DB34∕T 3178-2018 超导回旋加速器 辐射屏蔽规范(安徽省).pdf

ICS 27.120.99 F 91 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 31782018 超导回旋加速器 辐射屏蔽规范 Superconducting cyclotron Radiation shielding specification 文稿版次选择 2018 - 08 - 08 发布 2018 - 09 - 08 实施安徽省质量技术监督局 发 布 DB34/T 31782018 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由合肥中科离子医学技术装备有限公司提出。 本标准由安徽省超导回旋加速器标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：合肥中科离子医学技术装备有限公司、中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院。 本标准主要起草人：雷明准、徐坤、宋云涛、陈永华、程鸣、陆坤、丁开忠、冯汉升、刘璐、徐淑玲、卯鑫、魏江华。 DB34/T 31782018 1 超导回旋加速器 辐射屏蔽规范 1 范围 本标准规定了超导回旋加速器辐射屏蔽的术语和定义、辐射剂量控制要求、屏蔽考虑因素、次级中子与屏蔽估算方法、辐射监测。 本标准适用于超导回旋加速器的辐射屏蔽。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GBZ/T 201.5 放射治疗机房的辐射屏蔽规范 第5部分:质子加速器放射治疗机房 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 使用因子 use factor U 初级辐射束(有用束)向某有用束屏蔽方向照射的时间与总辐照时间的比值。 3.2 居留因子 occupancy factor T 超导回旋加速器在出束时间内，各区域内受辐照人员的最大平均驻留时间与出束时间的比值。 3.3 工作负荷 workload W 表示使用辐射源的工作量，用年（周）工作负荷表示；对于质子放射治疗装置，常以年（周）累计出束的纳安时（nAh）描述。 3.4 屏蔽透射因子 shielding transmission factor DB34/T 31782018 2 屏蔽效果的一种度量，在辐射源与某位置之间有屏蔽和无屏蔽时，该位置处的辐射水平的比值。 3.5 十分之一值层 tenth-value layer TVL 进入某材料后辐射强度减弱至原始强度十分之一所需要的材料厚度。 3.6 周围剂量当量 ambient dose equivalent H*(d) 相应的扩展齐向场在ICRU球内逆齐向场的半径上深度 d 处所产生的剂量当量，简称剂量。 4 辐射剂量控制要求 4.1 剂量关注点选取原则 4.1.1 在存在放射源的房间屏蔽墙体外，距墙体外表面 30 cm 处 ，选择人员受照的剂量可能最大的位置作为关注点。 4.1.2 在距放射源的房间一定距离处,公众人员居留因子大并可能受照剂量大的位置也是需要考虑的关注点。 4.2 关注点的剂量率限值 4.2.1 屏蔽墙体外及存在放射源的房间入口外被保护区域的剂量率参考控制水平 剂量率应不大于下述所确定的剂量率参考控制水平.cH： a) 使用放射治疗周工作载荷、关注点位置的使用因子和居留因子，依据附录 A，计算得到的关注点位置的周剂量率参考水平 ： 1) 从事放射性工作的工作人员：； 2) 其他工作人员：。 b) 关注点位置的最高剂量率参考水平: 1) 人员居留因子的关注点位置：； 2) 人员居留因子的关注点位置：。 注：选取由 a）导出剂量控制率值和 b）中的最高剂量率参考控制水平 中的较小数值作为保护区域关注点DB34/T 31782018 3 的剂量参考控制比水平 .cH。 c) 按附录 A 计算求得由 a)和 b)的导出剂量率控制值，选择其中的较小者作为保护区域关注点的剂量参考控制水平 。 