加速器主屏蔽區外劑量率解析算法與實測比較

馮澤臣 馬永忠 孫亞茹 朱維杰 王時進 婁 云

(北京市疾病預防控制中心, 北京市預防醫學研究中心, 北京, 100013)

0 引言

加速器是應用最多的放射治療設備，產生高能量的X射線，需要對其使用場所進行屏蔽以確保機房外關注點劑量率和年劑量滿足控制目標要求。加速器屏蔽的計算方法國際上主要有IAEA 47號報告[1]、NCRP 151號報告[2]、IPEM 75號報告[3]和ISO 16645—2016[4]，國內有《放射治療機房的輻射屏蔽規范第2部分：電子直線加速器放射治療機房》(GBZ/T 201.2—2011)[5]。

上述報告和標準中的屏蔽計算方法在原理上是一致的，只是計算過程中所采用的參數有所不同：GBZ/T 201.2中的計算參數與NCRP 151中的相同；IPEM 75—1997中采用的是平均什值層，其2017年的修訂版認為NCRP 151中區分第一什值層和平衡什值層更科學，計算參數引用了NCRP 151中的數據；ISO 16645—2016中提出了簡化計算，并建議采用平衡什值層。對屏蔽區外劑量率解析計算時IAEA 47號報告和GBZ/T 201.2中的計算參數如何進行最優化選取，還需驗證。

本文選取加速器主屏蔽區外10個位點和1個無均整高劑量率模式的位點，對加速器主屏蔽區外劑量率不同解析算法與實測進行比較分析，為選取合理的計算參數提供參考。

1 材料與方法

選取4臺加速器的機房的10個加速器主屏蔽區點位和1個無均整高劑量率模式(FFF模式)加速器的主屏蔽區做為研究對象，實際測量使用X、γ劑量率儀6150AD6/H+6150AD-b/H，由中國計量科學研究院檢定，校準因子為0.99，校準因子不確定度為8.5%(k=2),儀器能量響應為±30%(23 keV～7 MeV)，檢測條件為在相應能量的X射線，照射野F=40 cm×40 cm，普通加速器等中心處輻射輸出量率為3.6×108Sv·m2/h，無均整模式下等中心處輻射輸出量率為1.44×109Sv·m2/h，測量和計算的關注點均為屏蔽區墻外30 cm處，測量時有用束中心軸垂直于檢測區平面對加速器照射野對應的主屏蔽區進行巡測并記錄最大值。主屏蔽方向為水平時有用束中心軸垂直于主屏蔽區水平照射，主屏蔽方向為室頂時有用束中心軸豎直向上照射。

對機房主屏蔽外關注點劑量率按式(1)計算：

(1)

B=10-(X+TVL-TVL1)/TVL

(2)

式中，X為主屏蔽厚度，m；TVL為平衡什值層，cm；TVL1為第一什值層，cm(IAEA 47號報告的TVL和TVL1的相同，GBZ/T201.2的TVL和TVL1不同)。不同能量X射線在混凝土中的什值層數值列于表1。

表1 不同能量X射線有用線束在混凝土的什值層

2 結果與討論

加速器主屏蔽外劑量率解析算法所用參數及計算結果與實測結果列于表2，測量時對主屏蔽區外進行巡測并記錄最大值。

表2 加速器主屏蔽外劑量率解析算法與實測結果

1)無均整模式。

由表2可見，X射線能量相同時，采用IAEA 47號報告參數計算的主屏蔽區外劑量率高于采用國家職業衛生標準GBZ/T 201.2參數值的計算結果，個別位點的實測值高于GBZ/T 201.2的計算值，其原因可能來自其混凝土墻的施工厚度或混凝土密度不足。采用兩種參數的計算結果與實測值相較，總體上是采用GBZ/T 201.2參數的計算結果比較接近實測值。各機房水平方向主屏蔽區外劑量率的實測值與按GBZ/T 201.2計算值均小于10 μSv/h，水平方向主屏蔽區外的場所居留因子均小于1/2，滿足GBZ/T 201.2的劑量率控制目標值要求。室頂的實測值比GBZ/T 201.2計算值偏小50%～80%，這可能是因為計算時忽略了室頂設有的吊頂、防水、管道、風機等的屏蔽效果，從而造成計算結果偏大；對同一位點進行重復測量，測量結果的一致性較好。

曹興江等[6]對2個加速器機房周圍劑量當量率理論計算和實際測量結果進行了比對研究，其計算和測量時使用的加速器等中心處輻射輸出量率為3.6×108μSv·m2/h，計算采用的是IAEA 47號報告的TVL參數，測量結果均小于理論計算結果(偏小30%～56%)，與本文研究結果一致。

3號機房的加速器無均整高劑量率模式，由于在去除均整塊后射線的平均能量有所下降，這與Kry等對加速器機房的無均整高劑量率模式的屏蔽防護研究結果一致[7]。

3 結語

采用IAEA 47號報告參數計算的主屏蔽區外劑量率均高于GBZ/T 201.2的計算值，采用GBZ/T 201.2中的參數的計算結果更接近實測值，但部分點位的實測值高于采用GBZ/T 201.2中的參數的計算值，其原因可能由于混凝土墻的施工厚度或混凝土密度不足所致，采用GBZ/T 201.2中的解析算法可合理估算主屏蔽區外的劑量率，建議在施工過程中應嚴格控制工程質量，確保混凝土密度及施工厚度應與設計值一致。