馮 曉

(景德鎮(zhèn)陶瓷大學，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

核醫(yī)學領(lǐng)域中的放射性廢液主要是患者和受檢者的排泄物與嘔吐物、放射性藥物與試劑的殘留液、放射性器皿及放射性工作人員的洗滌液等。這些廢液會隨污水排入醫(yī)院的下水道系統(tǒng)，再排放到院外環(huán)境中去。如果產(chǎn)生的大量放射性廢水不進行處理或處理不到標就直接排放，就會造成周邊地區(qū)的輻射污染，危害公眾的身體健康。因此，核醫(yī)學單位的放射性廢水管理具有重要意義[1]。

對核醫(yī)學衰變池的研究比較多，研究的角度也比較廣泛。2009年，郭進瑞等[2]從核醫(yī)學科放射性廢水池防護設(shè)計進行了研究，其主要是針對放射性濃度進行了簡單分析；2013年，李利等[3]從溢流式放射性廢水衰變池優(yōu)化設(shè)計進行了研究，以增設(shè)折流槽將溢流式衰變池改造為折流式衰變池方面考慮；2014年，李慧等[4]從放射性廢物的處理處置情況，分析低放射性廢水處理工程的設(shè)計的計算方法。這些文章在很大程度上都是計算放射性廢水濃度的或通過改變設(shè)計來增加衰變時間進行分析研究，而實際上，改變設(shè)計來增加衰變時間，在一定程度上會使衰變?nèi)萜鞯捏w積增大，這從環(huán)保的角度上，不一定是最優(yōu)化的措施。

為處理不達標的排放廢水，按照國家有關(guān)規(guī)定，核醫(yī)學診療產(chǎn)生的放射性廢液及患者的放射性排泄物應(yīng)單獨收集在放射性衰變池中，直至符合排放要求。同時，為了給醫(yī)院核醫(yī)學的發(fā)展和排放標準的變化留下一定的安全空間，這就需要考慮其設(shè)計帶來的相關(guān)問題。因此，本文基于放射性核素衰變理論，結(jié)合衰變池輻射防護的發(fā)展需求、周圍環(huán)境空間格局、環(huán)境現(xiàn)狀等特點，對其輻射防護優(yōu)化設(shè)計進行了研究。

1 物理模型

1.1 衰變池設(shè)計原理概述

醫(yī)院放射性廢水處理系統(tǒng)即衰變池的設(shè)計，是根據(jù)放射性物質(zhì)隨時間進行衰減的原理制成的，而放射性核素具有其自身固有的衰變規(guī)律，即只能靠其自然衰變來降低或消除。因此，將放射性廢水收集并集中儲存，儲存時間為放射性核素中最長的10個半衰期或理論計算衰變期，即可達到排放標準。而儲存的衰變期的時間及其需要的容積和相應(yīng)的輻射防護措施，正是衰變池需要考慮的問題[5]。

1.2 放射性核素衰變參數(shù)

目前，醫(yī)院常用的放射性藥物有18F、99mTc、24Ne、131I、32P、125I等，其半衰期分別為110 min、6.02 h、15 h、8.04 d、14 d、59.5 d。

2 理論計算

2.1 放射性活度計算

衰變池的容積根據(jù)具體的排污量設(shè)計，衰變池的個數(shù)至少設(shè)2個，只要在最后一個衰變池注滿水前，第1個衰變池儲存污水達到排放標準即可[3]。

假定每天排入衰變池的污水中含有活度為N0的放射性核素，經(jīng)過一定時間t后其放射性活度變?yōu)椋?/p>

Nt=N0e-λt

(1)

式中，N0為每天排入衰變池的核素活度；Nt為N0經(jīng)過t時間后的活度；t為時間；λ為衰變常數(shù)，不同的核素λ值不同。

廢水中核素的每一級衰變池出口處的平均活度值的計算公式為：

(2)

2.2 ALImin的確定

根據(jù)相關(guān)標準，放射性核素j的年攝入量限值的計算表達式[4]：

(3)

式中，DL為相應(yīng)的有效劑量的年劑量限值；ej為核素j的單位攝入量所致的待積有效劑量的相應(yīng)值。

根據(jù)相關(guān)標準中的放射性核素(18F、99mTc、24Ne、131I、32P、125I)吸入或食入的e(g)情況，來確定吸入或食入最大值，其值分別為：5.4×10-11、2.2×10-11、2.2×10-8、2.2×10-8、2.4×10-9、1.5×10-8。

2.3 池體設(shè)計

用于儲存放射性廢水衰變池的大小，應(yīng)根據(jù)廢液量進行設(shè)計，可以是每個衰變池應(yīng)容納1個月的廢液量為宜，則每個池子從進水到注滿約計1個月的時間(簡稱月滿法)?；蛘咭运νＡ舻臅r間值，來設(shè)計每個衰變池應(yīng)容納的廢液量(簡稱理論值法)。根據(jù)醫(yī)院的實際情況，衰變池的數(shù)量至少2個以上，3個較為適宜。

