PETtrace880回旋加速器放射防护设计

王一达

摘要：依据PETtrace880回旋加速器的工作原理及相关放射防护标准，对PETtrace880回旋加速器室主要场所的放射防护进行探讨，设计了PETtrace880回旋加速器室相应的放射防护方案，验证了PETttaee880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。

关键词：回旋加速器;放射;防护;屏蔽计算

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。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PETtrace880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。

一、回旋加速器的基本情况及主要参数

PETtrace880是一套完整的、全自动的生产PET用的正电子药物系统，是新颖设计的紧凑的负离子回旋加速器，采用立式磁体设计，配置自屏蔽体，能加速质子到16.5McV。引出质子束流强度最大130μA，单靶轰击18O-H2O制备18F单次最大产率要求2.59×1011Bq（7Ci），时长单次为120min。

二、回旋加速器放射性药物生产过程

回旋加速器在每次正式制备放射性同位素时，首先在靶腔内注入照射物质，以一定的束流轰击一定的时间（视所需制备量而定）后，将制备的核素通过专用防护管道系统，在氦气或氩气推动下输送至热室的药物合成器内，进入药物合成系统，再用高纯氦气或氩气将药输送管道吹干。回旋加速器在生产放射性核素的同时伴随产生大量中子及粒子，成为瞬时辐射源。高能带电粒子直接轰击加速器有关部件导致有关部件被活化，同时中子在慢化吸收过程中对相关部件产生中子活化。

三、回旋加速器室放射防护设计

（一）回旋加速器机房设计

PETtrace880回旋加速器带自屏蔽系统。回旋加速器本体的外形尺寸（长×宽×高）为1900mm×1700mm×2100mm，重量为20t，回旋加速器的自屏蔽体外形尺寸（长×宽×高）为4800mm×3150mm×2800mm，重量为47t。回旋加速器机房设计长8：8m ×宽8m×高4.65m（净高），机房四周、顶部采用600mm厚混凝土进行屏蔽，混凝土密度为2.35g/cm3。加速器机房设置防护门，具有10mm铅+200mm聚乙烯（含硼8%）+10mm铅防护效果。回旋加速器机房建筑设计参数见表1。

（二）传输管沟设计

加速器生产的放射性物质通过专用管道传输至加速器机房配套的热室合成柜底部，专用管道尺寸为100×100mm，在地沟内敷设盖板，盖板为铅板，具备60mm铅当量防护效果。放射性物料传输地沟示意图见图1。

（三）通风系统设计

根据《粒子加速器辐射防护规定》GB5172-85中3.4.1规定，排放有毒气体（如臭氧）和气载放射性物质，加速器设施内必须设有通风装置。加速器室设管道离心风机，通过管道离心风机保持通风换气，排出放射性气体、臭氧和氮氧化物，根据《医用电子加速器卫生防护标准》（GBZ126-2002）的要求，加速器机房通风换气次数应达到每小时4次。加速器室独立一根排风管道，排风管道内口位于机房内与入口成对角，距离室内地面约0.5m高，有利于加速器室内空气流动，避免形成死角;管道成U型下穿机房墙体，再延伸至室外，排放口设置在高于本栋建筑物屋顶3m处，废气通过终端过滤装置后（玻璃纤维纸，过滤率99.9%）排入大气。

（四）排水设计

回旋加速器机房产生的废水为低放废水，回旋加速器基坑内、冷水控制阀附近、一级水冷机附近设置不锈钢管收集各排水点排水，接口严密焊接，防止渗漏。加速器室室外設置废水收集衰变处理设施，衰变处理设施有效容积按半衰期最长的核素10个半衰期的容积设计。废水衰变处理设施按三格设置，一格集水，两格交互衰变处理，一格进水时另一格进行衰变处理。结构采用钢筋混凝土结构，内敷环氧树脂防腐防护。处理后经检验满足排入城市下水道水质要求后排入排水管网。

（五）回旋加速器机房输助防护设施

1.安全联锁系统

加速器防护门与加速器的高压设置联锁，当防护门未关闭到位时，加速器无法开启高压进行出束;当加速器工作时误操作打开防护门时，加速器立即停止出束;控制台和大厅门钥匙控制;辐射报警灯和声音报警与加速器准备出束状态联锁，准备出束时发出警示;辐射剂量监测与门联锁;火灾报警仪与加速器联锁、与通风设置联锁。

2.固定式剂量监测系统

加速器机房防护门内、外均设置固定式剂量监测探头，当探测到机房内剂量率超过设置阈值时，加速器防护门外有声光报警，同时控制室内操作台上和加速器机房防护门口有剂量率实时显示。

（六）工作人员防护

工作人员需配备一些辅助防护用品和检测仪器。防护用品主要有铅衣、铅帽、铅围脖、铅手套、铅眼镜等。检测设备主要有手持式辐射监测仪、γ能谱仪、表面污染测量仪、个人剂量计、电离室巡测仪、个人剂量报警仪、便携式中子测量仪等。

四、回旋加速器机房屏蔽计算及防护效果

（一）计算公式

加速器机房各屏蔽墙体以及防护门表面剂量率。计算公式如下：

式中门肠为回旋加速器室外关注点剂量率，单位为微希沃特每小时（μSv/h）;

r0—为参考点距靶心的距离，单位为米（m）;

R—为屏蔽墙外30cm关注点距靶心的距离，单位为米（m）;

Hn—为参考点r0处的中子剂量率，单位为微希沃特每小时（μSv/h）;

Hγ—为参考点r0处的γ射线剂量率，单位为微希沃特每小时（γSv/h）;

TVLn—為中子射线的什值层厚度，单位为厘米（cm）;

TVLγ—为γ射线的什值层厚度，单位为厘米（cm）;

X—为屏蔽墙厚度，单位为厘米（cm）。

（二）屏蔽计算及防护效果

PETtrace880型回旋加速器是自屏蔽的放射性同位素生产系统。PETtrace880型回旋加速器自屏蔽由内外两层组件组成。内层厚度为30cm，是铅、坏氧树脂和碳化硼组成的高密度铸体，该层能衰减1～2MeV的中子能量并吸收大部分靶核反应的下辐射以内及内层粒撞击产生的热中子。外层屏蔽体厚度为70cm，由聚乙烯和碳化硼及承载混凝土构成，其主要目的是慢化中子，最终在硼材料中吸收中子，并使得加速器中产生的次级γ辐射衰减到最低。加速器生产厂家给出了加速器表面处γ辐射剂量率和中子剂量率分布图，见图2、图3。

由图2、图3可知，从保守角度考虑，计算加速器机房表面的γ、中子剂量率均选择其最大值，即加速器表面1m处γ射线、中子剂量率均取为82μSv/h。

表2给出此状态下，不同屏蔽材料对γ射线和中子的什值层。

由公式①可计算出回旋加速器机房屏蔽墙体、防护门表面剂量率，计算结果见表3。

由表3计算结果可知，回旋加速器束流为双靶130μA的最大工况下，中子、γ射线对机房屏蔽墙体、防护门外最大附加剂量率为1.032μSv/h，小于2.5μSv/h，满足《粒子加速器辐射防护规定》（GB5172-1985）相关限值要求。

五、结论及建议

PETtrace880回旋加速器机房四周墙壁、防护门和天花板的设计厚度均能满是屏蔽防护要求。加速器机房屏蔽墙和防护门施工质量如能达到设计要求，加速器对外环境辐射剂量可控制在年有效剂量管理值以下。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。

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