INCONTRI CON UNITA’ TECNICHE ENEAold.enea.it/com/inf/res/varie/Horizon2013/Casaccia10-10-2013/DeFel… · TECNICHE ENEA Partecipazione ENEA nei programmi di ricerca comunitari Presentazione

N.1/35 P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013

INCONTRI CON UNITA’ TECNICHE ENEA

Partecipazione ENEA nei programmi di ricerca comunitari Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI) 10 ottobre 2013 ENEA, C.R. Casaccia

Pierino De Felice ENEA - Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti [email protected]

mailto:[email protected]


Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti

ENEA-INMRI


•L'Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (ENEA-INMRI) svolge in Italia la funzione di “Istituto Metrologico Primario” nel settore delle radiazioni ionizzanti in base al ruolo assegnato all'ENEA dalla Legge N. 273/1991 sul sistema metrologico nazionale:

–svolgere attività di ricerca per sviluppare, realizzare, mantenere e disseminare i campioni nazionali di misura delle radiazioni ionizzanti;

–svolgere attività di ricerca e sviluppo sui metodi di misura delle radiazioni ionizzanti nelle diverse applicazioni (ambientali, mediche, industriali, nucleari, della difesa, della ricerca scientifica...).

•http://www.inmri.enea.it

ENEA-INMRI Ruolo e compiti istituzionali


• Sin dalla fine degli anni settanta opera in ENEA (CNEN) con finalità unicamente scientifiche il Laboratorio di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti

• In seguito alla Legge 273/1991, l’ENEA costituisce l’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (INMRI) con il compito di svolgere il ruolo di Istituto Metrologico Primario nel settore delle radiazioni ionizzanti

• Le attività metrologiche in altri settori (meccanico, elettrico, ecc...) sono svolte dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) di Torino

• Dal 1991 in poi sono stati accreditati in Italia 7 Centri SIT riferiti all’INMRI-ENEA

• Dal 2010 l’INMRI opera in convenzione con ACCREDIA per le attività di accreditamento nel settore delle tarature e prove

La metrologia delle radiazioni ionizzanti in Italia: evoluzione e situazione attuale


ENEA-INMRI and BIPM

• The ENEA-INMRI cooperates at the international level under the auspices of the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) which coordinates the research activities of the NMIs in the words by ensuring world-wide uniformity of measurements and their traceability to the International System of Units (SI).

• The BIPM does this with the authority of the “Meter Convention” , a diplomatic treaty between 55 nations, and it operates through a series of Consultative Committees, whose members are the NMIs of the signatory States.

http://www.bipm.org


ENEA-INMRI: Elenco sintetico delle linee di attività

1 Sviluppo dei Campioni primari 1a Realizzazione campioni primari 1b Confronti internazionali 1c Mantenimento campioni primari e secondari 1d Partecipazione a organismi internazionali (BIPM, CIPM, CGPM, EURAMET)

2 Standardizzazione dei metodi di misura 2a Ricerca sui metodi di misura 2b Standardizzazione e affidabilità (interconfronti nazionali) 2c Normazione (ISO, IEC, UNI, CEI)

3 Certificazione e Accreditamento 3a Servizio di taratura 3b Accreditamento centri di taratura 3c Mantenimento centri taratura 3d Certificazione ai sensi della legge 273/91 3e Partecipazione a EA e ACCREDIA 3f Partecipazione a lavori ISPRA, ISPESL

4 Organizzazione e gestione 4a Attività didattica e pubblicazione 4b Organizzazione interna 4c Gestione del Sistema di Qualità


Grandezze fisiche per la misura delle RI

• Exposure X = Q/m [C/kg]

• Kerma K = Etra/m [J/kg, Gy]

• Particle Flux F = N/S [m-2]

• Radionuclide Activity A = dN/dt [s-1, Bq]

• Absorbed dose D = Eabs/m [J/kg, Gy]

• Dose Equivalent H = D Q [J/kg, Sv]


SISTEMI SPERIMENTALI DELL’INMRI


Schema di riferibilita’

internazionale (es. metrologia

dei radionuclidi)


L'INMRI realizza i campioni nazionali primari per la misura delle radiazioni ionizzanti. L’esistenza di questi sistemi campione è il presupposto per garantire a livello nazionale l’affidabilità delle misure delle radiazioni ionizzanti in tutti i settori d’interesse e la loro riferibilità a livello internazionale. I sistemi campione sviluppati presso l’INMRI-ENEA comprendono circa 20 linee sperimentali per la misura assoluta delle grandezze associate alle radiazioni ionizzanti.

