回旋加速器工作场所辐射水平的调查与分析

马永忠 王宏芳 冯泽臣 朱维杰 孙亚茹 娄云 万玲 孟庆华 田青香

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回旋加速器工作场所辐射水平的调查与分析

    通讯作者: 马永忠, myz0905@126.com

Investigation and analysis of radiation dose levels in a cyclotron room

    Corresponding author: Yongzhong Ma, myz0905@126.com ;
  • 摘要: 目的 调查回旋加速器工作场所辐射剂量水平及其分布状况, 以期更好地指导现场人员的防护并为放射性药物生产场所的屏蔽设计提供技术依据。 方法 以某医院安装的1台HM-20S型回旋加速器及其放射性药物生产场所为研究对象, 使用LiF(Mg, Cu, P)热释光剂量计、CR39中子剂量计、NH-1B中子剂量当量率仪和451B剂量巡测仪测量加速器室内中子和γ射线辐射剂量率, 并对室外关注点的辐射水平进行验证。 结果 在质子能量20 MeV、束流100 μA条件下, 回旋加速器自屏蔽体南侧表面中子最高剂量率为北侧表面的63倍、γ射线最高剂量率为北侧的6. 0倍; 机房南墙内表面中子和γ射线剂量率分别为北墙内表面的11倍和5. 3倍; 机房东墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为21 μSv/h和45 μSv/h, 西墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为34 μSv/h和69 μSv/h。 结论 回旋加速器室内辐射水平及其分布状况与束流方向和靶位置等因素密切相关, 其实测值可用于指导场所的屏蔽设计和人员防护。
  • 图 1  回旋加速器室平面布局及场所测量点设置示意图

    Figure 1.  The plane layout of Cyclotron room and the measurement points to be set on site

    表 1  回旋加速器自屏蔽体表面辐射剂量水平

    Table 1.  The levels of radiation dose from the self-shielding surface of Cyclotron

    编号 测量位置描述 辐射剂量率(μSv/h) n/γ
    (%)
    中子 γ射线
    E11 回旋加速器东南侧表面 157.00 142.00 111.00
    E12 回旋加速器东侧正中表面 30.80 66.00 46.70
    E13 回旋加速器东北侧表面 12.10 23.20 52.10
    S11 回旋加速器南侧偏西表面 66.70 68.30 97.60
    S12 回旋加速器南侧偏东表面 27.30 46.60 58.60
    W1 回旋加速器西南侧表面 67.90 98.10 69.20
    W2 回旋加速器西北侧表面 0.83 38.00 2.19
    N11 回旋加速器北侧偏西表面 2.50 23.80 10.50
    N12 回旋加速器北侧偏东表面 1.67 21.50 7.77
    注:表中,W1和W2也分别邻近西墙内表面南侧和北侧;现场本底为(0.09~0.13)μSv/h,表中数据含本底。
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    表 2  回旋加速器机房内墙表面辐射剂量水平

    Table 2.  The levels of radiation dose from the inner wall surface of Cyclotron room

    编号 测量位置描述 与同侧设备表面中心的距离(cm) 辐射剂量率(μSv/h) n/γ
    (%)
    中子 γ射线
    E1 东墙内表面南侧 253 66.20 64.10 103.00
    E2 东墙内表面中部 179 104.00 74.90 139.00
    E3 东墙内表面北侧 253 33.80 36.40 92.80
    S1 南墙内表面西侧 181 52.30 64.50 81.10
    S2 南墙内表面中部 138 43.80 60.10 72.80
    S3 南墙内表面东侧 181 42.90 51.60 88.10
    W1 西墙南侧表面 0 67.90 98.10 69.20
    W2 西墙北侧表面 0 0.83 38.00 2.19
    N1 北墙内表面西侧 211 3.54 31.50 11.20
    N2 北墙内表面中部 181 1.67 30.90 5.40
    N3 北墙内表面东侧 211 3.96 21.40 18.50
    注:表中,W1和W2也分别邻近回旋加速器西南侧表面和西北侧表面;现场本底为(0.09~0.13)μSv/h,表中数据含本底。
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    表 3  回旋加速器室迷路辐射剂量水平

