Thiết bị chiếu xạ tạo giống đột biến: Thành công từ ý tưởng “xanh”

Thiết bị này vừa tận dụng được nguồn phóng xạ Cobalt-60 đã qua sử dụng lại vừa góp phần đem lại những giống cây mới có năng suất, chất lượng cao hơn hoặc thích ứng với biến đổi khí hậu cho Việt Nam.

Thiết bị chiếu xạ gamma cell sử dụng nguồn phóng xạ Cobalt-60 đã qua sử dụng do Trung tâm Đánh giá không phá hủy chế tạo. Nguồn: NDE

Điểm gặp gỡ của hai lĩnh vực

Mặc dù phổ biến trên thế giới song ở Việt Nam, một thiết bị chiếu xạ chuyên dụng để chọn tạo giống cây trồng vẫn chỉ là mơ ước của các nhà khoa học nông nghiệp từ nhiều năm nay bởi sự đắt đỏ về giá cả. Điều này dẫn đến những hạn chế trong nghiên cứu. ThS. Nguyễn Văn Mạnh, Phó trưởng Bộ môn Đột biến và Ưu thế lai (Viện Di truyền nông nghiệp) cho biết:“Chúng tôi thường phải gửi mẫu hạt giống sang Trung tâm chiếu xạ Hà Nội, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt hoặc các bệnh viện để chiếu nhờ nên không chủ động được thời gian. Mặt khác, chúng tôi cũng chỉ gửi được mẫu hạt giống khô vì hạt đã nảy mầm nhanh hỏng, trong khi không biết bao giờ mẫu được chiếu, ngoài ra cũng không nắm chắc được liều chiếu xạ có đúng theo yêu cầu của mình hay không”.

Những trăn trở của các nhà nghiên cứu về chọn tạo giống cây trồng ở Việt Nam khiến ông Vũ Tiến Hà, nguyên Giám đốc Trung tâm Đánh giá không phá hủy (Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam) nghĩ đến việc cần phải chế tạo một thiết bị chiếu xạ chuyên dụng tạo giống cây trồng đột biến cho những nhà nghiên cứu nông nghiệp. Ông kể lại: “Trong một hội thảo năm 2014, khi nghe báo cáo của các nhà khoa học ở Viện Di truyền nông nghiệp, tôi thấy rất ấn tượng với những kết quả họ đã làm được. Trong bối cảnh phải đi chiếu nhờ như vậy mà họ vẫn tạo được ra những giống lúa và đậu tương mới có giá trị cao, thậm chí còn nhận được giải thưởng “Thành tựu xuất sắc” trong chọn tạo giống cây trồng đột biến của FAO/IAEA (năm 2014). Bởi vậy, tôi rất muốn chế tạo một thiết bị chiếu xạ chuyên dụng để họ có thể tiếp tục phát huy khả năng của mình”. Ý tưởng trên đã trở thành hiện thực thông qua đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị chiếu xạ gamma dùng nguồn phóng xạ đã qua sử dụng” (KC.05.01/16-20) do Trung tâm Đánh giá không phá hủy chủ trì thực hiện (2016-2019).

Ba năm cho một ước mơ

Khi chúng tôi thắc mắc rằng tại sao phải tự chế tạo thiết bị riêng trong khi các sản phẩm tương tự trên thế giới đã sẵn có, ông Vũ Tiến Hà cho biết “Các thiết bị trên thế giới còn đắt, trước đây Viện Di truyền nông nghiệp từng nhiều lần đề xuất mua nhưng chưa được chấp thuận vì chuyện giá cả”. Bởi vậy, làm thế nào để chế tạo một thiết bị giá rẻ nhưng có hiệu quả tương đương với các thiết bị chiếu xạ chuyên dụng trên thị trường là vấn đề đặt ra cho ông Vũ Tiến Hà và các cộng sự ở Trung tâm Đánh giá không phá hủy.

