輻照室穿墻布線孔洞位置設(shè)計的初步探討

魯旭尉，譚劍鋒，周新（通信作者）

湖南省腫瘤醫(yī)院·中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院 （湖南長沙 410013）

輻射是指一束微觀粒子的發(fā)射過程，可以傳遞能量。電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱，具有波長短、頻率高、能量高的特點。在接觸電離輻射的過程中，如防護(hù)不當(dāng)，人體受照射的劑量超過一定限度，則電離輻射能夠通過損傷細(xì)胞的DNA 分子，使體細(xì)胞和生殖細(xì)胞發(fā)生變異或死亡，從而引起功能障礙、不孕、腫瘤、遺傳異常等，使人體受到一定的危害[1]。因此，為保護(hù)從事放射性工作人員和廣大公眾的健康與安全，同時允許正當(dāng)照射的必要活動，促進(jìn)放射性技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，國家制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。輻射防護(hù)三原則為最基本的標(biāo)準(zhǔn)，即實踐的正當(dāng)性原則、劑量限制和潛在照射危險限制原則、防護(hù)與安全的最優(yōu)化原則[2]。無論以何種方式利用放射性技術(shù)，其輻射防護(hù)均應(yīng)遵循輻射防護(hù)三原則，所有機(jī)構(gòu)均不例外。

放射源是指能發(fā)射電離輻射的物質(zhì)或裝置，能夠釋放各種電離輻射的物質(zhì)或裝置均可視為放射源。放射源可以分為天然放射源與人工放射源，其中人工放射源可以分為醫(yī)療照射放射源、公眾照射放射源以及職業(yè)照射放射源等[3]。大部分用于γ 探傷、放射治療和輻射加工的人工放射源放射性強(qiáng)度大，可能危害從事放射性工作人員和廣大公眾的健康與安全，需要專用的輻照室進(jìn)行屏蔽。輻照室一般位于建筑物的底層，用超過輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)厚度的墻壁保護(hù)工作人員和公眾的身體健康，如15 MV 醫(yī)用加速器的主屏蔽墻厚約2.6 m[4]。由于各種原因，在輻照室的墻壁上需要留置孔洞以備各種線纜穿過，而這些孔洞會影響屏蔽墻的防護(hù)功能，且目前各項國家標(biāo)準(zhǔn)都未對在輻照室穿墻布線孔洞位置設(shè)計進(jìn)行規(guī)范，因此，各個使用單位在輻照室的屏蔽墻上穿墻布線孔洞位置設(shè)計無標(biāo)準(zhǔn)可依，各有不同，如某市級醫(yī)院放療中心的醫(yī)用加速器機(jī)房，為質(zhì)控測量中布設(shè)線纜方便，其穿線孔洞幾乎位于操作室內(nèi)操作臺與輻照室內(nèi)直線加速器之間，雖然其輻射劑量測量結(jié)果符合國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但我們認(rèn)為該穿線孔洞位置設(shè)計有悖輻射防護(hù)常識，卻又無標(biāo)準(zhǔn)和實測數(shù)據(jù)為依據(jù)以否定其設(shè)計方案。本研究探究在輻照室穿墻布線并符合輻射防護(hù)三原則的方法。

1 材料與方法

選定一個核通公司的192Ir 后裝治療機(jī)及機(jī)房，后裝治療機(jī)機(jī)房見圖1。輻照室的防護(hù)墻為680 mm 厚的混凝土墻，在輻照室與操作室之間的屏蔽墻上預(yù)留一個直徑為8.3 cm 的圓柱狀布線孔洞，孔洞的中軸線（即圓柱體的中軸線）為孔洞延長線。放射源為192Ir 伽馬放射源，半衰期為73.827 d，能量為0.355 MeV，屬于2類放射源，源強(qiáng)為6.313 Ci。測量儀器為鄭州拓普儀表科技有限公司的SW83型射線檢測儀。

