JP4780480B2 - 放射線遮蔽壁 - Google Patents

Description

本発明は、電子リニアック（直線加速装置）等の放射線発生装置の周囲に構築される放射線遮蔽壁に関する。

例えば電子リニアック施設では、加速エネルギーが１０ＭｅＶを超える利用線錐方向の放射線（γ線、中性子）を遮蔽するために、コンクリート壁が用いられている。さらに、コンクリートのみの遮蔽ではその厚みが３ｍ近くになる場合があるため、通常、鉄板をコンクリート壁に挿入することで、厚みの低減を図っている。

しかしながら、１０ＭｅＶを超えるエネルギー領域では光核反応で中性子が発生するため、鉄板の厚みを厚くすると鉄板から発生する中性子が増えてしまう。このため、鉄板の厚みには限度があり、コンクリートの厚みを厚くせざるをえない。特に、医療用リニアック施設の治療室などでは、放射線遮蔽壁が厚くなると、治療室の使用可能面積が小さくなり、十分な広さを確保できないという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑み、医療用リニアック等の放射線発生装置の周囲に構築される放射線遮蔽壁において、その壁厚を薄くすることを目的とする。

本発明の請求項１に係る放射線遮蔽壁は、加速エネルギーが１０ＭｅＶを超える医療用電子リニアックの周囲に構築される放射線遮蔽壁であって、少なくとも一部を鉄で構成した金属層とポリエチレンで構成した合成樹脂層とを交互に積層して形成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る放射線遮蔽壁は、上記請求項１において、１層目の前記金属層を鉄で構成するとともに、２層目以降の前記金属層を鉄と鉛の積層体で構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る放射線遮蔽壁は、上記請求項２において、鉄からなる前記金属層、前記合成樹脂層、鉄と鉛の積層体からなる前記金属層、前記合成樹脂層の４層で構成し、前記各層の厚みを順番に４０ｃｍ、１０ｃｍ、３０ｃｍ、１０ｃｍとしたことを特徴とする。

本発明の放射線遮蔽壁によれば、少なくとも一部を鉄で構成した金属層とポリエチレンで構成した合成樹脂層とを交互に積層して形成したことで、従来の放射線遮蔽壁と比べてその壁厚を薄くすることが可能となる。その結果、例えば医療用リニアック施設に本発明の放射線遮蔽壁を適用した場合には、治療室の十分な広さを確保することが可能となる。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る放射線遮蔽壁の好適な実施の形態について詳細に説明する。

本実施の形態である放射線遮蔽壁は、鉄単体又は鉄と鉛の積層体で構成した金属層と、ポリエチレンで構成した合成樹脂層とを交互に積層することにより形成されるものである。

まず、上記金属層によって、放射線源から発生するγ線を遮蔽する。しかし、上述したように、γ線が金属層に衝突することにより光核反応が起こり、金属層内で中性子が発生する。図３は、鉄からなる金属層の厚さを３０ｃｍから８０ｃｍの間で変化させたときのγ線及び中性子の各線量の変化を示すグラフである。なお、計算にはモンテカルロ法を用いている。図３に示すように、鉄の厚みが増すにつれて、中性子は指数関数的に増大することが分かる。一方、γ線は、鉄の厚みが増すにつれて指数関数的に減衰するが、厚みが５０ｃｍを超えたあたりで増大に転じている。これは、光核反応によって増えた中性子が鉄と反応してγ線が発生するためである。このため、γ線と中性子の線量の総和は、図３に示すように、鉄の厚みが５０ｃｍを超えたあたりで増大する。以上を考慮して、金属層の厚みを最適化する必要がある。

さらに、上記金属層に隣接して上記合成樹脂層を設けることにより、金属層で発生した中性子を効果的に減衰させる。但し、この合成樹脂層を厚くし過ぎると遮蔽壁全体の厚みが厚くなる。このため、合成樹脂層の厚みには上限を設ける必要がある。

γ線は上記合成樹脂層では減衰しにくいため、合成樹脂層に隣接してさらに金属層を設けることにより、γ線をさらに減衰させる。以上のように、金属層及び合成樹脂層を交互に積層することを繰り返すことにより、遮蔽壁の壁厚を厚くすることなく、効率的にγ線及び中性子を減衰させることが可能となる。

（実施例）
以下に示す条件のもとでモンテカルロ法（ＭＣＮＰ５）によるシミュレーションを行い、上述した金属層と合成樹脂層の厚みの総和を最小にする積層構造を決定した。なお、モンテカルロ法とは、乱数を用いたシミュレーションを何度も行うことにより精度の高い解を求める計算手法であり、物質中での放射線の挙動の解析に広く用いられる手法である。さらに、今回用いたモンテカルロ計算コードは、北海道大学のリニアック実験施設で、その精度が検証済みのものである。

