báo cáo thiết kế và đánh giá che chắn cho các thiết bị xạ trị tia x và gamma năng lượng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN
BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ CHE CHẮN CHO CÁC THIẾT BỊ
XẠ TRỊ TIA X VÀ GAMMA NĂNG LƯỢNG CAO
SVTH: TRẦN DUY THỊNH
CBHD: ThS. NGUYỄN TẤN CHÂU
CBPB: ThS. HUỲNH ĐÌNH CHƯƠNG
TP. HỒ CHÍ MINH, 7 – 2014
Đề tài:
Nội dung
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
III. Kết quả
I. Tổng quan
IV. Bàn Luận
2
V. Kết luận
I. Tổng quan
3
Các bệnh
ung thư
thường
gặp
Yêu cầu cấp thiết:
xây dựng phòng xạ trị
nhằm che chắn các
bức xạ tia X/gamma
phát ra từ máy gia
tốc năng lượng cao
4

I. Tổng quan
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
5
Phòng xạ trị điển hình sử dụng máy
gia tốc tuyến tính năng lượng cao
Yêu cầu:
 Phòng xạ trị phải được che chắn
thích hợp để đảm bảo an toàn bức
xạ cho nhân viên cũng như công
chúng.
 Việc thiết kế che chắn cho một cơ
sở xạ trị luôn đảm bảo hai vấn đề:
an toàn và kinh tế.
5
Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ trong xạ trị
 Khu vực kiểm soát: là vùng hạn chế các cá nhân tiếp xúc, chỉ những nhân
viên chuyên trách đã qua đào tạo chuyên môn và được hướng dẫn chi tiết
về an toàn bức xạ mới được vào khu vực này. Trong khóa luận này, khu vực
kiểm soát được đề cập ở đây là phòng máy gia tốc và phòng điều khiển
máy gia tốc. Theo NCRP, mức liều giới hạn (liều tương đương) trong khu
vực kiểm soát là 0,1 mSv/tuần hoặc 5 mSv/năm (1/4 liều 20 mSv) để đảm
bảo an toàn tối ưu.
 Khu vực không kiểm soát: là các vùng khác ngoại trừ khu vực được kiểm
soát. Theo NCRP, mức liều giới hạn trong khu vực không được kiểm soát là
0,02 mSv/tuần hoặc 1 mSv/năm.
6
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
1. Khảo sát môi trường xung quanh để phân loại khu
vực che chắn.

2. Chọn vật liệu sẽ dùng để xây dựng, trong khóa luận
này sử dụng bê tông mật độ 2,35 g/cm
3
để xây dựng
tường che chắn và thép kết hợp BPE (nếu có che
chắn neutron) để thiết kế cửa ra vào.
3. Xác định sơ đồ bố trí cơ sở xạ trị.
4. Tính bề dày tường sơ cấp.
5. Tính bề dày tường thứ cấp.
6. Tính hệ số truyền qua B
IDR
, khi biết bề dày tường che
chắn.
7. Tính suất liều tức thời IDR.
8. Tính suất liều trong bất kỳ một giờ R
h
và đánh giá
che chắn với giới hạn tối ưu ở Mỹ (R
h
< 20 Sv trong
bất kỳ một giờ).
9. Tính toán che chắn cho cửa ra vào.
7
Sơ đồ bố trí cơ sở xạ trị
Các bước tiến hành khi thiết kế một cơ sở xạ trị
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết
Các hệ số cần quan tâm:
 P: giới hạn liều được phép.
 W (tải làm việc): là suất liều hấp thụ trung bình theo thời gian.

 U (hệ số sử dụng): là xác suất mà chùm tia sơ cấp chiếu trực
tiếp vào một hướng nào đó của phòng điều trị.
 T (hệ số chiếm cứ): là thời gian trung bình mà nhân viên bức
xạ hay công chúng tiếp xúc với bức xạ khi đứng ở trong khu
vực cần tính toán che chắn.
8
II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
 Hệ số truyền qua rào sơ cấp (B):
 



 Số lớp TVL:
  



 Bề dày tường che chắn:
      (2.3)
Với: - TVL là lớp bề dày giảm 1/10
- HVL lớp giá trị một nửa
HVL = 0.301  TVL
9
Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn sơ cấp
Cho bức xạ tán xạ từ bệnh nhân
 Hệ số truyền qua rào thứ cấp (B
P
):














 Số lớp TVL:
  




 Bề dày tường che chắn:


   

Với F là độ rộng trường chiếu
10
Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn thứ cấp
Cho bức xạ rò rỉ từ đầu máy gia tốc
 Hệ số truyền qua rào thứ cấp (B
L

):







 Số lớp TVL:
  




 Bề dày tường che chắn:


   

11
Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn thứ cấp
Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn cho cửa ra vào:
1. Che chắn chùm photon do bức xạ rò rỉ từ đầu máy gia
tốc và bức xạ tán xạ.
2. Che chắn chùm photon từ phản ứng bắt neutron và
phát gamma.
3. Che chắn chùm neutron.
13

Liều đóng góp của chùm photon rò rỉ
và tán xạ (D
d
):


 



 

  

 



 



)
Với:
 




















 























A là diện tích các vùng tán xạ trên hình bên
14
















 









Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn cho cửa ra vào:
Liều đóng góp của chùm photon từ
phản ứng bắt neutron và phát
gamma (




   

 

 




Với: 
















Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn cho cửa ra vào
15
Liều đóng góp của neutron trực tiếp
đến cửa theo McGinley và ButKer (

):


   

 

 



   





 





Với: 















S là diện tích bề mặt phòng điều trị
S
1
: là diện tích bề mặt lối vào của tường
ziczac


