(a cura del responsabile nazionale)

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1 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: M.C. Cantone Rappresentante nazionale: Struttura di appartenenza: Posizione nell'i.n.f.n.: M.C. Cantone MI Linea di ricerca Laboratorio ove si raccolgono i dati Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio Acceleratore usato Fascio (sigla e caratteristiche) Processo fisico studiato Radioprotezione Dosimetria Interna. INFORMAZIONI GENERALI Dipartimento di Fisica dell'universita' di Milano. Laboratorio Luminescenza Milano Bicocca. ISS Istituto Superiore di Sanità Roma. VADONI Ciclotrone medicale PET p 15 MeV. 60Co Misure di attivazione nucleare. Luminescenza termicamente e otticamente stimolata, dosimetria a stato solido. Induzione di radicali liberi Apparato strumentale utilizzato Rivelatori gamma HPGe, sistemi di misura TL e OSL. Spettrometro EPR Sezioni partecipanti all'esperimento ENEA Istituto di radioprotezione IRP, Bologna. Istituto di Radioprotezione del GSF, Monaco di Baviera Istituzioni esterne all'ente partecipanti Durata esperimento 2 anni Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale)

2 Struttura MI Resp. loc.: M.C. Cantone VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 DESCRIZIONE DELLA SPESA Incontro con i partners per misure/analisi dati (3 meeting x 2 persone) Convegni e seminari (2 x 2 persone) IMPORTI Parziali Totale Compet. SJ SJ In KEuro A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale Missioni presso GSF Monaco per esperimenti comuni (2 meeting x 1 persona) isotopi Ru, Zr e soluzioni standard finestre sottili Ti ( mm)e sensori di temperatura materiale per luminescenza e TLD materiale chimico, reagenti e vetreria Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro scheda analizzatore multicanale amplificatore Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale (a cura del responsabile locale)

3 Struttura ISS Resp. loc.: Paola Fattibene VOCI DI SPESA PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 In KEuro IMPORTI A cura della Comm.ne DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Totale Compet. Scientifica SJ SJ Nazionale Incontri cin i partner per misure comuni/analisi dati (3 riunioni x 2 persone) Missioni presso GSF per esperimenti comuni (2 missioni x 1 persona) Tubi quarzo EPR Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 Totale (a cura del responsabile locale)

4 Struttura MI Resp. loc.: M.C. Cantone ALLEGATO MODELLO EC2 Missioni presso l'istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco: Le missioni sono giustificate dal fatto che sia gli studi di biocinetica con isotopi stabili, sia le misure TL e OSL sono condotte in stretta collaborazione con l'istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco di Baviera (Dr. P. Roth, Dr. H.Y.Goeksu). Consumo: Comprende la compartecipazione alla spesa di acquisto di isotopi: Chemotrade 101Ru al 97.82%, Campro Scientific 90 Zr al 97.7% e 96 Zr al 86.4%, oltre che materiale chimico (es quartz cuvettes, Hellma) per preparazione soluzioni, sterilizzazioni e filtrazioni, analisi spettro di assorbanza, misure ICP MS, altro materiale chimico per separazioni e attacchi acidi per l'attività di luminescenza e TLD, e materiale di consumo negli irraggiamenti come essenzialmente finestre e sensori. Inventariabile: Comprende l'acquisto di una scheda MCA, TRUMP PCI e di un amplificatore per completare la strumentazione del laboratorio di spettrometria fino a tre HPGe con le tre catene rispettive. Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale)

5 Struttura MI Resp. loc.: M.C. Cantone ALLEGATO MODELLO EC2

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7 Struttura ISS Resp. loc.: Paola Fattibene ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale)

8 Struttura ISS Resp. loc.: Paola Fattibene ALLEGATO MODELLO EC2 Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale)

9 Rapp. naz.: M.C. Cantone PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2004 Struttura MI ISS Miss. interno Miss. estero. 4,0 2,0 di cui SJ 3,0 3,0 di cui SJ Materiale di cons. 8,0 3,0 di cui SJ A CARICO DELL' I.N.F.N. Trasp. e Facch. di cui SJ Spese Calc. di cui SJ Affitti e Manut. Appar. di cui SJ Mater. inventar. di cui SJ Costr. appar. di cui SJ In KEuro TOTALE Compet. 9,0 24,0 8,0 di cui SJ A carico di altri Enti TOTALI 6,0 6,0 11,0 9,0 32,0 Note: NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale)