    Table 3.  The levels of radiation dose from the maze of Cyclotron room

    编号 测量位置描述 与该侧设备表面中心的距离(cm) 辐射剂量率(μSv/h) n/γ(%)
    中子 γ射线
    A0 机房内自屏蔽体至迷路内口方向(与束流轴成45°角) 100 150.00 108.00 139.00
    A 机房内自屏蔽体至迷路内口方向(与束流轴成45°角) 210 110.00 77.00 143.00
    B 机房东南角迷路内口(与束流轴成45°角的方向) 260 94.00 67.00 140.00
    C 迷路内口旁侧东墙和南墙表面(迷路拐口) 340 40.00 18.00 222.00
    D 迷路内与回旋加速器靶点正对位置 - 0.28 1.26 22.10
    E 迷路内回旋加速器室入口处(防护门内) - 0.15 0.70 21.40
    注:表中,“A0”和“A”实际位置在机房内,因其指向迷路内口方向故将相应测量结果归入到本表以便反映迷路辐射剂量水平的变化趋势;“-”表示所测量点位于回旋加速器室的迷路内,测量点与设备表面之间设置有迷路内墙,无需标注测量点与设备表面距离。
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    表 4  回旋加速器室外关注点的辐射剂量水平

    Table 4.  The levels of radiation dose from the attention focus outside Cyclotron room

    编号 室外关注点描述 辐射剂量率(μSv/h)
    中子 γ射线
    F 加速器室入口防护门外(西侧) N 0.09~0.13
    G 回旋加速器控制室(西侧) N 1.90
    H 质控室(西侧) N 0.60
    I 制药热室(北侧) N 0.40
    K 回旋加速器制药场所外的过道(南侧正对迷路内口) N 0.09~0.13
    L 回旋加速器制药场所外的过道(南侧迷路外墙中部) N 0.09~0.13
    注:表中,“N”表示未测出。
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  • [1] Dirk R, Bertrand K, Annelaure D, et al. Synthesis of fluorine-18-labelled TSPO ligands for imaging neuroinflammation with Positron Emission Tomography[J/OL]. J Fluorine Chemistry, 2012, 134: 107-114[2015-05-20]. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022113911000868.
    [2] 任庆余, 杨星, 张延华, 等.医用回旋加速器辐射剂量检测与评价[J].医疗卫生装备, 2014, 35(4): 84-85.
    [3] 马永忠, 万玲, 娄云, 等.回旋加速器放射性药物生产场所的防护设计与分析[J].首都公共卫生, 2013, 7(1): 7-13. doi: 10.3969/j.issn.1673-7830.2013.01.003
    [4] Tan EH, Goh SW. Exploring new frontiers in molecular imaging: Emergence of 68Ga PET/CT[J]. World J Radiol, 2010, 2(2): 55-67. doi: 10.4329/wjr.v2.i2.55
    [5] 包宝亮, 何玉林, 李剑波.自屏蔽回旋加速器辐射剂量测定[J].中国医疗设备, 2014, 29(1): 122-123. doi: 10.3969/j.issn.1674-1633.2014.01.042
    [6] IAEA. Applying radiation safety standards in nuclear medicine. IAEA Safety Reports Series No. 40. Vienna: IAEA, 2005.
    [7] 庞健, 何小中, 荆晓兵, 等.正电子发射成像回旋加速器屏蔽材料防护性能[J].强激光与粒子束, 2013, 25(11): 2981-2985.
  • [1] 王明芳 . 医用回旋加速器及正电子核素生产. 国际放射医学核医学杂志, 2002, 26(5): 231-236.
    [2] 成钊汀谭建 . 分化型甲状腺癌术后患者131I治疗的辐射剂量与防护. 国际放射医学核医学杂志, 2014, 38(2): 110-116. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2014.02.010
    [3] 高杰魏超翟贺争武权苏锴骏周鹏跃 . EVISION-720型移动式头部锥形束CT辐射剂量场空间分布特点分析. 国际放射医学核医学杂志, 2023, 47(2): 92-97. doi: 10.3760/cma.j.cn121381-202203019-00273
    [4] 赵檬陈世容程祝忠肖定琼陆皓江骁王潇雄 . 铅屏风在PET增强CT中的具体应用及操作人员所受辐射剂量分析. 国际放射医学核医学杂志, 2017, 41(1): 29-32. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2017.01.006
    [5] 肖锋 . 放射性介入操作中辐射剂量与防护措施. 国际放射医学核医学杂志, 2004, 28(5): 222-225.
    [6] 冼嘉朗吴菊清卢建杏欧阳伟冯会娟陈盼王静邓玉颖陈艳莹罗嘉欣 . 甲状腺乳头状癌患者术后首次131I治疗后辐射剂量率的影响因素及出院时间的探讨. 国际放射医学核医学杂志, 2020, 44(2): 73-80. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2020.02.001
    [7] 王鹏颜学先陆克义陈跃 . 基于国际标准下我国临床核医学辐射防护问题的思考. 国际放射医学核医学杂志, 2024, 48(2): 69-73. doi: 10.3760/cma.j.cn121381-202308018-00388
    [8] 郑玉明程霞郑棒 . 自制90Sr保持架在皮肤病敷贴治疗中的辐射防护作用. 国际放射医学核医学杂志, 2014, 38(1): 19-21. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2014.01.005
    [9] 李伟龙晚生张朝桐胡茂清梁启堂赖婵 . Radimetrics系统在CT辐射剂量评估上的初步应用. 国际放射医学核医学杂志, 2017, 41(6): 401-406. doi: 10.3760/cma.j.issn.1673-4114.2017.06.005
    [10] 张良安 . 放射性介入操作中的剂量和健康效应研究现状. 国际放射医学核医学杂志, 2003, 27(4): 174-177.
    [11] 肖林林胡盼盼卞岍雨罗玲玲张然姚晓波夏俊勇金晓毛刘学公程义壮99Tcm-MDP全身骨显像受检者外照射剂量的研究. 国际放射医学核医学杂志, 2020, 44(11): 685-690. doi: 10.3760/cma.j.cn121381-201912019-00095
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-30
  • 刊出日期:  2015-09-25

