某医院肿瘤治疗中心原有一台6兆伏医用电子加速器, 为了提高放射治疗效果及满足治疗深部肿瘤的需要, 该院拟购买一台15MV医用电子加速器, 安装在原有的加速器机房内。新旧两台加速器在射线能量、等中心剂量率及治疗模式等方面均不同, 因此需要对原有加速器机房进行改建, 以满足放射防护要求。

1 新旧两台加速器的主要性能指标比较

性能指标不同的加速器其放射防护对象和屏蔽计算也是不同的, 屏蔽墙体厚度以及防护门屏蔽材料的选择等与加速器的性能指标息息相关。表 1是新旧两台加速器的主要性能指标比较。

2 改建加速器机房屏蔽墙的防护设计及防护效果评价

由表 1知, 15MV加速器具有更高的射线能量和更高的等中心剂量率, 机房屏蔽墙需要根据计算结果进行加厚。而且, 6 MV加速器仅有X射线治疗模式, 机房屏蔽墙只需要考虑对X射线的防护, 但改建为15MV加速器机房后, 有X射线、电子线两种治疗模式, 更由于15MV的加速器能量能够通过电中子反应和光中子反应产生中子, 所以机房屏蔽墙还要考虑对电子线和中子的防护。对于相同能量的电子线和X射线而言, 电子线的穿透能力远低于X射线, 当墙体厚度能够满足对X射线的防护时足以满足对电子线的防护。因此, 不需要单独考虑对电子线的放射防护。但对于中子, 情况变的复杂起来。对于不同的物质, 中子与X射线的穿透本领不同。对于低原子序数的物质, 如水、混凝土等, X射线的穿透本领很强, 但这些物质却能很好的屏蔽低能中子; 高原子序数的物质, 如钢板、铅板等, 阻止X射线的本领强, 但对于高能中子的屏蔽效果却很差。而且, 当慢中子被屏蔽物质俘获后, 还会产生俘获γ辐射。所以, 该院对改建机房的屏蔽墙进行设计时要综合考虑对X射线、中子及俘获γ辐射的屏蔽作用。限于改建机房周围的建筑空间, 该院采用混凝土墙外镶嵌钢板的方法对主屏蔽墙加强防护。改建前后加速器机房各屏蔽墙的材料厚度比较见表 2。改建后的机房平面图见图 1。

改建完成后, 该院委托放射防护评价单位对机房屏蔽墙的防护效果进行了实际测量, 测量结果见表 3, 在表 3所列的相同条件下未检测出中子剂量。结果表明, 改建加速器机房屏蔽墙的防护效果达到了相关国家标准要求。

3 改建加速器机房防护门的防护设计及防护效果评价

由于X射线、中子要经过结构复杂的迷路而到达防护门处, 因此, 机房防护门的屏蔽设计相对于墙体设计更为繁琐一些。该院改建机房防护门的设计同屏蔽墙一样要考虑对X射线、中子及俘获γ辐射的屏蔽作用。针对不同的射线类型, 防护门采用了不同的屏蔽材料。一般而言, 通常使用含硼石蜡、含硼聚乙烯等对中子进行防护; 使用钢板、铅板等对X射线、俘获γ辐射进行防护。准确估算防护门处X射线、中子及俘获γ辐射剂量和能量的大小是进行防护门合理设计的前提条件之一, 但其影响因素很多, 诸如加速器的机架角度、照射野面积、迷路类型、迷路长度等。有关文献报道了这方面的内容^{[1, 2]}, 在防护门设计时可以参考。该院改建机房防护门的结构材料和厚度见表 4。为了验证防护门的屏蔽效果, 该院委托放射防护评价单位使用450P型电离室巡测仪和FJ342型中子雷姆仪对开门和关门两种状态下的X射线、中子剂量率进行了测量, 测量结果见表 5。

由测量结果可知, 改建加速器机房防护门的防护效果是可靠的, 对X射线、中子及俘获γ辐射均进行了有效的屏蔽。

4 改建加速器机房内感生放射性的防护考虑

6MV加速器机房内不会存在感生放射性因素的危害, 但对于15MV加速器机房内, 由于其射线能量高, 超过了机头屏蔽材料及室内空气中某些核素的核反应阈能, 使稳定核素转变为不稳定核素。这些不稳定核素在自身衰变过程中会放出β射线和γ射线, 从而通过吸入和直接照射两种方式对进入机房内的人员和患者造成了辐射危害。有关文献表明, 感生放射性对放射工作人员的影响不容忽视, 有时甚至会超出贯穿辐射对人体的剂量贡献。国家标准对加速器机房内的感生放射性水平采取了限值控制^[3]。大多数感生放射性核素的半衰期较短, 因此, 在一段时间间隔后, 感生放射性水平会有较大程度的降低。对感生放射性的防护主要通过加强对放射工作人员的防护知识培训以增强他们对感生放射性的防护意识, 减少在机房内的无故停留时间; 另外可以根据感生放射性核素的衰变特点, 在停止照射后适当延长进入机房的时间间隔从而对感生放射性进行防护。

5 改建加速器机房内非放射性危害防护考虑

无论是6MV加速器还是15 MV加速器, 它们发出的X射线都可以使空气电离而产生臭氧和氮氧化物等气体。这些气体具有刺激性, 是对人体有害的非辐射危害因素。对这些非辐射有害气体的防护是通过加强机房内的通风换气进行的。6 MV加速器机房改建为15 MV加速器机房后, 由于射线能量和等中心剂量率的增大, 臭氧和氮氧化物的产额将有明显增加, 因此, 必须加强机房的通风次数以使有害气体浓度降低到可以接受的水平。该院更换了大功率通风机, 使机房内的通风换气次数达到了每小时7~ 8次。检测结果表明, 机房内臭氧和氮氧化物浓度大大低于国家标准限值。

通过增加机房屏蔽墙墙体厚度、对防护门采用防中子材料、更换大功率通风机等措施, 该院改建加速器机房的放射防护效果达到了国家标准要求。同时应该认识到, 加强对工作人员防护知识培训和严格执行各项放射防护管理制度等也是减少辐射危害的重要保障。