医用加速器环境影响评价问题

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1前言

我国相关法律法规要求，对从事生产、销售、使用放射性同位素和射线装置的核技术利用单位，应当在申请领取辐射安全许可证之前编制环境影响评价(以下简称“环评”)材料，经审查批准获得辐射安全许可证后，方可从事核技术利用项目{’刘。医用电子加速器主要用于放射治疗，根据我国《射线装置分类办法》，医用电子加速器属于n类射线装置，使用前应当编写环境影响评价报告表〔’J。在环评单位编写环评报告的过程中，依据《辐射环境保护管理导则核技术应用项目环境影响报告书(表)的内容和格式》及相关标准对医用电子加速器的辐射屏蔽效能进行计算和分析，从而判断是否满足辐射防护要求。美国国家辐射防护与测量委员会(NCRP)于2005年颁布了巧l号报告，提出了兆伏级X和丫射线放疗设施屏蔽设计和安装的建议及技术路线川。目前我国核技术利用环评中确实存在过度防护、设计考虑不周全、屏蔽材料选择不当等容易忽略却十分重要的问题，NCRP151号报告充分考虑以上问题并提出了详细的设计方法。本文就NCRP151号报告中有关医用电子加速器辐射防护提出的几个问题进行介绍，目的是为环评编制人员和审评人员提供技术参考，达到辐射屏蔽最优化的要求。

2NCRP151号报告中提出的几个问题

NCRP151号报告全文共分7章，分别为前言、计算方法、工作负荷、使用因子和吸收剂量的考虑、详细结构、特殊考虑、屏蔽评估(监测)和举例，另外附录部分主要提供计算过程中所需参数及中子监测的详细问题。在第二章计算方法部分，报告提供了主屏蔽、次屏蔽、门和迷道的屏蔽计算常规方法，详细介绍了加速器在低能和高能运行状态对丫射线和中子的屏蔽计算方式。在第四章详细结构部分，提出了几种加速器机房特殊的屏蔽情况，如屋顶不能被地面完全屏蔽的考虑、屏蔽材料的选择以及接头、管道屏蔽等需要注意的问题等，下面对这些问题分别加以介绍和讨论。

2.1关于复合屏蔽的问题很多情况下主屏蔽并不仅仅是由相同性质的普通混凝土构成(密度为2.359/cm，)。在空间受限时，通常将普通混凝土与钢或铅混合使用。对光子主射束，总的透射系数是屏蔽中每种材料单独透射系数之积(即BT二及。n刀P。B。!二l，B。。。。、BPb和B、t。。l分别对应于混凝土、铅和钢的透射系数)[4〕。但是当加速电压高于10Mev时，必须要考虑中子和中子俘获丫射线的产生和衰减。在如此高能量的情况下，则不适合使用混合屏蔽(如混凝土中加钢或铅)，因为金属层可能会变成潜在的光中子源而导致屏蔽后照射的增加。但是这种情况只针对主屏蔽，对次屏蔽是不存在的，因为主屏蔽外的散射辐射不具备光中子所需的能量，而且泄漏辐射的强度也不能在次级屏蔽上产生大量中子。因此，在加速器机房设计阶段，如果受空间限制而必须采取复合屏蔽，对于能量大于10MeV的加速器，需要对中子及中子俘获，射线的屏蔽给予特殊考虑，充分合理利用机房空间，尽量增加主屏蔽厚度以满足辐射防护的要求。

2.2关于屏蔽门的问题

对于屏蔽门的屏蔽防护计算，在相关参考资料中有明确的计算方法，但往往通过计算后的结果设计出的屏蔽门，造价昂贵而厚重，而且还需要一套机械来控制门开关的装置。在NRCP151号报告中特别提出，散射和泄漏辐射的剂量当量与中子及中子俘获，射线相比相对较低，并且能量越高这种效应越明显。因此，通过采取阻止中子进人迷道的方式，就可减少屏蔽门的厚度，甚至完全取消屏蔽门。报告中提出3种阻止中子离开治疗室而进人迷道的技术方案:(l)减少迷道内人口的开口;(2)在迷道内人口处增加一道质量较轻，含有热中子吸收剂(9%质量含量的硼)的门;(3)在迷道人口内安装一道含硼聚乙烯(BPE)门。方案(l)采用45.7Cm厚的混凝土环绕在开口处，将迷道内人口面积减小到宽(1.22)x高(2.13)=2.59s6m，。方法(2)中采用7mm厚、硼质量含量为8.9%的平板。方法(3)采用的是scm厚的聚乙烯(含5%硼)门。从表1可以看出，方法3对总的剂量当量减弱最大，并且迷道外门只需很薄的铅板，厚度ICm左右。因此，对于标称能量大于10MeV的医用电子加速器，在迷道设计合理的情况下，在控制室和迷道之间额外增加一道防止中子的迷道门，尤其是在迷道口内部安装聚乙烯门，则可达到最大的衰减效果，而且造价低廉，材料轻而薄，也不需要配套机械装置，因此是一种科学经济合理的设计方式。