回旋加速器工作场所辐射水平的调查与分析

    通讯作者: 马永忠, myz0905@126.com
  • 100013,北京市疾病预防控制中心放射卫生防护所

摘要:  目的 调查回旋加速器工作场所辐射剂量水平及其分布状况, 以期更好地指导现场人员的防护并为放射性药物生产场所的屏蔽设计提供技术依据。 方法 以某医院安装的1台HM-20S型回旋加速器及其放射性药物生产场所为研究对象, 使用LiF(Mg, Cu, P)热释光剂量计、CR39中子剂量计、NH-1B中子剂量当量率仪和451B剂量巡测仪测量加速器室内中子和γ射线辐射剂量率, 并对室外关注点的辐射水平进行验证。 结果 在质子能量20 MeV、束流100 μA条件下, 回旋加速器自屏蔽体南侧表面中子最高剂量率为北侧表面的63倍、γ射线最高剂量率为北侧的6. 0倍; 机房南墙内表面中子和γ射线剂量率分别为北墙内表面的11倍和5. 3倍; 机房东墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为21 μSv/h和45 μSv/h, 西墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为34 μSv/h和69 μSv/h。 结论 回旋加速器室内辐射水平及其分布状况与束流方向和靶位置等因素密切相关, 其实测值可用于指导场所的屏蔽设计和人员防护。

English Abstract

  • 随着核医学显像诊断技术的不断发展,PET的应用越来越普及。回旋加速器作为PET和PET/CT显像用正电子类放射性药物生产的关键设备,已越来越多地被人们关注[1-4]。由于回旋加速器加速粒子能量较高,在进行核素生产时会产生较强的放射性,在加速器室内及其外围场所潜在的辐射危害不容忽视[5-6]。为了掌握回旋加速器工作场所的辐射剂量水平及其分布状况,为正电子放射性药物的生产提供有效的防护指导,本研究以某医院安装的1台HM-20S回旋加速器及其使用场所为研究对象,对加速器工作场所关注位置的辐射剂量水平进行了调查与分析。

    • 以某医院安装的1台HM-20S型回旋加速器(由日本住友重机械工业株式会社生产)及其放射性药物生产场所为研究对象。加速器及其产生的放射性核素为场所中的主要辐射源项。加速器的主要技术指标:①质子能量:20 MeV;②最大束流:100 μA;③束功率:2000 W;④离子源为注入H2的冷潘宁离子源;⑤剥离器上的碳膜:50 μg/cm2;⑥束流引出口:双引出口(每口可将离子束引至4个不同的靶位之一)。该加速器带有自屏蔽系统,生产的放射性核素包括18F、11C、13N、15O、124I和64Cu,以18F和11C为主,向南侧照射。