Lo sviluppo e la gestione di questi campioni richiedono variegate competenze di base sia in campo sperimentale (rivelatori, elettronica, meccanica di precisione), sia nel settore del calcolo numerico e della modellistica (interazioni della radiazione con la materia)

Varietà dei campioni e delle competenze per la metrologia delle radiazioni ionizzanti (1)


A questi apparati di misura sono associati impianti d’irraggiamento (per radiazione alfa, beta e gamma), macchine a raggi x, sorgenti neutroniche, sorgenti di numerosi radionuclidi, un acceleratore di elettroni da 20 MeV, ecc.

Varietà dei campioni e delle competenze per la metrologia delle radiazioni ionizzanti (2)


Realizzazione dei campioni nazionali

Radiation sources

Radiation beams (α, β, γ), Rx generators, neutron and

radionuclide sources, 20 MeV, microtrone accelerator)

Measurement systems

About 20 experimental lines for absolute measurement of

ionizing radiation Measurement standards


INTERLOCUTORI


• La strumentazione dosimetrica usata in Italia per gli scopi medici e radioprotezionistici, è dell’ordine di alcune migliaia (circa 5000 strumenti).

• Principali soggetti interessati all’attività metrologica:

– Centri ospedalieri (radioterapia e radiodiagnostica); – Agenzie regionali per la protezione ambientale

(ARPA); – Organismi centrali di vigilanza e controllo (es. APAT); – Organismi della protezione civile e della difesa; – Istituto Superiore di Sanità (ISS); – Industrie che impiegano o producono radioisotopi o

strumenti di misura delle radiazioni; – Università e centri di ricerca; – Laboratori di taratura ACCREDIA.

Soggetti che a livello nazionale necessitano dell’attività metrologica dell’INMRI-ENEA


ATTIVITA’ DI DISSEMINAZIONE


Frontespizio di un Certificato di Taratura ENEA-INMRI con il logo che ne attesta il riconoscimento internazionale

CERTIFICATO DI TARATURA

N. 000/DRP

Questo certificato è coerente con le capacità di misura e di taratura (CMC) specificate nell’Appendice C dell’ ”Accordo di

Mutuo Riconoscimento” (MRA) il cui testo è stato elaborato dal Comité International des Poids et Mesure (CIPM). Nell’ambito del MRA, tutti gli istituti metrologici nazionali partecipanti riconoscono reciprocamente la validità dei

certificati di taratura e di misura emessi da ciascuno di essi per le grandezze, i campi e le incertezze di misura specificati

nell’Appendice C (per ulteriori dettagli, consultare il sito del Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) http://www.bipm.org).

Certificato di taratura relativo a:

complesso di misura dell’equivalente di dose ambiente )10(*H .

Il complesso di misura è costituito da elettrometro e rivelatore.

Rivelatore del complesso di misura: camera a ionizzazione a pressione.

Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti

Certificati di taratura emessi annualmente ~ 100


L’attività di ricerca e sviluppo svolta dall’INMRI ha dato luogo a un complesso di conoscenze che per il loro livello specialistico sono uniche nel Paese. Mediante queste conoscenze è oggi possibile qualificare gli strumenti di misura delle radiazioni ionizzanti impiegati per le diverse seguenti finalità:

– dosimetria della radiazione x e gamma in campo radioprotezionistico, medico e industriale (radiosterilizzazione di materiali);

– dosimetria della radiazione beta in campo medico e radioprotezionistico;

– dosimetria di particelle cariche di alta energia prodotte in acceleratori di elettroni, protoni, ecc., di uso medico;

– misura della contaminazione superficiale dovuta a radionuclidi;

– misura dell’attività dei radionuclidi d’interesse ambientale e medico (inclusi gli emettitori di positroni e i radionuclidi a breve vita media per gli esami clinici PET, SPECT ecc.);

– misura di radon in aria e in acqua;

– misura di fluenza di neutroni termici e veloci.

