2024年4月20日发(作者：笔记本键盘坏了一个键)

15MV高能电子直线加速器机房门屏蔽理论计算和防护效果

验证对比研究

王志斌;吕扬阳;张洋;温涵泳;刀鸿威;向莹;余冉冉

【摘 要】目的:比较国内外高能电子直线加速器机房门屏蔽规范,寻求最优化的防护

门屏蔽设计方法.方法:采用国标GBZ/T 201.2—2011《放射治疗机房的辐射屏蔽

规范第2部分:电子直线加速器放射治疗机房》、NCRP 151号报告和IAEA 47号

报告3种规范对15 MV高能电子直线加速器机房门进行屏蔽理论计算,并与实际的

迷路外入口辐射水平和机房门防护效果进行对比验证.结果:机房防护门中子屏蔽3

种理论计算与验证检测基本一致,需含硼(0.5％)聚乙烯屏蔽厚度是101～109 mm.

光子铅屏蔽厚度差别较大,依次是36、64、14 mm,验证检测只需12 mm.结论:3

种理论计算结果都能满足屏蔽要求,但按照屏蔽设计防护最优化原则,IAEA 47号报

告计算方法比较符合实际需要.

【期刊名称】《医疗卫生装备》

【年(卷),期】2018(039)008

【总页数】5页(P43-46,50)

