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]
N.1/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
Istituto Nazionale di Metrologia
delle Radiazioni Ionizzanti
ENEA-INMRI
N.2/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
ENEA-INMRI
Ruolo e compiti istituzionali
•L'Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (ENEAINMRI) 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
N.3/35
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La metrologia delle radiazioni ionizzanti in Italia:
evoluzione e situazione attuale
• 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
N.4/35
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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
N.5/35
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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
N.6/35
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Grandezze fisiche per la misura delle RI
N.7/35
• 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=DQ
[J/kg, Sv]
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SISTEMI SPERIMENTALI
DELL’INMRI
N.8/35
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Schema di
riferibilita’
internazionale
(es. metrologia
dei
radionuclidi)
N.9/35
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Varietà dei campioni e delle competenze per la
metrologia delle radiazioni ionizzanti (1)
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)
N.10/35
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Varietà dei campioni e delle competenze per la
metrologia delle radiazioni ionizzanti (2)
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.
N.11/35
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Realizzazione dei campioni nazionali
Radiation sources
Radiation beams (α, β, γ), Rx
generators, neutron and
radionuclide sources, 20 MeV,
microtrone accelerator)
N.12/35
Measurement systems
Measurement standards
About 20 experimental lines for
absolute measurement of
ionizing radiation
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INTERLOCUTORI
N.13/35
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Soggetti che a livello nazionale necessitano
dell’attività metrologica dell’INMRI-ENEA
• 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.
N.14/35
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ATTIVITA’ DI DISSEMINAZIONE
N.15/35
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Frontespizio di un Certificato di Taratura ENEA-INMRI con il
logo che ne attesta il riconoscimento internazionale
Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti
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 H * (10) .
Il complesso di misura è costituito da elettrometro e rivelatore.
Rivelatore del complesso di misura: camera a ionizzazione a pressione.
Certificati di taratura emessi annualmente ~ 100
N.16/35
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Qualificazione di strumenti di misura
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.
N.17/35
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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).
Organismi di
Accreditamento
Firmatari dell’accordo
multilaterale (MLA) in
ambito EA
N.18/35
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DAR
INMRI: Centri LAT nel settore Radiazioni Ionizzanti
•LAT
•LAT
•LAT
•LAT
•LAT
•LAT
•LAT
n.
n.
n.
n.
n.
n.
n.
029
065
077
099
104
116
222
– ENEA, Istituto di Radioprotezione (Bologna)
- Comecer srl (Castelbolognese, Ra)
- SOGIN (Caorso, PC)
- CCR (Ispra, Va)
- Politecnico (Milano)
- Centro Interf. Studi ed Appl. Militari (Pisa)
- ASL n.6 (Livorno)
LAT n. 099 - CCR di Ispra
LAT n. 104 - Politecnico di Milano
N.19/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
COLLABORAZIONI
N.20/35
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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
Presidenza)
N.21/35
Committee
on
Radionuclide
Metrology
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(ICRM,
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).
N.22/35
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European Metrology Reseacrh Programme
http://www.emrponline.eu/
•
•
•
•
•
•
•
•
•
N.23/35
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
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ENEA-INMRI EMRP participation
Scheme
Title
Resp.
Note
iMeraPlus
Increasing cancer treatment efficacy using 3D
brachytherapy
M.P. Toni
value: 798 k€, fin. CE: 257 k€
start: lug. 2008
2
iMeraPlus
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€
1
N.24/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
INMRI: Progetto “Brachytherapy” 2008-2011
•
•
•
•
N.25/35
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).
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
INMRI: Progetto “Brachytherapy” 2008-2011
• Campioni primari di dose assorbita per sorgenti brachiterapiche basati
su simulazioni Monte Carlo e:
– calorimetria (BT ad elevato rateo di dose);
(a)
– ionometria (BT a basso rateo di dose).
• 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). P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
N.26/35
(b)
INMRI: Progetto “Brachytherapy” : campioni per
elevati ratei di dose (>200 mGy/min)
ENEA e NPL: calorimetri ad
anello e geometria a
pozzetto.
Thermistor (4x)
PTB e VSL: calorimetri ad
acqua.
Heat sink (Al)
N.27/35
Glass cell wall
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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.
S
Water
Air

K
w ,S
1 cm
ENEA: camera a
ionizzazione a largo
angolo e volume
variabile che consente
di effettuare misure in
fantoccio di grafite.
N.28/35
PTB: camera ad
estrapolazione di
grande volume e
pareti in plastica
equivalente
all’acqua.
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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%.
N.29/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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)
N.30/35
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
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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.
N.31/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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)).
N.32/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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
N.33/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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
N.34/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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.
N.35/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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).
N.36/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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.
N.37/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
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€
N.38/35
P. De Felice, “Presentazione Unità METR (ENEA-INMRI)”, Incontro con UT ENEA, C.R. Casaccia, 10/10/2013
LABORATORI DELL’INMRI
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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
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ENEA-INMRI Bldg. T-11
Laboratory of metrology for therapy-level dosimetry
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ENEA-INMRI Bldg. T-5
Laboratories of metrology for protection-level dosimetry and
radionuclide measurement
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ENEA-INMRI Bldg. T-2Bis
Laboratory of radon metrology
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ENEA-INMRI Bldg. T-17
Laboratory of neutron metrology
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Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e
lo sviluppo economico sostenibile
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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