屏蔽防护

屏蔽防护（共6篇）

屏蔽防护 篇1

0 引言

近年来, 原子能工业、放射医学和国防科研有了迅速的发展, 在中子领域的研究 (包括实验研究和应用研究) 也同样得到了极大的开展, 同时, 有关的技术和研究成果在许多产业已经投入使用并且取得不错成绩[1,2]。中子本身呈电中性, 与物质原子核直接发生作用, 不与物质核外电子发生作用。中子穿透能力很强, 和质量和能量相同的带电粒子相比, 中子强得多, 因此, 和同样剂量的γ射线, χ射线相比, 中子对人体产生的危害严重得多。为了让中子技术更好地服务人类, 对中子进行有效的屏蔽的必不可少的。所以, 研究并开发新型的、综合性能更好的中子屏蔽材料是非常必要的;研究实用、高效、安全的中子屏蔽材料方案也是必需的。选择合适的屏蔽材料, 制定合理的方案可以减小屏蔽的经济成本和屏蔽体的体积和重量。因此, 对各种新型辐射屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。鉴于此, 笔者提出了新型辐射屏蔽材料防护层设计。

1 中子辐射屏蔽原理

中子分为四大类[3], 根据其能量高低分别是高能中子 (>10MeV) 、快中子 (100keV-10MeV) 、中能中子 (1 keV-100keV) 以及慢中子 (0eV-1 keV) 。事实上, 中子辐射屏蔽的原理是将能量在0eV-1 keV的慢中子吸收, 将能量在1 keV以上的中能中子、快中子以及高能中子减速。

2 中子辐射屏蔽材料

重元素保护层的作用是屏蔽入射的γ射线, 减速快中子, 从而达到屏蔽因吸收、减速中子时产生的二次γ射线;轻元素吸收层的作用是吸收慢中子。吸收、减速中子时会产生二次γ射线, 而γ射线又能辐射、损伤高分子材料, 所以, 为了能够对中子和γ射线同时屏蔽、吸收, 材料结构成分设计就应该包括重元素保护层和轻元素吸收层。

通常来说, 对快中子屏蔽的方法是开头用铁、铅等重核素进行非弹性散射, 把中子能量慢化到1MeV以下, 然后用氢等轻核素进行弹性散射使其进一步慢化, 接下来用吸收截面大的核素吸收其剩余能量。

中子散射截面随元素种类和中子能量的变化不简单, 其中原子序数小的元素经弹性散射以达到中子能量大幅度减小的效果, 因为原子序数小的元素很容易进行类似辐射俘获反应的吸收反应, 特别是那些含有大量氢的物质, 如聚丙烯、硼、石蜡和聚乙烯, 中子屏蔽效果更好, 成为了优秀的中子屏蔽材料。它们反应截面较大, 能够使中子的能量迅速降至1MeV以下[4]。

铁之所以能普遍作为屏蔽材料[1], 是因为铁具有密度大, 力学强度高等优良性能, 但其俘获热中子后将放出大量10MeV以下的二次γ射线, 从严格意义上来说, 不能作为优良的中子屏蔽材料;和铁相比, 不锈钢屏蔽中子和γ射线的性能要更好, 同时, 由于不锈钢的非弹性散射截面大, 其屏蔽快中子比铁更明显, 不可避免的是, 受中子辐照后, 锰、镍、铬等元素在不锈钢中要活化, 限制使用人员必须远离停堆后的反应堆。硼钢是中子吸收材料[4,5,6,7], 是在铁中加入了硼, 这样能增强对热中子的屏蔽效果, 但往往因为硼含量的不足, 未能达到理想的中子吸收效果, 以至于不得不增加硼钢的厚度, 但这样做会导致屏蔽系统的体积和质量的增加, 与此同时, 硼含量的增加还会导致硼钢力学性能[8,9]的下降, 如冲击抗力和延展性, 是其成为优秀的结构材料的短板, 大大削弱其在设备运输以及储存燃料方面的应用。

3 现有辐射屏蔽材料存在的问题

现有辐射屏蔽材料存在以下问题[1,10]:难以选择在空间环境应用的基质材料;制备工艺和方法存在问题, 多存在结构复杂、屏蔽体体积大、质量重等难以普及应用的问题, 力学性能也有待提高, 需要往可用作结构材料方向发展;吸收效果不高, 使其综合性能不高;同时, 仍有其他性能与屏蔽性能难以共存的问题, 对于实际应用存在很大挑战。

4 屏蔽结构设计

由于在屏蔽吸收中子过程中会产生二次射线, 所以非常有必要考虑γ射线的影响, 基于此, 笔者提出材料的第一层设为快中子减速层, 第二层设为屏蔽γ射线层, 第三层设为热中子吸收层, 第四层设为屏蔽γ射线层。

5 实施方案

重元素对于屏蔽γ射线元素特别有效, 但是其密度大, 轻元素对屏蔽中子射线效果理想, 笔者希望开发兼具两类射线屏蔽效果, 且密度≤7g/cm3, 所以欲利用密度和屏蔽γ射线效果均适中的金属元素作为基体, 加入适量的强屏蔽效果元素W提高屏蔽γ射线, 对应加适中的轻元素材料屏蔽吸收中子, 且中和降低材料的密度。

5.1 粉末冶金实施方案

首先确定组成金属基复合材料成分元素Cu、W、B、C、H、Li, 参照二元合金相图, 尽可能形成高温相, 以增强各类合金元素的结合力, 保障其具备一定的机械强度和后续加工性。然后按照射线屏蔽性能要求和密度要求, 设计优化配料方案, 进行制备金属基复合材料试样。

