PGS.TS Trần Quang Vinh (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) và các cộng sự đã nghiên cứu thành công hệ thống phát hiện phóng xạ bằng IoT (Internet vạn vật).

Kiểm soát nguy cơ phát tán phóng xạ

Với sự phát triển của công nghệ trong những năm gần đây, các nguồn phóng xạ đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ công nghiệp, nông nghiệp đến y học và đem lại vô vàn lợi ích: Hoa quả được diệt trừ các mầm bệnh nhờ chiếu xạ; người mắc bệnh hiểm nghèo được điều trị bằng dược chất phóng xạ.

Nhưng các vụ đánh cắp phóng xạ cũng xảy ra thường xuyên. Tiếp xúc với nguồn phóng xạ thì cực kỳ nguy hại cho sức khỏe.

Nguồn phóng xạ thực ra là vật rất nhỏ, có khi chỉ cỡ bằng điếu thuốc lá, không màu, không mùi, nhưng ẩn chứa nguy cơ bị thất lạc hoặc đánh cắp. PGS.TS Trần Quang Vinh (Viện Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) cho biết dù đã có rất nhiều các biện pháp quản lý an ninh, an toàn, các sự cố mất nguồn phóng xạ vẫn xảy ra cả ở Việt Nam và trên thế giới.

Một nguồn phóng xạ bị thất lạc thôi đã đủ nguy hiểm, nhưng nguy hiểm hơn là những nguồn này vô tình đi vào các cơ sở sắt thép, phế liệu và bị nấu chảy để tái chế thành các sản phẩm khác.

Nếu người dân không biết mà nấu hoặc đập ra, làm rò rỉ chất phóng xạ trong lõi thì nó sẽ thành phóng xạ hở, gây chiếu xạ cho cả con người và nhiễm bẩn phóng xạ môi trường. Đài Loan đã từng phải tốn rất nhiều tiền để xử lý 180 tòa nhà với 1.700 căn hộ và 10.000 người dân sinh sống bên trong vì sử dụng thép xây dựng bị nhiễm phóng xạ Co-60.

Đáng chú ý, hiện nay nguồn phế liệu sắt thép nhập khẩu vào nước ta phục vụ cho công nghiệp sản xuất thép chiếm một tỷ trọng rất lớn. Tuy nhiên, “hầu như chúng ta chưa có hệ thống kiểm soát nguồn phóng xạ lẫn trong các phế liệu sắt thép nhập khẩu, ngoại trừ cảng Cái Mép - Thị Vải có một số cổng kiểm soát phóng xạ được viện trợ”, PGS.TS Vinh cho biết.

Đây là lỗ hổng lớn trong công tác kiểm soát, tiềm ẩn nguy cơ các nguồn phóng xạ vô chủ trên thế giới vô tình hoặc cố tình đi vào Việt Nam qua các cửa khẩu bất kỳ lúc nào.

Phát hiện chính xác 100% các nguồn phóng xạ phổ biến

Hệ thống giám sát phóng xạ của nhóm PGS.TS Vinh đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế.

Giải bài toán này, nhóm của PGS.TS Vinh quyết định phát triển một hệ thống ứng dụng công nghệ IoT và điện tử hạt nhân, gồm có hai loại thiết bị độc lập: Một lắp cố định và một di động.

“Về mặt bản chất, hệ thống này cũng vẫn dựa vào các cảm biến đầu dò (detector) để phát hiện phóng xạ như các loại máy trước đây. Song, điểm khác biệt là nó sẽ sử dụng công nghệ mới về xử lý tín hiệu và truyền thông để phối hợp dữ liệu của hai thiết bị”, PGS.TS Vinh cho biết.

Khác với việc theo dõi một nguồn phóng xạ đã biết, hệ thống dùng để phát hiện nguồn nằm ngoài kiểm soát đòi hỏi phải đáp ứng được hai yêu cầu: Có độ nhạy đủ cao để phát hiện ra những nguồn phóng xạ yếu, ngay cả khi chúng nằm trong container ở khoảng cách xa; và phải có khả năng tự hoạt động độc lập mà không cần nhiều sự can thiệp của người dùng.