Qualificazione di strumenti di misura


INMRI: Convenzione con ACCREDIA (per Centri secondari di taratura)

• “Certificazione” di taratura universalmente e automaticamente riconosciuta se rilasciata dal sistema metrologico nazionale di ciascuno dei Paesi aderenti ai vigenti accordi internazionali (EA) sulla metrologia e sull’accreditamento.

• 2011: Convenzione ENEA-INMRI e ACCREDIA per l’accreditamento di Centri secondari di taratura (LAT).

DAR

Organismi di

Accreditamento

Firmatari dell’accordo

multilaterale (MLA) in

ambito EA


INMRI: Centri LAT nel settore Radiazioni Ionizzanti

•LAT n. 029 – ENEA, Istituto di Radioprotezione (Bologna)

•LAT n. 065 - Comecer srl (Castelbolognese, Ra)

•LAT n. 077 - SOGIN (Caorso, PC)

•LAT n. 099 - CCR (Ispra, Va)

•LAT n. 104 - Politecnico (Milano)

•LAT n. 116 - Centro Interf. Studi ed Appl. Militari (Pisa)

•LAT n. 222 - ASL n.6 (Livorno)

LAT n. 099 - CCR di Ispra

LAT n. 104 - Politecnico di Milano


COLLABORAZIONI


International collaborations

• Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)

• Comité International des Poids et Mesures (CIPM)

• European Collaboration in Measurement Standards (EUROMET TC-IR, TC-Q )

• European co-operation for Accreditation (EA)

• International Atomic Energy Agency (IAEA)

• International Laboratory Accreditation Co-operation (ILAC)

• International Committee on Radionuclide Metrology (ICRM, Presidenza)


ENEA-INMRI collaboration with BIPM

• Member of 2/3 CCRI Sections of CIPM

• CCRI(I): effective member

• CCRI(II): effective member

• CCRI(III): no participation at the moment

• Calibration and Measurement Capabilities (CMC) recognized in 169 entries.

• Registered in 25 key and supplementary comparisons published in the BIPM Key Comparison Data Base (KCDB).


European Metrology Reseacrh Programme

http://www.emrponline.eu/

• The EMRP is a long-term metrology-focused European programme of coordinated R&D that facilitates closer integration of national research programmes

• The EMRP is supported by the European Commission through Article 169 of the European Treaty

• Founding: 400 M€, 7 years • Call 2007 - Health (under iMERA-Plus scheme) • Call 2009 - Energy • Call 2010 - Industry and Environment • Call 2011 – Health, SI • Call 2012 – Industry , SI • Call 2013 – Energy and Environment

http://www.emrponline.eu/


ENEA-INMRI EMRP participation

Scheme Title Resp. Note

1 iMera-Plus

Increasing cancer treatment efficacy using 3D brachytherapy

M.P. Toni value: 798 k€, fin. CE: 257 k€ start: lug. 2008

2 iMera-Plus

External beam cancer therapy M. Pimpinella value: 351 k€, fin. CE: 112 k€ start: apr. 2008

3 EMRP MetroFission: “Metrology for New Generation Nuclear Power Plants”

M. Capogni value: 196 k€, fin. CE: 90 k€ start: sett. 2010

4 EMRP MetroRWM: “Metrology for Radioactive Waste Management”

M.L. Cozzella value: 385 k€, fin. CE: 175 k€ start: ott. 2011

5 EMRP MetroMetal: “Ionizing Radiation Metrology for Metallurgical Industry”

P. Carconi value: 362 k€, fin. CE: 165 k€ start: dic. 2011

6 EMRP MetroMRT: “Metrology for Molecular Radiotherapy” M. D’Arienzo value: 433 k€, fin. CE: 195 k€ start: sett. 2012

7 EMRP BioQuaRT: “Biologically Weighted Quantities in Radiotherapy”

M. Pinto value: 200 k€, fin. CE: 90 k€ start: sett. 2012

8 EMRP MetrExtRT: “Metrology for Radiotherapy Using Complex Radiation Fields”

M. Pimpinella value: 419 k€, fin. CE: 188 k€ start: sett. 2012

9 EMRP MetroNORM: “Metrology for processing materials with high natural radioactivity”

F. Cardellini value: 491 k€, fin. CE: 221 k€ start: may. 2013

TOTAL value: 3600 k€, fin. CE: 1492 k€


INMRI: Progetto “Brachytherapy” 2008-2011

• Partecipanti:10 Istituti Metrologici Nazionali Europei: – INMRI-ENEA, Italia – BEV, Austria – CMI, Republica Ceca – ITN, Portogallo – LNE-LNHB, Francia – VSL, Paesi bassi – NPL, Regno Unito – PTB, Germania – SSI, Svezia – STUK, Finlandia.

