核医学回旋eclipse的辐射安全safety aspects of the cyclotron

©西门子医疗系统分子影像公司，2006年 810InnovationKnoxville,TN37932-SMI回旋解决方案部Knoxville,TN37932-，保留一切权利。SMI回旋解决方案部明确的情况下以本手册中的， 瞬时辐射 3.1.1.................................................................................................................................................... 一米辐射曲线 中子能量测 额外计 额外–下向矢 联 设 残留辐 质子诱发活 质子诱发活化–靶区–概 质子诱发活化–靶区–辐照后/卸载 质子诱发活化–靶区–辐照后/卸载 中子诱发活 残留辐射–废 残留辐射–设备退 靶材危 空气活性危 案例1：气态靶窗破裂释放1居里辐 案例2：18O水靶故障几 案例3：N-13靶故障几 案例4：18F2靶故障几 案例5：辐射泄漏至回旋机 日常辐射示 附件A：靶拆 附件B：次级中子活化产 附件C：膜与靶支撑栅的质子活 附件D空气活 附件E.未气体输送管线附近剂 参 Eclipse回旋简Eclipse系列包含三种回旋：HP、ST和RD。HP额定值为60µA，具备4个靶/束流。RD额定值为40µA，具备8个靶/束流。ST额定值为25µA，仅具备1个靶和1个束流。3.1.1控制。文本不提供确定非自系统的信息。如欲了解非自系统的设计，请联系西门子公司。对于采60µA束流和HP装置的Eclipse回旋，中子和伽玛辐射的剂量率需通过测量围绕的40个图1Eclipse回旋的统计模型表1点位实际模型xyz伽中总伽中总10 2- 3- 4-- 50- 6- 7 90 - - -- 0- - 0 - - -- 0- - 0 - 15- - -- -- 150- - 15- 15- 127 - 127 由于辐射通过空气的衰减很小，因此中子和伽玛射线通过空气传输预计将采用1/r2形式。该数据非常适合基于加速器中心的单点辐射源的1/r2模型。在距离中心点1米处，模型伽玛源的强度为18.6mR/hr，而在距离中心点1米处，模型中子辐射源的强度为6.7mR/hr。使用这些强度和辐射点，伽玛测量的符合度（R值）为0.830，而中子测量的体一样扩散，因此装置每道缝隙就好像一个辐射体。随着到中心点的距离加大，1/r2模型就会变得更加有效。3.4mR/hr。12点的最大中子剂量率为1.60mR/hr。12点的最大总辐射剂量率为5.0mR/hr。这证明了5mR/hr等量线根据辐射场的1/r2性质，开发出评估辐射情况的简化模型。西门子盒式模式是一种简化的计算工具，可快速、简图2突出显示的盒子（732cmx732cmx457cm）定义了辐射边界。为了保守估计所需的额外并如图所示，可认定辐射源位于回旋的；距离右角左侧365.5cm的点，距离右角前方365.5cm的点和距离地面100cm的点，这些是Eclipse盒式模型计算的基础。需要说明的是，盒式模型上多数点的辐射场均大大低于2.0流（40µA或60µA）条件下，双束流轰击可产生最强的中子通量。下表2为最先生产的99台回旋的数表299台回旋的数系辐射类位12345678模型：系统编号束流电流：中平标准伽平标准全平标准差模型：系统编号：束流电中平标准伽平标准全平标准系辐射类位12345678模型系统编号：束流电流：中平标准伽平标准全平标准模型系统编号：束流电流：中平标准伽平标准全平标准表3.位置位置位置-0.123.6-0.182.1-00.201.1位置1、位置2和位置3的解谱情况（邦纳球谱仪数据图注neutrons/cm2/lethargy：中子/cm2/衰减因Location1：位置1Location2：位置2Location3：位置NeutronEnergy(MeV)：中子能量3.装置外侧任意距离的辐射场，可将回旋视作回旋（辐射强度如上文所述，采用1/r2因子）中心的RDSAdditionalShieldingMaterial：额外材CyclotronCenter：回旋中HRDesiredMeasurePoint：HR图4.1-D辐射计算模R代表回旋中心至测量点的距离X代表材料的厚度Hn代表距离回旋中心1米处的中子辐射剂量率（186µSvHg代表距离回旋中心1米处的伽玛辐射剂量率（67µSvHr代表所需测量点的剂量当量率（µSv)表4.