直線加速器工業應用中次屏蔽區環保設計

夏年龍

（廣東核力工程勘察院，廣州 510000）

國內直線加速器主要用于醫院腫瘤治療，醫院使用的直線加速器位置固定，且有專門規范，因此使用比較簡單。國內工業探傷一般用X射線裝置，X射線裝置劑量率只有直線加速器的千分之幾，一般采用鉛板對墻體進行防護。直線加速器由于劑量率非常大，如果使用鉛板進行防護，所需厚度非常大，墻體難以設計，同時由于鉛板對高能量的X射線防護效果較差，因此工業上直線加速器都采用混凝土墻體進行防護。為了將加速器對周圍的環境影響降到最低，應用中以2.5 μGy/h對機房周圍環境進行要求[1]。

工業應用中，直線加速器一般用于厚度較大的物體探傷（劑量率高），因此被探測物體一般構件較大，機房空間也很大，典型9 MV直加機房設計長寬高達到31 m×15 m×15 m，墻體厚度一般在1.5～3.0 m，所需混凝土量非常大，在直加機房環保設計中，墻體混凝土成本接近整個項目總成本的一半。因此，正確地計算混凝土厚度，使其既能夠滿足環境保護的要求，又能夠最大限度地降低成本，在實際應用中顯得非常重要。

直線加速器工業應用中，主屏蔽區對周圍環境影響比較容易分析，由于主屏蔽區能量和什值層都是確定的。而次屏蔽區墻體外環境影響分析難度較大，因為能量和什值層的選取有較大難度，本文主要分析直加次屏蔽區的射線能量和什值層選取。由于次屏蔽區受漏射和散射（只需考慮一次散射）能量影響，因此只需要分析這兩種射線。

1 漏射、散射能量確定

1.1 漏射輻射能量

泄漏輻射能量組成非常復雜，能量譜連續，能量無法確定，但是漏射射線的什值層可以通過試驗測量。

1.2 散射能量

散射能量一般取平均能量，人們可以根據入射能量和散射角確定散射能量。能量選取如表1所示[2]。

表1 不同入射能量在不同散射角度的能量分布

2 漏射、散射什值層厚度

不同能量漏射射線TVL數值確定的什值層如表2所示[1]。散射平均能量對應的什值層厚度如圖1所示[2]。

表2 漏射輻射在混凝土中的什值層

圖1 不同平均能量在不同材料中的什值層

3 漏射、散射劑量率選取

3.1 漏射劑量率

漏射按照主束劑量乘以漏射系數0.001進行計算[1]。

3.2 散射劑量率

散射劑量率需要根據被照物體的材質和散射角度確定，探傷室被照射物體一般都是鐵，因此這里以鐵為材質來計算，詳細情況如圖2所示[3]。

圖2 不同能量射線照射在鐵上的散射系數

4 最小屏蔽厚度計算公式

4.1 漏射射線透射屏蔽厚度計算公式

漏射射線透射屏蔽厚度計算公式為：

式中，P為屏蔽體外的設計目標，本處取2.5 μGy/h；d為射線靶到目標處的距離，m；D0為電子加速器1 m處的劑量率；f為漏射系數，本處取0.001；TVL1為第一個什值層厚度；TVLe為第一個以后的什值層厚度。

4.2 散射射線透射屏蔽厚度計算公式

散射射線透射屏蔽厚度計算公式為：

式中，dθ為射線發生散射后到目標處的距離；Dθ是電子加速器通過被照物體散射在南側和北側θ角處的劑量率；D0為電子加速器1 m處劑量率；A是主束照射在被照物體上的面積；d是加速器到被照射物體的距離，此處取1 m；αθ為θ角散射時的散射系數。

4.3 最小防護墻體厚度的確定

什值層取電子加速器通過被照物體散射到θ角處的厚度。根據式（1）和式（3）可知，對于一個軌道及高度確定的加速器機房，次屏蔽區只要能確定加速器與側墻、屋頂的最小角度，便能確定所需的最小防護墻體厚度，人們通過設計資料很容易便能計算出加速器與側墻、屋頂的最小角度。

由于散射和漏射同時照射在墻體，可以通過以下原則來確定墻體厚度：若兩者的厚度相差不到一個1/10值衰減層厚度時，則在其中較厚的一個厚度上再加一個半值層厚度；若兩者的厚度相差大于一個1/10值衰減層厚度時，則取其中較厚的一個厚度作為最終的次級屏蔽厚度。

5 結論

作為一項嚴謹、系統的專業化工作，直線加速器輻射屏蔽防護設計不僅要符合國家相關標準，還要考慮輻射防護的發展需求，盡量降低輻射防護成本。利用上述方法，人們可以確保加速器墻體厚度環保設計滿足環境保護的要求時，盡量精確計算出所需的最小次級屏蔽區厚度，從而給企業節省較多防護費用。