Het LINAC@LNK-project

De eerste doelstelling, de karakterisatie van radioactief afval, is een belangrijke maatschappelijke aangelegenheid, aangezien radioactief afval gekarakteriseerd moet worden voordat het veilig kan worden opgeborgen. In België is NIRAS verantwoordelijk voor het beheer van radioactief afval afkomstig van industrie, geneeskunde, onderzoek en kerncentrales. Eén van hun verantwoordelijkheden is de oprichting en exploitatie van een faciliteit voor de berging van laag- en middelactief kortlevend afval. Voordat het radioactief afval wordt opgeborgen, moet het worden verwerkt en geconditioneerd tot een vast, compact en chemisch stabiel eindproduct. Het wordt geconditioneerd in vaten van 400 liter die zowel de afvalvorm bevatten als eventuele container- en interne barrières, zoals absorberende en liner-materialen, waardoor het moeilijk te karakteriseren is. Momenteel worden alle vaten tijdelijk opgeslagen bij Belgoprocess in afwachting van definitieve verwijdering. Aangezien deze vaten daar al tientallen jaren opgeslagen liggen, is het uiterst belangrijk om na te gaan of ze voldoen aan de CatA-conformiteitscriteria.

Identificatie van de inhoud van het afvalvat en verificatie van de materialen en de interne structuur zijn fundamentele vereisten om een veilige en definitieve verwijdering te garanderen. Controle op naleving wordt uitgevoerd door middel van zowel destructieve als niet-destructieve analysemethoden. Het is echter vaak niet mogelijk om een groot aantal vaten te controleren, omdat alleen dure, tijdrovende, destructieve testen beschikbaar zijn voor de noodzakelijke controles. Om de systematische kwaliteitscontrole te verbeteren, hebben verschillende installaties niet-destructieve testmethoden ontwikkeld. Niet-destructieve testmethoden worden gebruikt om de stralingsdosis voor het personeel te minimaliseren, de productie van secundair radioactief afval te voorkomen en de kosten te minimaliseren.

en om de kosten te minimaliseren. Met deze methode kan de omvang van de vernietiging van een afvalvat tot een minimum worden beperkt. Bovendien is er bij destructief onderzoek altijd de essentiële kwestie van het nemen van een representatief monster, vooral voor heterogeen afval. Met het oog hierop is een van de belangrijkste behoeften voor de controle op de conformiteit van laag radioactief afval de ontwikkeling van nieuwe niet-destructieve methoden, met name voor de controle op de conformiteit van geconditioneerde afvalpakketten (met een hoge dichtheid).

Momenteel wordt een aantal niet-destructieve methoden voor kwaliteits- en conformiteitscontrole van pakketten radioactief afval ontwikkeld en getest. Het door de EU gefinancierde project CHANCE (Characterization of conditioned nuclear waste for its safe disposal in Europe) is gericht op het identificeren van karakteriseringsmethoden in heel Europa en het ontwikkelen van instrumentatie voor muontomografie, wat geschikt is voor grote nucleaire afvalpakketten. De Franse Commissie voor Alternatieve Energie en Atoomenergie (CEA) heeft een unieke ultramoderne faciliteit opgezet die gebruikmaakt van megavoltcomputed tomografie (MV-CT) voor de evaluatie van afvalpakketten.

MV-CT is een geavanceerde beeldvormingstechniek die geschikt is voor de inspectie van geconditioneerd afval en die een dwarsdoorsnede van de afvalpakketten laat zien. Met deze methode kunnen verschillende eigenschappen worden geverifieerd, zoals de positie en vorm van de verschillende radioactieve afvalcomponenten, hun homogeniteit, dichtheid, de kwaliteit van immobilisatiematrices, de aanwezigheid van holtes, scheuren, interne schilden, metalen structuren, vloeistoffen, containers enz. Medische CT-scanners gebruiken energieën die hoog genoeg zijn om mensen te doorkruisen, maar die onverenigbaar zijn met dichte afvalpakketten. Medische lineaire versnellers (LINACs) daarentegen produceren fotonen met een hoge intensiteit en energie, geschikt voor deze toepassing. Het gebruik van MV-CT is momenteel echter niet mogelijk in België door een gebrek aan deskundige faciliteiten. LINAC@LNK stelt een innovatieve en multidisciplinaire aanpak voor om afvalpakketten van NIRAS te karakteriseren met behulp van MV-CT.

