quả kinh tế rất cao so với các phương pháp xử lý thông thường khác. - Việc chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng các mặt hàng thực phẩm đã được các tổ chức quốc tế như FAO, WHO và IAEA cũng như rất nhiều nước trên thế giới chấp nhận và phát triển. Các thiết bị chiếu xạ Co60 được ứng dụng để khử trùng; giảm độ nhiễm vi sinh; diệt mối, mọt, nấm, chống nẩy mầm; biến tính vật liệu và dùng cho các Nghiên cứu-Triển khai. Các sản phẩm được xử lý bởi các thiết bị này gồm: Các vật phẩm y tế như bông, băng gạc, dây truyền dịch, bơm tiêm một lần, các dụng cụ phẫu thuật, trang thiết bị dùng trong y tế, mô ghép, máu, v.v.; dược phẩm, nguyên liệu dùng trong dược phẩm, các nguyên liệu dùng trong mỹ phẩm; các vật liệu polymer, v.v.v. Trên cơ sở những dữ liệu trên đây có thể thấy rằng việc ứng dụng công nghệ chiếu xạ ở nước ta rất phù hợp với xu thế chung và cần có những bước phát triển tiếp theo, đặc biệt là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các máy chiếu xạ dùng nguồn Co60. 1.2.Tương tác của gamma với vật chất  3 Bức xạ gamma có bản chất sóng điện từ, đó là các photon năng lượng E cao hàng chục keV đến hàng chục MeV. Khi bức xạ gamma đi vào vật chất bị vật chất hấp thụ do tương tác điện từ. Tương tác của lượng tử gamma với vật chất không gây hiện tượng ion hóa trực tiếp như hạt mang điện. Tuy nhiên, khi gamma tương tác với nguyên tử, nó làm bứt electron quỹ đạo ra khỏi nguyên tử hay sinh ra các cặp electron-positron, rồi các electron này gây ion hóa môi trường. Có ba dạng tương tác cơ bản của gamma với nguyên tử là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp. 1.2.1.Hiệu ứng quang điện Khi lượng tử gamma va chạm với electron quỹ đạo của nguyên tử, gamma biến mất và năng lượng gamma được truyền toàn bộ cho electron quỹ đạo để nó bay ra khỏi nguyên tử. Electron này được gọi là quang electron. Quang electron nhận được động năng Ee bằng hiệu giữa năng lượng gamma vào E và năng lượng liên kết lk của electron trên lớp vỏ trước khi bị bứt ra Ee = E – εlk (1.1) Hiệu ứng quang điện không xảy ra đối với electron tự do vì không bảo đảm quy luật bảo toàn năng lượng và động lượng. Thực vậy, nếu hiệu ứng quang điện xảy ra trên electron tự do thì từ định luật bảo toàn năng lượng, động lượng ta có: 2 0 2 1( 1) 1 E m c   (1.2) 0 21 m cE c    (1.3) Trong đó 31 80, 9,1.10 , 3.10 /v m kg c m sc    . Từ (1.2) rút ra 2 2 2 0 1 1 1 1 E m c       (1.4) Phương trình này có hai nghiệm 0  và 1  . Giá trị 0  cho nghiệm tầm thường Ee = 0 và nghiệm 1  không có ý nghĩa vì electron có khối lượng khác không. Như vậy muốn có hiệu ứng quang điện thì electron phải liên kết trong nguyên tử. Hơn nữa muốn hiệu ứng xảy ra, năng lượng tia gamma phải lớn hơn năng lượng liên kết của electron để thỏa mãn biểu thức (1.1), nhưng không được lớn quá vì khi đó nó coi electron gần như tự do. Hình 1.1.Hieäu öùng quang điện Hiệu ứng quang điện chủ yếu xảy ra đối với electron ở lớp K và với tiết diện rất lớn đối với các nguyên tử nặng (chẳng hạn như chì) ngay cả ở vùng năng lượng cao, còn đối với các nguyên tử nhẹ (chẳng hạn cơ thể sinh hoc) hiệu ứng quang điện