10 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Rapp. Naz.: M.C. Cantone A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2003 Attività connessa a studi biocinetici con isotopi stabili e modellizzazione. Il progetto per la costruzione di una nuova stazione d irraggiamento per l attivazione di campioni biologici mediante bombardamento con particelle cariche (CPAA), in particolare protoni nel range di energia utili per l induzione di reazioni prevalentemente di tipo (p,n) sui nuclei dei campioni in analisi, è in fase di completamento. Sono state prese in considerazione dal punto di vista della geometria totale, semplicità, efficienza e controllo gestione del sistema di movimentazione e del sistema di raffreddamento, la configurazione a carosello rotante e a cinghia scorrevole, tenendo anche conto della necessità sperimentale di irraggiare nelle medesime condizioni un numero di circa 15 campioni. Un prototipo in scala è stato approntato con lo scopo di testare un sistema innovativo, rispetto a quello utilizzato nelle precedenti stazioni (JRC Ispra, PSI Villigen) per quanto riguarda il montaggio, lo stacco e l estrazione dei campioni. Per quanto riguarda più strettamente gli studi biocinetici, che vedranno la loro applicazione nell anno successivo, si sono nel frattempo poste le basi per il disegno di esperimento, in particolare si sono evidenziate le necessità di definire ulteriormente, in relazione a studi biocinetici di Ru, le dipendenze di processi biocinetici quali la clearance plamatica dalla forma chimica, stato di ossidazione del Ru e sono state quindi preparate e testate soluzioni di Ru con diverso grado di complessazione da utilizzarsi per iniezione in vivo. Segue su allegato file pdf B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2004 Attività connessa a studi biocinetici con isotopi stabili e modellizzazione. I primi studi biocinetici completi riguarderanno Ru e Zr con osservazione diretta in soggetti volontari. Entrambi questi elementi hanno radionuclidi che possono trovarsi accidentalmente dispersi nell ambiente e che quindi possono essere introdotti nell organismo a seguito di contaminazione di sostanze ingerite. Per entrambi questi elementi i modelli biocinetici attualmente usati per valutare la distribuzione interna e le vie di escrezione si basano in modo predominante su dati ottenuti su animali. Verranno somministrate oralmente e iniettate endovena soluzioni di Ru (isotopo stabile 101 Ru utilizzato come tracciante per soluzioni acquose e cibi arricchiti intrinsecamente ed estrinsecamente) con diverso grado di complessazione, in forma di citrato complessi di Ru(IV). La parte biologica sarà svolta presso il GSF e approvata dal comitato etico locale. La tecnica di attivazione con protoni verrà utilizzata per la determinazione quantitativa del tracciante in campioni di plasma sanguigno al fine di definire l andamento nel tempo della concentrazione di tracciante nella circolazione sistemica. Questi dati saranno la base per la revisione dell attuale modello biocinetico, in modo che questo possa tener conto, ove necessario, di una differenziazione fra ingestione liquida e solida, fra contaminazione intrinseca o estrinseca dell ingerito e soprattutto delle differenze osservabili in dipendenza dalla forma chimica. Si prevede inoltre che verranno irraggiati anche campioni di urina, raccolta durante gli studi. I campioni verranno opportunamente preparati, secondo una tecnica che si sta ora sviluppando, al fine dell applicazione della tecnica di analisi per attivazione. L informazione sulla escrezione urinaria (nuovo dato in questo tipo di studi) potrà essere sicuramente significativo nello sviluppo di un modello biocinetico realistico completo che, secondo quelli che sono attualmente i trend, possa essere utilizzato sia per il calcolo della dose interna che come base per l interpretazione dei dati di bioassay. Dal punto di vista dell analisi di sensibilità, sarà necessario sviluppare un approccio per lamodellizzazione della cinetica di escrezione in considerazione dell elevata correlazione fra i parametri e la corrispondente ampia oscillazione della funzione generalizzata di sensibilità. SEGUE SU ALLEGATO FILE PDF Anno finanziario 2003 C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In keuro Missioni interno Missioni estero Materiale di consumo Trasp. e Facch. Spese Calcolo Affitti e Manut. Apparec. Materiale inventar. Costruz. apparati TOTALE TOTALE Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale)