Nhóm nghiên cứu đã bắt tay với các nhà khoa học ở Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội (Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam), Cục An toàn bức xạ hạt nhân (Bộ KH&CN) với sự tài trợ của Sở KH&CN Bắc Ninh.

Do các đầu dò phải rất nhạy nên có thể bị nhiễu từ các môi trường xung quanh, nhóm của PGS.TS Vinh phải phát triển các thuật toán để xử lý tín hiệu, loại bỏ những thông tin sai lệch làm ảnh hưởng đến kết quả đo.

Bên cạnh đó, các cảm biến này cũng phải được nghiên cứu làm sao để vừa chịu được nhiệt độ cao trong các cơ sở tái chế, vừa đảm bảo khả năng hoạt động chính xác.

Đó cũng là lý do sau nhiều khảo sát, nhóm quyết định sử dụng đầu dò GM - loại cảm biến có thể hoạt động một cách bền bỉ và tin cậy nhiều năm trời - cho thiết bị đo cố định; và sử dụng tinh thể nhấp nháy CsI(Tl) cho thiết bị đo di động để đảm bảo độ nhạy và hiệu suất ghi cao hơn.

Nhóm đã phát triển thành công hệ thống giám sát và phát hiện phóng xạ cho các cơ sở tái chế. Trong đó, thiết bị kiểm tra phóng xạ cố định đóng vai trò là thiết bị cảnh báo, sẽ được lắp đặt ở những điểm tập kết trung gian như kho chứa nguyên liệu đầu vào, máy ép phế liệu, trạm cân, cẩu trục để luôn luôn theo dõi hoạt động của các phương tiện vận chuyển. Thiết bị thứ hai là thiết bị kiểm tra phóng xạ đi động, có thể cầm tay, dùng để xác nhận lại sự tồn tại của nguồn phóng xạ khi có cảnh báo.

“Hai thiết bị này được kết nối với nhau trong một hệ thống IoT hoàn chỉnh gồm các thành phần: Thiết bị phát hiện phóng xạ di động (mobile node) được tích hợp các loại đầu dò phát hiện phóng xạ và các chức năng truyền thông vô tuyến (công nghệ LoRa, GPRS/3G/LTE) cho phép kết nối không dây với trạm tập trung (Gateway) cũng như trung tâm vận hành điều khiển”, PGS.TS Vinh cho biết.

Khi thiết bị kiểm tra cố định phát hiện hoặc ra cảnh báo có nguồn phóng xạ vượt quá phông bình thường, thiết bị kiểm tra di động sẽ được bật lên để xác nhận rồi xác định thêm các thông tin của nguồn phóng xạ như: Vị trí hiện tại, hoạt độ sơ bộ, và loại nguồn.

Các thông tin này sẽ ngay lập tức được chuyển về trung tâm, giúp các cơ quan chức năng hoặc cán bộ phụ trách an toàn bức xạ của Sở KH&CN biết để xuống xử lý kịp thời.

Nhóm của PGS.TS Vinh đã lắp đặt thử nghiệm thiết bị tại Bắc Ninh là nơi có nhiều cơ sở thu mua và tái chế kim loại. Kết quả cho thấy, hệ thống có khả năng đo bức xạ gamma với dải năng lượng 0.05 ÷ 2.7 MeV, nhờ đó có thể phát hiện chính xác 100% các nguồn phóng xạ phổ biến ở Việt Nam trong khoảng cách là 3 mét và thời gian để phát hiện là 1 giây.

Thời gian tới, nhóm sẽ nghiên cứu để cải thiện những điểm còn hạn chế của thiết bị, chẳng hạn như khoảng cách phát hiện nguồn phóng xạ, số loại nguồn phóng xạ nhận diện được, và khả năng phát hiện các phế liệu nhiễm xạ - vốn đòi hỏi đầu dò phải có độ nhạy cao hơn so với hiện nay.