HALCORD
(High Altitude and Latitude COsmic Rays
Dosimetry)
Trieste (2.1 FTE) Resp. Nazionale Gianrossano Giannini (0.5 FTE), Mauro Messerotti (0.5 FTE),
Alessandra Richetti (1.0 FTE), Sabrina Stella (0.4 FTE), Massimo Vascotto (0.2 FTE).
Torino (1.1 FTE) Resp. Loc. Silvia Ferrarese (0.3 FTE), Claudio Cassardo (0.3 FTE), Giovanni Badino (0.2
FTE), Gerbaldo Roberto, Silvia Teresa Vernetto (0.1 FTE), Angelo Giuliano (0 FTE), Alba Zanini (0 FTE).
Premessa: L'esperimento HALCORD si inserisce nell'accordo di collaborazione scientifica tra INFN
(Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Italia), IAPS (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Italia) INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica, Italia), IAA (Instituto Antartico Argentino, Argentina) e UNLP
(Universidad National de La Plata, Argentina) attivo per il periodo 2015-2020.
Agreement signed 23 April 2015 between italian
and argentine institutions for a five years
research program (2015 - 2020)
Nell'ambito di tale accordo sono già state svolte alcune attività di misura
presso la base Argentina di Marambio, supportate interamente dall' IAA.
(CORA Project - Cosmic Rays in Antarctica) .
I risultati preliminari ottenuti, specialmente nel campo della dosimetria
neutronica, sono di notevole interesse.
E' inoltre attiva una collaborazione tra CNR e Università di Chilecito
per l'installazione di un laboratorio ad alta quota sul Monte Famatina,
5000 m a.s.l. (above sea level), a cui l'INFN collabora, su richiesta del
CNR, per le attività di dosimetria (Sezioni di Bologna e Torino).
L'esperimento proposto può quindi usufruire di infrastrutture e strumenti
già disponibili, in particolare il Neutron Monitor portatile di IAPS_INAF,
già installato presso il laboratorio della Testa Grigia a Plateu Rosa, che
rappresenta una facility unica e di grande rilevanza per l'interconfronto
degli strumenti dosimetrici e per lo studio diretto della correlazione tra
dose ambientale e variazione dei Raggi Cosmici Galattici (GCR).
HALCORD si proporne di misurare e studiare, dal punto di vista
dosimetrico, la radiazione atmosferica secondaria
ad alta quota (high altitude) nei laboratori di :
-Testa Grigia, (3480 m a.s.l., 45°56’ N, 7°42’ E, Italia),
- Chilecito (5000 m a.s.l., 28° 54' 56" S , 67° 31' 0" W, Argentina)
ed ad alte latitudini (high latitude) presso le basi antartiche di:
-Marambio (196 m a.s.l. , 64°13’S , 56°43’W, Argentina)
-Dom C (3306 m a.s.l. , 75°06. S , 123°20 E, Italia)
allo scopo di evidenziare la variazione della dose ambientale in funzione
delle caratteristiche atmosferiche e geomagnetiche dei luoghi di misura e
la sua correlazione con l'attività solare e con la variabilità dei GCR.
Le informazioni ottenute potranno essere utilizzate nell'ambito della
collaborazione con l'università di La Plata, Dipartimento di medicina
spaziale, per studiare l'effetto dell’esposizione prolungata alle basse dosi
di radiazioni.
200 m asl, 64°14‘S 56°37' W
Campaign 2015 (March- September)
CORA Project
COsmic Rays in Antarctica
Marambio Argentine Antarctic Base
2013 January – May
2014 August- December
Feasibility study
Marambio Antarctic Base
200 m asl, 64°14‘S 56°37' W
Instrument
inter-comparison
2015 March - December Dosimetric Campaign
Testa Grigia 3480m a s l
45°56′N 7°42′E
Marambio Base
200 m asl, 64°14‘S 56°37' W
CORA Project COLLABORATION
•
•
•
•
•
INFN ( Sez.Torino, Sez. Bologna, LNF Frascati)
IAPS-INAF Roma
Politecnico di Milano
UNLP ( Universitad National de La Plata) Argentina
IAA (Istituto Antartico Argentino)
Rilevanza della dosimetria delle radiazioni ambientali nella regione antartica
Considerazioni generali:
- La regione antartica è il sito del Pianeta più sensibile agli effetti di meteorologia spaziale.
