DIN 6871-1-2003 Cyclotron systems for positron emissions tomography - Part 1 Requirements for constructional radiation protection《正电子释放断层摄影术用回旋加速器系统 第1部分 结构辐射防护要求》.pdf

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1、1DEUTSCHE NORM Februar 2003Zyklotron-Anlagen fr diePositronen-Emissions-TomographieTeil 1: Anforderungen an den baulichen Strahlenschutz6871-1ICS 11.040.50; 13.280Cyclotron systems for positron emission tomography Part 1: Requirements for constructional radiation protectionInhaltSeiteVorwort .21 Anw

2、endungsbereich 22 Normative Verweisungen 23 Begriffe 34 Grenzwerte und Hchstwerte der EFFEKTIVEN DOSIS 35 Angaben des Herstellers und des Betreibers .45.1 Angaben des Herstellers 45.2 Angaben des Betreibers .46 Hchste zulssige ORTSDOSISLEISTUNG .47 Umgebende Ortsbereiche 58 Berechnung des baulichen

3、Strahlenschutzes 58.1 Physikalische Grundlagen 58.1.1 Voraussetzungen 58.1.2 Von Neutronen herrhrende Dosisleistung 58.2 Allgemeines Berechnungsschema .68.3 Zehntelwertdicken 109 Baulicher Strahlenschutz fr Systeme mit primrer Abschirmung 109.1 Angaben des Herstellers 109.2 Angaben des Betreibers .1

4、09.3 Berechnungsschema des baulichen Strahlenschutzes 11Anhang A (normativ) Diagramm 1: Dosisleistung je A Strahlstrom in 1 m Abstand 18Anhang B (informativ) Aufenthaltsfaktoren .19Anhang C (informativ) Zusammenstellung der Gleichungen 20Literaturhinweise .22Stichwortverzeichnis .22Fortsetzung Seite

5、 2 bis 22Normenausschuss Radiologie (NAR) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 6871-1:2003-02nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. 12 Vert

6、r.-Nr. 0012Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinDIN 6871-1:2003-022VorwortDiese Norm wurde vom Normenausschuss Radiologie im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. inArbeitsgemeinschaft mit der Deutschen Rntgengesellschaft und in Zusammenarbeit mit der DeutschenGesellschaft

7、 fr Medizinische Physik erarbeitet.In bereinstimmung mit dem Verfahren in Publikationen der Internationalen Elektrotechnischen Kommis-sion (IEC) wurden Benennungen von Begriffen in KAPITLCHEN gedruckt. Dadurch soll es dem Anwenderder Norm erleichtert werden, ohne zustzliche Querverweise Zusammenhnge

8、 mit anderen Begriffen zuerkennen und zu nutzen.Die Reihe DIN 6871 besteht aus:Teil 1: Zyklotron-Anlagen fr die Positronen-Emissions-Tomographie Teil 1: Anforderungen an den bau-lichen Strahlenschutz1 AnwendungsbereichDiese Norm gilt fr die Berechnung des baulichen Strahlenschutzes an ZYKLOTRONS fr

9、die Radionuklid-produktion fr die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bis zu einer Protonenenergie von 25 MeVbzw. einer Deuteronenenergie von 12,5 MeV. Fr BESCHLEUNIGER mit Energien oberhalb dieser Grenzeknnen noch weitere Manahmen erforderlich sein. Die Methode zur Berechnung von zustzlichembaul

10、ichen Strahlenschutz fr SELBSTABGESCHIRMTE ZYKLOTRONS wird in Abschnitt 9 dargestellt.Die Norm gilt nur fr Beschleunigeranlagen mit Tr und nicht fr Anlagen mit Labyrinthzugang.2 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen Publikationen

11、.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung oder berarbeitung eingearbeitet sind.

12、Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 25413-1:1991-07, Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteilen Abschirmung vonNeutronenstrahlung.DIN 25413-2:1991-07, Klassifikation von Abschirmbetonen nach Elementanteile

13、n Abschirmung vonGammastrahlung.DIN 6814 (alle Teile), Begriffe in der radiologischen Technik.Verordnung ber den Schutz vor Schden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung StrlSchV) , Bgbl. Teil I, Nr. 38, vom 20. Juli 2001.DIN 6871-1:2003-0233 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelte

14、n die in der Normenreihe DIN 6814, insbesondere DIN 6814-3,DIN 6814-5 und DIN 6814-8 angegebenen und die folgenden Begriffe.3.1ZYKLOTRONTEILCHENBESCHLEUNIGER, bei dem geladene KORPUSKELN whrend der Beschleunigung durch ein zeitlichkonstantes magnetisches Fhrungsfeld auf praktisch aneinander anschlie

