医用直线加速器机房升级改造中的主要问题及解决方案

陈敬彬 李腾炯 庄瑞龙

对比高能医用直线加速器，低能直线加速器机房中存在许多不足，潮州市人民医院结合实际情况，针对低能直线加速器机房进行合理有效改造，使其满足高能直线加速器的防护要求和使用要求，有效节约成本，希望能对基层医院的直线加速器机房改造有借鉴作用。

1 医用直线加速器机房升级改造中的问题

机房改造过程中主要有下述4个问题：①主、副屏蔽墙的加厚防护导致不能满足设备要求最小净空；②先天性迷路短导致不能有效衰减高能X射线或中子；③防护门梁宽度较小导致原有通风管不能延长；④原有辅助管道不能满足新装设备使用要求。

2 医用直线加速器机房升级改造解决方案

2.1 主屏蔽墙及副屏蔽墙防护

(1)明确管理目标值。根据“电离辐射防护与辐射源安全基本标准”(GB18871-2002)[1]要求，放射工作人员的年有效剂量管理目标值为5 mSv；公众年有效剂量管理目标值为0.25 mSv。根据“放射治疗机房的辐射屏蔽规范 第1部分：一般原则”[2](GBZ/T201.1-2007)要求，工作场所周围剂量当量率控制值为2.5 µSv/h(人员全居留场所)或10 µSv/h(人员部分和偶然居留场所)。

(2)主、副防护屏蔽墙的厚度计算。主防护屏蔽墙厚度的计算为公式1；副防护屏蔽墙厚度的计算为公式2：

式中S(p)为主防护屏蔽墙厚度(cm)；S(s)为副防护屏蔽墙厚度(cm)；TVT为普通混凝土(ρ=2.35 g/cm3)的TVT值(15 MV取41 cm)；W为工作负荷，R×wk-1(at 1 m)，取W=1×105R×wk-1；U为利用因子(无量纲，可取U=1，1/4，1/16，取U=1)；T为居留因子(无量纲，可取T=1，1/4，1/16，取T=1)；n为安全系数(无量纲，通常取n=2)；dsec，dpri为源到考察点的距离(取3.65 m)；dsca为源到人体皮肤的距离(取3.45 m)；P为周限制照射量[R×wk-1，目前一般采用0.1 mSv×wk-1(0.01 R×wk-1，250 µR/h)]。由公式(1)计算得出主防护屏蔽墙厚度为2039 cm，由公式(2)计算得出副防护屏蔽墙厚度为1075 cm。根据所在区域人员停留时间差别适当增减厚度，改造后防护屏蔽平面图如图1所示。

图1 改造后防护屏蔽墙平面示图

(3)注意问题。对主屏蔽墙和副屏蔽墙进行加厚设计时，需按照最大装机参数(最大能量档和最大剂量率)计算，主防护屏蔽墙宽度应能完全遮挡主线束，保证密度达到防护要求值，混凝土密度≥2.35 g/cm3，重混凝土密度≥3.3 g/cm3。严格把控施工质量，要求施工单位在进行直线加速器机房屏蔽墙体及天面板混凝土捣制时应振捣密实，连续捣制，中间不能停断，以防止屏蔽墙及天面板中间出现空隙，必要时采取降温措施，防止屏蔽墙及天面板之间因温差效应出现开裂而未能达到防护要求。

2.2 迷路及防护门

(1)存在问题。迷路短是低能直线加速器机房改造为高能直线加速器机房的先天性问题，高能直线加速器X射线或中子在到达防护门前不能得到有效衰减，导致防护门外X射线或中子超量。