      药物生产场所设置于医院门诊楼地下三层(无地下四层),按照放射性药物生产的基本要求设置回旋加速器运行、药物合成分装和质量控制实验等工作区,其中加速器室东侧为地下土层,南侧为过道,西侧为控制室和质控室,北侧为制药热室。具体布局见图 1

      图  1  回旋加速器室平面布局及场所测量点设置示意图

      Figure 1.  The plane layout of Cyclotron room and the measurement points to be set on site

      加速器室的屏蔽设计:加速器室设置为机房和迷路两部分,机房内安装回旋加速器,并设置迷路减少入口的散射辐射并降低防护门的负担。加速器室外围的防护墙均采取60 cm砼屏蔽,迷路内墙为30 cm砼,防护门为10 mm铅+100 mm聚乙烯。

    • 回旋加速器室平面布局及场所测量点设置方案见图 1。在加速器机房内,设置回旋加速器设备自屏蔽体表面测量点9个,其中E11、E12、E13为自屏蔽体东侧表面测量位点,S11、S12为自屏蔽体南侧表面测量位点,W1、W2为自屏蔽体西侧表面测量位点,N11、N12为自屏蔽体北侧表面测量位点;设置机房墙内表面测量点11个,包括东墙内表面3个点(E1、E2、E3),南墙内表面3个点(S1、S2、S3),西墙内表面2个点(W1、W2)和北墙内表面3个点(N1、N2、N3);在机房内东南端迷路内口方向,设置与设备自屏蔽体表面不同距离的4个测量点(A0、A、B、C);从迷路内口至加速器室入口方向设置3个测量点(C、D、E),其中测量点C同时作为迷路内及迷路内口拐角关注点;在加速器室外各方向人员可接触区域设置关注点6个,分别为西墙外加速器室入口F点、控制室G点和质控室H点,北墙外制药热室I点,南墙(迷路外墙)外过道L点和K点。所有测量点距离地面为150 cm,相当于靶平面的高度。

    • 按照图 1测量位点的设置方案,在每个测量点同时设置LiF(Mg,Cu,P)热释光剂量计和CR39中子剂量计,分别测量各位点的中子(n)和γ射线剂量,在持续30 d内回旋加速器正常运行出束累积照射48 h,根据测量出的累积剂量和照射时间推算出各位置中子和γ射线的周围剂量当量率。

    • 使用NH-1B中子剂量当量率仪和451B剂量巡测仪分别测量自屏蔽体表面至迷路内口方向、迷路及室外各关注位置的中子和γ射线的周围剂量当量率。

    • (1)在回旋加速器室内测量点的设置中,对每个测量点编制唯一编码并标识,确认剂量计编号与其准确对应。

      (2)加速器室内自屏蔽体表面和墙表面每个测量点均采用双元件监测,并留存相应的本底探测器,测量结果取两个元件测读剂量的平均值。迷路内口方向、迷路和室外关注点巡测时,每个点重复测读3次取其平均值。

      (3)所用热释光剂量计和CR39中子剂量计,以及中子和γ剂量巡测仪均经法定计量部门检定合格,其中热释光剂量计采用60Co放射源刻度,用于γ射线的测量,CR39中子剂量计使用241Am-Be中子源刻度,用于中子的测量,所测的操作量均为周围剂量当量(率)。

      (4)热释光剂量计所用LiF(Mg,Cu,P)探测器预先进行筛选,保证其分散性在3%之内。

    • HM-20S回旋加速器在30 d监测周期内进行放射性核素18F和11C生产时,质子能量20 MeV、束流100 μA,累积出束照射48 h。通过LiF(Mg,Cu,P)和CR39的累积照射测量结果,计算出机房内设备自屏蔽体表面的周围剂量当量率(μSv/h)。表 1中列出了自屏蔽体表面关注位置中子和γ射线的周围剂量当量率及其n/γ百分比。结果表明,自屏蔽体表面中子剂量率为(0.83~157)μSv/h,γ射线剂量率为(21.5~142)μSv/h,最高点位于自屏蔽体东南侧表面,即束流前方旁侧,自屏蔽体南侧表面中子最高剂量率为北侧表面的63倍,γ射线最高剂量率为北侧的6.0倍。根据测量结果同时估算出自屏蔽体表面n/γ比值范围为2.19%~111%,n/γ平均值为50.6%。