Naast het leveren van nieuwe diensten voor niet-destructieve afvalkarakterisering, stelt LINAC@LNK een state-of-the-art benadering voor van een andere fundamentele maatschappelijke kwestie, onze derde doelstelling, radiotherapiedosimetrie. Kanker is wereldwijd de op één na belangrijkste doodsoorzaak, verantwoordelijk voor één op de zes sterfgevallen volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO). In 2020 waren er wereldwijd meer dan 18 miljoen kankerpatiënten, waarvan 2,7 miljoen nieuwe gevallen. Naar schatting 50 tot 60% van de oncologische patiënten ondergaat radiotherapie als onderdeel van hun behandeling met als doel tumoren te bestralen met ioniserende straling en kankercellen te doden terwijl gezonde weefsels worden gespaard. Deze weefsels, vooral in de buurt van de tumor, ontvangen onvermijdelijk een deel van de stralingsdosis en kunnen schade oplopen, wat kan leiden tot bijwerkingen. Het resultaat van de behandeling, d.w.z. van genezing, blijvende bijwerkingen en overlijden, is sterk afhankelijk van de toegediende dosis ioniserende straling. Daarom is het van het grootste belang om te zorgen voor werkzaamheid op kwaadaardige weefsels en lage toxiciteit op gezonde weefsels, om kankercellen uit te roeien en het risico op ernstige bijwerkingen te minimaliseren. De meest fundamentele stap voor succesvolle radiotherapie is routinematig en consistent aantonen dat de voor de behandeling geplande stralingsdosis en de werkelijk door de patiënt ontvangen stralingsdosis zoveel mogelijk overeenkomen.

Stralingsdosimetrie verwijst naar de meting, berekening en beoordeling van de ioniserende stralingsdosis die door het menselijk lichaam wordt geabsorbeerd. De International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) beveelt een algehele nauwkeurigheid van 5% aan bij het toedienen van radiotherapiedoses, wat complex kan zijn om te bereiken als alle onzekerheden in aanmerking worden genomen.

LNK is het aangewezen metrologielaboratorium in België voor het deelgebied ioniserende straling van dosimetrie en voert secundaire standaardkalibraties en bestralingen met ioniserende straling uit volgens de vereisten van de ISO-17025 kwaliteitsborgingsnorm (QA). LNK is lid van het Belgian Metrology Network (BELMET), van de European Association of National Metrology Institutes (EURAMET), een samenwerkingsverband van nationale metrologische organisaties uit lidstaten van de Europese Unie (EU) en van de Europese Vrijhandelsassociatie (EVA) met als doel een hogere efficiëntie te bereiken door metrologische activiteiten en diensten te coördineren en te delen. LNK is ook lid van het International Atomic Energy Agency (IAEA)/WHO Network of Secondary Standards Dosimetry Laboratories (SSDL Network) en heeft deelgenomen aan verschillende EU-projecten en initiatieven om dosimetriepraktijken te verspreiden.

In het LNK worden kalibratiecoëfficiënten bepaald met behulp van een kobalt-60 gammastralingsbron. Klinische externe bestraling wordt echter meestal uitgevoerd met foton- of elektronenbundels van megavolt (MV) die worden geproduceerd in medische LINAC's, die andere kenmerken hebben. Wanneer een ionisatiekamer (IC) wordt gebruikt in een stralingsbundel van een andere kwaliteit dan die van zijn eigen kalibratie, is een correctiefactor voor de stralingskwaliteit nodig; dit vergroot de onzekerheid van de metingen en bijgevolg ook de patiëntdosis. Idealiter zou de correctiefactor voor de stralingskwaliteit direct moeten worden gemeten voor elke dosimeter met dezelfde kwaliteit als de klinische bundel. Dit is momenteel echter niet haalbaar binnen de LNK-faciliteit, noch in de meeste kalibratiefaciliteiten wereldwijd, omdat de laboratoria niet beschikken over een LINAC om de juiste reeks straalkwaliteiten te creëren die gebruikt worden in radiotherapie.

Een ultramoderne oplossing is het gebruik van een LINAC van medische kwaliteit voor kalibraties om ervoor te zorgen dat radiotherapieapparatuur goed gekalibreerd is voor een nauwkeurige, betrouwbare en effectieve behandeling van kanker. Slechts enkele installaties over de hele wereld beschikken over deze capaciteit: het National Physical Laboratory (NPL) in het Verenigd Koninkrijk, het National Metrology Institute in Duitsland, PTB, het Franse National Metrology Laboratory for Ionizing Radiation, LNHB, en de laboratoria in Oostenrijk van IAEA. In België ontbreekt momenteel een dergelijke kalibratiecapaciteit.