  


Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn cho cửa ra vào
16
 Theo NCRP thì liều neutron và photon bên ngoài cửa
phải được giảm tối thiểu theo P/2.
 Sau khi tính được liều photon và neutron ở cửa, cửa ra
vào được thiết kế như sau:
• Số lớp TVL cần thiết để liều neutron hàng tuần giảm
đến P/2:   

(

/P/2).
• Số lớp TVL cần thiết để liều photon hàng tuần giảm đến
P/2:   

(

/P/2).
• Bề dày cửa : t = n  TVL
17
Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết tính toán che chắn cho cửa ra vào
Đánh giá che chắn đối với suất liều tức thời
 Suất liều tức thời (IDR) cho chùm bức xạ sơ cấp
 







Với B
IDR
là hệ số suy giảm khi biết trước bề dày che chắn








 Liều giới hạn trong bất kỳ một giờ R
h


 





Nếu R
h
< 20 Sv/giờ (Theo Uỷ ban Quản lý hạt nhân Hoa Kỳ) thì bề
dày che chắn là đủ tiêu chuẩn an toàn, nếu R
h
 20 Sv/giờ thì bề dày

che chắn phải tăng lên để đảm bảo an toàn bức xạ.
Với các công thức tính IDR, 

, 

 đánh giá che chắn tương tự cho
chùm bức xạ thứ cấp.
18
Dựa vào cơ sở lý thuyết ở mục II, áp dụng tính toán che chắn cho
máy gia tốc tuyến tính Elekta/Philip SL25 – 18 MV và varian 1800 – 10
MV, với thông số đầu vào như sau:
 Giới hạn liều (P) cho khu vực kiểm soát 5 mSv/năm hay 0,1
mSv/tuần, giới hạn liều cho khu vực không kiểm soát 1 mSv/năm hay
0,02 mSv/tuần.
 Liều chiếu xạ cho mỗi bệnh nhân là 2 Gy/ngày (ngày làm việc 8 giờ).
19
III. Kết quả
 Số bệnh nhân tối đa trong ngày là 80 bệnh nhân, số bệnh nhân tối
đa trong một giờ là 12 bệnh nhân.
 Một ngày làm việc 8h, 5 ngày trên tuần
 Tải làm việc hàng tuần W sẽ bằng 800 Gy/tuần (      .
 Tải làm việc tối đa trong một giờ W
h
bằng 24 Gy/giờ (12  2 = 24).
 Mời quý Thầy Cô và các bạn xem các bước tính trên file excel1 và
excel2.
20
III. Kết quả
III. Kết quả
Phòng xạ trị sử dụng LINAC

Electa 18 MV
Phòng xạ trị sử dụng LINAC
Varian 10 MV
21
III. Kết quả
Phòng xạ trị sử dụng LINAC
Elekta 18 MV
Phòng xạ trị sử dụng LINAC
Varian 10 MV
22
Varian 1800 – 10 MV Elekte SL25 – 18 MV
Khu vực được
tính toán
Bề dày bức
tường (cm)
Giá trị Rh
(Sv/giờ)
Bề
dày bức
tường (cm)
Giá trị Rh
(Sv/giờ)
Tường sơ
cấp
Khu C 196 1.5 170 1.5
Khu D 223 6.0 194 6
Trần nhà 203 6.0 175 6
Tường thứ
cấp
Khu A 81 1.6 84 1.6

Khu B 87 6.2 80 6.4
Khu C 89 0.6 87 1.2
Khu D 106 3.0 104 3.0
Trần nhà 71 6.3 65 6.1
23
III. Kết quả
 Cửa ra vào bao gồm một lớp BPE kẹp giữa hai lớp thép như
bánh “sandwich”.
 Lớp BPE che chắn cho neutron còn thép sẽ che chắn cho
photon.
Loại máy gia tốc Elekta SL25 – 18 MV Varian 1800 – 10 MV
Bề dày lớp BPE 42 mm 2 mm
Bề dày mỗi lớp thép 30 mm 30 mm
Tổng bề dày cửa ra vào 102 mm 62 mm
24
Đối với cửa ra vào
III. Kết quả
IV. Bàn luận
Khi tính toán ước lượng che chắn cho một phòng điều trị
máy gia tốc tuyến tia X và electron năng lượng cao, thì cần phải
lưu ý một số điểm sau:
 Bề dày các bức tường che chắn sơ cấp, thứ cấp thụ thuộc
mạnh vào số lượng bệnh nhân điều trị trong ngày, suất liều phát
ra của máy gia tốc mà ít phụ thuộc vào kích thước của phòng
điều trị.
 Vật liệu che chắn cũng là yếu tố quyết định đến bề dày các
bức tường, bê tông có mật độ cao là vật liệu nên dùng trong xây
dựng phòng điều trị.
25
IV. Bàn luận

 Các khu vực xung quanh cũng ảnh hưởng không ít đến
bề dày các bức tường che chắn, do vậy nên chọn lựa khu
vực xây dựng phòng xạ trị xa khu dân cư hoặc bố trí dưới
tầng hầm để giảm về dày các bức tường che chắn.
 Trong tính toán che chắn, chỉ tính toán cho máy gia tốc
với mức năng lượng photon 10 MV thì cửa ra vào không
cần thiết phải có lớp BPE nằm giữa hai lớp thép theo kiểu
bánh “sandwich”. Còn với mức cao hơn từ 15 MV trở lên
thì cửa ra vào phải được thiết kế theo kiểu 1 lớp BPE
được kẹp bởi 2 tấm thép hai bên.
26