根据密度要求和屏蔽性能要求, 在γ射线为1.5MeV时, W线吸收系数为0.929μ/cm, Cu线吸收系数为0.423μ/cm, 控制Cu和W的比例只要小于63:5, 屏蔽γ射线吸收系数将不小于0.423μ/cm, 但其密度较大, 为了达到中子屏蔽作用和降低密度要求, 而又不降低对γ射线屏蔽性能, 需要提高强屏蔽效果W的含量, 降低Cu的含量, 加入密度较小的金属Al、Li, 根据机械理想混合方法计算, 设计Cu含量约为65%～80%、Al含量约为3%～7%、W含量为13%～21%、Li含量为1%-3%, B4C含量为5%～7%及少量的聚乙烯。射线屏蔽性能要求和密度要求, 设计优化配料方案, 进行制备金属基复合材密度要求和屏蔽性能要求, 在γ射线为1.5MeV时, W线吸收系数为0.9系数为0.423μ/cm, 控制Cu和W的比例只要小于63:5, 屏蔽γ射线吸.423μ/cm, 但其密度较大, 为了达到中子屏蔽作用和降低密度要求, 而屏蔽性能, 需要提高强屏蔽效果W的含量, 降低Cu的含量, 加入密度较根据机械理想混合方法计算, 设计Cu含量约为65%～80%、Al含量约为3%～21%、Li含量为1%-3%, B4C含量为5%～7%及少量的聚乙烯。

5.2 铸造凝固实施方案

拟采用密度较小的Al-Si合金为主要成分, γ射线屏蔽材料选取适量的粉末W屏蔽材料选取适量Li、B4C、聚乙烯等, 在密度不超过7.0g/cm3情况下, 尽可屏蔽元素的含量, 同时通过工艺的优化, 最终制备出合格的产品。据Al、Si、Li、Cu两两相互的二元合金相图, 在300℃以上均有一定的相容熔融的Al-Si-Li-Cu (Al含量约为20%～30%、Si含量约为10%～20%、Cu含拟采用密度较小的Al-Si合金为主要成分, γ射线屏蔽材料选取适量的粉末W、Cu, 中子射线屏蔽材料选取适量Li、B4C、聚乙烯等, 在密度不超过7.0g/cm3情况下, 尽可能的提高射线屏蔽元素的含量, 同时通过工艺的优化, 最终制备出合格的产品。

根据Al、Si、Li、Cu两两相互的二元合金相图, 在300℃以上均有一定的相容性, 所以拟在熔融的Al-Si-Li-Cu (Al含量约为20%～30%、Si含量约为10%～20%、Cu含量约为5%～10%) 熔体中, 粉末状W含量约为15%～20%, B4C含量为5%～8%, 及适量的纤维状聚乙烯, W、Cu、Al的大量加入既保证了γ射线和中子的屏蔽吸收要求, 而Li、B、C的加入一方面可以屏蔽吸收中子, 另一方面可以降低材料的密度, 最终制备出高屏蔽性能材料。

参考文献

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电力电子系统的电磁屏蔽与防护 篇2

为了实现对电能的高效率变换与控制, 要求电力电子系统的功率处理器件工作在纯开关工作状态, 这样无论在开通或是关断状态, 功率器件的损耗理想情况下均为零。由于开关波形中存在相应的谐波成分, 需要电感和电容等无源元件滤除。尤其对于高频开关工作 (工作频率一般为几百k Hz) 的电力电子系统, 本身就是很强的电磁骚扰源, 同时也受到外界电磁环境的影响, 尤其对在强电磁环境下控制电路的正常工作具有很大的挑战。因此, 在电力电子系统的设计中要考虑其电磁兼容问题, 电磁兼容设计应达到如下目的: (1) 通过优化电路和结构方案的设计, 将干扰源本身的电磁噪声强度降低到可能接受的水平; (2) 通过各种干扰抑制技术, 将干扰源与被干扰电路之间的耦合减弱到能接受的程度。屏蔽技术达到上述的2个目的, 是实现电磁干扰防护的最基本也是最重要的手段之一。

1 电力电子系统产生电磁干扰的机理

1.1 功率半导体器件开关过程造成的电磁噪声

图3为IGBT的开通和关断波形, 从图中可以看出, IGBT在开通和关断的过程中会产生具有较大幅度dv/dt、di/dt脉冲, 频带较宽且谐波丰富, 是一个很强的骚扰源。电力电子系统中的诸如此类功率器件在开关过程中都会产生类似的强瞬态电磁噪声。

1.2 整流电路造成的谐波干扰和电磁噪声

整流电路是电力电子系统的最基本电路之一, 由于它与电网直接相连, 所以它本身产生的谐波干扰和电磁噪声, 以及由它供电的后级电路产生的电磁噪声, 均可通过整流电路, 以传导耦合的形式引入电网, 造成对接在同一电网内的其他设备的干扰。图4是一个典型的带电容滤波的单相桥式整流电路, 由于输出滤波电容的作用, 其网侧电流如图5为脉冲波, 而不是正弦波, 它会给电网带来谐波污染, 同时二极管在开、关过程中也会造成电磁干扰。

1.3高频开关电源造成的电磁噪声

高频开关电压造成的电磁噪声如图6所示, 它可在交流电网和负载上产生直接传导的电磁噪声 (差模与共模2种噪声传导形式) , 同时还由于内部高频开关所产生的高次谐波的作用, 产生辐射噪声。

2 电力电子系统屏蔽技术

屏蔽的目的是切断电磁波的传播途径, 抑制电力电子系统产生的电磁辐射, 同时也使电力电子系统免受外界的电磁辐射。而且, 用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电力电子电路的正常工作。屏蔽体的设计应遵循以下步骤: (1) 确定最易接受干扰电路的敏感度, 以确定对完整屏蔽体的屏蔽要求; (2) 屏蔽体的结构设计; (3) 进行屏蔽完整性的工艺设计。