【关键词】高能电子直线加速器;机房门屏蔽;屏蔽设计;防护效果;加速器机房

【作 者】王志斌;吕扬阳;张洋;温涵泳;刀鸿威;向莹;余冉冉

【作者单位】广州军区疾病预防控制中心,广州 510507;广州军区疾病预防控制中

心,广州 510507;广州军区疾病预防控制中心,广州 510507;广州军区疾病预防控制

中心,广州 510507;广州军区疾病预防控制中心,广州 510507;广州军区疾病预防控

制中心,广州 510507;广州军区疾病预防控制中心,广州 510507

【正文语种】中 文

【中图分类】R318.6;TH774

0 引言

目前，国内关于电子直线加速器放射治疗机房的辐射屏蔽设计主要采用国家标准

GBZ/T 201.2—2011《放射治疗机房的辐射屏蔽规范 第2部分：电子直线加速器

放射治疗机房》1]、NCRP Report No.151报告（以下简称“NCRP 151 号报

告”）[2]和 IAEA Safety Repots Series No.47报告（以下简称“IAEA 47号报

告”）[3]3种规范。3种规范关于屏蔽墙体和低能加速器（≤10 MV）机房入口防

护门的屏蔽设计方法基本一致；由于高能加速器（＞10 MV）机房内会产生中子，

对其机房入口防护门的屏蔽设计方法存在差异。本文采用以上3种屏蔽规范对高

能加速器机房入口防护门进行屏蔽计算，并采用验证检测的方式进行对比分析，以

确定机房门辐射屏蔽设计最优化方法。

1 对象和方法

1.1 对象

选择一家三甲综合性医院，该医院肿瘤中心配备一台美国瓦里安CLINAC

2300C/D型15 MV高能电子直线加速器。该高能加速器的参数如下：（1）X线

能量：6/15 MV，电子线能量：6～20 MeV；（2）射线最大出射角：28°；（3）

最大剂量输出率：600 cGy/min；（4）最大照射野：40 cm×40 cm；（5）源皮

距（source skin distance，SSD）：100 cm。该加速器机房由治疗室和迷路组

成，所有屏蔽墙均采用密度为2.35 g/cm3的混凝土浇筑而成。主射束不朝向迷路，

加速器等中心位置距离北主屏蔽墙内面4 160 mm，距离南主屏蔽墙内面3 840

mm，距离西屏蔽墙内面3 700 mm，距离内迷路墙4 500 mm，距离地面1 295

mm。机房内高4 300 mm，迷路内墙厚1 200 mm，迷路内入口宽2 400 mm，

迷路外入口宽2 200 mm，迷路内入口至迷路外入口距离8 450 mm。机房防护

门为2 mm钢板+6 mmPb铅板+100 mm石蜡+40 mm含硼（0.5%）聚乙烯

+6 mmPb铅板+2 mm钢板。机房设计参数如图1所示。

图1 高能加速器机房平面图（单位：mm）

1.2 方法

1.2.1 理论计算方法

对于高能加速器（＞10 MV），迷路外入口处剂量一般由3个部分组成：一是中

子俘获γ射线剂量，二是泄漏和散射辐射剂量，三是中子剂量。加速器机房防护

门的厚度根据迷路外入口处剂量进行核算，计算参数如图2所示。

1.2.2 迷路外入口处剂量计算方法

1.2.2.1 俘获γ射线剂量估算

图2 防护门屏蔽使用参数的机房平面示意图

在迷路内的俘获γ射线剂量取决于迷路长度和迷路内入口的总中子注量。总中子

注量由下式计算：

其中，φM是等中心处迷路内入口的总中子注量，（n/m2）/Gy，其中 n 指中子

数；QN是中子源强，取0.76×1012n/Gy；d1是等中心到迷路内入口的距离；S

是治疗室内表面总面积。

迷路外入口处中子俘获γ射线剂量率Hγ为

其中，6.9×10-16是该方法中的经验因子，Sv/（n/m2）；d2是迷路内入口至机

房入口的距离；TVD是将γ射线辐射剂量减至其十分之一的距离，对于15 MV加

速器为3.9 m；Ho是等中心点处治疗X线剂量率。

1.2.2.2 迷路外入口处中子剂量估算

机房内的中子经迷路散射后在机房入口门外30 cm处无防护门时的剂量率Hn

（μGy/h）由下式计算：

其中，2.4×10-15是该计算方法中的经验因子，Sv/（n/m2）；S0是迷路内入口

截面积；S1是迷路横截面积；Tn是迷路中能量相对高的中子剂量衰减至十分之一

行径的距离，是一个经验值，与迷路横截面积有关，取值为

1.2.2.3 泄漏辐射和散射辐射估算

加速器机房防护门口的泄漏辐射和散射辐射主要有：患者散射后迷路墙二次散射在

迷路外入口处辐射剂量率HPS、主屏蔽墙有用线束散射后二次散射在迷路外入口

处散射辐射剂量率HS、机头泄漏散射在迷路外入口处辐射剂量率HLS、机头泄漏

辐射穿过内迷路在迷路外入口处的辐射剂量率HLH。

HPS计算公式如下：

其中，α是患者受照面积400 cm2的散射因子，取3.13×10-3；α1是迷路内入

口墙体散射系数，取9.0×10-3；dsca是靶中心至体表散射点距离，取1 m。

HS计算公式如下：

其中，α0是初级射线打在屏蔽墙上的初次散射系数，取1.8×10-3；αz是外迷路

墙的二次散射系数，取 8×10-3；dh是目标点到初次散射面的距离。

HLS计算公式如下：

其中，η是泄漏因子；α1漏是迷路内入口墙体漏射线散射系数，取5.01×10-3；

dLS是靶中心至迷路内入口距离。

HLH计算公式如下：

其中，B是迷路的泄漏辐射屏蔽透射因子。

加速器机房防护门口的泄漏辐射和散射辐射剂量率总计：其中，Hd是迷路外入口

处泄漏辐射和散射辐射剂量率；f是患者透射因子，对于15 MV高能加速器取