15、enden Kreisbgen mit wach-sender Radien gehalten werden; die KORPUSKELN werden durch ein hochfrequentes elektrisches Feldjeweils beim bertritt von einem Kreisbogen in den nchsten beschleunigt DIN 6814-8:2000-12ANMERKUNG Bei PET-Zyklotrons werden negative oder positive Ionen des Wasserstoffs oder Deut

16、eriumsbeschleunigt.3.2Selbstabgeschirmtes ZYKLOTRONZYKLOTRON mit einer anlagebezogenen primren Abschirmung3.3BAUTECHNISCHE STRAHLENSCHUTZVORKEHRUNGTeile eines Bauwerks oder daran angebrachte Vorrichtungen, durch die STRAHLENSCHUTZBEREICHE undSCHUTZZONEN abgegrenzt oder eingeengt werden DIN 6814-5:20

17、01-033.4TARGETTeil einer Rntgenrhre oder eines TEILCHENBESCHLEUNIGERS, auf den beschleunigte TEILCHEN zur Erzeu-gung IONISIERENDER STRAHLUNG oder anderer TEILCHEN gerichtet werden DIN 6814-2:2000-07ANMERKUNG Bei PET-Zyklotrons ist das TARGET Ort der kernphysikalischen Reaktion. Das TARGET besteht hi

18、eraus dem Targetkrper und der Targetfllung. Der Targetkrper ist das den hier gegebenen technischen Anforderungengerecht werdende Behltnis fr die Targetfllung. Die Targetfllung, die das Targetvolumen fllt, ist die Ausgangs-substanz fr die Kernreaktionen zur Erzeugung der Zielsubstanzen. Die im evakui

19、erten Beschleunigungsraum einesZYKLOTRONS beschleunigten TEILCHEN werden durch die beschleunigungsraumseitige, mit einer dnnen Folie (Target-folie) abgegrenzte ffnung (Targetffnung) in das Targetvolumen gefhrt. Das Verbindungselement zwischenBeschleunigungsraum (Beschleunigungs-Tank) und Targeteinri

20、chtung wird als Beam-Line bezeichnet.3.5StrahlungsrichtungVorzugsrichtung des am TARGET erzeugten Strahlungsfeldes3.6SandwichabschirmungAbschirmvorrichtung aus Schichten unterschiedlicher Materialien4 Grenzwerte und Hchstwerte der EFFEKTIVEN DOSISNach Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) gelten unter

21、 anderem folgende Grenzwerte der EFFEKTIVENDOSIS je Jahr: 20 mSv/a als Grenzwert fr beruflich strahlenexponierte Personen; 1 mSv/a als Grenzwert fr Einzelpersonen der Bevlkerung.DIN 6871-1:2003-0245 Angaben des Herstellers und des Betreibers5.1 Angaben des HerstellersDer Hersteller des ZYKLOTRONS mu

22、ss dem Errichter ausfhrliche technische Unterlagen zur Verfgungstellen, die mindestens nachfolgende Angaben enthalten: Abmessungen des ZYKLOTRONS; Lage der TARGETS; beschleunigte Teilchenart und maximaler Strom auf das TARGET; Mglichkeiten zur gleichzeitigen Bestrahlung von mehreren TARGETS.5.2 Anga

23、ben des BetreibersDer knftige Betreiber des ZYKLOTRONS muss dem Errichter oder der beauftragten Institution fr diePlanung des bautechnischen Strahlenschutzes ausfhrliche Unterlagen zur Verfgung stellen, in denen diefr die Errichtung wesentlichen Angaben ber den vorgesehenen Betrieb enthalten sind. F

24、olgendeAngaben sind mindestens erforderlich: Zeichnungen der zur Anlage gehrenden Gebude, Rume und Auenanlagen und der benachbartenGebude, Rume und Verkehrsflchen, aus denen die fr Strahlenschutzberechnungen bentigtenAbstnde entnommen werden knnen; Aufteilung der Rume und deren Benutzung; Arbeitsplt

25、ze und Aufenthaltspltze von Personen innerhalb der Anlage; gegebenenfalls Angaben, inwelchen Bereichen Beschrnkungen der Aufenthaltsdauer eingehalten werden knnen; Angaben ber die vorgesehene Ausdehnung von BERWACHUNGS-, KONTROLL- und SPERRBEREICHEN; Art und Nutzung von Bereichen auerhalb des Beschl

26、euniger-Raumes; Angaben ber die beabsichtigten Betriebsweisen (verwendete TARGETs, Mehrfachbestrahlung usw.)und die dazugehrigen Einschaltzeiten; gegebenenfalls Angaben, fr welche Betriebsweisen Betriebs-beschrnkungen eingehalten werden knnen.6 Hchste zulssige ORTSDOSISLEISTUNGDie hchste zugelassene

