中华医学会放射肿瘤学会第六次放疗设备调查显示[1], 截止到2011年8月31日,中国大陆地区拥有的医用电子加速器(以下简称加速器)已从2001年时的542台,增加到了1296台,并成为放射治疗领域最常使用的设备。随着加速器设备的快速增长,加速器机房的放射防护问题也越来越受到重视,原中华人民共和国卫生部于2007年9月25日发布了GBZ/T 201.1 -2007《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分:一般原则》[2],第一次对加速器机房周围剂量当量率提出了参考控制水平; 2011年11月30日GBZ 126 - 2011 《电子加速器放射治疗放射防护要求》发布,并于2012年6月1日起实施[3],该标准中对加速器机房的防护提出了更高的要求,明确要求“在加速器迷宫门处、控制室和加速器机房墙外30 cm处的周围剂量当量率应不大于2.5 μSv/h”,这就要求放射卫生工作者在对加速器机房进行放射防护预评价的时候, 对拟建机房的周围剂量当量率进行估算,以保证建成后的机房防护效果满足国家标准的要求。那么如何对拟建加速器机房的周围剂量当量率进行理论计算,理论计算与实际测量结果之间有无差别呢?笔者就以近年来评价的两座加速器机房为例,对加速器机房周围剂量当量率的理论计算和实际测量结果进行分析。
1 材料与方法 1.1 研究对象选取笔者近年来评价的两座加速器机房作为研究对象,两座加速器机房防护墙均采用密度为2.35 g/cm3的混凝土为屏蔽材料。其中,机房1装备的加速器最大标称目旨量为6MV,吊用等中心点最大剂量率为600cGy/min;机房2装备的加速器最大标称能量为15 MV,常用等中心点最大剂量率为300 cGy/min。
1.2 理论计算方法采用十分之一层(tenth - value layer,TVL)法估算主次屏蔽墙外的周围剂量当量率,对主屏蔽墙的计算主要考虑初始辐射,对次屏蔽墙的计算主要考虑泄露辐射。计算公式如下:
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式中:Ḣ:参考点处的周围剂量当量率,μSv/h; Ḣ0。:距靶1 m处初始辐射或泄露辐射的周围剂量当量率,μSv/h, 泄露辐射占初始辐射的比率为0. 1%;d; 参考点到靶点的距离,m; tbarrier:屏蔽墙混凝土的屏蔽厚度, mm; TVL:屏蔽墙混凝土的十分之一层厚度, mm, 参考国际原子能机构(International Atomic Energy Agen-cy,IAEA)47号报告[4]取值,不同标称能量X射线的TVL值见表 1。
依据GBZ/T220.2 - 2009《建设项目职业病危害放射防护评价规范第2部分:放射治疗装置》[5]推荐的检测条件和方法对参考点处周围剂量当量率(Ḣ)进行检测,既采用等中心常用最大剂量率,最大照射野,有用线束朝向测试屏蔽墙外测试位置处,治疗位置处无模体。
1.4 检测仪器美国FLUKE公司产451B型X、y剂量率仪,美国热电公司产FH40G型环境级X、y剂量率仪(配FHZ 672E - 10型探头);检测所使用的仪器均在上海市计量测试技术研究院进行了检定, 并在检定有效期内使用。
2 结果各机房周围剂量当量率的计算参数、理论计算结果和实际测量结果分别见表 2和表 3。
检测结果显示,两座加速器机房的次屏蔽墙参考各机房主屏蔽墙周围剂量当量率的测量结果均小于点处的周围剂量当量率均为机房周围环境本底水平,理论计算结果,偏小30.0%~56.0%, 见表 4。
随着科学技术的发展和经济水平的提高,加速器越来越广泛应用于临床, 越来越多的肿瘤患者接受加速器治疗; 同时, 加速器机房的安全防护问题也引起放射工作人员和周围公众的普遍关注, 一旦防护不到位,就有可能对放射工作人员和周围的公众带来健康危害或带来不良的社会影响。因此,必须严格按照国家法律法规的规定,在加速器机房建造前进行放射防护预评价。
加速器辐射屏蔽防护设计是一项严谨的、系统的和专业化的工作。由于国家标准GBZ 126 -2011对加速器机房周围剂量当量率实行严格的限值管理,这就要求在对加速器机房进行放射防护预评价时,必须对待建加速器机房周围剂量当量率进行理论估算,以保证加速器机房建成后, 机房周围剂量当量率满足国家标准限值的规定。由笔者近年来评价的两座加速器机房的周围剂量当量率理论计算值和实际测量结果来看,加速器机房主屏蔽的实际测量结果都要小于理论计算值,偏小30. 0% ~56. 0%, 这是否说明理论计算值有误或者偏保守呢?造成实际测量结果偏小的原因又是什么呢?由于很难获得相关数据支撑,笔者只能对可能的原因进行简单分析。