对于一般的电力电子系统而言, 需要考虑的屏蔽与防护措施主要包括有: (1) 为了防止脉冲变压器的磁场泄露, 可利用闭合环形成磁屏蔽;同时考虑对整个开关电源进行电场屏蔽。 (2) 屏蔽应考虑散热和通风问题, 屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形多孔, 在满足通风的条件下, 孔的数量可以多, 每个孔的尺寸要尽可能小。 (3) 接缝处要焊接, 以保证电磁通路的连续性, 如果采用螺钉固定, 注意螺钉间距要短。 (4) 屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施, 否则, 这些会成为骚扰发射天线, 严重降低屏蔽效果。 (5) 对非嵌入的外置式开关电源的外壳一定要进行电场屏蔽, 否则, 很难通过辐射骚扰测试。 (6) 对于开关电源来说, 主要是做好机壳屏蔽, 高频变压器屏蔽, 开关管和整流二极管的屏蔽, 采用光电隔离技术。 (7) 为了抑制开关电源产生的辐射电磁干扰对其他电子设备的影响, 可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩, 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体, 就能对电磁场进行有效的屏蔽。

另外, 功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗, 为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要用导热性能好的绝缘片进行绝缘, 这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容, 开关电源的底板是交流电源的地线, 因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰, 解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片, 并把屏蔽片接到直流地上, 割断射频干扰向输入电网传播的途径。电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地, 但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应, 所以仍以接地为好, 这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连, 可为信号回路提供稳定的参考电位。因此, 系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后, 最终都与大地相连。

图7为一种开关电源机箱的屏蔽设计模型, 图8是机箱缝隙处通过填充屏蔽材料以达到完全屏蔽的目的。

3 结语

在一般工作条件下, 电力电子系统的电磁屏蔽采用一些常规的屏蔽手段就能满足系统要求。但随着电力电子系统越来越往大规模化、互联化方向发展, 以及工作环境的日益复杂性, 尤其是在大功率能量交换场合, 常规的电力电子系统屏蔽方法将面临很大挑战。新型材料的研究与开发将为电力电子系统的屏蔽提供物质基础支撑;适用于复杂工作环境下屏蔽结构设计也将成为未来电力电子系统的电磁屏蔽的发展研究方向。

本文从电力电子系统的基本原理出发说明了典型电力电子系统产生电磁干扰的机理。针对电力电子系统的特殊性, 探讨了一些具有针对性的电磁屏蔽与防护措施。在实际的系统设计中, 其EMC设计应综合滤波、接地与电磁屏蔽相结合的方法。针对具体的工作环境, 研究采用合适的电磁屏蔽手段, 对于进一步提高电力电子系统在复杂电磁环境下的工作稳定性和可靠性具有重要的意义。

参考文献

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[2]高攸纲.屏蔽与接地[M].北京:北京邮电大学出版社, 2004

[3]钱照明.电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术[M].杭州:浙江大学出版社, 2000

屏蔽防护 篇3

直线加速器是一种产生高能射线的设备,随着加速器的广泛应用,其在利用射线治疗肿瘤的同时,也会带来辐射安全问题,主要包括主射线的透射辐射、泄漏辐射、散射辐射和中子辐射等[1]。这必然要求医院一方面要做好医用直线加速器的安全防护,确保设备的安全运行;另一方面要做好放射性工作人员及广大患者的个人防护,使之免受不必要的辐射照射。因此,在使用过程中必须重视医用直线加速器的防护和安全[2,3]。基于安全与防护问题的考虑,本文对湖北某在用加速器机房的屏蔽效果进行估算和评价,判断该医用直线加速器屏蔽防护是否满足国家标准。

1 内容和方法

1.1 医用电子直线加速器

该医用电子直线加速器为BJ-6B型医用电子直线加速器,仅产生6 MV X线,所以不涉及中子辐射及感生放射性问题。

1.2 机房防护设施

该加速器机房为独立单层建筑物。加速器机房示意图如图1所示。加速器机房的防护屏蔽体厚度设计参数见表1,墙体均为普通混凝土,密度为2.35 g/cm3。

1.3 照射水平控制值的选定

本文以职业照射年有效剂量约束值5 m Sv作为放射区照射水平的控制值[4],工作人员照射时间参照文献[4]中给出的年工作时间(2 000 h),按照工作人员每周工作5 d,每天8 h计算,则放射区照射水平的相应约束值为

1.4 屏蔽厚度的计算方法

医院提供 该加速器 的周工作 负荷 (W)为1 500 Gy·m2/周,加速器电压为6 MV。

屏蔽厚度计算方法参见NCRP151号报告[5]和陈敬忠等[6]给出的十倍衰减厚度法和经验公式估算法进行计算。其中:使用因子(u),对旋转照射方向取1/4,次级X线辐射取1[7];居留因子(q),全部居留、部分停留、偶尔停留分别取1、1/4和1/16[7]。

2 结果

2.1 初级 X 线的屏蔽墙厚度(d初级 X 线)

(1)北墙所关心位置(墙外表面30 cm处)离辐射源的距离r=4+2.4+0.3=6.7 m,则透射比为

十倍衰减厚度个数为

屏蔽层的厚度为

Δ1、10,1和Δ1、10,e参照文献[8]中图3.22得出。考虑2倍安全系数,应加上一个半衰减层厚度Δ1/2=12.7 cm(参照文献[8]中表3.5采用内插法计算得出)。

