某医院电子射线装置环境影响预测分析
摘要：对某医院电子射线装置进行环境影响预测，估算公众人员和职业人员年有效剂量，为类似项目的屏蔽设计提供参考。
关键词：环境影响预测；电离辐射；有效剂量
中图分类号：X837 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0017-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.008
Analysis of environmental impact prediction of electron ray device in a hospital
Lin Ke
（Fujian Radiation Environment Supervision Station， Fuzhou Fujian 350012， China）
Abstract：To predict the environmental impact of an electronic radiation device in a hospital， estimate the annual effective dose of public and professional personnel， and provide reference for shielding design of similar projects.
Key words： Prediction of environmental impact； Ionizing radiation； effective dose
1 项目概况
某医院根据医疗工作实践的需要，计划设置一台直线加速器用于放射治疗工作。该装置电子束最高能量12MV，X射线最高能量10MV，属于Ⅱ类射线装置。
2 工艺分析
2.1 工作原理
医用电子直线加速器是产生高能电子束的装置。电子枪产生的电子由微波加速导管加速后进入偏转磁场，所形成的电子束由窗口射出，经调制、准直后射向患者病灶；或者将高能电子束轰击位于加速管末端的金属钨靶，产生大量高能X射线，其最大能量为电子束的最大能量，经一级准直器和滤线器形成剂量均匀稳定的X线束，再通过监测电离室和二次准直器限束，最后到达患者病灶，实现治疗目的。
2.2 运行期间主要污染源
2.2.1 外照射
（1）治疗室泄露辐射。本项目直线加速器的主要环境污染因子为能量流形式的X、γ射线和中子流。在设备运行期间有小部分X、γ射线和中子流穿过治疗室屏蔽体及迷路防护门泄漏到工作场所及周围环境中，对周围的工作人员和公众产生相应外照射。（2）感生放射性。加速器上的感生放射性将随着运行时间的增加而积累，其中照射头的感生放射性最强，将对摆位操作人员产生外照射。
2.2.2 大气污染
（1）气载放射性。加速器在X射线治疗方式下，当能量较高时可在空气中产生13N、15O、41Ar等感生放射性核素，通过排风系统排到室外环境，主要通过外照射（气体浸没）对人体产生影响，对环境影响较小，可不予考虑。（2）臭氧和氮氧化物。在电子直线加速器机房内，空气受电离作用影响，会产生少量的臭氧（O3）和氮氧化物（NOx）等有毒有害气体。根据《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011），加速器治疗室通风换气次数应不小于4次/h。对于治疗室外部环境，臭氧经过扩散稀释后对环境基本没有影响。
3 环境影响分析
3.1 辐射环境现状监测
根据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》（GB/T14583-93）、《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011）中相关规定，结合实际条件合理布点。该加速器项目尚未运行，所在工作场所周围环境X-γ辐射剂量率范围值为191～225 nSv/h、中子剂量率为0.4～0.8 nSv/h，均處于环境本底水平，辐射环境质量现状良好。
3.2 运行期间射线对环境附加剂量的预测分析
该直线加速器机房已经完成初步设计和建设。本文采用模式预测方法评价该项目环境影响，根据设计文件，直线加速器治疗室防护情况如下：主屏蔽墙（东、西侧主射线区混凝土墙体）厚度为2550mm；副屏蔽墙厚度为1750mm。
3.2.1 加速器机房屏蔽墙外30cm处的剂量当量率
（1）加速器机房主屏蔽体外30cm处的剂量当量率。主屏蔽体外预测点的附加剂量率预测值为：
其中：D0—加速器等中心最大剂量率，该直线加速器为300Gy/h；
K—主屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K；
TVL —有用线束在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为38.9cm、34.3cm；tc—主屏蔽体等效墙厚；dpri—不限于主屏蔽墙外0.3m。
（2）加速器机房副屏蔽体外30cm处的剂量当量率。副屏蔽体外预测点的附加剂量率预测值为：
其中：D0—加速器等中心最大剂量率，该直线加速器为300Gy/h；
K—副屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K=；
TVL —漏射线在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为30.5cm、27.9cm；10-3 —加速器机头漏射线相对于有用线束强度的典型指标；tb—副屏蔽体等效墙厚；dsec—不限于副屏蔽墙外0.3m。
3.2.2 加速器机房防护墙外有效剂量
（1）加速器机房主屏蔽体外有效剂量。主屏蔽体外预测点的年有效剂量预测值为：
其中：50—每年运行50周；
1000 —全身均匀照射的1Gy吸收剂量相当于1000mSv的有效剂量；
T—人员在预测点的居留因子，人员停留时间占总出束时间的分数；
