近年来, 由于²⁵²Cf(锎)裂变发射出的快中子相对生物效能较高、氧增强比低以及针对组织缺氧及辐射不敏感的肿瘤比γ射线更加有效^[1], 采用²⁵²Cf中子源后装方法治疗人体腔道内肿瘤的技术发展迅速。²⁵²Cf中子源为人工放射性同位素, 发射裂变中子的同时也伴有低能量的γ射线产生^[2]。因此在临床使用中, 需要慎重考虑相应的辐射防护工作。本文以某医院装配的中子后装治疗机及治疗室为对象, 测量评价中子后装治疗室辐射防护的合理性, 探讨迷路结构对治疗室内对辐射水平的影响, 以期对²⁵²Cf中子后装治疗的辐射防护设计和评价工作提出一些建议。

²⁵²Cf中子后装治疗室的主要屏蔽材料为混凝土, 并采用L型迷路结构以降低防护门处的剂量负担。图 1示出了本工作研究对象的平面示意图以及辐射水平关注点的位置, 关注点分别位于操作室、迷路内入口(1)、迷路第一转折(2)、沿迷路分布(3~6)、防护门内入口(7)和实体屏蔽墙外30 cm处等, 各点测量高度均为离地面约1 m处。²⁵²Cf中子后装治疗机相关参数及治疗室的基本情况列于表 1。

图 1 252Cf中子后装治疗室平面示意图及关键测量点

表 1 Table 1

表 1 252Cf中子后装治疗机[3]及治疗室的基本情况

表 1 252Cf中子后装治疗机[3]及治疗室的基本情况

²⁵²Cf中子后装治疗室内辐射水平的测量涉及中子和光子。在本研究中, 分别选用了对中子有较高灵敏度、对光子灵敏度较低的中子周围剂量当量仪, 和对光子具有较高灵敏度、对中子响应可忽略不计的X-γ射线塑料闪烁体环境辐射测量仪。测量设备的主要性能参数列于表 2。

表 2 Table 2

表 2 测量仪器的主要性能参数

表 2 测量仪器的主要性能参数

通过现场测量, 研究治疗室迷路内剂量关注点的中子、γ辐射水平与关注点不同位置的变化关系。现场实测时, ²⁵²Cf中子后装治疗机中子源出源位置如图 1所示。治疗室实体屏蔽墙和防护门外30 cm处各剂量关注点的中子、γ辐射水平的测量结果列于表 3。治疗室迷路内各关注点的中子、γ辐射水平的测量结果如图 2、图 3所示。

表 3 Table 3

表 3 治疗室屏蔽外剂量关注点中子、γ辐射水平测量结果(μSv/h)

表 3 治疗室屏蔽外剂量关注点中子、γ辐射水平测量结果(μSv/h)

图 2 252Cf中子后装治疗室迷路内中子辐射水平分布

图 3 252Cf中子后装治疗室迷路内辐射水平分布

从表 3的实测数据可看出, ²⁵²Cf中子后装治疗室实体屏蔽墙和防护门外的γ周围剂量当量率分布在0.13~0.20 μSv/h, 均在本底辐射± 3倍标准差内, 处于本底水平; 而中子辐射未检出。表明, 中子、γ混合场辐射水平小于放射治疗工作场所职业外照射剂量率参考控制水平(在居留因子≧ 1/2时为2.5 μSv/h)^[4], 表明该治疗室的实体屏蔽措施满足相关辐射防护要求, 可有效控制职业照射水平。

²⁵²Cf中子后装治疗室迷路内不同关注点的中子、γ辐射水平随着与迷路内入口的距离增加呈下降趋势, 并呈指数衰减关系:y=1622.75 × 0.5^x-0.21(R²=0.996)和:y=109.55 × 0.52^x-0.21(R²=0.997), 如图 2、图 3所示。迷路内中子、γ辐射水平的下降趋势几乎相同:降幅在靠近迷路内入口的前半程较大, 随着距离的增大, 降幅也随之减小。可能的原因是, 靠近迷路内入口的前半程处中子、γ辐射剂量主要来自中子、γ的直射线或一次散射线, 而在远离迷路内入口的后半程处辐射剂量主要来自多次杂散射线和穿透迷路内墙的漏射线, 剂量和能量均被大大降低了。因此, 可以看出, 较长迷路的设置对降低防护门处的剂量负担是一个行之有效的方法, 优化采用迷路和防护门耦合的设置, 可以有效节约建设成本, 合理可行地遵循治疗机房辐射防护的最优化原则。

²⁵²Cf中子后装治疗机运行时, 能到达防护门内入口处的中子、γ射线主要由进入迷路内侧入口的中子、γ杂散射线, 穿透迷路内墙的中子、γ漏射线以及中子非弹性散射产生的γ射线及其俘获γ射线^[5-6]等组成。迷路内不同剂量关注点的γ与中子辐射的比分别从0.23、0.22、0.16、0.13、0.08、0.07、0.07, 随着与迷路内入口的距离增加呈下降趋势。在治疗室出入口的中子、γ周围剂量当量率分别为7.87 μSv/h和1.80 μSv/h, 二者分别占治疗室出入口处中子、γ混合辐射剂量的81%、19%。表明, ²⁵²Cf中子后装治疗室出入口处主要防护对象是杂散中子射线, 杂散和俘获γ射线占其次。在进行中子后装治疗室防护门的设计时应重点考虑中子辐射, 以满足相关辐射防护要求, 保护从业人员健康。