中山大学附属肿瘤医院拥有华南地区规模最大和技术水平最高的放射治疗中心。该中心在病床数、职工人数、年门诊量、年住院量等方面均位于国内肿瘤专科医院的前列。2005年10月, 由我院为该医院地下放射治疗中心进行的辐射卫生防护设计, 顺利通过了由广东省卫生厅、广东省卫生监督所及广东省职业病防治院多名专家组成的专家组的评审, 现将设计情况介绍如下。

1 放射治疗设备情况

拟建的地下放射治疗中心共设两层地下室, 其中地下二层设置12个放疗机房(直线加速器); 地下一层设置4台X射线模拟机, 1台深部X射线机和1台近距离后装机, (另外还设有CT模拟机、MR机、热疗机各1台, 文中不作介绍)。主要设备的工作参数如表 1。

2 危害因素

一般说来, 危害因素由辐射源项及非放射性因素组成。在本项目各机房的设计中, 需要考虑的辐射源项主要包括:射源有用线束、泄漏射线、散射辐射、天空散射辐射、中子辐射、感生放射性核素; 非放射性危害因素主要考虑臭氧的影响^[1~7]。

3 主要剂量限值及本设计剂量控制目标

放射工作人员职业照射剂量限值, 年平均有效剂量为20 mSv, 设计剂量控制目标值为5 mSv/a; 公众照射剂量限值, 年有效剂量1 mSv, 设计剂量控制目标值为0.3 mSv/a。此外还考虑防护门的铅当量以剂量率1 μGy/h为限值, 工作场所中O₃最高容许浓度为0.3 mg/m³等等。

4 各机房屏蔽墙的计算与设计 4.1 直线加速器机房

由治疗室使用主体、S型迷道和防护门组成。治疗室主体内径为8 m ×8 m ×4 m。迷路内径宽为2 m, 内入口宽为2 m, 外入口宽为1.5 m (机安装后)。治疗室主体上方为放置冷水机组及风机等设备的设备走廊。墙体采用密度为2.35 g/cm³砼结构, 现以位于地下二层东北角的机房为例(如图 1), 其屏蔽计算见表 2。

4.2 后装治疗机机房

由治疗室使用主体、S型迷道和防护门组成(如图 2)。治疗室主体内径为6m ×5.6m ×4m。迷道内径宽为2.1 m, 内入口宽为1.5 m, 外入口宽为1.5 m。治疗室顶上覆土厚度为2 m。墙体采用密度为2.35 g/cm³砼结构, 其屏蔽计算见表 3。

4.3 深部X射线治疗机房

由治疗室主体、观察窗和防护门组成(如图 3)。治疗室主体内径为7.2m ×6m ×4m。治疗室顶上覆土厚度为2 m。墙体采用密度为2.35 g/cm³砼结构, 其屏蔽计算见表 4。

4.4 模拟机房

墙体为砼结构(密度为2.35 g/cm³), 参照一般800 mA机房设计要求, 根据设计容积情况(43 m³), 确定四周墙体有2 mm铅当量即可。现设计墙厚为500 mm, 完全满足防护要求。

5 防护门的屏蔽计算与设计 5.1 直线加速机房的防护门

射线剂量来源于透过迷道墙的漏射线和S型迷道内墙的三次散射线。机头漏射剂量率D₀= 0.48 Gy/h, T=U=1, 距迷道内入口中点的距离为5 m, 迷道内墙经三次散射的距离均为4 m, 散射截面积均为8 m²。透过迷道墙体到达防护门的限值取1 μGy/h; 机头漏射线经内入口墙面散射到防护门的剂量为5.1 μGy/h; 机头中子漏射线经内入口墙面散射到防护门的剂量为0.7 μGy/h; 中子俘获的γ剂量为0.10 μGy/h; 则漏散射到防护门处的总剂量率为6.2 μGy/h, 其中中子剂量为0.7 μGy/h。取1.0μSv h为防护门的限值, 则K_γ=6.2, K_n=0;按TVT_γ=0.5 cm (Pb 0.25 MeV), 确定防护门的铅当量为3 mmPb。

5.2 后装机房防护门

由于迷道墙厚几乎屏蔽了主射束, 大门的辐射主要来自于迷道内入口墙面的散射, 由设计图纸可知, 源到散射面的距离为7.4 m, 散射墙面到防护门的距离为5.8 m, 则散射到防护门的辐射为2.72 μGy/h。取0.5 μGy/h为防护门的限值, 则K=5.44;按TVT=0.2 cm (pb 0.25 MeV)计算, 防护门的铅当量为1.5 mmPb。

5.3 深部X射线治疗机房防护门

屏蔽计算主要考虑迷道墙的泄漏辐射, 取0.5μGy/h为限值, 则减弱倍数为2, 铅当量为12 mmPb。

5.4 模拟机房防护门

其铅当量取3mmPb。

6 通风管道, 电缆管道, 水管, 测量管穿墙设计

机房内的通风管道、电缆管道及测量管要穿越屏蔽墙, 这些管道的敷设方向应避开主束线方向。为防止辐射经这些管道泄漏, 设计中将管道按"S "或" N"形状于屏蔽墙中埋设。在管道入口和出口, 还设有一定厚度的屏蔽盖板。这些措施将在施工时由各专业密切配合, 做好预埋。机房内及控制室内的水管因仅于地下敷设, 并不穿越屏蔽墙及屏蔽墙正下方, 故按常规敷设即可。

7 臭氧的产生和通风设计

辐射会使空气电离而产生臭氧和氮氧化物等对人体有害的非电离辐射危害物, 氮氧化物的产额约为臭氧的1/3, 且以臭氧的毒性最高, 故设计中主要考虑臭氧的影响。对于18 MeV的X射线, 照射面积为40 cm ×40 cm, 在空气中运行的最大距离为5 m, 1 m处的组织吸收剂量为4 Gy/min, 则在加速器运行中臭氧的产生率为12.5 mg/h, 因该机房的容积(包括迷道)352 m³相应的设计换气率为4次/h, 则通风量取1 520 m³/h, 有效换气时间为0.19 h, 当加速器长期运行后(即运行时间远大于有效换气时间), 室内臭氧达到饱和浓度, 其均值为0.007 mg/m³, 远小于0.3 mg/m³的限值, 因此在这种情况下臭氧的危害可忽略不计。因臭氧比重均空气大, 大都沉积于室内空间底部, 因此进风口设于顶部, 出风口设于底部, 并使进、出风口呈对角布置。

8 结束语

(1) 本项目严格按照相国家有关法律、规范, 并结合项目的具体情况进行合理的防护计算和设计, 可达到"放射工作人员职业照射控制剂量5 mSv/a, 公众照射控制剂量0.3 mSv/a"等防护要求。

(2) 一项完整的辐射卫生防护设计除上述内容以外, 还应考虑安全联锁装置、辐射剂量监测系统等硬件设施的设计。此外, 辐射区域的合理划分、辐射安全组织与人员管理制度、放射事故应急方案等内容本文虽未阐述, 但这些软件管理方面的设计也极为重要。