随着医疗卫生及环境监测事业的不断发展, 从事放射工作的大专院校、科研机构及环境辐射监测等单位需要建立γ辐照装置(Cs-137、Co-60), 用于辐射防护剂量仪和剂量率仪的常规校准^[1], 个人剂量计的日常刻度^[2], 确定剂量仪和剂量率仪的能量响应, 完成实验动物、细胞和血样等生物样品的照射等。目前正在使用的辐射防护水平装置, 大部分需要工作人员近距离手动操作, 存在受到辐射照射的风险。目前国内的生产厂家, 基本上没有合适的产品, 国外公司生产的具有远距离自动控制功能γ辐照器价格昂贵, 一般的监测单位没有条件配备, 影响了工作的正常进行。

鉴于校准防护仪表、照射动物和剂量计的实际需要, 由中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所二级标准实验室承担并完成了辐射防护水平γ辐照器及其远距离控制装置的设计和样机制造。该系统与摄像头、监视器配套, 可以隔室对放射源进行控制, 可完成对仪器仪表刻度及对剂量计, 动物、细胞等样品进行自动计时照射。达到了设计要求, 满足了实际工作的需要。经过使用证明, 整套控制器性能优良, 使用简单方便, 防护安全可靠。目前, 根据本新型γ辐照装置的研制成果, 本所已向国家知识产权局申请了国家实用新型专利(专利申请号:200520127839.8)。

1 机械控制装置的设计

本γ照射装置是一种带有准直器的自含源装置^[3]。它的机械操纵部分由基座、γ辐射源容器、防辐射铅门机械装置基座、降机架、组合式防辐射铅门、电动机、变速器、升降螺杆、滑道、降位开关和升位开关等组成。γ辐射源容器的底座为落地正方体, 组合式防辐射铅门的机械装置基座为落地长方体, 前后连接成一个整体。γ辐射源容器放置在正方体基座的顶面正中。升降位开关、升降机架、升降螺杆、滑道、变速器、电动机安装于长方体形机械装置基座上, 整个基座固定于γ辐照室的地面上。通过操纵组合式防辐射铅门沿着升降机架的滑道上下运动, 完成对γ放射源准直器的打开及关闭, 达到控制γ射线辐射实验条件的目的。

垂直方向运动的组合式防辐射铅门, 由三层30cm × 15cm ×5cm的铅砖, 采用搭缝结构由牢固的金属框架组合为一整体。通过防辐射铅门沿升降机架沿垂直方向的上下运动, 完成对γ放射源准直器的打开及关闭。节省了γ辐照装置的占用面积, 为实验工作及被照射样品的布放创造良好的条件。图 1为γ辐照器机械结构示意图。

如图 1所示, 防辐射铅门由三层30cm ×15cm ×5cm的铅砖采用搭缝结构、由牢固的金属框架组合成一个整体。平时铅门处于升降机架的升位开关位置, 完全封闭住γ源容器的准直器的圆锥形出口, γ辐射源发出的γ射线被铅门阻挡和吸收, 保证γ辐射源容器外表面及γ辐照室内的电离辐射水平符合国家有关防护标准的规定^[4]。当需提供γ辐射场照射条件时, 打开位于控制室内的远距离控制台的开关按钮, 辐照装置工作, 电动机通过变速器驱动丝杠, 带动铅门沿着升降机架下行, 当到达降位开关位置时, 自动切断电动机电源, 铅门停止运动。此时γ源容器的准直器的圆锥形出口完全打开, γ射线沿水平方向射出, 照射工作开始。当照射结束时, 关闭位于控制室内的远距离控制台的开关按钮, 或由电子计时器触发辐照装置工作, 电动机通过变速器驱动丝杠, 带动铅门沿着升降机架上行, 当到达升位开关位置时, 自动切断电动机电源, 铅门停止运动。此时γ源容器的准直器的圆锥形出口完全封闭, 结束照射工作。辐照装置就是按照这样的工作流程循环工作的。

2 电控部分的实施方案

该装置控制电路部分在设计研制过程中, 严格遵照了目前我国卫生行政部门制定的法规及相应的国家标准^{[5, 6]}。γ辐照控制装置电路原理图如图 2所示, 它的工作状态和特点如下。

电动机具有自锁、互锁保护电路, 启动电压高、组合式铅门运行速度快, 上、下行程运行时间相同, 及这样可减少照射的端效应误差, 提高照射剂量准确度。组合式铅门的位置和装置的工作状态, 分别由控制台上不同的指示灯显示, 一目了然。

为了满足不同照射条件的需要, 在铅门控制装置的电路中, 除设计了手动控制电路之外, 同时还可根据照射的剂量值, 选用自动限时器, 设定和控制照射时间。设定的最长照射时间可达99h。

国家标准规定对于大于37MBq(1mCi)的γ放射源, 必须有安全连锁装置以保障人员安全^[4]。本装置配备了一整套辐射安全防护及报警系统。在位于控制室内的远距离控制台的电路中, 装有γ辐照室的门连锁保护开关, 即在照射室门未关好的情况下, γ辐照器的组合式铅门无法打开。在γ辐照室的门上方装有红色报警灯, 与机器控制电路相连, 照射时红灯亮, 提示有关人员注意, 避免在照射时人员误入γ辐照室, 造成意外受照。同时远距离控制台选用钥匙电子开关、安装紧急情况下强迫关闭γ辐照组合式铅门的应急开关。这些装置可避免由于人员误操作发生意外事故。

在辐照室墙面上安装了一套十字线激光定位器, 提高辐射场的定位精度, 确保剂量数值的准确性和重复性。

3 γ辐射场基本参数的测量

ISO 4037规定的防护级γ射线参考辐射场的指标主要包括:1m处的空气比释动能率及辐射场均匀性, 来自环境的散射辐射的空气比释动能率等^[7]。例如ISO 4037标准要求:在各检验点上, 测量射线束轴线上的空气比释动能率, 经空气减弱修正后, 空气比释动能率与放射源中心到探测器中心距离平方的倒数成正比, 其偏离应小于5%。

我们二级标准实验室, 采用在中国计量科学研究院校准的英国NE2550电离室型二级标准剂量仪, 对研制的γ辐照装置的辐射场的基本参数进行了测量。距γ源1m处均匀性在2%以内的辐射场直径约为20cm。

我们还对散射辐射的贡献进行了测量, 实验中距放射源中心的距离为沿射线束轴线。根据对实测的空气吸收率值进行修正后, 计算结果显示:此γ辐照装置辐射场的散射辐射的空气比释动能率成分占辐射总量的2.4 %, 说明放射源以外的散射辐射的贡献符合标准的要求, 也说明辐射场的空气比释动能率符合反平方定律。

测量结果表明, 建立的防护级γ射线参考辐射场的各项指标均符合要求。经过我所二级标准剂量学实验室为省市卫生监督所、疾控中心校准仪器、照射样品试用, 表明其性能可满足实际需要。