I-131治療場(chǎng)所放射性廢氣排放源項(xiàng)調(diào)查與評(píng)價(jià)

嚴(yán) 源，金 瀟，邵明剛

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413)

核醫(yī)學(xué)在我國(guó)的發(fā)展已有50多年的歷史，其主要工作之一是利用放射性同位素進(jìn)行甲狀腺功能亢進(jìn)、皮膚病、甲狀腺癌、骨轉(zhuǎn)移癌等疾病的診斷、治療[1-3]。I-131作為治療甲狀腺功能亢進(jìn)、分化型甲狀腺癌以及甲狀腺癌轉(zhuǎn)移灶的首選放射性治療核素，在臨床核醫(yī)學(xué)的治療領(lǐng)域占有很大的份額[4-5]。隨著高活度I-131在甲亢、甲癌患者治療中的廣泛應(yīng)用，該過程中產(chǎn)生的放射性三廢對(duì)工作人員和環(huán)境可能產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)，尤其是放射性廢氣排放對(duì)環(huán)境的影響應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。本研究調(diào)查某醫(yī)院I-131治療場(chǎng)所內(nèi)高活室、治療病房、排風(fēng)系統(tǒng)排放口、環(huán)境空氣中I-131的活度濃度，旨在理清使用I-131治療時(shí)產(chǎn)生放射性廢氣的主要來源，找出其對(duì)環(huán)境的主要污染途徑。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象

綜合考慮醫(yī)院周圍環(huán)境、典型治療設(shè)施布局以及所在地區(qū)的氣候特征等因素，選取北京郊區(qū)某醫(yī)院作為調(diào)查對(duì)象。

1.1.1核醫(yī)學(xué)科布局 該醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科是一座獨(dú)立的三層建筑，建筑面積530 m2，一、二層布局示于圖1。一層設(shè)有高活室、服藥室、治療室、住院病房、衛(wèi)生間、被服衰變室。其中高活室內(nèi)配置通風(fēng)柜，密封式操作。二層設(shè)有住院病房、衛(wèi)生間、配電室。三層是非輻射工作區(qū)，設(shè)有劑量監(jiān)測(cè)室、總監(jiān)控室、值班室、辦公室。

1.1.2核素操作量 該醫(yī)院核醫(yī)學(xué)樓為乙級(jí)非密封源工作場(chǎng)所，共設(shè)9張床位。使用I-131進(jìn)行治療的項(xiàng)目主要為：1) 甲癌治療；2) 嗜鉻細(xì)胞癌治療，每個(gè)患者給藥量為3.7×109～7.4×109Bq。液體放射性核素131I用于甲癌、嗜鉻細(xì)胞癌治療，其日最大操作量為4.0×1010Bq，年最大操作量為5×1012Bq。

1.2 放射性三廢處理系統(tǒng)

該醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科設(shè)有放射性廢氣處理系統(tǒng)、放射性廢液處理系統(tǒng)和放射性固體廢物暫存設(shè)施。

1.2.1放射性廢氣處理系統(tǒng) 設(shè)置兩套獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。一套負(fù)責(zé)高活室內(nèi)通風(fēng)柜排風(fēng)，另一套負(fù)責(zé)治療病房的排風(fēng)。兩套通風(fēng)系統(tǒng)均設(shè)置獨(dú)立的通風(fēng)管道和過濾器，排風(fēng)口均位于核醫(yī)學(xué)科所在建筑樓頂，并高于樓頂上方5 m。排風(fēng)口直徑300 mm，其中通風(fēng)柜排風(fēng)口出口風(fēng)速約2.2 m/s，病房排風(fēng)口出口處風(fēng)速約0.5 m/s。

1.2.2放射性廢液處理系統(tǒng) 核醫(yī)學(xué)科放射性廢液主要來自患者住院期間的排泄物，病房設(shè)有獨(dú)立的下水排放系統(tǒng)，由該系統(tǒng)排入衰變池內(nèi)暫存。