• Coordinamento del progetto: ENEA • +3 collaboratori:

– PTW-Freiburg GmbH , Germania; – IBA Dosimetry GmbH, Germania; – Università di Linköping, Sveziad.

• Coordinatore del gruppo BRAPHYQS (BRAchytherapy PHYsics Quality assurances System )“di GEC-ESTRO (in rappresentanza degli utilizzatori finali).


• Campioni primari di dose assorbita per sorgenti brachiterapiche basati su simulazioni Monte Carlo e:

– calorimetria (BT ad elevato rateo di dose);

– ionometria (BT a basso rateo di dose).

INMRI: Progetto “Brachytherapy” 2008-2011

(a)

(b)

• Sorgenti brachiterapiche (a) e campioni di trasferimento (b) tarati direttamente in termini di Dw, 1 cm.

• Riduzione dell’incertezza sulla determinazione di dose: u (Dw, 1 cm) < 2% (k=1).


INMRI: Progetto “Brachytherapy” : campioni per elevati ratei di dose (>200 mGy/min)

PTB e VSL: calorimetri ad acqua.

Thermistor (4x)

Heat sink (Al) Glass cell wall

ENEA e NPL: calorimetri ad anello e geometria a pozzetto.


INMRI: Progetto “Brachytherapy”: campioni per bassi ratei di dose (5-20 mGy/min)

LNE-LNHB: camera ad aria libera ad anello e fantoccio sferico al cui interno viene alloggiata la sorgente.

1 cm

S

Air

Water

S,wK

ENEA: camera a ionizzazione a largo angolo e volume variabile che consente di effettuare misure in fantoccio di grafite.

PTB: camera ad estrapolazione di grande volume e pareti in plastica equivalente all’acqua.


INMRI: Progetto “Brachytherapy”, il calorimetro ENEA

• Attuali grandezze di riferimento per la brachiterapia: – air kerma rate (ICRU 38, ICRU 85); – air kerma strength (AAPM TG-32 report, 1987); – incertezza ~ 5%.

• Nuovo calorimetro in grafite per misura di dose assorbita in acqua per sorgenti di brachiterapia HDR (192Ir) – Progettato e realizzato presso l’INMRI; – Prove presso Ospedale Sant’Andrea, Roma; – Misura della dose assorbita in acqua a 1 cm

dall’asse della sorgente; – Incertezza ~ 1,4%.


INMRI: Progetto “Brachytherapy” - Disseminazione dei nuovi campioni di Dw

• Campioni di trasferimento per la taratura delle sorgenti cliniche di BT in termini di Dw.

PTW 33004

Outer Height 19.05 cm

Outer base diameter 17.8 cm

Outer well diameter 9.3 cm

Inner well diameter 3.2 cm

Weight 2.4 kg

Volume 200 cm3

Potential of HV electrode with

respect to collecting electrode

300 V

SI HDR 1000+

(ref 90008)

Height 15.6 cm

Diameter 10.2 cm

Weight 2.7 kg

Volume 245 cm3

Potential of HV electrode with

respect to collecting electrode

300 V


INMRI: Progetto “External Beam Cancer Therapy” (EBCT) 2008-2011

• Campioni secondari per fasci di fotoni di piccole dimensioni: – Dosimetro a diamante sintetico prodotto dal

dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Tor Vergata;

– Caratterizzazione mediante misure sperimentali e calcolo Monte Carlo.


INMRI: Progetto “External Beam Cancer Therapy” (EBCT) 2008-2011

• Influenza della dimensione del campo su parametri dosimetrici in fasci di fotoni per radioterapia: – Simulazione Monte Carlo di fasci di fotoni con

dimensioni del campo fino a 1cm x 1cm; – Calcolo del rapporto dei poteri frenanti

acqua-aria; – Misura degli indicatori standard della qualità

(TPR20,10 e %dd(10)).


