有用线束朝向迷路照射时的直线加速器机房辐射屏蔽计算

王 昭

合肥金浩峰检测研究院有限公司，安徽 合肥 230093

0 引言

《综合医院建筑设计规范》（GB 51039—2014）[1]中要求，直线加速器的有用线束应尽可能避免照射在迷路内墙上。但在实际工作中，由于场址地形的限制，建设单位有时会不得已地将有用线束设计成朝向迷路内墙的形式。根据《中华人民共和国职业病防治法》等相关法律、法规和规范的要求，在新建、扩建、改建放射诊疗建设项目中，医疗机构应当在建设项目施工前向相应的卫生行政部门提交职业病危害放射防护预评价报告，申请开展建设项目卫生审查。预评价报告由具有资质的第三方机构编制[2]。

直线加速器有用线束朝向机房迷路照射的情况较为罕见，相关文献和标准较少提及[3]。文章针对这种情况，结合工作经验，以某医院直线加速器机房为例，介绍辐射屏蔽计算方法，供业内人士参考和讨论。

1 直线加速器机房辐射屏蔽设计

1.1 直线加速器的主要参数

X射线的最大标称能量为10 MV，剂量率最高为600 cGy/min，正常治疗距离为100 cm，最大照射野为40 cm×40 cm，泄漏辐射率为0.1%。

1.2 直线加速器机房墙体设计

直线加速器机房防护材料均使用标准混凝土，其厚度如表1所示。

表1 直线加速器机房墙体设计

1.3 关注点和辐射路径设计

直线加速器机房的关注点分布和辐射路径如图1所示。图1中，A、B点为主射线照射区；C点为泄漏和散射辐射叠加照射区；D、E、F点为泄漏辐射照射区；G点为患者散射线、主束散射线、机头漏射线照射区。

图1 直线加速器机房平面图及其关注点分布

2 直线加速器机房辐射屏蔽计算

2.1 墙体屏蔽计算

2.1.1 计算方法

选择《放射治疗机房的辐射屏蔽规范 第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》（GBZ/T 201.2—2011）[4]提供的计算公式及附录D推荐的屏蔽墙及防护门的一般核算方法，参考IAEA Safety report Series No.47的相关公式，可以计算机房屏蔽[5]。根据瞬时剂量率控制水平的要求，按十分之一值层厚度法（TVL）估算符合剂量率目标要求的屏蔽体厚度。

（1）有用线束和泄漏辐射的屏蔽的计算公式如下：

式中：TVL、TVL1分别为不同能量的宽束X射线防护材料的平衡什值层和第一什值层的厚度，单位为cm，具体取值如表2所示；d为符合剂量率目标要求的主（副）墙屏蔽厚度，mm；H0为距靶1 m处的有用线束或泄漏的辐射剂量率，泄漏辐射按医用电子加速器最大有用线束0.1%取值；为关注点处要求的瞬时剂量率控制水平，μSv/h；R为关注点至靶点的距离，mm；θ为入射角。

表2 10 MV X射线束在混凝土中的TVL值

（2）患者一次散射辐射的屏蔽的计算公式如下：

式中：Rs为患者（位于等中心点）至关注点的距离，m；αph为患者受照面积为400 cm2时的散射因子；F为治疗装置有用束在等中心处的最大治疗野面积，cm2。

（3）穿过迷路内墙的有用线束在屏蔽墙上的一次散射辐射的计算公式如下：

2.1.2 关键参数的选取

为方便计算，加速器控制室、迷路入口门和墙外30 cm处的周围剂量当量率控制值均取2.5 μSv/h。

对于主屏蔽墙，只考虑主射线照射；对于侧屏蔽墙，只考虑泄漏射线照射。对于次屏蔽墙，需同时考虑漏射线和病人一次散射情况下的防护，漏射和散射剂量率均取值1.25 μSv/h。根据《放射治疗机房的辐射屏蔽规范 第1部分：一般原则》（GBZ/T 201.1—2007）[6]，对于次屏蔽墙，分别估算泄漏辐射和散射辐射，当屏蔽厚度相差一个什值层或者更大时，采用其中较厚的屏蔽，否则在较厚的屏蔽上增加一个半值层厚度。

