医用电子加速器产生的辐射种类多、能量高、强度大, 并且具有可控制性。其产生的高能X射线, 具有比钴-60γ射线更强的穿透力, 更低的表面剂量, 以及更小的半影区, 因此成为现代放射治疗最主要的使用最多的装置^[1]。加速器运行产生的环境问题主要是放射性污染, 因此必须采取可行的污染防治和安全措施, 确保项目安全运营。根据《中华人民共和国放射性污染防治法》等法律法规的有关规定, 新建医用电子加速器的单位在申领辐射安全许可证前应编制核技术应用项目环境影响评价文件, 并报省级环境保护行政主管部门审查批准。但由于诸多原因, 目前此类环评报告中经常出现评价不全面, 甚至于出现失误, 因此影响了项目建设和日后的监督管理。笔者针对当前医用电子加速器环境影响评价的现状, 结合工作实践, 从环境保护角度系统介绍医用电子加速器运行期环境影响评价的内容和要点, 并提出可行的污染防治与安全措施。

1 加速器项目的环境影响评价基本要求

环境保护是我国的基本国策, 是实施可持续发展战略的重要组成部分, 环境影响评价制度是环境保护的重要手段之一。核技术应用项目的环境影响评价, 是环境影响评价体系的一个重要内容。

1.1 评价标准、原则

《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)规定了职业人员照射限值和公众人员照射限值。应对任何工作人员的职业照射水平进行控制, 使之不超过下述限值:①由审管部门决定的连续5年的平均有效剂量(但不可作任何追溯性平均), 20mSv; ②任何一年中的有效剂量, 50mSv。实践使公众有关关键人群组的成员所受的平均剂量估计值不应超过下述限值:①年有效剂量, 1mSv; ②特殊情况下, 如果5个连续年的年平均剂量不超过1mSv, 则某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv。实际评价采用的目标人员剂量约束限值应不高于审管部门确定的管理限值。

评价原则是必须保证工作人员和公众的健康与安全, 确保各项污染防治措施能达到预期的效果; 必须保证加速器安全运行; 必须使各类人员受照剂量控制在审管部门规定的限值以内, 并符合辐射防护三原则, 即“实践的正当性, 防护与安全的最优化和个人剂量限值”。

1.2 评价目的、内容

为了加强核技术应用中的辐射环境管理, 促进核技术应用正常发展, 国家出台了有关的技术性标准^[2~4], 规范相关的实践活动。环境影响评价的目的是避免医用电子加速器运行危害人员健康和污染周围环境, 确保辐射实践能满足相关要求。

医用电子加速器项目调查与评价内容主要有:拟建地点电离辐射现状水平、项目选址是否合理、平面布局是否科学、屏蔽措施是否最优化以及周围重要敏感保护目标分布情况等。通过对拟采取的污染防治和安全措施进行分析, 预测本项目建成投运后对周围环境的影响, 如公众和工作人员可能受到的辐射剂量值和其他非放射性污染的影响等, 做出代价利益比较, 经全面分析后给出项目环境影响评价的结论和建议。

2 运行期环境影响分析、评价

根据医用电子加速器的工作原理, 加速器运行对环境造成的污染, 主要有X射线和来自X射线产生的中子, 此外还有射线电离空气所产生的臭氧以及感生放射性等。医用电子加速器使用X射线或电子线进行放射治疗, 而X射线对屏蔽的要求高, 因此在机房的防护评价与设计中, 一般只需考虑X射线及中子线所需的屏蔽^[5]。

2.1 X射线环境影响分析与评价

加速器实际运行时X射线会对工作人员和周围公众产生外照射, 需要采取合理的屏蔽措施以降低机房周围环境的辐射水平, 从而确保相关人员个人受照剂量满足标准的限值要求。X射线屏蔽防护预测分析一般采用类比测量法或理论估算法。

类比法是利用已建成运行的同类医用加速器出束时, 测量机房治疗室周围的辐射水平, 进而分析预测本项目建成运行后治疗室周围的电离辐射水平。由于加速器自身防护性能不同、检测时出束的能量和强度差异、治疗室的面积、屏蔽墙厚度以及其使用的建筑材料等因素可能与拟评价项目的条件不完全一致, 因此必须充分考虑上述因素的影响, 预测结果需要据此作出适当的修正。该方法利用实测结果, 因而能有效地预测拟建项目对周围电离辐射环境的影响, 但对类比的条件有一定的要求。

在许多文献资料中^[5~7]给出了加速器韧致辐射的屏蔽防护理论计算方法, 屏蔽计算主要分为主屏蔽计算和次屏蔽计算两大部分。主屏蔽计算主要考虑有用线束的辐射防护, 次屏蔽计算主要考虑加速器的泄漏射线和散射线的辐射防护。计算法能简便地对加速器运行产生的辐射污染进行预测, 分析与评价机房辐射屏蔽防护的效果, 也弥补了类比法可能带来的不确定性, 两者在辐射防护评价中互为补充, 互为验证, 发挥了各自应有的作用。

