1 机房屏蔽设计和设备参数

黑龙江省某单位新建的放射治疗室包括:医用电子直线加速器机房, 使用面积为61.45m²; 机房平面布局见图 1。选用某放疗装备有限公司生产的GK-06-100医用电子直线加速器1台。射线种类X射线, X射线为连续谱, 谱中最高能量为6MeV (即打靶电子能量为6MeV)。X射线的穿透性在正常治疗距离(100cm)处, 用10cm×10cm照射野时, 水下10cm处的吸收剂量为最大吸收剂量处吸收剂量(67 ±2)%。在正常治疗距离(100cm)处, 最大剂量率为3.5Gy/min, 出厂的每台加速器输出的剂量都略高于此值。防护计算时可按4Gy/min计算。在正常的治疗距离处, 最大照射野尺寸为40cm×40cm, (在防护计算时也可按初准直锥角度2×14°计算)。机架可绕主轴做60°旋转, 辐射束方向是变化的。最大辐射束外面的泄漏辐射平均不超过主射线的0.1%。由于该加速器能量较低, 设计防护时不考虑中子的产生; 不考虑感生放射性; 也不需要考虑空气中氧氮被激活产生的放射性。加速器在对病人开机治疗时, 会产生X射线, 主射线束方向为东西方向, 并作360°旋转。治疗病人数量为每天最多100人设计。每人平均照射时间1min, 平均每次每人剂量200cGy。

2 机房屏蔽厚度的计算 2.1 主射线屏蔽厚度计算

主屏蔽是针对主射线的防护。本项目是天棚和东西墙的部分位置。主射线屏蔽范围计算:根据设计参数, 主射线照射在地板、天棚、东、西墙四个方向上, 主射线的出束角度为28°。

西墙:焦点位置距西墙为:1 000+3 350+1 100=5 450mm, 主屏蔽范围为(tg14⁰×5 450+30)×2=2 778mm, 设计值为: 3 400mm评价结论:符合。东墙(由迷宫内墙和迷宫外墙双屏蔽):焦点位置距东墙为:1 000+3 350+1 100=5 450mm, 主屏蔽范围为(tg14⁰×5 450+30)×2=2 778mm, 设计值为: 3 400mm评价结论:符合天棚:焦点位置距天棚为:4 000-340 +2 000=5 660mm, 主屏蔽范围为(tg14⁰×5 660+30)×2= 2 882mm, 设计值为:3 400mm评价结论:符合。由于该机房建在一楼, 且没有地下室, 所以地面的防护不予考虑。

主射线屏蔽墙厚度计算:

(1)

其中S_p:主屏蔽墙厚度(cm), 普通混凝土密度取:ρ=2.35 g/cm³; TVT:TVT=34cm ρ=2.35g/cm³的普通混凝土值层厚度(cm); W:工作负荷, 距离加速器靶1m处1周的照射剂量, 按100人/d计算, W取2 000Svwk^-1; U:束定向因子U=1/ 4;T:居留因子; d:加速器靶距防护点的最近距离(m); P:周剂量限制值; n:安全参数n=2。

西墙主屏蔽厚度计算:根据现场勘测报告:西墙外为空地, 为公众偶尔停留区。因此, 居留因子T=1/16;d:加速器靶距防护点的最近距离:d=1+3.35+1.1+1.3=6.75m;P:周剂量限制值m Sv/50w k=0.02 mSv/wk, 代入(1)式, 计算得到S西=164cm。东墙主屏蔽厚度计算:根据现场勘测报告东墙外为医院住院部大楼, 公众部分居留区。因此:居留因子T=1/ 4;d=1+3.35+1.5+2.5+1.2=9.55 m; P=0.02mSv/wk; 代入(1)式, 得到S_东=174cm。

天棚主屏蔽厚度计算:根据现场勘测报告天棚外为房顶, 为无人停留区, 但机房东、北侧为医院病房, 为防止对其他公众的影响, 根据医院的要求, 采取过防护, 房顶屏蔽厚度按公众部分居留区计算。不按天空散射计算。因此:居留因子T=1/4; d=4-0.34+2=5.66m;P=0.02 mSv/wk; 计算得出S_d= 190cm。

