MINItrace 回旋加速器放射防护设计及探讨
2018-08-09颜和平厦门大学附属第一医院闽南PET中心福建厦门361003
颜和平 厦门大学附属第一医院闽南PET中心 （福建 厦门 361003）
内容提要： 目的：通过对MINItrace回旋加速器室主要场所的放射防护进行探讨。方法：依据MINItrace回旋加速器的工作原理及相关放射防护标准。结果：设计了MINItrace回旋加速器室相应的放射防护方案。结论：各种带屏蔽的回旋加速器主要场所的屏蔽放射防护设计均符合要求。
近年来，随着医疗水平的不断发展，PET/CT得到越来越多的临床应用[1]。而分子显像PET/CT所需的示踪剂半衰期都比较短，因此，医用回旋加速器在医院也越来越得到广泛的应用。而医用回旋加速器在轰击生产时会产生大量的放射性辐射（中子辐射和光子辐射），所以需要做好相应的放射防护工作。本文主要针对带有自屏蔽系统的MINItrac回旋加速器室在建设中的放射防护进行分析和探讨，以期能以最优化的方式保障工作人员及公共的健康防护。
1.回旋加速器的基本情况及主要参数
MINItrac回旋加速器是属于带有自屏蔽系统的紧凑型医用回旋加速器，生产厂家是通用电气医疗集团，其最大质子能量为9.8MeV。引出质子束流强度最大50μA，18F最大产能2Ci。
2.回旋加速器的原理和防护设计
2.1 医用回旋加速器的主要基本原理
回旋加速器的基本原理是带电粒子在磁场中作圆周运动，采用交变电极的方法，使粒子在较低电压下通过多次加速获得很高的动能。其工作原理示意图见图1[2-4]。
待加速的带电粒子是由离子源S产生，产生的各种带电粒子将向着带异种电荷的D型电极盒（如A）运动。达到能量的粒子将被束流提取装置提取引出进入靶室照射靶物质w，生产出以适当化学形式存在的正电子核素18F，13N，15O，11C，其生产核反应见表1[5]。
从核反应看，回旋加速器在轰击生产过程中，会产生大量的中子及高能γ射线，加速器室内的活化气体是其放射性污染的主要来源。
2.2 回旋加速器室放射防护设计
图1. 回旋加速器工作原理示意图
2.2.1 回旋加速器室房屋墙体屏蔽设计。MINItrace回旋加速器带有自屏蔽系统，它的屏蔽外壳由混合有氢和硼的高强度混凝土组成，它可以将核素轰击过程中产生的中子及γ射线辐射限制在一个可控制的范围。因此MINItrace回旋加速器室的屏蔽厚度相对其他的没有自屏蔽的大型回旋加速器要简单。根据通用电器医疗集团提供的回旋加速器以靶为中心的自屏蔽体外某些参考点处中子和γ射线的能量及当量剂量率，可以计算MINItrace回旋加速器室屏蔽墙、门和屋顶的厚度。设在参考点r0处的中子和γ射线当量剂量率分别为Hn、Hg（μSvPh），屏蔽材料的厚度为x，则在R处中子和γ射线当量剂量率的综合HR可按公式1计算[6-11]。
式中TVLn和TVLγ为屏蔽材料对中子和γ射线的1P10值减弱层厚度。根据公式可以计算回旋加速器机房各屏蔽墙（门）厚度，如表2所示。
表1. 几种常用正电子核素的特性及其生产的核反应
表2. 加速器机房各屏蔽墙(门) 的厚度
2.2.2 回旋加速器室内设计
因MINItrace回旋加速器轰击产生的核素具有高放射性（高能γ射线），因此核素传输管道应设计地沟，同时必须用铅砖覆盖，同时核素传输距离应尽可能的短，尽量靠近核素合成模块。
回旋加速器在轰击生产过程中，会产生大量的放射性气体，因此加速器室必须有适当流量的排风通风装置，排风应符合当地政府规定的标准。
MINItrace回旋加速器在运行过程中，经过高能粒子的轰击，有些部件需要经常更换，其中就包括更换一些带有较强放射性的部件，包括更换靶膜，碳膜，过滤膜。因此我们在紧靠MINItrace回旋加速器边上做了一个不锈钢的工作台，并在工作台上做了一个铅屏风，同时在边上做了一个铅堡垒。工作台离回旋加速器近就能减少操作时间，接触时间减少从而降低操作过程中对放射辐射对工作人员的伤害。
而更换下来的靶膜，碳膜，过滤膜，更换的加速器内部二级冷却循环水，由于经过长时间高能粒子的轰击，它们都带有了含长半衰期的物质。这些废物废液都不能随意丢弃。靶膜碳膜过滤膜这些固体放射性应该放入铅屏蔽容器或铅堡垒中进行衰变，达到安全值后再处理掉。而废水等废液应设计衰减池，等达到安全值后才能排入下水道。
为了工作人员安全，回旋加速器的附属设备，包括空压机，一级水冷系统等尽量安排在另一个房间，并紧着回旋加速器。而回旋加速器控制室尽可能远离回旋加速器室，这样在保证设备需要的同时又可避免操作人频繁进入回旋加速器室而遭受辐射危险。
运行情况检测
在最大束流50μA轰击情况下，轰击靶时间为120min，生成核素18F 2Ci，进行检测。回旋加速器室四周屏蔽体外，0.08～0.20μSv/h，而加速器控制室为0.06～0.17μSv/h，回旋加速器室外并未检测出中子。从结果看，回旋加速器机房和回旋加速器控制室辐射水平与本底接近。
3.结论和建议
MINItrace回旋加速器室只要经过严格的设计和施工，是可以保障周围环境和工作人员的安全。
最后，为确保放射安全，应在MINItrace回旋加速器设置辐射监测系统，同时应配备有表面沾污仪，而工作人员应配戴个人剂量检测仪。同时工作人员应经过专门的放射防护培训，并制定放射防护泄露应急预案。
