DIN 6871-2-2005 Cyclotron systems for positron emission tomography - Part 2 Radiation protection labyrinths and wall entrances《正电子放射层析X射线摄影法用回旋加速器系统 第2部分 辐射防护迷宫式密封体和护墙入口》.pdf

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1、Februar 2005DEUTSCHE NORM Normenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut f r Normung e.V. Jede Art der Vervielf ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut f r Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 11.040.50; 13.280B 9601933www.din.deXDIN 687

2、1-2ZyklotronAnlagen f r die PositronenEmissionsTomographie Teil 2: Strahlenschutzlabyrinthe und Wanddurchf hrungenCyclotron systems for positron emission tomography Part 2: Radiation protection labyrinths and wall entrancesAcclrateurs cyclotron pour la tomographie par mission de positrons Partie 2:

3、Labyrinthes de radioprotection et traverses muralesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN 6871-2:2005-022InhaltSeiteVorwort.31 Anwendungsbereich 32 Normative Verweisungen.33 Begriffe 44 Berechnung des NEUTRONEN-STREUKOEFFIZIENTEN .45ORTSD

4、OSISLEISTUNG am Ende eines STRAHLENSCHUTZLABYRINTHS66ORTSDOSISLEISTUNG hinter Abschirmungen 7Anhang A (informativ) Beispiele.8A.1 Beispiele fr eine Strahlenschutzlabyrinth- und Torberechnung (Bild A.1).8A.2 Wanddurchfhrungen 11A.2.1 Allgemeines 11A.2.2 Schrge Durchfhrung einheitlicher Richtung11A.2.

5、3 Gewinkelte Durchfhrung12A.2.4 Labyrinthartige Durchfhrungen 12Literaturhinweise.13Stichwortverzeichnis.14BilderBild 1 Skizze zur Darstellung der geometrischen Verhltnisse.5Bild 2 Beispiel fr ein 3fach-Strahlenschutzlabyrinth (n = 3) 6Bild A.1 Zyklotronraum mit den alternativen Zugngen 1fach-Labyri

6、nth“ in Wand 2 und 2fach-Labyrinth inWand 4; Protonenstrahl in Richtung Wand 1 (1 = Quellpunkt (Target).9DIN 6871-2:2005-023VorwortDiese Norm wurde vom Arbeitsausschuss 2 Strahlenschutz“ des Normenausschusses Radiologie (NAR) imDIN Deutsches Institut fr Normung e. V. in Arbeitsgemeinschaft mit der D

7、eutschen Rntgengesellschaft undin Zusammenarbeit mit der Deutschen Gesellschaft fr Medizinische Physik, der Deutschen Gesellschaft frNuklearmedizin, der Deutschen Gesellschaft fr Radioonkologie sowie dem Fachverband fr Strahlenschutze. V. erarbeitet.In bereinstimmung mit dem Verfahren in Publikation

8、en der Internationalen Elektrotechnischen Kommission(IEC) wurden Benennungen von Begriffen in KAPITLCHEN gedruckt. Dadurch soll es dem Anwender der Normerleichtert werden, ohne zustzliche Querverweise Zusammenhnge mit anderen Begriffen zu erkennen undzu nutzen.DIN 6871 Zyklotron-Anlagen fr die Posit

9、ronen-Emissions-Tomographie“ besteht aus:Gbe Teil 1: Anforderungen an den baulichen StrahlenschutzGbe Teil 2: Strahlenschutzlabyrinthe und Wanddurchfhrungen1 AnwendungsbereichDiese Norm gilt fr die Planung und Berechnung von Strahlenschutzlabyrinth-Eingngen und Wanddurch-fhrungen an ZYKLOTRONS zur R

10、adionuklidproduktion fr die POSITRONEN-EMISSIONS-TOMOGRAPHIE (PET) biszu einer Protonenenergie von 25 MeV bzw. einer Deuteronenenergie von 12,5 MeV.Die Norm gibt Verfahren an, wie bei Rumen, in denen PET-Zyklotrons betrieben werden, Strahlenschutz-labyrinth-Eingnge und Wanddurchfhrungen, z. B. fr di

11、e Zu- und Ableitung diverser Medien wie elektrischerStrom, Wasser und Luft sowie fr den Abtransport der erzeugten RADIONUKLIDE konzipiert und die dafrnotwendigen Abschirmungen berechnet werden knnen.2 Normative VerweisungenDie folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erfo

