Le projet LINAC@LNK

Le premier objectif, la caractérisation des déchets radioactifs, est une question sociétale importante et prioritaire, car les déchets radioactifs doivent être caractérisés avant de pouvoir être stockés en toute sécurité. En Belgique, l'ONDRAF est responsable de la gestion des déchets radioactifs provenant de l'industrie, de la médecine, de la recherche et des centrales nucléaires. L'une de leurs responsabilités est la mise en place et l'exploitation d'une installation de stockage près de la surface pour les déchets de catégorie A, qui comprennent les déchets radioactifs de courte durée de vie de faible et moyenne activité. Avant d'être stockés, les déchets radioactifs doivent être traités et conditionnés en un produit final solide, compact et chimiquement stable. Ils sont conditionnés dans des fûts de 400 litres qui contiennent à la fois la forme des déchets et tout conteneur et barrière interne, comme des matériaux absorbants et de revêtement, ce qui les rend difficiles à caractériser. Actuellement, tous les fûts sont stockés temporairement chez Belgoprocess, dans l'attente de leur stockage définitif. Étant donné que ces fûts sont stockés là depuis des décennies, il est extrêmement important de vérifier s'ils sont conformes aux critères de conformité des déchets de catégorie A.

L'identification du contenu du fût de déchets et la vérification de ses matériaux et de sa structure interne sont des exigences fondamentales pour garantir un stockage sûr et définitif. La vérification de la conformité est effectuée au moyen de méthodes analytiques destructives et non destructives. Cependant, il n'est souvent pas possible de vérifier un grand nombre de fûts de déchets, car il est possible que seules des vérifications destructives onéreuses et fastidieuses soient disponibles pour les contrôles nécessaires. Pour améliorer le contrôle systématique de la qualité, différentes installations ont mis en place des méthodes de vérification non destructives. Les méthodes de vérification non destructives sont utilisées afin de minimiser la dose de rayonnement reçue par le personnel, d'éviter la production de déchets radioactifs secondaires
 et de minimiser les coûts. Cette méthode permet de réduire au minimum l'ampleur de la destruction d'un fût de déchets. En outre, les vérifications destructives posent toujours la question essentielle du prélèvement d'un échantillon représentatif, en particulier pour les déchets hétérogènes. Dans ce contexte, l'un des principaux besoins en matière de vérification de la conformité des déchets faiblement radioactifs est le développement de nouvelles méthodes non destructives, en particulier pour la vérification de la conformité des colis de déchets (à haute densité) conditionnés.

Un certain nombre de méthodes non destructives pour le contrôle de la qualité et de la conformité des colis de déchets radioactifs sont actuellement mises au point et testées. Le projet CHANCE (Caractérisation des déchets nucléaires conditionnés en vue de leur stockage sûr en Europe), financé par l'UE, vise à identifier des méthodes de caractérisation dans toute l'Europe et à développer des instruments pour la tomographie muonique, qui sont adaptés aux colis de déchets radioactifs de grand volume. En France, le CEA a mis en place une installation unique à la pointe de la technologie qui utilise la scanographie de haute énergie (MV-CT) pour l'évaluation des colis de déchets.

La MV-CT est une technique d'imagerie avancée, adaptée à l'inspection des déchets conditionnés, qui permet de visualiser les colis de déchets en coupe transversale. Cette méthode permet de vérifier plusieurs propriétés, telles que la position et la forme des différents composants des déchets radioactifs, leur homogénéité, leur densité, la qualité des matrices d'immobilisation, la présence de creux, de fissures, de protecteurs internes, de structures métalliques, de liquides, de conteneurs, etc. Les scanners médicaux utilisent des énergies suffisamment élevées pour traverser les êtres humains, mais qui sont incompatibles avec les colis de déchets denses. Les LINAC médicaux, quant à eux, produisent des photons d'une intensité et d'une énergie élevées, qui conviennent à cette application. Cependant, l'utilisation de la MV-CT n'est actuellement pas possible en Belgique en raison d'un manque d'installations spécialisées. LINAC@LNK propose une approche innovante et multidisciplinaire pour caractériser les colis de déchets de l'ONDRAF à l'aide de la MV-CT.