chỉ xuất hiện đáng kể ở vùng năng lượng thấp. 1.2.2.Hiệu ứng Compton Khi tăng năng lượng gamma đến giá trị lớn hơn nhiều so với năng lượng liên kết của các electron lớp K trong nguyên tử, thì vai trò của hiệu ứng quang điện không còn đáng kể và bắt đầu hiệu ứng Compton. Tán xạ Compton là tán xạ đàn hồi của gamma vào với các electron chủ yếu ở quỹ đạo ngoài cùng của nguyên tử. Sau tán xạ lượng tử gamma thay đổi phương bay và bị mất một phần năng lượng còn electron thì được giải phóng ra khỏi nguyên tử. Trong kết quả của hiệu ứng Compton, thay cho phôton sơ cấp với năng lượng E xuất hiện một photon bị tán xạ với năng lượng Eγ’<Eγ, còn electron trên đó xảy ra sự tán xạ gọi là electron giật lùi thì thu được động năng eE 'eE E E   (1.5) Sử dụng các định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng với giả thiết rằng electron là electron tự do ta có:     , 0 2 ' 2 0 2 1.6 1 1 1 1.7 1 m ch h c c h h m c                 Từ (1.6),(1.7) có thể chỉ ra rằng biến thiên bước sóng trong tán xạ Compton là:  ' 0 1 os (1.8)c         Hình 1.2. Hiệu ứng Compton Trong đó  và ' tương ứng là bước sóng của bức xạ sơ cấp và bức xạ tán xạ; 0 0 h m c   là một hằng số và được gọi là bước sóng Compton của điện tử ; là góc giữa P và 'P thay đổi trong khoảng từ 0 đến  Biểu thức (1.8) chỉ ra rằng bước sóng ' của bức xạ gamma bị tán xạ tăng theo góc tán xạ  , và biến thiên bước sóng  khi tán xạ xảy ra dưới một góc không đổi thì không phụ thuộc vào bước sóng  của bức xạ gamma tới. Năng lượng của lượng tử gamma bị tán xạ một góc  xác định bằng biểu thức sau: ' ' 2 0 1 1 (1 os ) E h h h c m c          (1.9) Sự giảm của năng lượng 'h và do đó của cả xung lượng 'h c  của lượng tử gamma bị tán xạ theo sự tăng của năng lượng và xung lượng electron giật lùi. Mối liên hệ giữa động năng của electron giật lùi eE và góc bay ra  của nó có thể biễu diễn bằng hệ thức sau : 2 0 2 2 2 0 0 2 (1.10)21 (1 ) e h m cE h h htg m c m c         Trong đó  là góc bay ra của electron giật lùi, thay đổi từ 0 đến 2  . Góc  liên hệ với góc tán xạ  bằng công thức: 2 0 1 cot (1.11) 21 tg gh m c    Từ (1.10) ta suy ra rằng, động năng của electron giật lùi eE thay đổi từ 0 đến axemE . Hình 1.3. Sơ đồ tán xạ gamma lên electron tự do 2 0 emax 2 0 2 E (1.12)21 h m ch h m c     Các electron giật lùi trong hiệu ứng Compton hướng chủ yếu theo phương chuyển động ban đầu của các lượng tử gamma tới. Năng lượng của lượng tử gamma này càng lớn thì sự dị hướng càng lớn. Nếu năng lượng của lượng tử gamma lớn hơn 2MeV thì đa số electron có góc bay ra nhỏ hơn 200. 1.2.3.Hiệu ứng tạo cặp electron-pozitron Khi năng lượng của các lượng tử gamma đủ cao, thì cùng với hiệu ứng quang điện và hiệu ứng Compton, có thể xảy ra dạng tương tác thứ ba của các lượng tử gamma với vật chất. Đó là sự tạo thành các cặp electron – pozitron. Nếu gamma vào có năng lượng lớn hơn hai lần năng lượng tĩnh electron 2mec2 = 1,02 MeV thì khi đi qua điện trường của hạt nhân nó sinh ra một cặp electron - pozitron. Sự biến đổi năng lượng thành khối lượng như trên phải xảy ra gần một hạt nào đó để hạt này chuyển động giật lùi giúp tổng động lượng