直线加速器工业应用中次屏蔽区环保设计

夏年龙

（广东核力工程勘察院，广州 510000）

国内直线加速器主要用于医院肿瘤治疗，医院使用的直线加速器位置固定，且有专门规范，因此使用比较简单。国内工业探伤一般用X射线装置，X射线装置剂量率只有直线加速器的千分之几，一般采用铅板对墙体进行防护。直线加速器由于剂量率非常大，如果使用铅板进行防护，所需厚度非常大，墙体难以设计，同时由于铅板对高能量的X射线防护效果较差，因此工业上直线加速器都采用混凝土墙体进行防护。为了将加速器对周围的环境影响降到最低，应用中以2.5 µGy/h对机房周围环境进行要求[1]。

工业应用中，直线加速器一般用于厚度较大的物体探伤（剂量率高），因此被探测物体一般构件较大，机房空间也很大，典型9 MV直加机房设计长宽高达到31 m×15 m×15 m，墙体厚度一般在1.5～3.0 m，所需混凝土量非常大，在直加机房环保设计中，墙体混凝土成本接近整个项目总成本的一半。因此，正确地计算混凝土厚度，使其既能够满足环境保护的要求，又能够最大限度地降低成本，在实际应用中显得非常重要。

直线加速器工业应用中，主屏蔽区对周围环境影响比较容易分析，由于主屏蔽区能量和什值层都是确定的。而次屏蔽区墙体外环境影响分析难度较大，因为能量和什值层的选取有较大难度，本文主要分析直加次屏蔽区的射线能量和什值层选取。由于次屏蔽区受漏射和散射（只需考虑一次散射）能量影响，因此只需要分析这两种射线。

1 漏射、散射能量确定

1.1 漏射辐射能量

泄漏辐射能量组成非常复杂，能量谱连续，能量无法确定，但是漏射射线的什值层可以通过试验测量。

1.2 散射能量

散射能量一般取平均能量，人们可以根据入射能量和散射角确定散射能量。能量选取如表1所示[2]。

表1 不同入射能量在不同散射角度的能量分布

2 漏射、散射什值层厚度

不同能量漏射射线TVL数值确定的什值层如表2所示[1]。散射平均能量对应的什值层厚度如图1所示[2]。

表2 漏射辐射在混凝土中的什值层

图1 不同平均能量在不同材料中的什值层

3 漏射、散射剂量率选取

3.1 漏射剂量率

漏射按照主束剂量乘以漏射系数0.001进行计算[1]。

3.2 散射剂量率

散射剂量率需要根据被照物体的材质和散射角度确定，探伤室被照射物体一般都是铁，因此这里以铁为材质来计算，详细情况如图2所示[3]。

图2 不同能量射线照射在铁上的散射系数

4 最小屏蔽厚度计算公式

4.1 漏射射线透射屏蔽厚度计算公式

漏射射线透射屏蔽厚度计算公式为：

式中，P为屏蔽体外的设计目标，本处取2.5 µGy/h；d为射线靶到目标处的距离，m；D0为电子加速器1 m处的剂量率；f为漏射系数，本处取0.001；TVL1为第一个什值层厚度；TVLe为第一个以后的什值层厚度。

4.2 散射射线透射屏蔽厚度计算公式

散射射线透射屏蔽厚度计算公式为：

式中，dθ为射线发生散射后到目标处的距离；Dθ是电子加速器通过被照物体散射在南侧和北侧θ角处的剂量率；D0为电子加速器1 m处剂量率；A是主束照射在被照物体上的面积；d是加速器到被照射物体的距离，此处取1 m；αθ为θ角散射时的散射系数。

4.3 最小防护墙体厚度的确定

什值层取电子加速器通过被照物体散射到θ角处的厚度。根据式（1）和式（3）可知，对于一个轨道及高度确定的加速器机房，次屏蔽区只要能确定加速器与侧墙、屋顶的最小角度，便能确定所需的最小防护墙体厚度，人们通过设计资料很容易便能计算出加速器与侧墙、屋顶的最小角度。

由于散射和漏射同时照射在墙体，可以通过以下原则来确定墙体厚度：若两者的厚度相差不到一个1/10值衰减层厚度时，则在其中较厚的一个厚度上再加一个半值层厚度；若两者的厚度相差大于一个1/10值衰减层厚度时，则取其中较厚的一个厚度作为最终的次级屏蔽厚度。

5 结论

作为一项严谨、系统的专业化工作，直线加速器辐射屏蔽防护设计不仅要符合国家相关标准，还要考虑辐射防护的发展需求，尽量降低辐射防护成本。利用上述方法，人们可以确保加速器墙体厚度环保设计满足环境保护的要求时，尽量精确计算出所需的最小次级屏蔽区厚度，从而给企业节省较多防护费用。