圖1 后裝治療機(jī)機(jī)房示意圖

首先測量操作室的輻射本底，然后根據(jù)《電離輻射防護(hù)與放射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》和美國輻射防護(hù)與測量委員會（National Council on Radiation Protection and Measurements，NCRP）報告中的要求，在輻照室外、屏蔽墻后30 cm處、距離孔洞延長線240 cm處測量后裝治療機(jī)開機(jī)時的最高輻射劑量率，即屏蔽墻后的最高輻射劑量率，輻射劑量儀分別位于操作室內(nèi)孔洞旁A、B、C 3個位置，放射源分別位于輻射室內(nèi)孔洞旁D、E、F 3個位置，測量最高輻射劑量率，見圖2。每種情況測量3次，每次測量時間為120 s，輻射劑量儀的測量最大值為最高輻射劑量率。A、B、C 3個位置與墻面的距離均為30 cm，D、E、F 3個位置與墻面的距離均為100 cm，A、D位于孔洞延長線上，AB、AC、DE和DF的長度分別為8 cm、15 cm、25 cm和50 cm（距離孔洞延長線近或遠(yuǎn)，是指放射源或輻射劑量儀位于距離墻面的距離相同時，距離孔洞延長線的長度小為距離孔洞延長線近，距離孔洞延長線的長度大為距離孔洞延長線遠(yuǎn)）。

2 結(jié)果

操作室的輻射本底為0.17 μSv/h。開機(jī)時，屏蔽墻后面的最高輻射劑量率為0.19 μSv/h，遠(yuǎn)小于國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，與輻射本底相比，僅相差0.02 μSv/h，說明屏蔽墻的屏蔽效果非常好。

圖2 輻射劑量儀與放射源位于輻射室內(nèi)的位置示意圖

放射源和輻射劑量儀在不同位置時，測量的最高輻射劑量率見表1。

表1 放射源和輻射劑量儀在不同位置測量的最高輻射劑量率（μSv/h）

由表1得出：（1）當(dāng)輻照室外的輻射劑量儀位置固定時，放射源距離孔洞延長線越遠(yuǎn)，輻照室外的輻射量越小，放射源距離孔洞延長線越近，輻照室外的輻射量越大，當(dāng)放射源位于孔洞延長線上時，輻照室外的輻射量遠(yuǎn)大于其他情況，測量值均超過國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（2）當(dāng)輻照室內(nèi)的放射源位置固定時，輻照室外的輻射劑量儀位置距離孔洞延長線越遠(yuǎn)，測得的最高輻射劑量率越小，輻射劑量儀位置距離孔洞延長線越近，測得的最高輻射劑量率越大，當(dāng)輻射劑量儀位于孔洞延長線上時，最高輻射劑量率的測量值遠(yuǎn)大于其他情況，均超過國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（3）當(dāng)放射源、輻射劑量儀都遠(yuǎn)離孔洞延長線時，受到的輻射劑量率最小，測量值遠(yuǎn)小于國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（4）當(dāng)放射源、輻射劑量儀距離孔洞延長線的距離較小時，受到的輻射劑量率較大，可能超過國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，而當(dāng)放射源、輻射劑量儀都位于孔洞延長線上時，受到的輻射劑量率最大，測量值遠(yuǎn)超過國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)。

3 討論

輻照室輻射到室外的射線來源為原射線、漏射線和散射線。原射線為未經(jīng)任何屏蔽的X 線，劑量率最大，危害也最大。漏射線經(jīng)過屏蔽墻的厚度越大，則劑量率越小。輻射到輻照室外的散射線主要經(jīng)過孔洞散射到室外，影響散射線劑量的因素較多，一般來說，射線與物體作用的次數(shù)越多，散射線劑量衰減的越小[5]。當(dāng)放射源位于不同位置時，X 線中原射線、漏射線到達(dá)輻照室外的路徑見圖3。

由圖3可知，當(dāng)放射源位于孔洞延長線外時，原射線不能經(jīng)過孔洞到達(dá)輻射室外。只有當(dāng)放射源位于孔洞延長線上，原射線才能經(jīng)過孔洞到達(dá)輻射室外，所以當(dāng)放射源位于孔洞延長線上時，輻照室外的劑量遠(yuǎn)超過其他情況，孔洞及孔洞附近的輻射量超過國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，需要避免此類狀況的出現(xiàn)。

圖3 放射源位于不同位置時，原射線、漏射線到達(dá)輻照室外的路徑示意圖

當(dāng)放射源位于孔洞延長線外時，只有漏射線和散射線到達(dá)輻射室外?？紤]孔洞的直徑遠(yuǎn)小于屏蔽墻的厚度，并且屏蔽墻的屏蔽效果非常好，最高輻射劑量率稍大于輻射本底，因此，可以忽略漏射線對輻照室外的劑量影響而僅考慮散射線對輻照室外的劑量影響。圖4為放射源分別位于E、F 點時，經(jīng)過孔洞到達(dá)輻照室外的散射線的示意圖。

