王棋 李建軍

( 1.國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司， 重慶， 401122；2.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院， 成都， 610065)

輸血性移植物抗宿主病是一種發(fā)生在免疫缺損或免疫抑制的患者間的輸血性并發(fā)癥。研究發(fā)現(xiàn)：該病與受體的免疫狀態(tài)，供、受體間的組織相容性以及輸入血液中含具有免疫活性的淋巴細(xì)胞有關(guān)。臨床上通常采用輸入輻照滅活血液的辦法對(duì)輸血性移植物抗宿主病高危人群展開救治，血液輻照儀是制備滅活血液的重要設(shè)備。

本文計(jì)算參照的血液輻照儀是重慶市黔江中心血站擬購(gòu)買的德國(guó)GSM公司生產(chǎn)的GSR C1型旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀，其工作流程如圖1所示。①在初步檢查無誤后，打開艙門，將需要輻照的血液置于輻照容器中；②關(guān)閉艙門，按下啟動(dòng)鍵，輻照容器自動(dòng)旋轉(zhuǎn)就位并進(jìn)入輻照狀態(tài)，為保證輻照均勻性，輻照容器會(huì)在機(jī)械裝置帶動(dòng)下自轉(zhuǎn)，同時(shí)放射源也會(huì)在豎直方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)；③待完成輻照后，輻照容器旋轉(zhuǎn)至初始位置，血液輻照儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)可打開艙門，取出被輻照后的血液，完成一次照射。

圖1 旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀工作流程

1 建模

由于相關(guān)環(huán)評(píng)資料[1]上并未附上GSR C1型血液輻照儀的內(nèi)部詳細(xì)尺寸參數(shù)，因此本文計(jì)算時(shí)采用在已有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗(yàn)估算的辦法確定儀器內(nèi)部參數(shù)，詳細(xì)推導(dǎo)過程如下：

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《密封放射源一般要求和分級(jí)》[2]附錄B中的銫源(如圖2)尺寸進(jìn)行建模，放射源外部套筒按DN25不銹鋼鋼管考慮，并依此假設(shè)兩放射源中心間距4.2 cm (DN25鋼管直徑3.2 cm，兩根鋼管間距1 cm)，若鋼管與固定器壁間距也是1 cm，則有放射源固定器內(nèi)腔長(zhǎng)為3.2 cm×2+1 cm×3=9.4 cm，寬為3.2 cm+1 cm×2=5.2 cm。

圖2 137Cs源固定裝置

根據(jù)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表中介紹GSR C1型旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀輻照容器3.8 L，可一次性照射8袋400 mL血樣，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《人體血液及血液成分袋式塑料容器 第1部分 傳統(tǒng)型血袋》[3]中400 mL血袋內(nèi)部尺寸120 mm×170 mm估算出血液輻照儀輻照容器直徑為20 cm；同時(shí)結(jié)合鉛屏蔽最薄弱處厚度158 mm，考慮4 mm不銹鋼包覆(需重復(fù)計(jì)算4次，屏蔽件兩個(gè)尖角內(nèi)外圈均需覆蓋)，確定內(nèi)部旋轉(zhuǎn)鉛屏蔽件半徑為(15.8 cm+0.4 cm×4+20 cm)÷2=18.7 cm。

假設(shè)旋轉(zhuǎn)鉛屏蔽件與固定鉛屏蔽件間隙為2 mm，間隙外沿與放射源不銹鋼外殼共切，則固定鉛屏蔽件半徑為(18.7 cm×2+0.2 cm×2+0.4 cm×4+3.2 cm+1 cm+15.8 cm)÷2=29.7 cm。

輻照腔室內(nèi)高可根據(jù)輻照容器容積3.8 L，結(jié)合20 cm假設(shè)直徑保守估計(jì)為15 cm，該模型在GSR C1型旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀包絡(luò)尺寸720 mm×680 mm×1 700 mm以內(nèi)，重量11.34 g/cm3×π×(29.72 cm2×15 cm×3-102cm2×15 cm)=1.36 t，也小于設(shè)備總重2.2 t。

MCNP模型如圖3所示。

2 計(jì)算

因模型涉及深穿透問題，常規(guī)算法很難得到計(jì)數(shù)；所以對(duì)鉛柵元開啟強(qiáng)迫碰撞功能，并將源柵元的粒子重要性設(shè)置為1，探測(cè)柵元的粒子重要性設(shè)置為4，其余柵元粒子重要性設(shè)置為2，抽樣粒子數(shù)為2.0×109；計(jì)算完成后將縫隙柵元的粒子重要性設(shè)置為0，進(jìn)行第二次計(jì)算，兩次計(jì)算結(jié)果之差即為縫隙漏射線束的份額。得出各探測(cè)柵元的歸一化計(jì)數(shù)列于表1。