0.34。

1.2.3 机房门辐射屏蔽计算方法

机房门未屏蔽的辐射剂量率H未屏蔽为中子剂量率和光子剂量率的总和，即

1.2.3.1 GBZ/T 201.2—2011计算方法

入口门屏蔽设计时，该项目剂量率参考控制水平H控制为2.5 μSv/h，高能加速

器机房的迷路大于2.5 m，机房门的屏蔽主要针对中子和中子俘获γ射线。屏蔽中

子俘获γ射线的屏蔽材料厚度Xγ和屏蔽中子的屏蔽材料厚度Xn分别由公式（10）

和（11）计算：

其中，TVL为屏蔽γ射线的屏蔽材料（铅）的十分之一值层厚度，取31 mm。

其中，TVLn为屏蔽中子的屏蔽材料[含硼（0.5%）聚乙烯]的十分之一值层厚度，

取45 mm。

1.2.3.2 NCRP 151号报告计算方法

入口门屏蔽设计时，该项目剂量率参考控制水平H控制为2.5 μSv/h，高能加速

器机房的迷路大于2.5 m，机房门的屏蔽主要针对中子和中子俘获γ射线。Xγ和

Xn分别由公式（12）和（13）计算：

其中，TVLn取 45 mm。

1.2.3.3 IAEA 47号报告计算方法

迷路外入口处中子俘获γ射线和散射漏射的X线总剂量率H未屏蔽=Hγ+Hn，该

项目剂量率参考控制水平 H控制为 2.5 μSv/h。Xγ和 Xn分别由公式（14）和

（15）计算：

其中，TVL取61 mm。

其中，对于长度大于5 m的迷路，TVL取6 mm。

其中，对于长度大于5 m的迷路，TVLn取45 mm。

1.2.4 放射防护检测

根据放射防护检测要求，对迷路外入口处和机房防护门外两处中子俘获γ射线和

散射漏射的X线总剂量率以及中子剂量率进行检测。检测仪器：LB 6411型中子

剂量率检测仪（德国Berthold公司），9DP型加压电离室辐射检测仪（美国

Ludlum公司），均在检定有效期内使用。检测条件：15 MV X线，最大剂量输

出率600 cGy/min，最大照射野40 cm×40 cm，SSD为100 cm。

2 防护门屏蔽理论计算结果和验证检测结果

2.1 防护门屏蔽理论计算结果

GBZ/T 201.2—2011中机房门的屏蔽主要针对中子和中子俘获γ射线，IAEA 47

号报告中防护门的屏蔽主要针对俘获γ射线、泄漏和散射辐射X线以及中子，

NCRP 151号报告中机房门的屏蔽主要针对中子和中子俘获γ射线。3种方法中中

子屏蔽计算是一致的，但针对光子的屏蔽计算方法不同，屏蔽材料TVL的取值也

不同，因此防护门中子屏蔽厚度相似，但光子屏蔽厚度则不同。按照以上3种理

论计算方法进行计算，结果见表1。

2.2 验证检测结果

2.2.1 迷路外入口辐射检测结果

迷路外入口处俘获γ射线和散射漏射的X线总剂量率以及中子剂量率按照机架角

度从0、90、180和270°4个方向进行检测，0°是射线朝向地面方向，90°是射线

朝向机房门同侧墙方向，180°是射线朝向天花方向，270°是射线朝向迷路内口墙

方向。4个方向光子剂量率基本相同，中子剂量率270°方向略高，详见表2。

表1 高能加速器机房防护门3种屏蔽理论计算结果计算方法及屏蔽射线 剂量率/

（μ S v·h-1） 屏蔽材料T V L 计算屏蔽厚度/m m G B Z/T 2 0 1.2—2 0 1 1中子

俘获γ射线 1 4.1 铅3 1 m m 3 6中子 2 6 3.6 含硼（0.5%）聚乙烯4 5 m m 1

0 9 I A E A 4 7号报告泄漏和散射X线 1 8 1.5 铅6 m m 1 4中子俘获γ射线 1

4.1中子 2 6 3.6 含硼（0.5%）聚乙烯4 5 m m 1 0 5 N C R P 1 5 1号报告中子

俘获γ射线 1 4.1 铅6 1 m m 6 4中子 2 6 3.6 含硼（0.5%）聚乙烯4 5 m m 1

0 5

表2 高能加速器不同照射方向时迷路外入口剂量率检测结果μSv/h注：加速器出

束600 MU/min机架角度 光子剂量率 中子剂量率 总剂量率0° 1 0 7 1 9 2 2 9 9

9 0° 1 1 0 1 7 4 2 8 4 1 8 0° 1 0 5 1 9 4 2 9 9 2 7 0° 1 0 4 2 1 6 3 2 0

2.2.2 机房防护门辐射检测结果

用仪器对机房防护门外30 cm处俘获γ射线和散射漏射的X线总剂量率以及中子

剂量率进行检测，结果显示光子剂量率为2.46 μSv/h，中子未检出。

2.2.3 验证

高能加速器不同照射方向迷路外入口处检测俘获γ射线和散射漏射的X线最高总

剂量率为110 μSv/h，中子剂量率最高为 216 μSv/h。机房门外剂量率参考控制

水平H控制为2.5 μSv/h[4]，铅TVL取6 mm，含硼（0.5%）聚乙烯中的TVL

为45 mm。计算防护门屏蔽需要12 mmPb铅板+101 mm含硼（0.5%）聚乙烯。

机房防护门实际屏蔽为：2 mm钢板+6 mmPb铅板+100 mm石蜡+40 mm含

硼（0.5%）聚乙烯+6 mmPb铅板+2 mm钢板。

3 讨论

加速器机房的通道通常采用迷宫式设计，主要用来降低加速器机房入口处辐射水平，

从而减小防护门屏蔽厚度。加速器机房外入口处辐射主要来自泄漏辐射、患者的散

射辐射、墙壁的散射辐射和加速器机头中或在机房内散射中产生的次级辐射，其中

次级辐射包括光中子和中子俘获γ射线。在防护门屏蔽设计中，只有当光子能量

大于10 MV时，才需考虑次级辐射光中子和中子俘获γ射线，因此低能加速器

（≤10 MV）和高能加速器（＞10 MV）防护门的设计存在较大差异[5]。高能加