4.2.2 房顶区域剂量率限值 剂量率按下列情况进行控制： a) 在超导回旋加速器机房上方建筑物或治疗机旁邻近建筑物的高度超过自辐射源点到机房顶内表面边缘所张立体角区域时，距治疗机房顶外表面 30 cm 处和(或)在该立体角区域内的高层建筑物中人员驻留处，可根据屏蔽墙体后面保护区域的年剂量参考控制水平 、周剂量参考控制水平 ，按附录 A 求得关注点的导出剂量率参考控制水平加以控制； b) 除 a)的条件外，应考虑下列情况： 1) 天空反散射和侧散射辐射对机房外的地面附近和楼层中公众人员的辐照。 该项辐射和穿出机房墙体透射辐射在相应位置处的剂量率的总和，应按 a)确定关注点的参考剂量控制水平 加以控制； 2) 穿出机房顶的辐射对偶然到达机房顶外的人员的照射，以年剂量 250 Sv 加以控制； 3) 对不需要人员到达并且只有借助辅助工具才能进入的机房顶，考虑 1)和 2)之后，机房顶外表面 30 cm 处的剂量率参考控制水平可按 加以控制(可在相应位置处设置辐射告示牌)。 5 屏蔽考虑因素 5.1 质子相关参数 超导回旋加速器的相关参数： a) 质子束流损失的位置和方向； b) 质子的能量范围； c) 质子的束流强度范围。 5.2 需要屏蔽的辐射类型 高能质子打靶会产生次级质子、蒸发中子、级联中子和 射线。在最高质子能量情况下，超导回旋加速器系统的墙体屏蔽只需考虑级联中子， 防护门的屏蔽则应考虑级联中子、 蒸发中子以及由中子产生的俘获 。在屏蔽估算时，还应考虑质子放射治疗系统部件的屏蔽作用。 5.3 使用因子 使用因子 U 考虑了中子分布对质子束方向影响，使用如下数量： DB34/T 31782018 4 a) 辐照空间(如超导回旋加速器室和束流输运区)以外的地方，U=1； b) 辐照空间内的中子分布取决于质子束方向，在束流输运的正交方向，0.25U1。 5.4 居留因子 不同场合的居留因子如下： a) 对于全居留场所，T=1。适用于专职暴露在辐射相关工作人员的辐射控制区域和那些需要长时间逗留的工作辐射控制以外的区域(如办公室， 控制室， 护士站、 咨询台和治疗计划区等)。 T=1的取值考虑到专职放射工作人员在各个可能暴露在辐射下的居留区内的工作时间， 如有人护理的候诊室及周边建筑物中的驻留区； b) 对于部分居留场所，T 为 1/2 到 1/5 之间。T=1/2 适用于相邻的治疗室、与屏蔽室相邻的病人检查室；T=1/5 适用于走廊、职员的休息室； c) 对于偶然居留场所，T 为 1/8 到 1/40 之间。T=1/8 适用于超导回旋加速器机房和各治疗室的房门；T=1/20 适用于公厕、储藏室、病人滞留区、无人护理的候诊室、自动售货区和门岗亭等；T=1/40 适用于仅有来往行人/车辆的户外区域、无人看管自动卸货/卸客区域、楼梯和无人看管的电梯。 5.5 工作负荷 见附录A.1。 6 次级中子与屏蔽估算方法 6.1 次级中子源项 6.1.1 假设距离中子源 1 m 处的构想元件与中子源之间没有屏蔽结构，并考虑能量和角度的影响，次级中子在构想元件上引起的当量剂量率为 ， 是有用束流被破坏引发的次级中子通量 所引起的当量剂量率。质子打靶的次级中子产额按式(1)计算： . (1) 式中： Q 次级中子产额 Cm 材料修正因子，对于水、高分子聚合物、石墨等，Cm =0.63，对于铜、铁等，Cm =1.7； E 质子能量，单位为兆电子伏特（MeV）； E0 基准能量，1000 MeV。 6.1.2 次级中子的发射并不是各项同性的，次级中子通量按式(2)计算： . (2) 式中： 表示距离靶结构 1 m 的中子通量，单位为 1/m2； DB34/T 31782018 5 次级中子与质子束发射方向的相对角度， ； 单位角度，1。 利用转换因子 C 实现中子通量 与当量剂量的换算，转换因子 C 的值取决于中子能量的大小，转换因子在 10 pSvcm2(热中子对应的值)到 600 pSvcm2(中子能量为 20 MeV 对应的值)之间。当中子能量大于 20 MeV 时，转换因子 C 的值显著下降。转换因子 C 值见式(3)： . (3) 在中子能量低于 1 MeV 和高于 50 MeV 的区域，转换因子明显小于 400 pSvcm2。式(3)中指定值是一个保守的计算值。 