医用电子加速器主要用于治疗病人的肿瘤疾病。不论使用X射线模式时的光子还是使用电子线模式时的电子线进行治疗, 加速器治疗室内都存在大量X射线。除主射束(又称有用束)X射线外, 还有些X射线是由通过加速器治疗头的泄漏辐射, 设备、病人、墙壁等发射出的散射辐射和高能光子与物质作用时产生的湮没辐射组成的, 称之为非主射束X射线。这种X射线是治疗工作中不需要的, 是需要减少和进行屏蔽防护的。了解它的辐射水平, 对保护工作人员和环境具有十分重要的意义。为此对8种型号的10台医用电子加速器治疗室内的X射线辐射水平进行了测量, 报道如下。

1 测量方法

调查的医用电子加速器10台, 分别安放在10座医用加速器治疗室内。这些加速器分类为8个型号:Clinac 1800, 2300C/ D, 600C 3个型号, 美国产; SL75-20, SL75 -14 2个型号, 英国产; Saturnel和Orion 4 2个型号, 法国产; CY-10 1个型号, 国产设备。测量使用FARMER 2570/1A剂量仪, 用它的0.6ml电离室测主射束X射线吸收剂量, 用它的600ml电离室测非主射束X射线当量剂量。同时, 使用国产(西安262厂)FJ347A型X、γ射线剂量仪。测量仪器均经计量部门校准。测量时, 源(加速器靶)皮距为100cm, 照射野为10×10cm²到30×30 cm²。加速器按X射线模式运转时, 发射的主射束X射线能量为4MV, 6MV, 8MV, 10MV, 15MV和18MV。电子线模式运转时, 电子线最大能量可达20MeV。受照物体采用标准(32×32×27cm³)和自制(47×47×32cm³, 壁原1cm)体模(水模)代替。考查点选在体模(治疗时为病人)表面所在平面上(称受照体或病人平面)。测量(考查)点之间距离间隔1米。测量布置如附图所示。附图中, 1.加速器治疗头; 2.X射线源; 3.主射束(有用束); 4.等中心; 5.散射体(即体模), 治疗时为病人; 6.治疗床; 7.测量(考查)点; 8.布置测量点的区域。测量条件见表 1。

2 结果和讨论

测量结果见表 2。表 2中测量结果以测量值与等中心吸收剂量值的比值, 称辐射比来表示。表中到等中心的距离有的未取整米的数值是因为治疗室大小不完全相同的原因造成的。由测量结果可见:

2.1

医用电子加速器治疗室内受照体平面上的辐射比一般不大于2×10^-3。在同一测量条件下基本上为定值, 因而此时等中心X射线剂量率愈大, 治疗室内非主射束X射线辐射水平愈高。例如, 当源皮距为1m, 照射野为20cm×20cm, 等中心主射束剂量分别为2, 4, 6, 8Gy时, 在受照体平面上, 距等中心1m处的非主射束X射线当量剂量分别为1.5, 3.0, 4.6和6.1mSv。因此, 考虑加速器辐射防护问题时, 应以主射束的最大剂量为依据, 以免屏蔽防护不足。

2.2

治疗室内考查(测量)位置上的非主射束X射线剂量随照射野面积变化。照射野面积愈大, 考查位置辐射剂量水平愈高。例如, 照射野分别为5×5cm², 10×10cm², 12×12cm², 16×16cm², 20×20cm²和30×30cm²等中心光子剂量为4.0Gy时, 在受照体平面上, 距等中心1m处的非主射束X射线辐射比分别为2.85×10^-4, 4.28× 10^-4, 4.90× 10^-4, 6.88× 10 ^-4, 1.02×10 ^-3和2.16×10 ^-3。当照射野由10×10cm²增加到30×30cm²时, 剂量约增加4倍。这一现象可能是因为照射野扩大, 参与光子作用的受照物体的原子数目增加, 光子被散射的几率增大, 散射的光子数目增多, 从而使空间的辐射剂量增加。因此, 估计加速器治疗室内的非主射束光子剂量时, 不能忽略照射野这一因素。

2.3

在受照体平面上, 随着考查点到等中心距离的增加, 非主射束光子剂量缓慢减少。这种衰减, 没有“距离平方反比”规律预计的变化剧烈。这是因为非主射束X射线辐射既不是单能辐射, 也不是单一种类的辐射。实际上, 测量结果表明, 在混凝土治疗室内, 非主射束X射线剂量随距离的变化是按比距离平方方次小的方次的关系变化的。因此, 估计加速器治疗室内非主射束X射线剂量时, 应考虑到它衰减比较缓慢的特点, 以免低估距等中心较远处的非主射束X射线辐射剂量。

2.4

在受照体平面上, 非主射束X射线剂量基本不随主射束X射线能量变化。例如, 对于2号, 8号和10号加速器的主射束X射线能量, 由15MV下降到4MV, 能量相差最大达11MV, 最大差别为275%。但测量条件(等中心剂量率, 源皮距, 照射野, 体模等)相同时, 距等中心1m处非主射束X射线辐射比却非常接近, 最大差别不大于17%。这可能是由于下述原因造成的, 电子加速器使用不低于4MV能量的X射线进行疾病治疗时, 在这种能量范围, 光子与物质(受照射物体)相互作用主要是发生康普顿效应和电子对效应^{[1, 2]}。康普顿效应是随光子能量增加而减少, 因而康普顿散射光子数目, 或者说散射辐射剂量, 随光子能量增加而减少。电子对效应是随光子能量增加而增大, 因而湮没光子数目, 或者说湮没辐射剂量, 随入射光子能量增加而增大。光子能量不超过10MV时, 康普顿效应的作用大于电子对效应的作用; 光子能量超过10MV时, 电子对效应的作用大于康普顿效应的作用。因为非主射束X射线是由散射X射线, 湮没辐射, 泄漏辐射混合组成的, 但医用加速器设备的泄漏辐射剂量水平国内外是有规定的^{[3, 4, 5]}, 且为确定值。因此, 非主射束X射线剂量变化, 主要是由于散射辐射和湮没辐射剂量的变化形成的。这样, 当等中心X射线剂量相同时, 由于康普顿效应和电子对效应在不同能量段的作用特点, 在它们的共同作用下, 这就造成了较低能的加速器的非主射束X射线剂量与较高能加速器的非主射束X射线剂量相近似的现象。这种特点, 有利于简化剂量计算。

根据非主射束X射线的特点, 为了辐射防护目的, 可用下述经验关系式来估算医用电子加速器治疗室内的非主射束X射线当量剂量:

(1)

(2)

式中H, 考查点非主射束X射线当量剂量; Do, 等中心处主射束X射线剂量; f, 辐射比; F, 照射野(cm²); Z, 考查点到等中心距离(m)。

为了与实际测量结果比较, 由(2)式估算结果也列在表 2中。比较可见, 估算值与实测值符合较好, 一般在30 %范围内, 最大相差一倍左右。

3 小结

测量了发射主射束X射线能量为4, 6, 8, 10, 15和18MV的8种型号的10台医用电子加速器治疗室内非主射束X射线辐射水平, 在距等中心1m范围内, 辐射比一般不小于1×10^-3。在距等中心1m范围外, 辐射比一般小于1×10^-3。测量结果, 可为辐射防护工作, 尤其安全监督、管理和保护工作人员, 提供参考数据。