近年来, 随着高能量加速器的应用日益增多, 人们也越来越关心对中子的防护。当加速电子的能量超过10 MeV时, 在产生有用X射线的同时, 可以通过电中子反应和光中子反应产生中子^[1]。这些中子与治疗作用无关, 但却给患者增加了额外剂量, 也对机房外的工作人员和公众人员形成了接受中子照射的危险。其中, 人们比较关心迷路入口处的中子剂量, 因为此处的剂量与防护门口处的剂量直接相关。笔者对一台Varian 2100C/D型医用电子加速器迷路入口处的中子剂量进行了实际测量, 并对其影响因素进行了分析, 所得到的测量数据及分析结论可供辐射防护人员在进行屏蔽设计时参考。

1 材料与方法 1.1 测量仪器

国产FJ-342G1型中子雷姆剂量仪。

1.2 加速器

美国Varian 2100C/D型医用电子加速器, 标称能量15M eV。

1.3 方法

使用中子雷姆剂量仪在不同的照射野大小、机架角度下进行中子剂量率测量(测试机房建筑参数及测量点见图 1), 并对测量数据进行理论分析。

2 结果及测试条件(表 1) 3 结果分析 3.1 迷路入口处中子剂量率来源

迷路入口处中子剂量率由两种类型的中子形成:一种是直射中子, 也叫泄漏中子, 是原发中子穿过加速器机头屏蔽材料后直接到达迷路入口处的中子。GBZ126-2002规定, 距电子轨道1 m处中子泄漏不得超过正常治疗距离上有用线束中心轴吸收剂量的0.05%, 这是国家标准对此种中子的剂量限值; 第二种是散射中子, 是泄漏中子在机房内墙壁及其他物体上经过一次和多次散射后形成的。对于中子而言, 不能忽略散射中子的剂量率影响, 经散射而来的中子产额可能是直射中子的10倍以上, 尽管其能量下降很多, 品质因子也随之下降, 但由散射中子形成的剂量率也可能是直射中子的一倍左右^[2]。相反, 伴随主束X射线射出的中子剂量率可以不用考虑, 因为伴随主束X射线射出的中子产额并不比其他方向上的泄漏中子产额明显增多^[3]。

3.2 照射野大小对中子剂量率的影响

由测量结果(表 1)可以看出, 当照射野减小时, 中子剂量率增大, 0.3 cm ×0.4 cm时的中子剂量率约为30 cm ×30 cm时的1.6倍。这种情况与照射野大小对X射线的剂量率影响是不同的, 一般而言, 当照射野增大时, X射线的剂量率是随之增大的。Mao XS等^[4]对一台VARIAN CLINAC 2100C型加速器进行了测量, 测量结果表明:在其他条件不变的情况下, 加速器机头处中子产额与辐射野边长成反比, 如图 2所示。McGinley、Lalonde R等^{[5, 6]}的研究结果也表明, 不仅机头处的中子产额与辐射野面积存在此种关系, 而且防护门处的中子剂量率与辐射野面积也存在此种关系。造成这种现象的解释是:随着照射野增大, 高能X射线与遮线器等作用面积减少, 中子产额随之减少。因此, 当加速器的遮线器完全闭合时, 中子产额最大。此处产生的原发中子能量较高, 高原子序数的遮线器材料不能够将其屏蔽吸收, 因此对迷路入口处的中子剂量率贡献增大。

3.3 机架角度对中子剂量率的影响

由测量结果(表 1序1、4、5、6)可知, 机架角度对迷路入口处的中子剂量率大小存在影响, 但影响程度不大, 0°、180°和270°时近似相等, 90°与270°时差别最大, 270°时约为90°时的1.3倍。从以上结果我们可以推测, 泄漏中子对迷路入口处的中子剂量率影响大于散射中子。因为在90°与270°两种条件下, 机房内散射条件没有变化, 对散射中子形成的剂量率贡献影响小, 而机头漏射点到迷路入口处的距离变化较大(270°时的机头到迷路入口处的距离比90°时减小了约2 m), 与距离变化直接相关的即是泄漏中子对迷路入口处的剂量率贡献大小。

4 结论

在对能量超过10 MeV的医用电子加速器进行屏蔽设计时, 要考虑对中子的防护。中子剂量率与照射野面积大小、机架角度等加速器治疗条件有关。当照射野面积最小、机架270°时, 在迷路入口处形成的中子剂量率最大。因此, 应在此条件下考虑高能加速器机房防护门针对中子的屏蔽厚度计算。