复旦学报(医学版)F udan U niv J M ed Sci 2006Jul.,33(4)医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计王洪林1陶 莉1 陈 剑1 李云海1 顾乃谷2 吴锦海2 王 力2(1复旦大学附属上海市第五人民医院放疗科 复旦大学上海医学院影像学教研室 上海 200240;2复旦大学放射研究所上海 200032)摘要! 目的 满足国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准的同时,优化设计医用加速器室的辐射屏蔽防护。
方法 以新的国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准为准则,运用电离辐射屏蔽原理、计算方法,根据安装的医用加速器所具有的辐射物理特点和辐射防护的发展需求,对所有产生的射线进行严谨的、规范的和优化的屏蔽计算。
结果 辐射屏蔽防护符合我国医用加速器机房使用标准。
结论 我院医用加速器室屏蔽防护可以满足新的国家标准G B 18871 2002电离辐射防护与辐射安全基本标准,并降低了辐射防护成本,兼顾了辐射防护的发展需求。
关键词! 医用加速器; 辐射防护标准; 屏蔽优化设计 中图分类号! R 815.6 文献标识码! A通讯作者Optimum design for the shielding protection of medical linear acceleratorWANG H o ng lin 1,TAO Li 1,CH EN Jian 1,LI Yun hai 1,GU Nai g u 2,WU Jing hai 2,WANG Li 2(1Dep artment of Radiotherapy ,Shang H ai No.5H ospital,Fudan University Department ofMedical I mageolog y,Shanghai Medical College,Fudan Univ ersity Shanghai 200240;2Radiation R esearch Institute,Fudan University S hang hai 200032,China)Abstract ! Purpose T o meet t he government standard basic criterion GB 18871 2002for radiation protection and saf ety,and t o optimize the design of the shielding protection of medical linear accelera tor. M ethods Based on the lat est government st andard GB 18871 2002for radiation prot ect ion and safet y,with sustainable development of radiation protection in mind,and according t o the radiation physics characterist ics of t he medical linear accelerat or t hat w ould be inst all,w e undertook a rigorous and optimized calculat ion for the prot ect ion needed for the radiation of t he accelerat or. Resu lts T he optimum design for t he shielding protection of medical linear accelerat or met t he lat est government st andard GB 18871 2002for radiat ion prot ect ion and saf ety. Conclusions T he opt imum design for t he shielding protection of medical linear accelerator met t he lat est government standard GB 18871 2002for radiat ion prot ect ion and safet y,and lowered t he cost of radiation prot ect ion and met the sust ainable de velopment of radiat ion prot ect ion as well.Key words ! medical linear accelerator; st andard for radiat ion protection; opt imum design for t he shielding protection医用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。
在医用加速器辐射屏蔽防护设计时必须满足医用人员职业照射水平和周围环境辐射水平最新国标要求,并要考虑辐射防护的发展需求,同时尽可能的降低辐射防护的费用。