- Un'ampia varietà di condizioni si incontrano, perché le basi antartiche sono situate a
diverse altitudini (dal livello del mare fino a 3300 m sul Plateau) ed a distanze diverse
dal polo magnetico
- Il personale delle basi vi abita per lunghi periodi (1 o 2 anni), così su queste persone
l'effetto di lunga esposizione a basse dosi potrebbe essere studiato.
Questi dati potrebbero essere di interesse per applicazioni spaziali.
Mentre ci sono molti studi sulle radiazioni in Antartide, l'aspetto dosimetrico
è fino ad ora quasi totalmente non considerato. Decisamente pochi e
incompleti dati sono disponibili in letteratura.
Considerazioni geofisiche:
Il campo magnetico terrestre si sta abbassando e cambiando (in particolare
alle regioni polari)
L'Anomalia Sud-Atlantico SAA è in crescita e approfondimento
L'attività solare si sta abbassando, (anche in cicli di crescita)
L'esposizione della Regione Antartica ai GCR potrebbe aumentare nei prossimi anni
Year-round population in Antarctica by host country
USA
Argentina
Russia
Chile
China
Australia
Japan
United Kingdom
France
India
South Korea
Poland
Magnetic
Brazil
Pole
France/Italy
New Zealand
Ukraine
South Africa
Germany
Uruguay
Source: Brinkhoff, T. (2008). Antarctica. City Population,
1 July 2008. Available at http://citypopulation.de/Antarctica.html. Norway
Summer population: over 4000
Year-round population : 1162
346
184
148
108
65
62
40
38
33
25
16
15
12
12
12
12
10
9
9
6
Interesse dell’esperimento HALCORD in campo spaziale
•
•
•
Una importante ricaduta dell’esperimento HALCORD riguarda lo studio degli
effetti dell’esposizione prolungata alle basse dosi (come nelle missioni
spaziali di lunga durata)
Il Dipartimento di Medicina Spaziale dell’Università di La Plata (UNLP)
provvederà ad effettuare esami biologici su personale delle basi antartiche
per valutare effetti dovuti all’esposizione alla dose ambientale misurata
durante l’esperimento HALCORD
E’ già attivo un accordo col CONAE ( Comission Nacional de Activitades
Espaciales) per installare sul satellite argentino SABIA-MAR (Satélite
Argentino Brasileño para Información del Mar) un dosimetro tipo Liulin che
integrerà con misure dallo spazio i dati rilevati nell’esperimento HALCORD
Strumentazione già disponibile
•
•
•
•
Neutron monitor modulare IAPS-INAF
Rem- Counter Atomtex BDKN-03 INFN-To
25 meV< En<14 MeV
Gamma detector Atomtex BDKG-04 INFN-To
Liulin LET Spectrometer INFN-To
Strumentazione da acquistare
•
•
Rem Counter esteso Thermo
Dosimetri a bolle (BTI,Ontario, Canada)
•
•
Rivelatori a tracce CR39
25 meV< En< 5 GeV
BDT (25 meV< En< 4 eV)
BD-PND (100 keV< En< 20 MeV)
Supporto logistico
•
•
•
•
Per l’installazione degli strumenti nelle basi antartiche si farà riferimento
all’Istituto Antartico Argentino IAA , che nell’ambito della convenzione
sopracitata si fa carico del trasporto di strumenti e personale da Buenos
Aires (aereoporto militare Palomar ) alla base Marambio.
Il personale tecnico della base, già istruito nella campagna 2015, si
occuperà della gestione degli strumenti e dell’invio regolare dei dati.