3.1 混凝土实际施工厚度和密度的影响以机房1西墙主屏蔽墙为例,不同屏蔽厚度屏蔽体对理论计算值的影响见表 5。如果混凝土施工厚度增加1 cm, 周围剂量当量率理论计算值就减小约0.3 μSv/h。有些机房在建设时,为了确保机房防护效果,往往会对机房加厚1~10 cm, 因此会使实际施工厚度比设计厚度厚,实际测量的剂量率就会比理论低。同样混凝土的密度也会影响到机房防护效果, 理论估算时都是按照标准混凝土的参数进行计算的,如果混凝土的密度大于2. 35 g/cm3, 也会使机房实际周围剂量率减小。
机房在主体浇筑完成后,往往都需要装修,装修时使用的水泥砂浆、硫酸钡砂浆、大理石等都会起到一定的防护效果,而由于缺乏评估其效果的可靠信息,往往在对加速器机房进行防护设计时,会忽略这部分装修材料的影响,致使实际测量结果较之理论计算值偏小。
3.3 加速器X射线瞬时剂量率的影响由周围剂量当量率计算公式可以看出,加速器机房周围剂量当量率与加速器的初始辐射剂量率是正相关的,而对有的加速器而言,实际输出的X射线剂量率会比设置的剂量率偏大或偏小,这就必然导致实际测量结果会偏大或偏小。例如加速器机房2装备的加速器,检测时设置X射线剂量率是300 cGy/min,而实际输出剂量率只有292 cGy/min,致使实际测量结果偏小。
关于加速器机房的次屏蔽,与主屏蔽相似,也有实际测量结果比理论计算结果低的现象,并且很多情况下次屏蔽都是过防护的。朱建国等[6]等在实际工作中发现, 加速器机房的屏蔽体实际测量结果也要比理论计算值低,且次屏蔽理论计算值与实际测量结果偏差比主屏蔽更大,认为是由于加速器的实际泄露辐射率比计算采用的泄露辐射率低造成的。并且认为主屏蔽的余地不大,由于施工不佳等原因,有可能出现实测值超出理论计算值的情况,从而给预评价带来麻烦,为保险起见,可以考虑增加安全系数。综上所述,考虑到安全系数的问题, 以及实际施工过程中的种种不确定因素, 笔者认为应用十分之一层法来估算加速器机房周围剂量当量率是可行的,安全的。
[1] |
殷蔚伯, 陈波, 张春立, 等. 2011年中国大陆地区第六次放疗人员及设备调查[J]. 中华放射肿瘤学杂志, 2011, 20(6): 453-457. DOI:10.3760/cma.j.issn.1004-4221.2011.06.002 |
[2] |
中华人民共和国卫生部.GBZ/T 2011-2007放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分: 一般原则[S].北京: 人民卫生出版社, 2007.
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[3] |
中华人民共和国卫生部.GBZ 126-2011电子加速器放射治疗放射防护要求[S].」t京: 中国标准出版社, 2011.
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[4] |
IAEA. IAEA Safety Hepoet Series No.47 Radiation Protection in the Design of Radiotherpy Facilities[R]. IAEA, 2006.
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[5] |
中华人民共和国卫生部.GBZ/T 220. 2-2009建设项目职业病危害放射防护评价规范第2部分: 放射治疗装置[S].北京: 人民卫生出版社, 2009.
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[6] |
朱建国, 卢峰, 邓大平, 等. 加速器治疗室外辐射剂量理论计算与实际测量结果的比较与探讨[J]. 中国辐射卫生, 2006, 15(2): 192-193. DOI:10.3969/j.issn.1004-714X.2006.02.034 |