W—工作负荷，即距靶1m处有用线束周剂量，根据项目设计文件，每周工作负荷约为3000 Gy·m2/wk；负荷分配为6MV：10MV =9： 1，10MV加速电压下取300Gy·m2/wk；6MV加速电压下取2700Gy·m2/wk；
U—不同照射方向的使用因子，根据设计文件，对于有用线束朝向的墙壁为1/4；
K—主屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K；
TVL—有用线束在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为38.9cm、34.3cm。
（2）加速器机房副屏蔽体外有效剂量：
其中：Fimrt—由于考虑到该加速器可用于调强适形放疗（一般仅使用6MV进行调强放疗），在同样的等中心工作负荷下，出束时间可能延长，漏射线累计剂量可能增加，应乘以一个Fimrt因子，一般取Fimrt=3.0；
K—副屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K=；
TVL —漏射线在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为30.5cm、27.9cm；10-3 — 加速器机头漏射线相对于有用线束强度的典型指标。
3.3 感生放射性的环境影响分析
医用加速器运行中产生的感生放射性产物，其辐射类型多数为β辐射，也有少量γ辐射。其β-辐射经自吸收、设备屏蔽及自然衰减后，对医生和患者已基本无影响。由于γ辐射穿透力较强，医生在治疗室内作病人摆位时，应减少操作时间，与感生放射性较强的设备保持一定的距离，并佩戴好个人防护用品，以减少感生放射性的影响。对于患者，由于治疗时间短、频度小，无需对感生放射性作专门防护。
4 结论
由上述预测分析可知，本项目加速器主屏蔽体外30cm处的剂量当量率预测值范围为0.297～2.245μSv/h，副屏蔽体外30cm处的剂量当量率预测值范围为0.003～0.020μSv/h，符合《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011）中“加速器机房墙外30cm的周围剂量当量率应不大于2.5μSv/h”的要求。本項目直线加速器对受照人员的年有效剂量最大值为0.088 mSv/a，均小于对周围公众人员的剂量约束值0.25mSv/a和对职业人员的剂量约束值5mSv/a，满足《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）的相关要求。排放的少量氮氧化物对周围环境基本没有影响；各工作场所的屏蔽材料及设计厚度能满足辐射防护要求。
参考文献
[1]卢希庭.原子核物理（修订版）[M].北京：原子能出版社，2000.100.
[2]GBZ126-2011，电子加速器放射治疗放射防护要求[s].
[3]GB18871-2002，电离辐射防护与辐射源安全基本标准[s].
[4]GB14583-1993，环境地表γ辐射剂量率测定规范[s].
收稿日期：2018-05-24
作者简介：林珂（1990-），男，本科，助理工程师，研究方向为辐射环境监测。
关键词：环境影响预测；电离辐射；有效剂量
中图分类号：X837 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0017-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.008
Analysis of environmental impact prediction of electron ray device in a hospital
Lin Ke
（Fujian Radiation Environment Supervision Station， Fuzhou Fujian 350012， China）
Abstract：To predict the environmental impact of an electronic radiation device in a hospital， estimate the annual effective dose of public and professional personnel， and provide reference for shielding design of similar projects.
Key words： Prediction of environmental impact； Ionizing radiation； effective dose
1 项目概况
某医院根据医疗工作实践的需要，计划设置一台直线加速器用于放射治疗工作。该装置电子束最高能量12MV，X射线最高能量10MV，属于Ⅱ类射线装置。
2 工艺分析
2.1 工作原理
医用电子直线加速器是产生高能电子束的装置。电子枪产生的电子由微波加速导管加速后进入偏转磁场，所形成的电子束由窗口射出，经调制、准直后射向患者病灶；或者将高能电子束轰击位于加速管末端的金属钨靶，产生大量高能X射线，其最大能量为电子束的最大能量，经一级准直器和滤线器形成剂量均匀稳定的X线束，再通过监测电离室和二次准直器限束，最后到达患者病灶，实现治疗目的。
2.2 运行期间主要污染源
2.2.1 外照射
（1）治疗室泄露辐射。本项目直线加速器的主要环境污染因子为能量流形式的X、γ射线和中子流。在设备运行期间有小部分X、γ射线和中子流穿过治疗室屏蔽体及迷路防护门泄漏到工作场所及周围环境中，对周围的工作人员和公众产生相应外照射。（2）感生放射性。加速器上的感生放射性将随着运行时间的增加而积累，其中照射头的感生放射性最强，将对摆位操作人员产生外照射。
2.2.2 大气污染