1.2.3放射性固體廢物暫存設(shè)施 核醫(yī)學(xué)科北側(cè)空地設(shè)有12個(gè)放射性固體廢物暫存坑，利用鐵紅外柵欄將其與周邊建筑隔開。暫存坑裝有攝像頭、紅外報(bào)警設(shè)備，并有保安24 h值班。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目

主要采集以下場(chǎng)所/排放設(shè)施的空氣樣品，測(cè)量樣品中I-131活度濃度，包括：1) 高活室內(nèi)及其排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放；2) 甲癌治療病房?jī)?nèi)及其排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放；3) 甲癌治療病房窗外空氣；4) 衰變池周圍空氣；5) I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍環(huán)境空氣。

a——一層；b——二層圖1 核醫(yī)學(xué)科一層布局a——First floor；b——Second floorFig.1 Layout of the nuclear medicine department

1.4 調(diào)查周期

該醫(yī)院核醫(yī)學(xué)采用“固定治療日”方式治療。每周的周二、周五為患者入院治療日，每位患者每個(gè)治療周期住院日為3 d。因此，本調(diào)查選取甲癌患者連續(xù)2個(gè)治療周期中每天固定時(shí)間進(jìn)行取樣分析，整個(gè)調(diào)查持續(xù)6 d。其中高活室通風(fēng)柜及其排風(fēng)系統(tǒng)同時(shí)取樣，甲癌治療病房及其排風(fēng)系統(tǒng)處同時(shí)取樣。

1.5 監(jiān)測(cè)方法

采用HI-Q碘和空氣取樣器取樣，取樣流速約100 L/min，采用過濾碘盒及濾紙分別采集氣溶膠中元素碘、有機(jī)碘和氣態(tài)碘，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室采用HpGe γ譜依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

將裝有待測(cè)介質(zhì)的樣品盒(Φ70 mm×70 mm)放入γ探測(cè)器的樣品架上，樣品中放射性核素發(fā)射出的γ射線與探測(cè)器中晶體相互作用，在探測(cè)器中產(chǎn)生正比于γ射線能量的電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大后產(chǎn)生幅度在1～10 V范圍的電壓脈沖進(jìn)入多道分析器。多道分析器確定每一個(gè)輸入脈沖的幅度，并按幅度大小累加在相應(yīng)的道中，可得到按能量分布的入射γ射線強(qiáng)度的γ能譜。根據(jù)γ能譜中被測(cè)某特征γ射線全能峰位置和凈面積以及γ能量刻度、全能峰效率刻度、γ射線分支比、與樣品的重量或體積等有關(guān)修正系數(shù)，確定樣品中所含放射性核素及其活度。

2 測(cè)量結(jié)果

2.1 高活室通風(fēng)柜及其有組織排放的I-131活度濃度

高活室內(nèi)設(shè)有通風(fēng)柜，用于藥品的貯存和自動(dòng)分裝。取樣點(diǎn)設(shè)在高活室通風(fēng)柜及其排風(fēng)系統(tǒng)的排放口，兩個(gè)取樣點(diǎn)同時(shí)取樣，單個(gè)樣品取樣時(shí)間30 min，取樣體積約3 m3。甲癌患者給藥期間通風(fēng)柜排風(fēng)開啟，給藥結(jié)束后通風(fēng)柜排風(fēng)關(guān)閉。2個(gè)治療周期共采集12個(gè)樣品，測(cè)量結(jié)果列于表1。

表1 高活室通風(fēng)柜及其有組織排放空氣中I-131活度濃度測(cè)量結(jié)果Table 1 I-131 activity concentration measurement results of the air sampled inside the high-activity room’s fume hood and from its outlet

