Abstract
質子加速器在運轉過程中會產生二次輻射，治療設施提供屏蔽，限制二次輻射進入病人、工作人員或一般民眾身上。質子加速器-迴旋加速器的屏蔽分析，其中最常見的方法是結合半經驗公式和解析方法去估算中子的劑量，本研究以蒙地卡羅方法直接模擬質子損失的情況，並模擬中子及光子造成的劑量。 質子治療設施，包括四間旋轉治療室、一間實驗室及相關臨床醫療設施(包括診間、辦公室等)與加速器運轉周邊設施等。本研究探討兩個位置的中子劑量，第一個為緊鄰迴旋加速器的治療室CD點的中子劑量；另一個為治療室迷道口及控制室 的中子劑量。前者的劑量主要貢獻來自於質子在迴旋加速器中心等方向性損失及偏向器沿切線方向損失；後者主要來自於治療室中的質子在旋轉機架的機頭噴嘴內及患者體內損失。 本研究以蒙地卡羅程式模擬接近真實幾何，並運用兩種方法模擬迴旋加速器中心等方向性損失對CD點的劑量計算。兩種方法均以直接模擬的方式，差別在於，第一種方法僅考慮質子在加速平面上沿軌道切線等方向性損失，只要一偏離加速平面的質子就不會對CD點貢獻或貢獻很小忽略不計，計算得到中子劑量為1.22 mSv/yr。第二種方法，則將三維空間考慮進來，質子會從四面八方撞擊鐵並以等方向性損失，中子劑量為0.69mSv/yr。直接模擬偏向器沿切線方向損失，中子劑量為1.31mSv/yr 。 治療室迷道口及控制室的中子劑量分成兩個情況模擬，第一個情況考慮治療室中的質子全數損失在機頭噴嘴；第二個情況考慮治療室中的質子一部分損失在機頭噴嘴、一部分損失在患者體內。由於機頭噴嘴主要組成為鐵、而患者體內70%為水，高能質子在鐵中的中子產量比在水中大，所以第一種情況是以高估保守方式評估迷道口及控制室的劑量，同時計算中子及光子有效劑量，迷道口的總劑量為0.97mSv/yr，而控制室的總劑量為0.41mSv/yr。本研究模擬迷道口的中子洩漏輻射與直接輻射約為一比一，而光子洩漏輻射與直接輻射約為三比一。迷道口的光子有效劑量率為中子有效劑量率的11%。而第二個情況比較接近真實情況，除了考慮質子在鐵及水中的部分損失，也考慮實際不同治療能量造成不同質子電荷損失，模擬迷道口的中子劑量為0.113mSv/yr，控制室的中子劑量為0.0489 mSv/yr，比第一個假設條件模擬得到的劑量小一個冪次(order)。