Sviluppi delle metodologie ENEA per la dosimetria interna
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Sviluppi delle metodologie ENEA per
la dosimetria interna
Carlo-Maria Castellani, Paolo Battisti
ENEA - Istituto di Radioprotezione
Via dei Colli 16 – BOLOGNA - carlomaria.castellani@enea.it
CHERNOBYL 25 ANNI DOPO:
STUDI, RIFLESSIONI E ATTUALITA’
21-23 Giugno 2011
Auditorium della Regione FVG
Via Sabbadini 31
UDINE
Udine, 22 Giugno 2011
1
Finalità e scopo della presentazione
Indicare le più recenti acquisizioni in campo della
dosimetria interna per:
• Attività di misura post-Chernobyl
• Evoluzione delle metodologie di misura per dosimetria
interna
• Evoluzione delle metodologie di valutazione di dose
interna
• Valutazioni dosimetriche su persone rientrate dal
giappone.
2
ATTIVITA’ DI MISURA
POST-CHERNOBYL
3
ENEA Bologna- Misure Aria – Misure WBC
11 kBq I-131; 4.8 kBq Te-I-132; 4.3 kBq Cs-137; 2.1 kBq
Cs-134; 4.6 kBq Ru-103; 0.6 kBq Zr-95; 0.2 kBq La-140
4
Confronto Bologna - Roma
A Bologna
Confronto Cs/K Chernobyl
Anni 60’
5
EVOLUZIONE DELLE METODOLOGIE DI
MISURA PER DOSIMETRIA INTERNA
6
Fase 1 – Pre-IRP
Dopo il referendum del 1987, nonostante l’enorme lavoro fatto per
la valutazione dei rischi connessi all’incidente di Chernobyl sulla
popolazione italiana, in ENEA anche la radioprotezione, come le
attività più propriamente legate al nucleare, subisce un declino
progressivo che si protrae fino ai primi anni ’90. Le attività sono
slegate nei vari centri.
- Drastica riduzione degli investimenti e delle risorse
- Perdita di motivazione del personale
- Contrazione delle capacità operative
- Rischio di perdita definitiva delle competenze
7
Misure “in vivo” - Situazione fino al 1993 (pre-IRP)
Sistemi di rivelazione
• 2 WBC a cella interamente schermata con 1
rivelatore NaI(Tl) (Casaccia – Bologna)
• 2 WBC con schermatura parziale con 1
rivelatore NaI(Tl) (WBC da impianto Saluggia -
Trisaia)
• 1 WBC a cella interamente schermata per
misure polmonari a bassa energia con 1
rivelatore Phoswich (Casaccia)
Fantocci calibrazione
• 2 BOMAB per misure whole body
• 3 fantocci a bottiglie per misure whole body
8
Misure “in vitro” - Situazione fino al 1993 (pre-IRP)
Tipologie di analisi in uso
• Spettrometria gamma delle urine (8 spettrometri
gamma con rivelatore HPGe tipo p).
• Spettrometria alfa per isotopi del plutonio nelle urine (2
spettrometri alfa (12 celle misura)
• Determinazione attività beta totale urine (1 scintillatore
liquido tipo ultra low level + 1 tipo low level )
• Determinazione uranio nelle urine mediante metodo
fluorimetrico (1 fluorimetro/colorimetro)
• Determinazioni alfa totale nelle urine (3 contatori alfa
totale)
• Determinazione H-3 e C-14 nelle urine (3 contatori beta
totale) (dotazione totale 14 postazioni di conteggio) I metodi di analisi impiegati
erano sostanzialmente rivolti
a soddisfare la sola utenza
Infrastrutture interna ENEA per la
• 3 laboratori chimica per trattamento/analisi campioni sorveglianza fisica di
• 2 laboratori radiochimica per trattamento/analisi dosimetria interna.
campioni
9
Fase 2 – Nascita dell’Istituto
Inversione di rotta in ENEA con la nascita nel 1993 dell’Istituto di Radioprotezione che
raccoglie e coordina tutte le attività nel campo esistenti in ENEA.
- ridefinizione dei ruoli: specificità dei laboratori e duplicabilità delle metodiche in
centri diversi.
- accorpamento gestionale e riorganizzazione dei laboratori con riqualificazione delle
attività
- recupero di competenze su metodi di separazione ed analisi, tecniche di misura e
monitotraggio, metodi di valutazione dosimetrica….
- nuova impostazione legata non più alle sole attività interne all’ENEA, ma
progressivamente rivolte anche alle esigenze esterne (servizio).
Obiettivo : lo stesso di IRP: mantenere nel Paese un presidio capace di operare nel
campo della radioprotezione con metodi e tecniche al passo con l’evoluzione tecnico-
scientifica.