由表1測(cè)量結(jié)果可知，高活室通風(fēng)柜內(nèi)I-131活度濃度最高，為1.08×103～7.51×105Bq/m3，均值為(2.50×105±0.055) Bq/m3；其次為其排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放，為7.31×102～2.42×104Bq/m3，均值為(1.88×104±0.065) Bq/m3。通風(fēng)柜內(nèi)及其排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放的I-131活度濃度變化與通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有一定關(guān)系。

2.2 甲癌治療病房?jī)?nèi)及有組織排放空氣中I-131活度濃度

在甲癌患者住院期間，每個(gè)治療周期選取2間不同給藥劑量的病房進(jìn)行取樣。治療病房取樣點(diǎn)設(shè)置于病床旁邊，取樣時(shí)病房通風(fēng)系統(tǒng)開啟，單個(gè)樣品取樣時(shí)間15 min，取樣體積約2 m3，2個(gè)治療周期共采集12個(gè)樣品。有組織排放取樣點(diǎn)設(shè)在病房排風(fēng)口處，單個(gè)樣品取樣時(shí)間約35 min，取樣體積約4 m3。2個(gè)治療周期共采集6個(gè)樣品，測(cè)量結(jié)果列于表2。

由表2測(cè)量結(jié)果可知，甲癌治療病房及其排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放的I-131活度濃度比通風(fēng)柜內(nèi)低兩個(gè)量級(jí)。治療病房?jī)?nèi)I-131活度濃度的高低與給藥量大小有一定關(guān)系，給藥量5.55×109Bq的病房?jī)?nèi)I-131活度濃度為5.15×102～9.01×102Bq/m3，均值為(7.15×102±0.018) Bq/m3。給藥量3.70×109Bq的病房?jī)?nèi)I-131活度濃度為2.84×102～7.26×102Bq/m3，均值為(4.42×102±0.048) Bq/m3。甲癌治療病房排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放的I-131活度濃度范圍為5.64×102～1.45×103Bq/m3，均值為(8.44×102±0.05) Bq/m3。

2.3 病房窗外空氣中I-131活度濃度

選取與衰變池和高活室距離最遠(yuǎn)的病房，在病房窗外設(shè)取樣點(diǎn)，單個(gè)樣品取樣時(shí)間30 min，取樣體積約3 m3。2個(gè)治療周期共采集6個(gè)樣品，測(cè)量結(jié)果列于表3。由表3結(jié)果可知，甲癌治療病房窗外空氣中I-131活度濃度為3.10×10-1～4.2×10-1Bq/m3，均值為(3.78×10-1±0.027) Bq/m3。

表2 甲癌治療病房及其排風(fēng)系統(tǒng)排放空氣中I-131活度濃度測(cè)量結(jié)果Table 2 I-131 activity concentration measurement results of the air sampled inside the thyroid cancer treatment ward and from its outlet

表3 甲癌治療病房窗外空氣中I-131活度濃度測(cè)量結(jié)果Table 3 I-131 activity concentration measurement results of the air sampled outside the window of the thyroid cancer treatment ward

2.4 衰變池周圍空氣中I-131活度濃度

在3個(gè)衰變池蓋板上方分別選取3個(gè)取樣點(diǎn)同時(shí)取樣。2個(gè)治療周期共采集18個(gè)樣品，測(cè)量結(jié)果列于表4。由表4結(jié)果可知，衰變池上方空氣中I-131活度濃度范值為8.28×10-2～2.95 Bq/m3，均值分別為(8.89×10-1±0.039)、(1.16±0.013)、(1.19±0.065) Bq/m3。

表4 衰變池周圍空氣中I-131活度濃度測(cè)量結(jié)果Table 4 I-131 activity concentration measurement results of the ambient air sampled around the decay tanks