12、rderlich. Bei datiertenVerweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzteAusgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen).DIN 6814 (alle Teile), Begriffe in der radiologischen TechnikDIN 6847-2, Medizinische Elektronenbeschleun

13、iger-Anlagen Teil 2: Strahlenschutzregeln fr die ErrichtungDIN 6871-1:2003-02, Zyklotron-Anlagen fr die Positronen-Emissions-Tomographie Teil 1: Anforderungenan den baulichen StrahlenschutzSullivan, H. H.: A Guide to Radiation and Radioactivity Levels Near High Energy Particle Accelerators,Nuclear T

14、echnology Publishing, England 1992DIN 6871-2:2005-0243 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten die in der Reihe DIN 6814, insbesondere DIN 6814-3 und DIN 6814-5,angegebenen und die folgenden Begriffe.3.1Neutronen-Streukoeffizient,SNeutronenfluss, der von einer Einheitsflche F0in den Halbraum 2 G

15、70 zurckgestreut wird, bezogen auf deneinfallenden NeutronenflussANMERKUNG Der NEUTRONEN-STREUKOEFFIZIENT hat die Dimension 1.3.2StrahlenschutzlabyrinthZugang zu einem Sperr- oder Kontrollbereich (z. B. Bestrahlungs- oder Untersuchungsraum), der so gestaltetist, dass durch eine oder mehrere Richtung

16、snderungen STRSTRAHLUNG auch ohne oder mit nur dnnerStrahlenschutztr nur mit geringer Dosisleistung nach auen dringtDIN 6814-5:2001-034 Berechnung des NEUTRONEN-STREUKOEFFIZIENTENDer Anteil des Neutronenflusses, der eine Streuflche F im Abstand R von der Quelle erreicht, ergibt sich ausF cos /4 G70

17、R2mit = Winkel zwischen der Richtung R und der Flchennormalen.Die Durchfhrung von Abschirmungsberechnungen erfordert unter Einbeziehung der Einheitskugel mit demRadius r0die Umrechnung des Neutronenflusses in die Neutronenflussdichte und diese in eine ORTS-DOSISLEISTUNG. Insgesamt wird die ORTSDOSIS

18、LEISTUNG im Abstand r von der Streuflche gegenber der-jenigen in 1 m Quellabstand nach DIN 6871-1:2003-02, Gleichung (3), um den Faktor reduziert (sieheBild 1):)2(coscos5,02220RFrrFS G70G61Gd7G61Gd7Gd7G2bGd7Gd7G3dG65 (1)DIN 6871-2:2005-025Legende1 Quellpunkt (Target)Bild 1 Skizze zur Darstellung der

19、 geometrischen VerhltnisseBEISPIEL F = 4 m2, = 45, ro= 1 m, r = R = 1,5 m, S = 0,5 (fr Kaskaden-Neutronen): = 0,027ANMERKUNG Die Angaben zum Streukoeffizienten sind in der Literatur unterschiedlich: Man findet Werte zwischen0,2 und 0,6 in Abhngigkeit u. a. von der Neutronenenergie (S umgekehrt propo

20、rtional zur Neutronenenergie“). Im Sinneeiner konservativen Betrachtungsweise wird in dieser Norm der Wert S = 0,5 benutzt.DIN 6871-2:2005-0265 ORTSDOSISLEISTUNG am Ende eines STRAHLENSCHUTZLABYRINTHSWird ein rechtwinklig abgeknicktes STRAHLENSCHUTZLABYRINTH mit n geraden Stcken angenommen, derenLng

21、en mit L1, L2. Lnbezeichnet werden und deren erstes Stck zur Neutronenquelle gerichtet ist (sieheBild 2), und geht man von einem Tunnelquerschnitt A aus, so betrgt nach Sullivan die ORTSDOSISLEISTUNGam Ende des STRAHLENSCHUTZLABYRINTHS nHG26:G28G29G28 G293n322011n5,1n./ LLLLLASHH Gd7Gd7Gd7G3dG2dG26G

22、26(2)Hierbei ist HG26die ORTSDOSISLEISTUNG mit der Einheit Svh1in 1 m Entfernung von der Neutronenquelle aufder Verbindungslinie zwischen Quelle und dem ersten geraden Stck L1(Lo = Einheitslnge) desSTRAHLENSCHUTZLABYRINTHS (siehe DIN 6871-1:2003-02, Gleichung (3).BEISPIEL Es sei HG26= 4,5 Svh1(siehe

