РАСЧЁТ ДОЗОВОГО ПОЛЯ
МЕДИЦИНСКОГО УСКОРИТЕЛЯ
ДЛЯ КОМПЛЕКСА ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ КЛТ-6

А.С. Курилик, В.И. Шведунов
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына (НИИЯФ МГУ);
ООО Лаборатория электронных ускорителей МГУ (ЛЭУ МГУ)

E-mail: a.s.kurilik@yandex.ru

    Локальная радиационная защита комплекса лучевой терапии КЛТ-6 ограничивает проникновение ионизирующего излучения от ускорителя в окружающее пространство. Защита для стационарных систем обычно проектируется с некоторым запасом. Однако, если источник излучения предполагается подвижным, а в комплексе лучевой терапии излучатель движется вокруг пациента, задача минимизации размеров и массы излучателя приобретает первостепенную важность. Переход на более высокую частоту СВЧ поля с 2856 на 5712 МГц позволяет уменьшить размеры ускоряющей структуры. Что, в свою очередь, позволяет уменьшить размеры внутренней полости и, следовательно, внешние размеры и массу радиационной защиты. Дополнительно уменьшить размеры и массу можно использованием тяжёлых вольфрамовых сплавов вместо используемого обычно для таких целей свинца. Общий вид локальной радиационной защиты излучателя комплекса лучевой терапии КЛТ-6 показан на рис 1.

Рис. 1. Изображение локальной радиационной защиты КЛТ-6 и треков частиц. Серым цветом показана радиационная защита. Зелёные линии - фотоны тормозного излучения, красные - электроны, синие - позитроны. Изображение получено для 1000 первичных 6 МэВ электронов, попадающих на тормозную мишень. Конусный коллиматор обеспечивает вывод тормозного излучения в рабочую область.

     ГОСТ Р МЭК 60601-2-1-2013 ограничивает утечку тормозного излучения: в плоскости пациента (круг радиусом 2 м расположенный на расстоянии 1 м от тормозной мишени) величиной 0.1% относительно максимальной поглощённой дозы, измеренной на оси ускорителя на расстоянии 1 м от тормозной мишени; на границе измерения утечки вне плоскости пациента (1 м от линии транспортировки пучка) величиной 0.5%.
    Зависимость относительной дозы от полярного угла показана на рис. 2. В диапазоне полярных углов от 0 до ~60 градусов дополнительное ослабление будет обеспечиваться системой формирования терапевтического пучка, состоящей из защитных колец, шторок и многолепесткового коллиматора. В диапазоне полярных углов более 170 градусов дополнительное ослабление будет обеспечивать ускоряющая структура.

Рис. 2. Зависимости относительной дозы от полярного угла. Угол 0 соответствует оси ускорителя. Красная линия - с установленным выравнивающим фильтром (относительная доза на оси ускорителя равна 1), зелёная - без фильтра (относительная доза на оси ~2.5), чёрная линия - порог допустимого уровня утечки тормозного излучения, установленный ГОСТ Р МЭК 60601-2-1-2013.

     При расчёте защиты для КЛТ-6, необходимо учитывать наличие технологических отверстий, через которые может происходить утечка ионизирующего излучения. Таким образом, упрощённое рассмотрение в аксиально симметричном приближении уже не даёт адекватной оценки. Для анализа требуется двухмерное распределение дозы по полярному и азимутальному углам. Такое распределение показано на рис. 3. Соответствующее технологическим отверстиям превышение дозы свыше допустимого порога является незначительным и при усреднении за счёт движения окажется ниже порога.

Рис. 3. Распределение дозы относительно дозы на оси ускорителя в зависимости от полярного и азимутального углов. Хорошо видны области, соответствующие технологическим отверстиям в локальной радиационной защите КЛТ-6.

     Работа подготовлена в рамках выполнения соглашения между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и АО «НИИТФА» о предоставлении субсидии № 14.582.21.0011 от 03.10.17 г. «Создание и передача на клинические испытания образца импортозамещающего комплекса лучевой терапии на базе инновационного оборудования (6 МэВ ускорителя и конусно-лучевого томографа)». Уникальный идентификатор соглашения RFMEFI58217X0011.