2.3关于混凝土屏蔽的问题

对于能量大于10MeV的加速器，屏蔽既要考虑光子，也要考虑中子。不同的屏蔽材料具有不同的辐射屏蔽特性。中子屏蔽需要含氢的材料，光子屏蔽需要高原子序数材料，目前常用的屏蔽材料是:混凝土、铅、钢、聚乙烯或石蜡、泥土和木材。混凝土是最常用的屏蔽材料，我国目前医用电子加速器的屏蔽墙主要为混凝土浇筑而成。NCRP151号报告中指出，混凝土分为普通混凝土和重混凝土。我国机房设计环评一般采取的密度均为2.35酬c砰，但是，我们往往忽略的一点是混凝土屏蔽墙的实际密度是否为理想的2.35岁cm，。实际上，该密度的混凝土是不太容易获得的，在浇筑过程中搅拌不均，或者产生气泡，也有可能由于选取的土质或者沉降的原因，导致混凝土密度的降低。因此，在环评计算中采用的2.35扩c耐密度混凝土可能与实际的屏蔽效能有所差别，实际低密度混凝土的屏蔽效能要比计算值低，因此屏蔽墙外的辐射水平要高，尤其是主屏蔽墙外的辐射水平更加重要。针对此种情况，报告建议在建造过程中，对混凝土密度进行测试，测试方式可利用车辆作为容器，用地秤测量质量，再计算出密度。

2.4关于地面不完全屏蔽的问题

有些加速器机房建在地下，这样就需要对贯穿屏蔽墙后投射到地面的射束给予特殊考虑(见图1)，以确保最大照射束的上切面在地面以下足够远处，防止明显的散射辐射到达地面。图l中加速器机房两边的地面不在同一水平面上，从图中可知，地面低的一侧，屏蔽墙厚度可达到屏蔽要求，但在地面高的一侧，设计时考虑到机房在地下，机房屏蔽墙设计较薄，但是却忽略了主射束在贯穿屏蔽墙后的贯穿辐射。另一种可能是射向地面方向的屏蔽路径比主屏蔽短(如靠上一条射束方向)，或者是因为在地面下射束穿过屏蔽墙和地下泥土后仍然有部分射线到达地面(如靠下一条射束方向)。此种情况下，则不可忽略贯穿辐射的影响，此条件下屏蔽计算方式可参考主屏蔽墙屏蔽厚度的计算方式[4}。

2.5关于屏蔽体接头和开口处的屏蔽问题

屏蔽体接头处主要用砂浆填缝，砂浆的密度需要至少跟屏蔽材料的密度相同，对于多层结构，接头应错开。屏蔽为铅或钢的接头需要延伸到邻近的混凝土屏蔽中。屏蔽中为门、窗、通风管道、电缆、管子等所做的开口，有些情况下需要制作挡板，以保持所需的整体防护程度。开口应尽量位于次屏蔽上。以管道为例，当管道的终端出口需要贯穿次级屏蔽墙时，需要在出口外一定部位采用铅挡板，挡板要求与出口有一定距离，以保证足够的气流通过，而且需要在开口的周边延伸，远大于开口，以提供所需的防护(见图2)。子于一下一颤-一-----一-一，一呀硼蔽机房内图2管道弯曲以避免辐射流对于嵌在混凝土屏蔽墙中的接线盒、电缆等，有时需要铅作为屏蔽以补偿混凝土的屏蔽效果，其厚度至少应等于被移走的混凝土的铅当量(可通过查铅和混凝土的十值层厚度计算比值获得)。

2.6关于管道穿过屏蔽体的防护问题

机房中的管道主要为采暖、通风与空调管道(HVAC)以及电线电缆管道〕对于管道的走向要求，需要考虑两点:一是在射束方向上被管道所取代的混凝土的量最小，二是通过空隙的直接辐射最小化。采取管道与墙成一定的角度穿出机房，这样可缩短路径，或者有拐折地穿过墙壁(见图3)。需要注意的是，不论管道多小，都不能安装在主屏蔽上。NcRP151号报告指出，对于带有迷道的机房，采暖、通风和空调管道合理的走向是直接穿过门上方的屏蔽，因为该处的光子和中子通量是最低的。能量小于10MeV的加速器，管道周围一般不需要额外的屏蔽。而能量大于10MeV的加速器，对管道额外屏蔽取决于迷道长度。如果是5.Zm长的迷道，管道处不需要额外屏蔽，而2.Zm长的迷道则有必要增加管道处的屏蔽。屏蔽方式有3种:一是在管道穿过迷道后立即将管道弯曲(如图2)，二是用铅和/或含硼聚乙烯包裹管道(如图4)，三是使用混凝土屏蔽作为挡板(如图5))对于迷道有一个以上转折的机房，则不必对管道进行屏蔽。水管和电缆的直径通常小于2.scm，报告中建议在混凝土墙中安装一个略大于所需管道直径的开孔，这样安装时比较方便。当管道直径大于2.scm时，则应考虑用铅包裹管子，对缺失的混凝土进行补偿。3结论和建议目前我国对医用加速器的设计要求，迷道的设计是必须要达到的防护条件，因此，NCRP151号报告中有关无迷道的机房屏蔽设计对我们不太适用。但是对于报告中提出的比如复合屏蔽、屏蔽门的设计、混凝土密度、地面屏蔽不完全、接头、开口及管道的屏蔽问题，则是我们平时在编写医用加速器环评材料中容易忽略的问题。而且从经济上考虑，参考报告中的方法设计，可得到屏蔽效果和经济的合理统一，而避免了过度屏蔽问题。因此，非常有必要在环评材料中增加此部分内容并加以计算和分析，达到完整的屏蔽效能，避免因为考虑不周全而导致辐射工作人员和公众受到超剂量照射。