如何进行医用加速器室辐射屏蔽防护的优化设计?如何进行辐射屏蔽理论计算?计算程序和步骤有那些?作者结合本单位新安装的医用直线加速器的物理特性和加速器室实际情况,在加速器机房辐射屏蔽防护和安全设计时,满足新的国标同时考虑辐射防护的发展需求,对装备医用加速器所具有的辐射特性和新建加速器机房空间格局、辐射屏蔽的土建材料以及周围环境特点,运用辐射剂量学和辐射卫生学原理对新建加速器机房主屏蔽墙、次屏蔽墙、迷路、防护门、控制室进行了加速器室辐射屏蔽防护的优化设计。
资料和方法照射水平控制值 国际辐射防护委员会556王洪林,等.医用直线加速器室辐射屏蔽防护的优化设计(ICRP)、国际原子能机构(IAEA)分别于1990年和1997年发表了有关辐射防护的新的建议和新的国际辐射防护标准。
我国也予2002年颁布了新的国家辐射防护与辐射安全基本标准(国标)。
按照∀国标#定义,凡在本底辐射照射水平上额外增加人们受照水平或增加受照可能的人类活动,为辐射∀实践#。
与实践相关的人类活动一定是事先计划并自始至终受到国家有关行政机构控制。
实践的辐射防护必须遵循三项原则:实践正当性、防护最优化和个人剂量限值。
根据当前国际和国家辐射防护标准关于职业放射工作人员剂量限值在辐射屏蔽厚度计算时,连续5年的平均有效剂量以20mSv/年作为吸收剂量控制值;如果照射以∀周(w k)#或∀小时(h)#计,则吸收剂量控制值为H L,w=0.4mSv/w k;H L,h =0.01mSv/h,任何1年的有效剂量为50mSv。
而根据最优化原则,屏蔽防护设计时,职业放射工作人员的年剂量目标植不高于:5mSv[1~3]。
屏蔽计算原理和方法 医用加速器主要屏蔽对象是初级X射线(有用射线束)、泄露X射线、散射X射线、漏射中子等。
用加速器电子束进行治疗时,入射电子全部被人体组织吸收,尽管人体吸收电子时也会产生韧致辐射,但若辐射防护屏障能把加速器产生的X线衰减到符合辐射防护要求的话,那么就已经远远超过衰减电子束在人体产生的韧致辐射所需要的屏蔽防护要求,所以主要是对X线和中子辐射屏蔽。
屏蔽初级X射线(有用射线束)的方向有地面、两侧墙和顶棚的局部。
由于一楼下面无地下室,所以只须对两侧墙和顶棚的局部厚度进行屏蔽防护计算(主墙屏蔽)。
屏蔽泄露X射线、散射X 射线是地面、四周墙和顶棚全部,所以必须对四周墙和顶棚的厚度进行屏蔽防护计算(副墙屏蔽),并且取泄露X射线、散射X射线两者中最大的屏蔽厚度值,如果两者相差小于一个十倍衰减厚度,偏安全考虑副墙屏蔽可以再增加一个半衰减厚度。
进行X线屏蔽计算,需要确定入射辐射衰减的程度(衰减倍数K),经这一程度衰减后,所关心位置上的照射水平不超过剂量限值。
本文的医用加速器加速电压为15M V时进行屏蔽计算。
加速器室其他条件设计为:辐射源到主墙和副墙距离为4m;加速器迷路宽为1.8m,第一、二、三段迷路的长度分别是d16.5m、d27m、d32m;加速器屋顶周围20m无任何建筑物。
X射线的屏蔽计算 d初级X射线K=(W∃Q∃U/r2)/H L,w[4]K:衰减倍数W:工作负荷,单位为Gy∃m2/w k,测算我院的医用加速器工作负荷为1500Gy∃m2/w k,考虑未来一定时间内发展取W=1800Gy∃m2/w k。
Q:逗留因子,职业照射时Q=1U:束方向因子,对于初级射线束,直接照射墙壁时束方向因子U=1(墙壁束方向因子U=1/4) r:所关心位置离开辐射源距离(单位m),从上已知各关心位置至少r%4,偏安全考虑取r为4mH L,w:0.4m Sv/w k,即0.0004Sv/w kd初级X射线:初级X射线的需要屏蔽厚度将上述值代入公式K=(W∃Q∃U/r2)/H L, w,则K=2.81∃105衰减倍数K与达到这一衰减倍数需要的十倍衰减厚度的个数N1/10的关系为:N1/10=Lg(K)。
所以,十倍衰减厚度个数N1/10=Lg(K)=5.44。
未经屏蔽的X线十倍衰减厚度和经过适当屏蔽的X线十倍衰减厚度不完全相当,计算初级X射线的屏蔽厚度需要考虑第一个十倍衰减厚度和平衡十倍衰减厚度,而泄露和散射X射线已经适当屏蔽,仅需要平衡十倍衰减厚度。
加速器加速电压15MV时的混凝土第一个十倍衰减厚度为45.7cm,平衡十倍衰减厚度为42.2cm,半衰减厚度为12.7cm。
则:d初级X射线=45.7+42.2∃(5.45-1)=233.75cm 泄露X射线的屏蔽计算 d泄露X射线K=(W∃Q∃0.001/r2)/H L,w[4]K、W、Q、r、H L,w意义同上0.001为泄露X射线的照射水平出厂时规定不超过同样距离上初级X射线照射水平的0.1% d泄露X射线:泄露X射线需要屏蔽厚度将上述值代入公式K=(W∃Q∃0.001/r2)/ H L,w,则K=2.81∃102十倍衰减厚度个数N1/10=Lg(K)=2.45加速器加速电压15MV时的混凝土时d泄露X射线=103.39cm 散射X射线的屏蔽计算 d散射X射线K=[(W∃Q∃ m/r散射体2∃r散射屏蔽2)∃ /400]/H L,w[4]K、W、Q、H L,w意义同上am:受照表面中心照射水平的比值,为0.06%[5]r散射体:辐射源到病人体表的距离,为1mr散射屏蔽:散射线的屏蔽距离从图1可知取4m a:病人体表最大受照面积,取20∃20cm2d散射X射线:散射X射线需要屏蔽厚度将上述值代入公式K=[(W∃Q∃ m/r散身体2∃r散射屏蔽2)∃ /400]/H L,w 则K=1.69∃102十倍衰减厚度个数N1/10=Lg(K)=2.23,加速器加速电压10MV时的混凝土时d散射X射线=94.1cm 所以,副墙屏蔽最大厚度为103.39cm+12.7557cm=116cm迷路辐射屏蔽 迷路屏蔽作用是使次级射线到达迷路入口至少经过三次以上散射,强度明显减弱,在设计时要估计迷路入口处剂量。