恶性肿瘤是一种多发病、常见病，严重威胁着人们的生命健康，据统计，恶性肿瘤已经成为我国居民最主要的死亡原因之一。治疗恶性肿瘤的三种常用手段是手术治疗、放射治疗和化学药物治疗，其中放射治疗因其适应证宽、疗效较好、副作用小的特点，在恶性肿瘤的治疗中占据着不可置疑的重要地位。据国内各大肿瘤防治中心的统计，经诊治的肿瘤患者约有65% ~ 75%需要采用放射治疗的手段进行治疗^[1]。

放射治疗至今已经有近百年的历史，我国的放射治疗开始于20世纪30年代，电子直线加速器的引进则开始于1975年。放射治疗在最近数十年得到了空前的发展，越来越多的医院开始采用放射治疗方法来治疗肿瘤，医用电子直线加速器因其具有剂量率高、束流稳定、剂量输出准确等显著特点，逐渐成为肿瘤放射治疗中广泛应用的设备^[2]。我国人均医用电子直线加速器拥有量在世界上还属于较低的水平，按照世界卫生组织(WHO)推荐的平均百万人口拥有量，我国13亿人口应当拥有医用电子直线加速器2600台~ 3800台，而目前我国实际配置的医用电子直线加速器仅为此推荐值的1/3左右^[3]。在未来的一段时间，医用直线加速器或许会迎来一段暴发式的增长，因此医用电子直线加速器治疗机房的辐射防护屏蔽问题也越来越受到科学研究机构和公众的关注。本文就某医院医用电子直线加速器机房防护门的改造实例分析对医用电子直线加速器防护门的防护问题。

1 材料和方法 1.1 改造项目

某医院利用原有的医用电子直线加速器机房改建(机房平面布置见图 1)，安装新购置的由瓦里安医疗系统公司生产的型号为iX Package的医用电子直线加速器，标称最高X射线能量为10 MV，最高电子线能量为18 MeV，X射线模式下最高输出量为600 cGy/min。该医用电子直线加速器机房原来安装的是一台标称最高X射线能量为15 MV的加速器，各防护墙的设计建造均按照15 MV加速器的辐射防护要求进行，改建后的加速器机房安装了新的防护门，防护门采用不锈钢饰面包裹的纯铅防护层，铅防护层厚度为18 mm。

1.2 检测设备和条件

辐射防护检测所用的仪器设备均经过中国计量科学研究院的检定并都在检定有效期内，用于本次机房门的改造过程中检测所使用的仪器包括: ①便携式X/γ剂量率仪(6150AD 5/h + 6150AD b/h，德国，刻度因子1.08); ②中子周围剂量当量仪[LB6411 + LB123，德国，刻度因子1.04，探测下限(MDL)为0.03 μSv/h]。检测时医用电子直线加速器采用X射线模式，能量为加速器标称最高能量10 MV，加速器输出量设置为600 cGy/min，照射野关至最小。

1.3 屏蔽计算方法

对于大于10 MV加速器的机房，迷路入口需考虑三项中子(加速器机头外的杂散中子、杂散中子在机房内壁的散射中子和相互作用中生成的热中子)在迷路内的散射中子的剂量^[4-6]。

防护门口中子剂量当量率计算为公式1和公式2^[7-8]:

(1)

(2)

式中，为迷路门口的中子剂量率; 为迷路内入口中点的中子剂量率; η_n为中子占有用线束的比率，Sv/Gy，取2 × 10^-3; ω为距等中心1 m处有用线束的吸收剂量，Gy; r为考查点到辐射源的距离，m; β为迷路的几何系数。

(3)

(4)

式中，l₁、l₂为迷路转折长度，m; A₁、A₂为迷路横截面积，m²。

防护门屏蔽厚度的计算公式为公式5:

(5)

式中，TVL为中子在屏蔽材料中的什值层厚度; 为防护门口未屏蔽时的中子剂量当量率; 为防护门口的剂量当量率控制值。

2 结果 2.1 防护门改造前的检测结果

在加速器安装完成后的调试期间，对该医用电子直线加速器机房进行了辐射防护检测，检测结果见表 1(检测数据包含天然本底，该加速器机房所处位置室外本底范围0.15 ~ 0.16 μSv/h)。

从检测结果中可以看出，防护门外的中子剂量偏高，需要针对中子对防护门进行改造，在防护门中增加针对中子的防护材料。

2.2 防护门改造建议

加速器治疗机头外的杂散中子经迷路壁多次散射后，在迷路入口处的平均能量约为100 keV，该能量的中子在聚乙烯中的TVL约为45 mm。治疗机房入口门外的剂量率控制水平≤ 2.5 μSv/h^[4]，考虑中子的权重因子后，防护门外的中子剂量当量率应当控制在0.25 μSv/h以下，根据以上的计算条件，对该医院医用电子直线加速器防护门提出了如下的改造建议:在原有的防护基础上增加53 mm厚的聚乙烯。

2.3 防护门改造后的检测结果

医院根据改造建议将防护门返厂改造，医院出于保守起见在建议的基础上额外增加了防护厚度，在原有的防护基础上增加了130 mm厚的聚乙烯。防护门改造完毕后，对该机房防护门外的辐射剂量率水平进行了重新检测，检测结果见表 1。

从防护门改造后的检测结果可以看出，防护门外的中子剂量率水平已经低于仪器的探测下限(0.03 μSv/h)，证明防护门的改造取得了预期的防护效果。

3 讨论

根据医用电子直线加速器的实际情况，如果对初级和次级光子提供了适当的屏蔽，则初级和次级电子也将被完全阻止，不需要专门考虑针对电子的防护^{[4, 9]}，因此在辐射防护检测中仅需要对最大X射线能量照射模式下进行检测。

对于运行能量在10 MeV以上的加速器，需要考虑对中子的防护，运行能量≤10 MeV的加速器一般情况下无需考虑对中子的防护问题^{[4, 10]}。基于以上的考虑，该医院装备的医用电子直线加速器的最大X射线能量为10 MV，在初次安装的防护门的设计中没有考虑对中子的防护问题，但从防护门安装完成后的辐射防护检测结果却发现防护门外具有较高的中子剂量水平。通过对该机房的现场查验，其迷路宽度达到了2.6 m，并且在迷路内入口处存在一个较大的拐角空间，导致了迷路横截面积的显著增大，根据公式1-公式4，这将会导致散射到迷路门口的X/γ剂量率和中子剂量率均呈指数的上涨，这也是导致防护门外中子剂量率水平较高的直接原因。检测结果显示，防护门外的X/γ剂量率水平也较高，考虑到该场所的工作人员和相关的公众的心理承受水平，如果有可能应当对迷路进行改造，减少迷路宽度和内入口的拐角空间，将会显著降低迷路入口处的剂量率水平，降低防护门的辐射防护要求。

由于机房防护门边缘和迷路防护墙之间有搭接的部分，迷路防护墙采用混凝土浇筑，混凝土中含有4 ~ 5%的水，对中子的屏蔽效果比较好，因此在防护门改造前的辐射防护检测中防护门边缘的缝隙处未检测到中子辐射，同样，防护墙外中子辐射水平也低于探测下限。在防护门的改造中添加了富含轻原子序数的聚乙烯作为中子的屏蔽材料，取得了预期的防护效果，但是增加富含轻原子序数的材料对降低X/γ辐射水平并无实质性的效果。

在进行加速器机房的设计时，应当考虑文中各参数的选择，在满足工作要求的条件下，尽量减小迷路横截面积，增加迷路的长度，可以降低机房防护门处的辐射剂量水平。