Kết quả này "mở ra triển vọng lớn cho các nghiên cứu đặc thù trong lĩnh vực môi trường và y-sinh học", nhóm nghiên cứu viết trong bài báo mới công bố trên tạp chí Natural Science Review của Viện Liên hợp nghiên cứu hạt nhân Dubna, LB Nga.
Năng lực phát hiện nguyên tố của VINATOM xuất phát từ nền tảng làm chủ kỹ thuật phân tích kích hoạt neutron lặp vòng dựa trên phương pháp chuẩn hóa k-zero tối ưu (k0-CNAA) của nhóm chuyên gia thuộc Trung tâm Hạt nhân TP HCM và Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.
Vận hành dây chuyền chưng cất I-131 sản xuất thuốc phóng xạ giúp chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư tại Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt. Ảnh: NRI
Phương pháp phân tích kích hoạt neutron (Neutron Activation Analysis - NAA) từ lâu đã được công nhận là công cụ phân tích hết sức hiệu quả với độ nhạy cao, khả năng không phá hủy mẫu (hòa tan mẫu bằng dung dịch hóa học), độ chính xác và độ tin cậy vượt trội.
NAA cho phép xác định đồng thời nhiều nguyên tố trong các dạng mẫu phức tạp, từ địa chất, khảo cổ, sinh-y học đến môi trường. Chỉ cần một lượng mẫu rất nhỏ, phương pháp này có thể truy vết nguyên tố ở mức hàm lượng thấp, đồng thời cung cấp dữ liệu đáng tin cậy cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu như y học và môi trường.
Bên cạnh đó, NAA còn được sử dụng trong lĩnh vực khảo cổ và bảo tồn nghệ thuật. Các nhà khảo cổ và bảo tồn tranh thường sử dụng phương pháp này để kiểm tra tình trạng tác phẩm hoặc khám phá lịch sử vật liệu sáng tác của nghệ sĩ, nhờ khả năng phân tích không phá hủy hoặc xâm lấn tối thiểu của nó.
Tuy nhiên, việc làm chủ NAA không hề đơn giản. Quá trình đo đạc có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, chẳng hạn như sự không đồng đều của thông lượng neutron trong lò phản ứng, biến đổi theo vị trí và thời gian chiếu xạ, hoặc hiệu suất của hệ phổ kế gamma. Để khắc phục, các nhà khoa học đã phát triển các kỹ thuật chuẩn hóa, trong đó phương pháp k-zero nổi bật nhờ độ ổn định và chính xác cao - đặc biệt là không cần dùng vật liệu tham khảo đã được phê chuẩn (Certified Reference Material) vốn rất đắt tiền.
Tại Việt Nam, NAA đã trở thành một "dấu ấn học thuật" gắn liền với các nhà nghiên cứu VINATOM, đặc biệt thông qua phương pháp chuẩn hóa k-zero được triển khai trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Phương pháp này được hỗ trợ bằng phần mềm "k0-DALAT" do chính nhóm tác giả phát triển, và đã được Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) lựa chọn là một trong năm phần mềm k0-NAA tiêu chuẩn để so sánh, đánh giá. Trải qua quá trình phát triển liên tục, phương pháp k0-NAA tại Việt Nam đã được hoàn thiện và mở rộng, tích hợp thêm các kỹ thuật tiên tiến như kích hoạt neutron trên nhiệt và kích hoạt lặp vòng.
"Với nhu cầu ngày một tăng về phân tích nhanh đa nguyên tố phục vụ giám sát môi trường và sức khỏe cộng đồng, các nhà nghiên cứu VINATOM đã phát triển phương pháp phân tích kích hoạt neutron lặp vòng dựa trên phương pháp chuẩn hóa k-zero tối ưu (k0-CNAA), trong đó tích hợp kỹ thuật lặp vòng với chuẩn hóa k₀, giúp xác định hàm lượng các nguyên tố dựa trên các hằng số hạt nhân và các tham số thông lượng neutron đặc trưng của lò phản ứng. Với ưu điểm này, nó cho phép loại bỏ sự phụ thuộc vào các chất chuẩn truyền thống vốn đắt đỏ, dẫn đến nhiều giới hạn khi áp dụng ở Việt Nam", nhóm nghiên cứu viết trong công bố.
Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý, các hạt nhân phóng xạ hình thành trong quá trình kích hoạt được phân loại theo thời gian sống: loại ngắn (vài giây đến cỡ phút), trung bình (vài phút đến cỡ giờ) và loại dài (cỡ tuần đến hàng năm). Việc sử dụng các hạt nhân có thời gian sống trung bình hoặc sống dài thường mất thời gian phân tích dài (chờ các hạt nhân phóng xạ phân rã từ vài ngày đến vài tuần) để có thể đo và cho kết quả. Ngược lại, việc sử dụng các đồng vị sống ngắn do một số nhất định các nguyên tố mang lại tốc độ phân tích nhanh chóng hơn, phù hợp với nhu cầu thực tiễn.
Tuy nhiên, việc sử dụng đồng vị sống ngắn đối mặt với nhiều thách thức. Đầu tiên là yêu cầu chính xác cao trong các giai đoạn chiếu xạ, vận chuyển và đo đạc, do chu kỳ bán rã cực ngắn. Thứ hai, cần thiết bị hiện đại như hệ thống chiếu mẫu bằng khí nén tốc độ cao (Pneumatic Transfer System - PTS), cho phép chuyển mẫu cỡ dưới giây, và hệ thống có khả năng kích hoạt lặp vòng (Cyclic NAA - CNAA) để tích lũy tín hiệu đo tối đa trong khi tín hiệu gây nhiễu bị giảm xuống đến mức tối thiểu. Thứ ba, khi mẫu có hoạt độ cao, có thể xảy ra hiện tượng thời gian chết và chồng chập phổ (pile-up), dẫn đến mất mát dữ liệu – đòi hỏi thiết bị xử lý phổ tiên tiến và phần mềm hiệu chỉnh để khôi phục lên đến trên 95% số liệu.
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu phải làm chủ kỹ thuật tính toán phức tạp để hiệu chỉnh sự phân rã đồng vị trong quá trình vận chuyển và đo đạc, cũng như yếu tố bão hòa qua nhiều chu kỳ lặp vòng.
Với hệ thống PTS do Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) cung cấp, nhóm nghiên cứu - gồm TS Hồ Văn Doanh, PGS.TS Hồ Mạnh Dũng, PGS.TS Nguyễn Nhị Điền và các cộng sự - thử nghiệm phương pháp trên các mẫu vật liệu tham khảo đã được phê chuẩn quốc tế. Kết quả cho thấy phương pháp mới đã cải thiện giới hạn phát hiện, cho phép nhận biết sự có mặt của nguyên tố ở hàm lượng thấp hơn trước. Cụ thể, giới hạn phát hiện được hạ thấp từ 3 đến 7 lần (tùy theo số vòng lặp) trong việc dò những nguyên tố chính so với NAA thông thường cho các hạt nhân phóng xạ được tạo thành từ cả hai loại sống dài và sống ngắn.
Tài liệu tham khảo:
1. International Atomic Energy Agency (IAEA). Intercomparison of k0-NAA Software Package, IAEA-TECDOC-2026, Vienna, Austria (2023).
https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE-2026_web.pdf
2. H.V. Doanh, T.Q. Thien, H.M. Dung, N.N. Dien, H.S.M. Tuan. Development of the k0-standardized cyclic neutron activation analysis using short-lived radionuclides at the Dalat research reactor. Natural Sci. Rev. 2 100405 (2025). https://doi.org/10.54546/NaturalSciRev.100405