2. 青岛市市立医院，山东 青岛 266011
2. Qingdao Municipal Hospital, Qingdao 266011 China
7Be是4种主要宇生放射性核素之一, 由宇宙射线轰击对流层和同温层大气中的16O和14N分裂生成，其半衰期约为53 d[1]；雨水中的7Be来自空气，在降水中7Be的活度浓度约为700 Bq/m3，为空气中活度浓度的105倍[2- 3]。随着核技术的应用日益发展，产生了人工放射性核素7Be，如硼中子俘获治疗由质子流轰击7Li靶，经7Li(P,n)7Be反应获得中子源也产生了7Be[4]。7Be是天然放射性核素，也是人工放射性核素（又如核电站运行产生7Be[5]），是我国大气气溶胶辐射环境质量监测必测核素之一[6-8]；在核电站和质子医疗应用等行业，放射性核素7Be职业病危害方面也应适当关注。我国已开展肿瘤质子治疗，目前暂无三维水箱测量用水放射性水平的相关报道，因此我们对某质子治疗系统三维水箱测量用水样品进行测量，发现了7Be和另一全能峰，并对其进行了探讨。
1 材料与方法 1.1 样品质子治疗系统三维水箱测量用水的样品由某肿瘤医院提供，三维水箱测量用水样品（受照时段不详）封存于10 L 聚乙烯塑料桶中。准备好2 L马林杯1个（2 L马林杯规格：Φ101.4 mm × Φ76.8 mm，加盖高度：162.3 mm），量取1.800 L水样封存于马林杯中待测。样品的体积和形状等与Eu152 + U238（液体）标准源（标准源溶液体积为1.800 L，2 L马林杯规格同上）一致。
1.2 能量和效率刻度标准源土壤监测效率标准源（源编号：7NTR-1302）由中国计量科学研究院提供；Eu152 + U238（液体）标准源（证书编号：DYhg2006-6300；源编号:6#）由中国计量科学研究院提供。
1.3 测量仪器采用GMX40P4-76型高纯锗γ谱仪：60Co 1332 keV能量分辨率为1.79 keV；对“3 × 3”NaI(Tl)探测器相对效率 > 40%。
1.4 测量方法使用土壤监测效率标准源中的241Am（59.5 keV）、214Pb（295.2 keV）、137Cs（661.7 keV）、60Co（1173.2 keV）和40K（1460.8 keV）等5个能量刻度点进行能量刻度；使用Eu152 + U238（液体）标准源对GMX40P4-76型高纯锗γ谱仪进行效率刻度（1.800 L标准源溶液置于2 L马林杯内，放置在探测器上），经效率刻度所得7Be的477.60 keV特征γ射线全能峰效率为1.35 × 10−2 Bq·s/计数。依据《水中放射性核素的γ能谱分析方法》（GB/T 16140—2018）[9]，在2018年12月24日（测量时间为26123.02 s）和2019年3月22日（测量时间为86400.00 s）分别对三维水箱测量用水的样品进行2次测量。
2 结 果 2.1 质子治疗系统三维水箱测量用水7Be的发现该样品γ能谱中出现了477.60 keV γ射线全能峰，其半高宽（FWHM）为1.34 keV。在476.3（477.60−1.34）～478.9（477.60 + 1.34）keV除了7Be（半衰期为53.22 d），还有144 Pm（半衰期为363 d)、188Ir（半衰期为41.5 h）和55Co（半衰期为17.53 h）等16种放射性核素，应对该全能峰进行核素分辨。上述核素的半衰期与7Be半衰期53.22 d差别较大，可以首先根据半衰期的不同进行测试。2018年12月24日三维水箱测量用水测得7Be的活度浓度为1.30×101 Bq·L−1，无其他核素的情况下，到2019年3月22日其活度浓度应为4.1 Bq·L−1；实际测量活度浓度为4.3 Bq·L−1，它们之间的误差为2.6%；由于上述其他放射性核素的半衰期与7Be的半衰期差别较大，可以判定该样品477.60 keVγ射线全能峰为核素7Be特征γ射线全能峰,可认为不存在其他放射性核素的干扰。