27、 ORTSDOSISLEISTUNG hinter der Abschirmung wird als Umgebungs-quivalent-dosisleistung )(10maxHJH Jahresgrenzwert der EFFEKTIVEN DOSIS;St in einem Jahr zu erbringende Strahlzeit;T Aufenthaltsfaktor1).7 Umgebende OrtsbereicheFr die umgebenden Ortsbereiche sind fr zustzliche Abschirmungen besonders Mehr

28、facheinstrahlungenzu bercksichtigen. Dies gilt insbesondere fr Laborbereiche, in denen mit den produzierten Radionuklidenumgegangen wird. Die aus Abschnitt 8 folgende ORTSDOSISLEISTUNG hinter der Abschirmung muss mit ent-sprechenden Geometriefaktoren bercksichtigt werden.8 Berechnung des baulichen S

29、trahlenschutzes8.1 Physikalische Grundlagen8.1.1 VoraussetzungenFr die Ausfhrungen zur Abschirmungsberechnung fr ein ZYKLOTRON sind folgende Voraussetzungen zubeachten:Bei den typischen Kernreaktionen zur Erzeugung von PET-Nukliden (z. B. (p,n); (d,n) entstehen Neutronenmit einer Gauschen Energiever

30、teilung wie auch begleitende GAMMASTRAHLUNG. In der Regel ist bei aus-reichender Abschirmung mit wasserstoffreichen Materialien gegen Neutronenstrahlung auch ein aus-reichender Schutz gegen GAMMASTRAHLUNG gewhrleistet. Dies gilt aber nicht fr SANDWICH-ABSCHIRMUNGEN oder teilabgeschirmte Systeme (sie

31、he Abschnitt 9), bei denen explizit mit der Neutronen-strahlung und daneben mit der GAMMASTRAHLUNG gerechnet werden muss.8.1.2 Von Neutronen herrhrende DosisleistungAusgangspunkt zur Berechnung des Neutronenflusses und der damit verbundenen primren Dosisleistungfr einen Teilchenstrom von 1 A in Abhn

32、gigkeit von der Endenergie (in MeV) der Protonen (Ep) bzw.Deuteronen (Ed) sind folgende empirisch ermittelte Formeln (Ep = Ed = E):Zahl der Neutronen (), die durch einen Teilchenstrom von I0= 1 A in den Raumwinkel 4 emittiertwerden (Anwendung dieser Zahlenwertgleichung siehe Beispiel in 8.2).)1(108,

33、46,1)001,0(6,363,011 EE= e (2)Die Dosisleistung fr einen Teilchenstrom von I0= 1 A in 1 m Referenzabstand Sv/(h A) fhrt zu)1(5,56,15107,563,00EEIH= e0Hx gesuchte Abschirmdicke;aiAbstand vom TARGET bis zur Innenseite des zu schtzenden Platzes;a0Bezugsabstand fr die Festlegung der Bezugsdosisleistung

34、0HZWD Zehntelwertdicke des Abschirmmaterials (siehe Tabelle 1).Legende1 Quellpunkt (TARGET)Bild 1 Skizze zur Darstellung der geometrischen VerhltnisseDamit ohne Anwendung von iterativen Rechenalgorithmen die Gre x berechenbar ist, wird die Greaa = ai + x eingefhrt (siehe Bild 1). Die Gre aaist damit

35、 der Abstand vom Quellpunkt (TARGET) bis zurAuenseite der zu berechnenden Abschirmung und verndert sich bei festgelegtem Abstand aimit dernderung der in den Berechnungsschritten ermittelten Zwischengre der Abschirmdicke xn.DIN 6871-1:2003-027Demgem erhlt man mitnianxaa += (5a)2a00*maxn10(10)=aaHHZWD

36、xStrahlstrom: I = 30 A;Strahlzeit: tS= 2000 h/a;Aufenthaltsfaktor: T = 1;ORTSDOSISLEISTUNG am zu schtzenden Ort: (Beispiel: ffentlicher Bereich mit dem Jahresgrenzwert fr Einzelpersonender Bevlkerung mSv1J=H ):mSv/h105011h20001mSv11(10)3SJ*max,=TtHHAnsatz fr den Abstand zwischen TARGET und Auenseite

37、 der Abschirmung: 1aa = 2,0 m;Baustoff fr die Abschirmmanahme: Normalbeton der Dichte 2,23 g/cm3;ZWD Zehntelwertdicke in m fr Normalbeton der Dichte 2,23 g/cm3:ZWD = 0,434 m (Tabelle 1).DIN 6871-1:2003-028Die Gre 0IHG26bestimmt man aus Bild A.1/Anhang A oder berechnet sie mit Gleichung (3) und erhlt

38、:AhSv1510AhSv116556151610756300G6dGd7G2cG3dG6dGd7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6G2dGd7Gd7G2cG3dG2cG2dGd7Gd7G2cG2dG2ceIHG26in 1 m Abstand, bezogen auf einen Strahlstrom von I0= 1 A. Da zwischen der Dosisleistung durch Neutronen unddem Strahlstrom ein linearer Zusammenhang besteht, kann dieser Wert mit dem gegeben