được bảo toàn. Quá trình tạo cặp xảy ra gần hạt nhân, do động năng chuyển động giật lùi của hạt nhân rất bé nên phần năng lượng còn dư biến thành động năng của electron - pozitron. Quá trình tạo cặp cũng xảy ra gần electron nhưng xác suất rất bé. Hiệu ứng tạo cặp chỉ được xảy ra trong trường hạt nhân. Ngưỡng tạo cặp là: 22 1 1,02mmc MeV M      , với M là khối lượng hạt nhân, m là khối lượng electron Như vậy hiệu ứng tạo cặp chỉ xảy ra khi năng lượng E của gamma vào lớn hơn 1,02MeV. Hiệu số năng lượng E – 2mec2 bằng tổng động năng của electron Ee- và pozitron Ee+ bay ra. Do hai hạt này có khối lượng giống nhau nên có xác suất lớn để hai hạt có năng lượng bằng nhau Ee-= Ee+. Electron mất dần năng lượng của mình để ion hóa các nguyên tử môi trường. Pozitron mang điện tích dương nên khi gặp electron của nguyên tử, điện tích của chúng bị trung hòa, chúng hủy lẫn nhau, gọi là hiện tượng hủy electron - pozitron. Khi hủy electron - pozitron hai lượng tử gamma được sinh ra bay ngược chiều Hình 1.4. Hiệu ứng tạo cặp electron - positron nhau, mỗi lượng tử có năng lượng 0,51MeV, tức là năng lượng tổng cộng của chúng bằng tổng khối lượng của hai hạt electron và pozitron 1,02MeV. 1.3.Cơ sở hóa bức xạ      2 , 12 , 16 Ở trạng thái cơ bản, số electron quỹ đạo của nguyên tử trong phân tử là 2 hoặc 8, các electron kết cặp với nhau, hai electron trong một cặp có spin ngược chiều nhau. Khi vật chất bị gia nhiệt, chiếu với ánh sáng, năng lượng ion hóa hay tương tác với enzime thì các nguyên tử hay phân tử trong đó sẽ bị mất một hoặc vài electron hóa trị và trở thành dạng tự do. Số lượng gốc tự do được tạo thành phụ thuộc vào năng lượng, cường độ của các tác nhân gây kích thích. Phân tử nước, thành phần chủ yếu của đa số sinh vật sống, khi hấp thụ đủ năng lượng ion hóa mất một electron trở thành một gốc tự do mang điện dương. 2 2_H O Ionizing energy H O e     (1.13) Dấu “◦”chỉ sự thiếu electron. Electron tự do bên vế phải phương trình (1.13) nhanh chóng trở về vị trí cũ hay các phân tử nước khác hình thành electron Solvate hay electron Hydrate, ký hiệu se hay aqe . Phương trình được viết: 2 2_ aqH O ionizing energy H O e     (1.14) Ion dương vỡ thành gốc hydroxyl và ion hydrogen. 2H O OH H    (1.15) Các phân tử nước hấp thụ không đủ năng lượng để mất electron nhưng đạt trạng thái kích thích cũng có thể tách thành gốc hydroxyl và một nguyên tử hydro:  2H O excited OH H   (1.16) Phương trình tổng quát:      2 _ 3 , 3 , 0.4 ,aqH O ionizing energy e OH H H    (1.17) Những số trong dấu “ ( )” chỉ xác suất hình thành. Trong Lipid: 2 2LH LH e    2LH LH H   (1.18) L tượng trưng cho gốc Lipid. Tương tác với Protein: 2 2PH PH e    2PH PH H    (1.19) P là gốc protein. Những gốc tự do có hoạt tính hóa học rất mạnh, chúng tác dụng với chính nó hay các hợp chất hóa học khác ảnh hưởng đến cấu trúc tế bào của sinh vật sống, ví dụ tác dụng của protein thành protein thứ cấp. 2 2OH PH PH H O      (1.20) Cũng có thể tương tác với aromatic protein của những amino acid tạo những gốc tự do khác nhau như: 2 2OH PH HO PH    (1.21) Cấu hình phân tử của gốc tự do ban đầu phụ thuộc vào cấu hình gốc của phân tử, thành phần bị tách khỏi khi gốc tự do được hình thành phụ thuộc vào vị trí của các liên kết yếu nhất : C-H ; C-C. Một nhân tố quan trọng khác ảnh hưởng đến sự hình thành gốc tự do là sự hiện hữu của oxy phân tử, chúng tương tác như một lưỡng gốc với hai electron chưa kết cặp. Khi có mặt oxy, hầu hết gốc tự do tương tác với nó tạo thành gốc peroxy. 