11 SEGUE: Attivita svolta fino a giugno 2003 Nello stesso periodo, sulla base dei modelli biocinetici esistenti per elementi di interesse radioprotezionistico si è affrontata l analisi di sensibilità applicata a questi modelli con scopo di identificare quali parametri necessitano criticamente di una migliore caratterizzazione al fine migliorare le capacità predittive dei modelli stessi. Per quanto riguarda il modello di molibdeno è stato adottato un approccio tipico di analisi della sensibilità per determinare quali parametri influenzano in modo più significativo le stime del modello, considerando gli effetti della variazione di parametri del modello sull andamento nel tempo di output quali escrezione nelle urine e clearance plasmatici. Inoltre si è considerata una tecnica più recente, basata sul calcolo della funzione di sensitività generalizzata, più complessa da un punto di vista matematico, che combina la tecnica precedente con la sensibilità di stima dei parametri rispetto a cambiamenti negli output del modello, ovvero permette di indicare per ogni parametro, l intervallo di osservazione più critico per la sua determinazione. Quindi questo approccio consente di definire come la variazione del campionamento dei dati sperimentali per quell output può influenzare la stima dei parametri, che è un informazione di particolare importanza nella progettazione degli studi di biocinetica. Informazioni aggiuntive sono corollario dell analisi di sensibilità quali l identificazione dei parametri meno significativi, il tipo di effetti ottenibili a seguito di una modifica dei parametri dati, l indicazione di parametri che devono essere considerati in una successiva analisi delle incertezze associate al modello. Per lo studio biocinetico di molibdeno l analisi ha ad esempio suggerito che i dati delle prime 7 ore sono critici per la definizione dei processi di clearance, in particolare l intervallo fra l iniezione e i 45 minuti successivi è critico per la stima di k 12 mentre l intervallo minuti lo è per k 21 (k ij coefficiente di trasferimento dal compartimento i al compartimento j, 1 indica il compartimento plasmatico, 2 il compartimento di turnover rapido). Informazioni a tempi più lunghi sono richiesti per caratterizzare in maniera adeguata l escrezione urinaria. Attività connessa a tecniche di luminescenza Le proprietà termoluminescenti dei dosimetri sottili ad α-al 2 O 3 :C, prodotti presso l Urals Polytechnical Institute sono state studiate presso i laboratori di Scienze dei Materiali dell Università di Milano Bicocca. Misure di linearità (dose response) hanno dimostrato che tali dosimetri rispondono linearmente alla dose beta entro un ampio range: la risposta del fosforo è lineare fino a dosi dell ordine di 1 Gy, al di sopra si osserva una risposta superlineare, seguita da una zona di saturazione. Considerando i tipici valori di dose beta attesi e misurati in campioni di denti non contaminati, tale range risulta ottimale per l impiego dei dosimetri per tale applicazione. Misure di sensibilità condotte su un ampio numero di dosimetri (ca. 50) hanno mostrato che i dosimetri presentano un valore medio di dose minima rivelabile pari a circa 1.5 µgy. Tale valore non è risultato dipendere in maniera significativa dal trattamento termico condotto sul dosimetro. Lo studio del fading dei dosimetri ha dimostrato che l esposizione alla luce provoca sia una parziale cancellazione del segnale termoluminescente in dosimetri irraggiati, sia un riempimento delle trappole in dosimetri svuotati. Tale risultato ha indotto pertanto a svolgere tutte le operazioni sui dosimetri in regime di luce rossa. Lo spettro di lunghezza d onda della luce emessa dal segnale termoluminescente è stato anch esso studiato al fine di ottimizzare future misure di OSL sui dosimetri. Si è anche proceduto ad effettuare misure di dose rate beta in denti interi. Campioni di denti di soggetti non contaminati sono stati raccolti, insieme alle informazioni basilari sui soggetti stessi (età, sesso, tipo di dente, zona di provenienza). I campioni sono stati tagliati a metà e due o più dosimetri sono stati collocati a contatto con il dente (in corrispondenza delle diverse componenti: smalto, radice, dentina). I denti sono quindi stati posizionati all interno di un castello di piombo per diverse settimane prima della lettura del segnale dei dosimetri. Una distribuzione del dose rate beta