(2)解决方法。解决此问题的传统办法是按照防护门中子当量剂量来计算，其计算为公式3：

式中H为门内侧中子当量剂量(mSv)；Dn为离靶1 m处直射中子当量剂量Dn=ηnηxD0(mGy)；d1为靶到迷道拐角散射面中心的距离(m)；d2为迷道拐角散射面中心到门内侧的距离(m)。由公式(3)计算出防护门组成材料及厚度：可采用16 mm铅俘获γ射线、泄露和散射辐射，152 mm含硼(5%)聚乙烯(BPE)防护中子[3-4]。但这将导致屏蔽门过于笨重且造价高昂，并非最理想的解决办法。结合医院老机房的特点，可在原有防护门外适当延长迷路，弥补低能机房的先天不足，同时再增设第二道防护门，形成双门防护系统，第一道门(原有防护门位置)主要用于中子防护，第二道门(新建防护门位置)主要用于X射线防护。①第一道门主要材料采用含硼(5%)聚乙烯(BPE)，适当增加铅片，以弥补第二道防护门对X射线的防护不足；②第二道门主要用于防护X射线，可以将原有低能防护门重新利用，节省开支；③结合第二道门X射线防护效果，在保证第二道门外和延长部分迷路四周处于安全剂量后，重新计算第一道门增加铅片厚度。

(3)注意问题。①严格按照原有低能防护门尺寸逆向设计第二道门洞大小，保证第二道门的防护要求；②第二道门所在防护墙厚度应是第一道门门轨宽度的10倍，保证第一道门门轨在穿墙时不漏射线；③两道门均必须同时串联接入直线加速器，保证门机连锁安全性。

2.3 通风系统及臭氧防护

(1)明确换气要求。根据国家标准“工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素”(GBZ 2.1-2007)[5]要求，工作场所空气中臭氧最高量为0.3 mg/m3，换气次数为4次/h。

(2)存在问题。进风口设在防护门顶处，因原有进气管采用斜45°嵌于防护墙内，迷路宽度所限，故不能直接延伸。

(3)解决方法。采用反向延伸进气管，形成“V”形结构穿墙，但因气流拐弯影响风速，进而影响换气量。为解决该问题，在直线加速器机房内设计双动力空气对流系统，用鼓风机在进风口送风，用抽风机在出风口抽风，加快机房内臭氧的排出，即可达到换气要求(如图2所示)。

图2 进气管道和出气管道穿墙平面示图

(4)注意问题。管道将风引至迷道入口及出风口对角处(开口于吊顶面)，出风口通过管道将出风口引至距离地面0.6 m处，实现进风口和出风口对角布置及上送下排的臭氧排放方式。考虑到进气管道和出气管道可能引起泄漏剂量，必须在管道两侧各加装一块500 mm×800 mm×100 mm钢板，以补偿进气孔穿墙防护缺失[6]。

2.4 辅助管道

从治疗机房配置的控制室、设备间(放置加速器电框、冷水机组及风机等)进入治疗室的一切管道交通，以辐射防护角度考虑均应做特殊处理。

(1)电缆沟。从辅助机房穿越迷路外墙进入机房，呈“U”形结构，电缆沟沟壁由钢板制成，在墙外地沟铺盖钢板，板厚为20 mm，以补偿通道穿墙引起防护缺失(如图3所示)。

图3 电缆沟穿墙截面示图

(2)空调及吸湿机排水管道。预埋Φ100钢管，由治疗室穿越南墙副屏蔽墙至机房外，空调、吸湿机排水口距离室内地面200 mm，斜向45°。

(3)物理测试通道。预埋Φ50钢管，由控制室穿越屏蔽墙至距离室内地面200 mm，斜向45°，在测试孔两端覆盖钢板，覆盖面积大于测试孔面积，以补偿通道穿墙引起防护缺失(如图4所示)。

图4 物理测试通道和空调吸湿机排水管道截面示图

3 结语

在机房改建过程中要严格遵守放射防护三原则，即实践正当性、防护最优化和最小剂量限值，按照新设备要求对原有机房进行合理改造，结合医院实际情况和防护要求，提出改造方案，经设计部门认可，由施工单位严格把控施工质量下完成，最终取得验收许可。在达到防护和使用要求的基础上尽量优化方案，克服基层医院资金问题，以最小的经济成本达到最好的防护效果和最合理的使用要求，在基层医院的加速器机房改造中有一定的借鉴作用[7]。