某医院因放射治疗工作量较大, 一台加速器已不能满足工作需要, 计划再增加一台加速器, 并在原弃之不用的钴-60机房的基础上进行改造, 改建成为加速器机房。原钴-60机房建成较早, 其防护设计较保守, 防护墙偏厚。使得本次改建相对较易。该建筑为二层建筑, 电子直线加速器机房和对应的控制室设于一层, 配套用的水冷机房拟设于电子直线加速器机房的二楼。

1 辐射源项

该18 MV医用电子直线加速器, 可发射最高15 MV的X射线以及最高18 MeV的电子。

加速器工作过程中, 主要产生以下几种射线。

1.1 电子束

电子加速器加速的电子本身在物质中的射程很短, 很容易被加速器的靶件或其他构件所阻止, 不会直接造成危害。然而被加速器加速的电子束穿过薄膜窗从加速器中引出后, 成为能量较高的外电子束, 它在空气中的射程较长, 这时要绝对禁止非治疗人员在加速器开机时误入治疗室, 以防被电子束或散射电子照射造成事故。

1.2 高能X射线

加速器发出的高能X射线一般指电子束被靶或其他物质阻止所产生的具有连续能谱的轫致辐射。它的发射率与电子的能量、束流强度、靶物质原子序数及靶厚度有关, 并随发射角度而异, 高原子序数材料制成的靶, 其轫致辐射的产额高, 从辐射角度考虑, 主要是考虑其垂直方向和向前方向的X射线发射率及其防护。对于特征X射线, 由于其能量一般低于数十kV, 强度也远小于轫致辐射, 所以比较而言, 在防护上一般可忽略。

被靶或电子束引出窗反射的电子往往具有足够高的能量, 它们打到其他材料上产生X射线, X射线又在各种材料上产生反散射, 这些构成的杂散X射线也是辐射防护上不可忽视的辐射来源。

1.3 中子

当加速器工作在10 MeV以上时, 无论X射线状态还是电子束状态, 都有可能使被照射物质原子核产生某种有意义的光致裂变。此时被电子束照射的材料, 既是电子-X射线转换靶, 又是X射线-中子转换靶。对大多数元素而言, 产生中子的激发作用出现在10 ~ 20 MeV范围内, 本项目中的15 MeV电子直线加速器正处于此范围内。产生中子的核反应和中子被屏蔽的过程中一般在放出γ射线, 所以在放射防护中, 在屏蔽中子的同时, 还要屏蔽γ射线。

1.4 感生放射性

感生放射性核素种类较多, 半衰期长短不一, 短者只有7.3 s, 长者达15 h, 多数核素在数分钟至0.5 h内, 感生放射性以靶装置部位为最高。

2 放射防护措施 2.1 射线屏蔽

因为机房系用⁶⁰Co机房改建而成, 机房面积偏小, 屏蔽不足是必然的, 而且, 由于该机房是原放射治疗楼的一部分, 只能在此机房内部添加不足的屏蔽。因此, 事先进行了相应的准备, 一方面, 医院选择设备较小, 从而所需机房面积也较小的直线加速器设备; 另一方面, 对拟采用的屏蔽材料进行选择, 当然, 占有面积最小的材料是铅, 成本最高的也是铅, 为此, 防护墙四周用铅补充屏蔽, 而顶部采用混凝土。先用机房的格局, 计算出机房墙壁所需的混凝土厚度, 然后扣出现有的防护屏蔽厚度, 再计算出相应射线质下, 与剩余的混凝土厚度屏蔽效果一致的铅厚度。

结果见表 1。机房顶部的屏蔽略嫌不足, 但考虑到承重问题, 已不能再增加, 同时, 机房顶部为加速器的辅助机房, 辐射偏高的话, 可通过管理制度对此处的人员加以控制。

2.2 辐射安全

为了确保直线加速器在进行放射治疗过程中的可靠性和安全性, 加速器和机房设有下列安全系统。

2.2.1 安全联锁装置

当加速器在发生故障时终止治疗, 包括次级剂量、均匀性和对称性、治疗时间等的异常状况。

2.2.2 系统联锁装置

用以保证加速器调试正确, 使临界工作参数在极限范围内, 否则终止治疗, 以防止机器损坏, 主要包括冷却水的温度和流量、波导管的真空和射频系统中的氟利昂压力等。

2.2.3 门机联锁

机房门开启时, 不能或停止照射, 用以防止工作人员或有关人员受到不必要的照射。

2.2.4 紧急停机装置

在控制台、治疗床及治疗室内均设有紧急停机开头, 用以防止人员受到不必要的过量照射。

2.2.5 警告装置

在机房入口处设置工作状态指示灯及说明, 直观告诉人们机器正处于工作状态。

2.2.6 观察和对讲装置

设置有摄像头和监视器, 配有对讲设备, 以随时了解治疗室内的情况, 及时处理或避免可能发生的意外情况。

3 放射性三废管理 3.1 气体

电子直线加速器因能量较高, 有可能产生少量的放射性气体, 但一般认为由此产生的放射性气体经通风装置的处理后, 对场所和环境的影响可以忽略。事实上, 因空气电离而产生的某些有害气态物质, 主要是臭氧和氮氧化物对人产生危害的可能性更大, 因此, 治疗室内设有机械通风装置, 通风量以每小时换气3 ~ 4次设计。

3.2 液体和固体

因无放射性液体废物和固体废物, 故对此无须考虑。

4 放射防护管理机构

医院原先即已开展放射治疗工作, 此项目完成后, 并未扩展其放射治疗工作领域, 只是增加了一个与现在已有的相类同的工作场所, 仅是工作量上的增加。医院已成立的放射防护领导小组将继续发挥作用, 已有的放射防护自主管理系统和管理制度将沿用; 本项目中的放射工作人员均为原从事相同类别的人员, 已取得放射工作人员证, 也将继续接受放射防护机构的健康监护和个人剂量监测工作。

5 放射防护监测

按照规定, 项目竣工、各放射设备安装调试完毕后, 以及设备投入使用后的每一年, 均须经有资格的放射防护机构对各设备的性能、防护效果进行监测, 以验证和确保放射治疗设备能够可靠、安全地对肿瘤病人进行治疗, 以及放射治疗的工作场所和周围环境的安全性。竣工后的防护效果检测结果如下:加速器最大射野和最大剂量率工作时, 在不扣除天然本底的情况下, 机房四周防护墙外的空气比释动能率在0.10 ~ 0.19 μGy/h之间, 机房顶部的空气比释动能率在0.19 ~ 0.30 μGy/h之间, 屏蔽效果是可以接受的, 达到了计划的防护效果, 也符合防护要求^{[1, 2]}。

6 结论

改建加速器放疗机房的放射防护设施的设计和效果符合国家有关规定的要求^{[3, 4]}, 医院的放射防护组织机构、安全规章制度健全, 在认真落实计划的各项防护措施的情况下, 可以使之对周围公众的放射影响减少到微不足道的程度, 不会对放射工作人员、患者、公众和周围环境产生放射性有害影响。