湖南省某市二级甲等医院因业务发展需要, 拟利用已废弃的原钴-60治疗机房(机房为一层平房、上方无建筑用房)改造成医用电子直线加速器机房, 并拟购国外某公司生产的X射线标称能量为6MV加速器, 开展肿瘤放射治疗工作。改建加速器机房场址位于医院院内东北部, 场址东面10m外有1栋高约9m医院三层废弃办公楼, 南面为院内过道, 西面10m处有2栋高约7m的二层居民楼(其地面与机房地面高差-2m), 北面10m外为院内菜地(其地面与机房地面高差-2.5m)。

1 拟购加速器的主要性能指标

改建加速器机房屏蔽墙体、顶、防护门的厚度和主防护墙体的宽度与加速器的性能指标密切相关。表 1给出了拟购加速器的主要性能指标。

2 原钴-60治疗机房设计参数

原钴-60治疗机房四周墙体和顶棚均采用密度为2.35g/ cm³的C30砼作为屏蔽材料, 机房总长度10 400mm, 总宽度为9 600mm, 净空高3 700mm, 屏蔽体的具体尺寸见表 2。

3 改建工程方案 3.1 基本思路

针对该项目的拟购加速器性能指标和原钴- 60治疗机房基本情况, 改建工程方案充分利用原机房墙体, 不破坏原有墙体和房顶的基本结构, 新增墙体拟采用密度为2 350kg/m³的C30砼作为屏蔽材料, 并在原机房墙体上采取表面打毛、开凿凸凹形楔口或齿状楔口、植入钢筋等措施, 确保新浇注的混凝土与旧墙体结构能很好结合在一起, 浇注时无空穴、无缝隙。同时, 对加速器机房的设计、建造和运行中留有一定的安全裕量, 以确保可靠的运行。进行屏蔽厚度计算时, 对同一副防护屏蔽体按泄漏辐射和散射辐射分别进行计算的屏蔽厚度, 若两者之差相差不到十分之一值层厚度时, 则在其中较厚的那个厚度上再加上一个半值层厚度。

3.2 计算方法 3.2.1 屏蔽厚度计算 3.2.1.1  

有用线束厚度计算公式:

(1)

式中:d_i——第i种屏蔽体的厚度, mm; Ḋ₀——辐射源项等中心点(1m)输出剂量率, μGy·m²/h; Ḋ——参考点瞬时剂量率控制值, μGy/h; R——参考点到源点的距离, m; TVL_i——第i种屏蔽体的十分之一值层厚度, mm。

3.2.1.2  

泄漏辐射厚度计算公式:

(2)

式中:Ḋ_L——参考点泄漏剂量率控制值, μGy/h; η_L——辐射源项的泄漏率; TVL_iL——第i种屏蔽体的泄漏射线十分之一值层厚度, mm。

3.2.1.3  

散射线厚度计算公式:

(3)

式中:Ḋ_s——参考点散射剂量率控制值, μGy/h; S——散射体面积, m²; α——散射系数; r—源点到散射点的距离, m; r_s——散射点到参考点的距离, m; TVL_is——第i种屏蔽体的散射线十分之一值层厚度, mm。

3.2.2 有用线束主屏蔽区宽度计算

对有用线束的屏蔽宽度核实, 将考虑在有用线束最大张角时所需屏蔽体的最大宽度, 近似采用下式:

(4)

式中:Y_p——机房有用线束主屏蔽区的宽度, m; SAD——源轴距, m; θ——有用线束的最大张角(相对束中的轴线); α——等中心点到"墙"的距离, m。

3.3 计算参数 3.3.1 射线最大能量

E=6MeV。

3.3.2 输出剂量率

1.8 × 10⁸ μGy/h (300cGy/min)。

3.3.3

最大泄漏率^[4]: ≤5 × 10^-3。

3.3.4 距机房墙和出入门外表面30cm处的剂量当量率

Ḣ_c ≤2.5μSv/h (居留因子T > 1/2);Ḣ_c≤10μSv/h (居留因子T≤ 1/2)^[2]。考虑心理因素, 除机房顶上参考点瞬时剂量率控制值按10μSv/h外, 其他参考点瞬时剂量率控制值均按2.5μSv/h;

3.3.5 混凝土十分之一值层厚度

对主射线343mm, 对漏射线取279mm^[5]。

3.3.6 SAD源轴距

取1m。

3.3.7 居留因子T

根据不同情况取值, 具体值见表 3。

3.4 机房厚度计算结果

按照公式(1)、(2)、(3)的计算方法和3.3节中的计算参数, 改建加速器治疗机房所需屏蔽厚度见表 3。

3.5 有用线束主屏蔽区宽度计算结果

根据机房尺寸、拟购置加速器有用线束最大张角和公式(4), 可以计算出所需有用线束屏蔽区的宽度, 结果列于表 4。

3.6 改建后的加速器治疗机房

按照以上计算结果, 加速器治疗机房改建工程设计方案见图 1、图 2。

3.7 改建后加速器机房参考点的剂量率预测值

按改建方案提出的机房厚度(包括机房原有厚度和拟增加的厚度), 计算出参考点剂量率值见表 5。

4 放射防护效果验证 4.1 仪器

LB123多功能辐射防护测量仪, 德国某公司生产, 经检定合格。

4.2 方法

仪器探测器灵敏体积中心置于距墙外表面30cm处待测点, 每个测点读取4个数据求平均值后进行计算。

4.3 工作条件

6MV X射线, 照射野40cm × 40 ㎝, 输出剂量率290cGy/min, 有用线束分别朝向机房不同方向。

4.4 放射防护监测结果由监测结果

可知, 改建后加速器机房墙体、顶和防护门的工作场所和周围环境各参考点的辐射水平符合国家相关标准的规定, 也比预测值低。

5 结论

该工程改建方案充分考虑了拟购置加速器的主要技术指标和原钴-60治疗机房的情况, 提出的辐射屏蔽措施切实可行, 通过对加速器机房外工作场所和周围环境各参考点的剂量率监测, 其辐射水平符合国家相关标准的规定, 工程改建设计方案整体比较理想。

由于该加速器机房是利用原有机房进行改建, 施工时存在不确定因素, 有用线束屏蔽区新增墙体与旧墙体并未完整结合在一起, 搭接不严实, 存在施工收缩缝, 导致首次监测数据偏高, 但经整改后, 已满足相关标准要求。笔者建议, 对于此类改建项目, 为保证改建后的机房达到辐射防护要求, 施工时应当采取墙体表面打毛、开凿凸凹形楔口或齿状楔口、植入钢筋等措施, 确保新、旧墙体结构能完整结合在一起。当屏蔽体结构需要留设水平、垂直施工缝时, 应设成凹凸形式或齿状形式或在水平、垂直施工缝中间位置加设钢板带。

既然我国标准中已经规定了距机房墙和出入门外表面30cm处的剂量当量率的具体值, 笔者觉得, 在屏蔽计算时, 既要考虑辐射源项的标称输出剂量率, 同时结合周工作负荷、剂量约束值进行核实, 使辐射防护工程改建方案能符合最优化原则。