2.2 副屏蔽墙厚度计算

副屏蔽是针对漏射线和散射线的防护。按照文献[2]确定副屏蔽的厚度的方法, 本报告副屏蔽墙的理论计算以漏射线为准。本项目是天棚、东西墙的部分位置和南北墙。由于本报告采用漏射线为依据确定的屏蔽厚度。其中厂家保证漏射线不超过主射线的千分之一, 因此

(2)

其中S_s:副屏蔽厚度(cm)其余符号同(1)式。

西墙副屏蔽厚度计算:居留因子T=1/16;d=3.35+1.1 +1.3-1=4.75m;P=0.02 m Sv/wk; 代入(2)式, 得到S_西= 93cm。东墙副屏蔽厚度计算:居留因子T=1/4;d=3.35+1.5 +2.5+1.2-1=7.55 m; P=0.02 mSv/w k; 计算得S_东= 100cm。天棚副屏蔽厚度计算:居留因子T=1/4;d=4-2.34 +2=3.66m;P=0.02mSv/w k, 计算得S_d=121cm。北墙屏蔽厚度计算:居留因子T=1/4;d=5.5m;P=0.02mSv/w k; 得S_北 =109cm南墙屏蔽厚度计算:南墙外为控制区, 即职业人员工作区。取居留因子T=1;d=4.4m, P=0.1mSv/w k; 得S_南= 112cm。迷宫墙厚度的计算:本报告评价的是治疗室机房的迷路属长L型。双墙厚度和不低于东墙主屏蔽厚度174cm。

2.3 防护门屏蔽厚度的计算

防护门的屏蔽是针对来自迷宫的散射线的屏蔽。防护门厚度计算公式:

(3)

长L型迷路D_门=5×10^-7D_中=5×10^-7 D×4Gy/min=2.0 μGy/min=120μGy/h, 门外剂量取D_L=0.25μGy/h, 衰减系数 , 由k=2ⁿ计算出半值层个数n=8.92, 门口射线能量据此确定铅的HVT为0.86mm, 再由(3)得防护门铅厚度为8.92×0.86=7.7mm, 所有计算结果见表 1

3 机房外空气比释动能率监测 3.1 监测内容

测量机房墙外的空气比释动能率

3.2 监测用仪器

FJ-347AX γ剂量仪, 量程:0~1 000μGy/ h, 响应时间:≤ 8s。能量响应:40keV~10MeV, 校准因子: 1.02。仪器检定日期:2005年8月10日, 有效期1a。

3.3 监测条件

加速器最大照射野40cm×40cm, 最大照射剂量率〔在正常治疗距离(100cm)处, 最大剂量率为3.5Gy/min〕工作条件下, 测量东墙、西墙、屋顶外空气比释动能率时机头出束方向为所监测墙和屋顶方向。测量南墙、北墙外空气比释动能率时, 机头出束方向为地面。测量铅门外空气比释动能率时, 机头出束方向为东墙(迷宫墙)。开机时间每次2min。

3.4 监测方法

当加速器关闭时, 在每面墙、门、屋顶中心点, 距表面5cm处, 测量天然本底, 测量5次取平均值。当加速器出束时, 首先对所监测墙、屋顶或门进行巡测, 记录最大空气比释动能率。然后对墙、铅门和屋顶给出距外表面5cm上、下、左、中、右五点空气比释动能率。

3.5 监测结果(表 2) 4 结论

表 2数据可以得出, 东墙外、北墙外、控制室、配电室、铅门外空气比释动能率为天然本底。

西墙外最大空气比释动能率为0.36μGy/h, 如加速器向该方向每天有100个照射野, 平均每个照射野用1min计算, 墙外人员居留因子取最大值1, 那么人员所受剂量为0.36μGy/h× 100÷60×365d=219μGy=0.219mGy≈0.219m Sv。小于本报告对公众所取年剂量目标限值(1mSv)。

屋顶最大空气比释动能率为0.73μGy/h, 如加速器向该方向每天有100个照射野, 平均每个照射野用1min计算, 墙外人员居留因子取最大值1, 那么人员所受剂量为0.73μGy/h×100 ÷60×365d=444μGy=0.444mGy≈0.444mSv。也小于本报告对公众所取年剂量目标限值(1m Sv)。况且屋顶无人员居留。

机房外各点的年累计剂量均小于本报告对公众所取年剂量目标限值(1mSv)。辐射防护屏蔽效果符合《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中的规定要求。