圖4～圖6是工作狀態(tài)下關(guān)注點(diǎn)1、關(guān)注點(diǎn)2、關(guān)注點(diǎn)5的光子能譜圖。

根據(jù)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表中單枚137Cs源的活度A=30.69 TBq，可計(jì)算出放射源源強(qiáng)I0=2λA=2×94.6%×30.69 TBq=5.81×1013s-1，(λ為137Cs→137mBa的衰變分支比)，與MCNP歸一化結(jié)果相乘可得到相關(guān)的輻照參數(shù)，結(jié)果列于表2、表3。使用的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)引自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于光子外照射放射防護(hù)的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)》[4]。

3 驗(yàn)證

項(xiàng)目環(huán)評(píng)時(shí)采用的類比項(xiàng)目是重慶市血液中心的BB GM 8000型血液輻照儀，該型號(hào)儀器是GSM公司早期開發(fā)的設(shè)備；重慶市黔江中心血站擬購(gòu)買的GSR C1型血液輻照儀與該款設(shè)備具有相似的屏蔽結(jié)構(gòu)。將本次計(jì)算結(jié)果與類比項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果[5]進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列于表4。

4 結(jié)果

經(jīng)過程序計(jì)算和相近項(xiàng)目類比發(fā)現(xiàn)：

(1) 旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀滿足我國(guó)醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《血液輻照儀》[6]中關(guān)于1 m遠(yuǎn)處雜散輻射劑量當(dāng)量率不超過1μSv/h，距輻照儀可觸及表面5cm柵元1記錄血液輻照儀艙門外5 cm處結(jié)果； 柵元2記錄固定鉛屏蔽體背側(cè)5 cm處結(jié)果； 柵元3記錄非工作狀態(tài)輻照容器內(nèi)的結(jié)果(換血樣時(shí)手部劑量數(shù)據(jù))； 柵元4記錄工作狀態(tài)輻照容器內(nèi)的結(jié)果(血樣照射數(shù)據(jù))； 柵元5圖中未標(biāo)示，為血液輻照儀艙門外1 m處的結(jié)果。

(a) 非工作狀態(tài) (b) 工作狀態(tài)

圖3旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀(非工作狀態(tài)/工作狀態(tài))MCNP模型

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

(a) 照射光子 (b) 漏射光子

關(guān)注點(diǎn)編號(hào)1)歸一化光子通量密度 (cm-2s-1/s-1)全射束工作狀態(tài)非工作狀態(tài)漏射線束工作狀態(tài)非工作狀態(tài)漏散比 (%)工作狀態(tài)非工作狀態(tài)11.7531×10-132.1645×10-132.09×10-158.80×10-161.190.4121.0693×10-121.0487×10-121.10×10-158.00×10-160.100.083-5.6950×10-13-9.04×10-15-1.6145.8827×10-4-----55.4956×10-151.3348×10-142.53×10-168.34×10-164.616.25

1) 關(guān)注點(diǎn)位置如圖3所示。柵元2 (固定鉛屏蔽體背側(cè)5 cm)的結(jié)果非儀器可觸及表面5 cm數(shù)據(jù)，在本次計(jì)算中不參與評(píng)價(jià)。表2、 表3同。

表2 旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀關(guān)注點(diǎn)輻照參數(shù)

表3 漏射線束所致旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀關(guān)注點(diǎn)輻照參數(shù)

表4 旋轉(zhuǎn)式血液輻照儀MCNP計(jì)算結(jié)果與類比項(xiàng)目實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比

1) 類比項(xiàng)目所用放射源2002/01/01裝源活度為81.3 TBq，至 監(jiān)測(cè)時(shí)(2012/02/21)剩余活度為64.4 TBq；監(jiān)測(cè)結(jié)果未扣 除本底約0.1 μGy/h。

處任意位置劑量當(dāng)量率不超過5 μSv/h的要求。

(2) 類比項(xiàng)目裝源初期活度較大，不滿足當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)要求；如擬采購(gòu)類比項(xiàng)目同款設(shè)備，需適當(dāng)加強(qiáng)屏蔽，或減少裝源活度。

(3) 工作狀態(tài)輻照容器內(nèi)血液吸收劑量率近似等于比釋動(dòng)能率217 Gy/h，按照項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表中推薦操作時(shí)間10 min計(jì)算，血液吸收劑量為36.2 Gy，與輻照血要求吻合[7]。

(4) 旋轉(zhuǎn)血液輻照儀可能因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(工作狀態(tài)正面位置更復(fù)雜)，在正面位置出現(xiàn)能量約為0.35 MeV的散射峰；此外，在旋轉(zhuǎn)鉛屏蔽體與固定鉛屏蔽體間隙寬度為2 mm的情況下，漏射線束所致的劑量率約為總劑量率的1%，可忽略不計(jì)。