23、 DIN 6871-1:2003-02, Beispiel zu Gleichung (3) in 1 m Entfernung fr 0.Fr 90 (L1, senkrecht zur Richtung der beschleunigten Teilchen): 0,24,5Gb4G3dHG26 1)= 0,91 Svh1.2m4m2m2 G3dGb4G3dA . 3fach-Labyrinth (n = 3): Lo= 1 m, L1= L2= L3= 2,5 m1HG2dG2dG2dG3dGb4G3d mSvh9,5Svh109,513nG26.Legende1 Quellpunkt

24、(Target)2 p-StrahlBild 2 Beispiel fr ein 3fach-Strahlenschutzlabyrinth (n = 3)1)Fr Winkel um 90 und grer (90“) drfen wegen der Anisotropie der emittierten Neutronen bezglich derTeilchenstrahlrichtung alle Werte von H mit dem Faktor 0,2 multipliziert werden 1.DIN 6871-2:2005-0276 ORTSDOSISLEISTUNG hi

25、nter AbschirmungenDas Schwchungsgesetz fr Neutronen mit einer breiten spektralen Energieverteilung lautet:iiiii20)/()(xeBaaHxHG6dG2dG61Ge5G3dG26G26(3)Dabei ist)(xHG26die ORTSDOSISLEISTUNG hinter einer Abschirmung der Dicke x;HG26die ORTSDOSISLEISTUNG der ungeschwchten Neutronen (Svh-1) in 1 m Entfer

26、nung von derQuelle (siehe Gleichung (3) in DIN 6871-1:2003-02);a01 m;a der Abstand Quelle-Aufpunkt (m);idie relativen Anteile der Neutronen mit Energien Eiim Intervall Ei und Ei+ G44Ei(0 i 1);Bidie Aufbaufaktoren fr Neutronen der Energien Ei;idie linearen Schwchungskoeffizienten (m-1) fr Neutronen d

27、er Energien Ei;xidie Abschirmdicken (m) fr Neutronen der Energien Ei.Es knnen fr die in der Literatur bekannten Spektren der protonen- bzw. deuteroneninduzierten Kaskaden-neutronen die messtechnisch ermittelten effektiven linearen Schwchungskoeffizienten effbzw. effektiveZehntelwertdicken (“ZWD“) an

28、gegeben werden, so dass sich die Gleichung (3) in folgender Form verein-fachen lsst:xeffeaaHxHGd7G6dG2dG3d20)/()(G26G26(4)mit x = Dicke der geforderten Abschirmung in (m) bzw.:x/ZWD)/()(G2dG3d 10aaHxH20G26G26(5)(/logZWD220axHaHHxG26G26Gd7Gd7G3d (6)Der Quotient )(/ xHHG26G26wird als Schwchungsgrad be

29、zeichnet. In DIN 6871-1:2003-02, Tabelle 1 sind dieeffektiven Zehntelwertdicken fr die Kernreaktionen 9Be(d, n)10B bei einer Deuteronenenergie vonEd= 11 MeV zusammengestellt. Mit dieser Reaktion wurden nahezu alle in PET-Zyklotrons entstehendenNeutronenenergien auf der Grundlage einer konservativen

30、Betrachtungsweise abgedeckt.DIN 6871-2:2005-028Anhang A(informativ)BeispieleA.1 Beispiele fr eine Strahlenschutzlabyrinth- und Torberechnung (Bild A.1)Problem:Gbe Abschirmung eines Zyklotronraumes (Lnge: 6 m, Breite: 6 m, Hhe: 3 m) so, dass auerhalb dervier Wnde und der Decke der Wert von 6 mSv/a ni

31、cht berschritten wird (Einschaltzeit: 40 h/W);Gbe ZYKLOTRON: 16 MeV-Protonen, I = 30 A;Gbe die primre Neutronenquelle ist in der Mitte des Raumes angeordnet und mit 15 cm Eisen umgeben;Gbe Wand 1: 0Gb0“-Emission, alle anderen Wnde und die Decke: 90Gb0“-Emission;Gbe in Wand 2 befindet sich der Eingan

