Như tên gọi, chùm ion là dòng các nguyên tử mang điện. Các ion trong chùm tia được tạo ra bởi các thiết bị đặc biệt gọi là nguồn ion. Chúng đạt được tốc độ khi đi vào điện trường, được tạo ra trong máy gia tốc hạt, và được điều hướng và tập trung bởi từ trường để chuyển động theo quỹ đạo song song trong chân không trong một ống kim loại. Tùy thuộc vào loại máy gia tốc, chùm ion có thể được tăng tốc với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng.
Trong trường hợp máy gia tốc tĩnh điện song song (xem hình), các chùm ion bị bắn phá vào một mẫu vật liệu hoặc vật thể. Sự tương tác với vật liệu có thể buộc các ion trong chùm tia thay đổi hướng đi hoặc sự va chạm có thể khiến các hạt hoặc bức xạ được giải phóng, chủ yếu ở dạng tia X hoặc tia Gamma. Bức xạ này sau đó có thể được phát hiện và phân tích.
Các đặc tính của năng lượng và của bức xạ phát ra cho biết chi tiết về thành phần của mẫu bị bắn phá, chẳng hạn như mẫu có phải là kết tinh hay không, độ cứng và các đặc tính vật lý của mẫu, là những yếu tố được quan tâm đối với các công nghệ mới nổi. Vật liệu hoặc vật thể mẫu bị bắn phá cũng có thể khác nhau về hình dạng và pha của vật chất và có thể là những lá mỏng; viên đất nhỏ; tế bào người, động vật hoặc thực vật; hạt giống; đá; chất lỏng; hoặc thậm chí các đồ tạo tác hoặc tượng lịch sử. Tùy thuộc vào dạng và thành phần của vật liệu, sự bắn phá có thể xảy ra trong chân không hoặc trong không khí.
Do khả năng phân tích và thay đổi độc đáo, chùm ion gia tốc được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Trong nhân giống đột biến thực vật, chùm ion được sử dụng để chiếu xạ vật liệu thực vật hoặc cây giống, nhằm thúc đẩy quá trình tiến hóa tự nhiên gây ra đột biến và phát triển cây trồng có năng suất hoặc chịu hạn và kháng bệnh cao hơn.
Proton và các ion khác được sử dụng rộng rãi để sản xuất các đồng vị phóng xạ cần thiết để tạo ra thuốc phóng xạ đối với chẩn đoán và điều trị ung thư. Trong điều trị ung thư, chùm proton và ion carbon được sử dụng để bắn phá các khối ung thư, đặc biệt là khi không có liệu pháp nào thay thế. Những chùm tia này cung cấp năng lượng đến một khối u để làm khối u nóng lên và phân hủy khối u. Với nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu tốt hơn và mạnh hơn, nhiều loại chùm tia ion cũng được sử dụng để thay đổi các đặc tính của vật liệu, tăng cường độ bền của chúng. Ví dụ như đối với tàu vũ trụ hoặc lò phản ứng nhiệt hạch, yêu cầu vật liệu để hoạt động trong môi trường bức xạ khắc nghiệt.
Chùm điện tử
Tương tự như chùm ion là chùm điện tử - một dòng điện tử được tạo ra bởi các nguồn điện tử trong nhiều loại máy gia tốc. Chúng được sử dụng để tạo ra tia X, trong điều trị y tế được áp dụng để chiếu xạ và tiêu diệt các tế bào ung thư. Chùm tia điện tử hoặc tia X cũng được sử dụng để chiếu xạ thực phẩm và tiêu diệt vi khuẩn nguy hiểm mà không làm giảm giá trị dinh dưỡng, chất lượng hoặc mùi vị.
Dự án cơ sở chùm ion trong tương lai của IAEA
Các quốc gia trên thế giới có thể được hưởng lợi từ việc sử dụng chùm ion và chùm điện tử, và IAEA đang có kế hoạch thành lập cơ sở chùm ion song song (IBF) hiện đại của riêng mình tại Seibersdorf, Áo. Với máy gia tốc này, IAEA sẽ hỗ trợ nghiên cứu và giúp đào tạo các nhà khoa học trên khắp thế giới về các ứng dụng đa dạng của chùm ion, bao gồm cả việc sản xuất các hạt thứ cấp như neutron.
Ông Danas Ridikas, Trưởng bộ phận Vật lý tại IAEA cho biết: “Chùm mang hạt là những đầu dò độc đáo có thể được sử dụng không chỉ để hiểu rõ hơn về vũ trụ mà còn để phân tích và tận dụng các quá trình vật lý có khả năng cải thiện cuộc sống và hỗ trợ tăng trưởng kinh tế. Máy gia tốc hạt là sự đầu tư hiệu quả về chi phí để giúp đạt được sự phát triển bền vững. Với máy gia tốc chùm ion song song mới, IAEA có thể giúp các quốc gia tăng cường năng lực trong công nghệ máy gia tốc và các ứng dụng của chúng”.
(Tổng hợp từ: https://www.varans.vn/tin-tuc/4570/nhung-dieu-can-biet-ve-chum-ion.html).
Nguyễn Phạm Thu Hiền