10Laboratori IRP dopo il 1993
Articolazione dei Laboratori IRP per la misura
della contaminazione interna
• Laboratorio misure in vivo CR Casaccia
• Laboratorio misure in vitro (Radiotossicologia) CR Casaccia
• Laboratorio misure in vivo CR Bologna
• Laboratorio integrato CR Saluggia (misure in vivo ed in vitro)
• Laboratorio integrato CR Trisaia (misure in vivo ed in vitro)
Da metà del 2010 tali laboratori sono riuniti nel “Laboratorio
Integrato per il Monitoraggio e la Misura della Radioattività” (ENEA
IRP MIR).
11Misure “in vivo”
Situazione ad oggi
Sistemi di rivelazione
• 1 WBC a cella interamente schermata per misure corpo intero o
organo con impiego di 1 rivelatore HPGe (Casaccia)
• 1 WBC a cella interamente schermata per misure corpo intero o
organo con impiego di 1 rivelatore NaI(Tl) (Bologna)
• 2 WBC con schermatura parziale per misure corpo intero con
impiego di 1 rivelatore NaI(Tl) (Saluggia , Trisaia)
• 1 WBC a cella interamente schermata per misure organo (lung) a
bassa energia con impiego di 4 rivelatori HPGe (low energy)
(Casaccia)
• 2 WBC mobili per misure emergenza con rivelatore HPGe.
• 1 WBC mobile per misure emergenza con rivelatore NaI(Tl) (Bologna)
12Misure “in vivo”
LOW ENERGY IN VIVO COUNTER (LUNG) LOW ENERGY IN VIVO COUNTER (SKULL)
MOBILE WBC /ORGAN COUNTER WHOLE BODY COUNTER (single HPGe det.) 13Fantocci di calibrazione
2 - ANSI THYROID PHANTOM
I-125, I-131
L.L. THORSO PHANTOM
Am-241, Uranio, Pu-239
4 - BOMAB (Ref. Man)
Cs-137, K-40 e altri
SKULL PHANTOM - Am-24114Misure “in vivo” – Situazione a oggi
Valori tipici di MDA per i sistemi di misura in vivo ad alta efficienza in
dotazione al Laboratorio IRP-MIR Casaccia
Misura alta energia (1 rivelatore HPGe coassiale)
• 137Cs = 30 Bq nel corpo intero (1200 s)
• 60Co = 20 Bq nel corpo intero (1200 s)
• 131I = 3 Bq in tiroide (900 s)
Misura bassa energia (4 rivelatori HPGe tipo low energy)
• 241Am = 7 Bq nel polmone (1800 s)
• 241Am = 2 Bq nel cranio (1800 s)
• 239Pu = 1500 Bq nel polmone (1800 s)
• 238U (via 234Th)= 50 Bq nel polmone (1800 s)
Misura bassa energia (1 rivelatore HPGe tipo low energy)
• 125I = 2 Bq in tiroide (conteggio 300 s)
15Misure “in vitro” – Situazione a oggi
Sistemi di rivelazione
• 4 spettrometri alfa (dotazione totale 30 celle
misura)
• 4 spettrometri gamma a pozzetto con rivelatore
HPGe tipo p
• 5 spettrometri gamma a pozzetto con rivelatore
HPGe tipo n
• 3 scintillatore liquido tipo ultra low level
• 1 scintillatore liquido tipo low level
• 3 contatori alfa e beta totale (dotazione totale 24
postazioni di conteggio)
• 1 spettrometro di massa tipo ICP
Infrastrutture
• 6 laboratori chimica per trattamento/analisi
campioni
• 3 laboratori radiochimica per trattamento/analisi
campioni
16Misure “in vitro” – Situazione a oggi
Tipologie di analisi in uso
• Determinazione dei radioisotopi gamma emettitori
nelle urine mediante spettrometria gamma
• Determinazione mediante spettrometria alfa della
attività di isotopi dell’U e dei transuranici (238Pu, 239 +
240 Pu, 241 Am, 244 Cm) nelle urine e nelle feci
• Determinazione mediante spettrometria alfa attività di
210 Po in urine
• Determinazione mediante scintillazione liquida
dell’attività di 226Ra nelle urine.
• Determinazione attività beta totale urine.
• Determinazione attività di 90Sr nelle urine.
• Determinazione attività di 210Pb nelle urine.
• Determinazione attività di 3H e 14C nelle urine.
• Determinazione mediante ICP-MS della concentrazione
in massa di Uranio (238U e 235U) e Torio (232Th) nelle
urine.
• Determinazione attività alfa e/o beta totale in campioni
muco nasale.