综上,北墙混凝土屏蔽层厚度d约为231.1 cm。

(2)南墙外墙所关心位置离辐射源的距离r=4+2.4+0.3=6.7 m,同理可得,南墙混凝土厚度d约为231.1 cm。

(3)加速器等中心高度为1.295 m,顶棚所关心位置离辐射源的距离r=3.8+2.5+0.3-1.295=5.305 m,同理可得,顶棚混凝土厚度d约为240.1 cm。

2.2 次级屏蔽层厚度(d次级屏蔽)

考虑到主屏蔽墙可以满足散射辐射和泄露辐射的屏蔽要求,本文只考虑东、西墙的次级屏蔽计算。

2.2.1 东墙泄漏 X 线的屏蔽墙厚度(d泄漏 X 线)

考虑到本设备X线漏射率为0.05%,利用衰减倍数确定厚度时只需采用平衡十倍衰减厚度。衰减倍数为

十倍衰减厚度个数为

平衡十倍衰减厚度Δ1、10,e=42.15 cm (参照文献[8]中表3.5采用内插法计算得出),则d泄漏X线=2.32×42.15=97.8 cm。

2.2.2 东墙散射 X 线的屏蔽墙厚度(d散射 X 线)

当采用X线治疗时,在正常治疗距离(normaltreatment distance,NTD)100 cm条件下,最大照射野面积(F)为1 600 cm2,屏蔽计算时,通常关注90°方向的散射线屏蔽。已知,在患者体表距离辐射源1 m,受照面积为400 cm2 情况下,90°方向上,距离受照面积中心1 m,散射辐射的照射水平为受照表面中心照射水平的比值S=0.06%[9]。则

考虑到辐射源到患者体表的距离(r散射体)为1 m,散射线的屏蔽距离(r散射屏蔽)为6.0 m,其他参数上面已经论述,一并代入上式后,得:

由加速电压6 MV的Δ1、10,e=33.8 cm(参照文献[8]中表3.5)进行计算,得:

2.2.3 东墙次级屏蔽层厚度的确定

由于d泄漏X线和d散射X线差为3.6 cm,小于一个十倍衰减层厚度Δ1、10,e,则选用较厚的一个厚度Δ1、2,e,再加上一个半衰减层厚度,作为次级屏蔽层厚度,即

2.2.4 西墙次级屏蔽层厚度的确定

同上,可得出西墙次级屏蔽层厚度为114.1 cm。

2.3 加速器防护门屏蔽厚度计算

防护门的屏蔽是针对来自迷道的散射线的屏蔽。防护门厚度计算公式[10]:

其中,为迷路外口处的X线平均能量,单位为Me V;Ee为加速器X线能量,单位为Me V。

迷路门口X线吸收剂量估算公式:

加速器等中心(100 cm处)X线的最大输出剂量率为2 Gy/min,即D中为2 Gy/min。

控制剂量限值参照机房外表面30 cm不得超过2.5μSv/h,则DL=4.2×10-8Gy/min。

X线屏蔽层厚度(mm)为

因加速器X线能量为6 Me V,则,其对应的铅半值层厚度(half valve thickness,HVT)HVTpb=0.86 mm铅当量[11]。由上式求得n=4.57,则

3 结论与讨论

(1)该加速器机房为独立单层建筑物,符合《医用直线加速器卫生防护标准》中关于治疗室选址和建筑设计的要求。

(2)《医用直线加速器卫生防护标准》中对治疗室防护的要求为:有用线束直接投照的防护墙(包括天棚)按初级辐射屏蔽要求设计,其余墙壁按次级辐射屏蔽要求设计。本文依据该加速器出束的方向,将机房北墙、南墙、顶棚进行初级辐射屏蔽计算,其余墙壁按次级辐射屏蔽计算。按照相关文献给出的理论公式和该加速器及机房提供的相关参数进行理论计算,得出北墙、南墙、顶棚、东墙、西墙及防护门的屏蔽厚度分别为231.1cm、231.1cm、240.1cm、114.1cm、114.1 cm、3.93 mm(Pb),以上计算结果均小于直线加速器机房墙体、顶棚和防护门实际厚度,符合屏蔽要求。

屏蔽防护 篇4

一、MRI系统组成

一般情况下, MRI系统由磁铁系统、射频系统和计算机图像重建系统3部分组成——

(一) 磁铁系统

磁铁系统分为静磁场和梯度场。静磁场又称主磁场。目前, 大多医院临床所用的超导磁铁, 其磁场强度为0.2T~7.0T, 常用的为1.5T和3.0T;动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度;另有匀磁线圈协助达到磁场的高均匀度。梯度场是用来产生并控制磁场中的梯度, 以实现NMR信号的空间编码。这个系统有3组线圈, 产生x、y、z 3个方向的梯度场, 线圈组的磁场叠加起来, 可得到任意方向的梯度场。

(二) 射频系统

射频系统分为射频发生器和射频接收器。

射频发生器产生短而强的射频场, 以脉冲方式加到样品上, 使样品中的氢核产生NMR现象。

射频接收器接收NMR信号, 放大后进入图像处理系统。

(三) 计算机图像重建系统

由射频接收器送来的信号经A/D转换器, 把模拟信号转换成数字信号, 根据与观察层面各体素的对应关系, 经计算机处理为层面图像数据, 再经D/A转换器加到图像显示器上, 按NMR的大小用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像。

从建筑平面布置来讲, MRI系统机房分为扫描室、控制室和设备室3个相互独立又密切联系的空间, 其中扫描室的电磁屏蔽防护效果值得特别关注和探讨。

二、MRI系统扫描室电磁屏蔽防护环境规划原则

随着医疗技术的不断发展, 在医疗业务有限的空间内存在大量的电气、电子和机电设备, 它们各自产生较大的电磁干扰影响其他设备正常工作, 同时也应具有一定的抗干扰能力, 以承受其他设备的干扰。