39、en Strahlstrom skaliertwerden (Gleichung (4). Mit einem Strahlstrom (Teilchenstrom auf das TARGET) von I = 30 A ergibt sich eineDosisleistung (in 1 m Abstand vom Quellpunkt) vonhmSv104,53hSv4,53A30AhSv15130Gd7G3dG3dG6dGd7G6dGd7G2cG3d 0HG26Die Dicke x der erforderlichen Abschirmmanahme erhlt man durc

40、h Anwendung von Gleichung (5) in einem iterativenRechenprogramm: m502G2cG3dx (gerundet auf ganze cm), wobei abweichend von den oben genannten Eingangsdatenzwangsweise der Abstand vom Target (Quellpunkt) bis zur Auenseite der berechneten Abschirmungxaa G2bG3dian= 4,0 m wird.Verfgt man nicht ber ein e

41、ntsprechendes Rechenprogramm zur Lsung der Gleichung (5), kann nach folgendemVerfahren in mehreren (n) Rechenschritten mit Hilfe von Gleichung (6) die Dicke x der Abschirmmanahme bestimmtwerden, wobei der nte Schritt das Ergebnis xnin der gewnschten Genauigkeit liefert:Schritt 1.A (erster Berechnung

42、sschritt):m762m2m1hmSv100,5hmSv104,53lgm0,434(10)lg22223312a20*max01nG2cG3dGf7Gf7Gf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge7Ge7Ge8Ge6Gd7Gd7Gd7Gd7G3dGf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge8Ge6Gd7Gd7G3dG3daaHHZWDxG26G26Schritt 1.B: Bewertung des Ergebnisses aus Schritt 1.A:Die mit Berechnungsschritt 1 ermittelte Dicke der Abschirmung betrgt

43、x1 = 2,76 m. Ein Vergleich der Eingangsdaten imZusammenhang mit diesem Ergebnis zeigt, dass die vorgegebenen geometrischen Verhltnisse nicht realisierbar sind(Gleichung (5a) zur Plausibilittskontrolle):Aus Gleichung (5a) )(nianxaa G2bG3d wird 1ai1xaa G2dG3dG28G29m760m7622iG2cG2dG3dG2cG2dG3daDer nega

44、tive Wert fr den Abstand (ai) vom Quellpunkt (TARGET) bis zur Innenseite der Abschirmung und dieAbweichung gegenber der Eingangsvorgabe: ai= 1,5 m signalisiert, dass eine Umsetzung mit den vorgegebenengeometrischen Verhltnissen nicht mglich ist.DIN 6871-1:2003-029Schritt 1.C:Geht man davon aus, dass

45、 das TARGET von der targetseitigen Wand der Abschirmmanahme 1,5 m entfernt sein sollte(ai= 1,5 m), ergibt sich fr einen Folgerechenschritt als Eingangswert fr den Abstand vom TARGET bis zur Auenseiteder zu berechnenden Abschirmung:m264m762m5011ia2,=,+,=+= xaaSchritt 2.A (erneuter Berechnungsschritt

46、mit korrigierten Eingangsdaten aus 1.C):Durch Einsetzen des neuen Wertes von 2aa = 4,26 m in Gleichung (6) errechnet sich die korrigierte Dicke derAbschirmmanahme: m4822,=xSchritt 2.B (Bewertung des aktuellen Ergebnisses aus Schritt 2.A):Abweichend von der Vorgabe fr die Innenraumabmessung (ai= 1,5

47、m) wirdm781m482m2642anai2n,=,=xaxaaZur Annherung an den Vorgabewert von ai= 1,5 m muss eine erneute Berechnung vollzogen werden: Die gendertenEingangsdaten dazu sind:m9832ia3,=+= xaaSchritt 3 (erneuter Berechnungsschritt mit neuen Eingangswerten fr aa3):Durch Einsetzen des neuen Wertes von aa3= 3,98

48、 m in Gleichung (6) errechnet sich die korrigierte Dicke derAbschirmmanahme:m50223,=xIm Bedarfsfalle mssen die Schritte 2 und 3 so oft wiederholt werden, bis die Unterschiede fr die ermitteltenAbschirmdickenwerte zwischen dem nten und dem (n-1)ten Schritt so klein sind, dass das Ergebnis den Erforde

49、rnisseneiner gewnschten kompakten Bauweise gerecht wird.Im gegebenen Beispiel kann der errechnete Abschirmdickenwert von x3= 2,5 m als ausreichend genaues Ergebnisbetrachtet werden, dam0220231nn,=xxxxxist.Zum Abschluss der Bestimmung der Dicke der Abschirmmanahme wird erneut geprft, ob die geometrischenVorgaben unter V