加速器主屏蔽區(qū)外劑量率解析算法與實(shí)測(cè)比較

馮澤臣 馬永忠 孫亞茹 朱維杰 王時(shí)進(jìn) 婁 云

(北京市疾病預(yù)防控制中心, 北京市預(yù)防醫(yī)學(xué)研究中心, 北京, 100013)

0 引言

加速器是應(yīng)用最多的放射治療設(shè)備，產(chǎn)生高能量的X射線，需要對(duì)其使用場(chǎng)所進(jìn)行屏蔽以確保機(jī)房外關(guān)注點(diǎn)劑量率和年劑量滿足控制目標(biāo)要求。加速器屏蔽的計(jì)算方法國(guó)際上主要有IAEA 47號(hào)報(bào)告[1]、NCRP 151號(hào)報(bào)告[2]、IPEM 75號(hào)報(bào)告[3]和ISO 16645—2016[4]，國(guó)內(nèi)有《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房》(GBZ/T 201.2—2011)[5]。

上述報(bào)告和標(biāo)準(zhǔn)中的屏蔽計(jì)算方法在原理上是一致的，只是計(jì)算過程中所采用的參數(shù)有所不同：GBZ/T 201.2中的計(jì)算參數(shù)與NCRP 151中的相同；IPEM 75—1997中采用的是平均什值層，其2017年的修訂版認(rèn)為NCRP 151中區(qū)分第一什值層和平衡什值層更科學(xué)，計(jì)算參數(shù)引用了NCRP 151中的數(shù)據(jù)；ISO 16645—2016中提出了簡(jiǎn)化計(jì)算，并建議采用平衡什值層。對(duì)屏蔽區(qū)外劑量率解析計(jì)算時(shí)IAEA 47號(hào)報(bào)告和GBZ/T 201.2中的計(jì)算參數(shù)如何進(jìn)行最優(yōu)化選取，還需驗(yàn)證。

本文選取加速器主屏蔽區(qū)外10個(gè)位點(diǎn)和1個(gè)無均整高劑量率模式的位點(diǎn)，對(duì)加速器主屏蔽區(qū)外劑量率不同解析算法與實(shí)測(cè)進(jìn)行比較分析，為選取合理的計(jì)算參數(shù)提供參考。

1 材料與方法

選取4臺(tái)加速器的機(jī)房的10個(gè)加速器主屏蔽區(qū)點(diǎn)位和1個(gè)無均整高劑量率模式(FFF模式)加速器的主屏蔽區(qū)做為研究對(duì)象，實(shí)際測(cè)量使用X、γ劑量率儀6150AD6/H+6150AD-b/H，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定，校準(zhǔn)因子為0.99，校準(zhǔn)因子不確定度為8.5%(k=2),儀器能量響應(yīng)為±30%(23 keV～7 MeV)，檢測(cè)條件為在相應(yīng)能量的X射線，照射野F=40 cm×40 cm，普通加速器等中心處輻射輸出量率為3.6×108Sv·m2/h，無均整模式下等中心處輻射輸出量率為1.44×109Sv·m2/h，測(cè)量和計(jì)算的關(guān)注點(diǎn)均為屏蔽區(qū)墻外30 cm處，測(cè)量時(shí)有用束中心軸垂直于檢測(cè)區(qū)平面對(duì)加速器照射野對(duì)應(yīng)的主屏蔽區(qū)進(jìn)行巡測(cè)并記錄最大值。主屏蔽方向?yàn)樗綍r(shí)有用束中心軸垂直于主屏蔽區(qū)水平照射，主屏蔽方向?yàn)槭翼敃r(shí)有用束中心軸豎直向上照射。

對(duì)機(jī)房主屏蔽外關(guān)注點(diǎn)劑量率按式(1)計(jì)算：

(1)

B=10-(X+TVL-TVL1)/TVL

(2)

式中，X為主屏蔽厚度，m；TVL為平衡什值層，cm；TVL1為第一什值層，cm(IAEA 47號(hào)報(bào)告的TVL和TVL1的相同，GBZ/T201.2的TVL和TVL1不同)。不同能量X射線在混凝土中的什值層數(shù)值列于表1。

表1 不同能量X射線有用線束在混凝土的什值層

2 結(jié)果與討論

加速器主屏蔽外劑量率解析算法所用參數(shù)及計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果列于表2，測(cè)量時(shí)對(duì)主屏蔽區(qū)外進(jìn)行巡測(cè)并記錄最大值。

表2 加速器主屏蔽外劑量率解析算法與實(shí)測(cè)結(jié)果

1)無均整模式。

由表2可見，X射線能量相同時(shí)，采用IAEA 47號(hào)報(bào)告參數(shù)計(jì)算的主屏蔽區(qū)外劑量率高于采用國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ/T 201.2參數(shù)值的計(jì)算結(jié)果，個(gè)別位點(diǎn)的實(shí)測(cè)值高于GBZ/T 201.2的計(jì)算值，其原因可能來自其混凝土墻的施工厚度或混凝土密度不足。采用兩種參數(shù)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相較，總體上是采用GBZ/T 201.2參數(shù)的計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)測(cè)值。各機(jī)房水平方向主屏蔽區(qū)外劑量率的實(shí)測(cè)值與按GBZ/T 201.2計(jì)算值均小于10 μSv/h，水平方向主屏蔽區(qū)外的場(chǎng)所居留因子均小于1/2，滿足GBZ/T 201.2的劑量率控制目標(biāo)值要求。室頂?shù)膶?shí)測(cè)值比GBZ/T 201.2計(jì)算值偏小50%～80%，這可能是因?yàn)橛?jì)算時(shí)忽略了室頂設(shè)有的吊頂、防水、管道、風(fēng)機(jī)等的屏蔽效果，從而造成計(jì)算結(jié)果偏大；對(duì)同一位點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的一致性較好。

曹興江等[6]對(duì)2個(gè)加速器機(jī)房周圍劑量當(dāng)量率理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)研究，其計(jì)算和測(cè)量時(shí)使用的加速器等中心處輻射輸出量率為3.6×108μSv·m2/h，計(jì)算采用的是IAEA 47號(hào)報(bào)告的TVL參數(shù)，測(cè)量結(jié)果均小于理論計(jì)算結(jié)果(偏小30%～56%)，與本文研究結(jié)果一致。

3號(hào)機(jī)房的加速器無均整高劑量率模式，由于在去除均整塊后射線的平均能量有所下降，這與Kry等對(duì)加速器機(jī)房的無均整高劑量率模式的屏蔽防護(hù)研究結(jié)果一致[7]。

3 結(jié)語

采用IAEA 47號(hào)報(bào)告參數(shù)計(jì)算的主屏蔽區(qū)外劑量率均高于GBZ/T 201.2的計(jì)算值，采用GBZ/T 201.2中的參數(shù)的計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值，但部分點(diǎn)位的實(shí)測(cè)值高于采用GBZ/T 201.2中的參數(shù)的計(jì)算值，其原因可能由于混凝土墻的施工厚度或混凝土密度不足所致，采用GBZ/T 201.2中的解析算法可合理估算主屏蔽區(qū)外的劑量率，建議在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，確?；炷撩芏燃笆┕ず穸葢?yīng)與設(shè)計(jì)值一致。