密度（密度TVL中子铅5 铁 对于这种辐射来说是无效的介质 对于这种辐射来说是有用的能量剂) 伽玛平均能量=8MV中子平均能量15MeVQF额外–下向矢该研究使用的中子和伽玛源是在10.5MeV质子轰击18O靶材后，利用劳伦斯利弗莫尔国家提供的ALICE-ALICE辐射源能谱与实验测量的粒子能谱一致，1x1010neutron/sec/µA密度可作为该密度。伽玛源强度相比很弱，在整个性能中显得并不重要。辐射源强度被建模为60µA。被建模的混凝土是密度为2.35grams/cm3的“普通”混凝土。该混凝土的厚度为10至150cm不等。表5列出了中子和光表5.TVLTVL-D1D2如下图TVcTLcm至mc至cneutron(mrem/h)：中子（mrem/h）photon(mR/h)：光子（mR/h）Expon.(photon(mR/h))：指数（光子（mR/h））Exponneutronmrem/h))：指数（中子（mrem/h））thickness(cm)：厚度（cm）图5TVL计算出的中子TVL为26.32cm±2.83cm，而质子TVL为42.87cm±4.33cm。这些值非常接近之前的中子和光子参考值43cm和38cm。需要说明的是，地面厚度至少为40cm，否则十分之一值模型不适用。另外还需说明的是，地面厚度接近95cm会使中子与伽玛的混合剂量率达到约2mR/hr。提取离散束流使用的材料是钽。钽或混合物经过质子轰击后会发生活化。钨181具备相对低能的58keVX射线放 小时仅为几mR。然而，在接受辐照后，由于碳中富含的1%13C发生（p,n）反应，提取器上的碳膜靶支撑栅就会被由设备运行过程中束流电流强度决定。进行强电流辐照后（如提取60µA束流），至少需等待一小时后，才能打开质子诱发活化–靶区–将不详细论述。在MicroShield®6.01中，每层的成分建模为定制材料。内层一般称为“高Z层”，而外层一般称为“混由于放射源距离辐射剂量点很远，因此在MicroShield®6.01中将放射源建模为简单点源。“高Z”层计算了累积因子，代表的情况。计算出的该装置表面的剂量率为7.0E-14mrem/hr（7.0E-16mSv/hr）。采用活性约为2Ci的18F核素的靶的接触剂量率经过测量超过20R/hr。轰击后30分钟，正确完成加载和卸载的靶的接触剂量率依然为1.5R/hr。将测量仪接触靶的后端，测量距放射源约3英寸（7.6cm）的灵敏区，该灵敏区是靶窗和束流撞击区。根据1/r2定律，正确卸载靶后，距离后表面约4英寸位置的剂量率会降至300mR/hr。能。将铜门安装好后，相同的剂量率（轰击结束后，正确卸载靶后30分钟）会由300mR/hr降至7.5mR/hr，或铜门的衰减因子为0.025。同样，在60µA能量条件下，对银18F靶轰击一小时后，正确卸载靶的情况下，铜门外侧活性率面为22mR/hr，在底部为41mR/hr，而在顶部为25mR/hr。可将面的活性率与不采用铜门的条件下相同位置的估计剂量率（约1R/hr，衰减因子为0.022）进行比较。cse碰撞”捕获”.2M（M）要想了解中子诱发副反应的效果，可采用15O靶轰击的简单例子，以便在靶内达到1Ci的饱和放射性。根据说明每秒钟会生成3.7X1010中子，所有这些中子必须被装置或本身材料吸收。为水含量的90%，因此能够获得最高的中子剂量衰减性能。硼具备极高热中子捕获截面，可生成相对低能（478残留辐射–在期内，靶窗需要每月处理一次。假设设备每天运行8小时，每天将可产生56Co0.8mCi活性。我们假设一个月工作20天，将会产生56Co16µCi活性。处理的材料量可忽略不计。活化产物依然存在于Havar合金矩阵中。12%的束流。在期内，支持架需要每年处理一次。假设每天运行8小时，可生成65Zn0.14µCi活性。假设一年运行250天，将可生成65Zn35mCi活性。处理的材料量不足10cc。活化产物仍然存在于铜金属中。活化产物也存在于靶体内。然而靶在设计时采用了可束流的靶材。因此，靶体的任何活性都降到了最低，累积残留辐射–Eclipse采用两种液体靶材和三种气体靶材。