Il trasporto e l’installazione degli strumenti a DomC verrà effettuata da
personale IAPS-INAF già impegnato nella campagna antartica 2016/2017
alla base Concordia.
L’istallazione degli strumenti a Chilecito sarà effettuato da INFN To
(A.Zanini) e INFN Bo (L.Patrizii) già impegnate a tenere un corso sulla
dosimetria neutronica durante il III Curso de Postgrado di Geofisica
applicata presso l'Università di Chilecito (Novembre-Dicembre 2016)
Instruments at Testa Grigia Research Station
Testa Grigia Cervinia-Italy
Lat: 45°56′N Long: 7°42′E
3480 m asl
Modular Neutron Monitor
IAPS- INAF Roma
3 NM-64 He3 Portable Neutron Monitor:
The Modular Neutron Monitor is employed to measure the primary cosmic ray flow variability ;
each component of this device was designed in a modular way, so fitting together a different
number of elements and using different counters it is possible the assembly of a detector with a
length varying from 80 cm to 210 cm. Such innovative system allows the realization of a
detector equipped with a helium counter type LND 25382 (65 cm) as well as one utilizing a LND
25373 (191 cm) just using a different amount of modules. Functional and comparative tests of
the mobile neutron monitor have been performed at SVIRCO Observatory & TPL in Rome. The
modular unit has been calibrated against the standard 20NM-64 detector of the Observatory.
3 NM-64 He3 Portable Neutron Monitor installed at Testa Grigia Laboratory:
Instruments at Antarctic Marambio base
Marambio Base
Lat: 64°14‘S Long: 56°37' W
200 m asl
Durata del progetto : 2 anni
Sezioni Partecipanti
INFN Trieste : Gianrossano Giannini (Responsabile Nazionale e Responsabile Locale INFN-Ts),
Mauro Messerotti, Sabrina Stella, Massimo Vascotto, Alessandra Richetti (Personale
Tecnico Informatico).
Compiti del Gruppo di Trieste:
o Messa a punto e ottimizzazione rivelatori a tracce
o Calibrazione e test rivelatori su sorgenti note
o simulazioni con GEANT4 della cascata atmosferica secondaria
o analisi dati dosimetrici studio relazioni Terra-Sole nel periodo di misura
o studio correlazione tra attività solare e campo magnetico interplanetario con i dati
dosimetrici acquisiti ad alta quota e ad alte latitudini
INFN Torino : Silvia Ferrarese (Responsabile Locale INFN-To), Claudio Cassardo, Giovanni
Badino, Gerbaldo Roberto, Silvia Teresa Vernetto, Angelo Giuliano, Alba Zanini.
Compiti del gruppo di Torino:
oTest degli strumenti al Laboratorio della Testa Grigia a Plateau Rosa
oConfronto con i dati del Neutron Monitor Portatile installato al Laboratorio da IAPS-INAF
o Presa dati a Chilecito, Marambio, Dom C
o Studio caratteristiche e dinamiche atmosferiche nei vari punti di presa dati
o Studio dello sviluppo della cascata da cosmici secondari in atmosfera nei vari punti di
presa dati.
Milestones
I anno :
Gennaio-Luglio 2017
•Acquisto strumentazione
• calibrazione strumenti passivi con sorgenti note
• calibrazione strumenti attivi presso i LNF
•test al Laboratorio della Testa Grigia
•Confronto con variabilità CR primari rilevata dal Neutron Monitor portatile di IAPS - INAF
Agosto –Dicembre 2017
•Installazione strumenti e presa dati nei vari laboratori
•Studio caratteristiche dell’atmosfera nei luoghi e nel periodo di misura
•Studio della variabilità dei GCR e dell'attività solare nei luoghi e nei periodi di misura
•Messa a punto di programmi di simulazione basati su GEANT 4
II anno:
Gennaio-Luglio 2018
•Analisi dati 2017 e presa dati 2018
•Studio delle caratteristiche dell’atmosfera nei luoghi e nel periodo di misura
•Studio della variabilità dei GCR e dell'attività solare nei luoghi e nel periodo di misura
Agosto-Dicembre 2018
•Presa dati
•Simulazioni con GEANT 4
•Studio correlazioni dei dati acquisiti nei vari laboratori con attività solare e caratteristiche
atmosferiche nei luoghi di misura.
