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医院放射科空调系统的辐射防护问题

发布时间:2015-10-08 14:01 作者: 来源:期刊论文投稿网

                                                      医院放射科空调系统的辐射防护问题

                                                                   冯   晓1   李伟军2

                                              (1核工业二三O研究所,湖南  长沙 410007)

                                               (2 南华大学,湖南  衡阳  420000)

 

摘 要:研究了在不同的计算方法下,空调系统风管穿墙的间隙防护材料厚度情况。计算表明,单纯采用经验公式法、层值计算法、查表法中的一种确定最佳厚度均有不足之处。在主射线方向角度从偏安全角度考虑,采用经验公式法更为合适。在次射方向区域采用对副屏蔽墙厚度进行优化比较计算,可以较好的消除泄漏、散射辐射对穿墙的间隙的影响。

关键词:医院放射科; 空调系统; 辐射防护; 屏蔽优化设计;

中图分类号: R144     文献标识码: A

 

 

0.引言

空调,是医院病房,特别是医用放射科病房的空气调节必不可少的工具之一,它不仅能有效地控制病房内的温度、湿度、空气洁净度,而且具有调节放射科病房的空气流通次数,提高室内空气品质, 防止细菌扩散, 减少交叉感染[1]。

在充分利用空调优点的同时,我们也注意到空调安装不完善所带来的问题,特别是在医用放射科病房,当风管穿越能产生射线设备房间的墙壁或楼板时, 射线会沿着管道缝隙泄漏出去,造成对工作人员和公众不必要的伤害,为此就应对风管及墙洞采取必要的防护措施。本文主要考虑同一射线,在不相同的计算方法下,通过分析比较,研究了机房空调系统辐射屏蔽防护厚度最佳厚度。

1. 物理模型

1.1、辐射屏蔽概述

医院医用放射科分为放射科、核医学科、放疗科。其中放射科,采用射线能量比较低的x射线治疗机进行诊断放疗;核医学科和放疗科,采用电子加速器以电子束形式产生高压射线或产生放射同位素来治疗或诊断出病变的部位,其射线能量比X射线治疗仪高。

当风管穿越以上能产生射线设备的房间墙壁或楼板时, 就应对风管及墙洞采取必要的防护措施。在实际工程中, 为防止射线外泄, 通常将排风管设计成迷宫式并在风管外面包裹一层防护材料(常用的防护材料为铸铁),在局部作成U 型、Z 型或者S 型,并封堵风管穿墙的间隙[2]。

1.2、辐射屏蔽计算

1.2.1初级射线的屏蔽计算

    指来自医用诊断直接发射的射线,其计算公式为[3];

------------------------------------------------------------(1)

方程中,其中:Sp: 主屏蔽墙厚度( cm ); U: 束定向因子; T: 居留因子; d: 焦点至计算点的距离( m ); P: 周剂量限制值; n: 安全参数。

W为有效工作负荷, 对有电流表的射线机, 其单位是mA.min/周, 对无电流表的射线机或射线治疗机, 其单位是Sv.m2/周。

1.2.2泄漏X射线需要屏蔽厚度

指穿过组装壳体的泄漏射线,与主射线相比,泄漏剂量率比主射线束发射剂量率要低得多。按照泄露射线的照射水平出厂时规定不超过同样距离上初级射线照射水平的a倍,则泄露射线需要屏蔽厚度可由初级射线的屏蔽的情况下加一约束条件,即:

--------------------------------------------------------------(2)

其一般情况下,出厂时规定了α不超过同样距离上初级X射线照射水平的百分比。其它同上。

1.2.3散射X射线的屏蔽计算

    指受有用射线束和泄漏辐射直接照射的照射对象、装置部件以及建筑物室壁的散射辐射,散射辐射的能量和剂量均比有用射线束的能量和发射剂量率要低。

---------------------------------------------------(3)

式中:d1为散射体,辐射源到病人体表的距离;

 d2为散射屏蔽: 散射线的屏蔽距离,其它同上;

s为病人体表最大受照面积。

1.2.4 副屏蔽墙厚度优化计算

把屏蔽与电子束入射方向夹角为90度的初级射线束的屏蔽墙叫做副屏蔽墙,其中副屏蔽墙主要考虑泄漏X射线和散射射线的情况。一般情况下,分别计算漏射线Sp和散射线SX所需的屏蔽厚度[4]:

0<Sp-SX<TVT,  则副屏蔽墙厚度为Sp+HVT(半值层减弱厚度)

Sp-SX>TVT>0,  则副屏蔽墙厚度为Sp

1.2.5 X射线的屏蔽计算厚度修正

   按照实际情况,防护材料更多的是采用铸铁材料,为此,铁门的厚度按照半值厚度之比折合,但是实际上铸铁的密度比铅小,只有7.2g/cm2,而铅为11.3g/cm2,因此需要加上密度修正。从而得到铁门厚[4]:

------------------------------------------------------(4)

1.3、经验公式计算法 

经验公式计算法实际上是把射线机的主要工作参数和设定的周剂量限值归纳为管电压(V)和剂量减弱倍数(K)之间的关系,可以用资料中提供的公式来综合计算主、副防护墙的屏蔽厚度(△) [5]:

--------------------------------------------------------------------(5)

式中, k1、k2和k3的取值见表1;K的计算方法分主射线和散杂射线两种,详细计算方法见文献[6]。

表1    经验公式中k1、k2和k3的取值情况一览表

 

1.4、方程的初始条件

文中采用了文献[5]的数据,即该房间有一台X射线治疗机, 管电压150 kV,

工作负荷1000mAmin/周, 管电流20mA, 主射线所对的墙壁离X 射线源的距离为4 m, 其他墙壁离射线源为2 m。

U为束定向因子, 一般地板取值为1, 墙壁取值为0.25; q为居留因子, 长期

居留的取值为1,部分居留的取值0.25; n为安全因子,取2。曝光面积400cm2, 受照物体上的曝光面积中心到考查点的距离0.5m,按照治疗机资料说明,α为3.4%。

1.5、计算结果及分析

   在采用上述提供的参数的情况下,可以通过计算,其结果如下表2、表3。

 表2 三种方法计算铅的屏蔽厚度                            

[注] *表示此计算结果为资料[1]中的结果。

表3 三种方法计算铸铁的屏蔽厚度                          

从表2可以看出,在通常医用射线诊断机的使用管电压条件下,用经验公式所得到的主防护墙屏蔽厚度最大;层值法所得的防护墙屏蔽厚度小于查表法、经验公式的计算结果。同时在采用层值法计算主屏蔽厚度时,如加上半值层减弱厚度,就可以和经验公式法、查表法较接近,因此,从主屏蔽安全角度出发,有必要在层值计算法所得结果上再加一半值层厚度。

在资料[1]中,没有对副屏蔽墙厚度进行优化比较计算,是计结果偏小的主要原因,因此,从偏安全角度出发,可能有必要在查TVT表计算法的结果后,再对副屏蔽墙厚度进行优化比较计算。

表3是风管穿墙的间隙防护材料的计算结果,可以看出,在实际设计时,应考虑使用的实际材料来确定需要的理想厚度。

3.结论

     本文给出了通常医用射线诊断机的使用管电压条件下,不同方法下,风管穿墙的间隙防护材料最佳厚度的情况。结果表明,单纯采用经验公式法、层值计算法、查表法中的一种确定最佳厚度均有不足之处。

在主射线方向角度从偏安全角度考虑,采用经验公式法更为合适。在次射方向区域采用对副屏蔽墙厚度进行优化比较计算,可以较好的消除泄漏、散射辐射对穿墙的间隙的影响。

     在理论计算模型中,对主漏散射线只进行了局部范围内的计算比较, 在求解由于散射辐射和泄漏辐射角度时,近似地对它进行了线性化处理,这在射线的能量不是很大时是比较合适的,同时我们在做理论模型分析时,没有考虑漏射的影响等实际情况的影响,这将在以后的工作中进行。

参考文献:

[1]唐志国,医院放射科空调系统的辐射防护问题[J], 制冷,2005,24(2): 47-52

[2]曾自力, 医用加速器治疗室屏蔽防护简易计算方法应用价值的探讨[J], 中国

辐射卫生,2007,16(6): 174-176

[3]谢萍; 陈掌凡; 张会敏,等,某医院15M V医用电子加速器机房的屏蔽防护计

算 [J], 中国辐射卫生,2009,,18(3): 312-315

[4] 张力, 高林峰, 吴水龙,等,电子束辐照装置迷路出口处的防护剂量计算[J],中

国辐射卫生 ,12(4):278-279. 

[5]陈敬忠,工业探伤x射线机房屏蔽审核计算方法[J].核技术,1993,9(16) : 

558—561.

The  Radiation  Protect  Problem  of  Air-conditioning 

 of  The  Hospital Department

                               Feng   Xiao  

 

( Geology Bureau, CNNC, Hunan, ZhangSha 41007  P.R.China)

Abstract:Solve the optimum thickness of the protective materials of the wind pipe wall with the Different methods.it is shows that An optimum thickness are inadequate to determine in the Experience method, the table and TVT method. in the main beam direction angle, using the empirical formula method is more appropriate from safe angle; In the direction of the auxiliary,using the Optimization calculation method is more appropriate. It can be well eliminate the leakage,scattering radiation gap on the wall.

Keywords:Air conditioning system; Radiation protect; Theoptimum design for the shielding protection;

 

 

 

 

 

 

 

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