      编号 测量位置描述 辐射剂量率(μSv/h) n/γ
      (%)
      中子 γ射线
      E11 回旋加速器东南侧表面 157.00 142.00 111.00
      E12 回旋加速器东侧正中表面 30.80 66.00 46.70
      E13 回旋加速器东北侧表面 12.10 23.20 52.10
      S11 回旋加速器南侧偏西表面 66.70 68.30 97.60
      S12 回旋加速器南侧偏东表面 27.30 46.60 58.60
      W1 回旋加速器西南侧表面 67.90 98.10 69.20
      W2 回旋加速器西北侧表面 0.83 38.00 2.19
      N11 回旋加速器北侧偏西表面 2.50 23.80 10.50
      N12 回旋加速器北侧偏东表面 1.67 21.50 7.77
      注:表中,W1和W2也分别邻近西墙内表面南侧和北侧;现场本底为(0.09~0.13)μSv/h,表中数据含本底。

      表 1  回旋加速器自屏蔽体表面辐射剂量水平

      Table 1.  The levels of radiation dose from the self-shielding surface of Cyclotron

    • 进行回旋加速器机房内墙表面辐射剂量水平测量时,设备运行条件和出束时间均与自屏蔽体表面辐射剂量水平的测量条件相同。表 2中列出了机房内墙表面关注位置中子和γ射线的周围剂量当量率及相应位置的n/γ百分比。结果表明,机房内墙表面中子和γ射线剂量率范围分别为(0.83~104)μSv/h和(21.4~98.1)μSv/h,剂量率最高点位于东墙中部内表面,墙表面n/γ比值范围为2.19%~139%,n/γ平均值为62.1%。南墙内表面中子和γ射线剂量率分别为北侧墙内表面的11倍和5.3倍;东墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为21 μSv/h和45 μSv/h,西侧表面n和γ射线剂量率平均值为34 μSv/h和69 μSv/h。

      编号 测量位置描述 与同侧设备表面中心的距离(cm) 辐射剂量率(μSv/h) n/γ
      (%)
      中子 γ射线
      E1 东墙内表面南侧 253 66.20 64.10 103.00
      E2 东墙内表面中部 179 104.00 74.90 139.00
      E3 东墙内表面北侧 253 33.80 36.40 92.80
      S1 南墙内表面西侧 181 52.30 64.50 81.10
      S2 南墙内表面中部 138 43.80 60.10 72.80
      S3 南墙内表面东侧 181 42.90 51.60 88.10
      W1 西墙南侧表面 0 67.90 98.10 69.20
      W2 西墙北侧表面 0 0.83 38.00 2.19
      N1 北墙内表面西侧 211 3.54 31.50 11.20
      N2 北墙内表面中部 181 1.67 30.90 5.40
      N3 北墙内表面东侧 211 3.96 21.40 18.50
      注:表中,W1和W2也分别邻近回旋加速器西南侧表面和西北侧表面;现场本底为(0.09~0.13)μSv/h,表中数据含本底。

      表 2  回旋加速器机房内墙表面辐射剂量水平

      Table 2.  The levels of radiation dose from the inner wall surface of Cyclotron room

    • 在回旋加速器自屏蔽体至迷路内口、迷路内口至加速器室入口处,使用NH-1B中子剂量当量率仪和451B剂量巡测仪分别测量相应位点中子和γ射线的周围剂量当量率,结果见表 3。从表 3可见,机房内加速器自屏蔽体→迷路内口→加速器室入口路径上,关注点中子和γ射线剂量率范围分别为(0.15~150)μSv/h和(0.70~108)μSv/h,n/γ比值范围为21.4%~222%,n/γ平均值为110%。