圖4 散射線到達(dá)輻照室外示意圖

由圖4可知：（1）對比E、F 點，F(xiàn) 點距離輻照室洞口的距離大于E 點距離輻照室洞口的距離，根據(jù)X 放射源輻射強(qiáng)度與離放射源距離的平方成反比定律，當(dāng)同一放射源位于F 點時，輻照室洞口位置的劑量率小于放射源位于E 點時；（2）如果放射源相同，則粒子的平均能量E 不會改變，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量Ψ（energy fluence）正比于粒子注量Φ（particle fluence）[4]，粒子注量Φ 正比于原射線進(jìn)入洞口的截面積，若洞口的面積為S，進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角為β，則洞口的截面積為S×sinβ，若洞口的面積S 不變，則原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量Ψ 正比于sinβ，放射源距離孔洞延長線越近說明進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 及sinβ 越大，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量也越大，放射源距離孔洞延長線越遠(yuǎn)說明進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 及sinβ越小，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量也越小，若洞口的面積S 可以改變，則減小洞口的面積S 也減小了原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量；（3）當(dāng)放射源分別位于E、F 點時，放射源距離孔洞延長線越遠(yuǎn)，進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 越小，原射線經(jīng)過孔洞到達(dá)輻照室外的散射線在孔洞中與屏蔽墻作用的次數(shù)越多，到達(dá)輻照室外的散射線劑量與輻照室洞口位置的劑量比值越小。

總之，放射源離孔洞延長線越遠(yuǎn)，到達(dá)輻照室外的散射線越少。

由上述分析可知，當(dāng)孔洞存在時，到達(dá)輻照室外的射線主要來源于經(jīng)過孔洞的原射線和散射線，所以當(dāng)放射源位置固定時，在輻照室外，離孔洞延長線越近，輻射劑量越大；離孔洞延長線越遠(yuǎn)，輻射劑量越小。

根據(jù)輻射防護(hù)的三項基本原則，為使工作人員和公眾受到的電離輻射保持在可以達(dá)到的最低水平，由測量結(jié)果及分析可以得出設(shè)計輻照室穿墻布線的三條原則：（1）在輻射室，放射源可能經(jīng)過的位置不得位于孔洞延長線上，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離孔洞延長線；（2）在操作室，工作人員和公眾居留因子高的位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離孔洞延長線；（3）根據(jù)輻射防護(hù)的最優(yōu)化原則，在滿足工作需要的前提下，孔洞面積應(yīng)盡可能的小。

在設(shè)計輻照室的過程中，雖然受工作要求和場地的限制，輻照室內(nèi)的放射源和操作室內(nèi)的操作臺位置調(diào)整范圍很小，但在設(shè)計建設(shè)輻照室的過程中合理設(shè)計穿墻布線的孔洞位置即可，無需增加迷道等其他屏蔽設(shè)施便可最大限度地降低穿墻孔洞引起的輻射危害；此外，不能僅考慮布線方便而將孔洞置于放射源與操作臺之間，而導(dǎo)致工作人員受到不必要的輻射；同時，當(dāng)放射源工作時，工作人員和公眾應(yīng)盡量減少在孔洞旁停留的時間，以免受到不必要的輻射損傷。雖然上文所述的某市級醫(yī)院放療中心的醫(yī)用加速器機(jī)房穿線孔洞位置使工作人員受到的輻射劑量符合國家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但違反了輻射防護(hù)三原則中防護(hù)與安全的最優(yōu)化原則，需要進(jìn)行修改，如將醫(yī)用加速器機(jī)房穿線孔洞位置設(shè)于遠(yuǎn)離操作臺的房間角落，則工作人員所受到的輻射劑量無疑會小于原設(shè)計方案。

對于放射源不必位于輻照室中央的機(jī)房布局設(shè)計，放射源位置與孔洞的位置不應(yīng)位于屏蔽墻的同側(cè)，應(yīng)位于屏蔽墻的不同側(cè)，兩者的距離越大，孔洞引起的輻射危害越小，如后裝治療機(jī)和孔洞分別位于圖1 中A、B 不同的一側(cè)，操作臺位于操作室的中央，則可將孔洞引起的輻射危害控制在極低的范圍。