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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。
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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
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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
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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
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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
回旋加速器工作场所辐射水平的调查与分析
Investigation and analysis of radiation dose levels in a cyclotron room
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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。 Abstract:Objective Levels and distribution of radiation dose in a cyclotron room were investigated to guide protection of personnel against radiation onsite and provide technical basis for the shielding design of workplaces with radioactive drugs. Methods A cyclotron HM-20S and the room in a hospital where it was installed were investigated. Several LiF(Mg, Cu, and P) thermoluminescence dosimeters, CR39 neutron dosimeters, a neutron dose equivalent rate meter NH-1B, and a dose survey meter 451 B were used to measure the neutron and gamma radiation dose rates in the cyclotron room. Radiation dose levels outside the room were also validated. Results When irradiation conditions were 20 MeV of proton energy and 100 μA of beam current, the maximum neutron dose rate from the southern surface of the self-shielding body of the equipment was 63 times higher than that from northern surface of the self-shielding body. Additionally, the maximum gamma-ray dose rate of the southern surface was 6. 0 times higher than that of the northern surface. Neutron and gamma-ray dose rates measured on the inner surface of the southern wall were 11 and 5. 3 times higher than those measured on the inner surface of the northern wall, respectively. In addition, mean values of neutron and gamma-ray radiation dose rates from the inner surface of the eastern wall were 21 and 45 μSv/h, correspondingly, whereas those from the western side were 34 and 69 μSv/h, respectively. Conclusion Levels and distribution of radiation dose in a cyclotron room are closely related to several factors, such as beam direction and target position. Radiation dose values measured onsite can be used to facilitate the shielding design of workplaces and provide radiation safety for personnel. -
Key words:
- Cyclotron /
- Cyclotron room /
- Radiation dose /
- Radiation protection
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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。 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。 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。 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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