速器机房内直接和散射光中子的平均能量约为0.34 MeV，迷路外入口处的平均能

量约为100 keV，散射漏射的X线平均能量约为0.5 MeV，中子俘获γ射线平均

能量约为3.6 MeV，在迷路短时最高能量可以达到10 MeV。

高能加速器迷路外入口处的俘获γ射线、散射漏射的X线和中子的剂量及其平均

能量与加速器型号、治疗室内等中心处X线能量与剂量、治疗条件中的照射野大

小、有用线束方向、迷路结构类型等诸多因素有关[6]。本文在等中心最高剂量率、

最大照射野条件下，采用不同有用线束方向评估加速器迷路外入口处周围剂量当量。

IAEA 47号报告关于防护门屏蔽设计中对散射漏射的X线剂量、中子剂量以及中

子俘获γ射线剂量进行了综合计算，迷路短时铅TVL取61 mm，当迷路长度大于

5 m时，俘获γ射线能量更低，建议铅TVL取6 mm；迷路外入口处中子的平均

能量约为100 keV，含硼（0.5%）聚乙烯中的TVL为45 mm。

NCRP 151号报告认为，由于在混凝土中中子俘获γ射线的平均能量约为3.6

MeV，在迷路短时最高能量可以达到10 MeV，当迷路内墙长度大于2.5 m时，

光子射野中的主要成分是中子俘获γ射线，而散射和漏射光子部分则可以忽略，

因此高能加速器机房门的屏蔽主要是针对中子俘获γ射线和光中子。建议铅TVL

取61 mm，含硼（0.5%）聚乙烯中的TVL为45 mm。

GBZ/T 201.2—2011是马永忠等专家综合了NCRP 151号报告和IAEA 47号报

告的精髓，并结合实践编写的。该标准与上述2份报告最大的不同是用加速器有

用线束中心轴距靶1 m处的常用最高剂量率替代工作负荷。对高能加速器机房防

护门屏蔽设计原则与NCRP 151号报告一致，屏蔽主要是针对中子俘获γ射线和

光中子，并增加了泄漏辐射穿过迷路内墙对门的负荷（0.5 μSv/h）。建议铅TVL

取31 mm，含硼（0.5%）聚乙烯中的TVL为45 mm。

表1中高能加速器机房防护门3种屏蔽理论计算结果显示，机房迷路外入口中子

剂量率计算方法一致，含硼（0.5%）聚乙烯中的TVL也一致，屏蔽厚度是105～

109 mm。主要的差别在于迷路外入口光子计算方法不一致，铅TVL也不一致，

IAEA 47号报告

（▸▸▸▸）（◂◂◂◂）计算防护门需铅14 mm，NCRP 151号报告计算防护门

需铅64 mm，GBZ/T 201.2—2011计算需铅36 mm，差异较大。

McGinley等[7]研究显示，当加速器的准直器由最大尺寸调节到关闭位置或从射束

中移走散射体模时，迷路门外的光子剂量当量只会有轻微变化。表2中15 MV高

能加速器不同照射方向迷路外入口光子和中子剂量率水平只有轻微变化，与

McGinley等研究的结果一致。

验证检测的中子剂量率与3种理论计算方法结果比较接近，光子剂量率只有

104～110μSv/h，与IAEA 47号报告中的195.6 μSv/h相差近一倍，在2倍的安

全系数范围内。防护门外检测结果显示光子剂量率为2.46 μSv/h，中子未检出，

提示 12 mmPb 铅板+140 mm含硼（0.5%）聚乙烯的防护门可以满足屏蔽要求，

与IAEA 47号报告理论计算结果一致。

综上所述，通过高能加速器机房防护门3种屏蔽理论计算与验证检测比较，3种理

论计算结果都能满足屏蔽要求。NCRP 151号报告和GBZ/T 201.2—2011计算结

果偏保守，IAEA 47号报告虽然计算方法烦琐，但结果比较符合实际需要。

[参考文献]

【相关文献】

[1]北京市疾病预防控制中心.放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机

房：GBZ/T 201.2—2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

[2]National Council on Radiation Protection and ural shielding

design and evaluation for megavoltage x-and gamma-ray radiotherapy facilities：NCRP

Report No.151[R].Bethesda：NCRP，2005：65-104.

[3]ion protection in the design of radiotherapy facilities：safety reports series

No.47[R].Vienna：IAEA，2006：18-121.

[4]中国医学科学院放射医学研究所，四川省疾病预防控制中心.电子加速器放射治疗放射防护要求：

GB/Z 126—2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

[5]赵兰才，张丹枫.放射防护实用手册[M].济南：济南出版社，2009：346-357.

[6]赵新春，周艳，陈掌凡，等.医用加速器治疗室防护门辐射屏蔽厚度两种核算方法的探讨[J].中国

辐射卫生，2014，23（1）：14-19.

[7]MCGINLEY P，HUFFMAN K and neutron dose equivalent in the maze of a

high-energy medical accelerator facility[J].Radiat Prot，2000，17：43-46.