32、g als 1fach-Strahlenschutzlabyrinth“ mit = 15Gb0G3bR = 3,0 m, r = 4,0 m, F = 10 m2, siehe Gleichung (1);Gbe alternativ sollte ein rechtwinkliges 2fach-Strahlenschutzlabyrinth fr Wand 4 berechnet werden mitA = 2 m Gb4 3 m, L1= 3 m, L2= 4 m, siehe Gleichung (2);Gbe das Tor sollte beidseitig aus 1,5 cm

33、 Stahl (Trgermaterial), 1,5 cm Blei (Abschirmung der -Strahlung)und aus Paraffin bestehen;ANMERKUNG Die Zehntelwertdicke (ZWD) von Paraffin fr Neutronen mit der mittleren Energie Ga3 15 MeV betrgt21,9 cm. Nach DIN 6847-2 betrgt die ZWD von Paraffin fr gestreute Neutronen nur 8 cm. Dabei hat man unte

34、rstellt,dass die Energie der gestreuten Neutronen 15 MeV ist. In der Beispielrechnung wird aber der Wert ZWD = 21,9 cmbenutzt.Gbe Abschirmmaterial Wnde, Decke: Normalbeton (Dichte G72 = 2,33 g cm-3).DIN 6871-2:2005-029Legende1. Quellpunkt (Target)2. Wand 13. Wand 24. Tor5. Wand 3Bild A.1 Zyklotronra

35、um mit den alternativen Zugngen 1fach-Labyrinth“ in Wand 2und 2fach-Labyrinth in Wand 4; Protonenstrahl in Richtung Wand 1 (1=Quellpunkt (Target)DIN 6871-2:2005-02101. Schritt Berechnung der ORTSDOSISLEISTUNG HG26: Nach Gleichung (3) in DIN 6871-1:2003-02 istHG26= 4,5 Svh-1 in 1 m fr 0Gb0“ bzw. 4,5

36、.0,2 = 0,9 Svh-1in 1 m fr 90Gb0“.2. Schritt Reduzierung von HG26durch 15 cm Eisen: Mit x = 0,15 m, ZWD(Fe) = 0,342 m ergibt sich nachGleichung (5): )(/( xHHG26G26= 2,7; alle weiteren Schritte werden daher mit HG26= 1,7 Svh-1fr 0Gb0“bzw. mit HG26= 0,34 Svh-1in 1 m fr 90Gb0“ ausgefhrt.3. Schritt Festl

37、egung von )(xHG26: Bei einer Einschaltzeit von 40 h/W und der angestrebten Einhaltung desWertes fr beruflich strahlenexponierte Personen der Kategorie B (6 mSv/a) soll)(xHG26= 3 Gb4 10-6Svh-1nicht berschritten werden.4. Schritt Abschirmdicke Wand 1 (0Gb0“): Nach Gleichung (5) und in DIN 6871-1:2003-

38、02, Tabelle 1 ergibt sich.m80,1310317,1log369,0262G3dGb4Gb4Gb4Gb4G3dG2dxANMERKUNG Genau genommen msste die Dicke x bei Festlegung des Abstandes Quelle-Aufpunktmit bercksichtigt werden. Geschieht das (a = 3 m + etwa 1,5 m = 4,5 m), so ergibt sich nachGleichung (5) x = 1,67 m. Diese Korrektur wird in

39、den Schritten 5 und 6 in Klammern mit angegeben.5. Schritt Abschirmdicken Wnde 2 bis 4 (90Gb0“). Nach Gleichung (5) ergibt sichG28G29m1,41m54,13103134,0log369,0262G3dGb4Gb4Gb4Gb4G3dG2dx6. Schritt Abschirmdicke Decke (90Gb0“): Nach Gleichung (5) ergibt sichG28G29m1,54m77,15,1103134,0log369,0262G3dGb4

40、Gb4Gb4Gb4G3dG2dx7. Schritt ORTSDOSISLEISTUNG am Ausgang 1fach-Strahlenschutzlabyrinth“: HG26= 0,34 Svh-1(90Gb0“)(siehe 2. Schritt). Nach Gleichung (1) ergibt sich)32(15cos15cos105,041105,0222Gb4Gb0Gb0Gb4Gb4G2bGb4Gb4G3d G70G65 = 0,33 Gb4 10-2132TorSvh101,11033,034,0G2dG2dG2dGb4G3dGb4Gb4G3dHG268. Schr