•Studio correlazioni dei dati acquisiti nei vari laboratori con campo magnetico interplanetario
•Attività di outreach
PIANO FINANZIARIO (in keuro)
I anno
Acquisto strumenti attivi e passivi necessari per l’esperimento
Viaggi di collaborazione in Italia:
Viaggi per installazione strumenti:
Spedizione strumenti:
Totale I anno
II anno
Rientro e sostituzione strumenti passivi ( acquisto e spedizione)
Viaggi di collaborazione in Italia:
Installazione strumenti e Partecipazione a congressi:
Totale II anno
Gran Totale I + II anno
COLLABORAZIONI ESTERNE
IAPS-INAF (Roma , Italia)
OATo-INAF ( Torino, Italia)
LNF
INFN Bologna
Politecnico di Milano
IAA ( Istituto Antartico Argentino, Buenos Aires, Argentina)
UNLP (Universidad National de La Plata, La Plata, Argentina)
UMSA ( Universidad Mayor de S.Andrés, La Paz, Bolivia)
UNC ( Universidad National de Chilecito, Chilecito, Argentina)
IDASC-CNR (Roma , Italia)
30 (17 Ts + 13 To)
3 ( 1 Ts + 2 To)
7 ( 3 Ts + 4 To)
5 ( 0 Ts + 5 To)
45 (21 Ts + 24 To)
4 ( 0 Ts + 4 To)
3 ( 1 Ts + 2 To)
7 ( 3 Ts + 4 To)
14 ( 4 TS + 10 To)
59 (25 Ts+ 34 To)
SYRMA-3D:
Phase-contrast Breast-CT
VS
State-of-art Breast imaging
(Tomosynthesis, 3T MRI …)
Obiettivo SYRMA-3D
Rendere possibile lo studio clinico di breast-CT in
contrasto di fase con luce di sincrotrone.
Quindi
• sviluppo del sistema di acquisizione dell’esame
incluso il sistema di sicurezza e movimentazione
paziente, e sviluppo del sistema SW/HW di
processing e storage dei dati clinici.
• Immagini 3D di riferimento: tomosintesi e 3T MRI (in
futuro VBUS…)
Raggiungimento dell’obiettivo fine 2018
Assorbimento e contrasto di fase
Position
Transmitted
object
Intensity
Incoming Transmitted
a
object
Position
Absorption
Incoming
10<a<100mrad Intensity
Partners in SYRMA-3D
Intensa collaborazione
tra enti di eccellenza:
• INFN: TS, FE, PI,
CA/SS, NA
• Elettra
• Azienda Sanitaria
Universitaria
Integrata
• Università
Trieste
di
Work Packages SYRMA-3D
WORK PACKAGE
WP1: Coordinamento
WP2: Protocollo, Gestione esame,
Adeguamento Facility
WP3: Ottimizzazione detector ed
Algoritmi Ricostruzione
WP4: Controlli di Qualità e
Dosimetria
WP5: Valutazione clinica e
radiologica
OBIETTIVI
•
Rendere efficaci e fluide le relazioni tra gli enti coivolti
•
Monitorare i progressi e le milestone raggiunte
•
Definizione procedura d’esame
•
Sviluppo sistema di controllo dell’esame
•
Gestione dati/immagini pazienti
•
Caratterizzazione del nuovo Pixirad-8 e del sistema tomografico
nelle condizioni d’esame
•
Sviluppo procedure di pre-processing e ricostruzione: una veloce
(per l’immediata verifica) una per la refertazione
•
Integrazioni degli algoritmi sviluppati nel software di SYRMEP
•
Definizione di specifici CQ
•
Realizzazione procedure SW/HW per CQ;
•
Integrazione database calcolo dosi nel sistema di controllo esame
•