12 in una trentina di dosimetri (collocati su un totale di una decina di denti) è stata ricavata, e confrontata con i risultati di misure di dose ambientale all interno dello stesso castello. Attività connessa a tecnica EPR Per poter misurare la dose sia nello smalto che nella dentina di uno stesso dente è necessario disporre di una tecnica di preparazione dei campioni che preservi la parte minerale di entrambi i tessuti. Procedure chimiche di preparazione del campione sono molto utili perché non richiedono l intervento dell operatore, permettendo di guadagnare in riproducibilità e di risparmiare in tempo. Presentano però lo svantaggio di poter indurre danni nei tessuti con una conseguente perdita di radicali liberi radio-indotti. Presso l ISS sono attualmente in corso test di tre tecniche chimicofisiche di preparazione di campioni di denti, con l obiettivo primario di studiarne l effetto sul segnale EPR dei radicali liberi radio-indotti. Contemporaneamente si stanno svolgendo, sugli stessi campioni, misure di spettroscopia IR, microraman e di microscopia a forza atomica, per valutare le modifiche apportate dalle tre tecniche di preparazione sulla parte organica e minerale dei due tessuti. Una volta scelta la procedura di preparazione ottimale, si prevede di utilizzare gli stessi campioni in polvere anche per le misure di luminescenza. Pubblicazioni 2002/2003 inerenti all attività di cui all esperimento VADONI -E.Werner, P.Roth, V.Höllriegl, Ch.Hansen, J.P.Kaltwasser, A.Giussani, M.C.Cantone, H.Greim, Th.Zilker, N.Felgenhauer. Assessment of intestinal absorption of trace metals in humans by means of stable isotopes. Isot. Environ. Health Stud. 38, 1, (2002). -M.C.Cantone, A.Giussani. Isotopic Tracers in Biomedical Applications. In: Nuclear Science in Europe: Impact, Applications, Interaction. Eds: D.Guerreau, J. Aysto, D. Guillemaud-Mueller, G.E.Korner. NuPECC Publication June 2002, p (2002). -D.Bagatti, M.C.Cantone, A.Giussani, I.Veronese, P.Roth, E.Werner, V.Höllriegl. Regional dependence of urinary uranium baseline levels in non-exposed subjects with particular reference to volunteers from northern Italy. J. Environ. Radioact. 65, 3, (2003). -I.Veronese, A.Giussani, M.C.Cantone, T.Maggioni, C.Birattari, F.Groppi, E.Werner,P.Roth, V.Hollriegl. A re-evaluation of the biokinetics of zirconium in humans. Appl Radiat Isot. 58, 4, (2003) -M.C.Cantone. Nuclear Techniques of Analysis in the Development of Biokinetic Models for Radiological Protection. Long Range Plan 2003, Town Meeting Nuclear Physics European Collaboration Committee, Darmstadt, Germany, 30 Jan-1 Feb M.C.Cantone. Activation analysis of biological samples using microtron. International Scientific Seminar of Low and Intermediate Energy Electron Beams. JINR - Dubna, Russia, 5-6 March A.Luciani, A.Giussani, M.C.Cantone, C.M.Castellani. Sensitive analysis techniques applied to a revised model of molybdenum biokinetics. Rad. Prot. Dos. (Ashford, Kent-UK) in press NOTA. Il progetto prevede lo sviluppo di tecniche sperimentali complementari fra loro e l utilizzo di tecniche di modellizzazione compartimentale e di analisi di sensibilità. Due sedi INFN partecipano al progetto MI e ISS ma il progetto si avvale molto anche della collaborazione dell Istituto di Radioprotezione dell ENEA-IRP di Bologna e dell Istituto di Radioprotezione del GSF di Monaco. Con lo scopo di impostare sul piano programmatico le azioni da intraprendere, sono state tenute due riunioni plenarie sul progetto VADONI, a Monaco nel dicembre 02 e a Bologna nel novembre 02.

13 Specifici incontri bilaterali sono avvenuti come segue: Milano-GSF a Monaco 26, 27, ; Milano- ISS a Roma 10, ; Milano-GSF a Milano 19, 20, ; Milano-ENEA a Bologna il

