PETtrace880回旋加速器放射防護設計

王一達

摘要：依據PETtrace880回旋加速器的工作原理及相關放射防護標準，對PETtrace880回旋加速器室主要場所的放射防護進行探討，設計了PETtrace880回旋加速器室相應的放射防護方案，驗證了PETttaee880帶屏蔽的回旋加速器主要場所的屏蔽放射防護設計均符合要求。

關鍵詞：回旋加速器;放射;防護;屏蔽計算

近年來，隨著醫療水平的不斷發展，PET/CT得到越來越多的臨床應用。而分子顯像PET/CT所需的示蹤劑半衰期都比較短，因此，醫用回旋加速器在醫院也越來越得到廣泛的應用。而醫用回旋加速器在轟擊生產時會產生大量的放射性輻射（中子輻射和光子輻射），所以需要做好相應的放射防護工作。本文主要針對帶有自屏蔽系統的PETtrace880回旋加速器室在建設中的放射防護進行分析和探討，以期能以最優化的方式保障工作人員及公共的健康防護。

一、回旋加速器的基本情況及主要參數

PETtrace880是一套完整的、全自動的生產PET用的正電子藥物系統，是新穎設計的緊湊的負離子回旋加速器，采用立式磁體設計，配置自屏蔽體，能加速質子到16.5McV。引出質子束流強度最大130μA，單靶轟擊18O-H2O制備18F單次最大產率要求2.59×1011Bq（7Ci），時長單次為120min。

二、回旋加速器放射性藥物生產過程

回旋加速器在每次正式制備放射性同位素時，首先在靶腔內注入照射物質，以一定的束流轟擊一定的時間（視所需制備量而定）后，將制備的核素通過專用防護管道系統，在氦氣或氬氣推動下輸送至熱室的藥物合成器內，進入藥物合成系統，再用高純氦氣或氬氣將藥輸送管道吹干。回旋加速器在生產放射性核素的同時伴隨產生大量中子及粒子，成為瞬時輻射源。高能帶電粒子直接轟擊加速器有關部件導致有關部件被活化，同時中子在慢化吸收過程中對相關部件產生中子活化。

三、回旋加速器室放射防護設計

（一）回旋加速器機房設計

PETtrace880回旋加速器帶自屏蔽系統。回旋加速器本體的外形尺寸（長×寬×高）為1900mm×1700mm×2100mm，重量為20t，回旋加速器的自屏蔽體外形尺寸（長×寬×高）為4800mm×3150mm×2800mm，重量為47t。回旋加速器機房設計長8：8m ×寬8m×高4.65m（凈高），機房四周、頂部采用600mm厚混凝土進行屏蔽，混凝土密度為2.35g/cm3。加速器機房設置防護門，具有10mm鉛+200mm聚乙烯（含硼8%）+10mm鉛防護效果。回旋加速器機房建筑設計參數見表1。

（二）傳輸管溝設計

加速器生產的放射性物質通過專用管道傳輸至加速器機房配套的熱室合成柜底部，專用管道尺寸為100×100mm，在地溝內敷設蓋板，蓋板為鉛板，具備60mm鉛當量防護效果。放射性物料傳輸地溝示意圖見圖1。

（三）通風系統設計

根據《粒子加速器輻射防護規定》GB5172-85中3.4.1規定，排放有毒氣體（如臭氧）和氣載放射性物質，加速器設施內必須設有通風裝置。加速器室設管道離心風機，通過管道離心風機保持通風換氣，排出放射性氣體、臭氧和氮氧化物，根據《醫用電子加速器衛生防護標準》（GBZ126-2002）的要求，加速器機房通風換氣次數應達到每小時4次。加速器室獨立一根排風管道，排風管道內口位于機房內與入口成對角，距離室內地面約0.5m高，有利于加速器室內空氣流動，避免形成死角;管道成U型下穿機房墻體，再延伸至室外，排放口設置在高于本棟建筑物屋頂3m處，廢氣通過終端過濾裝置后（玻璃纖維紙，過濾率99.9%）排入大氣。