这两种液体靶材是18O水（用于生产18F氟化物）和16O水（13N氨水）。三种气体靶材分别是15N（用于生产15O）、14N（用于生产11C）和18O气体（用于生产18F2）根据不同的产品和轰击条件，在轰击过种中和轰击刚结束时，靶的活性可能达到4.0Ci。所有靶体和准直器组件都接近每秒500英尺的速度排出废气。当然无论何时打开装置都会稀释浓度，使其进入更大的空间内。1：气态靶窗破裂释放1靶材（在标准温度和压力条件下为150cc）被吸入回旋真空罐和前级管道。如果压力突然升高，扩散泵功率通过的实际操作还获得了相关数据。举个例子，错误地向11C靶内注入冷却的氦气，靶窗出现故障。在40µA的能量条件下，运行约30分钟，靶窗破裂，靶内的气体（约1Ci）流入回旋真空罐。真空计联锁装置立即启30分钟后，打开真空罐进行检查。回旋的中心残留约60mR/hr的辐射剂量，据推测是由金属表面吸收的[11C]CO2所致。20分钟半衰期结束后，11C的检查结果，表明辐射物质已被封住，不再泄漏，即使是真空罐打开。测量仪测扩散泵上的存油器，但在破裂后50分钟，机械前级管道泵就能测量出表面约1R/hr的辐射剂量。没有案例2：18O该靶装入约2.5ccs的18O水。该靶在非常高的压力下（高于大气压600psi）运行，非常坚固。在正常的操作条件生破裂，将2.5cc靶材溅入或喷入靶装置内侧。这将导致装置内侧受到严重污染。在操作过程中，靶压突任何溅出的材料都将留在装置内侧，等到核素衰变后，清除装置内侧溅出的材料。真空罐内部的辐射被案例3：N-13该靶是在高压（200psi-400psi）条件下运行，接受测试时发生过故障。氨水靶与上述的18O水靶类似，溅出的材料案例4：18F2该靶的工作压力为900psi。如果发生破裂，某些18F辐射材料将进入通风系统。由于18F2会产生化学反应，因此会案例5：辐射泄漏至回旋机情况下，只有气态靶（[11C]CO2、[15O]O2、[18F]F2）出现这种故障时，才会造成非常严重的危害。液态靶（[13N]NH4和[18F]F-）在出现故障时，其辐射不扩散，采用正确的净化程序很容易清除辐射浓度=1/V=.00694E代表能量/衰变，正电子放射装置为1.022MeV。 =W0/26.85.6mrem（氧-WW0/10.16=14.76mrem（氮-W0/8.1=18.5mrem（碳-W0/6.38=23.5mrem（氟-330mR（氧-546mR（氟-.00649Ci/m3X564秒3.9CiSec/m3（F-18假设呼吸速率为每分种20升，在1Cisec/cu浓度条件下，吸入量为.334mCi。因此，吸入辐射的活度为：334x3.9=1.3mCi（F-18）.334x3.1=1.03mCi（C-.334x2.46=.82mCi（N-.334x.93=.31mCi（O- 百分之百被肺吸收，直接进入并留在血液内，可估算出11C和15O的内部吸收剂量因子。关键组织血液的11C总剂量因子为89mrad/mCi，而15O总剂量因子为10mrad/mCi。相应11C全身剂量因子为13mrad/mCi，15O全身剂量因子为1.4mrad/mCi。子为200mrad/mCi，而全身剂量因子为73mrad/mCi。标准13N氨水靶的辐射无法以气态的形式扩散。不过，气态织剂量因子为51mrad/mCi，全身剂量因子为5.5mrad/mCi。表1概括了体内吸体的剂量。等更加复杂的场景不包含在该范围内。以下内容直接来源于NCRP123“大气、地表水和地面放射性核素辐射模2.2.1单个点源、流影响、H.2.5该条件代表单个点源情况。因为辐射源正好位于建筑周围的扰动气流之上（Wilson和Britter，1982年）。C值P等于适用于H和X值（开始采用m-2单位）的高斯扩压因子作为各种H值顺风距离函数的P值在图2.2中给出（本文未显示）。该图形是采用高斯烟雨模型的22.5°（16点风向图）扇区平均形式建成的，如等式2.7[下面]（Fields和Miller，1980年）所示；即常数2.032由基础高斯扩散方程的侧风积分得出，用X半径圆周的十六分之一替代Y：[例如参见Slade.中，m至（.方程法通该则，应考虑用高烟模型、合具地点速联频数布的向图型风（年）。一次轰击可生成18F4Ci（148GBq）的辐射量。