电磁屏蔽就是屏蔽电磁信号。用金属材料把需要防护的物品做全方位的包裹, 使外界的电磁信号不能进入这个被防护的空间, 从而达到防止干扰的目的。大型医疗设备MRI系统的功能更加集中化和智能化, 对抗电磁干扰提出了更高的要求。医院在拟建项目规划设计时需收集大型医疗设备专业技术资料, 对医疗区 (特别是医技检查部分) 的电磁防护环境进行整体规划, 并遵循以下基本原则:

1.敏感医疗设备要尽量远离干扰源;

2.敏感医疗设备集中的医技科室要合理分布各医疗设备;

3.要合理布置敏感医疗设备所在医技科室的楼层及平面分布。

在全面了解医疗设备干扰和抗干扰能力的基础上对电磁防护环境进行整体规划, 在满足国家相关标准和设备安装规范的前提下, 结合医院的实际情况和周边环境进行综合评估。

三、MRI系统扫描室电磁屏蔽技术要求

根据电磁屏蔽原理和技术的研究发展, 电磁屏蔽一般情况下分为射频屏蔽和磁屏蔽两类。

(一) 射频屏蔽的技术要求

MRI系统扫描室要求具有射频屏蔽的功能, 射频屏蔽可防止设备自身所产生的射频对外部环境的干扰, 同时也可防止外部环境对MRI系统设备正常工作的干扰。针对3.0T MRI系统射频屏蔽需要的衰减值为90d B以上, 频率范围在15~128MHz内。这些指标必须在MRI系统安装之前由专业部门测试后确认, 测试方法按GB12190-90的要求。

所有进入扫描室的管线 (如直流照明、氧气管道、控制电线、风管进回风口、失超管等) 必须通过安装在射频屏蔽上的各种滤波器才能进入, 由医疗设备厂家提供连接机柜至磁体所需的滤波器, 其他功能滤波器需联系屏蔽专业厂家设计并安装。

(二) 磁屏蔽的技术要求

MRI系统设备所在位置必须保证在运行中既没有外部的干扰影响磁场的均匀性和正常运行, 也要保证相关人员的安全和其他敏感设备的功能不受该磁场的影响。根据国家相关技术标准, 5高斯磁力线不能出扫描室。典型的MRI系统机房平面及剖面磁通密度分布如图1所示, 该示意图仅表示在空气中理想的磁场分布。

四、MRI系统扫描室电磁屏蔽专业设计

由招标或比选方式确定的电磁屏蔽专业厂家根据MRI系统医疗设备的屏蔽指标要求、扫描室空间的实际准确尺寸和设备定位等现场情况, 经过相关技术参数的计算, 提出具体的电磁屏蔽技术要求和屏蔽方案, 并向业主或总包单位提供土建配合的电磁屏蔽施工图 (如图2所示) , 包括四周墙体上需预留管线孔洞的准确尺寸及定位、屏蔽门窗洞口尺寸及定位、地面防水防潮及各层做法要求等。电磁屏蔽专业二次深化设计的要点包括:

1.根据已招标采购的MRI系统设备技术特性确定经济合理的屏蔽效能指标, 屏蔽设计的基本原则是满足医疗设备的功能要求。

2.MRI系统设备扫描室四周墙体需砌筑到顶 (即梁底或板底) 。

3.二次回填砼地面, 要求其平整度误差小于3㎜。

4.机房最终地面为橡胶卷材或PVC地板, 需在MRI系统设备安装完成后铺贴。

5.屏蔽室通过MRI系统接地, 严禁单独接地;屏蔽室对地绝缘要求大于100欧姆。

6.为了磁体搬运, 需在墙体上预留运输洞口, 其尺寸为3m×3m (最小为2.8m×2.8m) 。

7.失超管须由非铁磁性金属 (如不锈钢管等) 加工做成并准确安装, 并避免转弯。

8.如果扫描室下面设有地下室, 其四周防水层及保护层可做一遍, 否则需做两遍防水层。四周防水层高度应根据周边房间是否为有水房间进行确定:如果为有水房间 (在平面布置时应尽量避免其周边设有水房间) , 高度大于2.0m;否则, 其高度大于0.5m即可。

五、MRI系统扫描室电磁屏蔽专业施工及验收管理

MRI系统设备机房电磁屏蔽专业工程需委托专业施工单位 (或厂家) 承担深化设计、现场安装及施工任务, 业主及监理对专业施工单位的管理内容应包括:

1.三方技术人员共同到MRI系统扫描室实地察看屏蔽工程场地, 了解屏蔽需求并分析。

2.由专业单位完成屏蔽方案设计, 经业主或总包单位确认后完成深化设计工作。

3.土建施工单位根据该深化设计图纸砌筑墙体及防水施工等, 并准确预留所有孔洞。

4.屏蔽专业厂家到现场进行施工界面的验收及移交 (若验收不合格, 需土建单位返工至达到相关要求为止) 。

5.屏蔽材料和相关配套设备的采购及到货后现场验收。

6.扫描室屏蔽门及观察窗应由专业厂家定型加工生产、运输及成品安装到位, 特别注意预留门窗洞口的净空尺寸及平整度是否满足安装的技术要求, 安装时注意屏蔽门窗与墙体防护材料之间的搭接及装饰收边。

7.屏蔽体及其配套设施的现场安装及隐蔽验收。

在MRI系统设备机房电磁屏蔽施工过程中, 屏蔽专业厂家需与业主、总包方 (土建及安装) 共同监管、密切配合、各司其职, 按照二次深化专业图纸的各项要求完成好每一步施工工序, 并保证施工质量。