（1）气载放射性。加速器在X射线治疗方式下，当能量较高时可在空气中产生13N、15O、41Ar等感生放射性核素，通过排风系统排到室外环境，主要通过外照射（气体浸没）对人体产生影响，对环境影响较小，可不予考虑。（2）臭氧和氮氧化物。在电子直线加速器机房内，空气受电离作用影响，会产生少量的臭氧（O3）和氮氧化物（NOx）等有毒有害气体。根据《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011），加速器治疗室通风换气次数应不小于4次/h。对于治疗室外部环境，臭氧经过扩散稀释后对环境基本没有影响。
3 环境影响分析
3.1 辐射环境现状监测
根据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》（GB/T14583-93）、《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011）中相关规定，结合实际条件合理布点。该加速器项目尚未运行，所在工作场所周围环境X-γ辐射剂量率范围值为191～225 nSv/h、中子剂量率为0.4～0.8 nSv/h，均處于环境本底水平，辐射环境质量现状良好。
3.2 运行期间射线对环境附加剂量的预测分析
该直线加速器机房已经完成初步设计和建设。本文采用模式预测方法评价该项目环境影响，根据设计文件，直线加速器治疗室防护情况如下：主屏蔽墙（东、西侧主射线区混凝土墙体）厚度为2550mm；副屏蔽墙厚度为1750mm。
3.2.1 加速器机房屏蔽墙外30cm处的剂量当量率
（1）加速器机房主屏蔽体外30cm处的剂量当量率。主屏蔽体外预测点的附加剂量率预测值为：
其中：D0—加速器等中心最大剂量率，该直线加速器为300Gy/h；
K—主屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K；
TVL —有用线束在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为38.9cm、34.3cm；tc—主屏蔽体等效墙厚；dpri—不限于主屏蔽墙外0.3m。
（2）加速器机房副屏蔽体外30cm处的剂量当量率。副屏蔽体外预测点的附加剂量率预测值为：
其中：D0—加速器等中心最大剂量率，该直线加速器为300Gy/h；
K—副屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K=；
TVL —漏射线在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为30.5cm、27.9cm；10-3 —加速器机头漏射线相对于有用线束强度的典型指标；tb—副屏蔽体等效墙厚；dsec—不限于副屏蔽墙外0.3m。
3.2.2 加速器机房防护墙外有效剂量
（1）加速器机房主屏蔽体外有效剂量。主屏蔽体外预测点的年有效剂量预测值为：
其中：50—每年运行50周；
1000 —全身均匀照射的1Gy吸收剂量相当于1000mSv的有效剂量；
T—人员在预测点的居留因子，人员停留时间占总出束时间的分数；
W—工作负荷，即距靶1m处有用线束周剂量，根据项目设计文件，每周工作负荷约为3000 Gy·m2/wk；负荷分配为6MV：10MV =9： 1，10MV加速电压下取300Gy·m2/wk；6MV加速电压下取2700Gy·m2/wk；
U—不同照射方向的使用因子，根据设计文件，对于有用线束朝向的墙壁为1/4；
K—主屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K；
TVL—有用线束在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为38.9cm、34.3cm。
（2）加速器机房副屏蔽体外有效剂量：
其中：Fimrt—由于考虑到该加速器可用于调强适形放疗（一般仅使用6MV进行调强放疗），在同样的等中心工作负荷下，出束时间可能延长，漏射线累计剂量可能增加，应乘以一个Fimrt因子，一般取Fimrt=3.0；
K—副屏蔽体对初级（有用）线束的剂量减弱倍数，K=；
TVL —漏射线在混凝土中的 1/10值层厚度，10MV、6MV下X射线分别为30.5cm、27.9cm；10-3 — 加速器机头漏射线相对于有用线束强度的典型指标。
3.3 感生放射性的环境影响分析
医用加速器运行中产生的感生放射性产物，其辐射类型多数为β辐射，也有少量γ辐射。其β-辐射经自吸收、设备屏蔽及自然衰减后，对医生和患者已基本无影响。由于γ辐射穿透力较强，医生在治疗室内作病人摆位时，应减少操作时间，与感生放射性较强的设备保持一定的距离，并佩戴好个人防护用品，以减少感生放射性的影响。对于患者，由于治疗时间短、频度小，无需对感生放射性作专门防护。
4 结论
由上述预测分析可知，本项目加速器主屏蔽体外30cm处的剂量当量率预测值范围为0.297～2.245μSv/h，副屏蔽体外30cm处的剂量当量率预测值范围为0.003～0.020μSv/h，符合《电子加速器放射治疗放射防护要求》（GBZ126-2011）中“加速器机房墙外30cm的周围剂量当量率应不大于2.5μSv/h”的要求。本項目直线加速器对受照人员的年有效剂量最大值为0.088 mSv/a，均小于对周围公众人员的剂量约束值0.25mSv/a和对职业人员的剂量约束值5mSv/a，满足《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）的相关要求。排放的少量氮氧化物对周围环境基本没有影响；各工作场所的屏蔽材料及设计厚度能满足辐射防护要求。
参考文献
[1]卢希庭.原子核物理（修订版）[M].北京：原子能出版社，2000.100.
[2]GBZ126-2011，电子加速器放射治疗放射防护要求[s].
[3]GB18871-2002，电离辐射防护与辐射源安全基本标准[s].
[4]GB14583-1993，环境地表γ辐射剂量率测定规范[s].
收稿日期：2018-05-24
作者简介：林珂（1990-），男，本科，助理工程师，研究方向为辐射环境监测。