利用式(2)和(3)得到离靶 1 m 距离的当量剂量率见式(4)： . (4) 式中： 当量剂量率，单位为希沃特每小时(Sv/h)； 质子束流强度，单位为秒分之一(1/s)。 6.2 通用计算方案 屏蔽墙体后面的当量剂量率按式(5)计算： . (5) 式中： TVL 十分之一值层，单位为(cm)； x 等效墙体厚度，单位为(cm)； ai 源到计算点的距离，单位为(m)； 单位距离，1 m。 注：屏蔽墙体与质子入射方向同向时指数取 2，与质子入射方向的反向时指数值取 1.5。 TVL 的值与屏蔽材料、质子能量、入射质子与出射中子的相对角度有关，按式(6)计算： . (6) 式中： 质子能量为 1000 MeV 时，材料对质子产生的次级中子的十分之一值层，单位为(cm)，见附录B； DB34/T 31782018 6 角度修正系数，时，； 时， ； 时， ；时，。 6.3 天空反散射估算 估算方法参照 GBZ/T 201.5。 6.4 穿墙管道中子剂量率计算 质子束与屏蔽墙体平行时，未受屏蔽的中子进入通道，并沿通道方向发生多次散射。 图中： 质子束入射方向与中子发射方向的相对角度； 1 靶的位置； 2 质子束入射方向。 图1 屏蔽墙体通道的示范性描述 类似结构的屏蔽透射因子按式（7）估算： . (7) 式中： TFw 屏蔽透射因子； 中子发射方向与质子束入射方向的最大相对角度，单位为()； 65； D 墙体厚度，单位为(m)； A 通道截面积，单位为(m2)。 式(7)适用于 ；当 时，按 计算；当时，中子可以经过通道而剂量不被减弱，此种情况只通过迷道结构实现辐射屏蔽。 屏蔽墙体通道出口处剂量率按式(8)估算： . (8) 式中： 受到屏蔽作用时，管路出口截面位置的剂量率，单位为希沃特每小时(Sv/h)； DB34/T 31782018 7 管路入口截面位置的剂量率，单位为希沃特每小时(Sv/h)。 6.5 迷道计算 迷道式辐射防护结构由多条边组成(见图2)，每相邻两条边互相垂直， 图中： 1 束流入口位置； 2 束流出口位置； Ai 第 i 段迷道的截面积，单位为(m2)； Li 第 i 段迷道的长度，单位为(m)。 图2 三条侧边迷道示例 通过迷道墙体的散射作用有效屏蔽中子辐射，迷道结构的屏蔽透射因子按式(9)估算： . (9) 式中： S 中子散射系数，取 0.7； 迷道式结构在对中子削弱之后的剂量率按式(10)估算： . (10) 式中： 经过迷道结构后的剂量率，单位为希沃特每小时(Sv/h)； 未受衰减的中子场在进入迷道结构前的剂量率，单位为希沃特每小时(Sv/h)； 屏蔽透射因子。 7 辐射监测 参照 GBZ/T 201.5。 DB34/T 31782018 8 A A 附 录 A （资料性附录） 导出剂量率参考控制水平 A.1 周工作负荷（Ww）与周治疗时间（tw） 假设每个治疗室的工作量为 15 人/天，每周工作5天，平均每人每野次治疗剂量为 2.0 Gy，平均每人治疗照射4野次，周工作负荷 Ww =1552.04=600 Gy/周。 设等中心处治疗模型内参考点的常用最高吸收剂量率为 D0（Gy/min），周治疗时间 tw 按(A.1)计算： . (A.1) 当 时，平均每名患者治疗照射时间为 1.0 min。相应 Ww = 600 Gy/周，周治疗时间 为 300 min，即 5.0 h。 A.2 导出剂量率参考控制水平 关注点的周剂量参考控制水平为 时，该关注点的导出剂量率参考控制水平 按式（A.2）计算： . (A.2) 式中： 周剂量参考控制水平见4.2.1的a)，单位为微希沃特每周（Sv周）； t 装置出束时间或者治疗照射时间，单位为小时(h)； U 有用线束向关注位置的方向照射的使用因子，如无特别说明 U =1； T 工作人员或公众在相应关注点驻留的居留因子。 对工作人员： ，t=5 h/周，T=1，； 对非工作人员：，t=5 h/周,，U=1, T=1，。 DB34/T 31782018 9 B B 附 录 B （资料性附录） 辐射屏蔽估算用所需的材料的 TVL0 值 B.1 不同材料的 TVL0 值 不同材料的 TVL0 值见表B.1 表B.1 不同材料的 TVL0值 材料 密度 g/cm3 TVL0 cm 普通混凝土 2.35 162 重晶石混凝土 3.2 139 铁 7.4 82 _