在屏蔽专业单位现场施工完成后, 选择有资质的第三方测试机构进行屏蔽效能测试, 或根据合同约定采用屏蔽承包方和医院联合测试, 经测试合格后方可进行屏蔽专项工程的验收工作, 经全面验收合格后才能安装MRI系统大型医疗设备。

六、结束语

MRI系统扫描室电磁屏蔽对于保证设备的正常运行、保护周边环境具有重要作用, 在实施过程中, 要严格按照相关标准及技术要求进行设计、施工、验收, 确保使用效果。

摘要：结合MRI系统扫描室电磁屏蔽防护实施管理工作的实践, 总结和分析MRI系统扫描室电磁屏蔽防护的规划原则、技术要求、二次深化设计要点、专业施工及检测验收等重要工作内容及要求, 提出了加强管理的思路及方法。

关键词：MRI系统,扫描室,电磁屏蔽

参考文献

[1]黄锡璆, 等.中国医院建设指南 (2012版) [M].北京:研究出版社, 2012:1120-1126

屏蔽防护 篇5

许多电子信息的处理设备都有较强的电磁泄漏。在使用这些设备时, 必然会将处理的各种信息散射到一定的空间中去, 这就给信息的保密工作造成极大的威胁。即使采用密码通信, 在还没有加密之前或者在脱密之后的处理过程中, 信息内容就已经随着电磁波辐射到周围空间中去了。这样, 不仅能造成信息的泄密, 而且通过侦收加密前的明文信息和加密后的密码信息, 就可以不断地进行明文信息与密码信息的对照、解析。经过多次侦收, 就可以将密码信息, 甚至高级密码信息破译出来, 使密码信息失去了保密的意义。

因此, 在使用电子计算机和其他电子信息处理设备时, 如果不采取可靠的技术措施就开始处理保密信息, 是十分危险的。正确地使用不同种类的屏蔽机房或屏蔽室, 就是一种防止信息随电磁波泄漏的可靠措施。屏蔽机房不仅可以防止室内电子计算机和其他电子信息处理设备所处理的保密信息随电磁波泄漏出去, 而且可以防止外部来的比较强的电磁干扰。

1 信息泄漏防护技术的提出

长期以来, 计算机的辐射安全问题并没有引起人们的足够重视, 认为把计算机辐射出来的信息与计算机邻近的复杂噪声背景相区别并分离出来存在很大的难度。

在1967年的计算机年会上, 美国科学家韦尔首次阐明了计算机系统的四个脆弱性, 即处理器、通信线路、转换设备和输出设备的辐射问题。计算机在运行时, 电磁辐射信号不但频谱成分丰富且携带信息, 从而对信息的安全性造成威胁。1983年瑞典科学家列举了计算机的几个辐射泄漏问题:视频信号的辐射、无线电元器件的辐射和电源线路的辐射;1985年, 荷兰学者艾克在第三届计算机通信安全防护大会上, 公开发表了他的有关计算机视频显示单元电磁辐射的研究报告, 他成功地用一台改进后的普通黑白电视机将计算机视频单元上显示的信息复现出来, 而且清晰可读。从此人们开始认真对待这个问题。据有关报道, 国外已研制出能在lkm之外接收还原计算机电磁辐射信息的设备, 这种信息泄露的途径使敌对者能及时、准确、广泛、连续而且隐蔽地获取情报。计算机电磁辐射泄密问题已经引起了各个国家的高度重视, 要防止这些信息在空中传播, 必须采取防护和抑制电磁辐射泄密的专门技术措施。

2 屏蔽机房工作原理、组成与屏蔽机房的分类、机房设计

2.1 屏蔽机房工作原理、组成

电波在传输过程中, 交替产生交变的磁场和电场, 在其试图通过具有良好接地的铁磁材料制成的导电性能较好的屏蔽壳体时, 电场能量将通过具有接地导体而衰减, 磁场能量在通过磁场物质中产生涡流而损耗, 因此其强度将受到较大的衰耗 (约3000~100000倍) , 从而起到将电磁波屏蔽 (隔离) 的作用。

屏蔽机房主要组成单元有屏蔽壳体、屏蔽门、通风波导窗、电源滤波器、通信滤波器、空调滤波器、室内装饰。

2.2 屏蔽机房的分类、机房设计

为了有效地防止电磁干扰式噪声、辐射, 对电子设备和测量仪器的影响, 并严防电子信号泄漏威胁到机密信息的安全, 各级边防部队建立了屏蔽机房。屏蔽机房主要由以下几种:

2.2.1 金属网屏蔽机房

金属网屏蔽机房是采用在机房的墙面、顶面及地面安装木质或金属框架, 在框架上安装铜网或铁网, 以达到屏蔽的效果。根据要求的屏蔽效能不同, 可采用单层或多层的金属网屏蔽层。金属网屏蔽机房可用于对屏蔽有一般要求的场合。

2.2.2 钢板组装式电磁屏蔽机房

钢板组装式电磁屏蔽机房壳体六面钢板屏蔽层由钢板经专用机床模具折边成型制成单元模块, 通过螺栓、螺母、垫片及导电衬垫组装而成。钢板拼装式电磁屏蔽机房外型美观且自重轻、安装快、电磁密封性可靠、组装和拆卸工艺性强, 可多次拆装使用, 主要用于对屏蔽性能要求较高的计量检测、信息安全、EMC测试等领域和屏蔽面积大、屏蔽性能高及一些特殊要求的场合。

