加速器产生的高能粒子(如质子、电子或α粒子等)轰击靶物质的原子核时, 可以通过核反应产生β射线和γ射线, 这种辐射被人们称之为感生放射性。近年来, 随着防护条件的改善, 单纯由于贯穿辐射对工作人员造成的剂量水平已经很低, 而由于感生放射性造成的剂量比重却越来越大, 已逐渐引起人们的重视。笔者通过测量一台Varian Clinac2100C/D型加速器治疗头处的γ射线剂量率水平, 分析了影响因素, 对感生放射性的放射防护提出了建议。

1 材料和方法 1.1 加速器

美国瓦里安公司生产的Clinac2100C/D型医用电子加速器, X射线标称能量为6/15 MV; 靶和准直器分别由钨铬合金和铅合金制成; 治疗头处采用约20cm厚的铅块作为屏蔽材料。

1.2 测量仪

γ射线的测量使用美国产450P型电离室巡测仪。该仪器响应时间为1.8s~ 5.0s;有效量程为0μGy /h~ 50mGy /h; 在有效量程内测量误差为±10%。

1.3 方法

测量时, Clinac2100C/D型加速器在使用现场刚刚安装完毕。首先, 在开机前对治疗头处的γ射线剂量率进行测量。然后, 分别在连续投照100cGy、500cGy和2 600cGy后进行测量。最后, 模拟临床治疗状态, 即照射100cGy停止3min再照射的过程, 重复20次后进行测量。测量时间分别选择在停止投照后的0 ~ 1min、3 ~ 4min和5 ~ 6min时间段内。测量位置选择在加速器治疗头左右两侧距表面5cm至100cm范围内。上述投照剂量均是在X射线能量15 MV, 等中心剂量率300cGy /min, 照射野10cm ×10cm条件下完成的。

2 结果 2.1 开机前辐射水平

上午开机前治疗头处的γ射线剂量率测量结果为当地天然本底辐射水平, 范围为0.05 ~ 0.11μSv / h。

2.2 与照射剂量的关系

如图 1所示, 加速器治疗头处的感生放射性水平与照射剂量成正比关系, 照射剂量越大则感生放射性水平越高。在停止照射后的1min时间段内, 这种正比关系更为明显。停止照射后的5min时间段内, 这种随剂量增高的趋势变缓。

2.3 与停止照射后时间的关系

如图 2所示, 加速器治疗头处的感生放射性水平与停止照射后时间成反比关系, 随时间延长感生放射性水平降低。连续照射100cGy, 1min时的感生放射性约为1.24μGy /h, 3min时约为0.52μGy /h, 5min时约为0.26 μGy /h, 接近本底辐射水平。大剂量照射后, 这种随时间降低的趋势更为明显, 连续照射2 600cGy, 1min时的感生放射性约为4.2μGy /h, 3min时约为2.4μGy /h, 5min时约为0.86μGy /h。

2.4 与距离的关系

加速器治疗头处的感生放射性水平随距离延长而减小, 但并不遵循距离平方反比规律。图 3所示为连续照射2 600cGy后1min, 距离治疗头30cm~ 100cm距离处的感生放射性实测值与距离平方反比规律估算值的比较。可以看出, 感生放射性随距离的衰减较慢, 不遵循距离平方反比规律。

2.5 与照射方式的关系

图 4中的连续照射指的是每次照射100cGy, 间隔时间约20s, 照射总剂量2 600 cGy; 间断照射指的是每次照射100cGy, 间隔时间约3min, 照射总剂量4 000cGy。由图 4知, 连续照射条件下停止照射后的几个时间段内感生放射性水平都高于间断照射条件, 在1min和3min的短时间内较5min时更为明显。

3 讨论 3.1 感生放射性与照射剂量、停止照射后时间的关系

加速器治疗头处的感生放射性主要来源于治疗头的结构及屏蔽物质在受到高能X射线和电子线照射后产生的放射性核素, 如⁶³Cu (n, 2n) ⁶²Cu, ⁶⁵Cu (n, γ) ⁶⁴Cu, ⁶⁵Cu (n, γ) ⁶⁶Cu等。另外, 空气中某些核素受到照射后也可产生放射性核素, 如¹⁶O(n, p) ¹⁶N和¹⁴N(d, n) 15O等。这些放射性核素多为短半衰期核素, 随照射剂量增高, 核素逐渐累积, 因而, 感生放射性水平增高。停止照射后, 在较短的时间内, 放射性核素衰变为稳定性核素, 感生放射性水平降低。停止照射5min后, 短半衰期核素迅速降低, 因此, 放射性水平随剂量增高的趋势变缓。高剂量照射后, 如2 600cGy, 高剂量照射积累的较高水平的短半衰期核素迅速降低, 因而感生放射性水平随时间降低的趋势更为明显。工作人员通过适当延长摆位间隔将是防护感生放射性的最佳选择之一。

3.2 感生放射性水平随距离的衰减

分析感生放射性不遵循距离平方反比规律的可能原因有:加速器治疗头处的感生放射性主要来源于治疗头的结构及屏蔽物质, 在距离较短的测量区域内, 尚不能作为“点源”对待; 其次, 空气中感生放射性核素的剂量贡献也不会遵循距离平方反比规律。但是, 从图 3中, 仍然看到了感生放射性水平随距离衰减的趋势, 工作人员利用“距离”进行防护仍是可行的。

3.3 感生放射性与连续照射、间断照射的关系

连续照射时的感生放射性高于间断照射, 这种现象与核素累积有关, 连续照射的核素累积高于间断照射。在实际工作中, 我们可以利用这种规律对感生放射性进行防护, 例如采用高能射线治疗患者与低能射线治疗患者交替进行, 达到减少核素累积, 降低感生放射性的目的。