2.5 I-31治療場(chǎng)所外空氣中I-131活度濃度

在I-31治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi)設(shè)3個(gè)取樣點(diǎn)同時(shí)取樣。單個(gè)樣品取樣時(shí)間2 h，取樣體積約14 m3。2個(gè)治療周期共采集18個(gè)樣品，測(cè)量結(jié)果列于表5。由表5結(jié)果可知，I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi)空氣中I-131活度濃度為4.90×10-3～4.33×10-1Bq/m3，均值分別為(7.13×10-2±0.047)、(1.06×10-1±0.028)、(1.38×10-1±0.087) Bq/m3。

表5 I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi)環(huán)境空氣中I-131活度濃度測(cè)量結(jié)果Table 5 I-131 activity concentration measurement results of the ambient air around the I-131 treatment site

3 討論

調(diào)查結(jié)果表明，I-131治療場(chǎng)所排放的放射性廢氣主要來自高活室內(nèi)通風(fēng)柜、治療病房通風(fēng)系統(tǒng)的有組織排放、以及衰變池縫隙泄漏和治療病房窗戶泄漏的無組織排放。I-131活度濃度由高至低依次為高活室通風(fēng)柜內(nèi)、通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放、甲癌治療病房有組織排放、甲癌治療病房?jī)?nèi)、衰變池上方、甲癌治療病房窗外。

通風(fēng)柜排風(fēng)系統(tǒng)和治療病房排風(fēng)系統(tǒng)有組織排放是I-131治療場(chǎng)所放射性廢氣排放的主要來源。通風(fēng)柜作為放射性藥品貯存、分裝設(shè)備，其排風(fēng)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注。應(yīng)加強(qiáng)流出物的監(jiān)測(cè)，以判斷排風(fēng)過濾器是否滿足要求。同時(shí)，為提高通風(fēng)系統(tǒng)的效率，該類房間面積不宜過大，不宜設(shè)置窗戶，避免揮發(fā)的放射性廢氣通過縫隙泄漏到外環(huán)境中。

無組織排放中，衰變池蓋板上方空氣中I-131活度濃度高于病房窗戶泄漏。對(duì)于多個(gè)獨(dú)立槽式排放的衰變池，由于其蓋板不能絕對(duì)保證密封，且蓋板通常是直接裸露在地面，衰變池內(nèi)揮發(fā)出來的放射性廢氣直接通過蓋板縫隙泄漏到環(huán)境中。因此，衰變池的密封設(shè)計(jì)、位置設(shè)計(jì)也應(yīng)給予關(guān)注和考慮。

病房窗外空氣中I-131活度濃度與I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi)空氣中I-131活度濃度持平。由此可見，除有組織排放外，病房?jī)?nèi)由患者呼出的氣體、蒸發(fā)的體液由門窗泄漏到周圍環(huán)境中的份額也值得關(guān)注。

考慮到I-131治療場(chǎng)所有組織排放設(shè)施一般位于場(chǎng)所建筑頂層，且高于周圍50 m范圍內(nèi)最高建筑3 m。對(duì)于近距離區(qū)域(I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi))空氣中I-131活度濃度應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注衰變池蓋板縫隙泄漏、治療病房門窗泄漏等各類無組織排放源的貢獻(xiàn)。

4 小結(jié)

對(duì)某醫(yī)院I-131治療場(chǎng)所放射性廢氣有組織排放和無組織排放源的調(diào)查結(jié)果表明，治療場(chǎng)所有組織排放是放射性廢氣排放的主要來源，其I-131活度濃度可達(dá)104Bq/m3。無組織排放源中，衰變池蓋板上方空氣中I-131活度濃度可達(dá)幾個(gè)Bq/m3，甲癌治療病房窗外空氣中I-131活度濃度約為10-1Bq/m3，與I-131治療場(chǎng)所周圍50 m范圍內(nèi)空氣中I-131活度濃度持平。因此，評(píng)價(jià)I-131治療場(chǎng)所周圍近距離區(qū)域的環(huán)境影響時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注衰變池蓋板縫隙泄漏、治療病房窗戶泄漏等無組織排放源的貢獻(xiàn)。