2.2.3 钢板焊接式电磁屏蔽机房

钢板焊接式电磁屏蔽机房是采用不同规格模块钢板相互焊接成一体。钢板焊接式电磁屏蔽机房具有结构可靠、性能指标优良、使用范围广等特点。目前用途最为广泛, 特别适用于各种电子计算机房、通信机房的屏蔽, 各种无线电发射和接收的试验、测量和计算, 电工放电测试和试验, 电磁兼容性 (EMC) 的各种试验、测量和考核, 适用于一切干扰防泄漏场所。钢板焊接式电磁屏蔽室是采用钢板经大型模具折边成型、气体保护焊, 最大限度地抑制焊接变形, 保证钢板平面的平整性。

在机房设计中当有如下要求时应对所设计区域进行电磁屏蔽设计:

(1) 对涉及国家或企业秘密的电子信息系统机房应设置电磁屏蔽室, 电磁屏蔽室的性能指标应依据国内相关标准执行。

( 2 ) 对于主机 房内无线 电干扰场 强 , 在频率为0.15~1000MHz时, 大于126d B, 或主机房内磁场千扰环境场强大于800A/m, 设计时应采取电磁屏蔽措施。屏蔽机房, 从结构上可分为可拆装式和不可拆装式;按性能标准又可分为国标级和军标级;国家军用标准GJBZ20219一1994从性能上又分B级和C级;按使用用途分为防信息泄漏的保密机房和防电磁干扰的无电磁环境机房。其中可拆装式主要适用于有可能搬迁的屏蔽机房, 这种机房安装快, 可多次拆装, 灵活机动;不可拆装式则主要适用于大型机房, 这种机房抗泄漏性能好, 能达到较高的技术指标, 但施工工期较长。屏蔽机房可以使磁场变得极弱, 并且使电场和平面波微波获得最大限度的衰减。屏蔽机房是使用金属板组成一个全封闭的六面体, 并配有新型屏蔽门、通风系统、通信传输系统、电力照明系统及其他辅助设施。

3 信息泄漏防护技术措施

3.1 配置视频信息保护机 (干扰器)

视频保护 (干扰) 技术又可分为白噪声干扰技术和相关干扰技术两种。白噪声干扰技术的原理是使用白噪声干扰器发出强于计算机电磁辐射信号的白噪声, 将电磁辐射信号掩盖, 起到阻碍和干扰接收的作用。这种方法有一定的作用, 但由于要靠掩盖方式进行干扰, 所以发射的功率必须够强, 而太强的白噪声功率会造成空间的电磁波污染;另外白噪声干扰也容易被接收方使用较为简单的方法进行滤除或抑制解调接收。因此白噪声干扰技术在使用上有一定的局限性和弱点。

相关干扰技术较之白噪声干扰技术是一种更为有效和可行的干扰技术。相关干扰技术的原理是使用相关干扰器发出能自动跟踪计算机电磁辐射信号的相关干扰信号, 使电磁辐射信号被扰乱, 起到乱数加密的效果, 使接收方接收到电磁辐射信号也无法解调出信号所携带的真实信息。由于相关干扰不需靠掩盖电磁辐射信号来进行干扰, 因此其发射功率无需很强, 所以对环境的电磁污染也很小。相关干扰器使用简单, 体积小巧, 价格适宜, 效果显著。

3.2 建造电磁屏蔽室

屏蔽技术的原理是使用导电性能良好的金属网或金属板造成6介面的屏蔽室或屏蔽笼将产生电磁辐射的计算机设备包围起来并且良好接地, 抑制和阻挡电磁波在空中传播。设计和安装良好的屏蔽室对电磁辐射的屏蔽效果比较好, 高性能的屏蔽室, 其屏蔽效果对电场可达140d B, 对微波场可达120d B, 对磁场可达l00d B。

3.3 配置低辐射设备

在设计和生产计算机设备时, 对可能产生电磁辐射的元器件、集成电路、连接线、显示器等采取了防辐射措施, 把电磁辐射抑制到最低限度。生产和使用低辐射计算机设备是防止计算机电磁辐射泄密的较为根本的防护措施。

4 结束语

计算机与网络技术是基于各种电子信号的传输, 所存在的较强的电磁泄漏会给信息的保密工作造成极大的威胁。因此, 在使用电子计算机和其他电子信息处理设备时, 需要正确地使用不同种类的屏蔽机房或屏蔽室对信息随电磁波泄漏进行准确防范。屏蔽机房不仅可以防止室内电子计算机和其他电子信息处理设备所处理的保密信息随电磁波泄漏出去, 而且可以防止外部来的比较强的电磁干扰。总之, 信息泄露防护技术应用到边防部队屏蔽机房建设中, 可有效解决系统安全问题, 降低电磁辐射泄密的可能, 为边防部队安全保密通信奠定坚实的基础。

参考文献

[1]俞龙祥.屏蔽, 筑机房铜墙铁壁[J].上海信息化.2009 (08) .

[2]邱玉英.机房系统化、智能化的节能措施[J].建筑节能.2011 (12) .

[3]臧统政, 吕克伟.基于部分信息泄露的Hensel提升计算问题[J].计算机工程.2013 (08) .

[4]牛文生, 李亚晖, 张亚棣.基于安全域隔离的嵌入式系统的访问控制机制研究[J].计算机科学.2013 (S1) .

[5]陈艳.涉密计算机信息系统的安全监控[J].科技传播.2013 (14) .