Metro Fission WPs: 1: New high temperature

reference/s tailored to assess performance of current and new thermocouples

2: Improved thermo-chemical data and modelling need to be used in nuclear design

3: Thermophysical Properties of advanced materials

4: Improved cross sections through neutron metrology

5: Nuclear decay data 6: Portable primary TDCR

measuring instrument adapted to in-situ activity measurements (TDCR)

7: Digital Coincidence Counting (DCC)

8: Creating Impact 9: JRP Management and

Coordination


Nuovi progetti europei ENEA-INMRI (2011-2014) Call IND&ENV

•MetroRWM: “Metrology for radioactive waste management” •MetroMETAL: “Ionizing radiation metrology for metallurgical industry”

•MetroNORM: “Metrology for processing materials with high natural radioactivity”

• Sviluppo di nuovi metodi e strumenti di misura di rifiuti radioattivi in accordo con la legislazione nazionale ed internazionale (IAEA, NEA)

– deposito rifiuti – materiali industriali – NORM

• Sviluppo di materiali di riferimento per assicurare riferibilità delle misure

• Sviluppo di procedure e tecniche per misure ed analisi in situ

• Miglioramento dei dati nucleari per nuclidi presenti nei depositi radioattivi

• Sviluppo di SW per acquisizione ed analisi dati


INMRI: Progetto “Metrology for Molecular Radiotherapy” (MetroMRT) 2012-2014

• Misure di attività di nuovi radiofarmaci impiegati nella radioterapia molecolare.

• Valutazione più accurata e riferibile della dose somministrata al paziente.

• Principali linee di attività:

– Misura assoluta dell’attività di radiofarmaci a breve vita media (TDCR-Cherenkov);

– Misura della distribuzione dell’attività somministrata al paziente:

• procedure di imaging quantitativo con tomografi SPECT-CT o PET-CT;

• Sviluppo di fantocci adatti per applicazioni dosimetriche.

– Sviluppo di un campione primario di dose assorbita.

– Riduzione delle incertezze di misura.


MetroRMT: Riferibilità nella misura di microsfere di Y-90

• Misura dell’attività di microsfere di Y-90 con incertezza < 2%;

• Sviluppo di opportuni campioni di trasferimento e di strumenti di misura di uso clinico;

• Incertezza delle tarature < 5% (k=1).


INMRI: Progetto “Metrology for radiotherapy using complex radiation fields” (MetrExtRT) 2012-2015

• Sviluppo di campioni primari di Dw;

• Studio di nuove grandezze per dosimetria in campi di fotoni di dimensione < 2 cm2 (DAP, DAPR);

• Caratterizzazione di metodi dosimetrici 1D, 2D, 3D;

• Studio di metodi per controlli di qualità e dosimetria in vivo.


ENEA-INMRI participation in EMRP 2013 CALL

Scheme Title Resp. Note

1 EMRP Metrology for decommissioning nuclear facilities - value: 445 k€, fin. CE: 200 k€ start: sept. 2014

2 EMRP Metrology for radiological early warning networks in Europe

- value: 339 k€, fin. CE: 153 k€ start: sept. 2014

3 EMRP Metrology for Safe and Secure Fission Energy> - value: 329 k€, fin. CE: 148 k€ start: sept. 2014

TOTAL value: 1113 k€, fin. CE: 501 k€


LABORATORI DELL’INMRI


ENEA-INMRI location: CR Casaccia

• The ENEA-INMRI laboratories are located in the ENEA Casaccia Research Center:

• about 1400 staff members

• located near Rome

• covers an area of 900.000 m2

• The ENEA-INMRI laboratories are located in 4 different buildings

• ENEA-INMRI is a small part of the overall number of laboratories at the R.C. Casaccia


ENEA-INMRI Bldg. T-11

Laboratory of metrology for therapy-level dosimetry



Laboratories of metrology for protection-level dosimetry and radionuclide measurement


ENEA-INMRI Bldg. T-2Bis

Laboratory of radon metrology



Laboratory of neutron metrology


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e

lo sviluppo economico sostenibile

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