一种旋转式血液辐照仪漏射线束的MCNP计算方法

王棋 李建军

( 1.国家电投集团远达环保工程有限公司， 重庆， 401122；2.四川大学建筑与环境学院， 成都， 610065)

输血性移植物抗宿主病是一种发生在免疫缺损或免疫抑制的患者间的输血性并发症。研究发现：该病与受体的免疫状态，供、受体间的组织相容性以及输入血液中含具有免疫活性的淋巴细胞有关。临床上通常采用输入辐照灭活血液的办法对输血性移植物抗宿主病高危人群展开救治，血液辐照仪是制备灭活血液的重要设备。

本文计算参照的血液辐照仪是重庆市黔江中心血站拟购买的德国GSM公司生产的GSR C1型旋转式血液辐照仪，其工作流程如图1所示。①在初步检查无误后，打开舱门，将需要辐照的血液置于辐照容器中；②关闭舱门，按下启动键，辐照容器自动旋转就位并进入辐照状态，为保证辐照均匀性，辐照容器会在机械装置带动下自转，同时放射源也会在竖直方向进行往复运动；③待完成辐照后，辐照容器旋转至初始位置，血液辐照仪存储数据，同时可打开舱门，取出被辐照后的血液，完成一次照射。

图1 旋转式血液辐照仪工作流程

1 建模

由于相关环评资料[1]上并未附上GSR C1型血液辐照仪的内部详细尺寸参数，因此本文计算时采用在已有数据基础上结合经验估算的办法确定仪器内部参数，详细推导过程如下：

参照国家标准《密封放射源一般要求和分级》[2]附录B中的铯源(如图2)尺寸进行建模，放射源外部套筒按DN25不锈钢钢管考虑，并依此假设两放射源中心间距4.2 cm (DN25钢管直径3.2 cm，两根钢管间距1 cm)，若钢管与固定器壁间距也是1 cm，则有放射源固定器内腔长为3.2 cm×2+1 cm×3=9.4 cm，宽为3.2 cm+1 cm×2=5.2 cm。

图2 137Cs源固定装置

根据项目环境影响报告表中介绍GSR C1型旋转式血液辐照仪辐照容器3.8 L，可一次性照射8袋400 mL血样，由国家标准《人体血液及血液成分袋式塑料容器 第1部分 传统型血袋》[3]中400 mL血袋内部尺寸120 mm×170 mm估算出血液辐照仪辐照容器直径为20 cm；同时结合铅屏蔽最薄弱处厚度158 mm，考虑4 mm不锈钢包覆(需重复计算4次，屏蔽件两个尖角内外圈均需覆盖)，确定内部旋转铅屏蔽件半径为(15.8 cm+0.4 cm×4+20 cm)÷2=18.7 cm。

假设旋转铅屏蔽件与固定铅屏蔽件间隙为2 mm，间隙外沿与放射源不锈钢外壳共切，则固定铅屏蔽件半径为(18.7 cm×2+0.2 cm×2+0.4 cm×4+3.2 cm+1 cm+15.8 cm)÷2=29.7 cm。

辐照腔室内高可根据辐照容器容积3.8 L，结合20 cm假设直径保守估计为15 cm，该模型在GSR C1型旋转式血液辐照仪包络尺寸720 mm×680 mm×1 700 mm以内，重量11.34 g/cm3×π×(29.72 cm2×15 cm×3-102cm2×15 cm)=1.36 t，也小于设备总重2.2 t。

MCNP模型如图3所示。

2 计算

因模型涉及深穿透问题，常规算法很难得到计数；所以对铅栅元开启强迫碰撞功能，并将源栅元的粒子重要性设置为1，探测栅元的粒子重要性设置为4，其余栅元粒子重要性设置为2，抽样粒子数为2.0×109；计算完成后将缝隙栅元的粒子重要性设置为0，进行第二次计算，两次计算结果之差即为缝隙漏射线束的份额。得出各探测栅元的归一化计数列于表1。

图4～图6是工作状态下关注点1、关注点2、关注点5的光子能谱图。

根据项目环境影响报告表中单枚137Cs源的活度A=30.69 TBq，可计算出放射源源强I0=2λA=2×94.6%×30.69 TBq=5.81×1013s-1，(λ为137Cs→137mBa的衰变分支比)，与MCNP归一化结果相乘可得到相关的辐照参数，结果列于表2、表3。使用的剂量转换系数引自国家标准《用于光子外照射放射防护的剂量转换系数》[4]。

3 验证

项目环评时采用的类比项目是重庆市血液中心的BB GM 8000型血液辐照仪，该型号仪器是GSM公司早期开发的设备；重庆市黔江中心血站拟购买的GSR C1型血液辐照仪与该款设备具有相似的屏蔽结构。将本次计算结果与类比项目监测结果[5]进行对比，结果列于表4。

4 结果

经过程序计算和相近项目类比发现：

(1) 旋转式血液辐照仪满足我国医药行业标准《血液辐照仪》[6]中关于1 m远处杂散辐射剂量当量率不超过1μSv/h，距辐照仪可触及表面5cm栅元1记录血液辐照仪舱门外5 cm处结果； 栅元2记录固定铅屏蔽体背侧5 cm处结果； 栅元3记录非工作状态辐照容器内的结果(换血样时手部剂量数据)； 栅元4记录工作状态辐照容器内的结果(血样照射数据)； 栅元5图中未标示，为血液辐照仪舱门外1 m处的结果。

(a) 非工作状态 (b) 工作状态

图3旋转式血液辐照仪(非工作状态/工作状态)MCNP模型

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

关注点编号1)归一化光子通量密度 (cm-2s-1/s-1)全射束工作状态非工作状态漏射线束工作状态非工作状态漏散比 (%)工作状态非工作状态11.7531×10-132.1645×10-132.09×10-158.80×10-161.190.4121.0693×10-121.0487×10-121.10×10-158.00×10-160.100.083-5.6950×10-13-9.04×10-15-1.6145.8827×10-4-----55.4956×10-151.3348×10-142.53×10-168.34×10-164.616.25

1) 关注点位置如图3所示。栅元2 (固定铅屏蔽体背侧5 cm)的结果非仪器可触及表面5 cm数据，在本次计算中不参与评价。表2、 表3同。

表2 旋转式血液辐照仪关注点辐照参数

表3 漏射线束所致旋转式血液辐照仪关注点辐照参数

表4 旋转式血液辐照仪MCNP计算结果与类比项目实际监测结果的对比

1) 类比项目所用放射源2002/01/01装源活度为81.3 TBq，至 监测时(2012/02/21)剩余活度为64.4 TBq；监测结果未扣 除本底约0.1 μGy/h。

处任意位置剂量当量率不超过5 μSv/h的要求。

(2) 类比项目装源初期活度较大，不满足当前标准要求；如拟采购类比项目同款设备，需适当加强屏蔽，或减少装源活度。

(3) 工作状态辐照容器内血液吸收剂量率近似等于比释动能率217 Gy/h，按照项目环境影响报告表中推荐操作时间10 min计算，血液吸收剂量为36.2 Gy，与辐照血要求吻合[7]。

(4) 旋转血液辐照仪可能因为内部结构不对称(工作状态正面位置更复杂)，在正面位置出现能量约为0.35 MeV的散射峰；此外，在旋转铅屏蔽体与固定铅屏蔽体间隙宽度为2 mm的情况下，漏射线束所致的剂量率约为总剂量率的1%，可忽略不计。