Bằng những kinh nghiệm tích lũy trong quá trình hoạt động trong ngành hạt nhân, ông Vũ Tiến Hà quyết định tận dụng nguồn phóng xạ Cobalt 60 đã qua sử dụng của thiết bị chiếu xạ Theratron-780 trong y tế để chế tạo thiết bị chiếu xạ tạo đột biến giống cây trồng. “Việt Nam hiện nay có 22 cơ sở y tế điều trị ung thư và 4 trung tâm chiếu xạ công nghiệp sử dụng nguồn Cobalt 60. Các nguồn phóng xạ này sau khi hết khả năng sử dụng trong các mục đích ban đầu thì hoạt độ của chúng vẫn còn hàng trăm Curie và mức liều chiếu này vẫn có thể phục vụ cho các mục đích khác. Do vậy, chúng ta có thể tận dụng các nguồn này để nghiên cứu chế tạo ra các thiết bị phục vụ cho mục đích nghiên cứu mới, thay vì phải bỏ ra khoản kinh phí khá lớn để nhập khẩu thiết bị mới với tính năng tương tự”, ông nói về lý do vì sao lại chọn nguồn phóng xạ đã qua sử dụng cho thiết bị này. Đây là điểm xuất phát để ông và cộng sự tạo ra một thiết bị không mới về nguyên lý hoạt động, không khác biệt với những thiết bị cùng loại trên thế giới nhưng lại có điểm mới nổi bật là tận dụng nguồn chất thải phóng xạ. Về lâu dài, việc vận hành máy sẽ có thuận lợi là, Ông Vũ Tiến Hà giải thích: “không phải mất tiền mua nguyên liệu, lại góp phần giải quyết được vấn đề chất thải của thiết bị khác”.

Để chắc chắn phương án của mình, nhóm đã khảo sát chi tiết cấu thành nguồn phóng xạ Cobalt 60 của thiết bị xạ trị Theraton-780, sau đó phân tích, tính toán, đo đạc lại các thông số về hoạt độ phóng xạ của khối nguồn Cobalt 60. Ông Vũ Tiến Hà nói: “Trước đây chúng tôi từng chế tạo thiết bị chụp ảnh phóng xạ trong công nghiệp từ nguồn phóng xạ đã qua sử dụng, trung tâm cũng có xưởng cơ - điện tử nên việc chế tạo cũng không quá phức tạp”.

Bài toán lớn nhất mà nhóm dự án gặp phải là xác định liều chiếu xạ càng chính xác càng tốt tại một khoảng cách cho trước với nguồn. Nhóm dự án đã sử dụng năm phương pháp khác nhau: tính toán lý thuyết, mô phỏng Monte-Carlo, liều kế Frike, liều kế TLD và buồng ion hóa để tính toán, đo đạc nhằm xác định chính xác nhất có thể được liều chiếu tại ba vị trí đặt mẫu, lần lượt cách đến nguồn phóng xạ 175 mm, 265 mm và 415 mm. TS. Nghiêm Xuân Khánh (Trung tâm Đánh giá không phá hủy), chủ nhiệm đề tài cho biết: “Chúng tôi chỉ chủ động được hai phương pháp lý thuyết và mô phỏng Monte-Carlo, còn lại phải huy động các đơn vị khác trong Viện Năng lượng nguyên tử, phương pháp liều kế TLD phải nhờ Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt, buồng ion hóa phải nhờ đến Viện KH&KT hạt nhân, liều kế Frike phải dùng đến Trung tâm chiếu xạ Hà Nội, rất nhiều bên cùng làm để đối chứng với nhau, giúp tăng độ chính xác”.

