輻照室穿墻布線孔洞位置設(shè)計(jì)的初步探討

魯旭尉，譚劍鋒，周新（通信作者）

湖南省腫瘤醫(yī)院·中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院 （湖南長(zhǎng)沙 410013）

輻射是指一束微觀粒子的發(fā)射過程，可以傳遞能量。電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱，具有波長(zhǎng)短、頻率高、能量高的特點(diǎn)。在接觸電離輻射的過程中，如防護(hù)不當(dāng)，人體受照射的劑量超過一定限度，則電離輻射能夠通過損傷細(xì)胞的DNA 分子，使體細(xì)胞和生殖細(xì)胞發(fā)生變異或死亡，從而引起功能障礙、不孕、腫瘤、遺傳異常等，使人體受到一定的危害[1]。因此，為保護(hù)從事放射性工作人員和廣大公眾的健康與安全，同時(shí)允許正當(dāng)照射的必要活動(dòng)，促進(jìn)放射性技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，國(guó)家制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。輻射防護(hù)三原則為最基本的標(biāo)準(zhǔn)，即實(shí)踐的正當(dāng)性原則、劑量限制和潛在照射危險(xiǎn)限制原則、防護(hù)與安全的最優(yōu)化原則[2]。無論以何種方式利用放射性技術(shù)，其輻射防護(hù)均應(yīng)遵循輻射防護(hù)三原則，所有機(jī)構(gòu)均不例外。

放射源是指能發(fā)射電離輻射的物質(zhì)或裝置，能夠釋放各種電離輻射的物質(zhì)或裝置均可視為放射源。放射源可以分為天然放射源與人工放射源，其中人工放射源可以分為醫(yī)療照射放射源、公眾照射放射源以及職業(yè)照射放射源等[3]。大部分用于γ 探傷、放射治療和輻射加工的人工放射源放射性強(qiáng)度大，可能危害從事放射性工作人員和廣大公眾的健康與安全，需要專用的輻照室進(jìn)行屏蔽。輻照室一般位于建筑物的底層，用超過輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)厚度的墻壁保護(hù)工作人員和公眾的身體健康，如15 MV 醫(yī)用加速器的主屏蔽墻厚約2.6 m[4]。由于各種原因，在輻照室的墻壁上需要留置孔洞以備各種線纜穿過，而這些孔洞會(huì)影響屏蔽墻的防護(hù)功能，且目前各項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都未對(duì)在輻照室穿墻布線孔洞位置設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范，因此，各個(gè)使用單位在輻照室的屏蔽墻上穿墻布線孔洞位置設(shè)計(jì)無標(biāo)準(zhǔn)可依，各有不同，如某市級(jí)醫(yī)院放療中心的醫(yī)用加速器機(jī)房，為質(zhì)控測(cè)量中布設(shè)線纜方便，其穿線孔洞幾乎位于操作室內(nèi)操作臺(tái)與輻照室內(nèi)直線加速器之間，雖然其輻射劑量測(cè)量結(jié)果符合國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但我們認(rèn)為該穿線孔洞位置設(shè)計(jì)有悖輻射防護(hù)常識(shí)，卻又無標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)以否定其設(shè)計(jì)方案。本研究探究在輻照室穿墻布線并符合輻射防護(hù)三原則的方法。

1 材料與方法

選定一個(gè)核通公司的192Ir 后裝治療機(jī)及機(jī)房，后裝治療機(jī)機(jī)房見圖1。輻照室的防護(hù)墻為680 mm 厚的混凝土墻，在輻照室與操作室之間的屏蔽墻上預(yù)留一個(gè)直徑為8.3 cm 的圓柱狀布線孔洞，孔洞的中軸線（即圓柱體的中軸線）為孔洞延長(zhǎng)線。放射源為192Ir 伽馬放射源，半衰期為73.827 d，能量為0.355 MeV，屬于2類放射源，源強(qiáng)為6.313 Ci。測(cè)量?jī)x器為鄭州拓普儀表科技有限公司的SW83型射線檢測(cè)儀。