41、itt ORTSDOSISLEISTUNG am Ausgang 2fach-Strahlenschutzlabyrinth: Nach Gleichung (2) ergibtsich3215,1Tor243/65,034,0 Gb4Gb4G3dG3d HHG26G2613TorSvh104,3G2dG2dGb4G3dHG26Mittelwert aus 7. und 8. Schritt: 13TorSvh109,2G2dG2dGb4G3dHG269. Schritt Torabschirmung: Erforderlich ist demnach ein Schwchungsgrad96

42、7Svh103Svh109,2)(/1613G3dGb4Gb4G3dG2dG2dG2dG2dxHHG26G26Nach Gleichung (5) ergeben 3 cm Stahl mit der ZWD = 0,342 m den Abschirmfaktor 1,22 und1,5 cm Blei mit ebenfalls ZWD = 0,342 m ergeben den Abschirmfaktor 1,11.Der erforderliche Schwchungsgrad der Paraffinabschirmung betrgt daher71422,111,1967)(/

43、 G3dGb4G3dxHHG26G26Mit einer ZWD = 21,9 cm von Paraffin ergibt dann Gleichung (6) eine Paraffindicke von62,5 cm. Das Tor sollte also aus 3 cm Stahl + 1,5 cm Blei + 63 cm Paraffin konstruiert werden.DIN 6871-2:2005-0211A.2 WanddurchfhrungenA.2.1 AllgemeinesDie baulichen Abschirmungen eines PET-Zyklot

44、rons mssen fr die Zu- und Ableitung diverser Medien (z. B.elektrischer Strom, Wasser, Luft) und fr den Abtransport der erzeugten RADIONUKLIDE durchbrochen werden.Zur Reduzierung der ORTSDOSISLEISTUNG durch Streueffekte sollten schrge, gewinkelte und labyrinthartigeWanddurchfhrungen mit mglichst klei

45、nen Querschnitten gewhlt werden. An dieser Stelle werdenRechenmethoden zur Bestimmung des Schwchungsgrades derartiger Wanddurchfhrungen angegeben.Auch hier ist das Hauptaugenmerk auf die Neutronenkomponente zu legen, denn der Streukoeffizient S fr-Strahlung (S = 0,1) ist kleiner als derjenige fr Neu

46、tronen (S = 0,2 bis 0,6).Definitionen und Bezeichnungen, die im Folgenden bentigt werden:A Querschnitt der Durchfhrung (m2);EHG26ORTSDOSISLEISTUNG (Svh-1) am Eingang der Durchfhrung;AHG26ORTSDOSISLEISTUNG (Svh-1) am Ausgang der Durchfhrung (Schwchungsgrad = AE/HHG26G26); mittlere freie Weglnge von N

47、eutronen in Beton (m) mit = 0,43 (1 - 0,8 Gb4 e- Gb4 0,001 Gb4G20E) = 5 (fr Neutronenemission in Vorwrtsrichtung “0“) = 3 (fr Neutronenemission seitlich “90Gb0“)E = Protonen- bzw. Deuteronenenergie (MeV);S 0,5 (Streukoeffizient);x Wanddicke (m).A.2.2 Schrge Durchfhrung einheitlicher RichtungIst die

48、Achsenrichtung des Durchfhrungskanals gegen die Oberflche der Abschirmung um den Winkel geneigt, so gilt die Beziehung3LAASHHeffEAGd7Gd7G3dG26G26(6)Dabei istG64G6cG64 sineffAtgAA Gd7G2bGd7G3d (7)der effektive Querschnitt undAAxL /effG2dG3d (8)die effektive Lnge der Durchfhrung.DIN 6871-2:2005-0212BE

49、ISPIELEHG260,038 Svh-1;a 3 m (Abstand Quelle-Eingang Durchfhrung);A 0,2 Gb4 0,2 m = 4 Gb4 10-2m2;Ep18 MeV, = 3 (90Gb0“), Betonwand, = 0,1 m; 30Gb0, Aeff= 3,3 Gb4 10-2m2;x 2,0 m (Schwchungsgrad: etwa 106), L = 1,84 mGleichung (6): 15ASvh102G2dGb4G3dHG26, Schwchungsgrad: 1,9 Gb4 103A.2.3 Gewinkelte DurchfhrungIst die schrg verlaufende Durchfhrung in Wandmi