对于迷路入口（图1中的G点），其剂量率控制值为2.5 μSv/h，泄漏辐射穿过迷路内墙在入口处的辐射剂量率应小于其1/4，穿过迷路内墙的有用线束接受的迷路外墙散射至入口处的辐射剂量率也应小于其1/4，均取0.5 μSv/h；若高于0.5 μSv/h，应增加迷路内墙屏蔽厚度[7]。

2.1.3 计算结果

直线加速器机房的屏蔽计算结果及机房设计值如表3所示。根据表3，该加速器机房的屏蔽防护墙体设计满足防护要求，而且部分墙体设计值较计算值太过保守，可以适当降低设计方案参数，以满足辐射防护最优化原则。

表3 直线加速器机房验证计算厚度和屏蔽设计厚度对照表

2.2 防护门屏蔽计算

机房拟配备的直线加速器标称能量不超过10 MV，因此，机房防护门可以忽略中子的防护问题[8]。

有用线束向迷路照射时，根据GBZ/T 201.2—2011中“4.3.2.5.2 有用线束向迷路照射时的迷路入口”的推荐，迷路入口处的辐射剂量主要考虑如下方面。

（1）根据图1，入射至j墙的射线散射至G处，j墙的入射辐射来自三个方面：①泄漏辐射；②向迷路对面主屏蔽照射的有用线束穿过患者身体并射入屏蔽墙内表面的散射辐射；③患者散射。实际计算迷路入口处的散射辐射剂量率时，通常忽略①和②，只考虑患者散射的贡献（图1中路径O-j-G）。

患者散射计算方法选用GBZ/T 201.2—2011中“5.2.6.1有用线束不向迷路照射”的推荐，按如下公式计算防护门处散射辐射剂量率：

式中：为g处辐射剂量率；αph为患者一次散射45°散射因子，10 MV取1.35×10-3；α2为迷道内墙入口二次散射因子，45°入射，0°散射，取22.0×10-3；F为最大治疗野面积，40 cm×40 cm=1 600 cm2；A为迷道内入口散射面积，3.7×3.8=14.1 m2；R1为人体散射点距迷道内入口墙的距离，7.7 m；R2为迷道长度，9.6 m；为等中心常用最大剂量率，取6 Gy/min，即3.6×108μSv/h。计算得出=110.4 μSv/h。

（2）穿过迷路内墙的有用线束受迷路外墙内侧散射至G处的辐射（图1中路径O2-h-G）。根据表3的计算结果，迷路内墙的屏蔽厚度满足有用线束的防护要求。因此此项的剂量率可以取0.5 μSv/h。

（3）泄漏辐射（以位置O1为中心）在G处的辐射剂量（图1中路径O1-G）。根据表3的计算结果，迷路内墙的屏蔽厚度满足漏射线的防护要求，因此此项的剂量率取0.5 μSv/h。可以根据下面的公式计算所需的屏蔽透射因子：

式中：B为透射因子；Hc为剂量率控制值，取值为2.5 μSv/h；Hog为穿过迷路内墙的泄漏辐射在门口处的剂量率，取值为0.5 μSv/h；Hmd为穿过迷路内墙的主射线射在门口处的剂量率，取值为0.5 μSv/h。

根据下式计算所需屏蔽门铅当量：

式中：X为所需屏蔽厚度。入口处的散射辐射能量约为0.2 MeV，因此，铅（Pb）的什值层TVL为5 mm，半值层HVL为1.5 mm。代入数据，求得机房防护门X=8.8 mm Pb。

根据GBZ/T 201.2—2011中“5.2.6.2 有用线束向迷路照射”，有用线束向迷路照射时，有用线束边缘距迷路入口G处可能较近，并且还存在迷路内墙的杂散辐射，应增加2倍安全系数。因此，在防护门计算结果上增加一个铅的半值层，计算结果为10.3 mm Pb。建议直线加速器机房防护门的铅当量不低于11 mm[9]。

3 结论

文章以某直线加速器机房的辐射屏蔽计算为例，按照标准提供的方法，对机房屏蔽墙体、防护门的设计方案进行了计算论证，证实屏蔽墙体设计满足防护要求。但部分参数远超出实际防护需要，造成不必要的浪费，也不满足辐射防护最优化原则，建议适当降低。经过计算，直线加速器机房防护门的铅当量应不低于11 mm，这一数据可作为屏蔽防护设计的依据。