17Misure “in vitro” – Valori tipici di MDA
Ottenuti coi protocolli di analisi adottati dai Laboratori IRP
per alcuni dei radionulidi di maggior interesse in
dosimetria interna:
• 137Cs - 60Co = 0.5 Bq/L urine (spettrometria gamma)
• 241Am - 239/240Pu = 0.2 mBq/L urine (spettrometria alfa)
• 241Am - 239/240Pu = 0.3 mBq/campione feci (spettrometria alfa)
• 210Po = 0.5 mBq/L urine (spettrometria alfa)
• 226Ra = 2 mBq/L urine (Conteggio di scintillazione liquida)
• 3H = 500 Bq/L urine (Conteggio di scintillazione liquida)
• 90Sr/90Y = 0.1 Bq/L urine (conteggio Cherenkov)
• 238U = 5 ng/L urine (Spettrometria di massa ICP-MS)
• 238U = 0.3 mBq/L urine (spettrometria alfa)
• 238U = 0.3 mBq/campione feci (spettrometria alfa)
18Misure “in vitro” – Qualificazione
Metodologie adottate per la
riqualificazione dei laboratori:
•Revisione di vecchi protocolli di analisi.
•Ove necessario, applicazione di nuovi metodi
e/o protocolli di analisi.
•Implementazione di analisi su altri radionuclidi
della stessa tipologia di quelli analizzati.
•Intercalibrazione fra i diversi laboratori IRP-
MIR operati nei 3 centri ENEA (Saluggia,
Casaccia, Trisaia).
19Misure “in vitro” – Qualificazione
Qualificazione attraverso la
partecipazione regolare a
campagne di interconfronto
annuali promosse dalla
associazione PROCORAD, per i
diversi radioisotopi e le diverse
matrici biologiche .
20EVOLUZIONE DELLE METODOLOGIE DI
VALUTAZIONE DI DOSE INTERNA
21Interconfronti dei sistemi WBC in Italia
• Nel 1991 veniva promosso a cura di ENEA il coordinamento MIDIA dei
WBC operanti in Italia. La necessità era emersa relativamente alla
divulgazione di misure di attività nel corpo intero a seguito dell’evento
Chernobyl con richieste di valutazione della affidabilità delle stesse.
• Nel 1992 : Prima campagna Italiana di calibrazione / interconfronto dei
WBC : 2 fantocci BOMAB utilizzati.
• Da Nov. 1994 a Maggio 1995 : Seconda campagna di interconfronto :
unico fantoccio BOMAB ad attività incognita. 17 centri WBC partecipano.
Definizione di procedura per valutazione della minima attività rilevabile.
• Nel Settembre 1995 interconfronto WBC Italia-Ungheria su 3 taglie
diverse mediante fantoccio a bottiglie “POK” : 12 partecipanti, 3
ungheresi, 8 Italiani e 1 JRC (EU) : valutazioni su fantoccio da 21 kg, 53 kg
e 74 kg.
22Interconfronti su metodi di valutazione di dose
• In ambito MIDIA si sente l’esigenza di effettuare un primo interconfronto Italiano sulla
valutazione di dose interna. Deciso nell’Ottobre 1995 . 4 casi di studio : Cs-137, Co-60, I-131
cronico e I-131 ingestione ripetuta.
• Interconfronto IAEA su metodologie di dose interna : Sett. 1996 – Luglio 1998: Progetto di
ricerca promosso da IAEA per stati membri : 9 casi di studio e partecipazione Italiana da
parte di ENEA (IAEA – TECDOC – 1071).
• Censimento Italiano 1997 su modalità di effettuazione valutazione di dose interna : 9 centri
WBC hanno risposto sulle modalità di valutazione di dose dei controlli di routine e speciali.
• Terzo interconfronto Europeo : 12 partecipanti Italiani e 50 partecipanti in totale. Workshop
organizzato a Weimar 1999. 7 casi di studio con massimo 43 risposte. Grande variabilità dei
dati dovuti a applicazione di diversi modelli del polmone: ICRP 30 o ICRP 66.
• Interconfronto sulla valutazione di dose interna in Italia (2000) : Workshop finale il 30
Ottobre 2001 : 19 partecipanti, 5 casi di studio , 9 sottocasi.
23Linee guida
• Attività di Redazione delle Linee Guida IDEAS : Da 2001 a 2005
(FZKA 7243).
• IDEAS/IAEA Intercomparison exercise (per verificare l’applicazione
delle linee guida IDEAS : verifica sul campo. Riduzione della
variabilità rispetto all’interconfronto 3° di EURADOS. 6 casi di studio,
workshop finale dal 20 Aprile 2005. (IAEA-TECDOC-1568)
• Attività CONRAD in dosimetria interna da 2005 a 2008. Revisione di
parti del rapporto delle Linee guida IDEAS.