（四）排水設計

回旋加速器機房產生的廢水為低放廢水，回旋加速器基坑內、冷水控制閥附近、一級水冷機附近設置不銹鋼管收集各排水點排水，接口嚴密焊接，防止滲漏。加速器室室外設置廢水收集衰變處理設施，衰變處理設施有效容積按半衰期最長的核素10個半衰期的容積設計。廢水衰變處理設施按三格設置，一格集水，兩格交互衰變處理，一格進水時另一格進行衰變處理。結構采用鋼筋混凝土結構，內敷環氧樹脂防腐防護。處理后經檢驗滿足排入城市下水道水質要求后排入排水管網。

（五）回旋加速器機房輸助防護設施

1.安全聯鎖系統

加速器防護門與加速器的高壓設置聯鎖，當防護門未關閉到位時，加速器無法開啟高壓進行出束;當加速器工作時誤操作打開防護門時，加速器立即停止出束;控制臺和大廳門鑰匙控制;輻射報警燈和聲音報警與加速器準備出束狀態聯鎖，準備出束時發出警示;輻射劑量監測與門聯鎖;火災報警儀與加速器聯鎖、與通風設置聯鎖。

2.固定式劑量監測系統

加速器機房防護門內、外均設置固定式劑量監測探頭，當探測到機房內劑量率超過設置閾值時，加速器防護門外有聲光報警，同時控制室內操作臺上和加速器機房防護門口有劑量率實時顯示。

（六）工作人員防護

工作人員需配備一些輔助防護用品和檢測儀器。防護用品主要有鉛衣、鉛帽、鉛圍脖、鉛手套、鉛眼鏡等。檢測設備主要有手持式輻射監測儀、γ能譜儀、表面污染測量儀、個人劑量計、電離室巡測儀、個人劑量報警儀、便攜式中子測量儀等。

四、回旋加速器機房屏蔽計算及防護效果

（一）計算公式

加速器機房各屏蔽墻體以及防護門表面劑量率。計算公式如下：

式中門腸為回旋加速器室外關注點劑量率，單位為微希沃特每小時（μSv/h）;

r0—為參考點距靶心的距離，單位為米（m）;

R—為屏蔽墻外30cm關注點距靶心的距離，單位為米（m）;

Hn—為參考點r0處的中子劑量率，單位為微希沃特每小時（μSv/h）;

Hγ—為參考點r0處的γ射線劑量率，單位為微希沃特每小時（γSv/h）;

TVLn—為中子射線的什值層厚度，單位為厘米（cm）;

TVLγ—為γ射線的什值層厚度，單位為厘米（cm）;

X—為屏蔽墻厚度，單位為厘米（cm）。

（二）屏蔽計算及防護效果

PETtrace880型回旋加速器是自屏蔽的放射性同位素生產系統。PETtrace880型回旋加速器自屏蔽由內外兩層組件組成。內層厚度為30cm，是鉛、壞氧樹脂和碳化硼組成的高密度鑄體，該層能衰減1～2MeV的中子能量并吸收大部分靶核反應的下輻射以內及內層粒撞擊產生的熱中子。外層屏蔽體厚度為70cm，由聚乙烯和碳化硼及承載混凝土構成，其主要目的是慢化中子，最終在硼材料中吸收中子，并使得加速器中產生的次級γ輻射衰減到最低。加速器生產廠家給出了加速器表面處γ輻射劑量率和中子劑量率分布圖，見圖2、圖3。

由圖2、圖3可知，從保守角度考慮，計算加速器機房表面的γ、中子劑量率均選擇其最大值，即加速器表面1m處γ射線、中子劑量率均取為82μSv/h。

表2給出此狀態下，不同屏蔽材料對γ射線和中子的什值層。

由公式①可計算出回旋加速器機房屏蔽墻體、防護門表面劑量率，計算結果見表3。

由表3計算結果可知，回旋加速器束流為雙靶130μA的最大工況下，中子、γ射線對機房屏蔽墻體、防護門外最大附加劑量率為1.032μSv/h，小于2.5μSv/h，滿足《粒子加速器輻射防護規定》（GB5172-1985）相關限值要求。

五、結論及建議

PETtrace880回旋加速器機房四周墻壁、防護門和天花板的設計厚度均能滿是屏蔽防護要求。加速器機房屏蔽墻和防護門施工質量如能達到設計要求，加速器對外環境輻射劑量可控制在年有效劑量管理值以下。回旋加速器室只要經過嚴格的設計和施工，是可以保障周圍環境和工作人員的安全。

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