屏蔽防护 篇6

1 机房屏蔽防护要求

加速器机房是电离辐射屏蔽的重要防护体,为保证工作人员和公众免受电离辐射危害,GBZ 126—2002[2]和GB18871—2002[3]明确提出了电离辐射防护和辐射安全的剂量限值,职业人员剂量限值为连续5 a平均有效剂量不超过20 mSv;公众剂量限值为年平均有效剂量不超过1 mSv。同时,GBZ/T201.1—2007[4]要求加速器(光子15 MV)治疗机房外、距机房墙体及迷路入口门外表面30 cm的可达界面处剂量当量率应同时满足下列公式所确定的参考控制水平。

式中,为周围剂量当量率参考控制水平,μSv/h;HC为周剂量控制水平,μSv/周(机房外控制区的工作人员:≤100μSv/周;机房外非控制区的人员:≤5μSv/周);t为加速器周最大累积照射的小时数,h/周;U为加速器向关注位置的方向照射的使用因子;T为人员在机房外控制区和非控制区驻留的居留因子。

2 机房工程概况

本工程设有4个医用加速器机房,墙体设计采用容重比为3.5 g/cm3的重晶石混凝土。拟安置的加速器X射线和电子线的最大能量分别为15 MV、20 MeV,剂量率最大1 000 MU/min,照射野最大矩形尺寸400 mm×400 mm,拟定工作负荷2 500 Gy/周。机房占地26.6 m×22.0 m,层高6.0 m。机房内净空尺寸8.6 m(长)×8.2 m(宽)×4.4 m(高)。迷道呈L型,迷道10.2 m(长)×1.9 m(宽)×4.4 m(高),迷道内墙厚度1.2 m,迷道外墙厚度0.8 m,迷道内外口高2.4 m。治疗室初级辐射屏蔽墙体厚度为2.1 m,顶板厚度为2.1 m,初级辐射屏蔽带宽4.75 m;次级辐射屏蔽四周墙体厚度为1.6 m,顶板厚度为1.6 m。机房平面图和剖面图如图1所示。

3 屏蔽防护计算

采用密度大含结合水多的重晶石粗细骨料(主要成分为BaSO4·2H2O),要求重晶石碎石和重晶石砂中BaSO4含量不低于80%,碎石含泥量≤1%,并以普通水泥作为胶凝材料。经反复试配,由重庆大学建设工程质量检测中心出具了“水泥混凝土配合比报告”,其水泥、细骨料、粗骨料、水、外加剂、矿粉、膨胀剂的最优配合比为1.000:3.155:6.378:0.550:0.0140.356:0.133 7,成型后的重晶石混凝土密度可达3.5 g/cm3。

根据重晶石混凝土机房的材料密度、布局尺寸以及加速器有关性能参数,依照NCRP 151#报告推荐方法[5]对如图2所示的加速器主要防护关注点进行屏蔽防护计算,其屏蔽防护效能估算结果如表1所示。

4 讨论

(1)由表1可见:在加速器X射线为15 MV、工作负荷2 500 Gy/周时,瞬时剂量估算值远低于国标剂量约束值2.5μSv/h;墙体厚度远大于中子屏蔽防护所需的厚度60.7 cm;除主射墙外,其他墙体均可减小0.7~1.3 m。该机房设计可有效屏蔽X射线、电子线和中子污染,且满足国家有关标准的限值要求。

(2)重晶石混凝土建设加速器机房,其施工工艺是实现屏蔽防护效能的关键。(1)重晶石碎石、重晶石砂每200 m3取样一次,进行级配分析和表观密度检测,并按规定留设试块、取样送检,确保成型的混凝土容重比达到3.5g/cm3。(2)罐车装料时高速搅拌,运输途中低速搅拌;装载运输量控制在普通混凝土的60%~65%。浇灌时导管输送距浇筑面的高度小于2.0 m。振捣采用间距500 mm梅花点布置,插入下层深度50~100 mm,时间15~20 s,以表面出浆为宜,不宜振捣过度。墙体每层浇筑厚度不超过500 mm,且上下层间不超过混凝土初凝时间。顶板大体积混凝土采用整体平面分层浇筑的方法,每层浇筑厚度500 mm。(3)墙体养护期不低于27 d,混凝土浇筑待其收水后,在顶板的表面覆盖塑料薄膜和2层湿草帘,墙板采用湿布覆盖,洒水湿润,7 d内保证混凝土养护温度不小于10℃,相对湿度大于90%,浇水养护不少于14 d。

注:(1)加速器机头泄漏辐射≤0.1%。(2)a、b墙及主射屋顶TVL1=29.3 cm,TVLe=27.3 cm;c、d墙和非主射屋顶TVLsca=20.7 cm,TVL1=24 cm,TVLe=22 cm;e、f墙:TVLsca=12 cm,TVL1=24 cm,TVLe=22 cm;铅门:TVLBPE:45 mm。(3)表中的中子屏蔽按陈敬忠等[6]学者提出的分出截面法计算

在使用3.5 g/cm3的重晶石混凝土建设加速器机房时,应根据物料材质选择最优的配合比,注重施工工艺,加强墙体养护,保证施工质量。采用上述屏蔽防护设计的重晶石混凝土机房能有效屏蔽X射线、电子线和中子污染,满足国家标准有关辐射防护的要求,机房实际屏蔽效能有待放射治疗设备安装后实测验证。

参考文献

[1]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社,1999:650.

[2]GB 18871—2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].北京:中国标准出版社,2002.

[3]GBZ 126—2002医用电子加速器卫生防护标准[S].北京:中国标准出版社,2002.

[4]GBZ/T 201.1—2007放射治疗机房辐射屏蔽规范第1部分:一般原则[S].北京:中国标准出版社,2007.

[5]NCRP Report No.151 Structural ShieldingDesign and Evaluation for Megavoltage X-Ray and Gamma-Ray Radiotherapy Facilities[S].Bethesda:NCRP,2005.