假设的日常放射量为辐射后过滤器的1%H=Hb=u=x=f=对于一次18F40mCi（1.48GBq）而言，1.48GBq的辐射时间长达30辐射剂量比母放射性核素高出10%。列示的F-18因子为4.1E-06Sv（Bq/m3）。辐射剂量=SF*C辐射剂量3.59µSv（0.359 1Ci均匀分布在144-m 表 1051200 “一股烟”含1 表71051200AR=5.7C=辐射（单位E=能量（单位MeV）/B：次级中子活化产物表8铜63Cu(n,钴5.271.15.铜63Cu(n,铜12铁54Fe(n,锰312铁56Fe(n,锰铝27Al(n,钠铝27Al(n,镁9.5硅28Si(n,铝钠23Na(n,钠锑121Sb(n,锑2.7锑123Sb(n,锑60.6,.7,在设计质子时，无法避免回旋组件被直接质子辐射活化。RDSEclipse通过采用钽、铝和碳等材料，将活化风险降至最低，这些材料在11MeV能量条件下，不会产生衰期很长的活化产物。不过靶窗、窗靶支撑栅和提供了在11MeV能量条件下的截面积。参考9与参考10提供了伽玛能量与强度。轰击结束时，活性为60µA，可持thalf变。因此它们是造成长期危害和浪费的元凶。目前可以计算出一小时轰击周期（1.67µA）或两小时轰击周期（60。90.001Havar膜的计算值。迄今为止，Mn-52m是最大的短衰期活化产物。120分钟的轰击刚结Havar12R3小时后Havar2mCi,或初始活性的一小部分。距离未Havar膜1英尺位置的辐射强度应在每小时10mR至20mR之间。这些计算值只用于提供指导条件由当地辐射安全决定。此外，辐射场情况，辐射强度高于水。元自然生成的核量活化反活化产半衰 衰变模（mCi/uA条件下u一次轰击生产的活3小时后活（）24小时后活性钴%Ni-8e42.08E-铬不适不适不适不适不适Mn-213.50E-EC,Mn-5.6EC,7.24E-Mn-2e6不适Mn-3123.13E-铁不适不适不适不适不适Co-77EC,1.75E-Co-2722.16E-镍Co-17.5EC,4.23E-Co-2729.77E-Cu-101.67E-3.10E-钨Re-2.3不适Re-70不适Re-38不适Re-3.8不适锰%Fe-2.7不适钼0.不适不适不适不适不适不适Tc-538.83E-EC,359E-Tc-293EC,791E-Tc-611.97E-Tc-20987E-Tc-528.67E-155E-Tc-3e6不适不适Tc-4e6不适不适不适不适174.72E-不适不适总表9.Havar击过程中采用60µA的束流。另外可采用相同的方法计算应用于EclipseHP的11C、15O和F2等气态靶内的0.002英寸厚铍（2%）铜（98%）膜的活性。含量占69%的铜-63经过p,n反应，生成63Zn。生成的大量（60µA束流条件下轰击一小时，生成的量大于830mCi）63Zn的半衰期为38.4分钟。6小时后，计算出的活性为1.25mCi，使相距一英尺处的辐射强度为每小时膜。铜经过轰击后产生的主要长衰期产品是65Zn，具备243.6天的半衰期。100次轰击生成的65Zn可达到2mCi。表10铍/量半衰期（小 uA小50umCi/uA,50uBeCu)一次轰击生产的活性6小时后活性24时后活性铜Zn-38.46.40E-EC,3Zn-243.6EC,2.82E-铍9不适不适不适不适不适不适（Z和5Z）至Z0m。表11.角形量半衰期（小 小时 mCi/uA,00u一次轰击生产的活性6小时后活性24时后活性铜Zn-38.46.40E-EC,Zn-243.6EC,5.05E-提表12提供了0.001英寸厚钛窗（应用于13N靶）的计算值，计算条件是采用60-µA束流，轰击10分钟表12.钛量半衰期（小 25uTi25uTi)一次轰击生产的活性3小时后活性24时后活性)不适不适不适不适不适不适V-335.50E-V-16EC,1.29E-V-330不适不适不适不适不适不适。D表13.阈值16O(n,p)10.047.516O(n,18.02214N(n,p)0.5.10573014N(n,p)1.81573014N(n,t)4.3.0212年（氘14N(n,2n)11.3.021014N(g,n)2.510附件E.未气体输送管线附近剂D=0.576C*E*D=0.576*3E-3*1.022*0.00555Rad/hr或5.55mrChristi3E-3或3E-