7Be的477.60 keV特征γ射线全能峰分支比为10.44%，衰变方式为电子俘获反应（EC，100%），生成稳态元素7Li[10]。7Be的半衰期为53.22 d，经衰变校正，采样时（2018年12月19日）该三维水箱测量用水中7Be的活度浓度为1.41×101 Bq·L−1。
质子治疗系统三维水箱测量用去离子水更换周期一般为半年以上，送检时已不能提供该水样的最近更换日期和本底对照样品。本底（含2 L马林杯）谱中未发现7Be的477.60γ射线全能峰。上文所述降水中7Be的活度浓度约为0.7 Bq/L(700 Bq/m3)，据此，明显低于采样时（2018年12月19日）该三维水箱测量用水中7Be的活度浓度。
2.2 质子治疗系统三维水箱测量用水未知核素全能峰的发现在2018年12月24日测量的γ能谱中发现77.2 keV全能峰的净峰面积为（683 ± 45），测量时间为26123.02 s。γ能谱全谱图和77.2 keV全能峰谱图分别见图1（图中标注了77.2 keV全能峰和7Be特征γ射线全能峰）和图2（标注了77.2 keV全能峰相关峰面积和峰位等）。在2019年3月22日77.2 keV全能峰的净峰面积已降至本底水平（194 ± 49），测量时间为86400.00 s。在2次γ能谱测量中没有发现其他未知核素非本底水平的全能峰。
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图 1 2018年12月24日测量的样品γ能谱全谱图 Figure 1 Full spectrum of γ energy spectrum of the sample measured on December 24, 2018 |
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图 2 2018年12月24日测量的样品中77.2 keV全能峰谱图 Figure 2 Spectrum of the full-energy peak at 77.2 keV of the sample measured on December 24, 2018 |
质子治疗系统中，高能中子与质子治疗系统三维水箱测量用水中的氧发生散裂反应，会产生3H、7Be、11C 、13N、15O等放射性核素[11]。另外，核反应7Li(p, n)7Be产生7Be，其反应阈能为1.88 MeV[12]；该质子治疗系统的质子能量范围（某肿瘤医院进行质量控制使用的质子能量范围为75～230 MeV）已超过上述核反应阈能；散裂反应产生的7Be经电子俘获反应（EC，100%）生成的7Li[10]，但7Li的活度水平有限（并考虑核反应截面等因素），经7Li(p, n)7Be核反应产生7Be几乎可以忽略。另外，自然界水中存在稳定性核素7Li，三维水箱测量用水为去离子水，Li和K在元素周期表中同为一族，我们实验室发现去离子水仍含有40K,若该样品中存在微量的7Li，在质子束流照射下可产生7Be，但考虑7Li浓度和7Li(p, n)7Be核反应截面等因素，产生的7Be活度水平也会有限。从上述分析可以看出，质子治疗系统中三维水箱测量用水中的7Be主要由高能中子与水中的氧发生散裂反应产生。
3.2 三维水箱测量用水7Be的活度水平该质子治疗系统三维水箱测量用水测得7Be采样时的活度浓度为1.41×101 Bq·L−1，已远超出雨水中700 Bq/m3的水平[2-3]。根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871）中7Be豁免活度浓度水平为1×103 Bq/g，可以忽略该质子治疗系统三维水箱测量用水（取样时）水中7Be对职业人员和环境的辐射影响。由于质子治疗系统三维水箱中的去离子水一般使用半年以上更换一次，每天均进行质控照射，质子束流照射剂量每次约6～10 Gy，会造成水中7Be的活度在一定程度累积（同时考虑到7Be的放射性衰变），该送检水样质控受照时段不详，尚不能估计7Be可能达到的活度浓度，应根据受照时间进行适当的动态监测，以确定三维水箱测量用水中7Be可能达到的最大活度浓度。