圖1 后裝治療機(jī)機(jī)房示意圖

首先測(cè)量操作室的輻射本底，然后根據(jù)《電離輻射防護(hù)與放射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》和美國(guó)輻射防護(hù)與測(cè)量委員會(huì)（National Council on Radiation Protection and Measurements，NCRP）報(bào)告中的要求，在輻照室外、屏蔽墻后30 cm處、距離孔洞延長(zhǎng)線240 cm處測(cè)量后裝治療機(jī)開機(jī)時(shí)的最高輻射劑量率，即屏蔽墻后的最高輻射劑量率，輻射劑量?jī)x分別位于操作室內(nèi)孔洞旁A、B、C 3個(gè)位置，放射源分別位于輻射室內(nèi)孔洞旁D、E、F 3個(gè)位置，測(cè)量最高輻射劑量率，見圖2。每種情況測(cè)量3次，每次測(cè)量時(shí)間為120 s，輻射劑量?jī)x的測(cè)量最大值為最高輻射劑量率。A、B、C 3個(gè)位置與墻面的距離均為30 cm，D、E、F 3個(gè)位置與墻面的距離均為100 cm，A、D位于孔洞延長(zhǎng)線上，AB、AC、DE和DF的長(zhǎng)度分別為8 cm、15 cm、25 cm和50 cm（距離孔洞延長(zhǎng)線近或遠(yuǎn)，是指放射源或輻射劑量?jī)x位于距離墻面的距離相同時(shí)，距離孔洞延長(zhǎng)線的長(zhǎng)度小為距離孔洞延長(zhǎng)線近，距離孔洞延長(zhǎng)線的長(zhǎng)度大為距離孔洞延長(zhǎng)線遠(yuǎn)）。

2 結(jié)果

操作室的輻射本底為0.17 μSv/h。開機(jī)時(shí)，屏蔽墻后面的最高輻射劑量率為0.19 μSv/h，遠(yuǎn)小于國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，與輻射本底相比，僅相差0.02 μSv/h，說明屏蔽墻的屏蔽效果非常好。

圖2 輻射劑量?jī)x與放射源位于輻射室內(nèi)的位置示意圖

放射源和輻射劑量?jī)x在不同位置時(shí)，測(cè)量的最高輻射劑量率見表1。

表1 放射源和輻射劑量?jī)x在不同位置測(cè)量的最高輻射劑量率（μSv/h）

由表1得出：（1）當(dāng)輻照室外的輻射劑量?jī)x位置固定時(shí)，放射源距離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)，輻照室外的輻射量越小，放射源距離孔洞延長(zhǎng)線越近，輻照室外的輻射量越大，當(dāng)放射源位于孔洞延長(zhǎng)線上時(shí)，輻照室外的輻射量遠(yuǎn)大于其他情況，測(cè)量值均超過國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（2）當(dāng)輻照室內(nèi)的放射源位置固定時(shí)，輻照室外的輻射劑量?jī)x位置距離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)，測(cè)得的最高輻射劑量率越小，輻射劑量?jī)x位置距離孔洞延長(zhǎng)線越近，測(cè)得的最高輻射劑量率越大，當(dāng)輻射劑量?jī)x位于孔洞延長(zhǎng)線上時(shí)，最高輻射劑量率的測(cè)量值遠(yuǎn)大于其他情況，均超過國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（3）當(dāng)放射源、輻射劑量?jī)x都遠(yuǎn)離孔洞延長(zhǎng)線時(shí)，受到的輻射劑量率最小，測(cè)量值遠(yuǎn)小于國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)；（4）當(dāng)放射源、輻射劑量?jī)x距離孔洞延長(zhǎng)線的距離較小時(shí)，受到的輻射劑量率較大，可能超過國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，而當(dāng)放射源、輻射劑量?jī)x都位于孔洞延長(zhǎng)線上時(shí)，受到的輻射劑量率最大，測(cè)量值遠(yuǎn)超過國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)。

3 討論

輻照室輻射到室外的射線來源為原射線、漏射線和散射線。原射線為未經(jīng)任何屏蔽的X 線，劑量率最大，危害也最大。漏射線經(jīng)過屏蔽墻的厚度越大，則劑量率越小。輻射到輻照室外的散射線主要經(jīng)過孔洞散射到室外，影響散射線劑量的因素較多，一般來說，射線與物體作用的次數(shù)越多，散射線劑量衰減的越小[5]。當(dāng)放射源位于不同位置時(shí)，X 線中原射線、漏射線到達(dá)輻照室外的路徑見圖3。

由圖3可知，當(dāng)放射源位于孔洞延長(zhǎng)線外時(shí)，原射線不能經(jīng)過孔洞到達(dá)輻射室外。只有當(dāng)放射源位于孔洞延長(zhǎng)線上，原射線才能經(jīng)過孔洞到達(dá)輻射室外，所以當(dāng)放射源位于孔洞延長(zhǎng)線上時(shí)，輻照室外的劑量遠(yuǎn)超過其他情況，孔洞及孔洞附近的輻射量超過國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.5 μSv/h 的控制目標(biāo)，需要避免此類狀況的出現(xiàn)。

圖3 放射源位于不同位置時(shí)，原射線、漏射線到達(dá)輻照室外的路徑示意圖

當(dāng)放射源位于孔洞延長(zhǎng)線外時(shí)，只有漏射線和散射線到達(dá)輻射室外。考慮孔洞的直徑遠(yuǎn)小于屏蔽墻的厚度，并且屏蔽墻的屏蔽效果非常好，最高輻射劑量率稍大于輻射本底，因此，可以忽略漏射線對(duì)輻照室外的劑量影響而僅考慮散射線對(duì)輻照室外的劑量影響。圖4為放射源分別位于E、F 點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過孔洞到達(dá)輻照室外的散射線的示意圖。

