PETtrace880回旋加速器放射防護設(shè)計

王一達

摘要：依據(jù)PETtrace880回旋加速器的工作原理及相關(guān)放射防護標準，對PETtrace880回旋加速器室主要場所的放射防護進行探討，設(shè)計了PETtrace880回旋加速器室相應的放射防護方案，驗證了PETttaee880帶屏蔽的回旋加速器主要場所的屏蔽放射防護設(shè)計均符合要求。

關(guān)鍵詞：回旋加速器;放射;防護;屏蔽計算

近年來，隨著醫(yī)療水平的不斷發(fā)展，PET/CT得到越來越多的臨床應用。而分子顯像PET/CT所需的示蹤劑半衰期都比較短，因此，醫(yī)用回旋加速器在醫(yī)院也越來越得到廣泛的應用。而醫(yī)用回旋加速器在轟擊生產(chǎn)時會產(chǎn)生大量的放射性輻射（中子輻射和光子輻射），所以需要做好相應的放射防護工作。本文主要針對帶有自屏蔽系統(tǒng)的PETtrace880回旋加速器室在建設(shè)中的放射防護進行分析和探討，以期能以最優(yōu)化的方式保障工作人員及公共的健康防護。

一、回旋加速器的基本情況及主要參數(shù)

PETtrace880是一套完整的、全自動的生產(chǎn)PET用的正電子藥物系統(tǒng)，是新穎設(shè)計的緊湊的負離子回旋加速器，采用立式磁體設(shè)計，配置自屏蔽體，能加速質(zhì)子到16.5McV。引出質(zhì)子束流強度最大130μA，單靶轟擊18O-H2O制備18F單次最大產(chǎn)率要求2.59×1011Bq（7Ci），時長單次為120min。

二、回旋加速器放射性藥物生產(chǎn)過程

回旋加速器在每次正式制備放射性同位素時，首先在靶腔內(nèi)注入照射物質(zhì)，以一定的束流轟擊一定的時間（視所需制備量而定）后，將制備的核素通過專用防護管道系統(tǒng)，在氦氣或氬氣推動下輸送至熱室的藥物合成器內(nèi)，進入藥物合成系統(tǒng)，再用高純氦氣或氬氣將藥輸送管道吹干?；匦铀倨髟谏a(chǎn)放射性核素的同時伴隨產(chǎn)生大量中子及粒子，成為瞬時輻射源。高能帶電粒子直接轟擊加速器有關(guān)部件導致有關(guān)部件被活化，同時中子在慢化吸收過程中對相關(guān)部件產(chǎn)生中子活化。

三、回旋加速器室放射防護設(shè)計

（一）回旋加速器機房設(shè)計

PETtrace880回旋加速器帶自屏蔽系統(tǒng)。回旋加速器本體的外形尺寸（長×寬×高）為1900mm×1700mm×2100mm，重量為20t，回旋加速器的自屏蔽體外形尺寸（長×寬×高）為4800mm×3150mm×2800mm，重量為47t?；匦铀倨鳈C房設(shè)計長8：8m ×寬8m×高4.65m（凈高），機房四周、頂部采用600mm厚混凝土進行屏蔽，混凝土密度為2.35g/cm3。加速器機房設(shè)置防護門，具有10mm鉛+200mm聚乙烯（含硼8%）+10mm鉛防護效果?；匦铀倨鳈C房建筑設(shè)計參數(shù)見表1。

（二）傳輸管溝設(shè)計

加速器生產(chǎn)的放射性物質(zhì)通過專用管道傳輸至加速器機房配套的熱室合成柜底部，專用管道尺寸為100×100mm，在地溝內(nèi)敷設(shè)蓋板，蓋板為鉛板，具備60mm鉛當量防護效果。放射性物料傳輸?shù)販鲜疽鈭D見圖1。

（三）通風系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)《粒子加速器輻射防護規(guī)定》GB5172-85中3.4.1規(guī)定，排放有毒氣體（如臭氧）和氣載放射性物質(zhì)，加速器設(shè)施內(nèi)必須設(shè)有通風裝置。加速器室設(shè)管道離心風機，通過管道離心風機保持通風換氣，排出放射性氣體、臭氧和氮氧化物，根據(jù)《醫(yī)用電子加速器衛(wèi)生防護標準》（GBZ126-2002）的要求，加速器機房通風換氣次數(shù)應達到每小時4次。加速器室獨立一根排風管道，排風管道內(nèi)口位于機房內(nèi)與入口成對角，距離室內(nèi)地面約0.5m高，有利于加速器室內(nèi)空氣流動，避免形成死角;管道成U型下穿機房墻體，再延伸至室外，排放口設(shè)置在高于本棟建筑物屋頂3m處，廢氣通過終端過濾裝置后（玻璃纖維紙，過濾率99.9%）排入大氣。