3.3 77.2 keV全能峰的分析该样品的采集时间为2018年12月18日，间隔约为6 d（2018年12月24日）测量发现77.2 keV全能峰的净峰面积为（683 ± 45），测量时间为26123.02 s；而2019年3月22日该净峰面积已降至本底水平（194 ± 49），测量时间为86400.00 s。γ射线（如7Be的477.60 keV特征γ射线）与铅相互作用，光电效应退激产生X射线，经美国ORTEC软件Nuclide Navigator-pro查询，在72.14～84.94 keV没有γ射线与铅相互作用产生退激的X射线，基本可首先排除退激X射线的可能。另外，77.2 keV全能峰的半高宽（FWHM）为0.49 keV，在76.73～77.71 keV X/γ射线能量范围约64种放射性核素；根据采集至测量间隔为6 d测出的77.2 keV全能峰的净峰面积为（683 ± 45），测量时间为26123.02 s。经计算，可以初步排除半衰期约低于0.4～0.5 d的核素；再根据第1次至第2次测量的时间间隔为88 d，其全能峰面积已降至本底水平，则可初步推断其半衰期应低于约27 d，否则第2次测量其全能峰面积不会降至本底水平；经过半衰期的排除，64种放射性核素还剩余206Po、211Rn、209Po、208Po、241Pu、197Pt、197Hg和197mHg等8种放射性核素。206Po发射74.815（分支比为27.3%）、77.108（分支比为45.7%）、86.830～90.086（分支比为20.4%）和86.830～87.946 keV（分支比为15.6%）等主要的X射线，γ谱图中74.3 keV和87.7 keV全能峰面积（经测量时间换算）在第2次测量与第1次测量基本相同(处在本底水平），则排除了206Po。其他7种核素分别为211Rn、209Po、208Po、241Pu、197Pt、197Hg和197mHg，其中197Hg的68.806 keV全能峰（分支比为36.6%）未测出，除197Hg外均存在高于77.2（±0.49）keV能量的可测X/γ射线全能峰；因此，77.2 keV全能峰不是上述所查到的64种核素中的任何一个核素或多个核素的X/γ射线全能峰。经核实，该γ能谱图的能量几乎无漂移；例如：该全能峰附近能量为63.29（2）keV的234Th本底峰，谱峰位在63.30 keV，没有发现测量过程中能峰漂移的现象。另外，在77 keV～78 keV X/γ射线能量范围内没有发现低原子序数的特征 X/γ射线全能峰的核素。取样后6 d第1次测量时，除了7Be的全能峰和该77.2 keV全能峰外，并没有发现其他全能峰（经与本底对照），可进一步排除产生77.2 keV全能峰的其他级联辐射的可能。进一步考虑，三维水箱测量用水虽然是纯净水，但仍可能含有微量元素，水受照射的射线种类为质子和中子，测量水箱中水的质子活化或中子活化过程可能更加复杂，从上述分析还不能进行定性判断。该全能峰面积较小，衰变较快，必要时可进一步进行更细致的研究。
3.4 三维水箱测量用水的放射性职业病危害评价质子治疗系统感生放射性主要是质子束流与加速器部件相互作用产生的感生放射性和质子束流损失产生的次级中子引起的感生放射性[11]。质子治疗系统产生的感生放射性的辐射影响主要是对加速器停机后对进入治疗室摆位人员、以及进入加速器室进行检查、维护和维修操作的工作人员造成辐射。《放射治疗机房的屏蔽规范第5部分 质子加速器放射治疗机房》（GBZ/T 201.5—2015)尚缺少感生放射性估算的有关内容。质子治疗系统三维水箱测量用水经γ能谱检测发现了感生放射性7Be和短半衰期77.2 keV全能峰。放射性职业病危害评价应对质子治疗系统三维水箱测量用水产生的感生放射性核素7Be进行识别并进行适当评价。
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