Uso di pellicole radiocromiche come monitor di fascio
•
Ottimizzare della procedura di esecuzione dell'esame e la scelta
della tecniche di ricostruzione di interesse clinico
Partners
TS, Elettra, AOUTS
Elettra, TS, AOUTS
PI, CA, Elettra
FE, AOUTS, TS, NA,
Elettra,
TS, AOUTS, Elettra,
CA, PI , FE
Work Package 2 : Protocollo, gestione
esame, adeguamento facility
- Sviluppo del sistema di
controllo real-time del
setup
Particolare
attenzione all’integrazione
del
nuovo
detector
Pixirad-8 nei sistemi di
controllo
- Sviluppo del sistema di
archiviazione dei dati raw
e
delle
immagini
ricostruite
PIXIRAD-8
Synchrotron
Beam Direction
Work Package 3 : Ottimizzazione
detector e algoritmi di ricostruzione
Caratterizzazione del
nuovo detector Pixirad-8
nelle condizioni di lavoro
scelte per gli studi clinici
Sviluppo delle tecniche di
pre-processing:
1 – una veloce che permetta
un’immediata verifica della
buona riuscita dell’esame
2- una in cui il radiologo
possa in fase di refertazione
scegliere l’algoritmo più
adeguato
Work Package 4 : Controlli di qualità e
dosimetria
Definizione di specifici
controlli di qualità e
realizzazione del software
SW/HW per la gestione di
tali controlli
Monitoraggio on-line della
dose rilasciata alla paziente
attraverso l’utilizzo di
pellicole radiocromiche
(GAF®)
Integrazione nel software
SW/HW del database per
la valutazione della dose
Primario
Nazionale
ENEA
Work Package 5 : Valutazione clinica e
radiologica
Essenziale sarà l’interazione con la componente radiologica della
breast unit ospedaliera per l’analisi delle immagini.
Verranno eseguiti confronti delle immagini ottenute con le tecniche
di Tomosintesi e MRI
Slice from a reconstruction of an
ex-vivo 12 cm diameter sample
• Energy: 38 keV
Glandular tissue
Air
• Low dose (5mGy)
• 1200 projections
• FBP algorithm with Phase
Retrieval preprocessing
• 120x120x120 μm3 voxel size
Microcalcifications
Water
Fat tissue
Milestones su 2 anni
Produzione scientifica SYRMA-CT
CONTRIBUTO
Articoli su riviste internazionali
7
Articoli “to be submitted”
3
Invited Talk
2
Talk Congressi Internazionali
8
DETTAGLIO
1 su Radiation Protection Dosimetry
2 su JINST
3 su Physics in Medicine and Biology
1 su Physica Medica
1 su Physics in Medicine and Biology
1 su Medical Physics
1 su JINST
RAD
IEEE Engineering in Medicine and Biology
MASR, AAMP, Geant4 Medical Physics,
IUPESEM, SIF, AIFM, ECMP
Poster Congressi Internazionali
6
iWoRID, AAMP, MASR, IEEE, AIFM
Tesi di Laurea
8
2 Triennale Tecnico di Radiologia (TS)
1 Magistrale in Ingegneria Clinica (TS)
1 Magistrale in Fisica (TS)
1 Magistrale in Fisica (CA)
3 Magistrale in Fisica (NA)
Tesi di Dottorato
3
1 in Fisica (TS)
2 in Fisica (NA)
Richieste Finanziarie
preventivo globale di spesa nel corso dei 2 anni:
Anagrafica
ca 1.8+fe 1.7+na 1.5+pi 1.1+ts 3.4 = 9.5 fte
cagliari
ferrara
napoli
pisa
trieste
Anagrafica