3 方程的初始條件

某醫(yī)院建有核醫(yī)學病房(病床為6張)和診療室(最大接診量為10人)。主要核素為18F、99mTc、131I。病房衛(wèi)生間每天污水排放量為180 L/人，核醫(yī)學科候診室污水水排放量為20 L/人。醫(yī)院核醫(yī)學科各放射性藥物經(jīng)人體后的排放量分別為：1.11×109、1.85×108、1.95×109。

放射性廢水排放量為1 280 L/d。同時，考慮最長半衰期同位素的10個半衰期計算，則最長為131I的衰變時間為81 d，考慮安全系數(shù)1.1，則衰變池的有效池容為114 m3。同時，考慮雙控指標因素，水力停留時間設(shè)計取值為89 d，考慮安全系數(shù)1.1，則衰變池的有效池容為126 m3。

4 處理效果驗證及計算

4.1 處理效果驗證

以每天產(chǎn)生的初始活度值1.95×109Bq為基數(shù)，分別以月滿法和理論值法計算經(jīng)過相應(yīng)的衰變后各自單獨的活度值。第1種方式為1級衰變池儲存30 d后排入2級衰變池，以此推理，最后存留剩下的天數(shù)進行衰變(簡稱時間串聯(lián)衰變)；第2種方式為在衰變池分別儲存相應(yīng)的天數(shù)，依次將儲存了相應(yīng)天數(shù)后的不同活度值的廢水的平均活度值作為每天排入下一級衰變池內(nèi)的入口活度值，最終將第2或3級衰變池出口處的排放活度值作為每天排入環(huán)境中的活度值(簡稱時間并聯(lián)衰變)。在時間串聯(lián)衰變中，有2種時間串聯(lián)方式，如1級衰變池儲存30 d后排入2級衰變池儲存30 d，最后存留剩下的天數(shù)進行衰變，稱為月滿時間串聯(lián)衰變；如1級衰變池儲存30 d后排入2級衰變池存留剩下的天數(shù)進行衰變，稱為月余時間串聯(lián)衰變。這里考慮2種情況下的天數(shù)：①理論值法的衰期天數(shù)(如89 d)；②最長半衰期的10個半衰期天數(shù)(如81 d)。

4.2 計算結(jié)果及分析

不同衰變池級次下的衰變后的平均活度如圖1所示。不同時間串聯(lián)衰變級次下的衰變后的平均活度如圖2所示。

圖1 不同衰變池級次下的衰變后的平均活度

圖2 不同時間串聯(lián)衰變級次下衰變后的平均活度

由圖1計算結(jié)果可知，經(jīng)2級或3級不同衰變池級次處理后的出水中每天排放的平均活度值分別已降至(1.43～7.59)×105Bq，若按每天一次排放考慮，則每次排放的平均活度為(1.43～7.59)×105Bq；每月按30 d運行考慮，則每月排放的平均活度為(1.43～7.59)×106Bq。每月排放的活度值的標準是10ALImin，即9.09×106Bq，對每次排放的活度值要求是ALImin即9.09×105Bq。對比計算結(jié)果和標準可知，在日常運行過程中，每月和單次排放的放射性活度值均滿足相關(guān)限值的要求。

由圖2計算結(jié)果可知，經(jīng)2級或3級不同時間串聯(lián)衰變級次下的衰變后的平均活度，在以10個半衰期天數(shù)情況下的月余時間串聯(lián)濃度不符合排放要求；以理論計算計算值的衰期天數(shù)情況下，月余時間串聯(lián)與月滿時間串聯(lián)均符合要求。這說明在時間串聯(lián)上，應(yīng)該考慮理論值法的衰期天數(shù)和半衰期天數(shù)進行比較，以最長衰期天數(shù)為基準。

按每天排入的廢液容量1 280 L計算，30 d衰變池的廢液總量為38.4 m3，廢液的放射性濃度為(0.37～1.98)×104 Bq/L，如果按81 d和89 d衰變，其廢液的放射性濃度將更小， 符合相關(guān)規(guī)定的放射性廢水排放標準(3.7 ×102 ～3.7 ×105 Bq/L)的要求[6-7]。

5 結(jié)論

本文給出了不同聯(lián)級衰變級次下衰變后的平均濃度，僅考慮特定濃度的情況串并聯(lián)衰變級次下的平均濃度。結(jié)果表明，采用串聯(lián)衰變級次下排放的平均濃度小于并聯(lián)衰變級次下排放的平均濃度，同時串聯(lián)衰變的級次較少，這也為實際應(yīng)用節(jié)省了成本與資源。

在理論計算模型中，對排放的平均濃度只進行了局部范圍內(nèi)的計算比較；同時，在進行理論模型分析時，沒有考慮理論與實際測量情況的比對，這將在以后的工作中進行。