Liều kế nhiệt phát quang TLD là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ưu nhược điểm

Liều kế nhiệt phát quang (TLD) là loại liều kế cá nhân được dùng phổ biến và lâu đời nhất ở Việt Nam. Bài viết giải thích TLD hoạt động thế nào, bên trong có gì, được đọc ra sao và điểm mạnh, điểm yếu của nó.

TLD là gì?

TLD (Thermoluminescent Dosimeter) là liều kế nhiệt phát quang: bên trong có những viên tinh thể nhỏ tích luỹ năng lượng khi bị chiếu xạ. Khi đem nung nóng trong máy đọc, tinh thể phát ra ánh sáng; lượng ánh sáng này tỉ lệ với liều bức xạ mà người đeo đã nhận. Đo ánh sáng sẽ biết liều.

Đây là phương pháp đo liều cá nhân thụ động — liều kế không hiển thị gì khi đeo, chỉ cho kết quả sau khi được đọc tại phòng thí nghiệm, thường sau mỗi kỳ 03 tháng.

Nguyên lý nhiệt phát quang

Tinh thể dùng làm liều kế không hoàn hảo: trong cấu trúc có các “bẫy” năng lượng do tạp chất pha vào tạo ra. Quá trình diễn ra như sau:

1. Bị chiếu xạTia X, gamma, beta truyền năng lượng cho tinh thể, làm bật các electron ra khỏi vị trí bình thường.
2. Bị bẫy lạiCác electron rơi vào các bẫy và nằm yên ở đó. Liều càng lớn, càng nhiều electron bị bẫy.
3. Nung nóng khi đọcMáy đọc gia nhiệt tinh thể theo một chu trình định sẵn, electron nhận đủ nhiệt để thoát khỏi bẫy.
4. Phát sángElectron tái hợp và phát ra ánh sáng; ống nhân quang điện đo lượng ánh sáng và quy đổi ra liều (mSv).

Điểm quan trọng: nhiệt chỉ là tác nhân “giải phóng” năng lượng đã tích luỹ, không phải nguồn tạo ra ánh sáng. Sau khi đã nung, các bẫy được làm trống — thông tin liều mất đi, liều kế được làm sạch để dùng lại cho kỳ sau.

Cấu tạo một liều kế TLD

Vật liệu phổ biến nhất là LiF:Mg,Ti (lithi florua pha magie và titan, thường gọi là TLD-100). Một liều kế dạng thẻ thường gồm:

• Thẻ liều kế: tấm đế có gắn 2–4 viên chip tinh thể nhỏ (cỡ vài milimét), có mã vạch để máy đọc nhận diện.
• Vỏ liều kế: bọc thẻ và đóng vai trò các phin lọc có độ dày khác nhau trước từng chip. Nhờ đó, cùng một liều kế đo được nhiều đại lượng: liều sâu Hp(10), liều da Hp(0,07), liều thuỷ tinh thể mắt Hp(3).
• Kẹp, quai đeo và nhãn ghi họ tên, mã số người dùng.

LiF có nguyên tử số hiệu dụng khoảng 8,1 — gần với mô cơ thể người (khoảng 7,4). Vì vậy TLD phản ứng với bức xạ khá giống cơ thể, ít phụ thuộc năng lượng tia hơn nhiều vật liệu khác.

Máy đọc TLD làm việc thế nào?

Máy đọc gồm hệ gia nhiệt (thường bằng khí nitơ nóng hoặc tấm gia nhiệt), buồng đọc kín sáng và ống nhân quang điện. Một chu trình đọc điển hình gồm ba giai đoạn:

• Nung sơ bộ ở nhiệt độ thấp để loại các tín hiệu không ổn định.
• Đọc ở nhiệt độ khoảng 250–300 °C, thu ánh sáng từ các đỉnh phát quang chính.
• Ủ ở nhiệt độ cao để xoá sạch tín hiệu còn lại, sẵn sàng cho lần dùng sau.

Máy đọc được hiệu chuẩn bằng các liều kế chuẩn đã chiếu một liều biết trước trên nguồn Cs-137 tại phòng chuẩn liều cấp II.

Ưu điểm của TLD

• Gần tương đương mô: kết quả ít bị lệch theo năng lượng tia, kể cả tia X năng lượng thấp.
• Nhỏ gọn, bền, ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, va đập thông thường.
• Dải đo rộng, từ mức phông (ngưỡng phát hiện khoảng 0,05 mSv) đến liều rất cao.
• Tái sử dụng nhiều lần sau khi ủ; chip có thể sản xuất trong nước nên chi phí thấp.
• Suy giảm tín hiệu theo thời gian (fading) nhỏ, cỡ vài phần trăm mỗi năm với LiF.

Nhược điểm của TLD

• Đọc là mất dữ liệu: không thể đọc lại để kiểm tra nếu nghi ngờ kết quả.
• Độ nhạy chip có thể thay đổi dần sau nhiều chu kỳ nung, cần hiệu chuẩn và loại bỏ chip kém định kỳ.
• Hệ thống máy đọc cồng kềnh, cần nguồn khí nitơ và chế độ gia nhiệt ổn định.
• Dễ bị ảnh hưởng nếu liều kế để gần nguồn nhiệt cao hoặc dưới nắng gắt lâu.

TLD phù hợp với ai?

TLD là lựa chọn kinh tế, tin cậy cho đa số cơ sở: nhà máy dùng máy X-ray kiểm tra linh kiện, máy XRF, máy soi hàng hoá; phòng X-quang, CT; cơ sở dùng nguồn phóng xạ trong thiết bị đo công nghiệp. Với nhu cầu cần đọc lại kết quả hoặc độ nhạy cao hơn ở liều rất thấp, có thể cân nhắc liều kế quang phát quang OSL.

Radsafe cung cấp và đọc liều kế TLD định kỳ: liều kế nhiệt phát quang, TLD NRI-DALAT, TLD công nghệ Radpro (Đức). Cách đeo và bảo quản đúng: xem Liều kế cá nhân là gì?

Căn cứ: Luật Năng lượng nguyên tử số 94/2025/QH15; Nghị định số 332/2025/NĐ-CP; Thông tư số 59/2025/TT-BKHCN. Xem thêm: văn bản pháp luật hiện hành.