此外在机房屏蔽防护评价中还需要考虑三种情况下散射X射线对周围环境的影响, 即迷路和防护门、天空散射及管道设置。机房设计迷路主要是减薄防护门厚度, 减少其重量, 其内墙的厚度要降低外墙处的辐射水平, 此外迷路的设计要保证站在机房门口的人看不到机房内有用线束照射的墙面。加速器机房屋顶的防护设计与其周围环境有关。如果机房设在大楼的一端, 或其附近有高层建筑, 甚至机房的顶部还有人的活动场所, 这时机房屋顶的设计与主防护墙的要求一样, 应考虑有用线束和泄漏辐射。但是如果机房为一独立建筑物, 而周围又很空旷, 则屋顶屏蔽无须按主防护要求设计, 只要考虑屋顶漏射线经大气的反散射返回地面加速器机房附近的影响。医用电子加速器机房的通风管道、水管及电缆管道可能穿越屏蔽墙。防护设计时这些管道的取向应避开有用线束照射的方向, 为了防止辐射经管道的泄漏, 管道应取“S”或“U”形, 在地沟的入口或出口应有一定厚度的屏蔽盖板。

2.2 中子辐射和感生放射性环境影响分析与评价

当医用电子加速器的X射线能量高于10MeV时, 应考虑中子的屏蔽防护。根据分析与计算, 对医用加速器而言, 机房防护墙只要满足屏蔽X射线的要求, 对中子的屏蔽效果要比对X射线大300多倍, 足以满足屏蔽中子的要求。因此机房防护墙一般不必作中子辐射防护校核计算, 而主要考虑中子的迷道散射防护, 原则上要求加速器机房防护门须设置一定厚度防护中子的材料^[5]。

能量超过10MeV的医用电子加速器由于中子污染会引发感生放射性。中子污染主要来源于光核(γ, n)反应, 所产生的核素可能是放射性的, 而中子可能被吸收产生第二个放射性核素。医用加速器感生放射性包括:加速器结构材料的活化; 空气活化产生的放射性气体和冷却水的感生放射性。由于所产生的放射性核素衰变得很快, 所以采取的防护措施是加强室内通风和等其衰变。

2.3 非辐射环境影响分析

加速器运行期还存在其他非辐射污染, 主要有辐射产生的臭氧、氮氧化物等有害气体。加速器束流越大, 其产生量越高, 其中臭氧毒性最大, 产生量也最高, 此外氧化物还会与室内水汽作用形成酸雾腐蚀机房内设备。一般要求机房设有通风换气设施, 采用机械排风, 自然进风的方式, 机房通风换气次数每小时大于4~6次。只要保证通风设施完好和正常工作, 臭氧等有害气体不会对人员和设备产生危害。排到大气中的少量臭氧很快就会分解, 不会影响周围大气环境。

3 辐射污染防治与安全措施分析

医用电子加速器一般情况下对人体只产生外照射。外照射的防护原则是, 缩短照射时间、增大与辐射源的距离以及在人与辐射源之间设置防护屏蔽。由于放射治疗中使用的辐射源强度较大, 加速器机房的大小有限, 又不能远离人群, 因此机房的主要防护措施是设置足够厚度的屏蔽层和合理的平面布局。

3.1 规划布局

加速器机房的选址必须充分考虑到周围环境和公众的安全, 同时还需兼顾到医院的总体规划和病人治疗的方便。一般要求机房设置在单独的建筑物内或其他建筑物的底端, 并有单独的出入口。设计时注意候诊室、检查室、办公室等其他辅助设施与放疗机房之间的布局应合理而有序, 避免非放射工作人员受到不必要的照射。

3.2 技术防治

减少加速器运行时对工作人员和公众产生的外照射, 主要从源强、传播途径和接受体三个环节进行防治。在源强上, 在满足同样治疗效果前提下尽可能使用低输出辐射强度, 此外还要求加速器有用线束外泄漏射线的控制值符合GBZ126-2002《医用电子加速器卫生防护标准》的有关要求; 在传播途径上, 通过设置最优化的屏蔽设施以降低治疗室周围的电离辐射附加水平, 此外机房进入通道采用迷路形式, 以减缓防护门前的电离辐射水平; 在个人防护上, 尽量使无关人员远离放疗室, 在放疗室门外设置醒目的电离辐射警示标志, 并且采取门机联锁和急停按钮等多道安全措施, 以避免加速器的潜在照射危险。此外机房内有害气体采用机械通风及时排出, 但应注意避免室内气流出现短路, 造成有害气体局部浓度过高。

3.3 安全管理

医院应根据国家的有关要求建立辐射安全与防护管理组织, 制定安全管理制度、操作使用规程和事故应急预案等程序, 并要求工作人员上岗前进行培训, 考核合格后方可进行相应的操作。此外工作人员还要求严格遵守基本的操作程序, 重视和防范可能产生的各种辐射安全事故风险, 如安全联锁装置失效, 加速器工作时人员误入机房等, 确保辐射安全。

4 结语

医用电子加速器作为一种有效的肿瘤放射治疗手段, 正在大量的应用于临床实践上, 取得了良好的经济和社会效益, 但其对周围环境的影响和安全性也是一个不容忽视的问题, 并日益受到社会的关注与重视。加速器运行时主要产生放射性污染和少量的有害气体, 以及可能的潜在照射事故。因此项目建设应采取经济合理且有效的污染防治与辐射安全措施, 运行期加强设备与人员的管理, 确保医用电子加速器安全运行, 达到经济效益、社会效益和环境效益的有机统一。