Outre l'offre de nouveaux services pour la caractérisation non destructive des déchets, LINAC@LNK propose une approche de pointe pour une autre question sociétale fondamentale, notre troisième objectif, la dosimétrie de radiothérapie. Le cancer est la deuxième cause de mortalité dans le monde, responsable d'un décès sur six, selon l'Organisation mondiale de la Santé (OMS). En 2020, on a dénombré plus de 18 millions de patients atteints d'un cancer dans le monde, dont 2,7 millions de nouveaux cas. On estime que 50 à 60 % des patients en oncologie suivent une radiothérapie dans le cadre de leur traitement visant à irradier les tumeurs avec des rayons ionisants et à tuer les cellules cancéreuses tout en préservant les tissus sains. Ces tissus sains, en particulier ceux situés à proximité de la tumeur, reçoivent inévitablement une partie de la dose de rayonnement et peuvent subir des dommages, ce qui peut entraîner des effets secondaires. Le résultat du traitement, c'est-à-dire la guérison, les effets secondaires permanents et le décès, est étroitement lié à la dose de rayonnements ionisants délivrée. Il est donc primordial de garantir l'efficacité sur les tissus malins et une faible toxicité sur les tissus sains, afin d'éradiquer les cellules cancéreuses et de réduire le risque d'effets secondaires graves au minimum. L'étape la plus importante pour réussir une radiothérapie est de démontrer de manière régulière et cohérente que la dose de rayonnement prévue pour le traitement et la dose de rayonnement effectivement reçue par le patient coïncident autant que possible.

La dosimétrie des rayonnements fait référence à la mesure, au calcul et à l'évaluation de la dose de rayonnements ionisants absorbée par le corps humain. La Commission internationale des unités et mesures radiologiques (ICRU) recommande une précision globale de 5 % pour l'administration de la dose de radiothérapie, ce qui peut s'avérer complexe à atteindre lorsque toutes les incertitudes sont prises en compte.

Le LNK est le laboratoire désigné pour la métrologie en Belgique pour les radiations ionisantes, sous-domaine de la dosimétrie. Il effectue des étalonnages secondaires et des irradiations avec des radiations ionisantes conformément aux exigences de la norme d'assurance qualité (AQ) ISO-17025. Le LNK est membre du réseau belge de métrologie (BELMET), de l'Association européenne des instituts nationaux de métrologie (EURAMET), une alliance collaborative d'organisations métrologiques nationales des États membres de l'Union européenne (UE) et de l'Association européenne de libre-échange (AELE) dans le but d'atteindre une plus grande efficacité en coordonnant et en partageant les activités et les services métrologiques. Le LNK est également membre du réseau de laboratoires secondaires d’étalonnage pour la dosimétrie (réseau de LSED) de l'Agence internationale de l'énergie atomique AIEA/de l'OMS. Il a aussi participé à de nombreux projets et initiatives de l'UE visant à diffuser les pratiques en matière de dosimétrie.

Au LNK, les coefficients d'étalonnage sont déterminés à l'aide d'une source de rayonnement gamma Cobalt-60. Cependant, la radiothérapie externe clinique est principalement délivrée avec des faisceaux de photons ou d'électrons de haute énergie (MV) produits dans des LINAC médicaux, qui ont des caractéristiques différentes. Lorsqu'une chambre d'ionisation (CI) est utilisée dans un faisceau de rayonnement d'une qualité différente de celle de son propre étalonnage, un facteur de correction de la qualité du faisceau est nécessaire, ce qui augmente les incertitudes sur les mesures et, par conséquent, la dose au patient. Idéalement, le facteur de correction de la qualité du faisceau devrait être directement mesuré pour chaque dosimètre avec la même qualité que le faisceau clinique. Toutefois, cela n'est actuellement pas possible au LNK ni dans la plupart des installations d'étalonnage dans le monde, car les laboratoires ne disposent pas d'un LINAC permettant de créer la gamme appropriée de qualités de faisceau utilisées en radiothérapie.

Une solution de pointe consiste à utiliser un LINAC de qualité médicale pour les étalonnages afin de s'assurer que les équipements de radiothérapie sont correctement calibrés pour un traitement précis, fiable et efficace du cancer. Seules quelques installations dans le monde disposent de cette capacité, à savoir le National Physical Laboratory (NPL) au Royaume-Uni (RU), l'Agence nationale de métrologie d'Allemagne (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, ou PTB en allemand), le Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB) en France et les laboratoires de l'AIEA en Autriche.  En Belgique, de telles capacités d'étalonnage font actuellement défaut.