• Corso EURADOS/IAEA : associato a interconfronto su casi finali (Feb.
2009).
• Revisione delle linee guida IDEAS su valutazione di dose interna
(attività del Work Package 7 di EURADOS)(fine 2011).
• Proposta di EC per sviluppo futuro di un documento di riferimento
“Technical reccomendation for monitoring individuals
occupationally exposed to internal radiation”, tipo RP-160.
24Standard ISO 27048
Introdotta per la prima volta la valutazione
dell’incertezza sulla dose valutata dovuta a :
•incertezza di misura dei bioassay
•incertezza nell’effettivo tempo di introduzione
25Incertezze in dosimetria interna
Report NCRP 164: sulla determinazione della incertezza
connessa alle valutazioni di dose interna
26Attività di Formazione in dosimetria interna
Novembre Febbraio 2009
2007
Ottobre 2004
27VALUTAZIONI DOSIMETRICHE SU
PERSONE RIENTRATE DAL GIAPPONE
28Ipotesi dosimetriche per i rientrati dal Giappone
• Fase del contaminante : per I-131 non differenza
fra gas e particolato (diversità di intake ma non di
dose efficace) .
• Area geografica : Tokio.
• Tempo di esposizione: il 15/3/11 ore 12 locali.
• 4 classi di età : 5 , 10, 15 anni e adulto.
• Sensibilità misure tiroidee : MDA = 3 Bq
• Primo soggetto misurato: contaminazione
superficiale importante: presenza misurabile di
Te-132 e I-132
• 2° misura dopo doccia: Te-I-132 non più
misurabile e I-131 ridotto → contaminazione dei
capelli importante.
29Rapporti isotopici per altri radioisotopi per termine sorgente dall’11 al 22
Marzo come stimato da IRSN al 22/3/2011 (perc. > 0.5%)
30Misure della tiroide e dosi efficaci impegnate
Attività in Dose Dose
Data Giorni
Classe Tiroide Dev.St. efficace equivalente
ID misura in da impegnata impegnata in
età (Tmis=15 min) (%)
tiroide 15/3/11 (µSv) tiroide (µSv)
(Bq)
C1 Adulto 17-Mar 2 105 13% 9 189
C14 Adulto 29-Mar 15 24 10% 7 150
C34 10 anni 29-Mar 15 4 25% 3 59
C58 5 anni 29-Mar 15 9 33% 17 330
C65 Adulto 29-Mar 15 19 11% 6 120
C92 Adulto 30-Mar 16 11 18% 4 74
C94 15 anni 30-Mar 16 9 22% 5 93
C96 15 anni 30-Mar 16 11 27% 6 110
C97 Adulto 30-Mar 16Incremento di dose per altri radioisotopi (perc. > 0.5%)
32Conclusioni sugli svuiluppi della dosimetria interna
• Riorganizzazione delle attività di misura in ENEA con
riqualificazione dei laboratori, anche per utenze esterne.
• Promozione delle attività di interconfronto sulle misure
WBC : coordinamento MIDIA (fino al 1995)
• Progressivo interessamento alla valutazione di dose,
promozione nel tempo degli interconfronti in Italia e in
Europa.
• Sviluppo delle linee guida IDEAS e non solo (in progress).
• Attività di formazione dal 2004.
33Conclusioni sulle valutazioni di dose per rientrati dal Giappone
• Scelta della misura in tiroide come misura elettiva nel caso da
contaminazione interna da I-131: non misure di urine, effettuate in
stretta connessione con il drastico decremento nei primi 4 giorni dopo
l’esposizione.
• Dosi efficaci impegnate da inalazione di I-131 inferiori a 25 µSv. Dosi
impegnate in tiroide inferiori a 0.5 mSv.
• La stima di dose basata sui rapporti isotopici valutati alla sorgente o
mediante deposizione al suolo a 30 km dal rilascio : aumenta di 32% la
dose efficece impegnata (minimo + 26% per bambini 5 anni) .
• Le ultime misure WBC effettuate in Casaccia indicano che le persone
ritornate dalla stessa area (Tokio) dopo esposizione durata almeno un
mese a ingestione degli isotopi del cesio con gli alimenti, hanno fatto
riscontrare un valore del Cs-137 al corpo intero al di sotto della minima
attività rilevabile, pari a 30 Bq.
34Sviluppo delle metodologie ENEA per la dosimetria
interna
Grazie per l’attenzione,
anche da parte del
mio collega Paolo Battisti
Carlo-Maria Castellani
Coordinamento attività di valutazioni e sorveglianza di radioprotezione
ENEA - Istituto di Radioprotezione
carlomaria.castellani@enea.it
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