      编号 测量位置描述 与该侧设备表面中心的距离(cm) 辐射剂量率(μSv/h) n/γ(%)
      中子 γ射线
      A0 机房内自屏蔽体至迷路内口方向(与束流轴成45°角) 100 150.00 108.00 139.00
      A 机房内自屏蔽体至迷路内口方向(与束流轴成45°角) 210 110.00 77.00 143.00
      B 机房东南角迷路内口(与束流轴成45°角的方向) 260 94.00 67.00 140.00
      C 迷路内口旁侧东墙和南墙表面(迷路拐口) 340 40.00 18.00 222.00
      D 迷路内与回旋加速器靶点正对位置 - 0.28 1.26 22.10
      E 迷路内回旋加速器室入口处(防护门内) - 0.15 0.70 21.40
      注:表中,“A0”和“A”实际位置在机房内,因其指向迷路内口方向故将相应测量结果归入到本表以便反映迷路辐射剂量水平的变化趋势;“-”表示所测量点位于回旋加速器室的迷路内,测量点与设备表面之间设置有迷路内墙,无需标注测量点与设备表面距离。

      表 3  回旋加速器室迷路辐射剂量水平

      Table 3.  The levels of radiation dose from the maze of Cyclotron room

    • 按照图 1回旋加速器室外测量点设置方案,室外关注点的辐射剂量水平见表 4

      编号 室外关注点描述 辐射剂量率(μSv/h)
      中子 γ射线
      F 加速器室入口防护门外(西侧) N 0.09~0.13
      G 回旋加速器控制室(西侧) N 1.90
      H 质控室(西侧) N 0.60
      I 制药热室(北侧) N 0.40
      K 回旋加速器制药场所外的过道(南侧正对迷路内口) N 0.09~0.13
      L 回旋加速器制药场所外的过道(南侧迷路外墙中部) N 0.09~0.13
      注:表中,“N”表示未测出。

      表 4  回旋加速器室外关注点的辐射剂量水平

      Table 4.  The levels of radiation dose from the attention focus outside Cyclotron room

    • 本研究中所用HM-20S型回旋加速器进行放射性药物生产时,加速器室内的辐射主要来源于加速的粒子束撞击靶而产生的中子和γ射线。该回旋加速器以最高20 MeV质子、100 μA束流,照射氧靶生产18F时,中子总产生率为5.37×1012 n/s,中子能量为0.41 eV~15 MeV;轫致辐射产生率为8.07×1012光子/s。根据同类型回旋加速器的相关资料,该设备平均能量中子的剂量转换因子为3.4×10-4 μSv/(n·cm-2),从理论上估算出回旋加速器运行时产生中子和γ射线辐射剂量水平还是相当大的。出于辐射防护安全考虑,设备加装了自屏蔽系统。自屏蔽装置由2个屏蔽层组成,内屏蔽层由含环氧树脂和碳硼化合物的高密度铅构成,将高能中子的能量降低至热中子水平,并吸收放射性核素产生的γ射线;外屏蔽层为含聚乙烯和碳硼化合物的砼,可通过热中子的弹性碰撞,继续减缓中子的运动,并最终将其吸收,考虑到中子在吸收过程中还会产生不可忽略的次级γ射线剂量[7],所以设置的外层砼还同时将产生的次级γ射线的辐射剂量水平减至最小。在加速器自屏蔽功能正常状态下运行时,使用热释光剂量计和CR39中子剂量计累积探测自屏蔽体表面和机房内墙表面的γ射线和中子的辐射水平,同时结合γ射线和中子剂量巡测仪测量迷路及室外关注点的周围剂量当量率,真实反映了回旋加速器工作场所的防护状况。