2LH O OOLH   (1.22) Các vận chuyển electron có thể xảy ra hình thành ion hydro và gốc tự do mang điện âm: 2P H O O O P H   (1.23) 2 2PH O P H O      (1.24) Khi gốc tự do tương tác với nhau: Nhị trùng: 2RH RH R RH    (1.25) Không tỉ lệ: RH RH HR HR    (1.26) Do tương tác với những phân tử hòa tan có tính hoạt động như nhóm sulfhydryl (-SH), glutathione (GSH ) 2RH GSH RH GS    (1.27) GS GS GSSG   (1.28) Tương tác với ascorbute trong vitamin C OORH AH HOORH A     (1.29) Một cơ thể sống là một thể thống nhất có khả năng tự điều khiển các hoạt động và bảo vệ đối với các tác nhân gây hại bên ngoài, chúng có khả năng tự phục hồi khi bị tổn thương. Khi tác nhân gây hại đủ lớn, ngoài khả năng tự phục hồi của một cơ thể sống thì nó sẽ chết đi. Đây là cơ sở của việc điều khiển giá trị năng lượng ion hóa làm tác nhân tiêu diệt vi khuẩn, ký sinh trùng trong xử lí thực phẩm và khử trùng dụng cụ ytế. Với liều lượng đủ lớn, năng lượng ion hóa có thể tiêu diệt các sinh vật từ dạng đơn bào đến phức tạp. 1.4.Hiệu ứng sinh học của bức xạ ion hóa   5 , 9 Sinh học bức xạ khảo sát tác dụng của bức xạ lên cơ thể sống và các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng sinh học thông qua việc khảo sát quá trình tương tác khi bức xạ đi vào cơ thể. Sự hiểu biết về cơ thể người cho phép trả lời hai vấn đề cơ bản khi cơ thể chịu tác dụng của bức xạ: thứ nhất các hiệu ứng sinh học của bức xạ đối với các cơ quan trong cơ thể như thế nào? Thứ hai, các chất phóng xạ xâm nhập cơ thể di chuyển trong đó và bị thải ra như thế nào? Vấn đề thứ nhất được trình bày ở đây là: Các loại tổn thương do bức xạ gây ra ở mức phân tử, mức tế bào và mức cơ thể. 1.4.1.Các hiệu ứng bức xạ ở mức phân tử 1.4.1.1.Tia bức xạ kích thích và ion hóa các nguyên tử và phân tử vật chất Các bức xạ ion hóa như tia X, tia gamma, các hạt alpha, beta và neutron đều tương tác với vật chất khi đi qua môi trường, chủ yếu gồm hai hiệu ứng là kích thích và ion hóa nguyên tử vật chất. Kích thích là quá trình mà nguyên tử hoặc phân tử khi hấp thụ năng lượng từ tia bức xạ chuyển lên một trạng thái năng lượng mới, không bền vững gọi là trạng thái kích thích. Nguyên tử hoặc phân tử ở trạng thái kích thích đó dễ dàng và nhanh chóng phát năng lượng đã hấp thụ được dưới dạng những photon, bức xạ nhiệt hay phản ứng hóa học để trở về trạng thái ban đầu trước khi tương tác với tia bức xạ. Ion hóa là quá trình mà năng lượng từ tia bức xạ làm bật electron quỹ đạo của nguyên tử hoặc phân tử ra ngoài. Nguyên tử lúc đầu trung hòa về điện nay trở thành các cặp ion: ion âm (hoặc electron bị bật ra) và ion dương (phần còn lại của nguyên tử hoặc phân tử). Một hạt tích điện khi đi qua vật chất chỉ mất một phần năng lượng của mình do ion hóa nguyên tử hay phân tử