14 SEGUE: attività prevista per l anno 2004 Attività connessa a tecniche di luminescenza Le misure fino ad ora condotte sui denti interi (tagliati a metà) possono risultare dipendenti dalla geometria della misura (forma e dimensioni del dente, posizione del dosimetro, ecc..). Questo complica il confronto tra le varie misure condotte. Una standardizzazione della tecnica di misura può essere possibile tramite la polverizzazione dei campioni e il collocamento della polvere in appositi supporti, con a contatto i dosimetri. L ulteriore vantaggio sarebbe una completa separazione delle varie componenti del dente e quindi una misura specifica della dose beta per smalto e dentina. La procedura chimico-fisica di separazione delle componenti del dente e della loro successiva polverizzazione verrà ottimizzata in questa fase del progetto, così come la tecnica di misura su tali polveri. I risultati verranno quindi correlati con i dati già a disposizione derivanti dalle misure effettuate sui denti interi. E noto che i dosimetri ad α-al 2 O 3 :C presentano un segnale luminescente a seguito di una stimolazione ottica che può essere utilizzato, al pari del segnale termoluminescente, per stimare la dose ricevuta dal dosimetro. La sensibilità (in termini di dose minima rivelabile) è attesa essere migliore con l impiego della tecnica OSL. Si provvederà quindi ad ottimizzare le condizioni di misura OSL dei dosimetri, così da ricavare le migliori condizioni sperimentali per l impiego di tale tecnica da affiancarsi alla collaudata tecnica TL. Un sistema dosimetrico in grado di misurare la distribuzione spaziale della dose sarà sviluppato posizionando singoli grani di polvere di ossido di alluminio su un apposito supporto fornito dalla Risø per le misure di single grain. Il sistema di stimolazione ottica, basato su un raggio laser guidato con precisione micrometrica sul campione, e disponibile sul Single Grain Luminescence Reader della Risø, verrà infatti utilizzato per la lettura di tale dosimetro. Una completa caratterizzazione e calibrazione del dosimetro precederà il suo impiego per la misura della distribuzione spaziale della dose dovuta ai radionuclidi incorporati in campioni di denti contaminati. Attività connessa a tecnica EPR Una volta scelta la tecnica di preparazione del campione, sarà necessario valutare la funzione di risposta con la dose sia dello smalto che della dentina e confrontarle, per valutarne la differenza in sensibilità alla radiazione. Le misure verranno svolte con denti italiani, che quindi ci si aspetta che abbiano ricevuto principalmente esposizione a radiazione esterna. Infine, si applicherà la tecnica a campioni di denti di persone contaminate con Sr-90 nella zona del Techa River negli Urali del Sud. (forniti dalla banca di campioni dell URCRM, Ural Research Center for Radiological Medicine). La dose in smalto e in dentina verranno quindi confrontate con le misure ottenute con le misure di luminescenza sugli stessi campioni, per discriminare la dose interna dall esterna.

15 Rapp. naz.: M.C. Cantone PREVISIONE DI SPESA Piano finanziario globale di spesa ANNI FINANZIARI 2004 Miss. interno Miss. estero. Materiale di cons. Trasp. e Facch. Spese Calc. Affitti e Manut. Appar. Mater. inventar Costr. appar. In KEuro TOTALE Compet TOTALI 6,0 6,0 11,0 9,0 32,0 Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale)

16 Struttura MI Resp. loc.: M.C. Cantone N RICERCATORE Cognome e Nome Cantone Marie Claire Galli Anna Giussani Augusto Martini Marco Sibilia Emanuela Veronese Ivan COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. R.U Bors R.U P.A R.U Dott % Numero totale dei Tecnologi Tecnologi Full Time Equivalent Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi Cognome e Nome Ruolo Art. 15 Collab. tecnica Assoc. tecnica 0 0 % Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent SERVIZI TECNICI Denominazione mesi uomo Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent Annotazioni: 0 0 Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale)

17 Struttura ISS Resp. loc.: Paola Fattibene N RICERCATORE Cognome e Nome Carosi Alessandra De Angelis Cinzia Fattibene Paola Onori Sandro COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA Qualifica Affer. al % N TECNOLOGI Qualifica Dipendenti Incarichi Dipendenti Incarichi gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. Ric Univ Numero totale dei Tecnologi Univ Tecnologi Full Time Equivalent Univ N TECNICI Cognome e Nome Qualifica Dipendenti Incarichi Ruolo Art. 15 Collab. tecnica Assoc. tecnica 1 De Coste Vanessa I.S.S. 50 % 0 0 % Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent SERVIZI TECNICI Denominazione mesi uomo Numero totale dei Tecnici Tecnici Full Time Equivalent Annotazioni: Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale)

18 Rapp. naz.: M.C. Cantone Data completamento MILESTONES PROPOSTE PER IL 2004 Descrizione 31/03/04 Prove d'irraggiamento e completamento laboratorio di spettrometria gamma 31/04/04 Standardizzazione della tecnica di misura beta su campioni denti polverizzati 30/06/04 Misure OSL su dosimetri ad ± Al2O3:C usati nella dosimetria dei denti. 31/10/04 Nuovi dati biocinetici su rutenio e zirconio. 30/11/04 Analisi comparata della funzione di risposta EPR dello smalto e della dentina. Messa a punto di un dosimetro per misura distribuzione spaziale dose nel dente. 31/12/04 Proposta di modello biocinetico realistico per rutenio basato su dati sull uomo. Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale)