醫用加速器環境影響評價問題

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1前言

我國相關法律法規要求，對從事生產、銷售、使用放射性同位素和射線裝置的核技術利用單位，應當在申請領取輻射安全許可證之前編制環境影響評價(以下簡稱“環評”)材料，經審查批準獲得輻射安全許可證后，方可從事核技術利用項目{’劉。醫用電子加速器主要用于放射治療，根據我國《射線裝置分類辦法》，醫用電子加速器屬于n類射線裝置，使用前應當編寫環境影響評價報告表〔’J。在環評單位編寫環評報告的過程中，依據《輻射環境保護管理導則核技術應用項目環境影響報告書(表)的內容和格式》及相關標準對醫用電子加速器的輻射屏蔽效能進行計算和分析，從而判斷是否滿足輻射防護要求。美國國家輻射防護與測量委員會(NCRP)于2005年頒布了巧l號報告，提出了兆伏級X和丫射線放療設施屏蔽設計和安裝的建議及技術路線川。目前我國核技術利用環評中確實存在過度防護、設計考慮不周全、屏蔽材料選擇不當等容易忽略卻十分重要的問題，NCRP151號報告充分考慮以上問題并提出了詳細的設計方法。本文就NCRP151號報告中有關醫用電子加速器輻射防護提出的幾個問題進行介紹，目的是為環評編制人員和審評人員提供技術參考，達到輻射屏蔽最優化的要求。

2NCRP151號報告中提出的幾個問題

NCRP151號報告全文共分7章，分別為前言、計算方法、工作負荷、使用因子和吸收劑量的考慮、詳細結構、特殊考慮、屏蔽評估(監測)和舉例，另外附錄部分主要提供計算過程中所需參數及中子監測的詳細問題。在第二章計算方法部分，報告提供了主屏蔽、次屏蔽、門和迷道的屏蔽計算常規方法，詳細介紹了加速器在低能和高能運行狀態對丫射線和中子的屏蔽計算方式。在第四章詳細結構部分，提出了幾種加速器機房特殊的屏蔽情況，如屋頂不能被地面完全屏蔽的考慮、屏蔽材料的選擇以及接頭、管道屏蔽等需要注意的問題等，下面對這些問題分別加以介紹和討論。

2.1關于復合屏蔽的問題很多情況下主屏蔽并不僅僅是由相同性質的普通混凝土構成(密度為2.359/cm，)。在空間受限時，通常將普通混凝土與鋼或鉛混合使用。對光子主射束，總的透射系數是屏蔽中每種材料單獨透射系數之積(即BT二及。n刀P。B。!二l，B。。。。、BPb和B、t。。l分別對應于混凝土、鉛和鋼的透射系數)[4〕。但是當加速電壓高于10Mev時，必須要考慮中子和中子俘獲丫射線的產生和衰減。在如此高能量的情況下，則不適合使用混合屏蔽(如混凝土中加鋼或鉛)，因為金屬層可能會變成潛在的光中子源而導致屏蔽后照射的增加。但是這種情況只針對主屏蔽，對次屏蔽是不存在的，因為主屏蔽外的散射輻射不具備光中子所需的能量，而且泄漏輻射的強度也不能在次級屏蔽上產生大量中子。因此，在加速器機房設計階段，如果受空間限制而必須采取復合屏蔽，對于能量大于10MeV的加速器，需要對中子及中子俘獲，射線的屏蔽給予特殊考慮，充分合理利用機房空間，盡量增加主屏蔽厚度以滿足輻射防護的要求。

2.2關于屏蔽門的問題

對于屏蔽門的屏蔽防護計算，在相關參考資料中有明確的計算方法，但往往通過計算后的結果設計出的屏蔽門，造價昂貴而厚重，而且還需要一套機械來控制門開關的裝置。在NRCP151號報告中特別提出，散射和泄漏輻射的劑量當量與中子及中子俘獲，射線相比相對較低，并且能量越高這種效應越明顯。因此，通過采取阻止中子進人迷道的方式，就可減少屏蔽門的厚度，甚至完全取消屏蔽門。報告中提出3種阻止中子離開治療室而進人迷道的技術方案:(l)減少迷道內人口的開口;(2)在迷道內人口處增加一道質量較輕，含有熱中子吸收劑(9%質量含量的硼)的門;(3)在迷道人口內安裝一道含硼聚乙烯(BPE)門。方案(l)采用45.7Cm厚的混凝土環繞在開口處，將迷道內人口面積減小到寬(1.22)x高(2.13)=2.59s6m，。方法(2)中采用7mm厚、硼質量含量為8.9%的平板。方法(3)采用的是scm厚的聚乙烯(含5%硼)門。從表1可以看出，方法3對總的劑量當量減弱最大，并且迷道外門只需很薄的鉛板，厚度ICm左右。因此，對于標稱能量大于10MeV的醫用電子加速器，在迷道設計合理的情況下，在控制室和迷道之間額外增加一道防止中子的迷道門，尤其是在迷道口內部安裝聚乙烯門，則可達到最大的衰減效果，而且造價低廉，材料輕而薄，也不需要配套機械裝置，因此是一種科學經濟合理的設計方式。

2.3關于混凝土屏蔽的問題

對于能量大于10MeV的加速器，屏蔽既要考慮光子，也要考慮中子。不同的屏蔽材料具有不同的輻射屏蔽特性。中子屏蔽需要含氫的材料，光子屏蔽需要高原子序數材料，目前常用的屏蔽材料是:混凝土、鉛、鋼、聚乙烯或石蠟、泥土和木材。混凝土是最常用的屏蔽材料，我國目前醫用電子加速器的屏蔽墻主要為混凝土澆筑而成。NCRP151號報告中指出，混凝土分為普通混凝土和重混凝土。我國機房設計環評一般采取的密度均為2.35酬c砰，但是，我們往往忽略的一點是混凝土屏蔽墻的實際密度是否為理想的2.35歲cm，。實際上，該密度的混凝土是不太容易獲得的，在澆筑過程中攪拌不均，或者產生氣泡，也有可能由于選取的土質或者沉降的原因，導致混凝土密度的降低。因此，在環評計算中采用的2.35擴c耐密度混凝土可能與實際的屏蔽效能有所差別，實際低密度混凝土的屏蔽效能要比計算值低，因此屏蔽墻外的輻射水平要高，尤其是主屏蔽墻外的輻射水平更加重要。針對此種情況，報告建議在建造過程中，對混凝土密度進行測試，測試方式可利用車輛作為容器，用地秤測量質量，再計算出密度。

2.4關于地面不完全屏蔽的問題

有些加速器機房建在地下，這樣就需要對貫穿屏蔽墻后投射到地面的射束給予特殊考慮(見圖1)，以確保最大照射束的上切面在地面以下足夠遠處，防止明顯的散射輻射到達地面。圖l中加速器機房兩邊的地面不在同一水平面上，從圖中可知，地面低的一側，屏蔽墻厚度可達到屏蔽要求，但在地面高的一側，設計時考慮到機房在地下，機房屏蔽墻設計較薄，但是卻忽略了主射束在貫穿屏蔽墻后的貫穿輻射。另一種可能是射向地面方向的屏蔽路徑比主屏蔽短(如靠上一條射束方向)，或者是因為在地面下射束穿過屏蔽墻和地下泥土后仍然有部分射線到達地面(如靠下一條射束方向)。此種情況下，則不可忽略貫穿輻射的影響，此條件下屏蔽計算方式可參考主屏蔽墻屏蔽厚度的計算方式[4}。

2.5關于屏蔽體接頭和開口處的屏蔽問題

屏蔽體接頭處主要用砂漿填縫，砂漿的密度需要至少跟屏蔽材料的密度相同，對于多層結構，接頭應錯開。屏蔽為鉛或鋼的接頭需要延伸到鄰近的混凝土屏蔽中。屏蔽中為門、窗、通風管道、電纜、管子等所做的開口，有些情況下需要制作擋板，以保持所需的整體防護程度。開口應盡量位于次屏蔽上。以管道為例，當管道的終端出口需要貫穿次級屏蔽墻時，需要在出口外一定部位采用鉛擋板，擋板要求與出口有一定距離，以保證足夠的氣流通過，而且需要在開口的周邊延伸，遠大于開口，以提供所需的防護(見圖2)。子于一下一顫-一-----一-一，一呀硼蔽機房內圖2管道彎曲以避免輻射流對于嵌在混凝土屏蔽墻中的接線盒、電纜等，有時需要鉛作為屏蔽以補償混凝土的屏蔽效果，其厚度至少應等于被移走的混凝土的鉛當量(可通過查鉛和混凝土的十值層厚度計算比值獲得)。

2.6關于管道穿過屏蔽體的防護問題

機房中的管道主要為采暖、通風與空調管道(HVAC)以及電線電纜管道〕對于管道的走向要求，需要考慮兩點:一是在射束方向上被管道所取代的混凝土的量最小，二是通過空隙的直接輻射最小化。采取管道與墻成一定的角度穿出機房，這樣可縮短路徑，或者有拐折地穿過墻壁(見圖3)。需要注意的是，不論管道多小，都不能安裝在主屏蔽上。NcRP151號報告指出，對于帶有迷道的機房，采暖、通風和空調管道合理的走向是直接穿過門上方的屏蔽，因為該處的光子和中子通量是最低的。能量小于10MeV的加速器，管道周圍一般不需要額外的屏蔽。而能量大于10MeV的加速器，對管道額外屏蔽取決于迷道長度。如果是5.Zm長的迷道，管道處不需要額外屏蔽，而2.Zm長的迷道則有必要增加管道處的屏蔽。屏蔽方式有3種:一是在管道穿過迷道后立即將管道彎曲(如圖2)，二是用鉛和/或含硼聚乙烯包裹管道(如圖4)，三是使用混凝土屏蔽作為擋板(如圖5))對于迷道有一個以上轉折的機房，則不必對管道進行屏蔽。水管和電纜的直徑通常小于2.scm，報告中建議在混凝土墻中安裝一個略大于所需管道直徑的開孔，這樣安裝時比較方便。當管道直徑大于2.scm時，則應考慮用鉛包裹管子，對缺失的混凝土進行補償。3結論和建議目前我國對醫用加速器的設計要求，迷道的設計是必須要達到的防護條件，因此，NCRP151號報告中有關無迷道的機房屏蔽設計對我們不太適用。但是對于報告中提出的比如復合屏蔽、屏蔽門的設計、混凝土密度、地面屏蔽不完全、接頭、開口及管道的屏蔽問題，則是我們平時在編寫醫用加速器環評材料中容易忽略的問題。而且從經濟上考慮，參考報告中的方法設計，可得到屏蔽效果和經濟的合理統一，而避免了過度屏蔽問題。因此，非常有必要在環評材料中增加此部分內容并加以計算和分析，達到完整的屏蔽效能，避免因為考慮不周全而導致輻射工作人員和公眾受到超劑量照射。