圖4 散射線到達(dá)輻照室外示意圖

由圖4可知：（1）對(duì)比E、F 點(diǎn)，F(xiàn) 點(diǎn)距離輻照室洞口的距離大于E 點(diǎn)距離輻照室洞口的距離，根據(jù)X 放射源輻射強(qiáng)度與離放射源距離的平方成反比定律，當(dāng)同一放射源位于F 點(diǎn)時(shí)，輻照室洞口位置的劑量率小于放射源位于E 點(diǎn)時(shí)；（2）如果放射源相同，則粒子的平均能量E 不會(huì)改變，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量Ψ（energy fluence）正比于粒子注量Φ（particle fluence）[4]，粒子注量Φ 正比于原射線進(jìn)入洞口的截面積，若洞口的面積為S，進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角為β，則洞口的截面積為S×sinβ，若洞口的面積S 不變，則原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量Ψ 正比于sinβ，放射源距離孔洞延長(zhǎng)線越近說明進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 及sinβ 越大，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量也越大，放射源距離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)說明進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 及sinβ越小，原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量也越小，若洞口的面積S 可以改變，則減小洞口的面積S 也減小了原射線通過洞口進(jìn)入孔洞的能量注量；（3）當(dāng)放射源分別位于E、F 點(diǎn)時(shí)，放射源距離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)，進(jìn)入洞口的原射線與洞口的夾角β 越小，原射線經(jīng)過孔洞到達(dá)輻照室外的散射線在孔洞中與屏蔽墻作用的次數(shù)越多，到達(dá)輻照室外的散射線劑量與輻照室洞口位置的劑量比值越小。

總之，放射源離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)，到達(dá)輻照室外的散射線越少。

由上述分析可知，當(dāng)孔洞存在時(shí)，到達(dá)輻照室外的射線主要來源于經(jīng)過孔洞的原射線和散射線，所以當(dāng)放射源位置固定時(shí)，在輻照室外，離孔洞延長(zhǎng)線越近，輻射劑量越大；離孔洞延長(zhǎng)線越遠(yuǎn)，輻射劑量越小。

根據(jù)輻射防護(hù)的三項(xiàng)基本原則，為使工作人員和公眾受到的電離輻射保持在可以達(dá)到的最低水平，由測(cè)量結(jié)果及分析可以得出設(shè)計(jì)輻照室穿墻布線的三條原則：（1）在輻射室，放射源可能經(jīng)過的位置不得位于孔洞延長(zhǎng)線上，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離孔洞延長(zhǎng)線；（2）在操作室，工作人員和公眾居留因子高的位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離孔洞延長(zhǎng)線；（3）根據(jù)輻射防護(hù)的最優(yōu)化原則，在滿足工作需要的前提下，孔洞面積應(yīng)盡可能的小。

在設(shè)計(jì)輻照室的過程中，雖然受工作要求和場(chǎng)地的限制，輻照室內(nèi)的放射源和操作室內(nèi)的操作臺(tái)位置調(diào)整范圍很小，但在設(shè)計(jì)建設(shè)輻照室的過程中合理設(shè)計(jì)穿墻布線的孔洞位置即可，無需增加迷道等其他屏蔽設(shè)施便可最大限度地降低穿墻孔洞引起的輻射危害；此外，不能僅考慮布線方便而將孔洞置于放射源與操作臺(tái)之間，而導(dǎo)致工作人員受到不必要的輻射；同時(shí)，當(dāng)放射源工作時(shí)，工作人員和公眾應(yīng)盡量減少在孔洞旁停留的時(shí)間，以免受到不必要的輻射損傷。雖然上文所述的某市級(jí)醫(yī)院放療中心的醫(yī)用加速器機(jī)房穿線孔洞位置使工作人員受到的輻射劑量符合國(guó)家輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但違反了輻射防護(hù)三原則中防護(hù)與安全的最優(yōu)化原則，需要進(jìn)行修改，如將醫(yī)用加速器機(jī)房穿線孔洞位置設(shè)于遠(yuǎn)離操作臺(tái)的房間角落，則工作人員所受到的輻射劑量無疑會(huì)小于原設(shè)計(jì)方案。

對(duì)于放射源不必位于輻照室中央的機(jī)房布局設(shè)計(jì)，放射源位置與孔洞的位置不應(yīng)位于屏蔽墻的同側(cè)，應(yīng)位于屏蔽墻的不同側(cè)，兩者的距離越大，孔洞引起的輻射危害越小，如后裝治療機(jī)和孔洞分別位于圖1 中A、B 不同的一側(cè)，操作臺(tái)位于操作室的中央，則可將孔洞引起的輻射危害控制在極低的范圍。