MINItrace 回旋加速器放射防護(hù)設(shè)計及探討

顏和平 廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院閩南PET中心 （福建 廈門 361003）

內(nèi)容提要： 目的：通過對MINItrace回旋加速器室主要場所的放射防護(hù)進(jìn)行探討。方法：依據(jù)MINItrace回旋加速器的工作原理及相關(guān)放射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果：設(shè)計了MINItrace回旋加速器室相應(yīng)的放射防護(hù)方案。結(jié)論：各種帶屏蔽的回旋加速器主要場所的屏蔽放射防護(hù)設(shè)計均符合要求。

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(yīng)用[1]。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(yīng)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(yīng)的放射防護(hù)工作。本文主要針對帶有自屏蔽系統(tǒng)的MINItrac回旋加速器室在建設(shè)中的放射防護(hù)進(jìn)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(hù)。

1.回旋加速器的基本情況及主要參數(shù)

MINItrac回旋加速器是屬于帶有自屏蔽系統(tǒng)的緊湊型醫(yī)用回旋加速器，生產(chǎn)廠家是通用電氣醫(yī)療集團(tuán)，其最大質(zhì)子能量為9.8MeV。引出質(zhì)子束流強度最大50μA，18F最大產(chǎn)能2Ci。

2.回旋加速器的原理和防護(hù)設(shè)計

2.1 醫(yī)用回旋加速器的主要基本原理

回旋加速器的基本原理是帶電粒子在磁場中作圓周運動，采用交變電極的方法，使粒子在較低電壓下通過多次加速獲得很高的動能。其工作原理示意圖見圖1[2-4]。

待加速的帶電粒子是由離子源S產(chǎn)生，產(chǎn)生的各種帶電粒子將向著帶異種電荷的D型電極盒（如A）運動。達(dá)到能量的粒子將被束流提取裝置提取引出進(jìn)入靶室照射靶物質(zhì)w，生產(chǎn)出以適當(dāng)化學(xué)形式存在的正電子核素18F，13N，15O，11C，其生產(chǎn)核反應(yīng)見表1[5]。

從核反應(yīng)看，回旋加速器在轟擊生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的中子及高能γ射線，加速器室內(nèi)的活化氣體是其放射性污染的主要來源。

2.2 回旋加速器室放射防護(hù)設(shè)計

圖1. 回旋加速器工作原理示意圖

2.2.1 回旋加速器室房屋墻體屏蔽設(shè)計。MINItrace回旋加速器帶有自屏蔽系統(tǒng)，它的屏蔽外殼由混合有氫和硼的高強度混凝土組成，它可以將核素轟擊過程中產(chǎn)生的中子及γ射線輻射限制在一個可控制的范圍。因此MINItrace回旋加速器室的屏蔽厚度相對其他的沒有自屏蔽的大型回旋加速器要簡單。根據(jù)通用電器醫(yī)療集團(tuán)提供的回旋加速器以靶為中心的自屏蔽體外某些參考點處中子和γ射線的能量及當(dāng)量劑量率，可以計算MINItrace回旋加速器室屏蔽墻、門和屋頂?shù)暮穸?。設(shè)在參考點r0處的中子和γ射線當(dāng)量劑量率分別為Hn、Hg（μSvPh），屏蔽材料的厚度為x，則在R處中子和γ射線當(dāng)量劑量率的綜合HR可按公式1計算[6-11]。

式中TVLn和TVLγ為屏蔽材料對中子和γ射線的1P10值減弱層厚度。根據(jù)公式可以計算回旋加速器機房各屏蔽墻（門）厚度，如表2所示。

表1. 幾種常用正電子核素的特性及其生產(chǎn)的核反應(yīng)

表2. 加速器機房各屏蔽墻(門) 的厚度

2.2.2 回旋加速器室內(nèi)設(shè)計

因MINItrace回旋加速器轟擊產(chǎn)生的核素具有高放射性（高能γ射線），因此核素傳輸管道應(yīng)設(shè)計地溝，同時必須用鉛磚覆蓋，同時核素傳輸距離應(yīng)盡可能的短，盡量靠近核素合成模塊。

回旋加速器在轟擊生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的放射性氣體，因此加速器室必須有適當(dāng)流量的排風(fēng)通風(fēng)裝置，排風(fēng)應(yīng)符合當(dāng)?shù)卣?guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

MINItrace回旋加速器在運行過程中，經(jīng)過高能粒子的轟擊，有些部件需要經(jīng)常更換，其中就包括更換一些帶有較強放射性的部件，包括更換靶膜，碳膜，過濾膜。因此我們在緊靠MINItrace回旋加速器邊上做了一個不銹鋼的工作臺，并在工作臺上做了一個鉛屏風(fēng)，同時在邊上做了一個鉛堡壘。工作臺離回旋加速器近就能減少操作時間，接觸時間減少從而降低操作過程中對放射輻射對工作人員的傷害。

而更換下來的靶膜，碳膜，過濾膜，更換的加速器內(nèi)部二級冷卻循環(huán)水，由于經(jīng)過長時間高能粒子的轟擊，它們都帶有了含長半衰期的物質(zhì)。這些廢物廢液都不能隨意丟棄。靶膜碳膜過濾膜這些固體放射性應(yīng)該放入鉛屏蔽容器或鉛堡壘中進(jìn)行衰變，達(dá)到安全值后再處理掉。而廢水等廢液應(yīng)設(shè)計衰減池，等達(dá)到安全值后才能排入下水道。

為了工作人員安全，回旋加速器的附屬設(shè)備，包括空壓機，一級水冷系統(tǒng)等盡量安排在另一個房間，并緊著回旋加速器。而回旋加速器控制室盡可能遠(yuǎn)離回旋加速器室，這樣在保證設(shè)備需要的同時又可避免操作人頻繁進(jìn)入回旋加速器室而遭受輻射危險。

運行情況檢測

在最大束流50μA轟擊情況下，轟擊靶時間為120min，生成核素18F 2Ci，進(jìn)行檢測?；匦铀倨魇宜闹芷帘误w外，0.08～0.20μSv/h，而加速器控制室為0.06～0.17μSv/h，回旋加速器室外并未檢測出中子。從結(jié)果看，回旋加速器機房和回旋加速器控制室輻射水平與本底接近。

3.結(jié)論和建議

MINItrace回旋加速器室只要經(jīng)過嚴(yán)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。

最后，為確保放射安全，應(yīng)在MINItrace回旋加速器設(shè)置輻射監(jiān)測系統(tǒng)，同時應(yīng)配備有表面沾污儀，而工作人員應(yīng)配戴個人劑量檢測儀。同時工作人員應(yīng)經(jīng)過專門的放射防護(hù)培訓(xùn)，并制定放射防護(hù)泄露應(yīng)急預(yù)案。