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科学设计确保辐射安全 发布时间: 2020-03-03 00:22:57 作者:本站编辑
用高能粒子束流来杀死癌细胞,这些粒子与我们老百姓常听到的“辐射”有什么关系?会对周围环境产生影响吗?会对在医院区域内的工作人员、病人带来辐射危害吗?如果发生意外,如何保证这些高能粒子不外泄?记者带着这些问题,采访了医院辐射防护设计的负责人、中国科学院上海应用物理研究所研究员夏晓彬。
  
  一断电,高能粒子就消失
  
  能量高、可调控,质子重离子这“两把刀”指向人体内的肿瘤,颇有锐不可当之势。可作为高能粒子,它们本身是有用的辐射,但也会产生有害的次级辐射。作为一家要运行几十年,不断产生高能粒子流的医院,它会成为一个污染环境的辐射源吗?
  
  针对这个老百姓关心的问题,夏晓彬首先肯定地说,质子重离子装置的辐射不会对环境造成污染。她解释,从直线加速器中产生开始,质子、重离子等高能粒子(即初级辐射)就完全在高封闭的真空管道中运行,直到最后从治疗室引出,用于消灭肿瘤,根本不会“跑”到环境中。但另一方面,有很一小部分的高能粒子会在运动过程中偏离真空轨道中心,撞上真空管壁或沿路的器件上,这样就会产生次级辐射。如果没有任何防护安全措施,这些辐射就可能到周边环境。
  
  另外,这些次级辐射还会与管壁外的空气发生作用而产生微量的感生放射性,感生放射性也是辐射危害之一,它们也有可能“跑”到环境中。夏晓彬说,“我们就是要确保这些有害辐射的剂量被控制在合理尽可能低的水平。高性能的装置,一定要高标准的安全。质子重离子装置的剂量管理目标值为每年2毫西弗,是国家标准要求的十分之一。”
  
  夏晓彬接着解释说,其实广义上辐射分很多种,比如手机电磁辐射、红外、紫外、微波等。上海市质子重离子医院的加速器产生氢离子(即质子)和碳离子两种高能粒子,它们所产生的有害辐射,从辐射分类上属于电离辐射。这些辐射与物质相互作用可以直接或间接地产生电离效应。质子重离子治疗装置的辐射虽然能量高,但与核电站反应堆所产生的“核辐射”不同,它完全是可控的——只要切断电源,那粒子的产生就会停止,主要的辐射也就消失了。
  
  多重系统保障辐射安全
  
  为确保上海市质子重离子医院辐射安全,医院委托中国科学院上海应用物理研究所的辐射安全专业团队科学设计了由辐射屏蔽系统、辐射安全连锁系统和辐射监测系统三大子系统构成的辐射安全系统。
  
  夏晓彬介绍,辐射屏蔽是整个辐射安全系统中非常重要和基础的部分,它从源头堵住了电离辐射。质子重离子装置的辐射屏蔽系统包括了主体屏蔽和局部屏蔽。“只要有高能粒子产生、经过的地方,根据地点、设备布局和用途的不同,都采取了妥善的屏蔽措施。”她说,例如高能粒子束流的出口——治疗室是防护的重点,因为只有在这里,粒子流不在真空管道里运行。所以,正对粒子出口的治疗室主墙采用了厚重的混凝土加钢板的组合式屏蔽结构。“这是考虑了最坏情况,即使束流全部损失,也可保证墙外世界不受粒子辐射的影响。”
  
  记者还了解到,在所有粒子流经过的地方,都有不同的辐射屏蔽措施,屏蔽所用到的材料也多种多样。比如,工程设计人员采用了钢砖、混凝土砖、石英砂、铁矿砂等不同材料,来科学有效地阻挡辐射,在节约成本的同时,也充分考虑了设备维护的方便性。同时,在所有设备接口处,都采用了迷宫式设计,以防止粒子逃逸。
  
  辐射安全连锁系统是质子重离子装置的辐射安全系统中非常关键的部分。该系统通过科学、系统、逻辑严密的设计和高安全等级系统的建设,有效防止加速器运行和患者治疗过程中,人们远离有害辐射。一旦有意外情况,及时中断高能粒子束流。
  
  除了上面谈到的辐射屏蔽和辐射安全连锁系统,整个医院区域还设计建立了一套灵敏的、全方位的实时辐射剂量监控系统,对医院辐射工作区域和园区环境的辐射剂量水平进行实时监控。夏晓彬说,其实,很多事件发生之前,往往会有一段时间的问题累积,因此这套实时监控系统的设置不仅在及时发现事故,还能更早地发现可能引发事故的一些端倪,比如辐射剂量水平的波动可能是因为束流损失偏大引起,就说明可能存在泄漏,因此维护工程师就应马上排查设备,消除隐患,无需等到事故出现。
  
  开门关门也需授权与培训
  
  硬件建设再好,也需要软件配套,才能发挥出最大作用,在安全防护上尤其如此。上海市质子重离子医院在建设完成后,建立起了一整套完善的辐射防护安全管理规章制度。这套制度分成11大块,规定多达几百条,涵盖了从机器运行维护、系统及设备操作规范、工作人员规章制度、辐射监测计划等到废弃物处理、应急预案等各方面内容——即使开门、关门,都有一套规范需要遵守。
  
  夏晓彬说,在辐射控制区,门禁就意味着安全,因此每道门的开启,都必须由经过专门培训和授权的人员来完成——先要确认身份,再开启门禁,安全搜索,确认,再确认,最后确认关门,在这里开门关门也是很复杂的一个过程。
  
  “这只是其中一个非常小的例子。”夏晓彬说,这些规范虽看来琐细,但机器的停机、开机,系统之间的相互监控与反馈,每一步都会关联到整个装置的正常运行,每一条都要认真执行,才能确保医院安全运行。
  
  最后,她说,上海市质子重离子医院项目一直非常重视辐射安全,从项目前期的环境影响评价、到工程设计、建设、调试、试运行全过程,采取了全面、稳妥的辐射安全措施,确保装置产生的辐射不会对环境、工作人员、病人等产生不良影响。