（四）排水設(shè)計

回旋加速器機房產(chǎn)生的廢水為低放廢水，回旋加速器基坑內(nèi)、冷水控制閥附近、一級水冷機附近設(shè)置不銹鋼管收集各排水點排水，接口嚴密焊接，防止?jié)B漏。加速器室室外設(shè)置廢水收集衰變處理設(shè)施，衰變處理設(shè)施有效容積按半衰期最長的核素10個半衰期的容積設(shè)計。廢水衰變處理設(shè)施按三格設(shè)置，一格集水，兩格交互衰變處理，一格進水時另一格進行衰變處理。結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)敷環(huán)氧樹脂防腐防護。處理后經(jīng)檢驗滿足排入城市下水道水質(zhì)要求后排入排水管網(wǎng)。

（五）回旋加速器機房輸助防護設(shè)施

1.安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

加速器防護門與加速器的高壓設(shè)置聯(lián)鎖，當防護門未關(guān)閉到位時，加速器無法開啟高壓進行出束;當加速器工作時誤操作打開防護門時，加速器立即停止出束;控制臺和大廳門鑰匙控制;輻射報警燈和聲音報警與加速器準備出束狀態(tài)聯(lián)鎖，準備出束時發(fā)出警示;輻射劑量監(jiān)測與門聯(lián)鎖;火災報警儀與加速器聯(lián)鎖、與通風設(shè)置聯(lián)鎖。

2.固定式劑量監(jiān)測系統(tǒng)

加速器機房防護門內(nèi)、外均設(shè)置固定式劑量監(jiān)測探頭，當探測到機房內(nèi)劑量率超過設(shè)置閾值時，加速器防護門外有聲光報警，同時控制室內(nèi)操作臺上和加速器機房防護門口有劑量率實時顯示。

（六）工作人員防護

工作人員需配備一些輔助防護用品和檢測儀器。防護用品主要有鉛衣、鉛帽、鉛圍脖、鉛手套、鉛眼鏡等。檢測設(shè)備主要有手持式輻射監(jiān)測儀、γ能譜儀、表面污染測量儀、個人劑量計、電離室巡測儀、個人劑量報警儀、便攜式中子測量儀等。

四、回旋加速器機房屏蔽計算及防護效果

（一）計算公式

加速器機房各屏蔽墻體以及防護門表面劑量率。計算公式如下：

式中門腸為回旋加速器室外關(guān)注點劑量率，單位為微希沃特每小時（μSv/h）;

r0—為參考點距靶心的距離，單位為米（m）;

R—為屏蔽墻外30cm關(guān)注點距靶心的距離，單位為米（m）;

Hn—為參考點r0處的中子劑量率，單位為微希沃特每小時（μSv/h）;

Hγ—為參考點r0處的γ射線劑量率，單位為微希沃特每小時（γSv/h）;

TVLn—為中子射線的什值層厚度，單位為厘米（cm）;

TVLγ—為γ射線的什值層厚度，單位為厘米（cm）;

X—為屏蔽墻厚度，單位為厘米（cm）。

（二）屏蔽計算及防護效果

PETtrace880型回旋加速器是自屏蔽的放射性同位素生產(chǎn)系統(tǒng)。PETtrace880型回旋加速器自屏蔽由內(nèi)外兩層組件組成。內(nèi)層厚度為30cm，是鉛、壞氧樹脂和碳化硼組成的高密度鑄體，該層能衰減1～2MeV的中子能量并吸收大部分靶核反應的下輻射以內(nèi)及內(nèi)層粒撞擊產(chǎn)生的熱中子。外層屏蔽體厚度為70cm，由聚乙烯和碳化硼及承載混凝土構(gòu)成，其主要目的是慢化中子，最終在硼材料中吸收中子，并使得加速器中產(chǎn)生的次級γ輻射衰減到最低。加速器生產(chǎn)廠家給出了加速器表面處γ輻射劑量率和中子劑量率分布圖，見圖2、圖3。

由圖2、圖3可知，從保守角度考慮，計算加速器機房表面的γ、中子劑量率均選擇其最大值，即加速器表面1m處γ射線、中子劑量率均取為82μSv/h。

表2給出此狀態(tài)下，不同屏蔽材料對γ射線和中子的什值層。

由公式①可計算出回旋加速器機房屏蔽墻體、防護門表面劑量率，計算結(jié)果見表3。

由表3計算結(jié)果可知，回旋加速器束流為雙靶130μA的最大工況下，中子、γ射線對機房屏蔽墻體、防護門外最大附加劑量率為1.032μSv/h，小于2.5μSv/h，滿足《粒子加速器輻射防護規(guī)定》（GB5172-1985）相關(guān)限值要求。

五、結(jié)論及建議

PETtrace880回旋加速器機房四周墻壁、防護門和天花板的設(shè)計厚度均能滿是屏蔽防護要求。加速器機房屏蔽墻和防護門施工質(zhì)量如能達到設(shè)計要求，加速器對外環(huán)境輻射劑量可控制在年有效劑量管理值以下?；匦铀倨魇抑灰?jīng)過嚴格的設(shè)計和施工，是可以保障周圍環(huán)境和工作人員的安全。

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