Sau ba năm nghiên cứu, nhóm dự án đã chế tạo thành công thiết bị và chuyển giao cho Viện Di truyền nông nghiệp. Về cơ bản, thiết bị chiếu xạ chọn tạo giống cây trồng đột biến này gồm thanh nguồn phóng xạ Co-60 đặt ở phía dưới, buồng chiếu có đĩa đặt mẫu hạt giống ở phía trên và được vận hành thông qua phần mềm do nhóm dự án phát triển trên máy tính. Khi chưa hoạt động, thanh nguồn ở vị trí an toàn, nếu chưa ở vị trí an toàn, hệ thống cảnh báo phóng xạ 4 kênh, gắn trực tiếp tại 2 đầu thiết bị và phòng chiếu xạ sẽ cảnh báo. Sau khi đặt mẫu vào vị trí thích hợp (lựa chọn 1 trong 3 đĩa chiếu ở các khoảng cách khác nhau) và đóng cửa buồng chiếu (xác nhận bằng cảm biến), hệ thống khóa buồng chiếu sẽ được kích hoạt, người vận hành có thể lựa chọn chế độ chiếu. Sau khi kết thúc phiên chiếu, thanh nguồn di chuyển lại vị trí an toàn và khóa cửa buồng chiếu được mở ra.

Kết quả chiếu thử nghiệm trên giống đậu tương DT2012 đã thu được 50 cá thể mang biến dị có lợi cho chọn tạo giống đậu tượng mới như chín sớm, cây ngắn, năng suất cao,... đồng thời suất liều chiếu để tạo ra các biến dị có lợi bằng thiết bị này nhỏ hơn so với các loại máy chiếu xạ công nghiệp khác (khoảng 15-25Gy, máy chiếu công nghiệp là 25-50Gy).

Lan tỏa tiềm năng ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân

Không thể kể hết niềm vui của những nhà nghiên cứu giống. ThS. Nguyễn Văn Mạnh nhận xét: “Thiết bị đáp ứng được yêu cầu mà chúng tôi đã đặt ra: chiếu được cả mẫu hạt giống khô, hạt nảy mầm, mắt ghép,... Chúng tôi đang chiếu xạ thử nghiệm trên lúa, đậu tương và lạc, hiện nay các thế hệ giống nghiên cứu mới ở vụ thứ hai và thứ ba nên chưa thể đánh giá kết quả cuối cùng, nhưng bước đầu chúng tôi thấy khá hiệu quả. Quy trình vận hành thiết bị này cũng đơn giản, bên trung tâm đã thiết kế sẵn phần mềm và tổ chức khóa đào tạo hướng dẫn sử dụng cho các cán bộ ở Viện”.Ngay sau khi tiếp nhận và thử nghiệm hiệu quả của thiết bị, họ đã đề xuất đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ gamma nguồn Cobalt-60 có hoạt độ 236 Ci trong tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống lúa” (2020-2022) và được Bộ NN&PTNT phê duyệt.

Với những người tạo ra thiết bị chiếu xạ, kết quả hợp tác liên ngành bước đầu này còn có ý nghĩa xa hơn, đó là sự lan tỏa của kỹ thuật hạt nhân trong các lĩnh vực khoa học và đời sống. TS. Nghiêm Xuân Khánh cho biết: “Viện Bảo vệ thực vật (Bộ NN&PTNT) trao đổi với chúng tôi là họ cũng muốn mua một máy như thế này. Có những người chúng tôi không biết ở đâu, họ gọi điện, gửi email đến hỏi thăm về giá cả rồi cách chế tạo,... chúng tôi cũng rất mừng vì thiết bị này nhận được sự quan tâm của mọi người. Trên thế giới, việc ứng dụng bức xạ gamma trong y tế, công nghiệp, nông nghiệp… đã rất phổ biến còn ở Việt Nam, làm thế nào để phổ biến những ứng dụng này là điều chúng tôi vẫn luôn hướng đến”.

Thành công của thiết bị chiếu xạ tạo giống cây trồng đột biến còn là tiền đề để Trung tâm Đánh giá không phá hủy và Viện Di truyền nông nghiệp tiếp tục hợp tác và thực hiện những ý tưởng mới trong tương lai. ThS. Nguyễn Văn Mạnh cho biết: “Chúng tôi muốn hợp tác với Trung tâm để làm thiết bị chiếu xạ tạo giống cây trồng đột biến dạng gamma room hoặc gamma house, có kích thước lớn hơn, sẽ áp dụng được với nhiều đối tượng cây trồng hơn”.

Nguồn: Khoa học & Phát triển