金属層の材料に鉄単体又は鉄と鉛の積層体を用い、合成樹脂層の材料にポリエチレンを用いて、金属層と合成樹脂層を交互に積層する。第１層は鉄単体で構成した金属層、最後の層は合成樹脂層とする。放射線源の加速エネルギーは１８ＭｅＶとし、第１層に入射するγ線の線量は１×１０^８［μＳｖ／ｈｒ］、中性子の線量は２×１０^６［μＳｖ／ｈｒ］とする。そして、最後の層を通過したγ線、中性子それぞれの線量を、管理区域境界線量である８．６６［μＳｖ／ｈｒ］以下になるようにする。

上記条件に基づくシミュレーションにおいて、金属層及び合成樹脂層の層数や厚みを様々に変化させ、最適な値を導出した。その例を図１及び図２に示す。

図１に示す例は、第１層：鉄、第２層：ポリエチレン、第３層：鉄−鉛−鉄の順に積層した積層体、第４層：ポリエチレンの４層構造であり、各層の厚みは順番に、４０ｃｍ、１０ｃｍ、３０ｃｍ（鉄１０ｃｍ、鉛１０ｃｍ、鉄１０ｃｍ）、１０ｃｍであった。

図１に示すように、第１層（鉄層）では、γ線は１万分の１程度減衰し、中性子も鉄中で増えることなく１０分の１程度減衰した。第２層（ポリエチレン層）では、γ線の線量はほとんど変化しなかったが、中性子は１００分の１程度減衰した。第３層（鉄−鉛−鉄層）では、γ線は千分の１程度減衰し、中性子も鉄中で増えることなく、１０分の１程度減衰した。第４層（ポリエチレン層）では、中性子は１０分の１程度減衰した。なお、図１に示すように、第４層に隣接してコンクリート層を配置した場合、コンクリート厚５０ｃｍ程度で放射線量（γ線及び中性子線）は、ほぼ０となる。

図１に示す体系では、金属層中で中性子が増えておらず、γ線と中性子とがバランスよく、かつ、ほぼ指数関数的に極めて効率よく減衰している。その結果、管理区域境界線量（８．６６μＳｖ／ｈ）を満たすのに必要な壁厚は、１ｍ程度あれば十分であることが分かる。

次に、図２に示す例は、第１層：鉄、第２層：ポリエチレン、第３層：鉄−鉛の順に積層した積層体、第４層：ポリエチレンの４層構造であり、各層の厚みは順番に、４０ｃｍ、１０ｃｍ、３０ｃｍ（鉄２０ｃｍ、鉛１０ｃｍ）、１０ｃｍであった。

図２に示すように、各層のγ線及び中性子の減衰量は、図１に示す各減衰量とほぼ同程度である。図１と同様に、金属層中で中性子は増えておらず、γ線と中性子とがバランスよく減衰している。その結果、図１と同様に、管理区域境界線量を満たすのに必要な壁厚は、１ｍ程度あれば十分であることが分かる。なお、図１及び図２から、第３層における積層体中の鉛は、第３層中のどこに配置しても差がないと考えられる。

以上説明したように、本実施の形態の放射線遮蔽壁によれば、少なくとも一部を鉄で構成した金属層とポリエチレンで構成した合成樹脂層とを交互に積層して形成したことで、従来の放射線遮蔽壁と比べてその壁厚を薄くすることが可能となる。その結果、例えば医療用リニアック施設の治療室の周囲に構築される壁に、本実施の形態の放射線遮蔽壁を適用した場合には、治療室の使用可能面積を従来よりも大きくすることができ、治療室の十分な広さを確保することができる。

また、本実施の形態の放射線遮蔽壁によれば、１層目の金属層を鉄で構成するとともに、２層目以降の金属層を鉄と鉛の積層体で構成したことで、鉄のみで構成した場合に比べて、放射線遮蔽壁の厚さをさらに減少させることができる。

さらに、本実施の形態の放射線遮蔽壁によれば、鉄からなる金属層、合成樹脂層、鉄と鉛の積層体からなる金属層、合成樹脂層の４層で構成し、各層の厚みを順番に４０ｃｍ、１０ｃｍ、３０ｃｍ、１０ｃｍとしたことで、最も壁厚を薄くすることができる。

本実施の形態である放射線遮蔽壁のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 本実施の形態である放射線遮蔽壁のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 鉄板の厚さの変化に対するγ線及び中性子の各線量の変化を示すグラフである。

Claims (3)

1. 加速エネルギーが１０ＭｅＶを超える医療用電子リニアックの周囲に構築される放射線遮蔽壁であって、
   少なくとも一部を鉄で構成した金属層とポリエチレンで構成した合成樹脂層とを交互に積層して形成したことを特徴とする放射線遮蔽壁。
2. １層目の前記金属層を鉄で構成するとともに、２層目以降の前記金属層を鉄と鉛の積層体で構成したことを特徴とする請求項１に記載の放射線遮蔽壁。
3. 鉄からなる前記金属層、前記合成樹脂層、鉄と鉛の積層体からなる前記金属層、前記合成樹脂層の４層で構成し、前記各層の厚みを順番に４０ｃｍ、１０ｃｍ、３０ｃｍ、１０ｃｍとしたことを特徴とする請求項２に記載の放射線遮蔽壁。

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