      该回旋加速器自身原有设计目标为:在具有自屏蔽的条件下出束时,距设备表面1 m处总的辐射剂量率不高于15 μSv/h,从而据此初步确定了回旋加速器室的防护屏蔽方案。据报道,较小型回旋加速器通常具有防护效果较好的自屏蔽系统,实测设备壳体外γ射线和中子剂量水平仅为生产厂家给出的剂量等高线数值的1/5~1/10[5]。而本研究中回旋加速器自屏蔽体外,实测自屏蔽机房内自屏蔽体至迷路内口方向A0点(距离设备表面1m处)的最高剂量率为258 μSv/h,其中中子剂量率为150 μSv/h,γ射线剂量率为108 μSv/h,远高于实际提供的剂量率设计目标值,国内报道的同系列12 MeV回旋加速器室内中子和γ射线最高剂量率分别为85.09 μSv/h和96.16 μSv/h[2],质子能量虽然低于本加速器,但实测结果也同样反映出了回旋加速器室内存在明显较高的辐射场,说明设备自屏蔽还可能存在一定的完善空间,同时应进一步加强加速器室内的防护、控制人员进入。该回旋加速器工作场所设置有自屏蔽联锁系统和门机联锁系统等安全设施,在自屏蔽未关闭或出现故障,或加速器室入口防护门未关闭等情况下,均不能运行出束,表明防护措施是可行的。当然,针对回旋加速器室内辐射水平实测值高于设计目标值的情况,还需在进一步分析设备自屏蔽结构的基础上,以多种实验方法进行测量结果验证,以确认室内存在局部较高辐射剂量水平的内在因素。

      关于加速器室内剂量分布的特征,无论从自屏蔽体表面,还是机房内墙表面,各方向均存在明显的不同。结合表 1表 2的数据分析表明,室内南侧辐射水平明显高于北侧,而东西方向墙内表面辐射水平无明显差异。室内辐射水平及其分布的不同,与靶点位置和束流方向等因素有密切的关系,现场测试时回旋加速器设备内部的南侧靶受到照射,室内南侧为束流方向,所以束流前方的剂量率相对较高。同时需明确的是,机房内n/γ比值为回旋加速器的关键防护性能指标之一,与设备生产不同正电子核素所用照射靶的不同而有所差别,而且由于中子和γ射线物理特性的差异,在加速器室内不同位置n/γ比值也可能存在较大差异。本研究结合自屏蔽体表面、机房内墙表面和迷路辐射水平测量结果可知,该回旋加速器室内n/γ比值总体范围为2.19%~222%,整体平均值为74%,以此可通过γ射线的辐射剂量水平推算出中子的剂量率,或通过监测中子的辐射水平推算出γ射线的剂量率,从而综合反映出回旋加速器室内混合辐射场的强度。

      加速器室入口设计有迷路,经散射后入口处的中子平均能量小于0.5MeV。从表 3可知,所测迷路拐口(C)处中子和γ射线剂量率分别为30 μSv/h和18 μSv/h,取散射因子为0.1,迷路长7.2m,估算出加速器室入口处中子和γ射线剂量率应分别为0.06 μSv/h和0.04 μSv/h,若考虑本底,则现场γ射线剂量率应为0.17 μSv/h,表 3中给出了该处实测值中子和γ射线剂量率分别为0.70 μSv/h和0.15 μSv/h。针对该量级的辐射剂量率,在入口处仅需设置一般安全门,不需使用屏蔽防护门。而实际上已在该加速器入口设置了含10mm铅+100mm聚乙烯的防护门,对迷路散射中子和γ射线具有不低于100倍的衰减效果,所以加速器室入口门外不应探测到来自于迷路的中子和γ射线辐射,表 4中给出的实测结果也证明了这一点,可见该防护门的屏蔽是过于保守的。另外,结合加速器室内墙表面的辐射剂量率,在表 4中描述了室外关注点的实测周围剂量当量率,室内西侧墙面与设备表面贴近,相应西墙外控制室内的剂量率最高,为1.90 μSv/h,北墙外剂量率最高值为0.40 μSv/h,南墙(迷路外墙)外与加速器靶平面距离在4m以上,且迷路内外墙总屏蔽厚度大于其余方向的屏蔽厚度,故加速器室外其余人员可接触位置剂量率均为现场本底水平。室内辐射水平及分布状况与室外关注点的剂量率实测值存在基本一致的对应关系。为进一步降低加速器室西墙外控制室的辐射水平,设备在机房内的安装位置应尽可能向东侧偏移,以此加大辐射源与西墙外控制室关注点的距离,提高该处辐射剂量水平的距离衰减效果。

      总体分析表明,回旋加速器室内设备自屏蔽体南侧表面和南侧墙内表面辐射水平均明显高于北侧,东西两侧辐射水平相近,这是与束流方向和照射靶位置等因素密切相关的。室内辐射水平及分布状况的实测值,可作为回旋加速器室及相关工作场所防护设计的技术依据,并可用于指导人员防护。

参考文献 (7)

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